【正文】 頻率 轉(zhuǎn) 化成相應(yīng)的 位移 和移動速度 的執(zhí) 行器。 步進電機的編程簡單，易于控制，控制精度高且價格相對較低。要求的各軸定位精度為 177。 ，步進電機可以滿足，故選用步進電機。 步進電動機的輸出位移量與輸入脈沖個數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比、轉(zhuǎn)向與脈沖分配到步進電機各相繞組的相序有關(guān)。所以只要控制脈沖數(shù)量、頻率和電機繞組通電順序便可控制步進電動機的角位移、轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)向。 其特點為： 1. 輸入脈沖數(shù)嚴(yán)格和電動機角位移成正比 ,電動機運轉(zhuǎn)一周后沒有累積誤差 ,因此具有良好的跟隨特性 。2. 步進電動機可以與驅(qū)動器組成開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng) ,同時也可以與角度反饋環(huán)節(jié)組成 高性能的閉環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng) 。3. 步進電動機的動態(tài)響應(yīng)快 ,易于起動、停止、正反轉(zhuǎn)和變速 。4. 步進電動機的速度可以在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié) ,在低速狀態(tài)下仍能獲得很大的轉(zhuǎn)矩。由于步進電動機具有無累積誤差、跟蹤性能好等優(yōu)點 ,步進電動機的控制主要采用開環(huán)數(shù)字控制系統(tǒng)的方式。在對步進電機進行控制時 ,常常會采用步進電機驅(qū)動器對其進行控制。步進電機驅(qū)動器采用超大規(guī)模的硬件集成電路 ,具有高度的抗干擾性以及快速的響應(yīng)性 ,不易出現(xiàn)死機或丟步現(xiàn)象。使用步進電機驅(qū)動器控制步進電機 ,可以不考慮各相的時序問題 (由驅(qū)動器處理 ) ,只要考 慮輸出脈沖的頻率 (控制驅(qū)動器 CP端 ) ,以及步進電機的方向。在使用步進電機驅(qū)動器時 ,往往需要較高頻率的脈沖。 部分 選用可編程控制器（ PLC）。 根據(jù)要求 ， 控制器要控制三個電機， PLC控制 可靠性高，抗干擾能力強 ，適用性強，可以滿足要求。 點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 4 選用滾珠絲杠傳動。滾珠絲杠可以實現(xiàn)由圓周運動到直線運動的轉(zhuǎn)變，具有傳動摩擦力矩小、傳動效率高、結(jié)構(gòu)緊湊、剛性好、傳動精度高、工作壽命長等特點。又因為要實現(xiàn)的工作范圍是 500500mm 滾珠絲杠可以滿足要求。 點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 5 3 計算說 明 Z軸 （上下）方向 傳動部件的選 型 與校核 根據(jù)設(shè)計的分析和計算要求， Z 方向（上下）為 z? =。 滾珠絲杠螺母副的計算和選型 （ 1） 最大 工作載荷 Fm的計算 最大工作載荷 Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時所承受的最大軸向力，也叫進給牽引力。 查表 329，由最大工作載荷 Fm 的實驗計算公式， 已知移動部件總重 G=50N 得到 FM =70N 。 （ 2） QF 最大 動載荷的計算 假 設(shè) Z 方向 最快的進給速度 v=1m/min， 并且 初選絲杠基本導(dǎo)程 hP =4mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速 n=1000v/ hP =250r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T=15000h，代入 60 60 /10L nT? ，得 滾珠 絲杠 副的 壽命 0L =225 （單位 106 r） 。 查表 330，取載荷系數(shù) Wf =， 取硬度系數(shù) Hf =，代入公式： 3 0Q W H mF L f f F? （ 31） 得 到 QF =468N （ 3）初選型號 根據(jù)計算出的最大動載荷，查表 331 可知 ，選用 20213 型 滾珠絲杠副， 其公稱直徑 d。 為 20mm，基本導(dǎo)程 hP 為 4mm，雙螺母滾珠總?cè)?shù)為 3? 2=6 圈，精度等級取 5 級，額定動載荷 Cn 為 5243N，滿足要求。 （ 4）傳動效率 ? 的計算 ? 一般在 ~ 之間， ? 摩擦角一般取 10’。 將 0d =20mm， hP =4mm，代入 0a rc ta n [ / ( )]hPd?? 得 到 絲杠 的 螺旋升角=4176。 33′ 。將摩擦角 ? =10′ ，代入 ta n / ta n ( )????，得傳動效率 ? =% 。 （ 5）剛度的驗算 1） 絲杠的拉伸或者壓縮變形量 在總變形量中占的比重較大。 