課程設計-鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)設計【7張CAD圖紙+畢業(yè)論文】

課程設計-鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)設計37頁 16000字數+論文說明書+7張CAD圖紙【詳情如下】X-Y工作臺裝配圖.dwgY向底座.dwg工作臺零件.dwg滾動導軌副.dwg滾珠絲杠副.dwg螺母支座.dwg課程設計-鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)設計論文.doc課程設計1.JPG課程設計2.JPG課程設計3.JPG課程設計4.JPG軸承支座.dwg軸承端蓋.dwg摘要X-Y數控工作臺是是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺，是許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的X-Y數控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。關鍵詞 X-Y數控工作臺；伺服電動機；數控車床AbstractCNC XY table are mean to each along X and Y to move to the table, electromechanical integration equipment, many basic components, such as vertical CNC lathe - lateral feed body,CNC milling and CNC drilling machine XY work Taiwan, laser processing equipment, workstations, electronic components surface mount equipment. Modular CNC XY table, usually by rail seat, move the slider, work, ball screw pair, and the servo motor and other component parts. One servo motor to drive the ball screw actuator to do, the ball screw drive and work platform slide rail movement, complete table in the X, Y direction of the straight line movement. Guideways, ball screw pair and servo motors etc., shall be standardized by the specialized manufacturers, design can be selected only according to work load. Control system as needed, you can select a computer using a standard job control, you can design a dedicated computer control system.Keywords  XY table  servo system  CNC machine tools目       錄1緒論11.1課題的選擇背景11.2設計目的及意義11.3總體方案的設計22交流伺服電動機的選型32.1交流伺服電動機的選型.3  2.1.1電機的選擇依據.42.1.2電機的負載力矩和慣量的計算.53絲杠的選型73.1絲杠的介紹73.1.1絲杠螺母機構基本傳動形式73.1.2滾珠絲杠副的組成及特點73.1.3滾珠絲杠副的典型結構形式83.1.4滾珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊93.1.5滾珠絲杠副的密封與潤滑93.2絲杠螺母副的選擇103.3絲杠的校核113.4滾珠絲杠支承的選擇123.4.1支承方式的選擇123.4.2軸承的選擇133.5設計滾珠絲杠應注意的問題154聯軸器的選型174.1聯軸器的介紹174.2選擇聯軸器的類型174.2.1初選聯軸器的類型174.2.2初選聯軸器184.3聯軸器的校核194.3.1轉矩的校核204.3.2銷的抗剪強度的校核205導軌的選型及計算215.1 導軌的組成種類及其應滿足的要求215.2導軌材料的選擇及熱處理215.2.1導軌材料的選擇215.2.3導軌的熱處理225.3導軌的選型及長度估算225.4導軌副的額定壽命計算235.5滾動導軌副的技術要求255.6導軌防護罩的設計255.6.1導軌防護罩的介紹256.6.2導軌防護罩的選擇255.7導軌的注意事項266數控系統(tǒng)軟硬件電路設計27結論29致謝30參考文獻311緒論1.1課題的選擇背景X Y數控工作臺是指能分別沿著X 向和Y向移動的工作臺。數控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結構和功能各不相同，但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電子系統(tǒng)結合而形成的一個有機整體。在中小形企業(yè)中，由于產品更新換代頻繁，且大都是一些適應市場的單件，小批零件，若由數控機床來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，而不現實。為此，數控工作臺，作為工裝與通用機床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經濟性。X - Y工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設計為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進電機驅動，系統(tǒng)中不設置傳感與檢測設備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機驅動，并在電機輸出軸端設置傳感與檢測設備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機驅動，但檢測與傳感設備設置在工作臺末端。數控交流伺服X-Y工作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅動部分、機械傳動部分及檢測部分組成，采用控制方式。1.2設計目的及意義機電一體化系統(tǒng)設計課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。其目的是：1）能夠正確運用機電一體化系統(tǒng)設計課程的基本理論和相關知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產品）的功能構成、特點和設計思想、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力2）通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計方法和步驟；3）通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想；4）通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質的提高1.3總體方案的設計設計一臺鉆孔用X-Y工作臺及其運動控制系統(tǒng)設計，采取PLC控制，控制方式采用交流伺服、運動控制器和PC機。X-Y工作臺的機械主體部分直線導軌和滾珠絲杠，聯軸器，工作臺面。電氣部分的關聯性及傳動裝置的保護性，X軸及Y軸兩端配有高質量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點開關的位置可以打距離的調節(jié)。其具體參數如下：         X方向行程:100mm        Y方向行程:160mm         工作臺面的參考尺寸:150 150mm         工作臺和工件最大物重質量3W         縱向脈沖當量0.0125mm         橫向脈沖當量0.0125mm（一）機械系統(tǒng)設計1）傳動機構為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉速為中轉速，精度要求為高精度。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯軸器連接。2）導向機構采用滾動直線導軌。滾動直線導軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小，隨動性極好。導軌的導向精度要求高。3）執(zhí)行機構采用交流伺服電動機。6.2系統(tǒng)控制軟件的設計（一）系統(tǒng)控制軟件的主要內容數控系統(tǒng)是按照事先編好的控制程序來實現各種控制功能。按照功能可將數控系統(tǒng)的控制軟件分為以下幾個部分：（1）系統(tǒng)管理程序：它是控制系統(tǒng)軟件中實現系統(tǒng)協(xié)調工作的主體軟件。其功能主要是接受操作者的命令，執(zhí)行命令，從命令處理程序到管理程序接收命令的環(huán)節(jié)，使系統(tǒng)處于新的等待操作狀態(tài)。（2）零件加工源程序的輸入處理程序。該程序完成從外部I/O設備輸入零件加工源程序的任務。（3）插補程序。根據零件加工源程序進行插補，分配進給脈沖。（4）伺服控制程序。根據插補運算的結果或操作者的命令控制伺服電機的速度，轉角以及方向。（5）診斷程序。包括移動不見移動超界處理，緊急停機處理，系統(tǒng)故障診斷，查錯等功能。（6）機床的自動加工及手動加工控制程序。（7）鍵盤操作和顯示處理程序。包括監(jiān)視鍵盤操作，顯示加工程序、機床工作狀態(tài)、操作命令等信息。（二）系統(tǒng)控制功能分析數控X-Y工作臺的控制功能包括：（1）、系統(tǒng)初始化。如對I/O接口8155，8255A進行必要的初始化工作，預置接口工作方式控制字。（2）、工作臺復位。開機后工作臺應該自動復位，亦可手動復位。（3）、輸入和顯示加工程序。（4）、監(jiān)視按鍵，鍵盤及開關。如監(jiān)視緊急停機鍵及行程開關，鍵盤掃描等功能。（5）、工作臺超程顯示與處理。工作臺位移超過規(guī)定值時應該立即停止工作臺的運動，并顯示相應的指示字符。（6）、工作臺的自動控制。（7）、工作臺的手動控制。（8）、工作臺的聯動控制。