直線工作臺設(shè)計說明書說明書

課程設(shè)計（論文）課程設(shè)計題目：直線工作臺設(shè)計畢業(yè)生姓名：專業(yè)：學(xué)號指導(dǎo)教師：所屬系（部）：摘要直線工作臺作為機械制造業(yè)的重要基礎(chǔ)裝備，它的發(fā)展一直引起人們的關(guān)注，由于計算機技術(shù)的興起，促使直線工作臺的控制信息出現(xiàn)了質(zhì)的突破，導(dǎo)致了應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)進行柔性自動化控制的新一代直線工作臺－PLC控制直線工作臺的誕生和發(fā)展。計算機的出現(xiàn)和應(yīng)用，為人類提供了實現(xiàn)機械制造工藝過程自動化的理想手段。用經(jīng)濟型PLC控制系統(tǒng)設(shè)計直線工作臺，在投資少的情況下，使其既能滿足加工的需要，又能提高直線工作臺的自動化程度，比較符合我國的國情。到目前為止，已有很多廠家生產(chǎn)經(jīng)濟型PLC控制系統(tǒng)?？梢灶A(yù)料，今后，直線工作臺的經(jīng)濟型PLC控制化設(shè)計將迅速發(fā)展和普及。關(guān)鍵詞：直線工作臺,PLC控制直線工作臺,伺服進給系統(tǒng),PLC控制目錄TOC\o"1-3"\f\h\u26648第1章緒論 ④穩(wěn)定性驗算由于選用滾珠絲杠的直徑與原絲杠直徑相等，而支承方式由原來的一端固定，一端懸空變?yōu)橐欢艘欢斯潭?，一端徑向支承，所以穩(wěn)定性增強，故不再驗算。⑤、齒輪及轉(zhuǎn)矩的相關(guān)計算減速器為一般機器，沒有什么特殊要求，從降低成本，減小結(jié)構(gòu)、尺寸和易于取材等原則出發(fā)，決定小齒輪選用45鋼、調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217～255HBS；大齒輪選用45鋼正火、齒面硬度為169～217HBS傳動比i=其中8表示步驅(qū)角；8P表示脈沖當(dāng)量i=所以，取Z1=30，Z2=99M=2mm，嚙合角為20°小齒輪齒寬為25mm；大齒輪齒寬為20mm。d1=mZ1=2×30=60d2=mZ2=2×99=198da1=m(Z1+2)=2×(30+2)=64da2=m(Z2+2)=2×(99+2)=202a=齒輪傳動精度計算齒輪圓周速度VV=根據(jù)圓周速度和對噪音的要求確定齒輪精度等級及側(cè)隙分別為：小齒輪：8GJ大齒輪：8FL⑥、傳動慣量計算工作臺質(zhì)量折算到電機軸上的傳動慣量J1==0.04378(Kg.cm2)絲杠轉(zhuǎn)動慣量：JS=7.8×10-4×D4×L1=7.8×10-4×3.54×13.3=1.556(㎏.㎝2)齒輪的傳動的慣量JZ1=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×64×2=2.02(㎏.㎝2)JZ2=7.8×10-4×D4×M=7.8×10-4×（198㎜）2×2=239.76(㎏.㎝2)由于電機傳動慣量很小，可以忽略不計，因此總的轉(zhuǎn)動慣量J=(JS+JZ2）+JZ1+J1=(1.556+239.76）+2.022+0.04378=24.22(㎏.㎝2)⑦所需轉(zhuǎn)動力矩的計算nmax=Mamax==4.16(N.m)nt=43.79(r/min)Mat==0.4419(N.m)Mf=其中，f’=0.2η=0.8時Mf==0.029（N.m）M0==0.1386≈0.0139（N.m）Mt==2.19(kgf.cm)≈0.219（N.m）所以，快速空載啟動時所需轉(zhuǎn)矩M=Mamax+Mf=Mo=4.16+0.029+0.0139=4.2079(N.m)阻力的所需力矩M切=Mat+Mf+Mo+Mt=0.4419+0.029+0.0139+0.219=0.6938(N.m)快速啟動時所需力矩M快進=Mf+Mo=0.029+0.0139=0.0429(N.m)即最大轉(zhuǎn)矩發(fā)生在快速啟動時即Mamax=4.2079(N.m)3.1.3.縱向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟(1)最大工作載荷計算滾珠絲杠上的工作載荷Fm(N)是指滾珠絲杠副的在驅(qū)動工作臺時滾珠絲杠所承受的軸向力，也叫做進給牽引力。它包括滾珠絲杠的走刀抗力及與移動體重力和作用在導(dǎo)軌上的其他阻力分力相關(guān)的摩擦力。由于原直線絲杠驅(qū)動工作臺工作臺的縱向?qū)к壥侨切螌?dǎo)軌，則用公式3-2計算工作載荷的大小。