一維工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(20210304151925)

1、電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（僅供參考）課程設(shè)計(jì)任務(wù)2設(shè)計(jì)任務(wù)介紹2設(shè)計(jì)內(nèi)容2一、分析工作條件和設(shè)計(jì)要求3 二、電機(jī)選型3三、滾珠絲杠的選型4四、聯(lián)軸器的選型 9五、 轉(zhuǎn)矩討論10六、電機(jī)的校核12七、聯(lián)軸器校核13八、導(dǎo)軌選型13九、軸承的校核14十、軸承的校核18十一、系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算18十二、光柵的選型 19附錄20課程設(shè)計(jì)任務(wù)一、設(shè)計(jì)任務(wù)介紹：伺月艮電札 聯(lián)軸節(jié)4直線軸承座*軸承*光柵傳感器滾珠絲杠丿一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)為完成一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)， 需設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)包括：伺服電機(jī)、 減速器、聯(lián)軸器、滾珠絲杠、直線導(dǎo)軌、光柵傳感器等。設(shè)計(jì)內(nèi)容一維工作臺(tái)整

2、體結(jié)構(gòu)：伺服電機(jī)一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)由于工件重量（100N），工作臺(tái)軸向載荷（300N）均很小，初選不考慮減速器、分析工作條件和設(shè)計(jì)要求給定參數(shù)：工作臺(tái)承重載荷：G）=100N，p I工作臺(tái)軸向載荷：ra=300N，工作臺(tái)最大移動(dòng)速度： hai=0.5m/s， 有效行程：S=900 mm，加速時(shí)間常數(shù)：t=0.1s，_ 險(xiǎn) M I加速度：a= t =Ql=5m/ $ ，重力加速度g=9.8N/kg.1. 工作臺(tái)設(shè)計(jì)尺寸為：400 X 200 X 20mm，選用2A11,根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，工作臺(tái)質(zhì)量:Jkg，載荷血g=100+56.99=156.99N，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，暫定采用雙導(dǎo)軌4滑塊，滑塊質(zhì)量為0.4

3、kg.二、電機(jī)選型整體質(zhì)量M=100- 9.8+1.113=17.13kg,a.摩擦力川1-，滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù) 卩 0.003,0.005，取 尸0.005;=Mg 卩=17.13 X 9.8 X 0.005=0.84N,0.5b.慣性力=M =17.13 X U85.665N,最大軸向力-+一 =0.84+85.665+300=386.505N,最大功率fl就=I乜狀 0=386.505NX 0.5=193.25W,查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)P579 :取皈=095取安全系數(shù)為2電機(jī)所需功率二 098p =卩攔小=霽嘶 =450.30W 1 輕鈿溝 阻 0.93 X0.993x0-9選擇電機(jī)，見(jiàn)松下電機(jī)

4、手冊(cè) P57:AC20O Vffl電機(jī)型號(hào)+1IP65M5MD082G1:M5MD0S2S1 :IP67適用駆動(dòng)屋A5II %A5mMCOOT352092A5IIEA5E*MOD T352OE外型標(biāo)識(shí)CS!電馬設(shè)奇育屋tkVA)1.3額定輸岀(W)7&O型定瞬(Nm)24弭時(shí)最大.轉(zhuǎn)矩(Nmjl7 1誦定電爲(wèi)(A(rrnsJ40即時(shí)晶丸電詭tAo-p)17.0再主制動(dòng)屢圾率 (知刊)(注n無(wú)可選耶制件無(wú)限蒯32DVQP42S3無(wú)限制(Ji2)額定轉(zhuǎn)速(r/min)3000品局轉(zhuǎn)遠(yuǎn)(r/min)4500轉(zhuǎn)子IS矍無(wú)制動(dòng)密O.S7有別動(dòng)畢097對(duì)應(yīng)嶄子扶鼻的 推琴曲載慣矍比憐彳2睹置下展轉(zhuǎn)式韜尋規(guī)

5、格址印2017 bit絕對(duì)式陽(yáng)T?時(shí)分辯務(wù)1048576131072AC200 V 用，額定轉(zhuǎn)速 3000r/4500:，靜孝茅卿的罰245吸引配1間Kms】7WT審ft時(shí)間ms)惟4)201XT勵(lì)童電流DC (A)0.42轉(zhuǎn)族電圧DC(V)lbik劫班電SDCCV)241.2制動(dòng)器規(guī)裕倍情沸見(jiàn)P&41f攔保持制功應(yīng)一助磁啟立即社He訂I平能用于昭機(jī)疑轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)。I容許負(fù)載(洋生劭HP.183):醫(yī)向 fiKP(N)6fie輕直負(fù)載A方向仙】294雅向曲建口方向(忖392運(yùn)轉(zhuǎn)旳徑向的載P方向伽3G2軸向負(fù)戟扎R方向他)147束注石詁參照巳1眈,巳苗1蒸斑JSS外形尺寸國(guó)済婪黑P.4+ 1毛機(jī)邑

