數(shù)控銑床工作臺三維運(yùn)動伺服進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)--課程設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-02-08 04:04 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ， 4 41 740 . 0 5 56 4 6 4 . 4 9 1 84 10a dI m? ? ??? ??? μ — 長度系數(shù)，雙推 簡支時(shí)，μ =2/3 ? ?2 79722 0 6 1 0 4 . 4 9 1 8 1 02 / 3 0 . 3 1 . 6 7 7 4 05 1cr NF ? ?? ? ? ??? ?? 9 安全系數(shù) 71 . 6 7 7 4 1 0 3 3 5 4 . 85000crmFS F ?? ? ?＞＞ [S]= ~ 故絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。 支承方式 有關(guān)系數(shù) 雙推 —自由 F—O 雙推 —簡支 F—S 雙推 —雙推 F—F [S] 3~4 ~ — μ 2 2/3 — fc ② 臨界轉(zhuǎn)速 crn 驗(yàn)證 高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速 maxn ＜ crn ， 臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算： ? ? ? ?2 2 51223 . 9 2 7 0 . 0 5 59 9 1 0 9 9 1 0 1 . 5 4 3 8 1 02 / 3 0 . 3 5ccr fdn l? ?? ? ? ? ?? crn ＞ maxn =10000。 （ 5） 剛度 驗(yàn)算 ： 滾珠絲杠在工作負(fù)載 F（ N）和轉(zhuǎn)矩 T（ ）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量 0L? （ m）為 ： 20 2 cpF p TL EA G J?? ? ? ? 式中： A—絲杠的截面積， ? ?2214A d m?? cJ — 絲杠的極慣性矩， ? ?42132cJ d m?? G—絲杠切變模量，對于鋼 G=； T—轉(zhuǎn)矩（ ） 30 63ta n ( ) 5 0 0 0 1 0 ta n ( 2 5 4 39。 8 39。 4 8 . 3 7 6 6 ( .02 ))2m DTF Nm?? ?? ? ? ? ? ? ? ? 按最不利的情況，即取 F=Fm，則 ： 220 2 2 4114 1 62 cp F p T p F p TL E A G J E d G d? ? ?? ? ? ? ?（ p 為基本導(dǎo)程） = 3 3 29 2 2 9 44 1 0 1 0 5 0 0 0 1 6 ( 1 0 1 0 ) 8 . 3 7 6 63 . 1 4 2 0 6 1 0 0 . 0 5 5 3 . 1 4 8 3 . 3 1 0 0 . 0 5 5 1 0 . 3 9 4 u m????? ? ? ? ? ?????? ? ? ? ? ??? 通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動精度的 1/2，即 ： L? ＜ 11 0 .0 3 1 522 m m um? ? ? ? 故該滾珠絲杠 剛度滿足要求 。 10 （ 6） 效率驗(yàn)算 ： 滾珠絲杠副的傳動效率為 ： ta n ta n ( 2 5 4 39。)ta n ( ) ta n ( 2 0 . 9 4 9 25 4 39。 8 39。 4 0 )?? ?? ?? ? ?? ? ? 通常要求在 90%~95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。 最后，經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證， FFZD6310 各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。 繪制進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖 JJ2 3i電動機(jī)1J 4i12J 電動機(jī)傳動原理圖 雙推 — — 簡支式進(jìn)給傳動系統(tǒng)示意圖 直流伺服 電動機(jī)的計(jì)算，選型，效核 （機(jī)床設(shè)計(jì)手冊 P1323） 本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，由于在前面的總體設(shè)計(jì)中已經(jīng)說明了步進(jìn)電機(jī)不能滿足其性能要求，故選擇直流伺服電機(jī)，并且是在半閉環(huán)控制系統(tǒng)中使用。 寬調(diào)速直流伺服電機(jī)應(yīng)根據(jù)負(fù)載條件來選擇。加 在電動機(jī)軸上的負(fù)載有兩種，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩和負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量。當(dāng)選用電動機(jī)的時(shí)，必須正確的計(jì)算負(fù)載，即必須確認(rèn)電動機(jī)能滿足下列條件：⑴在整個(gè)調(diào)速范圍內(nèi)，其負(fù)載轉(zhuǎn)矩應(yīng)在電動機(jī)連續(xù)額定轉(zhuǎn)矩范圍以內(nèi)；⑵工作負(fù)載與過載時(shí)間應(yīng)在規(guī)定的范圍內(nèi)；⑶應(yīng)使加速度與希望的時(shí)間常數(shù)一致。一般講，由于負(fù)載轉(zhuǎn)矩起減速作用，如果可能，加減速應(yīng)選取相同的時(shí)間常數(shù)。 我們在這里首先 初 選大慣量系列（ H 系列）型號為 60H 的直流伺服發(fā)電機(jī) 。其性能參數(shù)如下：輸出功率 15kW，額定轉(zhuǎn)矩 ，最大轉(zhuǎn)矩為 784 ，最高轉(zhuǎn)速為 2022r/min，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動慣量 ，機(jī)械時(shí)間常數(shù) 12ms，熱時(shí)間常數(shù) 120min，重量為 160kg。 （ 1）過熱驗(yàn)算： 11 當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為變量時(shí)，應(yīng)用等效法求其等效轉(zhuǎn)矩： 221 1 2 212......eq d x T t T tTT tt???? ?? 由前述計(jì)算直流伺服電機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 61. 017 7 .T N m? ? 式中： 1t ， 2t — 時(shí)間間隔，在此時(shí)間間隔內(nèi)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩分別為 1T 、 2T … 。 所選電動機(jī)過熱的條件為 N eqN dxTTPP??? ?? 式中： NT — 電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩， ； NP — 電動機(jī)的額定功率， W； dxP — 由等效轉(zhuǎn)矩 eqT 換算的電動機(jī)功率， W， ? ? / 5dx eq NP T n? 。其中 Nn 為電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)速 /minr 。 由本題可知 ： 6 1 .0 1 7 7 . 9 8 .e q NT T N m T N m?? ? ? ? ? ? 46 1 .0 1 7 7 2 0 0 0 / 9 .5 5 1 .2 7 7 9 1 0 1 5d x NP P k W? ? ? ? ? ? （ 2）過載驗(yàn)算： 即應(yīng)使瞬時(shí)最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩 maxT? 與電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩 NT 的比值不大于某一系數(shù)，即： max mNT kT? ? 式中： mk — 電動機(jī)過載系數(shù)， 取 ? 。 由題知： ? ＜ ? 故該電動機(jī)有較好的過載保護(hù)能力。 減速器的選用 直流伺服電機(jī) 與絲杠螺母間的運(yùn)動傳遞可能有多種形式 ，我們這里選擇 通過減速器傳動絲杠 。 從上述的分析可知電動機(jī)的轉(zhuǎn)速 200 0 / minmnr? ，機(jī)床絲杠轉(zhuǎn)速 600 / minnr? 知，傳動 比 2022 =600 3 .3 3 3 3mni n?? 。 根據(jù)傳動級數(shù)選擇曲線，將其分為兩節(jié)傳動。又根據(jù) 傳動比分配曲線我們這里選擇1i =， 2i =。 12 這里，我們選取圓柱齒輪傳動 第一級傳動參數(shù)如下： 1 20z? 、 2 30z ? 、 mm? （模數(shù)）， 20???， 1 20 2b mm cm??（齒寬），1130d mz mm?? ， 2245d mz mm?? ， 11 2 33ad d h mm? ? ? ， 22 2 4 8 .5ad d h m m? ? ?；第二級齒輪參數(shù)： 3 24z ? 、 4 54z ? 、 mm? （模數(shù)）， 2 20 2b mm cm??（齒寬），3336d mz mm?? ， 4481d mz mm?? ， 33 2 39ad d h mm? ? ?， 44 2 84ad d h mm? ? ?。 驗(yàn)算系統(tǒng)的等效轉(zhuǎn)動慣量 驗(yàn)算慣量匹配 ， 電機(jī)軸上的總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量 Jd與電機(jī)軸自身的轉(zhuǎn)動慣量 Jm 應(yīng)控制在： 1 14 dmJJ?? 比值太大，系統(tǒng)動特性受負(fù)載變化干擾；比值太小，不經(jīng)濟(jì)，大馬拉小車。 如果驗(yàn)算發(fā)現(xiàn) Jd/Jm 不滿 足上式要求 ， 應(yīng)返回修改原設(shè)計(jì)。 通過減速傳動比 i 和絲杠導(dǎo)程 PH 的合理搭配，使慣量匹配趨于合理。 1 / 22L F L F Lm m mT T JiT T J??????? ? ??????? 若不計(jì)摩擦 ,即 TLF＝ 0, 則 ： LmJi J? 或 2L mJ Ji ? 上式表明 ： 得到傳動裝置總傳動比 i 的最佳值的時(shí)刻就是 JL 換算到電動機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量 JL/i2 正好等于電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 Jm 的時(shí)刻 ， 此時(shí) ， 電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩一半用于加速負(fù)載 ， 一半用于加速電動機(jī)轉(zhuǎn)子 ， 達(dá)到了慣性負(fù)載和轉(zhuǎn)矩的最佳 匹配。 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量有： 222 11900 mn jk ie q i jijkknvJ m Jnn???? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ??? 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量分別為（齒輪為鍛鋼，并將齒輪近似看做圓柱體）： 4 4 4 4 2 5 2117 .8 1 0 7 .8 3 .3 2 1 0 . 1 .8 5 1 0 .zaJ d b k g c m k g m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 4 4 4 4 2 5 2227. 8 10 7. 8 4. 85 2 . 106 .zaJ d b k g c m k g m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 4 4 4 4 2 5 2337. 8 10 7. 8 3. 9 2 . .9 10zaJ d b k g c m k g m? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? 4 4 4 4 2 4 2447. 8 10 7. 8
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