（三）系統(tǒng)管理程序控制管理稱許是系統(tǒng)的主程序，開機后即進入管理程序。其主要功能是接受和執(zhí)行操作者的命令。在設計管理程序時，應確定接收命令的形式，系統(tǒng)的各種操作功能等。數控X-Y工作臺的基本操作功能有：輸入加工程序，自動加工，刀位控制，工作臺位置控制，手動操作，緊急停機等。（四）自動加工程序設計（1）機床在自動加工時的動作順序：工作臺移動到位刀具快速進給加工退刀工作臺運動到下一位置；（2）計算機在加工過程中的操作：讀取刀具軌跡，控制機床完成加工；致謝經過艱苦的努力，在老師的辛勤指導下，終于順利地完成本次設計。通過本次設計，一方面在課題中通過對X-Y工作臺的設計學到不少的東西，另一方面也深刻感到了自己的不足。本次設計，是對我們大學學習的檢驗，是走上工作崗位的第一步，初步使我們將理論同實際結合起來。這是大學一個好的結尾，也是走上工作崗位的一個好的開端。本次設計通過老師精心指導，我從方案的擬定到結構設計，到零件的設計計算，到零件的強度校核，到零件圖裝配圖的繪制，內容涉及面廣。這是對大學學習成果的一次極好的檢驗、重溫和深化。這次設計使我體會到時間的緊迫、工作的辛苦及一個合格工程技術人員的責任感，學到了許多書本上學不到的東西，增加了實踐、設計體驗，提高了查閱資料、工具手冊和編寫技術文件的能力，并認識了自己的不足。最后，向所有支持和關心過我的老師、同學、朋友表示真誠的謝意！參考文獻1 機械設計手冊編委會機械設計手冊S北京：機械工業(yè)出版社，20052 馮辛安機械制造裝備設計. 北京：機械工業(yè)出版社 ，2003.3 丁連紅.機電一體化技術發(fā)展趨勢和現狀分析J 北京：中國科技信息，20074 邱宣懷主編機械設計（第四版）北京：高等教育出版社，19975 張建民，唐水源機電一體化系統(tǒng)設計北京：高等教育出版社，20056 劉助柏知識創(chuàng)新思維方法論北京：機械工業(yè)出版社，1999.7 朱龍根主編簡明機械設計手冊M.北京：機械工業(yè)出版社，19978 趙丁選機電一體化使用手冊北京：化學工業(yè)出版社社，20039 周開勤. 機械零件手冊第五版. 北京：高等教育出版社 ,200110 張訓文機電一體化系統(tǒng)設計與應用北京：北京理工大學出版社，200611 劉助柏知識創(chuàng)新思維方法論北京：機械工業(yè)出版社，199912 陳嬋娟數控機床設計北京：化學工業(yè)出版社，200613 王寶敏. 談機電一體化技術的發(fā)展趨勢J. 大眾科技, 2006 課程設計 (說明書 ) 鉆孔用 作臺及其運動控制系統(tǒng)設計 學生姓名 學院名稱 專業(yè)名稱 指導教師 2011 年 08 月 29 日 要 控工作臺是 是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動的工作臺，是 許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱 橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的 作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺 服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在 X、 Y 方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。 關鍵詞 控工作臺 ；伺服電動機；數控車床 Y to to to as NC NC NC Y Y by to to in , Y of be by be to as a a a XY I 目 錄 1 緒論 . 1 題的選擇背景 . 1 計目的及意義 . 1 體方案的設計 . 2 2 交流伺服電動機的選型 . 4 流伺服電動機的選型 . 電機的選擇依據 . 電機的負載力矩和慣量的計算 . 絲杠的選型 . 6 杠的介紹 . 6 杠螺母機構基本傳動形式 . 6 珠絲杠副的組成及特點 . 6 珠絲杠副的典型結構形式 . 7 珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 . 8 珠絲杠 副的密封與潤滑 . 8 杠螺母副的選擇 . 9 杠的校核 . 9 珠絲杠支承的選擇 . 11 承方式 的選擇 . 11 承的選擇 . 11 計滾珠絲杠應注意的問題 . 14 4 聯軸器的選型 . 15 軸器的介紹 . 15 擇聯軸器的類型 . 15 選聯軸器的類型 . 15 選聯軸器 . 16 軸器的校核 . 17 矩的校核 . 18 的抗剪強度的校核 . 18 5 導軌的選型及計算 . 19 軌的組成種類及其應滿足 的要求 . 19 軌材料的選擇及熱處理 . 19 軌材料的選擇 . 19 軌的熱處理 . 20 軌的選 型及長度估算 . 20 軌副的額定壽命計算 . 21 動導軌副的技術要求 . 23 軌防護罩的設計 . 23 軌 防護罩的介紹 . 23 軌防護罩的選擇 . 23 軌的注意事項 . 24 6 數控系統(tǒng)軟硬件 電路設計 . 19 結論 . 錯誤 !未定義書簽。 致謝 . 31 參考文獻 . 31 1 1 緒論 題的選擇背景 X Y 數控工作臺是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動的工作臺。數控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結構和功能各不相同，但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電 子系統(tǒng)結合而形成的一個有機整體。在中小形企業(yè)中，由于產品更新換代頻繁，且大都是一些適應市場的單件，小批零件，若由數控機床來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，而不現實。為此，數控工作臺，作為工裝與通用機床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經濟性。 X - Y 工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設計為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進電機驅動，系統(tǒng)中不設置傳感與檢測設備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機驅動，并在 電機輸出軸端設置傳感與檢測設備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機驅動，但檢測與傳感設備設置在工作臺末端 。 數控交流伺服作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅動部分、機械傳動部分及檢測部分組成 ， 采用控制方式。 計目的及意義 機電一體化系統(tǒng)設計課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。其目的是： 1）能夠正確運用機電一體化系統(tǒng)設計課程的基本理論和相關知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產品）的功能構成、特點和設計思想 、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力； 2）通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計方法和步驟； 3）通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； 4）通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質的提高。 2 體方案的設計 設計一臺鉆孔用 作臺及其運動控制系統(tǒng) 設計，采取 制，控制方式采用交流伺服、運動控制器和 。 作臺的機械主體部分直線導軌和滾珠絲杠，聯軸器，工作臺面。電氣部分的關聯性及傳動裝置的保護性， X 軸及 Y 軸兩端配有高質量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點開關的位置可以打距離的調節(jié)。其具體參數如下： X 方向行程 :100 Y 方向行程 :160作臺面的參考尺寸 :150 150作臺和工件最大物重質量 3W 縱向脈沖當量 向脈沖當量 一）機械系統(tǒng)設計 1）傳動機構為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉速為中轉速，精度要求為高精度。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯軸器連接。 2）導向機構采用滾動直線導軌。 滾動直線導軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小 ，隨動性極好。導軌的導向精度要求高。 3） 執(zhí)行機構采用交流伺服電動機。 3 （二） 工作臺外形尺寸及重量初步估算 工作臺草圖如下圖 1 圖 1作臺流程圖 根據給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算 X 向和 Y 向工作臺承載重量Y。 圖 1作臺簡圖 4 2 交流伺服電動機的選型 流伺服電動機的選型 機的選擇依據 一般電機要承受兩種形式的力矩：恒定的負載力矩和切削 力矩（包括摩擦力矩）；加 /減速力矩。下面是選擇電機時應滿足的條件。 1）機床無負載時，加在電動機上的力矩應小于電動機的連續(xù)額定力矩的 50%一下。否則，在切削或加速 /減速時電動機就可能過熱。 2）加 /減速時間要短，須在電動機的允許范圍內。通常，負載力矩幫助電動機的減速，因此如果加速在允許時間內完成的話，減速也可在相同時間內完成。這樣我們只需計算加速力矩，并在允許時間內核算力矩在電動機的機械特性的斷續(xù)區(qū)內。 3）頻繁地定位和加 /減速會使電動機發(fā)熱，此時需要計算出電動機承受的力矩的均方根值 其小于電動機 的額定力矩 4）電動機以最大切削力矩運行的時間應在允許范圍內。 5）負載的慣量要小于電動機本身慣量的 3 倍。 這里我們依據負載來選擇電動機。 機的負載力矩和慣量的計算 加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出： 式（ 式中： 加到電機軸上的負載力矩（ F 沿坐標軸移動一個部件所需的力（ L 電機轉一轉機床的移動距離 = 21 / 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩 無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于工作臺的重量，摩擦系數， F 值還與平衡錘有關。