织袜自动包装机设计说明书

摘 要本文主要介绍了一种包装机械织袜自动包装机折叠机构的工作原理及其设计过程，传统织袜包装都是由人工手动完成包装，包装效率底。本文设计一种织袜包装机的折叠机构，折叠由气动叶片式摆缸进行翻转，翻转完成由滚珠丝杠和伺服电机进行输送，送入下一道工序。本次设计了以滚珠丝杠为核心元件的织袜包装机折叠机构机构。织袜折叠机构传动系统主要由电动机、滚珠丝杠、工作台、联轴器、导轨、叶片式摆缸组成。通过对织袜折叠机构的设计理论，首先进行了伺服进给传动系统的总体方案设计以及机器精度的选择；其次是织袜折叠机构设计的滚珠丝杠的计算与选择、滚珠丝杠支承轴承的选择、通过计算选择进给传动系统的其他相关元器件、对传动系统的刚度、惯量匹配等进行了校核验算；再次通过计算来选择进给传动系统的伺服电动机以及联轴器，最后进行导轨的选择。证明计算得出的结果较好得满足了提出的设计要求，利用Auto CAD软件绘制了相关的装配图。关键词：织袜折叠机构, 伺服系统, 滚珠丝杠 AbstractThis paper mainly introduces a folding mechanism of socks automatic packaging machine packaging machinery, weaving the working principle and design process, the traditional hosiery package is accomplished manually packaging, packaging efficiency. The folding mechanism this paper design a sock packing machine, folding by pneumatic vane swing cylinder to flip, flip the complete delivery by the ball screw and servo motor, into the next procedure.This design with ball screw for hosiery packaging machine folding mechanism of the core element. Hosiery folding mechanism transmission system mainly consists of a motor, ball screw, table, coupling, guide vane, swing cylinder. Based on the design theory of hosiery folding mechanism, first of all, the overall scheme of feed drive servo system design and machine precision selecting; secondly is the square linear guide center design height measuring mechanism of ball screw, calculation and selection of ball screw support bearing selection, through calculation and selection of other related components, feed drive system on the drive system stiffness, inertia matching were checking calculation; again through calculation to select the feed drive system of the servo motor, coupling, finally guide selection. The calculated results prove that better meet the requirements of the proposed design, drawing assembly drawings related software using Auto CAD.Keywords: Hosiery folding mechanism, servo system, the ball screw目录摘 要1Abstract21 