【正文】 經(jīng)過資料的查詢，我選擇了上海開通數(shù)控有限公司的 GK60616AC31 交流伺服電機(jī) ，它 適用于數(shù)控機(jī)床進(jìn)給、輕工機(jī)械、醫(yī)療設(shè)備等 。而這次畢業(yè)設(shè)計(jì)我選擇了交流伺服電機(jī)。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進(jìn)電機(jī)來做執(zhí)行電動(dòng)機(jī)。交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為閉環(huán) 控制，驅(qū)動(dòng)器可直接對(duì)電機(jī)編碼器反上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 饋信號(hào)進(jìn)行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會(huì)出現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠 最后，速度響應(yīng)性能不同 步進(jìn)電機(jī)從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速（一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要 200～ 400 毫秒。其最大轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的三倍，可用于克服慣性負(fù)載在啟動(dòng)瞬間的慣性力矩。交流伺服電機(jī)具有較強(qiáng)的過載能力。 再次，矩頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時(shí)會(huì)急劇下降，所以其最高工作轉(zhuǎn)速一般在 300～ 600RPM。 %% 交流伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)現(xiàn)象。這種由步進(jìn)電機(jī)的工作原理所決定的低頻振動(dòng)現(xiàn)象對(duì)于機(jī)器的正常運(yùn)轉(zhuǎn)非常不利。 其次，低頻特性不同 步進(jìn)電機(jī)在低速時(shí)易出現(xiàn)低頻振動(dòng)現(xiàn)象。是步距角為 176。對(duì)于帶 17 位編碼器的電機(jī)而言，驅(qū)動(dòng)器每接收 217=131072 個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當(dāng)量為 360176。以松下全數(shù)字式交流伺服電機(jī)為例，對(duì)于帶標(biāo)準(zhǔn) 2500 線編碼器的電機(jī)而言，由于驅(qū)動(dòng)器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當(dāng)量為 360176。兼容了兩相和五相混合式步進(jìn)電機(jī)的步距角。、 176。、 176。、 176。；德國百格拉公司（ BERGER LAHR）生產(chǎn)的三相混合式步進(jìn)電機(jī)其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為 176。也有一些高性能的步進(jìn)電機(jī) 步距角更小。五相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。 交流伺服電機(jī)性能 說到 交流伺服電機(jī)就不能不說和他有比較的步進(jìn)電機(jī)，那么兩者之間的區(qū)別和不同到底在那里呢？讓我們通過比較來分析 首先，控制精度不同 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）格式規(guī)范 36 兩相混合式步進(jìn)電機(jī)步距角一般為 176。電動(dòng)機(jī)種類選擇時(shí)應(yīng)考慮的主要內(nèi)容有： （ 1）電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性應(yīng)與所拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的機(jī)械特性相匹配； （ 2）電動(dòng)機(jī)的調(diào)速性能（調(diào)速范圍、調(diào)速的平滑性、經(jīng)濟(jì)性）應(yīng)該滿足生產(chǎn)機(jī)械的要求。 