對于水平工作臺， F 值可按下式計算 : W 工作 臺與工件重量 =3 5 滑動表面摩擦系數 = 驅動系統(tǒng)的效率 =g 鑲條鎖緊力 =5F 反切削力 =50 由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到 的力 =30設 2m） 不切削時： ） 式（ 060(F （ T 1 切削時： ）（ 式（ )305060(F 2) ）（ N 為滿足運行條件，應根據數據選擇電動機，其負 m，最高轉速應小于 2000r 1 6 3 絲杠的選型 杠的介紹 杠螺母機構基本傳動形式 絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構。它主要用來將旋轉運動變?yōu)橹本€運動或將直線運動變?yōu)樾D運動，有以傳遞能量為主的 （如螺旋壓力機），也有以傳遞運動為主的（如工作臺的進給絲杠）。 絲杠螺母機構有滑動摩擦和滾動摩擦之分。滑動絲杠螺母機構結構簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。但其摩擦阻力大，傳動效率低（ 30%40%）。滾動絲杠螺母機構雖然結構復雜制造成本高。但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高（ 92%98%），因此選用滾動絲杠螺母機構。 根據絲杠和螺母相對運動的組合情況，其基本傳動形式一共可分為四種類型，其類型如下： 1）螺母固定、絲桿傳動并移動。該傳動形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲桿軸承可能產生的附加軸向 竄動，結構比較簡單，可獲得較高的傳動精度。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。因此只適合用于行程較小的場合。 2）絲桿傳動、螺母移動。該傳動形式需要限制螺母的傳動，故需導向裝置。其特點是結構緊湊、絲桿剛性較好。適用于工作行程較大的場合。 3）螺母傳動、絲桿移動。該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的傳動，由于結構較復雜且占用軸向空間較大，故應用較少。 4）絲桿固定、螺母傳動并移動。該傳動方式結構簡單、緊湊，但在多數情況下，使用極不方便，故很少應用。 根據工作臺運動情況，應選擇絲杠傳動螺母移動的形式，該傳動形式需要限制螺母的轉動，故需導向裝置。其特點是結構緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。 珠絲杠副的組成及特點 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件 滾珠。滾珠絲杠螺母機構由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。當絲杠轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通路。 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，除上述優(yōu)點外，還具有軸向剛度高，運動平 7 穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損 ，使用壽命長等優(yōu)點。但由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構時，需要采取制動等措施。 珠絲杠副的典型結構形式 滾珠絲桿副的結構類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的調整方法進行區(qū)別。 我國生產的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道形面和滾珠接觸點之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。接觸角增大時，傳動效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單 圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑。 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能儲存一定的潤滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗均比較困難，故加工成本較高。 滾珠絲杠副中的滾珠循環(huán)方式有內循環(huán)和外循環(huán)兩種，區(qū)別見表 3 表 3珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內循環(huán) 優(yōu)點 :返回通道短 ,一個循環(huán)只有一圈鋼球 ,流暢性好 ,摩擦損失小 ,效率高 ,徑向尺寸小 ,剛 性好 缺點 :返向器鋼球返回通道的曲面加工復雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點 :結構緊湊 ,工藝性好 缺點 :循環(huán)回路長 ,流暢性差 ,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點 :結構簡單 ,制造方便 ,承載能力大 缺點 :鋼球流暢性較差 ,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點 :結構簡單 ,工藝性好 ,鋼球的流暢性好 ,應用較廣 缺點 :凸出式的插管凸出于螺母外部 ,徑向尺寸較大 8 珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 滾珠絲杠副在負載時，其滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度 ，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當困難。實際應用中，常采用以下幾種調整預緊方法見表 3 表 3用的調整預緊方法 調整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調整式 結構簡單、剛性好、預緊可調，使用中調整方便，但不能精確定量地進行調整。 雙螺母齒差預緊調整式 可實現定量調整即可進行精密微調，使用中調整方便。 雙螺母墊片調整預緊式 結構簡單剛度高、預緊可靠，但使用中調整不方便。 彈簧式自動調整預緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。 單螺母變位倒程自頂預緊式和單螺母滾珠過贏預緊式 結構簡單緊湊，但在使用中不能調整，且制造困難 。 根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，可選擇適當的結構形式。例如，當允許有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必需有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；當具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時調整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊式結構。 考慮到設計的所設計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時調整間隙及預緊力，故采用結構簡 單的雙螺母墊片調整預緊式。 珠絲杠副的密封與潤滑 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套來防止灰塵及雜質進入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母兩端即可。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配是放進滾 珠螺母滾道內定期潤滑，而使用潤滑油時應注意經常通過注油孔注油。防護套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。 9 杠螺母副的選擇 初選滾珠絲杠副數據見下表： 公稱直徑 /程 /量 /距 /5 5 20 8 根據絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度： 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410選 Y 方向絲杠的工作長度為 460珠絲杠的工作載荷計算公式為： 式（ 由條件，查機電一體化系統(tǒng)設計取 = = 取 D 精度，取 = X 方向絲杠工作載荷： 600=864N Y 方向絲杠工作載荷： 600=864N 額定動載荷值 計算： 導程初選為 5 m i n/000n m m in/ 0 05/1 0 0 0 0n m a x = 3 4067.1 L=864 5011N 根據 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設選用按滾珠絲杠副 的額定動載荷 于或稍大于 的原則，查表選以下型號規(guī)格： 011N 公稱直徑 D=25導程 P=5螺旋角 833 。 滾珠直徑 計算可得： 滾道半徑 R= 5 7( ) 絲杠內徑10 2 2 e R 杠的校核 10 1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn) ,所以在設計時應驗算其安全系數 S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數。 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷22()其中 E=206=4 841 064 64a 取23 則2 9 852206 10 0 02( 0 0 查表可得 S= SS 絲杠是安全的 ,不會失穩(wěn) 2） 速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉速 臨界轉速求絲杠的最大轉速 m i n/ 9 3 5 2 8 2 1 1 1 1 所以3） 此外滾珠絲杠副還受 的限制，通常要求： 107 mm/n=25 mi n/n/ 0 3 4)滾珠絲杠在工作負載 F(N)和轉矩 T(Nm)共同作用下引起每個導程的變形量為： 20 2 p J 式（ 式中， A 為絲杠截面積， A ；221 ；441 為絲杠切變模量，對鋼 G=a;T(N m)為轉矩，0 )2m 式中 為摩擦角，其正切函數值為摩擦系數； 平均工作載荷 1 系數為 ,則得84 a - 。 