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文檔簡介
1、3一、進給傳動部件的計算和選型進給傳動部件的計算和選型主要包括:確定脈沖當量、計算切削力、選擇滾珠絲杠螺母副、計算減速器、選擇步進電機等。1、 脈沖當量的確定根據(jù)設(shè)計任務(wù)的要求,X方向的脈沖當量為x=0.005mm/脈沖,Z方向為z=0.01mm/脈沖。2、 切削力的計算切削力的分析和計算過程如下:設(shè)工件材料為碳素結(jié)構(gòu)鋼,b=650Mpa;選用刀具材料為硬質(zhì)合金YT15;刀具幾何參數(shù)為:主偏角r=45°,前角o=10°,刃傾角s=-0°;切削用量為:背吃刀量ap=1mm,進給量f=0.18mm/r,切削速度vc=90m/min。查表得:CFc=270,xFc=1.
2、0,yFc=0.75,nFc=-0.15。查表得:主偏角r的修正系數(shù)krFc=1.0;刃傾角、前角和刀尖圓弧半徑的修正系數(shù)均為1.0。由經(jīng)驗公式(32),算得主切削力Fc=2673.4N。由經(jīng)驗公式Fc:Ff:Fp=1:0.35:0.4,算得進給切削力Ff=935.69N,背向力Fp=1069.36N。3、 滾珠絲杠螺母副的計算和選型(1) 工作載荷Fm的計算已知移動部件總重G=1300N;車削力Fc=2673.4N,F(xiàn)p=1069.36N,F(xiàn)f=935.69N。根據(jù)Fz=Fc,F(xiàn)y=Fp,F(xiàn)x=Ff的對應(yīng)關(guān)系,可得:Fz=2673.4N,F(xiàn)y=1069.36N,F(xiàn)x=935.69N。選用矩形
3、三角形組合滑動導(dǎo)軌,查表,取K=1.15,=0.16,代入Fm=KFx+(Fz+G),得工作載荷Fm=1712N。(2) 最大動載荷FQ的計算設(shè)本車床Z向在最大切削力條件下最快的進給速度v=0.8m/min,初選絲杠基本導(dǎo)程Ph=6mm,則此時絲杠轉(zhuǎn)速n=1000v/Ph=133r/min。取滾珠絲杠的使用壽命T=15000h,代入L0=60nT/106,得絲杠系數(shù)L0=119.7×106r。查表,取載荷系數(shù)fW=1.15,再取硬度系數(shù)fH=1,代入式(323),求得最大動載荷FQ=0fWfHFm=9703N。(3) 初選型號根據(jù)計算出的最大動載荷,查表,選擇FL4006型滾珠絲杠副
4、。其公稱直徑為40mm,基本導(dǎo)程為6mm,雙螺母滾珠總?cè)?shù)為3×2圈=6圈,精度等級取四級,額定動載荷為13200N,滿足要求。(4) 傳動效率的計算將公稱直徑d0=40mm,基本導(dǎo)程Ph=6mm,代入=arctanPh/(d0),得絲杠螺旋升角=2°44。將摩擦角=10,代入=tan/tan(+),得傳動效率=94.2。(5) 剛度的驗算1) 滾珠絲杠副的支承,采取一端軸向固定,一端簡支的方式,固定端采取一對推力角接觸球軸承,面對面組配。絲杠加上兩端接桿后,左右支承的中心距離約為a=1467mm;剛的彈性模量E=2.1×105MPa;查表,得滾珠直徑Dw=3.9
5、688mm,算得絲杠底徑d2=公稱直徑d0滾珠直徑Dw=36.0312mm,則絲杠截面積S=d22/4=1019.64mm2。2) 根據(jù)公式Z=(d0/Dw)-3,求得單圈滾珠數(shù)目Z29;該型號絲杠為雙螺母,滾珠總?cè)?shù)為3×26,則滾珠總數(shù)量=29×6=174。滾珠絲杠預(yù)緊時,取軸向預(yù)緊力FYJFm/3571N。則由式(327),求得滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量20.00117mm。因為絲杠加有預(yù)緊力,且為軸向負載的1/3,所以實際變形量可減小一半,取20.000585mm。3) 將以上算出的1和2代入總1+2,求得絲杠總變形量總0.012555mm12.555m。查表,4
