【正文】 型內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，采用雙螺母螺紋式預(yù)緊，精度等級為4級，其參數(shù)如表32所示。表32 FL50083型滾珠絲杠相關(guān)參數(shù)公稱直徑/導(dǎo)程/鋼球直徑/絲杠外徑/絲杠底徑/額定載荷/接觸剛度/ 189750866313．2．6 滾珠絲杠副的支承方式 滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動，為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合?？紤]到縱向絲杠長度較大，本設(shè)計縱向絲杠采用雙推—雙推支承方式，該方式臨界轉(zhuǎn)速、壓桿穩(wěn)定性高，有熱膨脹的余地。3．2．7 傳動效率的計算～，其計算公式如下： =式中：—螺距升角，根據(jù),可得=176。； —摩擦角，一般取=10′。算得： =%3． 2．8 剛度的驗算滾珠絲杠副工作時受軸向力和轉(zhuǎn)矩的作用，引起導(dǎo)程的變化，從而影響定位精度和運動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母間滾道的接觸變形、支承滾珠絲桿的軸承的軸向接觸變形。因轉(zhuǎn)矩和絲杠螺母滾道接觸對絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：=（“+”號代表拉伸，“”代表壓縮）式中：—絲杠的最大工作載荷，單位為； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為； —絲杠材料的彈性模量，鋼； —絲杠的橫截面面積，單位按絲杠螺紋的底徑確定。根據(jù)前面的設(shè)計，取1990，算得： 查表33可知，,所以剛度足夠。表33 有效行程內(nèi)的目標(biāo)行程公差和行程變動量有效行程精度等級12345大于至—31566881212161623234005008710915132019272616002000181325183525483665513． 2．9 壓桿穩(wěn)定性校核由于滾珠絲杠本身比較細(xì)長又受軸向力的作用，若軸向負(fù)載過大，則會產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時的臨界載荷Fk應(yīng)該滿足： =式中：—絲杠支承系數(shù)，雙推雙推方式時，取4，其他方式如表34所示； —滾珠絲杠穩(wěn)定安全系數(shù)，～4，垂直安裝時取最小值，本設(shè)計取4； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計中該值為1990； —按絲杠底徑確定的截面慣性矩（，單位為）,本設(shè)中將代入算出=。 由以上數(shù)據(jù)可以算出： 臨界載荷遠(yuǎn)大于工作載荷（），故絲杠不會失穩(wěn)。表34 絲杠支承系數(shù)支承方式雙推雙推雙推簡支單推單推雙推自由取值4213．3 同步帶減速機(jī)構(gòu)設(shè)計 同步帶也叫同步齒形帶，它綜合了帶傳動、鏈條傳動以及齒輪傳動的優(yōu)點，主要用在驅(qū)動帶輪與被動帶輪之間要求有固定傳動比的情況。同步帶是通過帶上的凸齒與帶輪上的齒槽強(qiáng)制嚙合而工作，即當(dāng)主動帶輪轉(zhuǎn)動時能通過帶齒與帶輪的依次嚙合將動力傳給從動輪，因此主動輪和從動輪的線速度相同。同步帶的張緊力小，輪軸上的壓力輕，因此可以延長軸承的使用壽命。同步帶結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，工作時不會打滑，線速度可達(dá)，可用于高速場合，傳動比可達(dá)到10，效率可達(dá)98%，維護(hù)保養(yǎng)方便，運轉(zhuǎn)費用低，因此應(yīng)用日益廣泛。3．3．1 傳動比的確定　　初選電機(jī)型號為110BYG2602，四相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為，步距角為由和可得：式中：—電機(jī)編碼器分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠分辨率，單位為度/脈沖； —絲杠導(dǎo)程，其值為8； —脈沖當(dāng)量。初選電機(jī)型號為130BYG2502，查表45知：176。所以傳動比 由縱向床鞍的最快移動速度，可以算出主動輪的最高轉(zhuǎn)速：3．3．2 傳遞功率的估算 由運動學(xué)可知，對該傳動機(jī)構(gòu)傳遞功率的研究只要考慮三種工作狀態(tài)，他們分別是：最大負(fù)載且最大工進(jìn)速度、快速空載啟動、最快空載移動。由運動學(xué)可知，最后一種狀態(tài)的傳遞功率一定小于快速空載啟動（最后時刻）的瞬時傳遞功率，所以只需要比較前二者。 預(yù)選步進(jìn)電機(jī)在轉(zhuǎn)速為 750時，對應(yīng)的步進(jìn)電機(jī)脈沖頻率為。 從表64查得，當(dāng)脈沖頻率為6000Hz時，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為 對應(yīng)的輸出功率為 據(jù)表318取工作情況系數(shù)KA=，則由公式（314），求得帶的設(shè)計功率。3．3．3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計功率Pd，查表36選擇同步帶，型號為H型，節(jié)距。表36 同步帶型號型號節(jié)距/基準(zhǔn)帶寬傳遞功率范圍/基準(zhǔn)帶寬/說明XL(特輕型)～GB/T 116161989GB/T 113621989L（輕型）～H（重型）～55 3．3．4 確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑 Ｈ型小帶輪轉(zhuǎn)速在時的最少許用齒數(shù)為14，為了提高傳動精度，取小齒輪數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑，根據(jù)傳動比算出大齒輪數(shù)，則大帶輪節(jié)圓直徑。當(dāng)主動輪最高轉(zhuǎn)速時，同步帶的線速度為：遠(yuǎn)小于Ｈ型帶的極限速度，所以滿足要求。3．3．5 中心距、節(jié)線長度和帶齒數(shù)的確定 初選中心距，圓整后取。則帶的節(jié)線長度。根據(jù)，《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表313，選取接近的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)線長度，相應(yīng)的齒數(shù)z=４８。實際中心距。3．3．