按最不利的情況取 (F= E - 2 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的 1/2,即 11 022 mm m 該絲杠的 滿足上式，所以其剛度可滿 足要求 。 5)效率驗算： 8 ) 38 8 40 ) 要求在 90%間，所以該絲杠副合格 . 經上述計算驗證， 項性能均符合題目要求，可選。 珠絲杠支承的選擇 承方式的選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于絲杠的自重。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 1） 固定 固定，適用于高轉速、高精度的絲杠； 2） 固定 游動，適用于中轉速、高精度的絲杠； 3） 固定 自由適用于低轉速、中精度、短軸向的絲杠。 考慮到設計要求中轉速、高精度，這里我們選擇 固定 游動的支承方式。固定斷采用軸承連接。 承的選擇 承的分類 軸承可以分為標準滾動軸承、非標滾動軸承、靜壓軸承和磁懸浮軸承。滾珠絲杠一般配用標準滾動軸承。 12 滾動軸承已標準化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。滾動軸承一般 由內圈、外圈、滾動體和保持架（俗稱四大件）組成。 在軸承設計中應根據承載的大小、旋轉精度、剛度、轉速等要求選用合適的軸承類型。舉例如下： 1） 深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調整，常用于旋轉精 度和剛度要求不夠的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷；并可以通過內外圍之間的相對位移來調整其大小。因此在輕載時應用廣泛。 2） 雙列向心短圓柱滾子軸承。此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內圈上，一種是滾道開在外圈上。這兩種軸承的圓柱滾子數目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度變化小，內圈上均有 1:12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合，內圈相對于軸頸作軸向移動時，內圈被漲大，從而可調整軸承的徑向間隙或實現預緊；因此，其承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其他推力軸承組合使用，可用于較大載荷、較高轉 速場合。 3） 圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。該軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉速有所降低，但仍能達到高精度的要求。 4） 推力軸承。推力軸承一般軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉速較低，運動造勢較大。 承的選擇 考慮到輕載初選 。60 接觸角推力角接觸軸承 代號 7202數據見下表： 表 3接觸軸承的數據 d(D(B(2d (2D (15 32 9 軸承是與滾珠絲杠專配的軸承其主要特點是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。 承的校核 基本額定動載荷： 9 8 06 2 5 022 取滾動軸承當量動載荷 X 的值： X=1， Y=當量動載荷為： 257) 13 軸承壽命的計算： 2579980(25016670)(16670 310 軸承的預期壽命取 25000h 額定動載荷的計算 ： 8 9 6 01 6 6 7 0 2502 5 0 0 01 2 8 71 6 6 7 0n 33 9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強度的的要求。 承的潤滑與配合 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下 ： 1） 減少摩擦及摩損。 在構成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 2） 延長疲勞壽命。 軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。 3） 排出摩擦熱、冷卻。 循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?4） 其他 也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應選擇適當的配合，以保證軸的旋轉精度和 軸承的周向固定。滾動軸承是標 準零件，因此，軸承內圈與軸頸的配合采用基孔 制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內圈在旋轉時有相對運 動，軸承內圈與軸頸一般選用 較緊的配合。軸承外圈 與座孔一般選用 較松的配合。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。具體選用可參考機械設計手冊。 14 承使用注意事項 與一般的機械零件相比，滾動軸承的精度較高，因此使用時也相應地應小心謹慎。 1）保持軸承及其周邊的清潔 2）使用時仔 細認真 3）若使用時粗心大意給軸承以強烈沖擊，會使軸承出現傷痕，壓痕，斷裂等損傷。 4）注意軸承的防銹 5）避免在潮濕的場所使用，而且為不使汗水沾上，應戴厚套。 計滾珠絲杠應注意的問題 1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 2）放逆轉：滾珠絲杠副傳動逆效率高，應考慮在電機停電后，因部件自重而產生螺旋副的逆?zhèn)鲃樱ㄌ貏e是在垂直方向上傳動時），防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎茫和ｋ娮枣i的電機、蝸輪蝸桿機構、離合器等方式。 3）滾珠絲杠副在行程兩端應有行程保護裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 4）防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預拉伸、強制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 5）細長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產生彎曲變形，是影響導程累積誤差的因素之一，還會使螺母受載不均。設計細長絲杠時，應考慮防止或減小自重彎曲變 形的措施。 6）防護與密封：塵埃和雜質進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，用戶還需要為絲杠選擇防護裝置。 7）合理潤滑是減小驅動轉矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 8）用內循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一 端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 則無法裝配螺母。 15 4 聯軸器的選型 軸器的介紹 聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械傳動件。 其一般可分為 8 種，具體分類如下： 1） 聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器、安全聯軸器三種： 2） 剛性聯軸器：剛性聯軸器不具有補償被聯兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結構簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉速穩(wěn)定，能保證被聯兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯軸器。 3） 撓性 聯軸器：具有一定的補償被聯兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 4） 無彈性元件的撓性聯軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉速不穩(wěn)定或經常正、反轉時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。 5） 非金屬彈性元件的撓性聯軸器 在轉速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合 6） 金屬彈性元件的撓性聯軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和 載荷變化較大及高溫或低溫場合。 7） 安全聯軸器 ：在結構上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯接等），其只能承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致損壞，即起安全保護作用。 8） 起動安全聯軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 擇聯軸器的類型 選聯軸器的類型 根據傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被聯接兩部件的安裝精度等，參考各類聯軸器特性，選擇一種合用的 聯軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點： 1） 所需傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉振動的 16 傳動，可選用輪胎式聯軸器等具有高彈性的聯軸器。 