机械5

本次设计中选用的滚珠丝杠型号为汉江机床厂C1-4005-2.5型滚珠丝杠副，公称直径为d0=40mm,导程P=5mm。采用两端支撑的支撑方式。该丝杆的额定载荷为：动载=11670N，静载=37658N，设定丝杆转速为540r/mi
n， (1)、最大工作载荷Fm的计算 工作台推料尺寸最大为1000mm*1000mm,所推板材的最大厚度为5mm，则板材的重量为 G=3m 3m 0.005m 8900kg/m3 10N/kg=444.8N 450N 由于滚珠是45#钢所以，经查得，钢-----钢的摩擦系数是0.15，摩擦力f为： f = FN =0.15 450=67.5N 得进给方向载荷Fx=f=67.5N，横向载荷F y =0,垂直载荷Fz=0 采用的是综合导轨,K=1.15, =0.15~0.18 Fm= =1.15 67.5 0.15 450=145.125N （2）、最大动载荷FQ的计算 FQ = 滚珠丝杆的寿命： = =60 540 15000/106 =486 载荷系数： =1.0~1.2 硬度系数： =2.40 滚珠丝杆副的最大工作载荷： =145.125N 得FQ =3286.1N 经比较丝杆的额定动载荷远大于实际最大动载荷，故丝杆可用。 （3）传动效率的计算 丝杆的螺旋升角： =2.280度 摩擦角： ，一般取10分 =93.176 （4）、丝杆的拉伸或者压缩变形量 最大工作载荷： ,单位为N =145.125N 丝杆两端支撑间的距离： ，单位为mm =2000 丝杆的弹性模量： ，钢的=2.1 105 MPa 丝杆按底径d2确定的截面积：单位为mm2 =39.20625 S= /4=1207.26 mm2 转矩：M，单位为N . mm M=145.125 20=2902.5 丝杆按底径d2确定的截面积惯性矩（ ），单位为mm4 I=75.45mm4 其中：“ ”用于拉伸，“”用于压缩。 经计算得=0.01668 滚珠与滚道间的接触变形量(有预紧) 有预紧： 无预紧： 滚珠直径：D,单位为mm D=3.175 滚珠总数量：圈数列数=92 单圈滚珠数： Z=37 为预紧力，单位为N =0.0007548 刚度验算： 丝杆的总变形量= =0.0174348 值不应大于机床定位精度的一半 （5）稳定性验算 丝杆属于受轴向力的细长杆，如果轴向负载过大，则可能产生失稳现象。失稳时的临界载荷Fk应满足： 临界载荷：单位为N 丝杆支撑系数： =1 K：压杆稳定安全系数，一般取2.5~4，垂直安装时取小值 滚珠丝杆两支撑端的距离：a单位为mm a=2000 =156.379> =145.125 2．2电机的选型 电机分为步进电机和交流伺服电机，交流伺服电机与步进电机相比，二者性能又有较大不同，它主要表现为： (1).控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、 1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机步距角更校如四通公司生产的一种用于慢走丝机床的步进电机，其步距角为0.09°；德国百格拉公司（BERGER LAHR）生产的三相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。 交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以松下全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。 (2).低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。 交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。 (3).矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。 (4).过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以松下交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机。 (5).运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。 (6).速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以松下MSMA 400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。 在我的推料进给装置中，基本上对启停速度要求不算太过严格，综上所述，初步选中电机类型为步进电机。具体型号是45BF003-Ⅱ。计算如下： （1）、步进电机转轴上的总转动惯量的计算 式中为工作台质量（kg） 为丝杠导程（cm） 计算： =(0.5/6.28)* (0.5/6.28)*30=0.1902 （2）、步进电机转轴上的等效负载转矩的计算 通常考虑两种情况：一种是快速空载启动，另一种是承受最大工作载荷。 快速空载启动时电机转轴所受的负载转矩 快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩，单位是 移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩，单位是 滚珠丝杆预紧后折算到电机转轴上的附加摩擦转矩，单位是 而上式中： 电动机转轴的角加速度，单位是 电动机的转速，单位是 电动机加速所用的时间，单位是s，一般在0.3~1s之间选取 经计算： =10.750 (35.83) 导轨的摩擦力，单位是N 滚珠丝杆的导程，单位是m 传动链总效率，一般取=0.7~0.85 总的传动比电机的转速丝杆的转速 经计算： =0.0671