織襪自動包裝機設計說明書

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1、 摘 要 本文主要介紹了一種包裝機械—織襪自動包裝機折疊機構的工作原理及其設計過程，傳統(tǒng)織襪包裝都是由人工手動完成包裝，包裝效率底。本文設計一種織襪包裝機的折疊機構，折疊由氣動葉片式擺缸進行翻轉，翻轉完成由滾珠絲杠和伺服電機進行輸送，送入下一道工序。 本次設計了以滾珠絲杠為核心元件的織襪包裝機折疊機構機構。織襪折疊機構傳動系統(tǒng)主要由電動機、滾珠絲杠、工作臺、聯(lián)軸器、導軌、葉片式擺缸組成。通過對織襪折疊機構的設計理論，首先進行了伺服進給傳動系統(tǒng)的總體方案設計以及機器精度的選擇；其次是織襪折疊機構設計的滾珠絲杠的計算與選擇、滾珠絲杠支承軸承的選擇、通過計算選擇進給傳動系統(tǒng)的其他相關元器件、對

2、傳動系統(tǒng)的剛度、慣量匹配等進行了校核驗算；再次通過計算來選擇進給傳動系統(tǒng)的伺服電動機以及聯(lián)軸器，最后進行導軌的選擇。證明計算得出的結果較好得滿足了提出的設計要求，利用Auto CAD軟件繪制了相關的裝配圖。 關鍵詞：織襪折疊機構, 伺服系統(tǒng), 滾珠絲杠 Abstract This paper mainly introduces a folding mechanism of socks automatic packaging machine packaging machinery, weaving the working

3、principle and design process, the traditional hosiery package is accomplished manually packaging, packaging efficiency. The folding mechanism this paper design a sock packing machine, folding by pneumatic vane swing cylinder to flip, flip the complete delivery by the ball screw and servo motor, into

4、 the next procedure. This design with ball screw for hosiery packaging machine folding mechanism of the core element. Hosiery folding mechanism transmission system mainly consists of a motor, ball screw, table, coupling, guide vane, swing cylinder. Based on the design theory of hosiery folding mech

5、anism, first of all, the overall scheme of feed drive servo system design and machine precision selecting; secondly is the square linear guide center design height measuring mechanism of ball screw, calculation and selection of ball screw support bearing selection, through calculation and selection

6、of other related components, feed drive system on the drive system stiffness, inertia matching were checking calculation; again through calculation to select the feed drive system of the servo motor, coupling, finally guide selection. The calculated results prove that better meet the requirements of

7、 the proposed design, drawing assembly drawings related software using Auto CAD. Keywords: Hosiery folding mechanism, servo system, the ball screw 目錄 摘 要 1 Abstract 2 1 緒論 4 1.1課題的意義 4 1.2 包裝設備的特點及發(fā)展方向 4 1.3 包裝機工業(yè)的概況及展望 6 1.3.1 包裝機械概況 6 1.3.2 包裝機械展望 7 1.4 本課題主要研究的內容 7 2 織襪包

8、裝機折疊機構的總體設計 8 2.1 主要性能參數(shù) 8 2.2 進給傳動系統(tǒng)的精度要求 8 2.3 進給傳動伺服系統(tǒng)的選擇 9 2.4 進給傳動系統(tǒng)的要求及傳動類型的選擇 9 2.4.1 進給傳動系統(tǒng)的要求 9 2.4.2 進給傳動系統(tǒng)類型的選擇 10 2.5 電機與絲杠聯(lián)接方式的選擇 10 2.6 支撐形式方案的選擇 11 2.7 折疊原理 12 3 移動進給系統(tǒng)系統(tǒng)設計 13 3.1 擬定技術參數(shù) 13 3.2 滾珠絲杠的計算及選擇 14 3.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇 16 3.4 滾珠絲杠的校核 18 3.4.1 臨界壓縮負荷 1

9、8 3.4.2 臨界轉速 19 3.4.3 滾珠絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 19 3.4.4 滾珠絲杠扭轉剛度 21 3.4.5 滾珠絲杠傳動精度計算 22 3.5 滾珠絲杠進給傳動系統(tǒng)變形計算 23 3.5.1 滾珠絲杠精度計算 23 3.6 伺服電機的選擇與計算 26 3.6.1 進給伺服電機的校核 27 3.7 聯(lián)軸器的選擇 29 結 論 30 致 謝 31 參考文獻 32 29 1 緒論 1.1課題的意義 機器織襪效率高，但大多采用手工包裝（裝訂）。采用織襪自動包裝機，能提高包裝效率，減少人工費用。本次設計

