X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)綜述綜述

X-Y數(shù)控工作臺(tái)是許多機(jī)電一體化設(shè)備的基本部件，如數(shù)控車床的縱-橫向進(jìn)刀機(jī)構(gòu)、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺(tái)、激光加工設(shè)備的工作臺(tái)、電子元件表面貼裝設(shè)備等。X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)完整的機(jī)電一體化系統(tǒng)組成：

機(jī)械本體

動(dòng)力與驅(qū)動(dòng)部分

執(zhí)行機(jī)構(gòu)

傳感測(cè)試部分

控制及信息處理部分X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)模塊化的X-Y數(shù)控工作臺(tái)，通常由導(dǎo)軌座、移動(dòng)滑塊、工作平臺(tái)、滾珠絲杠螺母副以及伺服電動(dòng)機(jī)等部件構(gòu)成。X-Y數(shù)控工作臺(tái)外形X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)伺服電動(dòng)機(jī)作為執(zhí)行元件用來(lái)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠，滾珠絲杠的螺母帶動(dòng)滑塊和工作平臺(tái)在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，完成工作臺(tái)在X、Y方向的直線移動(dòng)。導(dǎo)軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動(dòng)機(jī)等均已標(biāo)準(zhǔn)化，由專門廠家生產(chǎn)，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選用標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，也可以設(shè)計(jì)專用的微機(jī)控制系統(tǒng)。題目：X-Y數(shù)控工作臺(tái)機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計(jì)

任務(wù)：設(shè)計(jì)一種供立式數(shù)控銑床使用的X-Y數(shù)控工作臺(tái)一、設(shè)計(jì)任務(wù)主要參數(shù)如下：

（1）立銑刀最大直徑d=15mm；

（2）立銑刀齒數(shù)Z=3；

（3）最大銑削寬度ae=15mm；

（4）最大銑削深度ap=8mm；

（5）加工材料為碳素鋼或有色金屬；（6）X、Y方向的脈沖當(dāng)量δx=δy=0.005mm/脈沖；

（7）X、Y方向的定位精度均為

±0.01mm；

（8）工作臺(tái)面尺寸為230mm×230mm，

加工范圍為250mm×250mm；

（9）工作臺(tái)空載最快移動(dòng)速度vxmax=vymax=3000mm/min；

（10）工作臺(tái)進(jìn)給最快移動(dòng)速度vxmaxf=vymaxf=400mm/min。一、設(shè)計(jì)任務(wù)（1）導(dǎo)軌副的選用二、總體方案的確定1．機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇應(yīng)用環(huán)境：要設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)是用來(lái)配套輕型的立式數(shù)控銑床，需要承受的載荷不大，但脈沖當(dāng)量小、定位精度高。

二、總體方案的確定這樣，決定選用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副。它具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、傳動(dòng)效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、安裝預(yù)緊方便等優(yōu)點(diǎn)。（2）絲杠螺母副的選用應(yīng)用環(huán)境：伺服電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)需要通過(guò)絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，要滿足0.005mm的脈沖當(dāng)量和±0.01mm的定位精度。二、總體方案的確定滑動(dòng)絲杠副無(wú)能為力，只有選用滾珠絲杠副才能達(dá)到。滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長(zhǎng)、效率高，預(yù)緊后可消除反向間隙。二、總體方案的確定選擇了步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和滾珠絲杠副以后，為了圓整脈沖當(dāng)量，放大電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，降低運(yùn)動(dòng)部件折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，可能需要減速裝置，且應(yīng)有消間隙機(jī)構(gòu)。為此本例決定采用無(wú)間隙齒輪傳動(dòng)減速箱。（3）減速裝置的選用二、總體方案的確定（4）伺服電動(dòng)機(jī)的選用應(yīng)用環(huán)境：任務(wù)書規(guī)定的脈沖當(dāng)量尚未達(dá)到0.001mm，定位精度也未達(dá)到微米級(jí)，空載最快移動(dòng)速度也只有3000mm/min。二、總體方案的確定因此，本設(shè)計(jì)不必采用高檔次的伺服電動(dòng)機(jī)，如交流伺服電動(dòng)機(jī)或直流伺服電動(dòng)機(jī)等，可以選用性能好一些的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，如混合式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，以降低成本，提高性/價(jià)比。

