雙驅(qū)動(dòng)滾動(dòng)支承直線進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)與靜動(dòng)校核分析-在線瀏覽
2024-07-27 23:18本頁(yè)面
【正文】 利用編碼脈沖編碼器同時(shí)作為速度和位置反饋，后者應(yīng)用目前較為廣泛 [3]。脈沖編碼器每轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)會(huì)發(fā)出一定數(shù)量的脈沖。普通精度的數(shù)控機(jī)床一般取脈沖當(dāng)量為：， ，[2]。電動(dòng)機(jī)每一轉(zhuǎn)發(fā)出的脈沖數(shù)b應(yīng)為：b=Phua=10=1000(脈沖r) （）常用的光電編碼器有2000脈沖/r，2500脈沖/r，3000脈沖/r等。傳動(dòng)系統(tǒng)總體如圖22所示：圖22 傳動(dòng)系統(tǒng)示意圖伺服電機(jī)3與滾珠絲杠5通過(guò)聯(lián)軸器4聯(lián)結(jié)。脈沖編碼器2每轉(zhuǎn)發(fā)出2500個(gè)脈沖，經(jīng)倍數(shù)為4的倍頻器1加倍，反饋給控制系統(tǒng)。絲杠的“任意300mm行程內(nèi)的行程變動(dòng)量V300”一般取為定位精度的1/3～1/2，～。故應(yīng)取0級(jí)精度。首先，計(jì)算本例中工作負(fù)載造成的絲杠的當(dāng)量載荷Cm。最大進(jìn)給力為9000N。故摩擦力：Ff=Fmin=14700=441 N （）最大載荷：Fmax=9000+441=9441 N （）平局載荷： Fm=2Fmax+Fmin3=29441+4413=6441 N ()由于采用雙絲杠進(jìn)給系統(tǒng)。其中τ為單雙絲杠驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)化系數(shù)，即τ=。絲杠的最高轉(zhuǎn)速為4500r/min。平均轉(zhuǎn)速nm=2250r/min。通過(guò)查表，fa取1。根據(jù)FFZ系列樣本，選擇FFZ5010型號(hào)的滾珠絲杠。額定動(dòng)載荷為Ca=64 kN，大于計(jì)算結(jié)果。則Fp=26 kN。 絲杠支承設(shè)計(jì)滾珠絲杠常用的支承方法有3種。根據(jù)滾珠絲杠副的要求，F(xiàn)FZ5010型號(hào)的滾珠絲杠軸端直徑不得超過(guò)42mm，故選用40mm的軸承。角接觸軸承的40TAC72A型推力角接觸軸承(內(nèi)徑40mm，外徑72mm，寬度15 mm)。故在這里兩組軸承均采用均背對(duì)背的安裝方式。m ()(2).預(yù)加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩：TP=Fp=26000= Nm。所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩大于25 N： (1)工件和工作臺(tái)的慣量轉(zhuǎn)換：工作臺(tái)和工件總重量為1500kg。m2 ()(2)絲杠的慣量： 絲杠的直徑為50mm=， J2=132π103= Kg?m2 ()(3)連接軸慣量： 選用彈性圓柱銷聯(lián)軸器（JB10860Q1型），許用最大轉(zhuǎn)矩為67N kgm2 ()根據(jù)交流伺服電機(jī)要求，負(fù)載慣量 ≤ 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量10（倍）。m2以上。初步選擇BPA6交流電機(jī)系列的A60020型號(hào)電機(jī)。 m，大于最大切削負(fù)載轉(zhuǎn)矩。m2，滿足要求。m。s/rad ,轉(zhuǎn)矩系數(shù)Kt =?m/A?？蛰d加速時(shí)，主要是克服慣性，如果選擇A60020型號(hào)電機(jī)，則總慣量為：J=JL+JM=+= kgtac=2π4500 Tmax= s () s即可?；驹O(shè)計(jì)過(guò)程為：首先計(jì)算滾動(dòng)導(dǎo)軌的受力，然后根據(jù)導(dǎo)軌的工作條件計(jì)算動(dòng)載荷，再根據(jù)滑塊的預(yù)期壽命推算出額定動(dòng)載荷，再依此選擇滾動(dòng)導(dǎo)軌及滑塊的型號(hào)。下面以圖所示加工中心的導(dǎo)軌為例，分析受力情況。由于背向力和摩擦力等對(duì)載荷的影響很小，在這里忽略不計(jì)。在實(shí)際工作中，考慮到受力位置是不斷變動(dòng)的，所以采用平均載荷對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌進(jìn)行分析，在這里認(rèn)為平均受力點(diǎn)為工件中心。R1=R2=129000++150004=5175 N ()R3=R4=129000++150004=9675 N ():滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算和滾動(dòng)軸承的計(jì)算相似，在一定的載荷下移動(dòng)一定的距離，90%的滾動(dòng)導(dǎo)軌不發(fā)生點(diǎn)蝕，這個(gè)載荷稱為額定動(dòng)載荷，行走的距離則是額定壽命。壽命計(jì)算公式為：Lh=50(fhfcftcfwPc)3 ()由此推出 :c=3 Lh50fwPcfhfcft= Kn ()由此選取型號(hào)為L(zhǎng)BB55RHL型號(hào)的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，額定動(dòng)載荷 kN。