課程設(shè)計一維伺服移動工作臺設(shè)計說明書

1、<p>　　電子精密機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計</p><p>　　一維伺服移動工作臺設(shè)計說明書</p><p>　　學(xué)校名稱： 上海大學(xué)</p><p>　　學(xué)院專業(yè)： 機(jī)自學(xué)院精密機(jī)械系</p><p><b>　　設(shè)計隊員：</b></p><p>　　指導(dǎo)老師：

2、

3、 </p><p><b>　　二〇〇一一年十二月</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　課程設(shè)計概述2</b></p><p><b>　　課程設(shè)計任務(wù)3</b></p>&

4、lt;p>　　1.設(shè)計任務(wù)介紹：3</p><p><b>　　2.設(shè)計參數(shù)3</b></p><p>　　3.設(shè)計內(nèi)容簡介4</p><p><b>　　課程設(shè)計4</b></p><p>　　1一維工作臺整體結(jié)構(gòu)4</p><p><b>　　2

5、.各部分選型5</b></p><p>　　1)電機(jī)的選型5</p><p>　　2)滾珠絲桿的選型7</p><p>　　3)支撐單元選擇17</p><p>　　4)聯(lián)軸器選擇18</p><p>　　5)轉(zhuǎn)矩探討18</p><p>　　6)電機(jī)的校核

6、21</p><p>　　7)聯(lián)軸器校核21</p><p>　　8)導(dǎo)軌的選型22</p><p>　　9)軸承的校核23</p><p>　　10)系統(tǒng)精度計算26</p><p>　　11)系統(tǒng)諧振頻率計算28</p><p>　　12)光柵的選型28</p&

7、gt;<p><b>　　附錄29</b></p><p><b>　　課程設(shè)計概述</b></p><p>　　本次專業(yè)課程設(shè)計要求我們掌握電子精密機(jī)械設(shè)計方面的基礎(chǔ)知識，并能獨(dú)立運(yùn)營電子精密機(jī)械設(shè)計的基本理論、基本方法、進(jìn)行有關(guān)電子精密機(jī)械方面的設(shè)計。通過本次專業(yè)課程設(shè)計使我們熟悉機(jī)械系統(tǒng)的方案論證過程，包括取得方式比較、傳動

8、形式的確定等；學(xué)會采用AUTOCAD進(jìn)行機(jī)械設(shè)計，達(dá)到較熟悉程度；利用學(xué)過的基礎(chǔ)理論，在設(shè)計實踐中進(jìn)行載荷的分析計算、電機(jī)的選擇、傳感器的選擇、傳動鏈的分析計算、傳動系統(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)測量、熱處理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械原理傳感器技術(shù)等所學(xué)的知識來解決工程實際問題。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)計打好基礎(chǔ)。</p><p><b&g

9、t;　　課程設(shè)計任務(wù)</b></p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)介紹：</b></p><p>　　為完成一維伺服移動工作臺的設(shè)計，需設(shè)計的機(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。</p><p><b>　　2.設(shè)計參數(shù)</b></p><p>

10、;　　工作臺的承重載荷；</p><p><b>　　工作臺的軸向載荷；</b></p><p>　　工作臺的最大移動速度；</p><p><b>　　工作臺的有效行程；</b></p><p><b>　　加減速時間常數(shù)；</b></p><p

11、>　　重力加速度g取9.8N/kg</p><p><b>　　3.設(shè)計內(nèi)容簡介</b></p><p><b>　　一維工作臺整體結(jié)構(gòu)</b></p><p><b>　　電機(jī)的選型</b></p><p><b>　　滾珠絲桿的選型</b><

12、;/p><p><b>　　支撐單元選擇</b></p><p><b>　　聯(lián)軸器選擇</b></p><p><b>　　轉(zhuǎn)矩探討</b></p><p><b>　　電機(jī)的校核</b></p><p><b>　　聯(lián)軸器

13、校核</b></p><p><b>　　導(dǎo)軌的選型</b></p><p><b>　　軸承的校核</b></p><p><b>　　系統(tǒng)精度計算</b></p><p><b>　　系統(tǒng)諧振頻率計算</b></p><

14、p><b>　　光柵的選型</b></p><p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　1一維工作臺整體結(jié)構(gòu)</p><p>　　考慮到工件重量（300N）,工作臺軸向載荷（60N）J均很小，初選不考慮減速器。</p><p>　　1.本系統(tǒng)的工作臺尺寸為：長寬高=400mm20

