资源描述
一、选择条件：1、工作台质量:m1=60kg2、工件质量:m2=20kg3、行程长度:ls=1000mm4、最大速度:Vmax=1m/s5、加速时间：t1=0.15s6、减速时间：t2=0.15s7、每分钟往返次数：=8min-18、无效行程：=0.15mm9、定位精度：0.3mm/1000mm10、反复定位精度：0.1mm11、最小进给量：s=0.02mm/脉冲12、希望寿命时间：h=30000h13、驱动马达转速：r=3000r/min14、马达惯性扭矩：Jm=1*10-3kg.m15、减速机速比：A=116、导轨摩擦系数：u=0.003（滚动）17、无负荷阻力：f=15N二、选择项目：滚珠丝杠轴直径:导程：螺母型号：精度：轴向间隙（预压）：丝杠支撑方式：驱动马达：1、导程精度与轴向间隙（预压）的选择a、导程精度的选择：为了得到定位精度0.3mm/1000mm：0.3/1000=0.09/300导程精度必须选择0.09/300mm以上。根据滚珠丝杠精度等级选择如下:C7（运行距离误差：0.05mm/300mm）因精度等级C7既有轧制又有精密，在此首选价格低廉的轧制丝杠。b、轴向间隙（预压）的选择：为了满足0.15mm无效行程的要求，必须选择轴向间隙在0.15以下的滚珠丝杠。2、丝杠轴的选择a、假定丝杠轴长度：假定螺母全长100mm、丝杠轴末端长度100mm所以根据行程长度1000mm决定全长如下：1000+100+100=1200mmb、导程的选择：驱动马达的额定转速3000r/min、最高速度1m/s时，滚珠丝杠导程如下：1*1000*60/3000=20mm因此，必须选择导程20mm或20mm以上的导程。c、丝杠轴直径的选择：符合15-66上的（导程精度与轴向间隙（预压）的选择）部分中所规定的要求的滚珠丝杠型号：丝杠轴直径为32mm以下的轧制滚珠丝杠；15-66上的（丝杠轴的选择）部分所规定的要求：导程：20,30,40,60,80（参照15-33上的表17)如下：丝杠轴直径导程15mm20mm15mm30mm20mm20mm20mm40mm30mm60mm根据15-66上的（丝杠轴的选择），由于丝杠轴长度必须是1200mm，15mm的轴颈太过细长，因此应选择直径20mm以上的丝杠轴。由上所述，有三种符合要求的丝杠轴直径和导程的组合：丝杠轴直径导程20mm20mm20mm40mm30mm60mmd、丝杠轴支撑方法的选择因行程是很长的1000mm，最高速度1m/s属高速使用，故丝杠轴的支撑方法可选择固定-支撑或固定-固定但是固定-固定的方式结构比较复杂，且部件精度和组装精度要求较高因此滚珠丝杠的支撑方式选用固定-支撑的方式。三、容许轴向负荷的探讨：1、最大轴向负荷的计算导向面的阻力f=15N（无负荷时）工作台质量m1=60kg工件质量m2=20kg导向面上的摩擦系数u=0.003最大速度Vmax=1m/s重力加速度g=9.807m/s加速时间t1=0.15s由此可知，所需数值如下加速度：a=Vmax/t1=6.67m/s去路加速时Fa1=u*(m1+m2)*g+f+(m1+m2)*a=550N去路等速时Fa2=u*(m1+m2)*g+f=17N去路减速时Fa3=u*(m1+m2)*g+f-(m1+m2)*a=-516N返程加速时Fa4=-u*(m1+m2)*g-f-(m1+m2)*a=-550N返程等速时Fa5=u*(m1+m2)*g-f=-17N返程减速时Fa6=-u*(m1+m2)*g-f+(m1+m2)*a=516N作用在滚珠丝杠上的最大轴向负荷如下所示：Famax=Fa1=550因此，如果使用20mm导程（最小沟槽谷径17.5mm）没有问题，那么使用直径为30mm的丝杠也应该符合条件。所以，对于丝杠轴的挫曲载荷和容许压缩拉伸负荷的以下计算，是假定20mm的丝杠轴直径和20mm的导程。2、丝杠轴的挫曲载荷与安装方法相关的系数2=20（参照A15-34）为考虑挫曲因素，螺母和轴承间的安装方法按固定-固定方式。安装间距ta=1100mm（推算）丝杠槽沟槽谷径dt=17.5mmP1=2(d14/ta2/)x104/=20x17.54/11002/x104/=15500N3、丝杠轴的容许拉伸压缩负荷P2=116xd12/=116x17.52/=35500N最大轴向不得大于计算所得的挫曲载荷和容易拉伸压缩负荷。因此，满足这些条件的滚珠丝杠在使用上没有问题。