【正文】 ：1）由于強力層的強度不夠而引起的強力層彎曲疲勞破壞；2）在沖擊載荷的作用下，強力層產(chǎn)生斷裂或從齒背中抽出；3）由于強力層伸長，使齒帶齒距改變，引起爬齒；4）帶齒的磨損、彎曲、剪斷和老化龜裂等。綜上所述，齒形帶的強度計算主要應(yīng)該限制作用在齒形帶單位寬度上的拉力，以保證一定的使用壽命。實踐證明，按這一準(zhǔn)則設(shè)計的齒形帶，上述可能產(chǎn)生的破壞基本上都可得到控制。 同步齒形帶的計算計算齒形帶寬度的 （mm）的公式為：b (4—1)??10[]cpsv???式中 —— 齒形帶所傳遞的功率（kW） ；p —— 齒形帶單位寬度上的離心許用拉力（N） ；[]s —— 齒形帶單位寬度上的離心拉力， (N)；c?2cqvsg??—— 帶速（m/s） ；v—— 單位寬度、單位長度帶的重力（N） ；q?—— 重力加速度，取 =( )。 gg2ms表 4—1 聚氨脂齒形帶（強力層為鋼絲繩）的許用拉力 和 值[]sq?31 / 75傳動比 ； 伺服電動機最高轉(zhuǎn)速，已知主動輪轉(zhuǎn)速max1dNi?maxd=2022(r/min)，傳動比 ，功率 kW，每天工作小于 10 小時。max i?(N)98cqvsg???將上面給出的參數(shù)代入式（4—1）得 .(m)()([])cpbsv????模數(shù)主要是根據(jù)齒形帶所傳遞的計算功率 和小帶輪的轉(zhuǎn)速 ，可按圖Cp1n4—4 選取，計算功率 可按下式計算：Cpm/mm 2 3 4 5 7 10/[]s1? 15 25 29 39/(N)q? 32 / 75圖 4—4 齒形帶模數(shù)選用線圖 CgpK?式中 —— 齒形帶所傳遞的功率(kW)；p—— 工作情況系數(shù)（見表 4—2） 。gK表 4—2 工作情況系數(shù) Kg注:經(jīng)常反轉(zhuǎn)或使用張緊輪時,表中 值應(yīng)乘以 。 則gK(kW)??? 由圖 5—4 選取模數(shù) =3mm。m inD小帶輪的最小直徑 不是直接選定，而是由其最少齒數(shù) 控制，mi minZ見下表：minZ表 4—3 表minZ一天運轉(zhuǎn)時間/ h≤10 10～16 ＞16載荷性質(zhì)載荷平穩(wěn) /mm小帶輪轉(zhuǎn)速 11/inr?? 2 、3 4 5 7 10＜1000 12 14 16 18 20 22 241000～3000 14 16 18 20 22 24 26＞3000 16 18 20 22 24 —— ——33 / 75設(shè)計的帶輪所選的齒數(shù) 應(yīng)大于 。由表可知 ,在此選取帶輪1Zminmin18Z?齒數(shù) =26。Z帶輪幾何參數(shù)的計算：齒形角 40???節(jié) 距 (mm)???節(jié)圓直徑 (mm)678dmz頂圓直徑 (mm)113ah??頂圓齒距 (mm)??齒側(cè)間隙 (mm)徑向間隙 (mm).82c?頂圓齒槽寬 (mm)??齒槽深 (mm) 2hc?根圓直徑 (mm)1(2)???根圓齒槽寬 (mm)齒根圓角半徑 (mm).1..3fr??齒頂圓角半徑 (mm)?帶輪齒寬 (mm)(31)6Bb?:因 ，所以兩帶輪參數(shù)相同。1i?34 / 75 ()()DAD???式中 —— 初選中心距（mm） ； 0A 、 —— 小輪和大輪分度圓直徑（mm） ；因兩帶輪相同，則1D2 078(m)312()A?初選中心距 。03A? L 中心距初選后，按下式初選帶長： ()()DAA???????則帶的齒數(shù)為 ,????數(shù)值，并且 =40～250，最終確定帶的齒數(shù)為 90。.(m)pLmZ???? A 中心距 用下式確定：[.()[()]()]LDLDD????????364m)35 / 75 nZ用下式計算：nZ 211[8057]63362nDAZ??????