【文章內(nèi)容簡介】 擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。 如圖，采用電機帶減速動齒輪傳動，帶動蝸輪蝸桿轉(zhuǎn)動，從而使工作臺轉(zhuǎn)動。 步進電機的原理 步進電機是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機轉(zhuǎn)軸步進 一個步距角增量。電機總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 14 例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。 步進電機是機電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進電機慣量低、定位精度高、無累積誤差、控制簡單等特點。廣泛應(yīng)用于機電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機床、包裝機械、計算機外圍設(shè)備、復(fù)印機、傳真機等。 選擇步進電機時，首先要保證步進電機的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進電機時，首先要計算機械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機的矩頻特性能滿足機械負(fù)載并有一定的余量保證其運行可靠。在實際工作過程 中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說最大靜力矩 Mjmax 大的電機，負(fù)載力矩大。 選擇步進電機時，應(yīng)使步距角和機械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機床所需的脈沖當(dāng)量。在機械傳動過程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過步進電機的細(xì)分驅(qū)動來完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機的固有特性所決定。 選擇功率步進電機時，應(yīng)當(dāng)估算機械負(fù)載的負(fù)載慣量和機床要求的啟動頻率，使之與步進電機的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作 頻率能滿足機床快速移動的需要。 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：電液脈沖馬達(dá) —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 —— 工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大在分度機構(gòu)中可達(dá) 1000 以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時，學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角 時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 左右。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級，傳動方案較合理。 同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線 進給機構(gòu)一樣，都可以用點液脈沖馬達(dá)、功率步進電機來驅(qū)動。 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 伺服電動機的原理 伺服電動機（ servomotor） 用作自動控制裝置中執(zhí)行元件的微特電機。又稱執(zhí)行電動機。其功能是將電信號轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 伺服電動機分交、直流兩類。交流伺服電動機的工作原理與交流感應(yīng)電動機相同。在定子上有兩個相空間 位移 90176。電角度的勵磁繞組 Wf和控制繞組 WcoWf接一恒定交流電壓，利用施加到 Wc上的交流電壓或相位的變化，達(dá)到控制電動機運行的目的。交流伺服電動機具有運行穩(wěn)定、可控性好、響應(yīng)快速、靈敏度高以及機械特性和調(diào)節(jié)特性的非線性度指標(biāo)嚴(yán)格（要求分別小于 10％～ 15％和小于 15％～ 25％）等特點。直流伺服電動機的工作原理與一般直流電動機相同。電動機轉(zhuǎn)速 n為 n＝ E／ K1j＝（ Ua－ IaRa）／ K1j 式中 E為電樞反電動勢； K為常數(shù)； j為每極磁通； Ua， Ia為電樞電壓和電樞電流；Ra為電樞電阻。改變 Ua或改變φ，均可 控制直流伺服電動機的轉(zhuǎn)速，但一般采用控制電樞電壓的方法。在永磁式直流伺服電動機中，勵磁繞組被永久磁鐵所取代，磁通φ恒定。 直流伺服電動機具有良好的線性調(diào)節(jié)特性及快速的時間響應(yīng)。 傳動方案及其分析 數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺傳動方案為：直流伺服電機 —— 齒輪傳動 —— 蝸桿傳動 ——工作 該傳動方案分析如下： 齒輪傳動承受載能力較高 ，傳遞運動準(zhǔn)確、平穩(wěn)，傳遞 功率和圓周速度范圍很大，傳動效率高，結(jié)構(gòu)緊湊。 蝸桿傳動有以下特點： 1．傳動比大 在分度機構(gòu)中可達(dá) 1000以上。與其他傳動形式相比，傳動比相同時， 機構(gòu)尺寸小，因而結(jié)構(gòu)緊湊。 2．傳動平穩(wěn) 蝸桿齒是連續(xù)的螺旋齒，與蝸輪的嚙合是連續(xù)的，因此，傳動平穩(wěn)，噪聲低。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 3．可以自鎖 當(dāng)蝸桿的導(dǎo)程角小于齒輪間的當(dāng)量摩擦角時，若蝸桿為主動件，機構(gòu)將自鎖。這種蝸桿傳動常用于起重裝置中。 4．效率低、制造成本較高 蝸桿傳動是，齒面上具有較大的滑動速度，摩擦磨損大，故效率約為 ，具有自鎖的蝸桿傳動效率僅為 。