超声电机行星减速器促动器的设计（全套含CAD图纸及三维模型）
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步进电机 步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。 工作原理 步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路， 将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器 虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机在常规下使用。它必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。因此用好步进电机却非易事，它涉及到机械、电机、电子及计算机等许多专业知识。 步进电机作为执行元件，是机电一体化的关键产品之一 , 广泛应用在各种自动化控制系统中。随着微电子和计算机技术的发展，步进电机的需求量与日俱增，在各个国民 经济领域都有应用。 分类 现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（ 永磁式步进电机（ 混合式步进电机（ 单相式步进电机等。 永磁式步进电机 永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为 或 15度； 永磁式步进电动机输出力矩大，动态性能好，但步距角大。 反应式步进电机 反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为 ，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 反应式步进电动机结构简 单，生产成本低，步距角小；但动态性能差。 混合式步进电机 混合式步进电动机综合了反应式、永磁式步进电动机两者的优点，它的步距 角小，出力大，动态性能好，是目前性能最高的步进电动机。它有时也称作永磁感应子式步进电动机。它又分为两相和五相：两相步进角一般为 种步进电机的应用最为广泛。 变频器对步进电机的节能改造 三相步进电机专用变频器特点： 1低频转矩输出 180% ，低频运行特性良好 00控制高速电机 过压、欠压 、过载 )瞬间停电再起动 速、动转中失速防止等保护功能 证系统的稳定性和精确性 出接口和控制方式，通用性强 品稳定度高 保品质的高质量 基本原理 通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也 随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。 反应式步进电机 由于反应式步进电机工作原理比较简单。下面叙述三相反应式步进电机原理。 1、结构： 电机转子均匀分布着很多小齿，定子齿有三个励磁绕阻，其几何轴线依次分别与转子齿轴线错开。 1/3 、 2/3 ,（相邻两转子齿轴线间的距离为齿距以 表示），即 A 与齿 1相对齐， 向右错开 1/3 ， 向右错开2/3 ， A与齿 5相对齐，（ A就是 A，齿 5就是齿 1）下面是定转子的展开图： 2、旋转： 如 A 相通电， B， 于磁场作用，齿 1与 转子不受任何力以下均同）。 如 A， 2应与 时转子向右移过 1/3 ，此时齿 3与 ，齿 4与 ）=2/3 。 如 A， 3应与 时转子又向右移过1/3 ，此时齿 4与 A 偏移为 1/3 对齐。 如 B， 4与 子 又向右移过 1/3 这样经过 A、 B、 C、 4（即齿 1 前一齿）移到 机转子向右转过一个齿距，如果不断地按 A， B， C， A通电，电机就每步（每脉冲） 1/3 ,向右旋转。如按 A， C， B， A通电，电机就反转。 由此可见：电机的位置和速度由导电次数（脉冲数）和频率成一一对应关系。而方向由导电顺序决定。 不过，出于对力矩、平稳、噪音及减少角度等方面考虑。往往采用 样将原来每步 1/3 改变为 1/6 。甚至于通过二相电流不同的组合，使其 1/3 变为 1/12 ， 1/24 ，这就是电机细分驱动的基本理论依据。 不难推出：电机定子上有 轴线分别与转子齿轴线偏移 1/m,2/m (m,1。并且导电按一定的相序电机就能正反转被控制 这是旋转的物理条件。只要符合这一条件我们理论上可以制造任何相的步进电机，出于成本等多方面考虑，市场上一般以二、三、四、五相为多。 3、力矩： 电机一旦通电，在定转子间将产生磁场（磁通量）当转子与定子错开一定角度产生力 正比 S 其磁通量 = 磁密，*D* I/R N 流乘匝数） 力矩 =力 *半径 力矩与电机有效体积 *安匝数 *磁密 成正比（只考虑线性状态） 因此，电机有效体积越大，励磁安匝数越大，定转子间气隙越小，电机力矩越大，反之亦然。 感应子式步进电机 1、特点 感应子式与传统的反应式相比，结构上转子加有永磁体，以提供软磁材料的工作点，而定子激磁只需提供变化的磁场而不必提供磁材料工作点的耗能，因此该电机效率高，电流小，发热低。因永磁体的存在，该电机具有较强的反电势，其 自身阻尼作用比较好，使其在运转过程中比较平稳、噪音低、低频振动小。 感应子式某种程度上可以看作是低速同步的电机。一个四相电机可以作四相运行，也可以作二相运行。（必须采用双极电压驱动），而反应式电机则不能如此。例如：四相，八相运行（ 全可以采用二相八拍运行方式 =,D=. 一个二相电机的内部绕组与四相电机完全一致，小功率电机一般直接接为二相，而功率大一点的电机，为了方便使用，灵活改变电机的动态特点，往往将其外部接线为八根引线（四相），这样使用时，既 可以作四相电机使用，可以作二相电机绕组串联或并联使用。 2、分类 感应子式电机以相数可分为：二相电机、三相电机、四相电机、五相电机等。以机座号（电机外径）可分为： 42 576110国际标准），而像 7090130 3、步进电机的静态指标术语 相数： 产生不同对极 N、 用 拍数：完成一个磁场周期性变化所需脉冲数或导电状态用 指电机转过一个齿距角所需脉冲数，以四相电机 为例，有四相四拍运行方式即 相八拍运行方式即 步距角：对应一个脉冲信号，电机转子转过的角位移用表示。 =360度（转子齿数 J*运行拍数），以常规二、四相，转子齿为 50齿电机为例。四拍运行时步距角为 =360 度 /（ 50*4） =称整步），八拍运行时步距角为 =360度 /（ 50*8） =称半步）。 定位转矩：电机在不通电状态下，电机转子自身的锁定力矩（由磁场齿形的谐波以及机械误差造成的） 静转矩：电机在额定静态电作 用下，电机不作旋转运动时，电机转轴的锁定力矩。此力矩是衡量电机体积（几何尺寸）的标准，与驱动电压及驱动电源等无关。 虽然静转矩与电磁激磁安匝数成正比，与定齿转子间的气隙有关，但过分采用减小气隙，增加激磁安匝来提高静力矩是不可取的，这样会造成电机的发热及机械噪音。 