毕业设计（论文）带轮数控焊接机结构设计

1、1 宁XX 大学 毕业设计(论文) 带轮数控焊接机 分 院： 专 业： 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 2摘 要 随着科学技术的发展，焊接结构件的应用也显得越来越频繁，先进焊接技术的发展总是不断地从新科技的成果中获得新的起。目前，数控带轮焊接技术在电子科技、计算机技术及机器人的制造中都起着重要的作用。无论在什么情况下，数控带轮焊接机要适应焊缝的变化才能提高焊接的水平和质量。我们只有将数控带轮焊接机技术和焊接跟踪技术有效的结合才能更好的推动新科技的发展，因此数控带轮焊接机的设计对于解决这一难题至关重要。 关键词：关键词： 焊接技术 机构设计 3Abstract With the dev

2、elopment 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 te

3、chnology, 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 effect

4、ive 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 全套设计加 197216396 或 401339828 4目 录 摘 要 .2 Abstract .3 目 录 .4 第 1 章 绪论 .6 1.1 课程的研究目的及意义 .6

5、1.1.1 课程背景 .6 1.1.2 课程简介 .6 1.1.3 意义 .6 1.2 研究现状及发展趋势 .7 1.2.1 国内焊接机的发展概况 .7 1.2.2 国外焊接机的发展概况 .7 1.2.3 焊接机在我国的应用及发展趋势 .7 1.3 本课题研究的内容及方法 .8 1.3.1 主要的研究内容 .8 1.3.2 设计要求 .9 第 2 章 总体方案机构设计 .10 2.1 设计概念 .10 2.2 设计原理 .10 2.3 方案讨论 .10 第 3 章 丝杠结构及传动设计 .11 3.1 .常见丝杠支承方式 .11 3.2 .滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠设计计算 .12 3.2.1 滚

6、珠丝杠副的结构类型 .12 3.2.2 滚珠丝杠副的载荷计算 .12 3.2.3 传动效率计算 .14 3.2.4 稳定性验算 .14 3.2.5 刚度验算 .15 53.2.6 滚珠丝杠精度等级确定 .15 3.2.7 滚动导轨副的防护 .17 3.3 直线滚动导轨副的计算、选择 .18 3.4 步进电机参数确定及选择 .19 第 4 章 带传动计算 .22 4.1 传动带的概述 .22 4.1.1 传动带介绍 .22 4.1.2 传动带的特 .22 4.1.3 传动带分类 .23 4.2 传动带传动计算 .23 4.2.1 传动带计算选型 .23 4.3.2 传动带的主要参数（结构部分）

7、.26 4.3.3 传动带的设计 .28 4.3.4 传动带轮的设计 .29 4.4 电机的选择 .29 4.4.1 电机的分类 .29 4.4.2 步进电机的选择 .30 第 5 章 机架的设计 .33 5.1 机架的基本尺寸的确定 .33 5.2 架子材料的选择确定 .33 5.3 主要梁的强度校核 .33 总结与展望 .35 参考文献 .36 致 谢 .37 6 7 8 9 10 11 第 1 章 绪论 1.1 课程的研究目的及意义 1.1.1 课程背景 在现代工业中，生产过程中的自动化已成为突出的主题。各行各业的自动化水平越来越高，现代化加工车间，常配有自动化生产设备，用来提高生产效率

8、，完成工人难以完成的或者危险的工作。当然，也不排除的焊接加工过程。我们发现焊接技术已经渗透到各个领域并且被广泛使用。根据资料显示，我国每年钢铁的产量一般在 3 亿吨左右，其中有一半以上的钢有用到焊接技术加工。我国每年的焊接设备需求量金额超过 50 亿元。既然焊接机能够这么普遍地应用在各个领域，它肯定具备了很大的市场竞争力。 1.1.2 课程简介 目前，市场上存在着各钟各样的电焊机设备，如：MZ 自动埋弧焊机，可以焊接开坡口或不开坡口的对接焊缝、搭接焊缝、角焊缝及容器密封焊。此种焊缝可位于水平面或水平面成 10 度角的斜面上，但是，焊机需要人工输送物料，而且每次只能焊接一个。DNZ 单面双焊机虽

9、然可以一次加工两个焊，但是物料的输送依然需要工人手工完成，焊接的人工利用率不高。因此，高质量的焊接不仅有着极好的市场前景，对减少焊接设备进口量、促进我国国民经济发展具有重要意义。为了解决上述问题，本课题就对数控带轮焊接机的结构设计做进一步的研究。 本课题主要解决数控带轮焊接机 (1)数控带轮焊机移动设计 (2)数控带轮焊机设计 (3)数控带轮焊机设计（4）电机的选择等各个方面的问题。最后对所选的齿轮和相关零件进行强度校核，使之能够达到要求。 1.1.3 意义 通过完成该课题，设计出焊接数控带轮焊接机，不需要工人输送物料，焊枪与焊缝都保持垂直，相对于焊缝的焊接速度都恒为同一速度，进而能够提高在直

