數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì).doc

?？瓶飘厴I(yè)設(shè)計(jì) 論文 專科科畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 題目 數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的題目 數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的 設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) 院院 系 系 機(jī)電工程學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 專專 業(yè) 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化 班班 級(jí) 級(jí) 姓姓 名 名 學(xué)學(xué) 號(hào) 號(hào) 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 2012 年 06 月 摘要 數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 摘要摘要 本課題為數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床就是 指價(jià)格低廉 操作使用方便 比較適合我國國情的 動(dòng)化的機(jī)床 采用數(shù)控機(jī) 床 可以降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度 節(jié)省勞動(dòng)力 一個(gè)人可以看管多臺(tái)機(jī)床 減少 工裝 縮短新產(chǎn)品試制周期和生產(chǎn)周期 可對(duì)市場需求作出快速反應(yīng) 在設(shè)計(jì) 的時(shí)候具體進(jìn)行了詳細(xì)的各部件的選型和計(jì)算 比如 導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)選型 滾珠 絲杠螺母副的選型與計(jì)算 還進(jìn)行了進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度計(jì)算 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 的誤差分析 驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型計(jì)算 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與滾珠絲杠的聯(lián)接 驅(qū)動(dòng)電機(jī)與 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性分析等 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 數(shù)控化 進(jìn)給系統(tǒng) 滾珠絲杠 伺服電機(jī) 摘要 I Numerical control lathe to servo drive system longitudinal into the design Abstract The topic for the CNC lathe longitudinal servo drive system design Economic type CNC lathe is a low price convenient operation and use is suitable for the national conditions of our country the move of the machine tool The use of CNC machine tools can reduce the labor intensity of workers labor saving one can look after more than one machine reduce tooling shorten new product development cycle and the production cycle the market demand for rapid response When the design of specific detail each component selection and calculation For example the design selection guide ball screw pair selection and calculation Also performed a feed system rigidity calculation feed transmission system error analysis the calculation and selection of the driving motor driving motor and ball screw coupling the drive motor and the feed drive system dynamic characteristics analysis Key words NC feed system ball screw Servo motor 2 1 1 緒論緒論 7 7 1 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 7 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 7 1 3 題目背景 7 1 4 研究意義 7 1 5 國內(nèi)相關(guān)研究情況 7 1 6 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的主演內(nèi)容與要求 8 1 6 1 畢業(yè)論文的主要內(nèi)容 8 1 6 2 畢業(yè)論文的要求 8 2 2 總體方案論證總體方案論證 9 9 3 3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算 1111 3 1 滾珠絲杠副的工作原理及其特點(diǎn) 11 3 1 1 工作原理 11 3 1 2 滾珠絲杠副的特點(diǎn) 11 3 2 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 Ph 12 3 3 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 12 3 3 1 工作載荷 F 12 3 3 2 最小載荷 Fmin 13 3 3 3 最大工作載荷 Fmax 13 3 3 4 當(dāng)量載荷 Fm 與當(dāng)量轉(zhuǎn)速 nm 13 3 4 預(yù)期額定動(dòng)載荷 13 3 5 滾珠絲杠的最大允許軸向變形量 13 3 6 估算滾珠絲杠的底徑 d2m 14 4 4 剛度的計(jì)算剛度的計(jì)算 1515 4 1 絲杠軸向剛度計(jì)算 15 4 1 1 雙推 支承安裝絲杠的軸向剛度 15 3 4 1 2 雙推 雙推安裝絲杠的軸向剛度 16 4 2 2 帶預(yù)壓載荷的雙螺母軸向剛度 17 4 3 支承軸承的剛度 KB 17 4 4 螺母及軸承支承部件的剛度 KH 4 5 進(jìn)給滾珠絲杠副的扭轉(zhuǎn)剛度 17 4 6 進(jìn)給滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度 18 4 7 本絲杠副剛度的計(jì)算結(jié)果 19 4 7 1 絲杠軸向剛度計(jì)算 19 4 7 2 計(jì)算螺母剛度 19 4 7 3 計(jì)算支承軸承剛度 20 4 7 4 螺母支架及軸承座剛度 KH 20 4 7 5 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 