【正文】 2200 ≥ 30000 40 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 圖 41 電機(jī)簡(jiǎn)圖 矩頻特性： kaM =J?? =J? tn60max2? ? 102? () 由于： nmax=360maxp bv? ?(r/min) 則： Mka=J? ???? 21060360 m ax2 pt bv ???() 式中： J? 為傳動(dòng)系統(tǒng)各部件慣量折算到電機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） 。nmax 為與運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度對(duì)應(yīng)的電機(jī)最大轉(zhuǎn)速（ r/min） 。vmax 為運(yùn)動(dòng)部件最大快進(jìn)速度（ mm/min） 。）步 ]，對(duì)于軸、軸承、齒輪、聯(lián)軸器，絲杠等圓柱體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 計(jì) 算 公 式 為 J= 8 2McD ( 2 ),對(duì) 于 鋼 材 ， 材 料 密 度 為? 103? ( ),則上式轉(zhuǎn)化為 J= L? 103? ( ),式中：Mc 為圓柱體質(zhì)量（ kg） 。 (1)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 Js=Js/i2 ， i為絲杠與電機(jī)軸之間的總傳動(dòng)比 由于 i=1 則 : Js= L? 103? =()4 170? 103? =( ) (2)工作臺(tái)質(zhì)量折算 工作臺(tái)是移動(dòng)部件，其移動(dòng)質(zhì)量慣量折算到滾珠絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)量 JG:JG=（ ?2。為絲杠導(dǎo)程（ cm） 。 =1cm,M=90kg 則 ： JG=（ ?2。 由于減速機(jī)構(gòu)為一對(duì)齒輪傳動(dòng)，且第一級(jí) i=1,則可分別求出各齒輪與軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： n=45,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J45,其分度圓直徑 d=45? = S=27mm 則 :J45=? ? 103? = n=40,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J40,其分度圓直徑 d=40? =60mm S=27mm 則 :J40=? 64 ? 103? = 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 n=30,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J30,其分度圓直徑 d=30? =45mm S=27mm 則 :J30=? ? 103? = n=45,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J45,其分度圓直徑 d=45? = S=30mm 則 :J45=? ? 103? = n=50,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J50,其分度圓直徑 d=50? =75mm S=30mm 則 :J50=? ? 103? = n=60,m= 的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J60,其分度圓直徑 d=60? =90mm S=30mm 則 :J60=? 94 ? 103? = 兩輸入輸出軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 : J輸入 =? ? 13? 103? = 。 L=130mm 查表得： JD=4 綜上可知： J ? =JD+Js+JG+J30+J40+J60+J50+2J45 （ 43） = 又由于 V =? 1600 =2236mm/min 則： Mka=? 6 0 3 3 ??? ??? ? 102? = (3)力矩的折算： 1） Mkf 空載摩擦力矩 Mkf= i2 39。LfG ?? （ 44） 式中： G為運(yùn)動(dòng)部件的總重力（ N）； f180。為滾珠絲杠的基本導(dǎo)程（ cm）。附加摩擦力矩 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 MO=i2??。 2 ) （ 45） 式中： Fyj為滾珠絲杠預(yù)加負(fù)載，即預(yù)緊力，一般取 1/3Fm。