10、线段与在波内斜边段的焊缝成形的一致性，提高生产质量。能够提高焊接的质量，扩大焊机的市场前景。能让焊接技术走在工业技术的最前端，推动工12业技术的发展。 1.2 研究现状及发展趋势 1.2.1 国内焊接机的发展概况 目前，国外许多工业发达国家已经把数控焊接设备的生产标准化、产业化，价格相对也有所下降。在近几年，微电子技术的快速发展带动了以 PC 机位代表的计算机软硬件的发展，焊接机设备也以建立以 pc 机为基础的制造系统为目标，向开放的集成自动化方向发展。为顺应这一趋势，焊接数控系统也由专用的封闭数控系统向基于 PC 机的开放数控系统发展。有些进口的焊接设备只需要操作者输入焊接材料、厚度、坡口形

11、式等焊接工艺条件他就可自动生成焊接工艺，并且还可以随着被焊材料、构件的换代，实现在线远程升级。他们的设备基本都提供了现场总线接口，是国外自动化焊接系统的集成水平显著提高。在欧美、日本等技术发达国家，自动化、机器人焊接设备的应用非常普遍，特别是在批量化、大规模和有害作业环境中使用率更高，已形成了成熟的技术、设备和与之配套并不断升级的焊接工艺。 1.2.2 国外焊接机的发展概况 焊接产品中有许多曲线的焊接，在我国一般采用手工焊接。手工操作具有一定的优势，但也，存在着人员管理难、工人培训周期长、生产环境恶劣、劳动强度大、焊接质量难以稳定的保持、容易产生夹杂、气孔等缺陷、焊接成本高、生产效率低一系列的

12、问题等。为了克服上述种种弊端，焊接科技工作者研究出了多种自动化焊接设备，如仿形焊接机，焊接机器人，数控焊接机等。近些年来我国焊接技术的整体发展水平比较好，尤其是逆变式焊机技术现已成熟，正在全国推广应用。波控、智能及自动、半自动焊接技术快速发展。自动、半自动气体保护焊机、埋弧焊机、电阻焊机等产品也迈开了一大步。2000年我国弧焊机器人已达到 980 台。可是尽管如此，我国的焊接设备还是不能满足国内工业的生产需求。 1.2.3 焊接机在我国的应用及发展趋势 我国从 20 世纪 80 年代开始进行大型机床等机械产品焊接结构的研究，20 多年来已取得长足的进步。焊接结构已经在现代化的数控机床等大型机床

13、上应用以焊代铸以焊代锻的结构设计和制造技术迅速发展。 13在汽车制造工业方面，随着我国汽车产量的不断增加 20 世纪 90 年代开始从国外陆续引进先进的焊接设备。并在车转动轴、刹车蹄片、轮圈以及其他部件的制造过程中普遍采用各种先进的焊接工艺，提高了焊接效率和产品质量。焊接在船舶、汽车、锅炉、压力容器制造行业中也成为主要的生产工艺手段之一 。目 前，已有多种焊接工艺方法获得各国船级社的认可而被应用于生产。自十一五期间开始进行高效焊接技术的探索以来，至今已取得令人欣喜的成绩。 近年来，我国在大型贮罐焊接、球形贮罐焊接、铝镁合金料仓焊接等领域中，已成功地开发应用了自动焊或半自动焊工艺，如球罐全位置自

14、动焊工艺和装备已在国内开发成功，它将为进一步推动焊接自动化发挥重要作用。 在当前，数控带轮焊接机的机构设计绝大多数还是依据具体的情况来设计专用焊接数控带轮焊接机，称之为固定结构的传统数控带轮焊接机，其运动特性使特定数控带轮焊接机仅能适应一定的范围，花费成本较大，不利于数控带轮焊接机的发展。 很数移动焊接数控带轮焊接机还有焊缝跟踪的功能,其不足之处就是在焊前必须通过人为的方式,帮助数控带轮焊接机找到合适的位置并且放好，通过人工将数控带轮焊接机本体、十字滑块等调整到合适的状态 ,这里所设计的移动数控带轮焊接机是有轨移动焊接数控带轮焊接机，只是现有的移动焊接数控带轮焊接机技术在焊接中的应用， 还不能

15、满足要求，而当前的移动焊接数控带轮焊接机技术有相当的发展。也就是说数控带轮焊接机的自主性还跟不上工业发展的脚步。 未来的发展趋势可分为以下三个方面：2 1 选择视觉传感器来进行传感跟踪：因为与图象处理方面相关的技术得到发展； 2 采用多传感信息融合技术以面对更为复杂的焊接任务； 3 控制技术由经典控制到向智能控制技术的发展：这也将是移动焊接数控带轮焊接机的控制所采用。 1.3 本课题研究的内容及方法 1.3.1 主要的研究内容 在查阅了国内外大量的有关焊接数控带轮焊接机设计理论及相关知识的资14料和文献基础上，综合考虑焊接数控带轮焊接机结构特、具体作业任务特以及焊接数控带轮焊接机的推广应用，分

