【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 B HB? ， 大齒輪： 硬度 220sSHB HB? 計(jì)算負(fù)載慣量的意義 慣量匹配條件 慣量匹配是指進(jìn)給系統(tǒng)負(fù)載慣量與伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 條件是： 1〈 MJJ 〈 4 式中： MJ —— 伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ）可有伺服電動(dòng)機(jī)技術(shù)手冊(cè)查出。 J—— 負(fù)載慣量（ ），即進(jìn)給系統(tǒng)（傳動(dòng)軸、齒輪、工作臺(tái)等）折算到伺服電動(dòng)機(jī)上全部負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。 20 負(fù)載慣量的計(jì)算 參考同類型機(jī)床，初步選用反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 150BF002，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 MJ =10 。 [ 5 ]傳動(dòng)系統(tǒng)折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： （ 1）、齒數(shù) Z1 、 Z2 折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ： 34 5 3 4 31 1 111 7 . 8 1 0 / ( 6 . 4 ) 2 1 0 3 . 2 1 /3 2 3 2 ggJ d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 34 5 3 4 32 1 111 7 . 8 1 0 / 8 2 1 0 6 . 2 7 /3 2 3 2J d L k c m c m k c m? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 2）、絲杠折算到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 從表查得 1m 的絲杠的 MJ = ∴ JS =179。 = （ 3）、等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? （ 211） J=J1 + 220122( ) ( ) ( )2S LZ WJJZG ????????? =+ ( 3 2 8 0 0 0 . 6) ( 6 . 2 7 2 3 . 1 7 5 ) ( )4 0 9 . 8 2 3 . 1 4?? ? = 負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩的選擇 機(jī)床在不同的共況下，其所需轉(zhuǎn) 21 矩不同， （ 1）快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩 是： 將已知數(shù)據(jù)代入， m a xm a x 0 2 4 0 0 0 . 7 53 6 0 0 . 0 1 3 6 0bpvn ?? ? ? ??=500r/min 考慮了電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量以后，傳動(dòng)系統(tǒng)折算的電動(dòng)機(jī)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J總 =JM +J=10+ = Mamnx 2m a x2 1 0 3 2 .5 1 360 anJ t? ?? ? ? ?總 179。 22 5 0 0 / m in 106 0 0 .0 3r S? ?? ?? = 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩 12039。2)(2ZZLWFfiLFM cOOf ??????? （ 212） /0 0 021() ( 2808 800) 2 2 CfF L f F W LMZiZ?? ???? ? ? ?? ? ???= 附加摩擦力矩 )1(2)1(2 212039。2 omoOOZZLFfiF p o LM ?????? ?????? （ 213） /2 2 2000 0 0210. 16 ( 28 08 80 0) 0. 6( 1 ) ( 1 ) ( 1 0. 9 )2 2 3. 14 0. 8 1. 252 mFp oL f F LMZiZ???? ???? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? 22 = 則 M起 =Mamax +Mf +M0 =++= （ 2）快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 M快 M快 =Mf +M=+= （ 3）最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 M切 0ftM M M M? ? ?切 =Mf +M+ 1 4 0 4 0 . 65 5 . 1 5 . 3 . 2 5 9 . .2 2 0 . 8 1 . 