20 4 7 6 計(jì)算系統(tǒng)傳動(dòng)剛度 20 5 5 滾珠絲杠校核滾珠絲杠校核 2222 5 1 滾珠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算 22 5 2 滾珠壓桿極限轉(zhuǎn)速計(jì)算 22 5 3 驗(yàn)算額定靜載荷 22 5 4 額定壽命的校核 22 6 6 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 2424 6 1 正常情況下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩 Tm 24 6 1 1 負(fù)載扭矩 Ta 24 6 1 2 預(yù)壓扭矩 Td 24 6 1 3 軸承扭矩 Tb 24 6 2 加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩 T 24 6 2 1 電機(jī)慣性矩計(jì)算 J1 24 6 2 2 滾珠絲桿慣性矩計(jì)算 J2 25 6 2 3 負(fù)荷慣性矩計(jì)算 J3 25 6 3 總電機(jī)扭矩 Tmax 25 7 7 電機(jī)的校核電機(jī)的校核 2626 7 1 所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 Tp 的校核 26 4 7 2 所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TS 的校核 26 7 3 轉(zhuǎn)矩有效值 Tms 的校核 26 8 8 慣量的校核慣量的校核 2828 9 9 軸承及密封的選擇軸承及密封的選擇 2929 1010 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 3030 1111 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌的選擇 3131 11 1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的基本截面形狀 31 11 2 常用的組合形式 31 1212 畢業(yè)論文總結(jié)畢業(yè)論文總結(jié) 3333 致謝致謝 3535 附錄 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 36 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明 3636 附錄 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明 37 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 獨(dú)創(chuàng)性聲明 3737 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 5 1 1 緒論緒論 1 11 1 畢業(yè)設(shè)計(jì)題目畢業(yè)設(shè)計(jì)題目 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是 數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 1 2 畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的畢業(yè)設(shè)計(jì)的目的 機(jī)械類畢業(yè)設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用本學(xué)科的基本理論 專業(yè)知識(shí)和基本 技能 提高分析和解決問題的能力的重要手段 是從事 科學(xué)研究工作和專業(yè)工 程技術(shù)工作的基本訓(xùn)練 通過畢業(yè)設(shè)計(jì)鞏固和發(fā)展所學(xué)知識(shí) 學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)機(jī)器設(shè) 備的一般方法和步驟 熟悉并掌握設(shè)計(jì)的基本技能 如計(jì)算 繪圖 計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì) 和學(xué)習(xí)使用設(shè)計(jì)資料 手冊 標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范 1 31 3 題目背景題目背景 數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)是保證產(chǎn)品達(dá)到高的加工精度和穩(wěn)定的加 工質(zhì)量的關(guān)鍵部件 以伺服電機(jī) 減速裝置 滾珠絲杠副等組成的半閉環(huán)傳動(dòng) 系統(tǒng)能確保伺服系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)矩 速度 位置的精確控制 確保機(jī)械部件的高精 度 高剛度 高強(qiáng)度 使之滿足數(shù)控系統(tǒng)的要求 1 41 4 研究意義研究意義 在我國大多數(shù)制造行業(yè)和企業(yè)的生產(chǎn) 加工裝備絕大數(shù)是傳統(tǒng)的機(jī)床 而且 半數(shù)以上是役齡在 10 年以上的舊機(jī)床 用這種裝備加工出來的產(chǎn)品國內(nèi) 外市 場上缺乏競爭力 直接影響一個(gè)企業(yè)的的生存和發(fā)展 所以必須大力提高機(jī)床 的數(shù)控化率 數(shù)控機(jī)床比傳統(tǒng)機(jī)床有以下突出的優(yōu)越性 由于計(jì)算機(jī)可以瞬時(shí) 準(zhǔn)確地計(jì)算出每個(gè)坐標(biāo)軸瞬時(shí)應(yīng)該運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量 因此可以復(fù)合成復(fù)雜的曲線 或曲面 可以實(shí)現(xiàn)加工的自動(dòng)化 而且是柔性自動(dòng)化 從而效率可比傳統(tǒng)機(jī)床 提高 3 7 倍 擁有自動(dòng)報(bào)警 自動(dòng)監(jiān)控 自動(dòng)補(bǔ)償?shù)榷喾N自律功能 因而可實(shí) 現(xiàn)長時(shí)間無人看管加工 1 51 5 國內(nèi)相關(guān)研究情況國內(nèi)相關(guān)研究情況 目前 國外數(shù)控機(jī)床的性能正朝著高精度 高效率 高柔性 高自動(dòng)化方向 迅速發(fā)展 這將對(duì)數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的質(zhì)量和可靠性提出更高的要求 例如 日本法努克公司 三菱電機(jī)公司 安川電機(jī)公司 德國西門子公司 aeg 公司 力士樂 indramat 公司 美國抗體公司 通用電氣公司等均先后在 1984 年前后將交流伺服系統(tǒng)付諸實(shí)用 我國數(shù)控機(jī)床產(chǎn)業(yè)面臨的挑戰(zhàn)是國內(nèi)市場占有率偏低 據(jù)有關(guān)資料表明 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 6 1999 年國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床的市場占有率僅為 38 88 造成這種嚴(yán)峻的形勢 除客觀 原因外 主要是產(chǎn)品的質(zhì)量 可靠性不過硬 十五 期間 我國機(jī)械制造行業(yè)必 須瞄準(zhǔn)國際數(shù)控機(jī)床發(fā)展的科學(xué)前沿 開拓創(chuàng)新 消化吸收國外先進(jìn)技術(shù) 開創(chuàng)我 