當(dāng) 時， 不小于 4；當(dāng) 時， 不小于 6。經(jīng)過上面計算滿足2m?m?nZ要求。 1? 用下式計算：1?21180680DA?????? sF 即為齒形帶所傳遞的圓周力：(N)1spv??第 5 章 電動機的選擇和慣量匹配計算 最大靜態(tài)切削負載轉(zhuǎn)矩的計算靜態(tài)最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)矩，其計算公式為： max()2spofFhTTi????36 / 75式中 —— 絲杠上的最大軸向載荷（N） ；maxF—— 因滾珠絲杠螺母預(yù)加載荷引起的預(yù)加摩擦力（ ） ；poT Nm?—— 滾珠絲杠軸承的摩擦力矩（ ） ；f N?—— 滾珠絲杠的機械效率；?—— 伺服電機至絲杠的傳動比。i從前面的計算知最大進給力加摩擦力為 ， ，??動效率 =，傳動比 =1。i根據(jù)文獻[22]查得：(N)foT??.???式中 —— 滾珠絲杠的預(yù)緊力。pF由前面的計算可知 =，則p 1850..31(Nm)29oT????????(.)()T?????所選伺服電動機的額定轉(zhuǎn)矩應(yīng)大于此值。37 / 75 慣量匹配計算為使伺服進給系統(tǒng)的進給執(zhí)行部件具有快速響應(yīng)能力，必須選用加速能力大的電動機，亦即能夠快速響應(yīng)的電機（如采用大慣量伺服電機） ，但又不能盲目追求大慣量，否則由于不能充分發(fā)揮其加速能力，會不經(jīng)濟的。為了保證足夠的角加速度使系統(tǒng)反應(yīng)靈敏，將不得采用過大的伺服電動機和伺服控制系統(tǒng)。因此必須使電機慣量與進給負載慣量有個合理的匹配。通常在電動機慣量 與負載慣量 （折算至電動機軸）之間推薦下列匹mJLJ配關(guān)系： 14LmJ?電動機的轉(zhuǎn)子慣量，可以從產(chǎn)品樣本中查到。 滾珠絲杠、聯(lián)軸節(jié)均屬于回轉(zhuǎn)體，回轉(zhuǎn)體慣量的計算公式如下： 42(Kgm)3DLJ????式中 —— 回轉(zhuǎn)體材料的密度 ， ；?/??—— 回轉(zhuǎn)體直徑（m） ；D—— 回轉(zhuǎn)體長度（m） ；???絲 杠 ????2（ Kgm）32J螺 母 ??4（ 073）??2（ Kgm）38 / 75 直線運動的物體應(yīng)將其慣量折算成旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)動慣量。 (2sphnvJmw????2sp移 動 （ ） )=（ Kgm）砂輪架和移動部件最大質(zhì)量為 1200Kg，折算到電機軸上的慣量為：??2242sp移 動 ()1()=（ Kgm）3 J??4帶 輪 （ Dd） ???4（ 52） .815.?2（ Kgm）LJJ?移 動絲 杠 螺 母 帶 輪 .??4（ ） 0??4=681（ Kgm）根據(jù)以上的計算，選擇交流伺服電機，因交流伺服電機沒有電刷，壽命長，故障少，允許的轉(zhuǎn)速較高。這種伺服電動機發(fā)展很快，已廣泛應(yīng)用于各種機械傳動中。查文獻[23]選用伺服電動機為永磁同步進給電機，電機的型號為1FT6 0868AC7 12AG1，額定轉(zhuǎn)矩為 ，最大轉(zhuǎn)矩為 27 ，額定N? Nm?電流為 ，額定功率為 ，轉(zhuǎn)子慣量為 *104 ，重量為2kg，電機軸中心高 80mm。計算功率 ，對于△T=100K 時，950oncMP?Kw。?慣量匹配條件是： 14LmJ?39 / 75????不滿足慣量匹配條件。從帶輪上挖去一定的質(zhì)量，使慣量匹配。由于帶輪是鑄件，可以在設(shè)計時在帶輪上挖去幾個圓柱體或在帶輪的兩側(cè)挖出空心圓柱體，以減小帶輪的慣量?