绪论41.1课题的意义41.2 包装设备的特点及发展方向41.3 包装机工业的概况及展望61.3.1 包装机械概况61.3.2 包装机械展望71.4 本课题主要研究的内容72 织袜包装机折叠机构的总体设计82.1 主要性能参数82.2 进给传动系统的精度要求82.3 进给传动伺服系统的选择92.4 进给传动系统的要求及传动类型的选择92.4.1 进给传动系统的要求92.4.2 进给传动系统类型的选择102.5 电机与丝杠联接方式的选择102.6 支撑形式方案的选择112.7 折叠原理123 移动进给系统系统设计133.1 拟定技术参数133.2 滚珠丝杠的计算及选择143.3 滚珠丝杠支承轴承的选择163.4 滚珠丝杠的校核183.4.1 临界压缩负荷183.4.2 临界转速193.4.3 滚珠丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率193.4.4 滚珠丝杠扭转刚度213.4.5 滚珠丝杠传动精度计算223.5 滚珠丝杠进给传动系统变形计算233.5.1 滚珠丝杠精度计算233.6 伺服电机的选择与计算263.6.1 进给伺服电机的校核273.7 联轴器的选择29结 论30致 谢31参考文献32291 绪论1.1课题的意义机器织袜效率高，但大多采用手工包装（装订）。采用织袜自动包装机，能提高包装效率，减少人工费用。本次设计的织袜折叠机构整个机构采用伺服电机配丝杠螺母的传动结构，传动精度高，通过伺服电机的速度控制模式，可以输出恒定的速度。课题大大提高织袜包装的速度。在课题设计的过程中我们能学到较多课堂上学不到的东西，在设计进行阶段指导老师提供了很多相关机械机构设计的基本要求和设计思路，整个设计过程中使受益匪浅。是我在即将离开学校踏入社会一次重要的设计体验。也是为以后的工作生活打下了基础，在此过程中我学到机械产品的设计方法和步骤。这次设计是我在指导老师的指导下一点点亲自完成，无论是在市场调研考察还是设计资料的查阅，都使得我们学到了很多东西。 在设计过程中用到很多机械设计的基础课程知识，由于长期没有得以应用，很多的基础知识也都忘记了。使得我又从新把大一、大二、大三学习的基础知识重新温习。真正实现了学以致用的目的。1.2 包装设备的特点及发展方向 包装机械的作用是给有关行业提供必要的技术装备,以完成所要求的产品包装工艺过程。为了对包装机械的发生和发展找出规律性认识并制订适当的对策,有必要深入地了解它的一些特点。一、包装机械是特殊类型专业机械包装机械为特殊类型的专业机械,机种繁多,综合研究工艺、材料、设备乃是开拓包装新技术的根本途径。 首先指出,包装物品不仅花色品种多,而且大都是可变化的,如不同粘度的液体,不同粒度的散体和各种片状、块状、束状、环状及异形的物体等。而且人们对食品、药品、日用消费品等的包装还常提出更多更高的要求,以致在客观上便形成了包装机械突飞猛进、更新较快的局面。任何事物之间总有它们的共性与个性。若能按照具体条件探索出一种模块化(或称积木式)的包装机械体系,通过适当改变模块的组合,使之具有不同的功能和生产能力,那么必会有助于简化设备构造,实现设计制造的计算机化,缩短工作周期,降低生产成本,增强市场竞争能力。如有的制袋成型充填机,只配备几种加料装置就实现了一机多用。鉴于大多数包装机构复杂、动作精确、运行速度快、工位多,所以应力求其工作协调可靠,尽量少发生故障和误动作。为此,要设法改善自动包装机及自动包装线的整机造型、总体布局、故障显示和安全防护等措施。总之,现代包装不单作为一个独立的工业部门已经取得了惊人的进展,同时也逐步形成为一门崭新的综合性学科,即国际上公认的“包装工程学”。其中包括包装材料学、包装工艺学、包装设计学、包装印刷学、包装动力学、包装机械学、包装检测学、包装管理学、 以及包装标准化等重要分支。反过来,这又为包装工业的健全发展打下坚实的理论与实践基础。二、在发展专用机种的同时,积极开发通用包装机械 包装机械在发展专用机种的同时,为满足现代包装的实际需要正在不断扩大其通用能力,积极开发各种新型的通用包装机。 研制通用包装机的目的,一是要适应被包装物品、包装材料和包装形式的多样化;二是要照顾当前制造使用单位的技术力量、设备配备和生产成本。例如对装箱、封箱、捆扎、结扎等流水线传送来的多规格物件,已经能够实现随机处理。当它们一到达包装工位便可自动调节执行机构而完成所规定的包装作业。今后如何扩大混流自动包装线的随机处理范围,则是国际包装界的科技人员深感兴趣的一大课题。