4、动态指标及术语： 1、步距角精度： 步进电机每转过一个步距角的实际值与理论值的误差。用百分比表示：误差 /步距角 *100%。不同运行拍数其值不同，四拍运行时应在 5%之内，八拍运行时应在 15%以内。 2、失步： 电机运转时运转的步数，不等于 理论上的步数。称之为失步。 3、失调角： 转子齿轴线偏移定子齿轴线的角度，电机运转必存在失调角，由失调角产生的误差，采用细分驱动是不能解决的。 4、最大空载起动频率： 电机在某种驱动形式、电压及额定电流下，在不加负载的情况下，能够直接起动的最大频率。 5、最大空载的运行频率： 电机在某种驱动形式，电压及额定电流下，电机不带负载的最高转速频率。 6、运行矩频特性： 电机在某种测试条件下测得运行中输出力矩与频率关系的曲线称为运行矩频特性，这是电机诸多动态曲线中最重要的，也是电机选择的根本依据。如下图所示 ： 其它特性还有惯频特性、起动频率特性等。 电机一旦选定，电机的静力矩确定，而动态力矩却不然，电机的动态力矩取决于电机运行时的平均电流（而非静态电流），平均电流越大，电机输出力矩越大，即电机的频率特性越硬。 如下图所示： 其中，曲线 3 电流最大、或电压最高 ;曲线 1电流最小、或电压最低，曲线与负载的交点为负载的最大速度点。 要使平均电流大，尽可能提高驱动电压，使采用小电感大电流的电机。 7、电机的共振点：步进电机均有固定的共振区域，二、四相感应子式的共 振区一般在 180间（步距角 在 400距角为 电机驱动电压越高，电机电流越大，负载越轻，电机体积越小，则共振区向上偏移，反之亦然，为使电机输出电矩大，不失步和整个系统的噪音降低，一般工作点均应偏移共振区较多。 8、电机正反转控制： 当电机绕组通电时序为 )时为正转，通电时序为 )时为反转。 步进电机的一些基本参数 电机固有步距角 它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如 86（表示半步工作时为 整步工作时为 ，这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。 通常步进电机步距角的一般计算按下式计算。 =360 /（ Z m K） 式中 步进电机的步距角； Z转子齿数； m步进电动机的相数； K控制系数，是拍数与相数的比例系数 步进电机的相数 是指电机内部的线圈组数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为 、三 相的为 、五相的为 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。 保持转矩（ 是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩就成为了衡量步进电机最重要 的参数之一。比如，当人们说 没有特殊说明的情况下是指保持转矩为 步进电机。 是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。 国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有保持转矩。 步进电机特点 1一般步进电机的精度为步进角的 3且不累积。 2步进电机外表允许的最高温度。 步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同 电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏 130度以上，有的甚至高达摄氏 200 度以上，所以步进电机外表温度在摄氏 80 3步进电机的力矩会随转速的升高而下降。 当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。 4步进电机低速时可以正常运转 ,但若高于一定速度就无法启动 ,并伴有啸叫声。 步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲 频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 步进电动机以其显著的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。 )031,)031,)006,)006,)029,)029,8R),M),B) it180%,2/3 ,( , ,AA, , ,2/3 , ,4 , ,C,ie,C,A.,B,A. 2 ,1/24,te,m,2/m.(m,d/d)r* L*D*I/n*D=,257610030,6060/(50*4)=60/(50*8)=4,00%2,60/(ZmK)洛阳理工学院 毕业设计（论文）任务书 填表时间： 2015 年 3 月 5 日 （指导教师填表） 学生姓名 骆开阳 专业班级 导教师 杨奎民 课题类型 科研 题目 超声电机星型减速器传动器的设计 主要研究 目标 (或研 究内容 ) 研究内容： 本装置涉及到一种新型电动执行器，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。 大型射电望远镜由于自身重量及风载的影响，其主反射面会偏离标准抛物面形状，这会严重降低射电望远镜的效率，其高频效率更会衰减 5 倍以上。为了提高其高频工作效率，需要将其主反射面切割成许多小块，每一块由一台电动执行器控制，利用电动执行器的主动运动来补偿主反射面的变形量，这种技术称之为主反射面主动调整技术。该系统的核心就是 主反射面主动调整用电动执行器，与其他电动执行器相比其具有以下特点： 2. 定位精度高； 3. 承受侧向力 5. 防水防尘 6. 防电磁辐射； 总线控制。由于国内现有电动执行器无法满足上述设计要求，因此有必要重新设计一台射电望远镜主反射面主动调整用电动执行器。 新型电动执行器的设计实践是巩固和深化大学生所学知识，提高他们理论综合分析和设计能力的一种行之有效的方法。通过设计可以培养学生在工程设计中包括结构分析、参数拟定、传动设计、强度计算等能力。 3. 传动器技术要求： a) 传动形式：直线式 b) 有效行程： 60 mm c) 最大行程： 60 mm d) 额定出力（ N）： 350 e) 额定速度（ mm/ 0.3 f) 定位精度（ 载不变的情况下） g) 内部防转机构： 有 h) 防护等级： i) 使用温度范围（）： +60 j) 抗侧向负载能力（ N）： 6000 k) 垂直破坏负载力（ N）： 8000 课 题 要求、主要任务及数量（指图纸规格、张数，说明 书 页数、论文字数等） 目标：培养学生具有独立完成较复杂的电动传动器的能力。 要求： 1. 分析题目和设计技术要求，查阅 18 篇以上的相关文献资料。 2. 图纸量不少于 3 张 少 1 张中等难度的计算机绘图、 1 号图幅量的手工绘图）装配和零件图总量。验算设计参数并进行主要有零部件的强度校核； 3. 英文翻译一篇、撰写 12000 字的毕业 设计论文、开题报告各一份。 