2） 聯軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯軸器，例如膜片聯軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯軸器等。 3） 兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯軸器。例如當徑向位移較 大時，可選滑塊聯軸器，角位移較大或相交兩軸的聯接可選用萬向聯軸器等。 4） 聯軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯軸器此較可靠；需要潤滑的聯軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯軸器對溫度、腐蝕性介質及強光等比較敏感，而且容易老化。 5） 聯軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足便用性能的前提下，應選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯軸器。例如剛性聯軸器不但結構簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯軸器 (例如彈性套柱銷聯軸器、 彈性柱銷聯軸器、梅花形彈性聯軸器等 )，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動。 選聯軸器 依據滾珠絲杠的軸徑和下表 4列的聯軸器性能初選圓錐銷套筒聯軸器。 表 4軸器性能 類別 聯軸器名稱 徑范圍 高轉速r/點及應用說明 固定式 套筒聯軸器 圓錐銷 34000 平鍵 715000 半圓鍵 8450 花鍵 15012500 4100 20100 1035 25102 一般小于等200250 結構簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。而且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形，軸伸一般用于工作平穩(wěn)的功率傳動軸系。 續(xù)表 417 類別 聯軸器名稱 徑范圍 高轉速r/點及應用說明 剛性 凸緣聯軸器（ 5843 2003） 1020000 10180 130002300 結構簡單，制造容易，工作可靠，裝拆 方便，剛性好，傳遞轉矩大，但不能吸收沖擊。當兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度。 套筒 夾殼聯軸器 （ 213 1965） 859000 30110 900380 裝拆方便，不需沿軸向移動兩軸，但平衡困難，而且兩軸徑必須是相同的圓柱形。僅適用于低速傳動的水平或垂直軸系，以傳遞平穩(wěn)載荷為宜。 聯軸器 緊箍夾殼聯軸器 18012500 30110 900380 其特點和使用性能與夾殼聯軸器相似，但外形簡單，平衡條件有所改善，夾緊力大，很適宜用于徑向夾緊力大的場合。 初選 d=12 圓錐銷套筒聯軸器，其具體數據如下表 4 表 4-2 d=12圓錐銷套筒聯軸器數據 d 公稱轉矩（ Nm） D L l C 圓錐銷 （ 2個） 12 2 40 8 24 軸器的校核 18 矩的 校核 聯軸器轉矩的計算公式如下： 0 式（ 式中： K 工作情況系數 P 輸出功率（ T 理論轉矩 T 計算轉矩 工作轉速 r/mi n 則聯軸器的轉矩為 (考慮動載荷及過載 ,取聯軸器工作情況系數 K= 0 = 計算可以確定選則的聯軸器合適。 的抗剪強度的校核 銷的抗剪強度的計算公式如下： DT式（ 則銷的抗剪強度為： 32 經計算銷的抗剪強度合適，材料為 45 號鋼。 19 5 導軌的選型及計算 軌的組成種類及其應滿足的要求 導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。運動方向為直線的被稱為直線運動導軌副、為回轉的被稱為回轉運動導軌副。常用的導軌副的種類很多，按其接觸面的摩擦性質可分為滑動導軌副、滾動導軌副、流體介質摩擦導軌等。按其結構特點可分為開式導軌和閉式導軌。機電一體化系統(tǒng)對導軌的基本要求是導向精度高 、剛性高、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好。對精度要求高的直線運動導軌還要求導軌的承載面與導向面嚴格分開；當運動件較重時，必須設有卸荷裝置，運動件的支承必須符合三點定位原理 。 軌材料的選擇及熱處理 軌材料的選擇 導軌常用的材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。常使用鑄鐵 鑄鐵、鑄鐵 剛的導軌。 1）鑄鐵。鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點，因此在滑動導軌中被廣泛應用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，常用的是 級鑄鐵），硬度以 180200為適合。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導軌的耐磨性。 高磷鑄鐵，他是指含磷量為 灰口鑄鐵，其硬度為 180220磨性比灰鑄鐵 高一倍。 低合金鑄鐵，這類鑄鐵具有較好的耐磨性，且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。 稀土鑄鐵，它具有強度高、韌性好的特點，耐磨性與高磷鑄鐵相近。但鑄造性能和減震性較差，成本也較高。 2）鋼。為了提高導軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導軌。淬火的鋼導軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬的鋼導軌的耐磨性比不淬硬的鑄鐵導軌高 510 倍。常用的鋼有 45 鋼、 40。 3）有色金屬。常用的有色金屬有黃銅 青銅 硬鋁鋁 ，其中以鋁青銅較好。 4）塑料。鑲裝塑料導軌具有較好的耐磨性，抗震性能好，工作適應范圍廣，抗撕傷能力強，動、靜摩擦系數低、差別小，可降低低速運動的臨界速度，加工性和化學穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等等特點。 綜上所訴，本次設計中我們選用灰鑄鐵 20 軌的熱處理 導軌熱處理 :一般重要的導軌，鑄件粗加工后進行一次時效處理，高精度導軌鑄件半精 加工后還需進行第二次時效處理。 常用導軌淬火方法有 : 1)中頻淬火，淬硬層深度 (1 2)度 (45 50) 2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度 (微硬度 600右。這種淬火方法主要用于大型鑄件導軌。 課程設計 (說明書 ) 鉆孔用 作臺及其運動控制系統(tǒng)設計 學生姓名 學院名稱 專業(yè)名稱 指導教師 2011 年 08 月 29 日 要 控工作臺是 是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動的工作臺，是 許多機電一體化設備的基本部件，如數控車床的縱 橫向進刀機構、數控銑床和數控鉆床的 作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺 服電動機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在 X、 Y 方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產，設計時只需根據工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。 關鍵詞 控工作臺 ；伺服電動機；數控車床 Y to to to as NC NC NC Y Y by to to in , Y of be by be to as a a a XY I 目 錄 1 緒論 . 1 題的選擇背景 . 1 計目的及意義 . 1 體方案的設計 . 2 2 交流伺服電動機的選型 . 4 流伺服電動機的選型 . 電機的選擇依據 . 電機的負載力矩和慣量的計算 . 絲杠的選型 . 6 杠的介紹 . 6 杠螺母機構基本傳動形式 . 6 珠絲杠副的組成及特點 . 6 珠絲杠副的典型結構形式 . 7 珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 . 8 珠絲杠 副的密封與潤滑 . 8 杠螺母副的選擇 . 9 杠的校核 . 9 珠絲杠支承的選擇 . 11 承方式 的選擇 . 11 承的選擇 . 11 計滾珠絲杠應注意的問題 . 14 4 聯軸器的選型 . 15 軸器的介紹 . 15 擇聯軸器的類型 . 15 選聯軸器的類型 . 15 選聯軸器 . 16 軸器的校核 . 17 矩的校核 . 18 的抗剪強度的校核 . 18 5 導軌的選型及計算 . 19 軌的組成種類及其應滿足 的要求 . 19 軌材料的選擇及熱處理 . 19 軌材料的選擇 . 19 軌的熱處理 . 20 軌的選 型及長度估算 . 20 軌副的額定壽命計算 . 21 動導軌副的技術要求 . 23 軌防護罩的設計 . 23 軌 防護罩的介紹 . 23 軌防護罩的選擇 . 23 軌的注意事項 . 24 6 數控系統(tǒng)軟硬件 電路設計 . 19 結論 . 錯誤 !未定義書簽。 致謝 . 31 參考文獻 . 31 1 1 緒論 題的選擇背景 X Y 數控工作臺是指能分別沿著 X 向和 Y 向移動的工作臺。數控機床的加工系統(tǒng)、立體倉庫中堆垛機的平面移動系統(tǒng)、平面繪圖儀的繪圖系統(tǒng)等，盡管結構和功能各不相同，但基本原理相同。機電一體化系統(tǒng)是將機械系統(tǒng)與微電 子系統(tǒng)結合而形成的一個有機整體。在中小形企業(yè)中，由于產品更新換代頻繁，且大都是一些適應市場的單件，小批零件，若由數控機床來解決這些零件的加工精度和自動化問題，因成本高，而不現實。為此，數控工作臺，作為工裝與通用機床（立銑，立鏜，鉆等）陪用，以解決單件，小批。小尺寸復雜零件的孔，槽及凸輪等精度加工問題，具有一定的靈活性，通用性和經濟性。 X - Y 工作臺的機電一體化系統(tǒng)可以設計為開環(huán)、半和伺服系統(tǒng)三種。開環(huán)的伺服系統(tǒng)采用步進電機驅動，系統(tǒng)中不設置傳感與檢測設備，半的伺服系統(tǒng)中一般采用交流或直流伺服電機驅動，并在 電機輸出軸端設置傳感與檢測設備；的伺服系統(tǒng)中也是采用交流或直流伺服電機驅動，但檢測與傳感設備設置在工作臺末端 。 數控交流伺服作臺系統(tǒng)是由控制計算機部分、伺服驅動部分、機械傳動部分及檢測部分組成 ， 采用控制方式。 