16、析确定使用焊接数控带轮焊接机配合生产工序，实现自动化焊接的目的。 为了实现上述目标，本文拟进行的研究内容如下: 1 根据现场作业的环境要求和数控带轮焊机本身的结构特，确定数控带轮焊机整体设计方案。 2 确定数控带轮焊机的性能参数，对初步模型进行静力学分析，根据实际情况选择电机。 3 从所要功能的实现出发，完成数控带轮焊机各零部件的结构设计； 4 完成主要零部件强度与刚度校核。 1.3.2 设计要求 1 根据所要实现的功能，提出数控带轮焊机的整体设计方案； 2 完成数控带轮焊机结构的详细设计； 3 通过相关设计计算，完成电机选型； 4 完成数控带轮焊机结构的造型；绘制数控带轮焊机结构总装配图、主

17、要零件图。 15 第 2 章 总体方案机构设计 2.1 设计概念 整体的支撑架采用在工程中我们常用的整体支撑架结构有龙门结构和悬臂梁。所谓的悬臂梁就是梁的一端为不产生轴向、垂直位移和转动的固定支座，另一端为自由端（可以产生平行于轴向和垂直于轴向的力） 。通俗地说就是一根横梁连接两个支腿与地面紧固组成的像一个门框一样的结构。因为他是双支撑结构区别于单支撑和悬臂结构，所以结构特别简单。 2.2 设计原理 数控焊机的设计应满足一下几个条件首先就是必须保证工件定位可靠的可靠性，为了使工件、焊枪与焊接保持准确的相对位置，必须根据要求的焊接，去选择合适的定位机构。再者就是要有足够的强度和刚度除了受到工件、

18、工具的重量，还要受到本身的重量，还受到焊接枪在运动过程中产生的惯性力和振动的影响，没有足够的强度和刚度可能会发生折断或者弯曲变形，所以对于受力较大的进行强度、刚度计算是非常必要的。最后要尽可能做到具有一定的通用性 如果可以，应考虑到产品零件变换的问题。为适应不同形状和尺寸的零件，为满足这些要求，可将制成组合式结构，迅速更换不同的部件及附件来扩大机构的使用范围。 Z 轴电动机带传动滚珠丝杠托板 X 轴旋转采用带轮传动 2.3 方案讨论 悬臂梁在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在实际工程分析中，大部分实际工程受力部件都可以简化为悬臂梁。龙门结构制作方便，承受负载大，结构稳定，工程上广泛应用

19、。考虑到上述问题该课题的整体结构采用结构。 16 第 3 章 丝杠结构及传动设计 3.1 .常见丝杠支承方式 表表 3-13-1 滚珠丝杆副支承滚珠丝杆副支承 支承方式 简图 特点 一端固定一端自由 结构简单，丝杆的压杆的稳定性和临界转速都较低设计时尽量使丝杆受拉伸。这种安装方式的承载能力小，轴向刚度底，仅仅适用于短丝杆。 一端固定一端游动 需保证螺母与两端支承同轴，故结构较复杂，工艺较困难，丝杆的轴向刚度与两端相同，压杆稳定性和临界转速比同长度的较高，丝杆有膨胀余地，这种安装方式一般用在丝杆较长，转速较高的场合，在受力较大时还得增加角接触球轴承的数量，转速不高时多用更经济的推力球轴承代替角接

20、触球轴承。 两端固定 只有轴承无间隙，丝杆的轴向刚度为一端固定的四倍。一般情况下，丝杆不会受压，不存在压杆稳定问题，固有频率比一端固定要高。可以预拉伸，预拉伸后可减少丝杆自重的下垂和热膨胀的问题，结构和工艺都比较17困难，这种装置适用于对刚度和位移精度要求较高的场合。 3.2 .滚珠丝杠设计计算滚珠丝杠设计计算 3.2.1 滚珠丝杠副的结构类型 （1）.滚珠循环方式 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-1 查得,选择外循环插管式 （2）.轴向间隙预紧方式 预紧目的在于消除滚珠螺

21、旋传动的间隙,避免间隙引起的空程,从而提高传动精度. 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-2 查得,采用双螺母垫片预紧方式。 2）滚珠丝杠副直径和基本导程系列 由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-3 查得, 3.2.2 滚珠丝杠副的载荷计算 工作负载是指机床工作时，实际作用在滚珠丝杆上的轴向压力，他的数值用进给牵引力的实验公式计算。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数

