【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 （ 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1）最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 由最快工作進(jìn)給速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，可計(jì)算出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率為 maxmax 60 ff vf ?? Y 向最快移動(dòng)速度 maxfv =1200mm/min，脈沖當(dāng)量 ? =，由式maxmax 60 ff vf ?? 求出電動(dòng)機(jī)對(duì)應(yīng)的運(yùn)行頻率 maxff =1200/（ 60*） Hz=2021Hz。從90BYG2602 的運(yùn)行矩頻特性可以看出，在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩maxfT =5N? m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 eqT =? m，滿(mǎn)足要求。 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 11 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 由最快空載移動(dòng)速度和系統(tǒng)脈沖當(dāng)量，算出 ，再?gòu)木仡l特性曲線上找出其對(duì)應(yīng)的輸出轉(zhuǎn)矩 ，檢查是否大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩。若是，則滿(mǎn)足要求；否則，需重新選擇電機(jī)。 最快移動(dòng)速度 maxv =1200mm/min，對(duì)應(yīng)的電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率 maxf =2021Hz。查表的 90BYG2602 的極限運(yùn)行頻率為 20210Hz，可見(jiàn)沒(méi)有超出范圍。 3）啟動(dòng)頻率的 校核 已知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總慣量 eqJ =? 2cm ，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量mJ =4kg ? 2cm ，查表 45 可知電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時(shí)的最高空載啟動(dòng)頻率qf =1800Hz。則由式 1/qLeq mff JJ? ? 可以求出步進(jìn)電動(dòng)機(jī)克服慣性負(fù)載的啟動(dòng)頻率為： 1/qL eq mff JJ? ?=。 （ 314） 上式說(shuō)明，要想保證步進(jìn)電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)不失步，任何時(shí)候的啟動(dòng)頻率都必須小于 。實(shí)際上，在采用軟件升降時(shí)，啟動(dòng)頻率選得很低，通常只有 100Hz（即 100 脈沖 /s）。 綜上所述，這里縱向進(jìn)給系統(tǒng)選用 90BYG2602 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求 。 （左右）方向 傳動(dòng)部件的選 型 與校核 脈沖當(dāng)量的確定 根據(jù)設(shè)計(jì)的分析和計(jì)算要求， X 方向的脈沖當(dāng)量為 x? =。 滾珠絲杠螺母副的計(jì)算和選型 （ 1） 最大 工作載荷 Fm的計(jì)算 最大工作載荷 Fm是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。查表 329，由最大工作載荷 Fm的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式， 已知移動(dòng)部件總重 G =500N。 Fm=G*u=500*= （ 2） FQ最大動(dòng)載荷的計(jì)算 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 12 假 設(shè) X 方向 最快的速度 v=，初選絲杠基本導(dǎo)程 hP =4mm,則此時(shí)絲杠轉(zhuǎn)速 n=1200v/ hP =300r/min。取滾珠絲杠的使用壽命 T= 15000h(一般機(jī)電設(shè)備取 T=15000h； n 為絲杠每分鐘轉(zhuǎn)速 )，代入 60 60 /10L nT? ，得絲杠壽命系數(shù)0L =270(單位 106 r)。 查表 330，取載荷系數(shù) fw=，再取硬度系 數(shù) Hf =， 代入公式： 3 0Q W H mF L f f F? （ 315） 得 QF =1777N （ 3）初選型號(hào) 根據(jù)計(jì)算出的最大動(dòng)載荷，查表 331，選用濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的 GD 系列 16043 型滾珠絲杠副，為內(nèi)循環(huán)固定反向器單螺母式，其公稱(chēng)直徑為 16mm，基本導(dǎo)程為 4mm，循環(huán)滾珠為 3 圈 ? 2 列，精度等級(jí)取 5 級(jí)，額定動(dòng)載荷為 4612N，大于 QF ，故 滿(mǎn)足要求。 （ 4）傳動(dòng)效率 ? 的計(jì)算 ? 一般在 ~ 之間， ? 摩擦角一般取 10’。 將公稱(chēng)直徑 0d =16mm，基本導(dǎo)程 hP =4mm，代 入 0arctan [ / ( )]hPd?? （ 316） 得絲杠螺旋升角 =4176。