【文章內(nèi)容簡介】 布滾卷布測量方案 優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備簡單，操作方便 缺點(diǎn)：設(shè)備所占空間比較大，而且由于設(shè)計(jì)的是三角布滾，形成的角度比較大，所 測得數(shù)據(jù)不會很準(zhǔn)確。 圓形導(dǎo)軌帶布測量方案 優(yōu)點(diǎn)：檢測角度是 180 度，所測數(shù)據(jù)精準(zhǔn)，所用空間較小，操作簡單。 缺點(diǎn)：設(shè)備比較 復(fù)雜 雙層導(dǎo)軌帶布測量方案 優(yōu)點(diǎn)：檢測精度高便于操作 缺點(diǎn)：設(shè)備所占空間較大 由于所設(shè)計(jì)的設(shè)備主要的要求是精度高。因此，通過對三個(gè)方案的綜合分析對比， 本次設(shè)計(jì)最終選用圓形導(dǎo)軌帶布測量方案。 3 關(guān)鍵部件的參數(shù)選擇與計(jì)算 電機(jī)型號選擇 自動絨毛率測試儀設(shè)計(jì)一共使用了五部電機(jī) ，分別是 X 向移動電機(jī)，帶動被測布匹移動的皮帶輪電機(jī)，使布匹形成被測角度的推拉電機(jī)，控制薄鋼板的電機(jī)，控制張力傳感器的電機(jī)。 X 向移動電機(jī) ⑴傳動計(jì)算 按照設(shè)計(jì) 方案的需求，儀器精度為 177。 ，選用脈沖當(dāng)量為 mm/Hz， 絲杠導(dǎo)程為 4mm，又由于方案中不用減速箱，而用聯(lián)軸器直接將電動機(jī)與絲杠連接，所以取減速比為 i=1 算的電機(jī)步距角： α =360iδ /Pb=176。 ⑵步進(jìn)電機(jī)的計(jì)算及選型 1）步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸總慣性矩的計(jì)算。 總轉(zhuǎn)動慣量 J 包括轉(zhuǎn)子的慣性，滾珠絲桿的慣性和惰性的電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量。 Ⅰ、滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 J 由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中 P134 式 528得： 4 10J D L ??? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 8 頁 共 36 頁 式中： D 為絲杠公稱直 徑 D=30mm L 為絲杠長度 =有效行程 +螺母長度 +設(shè)計(jì)余量 +兩端支撐長度（軸承寬度 +鎖緊螺母寬度 +裕量） +動力輸入連接長度（如果使用聯(lián)軸器則大致是聯(lián)軸器長度的一半 +裕量） =315mm 代入數(shù)據(jù)得 1J =179。 304 179。 315179。 1012? =179。 104? kg.㎡ Ⅱ、滾珠絲杠上一級移動部件等折算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 由《數(shù)控機(jī)床系統(tǒng)設(shè)計(jì)》中 P134 式 529得： 262 ( ) 102sJM ???π 其中 M為工作臺的（包括工件）的質(zhì)量 M=100kg S為絲杠螺距 S=5mm 代入數(shù)據(jù)，得： 25622 . 5J m?? ??????????? ? Ⅲ、初選常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司的 90BYG2502 型混合式步進(jìn)電動機(jī)，可知其轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 3J = m104 4 ?? ? N 所以 1 2 3dJ J J J? ? ? =179。 104? +179。 105? +4179。 104? =179。 104? N178。 m 檢查電機(jī)軸的慣量，慣量比應(yīng)控制在一定的范圍內(nèi)，不能太小也不能太大， 即伺服系統(tǒng)的動態(tài)特性取決于負(fù)載特性。