【文章內(nèi)容簡介】 為 度，查得該型號步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 Jm=。由 Jeq=Js+Jw+Jm，帶入數(shù)據(jù)，則計(jì)算得加在絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=Js+Jw+Jm=++=。2）等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩的計(jì)算絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下是不同的。通?？紤]兩種情況：一種是快速上升，另一種是快速下降。顯然快速上升時(shí)，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大。設(shè)快速上升時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為 Teq，則Teq=Tamax+Tf+T0 (21)式中：Tamax——快升時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩，單位為 ； Tf——部件移動時(shí)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為 ； T0——滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩，單位為；快速空載啟動時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大附加轉(zhuǎn)矩：Tamax=(2π*Jeq*n)/(60t) (22)式中：Jeq ——電機(jī)轉(zhuǎn)軸上總轉(zhuǎn)動慣量，單位為 ； n——電機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為 r/min； t——電機(jī)加速所用時(shí)間，單位為 s，在 ~1s 之間?。黄渲校簄=(v max*α)/(360* δ) (23)式中：v max——空載最快移動速度，本機(jī)器為 6000mm/min； α——步進(jìn)電機(jī)步矩角，預(yù)選電動機(jī)為 度； δ——脈沖當(dāng)量，δ=；將以上各值代入式(23)，算得 n=2500r/min。設(shè) t=，傳動系統(tǒng)總效率 η=，求得：9Tamax=(2π**10 4*2500)/(60**)≈移動部件運(yùn)動時(shí)折算到電機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩：Tf=(F 摩 *Ph)/( 2πη) (24)式中：F 摩 ——導(dǎo)軌的摩擦力，單位為 N； Ph——滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為 m； η——傳動系統(tǒng)總效率，一般取 η=~；其中：F 摩 =μ(Fc+G) (25)式中：μ——導(dǎo)軌的摩擦因素（滑動導(dǎo)軌取 ~，滾動導(dǎo)軌取~） ，取 μ= ； Fc——垂直方向的工作負(fù)載，車削時(shí)為 Fc，立銑時(shí)為 Fz，單位為N，取 Fc=0； G——運(yùn)動部件總重力，單位為 N，本設(shè)備 G=100N；將以上各值代入式(25)，算得 F 摩 =15N。由式(24)可知，移動部件運(yùn)動時(shí)，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為：Tf=(F 摩 *Ph)/( 2πηi)=(15*)/(2***2)=滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩：T0=(FYJ*Ph)(1η 02)/( 2πηi) (26)式中：F YJ——滾珠絲杠的預(yù)緊力，一般取滾珠絲杠工作載荷 FM 的 1/3，單位為 N； η 0——滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動效率，一般取 η 0=；由于滾珠絲杠副的傳動效率很高，所以有式(26)算出的 T0 值很小，與Tamax 和 Tf 比起來，通?？梢院雎圆挥?jì)。最后由式(21)，求得快速啟動時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq=Tamax+Tf+T0=+=3) 絲桿電機(jī)的校核將上述計(jì)算說得的 Teq 乘上一個(gè) K，用 K*Teq 的值來初選絲杠電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，其中的系數(shù) K 稱作安全系數(shù)。