畢業(yè)論文終稿-自動(dòng)擺盤機(jī)設(shè)計(jì)[下載送CAD圖紙 全套打包資料]

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需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763圖紙預(yù)覽請見文檔前面的插圖，原稿更清晰，可編輯15 屆畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 自動(dòng)擺盤機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)及其自動(dòng)化_ 姓 名 馮云 班 級 11 機(jī)制 2w 指導(dǎo)教師 劉瀏 起止日期 2014.11-2015.6 2015 年 5 月 15 日需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763I目 錄摘 要 ..........................................................................................................................................IIAbstract....................................................................................................................................III第一章 緒論 ...............................................................................................................................11.1 研究背景及意義 ............................................................................................................11.2 擺盤機(jī)簡介 ...................................................................................................................1第二章 總體方案設(shè)計(jì) ...............................................................................................................22.1 設(shè)計(jì)要求及分析 ............................................................................................................22.2 方案選擇 ........................................................................................................................22.2.1 傳送機(jī)構(gòu)方案 ......................................................................................................22.2.2 臂部升降機(jī)構(gòu)方案 ..............................................................................................22.2.3 臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)方案 ..............................................................................................32.2.4 總體方案確定 ......................................................................................................42.3 結(jié)構(gòu)原理分析 ................................................................................................................42.4 總體參數(shù)選定 ................................................................................................................5第三章 傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ...............................................................................................................63.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ................................................................................................................63.1.1 扭矩的計(jì)算 .........................................................................................................63.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核 .............................................................................................73.2 傳送帶的設(shè)計(jì) ................................................................................................................83.3 滾筒的設(shè)計(jì) ....................................................................................................................9第四章 臂部升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................................................................104.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 .............................................................................................................104.1.1 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號 ....................................................104.