22、为 0.03，K为颠覆力矩影响系数，一般取 1.11.5，本课题中取 1.3，则丝杆所受的力为 NGFGGGGGFFGfKFFZx215522-)22(03. 03 . 122-)22(3y13323ymax）（）（）（ 0minF18其等效载荷按下式计算（式中取，） 21tt 122nn NtntntnFtnFFm1494)(312211223min113max 316mhkahtwm1060)nT(fffffFCarfw-负载性质系数， （查表：取 fw=1.2） ft-温度系数（查表：取 ft=1） fh-硬度系数（查表：取 fh =1） fa-精度系数（查表：取 fa =1） fk-可

23、靠性系数（查表：取 fk =1） Fm-等效负载 nz-等效转速 Th -工作寿命，取丝杆的工作寿命为 15000h 由上式计算得 Car=17300N 采用丝杠直径 20mm,导程为 5mm 计算得出计算得出 Ca=Car=17.3KN, 则 Coa=(23)Fm=（34.651.9）KN 公称直径 Ph=12mm 则选择 FFZD 型内循环预紧滚珠丝杆副，丝杆的型号为 FFZD20103。 19 滚珠丝杠螺母副的几何参数的计算如下表 名称 计算公式 结果 公称直径 0d 20mm 螺距 t mm 接触角 045钢球直径 bd 4.175mm 螺纹滚道法向半径 R 0.52bRd1.651m

24、m 偏心距 e (2)sinbeRd0.04489mm 螺纹升角 0tarctgd 04 33螺杆外径 d 0(0.2 0.25)bddd19.365mm 螺杆内径 1d 1022ddeR16.788mm 螺杆接触直径 2d 20cosbddd17.755mm 螺母螺纹外径 D 022DdeR24.212mm 螺母内径（外循环） 1D 10(0.2 0.255)bDdd20.7mm 3.2.3 传动效率计算 丝杠螺母副的传动效率为： )(tgtg式中：=10 ，为摩擦角；为丝杠螺旋升角。 20 004 33()(4 3310 )0.96ggggtttt3.2.4 稳定性验算 丝杠两端采用止推轴

25、承时不需要稳定性验算。 3.2.5 刚度验算 滚珠丝杠受工作负载引起的导程变化量为：(cm) ESFll01Y 向所受牵引力大,故用 Y 向参数计算 60622221.651261251.82 0.5120.6 102.141252.6210.520.6 10 (/)3.14()2.146.12 10YFNlcmEN CMSRCMLCM 丝杠受扭矩引起的导程变化量很小，可忽略不计。导程变形总误差 为 06410010010.56.12 1012.24 1012.24 lLum E 级精度丝杠允许的螺距误差 =15m/m。 3.2.6 滚珠丝杠精度等级确定 （1）.丝杠有效行程 由楼应侯、潘晓彬

26、、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-4 查得 le=20 mm 导轨总长 Lu =210+120+20=350mm 所以丝杠总长 Lv =350-20=330mm （2）.精度等级 根据有效行程内的平均行程允许偏差 ep=0.01/300350103=11.7 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表 5-5 得 精度等级为 T3 4）滚珠丝杠副支承形式选择 滚珠丝杠主要承受轴向载荷,应选用运转精度高,轴向刚度高、摩擦力距小的滚动轴承.滚珠丝杠副的支承主要约

27、束丝杠的轴向串动,其次才是径向约束。 21由楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表 5-6 查得,采用一端固定一端游动(F-S)支承形式. 5）滚珠丝杠副的选择 高速或较高转速情况 按额定动负荷 CCj选择滚珠丝杠副 Cj=(Fefw)/(fhftfafk)(60Lhne)/(106)1/3 式中 Cj-滚珠丝杠副的计算轴向动负荷(N) Fe-丝杠轴向当量负荷(N)，取进给抗力和摩擦力之和的一半. Fe=(120+0.06120)/2=63.6N ne-丝杠当量转速(r/min). ne=250r/min. Lh-丝杠工作寿命(h). 查考楼应侯、潘晓彬、郑

28、堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-7 得 Lh=15000 h. ft-温度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-8,得 ft=0.70. fa-精度系数. 查楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导楼应侯、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书 表 5-9 得 fa=1.0 fw-负载性质系数. 查2表 5-10 得

29、 fw=0.95 fh-硬度系数.查2表 5-11 得 fh=1.0 fk-可靠性系数.查2表 5-12 得 fk=0.21. 计算得 Caj=2.5N 表表 3-1-13-1-1 各类机械预期工作时间各类机械预期工作时间 LhLh 22表表 3-1-23-1-2 精度系数精度系数 fafa 表表 3-1-33-1-3 可靠性系数可靠性系数 fkfk 表表 3-1-43-1-4 负载性质系数负载性质系数 fwfw 6）滚珠丝杠副校核 （1）.临界压缩负荷 对于一端轴向固定受压缩的滚珠丝杠,应进行压杠稳定性校核计算. 不发生失稳的最大压缩负荷称为临界压缩负荷,用 Fn 表示 Fn=3.41010

