三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計

三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計,三維,數(shù)控,點焊,結(jié)構(gòu)設(shè)計 分 類 號 密 級 寧寧波大紅鷹學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(論文) 課題名稱：三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 分 院： 機(jī)械與電氣工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 二○一二年 十一月 摘要 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，焊接結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用也顯得越來越頻繁，先進(jìn)焊接技術(shù)的發(fā)展總是不斷地從新科技的成果中獲得新的起點。目前，數(shù)控錫絲焊接技術(shù)在電子科技、計算機(jī)技術(shù)及機(jī)器人的制造中都起著重要的作用。無論在什么情況下，數(shù)控錫絲焊接機(jī)要適應(yīng)焊縫的變化才能提高焊接的水平和質(zhì)量。我們只有將數(shù)控錫絲焊接機(jī)技術(shù)和焊接跟蹤技術(shù)有效的結(jié)合才能更好的推動新科技的發(fā)展，因此數(shù)控錫絲焊接機(jī)的設(shè)計對于解決這一難題至關(guān)重要。 關(guān)鍵詞： 焊接技術(shù) 機(jī)構(gòu)設(shè)計 Abstract With the development of industrial level, the application of welding structure is becoming more and more frequent, advanced welding technology development are always the results of new science and technology a new starting point. At present, the numerical control tin wire welding technology in the electronic technology, computer technology and manufacturing of the robot plays a important role. In any case, CNC tin wire welding confidential to adapt to the change of weld can improve the level and quality of welding. Only when we CNC tin wire welding machine technology and welding tracking technology effective combination to better promote the development of new technology, so the numerical control tin wire welding machine design for solving this problem is very important. Key Words: Robot technology Intensity is 目 錄 摘要 2 Abstract 3 目 錄 4 第1章 緒論 7 1.1課程的研究目的及意義 7 1.1.1課程背景 7 1.1.2課程簡介 7 1.1.3意義 7 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 8 1.2.1 PCB板的概要及作用 8 1.2.2國內(nèi)焊接機(jī)的發(fā)展概況 8 1.2.3國外焊接機(jī)的發(fā)展概況 8 1.2.4焊接機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 9 1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 10 1.3.1主要的研究內(nèi)容 10 1.3.2設(shè)計要求 10 1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 11 第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 12 2.1設(shè)計概念 12 2.2設(shè)計原理 12 2.3方案討論 12 第3章 數(shù)控點焊機(jī)X結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 13 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 14 3.1.1導(dǎo)程確定 14 3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 14 3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 14 3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 14 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 15 3.1.6精度的選擇 16 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 16 3.2校核 16 3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 17 3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證 18 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 18 3.3電機(jī)的選擇 19 3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 19 3.3.2電機(jī)扭矩計算 20 第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計 22 4.1傳送帶的設(shè)計 22 4.2傳動帶的概述 22 4.2.1傳動帶介紹 22 4.2.2傳動帶的特點 23 4.2.5傳動帶分類 24 4.3傳動帶傳動計算 24 4.3.1傳動帶計算選型 24 4.3.2傳動帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 27 4.3.3傳動帶的設(shè)計 30 4.3.4傳動帶輪的設(shè)計 30 4.4電機(jī)的選擇 31 4.4.1電機(jī)的分類 31 4.4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 32 第5章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 34 5.1 Z軸滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 34 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 35 5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 37 第 6章 送絲機(jī)構(gòu) 40 6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理 40 6.2送絲滾輪 40 6.3 送絲電動機(jī)的選型 41 第7章 機(jī)架的設(shè)計 41 7.