上、下支承點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 6 中心距離約為 600mm；剛的彈性模量 E= 10 MPa? ；查表 331，得滾珠直徑wD =， d2 =，則絲杠截面積 22 /4Sd?? = 2mm 絲杠的拉伸或壓縮變形量 可按下式計算 21 2mFa MaES IE? ?? ? ? （ 32） 其中 I 為絲杠 按 底徑 確定 的截面慣性矩 ，單位為 mm4。 42 / 64Id?? （ “+”號用于拉伸， “”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩 M 一般較小，式中第二項在計算是可酌情忽略。）。 1 mFaES? ?? （ 33） 綜上求得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉 /壓變形量 1? =1 105mm 。 2） 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 可從產(chǎn)品型號中查出，或者可以后下式計算： 無預(yù)緊時 231 10 mwFDZ? ???? ???? （ 34）有預(yù)緊時 2 230 . 0 0 1 31 0 / 1 0mw Y JFD F Z??? （ 35） 其中， DW 為 滾珠直徑，單位為 mm。 Z 為 單圈滾珠數(shù)， 0( / )wZ d D?? （外圈環(huán)）， 0( / ) 3wZ d D???（內(nèi)圈環(huán)）； 為 滾珠總數(shù)量， =Z? 圈數(shù) ? 列數(shù)； 為 預(yù)緊力，單位為 N. 當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達到軸向工作載荷的 1/3 時， 2? 值減小一半左右。 單圈滾珠數(shù)目 Z=18，由于 該型號絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為 3? 2=6圈，總滾珠總數(shù)量 Z? =18 ? 6=108 。 當(dāng) 滾珠絲杠預(yù)緊時，取軸向預(yù)緊力點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 7 /3YJ mFF?? 。則 1? = 105mm , 2? = 106mm。 因為絲杠加有預(yù)緊力，且為軸向負載的 1/3，所以實際變形量可減小一半，取 2? =7 107mm。 3）將以上算出的 1? 、 2? 代入 12? ? ??? （ 36） 得變形總量 ? = m? 。 查 表 327 可 知， 5 級精度滾珠絲杠任意 500mm～ 630mm 軸向行程內(nèi)行程的變動量允 差為 32 m? ， 由計算可得 闊度為 600mm 的滾珠絲杠，總的變形量 ? 只有 m? ，可見絲杠剛度足夠。 （ 6）壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠屬于受軸向力的細長桿， 如果軸向負載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時的臨界載荷 應(yīng)滿足： 22kkmf EIFFKa??? （ 37） kF ——臨界載荷，單位為 N。 kf ——絲杠支承系數(shù) 。 K ——壓桿穩(wěn)定安全 系數(shù)，一般取 ~4，垂直安裝時取小值 。 a ——滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為 mm . 查表 334， 由于其為垂直安裝故選雙推 —雙推 ，則絲杠支承系數(shù) kf =4 有絲杠底徑 2d = ，求得界面慣性矩 42 / 64Id?? ? 4mm ；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3；滾動螺母至軸向固定處的距離 600mm 取最大值 。代入上式，得臨界載荷 kF? ，大于工作載荷 Fm=，故絲杠不會失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿足使用要求。 步進電動機減速箱的計算 與 選型 初選電動機型號 為 90BYG2602 ， 二 相混合式，最大靜轉(zhuǎn)矩為 6Nm， 十 拍點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 8 驅(qū)動時步距角為 176。 。 傳動比 i 的確定 已知電動機的步距角 ? =176。 , 脈沖當(dāng)量通常要小于定位精度 ，故 Y 脈沖當(dāng)量為取 y? =。 則根據(jù)式 360hPi ? ??? （ 38） 求得 i=。 所以不需要減速機構(gòu)。 步進電動機的計算與選型 （ 1） 根據(jù)機械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 滾珠絲杠的公稱直徑 0d =20mm，總長 l =600mm，導(dǎo)程 hP =4mm，材料密度 ρ= 10 /kg cm?? ；移動部件總重量 G=100N。 