【正文】 的核算確定電機(jī)的具體型號(hào)與規(guī)格。常見的功率范圍是數(shù)十瓦到數(shù)千瓦，個(gè)別的達(dá)到數(shù)十千瓦。印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)用于低速運(yùn)行和起動(dòng)、反轉(zhuǎn)頻繁的系統(tǒng)。無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)用于需要速動(dòng)作、功率較大的伺服系統(tǒng)。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)主要用于開環(huán)系統(tǒng)，一般用于精度、速度要求不高，成本要求低的數(shù)控系統(tǒng)。由于它們調(diào)速方法不同、所需電源種類不同、驅(qū)動(dòng)它們運(yùn)轉(zhuǎn)的功率放大裝置更是多種多樣，因而它們的機(jī)械特性、調(diào)速特性、過載能力、驅(qū)動(dòng)功率的大小、以及構(gòu)成系統(tǒng)的總成本，都各不相同，需要認(rèn)真地具體分析比較來確定。(2) 考慮電機(jī)的種類及控制方式。由于設(shè)計(jì)的機(jī)床不要求經(jīng)常填充潤(rùn)滑脂，所以要求密封要良好，故所有需要密封的部分均采用皮碗密封，而且在位于軸承座孔的箱體內(nèi)壁處設(shè)擋油盤，既可起到軸向固定的作用，又可以防止灰塵進(jìn)入和潤(rùn)滑脂泄漏。對(duì)于垂直安裝的滾珠絲桿專用軸承，要求選用粘附性好，稠度較大，具有良好的機(jī)械安定性的潤(rùn)滑脂。 潤(rùn)滑與密封的設(shè)計(jì)根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、工作溫度、周圍環(huán)境等項(xiàng)條件，以及考慮到軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)材料、操作狀況等因素，綜合選用。此聯(lián)軸器采用夾緊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝極為簡(jiǎn)單，聯(lián)結(jié)確實(shí)。由結(jié)構(gòu)選擇本機(jī)床的聯(lián)軸器均為伺服撓性聯(lián)軸器。而連接電機(jī)輸出軸和滾珠絲桿軸端的器件便是聯(lián)軸器。根據(jù)Z方向的傳動(dòng)要求及設(shè)計(jì)尺寸，初步選用LGW 20CA型號(hào)，查表得：基本動(dòng)額定負(fù)荷C=1650kgf＝16170 N；基本靜額定負(fù)荷 =26166 N；容許靜力矩 （1）基本靜額定負(fù)荷計(jì)算導(dǎo)軌的受力N1和N2, N1=N2= 式中，MT—刀架質(zhì)量； L1—刀架中心到絲桿中心的距離； L2—為滑軌中心到絲桿中心的距離；代入數(shù)據(jù)得N1=N2= == （N）靜安全系數(shù)為：故靜強(qiáng)度安全（2）基本動(dòng)額定負(fù)荷計(jì)算考慮線性滑軌使用的環(huán)境因素，其壽命會(huì)隨運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)、珠道表面硬度及系統(tǒng)溫度而有所變化，所以滑軌壽命為：其中：L為壽命，C為基本動(dòng)額定負(fù)荷，為最大工作負(fù)荷，為硬度系數(shù)，為溫度系數(shù)，為負(fù)荷系數(shù) HIWIN的線性滑軌硬度都為HRC58以上，故查表得， 為預(yù)壓力，初選預(yù)壓形式為Z1，所以壽命時(shí)間的計(jì)算依使用速度及頻率將壽命距離換算成壽命時(shí)間： 其中：為壽命時(shí)間，為壽命，S為運(yùn)行速率，取S=6m/min故其壽命年限為16年。