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 41 7.2 架子材料的選擇確定 41 7.3 主要梁的強(qiáng)度校核 42 總結(jié)與展望 45 參考文獻(xiàn) 46 致 謝 47 50 第1章 緒論 1.1課程的研究目的及意義 1.1.1課程背景 在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動化水平越來越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有自動化生產(chǎn)設(shè)備，用來提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險的工作。當(dāng)然，也不排除PCB板的焊接加工過程。我們發(fā)現(xiàn)焊接技術(shù)已經(jīng)滲透到各個領(lǐng)域并且被廣泛使用。根據(jù)資料顯示，我國每年鋼鐵的產(chǎn)量一般在3億噸左右，其中有一半以上的鋼有用到焊接技術(shù)加工。我國每年的焊接設(shè)備需求量金額超過50億元。既然焊接機(jī)能夠這么普遍地應(yīng)用在各個領(lǐng)域，它肯定具備了很大的市場競爭力。 1.1.2課程簡介 目前，市場上存在著各鐘各樣的電焊機(jī)設(shè)備，如：MZ自動埋弧焊機(jī)，可以焊接開坡口或不開坡口的對接焊縫、搭接焊縫、角焊縫及容器密封焊。此種焊縫可位于水平面或水平面成10度角的斜面上，但是，焊機(jī)需要人工輸送物料，而且每次只能焊接一個點。DNZ單面雙點焊機(jī)雖然可以一次加工兩個焊點，但是物料的輸送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。因此，高質(zhì)量的焊接不僅有著極好的市場前景，對減少焊接設(shè)備進(jìn)口量、促進(jìn)我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。為了解決上述問題，本課題就對三維數(shù)控錫絲焊接機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計做進(jìn)一步的研究。 本課題主要解決數(shù)控錫絲焊接機(jī) (1)數(shù)控錫絲點焊機(jī)移動設(shè)計 (2)數(shù)控錫絲點焊機(jī)設(shè)計 (3)數(shù)控錫絲點焊機(jī)設(shè)計（4）電機(jī)的選擇等各個方面的問題。最后對所選的齒輪和相關(guān)零件進(jìn)行強(qiáng)度校核，使之能夠達(dá)到要求。 1.1.3意義 通過完成該課題，設(shè)計出PCB板焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)，不需要工人輸送物料，焊槍與焊縫都保持垂直，相對于焊縫的焊接速度都恒為同一速度，進(jìn)而能夠提高在直線段與在波內(nèi)斜邊段的焊縫成形的一致性，提高PCB板的生產(chǎn)質(zhì)量。能夠提高焊接的質(zhì)量，擴(kuò)大焊機(jī)的市場前景。能讓焊接技術(shù)走在工業(yè)技術(shù)的最前端，推動工業(yè)技術(shù)的發(fā)展。 1.2研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 1.2.1 PCB板的概要及作用 PCB就是印刷電路板（Printed circuit board PCB）。它幾乎會出現(xiàn)在每一種電子設(shè)備當(dāng)中。除了固定各種小零件外，設(shè)備中的電子零件都是鑲在大小各異的PCB上的。PCB的主要作用就是提供各項零件的電氣連接。 隨著通信、計算機(jī)、電子設(shè)備的發(fā)展，PCB板的發(fā)展也是突飛猛進(jìn)。據(jù)資料顯示，全球PCB板的產(chǎn)業(yè)約占電子產(chǎn)業(yè)的18%，2001年全球PCB產(chǎn)值換成人民幣有3230億元。在零三年，我國PCB板產(chǎn)值達(dá)500億元人民幣，產(chǎn)值超越美國越居全球第二。到2006年，我國的PCB板產(chǎn)值、產(chǎn)量一度超過了日本，成為pcb板生產(chǎn)第一大國。目前，印刷電路板的設(shè)計、加工水平已經(jīng)達(dá)到了0.2到0.3mm（孔徑），0.15到0.12（線條寬度和間距），層數(shù)已經(jīng)到達(dá)46層（富士公司）甚至可能更多，可以說印刷電路板的高科技和高復(fù)雜性已經(jīng)達(dá)到了一個相當(dāng)高的水平。但放在眼前的問題是印刷電路板也面臨著巨大的挑戰(zhàn)，那就是印刷電路板的質(zhì)量問題。要保證印刷電路板的質(zhì)量，最關(guān)鍵也是最重要的就要提高焊接技術(shù)。 1.2.2國內(nèi)焊接機(jī)的發(fā)展概況 目前，國外許多工業(yè)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)把數(shù)控焊接設(shè)備的生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化，價格相對也有所下降。在近幾年，微電子技術(shù)的快速發(fā)展帶動了以PC機(jī)位代表的計算機(jī)軟硬件的發(fā)展，焊接機(jī)設(shè)備也以建立以pc機(jī)為基礎(chǔ)的制造系統(tǒng)為目標(biāo)，向開放的集成自動化方向發(fā)展。為順應(yīng)這一趨勢，焊接數(shù)控系統(tǒng)也由專用的封閉數(shù)控系統(tǒng)向基于PC機(jī)的開放數(shù)控系統(tǒng)發(fā)展。有些進(jìn)口的焊接設(shè)備只需要操作者輸入焊接材料、厚度、坡口形式等焊接工藝條件他就可自動生成焊接工藝，并且還可以隨著被焊材料、構(gòu)件的換代，實現(xiàn)在線遠(yuǎn)程升級。他們的設(shè)備基本都提供了現(xiàn)場總線接口，是國外自動化焊接系統(tǒng)的集成水平顯著提高。在歐美、日本等技術(shù)發(fā)達(dá)國家，自動化、機(jī)器人焊接設(shè)備的應(yīng)用非常普遍，特別是在批量化、大規(guī)模和有害作業(yè)環(huán)境中使用率更高，已形成了成熟的技術(shù)、設(shè)備和與之配套并不斷升級的焊接工藝。 1.2.3國外焊接機(jī)的發(fā)展概況 焊接產(chǎn)品中有許多曲線的焊接，在我國一般采用手工焊接。手工操作具有一定的優(yōu)勢，但也，存在著人員管理難、工人培訓(xùn)周期長、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、勞動強(qiáng)度大、焊接質(zhì)量難以穩(wěn)定的保持、容易產(chǎn)生夾雜、氣孔等缺陷、焊接成本高、生產(chǎn)效率低一系列的問題等。為了克服上述種種弊端，焊接科技工作者研究出了多種自動化焊接設(shè)備，如仿形焊接機(jī)，焊接機(jī)器人，三維數(shù)控焊接機(jī)等。近些年來我國焊接技術(shù)的整體發(fā)展水平比較好，尤其是逆變式焊機(jī)技術(shù)現(xiàn)已成熟，正在全國推廣應(yīng)用。波控、智能及自動、半自動焊接技術(shù)快速發(fā)展。自動、半自動氣體保護(hù)焊機(jī)、埋弧焊機(jī)、電阻焊機(jī)等產(chǎn)品也邁開了一大步。2000年我國點弧焊機(jī)器人已達(dá)到980臺?？墒潜M管如此，我國的焊接設(shè)備還是不能滿足國內(nèi)工業(yè)的生產(chǎn)需求。 1.2.4焊接機(jī)在我國的應(yīng)用及發(fā)展趨勢 我國從20世紀(jì)80年代開始進(jìn)行大型機(jī)床等機(jī)械產(chǎn)品焊接結(jié)構(gòu)的研究，20 多年來已取得長足的進(jìn)步。焊接結(jié)構(gòu)已經(jīng)在現(xiàn)代化的數(shù)控機(jī)床等大型機(jī)床上應(yīng)用以焊代鑄以焊代鍛的結(jié)構(gòu)設(shè)計和制造技術(shù)迅速發(fā)展。 在汽車制造工業(yè)方面，隨著我國汽車產(chǎn)量的不斷增加20世紀(jì)90年代開始從國外陸續(xù)引進(jìn)先進(jìn)的焊接設(shè)備。并在車轉(zhuǎn)動軸、剎車蹄片、輪圈以及其他部件的制造過程中普遍采用各種先進(jìn)的焊接工藝，提高了焊接效率和產(chǎn)品質(zhì)量。焊接在船舶、汽車、鍋爐、壓力容器制造行業(yè)中也成為主要的生產(chǎn)工藝手段之一 。目 前，已有多種焊接工藝方法獲得各國船級社的認(rèn)可而被應(yīng)用于生產(chǎn)。自十一五期間開始進(jìn)行高效焊接技術(shù)的探索以來，至今已取得令人欣喜的成績。 