【文章內(nèi)容簡介】 構(gòu)(減速器)、執(zhí)行機構(gòu)(轉(zhuǎn)臺)。伺服電動機又稱執(zhí)行電動機，在自動控制系統(tǒng)中，用作執(zhí)行元件，把所收到的電信號轉(zhuǎn)換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。常用的伺服電機有三類:直流伺服電機，交流伺服電機，步進電機。直流伺服電機具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、功率重量比大、功率體積比大、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，缺點是維護性不好，散熱不好。交流伺服電機特點是高可靠性、低維護保養(yǎng)要求，散熱容易，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量小，快速性好，功率體積比更大，同時克服了直流伺服電機存在的電刷、換向器等機械部件所帶來的各種缺點，特別是交流伺服電機的過負荷特性和低慣性更體現(xiàn)出交流伺服系統(tǒng)的優(yōu)越性。交流伺服要好一些，因為是正弦波控制，轉(zhuǎn)矩脈動小。步進電機轉(zhuǎn)子的運動位移取決于脈沖的個數(shù)，速度取決于脈沖的頻率，優(yōu)點是誤差不會長期積累，它的最大缺點在于容易失步，特別是在大負載和速度較高的情況下，失步更容易發(fā)生。直流伺服電機的維護費用高，且無法保證長時間運轉(zhuǎn)，故本系統(tǒng)不宜選用直流伺服電機。步進電機用于開環(huán)伺服系統(tǒng)，所研制的系統(tǒng)為閉環(huán)控制系統(tǒng)，也不適合選為該系統(tǒng)的執(zhí)行電機。轉(zhuǎn)臺伺服系統(tǒng)對所用的伺服電機要求如下:靈活方便的位置控制，定位準確精度高?？煽啃院?，方便計算機控制。響應快，換向性能好。.能長時間連續(xù)工作不需要維護。交流伺服電機控制技術很成熟市面上有很好的產(chǎn)品，從性能上完全滿足本伺服系統(tǒng)的要求，故本伺服選用了交流伺服電機。根據(jù)負載慣量來選擇電機型號，由CATIA軟件建立實體模型，計算出最大負載慣量約為，選取行星減速器傳動比為100，圓柱齒輪減速比為7，負載的轉(zhuǎn)動慣量轉(zhuǎn)換到伺服電機慣量約為:為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應靈敏和滿足系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求，負載慣量應，故伺服電機的轉(zhuǎn)動慣量應本設計選用西門子IFT6交流伺服電機。該型號電機特性如下:高功率、小體積。如圖3一2所示，電機參數(shù)見表3一1:表3一1伺服電機參數(shù)減速器采用行星減速器，行星減速器其優(yōu)點是結(jié)構(gòu)比較緊湊，回程間隙小、精度較高，使用壽命很長，額定輸出扭矩可以做的很大。減速器減速同時提高輸出扭矩，扭矩輸出比例按電機輸出乘減速比，但要注意不能超出減速器額定扭矩。減速同時降低了負載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。本設計中選用泰星減速機股份有限公司生產(chǎn)的NGW42A型行星減速器，傳動比為100。為了記錄分度位置，保證定位精度，回轉(zhuǎn)臂安裝圓磁柵尺，與伺服電機形成閉環(huán)控制。磁柵傳感器由磁柵、磁頭和檢測電路組成。磁尺是用非導磁性材料做尺基，在尺基的上面鍍一層均勻的磁性薄膜，然后錄上一定波長的磁信號而制成的。磁柵尺測量的工作原理:如圖3一3所示，磁柵尺是在非導磁材料上涂一層10一2伽m的磁膠。這種磁膠多是鎳合金高導磁性材料與樹膠相混合制成的，其抗拉強度要高一些，不易變形。然后在這條磁性帶上記錄磁極，N極和S極相間變化，在磁帶上錄成N極和s極是用錄磁磁頭來制成的，將相等節(jié)距(常為20伽m或5伽m)周期變化的電信號以磁的方式記錄到磁性尺上，用它作為測量位移的基準尺在檢測位移時，用拾磁磁頭讀取記錄在磁性標尺上的磁信號，通過檢測電路將位移量用數(shù)字顯示出來或送入位置環(huán)。測量用的磁柵與普通的磁帶不同。測量用的磁柵磁性標尺的等距，錄磁的精度需在高精度的專用錄磁設備上對磁柵標尺進行錄磁。