（3-2）1）進給抗力分析進給時的阻力抗力有Fx、Fy、Fz，主阻力力Fz與阻力速度方向一致，垂直向下，是計算工作臺主軸電機阻力功率的主要依據(jù)。且深抗力Fy與縱向進給方向垂直，影響加工精度或已加工表面質(zhì)量。進給抗力Fx與進給方向平行且相反指向，設(shè)計或校核進給系統(tǒng)是要用它。縱切時，工作臺的主阻力力Fz可以用下式計算：（3-3）=5360(N)由<<金屬阻力原理>>知:Fz:Fx:Fy=1:0.25:0.4(3-4)得Fx=1340(N)Fy=2144(N)因為臺面裝夾在拖板上的刀架內(nèi)，臺面受到的進給抗力將傳遞到進給拖板和導(dǎo)軌上，進給作業(yè)時作用在進給拖板上的載荷Fl、Fv和Fc與臺面所受到的進給抗力有對應(yīng)關(guān)系，因此，作用在進給拖板上的載荷可以按下式求出：拖板上的進給方向載荷Fl=Fx=1340(N)拖板上的垂直方向載荷Fv=Fz=5360(N)拖板上的橫向載荷Fc=Fy=2144(N)因此，最大工作載荷=1.151340+0.04(5360+909.8)=1790.68(N)對于三角形導(dǎo)軌K=1.15，f′=0.03~0.05,選f′=0.04(因為是貼塑導(dǎo)軌)，G是縱向、橫向溜板箱和刀架的重量，選縱向、橫向溜板箱的重量為75kg,刀架重量為15kg.(2)最大動載荷C的計算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷Ca選用，可用式3-5計算：C=，(3-5)L為工作壽命，單位為10r,L=60nt/10;n為絲杠轉(zhuǎn)速（r/min）,n=;v為最大阻力力條件下的進給速度（m/min）,可取最高進給速度的1/2~1/3;L0為絲杠的基本導(dǎo)程，查資料得L。=12mm；fm為運轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，因為此時是有沖擊振動，所以取fm=1.5。V縱向=1.59mm/r1400r/min=2226mm/minn縱向=v縱向1/2/L。=22261/2/12=92.75r/minL=60nt/10=6092.7515000/10=83.5則C==1.51790.68=11740(N)初選滾珠絲桿副的尺寸規(guī)格，相應(yīng)的額定動載荷Ca不得小于最大動載荷C:因此有Ca>C=11740N.另外假如滾珠絲杠副有可能在靜態(tài)或低速運轉(zhuǎn)下工作并受載，那么還需考慮其另一種失效形式-滾珠接觸面上的塑性變形。即要考慮滾珠絲杠的額定靜載荷Coa是否充分地超過了滾珠絲杠的工作載荷Fm,一般使Coa/Fm=2~3.初選滾珠絲杠為：外循環(huán)，因為內(nèi)循環(huán)較外循環(huán)絲杠貴，并且較難安裝?？紤]到簡易經(jīng)濟改裝，所以采用外循環(huán)。因此初選滾珠絲杠的型號為CD63×8-3.5-E型，主要參數(shù)為Dw=4.763mm,L。=8mm,dm=63mm,λ=2o19′，圈數(shù)列數(shù)3.51(3)縱向滾珠絲杠的校核1)傳動效率計算滾珠絲杠螺母副的傳動效率為=tgλ/tg(λ+φ)=tg2o19′/tg(2o19′+10′)=92%(3-6)2)剛度驗算滾珠絲杠副的軸向變形將引起導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響其定位精度和運動平穩(wěn)性，滾珠絲杠副的軸向變形包括絲杠的拉壓變形，絲杠與螺母之間滾道的接觸變形，絲杠的扭轉(zhuǎn)變形引起的縱向變形以及螺母座的變形和滾珠絲杠軸承的軸向接觸變形。1_絲杠的拉壓變形量δ1δ1=FmL/EA(3-7)=1790.682280/20.610π(31.5)2=0.0064mm2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2采用有預(yù)緊的方式，因此用公式δ2=0.0013(3-8)==0.0028mm在這里=1/3Fm=1/31790.68=597NZ=πdm/Dw=3.1463/4.763=41.53ZΣ=41.533.51=145.36絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0064+0.0028=0.0092mm<0.015mm查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。3)壓桿穩(wěn)定性驗算滾珠絲杠通常屬于受軸向力的細長桿，若軸向工作負載過大，將使絲杠失去穩(wěn)定而產(chǎn)生縱向屈曲，即失穩(wěn)。