毕业设计（论文）-定位磨齿专用工作台设计（全套图纸）.pdf

单位代码 0 2 学 号 分 类 号 TH6 密 级 秘密 毕业设计说明书 定位磨齿专用工作台设计 院 （ 系 ） 名 称 工 学 院 机 械 系 专业名称 机 械 设 计 制 造 及 其 自 动 化 学生姓名 指导教师 2012 年 5 月 15 日 黄河科技学院毕业设计说明书 第 I 页 定位磨齿专用工作台设计 摘 要 定位磨齿专用工作台机电系统设计是一个开环控制系统,其结构简单，实现 方便而且能够保证一定的精度，降低成本,是微机控制技术的最简单的应用。开 环控制能充分的利用微机的软件、硬件功能以实现对机床的控制，使机床的加工 范围扩大, 进一步提高机床的精度和可靠性。 本文机械部分采用步进电动机通过同步齿形带带动滚珠丝杠拖动工作台在 直线滚动导轨副上运动，其中，步进电动机选用 90BYG22602 型号。工作台控制 部分以 S7- 200 PLC 为核心，作为主控器；选择步进电机配套驱动器 MD- 201 驱 动步进电动机实现加、 减速、急停等操作，从而实现对工作台的控制。 关键词：步进电动机，S7- 200 PLC，工作台 全套图纸，加全套图纸，加 黄河科技学院毕业设计说明书 第 II 页 Positioning Grinding Teeth Dedicated Workbench Design Author:Zhou Zhuonan Tutor: Xue Dongbin Abstract Summary two- axis CNC Workbench is an open- loop control system for mechanical and electrical systems design, its structure is simple, easy and can guarantee a certain degree of accuracy, reduce costs, is the simplest application of microcomputer control technology. Open- loop control can make full use of computer software and hardware capabilities for control of the machine tool, machine tool machining range of expanded, further improve the accuracy and reliability of machine tools. Machinery section of this article adopts stepping motor by dragging the table in Timing belt driven ball screw linear rolling guide on movement, of which, step motor selection 90BYG22602 model. Table control section S7- 200 PLC microcontroller as the core, select stepping motor drive MD- 201- drive stepper motors for operations such as addition, deceleration and emergency stop, enabling control over the table. Key words: Stepper motors, S7- 200 PLC, Workbench 黄河科技学院毕业设计说明书 第 III 页 目录 1 绪论绪论 . 1 1.1 前言 . 1 1.2 机电一体化系统综述 . 1 1.2.1 机电一体化系统的基本构成 . 1 1.2.2 机电一体化系统的核心技术 . 3 1.2.3 机电一体化的发展趋势 . 3 2 总体方案设计总体方案设计 . 5 2.1 确定主要参数 . 5 2.2 工作台的外形尺寸 . 6 2.3 机械传动部件的选择 . 7 2.3.1 导轨副的选用 . 7 2.3.2 丝杠螺母副的选用 . 7 2.3.3 伺服电动机的选用 . 7 2.3.4 控制系统的选用 . 7 2.4 控制系统的设计 . 7 2.5 系统总体框图 . 8 3 机械设计部分 . 9 3.1 工作台重量初步估算 . 9 3.2 磨削力的计算 . 9 黄河科技学院毕业设计说明书 第 IV 页 3.3 滚动导轨的选用 . 10 3.1.1 导轨工作负载计算 . 10 3.3.2 块承受工作载荷 max F 的计算 . 11 3.3.3 距离额定寿命 L 的计算 . 