近年來，我國在大型貯罐焊接、球形貯罐焊接、鋁鎂合金料倉焊接等領(lǐng)域中，已成功地開發(fā)應(yīng)用了自動焊或半自動焊工藝，如球罐全位置自動焊工藝和裝備已在國內(nèi)開發(fā)成功，它將為進(jìn)一步推動焊接自動化發(fā)揮重要作用。 在當(dāng)前，數(shù)控錫絲焊接機(jī)的機(jī)構(gòu)設(shè)計絕大多數(shù)還是依據(jù)具體的情況來設(shè)計專用焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)，稱之為固定結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)數(shù)控錫絲焊接機(jī)，其運動特性使特定數(shù)控錫絲焊接機(jī)僅能適應(yīng)一定的范圍，花費成本較大，不利于數(shù)控錫絲焊接機(jī)的發(fā)展。 很數(shù)移動焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)還有焊縫跟蹤的功能,其不足之處就是在焊前必須通過人為的方式,幫助數(shù)控錫絲焊接機(jī)找到合適的位置并且放好，通過人工將數(shù)控錫絲焊接機(jī)本體、十字滑塊等調(diào)整到合適的狀態(tài) ,這里所設(shè)計的移動數(shù)控錫絲焊接機(jī)是有軌移動焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)，只是現(xiàn)有的移動焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)技術(shù)在PCB板焊接中的應(yīng)用， 還不能滿足要求，而當(dāng)前的移動焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)技術(shù)有相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。也就是說數(shù)控錫絲焊接機(jī)的自主性還跟不上工業(yè)發(fā)展的腳步。 未來的發(fā)展趨勢可分為以下三個方面：[2] 1 選擇視覺傳感器來進(jìn)行傳感跟蹤：因為與圖象處理方面相關(guān)的技術(shù)得到發(fā)展； 2 采用多傳感信息融合技術(shù)以面對更為復(fù)雜的焊接任務(wù)； 3 控制技術(shù)由經(jīng)典控制到向智能控制技術(shù)的發(fā)展：這也將是移動焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)的控制所采用。 1.3本課題研究的內(nèi)容及方法 1.3.1主要的研究內(nèi)容 在查閱了國內(nèi)外大量的有關(guān)焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)設(shè)計理論及相關(guān)知識的資料和文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，綜合考慮焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)結(jié)構(gòu)特點、具體作業(yè)任務(wù)特點以及焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)的推廣應(yīng)用，分析確定使用三自由度關(guān)節(jié)型焊接數(shù)控錫絲焊接機(jī)配合生產(chǎn)工序，實現(xiàn)自動化焊接的目的。 為了實現(xiàn)上述目標(biāo)，本文擬進(jìn)行的研究內(nèi)容如下: 1 根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)的環(huán)境要求和數(shù)控錫絲點焊機(jī)本身的結(jié)構(gòu)特點，確定數(shù)控錫絲點焊機(jī)整體設(shè)計方案。 2 確定數(shù)控錫絲點焊機(jī)的性能參數(shù)，對初步模型進(jìn)行靜力學(xué)分析，根據(jù)實際情況選擇電機(jī)。 3 從所要功能的實現(xiàn)出發(fā)，完成數(shù)控錫絲點焊機(jī)各零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計； 4 完成主要零部件強(qiáng)度與剛度校核。 1.3.2設(shè)計要求 1 根據(jù)所要實現(xiàn)的功能，提出三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)的整體設(shè)計方案； 2 完成三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計； 3 通過相關(guān)設(shè)計計算，完成電機(jī)選型； 4 完成三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)的三維造型；繪制三維數(shù)控錫絲點焊機(jī)結(jié)構(gòu)總裝配圖、主要零件圖。 1.3.3關(guān)鍵的技術(shù)問題 1 方案選擇 2整體的支撐架設(shè)計（龍門結(jié)構(gòu)及懸臂結(jié)構(gòu)的選擇） 3機(jī)構(gòu)設(shè)計 4送絲機(jī)構(gòu) 5工作臺 6 電機(jī)選型 7 強(qiáng)度校核 第2章 總體方案機(jī)構(gòu)設(shè)計 2.1設(shè)計概念 整體的支撐架采用龍門結(jié)構(gòu)——在工程中我們常用的整體支撐架結(jié)構(gòu)有龍門結(jié)構(gòu)和懸臂梁。所謂的懸臂梁就是梁的一端為不產(chǎn)生軸向、垂直位移和轉(zhuǎn)動的固定支座，另一端為自由端（可以產(chǎn)生平行于軸向和垂直于軸向的力）。而龍門結(jié)構(gòu)通俗地說就是一根橫梁連接兩個支腿與地面緊固組成的像一個門框一樣的結(jié)構(gòu)。因為他是雙支撐結(jié)構(gòu)區(qū)別于單支撐和懸臂結(jié)構(gòu)，所以結(jié)構(gòu)特別簡單。 2.2設(shè)計原理 數(shù)控點焊機(jī)的設(shè)計應(yīng)滿足一下幾個條件首先就是必須保證工件定位可靠的可靠性， 為了使工件、焊槍與焊接點保持準(zhǔn)確的相對位置，必須根據(jù)要求的焊接點，去選擇合適的定位機(jī)構(gòu)。再者就是要有足夠的強(qiáng)度和剛度 除了受到工件、工具的重量，還要受到本身的重量，還受到焊接槍在運動過程中產(chǎn)生的慣性力和振動的影響，沒有足夠的強(qiáng)度和剛度可能會發(fā)生折斷或者彎曲變形，所以對于受力較大的進(jìn)行強(qiáng)度、剛度計算是非常必要的。最后要盡可能做到具有一定的通用性 如果可以，應(yīng)考慮到產(chǎn)品零件變換的問題。為適應(yīng)不同形狀和尺寸的零件，為滿足這些要求，可將制成組合式結(jié)構(gòu)，迅速更換不同的部件及附件來擴(kuò)大機(jī)構(gòu)的使用范圍。 Y軸和Z軸采用絲杠傳動：Y軸 電動機(jī)—聯(lián)軸器—滾珠絲杠 Z軸 縱向電動機(jī)—聯(lián)軸器—縱向滾珠絲杠—大托板 X軸采用絲杠加導(dǎo)軌形式：橫向電動機(jī)—聯(lián)軸器—橫向滾珠絲杠（導(dǎo)軌）-橫滑板 2.3方案討論 懸臂梁在工程力學(xué)受力分析中，比較典型的簡化模型。在實際工程分析中，大部分實際工程受力部件都可以簡化為懸臂梁。龍門結(jié)構(gòu)制作方便，承受負(fù)載大，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，工程上廣泛應(yīng)用?？紤]到上述問題該課題的整體結(jié)構(gòu)采用龍門結(jié)構(gòu)。 第3章 數(shù)控點焊機(jī)X結(jié)構(gòu)及傳動設(shè)計 表 3-1滾珠絲桿副支承 支承方式 簡圖 特點 一端固定一端自由 結(jié)構(gòu)簡單，絲桿的壓桿的穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速都較低設(shè)計時盡量使絲桿受拉伸。這種安裝方式的承載能力小，軸向剛度底，僅僅適用于短絲桿。 一端固定一端游動 需保證螺母與兩端支承同軸，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，工藝較困難，絲桿的軸向剛度與兩端相同，壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速比同長度的較高，絲桿有膨脹余地，這種安裝方式一般用在絲桿較長，轉(zhuǎn)速較高的場合，在受力較大時還得增加角接觸球軸承的數(shù)量，轉(zhuǎn)速不高時多用更經(jīng)濟(jì)的推力球軸承代替角接觸球軸承。 