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核 ............................................................................................114.2 滾珠絲桿副的選型與校核 ..........................................................................................114.2.1 型號選擇 ............................................................................................................124.2.2 校核計(jì)算 ............................................................................................................134.3 導(dǎo)軌的選型與校核 .....................................................................................................13需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763II4.3.1 導(dǎo)軌的選型 ........................................................................................................134.3.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇 ................................................................................144.4 軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算 ......................................................................................16第五章 臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .................................................................................................185.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 ..............................................................................................................185.1.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 ............................................................................................185.1.2 電機(jī)扭矩計(jì)算 ....................................................................................................195.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì) ..........................................................................................................205.2.1 選精度等級、材料和齒數(shù) ................................................................................205.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) ................................................................................205.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì) ........................................................................................225.2.4 幾何尺寸計(jì)算 ....................................................................................................235.3 旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核 .............................................................................245.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................................245.3.2 強(qiáng)度校核計(jì)算 ....................................................................................................255.3.3 鍵的校核與壽命計(jì)算 ........................................................................................275.4 擺臂設(shè)計(jì) ......................................................................................................................275.5 吸盤的選擇 ..................................................................................................................27總 結(jié) .........................................................................................................................................29參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................................30致 謝 .........................................................................................................................................31需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763III摘 要為了改善酒店、餐館等餐飲服務(wù)行業(yè)的飲食服務(wù)質(zhì)量，對廚具設(shè)備自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了研究?；谔岣卟惋嫹?wù)工作效率及環(huán)境衛(wèi)生的前提下，設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)擺盤機(jī)，利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)手臂進(jìn)行上下移動(dòng)和水平垂直旋轉(zhuǎn)，通過氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手抓取和松放，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)擺放各種型式和材料的盤子。