6、號(hào)中的表示電機(jī)構(gòu)這.* 2駆功壓的型兮末尾帶E的產(chǎn)品為腫沖專用型.*3詳冃駆動(dòng)召的型號(hào)中林表東系列*冃關(guān)擬號(hào)的詳婦內(nèi)答茜替彩P】出額定轉(zhuǎn)矩為2.4Nm轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量L=0(97X104kg慣量比為20倍以下三、滾珠絲杠的選型:運(yùn)動(dòng)方向：水平，運(yùn)送質(zhì)量：,導(dǎo)向摩擦系數(shù)：0.0030.005,取卩=0.005,導(dǎo)向面摩擦阻力：Ff 二 084N,軸向外部載荷：Fa=300N,希望壽命（轉(zhuǎn)數(shù)）：l= 60 m 叩二 l,8X10ev,1= 900mm行程長(zhǎng)度:操作速度: ,vim = 05rn/s加速度：a=-0,9X01X0,5X03X2“1 二= 1.7s等速時(shí)間：0.5加速度時(shí)間:加速距離：h0

7、$X0$ = 0025m= 25mm等速距離減速距離一,每分鐘往返次數(shù):=15.79次/minf導(dǎo)程精度：按一般機(jī)械選擇高精度二,導(dǎo)程:0.5x1000x60= 10mm絲杠導(dǎo)程應(yīng)大于或等于 10mm ,選取二二,根據(jù)THK滾珠絲杠手冊(cè)A-692 ,選擇 18或20 ,aie空杠軸外桎與導(dǎo)程的標(biāo)準(zhǔn)組合-箱密滾珠空杠單位：m業(yè)杠軸外徑導(dǎo)程1245681012151620242530323640506080901004568O10O1213:1415O016OOO182QO00O0O25OOOOolOO28OOO30Q032OOOOO再根據(jù)機(jī)電一體化設(shè)計(jì)P36,選擇支承方式為：固定-支撐1.計(jì)算軸

8、向載荷，以-18,-20 中,18最小，即若-18滿足，則其他滿足,dXPh=18X10的絲杠，溝槽谷徑m rkj rx11dXPh=20X10的絲杠，溝槽谷徑JU= 16.4nim見(jiàn)THK滾珠絲杠手冊(cè)B-648址杠軸d導(dǎo)誓Ph公鄆型號(hào)鋼球 中心直羥 dp溝槽善栓de負(fù)荷 卷數(shù) 列X圈基本觀定負(fù)荷剛性 K N/pirnCa kNkND缶Oi14百DIK1404-414 5n.e2X135.11002645DIK1404-614 E11 s3X14. 27. 72B026451510ELW1&10-5 61&. 7512. 52X2 e14 327. 8S8043644BNFN1604-316

9、513 82X1 55 110 535036陰BIF16OM16 7513 21X2 57 413 93304060DIK1605-616 7513 23X17 41331030495BNFN1605-2.516 7513 21X2 57 413 9330406016BNFN1605-d16 7513 22X1 58 716 B3904060BNFN1605-516 7513 22X2.513.527 864040606BIF1606-516. 813.21X2 67.514330406010BNFN1610-1.516.813 21X1.54 8B.5210AO6316BLW1616-3.

10、616. 6513. 72X1.87. 114. 3440416032BIF1810-318 815 51X1.55 19. G23042651810BNFN181CF2 518 815. 51X257 815 93604265BNFN1810-318 815 52X1.59 219 14304265撓性載荷：Pl 二敗乂 X 1爐=10 X 去X 10+ = 5772*0 Fmax = 411610N其中固定支撐的一，匚為安裝距離（估為1000mm）,yk 中二與安裝方法相關(guān)的系數(shù)固宦自由r|i-0. 25H = -1- 3固定一支撐qi = 2rja10|司疋一國(guó)疋m=4r)2=20絲杠軸

11、的容許拉伸壓縮載荷_ 1 c匚丁 - ah：-.,由以上計(jì)算可選取2. 容許轉(zhuǎn)速:絲 杠 最 高vraaX60X10 H =phA di 7217入2 古 10 = 15.1 X 而yX 10 = 3171rpm 二 3000rpm轉(zhuǎn) 速 ：- = C5xxlQ3=3OOOrpm10Nl =見(jiàn)THK滾珠絲杠手冊(cè)A-6981000080006000400020001000800600400200o 100 &Q0 0700 63 Q 5040 fl 3630 28F, 25a max速運(yùn)行F1=FI+Ff+Ftt=0184+85.61+300=386.51N人，等速運(yùn)行時(shí)b）回程力卩等速運(yùn)行時(shí)取

