毕业论文定稿-电梯补偿链盘整装置设计

原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763毕业设计说明书题 目：电梯补偿链盘整装置设计学 院： 专 业： 学 号： 姓 名： 指导教师： 完成日期： 2014 年 4 月 11 日 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763摘 要电梯补偿链是用于连接电梯的轿厢与对重，平衡曳引绳及随行电缆的重量，对电梯的运行起平衡作用的部件。电梯补偿链完成拉伸检测和表面缺陷检测后，需要装箱。如果采用人工装箱会费时费力，且容易无序堆垛，效率低。电梯补偿链装箱盘整装置可实现补偿链的自动盘整装箱，使装箱的补偿链排列规则合理，节省空间，提高效率。盘整过程完全自动，正常运转时无须人工干预，具有广泛的适用范围。本次设计了以滚珠丝杠为核心元件的电梯补偿链盘整装置。电梯补偿链盘整装置传动系统主要由电动机、滚珠丝杠、工作台、联轴器、导轨组成。其具有 X/Y 两个自由度。通过对电梯补偿链盘整装置的设计理论，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 X/Y 轴的滚珠丝杠的计算 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：电梯补偿链, 伺服系统, 滚珠丝杠原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763AbstractElevator compensation chain is used for car and counterweight balance connected the elevator, traction rope and accompanying the weight of the cable, the balance effect on the operation of the elevator components.Elevator compensation chain complete testing tensile testing and surface defects, need packing. If using artificial packing labor dues, and easily disorder stacking, low efficiency. The elevator installment compensation chain packing plate automatic disc packaged box can realize compensation chain, the compensation chain packing arrangement rule of reasonable, save space, improve the efficiency of. The consolidation process is completely automatic, normal operation without human intervention, which has a wide application scope.The design of elevator compensating chain consolidation device with ball screw as the core element. Elevator compensation chain consolidation drive system is mainly composed of a motor, ball screw, workbench, coupling, a guide rail. The X/Y with two degrees of freedom. The design theory of elevator compensating chain device for consolidation, first has carried on the overall scheme of feed drive servo system design and machine precision selection; second is the X/Y axis ball screw, selection and calculation of ball screw support bearing selection, through calculation and choose other related components, feed drive system on the stiffness of transmission system inertia matching etc., are checked by computing; again to select the feed drive system of the servo motor and the coupling, and guide the choice. The calculated results show better meet the requirements of the design, drawing the assembly drawing related using Auto CAD software.Keywords: elevator compensating chain, servo system, the ball screw原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763目 录摘 要 .2Abstract .31 绪论 .51.1 课题的意义 51.2 国内外自动化包装机械的发展 61.2.1 国外自动包装机械的发展 61.2.2 自动化包装机械我国研究现状 .71.3 设计的内容和目的 .72 电梯补偿链盘整装置的总体设计 .92.1 主要性能参数 .92.2 进给传动系统的精度要求 .92.3 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 .102.4.1 进给传动系统的要求 .102.4.2 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 .112.6 支撑形式方案的选择 .123 X 轴进给系统系统设计 .143.1 已知技术参数 .143.2 滚珠丝杠的计算及选择 .143.3 滚珠丝杠支承轴承的选择 .173.4 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 .27原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633.7 联轴器的选择 .294 Y 轴进给传动系统设计 .304.1 已知技术参数 .304.2 滚珠丝杠的计算及选择 .304.3 滚珠丝杠支承轴承的选择 .324.4 进给伺服电机的选择与计算 .324.4.1 伺服电机的校核 .34结 论 .36致 谢 .37参考文献 .38原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631 绪论1.1 课题的意义电梯在运行过程中，轿厢侧和对重侧的钢丝绳的长度在不断变化，从而引起曳引轮两侧钢丝绳重量的变化。当轿厢位于最低层站时，钢丝绳的重量大部分作用于轿厢侧；当轿厢位于最高层站时，钢丝绳的重量大部分作用于对重侧。这种变化在电梯提升高度不大时，对电梯的运行性能影响不大，但提升超过一定高度时，会严重影响电梯运行的稳定性，危及乘客的安全。为此，当电梯的提升高度超过一定高度时，必须要设置具有一定重量的部件来平衡因高度变化带来的重量变化，称之为电梯平衡补偿链。电梯补偿链是用于连接电梯的轿厢与对重，平衡曳引绳及随行电缆的重量，对电梯的运行起平衡作用的部件。