【正文】 jNjjiMiiLvFTT ??????11nvFnnTT jNjjiMiiL ??????11 21? 機械系統(tǒng)設計 90 考慮零件的轉(zhuǎn)動和移動效率后等效負載轉(zhuǎn)矩為 純旋轉(zhuǎn)機械系統(tǒng) 純移動機械系統(tǒng) 圖 系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)距計算 jjNjjMi iiiLnvFiTT??? ?? ?? ?? 11 21??? Mi iiiL iTT1 ?jjNjjL nvFT?? ??? 121 機械系統(tǒng)設計 91 （二）系統(tǒng)的綜合負載轉(zhuǎn)矩計算 把機械系統(tǒng)中的工作載荷、慣性載荷和摩擦載荷 轉(zhuǎn)化到電機軸上， 綜合為系統(tǒng)的總載荷。 —— 等效峰值綜合負載轉(zhuǎn)矩 方和根綜合 若各種載荷為隨機性載荷，取各載荷的方和根。 系統(tǒng)的計算模型如圖所示。 利用動能相等原則進行等效計算，如圖 ，系統(tǒng) 運動部件能量總和 為 電動機軸的能量 ?????? NjjjiMii vmJE1221 2121 ?221 ?LD JE ?圖 傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)距的計算 （三）慣性動載荷的分析計算 機械系統(tǒng)設計 97 根據(jù)能量守恒定律則 故可得負載轉(zhuǎn)動慣為 DEE ?2121???? ???????????????? NjjjiMiiLvmJJ???圖 傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量及轉(zhuǎn)距的計算 機械系統(tǒng)設計 98 如果系統(tǒng)如圖 、平移運動構(gòu)件所組成，則系統(tǒng)折算到驅(qū)動裝置軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量或飛輪矩為 式中， V為移動部件的速度； Mm為移動部件質(zhì)量； Gm21為移動部件的重力。 圖 多軸驅(qū)動系統(tǒng)等效為單軸驅(qū)動系統(tǒng) 機械系統(tǒng)設計 100 多軸慣性載荷 的計算原理：將系統(tǒng)負載折算到驅(qū)動裝置軸上。 圖 多軸驅(qū)動系統(tǒng)等效為單軸驅(qū)動系統(tǒng) dtdJTT DDeDeD???DmDmmDeiTT?? 機械系統(tǒng)設計 101 如果系統(tǒng)的角速度發(fā)生變化，系統(tǒng)中就會產(chǎn)生慣性負載。 dtdnGDTT DDeDeD 3752??DDn ??260?DeDe gJg m RRmgGD 44)2( 222 ???圖 多軸驅(qū)動系統(tǒng)等效為單軸驅(qū)動系統(tǒng) 機械系統(tǒng)設計 102 如圖 ，折算到驅(qū)動裝置軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為 其等效飛輪矩為 式中， GDD GD2 GD2mi為驅(qū)動裝置軸、中間軸、工作機構(gòu)軸的飛輪矩； iD1為驅(qū)動裝置軸的轉(zhuǎn)速與中間軸的轉(zhuǎn)速之比 ； iDm為驅(qū)動裝置軸的轉(zhuǎn)速與工作機構(gòu)軸的轉(zhuǎn)速之比。 機械系統(tǒng)設計 105 上 圖 機械系統(tǒng)設計 106 機械系統(tǒng)設計 107 機械系統(tǒng)設計 108 L? 機械系統(tǒng)設計 109 機械系統(tǒng)設計 110 L? 機械系統(tǒng)設計 111 (1)開環(huán)進給系統(tǒng)的傳動計算 齒輪副的傳動比 式中， ……為步進電動機的脈沖當量 ； ……為 步進電動機的步距角 ； ….為 絲杠導程 。 hnPvu ?vmfn /60? f hPm?? f60?開環(huán)驅(qū)動系統(tǒng)示意圖 機械系統(tǒng)設計 113 3. 總傳動比分配 機械系統(tǒng)設計 114 按折算到電動機軸上的 負載慣量最小原則來分配齒輪副的傳動比 。 令 ……….，可得具有最小慣量的條件 解得兩對齒輪間滿足最小慣量要求的速比關系式 01???iJL02 22161 ??? iii122 1 4121412 ????? iiii 6122121 )2()2( iii ?? 