毕业论文-FEEDER传动结构设计分析

FEEDER 传动结构设计分析 I 摘 要 FEEDER 又称玻璃对位索引机，用于玻璃基板的传送，由于液晶显示器与触摸屏等平板显示电子产品已广泛的应用在世界的各个领域， 尤其是近几年得到迅猛发展，产量随着需求而快速增长，为适应规模生产，液晶显示器与触摸屏的加工设备多为自动化程度较高的光机电一体化设备。为了实现更快速的实际生产，需要对原材料即玻璃基板采用自动化的传送设备， 因此本论文来研究传递玻璃基板的升降机构，快速实现玻璃的供应需求，加速液晶显示器与触摸屏等平板显示产品的生产。这将为我们进一步的以升降机构形式来投入到更多实际生产中去打下良好基础。 关键词： 液晶，升降机构，玻璃，供料 FEEDER 传动结构设计分析 II Abstract FEEDER used in glass contrapuntal index machine glass substrates, because the transmission with touch screen LCD flat-panel displays electronic products such as already extensively in all areas of the world, especially in recent years rapid development, the output as demand and rapid growth, and in order to adapt to the scale of production, LCD monitor and touch screen processing equipment for more higher automatic optic-mechanical integration equipment. In order to realize the actual production more quickly on raw material namely, need glass substrates adopts automated transmission equipment, so this thesis research delivers the lifting mechanism glass substrates, fast realization of glass supply demand, accelerate with touch screen LCD flat-panel displays such as the production of products. This will give us further to lifting mechanism form to into more practical production to lay the good foundation. Key words： LCD， Lifting mechanism， glass， feedFEEDER 传动结构设计分析 III 目 录 第一章 前言 .1 1.1设计目标.1 1.2设计思路.1 1.3设计要求.2 1.4国内外发展现状.2 1.4.1 国外发展情况 .2 1.4.2 国内发展情况 .3 1.5 升降装置理论研究发展状况. .4 1.5.1 悬臂式升降设备 .4 1.5.2 框架式升降设备 .5 1.5.3 水平驱动剪叉式升降设备 .6 1.6 现有升降装置类型介绍. .7 1.7 升降装置安全措施. .9 第二章 FEEDER 传动方案设计 .10 2.1 FEEDER传输要求.10 2.2 FEEDER结构设计.11 2.3 FEEDER工作原理.12 第三章 理论分析及零部件选用 .13 3.1丝杠选用.13 3.1.1 丝杠长度 .13 3.1.2 导程 .13 3.1.3 丝杠直径 .14 3.1.4 丝杠支撑方式 .15 3.1.5 容许轴向负载 .15 3.1.6 容许转速 .16 3.1.7 回转扭矩 .17 3.1.8 电动机扭矩 .18 3.2电动机选用.19 FEEDER 传动结构设计分析 IV 3.2.1 电动机选用一般规则 .19 3.2.2 选用电动机 .20 3.3减速器选用.23 3.3.1 减速器型号 .23 3.3.2 选用减速器 .23 3.4导轨选用.25 3.4.1 导轨形式 .25 3.4.2 滚动导轨工作原理 .25 3.4.3 选用导轨 .26 第四章 建模及仿真 .32 4.1 三维软件. .32 4.2 三维模型. .32 第五章 结论与展望 .38 参考文献 .39 致 谢 .41 声 明 .42 FEEDER 传动结构设计分析 1 第一章 前 言 11 设计目标 液晶显示是当代持续发展速度最快的产业之一。 