課程設(shè)計(jì)：一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書格式及內(nèi)容要求課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書格式及內(nèi)容要求頁(yè)腳內(nèi)容PAGE頁(yè)腳內(nèi)容PAGE28課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書格式及內(nèi)容要求頁(yè)腳內(nèi)容PAGE電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)設(shè)計(jì)說(shuō)明書學(xué)校名稱：上海大學(xué)學(xué)院專業(yè)：機(jī)自學(xué)院精密機(jī)械系設(shè)計(jì)隊(duì)員： 指導(dǎo)老師：二〇〇一一年十二月目錄課程設(shè)計(jì)概述 1課程設(shè)計(jì)任務(wù) 21.設(shè)計(jì)任務(wù)介紹： 22.設(shè)計(jì)參數(shù) 23.設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介 3課程設(shè)計(jì) 31一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu) 32.各部分選型 41) 電機(jī)的選型 42) 滾珠絲桿的選型 63) 支撐單元選擇 164) 聯(lián)軸器選擇 175) 轉(zhuǎn)矩探討 176) 電機(jī)的校核 207) 聯(lián)軸器校核 208) 導(dǎo)軌的選型 219) 軸承的校核 2210) 系統(tǒng)精度計(jì)算 2511) 系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算 2712) 光柵的選型 27附錄 28課程設(shè)計(jì)概述本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)要求我們掌握電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)方面的基礎(chǔ)知識(shí)，并能獨(dú)立運(yùn)營(yíng)電子精密機(jī)械設(shè)計(jì)的基本理論、基本方法、進(jìn)行有關(guān)電子精密機(jī)械方面的設(shè)計(jì)。通過(guò)本次專業(yè)課程設(shè)計(jì)使我們熟悉機(jī)械系統(tǒng)的方案論證過(guò)程，包括取得方式比較、傳動(dòng)形式的確定等；學(xué)會(huì)采用AUTOCAD進(jìn)行機(jī)械設(shè)計(jì)，達(dá)到較熟悉程度；利用學(xué)過(guò)的基礎(chǔ)理論，在設(shè)計(jì)實(shí)踐中進(jìn)行載荷的分析計(jì)算、電機(jī)的選擇、傳感器的選擇、傳動(dòng)鏈的分析計(jì)算、傳動(dòng)系統(tǒng)的精度、諧振分析；綜合運(yùn)用有關(guān)課程如機(jī)械制圖、公差與技術(shù)測(cè)量、熱處理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理傳感器技術(shù)等所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決工程實(shí)際問(wèn)題。從而培養(yǎng)我們的自學(xué)能力、獨(dú)立工作能力、協(xié)作精神和創(chuàng)新精神，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。課程設(shè)計(jì)任務(wù)1.設(shè)計(jì)任務(wù)介紹：圖1-1一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖1-1一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)為完成一維伺服移動(dòng)工作臺(tái)的設(shè)計(jì)，需設(shè)計(jì)的機(jī)械系統(tǒng)包括：伺服電機(jī)、減速器、聯(lián)軸器、滾珠絲杠副、直線導(dǎo)軌、光柵傳感器等。2.設(shè)計(jì)參數(shù)工作臺(tái)的承重載荷； 工作臺(tái)的軸向載荷；工作臺(tái)的最大移動(dòng)速度； 工作臺(tái)的有效行程；加減速時(shí)間常數(shù)；重力加速度g取9.8N/kg3.設(shè)計(jì)內(nèi)容簡(jiǎn)介一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)電機(jī)的選型滾珠絲桿的選型支撐單元選擇聯(lián)軸器選擇轉(zhuǎn)矩探討電機(jī)的校核聯(lián)軸器校核導(dǎo)軌的選型軸承的校核系統(tǒng)精度計(jì)算系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算光柵的選型課程設(shè)計(jì)1一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖1-1一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)圖1-1一維工作臺(tái)整體結(jié)構(gòu)考慮到工件重量（300N）,工作臺(tái)軸向載荷（60N）J均很小，初選不考慮減速器。