应该指出,在强调通用包装机的发展时,还要注意发展专用机种。现以胶囊和卷烟的包装为例,鉴于其形状和尺寸能保持相对稳定,因而宜于选用专用包装机,以便简化结构和控制系统,大幅度提高生产能力并且可组成多功能包装机或者自动包装线。 总之,通用、多用、专用包装机的分类,主要取决于包装品种和包装批量的多少与组合。它们都各有特点和适用范围,只不过在发展的比重上要随着社会的需求而有所侧重。许多国家曾走过的发展包装机械的成功道路足以证实这一点。三、包装机械日趋联动化、高速化、自动化包装机械日趋联动化、高速化,并相应提高自动化技术水平,使设备功能逐步完善。在这方面,国际包装机械的发展大体上经历了四个主要阶段：第一阶段从本世纪初直至第二次世界大战结束以前,在食品、医药、卷烟、火柴、日用化工等工业部门实现了包装作业的机械化。第二阶段五十年代,包装机广泛采用以普通电开关和电子管为主的自动控制系统,实现了初级自动化。第三阶段六十年代,以机电液气综合技术(包括由晶体管等元件组成的控制系统)装备起来的先进包装机明显增多,机种进一步扩大,在此基础上实现了专用的自动包装。第四阶段七十年代,将微电子技术引入自动包装机和自动包装线,实现了由电子计算机控制的包装生产过程。从八十年代初开始,在某些包装领域里将微机、机械人更多地应用于供料、检测和管理等方面,准备向柔性自动包装线和“无人化”自动包装车间过渡。1.3 包装机工业的概况及展望1.3.1 包装机械概况在世界范围内,包装工业的发展历史比较短些,科学技术发达的欧美各国大体上是在本世纪初叶起步的,及至五十年代步伐才大为加快。由于社会上各方面的积极推动和有力配合,终于逐步地建立起包装材料、包装印刷、包装机械等生产部门和与之相适应的科研、设计、情报、教育、学术、管理等组织机构,进而形成了独立完整的包装工业体系,且在整个国民经济中占居着重要地位。1968年,世界包装联盟(WPO)宣告成立,各国的包装行业与学术团体更加发展壮大。 根据近几年的统计资料得知,这些国家包装工业的总产值大约占国民经济总产值的2%左右;其中包装机械所占比重虽然不算很大,但发展迅猛,平均每年几乎以10%左右的速率增长。现在投产使用的包装机已超过千余种(约半数属于食品包装机械),同时包装联合机及自动线的配套设备已与单机等量齐观了。根据世界新技术革命的发展趋势,预料包装材料以及与此紧密相关的包装工艺和包装机械将会取得一系列新的突破,并且带动更多的产业部门进入包装行列。这种形势反过来又会影响科研、教育事业,要求未来有大批包装专家。因此,一般认为,一个国家包装工业的总水平基本能反映该国工业与科学技术现代化的进程。然而由于各国的历史条件、社会制度、经济基础及科技水平有所差异,以致各自的发展状况也出现一定的不平衡。美国的包装工业发展较早,门类齐全,基础扎实,水平很高。仅就包装机械制造业而论,实力相当雄厚,其品种与总产值均居世界首位。由于国内已实现了工业现代化,自选市场蓬勃兴起,客观上要求包装机械沿着自动化方向发展,并将电子计算机及其他有关新技术广泛应用于生产过程。1.3.2 包装机械展望 今后要运用系统工程观点,进一步统筹规划,分工发展食品、农副产品、医药、轻工、兵器等部门所急需的包装机械及包装线配套设备;还须抓好包装材料加工与成型机械、包装检测装置以及包装机基础件的生产;并且充分利用现有条件全面开展产品的系列化、零部件的通用化和标准化等工作,以加速包装机械更新换代的步伐。然而从全局看,我国的包装工业同国际的先进水平相比依然存在着明显的差距,尚且是国民经济中较为薄弱的一个环节。为尽快改变这种面貌,最近我国已制订并颁布了19862000年的全国包装工业发展纲要。其中提到：包装工业各行各业的技术、装备及管理水平要有较大的提高。1990年,重点包装企业已达到国际八十年代初期先进水平。到2000年,重点包装企业要达到国际九十年代中期先进水平或国际同期先进水平。的确,任重道远。但是,我们相信,只要立足本国,放眼世界,不屈不挠,艰苦奋斗,那么,在不远的将来,建立起中国的独立完整的包装工业体系这一宏大目标,就一定能够实现!1.4 本课题主要研究的内容本次毕业设计的任务是进行单次、单双织袜装订机的折叠机构的设计，折叠速度为每分钟20双。通过查找织袜包装机相关参考资料，根据设计任务要求和设计参数，我们拟定完成以下几点内容：1、 确定织袜包装机折叠机构的总体设计方案，如动力装置，传动装置，执行装置等。本次设计采用伺服电机驱动滚珠丝杠实现折叠完成的织袜的输送，折叠机构采用叶片式摆动气缸完成工作。2、 主要零部件的设计计算，包括伺服电机的选择校核、滚珠丝杠的选择校核、联轴器的选择校核等。