失穩(wěn)時的臨界載荷為Fk=fzπEI/L（3-9）式中：E為絲杠材料彈性模量，對鋼E=20.610Mpa;I為截面慣性矩，對絲杠圓截面I=πd1/64（mm）(d1為絲杠的底徑)；L為絲杠的最大工作長度（mm）;fz為絲杠的支撐方式系數(shù)由表3-1查得。表3.1：方式兩端端自由一端固定一端自由兩端固定兩端簡支Fz0.252.04.01.0由=fzπEI/L且fz=2.0，E=20.610Mpa，I=πd1/64,L=2800mm為絲杠的長度由于 I=πd1/64=π(63-5.953)/64=3.1457.047/64=517903mm=23.1420.610517903/(2800)=727959=727959/1857=392>>4所以絲杠很穩(wěn)定。3.1.4．橫向滾珠絲杠螺母副的型號選擇與校核步驟(1)型號選擇1)最大工作載荷計算由于導(dǎo)向為貼塑導(dǎo)軌，則：k=1.4f′=0.05，F(xiàn)l為工作臺進給方向載荷，F(xiàn)l=2144N，F(xiàn)v=5360N，F(xiàn)c=1340N，G=60kg，t=15000h，最大工作載荷：Fm=kFl+f′(Fv+2Fc+G)=1.42144+0.05(5360+21340+9.875)=3452.6N2)最大動負載的計算v橫=1400r/min0.79mm/r=1106mm/minn橫絲=v橫1/2/L。縱=11061/2/5=110.6r/minL=60nt/10=1106110.615000/10=99.54C=fmFm=99.541.53352.6=23283.8N初選滾珠絲杠型號為:CD50×6-3.5-E其基本參數(shù)為Dw=3.969mm，λ=2°11′，L。=6mm，dm=50mm，圈數(shù)列數(shù)3.51(2)橫向滾珠絲杠的校核1)傳動效率計算η=tgλ/tg(λ+φ)=tg2°11′/tg(2°11′+10′)=93%2)剛度驗算1絲杠的拉壓變形量δ1=±FmL/EA=±3352.6320/20.610π252=±0.0026mm2滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量δ2=0.0013=0.0013=0.0099mm在這里Fyj===1118NZ=dm/Dw=3.1450/3.969=39.56ZΣ=39.563.51=138.48絲杠的總變形量δ=δ1+δ2=0.0026+0.0099=0.0125mm<0.015mm查表知E級精度絲杠允許的螺距誤差為0.015mm,故所選絲杠合格。3.2減速器箱體的設(shè)計一般直線工作臺PLC控制設(shè)計后，經(jīng)濟型PLC控制工作臺的脈沖當(dāng)量是一不可改變的值，為了實現(xiàn)多脈沖當(dāng)量的任意選擇，我們可在步進電機與滾珠絲杠間加一個減速機構(gòu)，下面即是對減速機構(gòu)的設(shè)計過程。由任務(wù)書中可知縱向和橫向的脈沖當(dāng)量分別為：縱向0.010.0080.005橫向0.0050.0040.0025為減少減速機構(gòu)的體積設(shè)定中心距A=(z1+z2)m/2=67.5其中m=1.5z1+z2=90(齒)則以橫向脈沖計算為例i=z1/z2=45/45時，則脈沖當(dāng)量為0.005mmi=z1/z2=40/50時，則脈沖當(dāng)量為0.004mmi=z1/z2=30/60時，則脈沖當(dāng)量為0.0025mm因此縱向與橫向的減速機構(gòu)可以相同，為了降低成本將橫縱減速器結(jié)構(gòu)設(shè)置為一樣。3.2.1．軸的計算：（縱向輸入軸）由公式：d≥=A（3-10）可初選軸的直徑由于T=5N.m,由于采用的是45號鋼，正火硬度[]為170-217HBS,扭曲疲勞極限-1=124，軸材料的許用切應(yīng)力為45MPa則對于縱向輸入軸：d輸入=（3-11）==8.2mm在這里，d為軸的直徑(mm),T為軸傳遞的轉(zhuǎn)矩（N.mm）,[]為軸材料的許用切應(yīng)力（MPa）,則縱向輸入軸軸徑取18mm,輸出軸軸徑取25mm對于橫向輸入軸：d輸入=（3-12）==12mm橫向輸入軸軸徑可取18mm，輸出軸軸徑可取25mm。綜上可知：縱向與橫向可用一種減速機構(gòu)。軸材料為45號鋼，精度5級。3.2.2．減速器箱體尺寸a=67.5mm下箱體壁厚=0.025a+3≥8則=8上箱蓋壁厚=0.03a+3≥8則=8地角螺釘數(shù)目n由于a≤250mmn=4地角螺釘直徑df=0.036a+12取df=M8齒輪端面與內(nèi)箱壁最小距離2==8mm3.2.3．減速齒輪 第一對齒n45與n45嚙合計算公式為：=1.6d=0.5(D2+D1)L=(1.2~1.5)d一般取l=bC=0.2b但是不小于10R=0.5lN=0.5mnmn為模數(shù)。