6 校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù) 嚙合齒數(shù) ，式中為取整函數(shù)。一般情況下，應(yīng)該保證。當(dāng)不滿足要求時，可以增大或不變時減小節(jié)距。通過計算，得出，滿足要求。3．3．7 計算基準(zhǔn)額定功率基準(zhǔn)額定功率就是所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計算公式如下： 式中： —單位為； —帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的許用工作拉力，單位N，如表38所示； —帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時的單位長度質(zhì)量（線密度），單位； —同步帶線速度。表38 同步帶基準(zhǔn)寬度下的許用拉力和線密度帶型號基準(zhǔn)帶寬b/許用拉力/線密度/XLLH經(jīng)計算， 3．3．8 確定實際同步帶寬度實際所需同步帶寬度的計算公式如下： 式中：—選定型號的基準(zhǔn)寬度，； —小帶輪嚙合系數(shù)，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表322，當(dāng)時，其值為1。經(jīng)計算得出：。根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》表311，若選擇雙邊擋圈，擋圈厚度為2mm。3．3．9 同步帶工作能力的驗算用下式來計算同步帶的額定功率: 式中：—齒寬系數(shù)，其值為。 —小帶輪嚙合系數(shù)，取1；經(jīng)計算得出：,所以滿足要求。四　電動機(jī)的選擇及其驅(qū)動電路設(shè)計直流電動機(jī)是最早出現(xiàn)的電動機(jī)，也是最早能實現(xiàn)調(diào)速的電動機(jī)。長期以來一直占據(jù)著調(diào)速控制的統(tǒng)治地位。它具有良好的線性調(diào)速特性，簡單的控制性能，較高的效率，優(yōu)異的動態(tài)特性。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動機(jī)的勵磁部分用永磁材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動機(jī)，這種電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，用電量少，所以目前在中小功率范圍內(nèi)運用廣泛。近年來，直流電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和控制方式都發(fā)生了很大的變化。隨著計算機(jī)進(jìn)入控制領(lǐng)域以及新型電力電子功率元件的不斷出現(xiàn)，使采用全控型的開關(guān)功率元件進(jìn)行脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方式已成為主流，并作為其數(shù)字控制的基礎(chǔ)。如果直流電機(jī)要求工作在正反轉(zhuǎn)場合，這時還需要使用可逆PWM控制方式，其又分為單極性驅(qū)動與雙極性驅(qū)動兩種，一般大功率電機(jī)驅(qū)動采用單極性驅(qū)動方式。電動機(jī)的驅(qū)動離不開半導(dǎo)體功率器件，在對直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動中，對半導(dǎo)體功率器件的使用上又可以分為兩種方式：線性放大驅(qū)動和開關(guān)驅(qū)動，由于前者在工作時有大量功率消耗在元器件上，致使效率很低，因此絕大多數(shù)直流電機(jī)采用開關(guān)驅(qū)動方式，該方式是使半導(dǎo)體功率器件工作在開關(guān)狀態(tài)，通過脈寬調(diào)制來控制電動機(jī)的電樞電壓，實現(xiàn)調(diào)速。4．1 縱向步進(jìn)電動機(jī)的計算與選型4．1．1 轉(zhuǎn)動慣量的折算 折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量如下： 式中： —電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量，單位為，本設(shè)計初選電機(jī)值為15；、—同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動慣量，單位為； 、分別為帶輪的外徑和寬度，單位為； —滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量，； 、—分別為重力加速度，其值換算為 。計算得出： =4．1．2 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量分為快速空載啟動和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計算。1) 快速空載啟動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩由《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》式48式可知包括三部分：快速空載啟動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》式412式可知，相對于和很小，可以忽略不計。則有根據(jù)式49，考慮縱向傳動鏈的總效率=，計算快速空載啟動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：其中——對應(yīng)縱向空載最快移動速度的步進(jìn)電機(jī)最高轉(zhuǎn)速，為750r/min ——步進(jìn)電機(jī)由靜止到加速至轉(zhuǎn)速所需要的時間，其中：式中——縱向空載最快移動速度，為3600mm/min——縱向步進(jìn)電機(jī)步距角，——縱向脈沖當(dāng)量，帶入=750r/min。將上面數(shù)值帶入=m由式410可知，移動部件運動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為: 式中——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，——垂直方向的負(fù)載，空載取0——縱向傳動鏈總效率，將上面數(shù)據(jù)帶入=m最后帶入=+m=m2） 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 由式413可知: 包括三部分：折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電