11 3.4 滚珠丝杠的计算和选择 . 11 3.4.1 最大工作载荷 Fm的计算 . 12 3.4.2 最大动工作载荷 FQ的计算 . 12 3.5 型号的选择与校核 . 12 3.5.1 规格型号的初选 . 12 3.5.2 传动效率的计算 . 13 3.5.3 刚度的验算 . 13 3.5.4 压杆稳定性校核 . 14 3.6 步进电动机的计算与选型 . 14 3.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq . 14 3.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 Teq . 15 3.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 . 17 3.6.4 步进电动机的性能校核 . 17 3.7 步进电机同步齿形带的设计 . 19 3.7.1 给出传动要求及原始数据 . 19 3.7.2 选择带的节距 . 19 3.7.3 确定带轮直径及带的节线长 . 19 3.7.4 确定带宽 . 20 4 控制系统硬件设计 . 22 4.1 硬件设计 . 22 4.1.1 主控制器 CPU 的选择 . 22 4.1.2 系统结构 . 22 4.1.3 硬件配置 . 22 黄河科技学院毕业设计说明书 第 V 页 4.2 PLC 的输入信号与输出信号 . 23 4.3 系统软件设计 . 23 4.4 初始化 . 24 4.5 设置和取消参考点 . 24 4.6 定位控制 . 25 4.7 停止电机 . 25 5 程序和注释 . 26 6 系统误差分析 . 31 6.1 误差的来源 . 31 6.2 控制系统误差 . 31 6.2.1 步进电机失步原因和解决办法 . 31 6.2.2 步进电机越步原因和解决办法 . 32 6.2.3 本设计中采用的方法 . 32 6.3 进给系统的误差 . 32 设计总结 . 33 致 谢 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 参考文献 . 错误！未定义书签。错误！未定义书签。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 1 页 1 绪论绪论 1.1 前言 机电一体化技术是指建立在机械、电子、传感器、接口技术、信息、计算机、 自动控制等技术基础上的一种综合性技术，通过对机械、电子与信息技术的有机 结合，来实现工业产品和生产过程最优化。 在机械领域，由于微电子技术和微机技术的迅速发展，发展形成的机电一体 化技术，使机械工业的技术结构、产品机构、功能与构成、生产方式及管理体系 发生了巨大变化，使工业生产由“机械电气化”迈入了“机电一体化”为特征的发展 阶段。 在传统的机械设备通常需要采用比较复杂的机械传动系统来连接各个相关 的执行构件，以保证各执行构件动作的同步性和协调性。机械传动部件之间的机 械磨损、 间隙配合等所引起的运动误差和传动链较长等常常影响设备传动精度和 效率。而且，由于人机的直接接触，事故发生率较高，后果较严重。采用机电一 体化技术后，可以用电子器件、微型计算机来控制和实现各执行构件的动作及功 能关系协调，实现机械产品操作的全部自动化。通过微机控制系统可以精确地按 照预先给定量，同时可使相应的机械动作、各种干扰因素造成的误差，进行执行 校正、补偿，从而可以达到单纯机械方法所实现不了的加工工艺精度。 本文重点是二维工作台的机电系统控制的设计， 即通过对小型机械设备的机 械和机电控制相结合来加深自己对机电一体化系统的基本原理和简单设计过程 的了解。 1.2 机电一体化系统综述 1.2.1 机电一体化系统的基本构成 1、机电一体化系统的基本构成要素 一个机电一体化系统一般包括一下几个基本要素：机械本体、动力与驱动部 分、执行机构、传感与检测部分、信息处理与控制单元各要素和环节之间相联系 接口。具体系统中，要素的构成不太一样，例如，开环控制系统当中，不需要检 黄河科技学院毕业设计说明书 第 2 页 测元件。机电一体化系统组成如图 1-1 所示。 图 11 机电一体化系统的组成 从机电一体化系统的功能来看，与人体有着完美的相似性，如表 1- 1 所示。 表表 1.1 机电一体化系统构成要素与人体构成要素的对应关系机电一体化系统构成要素与人体构成要素的对应关系 机电一体化系统要素 功能 人体构成要素 控制器（计算机等） 控制（信息存储、处理、传送） 头脑 传感器 检测（信息收集与变换） 感官 执行部件 驱动（操作） 四肢 动力源 提供动力（能量） 内脏 机械本体 支撑与连接 躯干 2、 机电一体化系统的构成要素的连接 机电一体化系统的基本要素内部及各要素之间，通过接口耦合、运动传递、 物质流动、信息控制、能量转换，有机的融合，集成一个完整系统。