本次設(shè)計(jì)的自動(dòng)擺盤機(jī)由底座、傳送機(jī)構(gòu)、臂部升降機(jī)構(gòu)、臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、吸盤等構(gòu)成。本次設(shè)計(jì)首先，通過對自動(dòng)擺盤機(jī)結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行分析，在此分析基礎(chǔ)上提出了總體結(jié)構(gòu)方案；接著，對主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算選擇；然后，對各主要零部件進(jìn)行了設(shè)計(jì)與校核；最后，通過 AutoCAD 制圖軟件繪制了自動(dòng)擺盤機(jī)裝配圖及主要零部件圖。通過本次設(shè)計(jì)，鞏固了大學(xué)所學(xué)專業(yè)知識，如：機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、材料力學(xué)、公差與互換性理論、機(jī)械制圖等；掌握了普通機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法并能夠熟練使用AutoCAD 制圖軟件，對今后的工作于生活具有極大意義。關(guān)鍵詞：自動(dòng)擺盤機(jī)，滾珠絲杠，齒輪，軸需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IVAbstractIn order to improve the diet quality of service for hotels, restaurants and other food service industries, for kitchen equipment for automating studied. Based at improving the efficiency of food service and sanitation of the premise, we designed an automatic pendulum disk drive, stepping motor driven arm up and down movement, and horizontal and vertical rotation, by pressure-driven robot crawling and unclamp, can achieve automatic put dishes of various types and materials. The design of the automatic pendulum disk drive consists of a base, transfer mechanism, the arm lifting mechanism, the arm swing mechanism, sucker.The design is first, through the automatic Wobble machine structure and principles for analysis, presented in this analysis, based on the overall structure of the program; then, the main technical parameters were calculated selection; then, for each of the main components were designed and check; and finally, through AutoCAD drawing software to draw an automatic pendulum disk drive assembly and main parts diagram in Fig.Through this design, the consolidation of the university is the professional knowledge, such as: mechanical principles, mechanical design, mechanics of materials, tolerances and interchangeability theory, mechanical drawing and the like; mastered the design of general machinery products and be able to skillfully use AutoCAD mapping software on the future work of great significance in life.Keywords: Automatic pendulum disk drive, Ball screws, Gears, Shafts需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763V需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VI需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VII需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763VIII需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763IX需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763X需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397631第一章 緒論1.1 研究背景及意義隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和人們生活水平的提高，越來越多的人選擇在酒店、餐館和會(huì)所等場合就餐。而餐飲服務(wù)質(zhì)量在很大程度上決定了其在行業(yè)中的競爭力。目前，大多數(shù)餐飲服務(wù)場所的食物搭配、烹飪加工、呈菜上桌等基本是人工操作來完成，這就需要餐飲企業(yè)雇傭大量人力，不僅成本過高，往往還伴隨意外事故，因而，實(shí)現(xiàn)餐飲服務(wù)行業(yè)廚具設(shè)備的自動(dòng)化，是解決上述問題、提高企業(yè)競爭力的良好途徑。其中機(jī)械手是物流自動(dòng)化的重要裝備，它不僅提高勞動(dòng)生產(chǎn)效率，還能代替人類完成高強(qiáng)度、高危險(xiǎn)、重復(fù)枯燥的工作，減輕人的勞動(dòng)強(qiáng)度［1］ 。同時(shí)，由于餐用盤子具有表面光滑，外形規(guī)則，薄而輕等特點(diǎn)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抓取和碼垛。本文旨在設(shè)計(jì)一套簡易的自動(dòng)擺盤設(shè)備，實(shí)現(xiàn)盤子的自動(dòng)擺放，達(dá)到提高工作安全性、節(jié)省勞動(dòng)力、降低生產(chǎn)成本的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)。所以，對自動(dòng)擺盤機(jī)的設(shè)計(jì)和研究，顯得尤為重要也非常的有意義。1.2 擺盤機(jī)簡介自動(dòng)擺盤機(jī)是用于餐用盤子清洗后的整理并疊成堆，便于下到工序是用那個(gè)。擺盤機(jī)利用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)手臂進(jìn)行上下移動(dòng)和水平垂直旋轉(zhuǎn)，通過氣壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手抓取和松放，能夠?qū)崿F(xiàn)全自動(dòng)擺放各種型式和材料的盤子自動(dòng)擺盤機(jī)由底座、傳送機(jī)構(gòu)、臂部升降機(jī)構(gòu)、臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)、吸盤等構(gòu)成。