為使該系統(tǒng)慣量達(dá)到較合理的配合，一般 比值控制在 1/4—— 1之間， 123JJJ?= 根據(jù)公式 : 123JJ1 14J???，可知滿足慣量匹配的要求。 2）步進(jìn)電動 機(jī)的初選。 根據(jù)最大等效負(fù)荷 M考慮一定的安全系數(shù)λ，取λ =，最大靜轉(zhuǎn)矩步進(jìn)電機(jī)應(yīng)該滿足： m a x 3 2 .5 2 .0 5 .0jTM? ? ? ? N178。 m 根據(jù)所選的電機(jī)型號參數(shù)知道，最大轉(zhuǎn)矩 6jmax?T N178。 m，所選電動機(jī)型號正好滿足。 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 9 頁 共 36 頁 圖 31 電機(jī)型號與安裝尺寸 圖 32 電機(jī)接線圖 皮帶輪電機(jī)選型 負(fù)載力矩的計(jì)算公式 ? ?])[c o s( s in.2i2kgumFAFcmk g fiFDDFT L???????? ???? mNTL ?? 其中： ? 為皮帶輪的傳動效率 D 為皮帶輪的直徑 96mm 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 10 頁 共 36 頁 考慮到種種因素，所選電機(jī)最大扭矩大于 m?N ，根據(jù)表格可選電機(jī)型號 圖 33 電機(jī)型號 圖 34 電機(jī)安裝尺寸與接線方式 使布匹形成被測角度的推拉電機(jī)，控制薄鋼板的電機(jī)，控制張力傳感器的電機(jī)。 圖 35 電機(jī)型號 這三部 電機(jī)的選擇要滿足 齒條的升降能 力，因?yàn)辇X條的運(yùn)動不用特別快，而且齒條質(zhì)量不重， 所以軸轉(zhuǎn)動所需要的力矩不需太多，大部分電機(jī)都能滿足， 因?yàn)槔碚摲治? 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 11 頁 共 36 頁 無法得到電機(jī)所需力矩的精確值，所以電機(jī)的力矩范圍只能靠估算， 因此這三部電機(jī)中張力傳感器電機(jī)和薄鋼板電機(jī)可以選擇相同型號，選擇 UI2457512804A 型號，推拉電機(jī)選擇 UI2457411604A 型號。 本課題中 選取電機(jī)型號的各個(gè)參數(shù)如圖 3— 5 所示。 ccd 攝像頭型號選擇 考慮到設(shè)備的結(jié)構(gòu)緊湊性，選擇如下尺寸的 CCD 攝像頭。 圖 36 CCD攝像頭 表 31 CCD攝像頭尺寸 1 2 3 4 5 6 直徑（邊長） /mm 50 40 38 38 20*12 8*12 長度 /mm 30 70 60 50 40 20 滾珠螺旋副型號選擇 主要類型 采用滾珠在螺母中內(nèi)循環(huán)方式，選擇墊片預(yù)緊方式來消除絲杠螺母副軸向的間隙 主要參數(shù)及代號 滾珠絲杠副的主要參數(shù) ①公稱直徑 md ，數(shù)控機(jī)床常用的進(jìn)給絲杠的公稱直徑 md 為 mm30? 至 mm80? ，但是本次設(shè)計(jì)所選用的下導(dǎo)軌上面所受力只有重力，沒有其他額外的載荷，因此 md 不用太大，初選 30mmd0 ? 。 ②基本導(dǎo)程 (螺距 ) 0L ，由步距角 ?? ? 、脈沖當(dāng)量 脈沖/ mmP ?? 和傳動比i=1 確定 mmiL bp 4/3600 ?? ?? 。 滾珠絲杠副的標(biāo)注 為了滿足設(shè)計(jì)要求，初步 選擇滾珠絲杠副為 SFU032044，導(dǎo)軌面的硬度為 58~64HRC。1 2 3 4 5 6 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 12 頁 共 36 頁 根據(jù)資料查得其具體參數(shù)如下： 表 32滾珠絲杠副規(guī)格 規(guī)格代號 公稱直徑 0D 公稱導(dǎo)程0hD 滾珠直徑wD 螺旋升角? 循環(huán)列數(shù) 額定動載荷)(KNCa 額定靜載荷)(KNCoa 接觸剛度 )/( mNKc ? 32044 32 4 3340 ? 3 51 最大工作載荷 滾珠絲杠上的工作載荷 )(NFm 是指滾珠絲杠副在橫向移動設(shè)備時(shí)滾珠絲杠軸向所受的力。 