兩端固定 只有軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的四倍。一般情況下，絲桿不會受壓，不存在壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定要高?？梢灶A(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減少絲桿自重的下垂和熱膨脹的問題，結(jié)構(gòu)和工藝都比較困難，這種裝置適用于對剛度和位移精度要求較高的場合。 3.1 X向滾珠絲桿副的選擇 滾珠絲桿副就是由絲桿、螺母和滾珠組成的一個機(jī)構(gòu)。他的作用就是把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)和直線運動進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換。絲桿和螺母之間用滾珠做滾動體，絲杠轉(zhuǎn)動時帶動滾珠滾動。 設(shè)X向最大行程為300mm,最快進(jìn)給速度為18m/min,主軸箱大概質(zhì)量為50kg,工作臺大概質(zhì)量為80kg,移動部件大概質(zhì)量為30kg，工作臺最大行程為300mm。 3.1.1導(dǎo)程確定 電機(jī)與絲桿通過聯(lián)軸器連接，故其傳動比i=1, 選擇電機(jī)Y系列異步電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為 取Ph=12mm 3.1.2確定絲桿的等效轉(zhuǎn)速 基本公式 最大進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 最小進(jìn)給速度是絲桿的轉(zhuǎn)速 絲桿的等效轉(zhuǎn)速 式中取故 3.1.3估計工作臺質(zhì)量及負(fù)重 主軸箱重量 工作臺重量 移動部件重量 3.1.4確定絲桿的等效負(fù)載 工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實際作用在滾珠絲桿上的軸向壓力，他的數(shù)值用進(jìn)給牽引力的實驗公式計算。選定導(dǎo)軌為滑動導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03，K為顛覆力矩影響系數(shù)，一般取1.1~1.5，本課題中取1.3，則絲桿所受的力為 其等效載荷按下式計算（式中取，） 3.1.5確定絲桿所受的最大動載荷 fw-------負(fù)載性質(zhì)系數(shù)，（查表：取fw=1.2） ft--------溫度系數(shù)（查表：取ft=1） fh-------硬度系數(shù)（查表：取fh =1） fa-------精度系數(shù)（查表：取fa =1） fk-------可靠性系數(shù)（（查表：取fk =1） Fm------等效負(fù)載 nz-------等效轉(zhuǎn)速 Th ----------工作壽命，取絲桿的工作壽命為15000h 由上式計算得Car=17300N 表3-1-1各類機(jī)械預(yù)期工作時間Lh 表3-1-2精度系數(shù)fa 表3-1-3可靠性系數(shù)fk 表3-1-4負(fù)載性質(zhì)系數(shù)fw 3.1.6精度的選擇 滾珠絲杠副的精度對電氣機(jī)床的定位精度會有影響，在滾珠絲杠精度參數(shù)中，導(dǎo)程誤差對機(jī)床定位精度是最明顯的。一般在初步設(shè)計時設(shè)定絲杠的任意300行程變動量應(yīng)小于目標(biāo)設(shè)定定位精度值的1/3～1/2,在最后精度驗算中確定。，選用滾珠絲杠的精度等級X軸為1～3級（1級精度最高），Z軸為2～5級，考慮到本設(shè)計的定位精度要求及其經(jīng)濟(jì)性，選擇X軸Y軸精度等級為3級，Z軸為4級。 3.1.7選擇滾珠絲桿型號 計算得出Ca=Car=17.3KN, 則Coa=(2~3)Fm=（34.6~51.9）KN 公稱直徑Ph=12mm 則選擇FFZD型內(nèi)循環(huán)浮動返向器，雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副，絲桿的型號為FFZD4010—3。 公稱直徑 d0=40mm 絲桿外徑d1=39.5mm 鋼球直徑dw=7.144mm 絲桿底徑d2=34.3mm 圈數(shù)=3圈 Ca=30KN Coa=66.3KN 剛度kc=973N/μm 3.2校核 滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓震動固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲桿副的拉壓系統(tǒng)剛度KO有絲桿本身的拉壓剛度KS，絲桿副內(nèi)滾道的接觸剛度KC，軸承的接觸剛度Ka，螺母座的剛度Kn，按不同支撐組合方式計算而定。 3.2.1 臨界壓縮負(fù)荷驗證 絲桿的支撐方式對絲桿的剛度影響很大，采用一端固定一端支撐的方式。臨界壓縮負(fù)荷按下列計算： 式中E------材料的彈性模量E鋼=2.1X1011（N/m2） LO-------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(fù)荷（N） f1-------絲桿支撐方式系數(shù)：f1=15.1 I=絲桿最小截面慣性距（m4） 式中do--------是絲桿公稱直徑（mm） dw------------滾珠直徑（mm）， 絲桿螺紋不封閉長度Lu=工作臺最大行程+螺母長度+兩端余量 Lu=300+148+20X2=488mm 支撐距離LO應(yīng)該大于絲桿螺紋部分長度Lu，選取LO=620mm 代入上式計算得出Fca=5.8X108N 可見Fca＞Fmax，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。 3.2.2臨界轉(zhuǎn)速驗證 滾珠絲杠副高速運轉(zhuǎn)時，需驗算其是否會發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠的最高轉(zhuǎn)速： 式中：A------絲桿最小截面：A= -------絲杠內(nèi)徑，單位； P--------材料密度p=7.85*103(Kg/m) --------臨界轉(zhuǎn)速計算長度，單位為，本設(shè)計中該值為=148/2+300+(620-488)/2=440mm ----------安全系數(shù)，可取=0.8 fZ----------絲杠支承系數(shù)，雙推-簡支方式時取18.9 經(jīng)過計算，得出= 6.3*104，該值大于絲杠臨界轉(zhuǎn)速，所以滿足要求。 3.2.3絲桿拉壓振動與扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率 絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計算公式 式中 A——絲杠最小橫截面，； 螺母座剛度KH=1000N/μm。 當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。 經(jīng)計算得： 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)；KH=1000 N/μm Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)； KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)； KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。 經(jīng)計算得絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。 3.3電機(jī)的選擇 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運動的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖的頻率。