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397632第二章 總體方案設(shè)計(jì)2.1 設(shè)計(jì)要求及分析該自動(dòng)擺盤機(jī)的主要功能是以一定的節(jié)拍連續(xù)將盤子放置在傳送帶上，經(jīng)傳送帶送到一定的位置，以供使用，使用后在傳送帶的末端被取出。系統(tǒng)要求如下：（1）系統(tǒng)運(yùn)行安全可靠，便于系統(tǒng)檢測和故障維修；（2）能夠?qū)崿F(xiàn)連續(xù)的自運(yùn)行，噪聲小，運(yùn)行穩(wěn)定，減少人工的干預(yù)；（3）具有較好的定位精度，重復(fù)定位誤差控制在較小范圍；（4）具有故障預(yù)防機(jī)制，避免發(fā)生碰撞等不良事故；（5）設(shè)備操作簡單，結(jié)構(gòu)合理，外形美觀，綠色環(huán)保。2.2 方案選擇2.2.1 傳送機(jī)構(gòu)方案由于盤子重量不大，并且對傳送的精度要求不高，所以采用平帶傳送帶進(jìn)行傳送即可滿足要求，結(jié)構(gòu)如下圖示：圖 2-1 傳送機(jī)構(gòu)方案2.2.2 臂部升降機(jī)構(gòu)方案升降機(jī)構(gòu)通常有采用液壓缸的液壓式、采用氣缸的氣動(dòng)式，也有采用絲杠/螺紋傳動(dòng)的機(jī)械式。但是通常液壓式、和氣動(dòng)式需要比較龐大的液壓/氣動(dòng)系統(tǒng)來提供動(dòng)力源，并且液壓式對工作環(huán)境污染較嚴(yán)重，而氣動(dòng)式則沖擊較大，均不適合用于本次擺盤機(jī)的臂部升降機(jī)構(gòu)。因此本次采用絲杠/螺紋傳動(dòng)的機(jī)械式降機(jī)構(gòu)，為了提高工作效率本次采用滾珠絲杠副作為升降機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如下圖示：需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397633圖 2-2 臂部升降機(jī)構(gòu)方案2.2.3 臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)方案擺動(dòng)機(jī)構(gòu)，通?？梢酝ㄟ^齒輪傳動(dòng)、四桿機(jī)構(gòu)（曲柄搖桿機(jī)構(gòu)）等實(shí)現(xiàn)，但是為了保證擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性以及減小機(jī)構(gòu)尺寸確保機(jī)構(gòu)的緊湊性，本次采用齒輪傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)如下圖示：圖 2-3 臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)方案需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976342.2.4 總體方案確定總體設(shè)計(jì)簡圖及說明：圖 2-4 自動(dòng)擺盤機(jī)總體方案自動(dòng)擺盤機(jī)是由傳送帶、底座、線性模組、機(jī)械手等機(jī)械裝置組成。線性模組固定在底座上，步進(jìn)電機(jī) 1 帶動(dòng)手臂做往復(fù)擺動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)連接滾珠絲杠做升降運(yùn)動(dòng)，傳送帶按固定節(jié)拍把盤子送到指定位置。2.3 結(jié)構(gòu)原理分析該自動(dòng)擺盤機(jī)主要由機(jī)械手、線型模組、底座、輸送帶等各種機(jī)械設(shè)備組成。線型模組固定在底座上，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)滾珠絲杠實(shí)現(xiàn)手臂的上下移動(dòng)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 1帶動(dòng)手臂實(shí)現(xiàn)往復(fù)擺動(dòng)，工作流程如圖 2 所示［ 4］ 。傳送帶將吸盤擺放的盤子以預(yù)定節(jié)拍送進(jìn)，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)盤碼堆的盤子取完時(shí)，由步進(jìn)電動(dòng)機(jī) 12 帶動(dòng)齒輪副將第二個(gè)盤碼堆移至第一個(gè)盤碼堆的位置，繼續(xù)擺盤。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397635圖 2-5 自動(dòng)擺盤機(jī)循環(huán)工作流程2.4 總體參數(shù)選定以普通陶瓷盤子為例，選取參數(shù)如下：盤子口徑大約為 190mm，高約為 20mm，厚度約為 5mm，質(zhì)量約為 M=0.5kg。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397636第三章 傳送機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1 電動(dòng)機(jī)的選擇伺服電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；③速度可調(diào)，能夠快速啟動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。自動(dòng)擺盤機(jī)的動(dòng)力系統(tǒng)要求電動(dòng)機(jī)定位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且頜定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF 系列伺服電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式伺服電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用的型號 90BF004 的電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源。選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟：3.1.1 扭矩的計(jì)算伺服電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。伺服電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩maxjM與最大靜轉(zhuǎn)矩 的關(guān)系是；mpMajmaxjp??伺服電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。伺服電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算：0Mkfakq??式中：——空載啟動(dòng)力矩；kqM——空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的a加速力矩；——空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩；kf——由于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩；0M而且初選電機(jī)型號時(shí)，應(yīng)滿足伺服電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于伺服電動(dòng)機(jī)名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，即：maxjpkqM???