2 5N c m N c m N c mi? ? ? ?? ? ? ??toFL =+ += 從上面計(jì)算看出 M起 、 M快 、 M切三種情況下，以快速空載起動(dòng)時(shí)所需轉(zhuǎn)矩最大，以此項(xiàng)作為初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的依據(jù)。 查資料得，步進(jìn)電機(jī)為五項(xiàng)十帕?xí)r，m ax0. 95 1qjMM? ?? 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjM = 6 2 6 . 1 7 9 6 5 8 . 4 . 6 . 5 8 .0 . 9 5 1 0 . 9 5 1M N c m N m? ? ?起 按次最大靜力矩， 150BF002型步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)距為 .Nm大于所需最大靜力矩，可作為出選型號(hào)。但還得考慮電機(jī)起動(dòng)頻率特性和運(yùn)行矩頻特性。 步進(jìn)電機(jī)的空載起動(dòng)頻率： 23 m a x1000 1 0 0 0 2 . 4 / m in 4 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1kpVf m m H z? ?? ? ?? 1000 1 0 0 0 0 . 6 / m in 1 0 0 06 0 6 0 0 . 0 1Se Vf m m H z? ?? ? ?? 150BF002 型反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)允許的最高空載啟動(dòng)頻率為2800Hz ，允許的最高空載運(yùn)行頻率為 8000Hz 。 由圖 22（ a）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)矩頻特性可看出，當(dāng)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)起動(dòng)時(shí)， f 起 =2500HZ 時(shí)， M=100N178。㎝，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足此機(jī)床所要求的空載起動(dòng)力矩（ 178。㎝） ，直接使用會(huì)產(chǎn)生失步現(xiàn)象，所以必須采取升降速控制（可用軟件實(shí)現(xiàn)），將起動(dòng)頻率降到 1000HZ時(shí)，起動(dòng)扭矩可增高到 588N178。㎝，然后在電路上再采用高低壓驅(qū)動(dòng)電路，可將步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩?cái)U(kuò)大一倍左右。 a) 起動(dòng)矩頻特性 b)運(yùn)行矩頻特性 圖 22 150BF002 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性 24 當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)，由 150BF002 步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性圖22（ b）知該電動(dòng)機(jī)能滿足要求，根據(jù)上述計(jì)算綜合分析，縱向進(jìn)給系統(tǒng)采用 150BFOO2 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)能滿足要求。 橫向進(jìn)給系統(tǒng)主要分為切削力的計(jì)算、滾珠絲杠副的選擇、減速 齒輪的設(shè)計(jì)、步進(jìn)電機(jī)的確定等。 改造步驟： 保留原手動(dòng)機(jī)構(gòu)，用于微機(jī)進(jìn)給和機(jī)床刀具對(duì)空操作；保留原有的支承機(jī)構(gòu)；步進(jìn)電機(jī)、齒輪箱體安裝在機(jī)床后側(cè)，為了便于安裝滾珠絲杠。副絲杠軸采用分移式，然后用套筒剛聯(lián)接。采用雙片齒輪錯(cuò)齒法消除齒輪副間隙，并在溜板箱上安裝了縱橫向進(jìn)給按鈕和急停按鈕，以適應(yīng)機(jī)床調(diào)整時(shí)的操作和意外事故的緊急處理。 FX =（ ～ ） F z =2808179。 =1404N 選擇縱向進(jìn)給為燕尾性導(dǎo)軌，計(jì)算絲杠的最大軸向進(jìn)給切削里 Fm 又因?yàn)? Fm=KFf+f’ (Fc+2FP +W) （ 214） 式中 Ff、 Fp、 Fc—— 切削分力（ N） 25 K—— 顛覆里矩影響取 K= F’ —— 導(dǎo)軌上的摩擦因數(shù)取 f’ = W—— 移動(dòng)部件的重量（ N） 代入式中： Fm= KFf+f’ (Fc+2FP +W) =179。 +179。 (2808+2179。 1404+600) = 壽命 L 最大切削里 F 的進(jìn)給速度 Vs 可取最高進(jìn)給速度的 1/2——1/5（取為 1/3），縱向最大進(jìn)給速度為 ,絲杠導(dǎo)程 Lo=6mm，則絲杠轉(zhuǎn)速為： 01100 0 3 205vsn L ??? ? ?r/min 絲杠使用壽命時(shí)間一般為 15000h，則絲杠的壽命 L為 L=66010nT=660 20 150010??