【正文】 S)為 ，參照表 38。 NKNf s 69 0 ???，與最大軸向負(fù)荷 255N相比，得出容許軸向負(fù)荷大，因而此型號沒有問題。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 表 38 靜態(tài)安全系數(shù) (fS) 使用機(jī)械 負(fù)荷條件 fS的下限 一般工業(yè)機(jī)械 無振動或沖擊時 1～ 有振動或沖擊時 2～ 3 工具機(jī) 無振動或沖擊使 1～ 有振動或沖擊時 ～ 7 所謂基本靜額定負(fù)荷 (C0a),就是在承受最大應(yīng)力的接觸部分 ,是滾動體的永久變形量與滾動面的永久變形量之和達(dá)到滾動體直徑的 ,大小和方向都一定的靜止負(fù)荷。對于滾珠絲杠 ,基本靜額定負(fù)荷是以軸向負(fù)荷來定義的。 表 39 軸向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系 動作 軸向負(fù)荷（ N） 運(yùn)行距離（ lm） Fa1去路加速時 (s=) 255 Fa2去路等速時 (s=vt) 5 85mm Fa3去路減速時 (s=) 245 Fa4返程加速時 (s=) 255 Fa5返程等速時 (s=vt) 5 85mm Fa6返程減速時 (s=) 245 軸向平均負(fù)荷：因?yàn)樨?fù)荷方向不同，按 Fa 6為正方向的軸向平均負(fù)荷， Fa 5 為負(fù)方向的軸向平均負(fù)荷，其中軸向負(fù)荷與運(yùn)行距離的關(guān)系如表 39。 Nllllll lFalFalFa 158F6543216362321311m ?????? ?????? （ 39） Nllllll lFalFalFa 1 5 8F654321535434333m2 ?????? ?????? （ 310） 由式（ 3 310） 得 Fm1=Fm2 ,所以軸向平均負(fù)荷 Fm=Fm1=Fm2=158N。 額定壽命： 1063 ??????????? ?? Fmfw rev，其中，負(fù)荷系數(shù) fw=，參照表 310。 表 310 負(fù)荷系數(shù) 振動、沖擊 速度 Fw 微小 微速時 V=～ 小 低速時 V=1m/s ～ 中 中速時 1V=2m/s ～ 2 大 高速時 V2m/s 2～ 平均每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)：每分鐘往返次數(shù) n=8min1 ,行程 ls=170mm，導(dǎo)程 Ph=5mm，1m in20205 1000522Nm ???????? Ph lsn 。華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 圖 35 THK 絲杠公稱型號構(gòu)成例 根據(jù)額定壽命計(jì)算工作壽命時間：額定壽命 L= ? rev，每分鐘平均轉(zhuǎn)數(shù)Nm=400min1 , 0 0 060 610 ??????? NmL ；根據(jù)額定壽命計(jì)算運(yùn)行距離壽命：導(dǎo)程 Ph=5mm。 Km3 2 0 0 0 010PhLL 65 ???? ?。由上可知，能滿足希望壽命時間 30000小時。 型號確定：根據(jù)上述計(jì)算和論證，根據(jù) THK 絲杠公稱型號的構(gòu)成，如圖 35，選定絲杠型號為： DIK20206RRG0+370LC3Y。 導(dǎo)軌設(shè)計(jì)與選型 圖 36 徑向方向需要高剛性時使用的 2 軸場合 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 圖 37 外加負(fù)荷計(jì)算方法 使用條件： 根據(jù)本機(jī)器的要求設(shè)定導(dǎo)軌滑塊的使用條件：軌道截面中的空間尺寸（跨距、 LM滑塊個數(shù) 2 個 /根、 LM 軌道根數(shù) 2 根和推力 25N）（軸數(shù)標(biāo)記：Ⅱ）；安裝方式：水平使用（ H），如圖 36；作用負(fù)荷的大小 250N、方向向下；操作頻率： 8Hz；速度： 。 ；行程長度： 240mm；導(dǎo)軌總長 460mm,要求壽命： 26280h（ 3 年 24 小時）；運(yùn)動精度： 10μ m；使用環(huán)境：無塵；在特殊環(huán)境中（真空、無塵室、高溫、受污染環(huán)境等），有必要考慮材質(zhì)、表面處理、潤滑和防塵等。 表 311 徑向予壓的種類 導(dǎo)軌滑塊選擇與計(jì)算： 根據(jù)使用條件和尺寸初選 SSRXV 型；如圖 37 計(jì)算外加負(fù)荷，式中 m=25Kg；g=；得出 P1P4(max)=； P1P4(min)=0N；作用等價負(fù)荷大小 250N； 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 由于 LM 滾動導(dǎo)軌的徑向間隙能夠極大地影響 LM 滾動導(dǎo)軌的行走精度、負(fù)荷承載能力和剛性 ,因而根據(jù)用途選擇適當(dāng)?shù)拈g隙就十分重要。 一般說來 , 考慮到往復(fù)運(yùn) 動可能產(chǎn)生的振動和沖擊，如表 311 選擇負(fù)間隙（即施加予壓） ,就能對使用壽命和精度產(chǎn)生良好的影響。選擇徑向間隙（予壓）： C1 間隙（輕予壓）；考慮予壓時的使用壽命：（輕予壓時不考慮）。 LM 滾動導(dǎo)軌承受負(fù)荷時 ,滾動體、 LM 滑塊和 LM 滾動導(dǎo)軌等在容許負(fù)荷范圍內(nèi)產(chǎn)生彈性變形 ,這時的變位量與負(fù)荷之比率就是剛性值。（剛性值可以用以下算式求得。）對于 LM 滾動導(dǎo)軌來說，隨著予壓量的增加 ,剛性也隨之增加。圖 38 中表示了在 4 方向等負(fù)荷情況下，普通間隙與 C1 間隙、 CO 間隙時剛性值的差異。剛性：m?? / ??? 。 圖 38 剛性數(shù)據(jù) 計(jì)算作用在 LM 滾動導(dǎo)軌上的負(fù)荷時 , 首先要求出計(jì)算壽命時所需的平均負(fù)荷與計(jì)算靜態(tài)安全系數(shù)時所需的最大負(fù)荷。特別在起動停止很激烈、或切削荷重作用的場合 , 及因懸臂負(fù)荷所引起的大力矩作用的情況下 , 可能會對 LM 滾動導(dǎo)軌產(chǎn)生意想不到的大負(fù)荷。在選擇型號時 , 請確認(rèn)其最大負(fù)荷（不管是起動還是停止）是否適合。表 312表示了靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值。 表 312 靜態(tài)安全系數(shù)的基準(zhǔn)值 表 313 探討方法 根據(jù)表 313， ????????? R CTH P Cfff 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 20 圖 39 溫度系數(shù) fT 圖 310 硬度系數(shù) fH 其中， C0=，查 SSR 導(dǎo)軌； 硬度系數(shù) fH=，如圖 310； 溫度系數(shù) fT=，如圖 39； 接觸系數(shù) fc=，如表 314； 徑向負(fù)荷計(jì)算值 PR=。 表 314 接觸系數(shù) fc 表 315 負(fù)荷系數(shù) fw 計(jì)算額定壽命： LM 滾動導(dǎo)軌即使在相同條件下制造且處于相同的運(yùn)行條件下 ，其使用壽命也多少有些差異。因此 ,作為計(jì)算 LM 滾動導(dǎo)軌的使用壽命的參考，使用以下規(guī)定的額定壽命。額定壽命指的是一批相同的直線運(yùn)動系統(tǒng)在相同條件下分別運(yùn)行時 , 其中的 90% 不產(chǎn)生表面剝落（金屬表面的鱗片狀剝落）所能達(dá)到的總運(yùn)行距離。 