各要素之间 必须遵循接口耦合、物质流动、信息控制、能量转换的四大原则，完成以下内容： 变换。两个需要进行信息交换和传输的要素之间，由于信息的模式不同 （数字量与模拟量、串行码与并行码、连续脉冲与序列脉冲等） ，无法直接实现 信息或能量的交流，必须通过接口完成信息或能量的统一。涉及的接口包括传感 器接口、计算机接口。 放大。在两个信息强度相差悬殊的要素之间，经接口放大，达到能量的匹 配。 耦合。变换和放大后的信号在要素之间能可靠、快速、准确地交换，不需 符合时序要求、信号格式和逻辑规范。接口应该具有信息逻辑控制的功能，使信 息按规定模式传递。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 3 页 能量转换。能量转换包括执行器、驱动器，各要素之间的不同类型能量的 转换，应该满足最优转换方法与原理。 信息控制。智能组成要素的系统控制单元，在软硬件的保证下，要完成数 据采集、分析、判断、决策，已达到信息控制的目的。对于智能化程度高的系统， 还包含了知识的获取、推理机制及知识学习等以知识驱动为主的信息控制。 运动传递。 运动传递是指各组成要素之间不同类型运动的变换与传输以及 以运动控制为目的的优化。 1.2.2 机电一体化系统的核心技术 （1） 机械技术。在当代的机电一体化系统制造过程中，经典的机械理论与 工艺应借助于计算机辅助技术，同时采用人工智能与专家系统等，形成新一代的 机械制造技术。 （2） 计算机与信息技术。其中信息交换、存取、运算、判断与决策、人工 智能技术、专家系统技术、神经网络技术均属于计算机信息处理技术。 （3） 系统总体技术。 系统总体技术即以整体的概念组织应用各种相关技术， 从全局角度和系统目标出发，将总体分解成相互关联的若干功能单元，实现系统 各部分有机连接的保证。 （4） 自动控制技术。其范围很广，在控制理论指导下，进行系统设计，设 计后的系统仿真，现场调试，控制技术包括如高精度定位控制、速度控制、自适 应控制、自诊断校正、补偿、再现、检索等。 （5） 传感检测技术。传感检测技术是系统的感受器官，是实现自动控制、 自动调节的关键环节。其功能越强，系统的自动化程序就越高。现代工程要求传 感器能快速、精确地获取信息并能经受严酷环境的考验，它是机电一体化系统达 到高水平的保证。 （6） 伺服传动技术。包括电动、气动、液压等各种类型的传动装置，伺服 系统是实现电信号到机械动作的转换装置与部件、对系统的动态性能、控制质量 和功能有决定性的影响。 1.2.3 机电一体化的发展趋势 机电一体化系统是具有机电一体化技术的新型机电系统。其发展依赖于机 黄河科技学院毕业设计说明书 第 4 页 械、电子、传感器、接口技术、信息、计算机、自动控制等技术，它的发展主要 体现在以下几个方面： 模块化。融合机械、电子和软件三大部分的机电一体化模块代表了未来 产品的发展方向，具有高度自主性、良好的协调性和自组织性的特点。 微型化 。微机电一体化产品体积小、耗能少、运动灵活, 可进入一般机 械无法进入的空间，并易于进行精细操作，在生物医疗、军事、信息等方面具有 不可比拟的优势。目前，利用半导体器件制造过程中的蚀刻技术，在实验室中已 制造出亚微米级的机械元件。 绿色化。21 世纪，机电一体化技术的使命是要能提供一种高性能、高原 料利用率、低能耗、低污染、环境舒适和可回收的智能化机械产品，即提供一种 能满足可持续性发展的绿色产品。 智能化。目前, 专家系统、模糊系统、神经网络以及遗传算法, 是机电 一体化产品(系统) 实现智能化的 4 种主要技术，随着制造自动化程度的不断提 高, 将会出现智能制造系统控制器来模拟人类专家的智能制造活动, 并会对制 造中出现的问题进行分析、判断、推理、构思和决策。 网络化。现场总线和局域网技术使家用电器网络化已成大势, 利用家庭 网络(homenet) 将各种家用电器连接成以计算机为中心的计算机集成家电系统 (computer integrated appliancesystem, CIAS) ,因此机电一体化产品无疑朝 着网络化方向发展。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 5 页 2 总体方案设计 2.1 确定主要参数 由于本文要求设计一种小型的定位磨齿专用工作台， 这种工作台可以用在磨 床上， 计算取值偏大， 所以在参考了众多资料书籍以后， 决定选取以下设计参数： (1)X 向行程 250 ； (2)Y 向行程 100 ； (3)快速定位速度 1000 /min；进给速度 50100 /min； (4)加速度 0.2G； (5)切削力约 100N； (6)工件夹具约 25 ； 加工材料为碳钢 工作台台面尺寸 230mm 230mm X、Y 方向定位精度 0.01mm X- Y 方向的脉冲当量均为 0.005mm/脉冲 黄河科技学院毕业设计说明书 第 6 页 2.2 工作台的外形尺寸 根据工作台面尺寸和加工范围。