【正文】 , 齒寬b=20mm,ha*=1,c*=,齒輪傳動(dòng)效率η = 3齒輪幾何尺寸計(jì)算 : 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 38 頁(yè) 38 d1=z1m=72mm, d2=z2m=144mm, da1=(z1+2)m=76mm, da2=(z2+2)m=148mm, df1=()m=67mm, df2=()m=139mm, a1=(z1+z2)m/2=108mm d3=z3m=80mm, d4=z4m=100mm, da3=(z3+2)m=84mm, da4=(z4+2)m=104mm, df3=()m=75mm, df4=()m=95mm, a3=(z3+z4)m/2=90mm 3齒輪校核 : 一級(jí)齒輪副強(qiáng)度校核： 1) 小齒輪轉(zhuǎn)矩 T1=T*K1 式中 T—— 電動(dòng)機(jī)的輸出功率 K1—— J電動(dòng)機(jī)效率 取 則 T1=9600Nmm 2) 小齒輪的轉(zhuǎn)速 m a x1 6 2 5 / m in360yvnr??? ? ? 3) 小齒輪的圓周速度 11 / 6 0 0 0 0 2 .3 5 5 /V d n m s??? 4) 動(dòng)載荷系數(shù) AVK K K K K??? ? ? ? 式中 KA—— 使用系數(shù)取 1 Kv—— 動(dòng)載荷。i2= 取 Z1=36； Z2=72； Z3=40； Z4=50 大、小齒輪均采用 45 鋼并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理 ,選小齒輪硬度 HBS260～ 290,大齒輪硬度 HBS220 ～ 250, 精度選 6 級(jí)。 (6)絲杠的穩(wěn)定性計(jì)算 滾珠絲杠失穩(wěn)時(shí)臨界負(fù)載 Pc= 22()EIul? 式中： u— 絲杠軸端系數(shù)，兩端鉸支取 u=1 l— 絲杠長(zhǎng)度，取 1000mm E— 絲杠彈性模量，對(duì)鋼材質(zhì)取 E=* 610 N/cm2 I— 絲杠截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓柱體 I= 464d? cm4 Pcr= = 22()EIul?=65KN 許用安全系數(shù) [nst]=4 穩(wěn)定性安全系數(shù) n= Pcr/Fm=65000/1754=≥ 4 故滾珠絲杠滿足穩(wěn)定性要求不失穩(wěn)。 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0． 003— 0． 004。 25180。 25180。字母含意： C：外循環(huán)插管 D：墊片預(yù)緊 M：插管埋入式。 0． 4179。 n=1000Vs/L。 式中 L—— 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L。 670+0． 2(2680+2*670+600)=1754N 式中 K—— 考慮顛覆力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)， 燕尾 導(dǎo)軌取 K=； 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 36 頁(yè) 36 f′ —— 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，?。?； G—— 溜板及刀架重力， G=600N。 0． 25=670N Fy=2680179。 0． 015 mm。 采用一級(jí)齒輪減速 。 155 質(zhì)量 /kg: 14 縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)改造時(shí)拆除原機(jī)床的進(jìn)給箱及絲 杠 ,將步進(jìn)電機(jī)減速齒輪箱安裝在原機(jī)床的尾端 ,滾珠絲杠仍安裝在原絲杠的位置 , 兩端 仍采用原固定方式 ,這樣可以減小改裝工作量，并由于滾珠絲杠的磨擦系數(shù)小于原絲杠 ,從而使縱向進(jìn)給機(jī)構(gòu)整體剛度增大。 ): 電 壓 /V: 80/12 相電流 /A: 13 最大靜轉(zhuǎn)矩 /(N178。當(dāng)快速運(yùn)動(dòng)和切削進(jìn)給時(shí)， 150BF002型步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行頻率特性完全可以滿足要求。由 150BF002步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性曲線看出當(dāng)步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)時(shí)， =2 500 Hz時(shí)， M=100 Ncm。大于所需最 大靜力矩，可作為初選型號(hào)，但還必須進(jìn)一步考核步進(jìn)電機(jī)起動(dòng)矩頻特性和運(yùn)行矩頻特性。查表， 查表，當(dāng)步進(jìn)電機(jī)為五相十拍時(shí) λ = Mq ／ Mjmax = 0． 951。(Fc+G) Lo/2? η i =*(5360+800)*(2? **)= Ncm 附加摩擦力矩 Mo=FpoLo(1η s2)/2? η i= 式中 Fpo滾珠絲杠預(yù)加負(fù)荷取 1/3Fm=2530/3=843N η s滾珠絲杠 未 預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率 取為 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 34 頁(yè) 34 Mq=Mamax+Mf+M0=++= b. 快速移動(dòng)時(shí)所需力矩 Mk= Mf+M0=+= c. 最大切削負(fù)載時(shí)所需力矩 MQ= Mf+M0+Mt 式中 Mt折算到電動(dòng)機(jī)軸 上的切削負(fù)載力矩 =FxLo/2? η i= Ncm 則 MQ=++= 從上面計(jì)算可以看出， Mq ， Mk ， MQ三種工況下，以快速空載起動(dòng)所需力矩最大。 