10、的織襪折疊機構整個機構采用伺服電機配絲杠螺母的傳動結構，傳動精度高，通過伺服電機的速度控制模式，可以輸出恒定的速度。課題大大提高織襪包裝的速度。 在課題設計的過程中我們能學到較多課堂上學不到的東西，在設計進行階段指導老師提供了很多相關機械機構設計的基本要求和設計思路，整個設計過程中使受益匪淺。是我在即將離開學校踏入社會一次重要的設計體驗。也是為以后的工作生活打下了基礎，在此過程中我學到機械產品的設計方法和步驟。這次設計是我在指導老師的指導下一點點親自完成，無論是在市場調研考察還是設計資料的查閱，都使得我們學到了很多東西。 在設計過程中用到很多機械設計的基礎課程知識，由于長期沒有得以應用，

11、很多的基礎知識也都忘記了。使得我又從新把大一、大二、大三學習的基礎知識重新溫習。真正實現(xiàn)了學以致用的目的。 1.2 包裝設備的特點及發(fā)展方向 包裝機械的作用是給有關行業(yè)提供必要的技術裝備,以完成所要求的產品包裝工藝過程。為了對包裝機械的發(fā)生和發(fā)展找出規(guī)律性認識并制訂適當?shù)膶Σ?有必要深入地了解它的一些特點。 一、包裝機械是特殊類型專業(yè)機械 包裝機械為特殊類型的專業(yè)機械,機種繁多,綜合研究工藝、材料、設備乃是開拓包裝新技術的根本途徑。 首先指出,包裝物品不僅花色品種多,而且大都是可變化的,如不同粘度的液體,不同粒度的散體和各種片狀、塊狀、束狀、環(huán)狀及異形的物體等。而且人們對食品、

12、藥品、日用消費品等的包裝還常提出更多更高的要求,以致在客觀上便形成了包裝機械突飛猛進、更新較快的局面。 任何事物之間總有它們的共性與個性。若能按照具體條件探索出一種模塊化(或稱積木式)的包裝機械體系,通過適當改變模塊的組合,使之具有不同的功能和生產能力,那么必會有助于簡化設備構造,實現(xiàn)設計制造的計算機化,縮短工作周期,降低生產成本,增強市場競爭能力。如有的制袋成型充填機,只配備幾種加料裝置就實現(xiàn)了一機多用。 鑒于大多數(shù)包裝機構復雜、動作精確、運行速度快、工位多,所以應力求其工作協(xié)調可靠,盡量少發(fā)生故障和誤動作。為此,要設法改善自動包裝機及自動包裝線的整機造型、總體布局、故障顯示和安全防護等

13、措施。 總之,現(xiàn)代包裝不單作為一個獨立的工業(yè)部門已經取得了驚人的進展,同時也逐步形成為一門嶄新的綜合性學科,即國際上公認的“包裝工程學”。其中包括包裝材料學、包裝工藝學、包裝設計學、包裝印刷學、包裝動力學、包裝機械學、包裝檢測學、包裝管理學、 以及包裝標準化等重要分支。反過來,這又為包裝工業(yè)的健全發(fā)展打下堅實的理論與實踐基礎。 二、在發(fā)展專用機種的同時,積極開發(fā)通用包裝機械 包裝機械在發(fā)展專用機種的同時,為滿足現(xiàn)代包裝的實際需要正在不斷擴大其通用能力,積極開發(fā)各種新型的通用包裝機。 研制通用包裝機的目的,一是要適應被包裝物品、包裝材料和包裝形式的多樣化;二是要照顧當前制造使用單位的

14、技術力量、設備配備和生產成本。例如對裝箱、封箱、捆扎、結扎等流水線傳送來的多規(guī)格物件,已經能夠實現(xiàn)隨機處理。當它們一到達包裝工位便可自動調節(jié)執(zhí)行機構而完成所規(guī)定的包裝作業(yè)。今后如何擴大混流自動包裝線的隨機處理范圍,則是國際包裝界的科技人員深感興趣的一大課題。 應該指出,在強調通用包裝機的發(fā)展時,還要注意發(fā)展專用機種?，F(xiàn)以膠囊和卷煙的包裝為例,鑒于其形狀和尺寸能保持相對穩(wěn)定,因而宜于選用專用包裝機,以便簡化結構和控制系統(tǒng),大幅度提高生產能力并且可組成多功能包裝機或者自動包裝線。 總之,通用、多用、專用包裝機的分類,主要取決于包裝品種和包裝批量的多少與組合。它們都各有特點和適用范圍,只不過在

15、發(fā)展的比重上要隨著社會的需求而有所側重。許多國家曾走過的發(fā)展包裝機械的成功道路足以證實這一點。 三、包裝機械日趨聯(lián)動化、高速化、自動化 包裝機械日趨聯(lián)動化、高速化,并相應提高自動化技術水平,使設備功能逐步完善。在這方面,國際包裝機械的發(fā)展大體上經歷了四個主要階段： 第一階段—從本世紀初直至第二次世界大戰(zhàn)結束以前,在食品、醫(yī)藥、卷煙、火柴、日用化工等工業(yè)部門實現(xiàn)了包裝作業(yè)的機械化。 第二階段—五十年代,包裝機廣泛采用以普通電開關和電子管為主的自動控制系統(tǒng),實現(xiàn)了初級自動化。 第三階段—六十年代,以機電液氣綜合技術(包括由晶體管等元件組成的控制系統(tǒng))裝備起來的先進包裝機明顯增多,機種進一