國數(shù)控機(jī)床設(shè)計(jì)和制造技術(shù)的新局面 然而 我國加入 后 國外生產(chǎn)的數(shù) 控機(jī)床將會(huì)更多的進(jìn)入我國市場 市場競爭更為激烈 提高國產(chǎn)數(shù)控機(jī)床市場占 有率 關(guān)鍵在于提高質(zhì)量和可靠性 幾年來 經(jīng)過對(duì)國內(nèi)外數(shù)控機(jī)床的機(jī)械結(jié)構(gòu) 剖析和使用性能的調(diào)研 探索和總結(jié)了數(shù)控機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的新技術(shù) 1 61 6 畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的主演內(nèi)容與要求畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 的主演內(nèi)容與要求 1 6 11 6 1 畢業(yè)論文的主要內(nèi)容畢業(yè)論文的主要內(nèi)容 1 在分析車床加工對(duì)象和加工要求的基礎(chǔ)上 提出縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng) 的總體設(shè)計(jì)方案 2 要求控制定位精度為 0 001 mm 根據(jù)要求計(jì)算并選擇伺服電機(jī) 滾珠 絲杠副 導(dǎo)軌副 軸承等 3 根據(jù)要求設(shè)計(jì)縱向進(jìn)給系統(tǒng)的零件圖 4 設(shè)計(jì)數(shù)控車床縱向進(jìn)給伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的總體機(jī)械裝配圖 1 6 21 6 2 畢業(yè)論文的要求畢業(yè)論文的要求 工作量要求 畢業(yè)論文一篇 字?jǐn)?shù)不少于 15000 字 1 實(shí)驗(yàn) 時(shí)數(shù) 或?qū)嵙?xí) 天數(shù) 2 周 2 圖紙 幅面和張數(shù) 機(jī)構(gòu)裝配圖 A0 圖紙 折合 3 張 3 其他要求 外文翻譯不少于 3000 字 參考文獻(xiàn)不少于 18 篇 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 7 2 2 總體方案論證總體方案論證 普通車床 如 C616 C618 C620 CA6140 C630 等是金屬切削加工最常用的 一類機(jī)床 400 普通車床的布局如圖如圖 1 21 2 所示所示 當(dāng)工件隨主軸回轉(zhuǎn)時(shí) 通過 刀架的縱向和橫向移動(dòng) 能加工出內(nèi)外圓柱面 圓錐面 端面 螺紋面等 借 助成形刀具 還能加工出各種成形回轉(zhuǎn)面 普通車床刀架的縱向和橫向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是由主軸回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)掛輪傳遞而來 通過 進(jìn)給箱變速后 由光杠或絲杠帶動(dòng)溜板箱 縱溜板 橫溜板移動(dòng) 進(jìn)給參數(shù)要 靠手工預(yù)先調(diào)整好 改變參數(shù)時(shí)要停車進(jìn)行操作 刀架的縱向進(jìn)給和橫向進(jìn)給 不能聯(lián)動(dòng) 切削次序也由人工控制 圖圖 2 1400mm 普通車床的結(jié)構(gòu)布局圖普通車床的結(jié)構(gòu)布局圖 對(duì)普通車床進(jìn)行數(shù)控化改造 主要是將縱向和橫向進(jìn)給系統(tǒng)改造成為微機(jī) 控制的 能獨(dú)立運(yùn)動(dòng)的進(jìn)給伺服系統(tǒng) 刀架改造成能自動(dòng)換刀的回轉(zhuǎn)刀架 這 樣 利用數(shù)控裝置 車床就可以按預(yù)先輸入的加工指令進(jìn)行切削加工 由于切 削加工中的切削參數(shù) 切削次序和刀具都會(huì)按程序自動(dòng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和更換 再加 上縱向和橫向進(jìn)給聯(lián)動(dòng)的功能 數(shù)控改裝后的車床就可以加工出各種形狀復(fù)雜 的回轉(zhuǎn)零件 并能實(shí)現(xiàn)多工序自動(dòng)車削 從而提高了生產(chǎn)率和加工精度 也能 適應(yīng)小批量多品種復(fù)雜零件的加工 本設(shè)計(jì)為縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括 確定系統(tǒng)的負(fù)載 運(yùn) 動(dòng)部件慣量計(jì)算 空載起動(dòng)及切削力矩機(jī)計(jì)算 確定伺服電機(jī)等 設(shè)計(jì)時(shí)要求電機(jī)與絲杠采用柔性連接 電機(jī)選用伺服電機(jī)對(duì)電機(jī)的大小選 擇進(jìn)行驗(yàn)證 對(duì)滾珠絲杠直徑及支承形式選擇進(jìn)行強(qiáng)度較核 設(shè)計(jì)與生產(chǎn)實(shí)際 相結(jié)合 既要滿足理論要求 又要滿足生產(chǎn)現(xiàn)實(shí)實(shí)際 設(shè)計(jì)應(yīng)遵循先易后難 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 8 先局部后全局的規(guī)律 確定設(shè)計(jì)步驟時(shí) 應(yīng)把整個(gè)數(shù)控車床 Z 向進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng) 分成若干個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行 待各系統(tǒng)基本合理后再互聯(lián)完成全系統(tǒng)工作 設(shè)計(jì)的 產(chǎn)品應(yīng)高效經(jīng)濟(jì) 本課題所設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)是針對(duì)經(jīng)濟(jì)型中檔數(shù)控車床的 該 系統(tǒng)設(shè)計(jì)成功一旦應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)踐中 將給中小規(guī)模的加工廠輸入新的血液 顯著提高生產(chǎn)力水平 減輕勞動(dòng)強(qiáng)度 提高經(jīng)濟(jì)效益 很高興能設(shè)計(jì)本題目 本設(shè)計(jì)是通過從主觀的調(diào)查 研究 分析 后又經(jīng) 過計(jì)算等各個(gè)工作 完成了本設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)是數(shù)控車床的縱向進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 在設(shè)計(jì)題目給定后 又給了一定的設(shè)計(jì)參數(shù) 這樣的話按照設(shè)計(jì)要求縱向最大 行程 Z 軸 650mm 進(jìn)給速度 0 25m min 加工中最大切削力 2500 N 材料 HT200 床鞍及附件的估計(jì)尺寸 600 300 10 控制定位精度為 0 001mm 根據(jù)要求計(jì)算并選擇伺服電機(jī) 滾珠絲杠副 導(dǎo)軌副 軸承等 進(jìn) 行了設(shè)計(jì) 3 夾緊機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) 9 3 3 滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算滾珠絲杠的設(shè)計(jì)與計(jì)算 3 13 1滾珠絲杠副的工作原理及其特點(diǎn)滾珠絲杠副的工作原理及其特點(diǎn) 