【正文】 （或速度）的增大而相電流減小，從而導(dǎo)致力矩下降。 （ 14） 速度可在相當(dāng)寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)，低速下仍能保證獲得大轉(zhuǎn)矩，因此，一般可以不用減速器而直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。 （ 16） 步進(jìn)電機(jī)低速時(shí)可以正常運(yùn)轉(zhuǎn) ,但若高于一定速度就無(wú)法啟動(dòng) ,并伴有嘯叫聲。 (3)適應(yīng)性：抗過(guò)載能力強(qiáng)，能承受三倍于額定轉(zhuǎn)矩的負(fù)載，對(duì)有瞬間負(fù)載波動(dòng)和要求快速起動(dòng)的場(chǎng)合特別適用； (4)穩(wěn)定：低速運(yùn)行平穩(wěn)，低速運(yùn)行時(shí) 不會(huì)產(chǎn)生類似于步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)運(yùn)行現(xiàn)象。 (7)過(guò)載能力： 具有速度過(guò)載和轉(zhuǎn)矩過(guò)載能力。 避免了 力矩浪費(fèi)的現(xiàn)象 。 伺服電機(jī)分為 直流伺服 電機(jī) 和 交流伺服 電機(jī)： 直流伺服電機(jī)分為有刷和無(wú)刷電機(jī)。因此它可以用于對(duì)成本敏感的普通工業(yè)和民用場(chǎng)合。控制復(fù)雜，容易實(shí)現(xiàn)智能化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或 14 正弦波換相。 但現(xiàn)在價(jià)格高。大慣量，最高轉(zhuǎn)動(dòng)速度低，且隨著功率增大而快速降低。 免維護(hù)，性價(jià)比高。 由步進(jìn)電機(jī)接收數(shù)字控制裝置發(fā)出的脈沖信號(hào)，把它轉(zhuǎn)換或角位移。是當(dāng)前數(shù)控系統(tǒng)中特別是開(kāi)環(huán)系統(tǒng)中比較理想的伺服元件。 其優(yōu)點(diǎn)為 ： 角位移準(zhǔn)確、反應(yīng)迅速、調(diào)整范圍廣 ，在低速下可以得到很高的輸出力矩，剛性好，時(shí)間常數(shù)小，反應(yīng)快，速度平穩(wěn)等。 圖 24 電液脈沖馬達(dá) 采用電液脈沖馬達(dá)為驅(qū)動(dòng)單元，其機(jī)構(gòu)也比較簡(jiǎn)單，主要是變速齒輪副、滾珠絲杠副，以克服爬行和間隙等不足。 原動(dòng)機(jī)選擇 由 于步進(jìn)電機(jī)輸出扭 矩現(xiàn)在還不能做得太大，且隨著輸出扭矩的增大，其慣量亦增大，使它的起停頓率受到限制，且相比較之下電液脈沖馬達(dá)在數(shù)控機(jī)床上的經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性都較伺服電機(jī)好， 而且電液脈沖馬達(dá)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在數(shù)控機(jī)床上，各方面都比較成熟，故綜合比較之下選擇電液脈沖馬達(dá)。 兩種型式各有特點(diǎn)： （ 1） 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)直線進(jìn)給機(jī)構(gòu)一樣，都可以用步進(jìn)電機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。數(shù)控裝置將工件加工程序處理后，輸出指令脈沖信號(hào)，由 圖 25 開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 16 數(shù)控系統(tǒng)送出的進(jìn)給指令脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路控制和功率放大后，使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)執(zhí)行部件。這種系統(tǒng)不將所測(cè)得的實(shí)際位置和速度反饋到輸入端，故稱之為開(kāi)環(huán)系統(tǒng)。 開(kāi)環(huán)控制系統(tǒng)因?yàn)闆](méi)有檢測(cè)裝置 ，也就沒(méi)有糾正偏差的能力，因此它的控制精度較低。 （ 2） 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)和開(kāi)環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)大致相同，其區(qū)別在于：閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)有轉(zhuǎn)動(dòng)角度的測(cè)量元件（圓光柵）。同此可見(jiàn)閉環(huán)控制數(shù)控系 圖 26 閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái) 統(tǒng)可以消除機(jī)械傳動(dòng)的各種誤差及在加工過(guò)程中產(chǎn)生干擾的影響，使加工精度大大提高。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試都比開(kāi)環(huán)系統(tǒng)難度在。 由以上分析， 選擇 采用閉環(huán)回轉(zhuǎn)工作臺(tái)。箱體還可以儲(chǔ)存潤(rùn)滑劑，實(shí)現(xiàn)各種運(yùn)動(dòng)零件的潤(rùn)滑。