與傳統(tǒng)的滑動(dòng)導(dǎo)引相比較，滾動(dòng)導(dǎo)引的摩擦系數(shù)可降低至原來的1/50，由于起動(dòng)的摩擦力大大減少，相對(duì)的較少無(wú)效運(yùn)動(dòng)發(fā)生，故能輕易達(dá)到μm級(jí)進(jìn)給及定位。 Ca—額定動(dòng)載荷（N）； Pa—?jiǎng)討B(tài)等效載荷（N）； Fr—徑向載荷 （N）； Fa—軸向載荷 （N）； X—徑向載荷系數(shù)，； Y—軸向載荷系數(shù)，；設(shè)實(shí)際能達(dá)到的壽命為L(zhǎng)h1 Lh1===106＞1106 所以，選擇的軸承符合要求。 滾珠絲桿專用軸承的選用與校核滾珠絲桿軸承通常為專用軸承，我們選的是日本NSK公司生產(chǎn)的絲桿支承專用角接觸軸承，型號(hào)為17TAC47A, 組合形式為兩列正面（DF）。① 拉壓剛度: 拉壓剛度Ks Ks≈101==137 (N/um)② 總剛度：對(duì)于“雙推—雙推”式支承的絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)裝置，其剛度等效如圖39所示。 將絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€剛度KTSKTS=KTSP=103 (N dsp—絲桿底徑 (mm)。表 32 研華滾珠絲桿主要參數(shù)型號(hào)外徑 (mm) 導(dǎo)程 (mm)動(dòng)負(fù)荷 Ca (kgf) 靜負(fù)荷 Coa (kgf)25x5 FDW 25 5467 4370 絲桿螺母動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì) （1）確定絲桿螺母?jìng)鲃?dòng)的總剛度① 扭轉(zhuǎn)剛度: 進(jìn)給絲桿的扭轉(zhuǎn)剛度是 KTSP = (N L=348 。查表得m=。 m—與絲桿支承方法有關(guān)的臨界載荷參數(shù)；Fa=－Fw+mTg=－10+15=137 (N)。（1）確定動(dòng)載荷Ca由圖34可見，工作循環(huán)周期T有加速時(shí)間ta和加工時(shí)間tw組成，計(jì)算如下： ta=Vv/amax=(s) tw=SW/Vv=(s) T=2tw+4ta= (s)在減速期間的平均轉(zhuǎn)速na為 na=Vv/hsp=(60)／(2)=480（r/min）工作進(jìn)給時(shí)轉(zhuǎn)速nw為 nw=Vv/hsp=(60)/=960 （r/min）當(dāng)量轉(zhuǎn)速nm為 nm==(4804)+（960）/=1056（r/s）載荷系數(shù)fw查表可取 fw=當(dāng)量載荷Fm計(jì)算如下： Fm=FR+，其中Fa=mTamax=151=15 （N） 代入數(shù)據(jù)得： Fm=0+= （N）取滾珠絲桿壽命Lh為20000h,則可算出滾珠絲桿的動(dòng)載荷 Ca=(60nmLh)1/3Fmfw102 =（60105620000）1/3102 = (N)（2）確定靜載荷 最大軸向力可近似為 Fmax=mTg+Fw=15－10=137 (N)取靜態(tài)安全系數(shù)fd=, 則靜載荷Coa Coa=fdFmax=137=165（N）（3）根據(jù)軸向壓力選取絲桿直徑在機(jī)床工作臺(tái)加速與切削加工過程中，在進(jìn)給軸向方向會(huì)產(chǎn)生力，必須保證此力與刀架本身的重力之和小于允許的壓彎臨界載荷Fa,否則可能導(dǎo)致進(jìn)給絲桿彎曲。用于計(jì)算的下列數(shù)據(jù)是已知的：刀架mT=15 kg最大加工受力 FW=10 N快進(jìn)速度 V快= m/s工作進(jìn)給速度 VV = m/s最大加速度 amax =1 m/s2 工作臺(tái)導(dǎo)軌摩擦力 FR ≈0工作行程 SW= m軸承軸向剛度 KL=760 N/um絲桿螺母剛度 KM=882 N/um螺母支座剛度 KTM= N/um絲桿傳動(dòng)效率 ηsp=絲桿長(zhǎng)度 Lsp=348 mm螺母摩擦力矩 軸承平均間距 L=382 mm導(dǎo)程 hsp=10 mm確定最大轉(zhuǎn)速的常數(shù) A=60000軸承支承方式 雙推—雙推 機(jī)床在工作時(shí)，按照加速—工進(jìn)—減速—反向加速—工進(jìn)—減速—加速這樣一個(gè)過程循環(huán)。