3 1 13 1 1工作原理工作原理 滾珠絲杠在機(jī)械傳動(dòng)中的作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng) 也可以將直線 運(yùn)動(dòng)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 根據(jù)絲杠和螺母相對(duì)運(yùn)動(dòng)的組合情況 其傳動(dòng)方式也是多 種多樣的 3 1 23 1 2滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副的特點(diǎn) 由上述工作原理可知 滾珠絲杠副與滑動(dòng)絲杠副相比較 它以滾動(dòng)摩擦代 替滑動(dòng)摩擦 因此 具有以下特點(diǎn) 1 摩擦損失小 傳動(dòng)效率高 由于滾動(dòng)絲杠副的摩擦損失小 其傳動(dòng)效率高達(dá)90 98 為傳統(tǒng)的滑 動(dòng)絲杠系統(tǒng)的2 4倍 所以能以較小的扭矩得到較大的推力 亦可由直線運(yùn)動(dòng) 轉(zhuǎn)為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 運(yùn)動(dòng)可逆 2 磨損小 壽命長 通常 滾珠絲杠副的主要零件 如絲杠 螺母以及滾珠都是經(jīng)過淬硬的并 且有很低的表面粗糙度 而且 滾動(dòng)摩擦的磨損很小 因而具有良好的耐磨性 即其精度保持性能好 工作壽命長 3 軸向剛度高 由于滾珠絲杠副可以完全的消除傳動(dòng)問隙 而不至于影響絲杠運(yùn)動(dòng)的靈活 性 因而可以獲得較高的軸向剛度 通常 可以通過預(yù)緊來提高軸向剛度 4 摩擦阻力小 運(yùn)動(dòng)平穩(wěn) 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)為點(diǎn)接觸滾動(dòng)運(yùn)動(dòng) 動(dòng) 靜摩擦系數(shù)相差極小 其摩擦 阻力幾乎與速度無關(guān) 工作中摩擦阻力小 靈敏度高 啟動(dòng)時(shí)無顫動(dòng) 低速時(shí) 無爬行現(xiàn)象 因此可精密地控制微量進(jìn)給 5 高可靠性 與其它傳動(dòng)機(jī)械 液壓傳動(dòng)相比 滾珠絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)故障率很低 維修保養(yǎng) 也較簡單 只需進(jìn)行一般的潤滑和防塵 在特殊場合可在無潤滑狀態(tài)下工作 6 不能自鎖 具有傳動(dòng)的可逆性 由于滾珠絲杠副沒有自鎖能力 故具有傳動(dòng)的可逆性 當(dāng)它用于垂直升降傳 動(dòng)系統(tǒng)時(shí) 必須增設(shè)自鎖裝置或制動(dòng)裝置 以防止產(chǎn)生逆?zhèn)鲃?dòng) 由于滾珠絲杠副具有上述優(yōu)點(diǎn) 所以它日益廣泛地應(yīng)用于精密機(jī)械 機(jī)床 汽 車 船舶 火炮 航空 航天和紡織等工業(yè)部門 但是 與滑動(dòng)絲杠副相比 滾珠絲杠副仍然存在以下的缺點(diǎn) 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 工 3 夾緊機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) 10 藝難度大 制造成本高等 已知技術(shù)參數(shù) 縱向最大行程 Z 軸 650 mm 工作進(jìn)給速度為 6mm min 縱向快速進(jìn)給速度 0 25m min 床鞍及其他的估計(jì)尺寸 長 寬 高 600mm 300mm 100mm 材料選為 HT200 估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重 縱向工作臺(tái)重量 0 6 0 3 0 1 7200 1296 N 取值為 1300N 下表 1 給出了工作臺(tái)的切削狀況 以此為前提進(jìn)行傳動(dòng)部件的設(shè)計(jì) 表 1 軸向受力狀況 3 23 2 確定滾珠絲杠的導(dǎo)程確定滾珠絲杠的導(dǎo)程 PhPh 根據(jù)車床傳動(dòng)要求 負(fù)載大小和傳動(dòng)效率等因素綜合考慮確定 導(dǎo)程t 先按車床傳動(dòng)要求確定 其公式為 Ph Vmax i Nmax 式中 Vmax Z 向快速進(jìn)給速度 0 25m min i 傳動(dòng)比 因電機(jī)與滾珠絲杠副直接聯(lián)接 i 取1 Nxmax 驅(qū)動(dòng)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速 2000r min 由式 Ph 25000 2000 12 5mm 取常用導(dǎo)程 Ph 10mm 3 33 3 滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計(jì)算 3 3 13 3 1工作載荷工作載荷F F 是指數(shù)控車床工作時(shí) 實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向作用力 其數(shù)值可用下 列進(jìn)給作用力的實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算 對(duì)于滑動(dòng)導(dǎo)軌機(jī)床 F Fzi Ff 式中 Fzi Z 方向上的切削分力 切削方式軸向力 N 進(jìn)給速度 r min 工作時(shí)間百分比 強(qiáng)力切削 25005020 普通切削 150010050 精切削 100050030 3 夾緊機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) 11 Ff 導(dǎo)軌摩擦阻力 Ff W 摩擦系數(shù) 對(duì)滑動(dòng)導(dǎo)軌取0 04 0 05 W Z 向工作臺(tái)總重量 在各種切削方式下 絲杠軸向載荷 F1 2500 0 05 1300 2565N F2 1500 0 05 1300 1565N F3 1000 0 05 1300 1065N 3 3 23 3 2 最小載荷最小載荷FminFmin 最小載荷Fmin為數(shù)控機(jī)床空載時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷 此時(shí) Fx Fy Fz 0 Fmin W 0 05 1300 65N 3 3 33 3 3 最大工作載荷最大工作載荷FmaxFmax 最大載荷為機(jī)床承受最大切削力時(shí)作用于滾珠絲杠的軸向載荷 Fmax F1 2565N 3 3 43 3 4 當(dāng)量載荷當(dāng)量載荷FmFm與當(dāng)量轉(zhuǎn)速與當(dāng)量轉(zhuǎn)速n nm m 當(dāng)機(jī)床工作載荷隨時(shí)間變化且此期間轉(zhuǎn)速不同時(shí) 式中 t1 t2 t3 分別為滾珠絲杠在轉(zhuǎn)速n1 n2 n3 下 所受 軸向載荷分別是F1 F2 F3 時(shí)的工作時(shí)間 見表1 nm n1 t1 n2 t2 n3 t3 50 0 2 100 0 5 500 0 3 210 r min 當(dāng)量載荷 Fm 把式中 F1F2F3 帶入公式 經(jīng)計(jì)算為 1157N 3 43 4 預(yù)期額定動(dòng)載荷預(yù)期額定動(dòng)載荷 式中 Fm 滾珠絲杠副當(dāng)量載荷 N nm 當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r min Lh 預(yù)期工作時(shí)間 取20000 小時(shí) fa 精度系數(shù) 取0 9 fc 可靠性系數(shù) 取1 fw 負(fù)荷系數(shù) 取 1 2 3 