33’將摩擦角 ? =10’，代入 ta n / ta n ( )????，得傳動(dòng)效率 ? =% 。 （ 5）剛度的驗(yàn)算 1） 絲杠的拉伸或者壓縮變形量 在總變形量中占的比重較大。 左、右支承中心距離約為 800mm；剛的彈性模量 E = 10 MPa? ；查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 331，得滾珠直徑 wD =，算得絲杠底徑 2d =，則絲杠截面積 22/4Sd?? （ 317） 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 13 得 S= 2mm 絲杠的拉伸或壓縮變形量 1? 21 2mFa MaES IE? ?? ? ? （ 318） 其中 I 為絲杠 按 底徑 確定 的截面慣性矩 ，單位為 。 慣性矩 42 / 64Id?? ， 其中 “+”號(hào)用于拉伸， “”用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩 M 一般較小，式中第二項(xiàng)在計(jì)算是可酌情忽略 。所以， 1 mFaES? ?? （ 319） 綜上求得絲杠在工作載荷 Fm 作用下產(chǎn)生的拉 /壓變形量 1? =7105mm 。 2） 滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量 可從產(chǎn)品型號(hào)中查出，或者可以后下式計(jì)算： 無(wú)預(yù)緊時(shí) 231 10. 00 38 10 mwFDZ? ???? ???? （ 320） 為有預(yù)緊時(shí) 2 230 .0 0 1 3 1 0 / 1 0mw Y JFD F Z? ?? （ 321） wD ——滾珠直徑，單位為 mm。 Z ——單圈滾珠數(shù)， 0( / )wZ d D?? （外圈環(huán)）， 0( / ) 3wZ d D???（內(nèi)圈環(huán)）； Z? ——滾珠總數(shù)量， Z? =Z? 圈數(shù) ? 列數(shù)； YJF ——預(yù)緊力，單位為 N. 當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)到軸向工作載荷的 1/3 時(shí)， 2? 值減小一半左右。 單圈滾珠數(shù)目 Z=18；該型號(hào)絲杠為雙螺母，滾珠總?cè)?shù)為 3? 2=6 圈，總 滾 珠 總 數(shù) 量 Z? =18 ? 6=108 。 滾 珠 絲 杠 預(yù) 緊 時(shí) ， 取 軸 向 預(yù) 緊 力點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 14 /3YJFG?? 。則 1? =5105 mm， 2? =106mm。 因?yàn)榻z杠加有預(yù)緊力，且為軸向負(fù)載的 1/3，所以實(shí)際變形量可減小一半，取 2? =106mm。 3）將以上算出的 1? 、 2? 代入 12? ? ??? （ 322） 得變形總量 ? = m? 。 查 表 327 可 知， 5 級(jí)精度滾珠絲杠任意 630mm~800mm 軸向行程內(nèi)行程的變動(dòng)量允許 36 m? ，而對(duì)于闊度為 800mm 的滾珠絲杠，總的變形量 ? 只有 m? ，可見(jiàn)絲杠剛度足夠。 （ 6）壓桿穩(wěn)定性校核 滾珠絲杠屬于細(xì)長(zhǎng)桿，如果軸向負(fù)載過(guò)大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷 Fk 應(yīng)滿(mǎn)足： 22kkmf EIFFKa??? （ 323） kF ——臨界載荷，單位為 N。 kf ——絲杠支承系數(shù) 。 K ——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取 ~4，垂直安裝時(shí)取小值 。 a ——滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為 mm . 查表 334 由于課題要求為雙推 —雙推則絲杠支承系數(shù) kf =4 有絲杠底徑 2d = ，求得界面慣性矩 42 / 64Id?? ? 4mm ；壓桿穩(wěn)定安全系數(shù) K 取 3；滾動(dòng)螺母至軸向固定處的距離 800mm 取最大值 。代入上式，得臨界載荷 kF? 6233N，遠(yuǎn)大于工作載荷 Fm=，故絲杠不會(huì)失穩(wěn)。 綜上所述，初選的滾珠絲杠螺母副滿(mǎn)足使用要求。 先初選電動(dòng)機(jī)型號(hào) 90BYG2602 ，二相混合式，由常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，最大靜轉(zhuǎn)矩為 ，十拍驅(qū)動(dòng)時(shí)步距角為 176。 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 15 直線移動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型 （ 1）滑塊承受工作載荷 maxF 的計(jì)算及導(dǎo)軌型號(hào)的選取 工作載荷是影響直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。本設(shè)計(jì)中的 XY 工作臺(tái)為水平布置，采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。考慮最不利的情況，即垂直于工作臺(tái)面的工作載荷全部由一個(gè)滑塊全部承擔(dān)，則單滑塊所受的最大垂直方向載荷為： max /4F G F?? （ 324） 其中，移動(dòng)部件重量 500GN? ，外加載荷 100zF F N?? ，帶入式（ 324），得最大工作載荷 m a x 2 2 5 0 .2 2 5F N kN??。