=（2.5~4）mn但是不小于8mm圖3-1齒輪結(jié)構(gòu)圖因此輸入軸齒輪d=18mm=1.6d=28.8mm=67.5-3-7.5=57mm=0.5(57+28.8)=42.9mm=3.75mmda=67.5mmd。=0.25（57-28.8）=7.05mm=1.2d=21.6mmc=0.221.6=4.32mmr=0.5=2.16mmn=0.51.5=0.75為了更好得使輸入軸與輸出軸嚙合且因D1=28.8〉d=18的原因會導(dǎo)致齒輪的剛度下降，采用圖3-2形狀，以下輸出軸與輸入軸均采用這種圖B結(jié)構(gòu)。圖3-2齒輪結(jié)構(gòu)圖則由上列數(shù)據(jù)可知=21.6mmda=67.5mmd=18mmha=mn=1.5mmhf=1.2mn=1.8mm輸出軸用圖3-2結(jié)構(gòu)則由公式得d=25mm=1.6d=40mm=0.5(57+40)=48.5mm=2.51.5=3.75mmda=67.5mmd。=0.25(57-40)=4.25mm =1.225=30mmc=0.2b30=10mmr=0.5c=5mmn=0.51.5=0.75mm第二對齒n=40與n=50嚙合則輸出齒輪d=25mm=1.5d=40mm=da-2mn-2。=75-21.5-23.75=64.5=0.5(D2+D1)=0.5(64.5+40)=52.25=(2.5-4)=2.51.5=3.75da=Z=1.550=75=1.2d=1.225=30r=0.5c=5c=0.2b=10(不小于10)n=0.51.5=0.75輸入齒輪d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=2=1.540=60第三對齒n=30與n=60嚙合時，輸出齒輪d=25D1=1.6d=40Da=Z=601.5=90D2=Da-1.52-2。=90-3-7.5=79.5。=2.51.5=3.75D。=0.5(D2+D1)=0.5(40+79.5)=59.75d。=0.25(D2-D1)=(79.5-40)0.25=9.875=1.2d=1.225=30c=0.2b=0.230=10(不小于10)r=0.5c=5n=0.5mn=0.51.5=0.75輸入齒輪d=18ha=1.5hf=1.8=1.2d=21.6da=Z=1.530=45齒輪精度按：GB10095-886級精度，其適應(yīng)于高速度下平穩(wěn)回轉(zhuǎn)并要求有最高效率和低噪音，傳動效率為99%。減速器簡圖圖3-3減速器簡圖3.3軸承的選擇3.3.1．選型深溝球軸承GB276-82圖3-4深溝球軸承（1）減速器輸入端的軸承選擇：d=18mm，則其型號為：，深溝球軸承型號dDB額定動負荷C額定靜負荷C。極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）1000803182651700N1050N19000r/min（2）減速器輸出端的軸承選擇：d=25mm則其型號為：，深溝球軸承型號dDB額定動負荷C額定靜負荷C。極限轉(zhuǎn)速（脂潤滑）1000805253772900N2000N15000r/min3.3.2校核由于減速器軸的軸向載荷是經(jīng)過60度推力軸承才輸入減速器的所以軸向載荷Fa很小徑向載荷基本也是由于安裝方面誤差所導(dǎo)致所以也很小。軸承合乎要求。3.4軸承蓋的設(shè)計3.4.1悶蓋計算公式：圖3-5悶蓋=D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán))（3-13）=+(2.5~3)d3=(0.85~0.9)Dd。=d3+（1~2）D≤100mm時n=4D>100mm時n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3,d3為螺釘直徑.（1）D=26時的尺寸=n-d3-1則d3=2.5取M4的螺釘=26+2.52.5=32.25=32.25+32.5=39.25=0.9D=0.926=23.4m=3（2）D=37d3=2.5mm取M4的螺釘=37+6.25=43.25mm=43.25+7.5=50.75mm=0.937=33.3mmm=3mm3.4.2通蓋圖3-6通蓋=D+(2~2.5)d3+2S2(有套環(huán))=D。+(2.5~3)d3=(0.85~0.9)Dd。=d3+（1~2）D≤100mm時n=4D>100mm時n=6m由結(jié)構(gòu)確定，在這里均取3mm,d3為螺釘直徑.