课程设计：一维伺服移动工作台设计说明书VIP

课程设计说明书格式及内容要求课程设计说明书格式及内容要求页脚内容PAGE页脚内容PAGE28课程设计说明书格式及内容要求页脚内容PAGE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：二〇〇一一年十二月目录课程设计概述 1课程设计任务 21.设计任务介绍： 22.设计参数 23.设计内容简介 3课程设计 31一维工作台整体结构 32.各部分选型 41) 电机的选型 42) 滚珠丝杆的选型 63) 支撑单元选择 164) 联轴器选择 175) 转矩探讨 176) 电机的校核 207) 联轴器校核 208) 导轨的选型 219) 轴承的校核 2210) 系统精度计算 2511) 系统谐振频率计算 2712) 光栅的选型 27附录 28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=400mm200mm20mm；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.各部分选型电机的选型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：摩擦力滚动导轨摩擦系数惯性力滚珠丝杆需提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(AC2图2-1电机型号及参数图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MSMD图2-2电机MSMD012G1参数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μ=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选择图2-3不同用途的精度等级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，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2-1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2-1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《THK》B-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型丝杠图图2-14丝杠轴的选型下面就DIK2004-6进行讨论支撑单元选择图2-15丝杠轴的有关参数适合图2-15丝杠轴的有关参数EF15，FF15，BF15，BF17查《THK》B-750~769,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BF15联轴器选择图图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《PanasonicMINASA5》P69，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，惯性转矩负载转矩②,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图2-17扭矩变动率的容许范围取最大值惯性转矩图图2-18加速时所需的扭矩丝杠转动惯量，查《THK》B-650~651，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：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PanasonicMSMDO1G的要求，负载惯量应小于转子惯量的30倍）=23.7∴电机PanasonicMSMD011G1满足要求联轴器校核由表14-1选T取SCXWKNo.34容许扭矩容许最高转速∴联轴器SCXWKNo.34合格导轨的选型（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，=0.81fc：接触系数，见下表，因为每根导轨上安装两个滑座，取fc=0.81。图图2-29fc(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。轴承的校核图2-30轴承受力分析图图2-30轴承受力分析图选型7002HTDF（左）GMP66004zz(右)图2-21轴承的有关参数图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1.99∴6004ZZ作为支撑端轴承合适对于7002HTDFGMP5左极限：取右极限：∴7002HTDF作为固定端轴承合适GMP5系统精度计算①轴向刚性对精度的影响：滚珠丝杠的拉压刚度：其中，图2-22刚性值图2-22刚性值轴向间隙，单向不考虑导程精度C3，查表12μm温度影响：加冷却，不考虑故，系统谐振频率计算①电机：n=3000rpm,P=100w,②滚珠丝杠：工作台：最大进给速度v=12mpm,导轨摩擦系数μ=0.005