【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(jí)為4級(jí)，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(dòng)，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(jì)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(dòng)效率的計(jì)算～，其計(jì)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(yàn)算滾珠絲杠副工作時(shí)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(yùn)動(dòng)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(duì)絲杠產(chǎn)生的導(dǎo)程變化很小，所以、可以忽略不計(jì)，所以絲杠的拉伸或壓縮變形量為：=（“+”號(hào)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(jì)，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(dòng)量有效行程精度等級(jí)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(huì)產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象，不失穩(wěn)時(shí)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(shí)，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(shí)取最小值，本設(shè)計(jì)取4； —滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為，本設(shè)計(jì)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(huì)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(jì) 同步帶也叫同步齒形帶，它綜合了帶傳動(dòng)、鏈條傳動(dòng)以及齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，主要用在驅(qū)動(dòng)帶輪與被動(dòng)帶輪之間要求有固定傳動(dòng)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(dòng)帶輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能通過帶齒與帶輪的依次嚙合將動(dòng)力傳給從動(dòng)輪，因此主動(dòng)輪和從動(dòng)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(shí)不會(huì)打滑，線速度可達(dá)，可用于高速場合，傳動(dòng)比可達(dá)到10，效率可達(dá)98%，維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，因此應(yīng)用日益廣泛。3．3．1 傳動(dòng)比的確定　　初選電機(jī)型號(hào)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(hào)為130BYG2502，查表45知：176。所以傳動(dòng)比 由縱向床鞍的最快移動(dòng)速度，可以算出主動(dòng)輪的最高轉(zhuǎn)速：3．3．2 傳遞功率的估算 由運(yùn)動(dòng)學(xué)可知，對(duì)該傳動(dòng)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(dòng)、最快空載移動(dòng)。由運(yùn)動(dòng)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(dòng)（最后時(shí)刻）的瞬時(shí)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(shí)，對(duì)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(shí)，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩約為 對(duì)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(jì)功率。3．3．3 選擇帶型和節(jié)距 根據(jù)帶的設(shè)計(jì)功率Pd，查表36選擇同步帶，型號(hào)為H型，節(jié)距。表36 同步帶型號(hào)型號(hào)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(shí)的最少許用齒數(shù)為14，為了提高傳動(dòng)精度，取小齒輪數(shù)，則小帶輪節(jié)圓直徑，根據(jù)傳動(dòng)比算出大齒輪數(shù)，則大帶輪節(jié)圓直徑。當(dāng)主動(dòng)輪最高轉(zhuǎn)速時(shí)，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(jì)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(shí)際中心距。3．3．6 校驗(yàn)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(shí)，可以增大或不變時(shí)減小節(jié)距。通過計(jì)算，得出，滿足要求。3．3．7 計(jì)算基準(zhǔn)額定功率基準(zhǔn)額定功率就是所選型號(hào)同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，其計(jì)算公式如下： 式中： —單位為； —帶寬為基準(zhǔn)帶寬b時(shí)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(shí)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(hào)基準(zhǔn)帶寬b/許用拉力/線密度/XLLH經(jīng)計(jì)算， 3．3．8 確定實(shí)際同步帶寬度實(shí)際所需同步帶寬度的計(jì)算公式如下： 式中：—選定型號(hào)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(jì)指導(dǎo)書》表322，當(dāng)時(shí)，其值為1。經(jīng)計(jì)算得出：。根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)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(yàn)算用下式來計(jì)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(jì)算得出：,所以滿足要求。四　電動(dòng)機(jī)的選擇及其驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)是最早出現(xiàn)的電動(dòng)機(jī)，也是最早能實(shí)現(xiàn)調(diào)速的電動(dòng)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(dòng)態(tài)特性。隨著永磁材料和工藝的發(fā)展，已將直流電動(dòng)機(jī)的勵(lì)磁部分用永磁材料代替，產(chǎn)生永磁直流電動(dòng)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(yùn)用廣泛。近年來，直流電動(dòng)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(jì)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(shí)還需要使用可逆PWM控制方式，其又分為單極性驅(qū)動(dòng)與雙極性驅(qū)動(dòng)兩種，一般大功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)采用單極性驅(qū)動(dòng)方式。電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)離不開半導(dǎo)體功率器件，在對(duì)直流電機(jī)電樞電壓的控制和驅(qū)動(dòng)中，對(duì)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(dòng)和開關(guān)驅(qū)動(dòng)，由于前者在工作時(shí)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(dòng)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(dòng)機(jī)的電樞電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速。4．1 縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選型4．1．1 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算 折合到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 式中： —電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為，本設(shè)計(jì)初選電機(jī)值為15；、—同步帶帶輪的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)慣量，； 、—分別為重力加速度，其值換算為 。計(jì)算得出： =4．1．2 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)矩加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分為快速空載啟動(dòng)和承受最大工作負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。1) 快速空載啟動(dòng)時(shí)電動(dòng)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(jì)指導(dǎo)書》式48式可知包括三部分：快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩、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、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。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，根據(jù)《數(shù)控技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書》式412式可知，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有根據(jù)式49，考慮縱向傳動(dòng)鏈的總效率=，計(jì)算快速空載啟動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩：其中——對(duì)應(yīng)縱向空載最快移動(dòng)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(shí)間，其中：式中——縱向空載最快移動(dòng)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(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: 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(dòng)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(dòng)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(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩、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、滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電