四、容许转速的探索1、最高转速丝杠轴直径：20mm导程：20mm最大速度Vmax=1m/s导程Ph=20mmNmax=Vmaxx60x103/Ph=3000min-1/丝杠轴直径：20mm导程：40mm最大速度Vmax=1m/s导程Ph=40mmNmax=Vmaxx60x103/Ph=1500min-1/丝杠轴直径：30mm导程：60mm最大速度Vmax=1m/s导程Ph=60mmNmax=Vmaxx60x103/Ph=3000min-1/2、由丝杠轴的危险速度所决定的容许转速与安装方法相关的系数2=15.1（参照A15-36）为了考虑危险速度，螺母-轴承间的安装方法按固定-支撑。丝杠轴直径：20mm导程：20mm和40mm丝杠轴沟槽谷径d1=17.5mmN1=2xd1/tb2/x107/=2180min-1/丝杠轴直径：20mm导程：60mm丝杠轴沟槽谷径d1=26.4mmN1=2xd1/tb2/x107/=3294min-1/3、由DN值所决定的容许转速丝杠轴直径：20mm导程：20mm和40mm（大导程滚珠丝杠）钢球中心直径D=20.75mmN2=70000/D=3370min-1/丝杠轴直径：20mm导程：60mm（大导程滚珠丝杠）钢球中心直径D=31.25mmN2=70000/D=2240min-1/由上述可见，当滚珠丝杠的丝杠轴直径为20mm、导程为20mm时，丝杠轴的最高转速超过了危险转速。相反，当一组丝杠轴直径为20mm、导程为40mm及另一组丝杠轴直径为30mm、导程为60mm时，能满足危险速度和DN值。因此选择丝杠轴直径为20mm、导程为40mm及丝杠直径为30mm、导程为60mm的丝杠。一、螺母型号的选择使用轧制滚珠丝杠，丝杠轴直径20mm、导程40mm及丝杠轴直径30mm、导程60mm的螺母为大导程轧制滚珠丝杠WTF型，因此可以选择：WTF2040-2(Ca=5.4KN，Coa=13.6KN)WTF2040-3(Ca=6.6KN、Coa=17.2KN)WTF3060-2(Ca=11.8KN，Coa=30.6KN)WTF3060-3(Ca=14.5KN、Coa=38.9KN)二、容许轴向负荷的探索对基本静额定负荷（Coa）最小的WTF2040-2型（Coa=13.6KN）进行容许轴向负荷的探索。假定此型号用于高速搬运装置以及加速、减速时作用冲击负荷，故静态安全系数（fs）为2.5（参照15-43上的表18）。Coa/fs=5440N与最大轴向负荷550N相比，得出的容许轴向负荷大，因而此型号没有问题。1、运行距离的计算最大速度Vmax=1m/s加速时间t1=0.15s减速时间t3=0.15s加速时的运行距离l1.4=Vmaxt1/2x103/=75mm等速时的运行距离l2.5=ls-Vmaxt1+Vmaxt3/2x103/=850mm减速时的运行距离l3.6=Vmaxt3/2x103/=75mm根据以上条件，轴向负荷和运行距离的关系如下表所示。动作轴方向负荷Fan（N）运行距离lN（mm）去路加速时55075去路等速运动时17850去路减速时-51675返程加速时-55075返程等速运动时-17850返程减速时51675由于负荷方向（表示为正或负）与Fa3、Fa4和Fa5相反，计算两方向的轴向平均负荷。2、轴向平均负荷正符号方向的轴向平均负荷因为负荷方向不同，按Fa3.4.5=ON，来计算轴向平均负荷。3Fm1=Fa13/xl1+Fa23/xl2+Fa63/xl6=225Nl1+l2+l3+l4+l5+l6负符号方向的轴向平均负荷因为负荷方向不同，按Fa1.2.6=ON，来计算轴向平均负荷。3Fm1=|Fa1|3/xl1+|Fa2|3/xl2+|Fa6|3/xl6=225Nl1+l2+l3+l4+l5+l6因Fm1=Fm2，所以轴向平均负荷为Fm=Fm1=Fm2.3、额定寿命负荷系数fw=1.5（参照A15-44上的表19）平均负荷Fm=225N额定寿命L(rev)L=(CaFm)3/x106/探讨的型号动额定负荷额定寿命WTF2040-254004.1X109/WTF2040-366007.47X109/WTF3060-2118004.27X1010/WTF2040-3145007.93X1010/4、每分钟平均转数每分钟往返次数n=8min-1/行程ls=1000mm导程：Ph=40mmNm=2nls/Ph=400min-1/导程：Ph=60mmNm=2nls/Ph=267min-1/5、根据额定寿命计算工作寿命时间WTF2040-2额定寿命L=4.1X109/rev每分钟平均转数Nm=400min-1/Lh=L/60Nm=171000hWTF2040-3额定寿命L=7.47X109/rev每分钟平均转数Nm=400min-1/Lh=L/60Nm=311000hWTF2040-2额定寿命L=4.27X1010/rev每分钟平均转数Nm=267min-1/Lh=L/60Nm=2670000hWTF2040-2额定寿命L=7.93X1010/rev每分钟平均转数Nm=267min-1/Lh=L/60Nm=4950000h6、根据额定寿命计算运行距离寿命WTF2040-2额定寿命L=4.1x109/rev导程Ph=40mmLs=LXPhX10-6/=164000kmWTF2040-3额定寿命L=7.47x109/rev导程Ph=40mmLs=LXPhX10-6/=298800kmWTF3060-2额定寿命L=4.27x1010/rev导程Ph=60mmLs=LXPhX10-6/=164000kmWTF3060-3额定寿命L=7.93x1010/rev导程Ph=60mmLs=LXPhX10-6/=4758000km由上可知，能满足希望寿命时间30000小时，可选择以下型号。WTF2040-2WTF2040-3WTF3060-2WTF3060-3三、定位精度的探讨1、导程精度的探讨A15-66上导程精度和轴向间隙（予压）的选择项中，选择了精度等级C7。C7（运行距离误差：0.05mm/300mm）2、轴向间隙（予压)的探讨从一个方向进行定位时，轴向间隙予压不影响精度，所以不需要探求。WTF2040:轴线间隙0.1mmWTF3060：轴向间隙0.14mm3、刚性的探讨作为选择条件，不包括刚性的规格，切对此没有特别要求，在此省略。4、轴向刚性的探讨因负荷方向不发生变化，所以不需要根据轴向刚性来探讨定位精度。5、因发热而引起的热变形的探讨。假设在使用过程中，温度上升5。因温度而引起的定位误差如下。l=xtxl=0.06mm6、运行中姿势变化的探讨因滚珠丝杠中心到需要精度的位置相距150mm，所以有必要对运行中的姿态变化进行探讨。根据构造假设垂直公差在10s以下，因垂直公差而引起的定位公差为：a=lxsin=0.07mm由此可知，定位精度（P）如下:P=0.05X1000/3000.007+0.06=0.234mm根据上述在A15-66上导程精度和轴向间隙（予压）的选择A15-75上定位精度的探讨的探讨中可知，能满足选择条件的是WTF2040-2,WTF2040-3,WTF3060-2和WTF3060-3型，因此选择最小型的WTF2040-2型。四、旋转扭矩的探讨由外部负荷引起的摩擦扭矩摩擦扭矩如下：T1=FaPh/2A=120Nmm由滚珠丝杠予压引起的扭矩对滚珠丝杠没有施加预压。加速时所需要的扭矩惯性力矩每单位长度的丝杠轴惯性扭矩为1.23x10-3/kgcm2/mm（参照尺寸表），则丝杠轴全长1200mm的惯性力矩如下：Js=1.23x10-3/x1200=1.48kgcm2/=1.48x10-4/kgm2/J=(m1+m2)(Ph/2)2/A2/X10-6/+JsA2/=3.39X10-3/kgm2/角速度：W=2Nm/60t1=1050rad/s2/根据上述，加速所需要的扭矩如下:T2=(J+Jm)xW=4.61Nm=4.61x103/Nmm因此，所需扭矩如下：加速时Tk=t1+t2=4730Nmm等速时Tt=T1=120Nmm减速时Tg=t1-t2=4490Nmm五、驱动马达的探讨旋转速度滚珠丝杠的导程根据马达的额定转速进行选择，所以没有必要探讨马达的转速。最高使用转速：1500min-1/马达额定转速：3000min-1/最小进给量和转速一样，选择滚珠丝杠的导程一般根据AC伺服马达所使用的角度测试已经行因此没有必要探讨角度测试的分辨率：1000p/rev2倍增：2000p/rev马达扭矩在A15-76上的旋转扭矩的探讨中计算加速时所产生的扭矩成为所需的最大扭矩。Tmax=4730Nmm因此AC伺服马达的瞬间最大扭矩必须在4730Nmm以上。扭矩的有效值综合选择条件和在A15-76上旋转扭矩的探讨中计算出扭矩。加速时Tk=4730Nmt1=0.15s等速时Tt=120Nmt2=0.85s减速时T9=4490Nmt3=0.15s停止时Ts=0Nmt4=2.6s扭矩的有效值如下，马达的额定扭矩必须为1305Nmm以上Trms=Tk2/t1+Tt2/t2+Tg2/t3+Ts2/t4t1+t2+t3+t4=1305Nmm惯性力矩作用与马达上的惯性力矩，A15-76上的旋转扭矩的探讨中已经计算了。J=3.39X10-3/kgm2/尽管因马达厂家的不同有所差异，通常马达有必要作用在马达上惯性力矩的1/10以上的惯性力矩。因此，AC伺服马达的惯性力矩必须为3.39x10-4/kgm2/以上。到此选择完毕。
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