3、完成设备工程图纸的绘制，包括装配图和主要零部件图。2 织袜包装机折叠机构的总体设计2.1 主要性能参数本设计对织袜折叠机构的进给系统进行了设计，该织袜折叠机构具有刚度高、排屑功能流畅、运转噪音低、传动效率高、精度保持性好、有效寿命长等优点。对织袜折叠机构的进给伺服系统采用交流伺服电机驱动系统，并合理选用高精度元器件，保证了伺服系统达到要求的精度、重复定位精度，并使其具有高刚度和良好的稳定性。本次设计主要设计参数有：驱动作用力：F=100N=10Kg整机有效行程：850mm2.2 进给传动系统的精度要求良好的电气部件设计和机械结构设计，能保证进给伺服系统的精度和稳定性。本设计着重进行进给伺服系统的机械结构设计、传动设计。本次设计的进给系统采用滚珠丝杠螺母副传动，单轴具有较高的定位精度和重复定位精度。2.3 进给传动伺服系统的选择1、开环伺服系统开环伺服系统是织袜折叠机构中最简单的伺服系统，开环进给伺服系统的精度较低，速度也受到步进电动机性能的限制。但由于其结构简单，易于调整，在精度要求不太高的场合中得到较广泛的应用。 2、闭环控制系统 因为开环系统的精度不能很好地满足织袜折叠机构的要求，所以为了保证精度，最根本的办法是采用闭环控制方式。闭环控制系统是采用直线型位置检测装置对织袜折叠机构工作台位移进行直接测量并进行反馈控制的位置伺服系统。3、半闭环控制系统 采用旋转型角度测量元件（脉冲编码器、旋转变压器、圆感应同步器等）和伺服电动机按照反馈控制原理构成的位置伺服系统，称作半闭环控制系统。半闭环控制系统的检测装置有两种安装方式：一种是把角位移检测装置安装在丝杠末端；另一种是把角位移检测装置安装在电动机轴端。织袜折叠机构要求达到预定的精度要求以外，根据需求，并且考虑到经济的效益，还要求具有良好的稳定性和快速响应能力。基于这些要求，本设计采用闭环控制方式，包含力矩反馈环和速度反馈环闭环控制能够较好地减小误差，有利于提高机器性能。2.4 进给传动系统的要求及传动类型的选择2.4.1 进给传动系统的要求织袜折叠机构进给传动装置的精度、灵敏度和稳定性，将直接影响工件的加工精度。为此，织袜折叠机构的进给传动系统必须满足:1、低惯量；2、低摩擦阻力；3、高刚度；4、高谐震；5、消除传动间隙。 2.4.2 进给传动系统类型的选择织袜折叠机构的基本传动方式常用的有两种：滚珠丝杠螺母副和静压丝杠螺母副。1、滚珠丝杠螺母副在织袜折叠机构上将回转运动与直线运动相互转换的传动装置一般采用滚珠丝杠螺母副。其特点是：传动效率高，一般为=0.920.98；传动灵敏，摩擦力小，不易产生爬行；使用寿命长；具有可逆性，不仅可以将旋转运动转变为直线运动，亦可将直线运动变成旋转运动；轴向运动精度高，施加预紧力后，可消除轴向间隙，反向时无空行程；是目前中、小型织袜折叠机构的常见的传动方式。2、静压丝杠螺母副其特点是：摩擦系数小；仅为0.0005；平稳性高；反向间隙小。但是，静压丝杠螺母副应有一套供油系统，而且对有的清洁度要求高，如果在运动中供油忽然中断，将造成不良后果。由以上两种形式进行比较，根据根据设计要求，纵向进给传动系统和拉伸/压缩进给系统系统都应该采用滚珠丝杠螺母副的传动方式。2.5 电机与丝杠联接方式的选择滚珠丝杠与电动机的联接的型式主要有三种：1、与联轴器直接联接这是一种最简单的连接型式。这种结构型式的优点是：具有最大的扭转刚度；传动机构本身无间隙；传动精度高；而且结构简单、安装、调整方便；适用于像中小型号的织袜折叠机构。联轴器采用弹性柱销联轴器，它能补偿因同轴度及垂直度误差引起的“干涉”现象.采用这种弹性柱销联轴器把电动机与丝杠直接联接，不仅可以简化结构，减少噪声，而且可以消除传动间隙，能减少中间环节带来的传动误差,提高传动刚度。2、通过齿轮联接 这种调整方法的优点是可以在齿轮的齿厚和周节变化的情况下,保持齿轮的无间隙啮合。但是结构比较复杂，轴向尺寸大、传动刚度低、传动平稳性较差，一般用于精度要求低的机器中。3、通过同步齿形带联接 同步齿轮带传动具有带传动和链传动的共同优点,与齿轮传动相比它结构更简单,制造成本更低,安装调整更方便，并且传动不打滑，不需要大的张紧力。 但是在同步齿形传动设计时对材料的要求很高。在满足机器要求的前提下，通过对比，本设计采用通过电动机与滚珠丝杠直接与联轴器联接，这是一种简单的联接形式，具有大的扭转刚度，制造成本低，传动精度高，而且结构简单，安装调整方便。