，F(xiàn)在考慮將帶輪制造成腹板式，由于斜度為 1：100，可將挖出的質(zhì)量當(dāng)作空心圓柱體（如圖 5—1 所示） ，如下面計算新帶輪的慣量：334 [6]?? ?????????34圓 柱 體 （ ） （ 0） （ ）???圓 柱 體 （ ） ???圓 柱 體帶 輪 帶 輪 （ ）? ???????442移 動絲 杠 螺 母 帶 輪 （ ） 0=28（ Kgm）???滿足慣量匹配條件。40 / 75圖 5—1 挖去圓柱體后的帶輪 最大空載加速轉(zhuǎn)矩的計算空載加速轉(zhuǎn)矩發(fā)生在執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到快移速度（最高速度）時，這個轉(zhuǎn)矩不得超過伺服電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩 ，可按下式計算：maxTmax2()60LnJTMt???41 / 75式中 —— 快速移動的電機轉(zhuǎn)速（r/min） ；maxn—— 加速、減速時間（s） ，按 ta≈3/Ks，取 150～200ms；t—— 系統(tǒng)的開環(huán)增益，通常取 8 s1～25 s1，加工中心一般取sK左右；120s??—— 電機慣量（ ） ，可從樣本中查到；mJ2kgm? —— 負載慣量（ ） ；L? —— 負載轉(zhuǎn)矩（ ） 。TN?若是 小于伺服電機的最大轉(zhuǎn)矩 ，則電機能以所取的時間常數(shù)進行加maxT速和減速。 ax2()60LnJt??? )(~2??.27Nm)??電動機的最大轉(zhuǎn)矩 ，通過驗算，所選伺服電機的 滿maxT?? maxT?足要求，能夠以所取的時間常數(shù)進行加速和減速。 系統(tǒng)增益設(shè)計系統(tǒng)增益 是評價位置調(diào)節(jié)系統(tǒng)優(yōu)劣的最重要的指標(biāo)。系統(tǒng)增益的意義vK是，單位轉(zhuǎn)角誤差，能使電動機獲得較大的角速度。顯然 越大，則一定的vK42 / 75角位移能使電動機獲得較大的角速度，即系統(tǒng)的靈敏度越高。 不是越大越vK好，系統(tǒng)增益太大，靈敏度太高，穩(wěn)定性就可能不夠。通常，取。118~25vKs??的倒數(shù)是系統(tǒng)的時間常數(shù) ，即s at1()astK?速度環(huán)的開環(huán)增益 ，常取為 ， 可根據(jù)加速度進行驗so(2~4)sos算。系統(tǒng)要求的最大加速度，發(fā)生在時間常數(shù) 內(nèi)，執(zhí)行部件從 轉(zhuǎn)變到at maxV?時， （ 為執(zhí)行部件的快移速度（m/min） ） 。速度的變化為 。maxV?ax a2maxaax2603vVKt?工作臺達到的最大加速度： max2spThJ?式中 —— 伺服電動機的最大輸出轉(zhuǎn)矩（ ） 。maxTN?要滿足 a? 已知： ，系統(tǒng)增益 ，max10/sv?15vKs??ax10m()3v?max2..5s48spThJ??43 / 75即已滿足 。max?第 6 章 導(dǎo)軌的選擇與工作臺型面的確定 導(dǎo)軌的選擇導(dǎo)軌主要用來支承和引導(dǎo)運動部件沿著一定的軌跡運動。機床上兩相對運動部件的配合面組成一對導(dǎo)軌副，其中，不運動的配合面稱為固定導(dǎo)軌，運動的配合面稱為運動導(dǎo)軌。在運動部件（如工作臺）與固定不動的部件（如床身）之間只許有一個自由度，為此，導(dǎo)軌副必須限制運動部件的五個自由度。外圓磨床、曲軸磨床、凸輪磨床、螺紋磨床等的導(dǎo)軌，包括床身導(dǎo)軌和砂輪架墊板導(dǎo)軌，它們都是采用“V平”導(dǎo)軌的組合。外圓、曲軸、軋錕等磨床，都有上下兩層工作臺，上工作臺回轉(zhuǎn)一角度來調(diào)整磨削不同錐度的圓錐體工件。