30、(f1d24)(L02) K1 式中 L0-最长受压长度.取 400 mm f1-丝杠支承方式系数, F-S 取 2 d2-丝杠螺纹底径,查43-32 取 17.6 mm k1 安全系数，取 1/3 Fn=13593NFmax （2）.临界转速 ncr=9910(f22d2)/Lc2 式中 f2-丝杠支承方式系数,F-S 取 3.927. Lc -临时转速计算长度. Lc =0.5m. d2-丝杠螺纹底径,取 17.6mm ncr= 10758.9r/min nmax取,同时验算丝杠另一个临界值 d0n=20833=7500 70000 （3）.轴承选择校核 由2表 6-1 选择深沟球轴承 6

31、201,由2表 6-6 选角接触球轴承 7001AC. 校核(略) 233.2.7 滚动导轨副的防护 （1）.滚珠丝杠副的防护装置 ,采用专业生产的伸缩式螺旋弹簧钢套管。 （2）.滚珠丝杠副的密封 滚珠丝杠副两端的密封圈如装配图所示.材料为四氟乙烯,这种接触式密封须防止松动而产生附加阻力。 （3）.滚珠丝杠副的润滑 润滑剂用锂基润滑剂。 3.3 直线滚动导轨副的计算、选择 根据给定的工作载荷 Fz和估算的 Wx和 Wy计算导轨的静安全系数fSL=C0/P，式中：C0为导轨的基本静额定载荷，kN；工作载荷 P=0.5(Fz+W)； fSL=1.03.0(一般运行状况)，3.05.0（运动时受冲击

32、、振动） 。根据计算结果查有关资料初选导轨： （1）选日本 NSK 直线滚动导轨导轨,E 级精度.查得,fh=1,ft=1,fc=0.81,f=1,fw=1. （2）寿命按每年工作 300 天,每天两班,每班 8h,开机率 0.8 计,额定寿命为: Lh=10300280.8=38400 h ,每分钟往复次数 nz=8 L=(2lsnz60Lh)/(103)=(20.3186038400)/ (103)=11428Km 计算四滑块的载荷,工作台及其物重约为 110N 计算需要的动载荷 C P=110/4=27.5N C=( fwP)(fh ft fc f)(L/50)1/3=208N 由楼应侯

33、、潘晓彬、郑堤、崔玉国、胡利永等编.机械电子工程专业课程设计指导书表 3-20 中选用 LY15AL 直线滚动导轨副,其 C=606N, C0=745N. 基本参数如下: 额定载荷/N 静态力矩/N*M 滑座重量 导轨重量 导轨长度 动载荷 aC静载荷 oC AT BT CT gK /gKmL (mm) 17500 26000 198 198 288 0.60 3.1 760 滑座个数 单向行程长度 每分钟往复次数 M Sl n4 0.6 4 导轨的额定动载荷N 17500aC 依据使用速度v（m/min）和初选导轨的基本动额定载荷 (kN)验算导轨aC24的工作寿命 Ln： 额定行程长度寿命

34、: ()HTCaWff fCSfFTK 20004500MFMF 1,2,0.81,1,50oTWCHRdffffK导331 1 0.81 175002500()50()142409.58HTCaWff fCSfFTKkm 轨的额定工作时间寿命: 3102SoTHl nT 33102142409.58 10494477150002 0.6 4 60SoTHl nThTh 导轨的工作寿命足够. （3）滚动导轨间隙调整 预紧可以明显提高滚动导轨的刚度,预紧采用过盈配合,装配时,滚动体、滚道及导轨之间有一定的过盈量。 （4）润滑与防护 润滑:采用脂润滑,使用方便,但应注意防尘。 防护装置的功能主要是

35、防止灰尘、切屑、冷却液进入导轨,以提高导轨寿命。 防护方式用盖板式。 3.4 步进电机参数确定及选择 X 参数选定与计算 假设 vx=2.0 m/min=0.033m/s，Fx=120 N，Px=Fxvx=3.96W 1）脉冲当量选择 初选五相电机，按五相十拍工作时，步矩角 =0.36,初定脉冲当量=0.005mm/p, 25丝杠导程 tsP=5 mm,中间齿轮传动比 i 为: i=(tsP)(360)=0.365(3600.005)=1 采用带传动 2)等效传动惯量计算(不计传动效率) 小带轮转动惯量 Jg1=(d14b1)32=(4.978)41.67.8510-332kg.m2 =0.7

36、610-4 kg.m2 式中：钢密度 =7.8510-3 kg/cm3 滚珠丝杠转动惯量 Js=(d04l)32=(2)4497.8510-33210-4 kg.m2 =0.610-4 kg.m2 拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为 10+2=12kg Jw=(w/g)(tsP2) 2 i2 =12(510-32) 2(1.25)2kg.m2 =4.8610-6 kg.m2 因此,折算到电机轴上的等效转动惯量 Je Je= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =7610-6 +4.8610-6 +(17010-6 +6010-6) (1.25)2 =2.280