2.6 支撑形式方案的选择滚珠丝杠螺母副是一种将旋转运动转化为直线运动的理想传动件，因其具有螺纹丝杠无法比拟的优点，被广泛应用于各行业，更是普通织袜折叠机构、精密机器不可或缺的零部件，兼具高效率、高精度、可逆性等特点。滚珠丝杠的支撑形式有四种：如图2.1所示：（a）此种形式适用于中小载荷，低速，短丝杠垂直安装；（b）此种形式适用于中等转速，高速度，高精度；（c）此种形式适用于中等载荷，中等转速；（d）此种形式适用于承载能力大，高速，高刚度，高精度的机器。（a）一端固定、一端自由 （b）两端游动（c）一端固定、一端游动 （d）两端固定图2.1 滚珠丝杠的支撑形式从刚度计算可以看出，丝杠的支撑方式对丝杠的刚度影响很大。采用两端固定的支承方式压杆稳定性和临界转速高，丝杠的轴向刚度为一端固定的4倍，丝杠可以预拉伸，预拉伸后可减小丝杠自重下垂和补偿热膨胀以及丝杠高速回转时自由端的晃动。因此本设计采用两端固定的支撑方式。采用两端固定的支撑方式适用于对刚度和位移精度要求高的场合，符合本设计的设计要求。对于伺服电机，由于系统要求精度高，压缩/拉伸和总行程调节两轴应该分别采用独立电机驱动，不宜采用步进电机驱动，因此选用交流伺服电机。2.7 折叠原理本次设计的折叠机构的核心部件为叶片式摆动气缸，折叠原理如图2-2所示：图2.2 折叠原理图如图2.2所示，伺服电机驱动滚珠丝杠带动移动袜子摆台在X轴方向上运动，起始位置移动袜子摆台和翻转板靠在一起，未折叠的袜子由上一道工序平铺在翻转版和移动摆台上，翻转机构翻转180，完成一次折叠，折叠好的袜子由伺服电机带动滚珠丝杠移动到下一道工序处，一次工作完成。3 移动进给系统系统设计3.1 拟定技术参数最大行程850mm；快速进给速度：10 m/min；最小牵引力：10KG最大牵引力假定：20KG预估托盘质量：30kg；滑板的估计尺寸（长宽高）：140mm140mm22mm；3.2 滚珠丝杠的计算及选择1、滚珠丝杠导程的确定在本设计中，电机和丝杠直接相连，传动比为，设电机的最高工作转速为，则丝杠导程为： (3.1)，取 2、确定丝杠的等效转速 (3.2)由公式(3.2),最大进给速度时丝杠的转速： 最小进给速度时丝杠的转速：丝杠等效转速：（取 ） (3.3)，转速，作用下的时间(s)。3、估计工作台质量及工作台承重由已知参数可知总质量： 4、确定丝杠的等效负载工作负载是指机器工作时，实际作用在滚珠丝杠上的轴向压力。选定导轨为滑动导轨，取摩擦系数为0.03。 (3.4) 5、确定丝杠所受的最大动载荷 (3.5)fw负荷性质系数；（查表：当一般运转时，fw 为1.21.5，取fw=1.5。）ft温度系数；fh硬度系数；（查表：滚道实际硬度HRC58时，fh=1。）fa精度系数；（查表：当精度等级为3时，fa=1.0。）fk可靠性系数；(查表：可靠性为90%时，fk =1.00。)Fm等效负荷(N)；nm等效转速(r/min)；Tn工作寿命(h)。（查表得：织袜折叠机构：Th=15000。）由公式(3.5) 6、由丝杠轴向压力选取丝杠底径 （3.6）式中， X轴滚珠丝杠底径，mm；丝杠支承距离， mm；压弯临界载荷，N；与丝杆支承方式有关的临界载荷系数，见表3.1表3.1 系数和支承方式双推-双推21.920.3双推-支承15.110.2单推-单推9.75.1双推-自由3.41.3计算为保证强度和精度，估取进行计算。将各项数值代入式（3.6），得：。7、最大转速限制滚珠丝杠的最大转速应满足下式的要求： （3.7）式中， 丝杠底径，mm；丝杠最大转速，r/min；常取=5000070000.已知丝杠最大转速为，取=70000计算，得：。8、选择丝杠直径由上述计算结果，可以得知选取的滚珠丝杠须满足如下的式子的限制：9、选择滚珠丝杠型号由文献7,8可知，查表选定为上银精密丝杠制造有限公司生产的外循环插管式垫片预紧导珠管埋入型丝杠，型号： BSBR1606。丝杠公称直径为16mm，基本导程。3.3 滚珠丝杠支承轴承的选择计算动态等效载荷：表3.2 径向载荷系数（）和轴向载荷系数 （）组合列数2列3列4列组合形式代号DFDTDFDDTDDFTDFFDFTDTT承受轴向载荷的列数1列2列1列2列3列1列2列3列4列1.91.432.331.172.332.530.540.770.350.890.350.260.920.920.920.920.920.920.920.920.92动态等效载荷： （3.8）式中，径向载荷, N；轴向载荷, N；径向载荷系数；轴向载荷系数。计算动载荷： （3.9）代入数值，查阅机械设计手册，可得底径为12.9mm的滚珠丝杠的右端轴承内径应略小于丝杠外径，取，型号规格为12TAC47A。