計目的及意義 機電一體化系統(tǒng)設計課程設計是培養(yǎng)學生設計能力的重要實踐性教學環(huán)節(jié)之一，是綜合運用所學過的機械、電子、自動控制、計算機等知識進行的基本設計訓練。其目的是： 1）能夠正確運用機電一體化系統(tǒng)設計課程的基本理論和相關知識，掌握機電一體化系統(tǒng)（產品）的功能構成、特點和設計思想 、設計方法，了解設計方案的擬定、比較、分析和計算，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生具有機電一體化系統(tǒng)設計的初步能力； 2）通過機械部分設計，掌握機電一體化系統(tǒng)典型機械零部件和執(zhí)行元件的計算、選型和結構設計方法和步驟； 3）通過測試及控制系統(tǒng)方案設計，掌握機電一體化系統(tǒng)控制系統(tǒng)的硬件組成、工作原理，和軟件編程思想； 4）通過課程設計提高學生應用手冊、標準及編寫技術說明書的能力，促進學生在科學態(tài)度、創(chuàng)新精神、專業(yè)技能等方面綜合素質的提高。 2 體方案的設計 設計一臺鉆孔用 作臺及其運動控制系統(tǒng) 設計，采取 制，控制方式采用交流伺服、運動控制器和 。 作臺的機械主體部分直線導軌和滾珠絲杠，聯軸器，工作臺面。電氣部分的關聯性及傳動裝置的保護性， X 軸及 Y 軸兩端配有高質量的緩沖器，同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢測開關，部分工作臺的配有原點檢測開光，并提供光電編碼裝置以適于控制，原點開關的位置可以打距離的調節(jié)。其具體參數如下： X 方向行程 :100 Y 方向行程 :160作臺面的參考尺寸 :150 150作臺和工件最大物重質量 3W 縱向脈沖當量 向脈沖當量 一）機械系統(tǒng)設計 1）傳動機構為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊，采用滾珠絲杠螺母傳動副。絲杠的轉速為中轉速，精度要求為高精度。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預加載荷的結構。采用滾珠絲杠副，滾珠絲杠直接與聯軸器連接。 2）導向機構采用滾動直線導軌。 滾動直線導軌副動靜摩擦力之差很小，摩擦阻力小 ，隨動性極好。導軌的導向精度要求高。 3） 執(zhí)行機構采用交流伺服電動機。 3 （二） 工作臺外形尺寸及重量初步估算 工作臺草圖如下圖 1 圖 1作臺流程圖 根據給定的有效行程，畫出工作臺簡圖，估算 X 向和 Y 向工作臺承載重量Y。 圖 1作臺簡圖 4 2 交流伺服電動機的選型 流伺服電動機的選型 機的選擇依據 一般電機要承受兩種形式的力矩：恒定的負載力矩和切削 力矩（包括摩擦力矩）；加 /減速力矩。下面是選擇電機時應滿足的條件。 1）機床無負載時，加在電動機上的力矩應小于電動機的連續(xù)額定力矩的 50%一下。否則，在切削或加速 /減速時電動機就可能過熱。 2）加 /減速時間要短，須在電動機的允許范圍內。通常，負載力矩幫助電動機的減速，因此如果加速在允許時間內完成的話，減速也可在相同時間內完成。這樣我們只需計算加速力矩，并在允許時間內核算力矩在電動機的機械特性的斷續(xù)區(qū)內。 3）頻繁地定位和加 /減速會使電動機發(fā)熱，此時需要計算出電動機承受的力矩的均方根值 其小于電動機 的額定力矩 4）電動機以最大切削力矩運行的時間應在允許范圍內。 5）負載的慣量要小于電動機本身慣量的 3 倍。 這里我們依據負載來選擇電動機。 機的負載力矩和慣量的計算 加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出： 式（ 式中： 加到電機軸上的負載力矩（ F 沿坐標軸移動一個部件所需的力（ L 電機轉一轉機床的移動距離 = 21 / 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩 無論是否在切削，是垂直軸還是水平軸， F 值取決于工作臺的重量，摩擦系數， F 值還與平衡錘有關。對于水平工作臺， F 值可按下式計算 : W 工作 臺與工件重量 =3 5 滑動表面摩擦系數 = 驅動系統(tǒng)的效率 =g 鑲條鎖緊力 =5F 反切削力 =50 由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到 的力 =30設 2m） 不切削時： ） 式（ 060(F （ T 1 切削時： ）（ 式（ )305060(F 2) ）（ N 為滿足運行條件，應根據數據選擇電動機，其負 m，最高轉速應小于 2000r 1 6 3 絲杠的選型 杠的介紹 杠螺母機構基本傳動形式 絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構。它主要用來將旋轉運動變?yōu)橹本€運動或將直線運動變?yōu)樾D運動，有以傳遞能量為主的 （如螺旋壓力機），也有以傳遞運動為主的（如工作臺的進給絲杠）。 絲杠螺母機構有滑動摩擦和滾動摩擦之分。滑動絲杠螺母機構結構簡單，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能。但其摩擦阻力大，傳動效率低（ 30%40%）。滾動絲杠螺母機構雖然結構復雜制造成本高。但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小，傳動效率高（ 92%98%），因此選用滾動絲杠螺母機構。 根據絲杠和螺母相對運動的組合情況，其基本傳動形式一共可分為四種類型，其類型如下： 1）螺母固定、絲桿傳動并移動。該傳動形式因螺母本身起著支承作用，消除了絲桿軸承可能產生的附加軸向 竄動，結構比較簡單，可獲得較高的傳動精度。但其軸向尺寸不已太長，剛性較差。因此只適合用于行程較小的場合。 2）絲桿傳動、螺母移動。該傳動形式需要限制螺母的傳動，故需導向裝置。其特點是結構緊湊、絲桿剛性較好。適用于工作行程較大的場合。 3）螺母傳動、絲桿移動。該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的傳動，由于結構較復雜且占用軸向空間較大，故應用較少。 4）絲桿固定、螺母傳動并移動。該傳動方式結構簡單、緊湊，但在多數情況下，使用極不方便，故很少應用。 根據工作臺運動情況，應選擇絲杠傳動螺母移動的形式，該傳動形式需要限制螺母的轉動，故需導向裝置。其特點是結構緊湊，絲杠剛性較好，適用于工作行程較大的場合。 珠絲杠副的組成及特點 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構，其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳動元件 滾珠。滾珠絲杠螺母機構由絲杠，螺母，滾珠，和反向器等四部分組成。當絲杠轉動時，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，為防止?jié)L珠從滾道端面掉出，在螺母的螺旋槽兩端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道，從而形成滾珠流動的閉合通路。 滾珠絲杠副與滑動絲杠副相比，除上述優(yōu)點外，還具有軸向剛度高，運動平 7 穩(wěn)，傳動精度高，不易磨損 ，使用壽命長等優(yōu)點。但由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用做升降傳動機構時，需要采取制動等措施。 珠絲杠副的典型結構形式 滾珠絲桿副的結構類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的調整方法進行區(qū)別。 我國生產的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形。滾道形面和滾珠接觸點之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角，一般為 45 度。單圓弧形的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。接觸角增大時，傳動效率、軸向剛度以及承載能力也隨之增大。由于單 圓弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧形面的滾道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑。 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能儲存一定的潤滑油以減少摩擦磨損。由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗均比較困難，故加工成本較高。 滾珠絲杠副中的滾珠循環(huán)方式有內循環(huán)和外循環(huán)兩種，區(qū)別見表 3 表 3珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內循環(huán) 優(yōu)點 :返回通道短 ,一個循環(huán)只有一圈鋼球 ,流暢性好 ,摩擦損失小 ,效率高 ,徑向尺寸小 ,剛 性好 缺點 :返向器鋼球返回通道的曲面加工復雜 外循環(huán) 端蓋式 優(yōu)點 :結構緊湊 ,工藝性好 缺點 :循環(huán)回路長 ,流暢性差 ,鋼球通過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點 :結構簡單 ,制造方便 ,承載能力大 缺點 :鋼球流暢性較差 ,擋珠器較易磨損 插管式 優(yōu)點 :結構簡單 ,工藝性好 ,鋼球的流暢性好 ,應用較廣 缺點 :凸出式的插管凸出于螺母外部 ,徑向尺寸較大 8 珠絲杠副軸向間隙的調整和預緊 滾珠絲杠副在負載時，其滾珠與滾道面接觸點處將產生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回。這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度 ，又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。單螺母絲桿螺母副的間隙消除相當困難。實際應用中，常采用以下幾種調整預緊方法見表 3 表 3用的調整預緊方法 調整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調整式 結構簡單、剛性好、預緊可調，使用中調整方便，但不能精確定量地進行調整。 雙螺母齒差預緊調整式 可實現定量調整即可進行精密微調，使用中調整方便。 雙螺母墊片調整預緊式 結構簡單剛度高、預緊可靠，但使用中調整不方便。 