需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397637計(jì)算 的各項(xiàng)力矩如下：kqM①加速力矩=?J2521 /08.iMR?????=1.8×10 51?= 26.0mKg?rvnpb40365..483maxax ?????2112ax 10642)8..(160 ???? ??????tnJMkq=0.519N/m②空載摩擦力矩=0.648.02796.130' ????iLGfkf mN?③附加摩擦力矩)1(2200???iFMYJ= =)9.(48.2?mN?.10kfakq??=0.519+0.6+1.222=2.341 ?=0.951×25=23.775maxjqM?mN?3.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核伺服電機(jī)有三種工況：啟動(dòng)、快速進(jìn)給運(yùn)動(dòng)、工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的 ，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否maxjqk???滿足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。伺服電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少見。而升速啟動(dòng)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397638過程中只要升速時(shí)間足夠長，啟動(dòng)過程緩慢，空載力矩 中的加速力矩 不會(huì)很kqMka大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。3.2 傳送帶的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，節(jié)省人力、物力和提高效率，在盤子輸送方面擬采用帶傳動(dòng)。在實(shí)際工作環(huán)境下有平帶傳動(dòng)、齒形帶和同步帶等形式。齒形帶在傳送有幾何規(guī)則輪廓的零件時(shí)有很大的優(yōu)勢，而且當(dāng)帶高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，采用齒形帶能夠較好的定位所傳送的零件保證零件不會(huì)在帶上移動(dòng)，齒形帶不是標(biāo)準(zhǔn)件，一般需要在平帶上自己安裝齒形，制造不方便；同步帶傳動(dòng)，屬于嚙合傳動(dòng)，高速、高精度，適合在高精度儀器裝置中使用，帶比較薄，比較輕，同步帶一般采用伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)。平帶傳動(dòng)具有如下的特點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡單，傳動(dòng)平穩(wěn)，具有過載保護(hù)的作用（2）有緩沖吸震的作用（3）運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)無噪聲（4）適用于遠(yuǎn)距離傳輸（Smax=15m）（5）制造、安裝精度要求不高雖然平帶傳動(dòng)由于帶的彈性形變會(huì)傳動(dòng)比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點(diǎn)，但是考慮到在本方案的設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)的作用是實(shí)現(xiàn) PCB板的傳送，不需要在帶上實(shí)現(xiàn)板的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)帶的及時(shí)啟停。傳送皮帶（尺寸 600×200mm）的示意圖如圖 3.3 所示。根據(jù)設(shè)計(jì)要求：盤子需從較遠(yuǎn)距離傳送過來，傳送盤子用傳送帶，使盤子能自動(dòng)往前運(yùn)輸，因此本次采用平帶傳動(dòng)傳送盤子結(jié)構(gòu)方案如下圖：雖然平帶傳動(dòng)由于帶的彈性形變會(huì)傳動(dòng)比不穩(wěn)定；張緊力和軸向力較大；軸向尺寸較大比、不易安裝等缺點(diǎn)，但是考慮到在本方案的設(shè)計(jì)中帶傳動(dòng)的作用是實(shí)現(xiàn)盤子的傳送，不需要在帶上實(shí)現(xiàn)盤子的定位，因此，在此方案中可以采用平帶裝置。在裝置中采用伺服電機(jī)控制可以實(shí)現(xiàn)帶的及時(shí)啟停。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 13041397639圖 3.3 平帶傳動(dòng)示意圖3.3 滾筒的設(shè)計(jì)滾筒采用灰鐵鑄造后機(jī)加工成型，滾筒結(jié)構(gòu)尺寸如圖 3.4 所示：圖 3.4 滾筒需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976310第四章 臂部升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)4.1 電動(dòng)機(jī)的選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)又稱為脈沖電動(dòng)機(jī)，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)換成與脈沖數(shù)成正比的角位移或直線位移的執(zhí)行元件。具有以下四個(gè)特點(diǎn)：①轉(zhuǎn)速（或線速度）與脈沖頻率成正比；②在負(fù)載能力允許的范圍內(nèi)，不因電源電壓、負(fù)載、環(huán)境條件的波動(dòng)而變化；③速度可調(diào)，能夠快速起動(dòng)、制動(dòng)和反轉(zhuǎn)；④定位精度高、同步運(yùn)行特性好。擺盤機(jī)臂部升降機(jī)構(gòu)要求電動(dòng)機(jī)電位精度高，速度調(diào)節(jié)方便快速，受環(huán)境影響小，且額定功率小，并且可用于開環(huán)系統(tǒng)。而 BF 系列步進(jìn)電動(dòng)機(jī)為反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，具備以上的所有條件，我們選用了型號 90BF004 的反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)作為主運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力源，該機(jī)功率為 0.42KW。選用時(shí)主要有以下幾個(gè)步驟：4.1.1 根據(jù)脈沖當(dāng)量和最大靜轉(zhuǎn)矩初選電機(jī)型號(1)步距角初選步進(jìn)電機(jī)型號，并從手冊中查到步距角 ,由于b?pbiL???360綜合考慮，我初選了 ，可滿足以上公式。4,5.10?b?(2)距頻特性步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 是指電機(jī)的定位轉(zhuǎn)矩。步進(jìn)電機(jī)的名義啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩Mmq 與最大靜轉(zhuǎn)矩 Mjmax 的關(guān)系是：Mmq= maxMj?步進(jìn)電機(jī)空載啟動(dòng)是指電機(jī)在沒有外加工作負(fù)載下的啟動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩按下式計(jì)算： 0kfakq??式中：Mkq 為空載啟動(dòng)力矩；Mka 為空載啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件由靜止升速到最大快進(jìn)速度折算到電機(jī)軸上的加速力矩；Mkf 為空載時(shí)折算到電機(jī)軸上的摩擦力矩； 為由0M于絲桿預(yù)緊折算到電機(jī)軸上的附加摩擦力矩。