6、級精度滾珠絲杠任意300mm軸向行程內(nèi)的變動量允許16m,而對于跨度為1497mm的滾珠絲杠,總的變形量總只有12.555mm,可見絲杠強度足夠。4) 壓桿穩(wěn)定性校核根據(jù)式(328)計算失穩(wěn)時的臨界載荷Fk。查表,取支承系數(shù)fk2;由絲杠底徑d236.0312mm,求得截面慣性徑Id24/6482734.15mm4;壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)K取3;滾動螺母至軸向固定處的距離a取最大值1497mm。代入式(328),得臨界載荷Fk51012N,遠大于工作載荷Fm(1712N),故絲杠不會失穩(wěn)。綜上所述,初選的滾珠絲杠副滿足使用要求。4、 同步帶減速箱的設(shè)計為了滿足脈沖當量的設(shè)計要求和增大轉(zhuǎn)矩,同時也為了
7、使傳動系統(tǒng)的負載慣量盡可能的減小,傳動量中長使用減速傳動。設(shè)計同步減速箱需要的原始數(shù)據(jù)有:帶傳遞的功率P,主動輪轉(zhuǎn)速n1和傳動比i,傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。(1) 傳動比i的確定已知電動機的步距角0.72°,脈沖當量z0.01mm/脈沖,滾珠絲杠導(dǎo)程Ph6mm。根據(jù)式(312)算得傳動比i1.2。(2) 主動輪最高轉(zhuǎn)速n1由縱向床鞍的最快移動速度vzmax6000mm/min,可以算出主動輪最高轉(zhuǎn)速n1(vzmax/z)×/360=1200r/min。(3) 確定帶的設(shè)計功率Pd預(yù)選的步進電動機在轉(zhuǎn)速為1200r/min時,對應(yīng)的步進脈沖頻率為fmax1200×
8、;360/(60×)10000Hz。(4) 選擇帶型和節(jié)距pb根據(jù)的帶的設(shè)計功率Pd=0.574kW和主動輪最高轉(zhuǎn)速n11200r/min,選擇同步帶型號為L型節(jié)距pb9.525mm。(5) 確定小帶輪齒數(shù)z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1取z115,則小帶輪節(jié)圓直徑d1pb z1/45.85mm。當n1達到最高轉(zhuǎn)速1200r/min時同步帶的速度為vd1 n1/(60×1000)2.86m/s,沒有超過L型帶的極限速度35m/s。(6) 確定大帶輪齒數(shù)z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2大帶輪齒數(shù)z2i pb18,節(jié)圓直徑d2id154.57mm。(7) 初選中心距a0、帶的節(jié)線長度L0p、帶
9、的齒數(shù)zb初選中心距a01.1(d1+d2)110.06mm,圓整后取a0110mm。則帶的節(jié)線長度L0p2 a0+/2(d1+d2)+(d2-d1)2/4 a0377.33mm。查表,選取接近的標準節(jié)線長度L0p381mm,相應(yīng)齒數(shù)zb=40。(8) 計算實際中心距a實際中心距aa0+(Lp-L0p)/2111.835mm。(9)校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)zmzmentz1/2pb z1/22a(z2z1)7,嚙合齒數(shù)比6大,滿足要求。(ent表示取整)。(10)計算基準額定功率P0P0(Tamv2)v/1000其中,Ta帶寬為bs0時的許用工作拉力。m帶寬為bs0時的單位長度的質(zhì)量。v同步帶
10、的帶速。算得P00.697kW。(11)確定實際所需同步帶寬度bsbsbs0(Pd/KzP0)1/1.14其中,bs0選定型號的基準寬度。Kz小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)。由上式求得bs21.42mm,選定最接近的帶寬bs25.4mm。(12)帶的工作能力計算計算同步帶額定功率P的精確值:P(KzKwTabs/ bs0mv2)v×10-3經(jīng)計算得P0.697kW,而Pd0.574kW,滿足PPd。所以,帶的工作能力合格。5、 步進電動機的計算和選型(1) 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量JeqJeqJm+Jz1+(Jz2+Jw+Js)/i257.55kg.cm2其中,Jm 33 kg.cm