（1）D=6通蓋尺寸，內(nèi)加密封圈d3取M4螺釘 =32.5=39.75=23.4d=18m=3（2）D=37通蓋尺寸d3取M4螺釘=43.25=50.75=33.3d=25m=3選用型號7602025TVP的60゜推力角接觸軸承軸徑d=25mm外徑d=52mm寬度B=15mm球徑Dw=6.35mm球數(shù)Z=16動載荷Ca=22000N靜載荷Coa=44000N預(yù)加載荷500N極限轉(zhuǎn)速2600r/min3.5.校核大部分滾動軸承是由于疲勞點蝕而失效的。軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞步剝落擴展跡象前院運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)稱為軸承壽命（指的是兩個套圈間的相對轉(zhuǎn)數(shù)或相對轉(zhuǎn)速）。同樣的一批軸承載相同工作條件下運轉(zhuǎn)，各軸承的實際壽命大不相同，最高和最低的可能相差數(shù)十倍。對一個具體軸承很難預(yù)知其確切壽命，但是一批軸承則服從一定的概率分布規(guī)律，用數(shù)理統(tǒng)計的方法處理數(shù)據(jù)可分析計算一定可靠度R或失效概率n下的軸承壽命。實際選擇軸承時常以基本額定壽命為標(biāo)準(zhǔn)。軸承的基本額定壽命是指90%可靠度，常用材料和加工質(zhì)量，常規(guī)運轉(zhuǎn)條件下的壽命，以符號L10(r)或L10h(h)表示。不同可靠度，特殊軸承性能和運轉(zhuǎn)條件時其壽命可對基本額定壽命進行修正，稱為修正額定壽命。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定將基本額定壽命一百萬轉(zhuǎn)（10r）時軸承所能承受的恒定載荷取為基本額定動載荷C。也就是說，在基本額定動載荷作用下，軸承可以工作10r而不發(fā)生點蝕失效，其可靠度為90%?；绢~定動載荷大，軸承抗疲勞的承載能力相應(yīng)較強。徑向基本額定動載荷Cr對向心軸承（角接觸軸承除外）是指徑向載荷，對角接觸軸承則是指引起軸承套圈間產(chǎn)生相對徑向位移時的載荷徑向分量。對推力軸承，軸向基本額定動載荷Ca是指中心軸向載荷。(1)當(dāng)量載荷滾動軸承若同時承受徑向和軸向聯(lián)合載荷，為了計算軸承壽命時在相同條件下比較，需將實際工作載荷轉(zhuǎn)化為當(dāng)量動載荷。在當(dāng)量動載荷作用下，軸承壽命與實際聯(lián)合載荷下軸承的壽命相同。當(dāng)量動載荷P的計算公式是：P=（3-14）表3.2軸承滾動當(dāng)量動載荷計算的X,Y值軸承類型Fa/Core單向軸承雙列軸承Fa/Fr≤eFa/Fr>eFa/Fr≤eFa/Fr>eXYXYXYXY角接觸球軸承α=15°0.0150.38100.441.4711.650.722.390.0290.41.401.572.280.0580.431.301.462.110.0870.461.231.3820.120.471.191.341.930.170.501.121.261.820.290.551.021.141.660.440.561.001.121.630.580.561.001.121.63當(dāng)量動載荷式中Fr為徑向載荷，N；Fa為軸向載荷，N；X，Y分別為徑向動載荷系數(shù)和軸向動載荷系數(shù)，可由上表查出。上表中，e是一個判斷系數(shù)，它是適用于各種X,Y系數(shù)值的Fa/Fr極限值。試驗證明，軸承Fa/Fr≤e或Fa/Fr>e時其X,Y值是不同的。單列向心軸承或角接觸軸承當(dāng)Fa/Fr≤e時，Y=0,P=Fr,即軸向載荷對當(dāng)量動載荷的影響可以不計。深溝球軸承和角接觸球軸承的e值隨Fa/Cor的增大而增大。Fa/Cor反映軸向載荷的相對大小，它通過接觸角的變化而影響e值。=0°的圓柱滾子軸承與滾針軸承只能承受徑向力，當(dāng)量動載荷Pr=Fr;而=90°的推力軸承只能承受軸向力，其當(dāng)量動載荷Pa=Fa。由于機械工作時常具有振動和沖擊，為此，軸承的當(dāng)量動載荷應(yīng)按下式計算：P=fd(XFr+Yfa)沖擊載荷系數(shù)fd由表3.3選取表3.3：載荷性質(zhì)機器舉例fd平穩(wěn)運轉(zhuǎn)或輕微沖擊電機，水泵，通風(fēng)機，汽輪機1.0~1.2中等沖擊車輛，直線工作臺，起重機，冶金設(shè)備，內(nèi)燃機1.2~1.8強大沖擊破碎機，軋鋼機，振動篩，工程機械，石油鉆機1.8~3.0由于軸承載荷與縱向載荷之比：==0.25<e查表得：X=1,Y=0=1.2則：P=Fr=1.25360=6432N(2)基本額定壽命滾動軸承的壽命隨載荷的增大而降低，壽命與載荷的關(guān)系曲線如圖，其曲線方程為：PL10=常數(shù)式中：P-當(dāng)量動載荷，N;L10-基本壽命，常以10r為單位（當(dāng)壽命為一百轉(zhuǎn)時，L10=1）;-壽命指數(shù)，球軸承=3，滾子軸承=10/3。