12、I時(shí)，-.靜態(tài)安全系數(shù)：CqjFU =罟- 一 IA lj =25,F2 = Fa+Ff=0,84+300= 300.84N，1 廣 850,速運(yùn)行時(shí)F3 = Fa+FrFt?=0.84+ 300-85.66 = 215.18N 13=25速運(yùn)行時(shí)F4 = Fa-FrF(;=300-0.84-85.67 = 2M14=25,F5=Fi-Ff=300-0(84=29M,15 = 850速Fg zFa-FflF：二 3皿-0*84+8567 二 384.83NlAIs =25,F_3 I Fl3 Xli +F； 3X12 +F 3 Xlj+F43 xL|+ Fj 3 Xlj3X1&正兒廠=301.

13、36N, 負(fù)一-,卩廠 hi =30136NLTixeoxnxi3.B7xl0102X60X15.79X900= 22721.58h 10000 h絲杠壽命符合要求。為確定定位精度，需較好剛度，取25，即BIF 2510A-5 ,h 二 100 mm,以此討論支撐單元，見(jiàn)THK滾珠絲杠手冊(cè)A-804:【固定舖用】方形EK型尺方形BK型民寸內(nèi)焉；34 J20 -內(nèi)芹（?10卡40）圓寵FK型尺才 Aff :方解BF型尺寸”frjso【支揮舖用】方形 EF型Rt*=*e-7w內(nèi)忡n減小安裝尺寸取BK17BF17。四、聯(lián)軸器的選型:絲杠軸段長(zhǎng)23mm，軸徑為15,電機(jī)MSNID 750W軸段長(zhǎng)32m

14、m，軸徑為 19,根據(jù)MISUMI聯(lián)軸器手冊(cè)，選擇聯(lián)軸器型號(hào)為MISUMI SCXW46i!；帝建権孔僅)內(nèi)尺寸可選D舟L1FA案固或栓Type0ND.scxwSOftVKH緊因扭擔(dān)(Nm)標(biāo)淮孔 SCXW 芾健樽孔 SCXWK2141 5 6 (S219.524.S73.537M2.61.25 6 (fij |10)2自1232g449512U3M31.51.56 16 (10 1131 |14341?35s4sS438 HO | 世】|14 15 17462244i2.e5B1h.fM43.555121415 17 19 20 22 24 2S54.5囲 55167-20.S陽(yáng)內(nèi)7(Nm)

15、n(mm)降奇is話HiR(Fl mad)眾高轉(zhuǎn)謹(jǐn) r/mln)悄性矩(k9 m2)(n)m)補(bǔ)昔(OJTypeNO211 210.109001Sscxw5CXWKsa1 E0.15J.60=mLX 下姐紋部悵度” “C 40 箜杠抽外徑60箜杠軸外徑補(bǔ)度零級(jí)料度轡級(jí)段上以下coC1CZrC3C5coClC2rC3C5C2,C3C520040035%+40%4555%+ 45%+45%55*65%40060025%30K35%4&%3H38%45%50600100020%25%3M35%+ 30%30H3晤40%40%45%1000250015%20*2W30S26%25S30%3535402

16、500630010%15%20%25%m20S25%30%3(A35%6300100OT= 15%+2fflt=20%+25%2530扭矩變動(dòng)率為_(kāi)45%所以a T2 = 18070 X(l45%)= 18070 8132 N - m T; =10=262.02 N-mm.3. 慣性轉(zhuǎn)矩 -:查表得絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I 二沱1:雹 乜巾.二廠10=17.13 X (y X 10_6+3.01 X IO-3 X 10_+ X 1119 = 3WX104kgm1J60Xti 60X0,1= 314L59 rad/s2角加速度吠(+刊)=(3J02X104+0.97 X 10_+ +4,70 X 1(TS

17、) X 3141.59二二, 其中，.為電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，為 m：辿 工,哎為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，為4HX105 kg 叭匚m加速時(shí)：Tk = Ti+T2+T3 = 504.06+262.02+1646.82=2412.9 N mmb =h7s勻速時(shí)：Tt = Ti+Tj=5 0445+2 62.02=7 66.08 N mmE減速時(shí)：V V W 5006+262.02-1646.82 =- 880J4 N * nun六、電機(jī)的校核最高使用轉(zhuǎn)速：丄小馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速：；_-=;卩，所需最大轉(zhuǎn)矩：三L = 7100 N *11101電機(jī)瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩：,有效轉(zhuǎn)矩:丁/屮#勺+T兀_ J=820.94m ,16