进度计划 第 3 周 第 5 周 查阅资料，撰写开题报告 第 6 周 第 11 周 进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。 第 12 周 第 14 周 完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书 (论文 )，写中文摘要并翻译。 第 15 周 毕业设计论文定稿，打印。 第 16 17 周：答辩。 主要参 考文献 1） 机械设计课程设计 于惠力等 科学出版社， 2007 2) 机械设计课程设计 杨光等 高等教育出版社 2010 3) 简明机械设计手册 宋宝玉等 哈尔滨工业大学出版社 2008 4) 机械设计手册第 3 卷：机械零部件设计 (轴系、支承与其他 ), 机械工业出版社，2010 5) 机械设计手册：单行本减速器和变速器 机械设计手册编委会 编 机械工业出版社， 2007 6) 机械设计课程设计图册 向敬忠等 化学工业出版社 2009 7) 机械设计课程设计手册 张龙 国防工业出版社， 2006 8) 机械原理 （第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001 年 ）机 械设计课程设计 指导教师签字： 系 主任签字： 年 月 日 洛阳理工学院 毕业设计（论文）开题报告 系 （部）：机械工程 学院 2015 年 4 月 23 日 （学生填表） 课题名称 超声电机 行星 减速器 促 动器的设计 学生姓名 骆开阳 专业班级 题类型 工程设计 指导教师 杨奎民 职称 课题来源 科研 1. 综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 射电望远镜 （ 指观测和研究来自 天体 的 射电波 的基本设备，可以测量天体射电的强度、 频谱 及 偏振 等量。包括收集射电波的 定向天线 ，放大射电信号的高灵敏度 接收机 ，信息记录处理和显示系统等。 2012 年 10 月 28日，亚洲最大的全方位可转动射电望远镜在 上海天文台 正式落成。这台射电望远镜的综合性能排名亚洲第一、世界第四，能够观测 100 多亿光年以外的天体，将参与我国 探月工程 及各项 深空探测 。射电望 远镜是主要接收天体射电 波段 辐射的望远镜。射电望远镜的外形差别很大，有固定在地面的单一口径的球面射电望远镜，有能够全方位转动的类似卫星接收天线的射电望远镜，有射电望远镜阵列，还有金属杆制成的射电望远镜。射电天文所研究的对象有太阳那样强的连续谱射电源有辐射很强但极其遥远因而角径很小的类星体有角径和流量密度都很小的 恒星 也有频谱很窄角径很小的 天体微波激射源 等。为了检测到所研究的射电源的信号将它从邻近背景源中分辨出来并进而观测其结构细节射电望远镜必须有足够的 灵敏度 和 分辨率 。 灵敏度 是指射电望远镜 最低可测 的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。那么，怎样提高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径越大分辨率越高。 分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力因为两个点源角距须大于天线方向图的 半功率波束宽度 时方可分辨故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的半功率宽。为电波的 衍射 所限对简单的射电望远镜它由天线孔径的物理尺寸 D 和波长决定。 射电望远镜与 光学望远镜 不同，它既没有高高竖起的望远镜镜简，也没有 物镜 ，目镜，它由天线和接收系统两大部分组成。 1931 年，在美国 新泽西州 的贝尔实验室里，负责专门搜索和鉴别电话干扰信号的美国美国无线电工程师 卡尔央斯基 (现：有一种每隔 23 小时 56 分 04 秒出现最大值的无线电干扰。 经过仔细分析，他在 1932 年发表的文章中断言 ：这是来自 银河系 中射电辐射。由此，杨斯基开创了用射电波研究天体的新纪元。当时他使用的是长 的旋转天线阵，在 波长取得了 30 度宽的 “扇形”方向束。此后，射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度。 自从杨斯基宣布接收到银河系的射电信号后，美国人 G雷伯潜心试制射电望远镜，终于在 1937 年制造成功。这是一架 在第二次世界大战以前全世界独一无二的抛物面型射电望远镜。它的抛物面天线直径为 ，在 波长取得了 12 度的 “铅笔形”方向束，并测到了太阳以及其它一些天体发出的无线电波。因此，雷伯被称为是抛物面型射电望远镜的首创者。 1946 年 英国曼彻斯特大学 开始建造直径 的固定抛物面射电望远镜 1955 年建成当时世界上最大 的 76 米直径的可转抛物面射电望远镜。与此同时澳美苏法荷等国也竞相建造大小不同和形式各异的早期射电望远镜。除了一些直径在 10 米以下主要用于观测太阳的设备外还出现了一些直径20 30 米的抛物面望远镜发展了早期的射电干涉仪和综合孔径射电望远镜。六十年代以来相继建成的有美国国立射电 天文台 的 加拿大的 澳 大利亚的 64 米全可转抛物面美国的直径 305 米固定球面工作于厘米和分米波段的射电望远镜（见 固定球面射电望远镜 ）以及一批直径 10 米左右的毫米波射电望远镜。因为可转抛物面天线造价昂贵固定或半固定孔径形状（包括抛物面球面抛物柱面抛物面截带）的天线的技术得到发展从而建成了更多的干涉仪和十字阵（见 米尔斯十字 ）。 1962 年 明了综合孔径射电望远镜并获得了 1974 年 诺贝尔物理学奖 。 射电天文技术最初的起步和发展得益于二战后大批退役雷达的 军转民用 。射电望远镜和雷达的工 作方式不同，雷达是先发射无线电波再接收物体反射的回波，射电望远镜只是被动地接收天体发射的无线电波 .。 20 世纪 50、 60 年代，随着射电技术的发展和提高，人们研究成功了射电干涉仪， 甚长基线干涉仪 ，综合孔径望远镜等新型的射电望远镜射电干涉技术使人们能更有效地从噪音中提取有用的信号；甚长基线干涉仪通常是相距上千公里的。几台射电望远镜作干涉 仪方式的观测，极大地提高了分辨率。 六十年代末至七十年代初不仅建成了一批技术上成熟有很高灵敏度和分辨率的综合孔径射电望远镜还发明了有极高分辨率的甚长基线干涉仪这种所谓现代射电望远镜。另一方面还在计算技术基础上改进了经典射电望远镜天线的设计建成直径 100 米的大型精密 可跟踪抛物面射电望远镜 （德意志联邦共和国 波恩 附近。 上世纪 80 年代以来，欧洲的 美国的 日本的空间 是新一代射电望远镜的代表，它们的灵敏度分辨率和观测波段上都大大超过了以往的望远镜。其中，美国的超常基线阵列（ 10个抛物天线组成，横跨从 夏威夷 到圣科洛伊克斯 8000 千米的距离，其精度是哈勃 太空望远镜 的 500 倍，是人眼的 60 万倍。