【正文】 小輪分度圓直徑 5021?d圓周速度 smn / ???標(biāo)準(zhǔn)中心距 Za87)(2)(????齒寬 mdb51??大齒寬 02小輪齒寬 （5～10）=50+5=55mm??1(3)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核計(jì)算由式 610 ][21FSaFmFYbdKT????齒形系數(shù) 查表 小輪 ?a 大輪 72F應(yīng)力修正系數(shù) 查表 小輪 Sa 大輪 342? 重合度 )]tan(t)tan(t[2121 ???? ?????ZZ 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)45)]20tan)62cos(tanr62)0tan)25cos(tanr25[1 00 ?????????=重合度系數(shù) ... ??????Y故 225964121 mNF??? ...2（4）齒輪其他主要尺寸計(jì)算大輪分度圓直徑 mZd1262???根圓直徑 mhff ? ff 942頂圓直徑 daa21???? mh182 進(jìn)給系統(tǒng)的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算與選擇 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電機(jī)作為執(zhí)行元件，是機(jī)電一體化的關(guān)鍵產(chǎn)品之一, 廣泛應(yīng)用在各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)中。隨著微電子和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，步進(jìn)電機(jī)的需求量與日俱增，在各個(gè)國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域都有應(yīng)用。 步進(jìn)電機(jī)是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器接收到一個(gè)脈沖信號(hào)，它就驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)固定的角度(稱為“步距角”)，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)46脈沖個(gè)數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時(shí)可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。步進(jìn)電機(jī)可以作為一種控制用的特種電機(jī)，利用其沒有積累誤差(精度為 100%)的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各種開環(huán)控制?，F(xiàn)在比較常用的步進(jìn)電機(jī)包括反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)（VR） 、永磁式步進(jìn)電機(jī)（PM） 、混合式步進(jìn)電機(jī)（HB ）和單相式步進(jìn)電機(jī)等。 永磁式步進(jìn)電機(jī)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為 度 或 15 度；反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為 度，但噪聲和振動(dòng)都很大。反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子磁路由軟磁材料制成，定子上有多相勵(lì)磁繞組，利用磁導(dǎo)的變化產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩。 混合式步進(jìn)電機(jī)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為 度而五相步進(jìn)角一般為 度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛，也是本次細(xì)分驅(qū)動(dòng)方案所選用的步進(jìn)電機(jī)。 步進(jìn)電機(jī)的一些基本參數(shù)： 電機(jī)固有步距角： 它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個(gè)步進(jìn)脈沖信號(hào)，電機(jī)所轉(zhuǎn)動(dòng)的角度。電機(jī)出廠時(shí)給出了一個(gè)步距角的值，如 86BYG250A 型電機(jī)給出的值為 176。/176。（表示半步工作時(shí)為 176。、整步工作時(shí)為 176。） ，這個(gè)步距角可以稱之為 ‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時(shí)的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動(dòng)器有關(guān)。 步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)： 是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為 176。/176。、三相的為 176。/176。、五相的為 176。/176。 。在沒有細(xì)分驅(qū)動(dòng)器時(shí)，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動(dòng)器，則‘相數(shù)’ 將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動(dòng)器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)47改變步距角。保持轉(zhuǎn)矩（HOLDING TORQUE）： 是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說 的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為 的步進(jìn)電機(jī)。DETENT TORQUE：是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有 DETENT TORQUE。步進(jìn)電機(jī)的一些特點(diǎn)：1．一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的 35%，且不累積。2．步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度。 