調(diào)速電動(dòng)機(jī)除可分為有級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、無級(jí)恒速電動(dòng)機(jī)、有級(jí)變速電動(dòng)機(jī)和無極變速電動(dòng)機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動(dòng)機(jī)、直流調(diào)速電動(dòng)機(jī)、 PWM 變頻調(diào)速電動(dòng)機(jī)和開關(guān)磁阻 調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 （ 7） 按運(yùn)轉(zhuǎn)速度分類 電動(dòng)機(jī)按運(yùn)轉(zhuǎn)速度可分為高速電動(dòng)機(jī)、低速電動(dòng)機(jī)、恒速電動(dòng)機(jī)、調(diào)速電動(dòng)機(jī)。 控制用電動(dòng) 機(jī)又分為步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和伺服電動(dòng)機(jī)等。 （ 5） 按用途分類 電動(dòng)機(jī)按用途可分為驅(qū)動(dòng)用電動(dòng)機(jī)和控制用電動(dòng)機(jī)。永磁直流電動(dòng)機(jī)又分為稀土永磁直流電動(dòng)機(jī)、鐵氧體永磁直流電動(dòng)機(jī)和鋁 鎳鈷永磁直流電動(dòng)機(jī)。有刷直流電動(dòng)機(jī)可分為永磁直流電動(dòng)機(jī)和電磁直流電動(dòng)機(jī)。交流換向器電動(dòng)機(jī)又分為單相串勵(lì)電動(dòng)機(jī)、交直流兩用電動(dòng)機(jī)和推斥電動(dòng)機(jī)。 異步電動(dòng)機(jī)可分為感應(yīng)電動(dòng)機(jī)和交流換向器電動(dòng)機(jī)。 （ 3） 按結(jié)構(gòu)及工作原理分類 電動(dòng)機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動(dòng)機(jī)和同步電動(dòng)機(jī)。 （ 2） 按工作電源分類 根據(jù)電動(dòng)機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。 計(jì)算公式： 當(dāng)量動(dòng)載荷 ? ?arp YFXFfP ?? 當(dāng)量動(dòng)載荷 ： P1 = (N) P2 = (N) 已知條件： 額定動(dòng)載荷 C = 19500(N) 當(dāng)量動(dòng)載荷 P = (N) 軸承轉(zhuǎn)速 n = 300(r/min) 工作溫度 T = ≤ 120(℃ ) （溫度系數(shù) ft = 1） 壽命系數(shù) ε = 3 要求壽命 Lh39。 安裝時(shí)的圖示（ 見圖 321） 角接觸球軸承因其內(nèi)外圈的滾道可在水平軸線上有相對(duì)位移，所以可以同時(shí)承受徑向負(fù)荷和軸向負(fù)荷 —— 聯(lián)合負(fù)荷（單列角接觸球軸承只能承受單方向軸向負(fù)荷，因此一般都 常采用成對(duì)安裝）。若是成對(duì)雙聯(lián)安裝，使一對(duì)軸承的外圈相對(duì)，即寬端面對(duì)寬端面，窄端面對(duì)窄端面。單列角接觸球軸承只能承受一個(gè)方向的軸向負(fù)荷，在承受徑向負(fù)荷時(shí)，將引起附加軸向力。高精度和高速軸承通常取 15 度接觸角。能在較高的轉(zhuǎn)速下工作。保持架軸承的最小負(fù)荷系數(shù) P/C=,而滿裝軸承的最小負(fù)荷系數(shù) P/C=(P 為當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷， C為額定動(dòng)負(fù)荷 )。連續(xù)的負(fù)荷及速度曲線就要用分段近似值來替代。球軸承和滾子軸承的壽命指數(shù) P 有所不同。 P=X*Fr+Y*Fa 其中： P當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷， Fr 徑向負(fù)荷， Fa 軸向負(fù)荷，單位都是千牛頓， X 徑向系數(shù)， Y 軸向系數(shù)。其方向、大小恒定不變。額定動(dòng)負(fù)荷 C [KN]在每一類軸承的參數(shù)表中都可以找到，在該負(fù)荷作用下，軸承可以達(dá)到 100萬 轉(zhuǎn)的額定壽命。 動(dòng)負(fù)荷軸承 DIN ISO 281 所規(guī)定的動(dòng)負(fù) 荷軸承計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)是材料疲勞失效（出現(xiàn)凹坑），壽命計(jì)算公式為： L10=L=(C/P)P [106 轉(zhuǎn) ] 其中 L10=L 名義額定壽命 [106 轉(zhuǎn) ] C 額定動(dòng)負(fù)荷 [KN] P 當(dāng)量動(dòng)負(fù)荷 [KN] P 壽命指數(shù) L10 是以 100 萬轉(zhuǎn)為單位的名義額定壽命 [106 轉(zhuǎn) ] C 額定動(dòng)負(fù)荷 [KN] P 壽命指數(shù) L10 是以 100 萬轉(zhuǎn)為單位的名義額定壽命。