為了提高減摩擦性和耐磨性，蝸輪通常采用價格較貴的有色金屬制造。 由以上分析可得：將齒輪傳動放在傳動系統(tǒng)的高速級，蝸桿傳動放在傳動系統(tǒng)的低速級 ，傳動方案較合理。 同時，對于數(shù)控回轉(zhuǎn)工作臺，結(jié)構(gòu)簡單，它有兩種型式：開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺、閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺。 兩種型式各有特點： 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)直線進給機構(gòu)一樣，都可以用步進電機來驅(qū)動。 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺和開環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺有轉(zhuǎn)動角度的測量元件（圓光柵）。所測量的結(jié)果經(jīng)反饋與指令值進行比較，按閉環(huán)原理進行工作，使轉(zhuǎn)臺分度定位精度更高。 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 18 第 4 章 轉(zhuǎn)輪組的 設(shè)計 設(shè)計要求 轉(zhuǎn)動平穩(wěn)可靠 （ 1）機械的功能要求：應(yīng)滿足工作臺的功率、 轉(zhuǎn)速和運動形式的要求。 （ 2）工作條件的要求：例如工作環(huán)境、場地、工作制度等。 （ 3）工作性能要求：保證工作可靠、傳動效率高等。 （ 4）結(jié)構(gòu)工藝性要求；如結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、使用維護便利、工藝性和經(jīng)濟合理等。 齒輪 的 設(shè)計 選用傳動 比： 先選為 2 1） 選用 直 齒圓 柱 齒輪傳動 ； 2） 數(shù) 控機床速度高，要求精度高，故 選 6級 精度； 3) 材料 選擇 ，小 齒輪 材料 選 35CRALA(調(diào)質(zhì) 后氮化 )，硬度 為 65HRC,大 齒輪 材料18CRMNTI(滲 碳后淬火 )硬度 為 60HRC； 4) 選 小 齒輪齒數(shù) Z1=20，大 齒輪齒 數(shù)為 40。 按 齒面 接觸 強 度 設(shè)計 d1t? 3 22])([ ))(1(1 HdU ZEUKT ?? ? (1)確定公 式內(nèi) 的各 計 算 數(shù) 值 1） 試選載 荷系 數(shù) Kt1=； 19 2) 計 算小 齒輪傳遞 的 轉(zhuǎn)矩 T1=21maxninT= 60000??= 3） 選 取 齒寬 系 數(shù) ，小 齒輪做懸 臂布置， d? =； 4）材料的 彈 性影 響 系 數(shù) ZE= ； 5）按 齒面 硬度查的小 齒輪 的接觸疲 勞強 度極限 ? Hlim1=1200Mpa,大 齒輪 的接觸疲勞強 度極限 ? Hlim1=800Mpa； 6）接觸疲 勞壽命 系 數(shù) KHN1=1,KHN2=1； 7） 計 算接觸疲 勞許 用 應(yīng) 力 取失效概率 為 1%,安全系 數(shù)為 S=1 [? H]1=1200Mpa, [? H]2=800Mpa. (2)計 算 1）算小 齒輪 分度 圓 直 徑 d1t,代入 [? H]中 較 小的值 代入各 數(shù) 值的 d1t? 3 22])([ ))(1(1 HdU ZEUKT ?? ?=22mm 2） 計 算 圓 周速度 V V=10006011?tnd? =3)計 算 齒寬 b b= d? d1t=? 22= 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 20 4)計 算 齒寬 與 齒 高之比hb. 模 數(shù) mt= ?2022 齒 高 h== = hb = = 5） 計 算 載 荷系 數(shù) 根據(jù) V=， 6級 精度，查的 動載 系 數(shù) Kv=. 直 齒輪 KH? =KF? =. 查表的使用系數(shù) KA=1； 用插值法查得 6級精度，小齒輪相對支撐懸臂布置時 KH? =. 由 hb = KH? = 得 KF? =. 故載荷系數(shù) K=KA KV KH? KH? =1 1 = 6）按實際的載荷系數(shù)校正所算得分度圓直徑 d1=d1t 33?KtK= 7)計算模數(shù) m m= 11zd = = 3按齒根彎曲強度設(shè)計 彎曲強度的設(shè)計公式為 21 M≥3 2 ][112 FdZYFaYSaKT ?? （ 1） 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值 1） 查表得小齒輪的彎曲疲勞強度極限 ? FE1=800Mpa。大齒輪的彎曲疲勞強度極限 ? FE2=700Mpa； 2） 查得彎曲疲勞壽命系數(shù) KFN1=, KFN2=。 3） 計算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù)。 S=. [? F]1= ??S FEKF N ? Mpa=400Mpa [? F]2= ??S FEKF N ? Mpa= 4)計算載荷系數(shù) K K= KA KV KF? KF? =1 1 = 5)查取齒形系數(shù) 查表的 YFa1= YFa2= 6)應(yīng)力校正系數(shù) Ysa1= Ysa2= 7）計算大、小齒輪的][ FYFaYSa?并加以比較 1][ 11FYSaYFa?= ? = 2][ 22FYSaYFa?= ? = （ 2） 設(shè)計計算 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 22 m= 3 ? ????mm= 對比計算結(jié)果，齒面接觸疲勞強度計算模數(shù) m大于齒根彎曲疲勞強度計算模數(shù)，齒輪模數(shù) m 大小主要取決于彎曲強度所決定的承載能力，可取彎曲強度算得的模數(shù) 并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=1，按接觸強度算得的分度圓直徑 d1=22mm，算出小齒輪齒數(shù) Z1=md1 =22 大齒輪齒數(shù) Z2=22 2=44 4幾何尺寸