目前随着城市化的进程加快，城市的高层建筑越来越多，对电梯的需求也是越来越大，同时导致电梯补偿链的需求量也越来越大。电梯补偿链完成拉伸检测和表面缺陷检测后，需要装箱。如果采用人工装箱会费时费力，且容易无序堆垛，效率低，生产成本也大大的提高。所以补偿链自动包装设备，在这种情况下应运而生。本次设计的电梯补偿链装箱盘整装置可实现补偿链的自动盘整装箱，使装箱的补偿链排列规则合理，节省空间，提高效率。盘整过程完全自动，正常运转时无须人工干预，具有广泛的适用范围。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。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631.2 国内外自动化包装机械的发展1.2.1 国外自动包装机械的发展国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家， 早已形成了独立完整的包装机械体系，其品种和产量均居世界之首。10 多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生 产和消费大国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合， 实现机电一体化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装机占整个市场份额的 15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二位。从上世 90 年代初以来，美国包装机械业一直保持着良好的发展势头。日本与美国、德国相比，起步较晚。上世纪 60 年代以前，包装机械厂家不足 60家，只能包装糖果、香烟等。60-70 年代，是日本包装机械业起步阶段，产值增长速 度很快。70-80 年代，增长速度虽不如上一阶段那么高，但年增长率仍达 13%。80-90 年代是稳定增长分阶段，将微电子技术成功地应用于包装机械的控制，以后又将光导纤维技术、 工业机器人技术、模块化技术应用于包装机械，达到安全性高、无人操作、高生产率的水平，大大提高了其国际市场竞争力。因此，从上世纪 60 年代到 90年代初，日本包装机械工业连续 30 多年高速增长，经历了引进 -消化-发展的过程。德国、意大利、英国、瑞士和法国等，都是世界上很重要的包装机械生产国家。德国的包装机械在计量、制造、技术性能等方面居领先地位，特别是啤酒、饮料 灌装设备具有高速、成套、自动化程度高、可靠性好等特点，享誉全球。一些大公司生产的包装机械集机- 电- 仪及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有 防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，而且能集制袋、称重、充填、抽真 空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业多年来始终处于稳定增长状态，出口比例占 80%左右。德国是世界上最大的包装机械出口国。 意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。 意大利的包装机械多用于食品工 业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占 80%左右。 目前，世界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一 体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术 实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631.2.2 自动化包装机械我国研究现状中国包装机械起步较晚，经过 20 多年的发展，中国包装机械已成为机械工业中十大行业之一，为中国包装工业快速发展提供了有力的保障，有些包装机械填补了国内空白，已能基本满足国内市场的需求，部分产品还有出口。并且中国自加入世贸组织以来取得了长足的进步，包装机械水平提升非常快，与世界的先进水平差距逐渐缩小。随着中国的日益开放，中国的包装机械也将进一步打开国际市场。但在目前，中国包装机械出口额还不足总产值的 5%，进口额却与总产值大抵相当，与发达国家相去甚远。我国与国外现代的先进的包装机械的差距还很大，最主要是技术上的大差距。技术开发的成本在设备总成本中所占的比例越大，设备的技术含量越高。国内的包装设备技术含量占整个设备的成本约为 3%，有的甚至不足 0.3%，当然极少数项目也能达到 20%以上，总体来看设备水平不高，设备使用材料受供应的限制，在配套件上水平不高。1.3 设计的内容和目的根据设计参数和任务要求，然后通过查找相关的文献资料，本次毕业设计我们拟定完成以下几点内容1、首先了解电梯补偿链的产品特性，然后查阅相关的资料，确认设计方案如下：该装置在空间坐标系中可实现沿 x,y 轴两个方向的移动，需要通过伺服电动机来驱动。链条的水平移动采用丝杠螺母传动完成，丝杠的转动通过联轴器直接和丝杠相连，传动精度高。2、设计方案确认以后，对关键部件进行设计计算，如进行电机、同步带及带轮等传动件选型，设计传动轴、齿轮等零件。3、计算完成后，对整个设备进行工程图的绘制，然后整理资料，完成整个设计。设计的目的是培养综合运用基础知识和专业知识，解决工程实际问题的能力，提高综合素质和创新能力，使工程绘图、数据处理、外文文献阅读、使用手册等基本技原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763能得到训练和提高，培养正确的设计思想、严肃认真的科学态度，加强团队合作精神。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397632 电梯补偿链盘整装置的总体设计2.1 主要性能参数本设计对电梯补偿链盘整装置进行设计，改装置具有 X 轴和 Y 轴两个自由度。对电梯补偿链盘整装置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：（1）载荷：500kg；（2）链箱尺寸：1000mm 800mm 600mm；（3）X 方向速度 6m/mimY 方向速度 3m/mim2.2 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电梯补偿链盘整装置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电梯补偿链盘整装置的要求，所以为了保证原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763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电梯补偿链盘整装置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。电梯补偿链盘整装置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电梯补偿链盘整装置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，电梯补偿链盘整装置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电梯补偿链盘整装置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。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397631、滚珠丝杠螺母副在电梯补偿链盘整装置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、小型电梯补偿链盘整装置的常见的传动方式。