PO在滾動(dòng)體和滾道的最大承載接觸區(qū)域中心所產(chǎn)生的應(yīng)力，與實(shí)際負(fù)荷組合所產(chǎn)生得應(yīng)力相同。該負(fù)荷（對(duì)向心軸承來說是徑向力，對(duì)推力軸承而言則是軸向力），在滾動(dòng)體和滾道接觸區(qū)域的中心產(chǎn)生的理論壓強(qiáng)為： 4600 N/MM2 自調(diào)心球軸承 4200 N/MM2 其它類型 球軸承 4000 N/MM2 所有滾子軸承在額定靜負(fù)荷 CO 的作用下，在滾動(dòng)體和滾道接觸區(qū)的最大承載部位，所產(chǎn)生的總塑性變形量約為滾動(dòng)體直徑的萬分之一。 FS =CO/PO 其中 FS靜負(fù)荷安全系數(shù)， CO 額定靜負(fù)荷 [KN]， PO 當(dāng)量靜負(fù)荷 [KN] 靜負(fù)荷安全系數(shù) FS 是防止?jié)L 動(dòng)零件接觸區(qū)出現(xiàn)永久性變形的安全系數(shù)。要想越充分的利用軸承，那么對(duì)軸承尺寸選用的演算精確性就越重要。只有在特殊情況時(shí)，才根據(jù) DIN ISO 281 對(duì)實(shí)際可達(dá)到的工作壽命做名義壽命演算。在這種情況下，演算滾道和滾動(dòng)體過 量塑性變形的安全系數(shù)。該演算包括將軸承實(shí)際載荷跟其載荷能力進(jìn)行比較。） F v1000PF d? F=400N 軸承的選用 在許多場合，軸承的內(nèi)孔尺寸已經(jīng)由機(jī)器或裝置的結(jié)構(gòu)具體所限定。為此我們主要是以同步帶的單位齒寬所受的拉力為計(jì)算校核的部分。 同步帶傳動(dòng)的主要失效形式是同步帶疲勞斷裂；帶齒的剪切和壓潰；以及同步帶兩側(cè)邊、帶齒的磨損。節(jié)距是同步帶傳動(dòng)最基本的參數(shù)。當(dāng)同步帶垂直其底邊彎曲時(shí)，在帶中保持原長度不變的周線，稱為節(jié)線，節(jié)線長以 LP表示。 在規(guī)定張緊力下，相鄰兩齒中心線的直線距離稱為節(jié)距，以 p 表示。同步帶型號(hào)分為最輕型 MXL、超輕型 XXL、特輕型 XL、輕型 L、重型 H、特重型 XH、超重型 XXH 七種。雙面帶又有對(duì)稱齒型（ DI）和交錯(cuò)齒型（ DII）之分。所以同步帶廣泛應(yīng)用于要求傳動(dòng)比準(zhǔn)確的中、小功率傳動(dòng)中，如家用電器、計(jì)算機(jī)、儀器及機(jī)床、化工、石油等機(jī)械。傳動(dòng)噪音比帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)小，耐磨性好，不需油潤滑，壽命比摩擦帶長。 圖 317 同步帶的技術(shù)參數(shù) 圖 318 同步帶的實(shí)體圖示 同步帶傳動(dòng)的 特點(diǎn)及應(yīng)用 同步帶通常以鋼絲繩或玻璃纖維繩為抗拉體，氯丁橡膠或聚氨酯為基體 ,這種帶的特點(diǎn)是薄而且輕，故可用于較高速度。 8M 8 ≈ 14176。 max 偏差 + 0 + 0 + 0 1 25 + 0 T5 + 0 + 0 + 0 25 + 0 1 T10 + 0 + 0 + 0 25 + 0 2 T20 + 0 + 0 + 0 6 25 + 0 3 HTD 同步帶輪齒型尺寸 (mm) 節(jié)距型號(hào) 節(jié)距 齒高 底圓半徑 齒槽寬 齒頂圓半徑 齒形角 3M 3 ≈ 14176。 20 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 25 T 型齒同步帶輪齒型尺寸 (mm) 齒距 代號(hào) 形狀 形狀 y grad rb rt 2a S E br N br S E hg N hg 偏差 偏差 偏差 mix 177。 20 XH 177。 25 L 177。 20 XXL 177。以下是一些同步帶的參數(shù)（ 見圖 317），實(shí)體圖示（ 見圖 318） 同步帶輪系列 齒輪直邊齒形尺寸和公差 (mm) 節(jié)線代號(hào) bw hg Ψ+176。 根據(jù)以上論述對(duì)軸的扭轉(zhuǎn)剛度進(jìn)行校核 : ? ??? ????????????? ? m/)(105 5 )5 0 0 0 383 0 0 0 05 0 0 0 2 5 2(10801 1 7 364 同步帶輪傳動(dòng)簡介 同步帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)。)