液晶显示产业面对的市场核心也是如此。 市场对液晶显示的需求和各类显示器件与液晶显示的竞争是液晶显示发展的最大动力，决定并主导了液晶显示的发展趋势。市场对液晶显示的需求，一句话，不断扩大。这是有目共睹的，特别是个人便携式产品的发展，例如，移动通信产业的迅速发展，为液晶显示的发展注入了动力。市场需求的扩大，将决定了液晶显示持续发展的基本态势。 液晶显示器、触摸屏等平板显示电子产品已广泛的应用在世界的各个领域1，尤其 是近几年得到迅猛发展，产量随着需求而快速增长。为适应规模生产，液晶显示器与触摸屏的加工设备多为自动化程度较高的光机电一体化设备。 液晶显示器与触摸屏是由平板玻璃作为基板， 在生产过程中都会有玻璃基板的传送过程，因此就需要有传送设备来实现，但传递的方式多种多样，本课题需要解决的是设计一种特定传递一种专用机构 FEEDER，又称为玻璃对位索引机，其功能是完成玻璃基板的升降动作及传输动作。玻璃基板水平放置在栏具上，然后由升降机构将其升起或下降，然后再将玻璃基板传输出去。通过这样一套设备可以有效地缩短基板传输的过程，全程将自动化运输，为大批量生产的液晶显示器、触摸屏等平板显示电子产品打好“战前”的准备。 12 设计思路 目前的升降机构大多数采用液压升降2， 液压承载能力大， 提升重量到高度强，但精确性不够。由于本研究课题不需这样的要求，所以本课题设计研究的主要思路就是通过电动机与丝杠连接实现螺旋式升降，这样可以节省人力物力，而且也能精确的完成机械的自由升降，实现物料的运输，更好的使用升降机。所以课题思路是通过电动机与换向减速器与丝杠连接，使工作台在导轨上实现精确的自由升降。 要想实现本课题的设计内容，必须要解决升降系统和驱动系统，由于在螺杆升降的前提下，需要提升较重的玻璃基板到指定高度，并且需要精确的停在所需的位置，防止玻璃基板在升降过程中出现破损。所以想要正常的、自由的、精确的旋转，FEEDER 传动结构设计分析 2 就必须需要一个可靠的驱动系统，因此驱动系统采用电动机驱动，因为它有很多优点，可以根据工作台的承重能力的大小来调节电动机的转速，可以获得想要的理想转速。 目前国内外普遍采用的是滑动螺母丝杠升降台， 普通滑动螺母丝杠的特点是可以根据需要设计成自锁，这对载物升降台是很好的优点，但它在设计成自锁的情况下机械效率很低，最大理论上可达到40%，由于其他的原因，实际可能达到的机械效率只有 20%30%。滚珠丝杠传动具有传动效率高的特点，传动机械效率高达90%98%，是传统的滑动丝杠系统的 24 倍，并且具有较高的定位精度和重复定位精度，运动平稳，高耐磨性3。 滚动直线导轨副凭借其运动阻力小、低能位精度高、维护性好等特点，已经逐步取代了滑动导轨的主导地位， 广泛应用于各类机电产品中， 特别是在速度、 精度、维护性、可靠性等要求较高的装置中使用，更能显示其独特的优越性。 13 设计要求 1. 玻璃基板重量：640kg（40块） 。 2. 栏具空载重量：500kg。 3. 行程高度：1600mm。 4. 最大速度：12m/min。 14 国内外发展现状 1.4.1 国外发展情况 目前国内外施工升降机的传动装置大部分由电 动机机械减速器组成，瑞典Alimak 公司生产的施工升降机一般采用电动机蜗轮蜗杆减速器的传动如图 1-1所示。英国的 Tumac 公司的施工升降机则采用了电机两级齿轮减速器传动如图1-2所示。日本的菱野公司的HCE500C型施工升降机的传动装置结构与Tumac公司相同，但其性能较差，尤其是上升启动时，冲击很大，国内很少使用这种机型4。 随着液压技术的发展，国外也出现了原动机（电动机或内燃机）液压（静压）的传动形式。液压传动系统主要是由电动机（或内燃机） 、轴向柱塞泵、轴向柱塞马达、冷却器、滤油器、油箱和若干阀组成5。所有的操作手柄、仪器仪表和指示灯都集中在一块控制板上，并作有功能标记。操作手柄能控制油泵的流量，改变液FEEDER 传动结构设计分析 3 压马达的速度。 液压马达和蜗轮减速器间配置了液压多盘制动器， 也是由液压控制，但能用人工释放：如果液压马达失效，借助于施工升降机内的操纵杆，施工升降机就能在自重的作用下，以一定的速度（如20m/min）下降，液压系统允许升降机缓慢滑下6。