步進(jìn)電機(jī)具有慣量低、定位精度高、無累計誤差、控制簡單等優(yōu)點，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動機(jī)時首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率，再者還要考慮轉(zhuǎn)動慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。 3.3.1電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量 a、回轉(zhuǎn)運動件的轉(zhuǎn)動慣量 上式中：d—直徑,絲桿外徑d=39.5mm L—長度=1m P—鋼的密度=7800 經(jīng)計算得 b、X向直線運動件向絲桿折算的慣量 上式中：M—質(zhì)量 X向直線運動件M=160kg P—絲桿螺距（m）P=0.001m 經(jīng)計算得 c、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 查表得 因此 3.3.2電機(jī)扭矩計算 a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩 上式中： J=0.0028kg/m2 ta—加速時間 KS—系統(tǒng)增量，取15s-1,則ta=0.2s 經(jīng)計算得 b、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩 上式中：F0—導(dǎo)軌摩擦力，F(xiàn)0=Mf，而f=摩擦系數(shù)為0.02，F(xiàn)0=Mgf=32N P—絲桿螺距（m）P=0.001m η—傳動效率，η=0.90 I—傳動比，I=1 經(jīng)計算得 c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 上式中P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500N η0—滾珠絲桿未預(yù)緊時的傳動效率為0.9 經(jīng)計算的T0=0.05N·M 則快速空載啟動時所需的最大扭矩 根據(jù)以上計算的扭矩及轉(zhuǎn)動慣量，選擇電機(jī)型號為SIEMENS的IFT5066，其額定轉(zhuǎn)矩為6.7。 3.4 手動上下調(diào)節(jié)滾珠絲杠副設(shè)計與計算 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm （1） 強(qiáng)度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數(shù)如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 4.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內(nèi)徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 24.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 20.7mm （2） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （3） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （4） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 第4章 Y向結(jié)構(gòu)設(shè)計 4.1傳送帶的設(shè)計 將物料推到傳送帶上后，傳送帶轉(zhuǎn)動將物料送至平臺上，等待夾持。傳送帶由如圖4-1所示部件組成。傳送帶(6)采用高強(qiáng)低伸化纖材料，具有強(qiáng)度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內(nèi)，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當(dāng)旋轉(zhuǎn)螺柱上折板外側(cè)的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側(cè)加裝了上下?lián)醢?。傳送帶寬度?yīng)稍大于物料直徑，太寬物料容易傾斜，這里取傳送帶. 圖4-1傳送帶實物圖 1.電機(jī)支架2.步進(jìn)電機(jī)3.傳送帶支撐架 4一卜擋板5.上擋板.6傳送帶7滾動軸承8.張緊裝置 4.2傳動帶的概述 4.2.1傳動帶介紹 傳動帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進(jìn)行傳動，其強(qiáng)力層是由拉伸強(qiáng)度高、伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使傳動帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。 傳動帶傳動（見圖3-1）時，傳動比準(zhǔn)確，對軸作用力小，結(jié)構(gòu)緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v<50m/s，P<300kw,i<10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。 圖3.1傳動帶傳動 傳動帶傳動是由一根內(nèi)周表面設(shè)有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應(yīng)吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉(zhuǎn)動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。傳動帶傳動具有準(zhǔn)確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達(dá)1:10。允許線速度可達(dá)50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達(dá)98%，結(jié)構(gòu)緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。本產(chǎn)品廣泛用于紡織、機(jī)床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機(jī)械傳動中。傳動帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍睿瑪U(kuò)展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。 4.2.2傳動帶的特點 (1)、傳動準(zhǔn)確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比； (2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低； (3)、傳動效率高，可達(dá)0.98，節(jié)能效果明顯； (4)、維護(hù)保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護(hù)費用低； (5)、速比范圍大，一般可達(dá)10，線速度可達(dá)50m/s，具有較大的功率傳遞范圍，可達(dá)幾瓦到幾百千瓦； (6)、可用于長距離傳動，中心距可達(dá)10m以上。 4.2.5傳動帶分類 傳動帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD帶)和凹頂拋物線齒（R系列)。 梯形齒傳動帶梯形齒傳動帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB〕。 梯形齒傳動帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO5296制訂了傳動帶傳動相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)GB/T11361～11362-1989和GB/T11616-1989。 