機械系統(tǒng)設計 116 機械系統(tǒng)設計 117 機械系統(tǒng)設計 118 齒輪傳動級數(shù)按圖 ；再根據(jù)總傳動比和傳動級數(shù)由圖 配各級傳動比。 由牛頓第二定律，機電傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)矩和角加速度之間的關系為 …… …… …… 式中， JJJ為機電傳動系統(tǒng)的轉(zhuǎn)動慣量； Q為機電傳動系統(tǒng)角加速度； 為機電傳動系統(tǒng)所需的轉(zhuǎn)矩。 ◆ 如果 角加速度變化 ，則系統(tǒng)的 反應將忽快忽慢 ， 影響加工精度 。 ..?JT ?J ..?TT..?J 機械系統(tǒng)設計 124 慣量匹配 是指機電傳動系統(tǒng)負載慣量與伺服電動機轉(zhuǎn)子慣量相匹配。 負載轉(zhuǎn)動慣量： 由執(zhí)行部件以及上面裝的夾具、工件或刀具、滾珠絲杠、聯(lián)軸節(jié)等直線和旋轉(zhuǎn)運動件的質(zhì)量或慣量折合到電動機軸上的慣量組成。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，希望 ■ 的變化率小些，則 ■ 應該使所占比例小些。 LM JJJ ??MJLJJLJ 機械系統(tǒng)設計 125 （ 1）步進電動機 為了使步進電動機具有良好的起動能力及較快的響應速度，慣量通常應滿足下列關系式 （ 2）直流伺服電機 ◆ 小慣量電機系統(tǒng) ◆ 大慣量電機系統(tǒng) 141 ??LMJJ131 ??LMJJ 41 ??LMJJ 機械系統(tǒng)設計 126 機床伺服電機的等效負載轉(zhuǎn)矩計算： （ 1）切削時的負載轉(zhuǎn)矩計算公式 切削時，伺服電動機工作在連續(xù)工作區(qū)，因此．最大切削負載轉(zhuǎn)矩不得超過電動機的額定轉(zhuǎn)矩。m)，粗略計算時，可忽略此項； ■ 為伺服電機至絲杠的傳動比 。當執(zhí)行部件從靜止以階躍指令加速到最大移動速度時。所需轉(zhuǎn)矩為 …… …… …… 式中， ＾ 為電動機在執(zhí)行部件快移時的轉(zhuǎn)速 (r／ min)； ＾ 為系統(tǒng)時間常數(shù) (或加速時間 )， s， ＾＾＾＾＾＾ ； ＾ 為電動機機械時間常數(shù)， ＾ ；＾ 為折算到電動機軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 (N acpfa tnJTTT602 m a x0m a x????maxn actMac tt )4~3(? MtsfTfF WfF f ? W f??2uPFT hff ? 機械系統(tǒng)設計 128 根據(jù)電動機實際啟動情況 (空載或有載 )，計算出啟動時的負載轉(zhuǎn)矩，然后按 表 。由于絲杠本身的扭轉(zhuǎn)剛度與拉壓剛度相比要大得多，故有時將其忽略不計。 四、傳動系統(tǒng)剛度計算 機械系統(tǒng)設計 130 采用不同類型的支承軸承時，支承剛度也不同，一般可 按表 列公式計算。 表 軸承的軸向接觸剛度計算公式 機械系統(tǒng)設計 131 可直接從絲杠螺母副的產(chǎn)品樣本中查得 。 表 滾動絲杠螺母副軸向接觸剛度計算公式 機械系統(tǒng)設計 132 絲杠本身的拉壓剛度主要與其幾何尺寸和軸向支承形式有關，可按 表 。 表 絲杠傳動的綜合拉壓剛度計算公式 機械系統(tǒng)設計 134 死區(qū)誤差，又叫失動量 ，指啟動或反向時，系統(tǒng)的輸入運動與輸出運動之間的差值。 1）傳動機構(gòu)中的間隙 由傳動間隙所引起的工作臺等效死區(qū)誤差為 ………… …………………… 式中， ＾ 為絲杠導程； ＾ 為第 i個傳動副的間隙量； ＾ 為第 i個傳動副至絲杠的傳動比。 假設靜摩擦力主要由工作臺重力引起，則工作臺反向時的最大反向死區(qū)誤差 (mm)可按下式求得 …… ……… ……… 式中， m為工作臺質(zhì)量； g為重力加速度， ■■■■ ； ■ 為導軌靜摩擦系數(shù)； ■ 為絲杠 工作臺系統(tǒng)的縱振固有頻率?？蛰d條件下，由單一剛度變化所引起的整個行程范圍內(nèi)的最大定位誤差計算： …… …… …… 式中， ＾ 為工作臺重力引起的靜摩擦力； ＾＾ 、 ＾＾ 分別是在工作臺行程范圍內(nèi)絲杠的最小和最大綜合拉壓