由手冊查得的基本額定動載荷C是以L10=1，可靠度為90%為依據(jù)的。由此可列出當(dāng)軸承的當(dāng)量動載荷為P時以轉(zhuǎn)數(shù)為單位的基本額定壽命L10為C1=PL10L10=10r若軸承工作轉(zhuǎn)速為nr/min,可求出以小時數(shù)為單位的基本額定壽命L10h==h應(yīng)取L10h≥Lh.L’h為軸承的預(yù)期壽命。通常參照機器大修期限決定軸承的預(yù)期使用壽命。若已知軸承的當(dāng)量動載荷P和預(yù)期使用壽命L’h，則可按下式求得相應(yīng)的計算額定動載荷C’,它與所選用軸承型號的C值必須滿足下式要求：C≥C=N(3-13)滾動軸承預(yù)期使用壽命的薦用值使用條件預(yù)期使用壽命h不經(jīng)常使用的儀器和設(shè)備短期或間斷使用的機械，中斷使用不致引起嚴重后果，如手動機械，農(nóng)用機械，裝配吊車，自動送料裝置間斷使用的機械，中斷使用將引起嚴重后果，如發(fā)電站輔助設(shè)備，流水作業(yè)的傳動裝置，帶式運輸機，車間吊車每天8小時工作的機械，但經(jīng)常不是滿載荷使用，如電機，一般齒輪裝置，壓碎機，起重機和一般機械每天8小時工作，滿載荷使用，如直線工作臺，木材加工機械，工程機械，印刷機械，分離機，離心機24小時連續(xù)工作的機械，如壓縮機，泵，電機，軋機齒輪裝置，紡織機械24小時連續(xù)工作的機械，中斷使用將引起嚴重后果，如纖維機械，造紙機械，電站主要設(shè)備，給排水設(shè)備，礦用泵，礦用通風(fēng)機300~30003000~80008000~1200010000~2500020000~3000040000~50000100000由上表查得為20000小時則額定動載荷C’=N=3P=6432NL’h=20000h則C’=18000NC=22000N>C’此軸承合乎要求另外由于橫向絲杠與縱向絲杠采用同一軸承，且載荷小于縱向，因此同理可驗證其是合理的。第4章步進電機的選擇4.1縱向步進電機的選擇4.1.1確定系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量脈沖當(dāng)量是指一個進給脈沖使直線工作臺執(zhí)行部件產(chǎn)生的進給量，它是衡量PLC控制直線工作臺加工精度的一個基本技術(shù)參數(shù)。因此，脈沖當(dāng)量應(yīng)根據(jù)直線工作臺精度的要求來確定，直線絲杠驅(qū)動工作臺的定位精度為±0.015mm，因此選用的脈沖當(dāng)量為0.01mm/脈沖~0.005mm/脈沖。4.1.2步距角的選擇根據(jù)步距角初步選步進電機型號，并從步進電機技術(shù)參數(shù)表中查到步距角θb，三種不同脈沖分配方式對應(yīng)有兩種步距角。步距角θb及減速比i與脈沖當(dāng)量δp和絲杠導(dǎo)程L0有關(guān)。初選電機型號時應(yīng)合理選擇θb及i,并滿足：θb≤(δpi360)/L0（4-1）由上式可知：θb≤δpi360/L0=3600.011/10=0.36°初選電機型號為:90BYG5502具體參數(shù)如表4.1所示表4.1：縱向電機步距角相數(shù)驅(qū)動電壓電流90BYG55020.36550V3A靜轉(zhuǎn)矩空載起動頻率空載運行頻率轉(zhuǎn)動慣量重量5N.m2200≥3000040kg.cm4.5kg圖4-1電機簡圖4.1.3矩頻特性：=J=J10(N.cm)由于：nmax=(r/min)則：Mka=J(N.cm)式中：J為傳動系統(tǒng)各部件慣量折算到電機軸上的總等效轉(zhuǎn)動慣量（kg.cm）;ε為電機最大角加速度（rad/s）;nmax為與運動部件最大快進速度對應(yīng)的電機最大轉(zhuǎn)速（r/min）;t為運動部件從靜止啟動加速到最大快進速度所需的時間（s）;vmax為運動部件最大快進速度（mm/min）;δp為脈沖當(dāng)量（mm/脈沖）；θb為初選步進電機的步距角[（o）步]，對于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動慣量計算公式為J=(kg.cm),對于鋼材，材料密度為7.810(kg.cm),則上式轉(zhuǎn)化為J=0.78DL10(kg.cm),式中：Mc為圓柱體質(zhì)量（kg）;D為圓柱體直徑（cm），JD為電動機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量，可由資料查出。