對于開環(huán)控制，一般應(yīng)在 ~4 之間選10取。取 K=4，則絲杠電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩：Tjmax=4Teq=4*=上述初選的絲杠電機(jī)型號為 75BC380A，該電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax=，滿足要求。 傳送帶電機(jī)的選擇1）傳送帶電機(jī)的初選若傳送帶滾筒直徑 D=70mm，左右滾筒用 45鋼實(shí)心柱型，滾筒長約100mm(支撐部分不包含在內(nèi))，已知 45鋼的密度為 ρ=。取傳送帶兩滾筒軸間的間距為 2m，平均 100mm 放一個(gè)瓶子，每一個(gè)瓶子容量為 ，質(zhì)量為 。這時(shí)傳送帶上瓶子的最大質(zhì)量為 10kg，傳送帶的最大速度為 。則滾筒的體積 V=π(D/2) 2*h=**10=,所以滾筒的質(zhì)量m=V*ρ =*=。若此時(shí)加上支撐部分的質(zhì)量，則總質(zhì)量為。這時(shí)兩個(gè)滾筒的轉(zhuǎn)動慣量為 J1=(1/2)*m*(D/2)2=**=。傳送帶上的瓶子質(zhì)量折算到電機(jī)主軸上的轉(zhuǎn)動慣量為：J2=(365w/4g)*(v/n) 2 (27)式中：w——傳送帶上的最大重量，單位為 N，此處 w=10kg*； v——傳送帶上瓶子的速度，單位為 m/s； n——滾筒的轉(zhuǎn)速，單位為 r/s；其中 v/n 簡化得 v/n=πD，代入得： J2=365*10*(*)2/4=。初選傳送帶電機(jī)型號為 86BYG250BSAFRBC0202，該電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為 J3=。總轉(zhuǎn)動慣量 J0= J1+ J2+ J3=++=。2）傳送帶電機(jī)的校核該電機(jī)的啟動時(shí)間為 ，則電機(jī)轉(zhuǎn)軸上所受的轉(zhuǎn)矩為：11M= J0*(2πn)/(60t)=(***10 2)/(60*)=以 M 乘以一個(gè)系數(shù) K，即以 KM 來初選電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩，取 K=4，則傳送帶電機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩 Tjmax 為：Tjmax=4M=*4=所選電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 ，滿足要求。 滾珠絲杠副的計(jì)算 最大工作載荷 Fm 的計(jì)算滾珠絲杠副的最大工作載荷 Fm 是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給力。它包括滾珠絲杠副的進(jìn)給力、移動部件的重力以及作用在導(dǎo)軌上的切削力所產(chǎn)生的摩擦力。由圖 12 可知，絲杠只受進(jìn)給方向載荷F=G=100N。又有 Fm=KF，K 為顛覆力矩影響系數(shù)，這里取 K=。所以Fm=*100=115N。 最大動載荷 C 的計(jì)算滾珠絲杠應(yīng)根據(jù)額定動載荷 Ca 選用，最大動載荷計(jì)算原理與滾動軸承相同。滾珠絲杠的最大動載荷 C 可用以下公式計(jì)算：C= *fm*Fm (28)3L式中：L——滾珠絲杠副的工作壽命，單位為 106r； fm——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無沖擊狀態(tài)取 1~，一般狀態(tài)取 ~，有沖擊振動取 ~，此處取 fm=； Fm——滾珠絲杠副最大工作載荷，單位為 N； 其中：L=60nt/10 6 (29) 式中：n——絲杠轉(zhuǎn)速，n=1000v/L 0(v 為最大載荷下的進(jìn)給速度，可取最高速度的 1/3~1/2；L 0 為絲杠的基本導(dǎo)程，單位為 mm)，計(jì)算時(shí)，可根據(jù)快進(jìn)速度 vmax 和絲杠最大轉(zhuǎn)速 nmax 初選一個(gè)數(shù)值(L0=1000vmax/nmax)，待剛度驗(yàn)算后再確定；12 t——額定使用壽命，單位為 h，可取 t=15000h；將以上數(shù)值代入式(29)得 L=60*(1000*6/)*15000/106=1080(106r)。再由式(28)計(jì)算得 C= **115==。3108 額定動載荷 Ca 的校核 滾珠絲杠的型號為 ，其額定動載荷 Ca=10kN，遠(yuǎn)大于C=，所以滿足要求。 剛度的驗(yàn)算 滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響定位精度和運(yùn)動平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。