弱压传动具有无级变速、起制动平稳 的特点，它的运行速度可以高达96m/min。当使用内燃机作为动力时就可以不会受到电缆的约束，因此可以用于无电源地区和超层建筑物的施工与维修。Alimak公司的Scando Super32/40c,它的最大提升高度为250m，而Scando Mini CD则可以高达645m，是世界上迄今为止提升最高的机种。 图 1-1 结构示意图 图1-2 结构示意图 1.4.2 国内发展情况 国内目前传动装置的结构形式主要有两大类，一类为防 Alimak 的传动装置，它的结构和原理相同，不同的地方主要是选用的国产电机，如 SC80 型施工升降机和SF12型施工升降机，选用JZ2H型船用电机。由于船用电机的特性所决定，在速度大于30m/min的升降机中起制动时的振动和冲击较大，它的结构简单。为了节约成本，在一些货用施工升降机中还采用了ED型锥形转子制动电机，如SF10型施工升降机。另一类则选用附加涡流制动器调速和 JZR2(YER2)型绕线式起重电机等组成的传动装置7。采用此种传动方式具有起制动平稳的优点，并可获得较大的调速范围( 1:610 )，但其体积和重量较大，还得另配制动器和较大体积的电阻箱。 电动机特性的优劣是决定传动装置乃至整台施工升降机特性的重要因素。 国外一般采用 4 级尾部带制动器的电机，且一般跨国选用优质电动机。Alimak 公司为FEEDER 传动结构设计分析 4 研制适合升降机运行的专厂试制了YZE型施工升降机专用电机， 但性能能否适用还需要实践考验。 国内也有普通圆柱蜗杆减速器传动。 圆弧齿圆柱蜗杆传动是一种新型的传动装置，它在承载能力和动力特性方面都比普通的蜗杆传动好，并且效率比较高。平面二次包络弧面蜗杆传动也是一种新发展起来的蜗杆传动， 由于它是多齿接触和双触线接触，因此具有体积小、承载能力大的优点，它的输出功率约是普通蜗杆传动的3倍，效率可以达到0.9以上，寿命可提高4-5倍。因此近年来应用较广泛。由于行星齿轮减速器具有减速比大、传动效率高、重量轻、噪音小和寿命长等优点。预计这类减速器将进一步推广使用。用电机，以 ASEA 公司的标准产品为基础，在电机运行特性曲线、制动片磨损后的自动补偿等方面改进后生产了MBLRSI型电机，而ASEA公司仅向Alimak公司提供该型号电机，从而保证了传动装置机构简单、重量轻、运行平稳。而我国尚无施工升降机专用电机，近年来国内一些电机制造厂试制了YZE型施工升降机专用电机8。但性能能否适用还需要经过时间考验。 1.5 升降装置理论研究发展状况 1.5.1 悬臂式升降设备 可布置于室内或室外，地上或半地上。一般2-3层。进出口位置：下部出入或中部出入。升降驱动方式主要有： （1）环链葫芦：结构简单，成本低，但噪声高，已很少采用。 （2）电动葫芦：结构简单，成本适中，同环链葫芦提升一样，均为单点提升，载车板在运行过程中会左右晃动，不太平稳。 （3）链条双边驱动：结构较复杂，成本较高，运行平稳，且具有断链检测功能，已被广泛采用（如图 1-4 所示） 。主要由电机、小链轮、大链轮、主轴、提升链轮、提升链、配重构成。 （4）滚珠丝杠驱动：电机带动滚珠丝杠驱动载车板作升降工作。结构简单，成本较高，运行平稳性较链条驱动的差9。 （5）液压驱动：通过液压工作站为每个液压缸提供压力，由活塞杆将载车板提起以完成升降动作。结构紧凑，运行平稳，但维修费较高。 （6）一拖三（钢丝绳提升） ：上层车位以3个为一组，由1台电机通过卷筒、钢丝绳将3个载车板同时提起。当要从其中一个载车板上取车时，首先将其下面的FEEDER 传动结构设计分析 5 车位移开，留出空位，然后3个上车位同时下降，下降一段位移后，将旁边的2个载车板分别搁在下层车位的载车板托架上，再继续下降直至到达地面。与常规设计相比， 此种驱动方式节省了2台电机， 大大降低了车库的成本， 更具有市场竞争力。但是，此方案加大了动力消耗，延长了存取车时间，设备维护不方便。 1.电机 2.小链轮 3.大链轮 4.主轴 5.提升链轮 6.提升链 7.配重 图 1-3 悬臂式提升设备 1.5.2 框架式升降设备 可布置于室内或室外，地上或半地下。一般2-3层。进出口位置：下部出入或中部出入。升降驱动方式主要有： 链条提升：应用较广泛的一种提升方式，有多种类型，常见的有： 2根链条将载车板从侧面兜起， 外加2根链条来保持升降平衡。 