彈簧式自動調整預緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產生的間隙，但其結構復雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。 單螺母變位倒程自頂預緊式和單螺母滾珠過贏預緊式 結構簡單緊湊，但在使用中不能調整，且制造困難 。 根據防塵防護條件以及對調隙及預緊的要求，可選擇適當的結構形式。例如，當允許有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必需有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構；當具備良好的防塵條件，且只需要在裝配時調整間隙及預緊力時，可采用結構簡單的雙螺母墊片調整預緊式結構。 考慮到設計的所設計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時調整間隙及預緊力，故采用結構簡 單的雙螺母墊片調整預緊式。 珠絲杠副的密封與潤滑 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套來防止灰塵及雜質進入滾珠絲杠副，使用潤滑劑來提高其耐磨性及傳動效率，從而維持其傳動精度、延長其使用壽命。密封圈有接觸式和非接觸式兩種，將其裝在滾珠螺母兩端即可。非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑料制成，其內孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙，故又稱迷宮式密封圈。接觸式密封圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成，因此有接觸壓力并產生一定的摩擦力矩，但其防塵效果好。常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類。潤滑脂一般在裝配是放進滾 珠螺母滾道內定期潤滑，而使用潤滑油時應注意經常通過注油孔注油。防護套的形式有折疊式密封套、伸縮套管和伸縮擋板。其材料有耐油塑料、人造革等。 9 杠螺母副的選擇 初選滾珠絲杠副數據見下表： 公稱直徑 /程 /量 /距 /5 5 20 8 根據絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度： 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410選 Y 方向絲杠的工作長度為 460珠絲杠的工作載荷計算公式為： 式（ 由條件，查機電一體化系統(tǒng)設計取 = = 取 D 精度，取 = X 方向絲杠工作載荷： 600=864N Y 方向絲杠工作載荷： 600=864N 額定動載荷值 計算： 導程初選為 5 m i n/000n m m in/ 0 05/1 0 0 0 0n m a x = 3 4067.1 L=864 5011N 根據 值選擇滾珠絲杠副 ， 假設選用按滾珠絲杠副 的額定動載荷 于或稍大于 的原則，查表選以下型號規(guī)格： 011N 公稱直徑 D=25導程 P=5螺旋角 833 。 滾珠直徑 計算可得： 滾道半徑 R= 5 7( ) 絲杠內徑10 2 2 e R 杠的校核 10 1）由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn) ,所以在設計時應驗算其安全系數 S，其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數。 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷22()其中 E=206=4 841 064 64a 取23 則2 9 852206 10 0 02( 0 0 查表可得 S= SS 絲杠是安全的 ,不會失穩(wěn) 2） 速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉速 臨界轉速求絲杠的最大轉速 m i n/ 9 3 5 2 8 2 1 1 1 1 所以3） 此外滾珠絲杠副還受 的限制，通常要求： 107 mm/n=25 mi n/n/ 0 3 4)滾珠絲杠在工作負載 F(N)和轉矩 T(Nm)共同作用下引起每個導程的變形量為： 20 2 p J 式（ 式中， A 為絲杠截面積， A ；221 ；441 為絲杠切變模量，對鋼 G=a;T(N m)為轉矩，0 )2m 式中 為摩擦角，其正切函數值為摩擦系數； 平均工作載荷 1 系數為 ,則得84 a - 。 按最不利的情況取 (F= E - 2 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的 1/2,即 11 022 mm m 該絲杠的 滿足上式，所以其剛度可滿 足要求 。 5)效率驗算： 8 ) 38 8 40 ) 要求在 90%間，所以該絲杠副合格 . 經上述計算驗證， 項性能均符合題目要求，可選。 珠絲杠支承的選擇 承方式的選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷，徑向載荷來自于絲杠的自重。因此，滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高。滾珠絲杠的支承方式有以下幾種： 1） 固定 固定，適用于高轉速、高精度的絲杠； 2） 固定 游動，適用于中轉速、高精度的絲杠； 3） 固定 自由適用于低轉速、中精度、短軸向的絲杠。 考慮到設計要求中轉速、高精度，這里我們選擇 固定 游動的支承方式。固定斷采用軸承連接。 承的選擇 承的分類 軸承可以分為標準滾動軸承、非標滾動軸承、靜壓軸承和磁懸浮軸承。滾珠絲杠一般配用標準滾動軸承。 12 滾動軸承已標準化系列化，有向心軸承、向心推力軸承和推力軸承，共十種類型。滾動軸承一般 由內圈、外圈、滾動體和保持架（俗稱四大件）組成。 在軸承設計中應根據承載的大小、旋轉精度、剛度、轉速等要求選用合適的軸承類型。舉例如下： 1） 深溝球軸承。軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承。前者一般不能承受軸向力，且間隙不能調整，常用于旋轉精 度和剛度要求不夠的場合。后者既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷；并可以通過內外圍之間的相對位移來調整其大小。因此在輕載時應用廣泛。 2） 雙列向心短圓柱滾子軸承。此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內圈上，一種是滾道開在外圈上。這兩種軸承的圓柱滾子數目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度變化小，內圈上均有 1:12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合，內圈相對于軸頸作軸向移動時，內圈被漲大，從而可調整軸承的徑向間隙或實現預緊；因此，其承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其他推力軸承組合使用，可用于較大載荷、較高轉 速場合。 3） 圓錐滾子軸承。圓錐滾子軸承由內圈、外圈、格圈和圓錐滾子組成。該軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉速有所降低，但仍能達到高精度的要求。 4） 推力軸承。推力軸承一般軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉速較低，運動造勢較大。 承的選擇 考慮到輕載初選 。60 接觸角推力角接觸軸承 代號 7202數據見下表： 表 3接觸軸承的數據 d(D(B(2d (2D (15 32 9 軸承是與滾珠絲杠專配的軸承其主要特點是：既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷，接觸角大、鋼球多、剛度高。 承的校核 基本額定動載荷： 9 8 06 2 5 022 取滾動軸承當量動載荷 X 的值： X=1， Y=當量動載荷為： 257) 13 軸承壽命的計算： 2579980(25016670)(16670 310 軸承的預期壽命取 25000h 額定動載荷的計算 ： 8 9 6 01 6 6 7 0 2502 5 0 0 01 2 8 71 6 6 7 0n 33 9980N 所以選擇的的軸承可以滿足壽命和強度的的要求。 承的潤滑與配合 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內部摩擦及摩損，防止燒粘、其潤滑效用如下 ： 1） 減少摩擦及摩損。 在構成軸承的套圈、滾動體及保持器的相互接觸部分，防止金屬接觸，減少摩擦、磨損。 2） 延長疲勞壽命。 軸承的滾動疲勞壽命，在旋轉中，滾動接觸面潤滑良好，則延長。相反地，油粘度低，潤滑油膜厚度不好，則縮短。 3） 排出摩擦熱、冷卻。 循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱，或由外部傳來的熱，冷卻。防止軸承過熱，防止?jié)櫥妥陨砝匣?4） 其他 也有防止異物侵入軸承內部，或防止生銹、腐蝕之效果。 軸承的潤滑方法，分為脂潤滑和油潤滑。為了使軸承很好地發(fā)揮機能，首先，要選擇適合使用條件、使用目的的潤滑方法。若只考慮潤滑，油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢。但是，脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長，將脂潤滑和油潤滑的利弊比較。 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應選擇適當的配合，以保證軸的旋轉精度和 軸承的周向固定。滾動軸承是標 準零件，因此，軸承內圈與軸頸的配合采用基孔 制，軸承外圈與座孔的配合采用基軸制。為了防止軸頸與內圈在旋轉時有相對運 動，軸承內圈與軸頸一般選用 較緊的配合。軸承外圈 與座孔一般選用 較松的配合。配合選擇取決于載荷大小、方向和性質；軸承類型、尺寸和精度；軸承游隙以及其他因素。具體選用可參考機械設計手冊。 14 承使用注意事項 與一般的機械零件相比，滾動軸承的精度較高，因此使用時也相應地應小心謹慎。 1）保持軸承及其周邊的清潔 2）使用時仔 細認真 3）若使用時粗心大意給軸承以強烈沖擊，會使軸承出現傷痕，壓痕，斷裂等損傷。 4）注意軸承的防銹 5）避免在潮濕的場所使用，而且為不使汗水沾上，應戴厚套。 