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，X 轴进给传动系统和 Y 轴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电梯补偿链盘整装置。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。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633、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，更是普通电梯补偿链盘整装置、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）两端固定原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763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。原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397633 X 轴进给系统系统设计3.1 已知技术参数最大行程 800mm；快速进给速度：6m/min；额定载重：500KG工作台和 Y 轴传动机构估计质量：200kg；材料选为 45。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1i，则丝杠导程为：min50maxrn(3.1)maxnvPh，取 3.5108ph6hP2、确定丝杠的等效转速(3.2)/minhvrP由公式(3.2),最大进给速度时丝杠的转速： minr3.1608Pv3hmaxa最小进给速度时丝杠的转速： in17.06mini rvh丝杠等效转速：（取 ）12t原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763(3.3)min21inmaxrtn， 转速 ， 作用下的时间(s)。1t2axin in17.21minaxrtm3、估计工作台质量及工作台承重由已知参数可知总质量： N701G4、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) max0.37 21NFG5、确定丝杠所受的最大动载荷 (3.5)/3601FfTnmwhCatkfw负荷性质系数；（查表：当一般运转时，f w 为 1.2 1.5，取 fw=1.5。 ）:ft温度系数；fh硬度系数；（查表：滚道实际硬度HRC58 时，f h=1。 ）fa精度系数；（查表：当精度等级为 3 时，f a=1.0。 ）fk可靠性系数；( 查表：可靠性为 90%时，f k =1.00。)Fm等效负荷(N) ；nm等效转速(r/min)；Tn工作寿命(h)。 （查表得：电梯补偿链盘整装置：T h=15000。 ）由公式(3.5) 6601508.9401hmnN327nT6fFCmhwarcr 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397636、由丝杠轴向压力选取丝杠底径44310mLFdaxsp（3.6）式中，X 轴滚珠丝杠底径，mm；xspd.丝杠支承距离， mm；L压弯临界载荷，N；aF与丝杆支承方式有关的临界载荷系数，见表 3.1m表 3.1 系数 和mf支承方式 f双推-双推 21.9 20.3双推-支承 15.1 10.2单推-单推 9.7 5.1双推-自由 3.4 1.3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） ，Lm10L得： 。mdxsp4.7.7、最大转速限制滚珠丝杠的最大转速应满足下式的要求：Andxspma.（3.7）式中， 丝杠底径，mm；xspd.丝杠最大转速， r/min；man常取 =5000070000.A已知丝杠最大转速为 ，取 =70000 计算，得： 。min150maxrnAm19dx.sp8、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： oaaCmx.min. spxspdd原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397639、选择滚珠丝杠型号由文献 7,8可知，查表选定为山东济宁博特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： BSBR2506。丝杠公称直径为 25mm，基本导程 。mph63.3 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 （ ）XY组合列数2 列 3 列 4 列组合形式代号DF DT DFD DTD DFT DFF DFT DTT2.17e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X1.9 1.43 2.33 1.17 2.33 2.53 /arFeY0.54 0.77 0.35 0.89 0.35 0.26 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92 0.92/r 动态等效载荷 ：aParaXFY（3.8）式中， 径向载荷, N；rF轴向载荷, N；a径向载荷系数；X轴向载荷系数。Y计算动载荷 ：aC3ahPL（3.9）代入数值，查阅机械设计手册 ，可得底径为 21.9mm 的滚珠丝杠的右端轴承内原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763径应略小于丝杠外径，取 ，型号规格为 20TAC47A。满足设计要求。20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)211max0crfEIFKFNL式中 E材料的弹性模量 E 钢 =2.11011(N/m2)；L0最大受压长度(m)；原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763K1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，f 1=4，f 2=4.730)I丝杠最小截面惯性矩(m 4)：(3.11)4420(1.26wIdd式中 d0丝杠公称直径(mm)；dw滚珠直径 (mm)。 412843.14(25.396)0.76I m丝杠螺纹部分长度 ，取 808Lu0uL经过设计论证丝杠全长为 m1由公式(3.6) 218max64302.7254.3209NFcr F可见 远大于 ，临界压缩负荷满足要求。crmax3.4.2 临界转速(3.12)222max30910crccffdEInknLAL式中 A丝杠最小横截面： 2642.7.8104d临界转速计算长度：cL取 ，10.m安全系数，一般取 ；2k20.8k材料的密度： ；37.51/gm丝杠支承方式系数，查表得 ，2f 24.70f原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763minr150nir2365019.073.491n max2cr 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：111(/)4eBcHSNm（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)610/sAElKNma式中 A丝杠最小横截面， ；2()4AdE材料的弹性模量，E=2.1 1011(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 ，mNKB108 mNKC7.16丝杠的最小拉压刚度 ，螺母座刚度 。