主要由电机、小链轮、传动链、大链轮、主轴、提升链轮、提升链条、平衡链、载车板上的导向块构成。此结构运行平稳良好，但成本较高。另外，在相临车位之间均要设置载车FEEDER 传动结构设计分析 6 板导向立柱，这样严重影响了进出车的视野。此形式仅限用于2层设备。 链条 4 点吊起（配重式） ：由 4 根链条吊载车板上的 4 个点，链条的另一端悬挂一配重（如图 1-6 所示） 。主要由电机、小链轮、传动链、大链轮、配重块构成。与方案比较此结构运动平稳性较差，成本较高。 1.电机 2.小链轮 3.传动链 4.大链轮 5.主轴 6.提升链轮 7.提升链条 8.平衡链 9.载车板导向块 10.配重块 图 1-5 框架式提升设备 1.5.3 水平驱动剪叉式升降设备 水平驱动剪叉式升降设备采用的是螺旋式取料， 整机运行中利用螺旋叶片运动的连续性、定量性、和方向性10。将货物取出并提升、平输连成一条连贯的通道。上料机的结构原理图如图1-7所示。 1.矿车 2.滑块 3.光杆 4.丝杠螺母5.丝杠 6.连杆升降机构 7.竖螺旋 图 1-7 水平驱动剪叉式升降设备 FEEDER 传动结构设计分析 7 此型号上料机的工作过程为：取料头将货物从矿车1内取出，并送进竖螺旋7将物料提升至抛料桶，抛料桶将物料抛送至出料口处。随着矿车1内物料的减少，取料头会随着整机在升降装置6的作用下进行跟进， 已保证物料运送的连续性和稳定性。升降装置为双层结构，每一层的结构、运动特性和受力特点完全相同。 1.6 现有的升降装置的类型介绍 唐山专用汽车制造有限公司生产的一台升降平台机构，台面尺寸 2500mm5000mm、基础高度 1300mm、最大提升高 3000mm、承重 16000kg，带负载升降时采用无极调整高度、升降平稳，并且有可靠的自锁。采用传统四柱结构（如图1-8所示） ，单个多极升降立柱简图（如图1-9所示） 。每柱采用多极螺旋传动，通过电机、连轴器、传动轴、转向箱等将四柱的蜗杆连在一起，即保证了四柱同时升降，同时螺旋传动非常容易自锁，提高了升降平台的安全性11。 1, 多级升降柱 2,转向箱 3,电机 4,传动轴 5,联轴器 图 1-8 传统四柱结构 FEEDER 传动结构设计分析 8 1.一级丝杠 2.二级套筒3.一级套筒 4.基础套筒 5.涡轮 6.立轴 7.二级丝杠8.蜗杆 图 1-9 单个多级结构示意图 湖南株洲九方装备模具实业有限公司生产的电 机升降工作平台，主要由马鞍式框架式升降工作平台、侧升降台、梯子组成。马鞍式框架式升降工作台布置在长度方向的两端，三组侧升降台布置在中间12。整套电动升降工作平台在宽度方向对称的布置在两端，当马鞍式框架升降工作平台升到顶端时，用专用车沿轨道将地铁车推到工作台位中。 马鞍式框架升降工作平台的端部走道板可在两侧板间导轨上电动移动，两端部走道总成可根据不同长度的车型进行调整。所有升降台的升降及端部走道板的水平方向的移动均可由操作人员在台上台下控制。 整套电动升降台安装了4个楼梯(中间的楼梯为两侧各1个)， 以方便设备出现故障时操作人员能从上面下来。升降工作台升降运行时有电铃声响警示。整套设备布置如图1-10所示。 FEEDER 传动结构设计分析 9 图 1-10 整套设备示意图 1.7 升降装置安全措施 升降机械需要将人或物提升到高空作业，一旦发生机械或控制系统故障，会使人或重物突然从高空快速降落，将造成人员或设备的伤亡或损坏，其系统的安全问题是设计的关键13。 丝杠传动升降机械的设计中，为了提高设备运行的安全性能，可采取多项保护措施，从设计上确保设备安全运行。 （1）设计磨损标志线 规定维护人员定期检查丝杠螺母的磨损程度，预防螺母过度磨损后仍超期使用。 （2）设计电器保护装置 如果主螺母磨损达到规定尺寸，产生电器联动，断开电机电源，同时发生报警信号，等待检修。 （3）设计机械限位 当意外发生时，机械限位可以阻止或减缓降落的速度，或限制最低降落位置。 （4）设计副螺母作保护螺母 当前 2 项保护措施未发挥作用时，一旦发生主螺母螺纹脱扣，副螺母可替代主螺母工作14。 FEEDER 传动结构设计分析 10 第二章 FEEDER 传动方案设计 2.1 FEEDER 传输要求 FEEDER 的中文含义是玻璃对位索引机,顾名思义它的作用是用于玻璃的传送,因此 FEEDER 属于传送机构。所要传送的玻璃是用于液晶屏的制作，因此作为基板需要实现很小的厚度，由于玻璃本身具有易碎的特点，因此在传送的过程中需要很小心的保护，否则将破坏玻璃。大尺寸的玻璃需要装在特定的容器里，减少振动使之平稳的运行。