它所达到的分辨率相当让一个人站在 纽约 看洛杉矶的报纸 。 这样的精度是很多光学仪器都很难达到的，而射电望远镜只是通过电波信号的接受，就可以达到这种地步实在是令人叹为观止，这种先进的科技完全可以让人类生活发生巨大的改变，我们我合理利用这种先进技术去为人类服务。 今天射电的分辨率高于其它波段几千倍，能更清晰地揭示射电天体的内核；综合孔径技术的研制成功使射电望远镜具备了方便的成像能力，综合孔径射电望远镜相当于工作在射电波段的照相机。为了更加清晰的接受到宇宙的信号，科学家们建议把射电望远镜搬到太空。 2015 年 02 月 10 日，科学家正计划从地球向宇宙发射信息，希望主动与太阳系其他生命取得联系，获取它们的信号。天文学家将通过射电望远镜把信号发射到数百个遥远的星系，希望获得开创性发现。 这个计划由加利福尼亚州“地外智能生物搜索研究所”科学家负责。他们认为这个计划是人类太空探索的重要一步。如果计划进展顺利，距地球 20 光年的太空区域将收到这些信息。 巨大的天线是射电望远镜最显著的标志，它的种类很多，有抛物面天线，球面天线，半波偶极子天线，螺旋天线等。最常用的是抛物面天线。天线对射电望远镜来说，就好比是它的眼睛， 它的作用相当于光学望远镜中的物镜。它要把微弱的宇宙无线电信号收集起来，然后通过一根特制的管子（波导）把收集到的信号传送到接收机中去放大。接收系统的工作原理和普通收音机差不多，但它具有极高的灵敏度和稳定性。接收系统将信号放大，从噪音中分离出有用的信号，并传给后端的 计算机 记录下来。记录的结果为许多弯曲的 曲线 ，天文学家分析这些曲线，得到天体送来的各种宇宙信息。 2012 年 3 月， 65 米口径可转动射电天文望远镜工程在上海 佘山 脚下紧张施工，这将是亚洲最大的该类型射电望远镜，总体性能在国际上处于第四位。据介 绍，这台望远镜属于中国科学院和上海市政府重大合作项目，已于 2012 年 10 月 28 日在沪启动。据了解，这台 65 米的射电望远镜是 中国科学院 和上海市人民政府于 2008年 10月底联合立项的重大合作项目。其接收范围覆盖 8 个波段，总体性能列全球第四。这台 65 米的射电天文望远镜如同一只灵敏的耳朵，能仔细辨别来自宇宙的射电信号。它覆盖了从最长21 厘米 到最短 7 毫米的 8 个接收波段，涵盖了开展射电天文观测的厘米波波段和长毫米波波段，是中国目前口径最大、波段最全的一台全方位可动的高性能的射电望远镜，总体性能仅次于美国的 110 米射电望远镜、德国的 100 米射电望远镜和意大利的 64 米射电望远镜。 望远镜采用的修正型卡塞格伦天线能在方位和俯仰两个方向转动，下方轨道上有 6 组共 12 个轮子驱动天线的方位转动，上方的俯仰大齿轮控制天线的俯仰运动，这使得望远镜可以以高精度指向需要观测的天体和航天器，其最高指向精度优于 3 角秒。 望远镜的主反射面面积为 3780 平方米（相当于 9 个标准篮球场），由14 圈共 1008 块高精度实面板拼装成，每块面板单元精度达到 米，代表了国内大尺度高精度面板设计与制造技术的最高水平。 主反射面的安装则采用了国内首创的主动面技术，在面板与天线背架结构的连接处安装有 1104 台高精度促动器，用以补偿跟踪观测时重力引起的反射面变形，提高高频观测的天线接收效率。促动器的单位精度可达 15 微米，即一根头发丝直径的一半左右。根据天线总体结构的不同，射电望远镜按设计要求可以分为连续和非连续孔径射电望远镜两大类。按机械装置和驱动方式，连续孔径射电望远镜（它通常又是非连 续孔径的 基本单元 ）还可分为三种类型。 主要天线反射面固定，一般用移动馈源（又称照明器）或改变馈源相位的方法。 望远镜坐落的轨道由无缝焊接技术全焊接而成。这是国内首次采用全轨道焊接技术，解决了轨道焊接变形等多项技术难题。 本次研究课题主要是针对射电望远镜中单盘抛物面天线的经典射电望远镜的的主反射面的抛物面的微调而 准备的。主要的目的就是能够快速、准确的调整射电望远镜以达到清楚接受到远距离的宇宙信号，为我国的天文事业做出一丝微不足道，但是又是必不可少的贡献。不积跬步，无以至千里。本次的研究课题就是射电望远镜的小小基础，但是也是保证射电望远镜正常，准确运行的重要保证。 而且我在这个课题中主要致力于研究射电望远镜的支架的电机系统，尤其涉及大型射电望远镜主反射面主动调整系统中使用的专用电动执行器，属电动执行器技术领域。我采用的超声电机星型减速器传动器。超声电机的雏形最早由前苏联在 60 年代初提出。 1973 年，美国 司的 士、人研制出原理性的超声电机。 80 年代，日本许多科学工作者致力将美国和苏联的原理性样机开发成使用的超声电机，并于 90 年代初投入到商业应用。至今，日本、美国、俄罗斯、德国竞相研制各种类型和用途的超声电机。 超声电机与传统电机相比，具有结构简单、小型轻量、响应速度快，噪声低、低速大转矩、控制特点好、断电自锁、不受磁场干扰，运动准确等优点，另外还具有耐低温、真空等适应太空环境的特点。首先由于质量轻，低速且大转矩从而不需要附加齿轮等变速结构，避免了使用齿 轮变速而产生的震动、冲击与噪声、低效率、难控制等一系列问题；其次它突破了传统电机的概念，没有电磁绕组和磁路，不用电磁相互作用来转换能力，而是利用压电陶瓷的逆压电效应、超声振动和摩擦耦合来转换能量。从而实现了安静、污染小；定位精度高；不受电磁干扰等优点。可以说超声电机技术处于世界上最新高科技之一。 采用超声电机是把最先进的科学技术用来服务科研，既可以使超声电机这种比较前沿的电机更快的投入的到民生、科研等等领域，又可以让射电望远镜的支架的传动系统更加简单、方便、降低成本。为天文望远镜事业做出一丝小小的贡 献，还可以提高我们这些应届毕业生的设计能力，巩固我们大学生涯中所学到的知识，一举多得。 2. 研究的基本内容，拟解决的主要问题 1、 研究射电望远镜的的支架结构 2、 确定超声电机的主要参数规格 3、 整个支架的传动系统的受力分析 4、 整个系统中主要零件的设计计算，并绘出零件图纸 5、 箱体的结构设计 6、 翻译本专业英文一篇 3. 研究步骤、方法及措施 1、根据课题内容，查看有关书籍，认真了解和掌握射电望远镜支架的加工特点及加工能力范围，重点了解超声电机在射电望远镜支架中的地位及变速原理。 2、通过分析论证，结合实践进行总体方案设计。包括确定支架箱体结构形式，制订变速的各传动轴和主动轴的总体布局形式及一些主要零部件的结构参数。 3、根据合理性的要求不断反复的进行修改，以达到最终的设计要求和目的。 争取使设计做的全面，正确。 4. 研究工作进度 第 3 周 第 5 周 查阅资料，撰写开题报告 第 6 周 第 11 周 进行结构分析，确定设计方案；对传动系统进行设计、计算，并对重要零部件进行安全与疲 劳校核，最后绘制传动器零件图及装配图。 第 12 周 第 14 周 完善设计，审查图纸，翻译外文文献，写设计说明书 (论文 )，写中文摘要并翻译。 第 15 周 毕业设计论文定稿，打印。 第 16 17 周： 答辩。 5. 