弧齒傳動帶弧齒傳動帶除了齒形為曲線形外，其結(jié)構(gòu)與梯形齒傳動帶基本相同，帶的節(jié)距相當(dāng)，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應(yīng)力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應(yīng)力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒傳動帶比梯形齒傳動帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。 弧齒傳動帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應(yīng)用。 4.3傳動帶傳動計算 4.3.1傳動帶計算選型 設(shè)計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質(zhì)、原動機(jī)類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達(dá)式如下： 式中 ——需要傳遞的名義功率 ——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù)選取=1.7； 表3-3.工作情況系數(shù) 確定帶的型號和節(jié)距 可根據(jù)傳動帶傳動的設(shè)計功率Pd'和小帶輪轉(zhuǎn)速n1，由傳動帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4 表3-4 選傳動帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm 選擇小帶輪齒數(shù)z1，z2 可根據(jù)傳動帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。 查得小帶輪最小齒數(shù)14。 實際齒數(shù)應(yīng)該大于這個數(shù)據(jù) 初步取值z1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i×z1=1×z1=34。 故z1=34，z2=34。 確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2 小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00×34/3.14≈86.53mm 驗證帶速v 由公式v=πd1n1/60000計算得， s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)》得 所以有： 現(xiàn)在選取軸間間距為取224mm 10、傳動帶帶長及其齒數(shù)確定 =() = =719.7mm 11、帶輪嚙合齒數(shù)計算 有在本次設(shè)計中傳動比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即=17。 12、基本額定功率的計算 查基準(zhǔn)傳動帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量表4-3可以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 所以傳動帶的基準(zhǔn)額定功率為 ==0.21KW 表3-5基準(zhǔn)寬度傳動帶的許用工作壓力和單位長度的質(zhì)量 13、計算作用在軸上力 = =71.6N 4.3.2傳動帶的主要參數(shù)（結(jié)構(gòu)部分） 1、傳動帶的節(jié)線長度 傳動帶工作時，其承載繩中心線長度應(yīng)保持不變，因此稱此中心線為傳動帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在傳動帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要 參數(shù)。當(dāng)傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在傳動帶標(biāo)準(zhǔn)中，對梯形齒傳動帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產(chǎn)的傳動帶節(jié)線長度應(yīng)在規(guī)定的極限偏差范圍之內(nèi)（見表3-6）。 表3-6帶節(jié)線長度表 2、帶的節(jié)距Pb 如圖3-4所示，傳動帶相鄰兩齒對應(yīng)點沿節(jié)線量度所得約長度稱為傳動帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著傳動帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是傳動帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制傳動帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分傳動帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標(biāo)準(zhǔn)傳動帶的齒形尺寸見表3-5。 3、帶的齒根寬度 一個帶齒兩側(cè)齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強(qiáng)，相應(yīng)就能傳動較大的裁荷。 圖3.7帶的標(biāo)準(zhǔn)尺寸 表3-7梯形齒標(biāo)準(zhǔn)傳動帶的齒形尺寸 4、帶的齒根圓角 帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應(yīng)力集中程度有關(guān)t齒根圓角半徑大，可減少齒的應(yīng)力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶 齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設(shè)計時應(yīng)選適當(dāng)?shù)臄?shù)值。 5、帶齒齒頂圓角半徑 帶齒齒項圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產(chǎn)生于沙。由于在傳動帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進(jìn)入或退出嚙合時， 帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產(chǎn)生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進(jìn)入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。 6、齒形角 梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內(nèi)，易產(chǎn)生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產(chǎn)生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。 4.3.3傳動帶的設(shè)計 在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。 表3-8傳動帶尺寸 型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 圖3.8傳動帶 4.3.4傳動帶輪的設(shè)計 傳動帶輪的設(shè)計的基本要求 1、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出 由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。 2、輪齒的齒廊曲線應(yīng)能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應(yīng)使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。 3、有良好的加了工藝性 加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產(chǎn)率，降低制造成本。 