16、步擴大,在此基礎上實現(xiàn)了專用的自動包裝。 第四階段—七十年代,將微電子技術引入自動包裝機和自動包裝線,實現(xiàn)了由電子計算機控制的包裝生產過程。從八十年代初開始,在某些包裝領域里將微機、機械人更多地應用于供料、檢測和管理等方面,準備向柔性自動包裝線和“無人化”自動包裝車間過渡。 1.3 包裝機工業(yè)的概況及展望 1.3.1 包裝機械概況 在世界范圍內,包裝工業(yè)的發(fā)展歷史比較短些,科學技術發(fā)達的歐美各國大體上是在本世紀初葉起步的,及至五十年代步伐才大為加快。由于社會上各方面的積極推動和有力配合,終于逐步地建立起包裝材料、包裝印刷、包裝機械等生產部門和與之相適應的科研、設計、情報、教育、學術、管

17、理等組織機構,進而形成了獨立完整的包裝工業(yè)體系,且在整個國民經濟中占居著重要地位。1968年,世界包裝聯(lián)盟(WPO)宣告成立,各國的包裝行業(yè)與學術團體更加發(fā)展壯大。 根據(jù)近幾年的統(tǒng)計資料得知,這些國家包裝工業(yè)的總產值大約占國民經濟總產值的2%左右;其中包裝機械所占比重雖然不算很大,但發(fā)展迅猛,平均每年幾乎以10%左右的速率增長。 現(xiàn)在投產使用的包裝機已超過千余種(約半數(shù)屬于食品包裝機械),同時包裝聯(lián)合機及自動線的配套設備已與單機等量齊觀了。根據(jù)世界新技術革命的發(fā)展趨勢,預料包裝材料以及與此緊密相關的包裝工藝和包裝機械將會取得一系列新的突破,并且?guī)痈嗟漠a業(yè)部門進入包裝行列。這種形勢反過

18、來又會影響科研、教育事業(yè),要求未來有大批包裝專家。因此,一般認為,一個國家包裝工業(yè)的總水平基本能反映該國工業(yè)與科學技術現(xiàn)代化的進程。然而由于各國的歷史條件、社會制度、經濟基礎及科技水平有所差異,以致各自的發(fā)展狀況也出現(xiàn)一定的不平衡。 美國的包裝工業(yè)發(fā)展較早,門類齊全,基礎扎實,水平很高。僅就包裝機械制造業(yè)而論,實力相當雄厚,其品種與總產值均居世界首位。由于國內已實現(xiàn)了工業(yè)現(xiàn)代化,自選市場蓬勃興起,客觀上要求包裝機械沿著自動化方向發(fā)展,并將電子計算機及其他有關新技術廣泛應用于生產過程。 1.3.2 包裝機械展望 今后要運用系統(tǒng)工程觀點,進一步統(tǒng)籌規(guī)劃,分工發(fā)展食品、農副產品、醫(yī)藥、輕工、

19、兵器等部門所急需的包裝機械及包裝線配套設備;還須抓好包裝材料加工與成型機械、包裝檢測裝置以及包裝機基礎件的生產;并且充分利用現(xiàn)有條件全面開展產品的系列化、零部件的通用化和標準化等工作,以加速包裝機械更新?lián)Q代的步伐。 然而從全局看,我國的包裝工業(yè)同國際的先進水平相比依然存在著明顯的差距,尚且是國民經濟中較為薄弱的一個環(huán)節(jié)。為盡快改變這種面貌,最近我國已制訂并頒布了1986—2000年的全國包裝工業(yè)發(fā)展綱要。其中提到：包裝工業(yè)各行各業(yè)的技術、裝備及管理水平要有較大的提高。1990年,重點包裝企業(yè)已達到國際八十年代初期先進水平。到2000年,重點包裝企業(yè)要達到國際九十年代中期先進水平或國際同期先進

20、水平。的確,任重道遠。但是,我們相信,只要立足本國,放眼世界,不屈不撓,艱苦奮斗,那么,在不遠的將來,建立起中國的獨立完整的包裝工業(yè)體系這一宏大目標,就一定能夠實現(xiàn)! 1.4 本課題主要研究的內容 本次畢業(yè)設計的任務是進行單次、單雙織襪裝訂機的折疊機構的設計，折疊速度為每分鐘20雙。通過查找織襪包裝機相關參考資料，根據(jù)設計任務要求和設計參數(shù)，我們擬定完成以下幾點內容： 1、 確定織襪包裝機折疊機構的總體設計方案，如動力裝置，傳動裝置，執(zhí)行裝置等。本次設計采用伺服電機驅動滾珠絲杠實現(xiàn)折疊完成的織襪的輸送，折疊機構采用葉片式擺動氣缸完成工作。 2、 主要零部件的設計計算，包括伺服電機的選擇