参考文献 【 1】 机械设计课程设计 于惠力等 科学出版社， 2007 【 2】 机械设计课程设计 杨光等 高等教育出版社 2010 【 3】 简明机械设计手册 宋宝玉等 哈尔滨工业大学出版社 2008 【 4】 机械设计手册第 3 卷：机械零部件 设计 (轴系、支承与其他 ), 机械工业出版社， 2010 【 5】 机械设计手册：单行本减速器和变速器 机械设计手册编委会 编 机械工业出版社， 2007 【 6】 机械设计课程设计图册 向敬忠等 化学工业出版社 2009 【 7】 机械设计课程设计手册 张龙 国防工业出版社， 2006 【 8】 机械原理 （第六版）孙桓主编，北京：高等教育出版社， 2001 【 9】 滚珠丝杠副及自锁装置 饶振纲等 国防工业出版社， 1990 【 10】 滚珠螺旋传动设计基础 程光仁等 机械工业出版社， 1987 【 11】 谐波齿轮传动的理论和设计 沈允文等 机械工业出版社， 1985 【 12】 机械设计基础课程设计 王昆等 高等教育出版社， 2013 【 13】 械设计教程 2012，詹迪维 机械工业出版社， 2012 【 14】 机械设计第九版 蒲良贵等 高等教育出版社， 2013 【 15】 文版基础教程 孙小捞等 化学工业出版社， 2012 【 16】 机械精度规范学 (第二版 ) 何永熹等 北京理工大学出版社， 2012 【 17】 机械设计制作及其自动化专业英语 马玉录等 化学工业出版社 ， 2012 教 学系 意见 系 主任签字： 年 月 日 毕业设计（论文） I 超声电机行星减速器促动器的设计 摘 要 射 电 望远镜是人们了解宇宙天空的奥秘的强力工具，而射电望远镜的主反射面通常拥有 300 米或者更大的口径，促动器的设计目的就是准确方便的调整主反射面。良好的的促动器设计方案关系到射电望远镜的制作成本、使用寿命、维护保养等性能指标。 本文的主要内容是针对促动器的机械传动系统的设计分析，研究设计了电机、减速器、滚珠丝杠、箱体结构及其他零部件配合的促动器设计方案。对射电望远镜的促动器设计选择有着良好的参考意义。 本次设计研究方向： 合超声 电机的优点，来对传统的促动器进行优化改良，并根据设计要求进行电机型号选择。 择行星减速器来调整传动系统的中的转速与扭矩。 算滚珠丝杠的转速及尺寸。 关键词： 超声电机，滚珠丝杠，行星减速器，结构优化 毕业设计（论文） he of is to of is 00 or a a is It is to of a of of is of of of of a In 1. as of to is to 2. to of to . of as of of 4. of of 业设计（论文） 录 前 言 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . 错误 !未定义书签。 能促动器的研究动态及选题意义 . 错误 !未定义书签。 内外研究 . 错误 !未定义书签。 题意义 . 错误 !未定义书签。 第 2 章 传动方案的设计 . 错误 !未定义书签。 定传动方案 . 错误 !未定义书签。 动简图 . 错误 !未定义书签。 析和选择传动机构 . 错误 !未定义书签。 择电动机 . 错误 !未定义书签。 择电动机的类型和结构型式 错误 !未定义书签。 2. 3 传动装置的总传动比与各级传动比分配 错误 !未定义书签。 2. 4 促动器的运动及计算参数 . 错误 !未定义书签。 第 3 章滚珠丝杠副的设计及计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的设计与计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的承载能力计算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的额定动载荷误 !未定义书签。 珠丝杠副的额定静载荷误 !未定义书签。 定性验算 . 错误 !未定义书签。 珠丝杠副的轴的强度校核 . 错误 !未定义书签。 第 4 章 促动器其他零件的设计 . 错误 !未定义书签。 动缸的设计 . 错误 !未定义书签。 动缸的特点 . 错误 !未定义书签。 动缸的组成 . 错误 !未定义书签。 动器箱体的设计 . 错误 !未定义书签。 结 论 . 错误 !未定义书签。 谢 辞 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文） 考文献 . 错误 !未定义书签。 附 录 . 错误 !未定义书签。 外文资料翻译 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文） 5 毕业设计（论文） I 超声电机行星减速器促动器的设计 摘 要 射 电 望远镜是人们了解宇宙天空的奥秘的强力工具，而射电望远镜的主反射面通常拥有 300米或者更大的口径，促动器的设计目的就是准确方便的调整主反射面。良好的的促动器设计方案关系到射电望远镜的制作成本、使用寿命、维护保养等性能指标。 本文的主要内容是针对促动器的机械传动系统的设计分析，研究设计了电机、减速器、滚珠丝杠、箱体结构及其他零部件配合的促动器设计方案。对射电望远镜的促动器设计选择有着良好的参考意义。 本次设计研究方向： 合超声 电机的优点，来对传统的促动器进行优化改良，并根据设计要求进行电机型号选择。 择行星减速器来调整传动系统的中的转速与扭矩。 算滚珠丝杠的转速及尺寸。 关键词： 超声电机，滚珠丝杠，行星减速器，结构优化 毕业设计（论文） he of is to of is 00 or a a is It is to of a of of is of of of of a In 1. as of to is to 2. to of to . of as of of 4. of of 业设计（论文） 录 前 言 . 1 第 1 章 绪论 . 3 能促动器的研究动态及选题意义 . 3 内外研究 . 3 题意义 . 4 第 2 章 传动方案的设计 . 6 定传动方案 . 6 动简图 . 6 析和选择传动机构 . 8 择电动机 . 8 择电动机的类型和结构型式 . 8 2. 3 传动装置的总传动比与各级传动比分配 . 11 2. 4 促动器的运动及计算参数 . 13 第 3 章滚珠丝杠副的设计及计算 . 14 珠丝杠副 . 14 珠丝杠副的设计与计算 . 15 珠丝杠副的承载能力计算 . 17 珠丝杠副的额定动载荷. 17 珠丝杠副的额定静载荷. 18 定性验算 . 18 珠丝杠副的轴的强度校核 . 19 第 4 章 促动器其他零件的设计 . 24 动缸的设计 . 24 动缸的特点 . 24 动缸的组成 . 24 动器箱体的设计 . 25 结 论 . 27 谢 辞 . 28 毕业设计（论文） 考文献 . 29 附 录 . 29 外文资料翻译 . 错误 !未定义书签。 毕业设计（论文） 1 前 言 1609 年 伽利略制造了世界上第一台望远镜，这个简单的小东西是用平凸透镜作为物镜，凹透镜作为目镜。当它被指向天空时，天文学进入了望远镜时代。 