mF 采用實(shí)驗(yàn)公式計(jì)算，對于三角形或綜合導(dǎo)軌 )(39。 GFfKFF VLm ??? 式中： LF 為工作臺縱向 進(jìn)給方向載荷， VF 為工作臺垂直進(jìn)給方向載荷， G 為移動部件的重力（ N）， K 和 39。f 分別為考慮顛覆力距影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)和導(dǎo)軌上的摩擦系數(shù)，對于三角形或綜合導(dǎo)軌 K＝ ，滾動導(dǎo)軌 ~39。 ?f ，取 39。 ?f 。所以： NGFfKFF VL 4)101 0 0(0 0 )(39。m ??????? 最大動載 C 的計(jì)算及主要尺寸初選 滾動絲杠承受的動載荷由公式得： mmFfLC 3? 式中： L 為使用壽命，單位為 r610 ， 610/60ntL? ； mf 為運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊取 ~，普通狀況取 ~，沖擊狀態(tài)下取 ~； mF 為滾珠絲杠工作載荷（ N）。 選擇滾珠絲杠副的尺寸，滾珠絲杠副的額定動載荷 aC 不得小于最大動載荷 C；CCa? 。 取 ?mf ，而工作臺進(jìn)給速度 m in)/(126 mmv ? ，則工作壽命 L ： )10(???????? 則 NFfLC mm ????? 因?yàn)?CKNCa ?? ，所以選擇的絲杠螺母副滿足設(shè)計(jì)要求。 傳動效率計(jì)算 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 13 頁 共 36 頁 滾珠絲杠副的傳動效率 ? 為：)tan(tan ?? ?? ?? 其中， ? 為絲杠螺旋升角， 可由 。8 0 4ar ct anar ct an 0 0 ????? d L?? ， ? 為摩擦角，滾動摩擦系數(shù) ~?f ，摩擦角約等于 39。10 。 %) an ( an%100)t an (t an 39。 ?????? ??? ?? 滾珠絲杠傳動效率比較高，一般在 ~ 之間，我們可以看到，計(jì)算的結(jié)果滿足要求。 剛度驗(yàn)算 絲杠的拉壓變形量 1? 滾珠絲杠計(jì)算滿載時(shí)拉壓變形量： EALFm??1? 其中： 1? 是在工作載荷 mF 作用下絲杠總長度的拉伸或壓縮變形量 )(mm ， mF 為絲杠的工作載荷 )(N ， L 為滾珠絲杠在軸承支架的受力長度 )(mm ， mmL 300? ， E 為材料彈性模量，對于鋼材 M paE ?? ， A 是按絲杠內(nèi)徑確定的截面積 )( 2mm ，222 )2 ()2( mmdA ???? ? ，“ +”指絲杠被拉伸，“ ”指絲杠被壓縮。 則 mmEA LF m 441 3004 ????? ???? 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 2? 變形量與滾珠排列、螺母內(nèi)圈有關(guān)，即與滾珠總數(shù)量有關(guān)，與滾珠絲杠長度無關(guān)。有預(yù)緊時(shí)，可以使用下式計(jì)算： )(0 0 1 3 22 mmZFD FYJwm??? 其中： wD 是滾珠直徑 )(mm ， ?Z 是滾珠總數(shù)量 列數(shù)圈數(shù) ???? ZZ ， Z 是絲杠一圈擁有的滾珠個(gè)數(shù)， )(3)/( 0 內(nèi)循環(huán)＝ ?wDdZ ? ， 0d 是絲杠的公稱直徑 )(mm ， YJF 是預(yù)緊力)( Nkgfkgf ?， ， mF 是絲杠的工作載荷 )( Nkgfkgf ?， 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 第 14 頁 共 36 頁 查表可得 ?wD 3 6 . 5 833 0 / 2 . 3 83 . 1 4)(3)( 0 ????? 內(nèi)循環(huán)WDdZ ? 2 1 9233 6 . 5 8Z ???????? 列數(shù)圈數(shù)Z k g fk g f / 1 0F m ?? ， k gfk gfFF mYJ ???? 3 23 22 ???????YJWmFD F? 由于當(dāng)滾珠絲杠有預(yù)緊力，且預(yù)緊力為軸向工作載荷的 1/3 時(shí)， 2?