21、校核、滾珠絲杠的選擇校核、聯(lián)軸器的選擇校核等。 3、完成設備工程圖紙的繪制，包括裝配圖和主要零部件圖。 2 織襪包裝機折疊機構的總體設計 2.1 主要性能參數(shù) 本設計對織襪折疊機構的進給系統(tǒng)進行了設計，該織襪折疊機構具有剛度高、排屑功能流暢、運轉噪音低、傳動效率高、精度保持性好、有效壽命長等優(yōu)點。 對織襪折疊機構的進給伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機驅動系統(tǒng)，并合理選用高精度元器件，保證了伺服系統(tǒng)達到要求的精度、重復定位精度，并使其具有高剛度和良好的穩(wěn)定性。本次設計主要設計參數(shù)有： 驅動作用力：F=100N=10Kg 整機有效行程：850mm 2

22、.2 進給傳動系統(tǒng)的精度要求 良好的電氣部件設計和機械結構設計，能保證進給伺服系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。本設計著重進行進給伺服系統(tǒng)的機械結構設計、傳動設計。本次設計的進給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副傳動，單軸具有較高的定位精度和重復定位精度。 2.3 進給傳動伺服系統(tǒng)的選擇 1、開環(huán)伺服系統(tǒng) 開環(huán)伺服系統(tǒng)是織襪折疊機構中最簡單的伺服系統(tǒng)，開環(huán)進給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進電動機性能的限制。但由于其結構簡單，易于調整，在精度要求不太高的場合中得到較廣泛的應用。 2、閉環(huán)控制系統(tǒng) 因為開環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足織襪折疊機構的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。

23、閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測裝置對織襪折疊機構工作臺位移進行直接測量并進行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。 3、半閉環(huán)控制系統(tǒng) 采用旋轉型角度測量元件（脈沖編碼器、旋轉變壓器、圓感應同步器等）和伺服電動機按照反饋控制原理構成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測裝置安裝在電動機軸端。 織襪折疊機構要求達到預定的精度要求以外，根據(jù)需求，并且考慮到經濟的效益，還要求具有良好的穩(wěn)定性和快速響應能力。基于這些要求，本設計采用閉環(huán)控制方式，包含力矩反饋環(huán)和速度反饋環(huán)閉環(huán)控制能夠較好地減小誤差，有利于提高機

24、器性能。 2.4 進給傳動系統(tǒng)的要求及傳動類型的選擇 2.4.1 進給傳動系統(tǒng)的要求 織襪折疊機構進給傳動裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，織襪折疊機構的進給傳動系統(tǒng)必須滿足: 1、低慣量； 2、低摩擦阻力； 3、高剛度； 4、高諧震； 5、消除傳動間隙。 2.4.2 進給傳動系統(tǒng)類型的選擇 織襪折疊機構的基本傳動方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。 1、滾珠絲杠螺母副 在織襪折疊機構上將回轉運動與直線運動相互轉換的傳動裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點是：傳動效率高，一般為η=0.92～0.98；傳動靈敏，摩擦力小，不易產

25、生爬行；使用壽命長；具有可逆性，不僅可以將旋轉運動轉變?yōu)橹本€運動，亦可將直線運動變成旋轉運動；軸向運動精度高，施加預緊力后，可消除軸向間隙，反向時無空行程；是目前中、小型織襪折疊機構的常見的傳動方式。 2、靜壓絲杠螺母副 其特點是：摩擦系數(shù)??；僅為0.0005；平穩(wěn)性高；反向間隙小。但是，靜壓絲杠螺母副應有一套供油系統(tǒng)，而且對有的清潔度要求高，如果在運動中供油忽然中斷，將造成不良后果。 由以上兩種形式進行比較，根據(jù)根據(jù)設計要求，縱向進給傳動系統(tǒng)和拉伸/壓縮進給系統(tǒng)系統(tǒng)都應該采用滾珠絲杠螺母副的傳動方式。 2.5 電機與絲杠聯(lián)接方式的選擇 滾珠絲杠與電動機的聯(lián)接的型式主要有三種：

26、1、與聯(lián)軸器直接聯(lián)接 這是一種最簡單的連接型式。這種結構型式的優(yōu)點是：具有最大的扭轉剛度；傳動機構本身無間隙；傳動精度高；而且結構簡單、安裝、調整方便；適用于像中小型號的織襪折疊機構。聯(lián)軸器采用彈性柱銷聯(lián)軸器，它能補償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象.采用這種彈性柱銷聯(lián)軸器把電動機與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡化結構，減少噪聲，而且可以消除傳動間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來的傳動誤差,提高傳動剛度。 2、通過齒輪聯(lián)接 這種調整方法的優(yōu)點是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無間隙嚙合。但是結構比較復雜，軸向尺寸大、傳動剛度低、傳動平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機器中。 3