15、0mm 20mm；</p><p>　　綜合加工性和價格因素，選定工作臺材料為鑄鐵：</p><p><b>　　密度。</b></p><p><b>　　工作臺質(zhì)量</b></p><p>　　按照一般經(jīng)驗，暫定導(dǎo)向形式為雙導(dǎo)軌-4滑塊</p><p>　　根據(jù)MISUM

16、I導(dǎo)軌副手冊歸納，取每個滑塊質(zhì)量為</p><p><b>　　2.各部分選型</b></p><p><b>　　電機(jī)的選型</b></p><p>　　假定電機(jī)與工作臺之間無滑動</p><p>　　將工件，工作臺，4個滑塊視為整體來</p><p>　　因此，整體質(zhì)量

17、 （---工件質(zhì)量）</p><p><b>　　受力分析：</b></p><p><b>　　摩擦力</b></p><p><b>　　滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)</b></p><p><b>　　慣性力</b></p><p>

18、　　滾珠絲桿需提供的最大軸向力</p><p>　　滾珠絲桿需提供的最大功率 </p><p>　　效率：取 </p><p><b>　　安全系數(shù)</b></p><p><b>　　電機(jī)所需功率</b></p><p>　　選擇電機(jī)MSMDO12G

19、1 (AC200V用)</p><p><b>　　電機(jī)參數(shù)： </b></p><p>　　轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 （有制動器）</p><p>　　推薦負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量比：30倍以下</p><p><b>　　滾珠絲桿的選型</b></p><p><b>　　工作條

20、件—</b></p><p><b>　　運(yùn)動方向：水平</b></p><p><b>　　運(yùn)送質(zhì)量：</b></p><p>　　工作臺導(dǎo)向方法：滾動</p><p>　　導(dǎo)向面摩擦系數(shù)：~0.005 取μ=0.005</p><p><b>　　

21、導(dǎo)向面摩擦阻力：</b></p><p><b>　　軸向外部載荷：</b></p><p><b>　　希望壽命（轉(zhuǎn)數(shù)）：</b></p><p><b>　　行程長度：</b></p><p><b>　　操作速度：</b></p&g

22、t;<p><b>　　加減速時間：</b></p><p><b>　　等速時間：</b></p><p><b>　　加速度：</b></p><p><b>　　加速距離：</b></p><p><b>　　等速距離：<

23、;/b></p><p><b>　　減速距離：</b></p><p><b>　　每分鐘往返次數(shù)：</b></p><p><b>　　導(dǎo)程精度—-</b></p><p>　　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， </p><

24、;p><b>　　暫定軸長---</b></p><p>　　假定螺母全長100mm, 絲杠軸末端長度100mm, 行程600mm</p><p>　　絲杠軸長假定為800mm</p><p><b>　　導(dǎo)程——</b></p><p>　?。o減速器 i=1）</p>&

25、lt;p>　　絲杠導(dǎo)程應(yīng)大于或等于4mm</p><p>　　考慮到負(fù)載不大，為了使最終精度較高，選取</p><p>　　與導(dǎo)程4mm組合的標(biāo)準(zhǔn)絲杠外軸有： 庫存品：、</p><p><b>　　半標(biāo)準(zhǔn)品：、、、</b></p><p>　　C3精度下，各外軸對應(yīng)最大制造長度為：</p>&l

26、t;p>　　之前假定絲杠軸長800mm,由此排除外徑</p><p>　　圖2-5 滾珠絲杠的最大制造長度</p><p>　　許用軸向負(fù)載分析——</p><p>　　由于絲杠較長（800mm）,中速（0.2m/s）,傳動精度高</p><p>　　所以選用固定—支撐安裝方式（《機(jī)電一體化設(shè)計系統(tǒng)》P35）</p>&l

27、t;p>　　為提高剛度，選予壓型絲杠</p><p>　　在、、、、這些外徑中，最小，以計算軸向載荷，若能承受，則其他也能承受。</p><p><b>　　搓曲載荷——</b></p><p>　　的絲杠，溝槽谷徑（螺徑小徑）</p><p>　　圖2-7 絲杠的有關(guān)參數(shù)</p><p>

28、<b>　　故：</b></p><p><b>　　其中：</b></p><p><b>　　許用拉壓負(fù)載——</b></p><p>　　由以上計算知：、、、、的絲杠軸均滿足軸向負(fù)載要求</p><p><b>　　許用轉(zhuǎn)速——</b></p