322 年后，在美国贝尔实验室出现了能够接收到银河系中心的无线电波的的天线阵，尔后美国人 哥鲁特雷柏 制造 了一架半径为 的大型天线，并于 1939 年接受到来自银河系中心的无线电波，从此第一架射电望远镜诞生。接下来的近一个世纪的时间里，射电望远镜在不断的发展，为人类了解太空，认识宇宙做出了巨大的贡献。在宇宙面前，人类始终是渺小的存在，但是正是有了射电望远镜，我们才了解到自我的渺小。我国也在 1960 年开始设计建造了第一批射电望远镜，例如在上海和乌鲁木齐分别建有 25m 口径的射电望远镜，首都超过 50m 半径的大型射电望远镜，以及不久前上海佘山的 65m 口径的望远镜。随着对太空探索的需求，射电望远镜的口径越来越大。比如 德国的超过一百米的射电望远镜，甚至美国的300m 以上的阿类西厄射电望远镜等。但是设计的反射面越来越大的，射电望远镜受到自身重量、风力和温度等因素的影响，主反射面会偏离抛物面的形状，这也会严重降低射电望远镜的效率。其高频率更会衰减 5 倍以上严重影响到科学家的工作，因此我们会把射电望远镜切割成三角形、四边形等许多小块。然后用用一种促动器进行调节，用促动器来补偿这种偏差。 对于促动器的研究，我国虽然起步较晚，但是发展迅速。如今与国外的某些促动器设计相比，略显落后，所以应设计一种智能促动器，能够微调整个射电望远镜的反 射面，是势在必行的。与传统的促动器相比，新型促动器，应具有以下优点： (1）利用微机技术可以进行总场控制。（ 2）防磁辐射。（ 3）可靠性高。 (4)精确定点。（ 5）功率重量比大。（ 6）承受侧向力（ 7）防尘防水（ 8）断电的可以自锁。 本装置的技术要求：（ 1）采用直线型传动方式（ 2)有效行程是 60 3）最大行程是 604)额定输出力是 350N（ 5）额定输出速度 文） 2 （ 6）定位精度 7)内部有防转机构。（ 8）防护等级 9)使用温度范围 +60 摄氏度。（ 10)抗侧向力负载能 力 6000N（ 11）垂直破坏负载力 8000N。 声明：本次设计的主要偏向于传动系统的设计，控制系统方面的设计作为设计任务交给他人完成。 毕业设计（论文） 3 第 1 章 绪论 能促动器的研究动态及选题意义 内外研究 射电望远镜在现代社会的科研中起到了非常重要的作用。是人们观察宇宙太空的一双眼睛，由于科技水平的不同，这双眼睛的锐利与否都是不同的。在射电望远镜的研究中，我们国家起步较晚，远远落后于美国欧洲等国家，这个受限于机械工业的先进程度以及和国外的 先进的力学理论拥有这一定的差距。目前世界上最先进的射电望远镜都在美国。美国拥有世界上最大的固定射电望远镜，该望远镜的直径为 305 米，顶角扫描能达到20 度。它的接收系统非常灵敏，甚至能够接收和区分来自来自 400 万光年以上的远太空电磁信号。而且世界上最大孔径的射电望远镜也位于美国，那就是甚大射电望远镜，这是个无线电天线群组，由 27 个大型的抛物面天线组成，每个天线的直径达到 25 米，天线的臂长长达 里，呈现的是Y 型的排布阵列。多种不同的组合方式，能够达到的最大基线是 36 公里。该望远镜的技术层级领先于世界上任何 的射电望远镜，空间识别的分辨率最高可以达到弧秒。光学成像效果甚至能够达到地面望远镜的程度。美国还拥有世界上最大的全方位可转动射电望远镜，其探测面能够达到110，其视野方位能够达到观察与地面成 5 度角的整个天空，更可以可以提供几英寸秒精确的指向精度。我们国家的射电望远镜远远达不到这样的技术要求，这是我们必须弥补的劣势。 我国自 1960 年开始着手建造了第一批射电望远镜，时间过去了 55 年，目前拥有亚洲最大，世界上性能排名第四的上海佘山天文望远镜 ,这台天文望远镜能够观测 100 多亿光年以外的天体，对我国的太空 探索有这巨大的作用，这台望远镜已经代表这我们国家的天文望远镜技术已经发展到世界前列，而且为了让国际上最尖端的射电望远镜合作设计计划注意到中国，我国正利用贵州的天然地形优势，筹建全球最大的射电望远镜。这个项目毕业设计（论文） 4 是我国 2007 年国防部批准建立的口径为 500 米的球面射电望远镜项目。望远镜建成后，不仅仅是世界上单口径最大的天文望远镜，并且在未来 20年至 30 年内将持续保持世界上的领先地位。预期在射电望远镜建成之后， 还将把中国空间的测控能力从地球同步轨道一直延伸到太阳系上网外缘，将通讯数据上网速率至少提高 100 倍。脉冲 星时间到达测量精度会从目前的 120 纳秒提高为 30 纳秒，并成为世界上最精确的脉冲星计时器，为自主导航这一前瞻性研究提供强有力的后盾。同时，射电望远镜还可以进行高分辨率的微波巡视，以 1分辨率诊断并识别微弱的空间信号，同时作为战略雷达为军事安全服务，并且还可跟踪探测物质抛射事件，对天气进行更加准确的预报。 题意义 目前世界上了的大国强国都展开了太空探索和深海探索的竞赛，但是海洋的空间是有限的，而且中国的海洋资源也是比不上欧美等科技先进的国家，所以未来中国发展的舞台就是太空。那里有着无限的空间 的与资源，对于中国来说，探索太空可以了解宇宙演化及其中的各种物理现象和过程； 了解人类和地球生物在宇宙中的地位及意义；发展各种太空技术并将其运用到各个领域； 探索和占有各种 太空资源 ； 利用太空的极端环境进行各种科学和技术试验； 显 示国家的先进和强大 。探索太空有着这样的好处，我们必须牢牢把握住这次航天大时代的机会，但也是兵家必争之地，发展航天工业是迫在眉睫的，工欲善其事，必先利其器，能在射电望远镜的研究上面取得一定的突破，也是一个突破点。 射电望远镜有着两大基本指标。那就是“分辨率”和“灵敏度”。灵敏度是指射电望远镜 最低可测 的能量值，这个值越低灵敏度越高。为提高灵敏度常用的办法有降低接收机本身的固有噪声，增大天线接收面积，延长观测积分时间等。分辨率是指区分两个彼此靠近射电源的能力，分辨率越高就能将越近的两个射电源分开。那么，怎样提 高射电望远镜的分辨率呢？对单天线射电望远镜来说，天线的直径越大分辨率越高。而分辨率指的是区分两个彼此靠近的相同点源的能力因为两个点源角距须大于天线方向图的 半功率波束宽度 时方可分辨故宜将射电望远镜的分辨率规定为其主方向束的半功率宽。为电波的 衍射 所限对简单的射电望远镜它毕业设计（论文） 5 由天线孔径的物理尺寸 D 和波长决定。这两个基本指标都要求射电望远镜的镜面做的足够大，但是如果做成一个超大型的射电望远镜，不仅仅的成本高昂的问题，还有就是要能够做到可以精确的调整望远镜的主反射面，而解决这个难题的办法就是设计一个精度足够高而且结构相对简单的望远镜促动器。一个巨大的射电望远镜的镜面是由几千个小的镜面拼凑起来的，这就代表着一个望远镜的背后有着上千个促动器在起着调整作用。射电望远镜的精度就代表着接收型号的清晰与否，所以这就要求这些促动器调整精度非常的高。有限于我们的国家的机械制造的精度水准低于欧美国家，我们可以采取设计一种智能的促动器，采用电动执行器的技术。使促动器的配合精度更高，结构简单而且成本更低。