參照表 41，可以算得各個零部件的轉(zhuǎn)動慣量： 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 42s LRJ ???= 2kg cm? ； 折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量 wJ = 2kg cm? 。 初選的縱向步進電動機型號為 90BYG2602，從表 45 查的該型號電動機轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 mJ =4 2kg cm? 。 則加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動慣量為： eqJ = mJ +（ wJ + sJ ） / 2i = 2kg cm? （ 39） （ 2） 步進電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通?？紤]兩種情況：一種情況是快速空載起動（工作載荷為 0），另一種情況是承受最大工作載荷。下面進行討論： 1）快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩 eqT 由式 eqT = maxaT + fT + 0T 可知， eqT 包括三部分： maxaT 快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 ，單位為 N． m。 點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 9 fT 移動部件折算時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 ，單位為 。 0T 滾珠絲杠預(yù)警后折算到電動機 轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 ,單位為 。 因為滾珠絲杠副傳動效率很高，根據(jù)式 200(1 )2YJ hFPT i ?????可知， 0T 相對于maxaT 和 fT 很小，可以忽略不計。則有 eqT = maxaT + fT （ 310） 根據(jù)式 maxaT = 260eq meq aJnJ t?? ?，考慮縱向鏈的總效率 ? ，計算快速空載啟動時折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩： maxaT = 2 60eq meqaJnJ t?? ? *1? （ 311） mn ——對應(yīng)橫向空載最快移動速度的步進電動機最高轉(zhuǎn)速 。 at ——步進電動機有靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需要的時間 . 其中： max0360m vn ??? （ 312） maxv ——Z 向最快移動速度， 1200mm/min； ? ——Z 向 步進電動機步矩角，為 176。 ； ? ——Z 向脈沖當(dāng)量， ? =將以上各式帶入式 max0360m vn ???，算得 mn =250 /minr 。 設(shè)步進電動機由靜止到加速至 mn 轉(zhuǎn)速所需時間 at =， Y 向傳動鏈總效率 ? =； 則由式 maxaT = 260eq meq aJnJ t?? ?*1? 求得 maxaT =? 由式2 hf FPT i??? 摩可知，移動部件運動時，折算到電動機轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： 點膠機設(shè)計 — 懸臂式結(jié)構(gòu) 10 ()2chf F G PT i? ???? （ 313） ? ——導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)，滾動導(dǎo)軌取 。 cF ——垂直方向的工作負載，空載時取 0； ? ——Y 向傳動總效率，取 . 則由式 ()2chf F G PT i? ????得： fT = 104Nm? 最后由式，求得快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩為：eqT = maxaT + fT =? 2）步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進電動機采用的是開環(huán)控制，當(dāng)電網(wǎng)電壓減低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) eqT 來選擇步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮到安全系數(shù)。這里取安全系數(shù) K=4，則步進電動機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： maxjT ? 4 eqT =? 對于前面預(yù)選的 90BYG2602 行步進電動機，可知 其最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT =6N? m，可見 完全滿足式 maxjT ? 4 eqT 的要求。