毕业设计（论文）-超声电机行星减速器促动器的设计（全套图纸）(23页).doc

-毕业设计（论文）-超声电机行星减速器促动器的设计（全套图纸）-第 19 页超声电机行星减速器促动器的设计摘 要射电望远镜是人们了解宇宙天空的奥秘的强力工具，而射电望远镜的主反射面通常拥有300米或者更大的口径，促动器的设计目的就是准确方便的调整主反射面。良好的的促动器设计方案关系到射电望远镜的制作成本、使用寿命、维护保养等性能指标。全套图纸加153893706本文的主要内容是针对促动器的机械传动系统的设计分析，研究设计了电机、减速器、滚珠丝杠、箱体结构及其他零部件配合的促动器设计方案。对射电望远镜的促动器设计选择有着良好的参考意义。本次设计研究方向：1. 选择超声电机作为本促动器的驱动装置，结合超声电机的优点，来对传统的促动器进行优化改良，并根据设计要求进行电机型号选择。2. 根据促动器的传动要求，选择行星减速器来调整传动系统的中的转速与扭矩。3. 滚珠丝杠副做为促动器的核心传动装置的优点，计算滚珠丝杠的转速及尺寸。4. 设计促动器的各零部件的配合。关键词：超声电机，滚珠丝杠，行星减速器，结构优化The design of the ultrasonic motor actuators planetary reducerUltrasonic motorABSTRACTRadio telescope is the useful tool for the people to understand the mysteries of the universe the sky .And radio telescope main reflector is usually have 500 meters or a larger diameter.so a good actuator design is important，It is related to the production of a radio telescope cost, service life, maintenance of performance indicators.The main content of this paper is the design of mechanical transmission system for actuator analysis, research design and the motor, reducer, ball screw, the actuator of structure and other parts of the design. The design of the actuator with radio telescopes choice has a good reference significance.In this paper, This design research direction:1. Choose ultrasonic motor as the actuator drives, combined with the advantages of ultrasonic motor, to optimize the traditional actuator, and motor type selection is made according to the design requirements.2. According to the requirements of the actuator drive, select the planet reducer transmission system to adjust the rotate speed and torque3. The core of the ball screw vice as actuator transmission device, the advantages of calculation of the ball screw rotation speed and size.4. The design of the component parts of the actuator.Key words: ultrasonic motor, ball screw, planetary gear reducer, structure optimization目录前言1第1章 绪论31.1 智能促动器的研究动态及选题意义31.1.1 国内外研究31.1.2 选题意义4第2章 传动方案的设计62.1 拟定传动方案62.1.1 运动简图62.1.2 分析和选择传动机构82.2 选择电动机82.2.1 选择电动机的类型和结构型式82. 3 传动装置的总传动比与各级传动比分配112. 4 促动器的运动及计算参数13第3章滚珠丝杠副的设计及计算143.1滚珠丝杠副143.2 滚珠丝杠副的设计与计算153.3 滚珠丝杠副的承载能力计算173.3.1滚珠丝杠副的额定动载荷计算173.3.2 滚珠丝杠副的额定静载荷的计算183.4稳定性验算183.5滚珠丝杠副的轴的强度校核19第4章 促动器其他零件的设计244.1 电动缸的设计244.1.1 电动缸的特点244.1.2电动缸的组成244.2 促动器箱体的设计25结论27谢 辞28参考文献29附录29外文资料翻译30前言1609年 伽利略制造了世界上第一台望远镜，这个简单的小东西是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜。当它被指向天空时，天文学进入了望远镜时代。322年后，在美国贝尔实验室出现了能够接收到银河系中心的无线电波的的天线阵，尔后美国人哥鲁特·雷柏制造了一架半径为4.95米的大型天线，并于1939年接受到来自银河系中心的无线电波，从此第一架射电望远镜诞生。接下来的近一个世纪的时间里，射电望远镜在不断的发展，为人类了解太空，认识宇宙做出了巨大的贡献。在宇宙面前，人类始终是渺小的存在，但是正是有了射电望远镜，我们才了解到自我的渺小。我国也在1960年开始设计建造了第一批射电望远镜，例如在上海和乌鲁木齐分别建有25m口径的射电望远镜，首都超过50m半径的大型射电望远镜，以及不久前上海佘山的65m口径的望远镜。随着对太空探索的需求，射电望远镜的口径越来越大。比如德国的超过一百米的射电望远镜，甚至美国的300m以上的阿类西厄射电望远镜等。但是设计的反射面越来越大的，射电望远镜受到自身重量、风力和温度等因素的影响，主反射面会偏离抛物面的形状，这也会严重降低射电望远镜的效率。其高频率更会衰减5倍以上严重影响到科学家的工作，因此我们会把射电望远镜切割成三角形、四边形等许多小块。然后用用一种促动器进行调节，用促动器来补偿这种偏差。对于促动器的研究，我国虽然起步较晚，但是发展迅速。如今与国外的某些促动器设计相比，略显落后，所以应设计一种智能促动器，能够微调整个射电望远镜的反射面，是势在必行的。与传统的促动器相比，新型促动器，应具有以下优点：(1）利用微机技术可以进行总场控制。（2）防磁辐射。（3）可靠性高。(4)精确定点。（5）功率重量比大。（6）承受侧向力（7）防尘防水（8）断电的可以自锁。本装置的技术要求：（1）采用直线型传动方式（2)有效行程是60mm。（3）最大行程是60mm（4)额定输出力是350N（5）额定输出速度0.3mm/sec（6）定位精度±0.05（7)内部有防转机构。（8）防护等级IP67（9)使用温度范围-40+60摄氏度。（10)抗侧向力负载能力6000N（11）垂直破坏负载力8000N。声明：本次设计的主要偏向于传动系统的设计，控制系统方面的设计作为设计任务交给他人完成。第1章 绪论1.1 智能促动器的研究动态及选题意义1.1.1 国内外研究射电望远镜在现代社会的科研中起到了非常重要的作用。是人们观察宇宙太空的一双眼睛，由于科技水平的不同，这双眼睛的锐利与否都是不同的。在射电望远镜的研究中，我们国家起步较晚，远远落后于美国欧洲等国家，这个受限于机械工业的先进程度以及和国外的先进的力学理论拥有这一定的差距。目前世界上最先进的射电望远镜都在美国。美国拥有世界上最大的固定射电望远镜，该望远镜的直径为305米，顶角扫描能达到20度。它的接收系统非常灵敏，甚至能够接收和区分来自来自400万光年以上的远太空电磁信号。而且世界上最大孔径的射电望远镜也位于美国，那就是甚大射电望远镜，这是个无线电天线群组，由27个大型的抛物面天线组成，每个天线的直径达到25米，天线的臂长长达2.1公里，呈现的是Y型的排布阵列。多种不同的组合方式，能够达到的最大基线是36公里。该望远镜的技术层级领先于世界上任何的射电望远镜，空间识别的分辨率最高可以达到弧秒。光学成像效果甚至能够达到地面望远镜的程度。美国还拥有世界上最大的全方位可转动射电望远镜，其探测面能够达到110x110米，其视野方位能够达到观察与地面成5度角的整个天空，更可以可以提供几英寸秒精确的指向精度。我们国家的射电望远镜远远达不到这样的技术要求，这是我们必须弥补的劣势。我国自1960年开始着手建造了第一批射电望远镜，时间过去了55年，目前拥有亚洲最大，世界上性能排名第四的上海佘山天文望远镜,这台天文望远镜能够观测100多亿光年以外的天体，对我国的太空探索有这巨大的作用，这台望远镜已经代表这我们国家的天文望远镜技术已经发展到世界前列，而且为了让国际上最尖端的射电望远镜合作设计计划注意到中国，我国正利用贵州的天然地形优势，筹建全球最大的射电望远镜。这个项目是我国2007年国防部批准建立的口径为500米的球面射电望远镜项目。望远镜建成后，不仅仅是世界上单口径最大的天文望远镜，并且在未来20年至30年内将持续保持世界上的领先地位。预期在射电望远镜建成之后， 还将把中国空间的测控能力从地球同步轨道一直延伸到太阳系上网外缘，将通讯数据上网速率至少提高100倍。脉冲星时间到达测量精度会从目前的120纳秒提高为30纳秒，并成为世界上最精确的脉冲星计时器，为自主导航这一前瞻性研究提供强有力的后盾。同时，射电望远镜还可以进行高分辨率的微波巡视，以1Hz的分辨率诊断并识别微弱的空间信号，同时作为战略雷达为军事安全服务，并且还可跟踪探测物质抛射事件，对天气进行更加准确的预报。 1.1.2 选题意义目前世界上了的大国强国都展开了太空探索和深海探索的竞赛，但是海洋的空间是有限的，而且中国的海洋资源也是比不上欧美等科技先进的国家，所以未来中国发展的舞台就是太空。那里有着无限的空间的与资源，对于中国来说，探索太空可以了解宇宙演化及其中的各种物理现象和过程； 了解人类和地球生物在宇宙中的地位及意义；发展各种太空技术并将其运用到各个领域； 探索和占有各种太空资源； 利用太空的极端环境进行各种科学和技术试验； 显示国家的先进和强大。探索太空有着这样的好处，我们必须牢牢把握住这次航天大时代的机会，但也是兵家必争之地，发展航天工业是迫在眉睫的，工欲善其事，必先利其器，能在射电望远镜的研究上面取得一定的突破，也是一个突破点。射电望远镜有着两大基本指标。那就是“分辨率”和“灵敏度”。灵敏度是指射电望远镜"最低可测"的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径越大分辨率越高。而分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力因为两个点源角距须大于天线方向图的半功率波束宽度时方可分辨故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的半功率宽。为电波的衍射所限对简单的射电望远镜它由天线孔径的物理尺寸D 和波长决定。这两个基本指标都要求射电望远镜的镜面做的足够大，但是如果做成一个超大型的射电望远镜，不仅仅的成本高昂的问题，还有就是要能够做到可以精确的调整望远镜的主反射面，而解决这个难题的办法就是设计一个精度足够高而且结构相对简单的望远镜促动器。一个巨大的射电望远镜的镜面是由几千个小的镜面拼凑起来的，这就代表着一个望远镜的背后有着上千个促动器在起着调整作用。射电望远镜的精度就代表着接收型号的清晰与否，所以这就要求这些促动器调整精度非常的高。有限于我们的国家的机械制造的精度水准低于欧美国家，我们可以采取设计一种智能的促动器，采用电动执行器的技术。使促动器的配合精度更高，结构简单而且成本更低。这种促动器的设计研究，可以让我们增加设计经验的同时也可以让射电望远镜的促动器能有更多的选择和参考，与此同时也可能为我国的航天，科研，气象等行业做出贡献。一个优秀的促动器的设计，可能会为我国望远镜事业的发展做出不小的推动，从而带动其他相关产业的发展。第2章 传动方案的设计2.1 拟定传动方案机器有着三大要素驱动装置、传动装置和工作机。其中的核心就是传动装置，传动装置的作用是传递运动和动力的中间装置。它连接着驱动装置和工作机，相当于一个中介，但是是必不可少的东西。没有它的存在，我们的机器就无法实现多样化，有了它，机器就被赋予了灵活的变化，可以实现工作需求。传动装置具有改变运动方向或者运动形式和减速甚至增速以及将动力和运动进行分配与传递的功效。传动装置作为机器的核心，往往也占据着整部机器结构与重量的大部分。它的设计会影响到机器的设计成本、工作性能。一个优秀的传动装置设计对机械设计工作有着非常重要的作用。2.1.1 运动简图运动简图是传动装置的运动方案，合理的选择传动装置的运动方案，不仅仅要满足工作机的性能要求，还要适应工作环境。与此同时，能够达到结构简单、工作可靠、传动效率高、尺寸紧凑、具有良好的工艺性能就是良好的传动方案。但是要满足所以有条件是很困难的，所以我们设计的同时，要选择出要优选考虑的因素，分清主次，先满足重要的条件，再去考虑其他。运动简图见图2-1，这是促动器的传动方案，它反应了机器如何运动，动力传递的线路以及机器的重要零部件的组成联接。从机构的运动运动学观点来看，构件是机构的基本组成单元，而机构则可以看做是若干个构件组成的构件组合体。传动装置作为机器的核心，往往也占据着整部机器结构与重量的大部分。它的设计会影响到机器的设计成本、工作性能。一个优秀的传动装置设计对机械设计工作有着非常重要的作用。拥有一个清楚明了的运动简图，可以帮助设计者与制造商更加方便的去设计与制造构件。从而大大减轻设计工作中的工作量，而且能够在优化设计时候提供参考.1. 编码器 2.电动机 3.联轴器 4.减速器 5.联轴器 6.螺母 7.丝杠图2-1 运动简图图2-2 传动参数比较2.1.2 分析和选择传动机构 拟定传动方案的重要环节是分析选择传动装置的类型，例如拥有同样的传递功率，低速轴转速、传动比也是相同的，可以设计出不同的尺寸轮廓。见图2-2.所以传动参数只是一个要求，具体的结构尺寸还要结合机构的特性与用途加以分析。我们就需要查阅资料，根据传动机构的性能与用途来选择机构的类型。2.2 选择电动机驱动装置是机器的动力来源，有很多类型，比方说电动机、蒸汽机、发电机的核心、液压机、内燃机等等。电动机由于其结构简单、易于控制、维护方便、性能可靠，大多数机械生产都选择电动机驱动。现在电机已经系列化，我们在设计过程中只需要根据装置工作时所需要功率，还有该装置的工作条件，来选择电动机的类型、转速、结构样式，来确定电动机的型号。2.2.1 选择电动机的类型和结构型式电动机的类型和结构型式需要根据具体的工作条件来选择。而且有时候还要根据设计的要求来选择。超声电机作为一种新型的高科技电动机，已经不再像传统的电机一样，它的力矩与运动不是通过电磁交叉来获得的，超声电机是通过超声振动与压电陶瓷的逆压电效应，放大材料的微观变形，然后和摩擦耦合转换成转子，化微观运动成宏观运动。该电机抛弃了传动的电机材料，压电陶瓷成为这种新型电机的核心材料。 超声电机具有很多优点，由于促动器是安装在钢铁支架上面，数量较大，对底座的钢架压力很大，所以尽量减轻促动器的重量，超声电机有着简单的结构，体积很小，重量轻，能降低对箱体的空间要求，间接减轻箱体重量，由于超声电机不受磁场干扰，而且低速大转矩的优点让超声电机省掉了附加齿轮这样的变速结构，从而使得电机几乎没有噪声，和射电望远镜的工作环境很适合，既能保证自己的正常运行，也不会干扰到射电望眼镜的信号接收，更是易于控制，具有高效率。超声电机有着一个其他电机无法比拟的优点，那就是断电自锁，这个优点可以给促动器的结构进行进一步的优化，去除一个制动装置，大大减轻整体装置的重量。这是本次设计的核心亮点，无制动器的促动器。是促动器结构的一个创新。超声电机见图2-3，图2-4.这是超声电机的外形与内部构造。超声电机内部结构简单，与其他电机相比，体积比很小，可以适应较多的工作环境，虽然是个新型的电机系统但是我相信，这种电机将很快的普及开来，即使造价有点高，但是我相信这个问题会很快得到解决。图2-3 超声电机图2-4 超声电机结构图2.2.2 确定电动机的功率促动器的如果拥有一个合适的电动机功率，这将对电动机的经济性能与运作状况有着良好的改善。若功率达不到生产或工作要求，电动机就不能正常工作，或者会因为过载而损坏，功率大的电动机往往价格也高，还会因为不满载的情况，白白浪费电能，所以为了节约成本，我们应选择的电机功率最好是恰当的。选择电机的功率主要是根据电机的发热情况来决定，对于长期连续性工作的机器，我们所选择的电机的额定功率应比所需求的电动机Po稍微大一点是最好的,就是，这样电动机就会在正常的工作运转中不会过热，从而也不用去校检起动力矩和发热。计算步骤1.计算促动器工作时需求功率 (2-1)或 (2-2)式子中，Fw就是促动器所受到的阻力（N）；是促动器的线速度（m/s）；是滚珠丝杠副的扭矩（）；Nw是电动缸中丝杠的转速（r/min）；是促动器的工作效率，本促动器的工作效率一般为=0.90。2. 计算电动机的所需求功率电动机的功率主要是由促动器所需求功率和整个传动系统的总效率来 (2-3)其中为传动系统的总效率，是传动装置中各级运动副的效率的乘积，即。 (2-4)2.2.3确定电动机的转速就算是电动机的功率一样，它们的转速有可能不同，1000r/min、1500r/s、2000r/s几种都有。如果电动机转速很大，那么体积和质量越小，也就会越便宜，但是超声电机恰恰相反，由于其采用压电陶瓷的材料，具有低速大转矩的优点，所以选择合适的输出扭矩的超声电机即可。超声电机的型号选择见表2-1。对于促动器来说，它的设计功率需要按照电动机的功率Po来计算。传动装置的输入扭矩要按超声电机的额定功率下的满载扭矩Mm来进行计算。表2-1 超声电机参数表型号TRUM-30-P-ATRUM-45-P-ATRUM-60-P-A定子直径304560额定扭矩0.10.150.5额定转速180150120额定输出1.82.36.0转速范围525041804150转速稳定性555最大扭矩0.20.351.6自锁扭矩0.10.251.2旋转方向CWCWCW电机自重40100250检验IS9001 为了达到设计的要求，在本次的促动器设计中我选择的超声电机的型号是：TRUM-60-P-A，该种型号的电机的额定扭矩为：， 额定转速：n=120（r/min).在接下来的计算中以电机的额定功率和扭矩做为依据来设计滚珠丝杠副。2. 3 传动装置的总传动比与各级传动比分配选定了电动机后，我们可以根据电动机的满载转速nm以及滚珠丝杠的工作转速nm,我们就能够计算出促动整体的总传动比为 (2-5)在本次的促动器设计方案中，转速与扭矩的输出是由电动机直接传递给减速器，然后由减速器传递给滚珠丝杠，滚珠丝杠接收到转动，转换成螺母的平动，从而带动促动的支架上下移动。所以本传动装置中只经过一级的传动改变，本促动器选用的是PL60行星减速器，速比为32，所以 i1= ，即总传动比所以， 分配后的各级传动比只是一个初步确定的数值，但是真是的传动比要经过传动件才能最后确定下来参数进行准确计算。因此，滚珠丝杠的实际转速，要在传动件的整体设计完成之后进行核算，如果符合技术要求，就选用此传动比，或者进行微调。若不满足误差允许的范围，要进行重新分配传动比。PL60行星减速器的结构如图2-5,2-6所示，行星减速器是一种伺服系统的减速机构，相对于其他的减速器来说，行星减速器具有高效的传动效率，能够完成大部分的减速任务，精度要求能够达到高精度的优点，体积小也是行星减速器被运用到促动器设计的一个优势，可以节约箱体的空间，从而在整体上减轻促动器的重量，优化促动器的物理结构。为更高效的完成设计任务，降低促动器的设计难度，提供了很好的思路，目前很多设计者都采用伺服系统的减速机构来完成促动器设计，这也证明了行星减速器用来设计促动器是一个很好的选择。图2-5 PL60行星减速器图2-6行星减速器的装配从图2-6可以看出，行星减速器的结构简单，同时装配难度不高，这对促动器的安装和维护都有很大的帮助，机械设计的目的是服务于人，人性化的设计方案往往深受广大用户的喜爱。2. 4 促动器的运动及计算参数要求出促动器的最终运动状态，需要计算出该促动器中各轴的转速，扭矩或者功率。在该促动器中由电机输出轴为轴，滚珠丝杠为II轴,所以我们可以得到各轴的转速n,每个轴的转矩T每个轴的转速 (2-6) (2-7）每个轴的转矩 （2-8) (2-9) 所以，由可得，第3章 滚珠丝杠副的设计及计算3.1滚珠丝杠副 滚珠丝杠副是近年来非常受欢迎的传动元件，到目前为止，滚珠丝杠副的的诞生仅仅只有几十年，但是它的出现及普及已经对社会工业产生了巨大的影响。如今，滚珠丝杠副作为一种优秀的螺旋传动元件，被广泛运用到各种行业的机械设计中。这依赖着滚珠丝杠副拥有高效率和能达到的高精度要求，同时滚珠丝杠副的使用寿命比传统的丝杠要长且耐磨，这使得运用滚珠丝杠副的设备的维护与保养难度大大降低。滚珠丝杠副及其内部构造可以见图3-1及图3-2。滚珠丝杠副的技术已经很成熟了，虽然滚珠丝杠的普及还没有达到整个行业都普及的地步，但是已经成为一个产业链，设计者只需要设计出基本尺寸，相应厂商就会根据参数做出符合标准的滚珠丝杠副。滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动，防逆传动方法可用涡轮螺杆传动，液压式电器制动器及超越离合器等。图3-1 滚珠丝杠副1.油孔 2.曲折式防尘片 3.树脂 4.滚珠回流管 5.螺母 6.滚珠 7.丝杠图3-2滚珠丝杠的内部构造3.1.1 滚珠丝杠的优点 1.滚动替代了滑动 2.高效的传动 3.高精度 4.无轴向间隙 5.使用寿命长 6.运动是可逆的 7.准确的同步性3.2 滚珠丝杠副的设计与计算由促动器的技术要求我们可以得到滚珠丝杠受的轴向压力，丝杠的最大行程，额定的输出速度0.3mm/sec，定位精度。3.2.1 滚珠丝杠尺寸的计算 1.滚珠丝杠副的导程 基本导程是丝杠相对于螺母旋转一周时，螺母上面的基准点的轴向位移，如图3-2所示。我们也可按照查表选取。图3-2 滚珠丝杠的基本导程原理图在这里我所选取的公称直径，可得最佳的基本导程=5mm后我们选择的接触角，一般取理想接触角为45度。螺纹升角，是公称直径的圆柱螺旋线的切线和螺纹轴线的平面夹角，其计算公式为 （3-1）滚珠的实际直径，实际直径是滚珠与丝杠和螺母在实际的工作状态下，滚珠的中心的圆柱体的直径。滚珠的直径，就是钢球的公称直径，可以按照公式计算.滚道半径R，是螺纹法向面截面的的滚道半径R，。圆弧的偏心距，是圆弧滚道中心到螺纹轴线的垂线间距。偏心距的公式如下 （3-2） 2.滚珠丝杠的主要尺寸（1） 丝杠大径 （3-3）（2） 丝杠的小径 （3-4）（3） 丝杠的接触点直径 （3-5）（4） 丝杠的牙顶圆角半径 （3-6）（5） 丝杠的内径 （3-7） 其中是丝杠材料的拉伸需用应力，; ，其中为丝杠材料的拉伸极限，n为安全系数一般取n=57。3. 滚珠螺母的主要尺寸(1) 螺母螺纹大径 （3-8）(2) 螺母小径 （3-9） 3.3 滚珠丝杠副的承载能力计算滚珠丝杠副的承载通常是额定动轴向载荷和额定静轴向载荷来表示。滚珠丝杠副和推力球轴承的结构类型与工作原理相似，我们可以采用45°角的推力球轴承的载荷计算方式来确定滚珠丝杠副的额定动静载荷。3.3.1滚珠丝杠副的额定动载荷计算滚珠丝杠副的额定动载荷测试一般为一批规格相同的滚珠丝杠副，运行一百万转后，超过90%的滚珠丝杠副，螺纹滚道或者滚珠表面不产生疲劳损伤时的轴向载荷。我们可以采用以下公式进行运算 （3-10）式子中，i工作圈数，有，j为没列的工作圈数，k为列数；接触角，（°）； Z一圈螺纹滚道内承受载荷的滚珠数；滚珠直径，mm；系数，与滚珠丝杠副滚道的几何形状，制作材料还有相应精度有关.3.3.2 滚珠丝杠副的额定静载荷的计算额定静载荷指滚珠丝杠副在静止状态下或者低速转动的情况下，承受最大接触应力，滚珠和滚道接触面所发生的塑性变形量不大于滚珠直径的万分之一的轴向载荷。我们可以采用下面的式子计算其额定静载荷： （3-11）式子中，i工作圈数，有，j为没列的工作圈数，k为列数； 接触角，（°）； Z一圈螺纹滚道内承受载荷的滚珠数； 滚珠直径，mm；系数，与滚珠丝杠副滚道的几何形状，制作材料还有相应精度有关.3.4稳定性验算由于滚珠丝杠在长期的工作过程中会发生失效，故再设计过程中应该校核安全系数S，S应该大于滚珠丝杠副允许安全系数S，临界载荷 （3-12）式中，E为弹性模量，45号钢，E=206GPa；l是丝杠长度；Ia为丝杠惯量；是长度系数。 （3-13）取=2/3，则： （3-14）安全系数 （3-15）S=2.53.3，在安全范围内。 所以产品合格.接下来验算一下丝杠的转速稳定性。长丝杠工作时会发生共振，因此需要校核引起共振的的高转速ncr，要求nmax<ncr，临界转速ncr （3-16）该丝杠n<ncr,合适。3.5滚珠丝杠副的轴的强度校核 滚珠丝杠副主要有丝杠、螺母及滚珠组成，丝杠就是一根有着滚道的轴，我们可以运用轴的强度校核计算方法来进行丝杠的强度校核。 1.确定当量载荷，受力分析见图3-3图3-3轴简图输入功率和输入转矩： , （3-17）（c）水平面剪力（b）垂直面剪力（d） 垂直面弯矩图3-4 （3-18）压轴力的最小值 （3-19） 2.估算丝杠允许的最大轴向变形量。 已知：重复定位精度，定位精度 （3-20） 重复定位精度 （3-21） 定位精度 取两种结果的最小值 3.确定滚珠丝杠副预紧力 （3-22） 行程补偿值与与拉伸力 （3-23） 预拉伸力 （3-24） 4.确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格 本滚珠丝杠副采用两端固定的支承形式，选背靠背60度角接触推力轴承，经计算选6003轴承。其主要参数为： 验算系统刚度 （3-25） （3-26） （3-27） 则得 （3-28） 5.验算滚珠丝杠压杆稳定性 （3-29） 6.验算临界转速 （3-30） 7.验算 （3-31） 8.验算额定静载荷 （3-32） 9.验算丝杠轴拉压强度 （3-33） 10.被选轴承信息 轴承类型 深沟球轴承 轴承型号 6003 轴承内径 d=17(mm)轴承外径 D=35 (mm) 轴承宽度 B=10 (mm) 基本额定动载荷 C=60800 (N)基本额定静载荷 Co=45000 (N) 极限转速(油) =6000 (r/min) 11. 当量动载荷接触角 a=0 (度) 负荷系数=1.2 判断系数 e=0.16径向载荷系数 X=1 轴向载荷系数 Y=0 当量动载荷 P=1823.592 (N)轴承所需基本额定动载荷 C'=4982.773 (N) 12.校核轴承寿命轴承寿命=9083800 (h) 验算结果 Test=合格第4章 促动器其他零件的设计4.1 电动缸的设计电动缸在促动器中所起到的作用是将电机的转动运动转换成直线运动的装备，可以实现高精度的直线运动。电动缸是由电机直接控制，使用起来比较方便，具有其他控制系统所没有的优点，易于维护保养，使用寿命也比较长。4.1.1 电动缸的特点 1.传动效率高 2.承载范围广 3.定位精确 4.结构紧凑，节约设备空间 5.环境适应能力强4.1.2电动缸的组成电动缸的结构比较简单，主要包括驱动机构、减速装置、直线运动机构和辅助机构四大部分这是一种行星滚柱丝杠电动缸。在这里我们采用行星减速器调节滚珠丝杠副转速与扭矩方式，由伺服电机输出转矩，带动丝杠的转动，采用了行星滚柱丝杠传动力方式，由螺母组件推动推杆的往复运动。行星滚柱丝杠这种传动方式是在主螺纹丝杠周围，行星布置安装了6-8个螺纹滚柱丝杠，这样将电机的旋转运动转换为丝杠或螺母的直线运动，与梯形丝杠、滚珠丝杠的传动方式有点相近，但不同点则是行星丝杠能够在极其艰苦的工作环境下承受重载上千个小时，这样就使得行星丝杠成为要求连续工作制应用场合的理想选择。见图4-1。 图4-1电动缸组成4.2 促动器箱体的设计箱体是支撑和固定轴系部件,保证传动零件正常啮合,良好润滑和密封的基础零件,因此,应具有足够的强度和刚度。为了便于轴系部件的安装和拆卸,箱体多做成剖分式,由箱座和箱盖组成,剖分面多取轴的中心线所在平面,箱座和箱盖采用普通螺栓联接,圆锥销定位 在我的超声电机行星减速器促动器中箱体是促动器机箱，主要作用是，装载电机与PL60行星减速器，起保护零件和支撑作用。箱体的加强筋有外筋和内筋两种结构形式,内筋结构刚度大，箱体外表面光滑、美观，但会增加搅油损耗，制造工艺也比较复杂，故多采用外筋结构或凸壁式箱体结构(参见装配图及箱体图)。下面是箱体的轴测简图，见4-2.箱体对促动器的非常重要，因为这关系到促动器的整体设计，箱体的保护作用可以使促动器的使用寿命得到延长，而且密封性也影响着箱体内零件的润滑，只有良好的工作环境促动器才能正常工作，这是保证电机与减速器的关键因素之一。我们设计箱体应该考虑全面。，同时也要考虑到经济性来选择材料，适当就行。 图4-2 促动器机箱轴测图简图4.3 零件及装配注意事项促动器的大体机构都完成了设计，剩下的都是一些标准件的选择，我们要严格按照机械设计的原则去选择标准件，本着合理且不浪费的价值观去选择标准件，尽可能的满足和优化设计要求。促动器在出厂时要求做到电动缸已经注满润滑油。