夾緊機(jī)構(gòu)的整體結(jié)構(gòu) 12 Cam 帶入公式中 計(jì)算得到為 9733N 3 53 5 滾珠絲杠的最大允許軸向變形量滾珠絲杠的最大允許軸向變形量 0 33 0 001 0 25 0 001 取中間合適值為 0 3um 3 63 6 估算滾珠絲杠的底徑估算滾珠絲杠的底徑 d d2m2m 由于 滾珠絲杠副的安裝方式為一端固定 另一端游動(dòng) 式中 支承方式系數(shù) 安裝方式為一端固定 另一端游 動(dòng)時(shí)為0 078 m 估算的滾珠絲杠最大允許軸向變形量0 3 F0 導(dǎo)軌靜摩擦力 其中F0 W 1300 0 05 65N L 兩個(gè)固定支承點(diǎn)中心之間的距離1000mm 帶入計(jì)算得d2m 40mm 滾珠絲杠選擇 根據(jù)以上計(jì)算 預(yù)期額定動(dòng)載荷 Cam 9733N d2m 40mm 導(dǎo)程 Ph 10mm 選擇深圳市萬臣科技有限公司生產(chǎn)的 SFV04010 4 8 型內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 滾珠絲 杠的為公稱直徑為 40mm 導(dǎo)程 10mm 靜額定負(fù)荷 Coa 11264KGF 接觸剛度 K 65kgf m 滾珠絲杠采用中預(yù)緊方式裝配 且在上述計(jì)算中 預(yù)期額定動(dòng)載 荷 Cam 9733N 11264 滿足設(shè)計(jì)要求 所以可行 還需進(jìn)行下一步校核 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 13 4 4 剛度的計(jì)算剛度的計(jì)算 進(jìn)給滾珠絲杠副軸向剛度表示滾珠絲杠副及其支承部件抵抗其軸向彈性變 行的能力 用彈簧常數(shù)K1表示 按下式計(jì)算 K1 F 1 式中 K1 進(jìn)給滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)軸向剛度 N m F 施加于進(jìn)給絲杠的軸向負(fù)載 N 1 進(jìn)給滾珠絲杠副軸向彈性位移 m KS 絲杠軸向剛度 N m KN 螺母組件軸向剛度 N m KB 支承軸承軸向剛度 N m KH 螺母支架及軸承支架軸向剛度 N m 4 14 1 絲杠軸向剛度計(jì)算絲杠軸向剛度計(jì)算 絲杠的軸向剛度因安裝方式不同而不同 4 1 14 1 1雙推雙推 支承安裝絲杠的軸向剛度支承安裝絲杠的軸向剛度 采用雙推 支承方式安裝絲杠時(shí) 絲杠的軸向剛度隨載荷作用點(diǎn)至雙推支 承真?zhèn)€間隔變化而改變 其最小剛度KS按下式計(jì)算 式中 A 絲杠的斷面積 mm2 d 為螺紋小徑 mm E 絲杠材料的彈性模量 對(duì)于鋼材 E 2 07 105MPa La 載荷作用點(diǎn)距雙推支承的最大間隔 mm 附圖 a 為日本精機(jī)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠雙推 支承安裝時(shí)的軸向剛度圖 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 14 滾珠絲杠軸向剛度圖4 1 4 1 24 1 2雙推雙推 雙推安裝絲杠的軸向剛度雙推安裝絲杠的軸向剛度 采用雙推 雙推安裝絲杠時(shí) 其軸向剛度計(jì)算公式為 式中 L 兩雙推支承端間隔 mm 由上式可以看出 絲杠采用雙推 雙推方式安裝時(shí) 剛度也是變化的 且 在x 1處軸向剛度值最小 其最小值 附圖b為日本精機(jī)生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)滾珠絲杠雙推 雙推安裝時(shí)的軸向剛度圖 4 24 2螺母的剛度螺母的剛度 為與多數(shù)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品樣本名稱同一 本設(shè)計(jì)仍沿用螺母剛度這一名稱 螺母剛度實(shí)為螺母組件的剛度 包括滾珠和絲杠 螺母螺紋滾道的軸向剛度 根據(jù)赫茲接觸理論 滾珠和螺紋滾道間的軸向彈性變形量 N按下式計(jì)算 m 式中 滾珠的接觸角 F 軸向載荷 N d0 滾珠直徑 mm Z 每圈有效載荷滾珠數(shù) Z Dm d0cos Dm 螺母公稱直徑 mm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 15 螺旋升角 4 2 14 2 1單螺母軸向剛度單螺母軸向剛度 進(jìn)給滾珠絲杠副為單螺母時(shí) 假如軸向工作載荷即是30 動(dòng)額定載荷Ca 其剛度KN 0 8K 1 K 1為產(chǎn)品樣本尺寸表中給出的剛度值 假如軸向載荷不 即是30 動(dòng)額定載荷Ca時(shí) 其軸向剛度按下式計(jì)算 4 2 24 2 2帶預(yù)壓載荷的雙螺母軸向剛度帶預(yù)壓載荷的雙螺母軸向剛度 當(dāng)預(yù)壓載荷Fao 0 1Ca時(shí) 其剛度KN按下式計(jì)算 KN 0 8K 1 當(dāng)Fao 0 1Ca時(shí) 剛度KN計(jì)算公式為 式中 Fao 預(yù)壓載荷 N 4 34 3支承軸承的剛度支承軸承的剛度K KB B 不加預(yù)壓載荷時(shí) 軸承軸向剛度按下式計(jì)算 KB F B 式中 F 軸向載荷 N B 軸承軸向彈性位移量 m 施加預(yù)壓載荷時(shí) 軸承軸向剛度計(jì)算公式為 KB 3Fao ao 式中 Fao 軸向預(yù)壓載荷 N ao 在預(yù)壓載荷作用下 軸向彈性位移 m 各種軸承的軸向彈性位移量 B計(jì)算公式如下 自動(dòng)調(diào)心滾珠軸承 圓錐滾柱軸承 止推滾珠軸承 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 16 式中 接觸角 Q 加于軸承一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)體上的載荷 N d0 軸承轉(zhuǎn)動(dòng)體的直徑 mm l 軸承滾柱的有效接觸長度 mm Z 軸承轉(zhuǎn)動(dòng)體個(gè)數(shù) 4 44 4 螺母及軸承支承部件的剛度螺母及軸承支承部件的剛度K KH H 螺母支架的剛度 已在螺母剛度計(jì)算時(shí)乘以系數(shù)0 8計(jì)進(jìn) 軸承安裝部件的 剛度可通過采用高剛度支承部件解決 4 54 5進(jìn)給滾珠絲杠副的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)給滾珠絲杠副的扭轉(zhuǎn)剛度 影響進(jìn)給滾珠絲杠副扭轉(zhuǎn)變形的主要因素是絲杠 下面僅就絲杠的扭轉(zhuǎn)剛 度進(jìn)行討論 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度是指絲杠抵抗扭轉(zhuǎn)變形的能力 其計(jì)算公式為 式中 KT 絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 N mm rad 扭轉(zhuǎn)角 rad M 扭矩 N mm G 絲杠材料抗剪彈性模量 對(duì)鋼材 G 8 24 104MPa JP 截面慣性矩 對(duì)實(shí)心絲杠 mm4 4 64 6進(jìn)給滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度進(jìn)給滾珠絲杠副的傳動(dòng)剛度 在載荷作用下 進(jìn)給滾珠絲杠副的軸向彈性變形為 絲杠的扭轉(zhuǎn)變形為 此角折算成滾珠絲杠副的軸向變形量為 式中 t 滾珠絲杠導(dǎo)程 mm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 17 故滾珠絲杠副總的軸向變形為 由可得 m 式中 K 進(jìn)給滾珠絲杠副傳動(dòng)剛度 N m 由于 2 1 所以計(jì)算絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 