这种促动器的设计研究，可以让我们增加设计经验的同时也可以让射电望远镜的促动器能有更多的选择和参考，与此同时也可能为我国的航天，科研，气象等行业做出贡献。一个优秀的促动器的设计，可能会为我国望远镜事业的发展做出不小的推动，从而带动其他相关产业的发展。 毕业设计（论文） 6第 2章 传动方案的设计 定传动方案 机器有着三大要素 驱动装置、传动装置和工作机。其中的核心就是传动装置，传动装置的作用是传递运动和动力的中间装置。它连接着驱动装置和工作机，相当于一个中介，但是是必不可少的东西。没有它的存在，我们的机器就无法实现多样化，有了它，机器就被赋予了灵活的变化，可以实现工作需求。传动装置具有改变运动方向或者运动形式和减速甚至增速以及将动力和运动进行分配与传递的功效。传动装置作为机器的核心，往往也占据着整部机器结构与重量的大部分。它的设计会影响到机器的设计成本、工作性能。一个优秀的传动装置设计对机械设计 工作有着非常重要的作用。 动简图 运动简图是传动装置的运动方案，合理的选择传动装置的运动方案，不仅仅要满足工作机的性能要求，还要适应工作环境。与此同时，能够达到结构简单、工作可靠、传动效率高、尺寸紧凑、具有良好的工艺性能就是良好的传动方案。但是要满足所以有条件是很困难的，所以我们设计的同时，要选择出要优选考虑的因素，分清主次，先满足重要的条件，再去考虑其他。运动简图见图 2是促动器的传动方案，它反应了机器如何运动，动力传递的线路以及机器的重要零部件的组成联接。从机构的运动运动学观点来看 ，构件是机构的基本组成单元，而机构则可以看做是若干个构件组成的构件组合体。 传动装置作为机器的核心，往往也占据着整部机器结构与重量的大部分。它的设计会影响到机器的设计成本、工作性能。一个优秀的传动装置设计对机械设计工作有着非常重要的作用。 拥有一个清楚明了的运动简图，可以帮助设计者与制造商更加方便的去设计与制造构件。从而大大减轻设计工作中的工作量，而且能够在优化设计时候提供参考 . 毕业设计（论文） 图 2动简图 图 2动 参数比较 毕业设计（论文） 析和选择传动机构 拟定传动方案的重要环节是分析选择传动装置的类型，例如拥有同样的传递功率，低速轴转速、传动比也是相同的，可以设计出不同的尺寸轮廓。见图 体的结构尺寸还要结合机构的特性与用途加以分析。我们就需要查阅资料，根据传动机构的性能与用途来选择机构的类型。 择电动机 驱动装置是机器的动力来源，有很多类型，比方说电动机、蒸汽机、发电机的核心、液压机、内燃机等等。电动机由于其结构简单、易于控制、维护方便、性能可靠，大多数机械生 产都选择电动机驱动。 现在电机已经系列化，我们在设计过程中只需要根据装置工作时所需要功率，还有该装置的工作条件，来选择电动机的类型、转速、结构样式，来确定电动机的型号。 择电动机的类型和结构型式 电动机的类型和结构型式需要根据具体的工作条件来选择。而且有时候还要根据设计的要求来选择。 超声电机作为一种新型的高科技电动机，已经不再像传统的电机一样，它的力矩与运动不是通过电磁交叉来获得的，超声电机是通过超声振动与压电陶瓷的逆压电效应，放大材料的微观变形，然后和摩擦耦合转换成转子，化微观运动成宏观 运动。该电机抛弃了传动的电机材料，压电陶瓷成为这种新型电机的核心材料。 超声电机具有很多优点，由于促动器是安装在钢铁支架上面，数量较大，对底座的钢架压力很大，所以尽量减轻促动器的重量，超声电机有着简单的结构，体积很小，重量轻，能降低对箱体的空间要求，间接减轻箱体重量，由于超声电机不受磁场干扰，而且低速大转矩的优点让超声电机省掉了附加齿轮这样的变速结构，从而使得电机几乎没有噪声，和射电望远镜的工作环境很适合，既能保证自己的正常运行，也不会干扰到射电毕业设计（论文） 9望眼镜的信号接收，更是易于控制，具有高效率。超声电机有着 一个其他电机无法比拟的优点，那就是断电自锁，这个优点可以给促动器的结构进行进一步的优化，去除一个制动装置，大大减轻整体装置的重量。这是本次设计的核心亮点，无制动器的促动器。是促动器结构的一个创新。超声电机见图 2 声电机内部结构简单，与其他电机相比，体积比很小，可以适应较多的工作环境，虽然是个新型的电机系统但是我相信，这种电机将很快的普及开来，即使造价有点高，但是我相信这个问题会很快得到解决。 图 2声电机 图 2声电机结构图 确定电动机的功率 促动器的如果拥有一个合适的电动机功率 ， 这将对电动机的经济性能与运作状况有着良好的改善。若功率达不到生产或工作要求，电动机就不毕业设计（论文） 10 能正常工作，或者会因为过载而损坏，功率大的电动机往往价格也高，还会因为不满载的情况，白白浪费电能，所以为了节约成本，我们应选择的电机功率最好是恰当的。选择电机的功率主要是根据电机的发热情况来决定，对于长期连续性工作的机器，我们所选择的电机的额定功率 比所需求的电动机 微大一点是最 好的 ,就是P ，这样电动机就会在正常的工作运转中不会过热，从而也不用去校检起动力矩和发热。 计算步骤 000 (2或 550 (2式子中， 是促动器所受到的阻力（ N）；m/s）；mN ）； 电动缸中丝杠的转速（ r/w是促动器的工作效率，本促动器的工作效率一般为w= P (2其中为传动系统的总效率，是传动装置中各级运动副的效率的乘积，即 ，。 (2定电动机的转速 就算是电动机的功 率一样，它们的转速有可能不同， 1000r/500r/s、 2000r/s 几种都有。如果电动机转速很大，那么体积和质量越小，也就会越便宜，但是超声电机恰恰相反，由于其采用压电陶瓷的材料，具有低速大转矩的优点，所以选择合适的输出扭矩的超声电机即可。超声电机的型号选择见表 2于促动器来说，它的设计功率需要按照电动机毕业设计（论文） 11 的功率 计算。传动装置的输入扭矩要按超声电机的额定功率下的满载扭矩 进行计算。 表 2声电机参数表 为了达到设计的要求，在本次的促动器设计中我选择的超声电机的型号是： 种 型号的电机的额定扭矩为： 额定转速： n=120（ r/在接下来的计算中以电机的额定功率和扭矩做为依据来设计滚珠丝杠副。 2. 3 传动装置的总传动比与各级传动比分配 选定了电动机后，我们可以根据电动机的满载转速 们就能够计算出促动整体的总传动比为 2在本次的促动器设计方案中，转速与扭矩的输出是由电动机直接传递给减速器，然后由减速器传递给滚珠丝杠，滚珠丝杠接收到转动，转换成螺母的平动，从而带动促动的支架上下移动。所以本传动装置中只经过一型号 子直径 30 45 60 额定扭矩 定转速 180 150 120 额定输出 速范围 5250 4180 4150 转速稳定性 5 5 5 最大扭矩 锁扭矩 转方向 W 机自重 40 100 250 检验 业设计（论文） 12 级的传动改变，本促动器选用的是 星减速器，速比为 32，所以 21，即总传动比3211 (分配后的各级传动比只是一个初步确定的数值，但是真是的传动比要经过传动件才能最后确定下来参数进行准确计算。因此，滚珠丝杠的实际转速，要在传动件的整体设计完成之后进行核算，如果符合技术要求，就选用此传动比，或者进行微调。若不满足误差允许的范围，要进行重新分配传动比。 