絲杠的拉伸或壓縮變形量 σ 1 在總變形量中占的比重比較大，可按下式計(jì)算： σ 1= (210)IEMaSFm??2? 式中：F m——絲杠的最大工作載荷，單位為 N； α——絲杠兩端支撐間的距離，單位為 mm； E——絲杠的材料彈性模量，鋼的 E=*105MPa； S——絲杠按底徑 d2 確定的截面積，單位為 mm2； M——轉(zhuǎn)矩，單位為 ； I——絲杠按底徑 d2 確定的截面慣性矩，單位為 mm4；其中， “+”號用于拉伸， “－”號用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩 M 一般較小，所以式中第 2 項(xiàng)在計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)，因此有 σ 1=(115*500)/(*105*20)=。滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 σ 2 可從產(chǎn)品型號中查出。13絲杠總變形量 σ=σ 1+σ 2。一般總變形量 σ 不應(yīng)大于規(guī)定精度的一半，本產(chǎn)品精度不大，所以絲杠夠用。 滾動軸承的選擇如今滾動軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件。因而，在機(jī)械設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)滾動軸承的部件時(shí)，只需：1）正確選擇出能滿足約束條件的滾動軸承，包括：合理選擇軸承和校核所選擇的軸承是否能滿足強(qiáng)度、轉(zhuǎn)速、經(jīng)濟(jì)等方面的約束；2）進(jìn)行滾動軸承部件的組合設(shè)計(jì)，包括：合理選擇軸承的類型、內(nèi)徑以及諸如公差等級、特殊結(jié)構(gòu)等。 絲杠滾動軸承的選擇由于絲杠滾動軸承主要受軸向力，所以選擇角接觸軸承。已知內(nèi)徑為20mm，所以初選軸承 GB/T 2921994，角接觸軸承 7002C 型，其主要參數(shù)：內(nèi)徑：d=15mm ；外徑：D=32mm ；寬：B=9mm；極限轉(zhuǎn)速：24000r/min；基本額定動載荷：C r=；基本額定靜載荷：C 0=；則軸承的壽命可由以下公式計(jì)算：Lh10= = ； (211)106n?)(6PrFC其中 ε=3 ，設(shè)軸承的轉(zhuǎn)速為 n=6000r/min，則當(dāng)量動載荷FP=XFR+YFA=*0+*115=161N。所以軸承的壽命為：Lh10= = =*105h。?)(601PrFCn36)(?壽命足夠了。14 滾筒滾動軸承的選擇綜前所述，選用角接觸軸承，選軸承 GB/T 2921994，角接觸軸承7004AC，其主要參數(shù)：內(nèi)徑：20mm； 外徑：42mm； 寬：12mm； 極限轉(zhuǎn)速：19000r/min；基本額定動載荷：；基本額定靜載荷：； 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的選用，首先按工作條件選則合適的類型，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速查有關(guān)手冊選擇尺寸。 傳送帶電機(jī)聯(lián)軸器的選擇傳送帶電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為 28mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號：GY4，其主要參數(shù)：軸孔直徑：28mm；軸孔長度：62mm；許用轉(zhuǎn)矩：；許用轉(zhuǎn)速：9500r/min；轉(zhuǎn)動慣量： 2； 絲杠電機(jī)聯(lián)軸器的選擇絲杠電機(jī)轉(zhuǎn)子直徑為 8mm，所以根據(jù)所傳送的轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速，從聯(lián)軸器標(biāo)準(zhǔn)件中選取聯(lián)軸器型號：NL1，其主要參數(shù)：軸孔直徑：8mm；軸孔長度：23mm；15公稱扭矩：；許用轉(zhuǎn)速：6000r/min； 灌裝機(jī)儲液箱的尺寸確定儲液箱的長寬高尺寸是根據(jù)儲液箱的有效容積來確定，它的長寬高按 1:1:1或 1:2:3 結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)熱和散熱及熱平衡原則來計(jì)算，因?yàn)橄到y(tǒng)發(fā)熱少，所以無需熱平衡校核。參照現(xiàn)有的水箱尺寸，定其長寬高分別為：900mm，500mm，200mm。儲液