(1)絲杠的轉(zhuǎn)動慣量JsJs=Js/i，i為絲杠與電機軸之間的總傳動比由于i=1則:Js=0.78DL10=0.78(6.3)17010=208.9(kg.cm)(2)工作臺質(zhì)量折算工作臺是移動部件，其移動質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動量JG:JG=（）M(kg.cm),式中：L。為絲杠導(dǎo)程（cm）;M為工作臺質(zhì)量（kg）.由于L。=1cm,M=90kg則：JG=（）M=90=2.28(kg.cm)1）一對齒輪傳動小齒輪裝置在電機軸上轉(zhuǎn)動慣量不用折算，為J1.大齒輪轉(zhuǎn)動慣量J2折算到電機軸上為=J2()2）兩對齒輪傳動傳動總速比i=i1i2,二級分速比為i1=z2/z1和i2=z4/z3.于是，齒輪1的轉(zhuǎn)動慣量為J1,齒輪2和3裝在中間軸上，其轉(zhuǎn)動慣量要分別折算到電機軸上，分別為J2()和J3().齒輪4的轉(zhuǎn)動慣量要進行二次折算或以總速比折算為：=J4()()（4-2）因此，可以得到這樣的結(jié)論：在電機軸上的傳動部件轉(zhuǎn)動慣量不必折算，在其他軸上的傳動部件轉(zhuǎn)動慣量折算時除以該軸與電機軸之間的總傳動比平方。由于減速機構(gòu)為一對齒輪傳動，且第一級i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動慣量如下：n=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mmS=27mm則:J45=0.786.7510=4.371kg.cmn=40,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J40,其分度圓直徑d=401.5=60mmS=27mm則:J40=0.78610=2.73kg.cmn=30,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J30,其分度圓直徑d=301.5=45mmS=27mm則:J30=0.784.510=0.964kg.cmn=45,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J45,其分度圓直徑d=451.5=67.5mmS=30mm則:J45=0.786.7510=4.9538kg.cmn=50,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J50,其分度圓直徑d=501.5=75mmS=30mm則:J50=0.787.510=7.548kg.cmn=60,m=1.5的轉(zhuǎn)動慣量J60,其分度圓直徑d=601.5=90mmS=30mm則:J60=0.78910=15.66kg.cm兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動慣量為:J輸入=0.781.81310=0.106kg.cm;L=130mmJ輸出=0.782.51310=0.396kg.cm;L=130mm查表得：JD=4kg.cm綜上可知：J=JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45（4-3）=252.302kg.cm又由于V=1.461600=2236mm/min則：Mka=252.30210=41.1N.cm(3)力矩的折算：1）Mkf空載摩擦力矩Mkf=（4-4）式中：G為運動部件的總重力（N）；f′為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)；i為齒輪傳動降速比；η為傳動系統(tǒng)總效率，一般取η=0.7~0.85；L。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（cm）。由于G=9010=900N,f=0.05,i=1,η=0.85則Mkf==8.4N.cm2）M。附加摩擦力矩M。=(1-η。)（4-5）式中：Fyj為滾珠絲杠預(yù)加負載，即預(yù)緊力，一般取1/3Fm;Fm為進給牽引力（N）,η。為滾珠絲杠未預(yù)緊時的傳動效率，一般取η。≥0.9得Fyj=1/3Fm=1/31728.8=576.3N又L。=10mm，η=0.95則M。==96.6N.cm則=++M。