星减速器的结构如图 2示，行星减速器是一种伺服系统的减速机构，相对于其他的减速器来说，行星减速器具有高效的传动效率，能够完成大部分的减速任务，精度要 求能够达到高精度的优点，体积小也是行星减速器被运用到促动器设计的一个优势，可以节约箱体的空间，从而在整体上减轻促动器的重量，优化促动器的物理结构。为更高效的完成设计任务，降低促动器的设计难度，提供了很好的思路，目前很多设计者都采用伺服系统的减速机构来完成促动器设计，这也证明了行星减速器用来设计促动器是一个很好的选择。 图 2星减速器 毕业设计（论文） 13 图 2星减速器的装配 从图 2以看出，行星减速器的结构简单，同时装配难度不高，这对促动器的安装和维护都有很大的帮助，机械设计的目的是服务于 人，人性化的设计方案往往深受广大用户的喜爱。 2. 4 促动器的运动及计算参数 要求出促动器的最终运动状态，需要计算出该促动器中各轴的转速，扭矩或者功率。在该促动器中由电机输出轴为轴，滚珠丝杠为 ,所以我们可以得到各轴的转速 n,每个轴的转矩 T 每个轴的转速 0mI (21(2 每个轴的转矩 T （ 2T (2所以，由 得， 文） 14 第 3章 滚珠丝杠副的设计及计算 珠丝杠副 滚珠丝杠副是近年来非常受欢迎的传动元件，到目前为止，滚珠丝杠副的的诞生仅仅只有几十年，但是它的出现及普及已经对社会工业产生了巨大的影响。如今，滚珠丝杠副作为一种优秀的螺旋传动元件，被广泛运用到各种行业的机械设计中。这依赖着滚珠丝杠副拥有高效率和能达到的高精度要 求，同时滚珠丝杠副的使用寿命比传统的丝杠要长且耐磨，这使得运用滚珠丝杠副的设备的维护与保养难度大大降低。滚珠丝杠副及其内部构造可以见图 3图 3珠丝杠副的技术已经很成熟了，虽然滚珠丝杠的普及还没有达到整个行业都普及的地步，但是已经成为一个产业链，设计者只需要设计出基本尺寸，相应厂商就会根据参数做出符合标准的滚珠丝杠副。滚珠丝杠副由于传动效率高，不能自锁，在用于垂直方向传动时，如部件重量未加平衡，必须防止传动停止或电机失电后，因部件自重而产生的逆传动，防逆传动方法可用涡轮螺杆传动，液压式电器制动器及超越离合器等。 图 3珠丝杠副 毕业设计（论文） 15 图 3珠丝杠的内部构造 珠丝杠的优点 珠丝杠副的设计与计算 由促动器的技术要求我们可以得到滚珠丝杠受的轴向压力 001 ，丝杠的最大行程 0 ，额定的输出速度 位精度 。 珠丝杠尺寸的计算 基本导程0母上面的基准点的轴向位移，如图 3示。我们也可按照查表选取。毕业设计（论文） 16 图 3珠丝杠的基本导程原理图 在这里我所选取的公称直径 00 ，可得最佳的基本导程0L=5 ，一般取理想接触角为 45 度。螺纹升角 ，是公称直径0计算公式为 001 （ 3 滚珠的实际直径际直径是滚珠与丝杠和螺母在实际的工作状态下，滚珠的中心的圆柱体的直径。滚珠的直径是钢球的公称直径，可以按照公式计算0)Ld b ，是螺纹法向面截面的的滚道半径 R，。圆弧的偏心距 e ，是圆弧滚道中心到螺纹轴线的垂线间距。 偏心距的公式如下 45s (s ( 0b （ 3 （ 1） 丝杠大径 d （ 3 （ 2） 丝杠的小径 1d 01 （ 3 毕业设计（论文） 17 （ 3） 丝杠的接触点直径 bz （ 3 （ 4） 丝杠的牙顶圆角半径3 （ 3 （ 5） 丝杠的内径m a （ 3 其中 b 是丝杠材料的拉伸需用应力， 2/ ，其中 b 为丝杠材料的拉伸极限， n=57。 (1)螺母螺纹大径 D 20 （ 3 (2)螺母小径 1D 1 （ 3 珠丝杠 副的承载能力计算 滚珠丝杠副的承载通常是额定动轴向载荷珠丝杠副和推力球轴承的结构类型与工作原理相似，我们可以采用 45角的推力球轴承的载荷计算方式来确定滚珠丝杠副的额定动静载荷。 珠丝杠副的额定动载荷滚珠丝杠副的 额定动载荷行一百万 )10( 6 转后，超过 90%的滚珠丝杠副，螺纹滚道或者滚珠表面不产生疲劳损伤时的轴向载荷。 我们可以采用以下公式进行运算 毕业设计（论文） 18 7.0)co s( （ 3 式子中， i 工作圈数，有 ， j 为没列的工作圈数， k 为列数； 接触角，（）； Z 一圈螺纹滚道内承受载荷的滚珠数； 滚珠直径， 系数，与滚珠丝杠副滚道的几何形状，制作材料还有相应精度有关 . 珠丝杠 副的额定静载荷额定静载荷受最大接触应力，滚珠和滚道接触面所发生的塑性变形量不大于滚珠直径的万分之一的轴向载荷。 我们可以采用下面的式子计算其额定静载荷 （ 3 式子中， i 工作圈数，有 ， j 为没列的工作圈数， k 为列数； 接触角，（）； Z 一圈螺纹滚道内承受载荷的滚珠数； 滚珠直径， 系数，与滚珠丝杠副滚道的几何形状，制作材料还有相应精度有关 . 定性验算 由于滚珠丝杠在长期的工作过程中会发生失效，故再设计过程中应该校核安全系数 S， S 应该大于滚珠丝杠副允许安全系数 S， 临界载荷 22 1 （ 3 式中， E 为弹性模量， 45 号钢， E=206l 是丝杠长度； 丝杠惯 量； 是长度系数。 441a I （ 3 取 =2/3，则： 毕业设计（论文） 19 ）（）（ 3 安 全系数 200500101 5 3 S=安全范围内。 所以产品合格 . 接下来验算一下丝杠的转速稳定性。 长丝杠工作时会发生共振，因此需要校核引起共振的的高转速 要求 临界转速 m in/ ）（ （ 3 该丝杠 n 适。 珠丝杠副的轴的强度校核 滚珠丝杠副主要有丝杠、螺母及滚珠组成，丝杠就是一根有着滚道的轴，我们可以运用轴的强度校核计算方法来进行丝杠的强度校核。 力分析见图 3入功率和输入转矩： , （ 3 图 3简图 毕业设计（论文） 20 图 3（ c）水平面剪力 （ b）垂直面剪力 （ d） 垂直面弯矩 毕业设计（论文） 21 2 （ 3 压轴力的最小值 0 682s 0 （ 3 已知：重复定位精度 m10 ，定位精度 m25 ）（ 3/14/1m （ 3 重复定位精度 m3 ）（ 4/15/1m （ 3 定位精度 m6 取两种结果的最小值 1 （ 3程补偿值与与拉伸力 u C （ 3 预拉伸力 0 21 （ 3 格 本滚 珠丝杠副采用两端固定的支承形式，选背靠背 60 度角接触推力轴承，经计算选 6003 轴承。其主要参数为： 45171 4 ， 毕业设计（论文） 22 验算系统刚度 633 （ 313402 （ 3R （ 3 则得 m/1 ）（ 3 m a 0810214221 （ 31500n m a 2c L （ 3 7000060000nd m a （ 3 1 1 8 5 0 02 5 0 01 0 0 m a F （ 3 m a 8 7 6 14 04 （ 3 轴承类型 深沟球轴承 轴承型号 6003 轴承内径 d=17(轴承外径 D=35 ( 轴承宽度 B=10 ( 毕业设计（论文） 23 基本额定动载荷 C=60800 (N) 基本额定静载荷 5000 (N) 极限转速 (油 ) 000 (r/11. 当量动载荷 接触角 a=0 (度
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