而且初選電機(jī)型號時(shí)應(yīng)滿足步進(jìn)電動(dòng)機(jī)所需空載啟動(dòng)力矩小于步進(jìn)電機(jī)名義啟動(dòng)需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976311轉(zhuǎn)矩，即：Mkq Mmq=λMjmax?計(jì)算 Mkq 的各項(xiàng)力矩如下：①加速力矩 25552521 106.8.10./08. mKgiMRJ ?????????? ????? mrvnpb /436..1436maxax?? NtJMk ???????? ????? 519.016042)18.0.(02 212ax ??②空載摩擦力矩 mNiLGfkf ??6.048.2796.130??‘③附加摩擦力矩 mNiFMYJ ?????? 2.1)9.0(48.2)1(200mqkjkfakq mN?????75.395. 34..61x?4.1.2 啟動(dòng)矩頻特性校核步進(jìn)電機(jī)有三種工況：啟動(dòng)，快速進(jìn)給運(yùn)行，工進(jìn)運(yùn)行。前面提出的 ，僅僅是指初選電機(jī)后檢查電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩是否滿?kqMmaxj??足要求，但是不能保證電機(jī)啟動(dòng)時(shí)不丟步。因此，還要對啟動(dòng)矩頻特性進(jìn)行校核。步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)有突跳啟動(dòng)和升速啟動(dòng)。突跳啟動(dòng)時(shí)加速力矩很大，啟動(dòng)時(shí)丟步是不可避免的。因此很少用。而升速啟動(dòng)過程中只要升速時(shí)間足夠長，啟動(dòng)過程緩慢，空載啟動(dòng)力矩 中的加速力矩 不kqMka會(huì)很大。一般不會(huì)發(fā)生丟步現(xiàn)象。4.2 滾珠絲桿副的選型與校核滾珠絲桿已由專門工廠制造，因此，不用我們自己設(shè)計(jì)制造，只要根據(jù)使用工況需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976312選擇某種類型的結(jié)構(gòu)，再根據(jù)載荷、轉(zhuǎn)速等條件選定合適的尺寸型號并向有關(guān)廠家訂購。此次設(shè)計(jì)中滾珠絲桿被三次選用，故本人只選取其中最重要的主軸傳動(dòng)中的滾珠絲桿加于設(shè)計(jì)和校核。其步驟如下：首先對于一些參數(shù)說明如下：軸向變載荷 ，其中 i 表示第 i 個(gè)工作載荷， i=1、2、3…n ；)(NFi第 i 個(gè)載荷對應(yīng)的轉(zhuǎn)速 (r/min);in第 i 個(gè)載荷對應(yīng)的工作時(shí)間 (h) ;it絲桿副最大移動(dòng)速度 (mm/min);maxv絲桿預(yù)期壽命 。)(hLb4.2.1 型號選擇（1）根據(jù)使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式；（2）計(jì)算滾珠絲桿副的主要參數(shù)①根據(jù)使用工作條件，查得載荷系數(shù) =1.0 系數(shù) =1.5；dfjs②計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 dnmin/20/)(miaxrnd???③計(jì)算當(dāng)量載荷 dFNFmavd 3/)2(in④初步確定導(dǎo)程 hPmVPh 5.240/1/max???取 4mm⑤計(jì)算絲桿預(yù)期工作轉(zhuǎn)速 nL1206?dnL⑥計(jì)算絲桿所需的額定載荷 aC'需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976313NLFfCnda 152012331' ?????（3）選擇絲桿型號根據(jù)初定的 和計(jì)算的 ，選取導(dǎo)程為 4mm，額定載荷大于 的絲桿。所選絲hPaC' aC'桿型號為 CDM2004-2.5。其為外循環(huán)雙管式、雙螺母墊片預(yù)緊、導(dǎo)珠管埋入式系列滾珠絲桿。4.2.2 校核計(jì)算（1）臨界轉(zhuǎn)速校核 4768.04min/590321.202max6316 ???????ccc nnrldn而 最 大 工 作 轉(zhuǎn) 速?校核合格。（2）由于此絲桿是豎直放置，且其受力較小，溫度變化較小。所以其穩(wěn)定性、溫度變形等在此也沒必要校核。（3）滾珠絲桿的預(yù)緊預(yù)緊力 一般取當(dāng)量載荷的三分之一或額定動(dòng)載荷的十分之一。即：)(pFNdp7831??其相應(yīng)的預(yù)緊轉(zhuǎn)矩 mNPFThp ???????? 16.0)85.01(.247810)(2 3232???4.3 導(dǎo)軌的選型與校核4.3.1 導(dǎo)軌的選型導(dǎo)軌主要分為滾動(dòng)導(dǎo)軌和滑動(dòng)導(dǎo)軌兩種， 直線滾動(dòng)導(dǎo)軌在數(shù)控機(jī)床中有廣泛的應(yīng)用。相對普通機(jī)床所用的滑動(dòng)導(dǎo)軌而言，它有以下幾方面的優(yōu)點(diǎn)：①定位精度高直線滾動(dòng)導(dǎo)軌可使摩擦系數(shù)減小到滑動(dòng)導(dǎo)軌的 1/50。由于動(dòng)摩擦與靜摩擦系數(shù)相差很小，運(yùn)動(dòng)靈活，可使驅(qū)動(dòng)扭矩減少 90%，因此，可將機(jī)床定位精度設(shè)定到超微米級。需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976314②降低機(jī)床造價(jià)并大幅度節(jié)約電力采用直線滾動(dòng)導(dǎo)軌的機(jī)床由于摩擦阻力小，特別適用于反復(fù)進(jìn)行起動(dòng)、停止的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，可使所需的動(dòng)力源及動(dòng)力傳遞機(jī)構(gòu)小型化，減輕了重量，使機(jī)床所需電力降低 90%，具有大幅度節(jié)能的效果。③可提高機(jī)床的運(yùn)動(dòng)速度直線滾動(dòng)導(dǎo)軌由于摩擦阻力小，因此發(fā)熱少，可實(shí)現(xiàn)機(jī)床的高速運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)床的工作效率 20～30%。④可長期維持機(jī)床的高精度對于滑動(dòng)導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動(dòng)，產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)精度的誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費(fèi)掉了。與之相反，滾動(dòng)接觸由于摩擦耗能?。疂L動(dòng)面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使直線滾動(dòng)導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時(shí)，由于使用潤滑油也很少，大多數(shù)情況下只需脂潤滑就足夠了，這使得在機(jī)床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計(jì)及使用維護(hù)方面都變的非常容易了。所以在結(jié)構(gòu)上選用：開式直線滾動(dòng)導(dǎo)軌。參照南京工藝裝備廠的產(chǎn)品系列。4.3.2 滑動(dòng)導(dǎo)軌副的計(jì)算、選擇根據(jù)給定的工作載荷 Fz 和估算的 Wx 和 Wy 計(jì)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(yùn)行狀況) ，3.0~5.0（運(yùn)動(dòng)時(shí)受沖擊、振動(dòng)） 。