4、具有合理的齒形角 齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學(xué)和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產(chǎn)生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。 4.4電機(jī)的選擇 4.4.1電機(jī)的分類 1．按工作電源分類根據(jù)電動機(jī)工作電源的不同，可分為直流電動機(jī)和交流電動機(jī)。其中交流電動機(jī)還分為單相電動機(jī)和三相電動機(jī)。 2．按結(jié)構(gòu)及工作原理分類電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為異步電動機(jī)和同步電動機(jī)。 同步電動機(jī)還可分為永磁同步電動機(jī)、磁阻同步電動機(jī)和磁滯同電動機(jī)。 異步電動機(jī)可分為感應(yīng)電動機(jī)和交流換向器電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)又分為三相異步電動機(jī)、單相異步電動機(jī)和罩極異步電動機(jī)。交流換向器電動機(jī)又分為單相串勵電動機(jī)、交直流兩用電動機(jī)和推斥電動機(jī)。 直流電動機(jī)按結(jié)構(gòu)及工作原理可分為無刷直流電動機(jī)和有刷直流電動機(jī)。有刷直流電動機(jī)可分為永磁直流電動機(jī)和電磁直流電動機(jī)。電磁直流電動機(jī)又分為串勵直流電動機(jī)、并勵直流電動機(jī)、他勵直流電動機(jī)和復(fù)勵直流電動機(jī)。永磁直流電動機(jī)又分為稀土永磁直流電動機(jī)、鐵氧體永磁直流電動機(jī)和鋁鎳鈷永磁直流電動機(jī)。 3．按起動與運行方式分類電動機(jī)按起動與運行方式可分為電容起動式電動機(jī)、電容盍式電動機(jī)、電容起動運轉(zhuǎn)式電動機(jī)和分相式電動機(jī)。 4．按用途分類電動機(jī)按用途可分為驅(qū)動用電動機(jī)和控制用電動機(jī)。 驅(qū)動用電動機(jī)又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴(kuò)孔等工具）用電動機(jī)、家電（包括洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電冰箱、空調(diào)器、錄音機(jī)、錄像機(jī)、影碟機(jī)、吸塵器、照相機(jī)、電吹風(fēng)、電動剃須刀等）用電動機(jī)及其它通用小型機(jī)械設(shè)備（包括各種小型機(jī)床、小型機(jī)械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機(jī)。 控制用電動機(jī)又分為步進(jìn)電動機(jī)和伺服電動機(jī)等。 5．按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)分類電動機(jī)按轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)可分為籠型感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為鼠籠型異步電動機(jī)）和繞線轉(zhuǎn)子感應(yīng)電動機(jī)（舊標(biāo)準(zhǔn)稱為繞線型異步電動機(jī)）。 6．按運轉(zhuǎn)速度分類電動機(jī)按運轉(zhuǎn)速度可分為高速電動機(jī)、低速電動機(jī)、恒速電動機(jī)、調(diào)速電動機(jī)。 低速電動機(jī)又分為齒輪減速電動機(jī)、電磁減速電動機(jī)、力矩電動機(jī)和爪極同步電動機(jī)等。 調(diào)速電動機(jī)除可分為有級恒速電動機(jī)、無級恒速電動機(jī)、有級變速電動機(jī)和無極變速電動機(jī)外，還可分為電磁調(diào)速電動機(jī)、直流調(diào)速電動機(jī)、PWM變頻調(diào)速電動機(jī)和開關(guān)磁阻調(diào)速電動機(jī)。 4.4.2步進(jìn)電機(jī)的選擇 由于步進(jìn)電機(jī)具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點。根據(jù)設(shè)計要求及實際情況我們選擇步進(jìn)電機(jī)，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機(jī)轉(zhuǎn)速等。擬采用的57系列兩相混和式步進(jìn)電機(jī)使用24V電壓，本系統(tǒng)提供的24V直流電源可以滿足步進(jìn)電機(jī)的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關(guān)，主要由物料的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關(guān)，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下: F=mngM=FL 其中，F(xiàn)為傳送帶須提供的牽引力，m為物料的質(zhì)量，為物料與傳送帶 的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強(qiáng)低伸化纖材料，由表查得=0.8。傳送帶最多可以放置10個物料，則n=10，每個物料的質(zhì)量約為.03kg，可得：F=23.52N L為牽引力作用在電機(jī)軸上得力臂，L=0.02m; 則有: M=FL==nmg=0.4704 轉(zhuǎn)速與傳送帶的速度和輪的直徑有關(guān)，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪直徑為D=400mm， 則根據(jù)公式計算得: n==30r/min 步進(jìn)電機(jī)的頻矩特性曲線如圖4-3所示： 則由曲線可得:當(dāng)n=30r/min時，f=100HZ。 根據(jù)計算結(jié)果我們選擇電機(jī)型號為：57BYJ250C 第5章 Z向結(jié)構(gòu)設(shè)計 5.1 Z軸滾動導(dǎo)軌副的計算、選擇 根據(jù)給定的工作載荷Fz和估算的Wx和Wy計算導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)fSL=C0/P，式中：C0為導(dǎo)軌的基本靜額定載荷，kN；工作載荷P=0.5(Fz+W)； fSL=1.0~3.0(一般運行狀況)，3.0~5.0（運動時受沖擊、振動）。根據(jù)計算結(jié)果查有關(guān)資料初選導(dǎo)軌： 因系統(tǒng)受中等沖擊,因此取 根據(jù)計算額定靜載荷初選導(dǎo)軌: 選擇漢機(jī)江機(jī)床廠HJG-D系列滾動直線導(dǎo)軌,其型號為:HJG-D25 基本參數(shù)如下: 額定載荷/N 靜態(tài)力矩/N*M 滑座重量 導(dǎo)軌重量 導(dǎo)軌長度 動載荷 靜載荷 L (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座個數(shù) 單向行程長度 每分鐘往復(fù)次數(shù) M 4 0.6 4 導(dǎo)軌的額定動載荷N 依據(jù)使用速度v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動額定載荷 (kN)驗算導(dǎo)軌的工作壽命Ln： 額定行程長度壽命: 導(dǎo)軌的額定工作時間壽命: 導(dǎo)軌的工作壽命足夠. 5.2 滾珠絲杠計算、選擇 初選絲杠材質(zhì)：CrWMn鋼，HRC58~60，導(dǎo)程：l0=5mm 強(qiáng)度計算 絲杠軸向力：(N) 其中：K=1.15，滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)f=0.003~0005；在車床車削外圓時：Fx=(0.1~0.6)Fz，F(xiàn)y=(0.15~0.7)Fz，可取Fx=0.5Fz，F(xiàn)y=0.6Fz計算。 取f=0.004,則: 壽命值：，其中絲杠轉(zhuǎn)速(r/min) 最大動載荷： 式中：fW為載荷系數(shù)，中等沖擊時為1.2~1.5；fH為硬度系數(shù)，HRC≥58時為1.0。 