29、><p><b>　　危險速度——</b></p><p>　　若能滿足，其它也能滿足。以計算</p><p><b>　　絲杠最高轉(zhuǎn)速 </b></p><p>　　DN值決定的許用轉(zhuǎn)速——</p><p>　　各外軸對應(yīng)鋼球中心直徑為：</p><p&g

30、t;<b>　　、、、、</b></p><p>　　由 （D為鋼球中心直徑）</p><p><b>　　排除、外徑</b></p><p><b>　　型號選擇——</b></p><p><b>　　有、、的型號及參數(shù)</b></p&

31、gt;<p><b>　　容許軸向負(fù)載——</b></p><p>　　任務(wù)書未規(guī)定工作情況，保險起見，認(rèn)為負(fù)載條件有震動，沖擊</p><p>　　按[一般工業(yè)機(jī)械]，取</p><p><b>　　前面所列型號中最小</b></p><p><b>　　最小</b&

32、gt;</p><p>　　所以以上型號均滿足要求</p><p><b>　　工作壽命探討——</b></p><p><b>　　軸向平均載荷：</b></p><p><b>　　正向：</b></p><p><b>　　負(fù)向：<

33、/b></p><p><b>　　其中，取</b></p><p>　　微速， 取1.2 （表19）</p><p>　　前面型號中最小為3kN,以此計算：</p><p>　　前面的型號均能滿足一般機(jī)械的壽命要求</p><p>　　為確保定位精度，需要絲杠有較好的剛度，外軸選<

34、/p><p>　　查《THK》B-650 在標(biāo)準(zhǔn)公稱型號中，選擇剛度較好，且螺母質(zhì)量較小的DIK2004-6型絲杠</p><p>　　下面就DIK2004-6進(jìn)行討論</p><p><b>　　支撐單元選擇</b></p><p>　　適合的支撐單元有EK15，F(xiàn)K15，BK15，BK17</p><

35、p>　　EF15，F(xiàn)F15，BF15，BF17</p><p>　　查《THK》B-750~769,根據(jù)THK的推薦，同時為了減小安裝尺寸，</p><p>　　選固定軸為BK15，支撐端BF15</p><p><b>　　聯(lián)軸器選擇</b></p><p>　　絲杠軸鍵槽端軸段長20，軸徑為，鍵槽4，深2.5，

36、長16</p><p>　　根據(jù)《Panasonic MINAS A5》P69， </p><p>　　電機(jī)MSMD011G,2軸段長22，軸徑，鍵槽寬3，長14（由以上兩組尺寸初選聯(lián)軸器）</p><p>　　SCXW/SCXWK型聯(lián)軸器適合高，高定徑精度的伺服馬達(dá)驅(qū)動的工況</p><p>　　由上面兩組尺寸，考慮只有SCXWKNo.34

37、適合</p><p>　　相關(guān)參數(shù)：容許扭矩：4.0Nm, 最高轉(zhuǎn)速：10000rpm, 轉(zhuǎn)動慣量</p><p><b>　　轉(zhuǎn)矩探討</b></p><p>　　轉(zhuǎn)矩由三部分計算:負(fù)載轉(zhuǎn)矩,滾珠絲杠預(yù)壓引起轉(zhuǎn)矩，慣性轉(zhuǎn)矩</p><p><b>　　負(fù)載轉(zhuǎn)矩</b></p><

38、;p>　?、?滾珠絲杠預(yù)壓引起轉(zhuǎn)矩</p><p>　　---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)小于基本額定動載荷的10%</p><p><b>　　——導(dǎo)程角，</b></p><p><b>　　取變動范圍</b></p><p><b>　　取最大值</b&

39、gt;</p><p><b>　　慣性轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　---絲杠轉(zhuǎn)動慣量，查《THK》B-650~651，</p><p><b>　　得</b></p><p><b>　　角加速度</b></p><p>　　其中，為電機(jī)轉(zhuǎn)子慣量

40、，</p><p><b>　　為聯(lián)軸器轉(zhuǎn)動慣量，</b></p><p><b>　　∴加速時： </b></p><p>　　等速時： </p><p><b>　　減速時： </b></p><p><b&

41、gt;　　電機(jī)的校核</b></p><p>　　最高使用轉(zhuǎn)速：3000rpm</p><p>　　馬達(dá)額定轉(zhuǎn)速：3000rpm</p><p><b>　　所需最大轉(zhuǎn)矩</b></p><p><b>　　電機(jī)瞬時最大轉(zhuǎn)矩</b></p><p>　　有效轉(zhuǎn)矩：

42、電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩</p><p>　?。ǜ鶕?jù)Panasonic MSMDO1G的要求，負(fù)載慣量應(yīng)小于轉(zhuǎn)子慣量的30倍）</p><p><b>　　=23.7</b></p><p>　　∴電機(jī)Panasonic MSMD011G1滿足要求</p><p><b>　　聯(lián)軸器校核</b></p&g

43、t;<p><b>　　由表14-1選</b></p><p><b>　　T取</b></p><p>　　SCXWK No.34 容許扭矩</p><p><b>　　容許最高轉(zhuǎn)速</b></p><p>　　∴聯(lián)軸器SCXWK No.34合格</p&g

44、t;<p><b>　　導(dǎo)軌的選型</b></p><p>　　（1）預(yù)期額定動載荷、靜載荷計算</p><p><b>　　為靜態(tài)安全系數(shù)，取</b></p><p>　　為每個滑塊承受重量，</p><p>　　由于兩滑塊裝在一個導(dǎo)軌上，=0.81</p><p

45、>　　fc：接觸系數(shù)，見下表，因為每根導(dǎo)軌上安裝兩個滑座，取fc=0.81。</p><p>　　(2) 導(dǎo)軌長度計算</p><p>　　導(dǎo)軌長有效行程+工作臺長度+余量=600+200+50mm=850mm</p><p><b>　?。?）選擇導(dǎo)軌型號</b></p><p>　　根據(jù)以上求得的預(yù)期額定動負(fù)載

46、計算、預(yù)期額定靜負(fù)載計算和導(dǎo)軌長查Misumi官方資料，選定導(dǎo)軌為型號為SSV2RL-850,H=24，L=850。</p><p><b>　　軸承的校核</b></p><p>　　選型 7002HTDF（左）GMP6 6004zz(右)</p><p>　　軸承預(yù)期壽命：15000h(機(jī)械設(shè)計P318)</p>

47、<p>　　其中，m為螺母質(zhì)量（THK253）</p><p><b>　　左極限：</b></p><p>　　對于6004ZZ,徑向載荷</p><p><b>　　軸向載荷</b></p><p>　?。ǔ醪剑?式13-8a</p><p><

48、b>　　按表13-6，</b></p><p>　　按表13-5，X=0.56</p><p><b>　　∴</b></p><p>　　軸承應(yīng)有的基本額定動載荷：</p><p><b>　　右極限：</b></p><p>　　對于6004ZZ,徑向載

49、荷</p><p><b>　　軸向載荷</b></p><p>　　∴X取0.56，Y取1.99</p><p>　　∴6004ZZ作為支撐端軸承合適</p><p>　　對于7002HTDF</p><p><b>　　GMP5</b></p><p&

50、gt;<b>　　左極限：</b></p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　右極限：</b></p><p>　　∴7002HTDF作為固定端軸承合適</p><p><b>　　GMP5</b></p><

51、p><b>　　系統(tǒng)精度計算</b></p><p>　?、佥S向剛性對精度的影響：</p><p>　　滾珠絲杠的拉壓剛度：</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　軸向間隙，單向不考慮</p><p>　　導(dǎo)程精度C3，查表12μm</p

52、><p>　　溫度影響：加冷卻，不考慮</p><p><b>　　故，</b></p><p><b>　　系統(tǒng)諧振頻率計算</b></p><p>　?、匐姍C(jī)：n=3000rpm, P=100w, </p><p><b>　?、跐L珠絲杠：</b>&

53、lt;/p><p><b>　　工作臺：</b></p><p>　　最大進(jìn)給速度v=12mpm,導(dǎo)軌摩擦系數(shù)μ=0.005</p><p><b>　　光柵的選型</b></p><p>　　根據(jù)測量精度的準(zhǔn)確性要求，我們選擇了HEIDENHAIN公司的LC483光柵傳感器。</p>&

54、lt;p>　　其中，我們選擇的光柵的長度為620mm，測量精度為±。</p><p><b>　　附錄：</b></p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　【1】. 《PanasonicMINAS A5》手冊</p><p>　　【2】. 【3】.【4】張建民

55、，等.【機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計】.2版.</p><p>　　北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　【5】.【6】 THK技術(shù)手冊，滾珠絲杠</p><p>　　【7】. MISUMI公司技術(shù)手冊</p><p>　　【8】濮良貴等.機(jī)械設(shè)計.8版.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　【9】.