步進(jìn)電機(jī)溫度過高首先會(huì)使電機(jī)的磁性材料退磁，從而導(dǎo)致力矩下降乃至于失步，因此電機(jī)外表允許的最高溫度應(yīng)取決于不同電機(jī)磁性材料的退磁點(diǎn)；一般來講，磁性材料的退磁點(diǎn)都在攝氏 130 度以上，有的甚至高達(dá)攝氏 200 度以上，所以步進(jìn)電機(jī)外表溫度在攝氏 8090 度完全正常。3．步進(jìn)電機(jī)的力矩會(huì)隨轉(zhuǎn)速的升高而下降。 當(dāng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電機(jī)各相繞組的電感將形成一個(gè)反向電動(dòng)勢；頻率越高，反向電動(dòng)勢越大。在它的作用下，電機(jī)隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。4．步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動(dòng),并伴有嘯叫聲。 步進(jìn)電機(jī)有一個(gè)技術(shù)參數(shù)：空載啟動(dòng)頻率，即步進(jìn)電機(jī)在空載情況下能中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)48夠正常啟動(dòng)的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機(jī)不能正常啟動(dòng)，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負(fù)載的情況下，啟動(dòng)頻率應(yīng)更低。如果要使電機(jī)達(dá)到高速轉(zhuǎn)動(dòng)，脈沖頻率應(yīng)該有加速過程，即啟動(dòng)頻率較低，然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機(jī)轉(zhuǎn)速從低速升到高速） 。 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時(shí)代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會(huì)在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。 縱向電機(jī)的計(jì)算與選擇以下公式參考自《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》該車床的縱向進(jìn)給絲杠改用滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程 ml50?，工作臺(tái)質(zhì)量 NW801?，工件最大質(zhì)量 NW20?。脈沖當(dāng)量 step1.?；這里取工進(jìn)給速度為 V=，快進(jìn)給 in4.?，步進(jìn)電機(jī)的步距角?預(yù)選為 step0.，傳動(dòng)比 解：（1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載有外力負(fù)載（切削力） ，摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選步進(jìn)電機(jī)必須克服這些負(fù)載，才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)1）切削負(fù)載若采用如圖 26 所示的刀具角度，切削用量范圍： ??，maP4?，f=,則其主切削力（可根據(jù)切削原理近似公式計(jì)算）NFZ5360（垂中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)49向圖 26 刀具角度向） ，取 ?（縱） ， ?（橫）2）摩擦阻力當(dāng)溜板箱導(dǎo)軌為貼塑導(dǎo)軌，則摩擦系數(shù) 5.?，因主切削力壓向?qū)к?，則摩擦阻力 3180.)536208(????摩 其他摩擦未算3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,由前面減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核可知： 021 2)(50,(。6,5,.2 ???? ?，齒 寬模 數(shù) ） cmbmZi ddaaff 12854,94121則 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為（齒輪為 45 號(hào)鋼，并將齒輪近似看做圓柱體） 2424444 .1036.. mKgcKgbJaZ ??? ??????? 989151222d滾珠絲杠選用型號(hào)為 FFZD40055P5/14001150 的絲杠其長度為 1400mm，直徑為 40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)50sJ＝ 2244 . mKgcg???? 設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 mJ＝410k?（當(dāng)有效到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)， mJ值可以忽略，但當(dāng)?shù)刃У诫妱?dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量較小時(shí)，就不能輕易地忽略它?，F(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 110BF003，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動(dòng)慣量為 ?） 。根據(jù)書上《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》公式 64 可知 21212 )()(4][ kjnjkimik JVMJ?????式中： iv采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度溜＝； kn＝ m（電動(dòng)機(jī)）＝ v溜 ?/（3600?）＝500r/min； i＝100kg； 1z＝ mn； 2z＝ 1z/i＝200 r/min 。則 212)504.(4][ iJJJ szm ???? ＝41?＋4?＋40?＋???＝ ?4)絲杠摩擦阻力力矩（ sT）的計(jì)算由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲杠的傳動(dòng)效率很高，其摩擦阻力矩相對(duì)與其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩小得多，故一般不用考慮。5)等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩mepT由書上《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》公式 68 得中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)51 mT][＝1()02mvFn???