查表得中等沖擊時則: 根據(jù)使用情況選擇滾珠絲杠螺母的結(jié)構(gòu)形式，并根據(jù)最大動載荷的數(shù)值可選擇滾珠絲杠的型號為: CM系列滾珠絲桿副，其型號為：CM2005-5。 其基本參數(shù)如下: 其額定動載荷為14205N> 足夠用.滾珠循環(huán)方式為外循環(huán)螺旋槽式,預(yù)緊方式采用雙螺母螺紋預(yù)緊形式. 滾珠絲杠螺母副的幾何參數(shù)的計算如下表 名稱 計算公式 結(jié)果 公稱直徑 ―― 20mm 螺距 ―― ５mm 接觸角 ―― 鋼球直徑 ―― 3.175mm 螺紋滾道法向半徑 1.651mm 偏心距 0.04489mm 螺紋升角 螺桿外徑 19.365mm 螺桿內(nèi)徑 16.788mm 螺桿接觸直徑 17.755mm 螺母螺紋外徑 23.212mm 螺母內(nèi)徑（外循環(huán)） 20.7mm （5） 傳動效率計算 絲杠螺母副的傳動效率為： 式中：φ=10’，為摩擦角；γ為絲杠螺旋升角。 （6） 穩(wěn)定性驗算 絲杠兩端采用止推軸承時不需要穩(wěn)定性驗算。 （7） 剛度驗算 滾珠絲杠受工作負(fù)載引起的導(dǎo)程變化量為：(cm) Y向所受牽引力大,故用Y向參數(shù)計算 絲杠受扭矩引起的導(dǎo)程變化量很小，可忽略不計。導(dǎo)程變形總誤差Δ為 E級精度絲杠允許的螺距誤差[ Δ]=15μm/m。 5.3 步進(jìn)電機(jī)慣性負(fù)載的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式，有： （1）等效轉(zhuǎn)動慣量的計算 折算到步進(jìn)電機(jī)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為： 式中：為折算到電機(jī)軸上的慣性負(fù)載；為步進(jìn)電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量；為齒輪１的轉(zhuǎn)動慣量； 為齒輪２的轉(zhuǎn)動慣量；為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量；Ｍ為移動部件的質(zhì)量。 對鋼材料的圓柱零件可以按照下式進(jìn)行估算： 式中為圓柱零件直徑，為圓柱零件的長度。 所以有： 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動慣量很小，可以忽略，所以有： 4.2.6 步進(jìn)電機(jī)的選用 (１）步進(jìn)電機(jī)啟動力矩的計算 設(shè)步進(jìn)電機(jī)的等效負(fù)載力矩為Ｔ，負(fù)載力為Ｐ，根據(jù)能量守恒原理，電機(jī)所做的功與負(fù)載力所做的功有如下的關(guān)系： 式中為電機(jī)轉(zhuǎn)角，Ｓ為移動部件的相應(yīng)位移，為機(jī)械傳動的效率。若取，則Ｓ＝，且。所以： 式中：為移動部件負(fù)載（N），G為移動部件質(zhì)量（N），為與重力方向一致的作用在移動部件上的負(fù)載力（N），為導(dǎo)軌摩擦系數(shù)，為步進(jìn)電機(jī)的步距角（rad）,T為電機(jī)軸負(fù)載力矩（N.cm）。 取=0.3（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)），＝０.8，==279.23Ｎ?？紤]到重力影響，Ｙ向電機(jī)負(fù)載較大，因此Ｇ＝1200Ｎ，所以有： 考慮到啟動時運動部件慣性的影響，則啟動轉(zhuǎn)矩： 取系數(shù)為０.３，則： 對于工作方式為三相６拍的步進(jìn)電機(jī)： (２） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作頻率 為使電機(jī)不產(chǎn)生失步空載啟動頻率要大于最高運行頻率,同時電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩要足夠大,查表選擇兩個90BF001型三相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī). 電機(jī)有關(guān)參數(shù)如下: 型號 主要技術(shù)參數(shù) 相數(shù) 步距角 電壓 (V) 相電流 (A) 最大靜轉(zhuǎn)矩 (n.m) 空載啟動頻率 空載運行頻率 分配方式 90BF001 4 0.9 80 7 3.92 2000 8000 4相8拍 外形尺寸(mm) 重量 kg 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量 Kg.m 外直徑 長度 軸直徑 90 145 9 4.5 1764 第 6章 送絲機(jī)構(gòu) 送絲機(jī)構(gòu)一般由送絲機(jī)、焊槍、送絲軟管和調(diào)速控制電路組成。送絲機(jī)包括送絲盤、送絲電動機(jī)和送絲滾輪，他為焊絲進(jìn)入軟管提供驅(qū)動力。焊槍是同時具有焊接和送絲功能的工具。焊槍的導(dǎo)電嘴會影響送絲阻力，??導(dǎo)電嘴接觸長度長而孔徑小??則送絲阻力將增大??若導(dǎo)電嘴接觸長度短而孔徑大??則會引起焊絲與導(dǎo)電嘴接觸不良以及導(dǎo)電接觸點位置不穩(wěn)定。 6.1送絲機(jī)構(gòu)設(shè)計工作原理 工作原理 圖6.1 送絲機(jī)構(gòu)的工作原理如上圖6.1所示：焊絲2通過滾輪1和3之間，??使焊絲與滾輪產(chǎn)生摩擦力來帶動焊絲前進(jìn)??主動輪3 由步進(jìn)電動機(jī)4 帶動旋轉(zhuǎn)。焊絲進(jìn)入導(dǎo)向套管。 6.2送絲滾輪 焊絲滾輪驅(qū)動焊絲的運動，因此他的結(jié)構(gòu)和驅(qū)動方式對送絲穩(wěn)定性起著重要作用。驅(qū)動力的大小來自于4電動機(jī)，電動機(jī)通過帶動主動輪轉(zhuǎn)動把驅(qū)動力傳輸給焊絲。焊絲的驅(qū)動力越大，送絲的穩(wěn)定性和可靠性越高，送絲電機(jī)選定后??要設(shè)法使送絲滾輪能保證焊絲既不打滑又能增大送絲力。送絲滾輪旋轉(zhuǎn)面與焊絲輸送方向處于同一平面上??，兩只送絲輪中的一只為主動輪??另一只為從動輪，上下兩只滾輪旋轉(zhuǎn)時??依靠滾輪與焊絲間的摩擦力驅(qū)動焊絲沿切線方向運動。 (1)送絲滾輪一般由45 鋼、高碳工具鋼或合金鋼制成??經(jīng)表面熱處理后達(dá)到洛氏硬度HRC50??60??直徑不宜過小，一般為38到40mm，厚10到12mm。 （2）為保證焊絲在滾輪中的固定位置和送絲方向，滾輪一般都開有送絲凹槽 6.3 送絲電動機(jī)的選型 送絲電動機(jī)一般采用直流電動機(jī)進(jìn)行無級調(diào)速。細(xì)焊絲一般用等速送絲方式，即保持送絲速度不變，送絲電動機(jī)采用他激式或永久磁鐵型。粗焊絲一般用恒電流型電源和變速送絲。等速送絲機(jī)的送絲速度為2到16 m/min，變速送絲機(jī)的送絲速度為0.2到5 m/min。送絲電機(jī)的容量、功率根據(jù)生產(chǎn)實際來定，一般選用45到160 W。 一般交流電動機(jī)也可以作為送絲電動機(jī)，通過調(diào)換齒輪的方法進(jìn)行有級調(diào)速。不過送絲電動機(jī)要求有足夠的功率，能在較大的范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速，保證送絲的穩(wěn)定性，起動、停止慣性越小越好、調(diào)速范圍盡可能大，這樣就能驅(qū)動焊絲直徑不一樣的焊絲，滿足不同的焊接范圍的要求,擴(kuò)大了點焊機(jī)的使用范圍 [9]。 本研究選用步進(jìn)電動機(jī),型號75BF003,分配方式為三相六拍，功率120 W??電機(jī)轉(zhuǎn)速1250 r/min??步距角1.5°。 第7章 機(jī)架的設(shè)計 7.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動機(jī)構(gòu)。要保證方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且自動變速器每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些自動變速器尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐自動變速器的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。 為了使