根據(jù)計(jì)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 4.0sLf?,, ,0.5()OSLXYZCfPFW??xYYOXSL=+.(20+671.58)=3.79N.()26fP413.94.C?根據(jù)計(jì)算額定靜載荷初選導(dǎo)軌:選擇漢江機(jī)床廠 BGX 系列滾動(dòng)直線導(dǎo)軌,其型號為: BGXH25BE基本結(jié)構(gòu)及參數(shù)如下:需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976315導(dǎo)軌的額定動(dòng)載荷 N1750aC?依據(jù)使用速度 v（m/min）和初選導(dǎo)軌的基本動(dòng)額定載荷 (kN)驗(yàn)算導(dǎo)軌的工作壽aC命 Ln：額定行程長度壽命:()HTCaWfSFK?2045MF1,,.81,,oTCHRdffff??3310.8752()()14209.58HTCaWfSFKkm??導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命: 需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763163102SoTHln??導(dǎo)軌的工作壽命足夠.3 310249.584971506SoTln hTh????導(dǎo)軌的靜安全系數(shù)： 04.136SLCfP?：靜安全系數(shù)； ：基本靜額定負(fù)載； ：工作載荷Sf 0CP導(dǎo)軌壽命計(jì)算： 3()5748htwcfLKmP????4.4 軸承及鍵的校核與壽命計(jì)算（1）軸承1）.按承載較大的滾動(dòng)軸承選擇其型號，因支承跨距不大，故采用兩端固定式軸承組合方式。軸承類型選為深溝球軸承，軸承的預(yù)期壽命取為：L'h＝29200h由上面的計(jì)算結(jié)果有軸承受的徑向力為 Fr1=340.43N，軸向力為 Fa1=159.90N，2） ．初步選擇深溝球軸承 6202，其基本額定動(dòng)載荷為 Cr=51.8KN，基本額定靜載荷為 C0r=63.8KN。3） ．徑向當(dāng)量動(dòng)載荷 NFNVHr 43.06.187.5432221211 ?????r 859222需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976317動(dòng)載荷為 ，查得 ，則有arrYFP??4.06.1?Nr 0239.156.3.?由 式 13-5 得○a hrh LPCnL '104.53012.3985760601 6??????????????????滿足要求。（2）鍵1）選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸小帶輪處選用單圓頭平鍵，尺寸為 mlhb186???2)校核鍵聯(lián)接的強(qiáng)度鍵、軸材料都是鋼，由機(jī)械設(shè)計(jì)查得鍵聯(lián)接的許用擠壓力為 ??MPaP20??鍵的工作長度mbl3261???，合適??PP MadlkT??????5.8165.072131需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976318第五章 臂部擺動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)5.1 電動(dòng)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(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)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(jì)誤差、控制簡單等優(yōu)點(diǎn)，所以廣泛用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中。選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)時(shí)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(dòng)慣量、負(fù)載轉(zhuǎn)矩和工作環(huán)境等因素。5.1.1 電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量a、旋轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 328md4LJR???上式中：d—直徑,旋轉(zhuǎn)外徑 d=8mmL—長度=30mmP—鋼的密度 =7800 2kg/m經(jīng)計(jì)算得 0.×=RJb、齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)的慣量 328d4LJL???上式中：d—直徑,齒輪外徑 d=30mmL—長度=14mmP—鋼的密度 =7800 2kg/m經(jīng)計(jì)算得 0.×=RJ2-81*4.9kLc、聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976319查表得 204kg/.mJW=因此28- m0.8kg4.10*9.. ??????LR5.1.2 電機(jī)扭矩計(jì)算a、折算至電機(jī)軸上的最大加速力矩 atJnT602mxax??上式中： min/150maxrn=J=0.0028kg/m2ta—加速時(shí)間 KS—系統(tǒng)增量，取 15s-1,則 ta=0.2sSK3ta經(jīng)計(jì)算得 mNT×=2.maxb、折算至電機(jī)軸上的摩擦力矩 IPFT??20f?上式中：F0— 導(dǎo)軌摩擦力， F0=Mf，而 f=摩擦系數(shù)為 0.02，F(xiàn)0=Mgf=32NP—絲桿螺距（ m）P=0.001mη—傳動(dòng)效率，η=0.90I—傳動(dòng)比， I=1經(jīng)計(jì)算得 NTf×=75.0c、折算至電機(jī)軸上的由絲桿預(yù)緊引起的附加摩擦力矩 i2)-1(00??PT?上式中 P0—滾珠絲桿預(yù)加載荷≈1500Nη0—滾珠絲桿未預(yù)緊時(shí)的傳動(dòng)效率為 0.9經(jīng)計(jì)算的 T0=0.05N·M則快速空載啟動(dòng)時(shí)所需的最大扭矩 mNTTf ×=+=82.0max根據(jù)以上計(jì)算的扭矩及轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，選擇電機(jī)型號為 SIEMENS 的 IFT5066，其額定需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976320轉(zhuǎn)矩為 6.7N.m。5.2 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)前述算得 ，步進(jìn)電機(jī)工作轉(zhuǎn)速能在較大范圍變化本次計(jì)算取mNT??7.62，傳動(dòng)比in/7102rn?2i5.2.1 選精度等級、材料和齒數(shù)采用 7 級精度由表 6.1 選擇小齒輪材料為 40Cr（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 280HBS，大齒輪材料為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，硬度為 240HBS。選小齒輪齒數(shù) 18?Z大齒輪齒數(shù) 取4022?i 2?Z5.2.2 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行試算，即 3211)][(2.HEdtt ZuTkd?????1） 確定公式各計(jì)算數(shù)值（1）試選載荷系數(shù) .?tK（2）計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩 mNT??7.62（3）小齒輪相對兩支承非對稱分布，選取齒寬系數(shù) 6.0??d（4）由表 6.3 查得材料的彈性影響系數(shù) 2/18.9MPaZE（5）由圖 6.14 按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 H601lim??