二、總體方案的確定（5）檢測(cè)裝置的選用應(yīng)用環(huán)境：選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為伺服電動(dòng)機(jī)后，可選開環(huán)控制也可選閉環(huán)控制。任務(wù)書所給的精度對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)還是偏高的，需要確保電動(dòng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中不受切削負(fù)載和電網(wǎng)的影響而失步。二、總體方案的確定本設(shè)計(jì)決定采用半閉環(huán)控制，擬在電動(dòng)機(jī)的尾部轉(zhuǎn)軸上安裝增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，用以檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)速。增量式旋轉(zhuǎn)編碼器的分辨率應(yīng)與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角相匹配。二、總體方案的確定

考慮到X、Y兩個(gè)方向的加工范圍相同，承受的工作載荷相差不大，為了減少設(shè)計(jì)工作量，X、Y兩個(gè)坐標(biāo)的導(dǎo)軌副、絲杠螺母副、減速裝置、伺服電動(dòng)機(jī)以及檢測(cè)裝置擬采用相同的型號(hào)與規(guī)格。二、總體方案的確定2．控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)二、總體方案的確定（1）設(shè)計(jì)的X-Y工作臺(tái)準(zhǔn)備用在數(shù)控銑床上，其控制系統(tǒng)應(yīng)該具有單坐標(biāo)定位、兩坐標(biāo)直線插補(bǔ)與圓弧插補(bǔ)的基本功能，所以控制系統(tǒng)應(yīng)該設(shè)計(jì)成連續(xù)控制型。（2）對(duì)于步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的半閉環(huán)控制，選用MCS-51系列的8位單片機(jī)AT89C52作為控制系統(tǒng)的CPU，應(yīng)該能夠滿足任務(wù)書給定的相關(guān)指標(biāo)。二、總體方案的確定（3）要設(shè)計(jì)一臺(tái)完整的控制系統(tǒng)，在選擇CPU之后，還需要擴(kuò)展程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、鍵盤與顯示電路、I/O接口電路、D/A轉(zhuǎn)換電路、串行接口電路等。二、總體方案的確定（4）選擇合適的驅(qū)動(dòng)電源（功率放大器），與步進(jìn)電動(dòng)機(jī)配套使用。二、總體方案的確定1.導(dǎo)軌上移動(dòng)部件的重量估算三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型按照下導(dǎo)軌之上移動(dòng)部件的重量來(lái)進(jìn)行估算。包括工件、夾具、工作平臺(tái)、上層電動(dòng)機(jī)、減速箱、滾珠絲杠副、直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副、導(dǎo)軌座等，估計(jì)重量約為800N。設(shè)零件的加工方式為立式銑削，采用硬質(zhì)合金立銑刀，工件的材料為碳鋼。則由表查得立銑時(shí)的銑削力Fc計(jì)算公式為：2.銑削力的計(jì)算三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型ae——最大銑削寬度f(wàn)z——每齒進(jìn)給量d——銑刀直徑ap——銑削深度n——銑刀轉(zhuǎn)速Z——齒數(shù)選擇如下參數(shù)：

銑刀直徑：d=15mm，

齒數(shù)：Z=3，

為了計(jì)算最大銑削力，在不對(duì)稱銑削情況下，取最大銑削寬度：ae=15mm，

銑削深度：ap=8mm，

每齒進(jìn)給量：fz=0.1mm，

銑刀轉(zhuǎn)速：n=300r/min

。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型Fc=118×150.85×0.10.75×15-0.73×81.0×3000.13×3N

≈1463N三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型求得最大銑削力：采用立銑刀進(jìn)行圓柱銑削時(shí)，各銑削力之間的比值可查得，考慮逆銑時(shí)的情況，可估算三個(gè)方向的銑削力分別為：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型進(jìn)給力：

Ff=1.1Fc≈1609N，橫向進(jìn)給力：Fe=0.38Fc≈556N，垂直進(jìn)給力：Ffn=0.25Fc≈366N考慮立銑，則工作臺(tái)受力如下：

垂直方向的銑削力Fz=Fe=556N，

水平方向的銑削力分別為Ff和Ffn。

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型現(xiàn)將水平方向較大的銑削力分配給工作臺(tái)的縱向（絲杠軸線方向），則：

縱向銑削力Fx=Ff=1609N，

徑向銑削力Fy

=Ffn=

366N。3.直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（1）滑塊承受工作載荷

的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本例中的X-Y工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式?？紤]最不利的情況，即垂直于臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂向載荷為：其中，

移動(dòng)部件重量：G＝800N，

外加載荷：F=Fz=

556N，

代入得：

最大工作載荷：Fmax=756N=0.756kN。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型查表，據(jù)工作載荷Fmax=0.756kN，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為KL系列的JSA-LG15型。其參數(shù)如下：額定動(dòng)載荷Ca=7.94kN，額定靜載荷C0a=9.5kN。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