满足设计要求。在本设计中采用固定固定安装的双螺母垫片预紧的成对滚珠丝杠专用轴承组合。 滚珠丝杠支承用专用轴承的特点：1、刚性大。采用特殊设计的尼龙成形保持架，增加了钢球数，且接触角为60轴向刚性大。2、不需要预调整。对每种组合形式，生产厂家已作好了能得到最佳预紧力的间隙，故用户在装配时不需要再调整，只要按厂家作出的装置序列符号排列后，装紧即可。3、起动力矩小。与圆锥滚子轴承、圆柱滚子轴承相比，起动力矩小。为了易于吸收滚珠螺母与轴承之间的不同轴度，推荐采用正面组合形式。3.4 滚珠丝杠的校核 滚珠丝杠副的拉压系统刚度影响系统的定位精度和轴向拉压振动固有频率，其扭转刚度影响扭转固有频率。承受轴向负荷的滚珠丝杠副的拉压系统刚度Ke由丝杠本身的拉压刚度Ks，丝杠副内滚道的接触刚度Kc，轴承的接触刚度KB，螺母座的刚度KH，按不同支承组合方式的计算而定。扭转刚度按丝杠的参数计算。 3.4.1 临界压缩负荷丝杠的支承方式对丝杠的刚度影响很大，采用两端固定的支承方式并对丝杠进行预拉伸，可以最大限度地发挥丝杠的潜能。临界压缩负荷按下式计算： (3.10)式中 E材料的弹性模量E钢=2.11011(N/m2)； L0最大受压长度(m)； K1安全系数，取K1=1/3； Fmax最大轴向工作负荷(N)； f1丝杠支承方式系数；(支承方式为双固双固时，f1=4，f2=4.730) I丝杠最小截面惯性矩(m4)： (3.11)式中 d0丝杠公称直径(mm)； dw滚珠直径(mm)。丝杠螺纹部分长度，取 经过设计论证丝杠全长为 由公式(3.6)可见远大于，临界压缩负荷满足要求。3.4.2 临界转速 (3.12)式中 A丝杠最小横截面： 临界转速计算长度：取 ，安全系数，一般取 ；材料的密度：；丝杠支承方式系数，查表得，满足要求。3.4.3 滚珠丝杠拉压振动与扭转振动的固有频率滚珠丝杠系统的轴向拉压系统刚度Ke的计算公式：两端固定： （3.13）式中 Ke 滚珠丝杠副的拉压系统刚度(N/m)； KH螺母座的刚度(N/m)；Kc丝杠副内滚道的接触刚度(N/m)；KS丝杠本身的拉压刚度(N/m)；KB轴承的接触刚度(N/m)。（1）丝杠副内滚道的接触刚度可查滚珠丝杠副型号样本；（2）轴承的接触刚度可查轴承型号样本；（3）螺母座的刚度可近似估算为1000；（4）丝杠本身的拉压刚度。对丝杠支承组合方式为两端固定的方式： (3.14)式中 A丝杠最小横截面，；E材料的弹性模量，E=2.11011(N/m2)；l两支承间距(m)；a螺母至轴向固定处的距离(m)。已知：轴承的接触刚度，丝杠螺母的接触刚度，丝杠的最小拉压刚度，螺母座刚度。丝杠系统轴向拉压振动的固有频率： (3.15)式中 m丝杠末端的运动部件与工件的质量和(N/m)；Ke丝杠系统的轴向拉压系统刚度(N/m)。显然，丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，能满足要求。3.4.4 滚珠丝杠扭转刚度滚珠丝杠的扭转刚度按下式计算： (3.16)式中 丝杠平均直径：L丝杠长度扭转振动的固有频率: (3.17)式中 JW运动部件质量换算到丝杠轴上的转动惯量(kgm2)； JZ丝杠上传动件的转动惯量(kgm2)； JS丝杠的转动惯量(kgm2)。由文献7，8得：平移物体的转动惯量为：丝杠转动惯量： 显然，丝杠的扭转振动的固有频率远大于1500r/min，可以满足设计要求。3.4.5 滚珠丝杠传动精度计算滚珠丝杠的拉压刚度 ： (3.18)导轨运动到两极位置时，有最大和最小拉压刚度，其中，L值分别为9mm和100mm。最大与最小传动刚度：最大和最小机械传动刚度：由于机械传动装置引起的定位误差为 (3.19)对于3级滚珠丝杠，其任意300mm导程公差为 ，机器定位精度，所以，可以满足由于传动刚度变化所引起的定位误差小于（1/31/5）机器定位精度的要求。再加上闭环反馈系统的补偿，定位精度能进一步提高10。3.5 滚珠丝杠进给传动系统变形计算 本精密织袜折叠机构的进给传动系统采用闭环控制，系统的精度取决于组成进给系统各环节的精度，由下列几部分误差组成：滚珠丝杠副制造的误差和由于载荷与温度变化的作用产生的丝杠、螺母、轴承、联轴器及伺服系统的误差 。滚珠丝杠副制造误差由所选丝杠副的精度决定，可按任意300mm行程内行程变动量而定。3.5.1 滚珠丝杠精度计算1、滚珠丝杠的轴向变形量计算丝杠的拉伸或压缩变形量在轴向载荷作用下，丝杠在轴线方向上被拉伸或压缩，变形量的大小与支承方式和螺母工作位置有关。