（1）尺寸設(shè)計(jì)在本例中，尺寸方面沒(méi)有嚴(yán)格的要求，設(shè)定工作臺(tái)尺寸為1600630220mm。選擇T型槽尺寸為：A=28mm、B=50mm、C=20mm、H=48mm、P=100mm。在工作臺(tái)底端增加四個(gè)用于連接的薄板，并在薄板上方增開(kāi)4個(gè)長(zhǎng)方體的凹槽，用于給扳手提供活動(dòng)空間，方便擰緊螺母。圖26 工作臺(tái)局部結(jié)構(gòu)（4）支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)由于設(shè)置連接部分，所以工作臺(tái)下半部分厚度很大，如果做成實(shí)心結(jié)構(gòu)則會(huì)導(dǎo)致工作臺(tái)笨重。由于沒(méi)有排放碎屑等要求，所以選用最簡(jiǎn)單的筋板結(jié)構(gòu)，鏤空成長(zhǎng)方體陣列，并在長(zhǎng)方體之間用圓柱導(dǎo)通。具體結(jié)構(gòu)如圖27所示。底座必須保證合理的結(jié)構(gòu)布局，通過(guò)螺栓連接可以固定各個(gè)部件。底座通常為類長(zhǎng)方體，考慮到節(jié)省材料并保證剛度，合理設(shè)計(jì)底座支撐架的形狀和尺寸，可以在節(jié)省材料的情況下得到符合要求的靜剛度和比較合適的固有頻率。具體結(jié)構(gòu)如圖所示。其中0級(jí)絲杠V300=。（1）伺服剛度KRKR=KSKt(1+Kvo)KMRM ()伺服電動(dòng)機(jī)的增益，等于伺服電機(jī)的角速度與輸入電壓之比。忽略次要影響因素，可以認(rèn)為“輸入電壓=反電動(dòng)勢(shì)”。即：KM=1Ke ()A60020型伺服電機(jī)的電勢(shì)系數(shù)Ke =1 V伺服系統(tǒng)的Ks=8 1/s（Ks為系統(tǒng)增益，由試取后經(jīng)過(guò)驗(yàn)算得到），取Kvo =28=16 V/V。m ()（2）滾珠絲杠的拉壓剛度 Ktmin本例中絲杠采用的是“兩端固定“的軸承支承方法，絲杠的拉壓剛度固定，不受螺母在絲杠中的位置變化的影響。當(dāng)螺母移到距定位點(diǎn)最近處時(shí)，還應(yīng)保留一定的距離，設(shè)為150mm。代入公式Ktmin=4AEl106=4πdi24El106 () 式中 di—絲杠底徑，等于公稱直徑減球徑。m ()（3）絲杠軸承的軸向剛度 Kba絲杠軸承為40TAC72A型，查文獻(xiàn)得兩列組合型的軸向剛度Kba為1230 N/181。（4）綜合剛度一般來(lái)講，進(jìn)給系統(tǒng)的剛度的主要影響環(huán)節(jié)是絲杠的拉壓剛度、伺服系統(tǒng)剛度和軸承的剛度，絲杠螺母之間的接觸剛度和聯(lián)軸器的扭轉(zhuǎn)剛度是很高的，其變形可以忽略不計(jì)。m/N ()故 K=1/= N/181。故載荷僅為摩擦力。m () (8) 定位誤差任意300mm長(zhǎng)上的定位誤差，等于滾珠絲杠的誤差V300 加上彈性變形δ，即3+= 181。再加上在計(jì)算過(guò)程中一些被忽略的次要因素。主要部件設(shè)計(jì)完畢之后，再根據(jù)軸承、聯(lián)軸器、電機(jī)等部件型號(hào)和大小，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的軸承座，軸承端蓋等輔助部件。其核心思想是：將一個(gè)連續(xù)的結(jié)構(gòu)體離散為由各種不同單元（也可以是一種單元）組成的離散模型。有限元分析中分析的對(duì)象已經(jīng)不再是原始對(duì)象，而是由大量的單元以某種的方法聯(lián)結(jié)而成的離散對(duì)象。但劃分單元的性質(zhì)和數(shù)目如果非常合理，那么近似程度就會(huì)很高，得到的結(jié)果也就與實(shí)際情況相符合。ANSYS操作簡(jiǎn)單方便、功能強(qiáng)大，已經(jīng)成為了在國(guó)際上現(xiàn)在最為流行的有限元分析軟件之一。 模態(tài)分析 模態(tài)分析簡(jiǎn)介模態(tài)分析是用來(lái)確定物體振動(dòng)特性的一種技術(shù)，通過(guò)它可以確定無(wú)敵的固有頻率、振型和振型參與系數(shù)（即某個(gè)振型在某個(gè)方向上在多大程度上參與了振動(dòng)）[22]。所以在進(jìn)給系統(tǒng)的模態(tài)分析中，需要分析前幾階的模態(tài)。 滾珠絲杠的模態(tài)分析及靜力學(xué)分析（1）模型簡(jiǎn)化在用ANSYS對(duì)滾珠絲杠進(jìn)行動(dòng)靜態(tài)分析的過(guò)程中，如果不對(duì)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，則由于螺紋等細(xì)小復(fù)雜的結(jié)構(gòu)的存在，使得模型過(guò)于龐大，網(wǎng)格分割之后的計(jì)算量也會(huì)很大，并且也會(huì)分割出大量的畸變單元。前輩們已經(jīng)證明，這種簡(jiǎn)化在靜動(dòng)態(tài)分析中是可靠的。滾珠絲杠的材料屬性如下：表31 滾珠絲杠材料屬性彈性模量/GPa泊松
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