溜縱 摩＝ 50???）（ ＝啟動(dòng)慣性阻轉(zhuǎn)矩（ 慣 ）的計(jì)算這里以最不利于啟動(dòng)得快進(jìn)速度進(jìn)行計(jì)算，啟動(dòng)加速度（或制動(dòng)減速）時(shí)間為 ?t＝（一般在 ～1s 之間選擇） ，由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 mw＝????snm，取加（減）速曲線為等加（減）速梯形曲線，故角加速度為 .??stwm?則 mNJTm .][4?????慣7）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸上總負(fù)載轉(zhuǎn)矩 T?的計(jì)算 ?＝ m][＋ 慣＝（+ ）= （2）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的匹配選擇上述計(jì)算均未考慮機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，當(dāng)選擇機(jī)械傳動(dòng)總效率 ?＝ 時(shí) ?????在車削時(shí)，由于材料的不均勻等因素的影想，會(huì)引起負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大，為避免計(jì)算上的誤差以及負(fù)載轉(zhuǎn)矩突然增大引起步進(jìn)電動(dòng)機(jī)丟步而引起加工誤差，可以適當(dāng)考慮安全系數(shù)，安全系數(shù)一般可在 ～2 之間選取。如果安全系數(shù) K＝，則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可按以下總負(fù)載轉(zhuǎn)矩選擇 ?????? 若選用上述預(yù)選的電動(dòng)機(jī) 110BF003，其最大靜轉(zhuǎn)矩 maxjT＝ 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)52。在三相六拍驅(qū)動(dòng)時(shí)，其步矩角為 （0）/step ，為保證帶負(fù)載能正常加速起動(dòng)和定位停止，電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 qT必須滿足 qT?39。?由書上《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》表 36 可知， maxqjT＝，則 qT＝ = 故選用合格。 橫向電機(jī)的計(jì)算與選擇以下公式參考自《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》該車床的縱向進(jìn)給絲杠改用滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程 ml50?，工作臺(tái)質(zhì)量NW601?，工件最大質(zhì)量 NW20?。脈沖當(dāng)量 step.?；這里取工進(jìn)給速度為 V=，快進(jìn)給 ?，步進(jìn)電機(jī)的步距角?預(yù)選為 step08.，傳動(dòng)比 解：（1）縱向進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的負(fù)載分析步進(jìn)電機(jī)的負(fù)載有外力負(fù)載（切削力） ，摩擦負(fù)載和慣性負(fù)載，所選步進(jìn)電機(jī)必須克服這些負(fù)載，才能作正常的進(jìn)給驅(qū)動(dòng)1）切削負(fù)載若采用如圖 27 所示的刀具角度，切削用量范圍： ??，maP4?，f=,則其主切削力（可根據(jù)切削原理近似公式計(jì)算）NFZ2680（垂向） ，取 NFZX67025.?（縱） ，Y17.（橫）中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)53向 圖 27 刀具角度2）摩擦阻力當(dāng)溜板箱導(dǎo)軌為貼塑導(dǎo)軌，則摩擦系數(shù) 05.??，因主切削力壓向?qū)к墸瑒t摩擦阻力 NF174.)268060(???摩 其他摩擦未算3）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算根據(jù)理論力學(xué)公式計(jì)算進(jìn)給系統(tǒng)中回轉(zhuǎn)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量,由前面減速齒輪的設(shè)計(jì)與校核可知： 021 2,50,。6,5,.2 ????cmbmZi ddaaff 18,4942121則 齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量分別為（齒輪為 45 號(hào)鋼，并將齒輪近似看做圓柱體） 2424444 .1036.. mKgcKgbJaZ ??? ??????? 98911222d滾珠絲杠選用型號(hào)為 FFZD40055P5/14001150 的絲杠其長度為 1400mm，直徑為 40mm，則絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量近似為sJ＝ 2244 . mKgcg???? 中國礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2022 界本科畢業(yè)設(shè)計(jì)54 設(shè)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 mJ＝?（當(dāng)有效到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量一個(gè)數(shù)量級(jí)時(shí)， mJ值可以忽略，但當(dāng)?shù)刃У诫妱?dòng)機(jī)軸上的負(fù)載慣量較小時(shí)，就不能輕易地忽略它?，F(xiàn)預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 110BF003，其電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子地抓動(dòng)慣量為 ） 。??根據(jù)書上《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》公式 64 可知 21212 )()(4][ kjnjkimik JVMJ?????式中： iv采用最不利于機(jī)床啟動(dòng)時(shí)的速度，這里選用快速進(jìn)給速度溜＝； kn＝ m（電動(dòng)機(jī)）＝ v溜 ?/（3600?）＝250r/min； i＝80kg； 1z＝ n； 2z＝ 1z/i＝200 r/min 。則 212)50.(84][ iJJJ szmm ???? ＝41?＋4?＋40?＋???＝ ?4)絲杠摩擦阻力力矩（ sT）的計(jì)算由于絲杠承受軸向載荷，又由于采取了一定的預(yù)緊措施，故滾珠絲杠會(huì)產(chǎn)生摩擦阻力矩，但由于滾珠絲