传动方式为上下升降传动。 由于液晶显示器与触摸屏等平板显示 电子产品的制造需要在颗粒物很少的净房内进行制造，所以 FEEDER 设备是在室内进行传送，并且与之配合的设备也是在室内进行，高度的选定根据设计的要求而定，所有的传输设备需要在特定的传输线上确定，整体的传输线如图2-1所示。 图 2-1 整体传输线 FEEDER 传动结构设计分析 11 2.2 FEEDER 结构设计 为了实现 FEEDER的升降功能， 方案结构草图如图2-2所示立柱安放在底座上，电动机转动通过联轴器带动减速器，减速器也通过联轴器连接丝杠，丝杠上通过螺母带动工作平台在导轨上实现升降动作（导轨在立柱两侧安装未画出） 。传动方案简图如图2-3所示。 图2-2 FEEDER 设计方案结构简图 FEEDER 传动结构设计分析 12 图 2-3 传动方案结构简图 2.3 FEEDER 工作原理 FEEDER 的工作原理是作为制作液晶显示屏的玻璃基板放在特定的栏具中， 栏具放于设备机架的工作台上， 电动机带动滚珠丝杠传动实现工作台带着玻璃栏具在竖直方向上作直线运动，在达到相对应传输设备的高度时停止，玻璃基板被其它传输设备传输出去，当所有的玻璃基板传送完毕之后，工作台带动玻璃栏具下降到初始位置，重复以上过程。 FEEDER 传动结构设计分析 13 第三章 理论分析及零部件选用 3.1 丝杠选用 （1）选用THK公司生产的TS系列滚珠丝杠。 （2）丝杠的型号如图3-1所示 图 3-1 丝杠型号表示 3.1.1 丝杠长度 假设螺母取100mm，丝杠的端部长100mm，行程高度是1600mm，故 1600+100+100=1800mm 根据机架立柱的高度， 取丝杠长度为2200mm。 3.1.2 导程 设定驱动马达的额定转速为2000r/min， 最高速度是12m/min,所以滚珠丝杠的导程为： mm62000100012=因此，导程必须选用6mm以上。 选用导程为10mm。 所以滚珠丝杠的导程选定为10mm。 FEEDER 传动结构设计分析 14 3.1.3 丝杠直径 根据导程10mm的滚珠丝杠选用如下所示 丝杠外径 导程mm15 10 20 10 25 10 32 10 36 10 40 10 根据上面，选用丝杠直径为40mm，导程为10mm。 再根据表3-1所示 表 3-1 丝杠型号参数 公称型号 丝杠外径mm 导程mm 滚珠 直径mm 丝杠沟槽谷径mm 基本额定 载荷 KN 刚性N/ m 丝杠惯性矩kg cm2/mm TS1208 12 8 12.65 9.7 3.8 6.8 108 41060.1 TS1405 14 5 14.5 11.2 5.0 11.4 116 41096.2 TS1605 16 5 16.75 13.5 5.4 13.3 130 41005.5 TS1808 18 8 19.3 14.4 13.1 31.0 210 41009.8 TS2010 20 10 21.25 16.4 10.6 25.1 160 31023.1 TS2505 25 5 25.5 22.2 6.7 20.8 180 31001.3 TS2860 28 6 28.5 25.2 7 23.4 200 31074.4 TS3210 32 10 33.75 27.2 36 107.5 490 31008.8 TS3610 36 10 37 30.5 37.8 118.7 530 21029.1 TS4010 40 10 41.75 35.2 40.3 134.9 590 21097.1 TS5016 50 16 52.7 42.9 93.8 315.2 930 21082.4 选择丝杠型号为TS4010。 FEEDER 传动结构设计分析 15 3.1.4 丝杠支撑方式 因使用长度为2200mm，最高转速为12m/min(滚珠丝杠转速：1200r/min),所以丝杠的支撑方式选用固定支撑方式。 