37、610-4 kg.m2 3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩) 由书式(4-7)(4-9)可知: Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i) = (120+0.06120) 0.005/(20.81.25) =0.101N.m Mf= (Ff tsP)/(2i) = (W tsP)/(2i) =(0.06139.80.005)/ (20.81.25) =0.00609N.m 上述式中 为丝杠预紧时的传动效率取 =0.8， 为摩擦系数取 0.06 nmax=（Vmax /）(/360)=250 r/min 取起动加速时间 t=0.03 s 26初选电动机型号 90BF006 ,其最大静转矩

38、 Mjmax=2.156Nm,转动惯量Jm=2.25710-4 kgm2, fm=2400Hz. 故 M0=(Fp0tsp)(2i) (1-02) = (1/3Fxtsp)(2i) (1-02) =(1/3) 1200.005(20.81.25) 1-(0.9)2 =0.0061 N.m 式中 Fp0 滚珠丝杠预加负荷,一般取 Fx/3 Fx 进给牵引力(N) 0 滚珠丝杠未预紧时的传动效率,取 0.9 J =( Je +Jm) = 2.280610-4 kgm2+2.25710-4 kg.m2 =4.53710-4 kg.m2 M=( Je +Jm)( 2nmax)/(60t) =4.537

39、10-4 (2250)(600.03) =0.3957N.m Mq = Mmax+ Mf+ M0 =0.3962+0.00609+0.0061 =0.40839N.m Mc = Mt+ Mf+ M0 =0.101+0.00609+0.0061 =0.11319 N.m Mk= Mf+ M0=0.01219N.m 从计算可知, Mq最大,作为初选电动机的依据. Mq/ Mjmax=0.189 满足所需转矩要求. 4)步进电机动态特性校验 Je /Jm=2.2806/2.257=1.01 fL fc=V1max/(60)=200/(600.004)=833 fL 27所以,与 fc对应的 Mc按电

40、机最大静转矩校核,显然满足要求. 综上所述,可选该型号步进电机,具有一定的裕量. 第 4 章 带传动计算 4.1 传动带的概述 4.1.1 传动带介绍 传动带传动（见图 3-1）时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。 图4.1传动带传动 传动带转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。传动带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达 1:10。 传动带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所

41、组成。它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优。 4.1.2 传动带的特 (1)、传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； (2)、传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； (3)、传动效率高，可达0.98，节能效果明显； 28(4)、维护保养方便，不需润滑，维护费用低； (5)、速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； (6)、可用于长距离传动，中心距可达10m以上。 4.1.3 传动带分类 传动带齿有梯形齿和弧齿两类，弧齿又有三种系列：圆弧齿(H系列又称HTD带)、平顶圆弧齿(S系列又称为STPD带)和凹顶抛物线齿（R系列)。 梯形齿传动

42、带有两种尺寸制：节距制和模数制。我国采用节距制，并根据ISO5296制订了传动带传动相应标准GB/T1136111362-1989和GB/T11616-1989。 弧齿传动带弧齿传动带除了齿形为曲线形外，其结构与梯形齿传动带基本相同，带的节距相当，其齿高、齿根厚和齿根圆角半径等均比梯形齿大。 弧齿传动带耐磨性能好，工作时噪声小，不需润滑，可用于有粉尘的恶劣环境。已在食品、汽车、纺织、制药、印刷、造纸等行业得到广泛应用。 梯形齿传动带梯形齿传动带分单面有齿和双面有齿两种，简称为单面带和双面带。双面带又按齿的排列方式分为对称齿型（代号DA)和交错齿型(代号DB 。 4.2 传动带传动计算 4.2.

43、1 传动带计算选型 设计功率是根据需要传递的名义功率、载荷性质、原动机类型和每天连续工作的时间长短等因素共同确定的，表达式如下： dAmPKPA式中 需要传递的名义功率 mP 工作情况系数，按表2工作情况系数选取=1.7； AKAKAK表3-3.工作情况系数 AK29 WPKPAd63. 037. 07 . 1确定带的型号和节距 可根据传动带传动的设计功率Pd和小带轮转速n1，由传动带选型图中来确定所需采用的带的型号和节距。 其中Pd=0.63kw，n1=61rpm。查表3-4 表3-4 30 选择小带轮齿数z1，z2 可根据传动带的最小许用齿数确定。查表3-3-3得。 查得小带轮最小齿数14

44、。 实际齿数应该大于这个数据 参照“同步带选型图”选择带型为L型，则选择带轮20L050，节径40.64mm，外径39.88mm，齿数为20，节距P。=9.525mm。 验证带速v 由公式v=d1n1/60000计算得， svmax=40m/s，确定带长和中smdnv/276. 01000606164.4014. 3100060心矩 根据机械设计基础得 )(2)(7 . 021021ddadd所以有： mmamm12.34614.1210现在选取轴间间距为取125mm 0a10、传动带带长及其齿数确定 =() 0L220a21dd = 2/ )64.4064.40(14. 31252=719.