27、、通過同步齒形帶聯(lián)接 同步齒輪帶傳動具有帶傳動和鏈傳動的共同優(yōu)點,與齒輪傳動相比它結構更簡單,制造成本更低,安裝調整更方便，并且傳動不打滑，不需要大的張緊力。 但是在同步齒形傳動設計時對材料的要求很高。 在滿足機器要求的前提下，通過對比，本設計采用通過電動機與滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器聯(lián)接，這是一種簡單的聯(lián)接形式，具有大的扭轉剛度，制造成本低，傳動精度高，而且結構簡單，安裝調整方便。 2.6 支撐形式方案的選擇 滾珠絲杠螺母副是一種將旋轉運動轉化為直線運動的理想傳動件，因其具有螺紋絲杠無法比擬的優(yōu)點，被廣泛應用于各行業(yè)，更是普通織襪折疊機構、精密機器不可或缺的零部件，兼具高效率、高精度、可

28、逆性等特點。 滾珠絲杠的支撐形式有四種： 如圖2.1所示： （a）此種形式適用于中小載荷，低速，短絲杠垂直安裝； （b）此種形式適用于中等轉速，高速度，高精度； （c）此種形式適用于中等載荷，中等轉速； （d）此種形式適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的機器。 （a）一端固定、一端自由 （b）兩端游動 （c）一端固定、一端游動 （d）兩端固定 圖2.1 滾珠絲杠的支撐形式 從剛度計算可以看出，絲杠的支撐方式對絲杠的剛度影響很大。采用兩端固定的支承方式壓桿穩(wěn)定性和臨界

29、轉速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，絲杠可以預拉伸，預拉伸后可減小絲杠自重下垂和補償熱膨脹以及絲杠高速回轉時自由端的晃動。因此本設計采用兩端固定的支撐方式。 采用兩端固定的支撐方式適用于對剛度和位移精度要求高的場合，符合本設計的設計要求。 對于伺服電機，由于系統(tǒng)要求精度高，壓縮/拉伸和總行程調節(jié)兩軸應該分別采用獨立電機驅動，不宜采用步進電機驅動，因此選用交流伺服電機。 2.7 折疊原理 本次設計的折疊機構的核心部件為葉片式擺動氣缸，折疊原理如圖2-2所示： 圖2.2 折疊原理圖 如圖2.2所示，伺服電機驅動滾珠絲杠帶動移動襪子擺臺在X軸方向上運動，起始位置移動襪子擺臺

30、和翻轉板靠在一起，未折疊的襪子由上一道工序平鋪在翻轉版和移動擺臺上，翻轉機構翻轉180°，完成一次折疊，折疊好的襪子由伺服電機帶動滾珠絲杠移動到下一道工序處，一次工作完成。 3 移動進給系統(tǒng)系統(tǒng)設計 3.1 擬定技術參數(shù) 最大行程850mm； 快速進給速度：10 m/min； 最小牽引力：10KG 最大牽引力假定：20KG 預估托盤質量：30kg； 滑板的估計尺寸（長寬高）：140mm140mm22mm； 3.2 滾珠絲杠的計算及選擇 1、滾珠絲杠導程的確定 在本設計中，電機和絲杠直接相連，傳動比為，設電機的最高工作轉速為，則絲杠導程為：

31、 (3.1) ，取 2、確定絲杠的等效轉速 (3.2) 由公式(3.2),最大進給速度時絲杠的轉速： 最小進給速度時絲杠的轉速： 絲杠等效轉速：（取 ） (3.3) ，——轉速，作用下的時間(s)。 3、估計工作臺質量及工作臺承重 由已知參數(shù)可知 總質量： 4、確定絲杠的等效負載 工作負載是指機器工作時，實際作用在滾珠絲杠上的軸向

32、壓力。選定導軌為滑動導軌，取摩擦系數(shù)為0.03。 (3.4) 5、確定絲杠所受的最大動載荷 (3.5) fw——負荷性質系數(shù)；（查表：當一般運轉時，fw 為1.21.5，取fw=1.5。） ft——溫度系數(shù)； fh——硬度系數(shù)；（查表：滾道實際硬度≥HRC58時，fh=1。） fa——精度系數(shù)；（查表：當精度等級為3時，fa=1.0。） fk——可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時，fk =1.00。) Fm——等效負荷(N)

33、； nm——等效轉速(r/min)； Tn——工作壽命(h)。（查表得：織襪折疊機構：Th=15000。） 由公式(3.5) 6、由絲杠軸向壓力選取絲杠底徑 （3.6） 式中， —X軸滾珠絲杠底徑，mm； —絲杠支承距離， mm； —壓彎臨界載荷，N； —與絲桿支承方式有關的臨界載荷系數(shù)，見表3.1 表3.1 系數(shù)和 支承方式 雙推-雙推 21.9 20.3 雙推-支承 15.1 10.2 單推-單推 9.7 5.1 雙推-自由 3.4 1.3 計算為保證強