大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限 Pa52li（6）由式 6.11 計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù) 81 10.)830(1760????hjLnN需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976321782109.41.??N（7）由圖 6.16 查得接觸疲勞強(qiáng)度壽命系數(shù)8.1?NZ12.?NZ（8）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1，由式 10-12 得??MPaSZHN6480lim1 ????H 15.12li2（9）計(jì)算試算小齒輪分度圓直徑 ，代入 中的較小值td1][H?mdt 5.29)68.(236.07312.1 ????計(jì)算圓周速度 v snvt /83.060715.94.3160???計(jì)算齒寬 b mdt 7.15.291?計(jì)算齒寬與齒高之比 b/h模數(shù) Zmtnt 48.20.1?齒高 3.5./7/ 2.75.??hbmnt計(jì)算載荷系數(shù) K根據(jù) ，7 級精度，查得動(dòng)載荷系數(shù)smv/2.0? 02.1?VK假設(shè) ，由表查得NbFtA1?.?HK需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976322由于載荷中等振動(dòng)，由表 5.2 查得使用系數(shù) 1.?AK由表查得 283.1??HK查得 F故載荷系數(shù) 439.128.0.1?????HVAK（10）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由式可得 mdtt 57.0./.5.29/331（11）計(jì)算模數(shù)ｍ Zm.1/7.0/1??5.2.3 按齒根彎曲強(qiáng)度設(shè)計(jì)彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式為 321][FSdnYZKT?????（1）確定公式內(nèi)的計(jì)算數(shù)值由圖 6.15 查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 MPaFE501??大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 382由圖 6.16 查得彎曲疲勞壽命系數(shù)9.01?NZ.2N計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù)為 S=1.3，得??MPaSZFENF 2.346.5091 ????FEF .71.822計(jì)算載荷系數(shù) 436.28.0.1??????FVAK需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976323（2）查取齒形系數(shù)由表 6.4 查得 　8.21?FaY23.Fa（3）查取應(yīng)力校正系數(shù) 由表 6.4 查得5.1Sa76.2Sa（4）計(jì)算大小齒輪的 ，并比較][FSaY?01456..273][ 3..465821??FSaY?大齒輪的數(shù)據(jù)大（5）設(shè)計(jì)計(jì)算 mm32.10456.26.0174333????對比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù) m 大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的模數(shù)，可取有彎曲強(qiáng)度算得的模數(shù) 1.32mm，并圓整取第一標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)值 m=1.5mm，并按接觸強(qiáng)度算得的分度圓直徑 d57.301?算出小齒輪齒數(shù) 　 取38.2//1mZ 201?Z大齒輪齒數(shù) 取422??i Z5.2.4 幾何尺寸計(jì)算（1）計(jì)算分度圓直徑 mZd605.143221???（2）計(jì)算中心距 a4/)(/)(1??（3）計(jì)算齒寬寬度 取bd8306.? mB20;812?綜合整理兩級齒輪參數(shù)如下表：參數(shù)選擇序號 名稱 符號小齒輪 大齒輪需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763241 齒數(shù) Z 20 402 模數(shù) m 1.5mm3 分度圓直徑 21dm60,34 齒頂高 ah5.15 齒根高 f 87.6 全齒高 hm35.7 頂隙 c08 齒頂圓直徑 21?d6,9 齒根圓直徑 43f 25.,.10 齒寬 21Bm18,011 中心距 a45.3 旋轉(zhuǎn)軸及軸上零件的設(shè)計(jì)與校核5.3.1 尺寸與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算1）傳動(dòng)軸上的功率 P1,轉(zhuǎn)速 n1 和轉(zhuǎn)矩 T1， ，wP243?min/51rnmNT??57.612）初步確定軸的最小直徑先按式 初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)3PdCn??機(jī)械設(shè)計(jì)表 11.3，取 ，于是得：12?md7.9354.012??該處開有鍵槽故軸徑加大 5％～10％，且傳動(dòng)軸的最小直徑顯然是安裝齒輪輪處的直徑 。取 ； 。1?L213）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度（a）為了滿足車輪的軸向定位的要求 2 軸段左端需制出軸肩，軸肩高度軸肩高度，取 故取 2 段的直徑 ，長度 。dh07.?mh5.?md14?mL20?需要 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 130413976325（b）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承只受徑向力的作用，故選用深溝球軸承。根據(jù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊選取 0 基本游隙組，標(biāo)準(zhǔn)精度級的深溝球軸承 6203，故md142?，軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位，軸肩高度軸肩高度 ，取573 dh07.?，因此，取 。h. md184?（c）齒輪處由于齒輪分度圓直徑 ，故采用齒輪軸形式，齒輪寬度md601?B=18mm。另考慮到齒輪端面與箱體間距 1mm 以及兩級齒輪間位置配比，取 ，ml15?。ml6?4）軸上零件的周向定位查機(jī)械設(shè)計(jì)表，聯(lián)接車輪的平鍵截面 。mlhb124???5.3.2 強(qiáng)度校核計(jì)算1）求作用在軸上的力已知齒輪的分度圓直徑為 ，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》 （軸的設(shè)計(jì)計(jì)算部分未作md60?說明皆查此書）式(10-14) ，則 NtgFdTntrt 75.68207.184a.029.35??????Np.2）求軸上的載荷首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖作出軸的計(jì)算簡圖。在確定軸承支點(diǎn)位置時(shí)，從手冊中查取a 值。對于 62