為滾珠絲杠未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率，一般取 η 。 =10mm ， η = 則 M。 =++=140 由于 kqM ≤ mqM =λ jmaxM 則所選步進(jìn)電機(jī)為五相十拍的 經(jīng)表查得 ： λ = 則 kqM =λ jmaxM =? 5 = 所以所選步進(jìn)電機(jī)合乎要求 據(jù)步進(jìn)電機(jī)的矩頻特性計(jì)算加減速時(shí)間校核的快速性 T=)( )( TlTcpJlJr ?? ?(fnf0) （ 46） 式中： T 為加減速時(shí)間， Jr 和 Jl 分別為轉(zhuǎn)子，負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（ ） β為電機(jī)得步距角（ 176。 ,fn 為起始加速時(shí)，加速終了時(shí)的頻率（ Hz） 由于 Jr=? 10 3? Jl= β =176。 矩頻特性曲線 橫向步進(jìn)電機(jī)的選擇 步距角的確定 θ b ≤δ p? i? 360/L。 =6mm , i=1 , δ p= ? θ b ≤ 初選電機(jī)型號(hào)為 :110BYG5602 橫向電機(jī) 步距角 相數(shù) 驅(qū)動(dòng)電壓 電流 110BYG5602 5 80V 3A 靜轉(zhuǎn)矩 空載起動(dòng)頻率 空載運(yùn)行頻率 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 重量 16 2500 ≥ 35000 16kg 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 圖 42 電機(jī)簡(jiǎn)圖 距頻特性 (1)力矩的折算 1)空載摩擦力矩 Mkf kfM =Gf180。 /2πη i G=60? 10=600N f180。 =6mm η = ? kfM = ?? ??? =() 2)附加摩擦力矩 M。 2 )() Fyj=1/3Fm=1/3? = L。 = ?? ? =115 (2)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的折算 1)滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 Js= L? 103? ? 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 D=4cm L=26cm ? Js= L? 103? =(4)4 26? 103? = 2)工作臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 JG= 22( ）。 = M=60kg ? JG= 22( ）。 Mka=50? 2??? ??? ? = Mkq=Mka+Mkf+M0 =++115= 又 Mkq≤λ Mjmax 步進(jìn)電機(jī)為五相十拍 λ = Mjmax= Mkq=? 16= 所以此步進(jìn)電機(jī)符合條件 (4)上升時(shí)間校核 t=)( )( TlTcpJlJr ?? ?(fnf0) Jr=? 103? Jl=? 103? β =? Tcp= Tl= f0=2500Hz fn=35000Hz ? t= )2 ( )( 33 ?? ???? ?? ? (350002500) = 合乎要求 5 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 35 5 自動(dòng)回轉(zhuǎn)刀架設(shè)計(jì) 刀架的工作原理 回轉(zhuǎn)刀架的工作原理為機(jī)械螺母升降轉(zhuǎn)位式。圖 方刀架，其工作過(guò)程如下： ① 刀架抬起 當(dāng)數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令后 , 通過(guò)接口電路使電機(jī)正轉(zhuǎn) , 經(jīng)傳動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)蝸桿蝸輪機(jī)構(gòu) 蝸輪帶 動(dòng)絲桿螺母機(jī)構(gòu) 8逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) ,此時(shí)由于齒盤(pán) 5處于嚙合狀態(tài)，在絲桿螺母機(jī)構(gòu) 8轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使上刀架體產(chǎn)生向上的軸向力 將齒盤(pán)松開(kāi)并抬起 ,直至兩定位齒盤(pán) 5 脫離嚙合狀態(tài) ,從而帶動(dòng)上刀架和齒盤(pán)產(chǎn)生“上臺(tái)”動(dòng)作。時(shí)，齒盤(pán) 5完全脫開(kāi)，此時(shí)銷(xiāo)釘準(zhǔn)確進(jìn)入圓套 9中的凹槽中，帶動(dòng)刀架體轉(zhuǎn)位。