34、度和精度，估取進行計算。將各項數(shù)值代入式（3.6），得：。 7、最大轉速限制 滾珠絲杠的最大轉速應滿足下式的要求： （3.7） 式中， —絲杠底徑，mm； —絲杠最大轉速，r/min； —常取=50000~70000. 已知絲杠最大轉速為，取=70000計算，得：。 8、選擇絲杠直徑 由上述計算結果，可以得知選取的滾珠絲杠須滿足如下的式子的限制： 9、選擇滾珠絲杠型號 由文獻[7,8]可知，查表選定為上銀精密絲杠制造有限公司生產的外循環(huán)插管式墊片預緊導珠管埋入型絲杠，型號： BSBR1606。絲杠公稱直

35、徑為φ16mm，基本導程。 3.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇 計算動態(tài)等效載荷： 表3.2 徑向載荷系數(shù)（）和軸向載荷系數(shù) （） 組合列數(shù) 2列 3列 4列 組合形式代號 DF DT DFD DTD DFT DFF DFT DTT 承受軸向載荷的列數(shù) 1列 2列 1列 2列 3列 1列 2列 3列 4列 1.9 — 1.43 2.33 — 1.17 2.33 2.53 — 0.54 — 0.77 0.35 — 0.89 0.35 0.26 — 0.92 0.92 0.92

36、 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 — — — — — — — — — 動態(tài)等效載荷： （3.8） 式中，—徑向載荷, N； —軸向載荷, N； —徑向載荷系數(shù)； —軸向載荷系數(shù)。 計算動載荷： （3.9） 代入數(shù)值，查閱《機械設計手冊》，可得底徑為12.9mm的滾珠絲杠的右端軸承內徑應略小于絲杠外徑，取，型號規(guī)格為12TAC47A。滿足設計要求。 在本設計中采用固定——固

37、定安裝的雙螺母墊片預緊的成對滾珠絲杠專用軸承組合。 滾珠絲杠支承用專用軸承的特點： 1、剛性大。采用特殊設計的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60°軸向剛性大。 2、不需要預調整。對每種組合形式，生產廠家已作好了能得到最佳預緊力的間隙，故用戶在裝配時不需要再調整，只要按廠家作出的裝置序列符號排列后，裝緊即可。 3、起動力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動力矩小。 為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。 3.4 滾珠絲杠的校核 滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動固有頻率，其扭轉剛度影響扭轉固有頻率。承受軸向

38、負荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度Ke由絲杠本身的拉壓剛度Ks，絲杠副內滾道的接觸剛度Kc，軸承的接觸剛度KB，螺母座的剛度KH，按不同支承組合方式的計算而定。扭轉剛度按絲杠的參數(shù)計算。 3.4.1 臨界壓縮負荷 絲杠的支承方式對絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對絲杠進行預拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。 臨界壓縮負荷按下式計算： (3.10) 式中

39、E——材料的彈性模量E鋼=2.1×1011(N/m2)； L0——最大受壓長度(m)； K1——安全系數(shù)，取K1=1/3； Fmax——最大軸向工作負荷(N)； f1——絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙固——雙固時，f1=4，f2=4.730) I——絲杠最小截面慣性矩(m4)： (3.11) 式中 d0——絲杠公稱直徑(mm)； dw——滾珠直徑(mm)。 絲杠螺紋部分長度，取 經過設計論證絲杠全長為 由公式(3.6) 可見遠大于，臨界壓縮負荷滿足要求。 3.4

40、.2 臨界轉速 (3.12) 式中 A——絲杠最小橫截面： ——臨界轉速計算長度： 取 ， ——安全系數(shù)，一般取 ； ——材料的密度：； ——絲杠支承方式系數(shù)，查表得， 滿足要求。 3.4.3 滾珠絲杠拉壓振動與扭轉振動的固有頻率 滾珠絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式： 兩端固定： （3.13） 式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)； KH——螺母座的剛度(N/μm)； Kc——絲杠副內滾道的接觸剛

41、度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 （1）絲杠副內滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號樣本； （2）軸承的接觸剛度可查軸承型號樣本； （3）螺母座的剛度可近似估算為1000； （4）絲杠本身的拉壓剛度。 對絲杠支承組合方式為兩端固定的方式： (3.14) 式中 A——絲杠最小橫截面，； E——材料的彈性模量，E=2.11011(N/m2)； l——兩支承間距(m)； a——螺母至軸向固定處的距離(m)。 已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸

42、剛度，絲杠的最小拉壓剛度，螺母座剛度。 絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動的固有頻率： (3.15) 式中 m——絲杠末端的運動部件與工件的質量和(N/μm)； Ke——絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)。 顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，能滿足要求。 3.4.4 滾珠絲杠扭轉剛度 滾珠絲杠的扭轉剛度按下式計算： (3.16) 式中 ——絲杠平均直徑： L——絲杠長度 扭轉振