任務(wù)書規(guī)定：工作臺(tái)面尺寸為：230mm×230mm，加工范圍為：250mm×250mm?？紤]工作行程應(yīng)留有一定余量，查表，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為520mm。（2）距離額定壽命

L的計(jì)算三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

選取的KL系列JSA-LG15型導(dǎo)軌副的相關(guān)參數(shù)：滾道硬度為HRC60，工作溫度不超過(guò)100℃，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為4級(jí)，工作速度較低，載荷不大。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型查表3-36~3-40，分別取硬度系數(shù)fH

=1.0，溫度系數(shù)fT

=1.00，接觸系數(shù)fC

=0.81，精度系數(shù)fR

=0.9，載荷系數(shù)fW

=1.5，代入，得距離壽命：遠(yuǎn)大于期望值50km，故距離額定壽命滿足要求。（1）最大工作載荷Fm的計(jì)算4.滾珠絲杠螺母副的計(jì)算與選型三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型承受最大銑削力時(shí)，工作臺(tái)受到進(jìn)給方向的載荷（與絲杠軸線平行）:

Fx=1609N，

受到橫向的載荷（與絲杠軸線垂直）Fy=366N，

受到垂向的載荷（與工作臺(tái)面垂直）Fz=556N。已知移動(dòng)部件總重量G=800N，按矩形導(dǎo)軌進(jìn)行計(jì)算，查表3-29，取顛覆力矩影響系數(shù)K=1.1，滾動(dòng)導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)μ=0.005。求得滾珠絲杠副的最大工作載荷三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型Fm=KFx+μ（Fz+Fy+G）

=[1.1×1609+0.005×(556+366+800)]N

≈1779N三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（2）最大動(dòng)載荷FQ的計(jì)算設(shè)工作臺(tái)在承受最大銑削力時(shí)的最快進(jìn)給速度:v=400mm/min，初選絲杠導(dǎo)程:

Ph=5mm，則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速:n=v/Ph

=80r/min。

取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h，代入L0=60nT/106，得絲杠壽命系數(shù):L0=72（單位為：106r）。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型查表3-30，取載荷系數(shù)fW=1.2，滾道硬度為HRC60時(shí)，取硬度系數(shù)fH=1.0，代入，求得最大動(dòng)載荷：（3）初選型號(hào)

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

類型：內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，

參數(shù)：其公稱直徑為20mm，導(dǎo)程為5mm，循環(huán)滾珠為3圈×1列，精度等級(jí)取5級(jí)，額定動(dòng)載荷為9309N，大于FQ，滿足要求。根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷和初選的絲杠導(dǎo)程.查表，選擇濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G系列2005-3型滾珠絲杠副.（4）傳動(dòng)效率η的計(jì)算

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型公稱直徑：d0=20mm，

導(dǎo)程：Ph=5mm，

代入λ=arctan[Ph/(πd0)]，

得絲杠螺旋升角：

λ=433′。

將摩擦角φ=10′，

代入η=tanλ/tan(λ+φ),

得傳動(dòng)效率：

η=96.4%。絲杠的兩端各采用一對(duì)推力角接觸球軸承，面對(duì)面組配，左、右支承的中心距離約為：a=500mm；鋼的彈性模量

E=2.1Mpa；三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（5）剛度的驗(yàn)算1）X-Y工作臺(tái)上下兩層滾珠絲杠副的支承均采用“單推-單推”的方式。查表3-31，得滾珠直徑

Dw=3.175mm，絲杠底徑

d2=16.2mm，絲杠截面積S=

=206.12mm2。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型算得絲杠在工作載荷Fm作用下產(chǎn)生的拉/壓變形量:δ1=Fma/(ES)

=[1779×500/（2.1×206.12）]mm

≈0.0205mm。2）根據(jù)公式

＝()-3,

求得:單圈滾珠數(shù)

=20；

該型號(hào)絲杠為單螺母，滾珠的“圈數(shù)×列數(shù)”為3×1，代入公式：

＝

×圈數(shù)×列數(shù)，

得滾珠總數(shù)量

=60。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型絲杠預(yù)緊時(shí)，取軸向預(yù)緊力：

=/3=593N。

則由（3-27）式，求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量

：

≈0.0026mm。

因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取=0.0013mm。

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3）將以上算出的

和

代入

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型查表3-27,可知5級(jí)精度滾珠絲杠有效行程在315~400mm時(shí)，行程偏差允許達(dá)到25μm，可見(jiàn)絲桿剛度足夠。求得絲杠總變形量（對(duì)應(yīng)跨度500mm）