目前，導(dǎo)軌尺寸參數(shù)的趨勢是減小導(dǎo)軌中心距，增大導(dǎo)軌面的寬度。減小導(dǎo)軌中心距，使機床外形尺寸減小，節(jié)約原材料，并使 V 形導(dǎo)軌與平導(dǎo)軌的44 / 75載荷趨于均勻。由于縮小了兩導(dǎo)軌中心距的開檔尺寸，便于操作者裝卸工件，且手搖臺面輕便，增大導(dǎo)軌面寬度，可降低導(dǎo)軌面壓力，減小磨損，提高使用壽命。 導(dǎo)軌的分類：（1）開式導(dǎo)軌 靠外載荷和部件自重作用，使兩導(dǎo)軌面在全長上保持貼合的稱為開式導(dǎo)軌。（2）閉式導(dǎo)軌 如果部件自重作用力不夠大，又有一個較大的顛覆力矩作用在部件上，此時必須增加輔助導(dǎo)軌面貼合，這樣的導(dǎo)軌稱為閉式導(dǎo)軌。2. 導(dǎo)軌按運動軌跡分：（1）直線運動導(dǎo)軌 導(dǎo)軌副的相對運動軌跡為一直線，如普通車床的床鞍和床身之間的導(dǎo)軌。（2）圓周運動導(dǎo)軌 導(dǎo)軌副的相對運動軌跡為一圓，如立式車床的工作臺和底座之間的導(dǎo)軌。3. 導(dǎo)軌按摩擦性質(zhì)可分為：（1）滑動導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌工作面之間的摩擦性質(zhì)為滑動摩擦，其中有普通滑動導(dǎo)軌、液體動壓導(dǎo)軌、液體靜壓導(dǎo)軌。①液體動壓導(dǎo)軌的特點：液體動壓導(dǎo)軌是借助于導(dǎo)軌面間的相對運動，形成壓力油楔而將運動部件浮起，這樣兩個導(dǎo)軌面隔開形成液體摩擦，提高了導(dǎo)軌的耐磨性。形成壓力油楔的條件是：有一定的相對運動速度，以及油腔沿運動方向間隙逐漸減小，速度越高，油楔的承載能力越大，所以動壓導(dǎo)軌適用于主運動導(dǎo)軌。但由于運動部件上進油困難，故仍從固定導(dǎo)軌進油，油腔也可在固定導(dǎo)軌上，可用于直線運動導(dǎo)軌和圓周運動導(dǎo)軌。45 / 75②液體靜壓導(dǎo)軌的特點：液體靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油液，經(jīng)節(jié)流器輸送到導(dǎo)軌面上的油腔中，形成承載油膜，將相互接觸的表面隔開，實現(xiàn)液體摩擦。這種導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)小，機械效率高，導(dǎo)軌面有一層油膜，保證導(dǎo)軌面不相互接觸，不會磨損，不但能長期保持導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度和好的吸振性，而且在低速下也不易產(chǎn)生爬行，而且可降低對導(dǎo)軌材料的要求。所以，靜壓導(dǎo)軌在機床上得到日益廣泛的應(yīng)用，這種導(dǎo)軌的特點是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且需配置一套供油系統(tǒng)。（1） 滾動導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌工作面之間為滾動摩擦，它由導(dǎo)軌面間的滾珠、滾柱、滾針等滾動體實現(xiàn)，在進給運動導(dǎo)軌中用得較多。滾動導(dǎo)軌的特點：①運動靈敏度高 滾動導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)為 ～，遠小于滑動導(dǎo)軌，靜、動摩擦力相差甚微，故一般滾動導(dǎo)軌在低速運行時沒有爬行現(xiàn)象。②定位精度高 一般滾動導(dǎo)軌的重復(fù)定位精度為 ，普通滑動導(dǎo)軌一般 10～20181。m。使用滾動導(dǎo)作為直線導(dǎo)軌時，不會有爬行現(xiàn)象發(fā)生，可達到極高的定位精度。③磨損小，能長時間維持精度④適