KmPcCf fffwCTH 6333 2 5 ??????????? ?????????????? ???? （ 311） 式 311 中： L—— 額定壽命； C—— 基本動額定負(fù)荷； Pc—— 負(fù)荷計(jì)算值； fH—— 溫度系數(shù)（圖 310）； fT—— 溫度系數(shù)（圖 39）； fc—— 接觸系數(shù)（表 314）； fw—— 負(fù)荷系數(shù)（表 315）。 hnl s 20700 0006052402 10LL 661 6h ???? ?????? ?? （ 312） 式 312 中： Lh—— 工作壽命時間； ls—— 行程長度； n1—— 每分鐘往返次數(shù)。從式 312看出壽命時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)壽命時間，符合設(shè)計(jì)要求。 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 導(dǎo)軌行走精度： 運(yùn)動精度： 10μ m，由于導(dǎo)軌安裝和導(dǎo)軌安裝座的設(shè)計(jì)對最終的運(yùn)動精度有很大影響，所以為了保證安全和保證運(yùn)動精度，提高導(dǎo)軌的等級，選擇精密級導(dǎo)軌，如表 316，即 P 級。 表 316 導(dǎo)軌的行走平行度 綜合，型號確定為： SSR20XV2UUC1+460LPⅡ（導(dǎo)軌的型號組成如圖 311）。 圖 311 THK 導(dǎo)軌型號構(gòu)成例 電機(jī)計(jì)算與選型 在高精度機(jī)械設(shè)備的運(yùn)動系統(tǒng)中，伺服驅(qū)動裝置是核心，因此伺服電機(jī)的選擇就變得尤為重要， LED 芯片檢測機(jī)也不例外。確定了伺服電機(jī)之后，其相應(yīng)的伺服驅(qū)動器就可以很方便的確定。 由于檢測機(jī)高精度二維運(yùn)動平臺的運(yùn)動軸有 2 個，而且都采用伺服電機(jī)驅(qū)動，但是各軸電機(jī)負(fù)載形式相同，因此選擇依據(jù)和過程一樣，所以在此只選取一個典型運(yùn)動軸的電機(jī)的選擇過程做介 紹，其他類似。 通過分析檢測機(jī)二維運(yùn)動平臺的 2 個運(yùn)動軸，可以發(fā)現(xiàn)最具代表性是下部的 X 軸。采用滾珠絲桿驅(qū)動，另外，在運(yùn)動軸中它的負(fù)載最大，因此介紹其所配伺服電機(jī)的選擇華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 22 過程。 （一）電機(jī)選型依據(jù) 為了達(dá)到芯片的高精度定位、快速檢測，檢測機(jī)要具有非常好的快速響應(yīng)能力，急停和急啟動，因此加在電機(jī)軸上的負(fù)載慣量的大小將直接影響電機(jī)的靈敏度和整個伺服系統(tǒng)的精度，所以檢測機(jī)伺服電機(jī)的設(shè)計(jì)選擇是根據(jù)負(fù)載來定。而電機(jī)軸上的負(fù)載主要有兩種：阻尼轉(zhuǎn)矩和負(fù)載慣量，其中阻尼轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于所選伺服電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩。 而為了滿足設(shè)備各部件運(yùn)動 軸的快?？靻拥瓤焖夙憫?yīng)要求，電機(jī)還應(yīng)有較小的堵轉(zhuǎn)扭矩和轉(zhuǎn)動慣量，并具有盡可能小的啟動電壓和時間常數(shù)，同時，還要有較長時間的過載能力，以承受頻繁啟動、正反轉(zhuǎn)和制動。另外，針對 LED 芯片檢測機(jī)的特殊性，其運(yùn)動軸所配的伺服電機(jī)還需要能最大限度抑制機(jī)械振動，并調(diào)試簡單。 （二）伺服電機(jī)品牌系列的確定 對比了國內(nèi)外幾個主要的專業(yè)伺服電機(jī)品牌及其產(chǎn)品，如：安川、西門子、富士、三菱等，并對 LED 芯片行業(yè)設(shè)備通用電機(jī)品牌做了調(diào)研之后，結(jié)合本 LED 檢測機(jī)要求和結(jié)構(gòu)尺寸空間，最終在綜合考慮性能和價格的基礎(chǔ)上選擇了富士 FALDicW 系列小慣量 GYS 型交流伺服電機(jī)（富士電機(jī)選型手冊），其額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min，這種電機(jī)具有調(diào)試簡單、慣量小、并能最大限度抑制機(jī)械振動等優(yōu)點(diǎn)。 （三）伺服電機(jī)負(fù)載慣量的計(jì)算 圖 312 負(fù)載形式 檢測機(jī)高精度二維平移臺 X 軸的負(fù)載慣量可分為旋轉(zhuǎn)負(fù)載和直線移動負(fù)載慣量來計(jì)算，如圖 312。 X 軸的主要負(fù)載機(jī)規(guī)格見下表 317 所示。 表 317 X 軸的主要負(fù)載機(jī)規(guī)格 負(fù)載物質(zhì)量 /kg 25 絲桿導(dǎo)程 /mm 5 減速比 1： 1 絲桿長度 /mm 370 絲桿直徑 /mm 20 絲桿材料密度 /（ kg/cm3） 直線移動負(fù)載慣量 TJ 的計(jì)算如式（ 313）所示： 2()20T SJW ???? （ 313） 式中： W —— 直線移動負(fù)載質(zhì)量 /kg； S? —— 絲桿導(dǎo)程 /mm； 將表 313 中的相關(guān)數(shù)據(jù)代入公式（ 313）得： 華中科技大學(xué)文華學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 23 2 2 252 5 ( ) 0 . 1 62 0 3 . 1 4TJ k g c m k g c m? ? ? ? ?? 旋轉(zhuǎn)負(fù)載（此處為絲桿）慣量的 RJ 的計(jì)算方法如式（ 314）所示： 432R LJD?????? （ 314） 式中： L —— 絲桿長度 /cm D—— 絲桿直徑 /cm ?—— 絲桿材料密度 /（ 3kgcm ），此處絲桿密度取 10 kg cm?? 。 將表 1 數(shù)據(jù)代入公式（ 314）中可得： 3 4 2 4 10 372 432RJ k g c m k g c m?? ? ?? ? ? ? ? 故 U 軸的負(fù)載慣量 ULJ 為： 220 . 1 6 0 . 4 4 0 . 6U L T RJ J J k g c m k g c m? ? ? ? ? ? ? 根據(jù)以上數(shù)據(jù)，查詢富士 FALDicW系列 GYS型交流伺服電機(jī)選型手冊，負(fù)載慣量倍率應(yīng)為推薦負(fù)載慣量比的 20倍以內(nèi)（部分型號 30倍以內(nèi)，但是一般情況負(fù)載慣量比越小越好），因此伺服電機(jī)慣量最小為 2kgcm? ，可以選擇 GYS201DC2T2 、GYS401DC2T2和 GYS751DC2T2。 （四）加減速時間常數(shù)（短時間特性）的計(jì)算 由于分揀一個芯片的周期約為 ，所以在此平均分配其加速、勻速、減速 時間，故加減速時間約為 （ 62ms），將此值定為最大加減速時間常數(shù)。 利用下列式（ 315）計(jì)算加減速時間常數(shù)： ()9 5 .5 ( 0 .8 )U L MaM A X U FJ J Nt T T T??? ? ? ? ? （ 315） 式中： MJ —— 電機(jī)慣量 /（ 2kgcm? ）； N—— 電機(jī)設(shè)定轉(zhuǎn)速（ r/min），此處為 3000r/min； MAXT —— 電機(jī)最大轉(zhuǎn)矩（ Nm? ），