45、7mm 11、带轮啮合齿数计算 31有在本次设计中传动比为1，所以啮合齿数为带轮齿数的一半，即=17。 mz12、基本额定功率的计算 0P查基准传动带的许用工作压力和单位长度的质量表4-3可1000)(20vmvTPa以知道=2100.85N，m=0.448kg/m。 aT所以传动带的基准额定功率为 =0.21KW 0P10001 . 0)1 . 0448. 085.2100(2表3-5基准宽度传动带的许用工作压力和单位长度的质量 13、计算作用在轴上力 rF= rFvPd1000=71.6N 4.3.2 传动带的主要参数（结构部分） 1、传动带的节线长度 传动带工作时，其承载绳中心线长度应保

46、持不变，因此称此中心线为传动带的节线，并以节线周长作为带的公称长皮，称为节线长度。在传动带传动中，带节线长度是一个重要 参数。当传动的中心距已定时，带的节线长度过大过小，都会影响带齿与轮齿的正常啮合，因此在传动带标准中，对梯形齿传动带的各种哨线长度已规定公差值，要求所生产的传动带节线长度应在规定的极限偏差范围之内（见表323-6） 。 表3-6带节线长度表 2、带的节距Pb 如图3-4所示，传动带相邻两齿对应沿节线量度所得约长度称为传动带的节距。带节距大小决定着传动带和带轮齿各部分尺寸的大小，节距越大，带的各部分尺寸越大，承载能力也随之越高。因此带节距是传动带最主要参数在节距制传动带系列中以不

47、同节距来区分传动带的型号。在制造时，带节距通过铸造模具来加以控制。梯形齿标准传动带的齿形尺寸见表3-5。 3、带的齿根宽度 一个带齿两侧齿廓线与齿根底部廓线交之间的距离称为带的齿根宽度，以s表示。带的齿根宽度大，则使带齿抗剪切、抗弯曲能力增强，相应就能传动较大的裁荷。 图3.7带的标准尺寸 表3-7梯形齿标准传动带的齿形尺寸 33 4、带的齿根圆角 带齿齿根回角半径rr的大小与带齿工作时齿根应力集中程度有关t齿根圆角半径大，可减少齿的应力集中，带的承载能力得到提高。但是齿根回角半径也不宜过大，过大则使带 齿与轮齿啮合时的有效接触面积城小，所以设计时应选适当的数值。 5、带齿齿顶圆角半径 带齿齿

48、项圆角半径的大小将影响到带齿与轮齿啮合时会否产生于沙。由于在传动带传动中，带齿与带轮齿的啮合是用于非共扼齿廓的一种嵌合。因此在带齿进入或退出啮合时， 带齿齿顶和轮齿的顶部拐角必然会超于重叠，而产生干涉，从而引起带齿的磨损。因此为使带齿能顺利地进入和退出啮合，减少带齿顶部的磨损，宜采用较大的齿顶圆角半径。但与齿根圆角半径一样，齿顶圆角半径也不宜过大，否则亦会减少带齿与轮齿问的有效接触面积。 6、齿形角 梯形带齿齿形角日的大小对带齿与轮齿的啮合也有较大影响。如齿形角霹过小，带齿纵向截面形状近似矩形，则在传动时带齿将不能顺利地嵌入带轮齿槽内，易产生干涉。但齿形角度过大，又会使带齿易从轮齿槽中滑出，产

49、生带齿在轮齿顶部跳跃现象。 4.3.3 传动带的设计 在这里，我们选用梯形带。带的尺寸如表3-8。带的图形如图3-5。 表3-8传动带尺寸 型号 节距 齿形角 齿根厚 齿高 齿根圆角半径 齿顶圆半径 H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02 34 图3.8传动带 4.3.4 传动带轮的设计 传动带轮的设计的基本要求 1、保证带齿能顺利地啮入与啮出 由于轮齿与带齿的啮合同非共规齿廓啮合传动，因此在少带齿顶部与轮齿顶部拐角处的干涉，并便于带齿滑入或滑出轮齿槽。 2、轮齿的齿廊曲线应能减少啮合变形，能获得大的接触面积，提高带齿的承载能力即在选探轮齿齿廓曲线时，应使带齿啮入或啮出时变形小，

50、磨擦损耗小，并保证与带齿均匀接触，有较大的接触面积，使带齿能承受更大的载荷。 3、有良好的加了工艺性 加工工艺性好的带轮齿形可以减少刀具数量与切齿了作员，从而可提高生产率，降低制造成本。 4、具有合理的齿形角 齿形角是决定带轮齿形的重要的力学和几何参数，大的齿形角有利于带齿的顺利啮入和啮出，但易使带齿产生爬齿和跳齿现象；而齿形角过小，则会造成带齿与轮齿的啮合干涉，因此轮齿必须选用合理的齿形角。 4.4 电机的选择 4.4.1 电机的分类 1按工作电源分类根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 2按结构及工作原理分类电动机按结构及工作