11、2Jz10.95 kg.cm2Jz21.99 kg.cm2Jw1.21 kg.cm2Js 30.78 kg.cm2(2) 計算加在步進電動機轉(zhuǎn)軸上的等效負載轉(zhuǎn)矩TeqTeq1Tamax+TfTamax2Jeq nm/60ta×1/其中,nm 步進電動機的最高轉(zhuǎn)速。ta 步進電動機由靜止到nm 轉(zhuǎn)速所需的時間。又nm vmax/360°ta 0.4s,0.7,所以,Tamax 2×57.55×10-4×1200/(60×0.4×0.7)N.m2.58 N.mTf(Fc+G)Ph/(2i)其中,導(dǎo)軌的摩擦系數(shù),滑動導(dǎo)軌取0.16
12、。Fc工作負載。傳動鏈總效率,取0.7。所以,Tf0.16×(0+1300)×0.006/(2×0.7×1.2)N.m0.24 N.m所以,Teq1Tamax+ Tf2.82 N.mTeq2= Tt+ TfTt=FfPh/(2i)935.69×0.006/(2×0.7×1.2)N.m1.06 N.mTf(Fc+G)Ph/(2i)0.16×(2673.4+1300)×0.006/(2×0.7×1.2)N.m0.72 N.m所以,Teq2= Tt+ Tf1.78 N.m經(jīng)過上述計算后,Te
13、qmaxTeq1,Teq22.82 N.m(3) 步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定步進電動機最大靜轉(zhuǎn)矩Tjmax4 Teq4×2.82 N.m11.28 N.m,可見對于預(yù)選的步進電動機完全滿足工作要求。(4) 步進電動機的性能校核1) 最快工進速度時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快工進速度vmaxf800mm/min,脈沖當量0.01mm/脈沖,可以求出fmaxf1333Hz,由此可知,在此頻率下,電動機的輸出轉(zhuǎn)矩Tmaxf17 N.m,滿足工作要求。2) 最快空載移動時電動機輸出轉(zhuǎn)矩校核最快空載移動速度vmax6000mm/min,可以求出fmax10000Hz,由此可知,在此頻率下,電動機的輸
14、出轉(zhuǎn)矩Tmax3.8N.m,滿足工作要求。3) 最快空載移動時電動機運行頻率校核最快空載移動速度vmax=6000mm/min,對應(yīng)的電動機運行頻率fmax=10000Hz。查表可知,運行頻率沒有超過上限。4) 起動頻率的計算已知電動機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量Jeq=57.55kg.cm2,電動機轉(zhuǎn)子自身的轉(zhuǎn)動慣量Jm=33 kg.cm2,查表可知,最高空載起動頻率fq=1800Hz。可以求出步進電動機克服慣性負載的起動頻率為:fL=fq/(1+Jeq/Jm)1/2=1087Hz由此可知,進給系統(tǒng)選用的步進電動機可以滿足設(shè)計要求。6、 同步帶傳遞功率的計算分兩種情況分別進行校核:(1) 快速空載起動
15、電動機從靜止到nm=1200r/min,由式(6-5)可知,同步帶傳遞的負載轉(zhuǎn)矩Teq1=2.82N.m,傳遞的功率為P=nm Teq1/9.55=1200×2.82/9.55W354.3W。(2) 最大工作負載,最快工進速度由式(6-7)可知,帶需要傳遞的最大工作負載轉(zhuǎn)矩Teq2=1.78N.m,任務(wù)書給定最快工進速度vmaxf=800mm/min,對應(yīng)電動機轉(zhuǎn)速nmaxf=(vmaxf/z)/360=160r/min。傳遞的功率為P=nmaxf Teq2/9.55=160×1.78/9.55W29.8W。由計算可知:兩種情況下,同步帶傳遞的負載功率均小于帶的額定功率0.697kW。因此,選擇的同步帶功率合格。二、繪制進給傳
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