M) Mst=1200 (r/min) 則電機(jī)的額定功率POM=Mst==（w）η2—電機(jī)傳動(dòng)效率，根據(jù)①、②、③，選百格拉交流伺服電機(jī)DSM4——1，其主要參數(shù)如表31所示： 表31 百格拉DSM4——1型交流伺服電機(jī)參數(shù) 型號(hào)UDCVMdoNmIdoAeffMdnNmIdnAeffnNmin1PNkwKEVeffMmaxNmImaxAeffJRKgcm2mkgDSM3254000 —滾珠絲桿螺母副 在選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)時(shí)，主要根據(jù)行程來確定，另外還要根據(jù)精度要求來選擇。由以上分析得： Mst=MR+MMC+MZ=0+0+（K++MB）K—滾珠絲桿預(yù)緊系數(shù)，；η1—滾珠絲桿的傳動(dòng)效率，；代入數(shù)據(jù)得：Mst=（＋＋）=（N軸承由于預(yù)緊而產(chǎn)生的摩擦力矩MB，可查表得到，MB=152=300（NMst=+MMc+Mz式中，Mst—靜態(tài)轉(zhuǎn)矩； —作用于滑塊上的摩擦力矩的總和； MMc—切削力矩； Mz—重力矩，預(yù)緊力作用和支撐軸承的摩擦力矩之和； 圖36是Z方向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單示意圖，圖37為以螺母為研究對(duì)象的受力分析。 選擇電動(dòng)機(jī)：設(shè)計(jì)刀架快進(jìn)速度為100mm/秒。本產(chǎn)品的X和Y方向的傳動(dòng)裝置都采用齒形帶傳動(dòng)，但是Z方向與X和Y方向相比較而言，要求能達(dá)到更高的精度，~，所以我們?cè)谠O(shè)計(jì)時(shí)，選用運(yùn)動(dòng)精度很高的滾珠絲桿螺母副和精密定位導(dǎo)軌作為主要的傳動(dòng)元件。由于設(shè)計(jì)的機(jī)床不要求經(jīng)常填充潤(rùn)滑脂，所以要求密封要良好，故所有需要密封的部分均采用皮碗密封，而且在位于軸承座孔的箱體內(nèi)壁處設(shè)擋油盤，既可起到軸向固定的作用，又可以防止灰塵進(jìn)入和潤(rùn)滑脂泄漏。對(duì)于垂直軸上的軸承，因其成倍的縮短換脂期，故要求選用粘附性好，稠度較大，具有良好的機(jī)械安定性的潤(rùn)滑脂。根據(jù)軸承的轉(zhuǎn)速、負(fù)荷、工作溫度、周圍環(huán)境等項(xiàng)條件，以及考慮到軸承的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)材料、操作狀況等因素，綜合選用。此聯(lián)軸器采用夾緊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，安裝極為簡(jiǎn)單，聯(lián)結(jié)確實(shí)。由結(jié)構(gòu)選擇本機(jī)床的聯(lián)軸器均為伺服撓性聯(lián)軸器。而連接電機(jī)輸出軸和同步帶軸的器件便是聯(lián)軸器。 所以該鍵的強(qiáng)度足夠。根據(jù)輪轂長(zhǎng)度選鍵長(zhǎng)L=25mm，校核擠壓強(qiáng)度和剪切強(qiáng)度。帶輪軸上的鍵選擇:已知：軸徑D=20mm，查GB109579，GB109679可選，鍵寬b=6mm，鍵高h(yuǎn)=6mm，鍵槽深t=。 