104d4*： J2= kg/cm2， Js查表查出 :1m長(zhǎng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 kg/cm2， 則 Js=*2= kg/cm2 G=800 N，得 20G(L /2 ) /g? = kg/cm2 則總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2J= 10+ +( 42/70) [ 50 .94 +3 6+ 25 ]= kg/cm2 (2)負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算及最大靜轉(zhuǎn)矩選擇 Mq=Mamax+Mf+M0 式中 Mq快速起動(dòng)時(shí)所需力矩 Mamax— 快速空載時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的最大加速力矩 Mf折算到電動(dòng)機(jī)軸的摩擦力矩 M0絲杠預(yù)緊時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)軸上的附加摩擦力矩 當(dāng)工作 臺(tái)快速移動(dòng)時(shí) ,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速 ｎ max=Vmaxθ b /(δ y*360)=2400* Mamax=J*2? *nmax/(60T)=*2? *500*102/60/=Ncm 折算到電動(dòng)機(jī)軸上的摩擦力矩 Mf=FoLo/2? η i 式中 Fo導(dǎo)軌 的摩擦力 Fo=f180。 縱向進(jìn)給 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的計(jì)算和選型 (1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣性量計(jì)算 傳動(dòng)系統(tǒng)折算到電機(jī)軸上總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量： 122 22M 1 S 0J= J + J + ( Z /Z ) [ ( J + J ) + G ( L /2 ) /g]? 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 33 頁(yè) 33 式中 JM—— 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg/cm2， J1,J2 — — 齒輪 z1， z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg/cm2 Js —— 滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 kg/cm2 參考同類(lèi)機(jī)床，初選 磁滯式 (反應(yīng)式 )步進(jìn)電機(jī) 150BF，其轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JM=10 kg/cm2 對(duì)材料為鋼的圓柱形零件 ,其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量計(jì)算 : *10J D L?? 式中 D— 圓柱形零件直徑 L— 零件軸向長(zhǎng)度 J1=179。 m=2mm,a=20176。 (6)絲杠的穩(wěn)定性計(jì)算 滾珠絲杠失穩(wěn)時(shí)臨界負(fù)載 Pc= 22()EIul? 式中： u— 絲杠軸端系數(shù)，兩端鉸支取 u=1 l— 絲杠長(zhǎng)度，取 2021mm E— 絲杠彈性模量，對(duì)鋼材質(zhì)取 E=* 610 N/cm2 I— 絲杠截面慣性矩，對(duì)實(shí)心圓柱體 I= 464d? cm4 Pcr = 22()EIul?=65KN 許用安全系 數(shù) [nst]=4 穩(wěn)定性安全系數(shù) n= Pcr/Fm=65000/2530=≥ 4 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 31 頁(yè) 31 故滾珠絲杠滿足穩(wěn)定性要求不失穩(wěn)。 滾動(dòng)摩擦系數(shù) 0． 003— 0． 004。 38180。 38180。 字母含意：C：外循環(huán)插管 D：墊片預(yù)緊 M：插管埋入式 。 公稱直徑 dm越大 ,承載能力和剛度越大 ,數(shù)控機(jī)床常用進(jìn)給絲杠的公稱直徑 dm為 Φ 30～ 80mm取 dm=Φ 40mm滾珠絲杠副按其使用范圍及要求分為 7個(gè)精度等級(jí) ,即 10,1級(jí)最高 ,其余依次降低一般選用 4～ 7級(jí) ,數(shù)控機(jī)床及精密機(jī)械可選 2～ 3級(jí) ,滾珠絲杠副的精度直接影響定位精度 、 承載能力和接觸剛度 ,故選擇 3級(jí)精度 。 0． 8179。 n=1000Vs/L。 式中 L—— 滾珠絲杠導(dǎo)程，初選 L。 1340+0． 16(5360+800)=2530N 式中 K—— 考慮顛覆 力矩影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)，綜合導(dǎo)軌取 K=1． 15； f′ —— 滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)， 取 ： 0． 15～ 0． 18； G—— 溜板及刀架重力， G=800N。 7) 有專業(yè)廠生產(chǎn)，選用配套方便，目前滾珠絲杠不僅廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床，而且越來(lái)越多地代替普通絲杠螺母機(jī)構(gòu)，用于各種精密機(jī)床和精密裝置。 5) 傳動(dòng)具有可逆性、不能自鎖，由于摩擦因數(shù) 小，不能自鎖因而使該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)具有可逆性，即不僅可以把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，而且還可以把直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 3) 軸向剛度高、反向定位精度高，由于可能完全消除絲杠與螺母之間的間隙并可實(shí)現(xiàn)滾珠的預(yù)緊， 因 而 軸向剛度，反向時(shí)無(wú)空行程，定位精度高。