KT時(shí) x 取以下數(shù)值 4 74 7 本絲杠副剛度的計(jì)算結(jié)果本絲杠副剛度的計(jì)算結(jié)果 進(jìn)給滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)采用雙推 支承方式 已知數(shù)據(jù)為 La 1000mm 雙推支承端軸承為背靠背布置的角接觸滾珠軸承 鋼珠直徑 5 556mm 鋼珠個(gè) 數(shù) Z 15 接觸角 30 軸承預(yù)緊力 Fao 3kN 滾珠絲杠滾珠中心圓直徑 dp 40mm 滾珠直徑為 7 1mm 基本動(dòng)額定載荷 Ca 9 733kN 預(yù)緊力 Fao 0 1Ca 要求計(jì)算其系統(tǒng)傳動(dòng)剛度 計(jì)算如下 4 7 14 7 1 絲杠軸向剛度計(jì)算絲杠軸向剛度計(jì)算 40 7 1 2 2 07 105 4 1000 82 23 N m 4 7 24 7 2 計(jì)算螺母剛度計(jì)算螺母剛度 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 18 按已知條件 從產(chǎn)品樣本尺寸表中查得 K 1 750N m KN 0 8K 1 0 8 750 600N m 4 7 34 7 3 計(jì)算支承軸承剛度計(jì)算支承軸承剛度 支承軸承為自動(dòng)調(diào)心滾珠軸承且預(yù)緊 因此 4 7 44 7 4 螺母支架及軸承座剛度螺母支架及軸承座剛度 K KH H 螺母支架剛度已在前面計(jì)算螺母剛度以系數(shù) 0 8 計(jì)進(jìn) 在此不予考慮 設(shè)軸承 座剛度非常大 即 0 于是 該系統(tǒng)滾珠絲杠副的軸向剛度 K1可通過以下 計(jì)算求得為 4 7 54 7 5絲杠扭轉(zhuǎn)剛度絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 由滾珠絲杠型號(hào)可知其導(dǎo)程Ph 10mm 從產(chǎn)品樣本尺寸表中查得絲杠螺紋小徑 d 30 1mm 代進(jìn)公式計(jì)算得 4 7 64 7 6 計(jì)算系統(tǒng)傳動(dòng)剛度計(jì)算系統(tǒng)傳動(dòng)剛度 由公式 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 19 得K 60 kgf m 由于 65 60 小于預(yù)期剛度 故所選絲杠剛度滿足要求 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 20 5 5 滾珠絲杠校核滾珠絲杠校核 5 15 1滾珠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算滾珠壓桿穩(wěn)定性計(jì)算 式中 K1 安全系數(shù) 水平安裝取1 3 D2 絲桿底徑 38 766mm Lc1 絲桿最長受壓長度 1000mm Famax 滾珠絲桿副受最大軸向力 2500N 帶入數(shù)據(jù)由公式可以推出得Fc 113078 2500 Fc遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Famax 所以可 行 5 25 2滾珠壓桿極限轉(zhuǎn)速計(jì)算滾珠壓桿極限轉(zhuǎn)速計(jì)算 對(duì)于高速長絲杠有可能發(fā)生共振 需要算其臨界轉(zhuǎn)速 不會(huì)發(fā)生共振的最高 轉(zhuǎn)速為臨界轉(zhuǎn)速 min c n r nc 107 fd2 L2c2 式中 f 支承系數(shù) 取15 1 D2 絲桿底徑D0 38 766mm Lc2 絲桿臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長度 900mm 帶入公式得 nc 107 15 1 38 766 900 6504r min 2000 r min 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其最大速度 故臨界轉(zhuǎn)速滿足 5 35 3 驗(yàn)算額定靜載荷驗(yàn)算額定靜載荷 fsFmax20000h 故滿足要求 經(jīng)過以上四個(gè)參數(shù)的校核后都滿足要求 所以SFV04010 4 8型內(nèi)循環(huán)式絲 杠可以使用 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 22 6 6 電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)的設(shè)計(jì)計(jì)算 伺服電動(dòng)機(jī)的力矩一下子很難確定 我們往往先確定電機(jī)的靜力矩 靜力 矩的選擇依靠電機(jī)的工作負(fù)載 而負(fù)載可分為慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載兩種 單一 的慣性負(fù)載和單一的摩擦負(fù)載是不存在的 直接啟動(dòng)時(shí)兩種負(fù)載均要考慮 加 速起動(dòng)時(shí)主要考慮慣性負(fù)載 恒速運(yùn)行只考慮摩擦負(fù)載 一般情況下靜力矩應(yīng) 為摩擦負(fù)載的 2 3 倍為好 靜力矩一旦選定 電機(jī)的機(jī)座及長度便能定下來 6 16 1 正常情況下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩正常情況下電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩 TmTm Tm Ta Td Tb 式中 Ta 順向切削扭矩 負(fù)載扭矩 Td 預(yù)壓扭矩 Tb 軸承扭矩 6 1 16 1 1 負(fù)載扭矩負(fù)載扭矩 TaTa Ta Fp L 2 3 14 N 1157 65 10 2 3 14 0 9 2594 5N MM 式中 Fb 軸向負(fù)荷 Fp 軸向載荷 Fm uW 1157 0 05 1300 L 絲杠導(dǎo)程 N 機(jī)械效率 0 9 0 95 6 1 26 1 2 預(yù)壓扭矩預(yù)壓扭矩 TdTd 預(yù)壓扭矩 Td Td P L 2 3 14 1157 10 2 3 14 221 1N MM 式中 P 軸向負(fù)荷 L 絲杠導(dǎo)程 6 1 36 1 3 軸承扭矩軸承扭矩 TbTb 查的軸承 Tb 98N MM 所以正常情況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩為 Tm 2594 5 221 1 98 2913 6 N MM 2 9136N M 6 26 2 加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩T T T J1 J2 J3 式中 J1 電機(jī)慣性矩 J2 滾珠絲桿慣性矩 J3 負(fù)荷慣性矩 加速度 100rad sec2 6 2 16 2 1 電機(jī)慣性矩計(jì)算 電機(jī)慣性矩計(jì)算 J1J1 式中 密度 7 8 10 6kgf mm3 g 重力加速度9800mm sec2 R 電機(jī)轉(zhuǎn)子半徑R20mm L 電機(jī)轉(zhuǎn)子長度1230mm 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 23 代入數(shù)據(jù)得J1 0 25kgf mm sec2 6 2 26 2 2 滾珠絲桿慣性矩計(jì)算 滾珠絲桿慣性矩計(jì)算 J2J2 式中 Ws 絲桿重量 45kg Dn 絲桿公稱直徑 40mm 代入數(shù)據(jù)得 J2 0 92 kgf mm sec2 6 2 36 2 3 負(fù)荷慣性矩計(jì)算 負(fù)荷慣性矩計(jì)算 J3J3 式中 W 工作臺(tái)總重量 1300kg l 絲桿導(dǎo)程 10mm 代入數(shù)據(jù)得 J3 0 06 kgf mm sec2 所以 