18、75.5720.1+ 766.082m)24號(hào)時(shí)展大轄速tN m)7J壽定電洗(AfrnnsB4.0序時(shí)臬大電盪(Atop17j0再生制功歪第率 (陽(yáng)分剛 (U1)無(wú)可迤零卻件無(wú)限WtiiZ)DV0P42S3無(wú)限kazj13!定轉(zhuǎn)速tr/min)3 WO懇品轉(zhuǎn)速tr/min)4500輕子慣量 (K1G* kg-mz)無(wú)制動(dòng)錘OS7有制動(dòng)船097對(duì)應(yīng)轉(zhuǎn)子世星的推薦比(it!)旳借以下底轉(zhuǎn)忒編碼盤規(guī)格(US!20 biW式)7 bh*fe?nt算一轉(zhuǎn)的幷辯率1048576131072容許負(fù)載詳情潔琴見(jiàn)P. 1 S3)靜李療轉(zhuǎn)申INm)2.4&WJz段引時(shí)間(m引了 0以下瑋股對(duì)間3OWT勵(lì)燉電流D

19、C(A0.42埠臨電ffiDC(VJ1UI說(shuō)峻電hLDC(V)24 1.2制動(dòng)器鏡格r左堆見(jiàn)P.1B4I是保持制動(dòng)番，用嚴(yán)后立即眸放”I不師于電機(jī)康轉(zhuǎn)時(shí)時(shí)制動(dòng)。iSSBdQMfSP 方由HM)S36愉向ESEA方向仙294軸向ScB方向(N)392徑向也朋 方向(N)392柚向負(fù)SUV R方向他)147淞注15試參囂卩132.P183,殛卷動(dòng)岳外老尺寸圏藹擠前P.4么百+ )宅機(jī)塾號(hào)中的匚吞屈電聯(lián)適*2 #s動(dòng)塞的聲號(hào)末尾陽(yáng)百旳產(chǎn)吊為詠沖專用致#3適冃亞動(dòng)5S吋犁號(hào)中的心丟示樂(lè)列.有關(guān)型號(hào)的詳ffiASiirP.l Bo七、聯(lián)軸器校核L二kT,由機(jī)械設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)表13-2,血E .0,1

20、工帶悄況系殖原動(dòng)m x.ft機(jī)T電動(dòng)機(jī)雄式運(yùn)輸機(jī)、竝風(fēng)機(jī)*連績(jī)運(yùn)動(dòng)前金厲切削機(jī)犀鋰式運(yùn)輸機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、蟀旋運(yùn)輸機(jī)、富右式慕、木工札床.紡熾樸械 往藝運(yùn)動(dòng)的金屈幻網(wǎng)機(jī)廉往滾式飛、往便貳壓縮機(jī),球房機(jī)、顒弗機(jī),沖剪機(jī)、禮起頁(yè)機(jī)、升障機(jī).徑延機(jī),軋鋼機(jī)1.251.5152.01.52+52.0*3.03.00_鶴発fFT抿庖機(jī).離社泵.敲鳳機(jī)1.21.5往複式炭動(dòng)機(jī)粧電機(jī)毀靈工甌如站他泵1.53,0 34 4MV值，取：11由于選取剛性聯(lián)軸器，所以取較大t 取 廠 1675,57 N-rn,:,.丨八.；JNm 10000 腳-”J聯(lián)軸器合格八、導(dǎo)軌選型1.預(yù)期額定動(dòng)載荷、靜載荷計(jì)算Gj = 17

21、.13 X 9.8= 167,90 N動(dòng)載荷:二心匸二工矗Pg =100+167.90=66.98 N注二 206.72 N0.S1導(dǎo)軌長(zhǎng)度：0 900+200+ 50 二 1150 mm,靜態(tài)安全系數(shù)(E(m 訓(xùn),緊靠時(shí)滑塊的個(gè)數(shù)接觸系數(shù)化20.8130. 7246 6650. 61占或更多通常使用-表2接融系融仇)由THK導(dǎo)軌手冊(cè)B1-75,接觸系數(shù)普通負(fù)荷撓度小，所以根據(jù) THK導(dǎo)軌手冊(cè)A1-188仝珈型號(hào)外冊(cè)尺寸L比塊尺寸Hi寬度VttftLBCHLbtTTiKNHSR15G卻4756 6383C4 538.81177134. 35. 5PfilOTIB4.1HSRII汁2oe206N