51、原理可分为异步电动机和同步电动机。 35同步电动机还可分为永磁同步电动机、磁阻同步电动机和磁滞同电动机。 异步电动机可分为感应电动机和交流换向器电动机。感应电动机又分为三相异步电动机、单相异步电动机和罩极异步电动机。交流换向器电动机又分为单相串励电动机、交直流两用电动机和推斥电动机。 直流电动机按结构及工作原理可分为无刷直流电动机和有刷直流电动机。有刷直流电动机可分为永磁直流电动机和电磁直流电动机。电磁直流电动机又分为串励直流电动机、并励直流电动机、他励直流电动机和复励直流电动机。永磁直流电动机又分为稀土永磁直流电动机、铁氧体永磁直流电动机和铝镍钴永磁直流电动机。 3按起动与运行方式分类电动机

52、按起动与运行方式可分为电容起动式电动机、电容盍式电动机、电容起动运转式电动机和分相式电动机。 4按用途分类电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。 驱动用电动机又分为电动工具（包括钻孔、抛光、磨光、开槽、切割、扩孔等工具）用电动机、家电（包括洗衣机、电风扇、电冰箱、空调器、录音机、录像机、影碟机、吸尘器、照相机、电吹风、电动剃须刀等）用电动机及其它通用小型机械设备（包括各种小型机床、小型机械、医疗器械、电子仪器等）用电动机。 控制用电动机又分为步进电动机和伺服电动机等。 5按转子的结构分类电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为

53、绕线型异步电动机） 。 6按运转速度分类电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。 低速电动机又分为齿轮减速电动机、电磁减速电动机、力矩电动机和爪极同步电动机等。 调速电动机除可分为有级恒速电动机、无级恒速电动机、有级变速电动机和无极变速电动机外，还可分为电磁调速电动机、直流调速电动机、PWM 变频调速电动机和开关磁阻调速电动机。 4.4.2 步进电机的选择 由于步进电机具有控制较容易，维修也较方便，而且控制为全数字化的36优。根据设计要求及实际情况我们选择步进电机，选择参数为:额定电压、输出扭矩和电机转速等。拟采用的 57 系列两相混和式步进电机使用 24V 电压

54、，本系统提供的 24V 直流电源可以满足步进电机的工作需要。输出扭矩与传送带和支撑板的摩擦力有关，主要由物料的重量和传送带的摩擦系数来确定，此外，还与传送带与滚轮之间的滑动摩擦力的作用有关，但由于滑动摩擦系数很小，虽然传送带与滚轮之间的张紧力很大，因此而带来的滑动摩擦力却很小，故忽略不计。计算过程如下: F=mngM=FL 其中，F 为传送带须提供的牵引力，m 为物料的质量，为物料与传送带 的摩擦系数，传送带的材料为高强低伸化纤材料，由表查得=0.8。传送带最多可以放置 10 个物料，则 n=10，每个物料的质量约为.03kg，可得：Fmax=23.52N L 为牵引力作用在电机轴上得力臂，L

55、=0.02m; 则有: M=FL=nmg=0.4704 转速与传送带的速度和轮的直径有关，工作时传送带的速度约为:V=3.5m/min，轮直径为 D=400mm， 则根据公式计算得: n=30r/min nDV步进电机的频矩特性曲线如图 4-3 所示： 37 则由曲线可得:当 n=30r/min 时，f=100HZ。 根据计算结果我们选择电机型号为：57BYJ250C 38第 5 章 机架的设计 5.1 机架的基本尺寸的确定 机架是支撑及其所有附件的可移动机构。要保证方便、安全；重量要轻，便于移动；架子要有足够的空间安装。而且自动变速器每个总成之间要考虑它们之间的协调关系。考虑到这些方面的因素

56、后要确定的一些自动变速器尺寸根据这些数据，大概确定架子的长高。这样架子的地面的结构就确定了。支撑自动变速器的部件是支撑板，支撑板固定在支承轴上，支承轴安装在机架上。 为了使机架能够方便移动，须在架子上装轮子，因此在架子的 4 个侧面通过螺栓各连接两个轮子，使得架子和轮子连接牢固。靠近转盘这端安装有锁止装置，使得架子在任何位置都能停止固定。 5.2 架子材料的选择确定 架子的结构确定后，就需要准备材料，买材料时要考虑钢材的性能，同时也要考虑成本，再者还要考虑到其美观，通过到市场调查分析后，台架选用 6060的方钢和 5050 的角钢组合制作。其规格如表一所示。 受力比较小的底架就用 50的角钢制作，其他的受力大的转架就用 60的方钢制作。在转架与支撑板的固定处需要用轴连接。 表一表一 钢材的尺寸钢材的尺寸 规格 6060 5050 横截面图 长度 500 567 材料 Q235 Q235 5.3 主要梁的强度校核 质量为 25（250N） ，考虑到一些外在