當磁尺與拾磁磁頭之間的相對運動速度很低或處于靜止狀態(tài)時，也能進行位置測量，測量只與位置有關，與速度無關。1一磁性膜2一基體3一磁尺4一磁頭5一鐵芯6勵磁繞組7一拾磁繞組設計中選用德國ELGO公司的EMixZ磁柵尺。軸是機床中的重要零件，它的功能是用來支撐機器中旋轉(zhuǎn)零部件，如帶輪、齒輪、蝸輪、鏈輪、聯(lián)軸器、離合器、滾動軸承等，使其定位，并傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。軸的失效形式與軸的應力性質(zhì)和大小、軸材料的力學性能、軸的結(jié)構(gòu)形狀、軸的加工方法及軸的工作環(huán)境等因素有關。軸常見的失效形式有:疲勞斷裂、塑性變形或脆性斷裂、過大的彎曲變形或扭轉(zhuǎn)變形、高速工作振幅過大等。主軸的結(jié)構(gòu)如圖3一5所示:軸的強度計算主要有三種方法:許用切應力計算，許用彎曲應力計算，安全系數(shù)校核計算。許用切應力計算只需知道轉(zhuǎn)矩的大小，方法簡便，但計算精度較低。它主要用于傳遞以轉(zhuǎn)矩為主的傳動軸。許用彎曲應力計算必須先知道作用力的大小和作用點的位置、軸承跨距、各段軸頸等參數(shù)，主要用于彎扭復合的軸，計算精度中等。安全系數(shù)校核計算也要在結(jié)構(gòu)設計后進行，計算精度較高，但計算復雜，且常需足夠的資料才能進行。在機床運轉(zhuǎn)過程中，由于回轉(zhuǎn)臂有回轉(zhuǎn)支撐，主軸主要傳遞轉(zhuǎn)矩，故本設計采用許用切應力計算方法。將上述數(shù)據(jù)代入，可得 由計算結(jié)果可知，主軸的強度符合要求。對于受扭轉(zhuǎn)的圓軸來說，除了強度要求之外，還要求有足夠的剛度，即要求軸在彈性范圍內(nèi)的扭轉(zhuǎn)變形不能超過一定的限度。如果軸的剛度不足，則會影響機器的加工精度或引起扭轉(zhuǎn)振動。故為保證受扭圓軸具有足夠的剛度，通常規(guī)定，最大單位長度扭轉(zhuǎn)角不超過規(guī)定的許用值[θ]，即將數(shù)據(jù)代入，可得?；剞D(zhuǎn)工作臺部分采用直齒圓柱齒輪傳動。齒輪機構(gòu)是在各種機構(gòu)中應用最為廣泛的一種傳動機構(gòu)，它可用來傳遞空間任意兩軸間的運動和動力。齒輪傳動的主要優(yōu)點是:( 1)傳動比準確，工作平穩(wěn)，傳動效率高，一般可以達到95%以上，精度較高的圓柱齒輪副可以達到99%。(2)傳遞功率范圍廣，可以從儀表中齒輪微小功率的傳動到大型動力機械幾萬千瓦功率的傳動。(3)速度范圍大，齒輪的圓周速度可以從v。轉(zhuǎn)速可以從lr/min到20000r/min或更高。(4)結(jié)構(gòu)緊湊、維護簡便和使用壽命長。:(1)齒數(shù)和模數(shù)對于軟齒面齒輪傳動，齒輪傳動尺寸主要取決于齒面接觸疲勞強度，模數(shù)足夠大時，齒根彎曲疲勞強度一般比較富裕。這時，在保持齒輪傳動中心距不變且滿足齒根彎曲疲勞強度要求的前提下，齒數(shù)宜取多些，模數(shù)便相應減小，通常取小齒輪齒數(shù)z1≥21一30。這樣，可以增大重合度，提高傳動平穩(wěn)性，減少金屬切削量，節(jié)約制造費用。對于硬齒面閉式齒輪傳動，應該有足夠大的模數(shù)以保證輪齒彎曲疲勞強度要求，為減小傳動尺寸，齒數(shù)不宜過多，一般取z1=17一23。(2)齒數(shù)比齒數(shù)比u二z2/z。不宜過大，否則兩齒輪尺寸相差較大，不利于潤滑，小齒輪比大齒輪磨損快，齒輪傳動結(jié)構(gòu)尺寸大。通常取u簇7，當u7時，應采用二級或多級傳動。(3)齒寬系數(shù)齒寬系數(shù)大，所需小齒輪分度直徑d1和齒輪傳動中心距a減小，圓周速度降低。但齒寬系數(shù)越小，齒越寬，輪齒接觸線載荷越不均勻，所以應合理選擇齒寬系數(shù)。本設計，采用閉式圓柱齒輪傳動，傳動比u=7，模數(shù)m=12，小齒輪齒數(shù)z1=21，大齒輪齒數(shù)z2=zlu=147，齒寬系數(shù)，故小齒輪幾何尺寸如下，結(jié)構(gòu)如圖3一6所示:大齒輪幾何尺寸如下，結(jié)構(gòu)如圖3一7所示:(1)齒面接觸疲勞強度計算為了防止齒面出現(xiàn)疲勞點蝕，齒面接觸疲勞強度條件為:式中: 為接觸應力(MPa)。 為許用接觸應力。齒面最大接觸應力由赫茲公式計算，可以得出齒面最大接觸應力為計入載荷系數(shù)K后，得最大接觸應力為其中: