课程设计：一维伺服移动工作台设计说明书(共29页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上电子精密机械设计课程设计一维伺服移动工作台设计说明书学校名称： 上海大学学院专业： 机自学院精密机械系设计队员：指导老师： 二一一年十二月目录课程设计概述本次专业课程设计要求我们掌握电子精密机械设计方面的基础知识，并能独立运营电子精密机械设计的基本理论、基本方法、进行有关电子精密机械方面的设计。通过本次专业课程设计使我们熟悉机械系统的方案论证过程，包括取得方式比较、传动形式的确定等；学会采用AUTOCAD进行机械设计，达到较熟悉程度；利用学过的基础理论，在设计实践中进行载荷的分析计算、电机的选择、传感器的选择、传动链的分析计算、传动系统的精度、谐振分析；综合运用有关课

2、程如机械制图、公差与技术测量、热处理、机械设计、机械原理传感器技术等所学的知识来解决工程实际问题。从而培养我们的自学能力、独立工作能力、协作精神和创新精神，为以后的毕业设计打好基础。课程设计任务1.设计任务介绍：图1-1 一维伺服移动工作台整体结构为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨、光栅传感器等。2.设计参数工作台的承重载荷；工作台的轴向载荷；工作台的最大移动速度；工作台的有效行程；加减速时间常数；重力加速度g取9.8N/kg3.设计内容简介一维工作台整体结构电机的选型滚珠丝杆的选型支撑单元选择联轴器选择转矩探讨电机的校核联轴器

3、校核导轨的选型轴承的校核系统精度计算系统谐振频率计算光栅的选型课程设计1一维工作台整体结构图1-1 一维工作台整体结构考虑到工件重量（300N）,工作台轴向载荷（60N）J均很小，初选不考虑减速器。1.本系统的工作台尺寸为：长宽高=400mm200mm 20mm；综合加工性和价格因素，选定工作台材料为铸铁：密度。工作台质量按照一般经验，暂定导向形式为双导轨-4滑块根据MISUMI导轨副手册归纳，取每个滑块质量为2.各部分选型1) 电机的选型（1） 假定电机与工作台之间无滑动将工件，工作台，4个滑块视为整体来因此，整体质量 （-工件质量）受力分析：a 摩擦力滚动导轨摩擦系数b 惯性力滚珠丝杆需提

4、供的最大轴向力滚珠丝杆需提供的最大功率 效率：取 安全系数电机所需功率选择电机MSMDO12G1 (AC200V用)图2-1 电机型号及参数电机参数： 转子转动惯量 （有制动器）推荐负载转动惯量比：30倍以下图2-2 电机MSMD012G1参数2) 滚珠丝杆的选型工作条件运动方向：水平运送质量：工作台导向方法：滚动导向面摩擦系数：0.005 取=0.005导向面摩擦阻力：轴向外部载荷：希望寿命（转数）：行程长度：操作速度：加减速时间：等速时间：加速度：加速距离：等速距离：减速距离：每分钟往返次数：导程精度-任务未规定定位精度，导程精度按【一般机械】选择高精度C3， 图2-3 不同用途的精度等级

5、选择暂定轴长-假定螺母全长100mm, 丝杠轴末端长度100mm, 行程600mm 丝杠轴长假定为800mm导程 （无减速器 i=1）丝杠导程应大于或等于4mm考虑到负载不大，为了使最终精度较高，选取图2-4 丝杠轴外径与导程的标准组合与导程4mm组合的标准丝杠外轴有： 库存品：、 半标准品：、C3精度下，各外轴对应最大制造长度为： 之前假定丝杠轴长800mm,由此排除外径图2-5 滚珠丝杠的最大制造长度许用轴向负载分析 由于丝杠较长（800mm）,中速（0.2m/s）,传动精度高所以选用固定支撑安装方式（机电一体化设计系统P35）为提高刚度，选予压型丝杠 在、这些外径中，最小，以计算轴向载荷

6、，若能承受，则其他也能承受。搓曲载荷的丝杠，沟槽谷径（螺径小径）图2-7 丝杠的有关参数图2-6 丝杠轴的搓曲载荷计算故：其中：许用拉压负载图2-8 丝杠轴的容许拉伸压缩负载由以上计算知：、的丝杠轴均满足轴向负载要求许用转速危险速度图2-9 容许转速若能满足，其它也能满足。以计算丝杠最高转速 DN值决定的许用转速各外轴对应钢球中心直径为：、图2-10 丝杠轴的有关参数由 （D为钢球中心直径）4827.594242.423414.632745.102153.85排除、外径型号选择有、的型号及参数图2-11 丝杠轴的有关参数容许轴向负载图2-12 静态安全系数任务书未规定工作情况，保险起见，认为负

7、载条件有震动，冲击按一般工业机械，取前面所列型号中最小最小所以以上型号均满足要求工作寿命探讨去程加速等速减速回程加速等速减速轴向平均载荷：正向：负向： 其中，取 微速， 取1.2 （表19）图2-13 负载系数前面型号中最小为3kN,以此计算：前面的型号均能满足一般机械的寿命要求为确保定位精度，需要丝杠有较好的刚度，外轴选查THKB-650 在标准公称型号中，选择刚度较好，且螺母质量较小的DIK2004-6型丝杠图2-14 丝杠轴的选型下面就DIK2004-6进行讨论3) 支撑单元选择 图2-15 丝杠轴的有关参数适合的支撑单元有EK15，FK15，BK15，BK17 EF15，FF15，BF

8、15，BF17查THKB-750769,根据THK的推荐，同时为了减小安装尺寸，选固定轴为BK15，支撑端BF154) 联轴器选择图2-16 联轴器的选型丝杠轴键槽端轴段长20，轴径为，键槽4，深2.5，长16根据Panasonic MINAS A5P69， 电机MSMD011G,2轴段长22，轴径，键槽宽3，长14（由以上两组尺寸初选联轴器）SCXW/SCXWK型联轴器适合高，高定径精度的伺服马达驱动的工况由上面两组尺寸，考虑只有SCXWKNo.34适合相关参数：容许扭矩：4.0Nm, 最高转速：10000rpm, 转动惯量5) 转矩探讨转矩由三部分计算:负载转矩,滚珠丝杠预压引起转矩，惯性

9、转矩 负载转矩 ,滚珠丝杠预压引起转矩-预压载荷，适当的预压载荷为最大轴向载荷的，但应小于基本额定动载荷的10%导程角，图2-17 扭矩变动率的容许范围取变动范围取最大值 惯性转矩图2-18 加速时所需的扭矩-丝杠转动惯量，查THKB-650651，得角加速度其中，为电机转子惯量， 为联轴器转动惯量，加速时： 等速时： 减速时： 6) 电机的校核最高使用转速：3000rpm马达额定转速：3000rpm所需最大转矩电机瞬时最大转矩有效转矩：电机额定转矩（根据Panasonic MSMDO1G的要求，负载惯量应小于转子惯量的30倍）=23.7电机Panasonic MSMD011G1满足要求7)

10、联轴器校核 由表14-1选T取SCXWK No.34 容许扭矩容许最高转速联轴器SCXWK No.34合格8) 导轨的选型（1）预期额定动载荷、静载荷计算为静态安全系数，取为每个滑块承受重量，由于两滑块装在一个导轨上，=0.81 fc：接触系数，见下表，因为每根导轨上安装两个滑座，取fc=0.81。图2-29 fc(2) 导轨长度计算导轨长有效行程+工作台长度+余量=600+200+50mm=850mm（3）选择导轨型号 根据以上求得的预期额定动负载计算、预期额定静负载计算和导轨长查Misumi官方资料，选定导轨为型号为SSV2RL-850,H=24，L=850。9) 轴承的校核图2-30 轴

11、承受力分析图选型 7002HTDF（左）GMP6 6004zz(右)图2-21 轴承的有关参数基本额定动载荷基本额定静载荷7007HTDF5.8Kn3.15Kn6004ZZ9.4kN5.05kN轴承预期寿命：15000h(机械设计P318) 其中，m为螺母质量（THK253）左极限：对于6004ZZ,径向载荷 轴向载荷 （初步） 式13-8a按表13-6，按表13-5，X=0.56轴承应有的基本额定动载荷：右极限：对于6004ZZ,径向载荷 轴向载荷 X取0.56，Y取1.996004ZZ作为支撑端轴承合适对于7002HTDF GMP5左极限：取右极限：7002HTDF作为固定端轴承合适 GM

12、P510) 系统精度计算轴向刚性对精度的影响：滚珠丝杠的拉压刚度：其中，图2-22 刚性值 轴向间隙，单向不考虑 导程精度C3，查表12m 温度影响：加冷却，不考虑故，11) 系统谐振频率计算电机：n=3000rpm, P=100w, 滚珠丝杠： 工作台： 最大进给速度v=12mpm,导轨摩擦系数=0.005 12) 光栅的选型根据测量精度的准确性要求，我们选择了HEIDENHAIN公司的LC483光栅传感器。其中，我们选择的光栅的长度为620mm，测量精度为。图2-23 光栅的选型附录：参考书目【1】. PanasonicMINAS A5手册【2】. 【3】.【4】张建民，等.【机电一体化系统设计】.2版.北京：高等教育出版社，2001【5】.【6】 THK技术手册，滚珠丝杠【7】. MISUMI公司技术手册【8】濮良贵等.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006【9】. HEIDENHAIN公司光栅手册P23-24,PanasonicMINAS A5手册专心-专注-专业