由于丝杠采用两端固定的形式，根据材料力学求解超静定计算式，求得变形量： （3.20） 式中，F轴向工作载荷，N；E弹性模量，对于钢，E=20.6N/； A丝杠截面积（按底径定），；L丝杠在支承间的受力长度，；a,b螺母至两支承端的距离，当螺母运动到两支承端中点时，变形最大，其最大变形量： （3.21）丝杠底径为12.9，F=209N，根据前面计算结果，取L=930，代入数值，得， 丝杠扭转变形所产生的轴向变形量丝杠工作过程中受到扭矩作用，扭转变形将引起丝杠导程发生变化。一个导程的变化量： （3.22） 式中，丝杠导程，mm； 扭矩作用下丝杠每一导程长度两截面上的相对扭转角，rad。则丝杠受扭矩作用在支承长度L上产生的轴向变形量： （3.23）根据材料力学公式，计算扭转角： （3.24）式中，丝杠的驱动扭矩，；剪切弹性模量，对钢，G=8.24N/；丝杠截面惯性矩，。根据进给系统设计过程中驱动电机的选择计算，已算出M=2700 Nmm，因此，得：由于丝杠较短，丝杠自重弯曲所引起的轴向变形量可以忽略不计。 故可以求得在载荷作用下，丝杠的轴向变形量：2、滚珠与滚道面弹性接触变形引起的轴向变形量螺母体变形量包括螺母和螺母座的变形量、螺母的固定螺栓所产生的轴向变形量与滚道面弹性接触变形引起的轴向变形量，由于螺母和螺母座的刚性好，可以不考虑其变形。因采用预紧螺母，对固定螺栓的变形也可以略去不计。对螺母体的变形只需考虑滚珠与滚道面弹性接触变形量。取=1.04，故有： （3.25）式中：R滚道半径，mm；、分别为滚珠半径、直径，mm；接触角，=；工作的滚珠数，；轴向预紧力，N；滚珠丝杠副公称直径，mm。将各参数带入上式，得：mm=0.462。3、支承滚珠丝杠的轴承的轴向变形量轴承刚度为1080，估算其最大轴向变形：滚珠丝杠选用3级精度，可查得其其任意300mm导程公差为 ,机器定位精度，所以，综上所述，可得本机器X轴（横向）进给系统定位误差为：满足定位精度要求。3.6 伺服电机的选择与计算选择的进给系统的伺服电机，应满足如下要求：1、在所有进给速度范围内（包括快速移动），空载进给力矩应小于电动机额定转矩；2、最大切削力矩小于电动机额定转矩；3、加、减速时间应符合所希望的时间常数；4、快速进给频繁度应在希望值之内。为选取满足上述要求的电动机，需要进行负载扭矩计算，功率计算，加减速扭矩计算，并进行惯量匹配验算。根据文献11，扭矩的计算为：1、理论动态预紧转矩查表知3级滚珠丝杠 ， 而 (3.26)2、最大动态摩擦力矩对于3级滚珠丝杠， (3.27)3、驱动最大负载所耗转矩 (3.28)4、支承轴承所需启动扭矩查轴承表：对于的轴承，其，对于的轴承，其，则 。5驱动滚珠丝杠副所需扭矩 6、电机的额定转矩 7、快进至最大速度时所需功率： （3.29）式中，快进最大需求功率，kw；快进速度，m/s，惯性力，N。由电动机的功率要满足下式的关系： （3.30）式中，进给传动系统机械效率，综合考虑丝杠预紧、导轨、联轴器效率的影响，取0.85；电机超载时的容许系数，一般取1.25。综上计算，选择的电机应满足转矩和功率两方面要求，满足转矩：，功率：。通过翻阅资料和传统经验，预选用台达的电机，具体选择电机型号为台达的A2-750交流伺服电机，电机的具体参数为：额定电压 电机轴直径 额定转速 计算功率 同时此电机购进时，已安装脉冲编码器和制动器。3.6.1 进给伺服电机的校核 电机惯量的验算各部分折算到丝杆轴的转动惯量如下所求：1、工作台折算到丝杆上的转动惯量为： 2、丝杆的转动惯量为： 其中求解为： 3、螺母的转动惯量估算为：负载及机械传动装置总的转动惯量为：4、而台达电动机的转动惯量为：5、全部的转动惯量为： 根据惯性匹配原则，满足 综上计算，选择的电机符合设计要求。3.7 联轴器的选择滚珠丝杠与电动机的联接的型式为与联轴器直接联接，依据机械设计手册，选取可用于高、低温，高、中速，大转矩和有油和水的场合的联轴器。在此，根据电机轴直径、长度和丝杠链接尺寸来选定型号，选择联轴器为：HL114-12型弹性联轴器符合条件。HL1型弹性柱销联轴器具有结构简单，更换尼龙柱销方便，不需移动两个半联轴器；尼龙柱销有较好的耐磨性和自润滑性，维护简易。结 论本次设计的是织袜折叠机构进给传动系统，完成了系统中的尺寸计算及结构设计，并对其进行一系列的校核，各项性能指标完全满足要求，说明设计的结构是合理的。然后选择丝杠和电机等。由于专业知识的限制，无法对复杂的控制系统进行设计。