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 341，根據(jù)工作載荷 max kN? ，初選直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的型號(hào)為 KL 系列的 35JSA LG? 型，其額定動(dòng)載荷 kN? ，額定靜載荷 0 kN? 。 任務(wù)書(shū)規(guī)定工作臺(tái)面尺寸為 500mm500mm，考慮工作行程應(yīng)留有一定余量，查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 335，按標(biāo)準(zhǔn)系列，選取導(dǎo)軌的長(zhǎng)度為 600mm。 （ 2）距離額定壽命 L 的計(jì)算 上述選取的 KL 系列 35JSA LG? 型導(dǎo)軌副的滾道硬度為 60HRC ，工作溫度不 超過(guò) 100C? ，每根導(dǎo)軌上配有兩只滑塊，精度為 4 級(jí)，工作速度較低，載荷不大。查《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》表 336~表 340，分別取硬度系數(shù)H ? 、溫度系數(shù) T ? 、接觸系數(shù) C ? 、精度系數(shù) R ? 、載荷系數(shù)W ? ，代入式（ 311）得距離壽命： 3H T C R aW m a x50f f f f CL fF???????? （ 325） 遠(yuǎn)大于 100km，故距離額定壽命滿(mǎn)足要求。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)減速箱的選用 為了滿(mǎn)足脈沖當(dāng)量的設(shè)計(jì)要求，增大步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩，同時(shí)也為了使點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu) 16 滾珠絲杠和工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上盡可能的小，今在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸上安裝一套無(wú)間隙齒輪減速箱。采用一級(jí)減速，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的輸出軸與小齒輪聯(lián)接，滾珠絲杠的軸頭與大齒輪聯(lián)接。其中大齒輪設(shè)計(jì)成雙片結(jié)構(gòu)，采用《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》圖 38 所示的彈 簧錯(cuò)齒法消除側(cè)隙。 已知工作臺(tái)的脈沖當(dāng)量 ?? mm/脈沖，滾珠絲杠的導(dǎo)程 h 4mmP? ，初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角 ? ?= 。根據(jù)《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》式（ 312），算得減速比： ? ? ? ? ? ? ? ?h 3 6 0 1 . 5 4 3 6 0 0 . 0 1 5 3iP??? ? ? ? ? 本設(shè)計(jì)選用常州市新月電機(jī)有限公司生產(chǎn)的 JBF7 型齒輪減速箱。大小齒輪模數(shù)均為 1mm，齒數(shù)比為 60:36，材料為 45 調(diào)質(zhì)鋼，齒面淬硬后 達(dá) 55HRC。減速箱的中心距為 ? ?6 0 3 6 2 m m 4 8 m m?????? ，小齒輪厚度為 20mm，雙片大齒輪厚度均為 10mm。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算 與 選型 （ 1） 根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)， 計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 eqJ 滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑 0d =16mm，總長(zhǎng) l =800mm，導(dǎo)程 hP =4mm，材料密度 ? = 10 /kg cm?? ； X 向移動(dòng)部件總重量 G=500N。 參照表 41，可以算的各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 42s LRJ ???= 2kg cm? ； 折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 wJ = 2kg cm? 。 初選的縱向步進(jìn)電動(dòng)機(jī)型號(hào)為 90BYG2602，從表 45 查的該型號(hào)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 mJ =4 2kg cm? 。 則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上能夠的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： eqJ = mJ +（ wJ + sJ ） / 2i （ 326） 得 eqJ = 2kg cm? （ 2） 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩在不同的工況下式不同的。通常考慮兩種情況：一種情況是快速空載起動(dòng)（工作載荷為 0），另一種情況是承受最大工作載荷。下面進(jìn)行討論： 點(diǎn)膠機(jī)設(shè)計(jì) — 懸臂式結(jié)構(gòu)