3.1.5 容许轴向负载 计算最大轴向负载 导向面的阻力 f=20N 工作台质量 m1=60kg 玻璃基板重量 m2=640kg 栏具重量 m3=500kg 最高速度 Vmax=12m/min 加速时间 t1=0.2s g=9.8N/kg 所以： 加速度 21max/1 smtV= 上升加速时 += ）（3213211mg)( mmfmmmFa =12980 N 上升等速时 fmmmFa += g)(3212=11780 N 上升减速时 += ）（3213213mg)( mmfmmmFa =10580 N 下降加速时 += ）（3213214mg)( mmfmmmFa =10540 N 下降等速时 fmmmFa += g)(3215FEEDER 传动结构设计分析 16 =11740 N 下降减速时 += ）（3213216mg)( mmfmmmFa =12940 N 根据上述，作用于滚珠丝杠的最大轴向负荷为： 1maxFaFa = =12980 N 计算丝杠的压曲负荷 安装系数 0.201= 安装间距 mmla2100= （推算） 丝杠沟槽谷径 mmd 2.351= 42411110=aldP 4241021002.350.20 = =69624 N 丝杠的容许压缩拉伸负荷为： 22122.35116116 = dP =143728 N 由此可见，丝杠的压曲负荷与容许压缩拉伸负荷在使用上不存在问题。 3.1.6 容许转速 最高转速 丝杠直径40mm ，导程10mm 最高速度 Vmax=12m/min 导程 mml 10= min/1200103maxmaxrlVN = 由丝杠的临界速度所决定的容许转速 安装系数 1.151= 72721111021002.351.1510 =aldN FEEDER 传动结构设计分析 17 =1205r/min 有上述可知，能够满足丝杠的临界速度。 3.1.7 回转扭矩 （1）由外部负荷引起的扭矩 上升加速时 =211lFaT = mmN =229659.021012980同理可得： 上升等速时 mmNT = 208422上升减速时 mmNT =187183下降加速时 mmNT =186484下降等速时 mmNT = 207715下降减速时 mmNT = 228946（2）由滚珠丝杠的预压产生的扭矩 因为没有对滚珠丝杠施加预压，所以不产生扭矩。 （3）加速所需要的扭矩 惯性矩 每单位长度的惯性矩是： mmcmkg /1097.122，那么丝杠全长 2200mm 的惯性矩为： 224322001097.1 cmkgJs=221043.0 mkg2622321102)( AJAlmmmJs+=2210734.0 mkgFEEDER 传动结构设计分析 18 角加速度： sradtN/2302.06012002602= 根据上述，加速所需要的扭矩为： = JT7= 23010734.02= mN 68.1 = mmN 1680 因此，所需扭矩为： 上升加速时 mmNTTTk=+=+= 24645168022965711上升等速时 mmNTTt= 2084221上升减速时 mmNTTTg= 17038168018718731同理可得 下降加速时 mmNTk= 203982下降等速时 mmNTt= 207712下降减速时 mmNTg= 2121423.1.8 电动机扭矩 计算加速时所产生的扭矩成为所需的最大扭矩。 mmNTTk= 246451max因此，AC伺服电动机的瞬间最大扭矩必须在24645Nmm以上。 FEEDER 传动结构设计分析 19 惯性矩 作用于电动机上的惯性矩为 0.7341022mkg。通常电动机有必要具有作用在电动机上惯性矩的1/10以上的惯性矩15。 所以，AC伺服电动机的惯性矩必须在0.7341023mkg以上。 综上所述，选用丝杠的型号为TS4010+2200L，丝杠实物图如图3-2所示。 图3-2 丝杠 3.2 电动机的选用 电动机是已经系列化的产品，在产品的设计中，要根据工作载荷大小及性质、转速高低、起动特性、过载情况、工作环境、安装要求及空间尺寸限制和经济性等要求，从产品目录中选用电动机的类型、结构型式、容量（功率）和转速，最后确定具体型号16。 3.2.1 电动机选用的一般规则 （1） 在选用电动机类型时要根据工作机的要求来选取，不需要调速的机械包括长期工作制，短期工作制和反复短期工作机械，应采用异步电动机。负荷平稳但无特殊要求的长期工作制机械，应首先采用鼠笼式异步电动机17。常周期性波动负荷的长期工作机械，在带飞轮和启动条件沉重时，应采用绕线式异步电动机。某些反复短期工作制机械，当选用交流电动机，在发热，启动制动特性，调速等方面不能满足需要或技术经济指标过低时，应采用直流电动机。带周期性性冲击负荷的机械，应采用直流电动机。可采用同步电动机。需要连续调速的机械，是调速要求采用交流电动机或直流电动机调速系统，应首先考虑交流电动机调速。 FEEDER 传动结构设计分析 20 （2） 电动机的结构有开启式，防护式，封闭式和防燥式等，可根据防护要求及环境进行选用。