织袜折叠机构是促进国民经济发展的巨大源动力，它给机械制造业带来了高倍率的效益增长和现代化的生产方式。随着数控技术的发展，高品质，高可靠性，高性价比的CNC系统具有丰富的功能，为数控技术的发展提供了充足的物质技术条件。同时，也给织袜折叠机构的机械结构提出了更高的要求。因此，研究一台织袜折叠机构对现代加工业具有重要的意义。致 谢这次毕业设计可以圆满的完成，离不开导师XXX的悉心指导。从课题的提出和论证到论文完成，X导师渊博的学识、先进的学术思想、对待研究的严谨态度和无私的奉献精神都是学生的楷模，使我受益匪浅，在论文完成之际，谨向尊敬的X导师致以崇高的敬意和由衷的感谢。经过这段时间的毕业设计，我感觉到掌握扎实的基础知识和学会使用必要工具的重要性，深刻体会到网络资源的巨大作用，在遇到难以解决的问题时，可以在网络中寻找所需的资料，到相关的论坛上去求得帮助；学会灵活运用电脑网络这个现代工具是我们必备的素质。同时毕业设计对我的英语水平也提出了较高的要求，通过阅读英文资料、翻译英文材料切实提高了我使用英语的水平，使我在今后的学习中不至落后现代技术发展的潮流。在进行毕业设计的过程中 ，我的感激之情无以言表，仅以此文献给他们，感谢我的朋友们，大家这四年来无论深处何地，距离多远，我始终感受的到与你们大家在一起；感谢我的老师，四年来对我的关心帮助让我在学校的生活和学习中都能有亲人般的感觉；感谢我的同学们，大家虽然来自不同的地方，但是大家始终相亲相爱，团结一致。我很庆幸能有了你们大家陪我一路走过艰难的历程。回首大学四年，往事历历在目，心绪难以平复，如此多的关心和帮助让我感到莫大的幸运，感觉充满力量，无论是身边的同学老师还是远方的亲人朋友们，他们的支持是我可以努力和坚持的最大动力，有了他们才真正让我感受到这个世界是无与伦比的美丽，这些都将支持我走向新的岗位，为社会为他人贡献我的绵薄之力。参考文献1现代机械传动手册，机械工业出版社。2机械设计，潭庆昌 编，高等教育出版社。3常用轴承技术手册，卜炎编，机械工业出版社。4机械设计图册，成大先 编，化学工业出版社。5滚动轴承产品样本，中国工业出版社。6中国机电产品目录，国家机械工业局 编，机械工业出版社。7材料力学，吉林科学出版社。8机械设计手册，机械工业出版式社。9机械设计/谭庆昌，赵洪志主编.北京：高等教育出版社，2004.710材料力学/聂毓琴，孟广伟主编.北京：机械工业出版社，2004.211 E.M. Frick, J.L. Alberts, Combined use of repetitive task practice and an assistive robotic device in a patient with sub acute stroke, PHYS THER. 2006, 86(10): 1378-1386.12 D. Reinkensmayer, J.L. Emken, S.C. Cramer, Robotic motor learning, and neurological recovery, “Annual Review of Biomedical Engineering. 2004, 6(1) 497-525.13 Ahsan Md.R., IbrahimyMuhammad I., Khalifa Othman O.,EMG Signal Classification for Human Computer Interaction: A Review, European Journal of Scientific Research. 2009,33(3):480-501.14 Thomas Sinkjaer, Morten Haugland, Andreas Inmann,Morten Hansen, KimD.Nielsen, Biopotentials as command and feedback signals in functional electrical stimulation systems, Medical Engineering& Physics. 2003, 25(1):29-40.15 Mehrdad Fatourechi, Ali Bashashati, K. Ward Rabab, E.Birch Gary, EMG and EOG artifacts in brain computer interface systems: A survey, Clinical Neurophysiology.2007,118(3):480-494.31