加速狀況下電機(jī)驅(qū)動(dòng)扭矩 T J1 J2 J3 a 0 25 0 92 0 06 100 1 2054N M 6 36 3 總電機(jī)扭矩總電機(jī)扭矩 TmaxTmax Tmax Tm T 2 9136 1 2054 4 119N M 取電機(jī)安全系數(shù)為 2 則安全電機(jī)扭矩 2 Tmax 2 4 119 8 238N M 電機(jī)的選擇 根據(jù)以上的計(jì)算 電機(jī)安全扭矩為 8 258 N M 選擇伺服電動(dòng)機(jī) 1FT7082 5AC7 額定轉(zhuǎn)速為 2000rpm 額定功率 2 39 3 20 靜態(tài)扭矩 13 9 6 額 定轉(zhuǎn)矩 11 4 8 4 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 26 5 23 5 10 4 kgm2 由于 2 Tmax 8 258N M 小于 11 4N M 所以選擇該電動(dòng)機(jī) 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 24 7 7 電機(jī)的校核電機(jī)的校核 7 17 1 所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩所需啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TpTp 的校核 的校核 TP 2 3 14 Nm Jm J 60ta 1000 TL 式中 Nm N1 N1 為絲杠的轉(zhuǎn)速 因?yàn)榻z杠和電機(jī)是通過聯(lián)軸器直接連接的 所以轉(zhuǎn)速為 2000r min Jm 為電機(jī)軸換算電機(jī)慣量 Jm J2 J3 J 聯(lián) J2 是滾珠絲杠慣性量 在電機(jī)的設(shè)計(jì)選取中取值為 0 92 kgm2 J3 是負(fù)荷慣性量 J 在電機(jī)的設(shè)計(jì)選取中取值為 0 06 kgm2 J 聯(lián)是聯(lián)軸器慣性量 根據(jù)公式 J 聯(lián) M DD 8 0 5 0 08 0 08 0 4 10 3 kgm2 帶入計(jì)算 Jm J2 J3 J 聯(lián) 0 92 0 06 0 0004 0 9804 kgm2 J 為電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 2 65 10 3 kgm2 ta 為加速時(shí)間 根據(jù)是設(shè)計(jì)要求計(jì)算可以得到 0 1s TL u 9 8 M Pb 2 3 14 0 9 0 1 9 8 130 0 0125 2 3 14 0 9 0 2874 綜上所述 把對(duì)應(yīng)的值帶入公式計(jì)算可以得到 TP 2 3 14 Nm Jm J 60ta 1000 TL 2 3 14 2000 0 9804 2 65 10 3 60 0 1 1000 0 287 2 064 0 287 2 351NM 11 4NM 7 27 2 所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩所需制動(dòng)轉(zhuǎn)矩 TSTS 的校核 的校核 TS 2 3 14 Nm Jm J 60ta 1000 TL 2 064 0 287 1 776 NM 11 4 NM 7 37 3 轉(zhuǎn)矩有效值轉(zhuǎn)矩有效值 TmsTms 的校核 的校核 式中 Tp 2 351NM TS 1 776 NM TL 0 2874 NM ta 為加速時(shí)間 在設(shè)計(jì)中取值 0 1 tc 為恒速時(shí)間 在設(shè)計(jì)中取值 1 1 td tc 0 1 t 2s 把以上數(shù)字帶入計(jì)算可得到 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì) 論文 25 1 414NM 11 4NM 額定扭矩 經(jīng)以上三方面的校核 可知所選取的伺服電機(jī)滿足使用要求 8 畢業(yè)論文總結(jié) 26 8 8 慣量的校核慣量的校核 8 1 Jb 32 980 Db4Lb kgf Cm s2 式中 J 慣量 kgf cm s2 物體的比重 kg cm3 Db 直徑 cm Lb 長度 cm 若物體的材料是鐵 其比重為 7 8 10 3kg cm3 則慣量的近似值為 Jb 0 78 10 6 4 04 100 0 0199 kg cm s2 沿直線運(yùn)動(dòng)物體 工件 工作臺(tái)等 的慣量 8 2 Jw W 980 L 2 2 kgf cm s2 W 沿直線運(yùn)動(dòng)物體的重量 kg L 電機(jī)一轉(zhuǎn)物體沿直線的移動(dòng)距離 cm Jw 1300 980 1 25 2 2 0 0525 kgf cm s2 負(fù)載慣量Jl Jb Jw 0 0199 0 0525 0 0724 kgf cm s2 負(fù)載慣量對(duì)電機(jī)的控制特性和快速移動(dòng)的加 減速時(shí)間都有很大影響 負(fù)載慣量增加時(shí) 可能出現(xiàn)以下問題 指令變化后 需要較長的時(shí)間達(dá)到新 指令指定的速度 若機(jī)床沿著兩個(gè)軸高速運(yùn)動(dòng)加工圓弧等曲線 會(huì)造成較大 的加工誤差 負(fù)載慣量小于或等于電機(jī)的慣量時(shí) 不會(huì)出現(xiàn)這些問題 若負(fù) 載慣量為電機(jī)的3倍以上 控制特性就會(huì)降低 實(shí)際上這對(duì)普通金屬加工機(jī) 床的工作的影響不大 但是如果加工木制品或是高速加工曲線軌跡 建議負(fù) 載慣量要小于或等于電機(jī)的慣量 如果負(fù)載慣量比3 倍的電機(jī)慣量大的多 則控制特性將大大下降 此時(shí) 電機(jī)的特性需要特殊調(diào)整 使用中應(yīng)避免這 樣大的慣量 顯然小于所選電機(jī)的額定慣量 所以滿足要求 致謝 27 9 9 軸承及密封的選擇軸承及密封的選擇 支撐滾珠絲杠的專用軸承的選用計(jì)算過程如下 對(duì)于任何所選用軸承型號(hào) 其基本額定動(dòng)載荷Ca值必須滿足下式要求 式中 i為一組軸承中的軸承個(gè)數(shù) P為當(dāng)量動(dòng)載荷 Lh 為與其使用壽命 n為計(jì)算轉(zhuǎn)速 r min 所選擇的軸承工作情況為 絲杠螺母軸用一對(duì)角接觸球軸承背對(duì)背方式支 承 另一端用深溝球軸承支承 此種支撐方式預(yù)緊力小 軸承壽命較高適用于 中速精度較高的絲杠傳動(dòng)系統(tǒng) 當(dāng)轉(zhuǎn)速為 50r min 時(shí) 軸向力為 200N 有沖 擊 軸徑為直徑 17mm 軸承預(yù)期使用壽命為 20000h 可靠度 90 油潤滑 根 據(jù)這些情況進(jìn)行角接觸球軸承的選型計(jì)算 首先 預(yù)選角接觸球軸承進(jìn)行計(jì)算 由手冊查得軸承數(shù)據(jù)如下 表10 1 由于滾珠絲杠球軸承主要受軸向載荷 因此其軸向當(dāng)量動(dòng)載荷 預(yù)緊力 軸 向載荷 P F0 Fa 當(dāng)量動(dòng)載荷P 200 83 3 283 3N 計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca 196 9N Ca 14 5KN 所以所選軸承符合要求 所選深溝球軸承的額定動(dòng)載荷Ca 12 8KN 也符合要求 既然軸承做了選擇 那軸承中密封應(yīng)怎樣呢 按照常用密封來說 采用工 業(yè)用羊毛氈可以滿足要求 它更換比較方面 價(jià)格低廉 而且起到了非常好的 作用 能有效的防止雜物進(jìn)入軸承內(nèi)部 影響軸承的使用壽命 故全部采用羊 毛氈進(jìn)行密封 再緊靠軸承的部分 為了防止軸承經(jīng)常高速運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下 要 產(chǎn)生大量的熱量 