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)的 傳動(dòng)效率可達(dá) ～，是普通滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的 3～ 4倍，而驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩僅為滑動(dòng)絲杠螺母機(jī)構(gòu)的四分之一。滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)有下列特點(diǎn)。為了防止?jié)L珠從 螺母 中滾出來(lái)， 在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能返回絲杠螺母之間構(gòu)成一個(gè)閉合回路。在絲杠和螺母上分別加工出圓弧形螺旋槽，這兩個(gè)圓弧形槽合起來(lái)便形成了螺旋滾道，在滾道內(nèi)裝入滾珠。 0． 25=1340N Fy=5360179。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 28 頁(yè) 28 縱向進(jìn)給切削力的確定 P主 ≥ Pm/η m=FzV*103/η m 式中 η m =～ 。 0． 015 mm。 步進(jìn)電機(jī)與滾珠絲杠聯(lián)接方式：一種是直聯(lián)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單但運(yùn)動(dòng)位移的脈沖不是 5的整數(shù)倍時(shí)給編程計(jì)算帶來(lái)不 便；另一種是在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠間能過(guò)減速器聯(lián)接在一起，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜但有利于編程計(jì)算有利于提高加工精度。當(dāng)步進(jìn)電機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，若輸入脈沖頻率逐漸增加，則電動(dòng)機(jī)所能帶動(dòng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩將逐漸下降。其值遠(yuǎn)大于啟動(dòng)頻率，它也隨著電機(jī)所帶負(fù)載的性質(zhì)和大小而異，與驅(qū)動(dòng)電源也有很大關(guān)系。而且，隨著負(fù)載加大（在允許范圍內(nèi)），啟動(dòng)頻率會(huì)進(jìn)一步降低。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁(yè) 27 高頻率，稱為啟動(dòng)頻率或突跳頻率，加給步進(jìn)電機(jī)的指令脈沖頻率如大于啟動(dòng)頻率，就不能正常工作。 步距誤差是指步進(jìn)電機(jī)運(yùn)行時(shí)，轉(zhuǎn)子每一步實(shí)際轉(zhuǎn)過(guò)的角度與理論步距角之差值。該矩角特性上的靜態(tài)轉(zhuǎn)矩最大值稱為最大靜轉(zhuǎn)矩。有失調(diào)角之后，步進(jìn)電機(jī)就產(chǎn)生一個(gè)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩（也 稱為電磁轉(zhuǎn)矩），這時(shí)靜態(tài)轉(zhuǎn)矩等于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。所以一般在接口電路與功率放大器之 間 都要接上隔離電路。 軟件環(huán)分：控制相鄰兩次軟件環(huán)分狀態(tài)之間的延時(shí)時(shí)間，可電動(dòng)機(jī)線圈通電狀態(tài)的變化頻率 。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁(yè) 26 速度控制 ： 進(jìn)給脈沖頻率 f→定子繞組通電 /斷電狀態(tài)變化頻率 f →步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速ω →工作臺(tái)的進(jìn)給速度 V。 Ga 通過(guò) v V1為 La供電，提供電動(dòng)機(jī)所需的額定電流。當(dāng)控制脈沖來(lái)時(shí)， vl， v3， v4全導(dǎo)通，并使脈沖變壓器 Tc的副邊產(chǎn)生一定寬度的脈沖電流，使 v2導(dǎo)通，使 v5處于反向偏置，將低壓 Ga與繞組 La切斷，高壓電源 Gh通過(guò) v v1為 步進(jìn)電機(jī)某一相繞組 La供電，使其電流上升沿變陡。這種電路在實(shí)際應(yīng)用中有著較多的應(yīng)用。在Rc 上并聯(lián) C，俁的在一個(gè)步進(jìn)的周期中，注入繞組的平均電流值相對(duì)增加了，從而提高了步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)矩。在 Rc 上并聯(lián)電容 C可以改善步進(jìn)電機(jī)繞組的電流前沿特性 。它的外接電阻 Rc 消耗相當(dāng)大的一部分能量，并且 Rc 還會(huì)發(fā)熱影響到電路工作的正常穩(wěn)定狀態(tài)。 T 越小，電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越短，則電機(jī)的工作頻率就可越高；反之， T 越大，電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)的時(shí)間越長(zhǎng)，電機(jī)的工作頻率就越低。 T越小，則在晶體管 V從截止變成導(dǎo)通時(shí)允許步進(jìn)電機(jī)按指數(shù)曲線上升越快，達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間越短， T 越大，電流上升越慢，達(dá)到穩(wěn)定值的時(shí)間就越長(zhǎng)。其中 L是步進(jìn)電機(jī)的電感； RL 是繞組電阻； D是二續(xù)流二極管；它為繞組放電提供回路； Rc是一個(gè)外接的功率電阻，也是一個(gè)限流電