計滾珠絲杠應注意的問題 1）為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度，應使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心，以保證滾珠受力均勻，避免傾覆力。 2）放逆轉：滾珠絲杠副傳動逆效率高，應考慮在電機停電后，因部件自重而產生螺旋副的逆?zhèn)鲃樱ㄌ貏e是在垂直方向上傳動時），防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎茫和ｋ娮枣i的電機、蝸輪蝸桿機構、離合器等方式。 3）滾珠絲杠副在行程兩端應有行程保護裝置，以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而影響精度、使用壽命甚至損壞。 4）防止熱變形：熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響。其熱源不單是螺旋副的摩擦熱，還有其他機械部件工作時產生的熱，致使絲杠熱膨脹而伸長。為此必須分析熱源的各因素，采用措施控制熱源，還可以采用預拉伸、強制冷卻等減少熱變形對絲杠的伸長的影響。 5）細長而又水平放置的絲杠，因自重使軸線產生彎曲變形，是影響導程累積誤差的因素之一，還會使螺母受載不均。設計細長絲杠時，應考慮防止或減小自重彎曲變 形的措施。 6）防護與密封：塵埃和雜質進入滾道會妨礙滾動體運動流暢，會加速滾動體與滾道的磨損，使?jié)L動螺旋副喪失精度。為此需要防塵措施。滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝防塵圈，為避免絲杠外露，用戶還需要為絲杠選擇防護裝置。 7）合理潤滑是減小驅動轉矩、提高傳動效率、延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié)。接觸表面的油膜還有吸振、減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用。因此要注入潤滑脂。在螺母上還有油孔，用戶可旋入油嘴，再采用其他合適的潤滑方式。 8）用內循環(huán)滾珠絲杠副，必須使絲杠螺紋兩端中至少有一 端的滾珠螺紋是通牙，并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 則無法裝配螺母。 15 4 聯軸器的選型 軸器的介紹 聯軸器是用來聯接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械傳動件。 其一般可分為 8 種，具體分類如下： 1） 聯軸器可分為剛性聯軸器、撓性聯軸器、安全聯軸器三種： 2） 剛性聯軸器：剛性聯軸器不具有補償被聯兩軸軸線相對偏移的能力，也不具有緩沖減震性能；但結構簡單，價格便宜。只有在載荷平穩(wěn)，轉速穩(wěn)定，能保證被聯兩軸軸線相對偏移極小的情況下，才可選用剛性聯軸器。 3） 撓性 聯軸器：具有一定的補償被聯兩軸軸線相對偏移的能力，最大量隨型號不同而異。 4） 無彈性元件的撓性聯軸器：承載能力大，但也不具有緩沖減震性能，在高速或轉速不穩(wěn)定或經常正、反轉時，有沖擊噪聲。適用于低速、重載、轉速平穩(wěn)的場合。 5） 非金屬彈性元件的撓性聯軸器 在轉速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能；但由于非金屬（橡膠、尼龍等）彈性元件強度低、壽命短、承載能力小、不耐高溫和低溫，故適用于高速、輕載和常溫的場合 6） 金屬彈性元件的撓性聯軸器：除了具有較好的緩沖減震性能外，承載能力較大，適用于速度和 載荷變化較大及高溫或低溫場合。 7） 安全聯軸器 ：在結構上的特點是，存在一個保險環(huán)節(jié)（如銷釘可動聯接等），其只能承受限定載荷。當實際載荷超過事前限定的載荷時，保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化，截斷運動和動力的傳遞，從而保護機器的其余部分不致損壞，即起安全保護作用。 8） 起動安全聯軸器：除了具有過載保護作用外，還有將機器電動機的帶載起動轉變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用。 擇聯軸器的類型 選聯軸器的類型 根據傳遞載荷的大小，軸轉速的高低，被聯接兩部件的安裝精度等，參考各類聯軸器特性，選擇一種合用的 聯軸器類型。具體選擇時可考慮以下幾點： 1） 所需傳遞的轉矩大小和性質以及對緩沖減振功能的要求。例如，對大功率的重載傳動，可選用齒式聯軸器；對嚴重沖擊載荷或要求消除軸系扭轉振動的 16 傳動，可選用輪胎式聯軸器等具有高彈性的聯軸器。 2） 聯軸器的工作轉速高低和引起的離心力大小。對于高速傳動軸，應選用平衡精度高的聯軸器，例如膜片聯軸器等，而不宜選用存在偏心的滑塊聯軸器等。 3） 兩軸相對位移的大小和方向。當安裝調整后，難以保持兩軸嚴格精確對中，或工作過程中兩軸將產生較大的附加相對位移時，應選用撓性聯軸器。例如當徑向位移較 大時，可選滑塊聯軸器，角位移較大或相交兩軸的聯接可選用萬向聯軸器等。 4） 聯軸器的可靠性和工作環(huán)境。通常由金屬元件制成的不需潤滑的聯軸器此較可靠；需要潤滑的聯軸器，其性能易受潤滑完善程度的影響，且可能污染環(huán)境。含有橡膠等非金屬元件的聯軸器對溫度、腐蝕性介質及強光等比較敏感，而且容易老化。 5） 聯軸器的制造、安裝、維護和成本。在滿足便用性能的前提下，應選用裝拆方便、維護簡單、成本低的聯軸器。例如剛性聯軸器不但結構簡單，而且裝拆方便，可用于低速、剛性大的傳動軸。一般的非金屬彈性元件聯軸器 (例如彈性套柱銷聯軸器、 彈性柱銷聯軸器、梅花形彈性聯軸器等 )，由于具有良好的綜合能力，廣泛適用于一般的中、小功率傳動。 選聯軸器 依據滾珠絲杠的軸徑和下表 4列的聯軸器性能初選圓錐銷套筒聯軸器。 表 4軸器性能 類別 聯軸器名稱 徑范圍 高轉速r/點及應用說明 固定式 套筒聯軸器 圓錐銷 34000 平鍵 715000 半圓鍵 8450 花鍵 15012500 4100 20100 1035 25102 一般小于等200250 結構簡單，制造容易，徑向尺寸小，成本低。但裝拆時需沿軸向移動較大的 距離。而且只能連接兩軸直徑相同的圓柱形，軸伸一般用于工作平穩(wěn)的功率傳動軸系。 續(xù)表 417 類別 聯軸器名稱 徑范圍 高轉速r/點及應用說明 剛性 凸緣聯軸器（ 5843 2003） 1020000 10180 130002300 結構簡單，制造容易，工作可靠，裝拆 方便，剛性好，傳遞轉矩大，但不能吸收沖擊。當兩軸對中精度較低時，將引起較大的附加載荷，適用于工作平穩(wěn)的一般傳動，高速傳動時需要有高的對中和制造精度。 套筒 夾殼聯軸器 （ 213 1965） 859000 30110 900380 裝拆方便，不需沿軸向移動兩軸，但平衡困難，而且兩軸徑必須是相同的圓柱形。僅適用于低速傳動的水平或垂直軸系，以傳遞平穩(wěn)載荷為宜。 聯軸器 緊箍夾殼聯軸器 18012500 30110 900380 其特點和使用性能與夾殼聯軸器相似，但外形簡單，平衡條件有所改善，夾緊力大，很適宜用于徑向夾緊力大的場合。 初選 d=12 圓錐銷套筒聯軸器，其具體數據如下表 4 表 4-2 d=12圓錐銷套筒聯軸器數據 d 公稱轉矩（ Nm） D L l C 圓錐銷 （ 2個） 12 2 40 8 24 軸器的校核 18 矩的 校核 聯軸器轉矩的計算公式如下： 0 式（ 式中： K 工作情況系數 P 輸出功率（ T 理論轉矩 T 計算轉矩 工作轉速 r/mi n 則聯軸器的轉矩為 (考慮動載荷及過載 ,取聯軸器工作情況系數 K= 0 = 計算可以確定選則的聯軸器合適。 的抗剪強度的校核 銷的抗剪強度的計算公式如下： DT式（ 則銷的抗剪強度為： 32 經計算銷的抗剪強度合適，材料為 45 號鋼。 19 5 導軌的選型及計算 軌的組成種類及其應滿足的要求 導軌副主要由承導件和運動件兩大部分組成。運動方向為直線的被稱為直線運動導軌副、為回轉的被稱為回轉運動導軌副。常用的導軌副的種類很多，按其接觸面的摩擦性質可分為滑動導軌副、滾動導軌副、流體介質摩擦導軌等。按其結構特點可分為開式導軌和閉式導軌。機電一體化系統(tǒng)對導軌的基本要求是導向精度高 、剛性高、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結構工藝性好。對精度要求高的直線運動導軌還要求導軌的承載面與導向面嚴格分開；當運動件較重時，必須設有卸荷裝置，運動件的支承必須符合三點定位原理 。 軌材料的選擇及熱處理 軌材料的選擇 導軌常用的材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。常使用鑄鐵 鑄鐵、鑄鐵 剛的導軌。 1）鑄鐵。鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點，因此在滑動導軌中被廣泛應用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，常用的是 級鑄鐵），硬度以 180200為適合。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可以提高導軌的耐磨性。 高磷鑄鐵，他是指含磷量為 灰口鑄鐵，其硬度為 180220磨性比灰鑄鐵 高一倍。 低合金鑄鐵，這類鑄鐵具有較好的耐磨性，且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。 稀土鑄鐵，它具有強度高、韌性好的特點，耐磨性與高磷鑄鐵相近。但鑄造性能和減震性較差，成本也較高。 2）鋼。為了提高導軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導軌。淬火的鋼導軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬的鋼導軌的耐磨性比不淬硬的鑄鐵導軌高 510 倍。常用的鋼有 45 鋼、 40。 3）有色金屬。常用的有色金屬有黃銅 青銅 硬鋁鋁 ，其中以鋁青銅較好。 4）塑料。鑲裝塑料導軌具有較好的耐磨性，抗震性能好，工作適應范圍廣，抗撕傷能力強，動、靜摩擦系數低、差別小，可降低低速運動的臨界速度，加工性和化學穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等等特點。 綜上所訴，本次設計中我們選用灰鑄鐵 20 軌的熱處理 導軌熱處理 :一般重要的導軌，鑄件粗加工后進行一次時效處理，高精度導軌鑄件半精 加工后還需進行第二次時效處理。 常用導軌淬火方法有 : 1)中頻淬火，淬硬層深度 (1 2)度 (45 50) 2)接觸加熱自冷表面淬火，淬硬深度 (微硬度 600右。這種淬火方法主要用于大型鑄件導軌。