使機(jī)器各部分分別由獨(dú)立的箱體組成，各成單元，便于加工、裝配、調(diào)整和修理。 數(shù)控 回轉(zhuǎn)工作臺(tái)主要 用于鏜床，銑床，鉆床等需要多面轉(zhuǎn)位加工的工件 ，是機(jī)械加工中常用的機(jī)床附件，因此尺寸 不易過(guò)大，要能配合機(jī)床的使用。 蝸輪箱體布置如 32圖所示。蝸桿箱體布置如圖 33所示。傳動(dòng)比分配得合理，可使傳動(dòng)裝置得到較小的外廓尺寸或較輕的重量，以實(shí)現(xiàn)降低成本和結(jié)構(gòu)緊湊的目的；也可以使傳動(dòng)零件獲得較低的圓周速度以減小動(dòng)載荷或降低傳動(dòng)精度等級(jí)；還可以得到較好的潤(rùn)滑條件。 為了保證工作臺(tái)分度精度，傳動(dòng)比需要很大，同時(shí)為了保證結(jié)構(gòu)尺寸，將蝸桿傳動(dòng)比設(shè)定在 120，齒輪傳動(dòng)比設(shè)定為 3，即傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比為 360。 選擇電液脈沖馬達(dá)的額定功率 馬達(dá)的額定功率應(yīng)等于或稍大于工作要求的功率。 工作所需功率為：ww 1000?WWVFP ? ww 9550n?wTP ? 式中 T=150 mN? , wn =36r/min,電機(jī)工作效率 η w=，代入上式得 Pw=150 36/（ 9950 ） = KW 電機(jī)所需的輸出功率為： P0= Pw/η 式中：η為電機(jī)至工作臺(tái)主動(dòng)軸之間的總效率。 因此， 33321 ????? ???? P0= Pw/η =一般電機(jī)的額定功率 Pm=()P0=()= KW 則取電機(jī)額定功率為： Pm= KW。 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 如圖 31所示，一級(jí)傳動(dòng)為齒輪傳動(dòng)，其中 1為小齒輪， 2 為大齒輪，傳動(dòng) 21 比為 3。 (1)確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值。 0. 95H N H NKK?? 8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力 取失效 概率為 1%，安全系數(shù) S=1，由式（ 1012）得 ? ?? ? 2l i m221l i m11MPSKMPSKHNHHNH???????????? （ 2）計(jì)算 1）試算小齒輪的分度圓直徑 1td ，代入 []H? 中較小的值 2131 12 .3 2 ( )[]EtHK T Zud du???? 8,189341 3 23 ???????????? 2）計(jì)算周轉(zhuǎn)速度 v smndv / 0 0 060 3 0 0 0 0 060 11 ?? ????? ?? 3）計(jì)算齒寬 b mmdb td ????? ? 4)計(jì)算齒寬與齒高之比 bh 模數(shù) ??? zdm tt 齒高 ???? tmh 23 ??hb 5） 計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù) smv /? 7 級(jí)精度，由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 108 查的動(dòng)載荷系數(shù)?VK 。 由文獻(xiàn) [1， 193~193]表 102 查得使用系數(shù) 1AK? 。 （ 1）確定公式內(nèi)的各計(jì)算數(shù)值 1）由文獻(xiàn) [1， 207~208]圖 1020 查得小 齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 1 500FE MPa? ? ；大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 2 380FE MPa? ? 2）由文獻(xiàn) [1， 206~206]圖 1018，取彎曲疲勞壽命系數(shù) 1 ? 2 ? 3)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力 取彎曲疲勞安全系數(shù) ? ,由式（ 1012）得 1112220 . 8 5 5 0 0[ ] 3 0 3 . 5 71 . 40 . 8 8 3 8 0[ ] 2 3 8 . 8 61 . 4F N F EFF N F EFK M P a M P aSK M P a M P aS?????? ? ??? ? ? 4）計(jì)算載荷系數(shù) K ?????? ?? FFVA KKKKK 5)查取齒形系數(shù) 由文獻(xiàn) [1， 200~200]表 105 查的 1 ? ?FY 6）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由文獻(xiàn) [1， 200~200]表 105 查得 1 ? ?SY 7） 計(jì)算大小齒輪的 Fa saYY?F[]并加以比較 ? ?? ? 222111??????FSaFaFSaFaYYYY?? （ 2）設(shè)計(jì)計(jì)算 2 3 ??? ????m 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，由于齒輪模數(shù) m 的大小主要取決于彎曲強(qiáng)度所決定的承載能力，而 25 齒面接觸疲勞強(qiáng)度所決定的承載能力，僅與齒輪直徑有關(guān)，可取由彎曲強(qiáng)度算得到模數(shù) ,并就近圓整為標(biāo)準(zhǔn)值 m=,按接觸強(qiáng)度算的的分度圓直徑mmd ? ，算出小齒輪齒數(shù) ??? mdZ 取 221?Z ,大齒輪齒數(shù) 662232 ???Z 。 