22、304S340650 . a109.5102612B-M6F斗HSR HSR2OLB2QLBM309053: C666. ID9.51026512B-M6F4選定導(dǎo)軌型號(hào)為THK HSR 20B九、軸承的校核根據(jù)THK手冊(cè)B-752B-753 B-760B-761 （BK型，BF型支撐單元），選取固定端為一對(duì)角接觸球軸承7203,支撐端為一個(gè)深溝球軸承6203.安裝方式如下：基本額定載荷：7203:；亠-：.,6203： 50ON A4600N鷲杠軸 外徑 d導(dǎo)程Ph公稱型號(hào)中謳徑 g溝槽谷徑de魚(yú)荷列基本魏一定自荷剛性 K N/pnCa kNCd kN井徑0法蘭1徑&O BNA42506-2

23、. 52621 41X2.512.527.34905376O EHFN2506-32621 42X1.514. 632. e580&376DiO BHFN2506-3. 52621.41X3 515. 135. 9670&376O BNFU25OC-5262k 42X2 522.554. e940&37fiDIK250A-42621.42X19.218 a34040S3OIK2508-2621.43X113.11E004063O B IF2508-526.2520 51X2.515.B32. a500&885&O BNFN2508-2. 526.2b20 51X2.515.832. B5005

24、B&525O BNFU2508-326. 2620 52X1 518.539 4600&e85O BNFU25C8-3 &26. 2520 &1X3 521 246S90&8&5一O BIFN2508-526 2520 52X2 52a 765 897058S6DIK2510-42621 &2X191A330406310O BIF2510A-526.321 41 X2.515.B33500盤&5假設(shè)軸承壽命為6個(gè)月,：,m=1.86 kg, M=17.13 kg,；丄(M+m+ mJ = (1713+1.86+1.5) X 9.8=200.83 kg假定安裝合理，絲杠軸應(yīng)不受垂直徑向載荷，即】

25、一-,Famax=386.505 N,Tmax=1675.57 N mm,左極限:(Ftl 二 11.60 N J Ft2 = 122.45 NFtl + Ft2 = = 134.05 N (Ftl + Ft2)X91=FtlX1052FA=Fti=11.60 N,Fb= Ft2=122.45 N,型號(hào)6203ZZ過(guò)過(guò)規(guī)格|尺寸內(nèi)徑叫甲H7外徑ok)4D內(nèi)*國(guó)村囲洞平翌內(nèi)徑d悔I17撲軽D(t)4085 B(mm12刪9550授43幵龍標(biāo)巻吳晉方向徑向單列尺寸捱雄*!爭(zhēng)琲體科待iH曲持澤沖類沖壓式秩壓記號(hào)CH(# 淮K068P =(0.41X1L6+ 0.87X11= 191.90 Nio66

26、0X30001CE001SL9= 990316hID6 f ?,SSxl03y60X3000126u2S對(duì)于7203，徑向載荷Fa=-1932525 N右極限:zT片W7NFt： = 126.28 NI Ftl + Ft2= = 134.05N (Ftl + Ft2)X61=FtlX1052FA=Fti =7.770 N,Fb= Ft2=126.28 N,對(duì)于6203，徑向載荷Fb=126.28 N,軸向載荷Fa=0,Pb當(dāng)量動(dòng)載荷P=F=Fb=126.28 N=2.40 X 106 h軸向載荷Fa=7.77 N,P =(041X 777 + 0.87 X X L1 = 19016 NID6

27、八、 Ln一=JL(Z?=1017750h綜上，軸承的壽命為990316h，符合要求。十、軸承的校核1.軸向剛度對(duì)精度的影響, 誠(chéng)E kt = 滾珠絲杠的拉壓剛度：:-：,其中，I為安裝間距,Sc2L42X1X1O5100CX991ksmw =74.77 N/|im7X2L4SX2,06X1051000x61hmaz 二=1214.66 N/jim螺母的拉壓剛度:1町=將)，X 0.8 = 500”兀八x 0.8= 317.48N/pmO1C1其中，；匚 k=500 N/匸支撐軸承：由 THK A-866, BK17 7203, k=125 N/二 :一 ： _ i N52 N伽k曲as 觀i 財(cái) 1214M 317-48 1251l 1=4078 N/txm7t77+J174S+125?k = Fax(rr-)=379 w- _ ,2.軸向間隙，單向不考慮。3.導(dǎo)程精度:由 THK A-678 表 1,螺紋1OOO mm, C3精度為丨匚lJ：:, 軸向變動(dòng) 由表2: C3精度為Wh,Sxl