同一类型的电动机又具有几种安装模式，可根据不同的安装要求进行选用。 （3） 选用电动机的类型，除满足工作机械的要求外，还须满足电网的要求，如启动时能满足电网电压水准，保持功率因数在合理的范围内。 （4） 电动机功率应由适当的备用容量，如采用的额定功率小于工作及要求的功率，则不能保证工作机正常工作，甚至因长期过载而使电动机过早的损坏，如采用的额定功率比工作机要求的功率大得多， 则因容量本能的充分利用而造成成本提高，同时电动机价格升高。通常对在变载荷作用下，长期稳定连续运行的机械，所选用的电动机额定功率应稍大于工作机的功率。 3.2.2 选用电动机 （1）选用三菱公司 HC 系列电动机。 （2）电动机的型号如图3-3所示 图 3-3 电动机型号表示 FEEDER 传动结构设计分析 21 （3）电机的选用 选用电动机容量时应保证电动机的额定功率 Ped等于或稍大于工作机所需的电动机功率 Pd，即18Ped Pd工作机所需电动机功率为 wdPP = kw 式中 WP 工作机所需功率，指输入工作机的功率，kw； 由电动机至工作机的总效率。 工作机械所需工作功率WP 可根据工作机械的工作阻力和运动参数进行计算。 1000FvPw= kw 或 9550TnwPw= kw 式中 F工作机的工作阻力，N； v工作机的线速度，m/s； T工作机的阻力矩，Nm； nw工作机的转速。 传动装置的总效率 可按下式计算 n =321式中 n ,.,21。分别为传动链中各运动副的效率。 计算电动机功率 工作台质量 m1=60kg 玻璃基板重量 m2=640kg 栏具重量 m3=500kg 最高速度 Vmax=12m/min=0.2m/s g=9.8N/kg 升降机的最大拉力 NgmmmF 117608.9)50064060()(321=+=+= 升降机总效率 FEEDER 传动结构设计分析 22 丝杠传动效率 95.01= ，联轴器传动效率 99.02= ，减速器传动效率 98.03= 9.098.099.099.095.0 = 所需电动机功率为 61.29.010002.0117601000=VFPdkw 因为载荷平稳， 电动机额定功率 Ped大于 Pd。 所以选定电动机额定功率 Ped为3.5 kw。额定转速选为 2000r/min。电机型号为 HC-SFS352B,参数见表 3-2 所示，电机实物图如图3-4所示。 3-2 电机型号参数 HC-SFS352B 额定功率 (kW) 3.5 额定转速 (r/min) 2000 额定转矩 (N/m) 25.7 瞬时速度 (r/min) 2875 最大转速 (r/min) 2500 最大转矩 (N/m) 50.1 转动惯量 ( 10-4kgm2) 82.0 图 3-4 电机实物图 FEEDER 传动结构设计分析 23 3.3 减速器选用 3.3.1 减速器型号 （1）选用GTR公司生产的减速器。 （2）减速器型号如图3-5所示 图 3-5 减速器型号表示 3.3.2 选用减速器 负载扭矩 maxT =24645 Nmm=24.645 Nm X轴转动速度 2000r/min 速比 1:2 工作时间 12小时/天 连接方式 X、Y轴为联轴器连接 安装方式与位置 室内水平安装 表 3-3 服务系数（Sf） 服务系数 3H 以下 /日运转 310H/日运转 10H/日运转 均衡负荷 1（ 1） 1（ 1.25） 1.25(1.50) 轻微冲击负荷 1（ 1.25） 1.25（ 1.50） 1.50(1.75) 重冲击负荷 1.25（ 1.50） 1.50（ 1.75） 1.75(2.00) FEEDER 传动结构设计分析 24 （1）扭矩的设定 根据负载状态不同服务系数在表3-3中所示，根据条件取Sf=1.50 因此修正的负载扭矩为： mNTLE= 9675.3650.1645.24 （2）选用减速器 表 3-4 减速器参数 为满足以上条件，根据表3-4中减速器参数所示，选用型号为KNB-252的减速器，减速器实物图如图3-6所示。 图3-6 减速器 “ X”轴转动速度（ r/min） 型号 规格 200 300 400 600 900 1200 1500 1800 2500 3600容许传达容量 （kw） 0.90 1.341.782.674.005.306.337.50 7.50 容许Y轴扭矩（Nm） 85.3 85.384.384.384.384.380.479.4 56.8 容许X轴O.H.L.