幾何尺寸計(jì)算 1）計(jì)算分度圓直徑 mmmZd mmmZd 11 ???? ???? 2）中心距 mmdda 662 99332 21 ????? 3）計(jì)算齒輪寬度 mmdb d 333311 ???? ? 取 mmB 332 ? ， mmB 381 ? 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 小齒輪采用實(shí)心式齒輪 ， 齒輪與軸采用單鍵連接。 選 擇材料 考慮到蝸桿傳動(dòng)功率不大，速度只是中等，故蝸桿用 45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故 蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為 4555HRC。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用灰鑄鐵 HT100 制造。 (1)確定作用在蝸輪 上的轉(zhuǎn)矩 2T 取 11?Z ，估取效率 ?? ， 為了保證工作臺(tái)分度精度，將蝸桿傳動(dòng)比設(shè)定在 120i12? 則 121162262 / iPPT ????? 121 i?T? ??? mN?? （ 2）確定載荷系數(shù) 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均勻系數(shù) 1K?? ； 由文獻(xiàn) [1， 253~253]表 115選取使用系數(shù) ? ； 由于載荷系數(shù)不高，沖擊不大，可取動(dòng)載荷系數(shù) ?? ； 則 K K K? ??? (3)確定彈性影響系數(shù) EZ 因選用的是鑄錫磷青銅渦輪和鋼蝸桿相配，故 12160EZ MPa? 。 （ 5）確定許用接觸應(yīng)力 []H? 根據(jù)渦輪材料為鑄錫磷青銅 ZcuSnP1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度 45HRC，可從文獻(xiàn) [1， 254~254]表 117 中查得渦輪的基本許用應(yīng)力39。 應(yīng)力循環(huán)次數(shù) h21 jn60 LN ? ）（ 83 0 08211 2 03 0 0 060 ??????? ?? 壽命系數(shù) 803 108 77 ???HNK 則 ? ? ? ? MPK HHNH ?????? ?? （ 6）計(jì)算中心距 mma 3 ??????? ????? 根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，取中心距 mma 225? ，模數(shù) mmm ? ，蝸桿分度圓直徑 mm35d1 ? 。111836? ? 29 蝸桿軸向齒厚 a ????? ?? （ 2） 蝸輪 蝸輪齒數(shù) 1202 ?Z 變位系數(shù) 0x? 驗(yàn)算傳動(dòng)比 120112020 ??? ZZi 這時(shí)傳動(dòng)比誤差為 0% ,是允許的 蝸輪分度圓直徑 mmmZd ???? 蝸輪喉圓直徑 mmhdd aa 427)(24202 222 ??????? 蝸輪齒根圓直徑 )(222 ?? ??? chmdd af 1 2 0 ????? 蝸輪咽喉圓半徑 mmdarag 2 7212 2 521 22 ?????? 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度 ? ?FFaF YYmdd KT ?? ? ?? 221 式中 F? —— 蝸輪齒根彎曲應(yīng)力； 2FaY —— 蝸輪齒形系數(shù)； ? ?F? —— 蝸輪的許用彎曲應(yīng)力； 2T —— 蝸輪轉(zhuǎn)矩； k —— 使用系數(shù)； ?Y —— 螺旋系數(shù)； 1d —— 蝸桿分度圓直徑； 2d —— 蝸輪分度圓直徑； m —— 模數(shù)。 螺旋系數(shù) ?? 1401 ??Y 1381111 ?? ?????? 許 用彎曲應(yīng)力 ? ? ? ? FNFF K??? ?? 從表 118 中 查得 由 ZcuSn10P1 制造 的 蝸 輪的 基 本 許用 彎 曲 應(yīng) 力? ? a56MPF ??? 壽命系數(shù) 109 76 ???FNK ? ? ? ? MPK FNFF ?????? ?? 1 8 2 035 2 3 MPF ????? ????? ? ? MPMP FF ???? ?? 故 彎曲強(qiáng)度是滿足的。然后由有關(guān)手冊(cè)中查得要求的公差項(xiàng)目及表面粗糙度。 KWPP ???? ? m in/1 0 0 033 0 0 013 rinn ??? mmNnPT ???? 3363 求作用在齒輪上的力。 先按照 [1]式（ 152）初步估軸的最小直徑。根據(jù)表 153，取 0 112A? ，于是得 3330min nPAd ? 3?? ? 取 mmd 30min ? 取軸的兩端直徑為 30mm。 （ 1）擬定軸上零件的裝配方案 分析可得裝配方案，如圖 37 所示 圖 37 蝸桿軸裝配方案 （ 2）根據(jù)軸的定位的要求，確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 =F a1F r2M aM VT5736 圖 39 蝸桿軸的應(yīng)力分析圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩和扭矩圖中可以看出截面 A 是軸的危險(xiǎn)截面。根據(jù)式 [1]（ 1155）及上