=41.1+8.4+96.6=140N.cm由于≤=λ則所選步進電機為五相十拍的經(jīng)表查得：λ=0.951則=1.67N.m<λ=0.955=4.75N.m所以所選步進電機合乎要求4.1.4據(jù)步進電機的矩頻特性計算加減速時間校核的快速性T=(fn-f0)（4-6）式中：T為加減速時間，Jr和Jl分別為轉(zhuǎn)子，負載的轉(zhuǎn)動慣量（kg.m）β為電機得步距角（°），Tcp,Tl為電機最大平均轉(zhuǎn)矩，負載轉(zhuǎn)矩（N.m）f。,fn為起始加速時，加速終了時的頻率（Hz）由于 Jr=0.410kg.mJl=0.0252kg.mβ=0.36°Tcp=5N.mTl=1.67N.mf0=2200Hzfn=30000Hz則T=(30000-2200)=1.2s<1.5s所以選此步進電機能滿足要求。矩頻特性曲線4.2橫向步進電機的選擇4.2.1步距角的確定θb≤δpi360/L。(4-7）L。=6mm,i=1,δp=0.005θb≤0.3初選電機型號為:110BYG5602橫向電機步距角相數(shù)驅(qū)動電壓電流110BYG56020.3580V3A靜轉(zhuǎn)矩空載起動頻率空載運行頻率轉(zhuǎn)動慣量重量16N.m2500≥3500015kg.cm16kg圖4-2電機簡圖4.2.2距頻特性(1)力矩的折算1)空載摩擦力矩Mkf=Gf′L。/2πηiG=6010=600Nf′=0.05L。=6mmη=0.8==3.5(N.cm)2)附加摩擦力矩M。=(1-η。)(N.cm)Fyj=1/3Fm=1/33433.6=1144.5NL。=6M。==115N.cm(2)轉(zhuǎn)動慣量的折算1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量Js=0.78DL10D=4cmL=26cmJs=0.78DL10=0.78(4)2610=5.19N.cm2)工作臺轉(zhuǎn)動慣量JG=M（4-8）L。=0.6cmM=60kgJG=M=60=0.54(kg.cm)(3)多脈沖減速裝置的轉(zhuǎn)動慣量折算Z=30d=mz=1.530=45mmJ=0.78DL10=0.784.51.810=0.58kg.cmZ=40d=mz=1.540=60mmJ=0.78DL10=0.7861.810=1.82kg.cmZ=45d=mz=1.545=67.5mmJ=0.78DL10=0.786.751.810=2.92kg.cmZ=50d=mz=1.550=75mmJ=0.78DL10=0.787.51.810=4.44kg.cmZ=60d=mz=1.560=90mmJ=0.78DL10=0.7891.810=9.2kg.cm又由于J輸入=0.106kg.cmJ輸出=0.396kg.cmJD=15.8kg.cm則J=Js+JG+JJ=58kg.cmMka=J10vmax=0.781600=1248mm/mint=1.5sδp=0.005θb=0.3°Mka=50=7.257N.cmMkq=Mka+Mkf+M0=7.527+3.5+115=125.7N.cm又Mkq≤λMjmax步進電機為五相十拍λ=0.95Mjmax=16N.mMkq=1.257N.m<0.9516=15.2N.m所以此步進電機符合條件(4)上升時間校核t=(fn-f0)Jr=1.5810kg.mJl=5.810kg.mβ=0.3Tcp=16N.mTl=1.257N.mf0=2500Hzfn=35000Hzt=(35000-2500)=0.086s<1.5s合乎要求三）110BF003型直流步進電機主要技術(shù)參數(shù)電機型號相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動率110BF00330.758067.84（80）1500運行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量線圈電阻分配方式重量外徑長度軸徑700046.06(4.7)0.37三相六拍611016011參考價原型號350BFG090811（四）110BF004型直流步進電機主要技術(shù)參數(shù)電機型號相數(shù)步驅(qū)角電壓相電流最大轉(zhuǎn)矩最高空載啟動率110BF00430.753044.9（50）500運行頻率轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量線圈電阻分配方式重量外徑長度軸徑34.3(3.5)0.76三相六拍5.511011011參考價原型號350BFG09041111結(jié)論這次課程設(shè)計時間相對于我們以前搞設(shè)計來說是非常非長的。這次我課程設(shè)計的題目是：把工作臺設(shè)計成為經(jīng)濟型PLC控制工作臺。剛剛接受到這個題目的時候，感