=18 載荷 Cm 當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm選用滾珠絲杠直徑 do時(shí)，必須保證絲杠工作時(shí)，在一定的軸向載荷作用下，絲杠在運(yùn)轉(zhuǎn) 106 轉(zhuǎn)后，在它的滾道上下產(chǎn)生疲勞點(diǎn)濁現(xiàn)象。這個(gè)軸向負(fù)載的最大值 Cm，即為滾珠絲杠桿副所能承受的最大當(dāng)量動(dòng)載荷 Cm 26 3 Mwm aLF fC f? 式中： wf —— 運(yùn)轉(zhuǎn)系數(shù) af —— 精 度系數(shù) ∴ 3 Mwm aLF fC f?= 3 1 8 1 .5 3 3 5 3 .2 80 .9?? = 根據(jù) CCm 的原則，查 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》化學(xué)出版社出版 [ 4 ]，第三章第 3卷，選取滾軸絲桿的型號(hào)為： ，坐標(biāo)直徑為 25mm，即外循環(huán)，齒差調(diào)隙式，一圈 。滾珠直徑為 ，導(dǎo)程為 6mm，摩擦級(jí)選用 5 級(jí)，螺紋升角 r=arctag（ L0 /?d0 ） =arctg（ 6mm/?179。 40）== 0243? 。 傳動(dòng)功率 ? 滾軸絲桿副的傳動(dòng)功率為： ? =tgr/tg（ r+ ? ）= 002 43(2 43 10 )ggtt ???? = 式中： r—— 絲杠的螺紋升角 ? —— 摩擦角。滾動(dòng)絲桿副的滾動(dòng)摩擦因數(shù) f=，摩擦角約等于 10′所以 ? =10′ 穩(wěn)定性驗(yàn)算 （ 1）臨界壓縮載荷，對(duì)于受壓的細(xì)長(zhǎng)的滾軸絲桿，應(yīng)驗(yàn)算其承受最大軸向壓縮載荷 Fmax時(shí)是否會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲。 27 21m ax 2 1wdf EIF lf?? 式中 E—— 絲桿材料彈性量，對(duì)綱 E=179。 1011 N/m2 L—— 絲杠兩支承端距離（ m）， L=。 f1 —— 絲杠的支承方式系數(shù)， f1 = fwd —— 許用穩(wěn)定性安全系數(shù)， fwd =3 I—— 絲杠截面慣性矩（ m4 ） I= 4164d?= ? = 10?? m4 d 1 —— 絲 杠 螺 紋 底 徑 （ m ）， d 1 =d 0 w = 179。=. ∴ 21m ax 2 1wdf EIF lf??= 2 1 1 522 3 .1 4 2 .0 6 1 0 7 .8 1 0 14 5 0 3?? ? ? ? ? ?= 剛度驗(yàn)算 （ 1）、絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 。 1? 在總變形量中占的比重教大 . 010l Ll? ??? 式中 l —— 滾珠絲杠支撐間的受力長(zhǎng)度 (mm) 0l —— 滾珠絲杠的導(dǎo)程 (mm) 0l?—— 在工作載荷作用引起的導(dǎo)程變化量 (mm) 28 又∵ EALFl m 00 ??? 式中 mF 軸向平衡載荷 E 材料彈性模量 鋼 = 10 ( / )N mm? A 滾珠絲杠橫截面積 A= 2 21 ()4d mm? = 2 2 21 6 .7 6 2 2 0 .54 m m m? ?? EALFl m 00 ??? = 63 3 5 3 .2 8 52 0 .6 1 0 2 2 0 .5 mm?? ?? = 10 mm??? 4 201 0 3 . 6 9 1 0 4 5 0 3 . 2 1 1 05l mml m m?? ?? ?? ? ? ? ? ?mm “ +”號(hào)用于拉伸。由于兩端均采用角接觸球軸承且絲杠又進(jìn)行了預(yù)緊，故其拉壓剛度端固定的絲杠提高四倍。其實(shí)際變形為 ?? 。 211 3 . 3 2 1 1 0 0 . 0 0 8 344 mm?? ?? ? ? ? ? ? （ 2）、滾珠與螺紋接觸變形量 2? ，此項(xiàng)變形占總變形量的比重也教大，當(dāng)對(duì)絲杠加有預(yù)緊力且預(yù)緊力為軸向最大載荷的 1/3時(shí)，之直可減少一半， 又∵2 23 01 3 mwyFd F Z??? 式中 mF —— 軸向工作載荷（ N） 29 yF —— 預(yù)緊力 wd —— 滾珠直徑 Z? 滾珠數(shù)量其為圈數(shù) K列數(shù) Z每圈螺紋滾道內(nèi)的滾珠數(shù) 外循環(huán) Z= 0 3wdd? ? d0 —— 滾珠絲杠公稱直徑 2 01 3 mwyFd F Z??? = 23 ( )? ?????? 據(jù)上所訴，實(shí)際變形量為 : 22 2????= (3)、支撐 滾珠絲杠的軸承的軸向接觸變形 3? 支撐滾珠絲杠的軸承為 8107 型推力軸承，幾何參數(shù) d1 =15mm，滾球直徑 mm? 滾動(dòng)體數(shù)量 QZ =12 軸承的軸向接觸變形 3? 為： 2 2333 22 3 3 5 3 . 2 80 . 0 0 4 0 . 0 0 2 4 0 . 0 0 2 4 2 5 . 4 0 . 0 6 0 94 . 7 6 3 1 2mF mmdZ? ? ? ? ? ??mm 因施加預(yù)緊力，故實(shí)際變形量 3311 0 . 0 6 0 9 0 . 0 3 3 622??? ? ? ? ?mm 30 注意 mF 單位為 kg ∴總變形量 ? =1? +?2+? 3 =+++= 又有前面已知條件可得： ＞ 。 顯然，此變形量已大于定位的要求，不符合要求 。要進(jìn)行修改。因橫向留板空間限制，不宜再加大滾珠絲杠直徑