、 180176。），數(shù)控裝置發(fā)出的換刀指令使霍爾開(kāi)關(guān) 10 中的某一個(gè)選通 ,當(dāng)磁性板11 與被選通的霍爾開(kāi)關(guān)對(duì)齊后 ,霍爾開(kāi)關(guān)反饋信號(hào)使電機(jī)反轉(zhuǎn) ,插銷(xiāo)7在彈簧力作用下進(jìn)入反靠盤(pán) 6地槽中進(jìn)行粗定位， 上刀架體停止轉(zhuǎn)動(dòng) ， 電機(jī)繼續(xù)反轉(zhuǎn) ，使其在該位置落下， 通過(guò)螺母絲桿機(jī)構(gòu) 8使上刀架移到齒盤(pán) 5 重新嚙合 , 實(shí)現(xiàn)精確定位。 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 36 圖 螺旋升降式四方刀架 蝸桿及蝸輪的選用與校核 選擇傳動(dòng)的類(lèi)型 考慮到傳遞的功率不大，轉(zhuǎn)速較低，選用 2A 蝸桿，精度 8 級(jí)，GB1008988 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 37 選擇材料和確定許用應(yīng)力 由《機(jī)械基礎(chǔ)》表 174查得蝸桿選用 45鋼，表面淬火，硬度為 45～ 55HRC，蝸輪齒圈用 ZCuSn10P1 砂模鑄造， 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 HT150制造。］ h=200MPa，［ 240。傳動(dòng)中心距： ? ? 23 2 ()E HZZa kT ??? (51) （ 1）確定作用在蝸輪上的轉(zhuǎn)距 T2 按 Z1=2，估取效率η =，則 T2=T*η*i= (52) （ 2）確定載荷系數(shù) K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù) Kβ=1；由使用系數(shù)KA表從而選取 KA=； 由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動(dòng)載系數(shù) KV=；則 K=KA*Kβ*KV=1**=≈ (53) （ 3）確定彈性影響系數(shù) ZE 因選用的鑄錫磷青銅蝸輪和蝸桿相配，故 12160EZ MPa? （ 4）確定接觸系數(shù) Zρ 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑 d1和傳動(dòng)中心距 a的比值 1da =，從而可查出 Zρ=。 因?yàn)殡妱?dòng)刀架中蝸輪蝸桿的傳動(dòng)為間隙性的，故初步定位、其壽命系數(shù)為 KHN=，則 [σH]= KHN[σH]‘= 268=≈ 247MPA (54) （ 6）計(jì)算中心距 23 1 6 0 2 . 71 . 2 7 3 5 3 8 . 2 ( ) 2 4247a m m?? ? ? ? (55) 取中心距 a=50mm， m=，蝸桿分度圓直徑 d1=，這時(shí)1da =，從而可查得接觸系數(shù) 39。Z? ＜ Zρ，因此以上計(jì)算結(jié)果可用。 11′ 38″ 蝸桿軸向齒距： PA= m? =； (56) 蝸桿齒頂圓直徑： *11 2 3 2 .2aad d h m m m? ? ? ? (57) 蝸桿齒根圓直徑： 1 1 2 ( * * ) 2 4 . 1 6d f d h a c m m m? ? ? ? （ 58） 蝸桿軸向齒厚： 1/2aSm?? = (59) 蝸桿軸向齒距： 1 1 .6 5 .0 4p a m m m m m??? ? ? （ 510） ⑵蝸輪 蝸輪齒數(shù)： Z2 =45 變位系數(shù)Χ =0 驗(yàn)算傳動(dòng)比： i=2z /1z =45/1=45 (511) 蝸輪分度圓直徑： d2=mz2= 72mm (512) 蝸輪喉圓直徑： da2=d2+2ha2= (513) 蝸輪喉母圓直徑： rg2=a1/2 da2 =501/2? = (514) 蝸輪齒頂圓直徑： 2 2 2 * 7 5 .2d a d h a m m m? ? ? （ 515） 蝸輪齒根圓直徑： 2 2 2 ( * _ * ) 6 8 . 1 6d f d h a c m m m? ? ? (516） 蝸輪外圓直徑：當(dāng)在 z=1 時(shí)， 2 2 2 7 8 .4de da m m m? ? ? （ 517） 西安工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 39 蝸桿軸的設(shè)計(jì) 蝸桿軸的材料選擇，確定許用應(yīng)力 考慮軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩，為普通用途中小功率減速傳動(dòng)裝置。 d1=d5 同一軸上的軸承選用同一型號(hào)，以便于軸承座孔鏜制和減少軸承類(lèi)型。 鍵的選取與校核 考慮到 d5=105