（N） 3920 3920372036303530323027402250 1670 KNB-252 KNC-252 容许Y轴O.H.L.（N） 4120 4020392038203720343030402650 2350 FEEDER 传动结构设计分析 25 3.4 导轨选用 导轨主要用来支承和引导运动部件沿一定轨迹运动。 进给导轨主要完成进给运动，导轨的选用直接影响机床等设备的加工质量。导轨必须具有良好的导向精度，良好的耐磨性。耐磨性直接影响设备的精度保持性。导轨应具有良好的刚度，刚度不好，导轨容易变形。导轨还应具有低速的平稳性19。 3.4.1 导轨形式 导轨可分为滑动导轨、动压导轨、静压导轨和滚动导轨。 （1）滑动导轨 滑动导轨具有摩擦系数大、磨损快、使用寿命短、低速易产生爬行等缺点。但结构简单，工艺性好，便于保持精度和刚度。 （2）动压导轨 借助于导轨面之间的相对运动，形成压力油膜而将运动部件浮起。两个导轨面隔开，形成液体摩擦，提高了导轨的耐磨性。 （3）静压导轨 静压导轨是具有一定压力的油膜，经节流器输送到导轨面上的油枪中，形成承载油膜，将相互接触的导轨面隔开，实现液体摩擦。这种导轨的摩擦系数小，导轨的导向精度高，吸振性好，在低速下不易产生爬行。但结构复杂，且需备置一套供油系统，成本高。 （4）滚动导轨 滚动导轨运动阻力小，灵敏度高，定位精度高，牵引力小，移动方便，磨损小，维护性好等特点，但抗振性较差，结构复杂，成本高。 综上分析，根据 FEEDER 升降机构的要求，本设备选用滚动直线导轨。 3.4.2 滚动导轨工作原理 滚动直线导轨副主要由导轨 、滑块 、滚动体 、保持器和端盖五大部分组成20，其结构图如图 3-7 所示。导轨为支承部件，安装于工作机上；滑块作为移动部件，安装于导轨部件上；滚动体放置在轨道外侧轨道面与滑块内侧轨道面之间，保持器安装于各滚动体之间，等间距地隔开各滚动体；端盖则位于滑块的两端，起到防尘去屑的作用。工作中，滑块沿导轨做往复的直线运动，位于导轨外侧两轨道面FEEDER 传动结构设计分析 26 与滑块内侧轨道面之间的滚动体在保持器的维持下 ，在滚道内进行连续的循环运动，从而使滑块与导轨之间通过滚珠的纯滚动来实现滑块与导轨间的相对运动。滚动直线导轨副是一种新型的作相对往复直线运动的滚动支承， 以导轨和滑块间的滚动体滚动来避免导轨与滑块的直接接触，以滚动磨擦代替了滑动磨擦。滚动直线导轨的摩擦系数为滑动导轨的1/5左右，这不仅可以提高滑块的运动速度、保证了滑块的运动精度，同时还延长了滚动直线导轨副使用寿命21。 图 3-7 滚动直线导轨副结构图 3.4.3 选用导轨 图 3-8 导轨的型号表示 FEEDER 传动结构设计分析 27 （1）选用日本THK公司生产的HSR系列导轨。 （2）HSR系列导轨的型号如图3-8所示 （3）导轨的选用 工作台质量 m1=60kg 玻璃基板重量 m2=640kg 栏具重量 m3=500kg 滑块间距 l1=270mm 工作台到丝杠的间距 l2=330mm 丝母与丝杠的间距 l3=100mm 栏具与丝杠的间距 l4=990mm 1）上升时滑块的径向负载大小nPu 143213112)(2 llgmmllgmPu+= =+20590 N 143213122)(2 llgmmllgmPu+= =-20590 N 143213132)(2 llgmmllgmPu+= =-20590 N 143213142)(2 llgmmllgmPu+= =+20590 N 上升时滑块的横向负载大小nPtu 1232112)(llgmmmPtu+= =+7187 N 1232122)(llgmmmPtu+= =-7187 N 1232132)(llgmmmPtu+= =-7187 N 1232142)(llgmmmPtu+= FEEDER 传动结构设计分析 28 =+7187 N 2)下降时滑块的径向负载大小nPd 143213112)(2 llgmmllgmPd+= =+20590 N 143213122)(2 llgmmllgmPd+= =-20590 N 143213132)(2 llgmmllgmPd+= =-20590 N 143213142)(2 llgmmllgmPd+= =+20590 N 3)下降时滑块的横向负载大小nPtd 1232112)(llgmmmPtd+= =+7187 N 1232122)(llgmmmPtd+= =-7187 N 1232132)(llgmmmPtd+= =-7187 N 1232142)(llgmm