滾動(dòng)軸承的選擇主動(dòng)軸兩端軸承為向心推力球軸承36303號(hào)查表得： 額定工作壽命 壽命驗(yàn)算(1)受力分析：圓周力軸向力徑向力圖34軸承支撐受力分析圖圖35 軸承受力分析圖(2)設(shè)軸承所受支反力合力為Y方向支反力 R1Y=FtL2/(L1+L2)=39/(43+39)=R2Y=Ft－R1Y==Z方向支反力 R1Z=(FrL2Fad/2)/(L1+L2)=(20)/(43+39)=R2Z=Fr－R1Z==l 計(jì)算派生軸向力查表得7000C型軸承得派生軸向力為： ，則可求得軸承I、II的派生軸向力分別為：l 計(jì)算軸承所受的軸向負(fù)荷 因?yàn)椴⒂蓤D分析知，軸承II被壓緊，軸承I被放松。mmⅥ剖面產(chǎn)生的正應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為σmax=MⅥ/W=104/（203）＝σa=σmax=，σm=0Ⅵ剖面產(chǎn)生的扭剪應(yīng)力及其應(yīng)力幅、平均應(yīng)力為τmax=TⅥ/WT=104/（203）＝τa=τm=τmax/2=絕對(duì)尺寸影響系數(shù)由副表14查得：εσ=，ετ=，表面質(zhì)量系數(shù)同上βσ=，βτ=。Ⅵ剖面承受的彎矩和轉(zhuǎn)矩分別為MⅥ=MC（L1B/2）/L1=104（4332/2）/43＝104NⅠ剖面的安全系數(shù)為S=Sτ=τ1/（Kττa/（βτετ）+ψττm）=取[S]=~，S＞[S]，所以Ⅱ剖面安全。（1）校核Ⅱ、Ⅲ剖面的疲勞強(qiáng)度Ⅱ剖面因配合引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：kσ=, kτ=Ⅱ剖面因過度圓角引起的應(yīng)力集中系數(shù)由副表11查得：（Dd）/r=（1614）/1=2，r/d=1/14=，kσ=，kτ=因ⅠⅡ剖面主要受轉(zhuǎn)矩作用，故校核Ⅱ剖面。Ⅱ剖面與Ⅲ剖面相比較，只是應(yīng)力集中影響不同，可取應(yīng)力集中系數(shù)值較大者計(jì)算即可。 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度由圖可知，Ⅱ~Ⅸ剖面均為有應(yīng)力集中的剖面，均有可能是危險(xiǎn)剖面。mm 校核軸的強(qiáng)度（以下所用的表和圖均源自《機(jī)械設(shè)計(jì)》教材）由圖可知，C點(diǎn)彎矩值最大，D點(diǎn)軸徑最小，所以該軸的危險(xiǎn)斷面是C點(diǎn)和D點(diǎn)所在剖面，由45鋼調(diào)質(zhì)處理查表81得σB=650N/mm2，再由表83查得[σb] =60N/mm2則C點(diǎn)軸徑dc≥（McaC/([σb])）1/3=考慮鍵槽影響，軸徑加大5%dc =（1+）=該值小于原設(shè)計(jì)該點(diǎn)處軸徑20mm，安全。mmC點(diǎn)右邊McaC’=（MC2+（αTC’）2）1/2= MC =104Nmm 作轉(zhuǎn)矩T圖T=Ftd/2=20/2＝103Nmm(3) 合成彎矩M圖： C點(diǎn)左邊MC=（MCY2+MCZ2）1/2=103Nmm(2) 水平面彎矩MZ圖： C點(diǎn)左邊MCZ=RAZL1=43=103N根據(jù)龍門架的傳動(dòng)要求及設(shè)計(jì)尺寸，初步選用LGW 25CA型號(hào)，查表得：基本動(dòng)額定負(fù)荷C=2410kgf＝23618N，基本靜額定負(fù)荷 =38024N，容許靜力矩 (1) 基本靜額定負(fù)荷計(jì)算導(dǎo)軌的受力N1和N2, N1=N2= 式中，F(xiàn)—刀架部件的總重量； L1—刀架中心到滑塊的距離； L2—為兩滑軌中心的距離；代入數(shù)據(jù)得N1=N2=靜安全系數(shù)為：故靜強(qiáng)度安全(2) 基本動(dòng)額定負(fù)荷計(jì)算(a) 壽命的計(jì)算考慮線性滑軌使用的環(huán)境因素，其壽命會(huì)隨運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)、珠道表面硬度及系統(tǒng)溫度而有所變化，所以滑軌壽命為：其中：L為壽命，C為基本動(dòng)額定負(fù)荷，為最大工作負(fù)荷，