故采用了密封圈密封 這樣一方面可以防止軸承內(nèi)部的潤滑 油的保持 也可以保證很小的為例進(jìn)入軸承內(nèi)部 所以采用了橡膠密封圈進(jìn)行 3 62 1 60 10 h ana nL CCPN i 軸承型號(hào)額定動(dòng)載荷 Ca KN 額定靜載荷 Coa KN D mm 7204AC14 5KN7 82KN47 致謝 28 密封 參考文獻(xiàn) 29 1010 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器直聯(lián)接 這是一種最簡單的連接型式 這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是 具有最 大的扭轉(zhuǎn)剛度 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無間隙 傳動(dòng)精度高 而且結(jié)構(gòu)簡單 安裝 調(diào)整方 便 適用于像中小型號(hào)的數(shù)控車床 聯(lián)軸器采用撓性聯(lián)軸器 它能補(bǔ)償因同軸 度及垂直度誤差引起的 干涉 現(xiàn)象 采用這種撓性聯(lián)軸器把電動(dòng)機(jī)與絲杠直接 聯(lián)接 不僅可以簡化結(jié)構(gòu) 減少噪聲 而且可以消除傳動(dòng)間隙 能減少中間環(huán) 節(jié)帶來的傳動(dòng)誤差 提高傳動(dòng)剛度 聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件 他們聯(lián)接軸與軸 以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩 有時(shí)候也可以用做安全裝置 由于機(jī)器的工況各異 因而對(duì)聯(lián)軸器提出了各種 不同的要求 如傳遞轉(zhuǎn)矩的大小 轉(zhuǎn)速高低 扭轉(zhuǎn)剛度的變化情況 體積大小 吸震能力等等 出現(xiàn)了許多新的類型 聯(lián)軸器所聯(lián)接的兩軸 由于制造及安裝誤差 承載后的變形以及溫度變化 的影響等 往往不能保證嚴(yán)格的對(duì)中 而是存在這某種程度的相對(duì)位移 這就 要求設(shè)計(jì)聯(lián)軸器時(shí) 要從結(jié)構(gòu)上采用各種不同的措施 使之具有適應(yīng)一定范圍 的相對(duì)位移的性能 根據(jù)聯(lián)軸器對(duì)各種相對(duì)位移有無補(bǔ)償能力 可分為剛性聯(lián)軸器和撓性聯(lián)軸 器兩類 撓性聯(lián)軸器又可分為是否具有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和有彈性元件的 撓性聯(lián)軸器兩個(gè)類別 選擇合適的聯(lián)軸器要考慮以下幾點(diǎn) 1 所需要傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和性質(zhì)以及 對(duì)緩沖減震功能的要求 2 聯(lián)軸器的工作轉(zhuǎn)速高低和引起離心力的大小 3 兩 軸相對(duì)位移的大小和方向 4 聯(lián)軸器的可靠性和工作環(huán)境 5 聯(lián)軸器的制造安 裝維護(hù)和成本 本課題所選的聯(lián)軸器要連接的電機(jī)軸徑為 32mm 絲杠光軸軸徑為 32mm 因 此選擇 GY 型凸緣聯(lián)軸器 其公稱轉(zhuǎn)矩為 224 許用轉(zhuǎn)速為NM 9000r min Y 型軸孔長度為 82mm J1 型軸孔長度為 60mm 質(zhì)量為 3 15Kg 這 種聯(lián)軸器剛性好 傳遞轉(zhuǎn)矩大 結(jié)構(gòu)簡單 工作可靠 維護(hù)方便 對(duì)中精度良 好 參考文獻(xiàn) 30 1111 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌的選擇 11 111 1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的基本截面形狀直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的基本截面形狀 圖 11 1 圖 11 1a 是矩形導(dǎo)軌 具有剛度高 承載能力大 制造 檢驗(yàn)和維修方便 但是導(dǎo)軌不可避免地存在側(cè)間間隙 因而導(dǎo)向精度較差 圖 11 1b 是三角形導(dǎo)軌 導(dǎo)向性能與頂角 有關(guān) 越小導(dǎo)向性越好 但 減小時(shí)導(dǎo)軌面當(dāng)量摩擦系數(shù)加大 角加大承載能力增加 支承導(dǎo)軌為 凸三角形時(shí) 不易積存有較大積屑 也不易存潤滑油 支承導(dǎo)軌為凹三角形時(shí) 導(dǎo)軌副易產(chǎn)生動(dòng)壓效應(yīng) 但防塵性差 圖 11 1c 是燕尾形導(dǎo)軌 是三角形導(dǎo)軌的變形 其高度較小 可承受顛 覆力矩 但剛度差 制造 檢驗(yàn)和維修都不方便 圖 11 1d 是圓柱形導(dǎo)軌 易制造 不易積存較大積屑和潤滑油 磨損后 難以調(diào)整和補(bǔ)償間隙 主要用于受軸向載荷的場合 11 211 2 常用的組合形式常用的組合形式 圖 11 2a 為雙三角形組合 導(dǎo)向精度高 磨損后相對(duì)位置不變 常用于龍 門刨床 絲桿車床等 參考文獻(xiàn) 31 圖 11 2b 為雙矩形組合 承載能力大 剛度高 制造 調(diào)整簡單 常用 于數(shù)控機(jī)床 拉床 鏜床等 圖 11 2c 為三角形和矩形組合 兼有導(dǎo)向性好 制造方便等優(yōu)點(diǎn) 應(yīng)用 最廣泛 常用于車床 磨床 精密鏜床 滾齒機(jī)等機(jī)床上 圖 11 2d 為矩形與燕尾形組合 兼有承受較大力矩 調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn) 用于橫梁和立柱上 圖 11 2e 為雙圓柱導(dǎo)軌組合 常用于拉床 機(jī)械手等 圖 11 2 本設(shè)計(jì)選用燕尾型導(dǎo)軌 32 1212 畢業(yè)論文總結(jié)畢業(yè)論文總結(jié) 本次設(shè)計(jì) 是大學(xué)的全部基礎(chǔ)課 技術(shù)基礎(chǔ)課程以及全部專業(yè)課程和生 產(chǎn)實(shí)習(xí)的綜合 這是我們在進(jìn)行畢業(yè)之前對(duì)所學(xué)各課程的一次深入的綜合性 的總復(fù)習(xí) 也是一次理論聯(lián)系實(shí)際的鍛煉 它在我們四年的大學(xué)生活學(xué)習(xí)中 占有很重要的地位 在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中我對(duì)自己未來將從事的工作進(jìn)行了一 次適應(yīng)性訓(xùn)練 從中鍛煉自己分析問題 解決問題的能力 為今后參加祖國 的代化建設(shè)打下了一個(gè)良好的基礎(chǔ) 本次設(shè)計(jì)查閱了有關(guān)手冊 教材 并在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行文獻(xiàn)檢索 采用了 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件 CAD2007 對(duì)各個(gè)重要步驟進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算和說明 必要處都有校核 裝配圖和零件圖按照國家機(jī)械制圖標(biāo)準(zhǔn)的習(xí)慣畫法繪制 通過這次設(shè)計(jì) 我進(jìn)一步熟悉了有關(guān)標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)范 技術(shù)文件和設(shè)計(jì)說明書的 編寫 分析問題 解決問題的能力得到了提高 能