0.0218mm=21.8μm。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（6）壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)公式(3-28)計(jì)算失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷Fk。查表3-34，取支承系數(shù)

=1；由絲杠底徑

=16.2mm，求得截面慣性矩：≈3380.88mm；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)取3（絲杠臥式水平安裝）；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離

取最大值500mm。代入，得臨界載荷≈9343N，

遠(yuǎn)大于工作載荷

=1779N，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型綜上所述，初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。為了滿足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使?jié)L珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能地小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套齒輪減速箱。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型5.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用彈簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量δ=0.005mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程Ph=5mm，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角α=0.75°。算得減速比：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型i=(αPh)/(360δ)=(0.75×5)/(360×0.005)=25/12本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的JBF-3型齒輪減速箱。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型減速箱中心距為

[(75+36)×1/2]mm＝55.5mm，小齒輪厚度為20mm，雙片大齒輪厚度均為10mm。大小齒輪模數(shù)均為1mm，齒數(shù)比為75:36，材料為45號(hào)調(diào)質(zhì)鋼，齒表面淬硬后達(dá)HRC55。滾珠絲杠的公稱直徑

=20mm，

總長(zhǎng)l=500mm，

導(dǎo)程

＝5mm，

材料密度

；

移動(dòng)部件總重量G=800N;

小齒輪寬度

＝20mm，直徑

=36mm;

大齒輪寬度

＝20mm，直徑=75mm；

傳動(dòng)比i=25/12。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

6.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型（1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量已知：大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

=4.877三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型查表4-1，算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下（具體計(jì)算過(guò)程從略）：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

=0.617拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

=0.517小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量

=0.259

=++(++)/

=30.35三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，為兩相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，二相四拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為0.75o，查表4-5得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：

則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：分快速空載起動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩

1）快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括三部分：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩

一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，

相對(duì)于

和

很小，可以忽略不計(jì)。則有：

=+考慮傳動(dòng)鏈的總效率η，計(jì)算快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型nm——對(duì)應(yīng)空載最快移動(dòng)速度的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最高轉(zhuǎn)速，

單位為r/min；

——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需的時(shí)間，單位為s。

式中——空載最快移動(dòng)速度，任務(wù)書指定為3000mm/min；

α——步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為0.75o；

δ——脈沖當(dāng)量，本例δ=0.005mm/脈沖。

將以上各值代入，算得：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型式中nm=1250r/min

1.42（N·m）三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型設(shè)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)由靜止到加速至nm轉(zhuǎn)速所需時(shí)間

=0.4s，傳動(dòng)鏈總效率η=0.7。則求得：移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：

=+=1.422N

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型代入已知參數(shù)，得：0.002（N·m）最后求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型2）最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩包括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩Tt

；一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩Tf；一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩T0；本例中在對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行計(jì)算的時(shí)候，已知沿著絲杠軸線方向的最大進(jìn)給載荷Fx=1609N

，則有：三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型T0相對(duì)于Tt和Tf很小，可以忽略不計(jì)。則有：=Tt+Tf0.88（N·m）計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（Fz=556N）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：

=

0.004（N·m）

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型

最后求得最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：

=Tt

+Tf=0.884N·m

經(jīng)過(guò)上述計(jì)算后，得到加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)為：

=max{，

}=1.422N·m

三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會(huì)下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù)

來(lái)選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。上述初選的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為90BYG2602，查表得該型號(hào)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=6N·m。，滿足要求。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型本例中取安全系數(shù)K=4，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：Tjmax≥4×=4×1.422N·m=5.688N·m三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型（4）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核給定工作臺(tái)最快工進(jìn)速度

=400mm/min；脈沖當(dāng)量δ=0.005mm/脈沖；三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率：=[400/(60×0.005)]Hz≈1333Hz。從90BYG2602電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

≈5.6N·m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩

=0.884N·m，滿足要求。90BYG2602步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩

=1.8N·m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩

=1.422N·m，滿足要求。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核給定工作臺(tái)最快空載移動(dòng)速度

=3000mm/min求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率

=[3000/（60×0.005）]Hz=10000Hz。查表4-5可知90BYG2602電動(dòng)機(jī)的極限運(yùn)行頻率為20000Hz，沒(méi)有超出上限。三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核最快空載移動(dòng)速度=3000mm/min對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率=10000Hz。=614Hz三、機(jī)械傳動(dòng)部件的計(jì)算與選型4）起動(dòng)頻率的計(jì)算已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jeq=30.35；電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量