43、動的固有頻率: (3.17) 式中 JW——運動部件質量換算到絲杠軸上的轉動慣量(kg·m2)； JZ——絲杠上傳動件的轉動慣量(kg·m2)； JS——絲杠的轉動慣量(kg·m2)。 由文獻[7，8]得： 平移物體的轉動慣量為： 絲杠轉動慣量： 顯然，絲杠的扭轉振動的固有頻率遠大于1500r/min，可以滿足設計要求。 3.4.5 滾珠絲杠傳動精度計算 滾珠絲杠的拉壓剛度 ：

44、 (3.18) 導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為9mm和100mm。 最大與最小傳動剛度： 最大和最小機械傳動剛度： 由于機械傳動裝置引起的定位誤差為 (3.19) 對于3級滾珠絲杠，其任意300mm導程公差為 ，機器定位精度，所以，，可以滿足由于傳動剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機器定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補償，定位精度能進一步提高[10]。 3.5 滾

45、珠絲杠進給傳動系統(tǒng)變形計算 本精密織襪折疊機構的進給傳動系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)的精度取決于組成進給系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的精度，由下列幾部分誤差組成：滾珠絲杠副制造的誤差和由于載荷與溫度變化的作用產生的絲杠、螺母、軸承、聯(lián)軸器及伺服系統(tǒng)的誤差 。滾珠絲杠副制造誤差由所選絲杠副的精度決定，可按任意300mm行程內行程變動量而定。 3.5.1 滾珠絲杠精度計算 1、滾珠絲杠的軸向變形量計算 絲杠的拉伸或壓縮變形量 在軸向載荷作用下，絲杠在軸線方向上被拉伸或壓縮，變形量的大小與支承方式和螺母工作位置有關。由于絲杠采用兩端固定的形式，根據(jù)材料力學求解超靜定計算式，求得變形量：

46、 （3.20） 式中，F(xiàn)—軸向工作載荷，N； E—彈性模量，對于鋼，E=20.6×N/； A—絲杠截面積（按底徑定），； L—絲杠在支承間的受力長度，； a,b—螺母至兩支承端的距離， 當螺母運動到兩支承端中點時，變形最大，其最大變形量： （3.21） 絲杠底徑為12.9，F(xiàn)=209N，根據(jù)前面計算結果，取L=930，，代入數(shù)值，得， 絲杠扭轉變形所產生的軸向變形量 絲杠工作過程中受到扭矩作用，扭轉變形將引起絲杠導程發(fā)生變化。一個導程的變

47、化量： （3.22） 式中，—絲杠導程，mm； —扭矩作用下絲杠每一導程長度兩截面上的相對扭轉角，rad。 則絲杠受扭矩作用在支承長度L上產生的軸向變形量： （3.23） 根據(jù)材料力學公式，計算扭轉角： （3.24） 式中，—絲杠的驅動扭矩，； —剪切彈性模量，對鋼，G=8.24×N/； —絲杠截面慣性矩，。 根據(jù)進給系統(tǒng)設計過程中驅動電機

48、的選擇計算，已算出M=2700 Nmm，因此，得： 由于絲杠較短，絲杠自重彎曲所引起的軸向變形量可以忽略不計。 故可以求得在載荷作用下，絲杠的軸向變形量： 2、滾珠與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量 螺母體變形量包括螺母和螺母座的變形量、螺母的固定螺栓所產生的軸向變形量與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量，由于螺母和螺母座的剛性好，可以不考慮其變形。因采用預緊螺母，對固定螺栓的變形也可以略去不計。對螺母體的變形只需考慮滾珠與滾道面彈性接觸變形量。 取=1.04，故有： （3.25） 式中：R—滾道半徑，mm； 、

49、—分別為滾珠半徑、直徑，mm； —接觸角，=； —工作的滾珠數(shù)，； —軸向預緊力，N； —滾珠絲杠副公稱直徑，mm。 將各參數(shù)帶入上式，得：mm=0.462。 3、支承滾珠絲杠的軸承的軸向變形量 軸承剛度為1080，估算其最大軸向變形： 滾珠絲杠選用3級精度，可查得其其任意300mm導程公差為 ,機器定位精度，所以，，綜上所述，可得本機器X軸（橫向）進給系統(tǒng)定位誤差為： 滿足定位精度要求。 3.6 伺服電機的選擇與計算 選擇的進給系統(tǒng)的伺服電機，應滿足如下要求： 1、在所有進給速度范圍內（包括快速移動），空載進給力矩應小于電動機額定轉矩； 2、最大切削力矩

50、小于電動機額定轉矩； 3、加、減速時間應符合所希望的時間常數(shù)； 4、快速進給頻繁度應在希望值之內。 為選取滿足上述要求的電動機，需要進行負載扭矩計算，功率計算，加減速扭矩計算，并進行慣量匹配驗算。 根據(jù)文獻[11]，扭矩的計算為： 1、理論動態(tài)預緊轉矩 查表知3級滾珠絲杠 ， 而 (3.26) 2、最大動態(tài)摩擦力矩 對于3級滾珠絲杠，， (3.27) 3、驅動最大負載所耗轉矩