/m ；對(duì)于精度要求不高的軸， [φ ]可大于 1( 176。對(duì)于一般傳動(dòng)軸，可取[φ ]=( 176。 軸的扭轉(zhuǎn)剛度條件為 φ≤ [φ ] ( 176。圓軸扭轉(zhuǎn)角 φ 的計(jì)算公式為： 光軸 階梯軸 式中： T—— 軸所受的扭矩， N178。 表 34 軸的允許撓度及允許偏轉(zhuǎn)角 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 對(duì) x=187mm 處進(jìn)行彎曲剛度校核： （見圖 316） 已知： l= mm, P=1000 N, E=210 GPa, I= 4mm ? ? 0 . 0 3 ( m m )y( m m ) 8 5 3102 1 03 5 7 . 51 0 0 0y 56 3m a x ??????? ?? ? ? ? )r a d(0 0 )r a d( 8 5 3102 1 02 0 0 0 66 2m a x ??????? ?? ? ?? 校核結(jié)果：軸的彎曲剛度滿足要求。軸的剛度分為彎曲剛度 （見圖 314）和扭轉(zhuǎn)剛度（見圖 315）。例如機(jī)床主軸撓度過大將影響加工精度。 其次需要進(jìn)行軸的剛度校核： 當(dāng)軸受到載荷作用后，軸將發(fā)生彎曲、扭轉(zhuǎn)等變形。 為軸的抗彎截面模量 ( )。若轉(zhuǎn)矩的變化規(guī)律不清楚，一般也按脈動(dòng)循環(huán)處理。 首先是彎曲應(yīng)力強(qiáng)度校核： 強(qiáng)度約束條件一般公式為： 式中： 稱為當(dāng)量彎矩； 為根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的折合系數(shù)。 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 圖 39 軸在直角坐標(biāo)系中的位置定位示意圖 首先，確定支座反力，在 x= 處 F=，在 x= 處 F=； 其次，確定內(nèi)力，在 x= 處 M=17600N*mm,在 x= 處 M=*mm,在 x=187mm 處 M=*mm；水平面受力情況均為 0。 33 25 （ 7）此處需要安裝金剛滾輪，其內(nèi)徑和長度需滿足滾輪安裝定 位要求。 35 27 （ 4）軸徑比前一段稍大，主要起軸承內(nèi)圈的定位作用 44 46 （ 5）此處需要安裝型號(hào)為 7007AC 的角接觸球軸承。 20 25 各軸段間的退刀槽等結(jié)構(gòu)工藝根據(jù)加工要求確定 （ 2）此處安裝圓螺母 M33，軸上螺紋部分需滿足螺紋標(biāo)準(zhǔn)。 表 33 軸的幾種常用材料的 [τ ]和 C值 根據(jù)公式， P=,n=2020r/min,C=115,則 d≥ ,考慮有單個(gè)鍵槽的關(guān)系，圓整到設(shè)計(jì)要求的標(biāo)準(zhǔn)值為 10mm。 由上式求出的直徑值，需圓整成標(biāo)準(zhǔn)直徑，并作為軸的最小直徑。 對(duì)于圓截面的實(shí)心軸，設(shè)軸在轉(zhuǎn)矩 T 的作用下，產(chǎn)生剪應(yīng)力 τ 。 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 38 主軸基本結(jié)構(gòu)示意圖 各軸段直徑和長度的確定 最小軸徑的確定： 傳動(dòng)軸只承受扭矩，直接按扭轉(zhuǎn)進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算。主軸是整套設(shè)備的關(guān)鍵，它傳遞了電機(jī)的功率，也是保證加工精度的關(guān)鍵環(huán)節(jié) ，對(duì)于主軸的設(shè)計(jì)，首先就是要確定各軸段的尺寸，其次就是要對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。 (5)形面精度及形位公差（見 表 32） 上海電機(jī)學(xué)院繼續(xù)教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）格式規(guī)范 16 圖 37 形面精度及形位公差示意圖 表 32 形位公差 單位： mm 金剛石滾輪非配合面精度按 GB/T 1804 執(zhí)行 。 (f)金剛石滾輪工作面的 外形按被加工零件的技術(shù)要求設(shè)計(jì)。 (d)金剛石滾輪的工作面部分不允許有裂紋、缺口、凹陷等缺陷。 (b)電鍍金剛石修整滾輪工作面上不得有高于金剛石的癤瘤。 (b)天然金剛石磨料應(yīng)符合 JC/T 220 規(guī)定。設(shè)計(jì)的金剛滾輪的外圈形狀如圖 36所示。但是同樣的由于采用了大量的大顆金剛石，在加工工藝過后，其表面間隙小，表面金剛石不易剝落，其耐用度相當(dāng)好，遠(yuǎn)超過其他的一般方