1.本系統(tǒng)的工作臺(tái)尺寸為：長(zhǎng)寬高=400mm200mm20mm；綜合加工性和價(jià)格因素，選定工作臺(tái)材料為鑄鐵：密度。工作臺(tái)質(zhì)量按照一般經(jīng)驗(yàn)，暫定導(dǎo)向形式為雙導(dǎo)軌-4滑塊根據(jù)MISUMI導(dǎo)軌副手冊(cè)歸納，取每個(gè)滑塊質(zhì)量為2.各部分選型電機(jī)的選型假定電機(jī)與工作臺(tái)之間無(wú)滑動(dòng)將工件，工作臺(tái)，4個(gè)滑塊視為整體來(lái)因此，整體質(zhì)量（工件質(zhì)量）受力分析：摩擦力滾動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)慣性力滾珠絲桿需提供的最大軸向力滾珠絲桿需提供的最大功率效率：取安全系數(shù)電機(jī)所需功率選擇電機(jī)MSMDO12G1(AC2圖2-1電機(jī)型號(hào)及參數(shù)圖2-1電機(jī)型號(hào)及參數(shù)電機(jī)參數(shù)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（有制動(dòng)器）推薦負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比：30倍以下圖2-2電機(jī)MSMD圖2-2電機(jī)MSMD012G1參數(shù)滾珠絲桿的選型工作條件—運(yùn)動(dòng)方向：水平運(yùn)送質(zhì)量：工作臺(tái)導(dǎo)向方法：滾動(dòng)導(dǎo)向面摩擦系數(shù)：~0.005取μ=0.005導(dǎo)向面摩擦阻力：軸向外部載荷：希望壽命（轉(zhuǎn)數(shù)）：行程長(zhǎng)度：操作速度：加減速時(shí)間：等速時(shí)間：加速度：加速距離：等速距離：減速距離：每分鐘往返次數(shù)：導(dǎo)程精度—-任務(wù)未規(guī)定定位精度，導(dǎo)程精度按【一般機(jī)械】選擇高精度C3，圖2-3不同用途的精度等級(jí)選擇圖2-3不同用途的精度等級(jí)選擇暫定軸長(zhǎng)假定螺母全長(zhǎng)100mm,絲杠軸末端長(zhǎng)度100mm,行程600mm絲杠軸長(zhǎng)假定為800mm導(dǎo)程——（無(wú)減速器i=1）絲杠導(dǎo)程應(yīng)大于或等于4mm考慮到負(fù)載不大，為了使最終精度較高，選取圖2-4絲杠軸外徑與導(dǎo)程的標(biāo)準(zhǔn)組合圖2-4絲杠軸外徑與導(dǎo)程的標(biāo)準(zhǔn)組合與導(dǎo)程4mm組合的標(biāo)準(zhǔn)絲杠外軸有：庫(kù)存品：、半標(biāo)準(zhǔn)品：、、、C3精度下，各外軸對(duì)應(yīng)最大制造長(zhǎng)度為：之前假定絲杠軸長(zhǎng)800mm,由此排除外徑圖2-5滾珠絲杠的最大制造長(zhǎng)度許用軸向負(fù)載分析——由于絲杠較長(zhǎng)（800mm）,中速（0.2m/s）,傳動(dòng)精度高所以選用固定—支撐安裝方式（《機(jī)電一體化設(shè)計(jì)系統(tǒng)》P35）為提高剛度，選予壓型絲杠在、、、、這些外徑中，最小，以計(jì)算軸向載荷，若能承受，則其他也能承受。搓曲載荷——的絲杠，溝槽谷徑（螺徑小徑）圖2-7絲杠的有關(guān)參數(shù)圖2-6絲杠軸的搓曲載荷計(jì)算圖2-6絲杠軸的搓曲載荷計(jì)算故：其中：許用拉壓負(fù)載——圖2-8絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)載圖2-8絲杠軸的容許拉伸壓縮負(fù)載由以上計(jì)算知：、、、、的絲杠軸均滿足軸向負(fù)載要求許用轉(zhuǎn)速——危險(xiǎn)速度——圖2-9容許轉(zhuǎn)速圖2-9容許轉(zhuǎn)速若能滿足，其它也能滿足。以計(jì)算絲杠最高轉(zhuǎn)速DN值決定的許用轉(zhuǎn)速——各外軸對(duì)應(yīng)鋼球中心直徑為：、、、、圖2-1圖2-10絲杠軸的有關(guān)參數(shù)由（D為鋼球中心直徑）4827.594242.423414.632745.102153.85排除、外徑型號(hào)選擇——有、、的型號(hào)及參數(shù)圖圖2-11絲杠軸的有關(guān)參數(shù)容許軸向負(fù)載——圖2-12靜態(tài)安全系數(shù)圖2-12靜態(tài)安全系數(shù)任務(wù)書未規(guī)定工作情況，保險(xiǎn)起見，認(rèn)為負(fù)載條件有震動(dòng)，沖擊按[一般工業(yè)機(jī)械]，取前面所列型號(hào)中最小最小所以以上型號(hào)均滿足要求工作壽命探討——去程加速等速減速回程加速等速減速軸向平均載荷：正向：負(fù)向：其中，取微速，取1.2（表19）圖2-1圖2-13負(fù)載系數(shù)前面型號(hào)中最小為3kN,以此計(jì)算：前面的型號(hào)均能滿足一般機(jī)械的壽命要求為確保定位精度，需要絲杠有較好的剛度，外軸選查《THK》B-650在標(biāo)準(zhǔn)公稱型號(hào)中，選擇剛度較好，且螺母質(zhì)量較小的DIK2004-6型絲杠圖圖2-14絲杠軸的選型下面就DIK2004-6進(jìn)行討論支撐單元選擇圖2-15絲杠軸的有關(guān)參數(shù)適合圖2-15絲杠軸的有關(guān)參數(shù)EF15，F(xiàn)F15，BF15，BF17查《THK》B-750~769,根據(jù)THK的推薦，同時(shí)為了減小安裝尺寸，選固定軸為BK15，支撐端BF15聯(lián)軸器選擇圖圖2-16聯(lián)軸器的選型絲杠軸鍵槽端軸段長(zhǎng)20，軸徑為，鍵槽4，深2.5，長(zhǎng)16根據(jù)《PanasonicMINASA5》P69，電機(jī)MSMD011G,2軸段長(zhǎng)22，軸徑，鍵槽寬3，長(zhǎng)14（由以上兩組尺寸初選聯(lián)軸器）SCXW/SCXWK型聯(lián)軸器適合高，高定徑精度的伺服馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的工況由上面兩組尺寸，考慮只有SCXWKNo.34適合相關(guān)參數(shù)：容許扭矩：4.0Nm,最高轉(zhuǎn)速：10000rpm,轉(zhuǎn)動(dòng)慣量轉(zhuǎn)矩探討轉(zhuǎn)矩由三部分計(jì)算:負(fù)載轉(zhuǎn)矩,滾珠絲杠預(yù)壓引起轉(zhuǎn)矩，慣性轉(zhuǎn)矩負(fù)載轉(zhuǎn)矩②,滾珠絲杠預(yù)壓引起轉(zhuǎn)矩預(yù)壓載荷，適當(dāng)?shù)念A(yù)壓載荷為最大軸向載荷的，但應(yīng)小于基本額定動(dòng)載荷的10% ——導(dǎo)程角，圖2-17扭矩變動(dòng)率的容許范圍圖2-17扭矩變動(dòng)率的容許范圍取最大值慣性轉(zhuǎn)矩圖圖2-18加速時(shí)所需的扭矩絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，查《THK》B-650~651，得角加速度其中，為電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量，為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，∴加速時(shí)：等速時(shí)：減速時(shí)：電機(jī)的校核最高使用轉(zhuǎn)速：3000rpm馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速：3000rpm所需最大轉(zhuǎn)矩電機(jī)瞬時(shí)最大轉(zhuǎn)矩有效轉(zhuǎn)矩：電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩（根據(jù)PanasonicMSMDO1G的要求，負(fù)載慣量應(yīng)小于轉(zhuǎn)子慣量的30倍）=23.7∴電機(jī)PanasonicMSMD011G1滿足要求聯(lián)軸器校核由表14-1選T取SCXWKNo.34容許扭矩容許最高轉(zhuǎn)速∴聯(lián)軸器SCXWKNo.34合格導(dǎo)軌的選型（1）預(yù)期額定動(dòng)載荷、靜載荷計(jì)算為靜態(tài)安全系數(shù)，取為每個(gè)滑塊承受重量，由于兩滑塊裝在一個(gè)導(dǎo)軌上，=0.81fc：接觸系數(shù)，見下表，因?yàn)槊扛鶎?dǎo)軌上安裝兩個(gè)滑座，取fc=0.81。圖圖2-29fc(2)導(dǎo)軌長(zhǎng)度計(jì)算導(dǎo)軌長(zhǎng)有效行程+工作臺(tái)長(zhǎng)度+余量=600+200+50mm=850mm（3）選擇導(dǎo)軌型號(hào)根據(jù)以上求得的預(yù)期額定動(dòng)負(fù)載計(jì)算、預(yù)期額定靜負(fù)載計(jì)算和導(dǎo)軌長(zhǎng)查Misumi官方資料，選定導(dǎo)軌為型號(hào)為SSV2RL-850,H=24，L=850。軸承的校核圖2-30軸承受力分析圖圖2-30軸承受力分析圖選型7002HTDF（左）GMP66004zz(右)圖2-21軸承的有關(guān)參數(shù)圖2-21軸承的有關(guān)參數(shù)基本額定動(dòng)載荷基本額定靜載荷7007HTDF5.8Kn3.15Kn6004ZZ9.4kN5.05kN軸承預(yù)期壽命：15000h(機(jī)械設(shè)計(jì)P318)其中，m為螺母質(zhì)量（THK253）左極限：對(duì)于6004ZZ,徑向載荷軸向載荷（初步）式13-8a按表13-6，按表13-5，X=0.56∴軸承應(yīng)有的基本額定動(dòng)載荷：右極限：對(duì)于6004ZZ,徑向載荷軸向載荷∴X取0.56，Y取1.99∴6004ZZ作為支撐端軸承合適對(duì)于7002HTDFGMP5左極限：取右極限：∴7002HTDF作為固定端軸承合適GMP5系統(tǒng)精度計(jì)算①軸向剛性對(duì)精度的影響：滾珠絲杠的拉壓剛度：其中，圖2-22剛性值圖2-22剛性值軸向間隙，單向不考慮導(dǎo)程精度C3，查表12μm溫度影響：加冷卻，不考慮故，系統(tǒng)諧振頻率計(jì)算①電機(jī)：n=3000rpm,P=100w,②滾珠絲杠：工作臺(tái)：最大進(jìn)給速度v=12mpm,導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ=0.005