51、 (3.28) 4、支承軸承所需啟動扭矩 查軸承表： 對于的軸承，其， 對于的軸承，其， 則 。 5驅動滾珠絲杠副所需扭矩 6、電機的額定轉矩 7、快進至最大速度時所需功率： （3.29） 式中，—快進最大需求功率，kw； —快進速度，m/s， —慣性力，N。 由電動機的功率要滿足下式的關系：

52、 （3.30） 式中，—進給傳動系統(tǒng)機械效率，綜合考慮絲杠預緊、導軌、聯(lián)軸器效率的影響，取0.85； —電機超載時的容許系數(shù)，一般取1.25。 綜上計算，選擇的電機應滿足轉矩和功率兩方面要求，滿足轉矩：，功率：。 通過翻閱資料和傳統(tǒng)經驗，預選用臺達的電機，具體選擇電機型號為臺達的A2-750交流伺服電機，電機的具體參數(shù)為： 額定電壓 電機軸直徑 額定轉速 計算功率 同時此電機購進時，已安裝脈沖編碼器和制動器。

53、 3.6.1 進給伺服電機的校核 電機慣量的驗算 各部分折算到絲桿軸的轉動慣量如下所求： 1、工作臺折算到絲桿上的轉動慣量為： 2、絲桿的轉動慣量為： 其中求解為： 3、螺母的轉動慣量估算為： 負載及機械傳動裝置總的轉動慣量為： 4、而臺達電動機的轉動慣量為： 5、全部的轉動慣量為： 根據(jù)慣性匹配原則， 滿足 綜上計算，選擇的電機符合設計要求。 3.7 聯(lián)軸器的

54、選擇 滾珠絲杠與電動機的聯(lián)接的型式為與聯(lián)軸器直接聯(lián)接，依據(jù)《機械設計手冊》，選取可用于高、低溫，高、中速，大轉矩和有油和水的場合的聯(lián)軸器。在此，根據(jù)電機軸直徑、長度和絲杠鏈接尺寸來選定型號，選擇聯(lián)軸器為：HL114-12型彈性聯(lián)軸器符合條件。 HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器具有結構簡單，更換尼龍柱銷方便，不需移動兩個半聯(lián)軸器；尼龍柱銷有較好的耐磨性和自潤滑性，維護簡易。 結 論 本次設計的是織襪折疊機構進給傳動系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)中的尺寸計算及結構設計，并對其進行一系列的校核，各項性能指標完全滿足要求，說

55、明設計的結構是合理的。然后選擇絲杠和電機等。由于專業(yè)知識的限制，無法對復雜的控制系統(tǒng)進行設計。 織襪折疊機構是促進國民經濟發(fā)展的巨大源動力，它給機械制造業(yè)帶來了高倍率的效益增長和現(xiàn)代化的生產方式。隨著數(shù)控技術的發(fā)展，高品質，高可靠性，高性價比的CNC系統(tǒng)具有豐富的功能，為數(shù)控技術的發(fā)展提供了充足的物質技術條件。同時，也給織襪折疊機構的機械結構提出了更高的要求。因此，研究一臺織襪折疊機構對現(xiàn)代加工業(yè)具有重要的意義。 致 謝 這次畢業(yè)設計可以圓滿的完成，離不開導師XXX的悉心指導。從課題的提出和論證到論文完成，X導師淵博的學識、先進的學術思想、對待研究的嚴謹態(tài)度和無私的奉獻精神都是

56、學生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹向尊敬的X導師致以崇高的敬意和由衷的感謝。 經過這段時間的畢業(yè)設計，我感覺到掌握扎實的基礎知識和學會使用必要工具的重要性，深刻體會到網(wǎng)絡資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時，可以在網(wǎng)絡中尋找所需的資料，到相關的論壇上去求得幫助；學會靈活運用電腦網(wǎng)絡這個現(xiàn)代工具是我們必備的素質。同時畢業(yè)設計對我的英語水平也提出了較高的要求，通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實提高了我使用英語的水平，使我在今后的學習中不至落后現(xiàn)代技術發(fā)展的潮流。 在進行畢業(yè)設計的過程中 ，我的感激之情無以言表，僅以此文獻給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來無論深處何地，距離多遠，我

57、始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來對我的關心幫助讓我在學校的生活和學習中都能有親人般的感覺；感謝我的同學們，大家雖然來自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團結一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程?；厥状髮W四年，往事歷歷在目，心緒難以平復，如此多的關心和幫助讓我感到莫大的幸運，感覺充滿力量，無論是身邊的同學老師還是遠方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅持的最大動力，有了他們才真正讓我感受到這個世界是無與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會為他人貢獻我的綿薄之力。 參考文獻 [1]現(xiàn)代機械傳動手冊，機械工業(yè)出版社。 [2]機械設計，潭

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