s2.54min H10原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 130413976311140876.045.2eK32/Nm丝杠系统轴向拉压振动的固有频率：(3.15)/eBKrads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) 。 minr150inr12038srad67013248.9wB 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)47.8mTdKL式中 丝杠平均直径：mdL丝杠长度 rmN9736120.847KT扭转振动的固有频率:(3.17)()3TTswzJ式中 JW运动部件质量换算到丝杠轴上的转动惯量(kgm 2)；JZ丝杠上传动件的转动惯量(kgm 2)；JS丝杠的转动惯量(kgm 2)。由文献 7，8 得：原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763平移物体的转动惯量为： 2420.1()5.098Jkgm:丝杠转动惯量：421.60zJkgm:min/r4297s/rad1.4271036597T 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)24sdEKL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： 25max0.31.0163.7/4sAEKNmL25in9.2/s最大和最小机械传动刚度：24 432s2s2sskg106. 051085.73)Ld(dmJ原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763m/N65.24018/7.6/2.195/K/1/KBCminsino axax 3/3././osB由于机械传动装置引起的定位误差为(3.19)0min0ax1()kFK1456.().782.34k m对于 3 级滚珠丝杠，其任意 300mm 导程公差为 ，机器定位精度12，所以， ，可以满足由于传动刚度变化所引起m0/24. Vp8.5130的定位误差小于（1/3 1/5）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电梯补偿链盘整装置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：EALbaF/1（3.20） 原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763式中，F轴向工作载荷，N；E弹性模量，对于钢，E=20.6 N/ ；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：EAFL4/max1（3.21）丝杠底径为 21.9 ，F=210N，根据前面计算结果，取 L=1200 ， ，代入数值，得，419.50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：002L（3.22） 式中， 丝杠导程，mm；0L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：0122L（3.23）根据材料力学公式，计算扭转角：0MLGJ（3.24）式中， 丝杠的驱动扭矩， ；MNgm剪切弹性模量，对钢，G=8.24 N/ ；G丝杠截面惯性矩， 。L原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763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 N mm，因此，得：rad105.9.213024.8GJML640 m51. 4612 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： 9851085.94121 2、滚珠与滚道面弹性接触变形引起的轴向变形量 2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：bRr42231.50sinsinbpFdz（3.25）式中：R滚道半径，mm；、 分别为滚珠半径、直径，mm；brd接触角， = ；45o工作的滚珠数， ；z03bDzd圈 数 列 数轴向预紧力，N；F滚珠丝杠副公称直径，mm。0D将各参数带入上式，得： mm=0.462 。421.50m3、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：/Nm原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763m06.21893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m12，所以， ，综上所述，可得本机器 X轴（横向）m0/24. mVp8.451230进给系统定位误差为： 1237.60.6.9.p3021X 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 0.9max/3209/6.7()PFNm:(3.26)Ngm135.01./12/6792PFT3hp2、最大动态摩擦力矩对于 3 级滚珠丝杠， ，40%P(3.27)NgmTTpp19.1max3、驱动最大负载所耗转矩原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763(3.28)Ngm14.22/069PFT3hax4、支承轴承所需启动扭矩查轴承表：对于 的轴承，其 ，20gTb14.0对于 的轴承，其 ，5Nm23则 。TbB 7.215 驱动滚珠丝杠副所需扭矩NgmTBap70.237.14.9ax6、电机的额定转矩JgTT5.3.gJ7147、快进至最大速度时所需功率：-3a=0PFv快 快（3.29）式中， 快进最大需求功率，kw；P快快进速度，m/s ，v快惯性力，N。aF由电动机的功率要满足下式的关系：/Pk进 给 过电 机 快（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，进 给取 0.85；电机超载时的容许系数，一般取 1.25。k过原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 1304139763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： 。NgmTJ71.45kw56.0 P通过翻阅资料和传统经验，预选用三菱的电机，具体选择电机型号为三菱的 HF-KN73BJ-S100 交流伺服电机，电机的具体参数为：额定电压 电机轴直径 V20 m19额定转速 计算功率 in15r kw75.0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： 2spThJm2323104.1068.95mkg2、丝杆的转动惯量为： 21spspJmd232321094.109.48.3kg其中 求解为： spmkgLdspsp 21.085.715019.243323 3、螺母的转动惯量估算为： 32.zpJkgm负载及机械传动装置总的转动惯量为： 2 3043. 10.294.01.kgJJWscL原版文档，无删减，可编辑，欢迎下载详细图纸可扣扣咨询 414951605 或 13041397634、而三菱电动机的转动惯量为： 20.18MJkgm5、全部的转动惯量为： 244410.6103.8.kgJLmr根据惯性匹配原则， 73.01.684rMJ满足 .25MrJ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：HL1 型弹性柱销联轴器符合条件。85014219GBYJCHL1 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。