磨齿工作台外观图大致如下： 图 21 磨齿工作台外观图 X 方向工作台尺寸的确定： X 向托板（上托板）的尺寸：长宽高 上导轨（X 向） 取动导轨长度 动导轨行程 支承导轨长度 +480 B Lllmm= Y 方向工作台尺寸的确定： Y 向托板（下托板）的尺寸：长宽高 600mm230mm30mm 下导轨（Y 向） 取动导轨长度 250 B Lmm= mmmm50230mm230 mmlB230= mml250= 黄河科技学院毕业设计说明书 第 7 页 动导轨行程 100lmm= 支承导轨长度 350 b Lllmm=+ = 2.3 机械传动部件的选择 2.3.1 导轨副的选用 要设计数控工作台，需要承受的载荷不大，而且脉冲当量小，定位精度高， 因此选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小，不易爬行，传动效率高，结构紧， 安装预紧方便等优点。 2.3.2 丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，需要满足 0.005mm 冲当量和01.0mm 的定位精度， ，只有选用滚珠丝杆副才能达到要求， 滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高、预紧后可 消除反向间隙。 2.3.3 伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到 0.001mm，定位精度也未达到微米级，空载 最快移动速度也只有因此 1000mm/min， 故本设计不必采用高档次的伺服电动机， 因此可以选用混合式步进电动机。以降低成本，提高性价比。 2.3.4 控制系统的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制。设计 参数所给的精度对于步进电动机来说尚可以达到，决定采用开环控制，以降低成 本。 考虑到 X、Y 两个方向的加工范围不是很大，承受的工作载荷相差也不大， 为了减少设计工作量，X、Y 两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、减速装置、伺服 电动机拟采用相同的型号与规格。 2.4 控制系统的设计 1）设计的 X- Y 工作台准备用在磨床上，其控制系统应该具有单坐标定位， 所以控制系统设计成连续控制型。 黄河科技学院毕业设计说明书 第 8 页 2）对于步进电动机的开环控制，选用 S7- 200PLC 作为控制系统的 CPU，能 够满足相关指标。 3）要设计一台完整的控制系统，在选择 CPU 之后，还要扩展程序存储器， 便于存储编写程序。 4）选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用。 2.5 系统总体框图 图 22 系统总体框图 黄河科技学院毕业设计说明书 第 9 页 3 机械设计部分 3.1 工作台重量初步估算 重量估计： W下 下= 夹具及工件重量： X- Y 工作台运动部分重量： 3.2 磨削力的计算 根据已知的数据可知，磨床使用碗形砂轮 D=200mm，转速为 1400r/min，磨 床的额定功率为 3KW,带传动的机械效率=0.8，计算砂轮的磨削力。 砂轮转速 n=1400 0.8=1152 r/min 根据公式可知，代入数值 V= 由 P=FV 可知 计算工作时砂轮对于工作台的纵向力，和横向力 由图 3- 2 可知 = X W N206108.71050320230 23 黄河科技学院毕业设计说明书 第 10 页 图 31 受力分析图 3.3 滚动导轨的选用 导轨长度：在工作台外形尺寸初步估算中我们得到 X 方向导轨长度为 480mm，Y 方向导轨长度为 350mm。考虑到工作行程应该留有一定余量，选取 导轨的长度均为 600mm 此时工作台的重量如下： 3.1.1 导轨工作负载计算 导轨基本额定动负载的计算： 根据以上数据，选择由济宁博特公司生产 KL 系列的 JSA-LG15 型导轨副，其 参数如下： 表表 31 导轨副参数导轨副参数 型号 滑块尺寸 额定载荷 /KN 额定静力矩/(N.m) C1 C2 L1 L2 L3 M1 Ca C0a MA MB MC JSA- LG15 4.5 38 65 40.5 30 6 M5 7.94 9.5 55 55 88 黄河科技学院毕业设计说明书 第 11 页 3.3.2 块承受工作载荷 max F 的计算 工作载荷是影响直线滚动导轨副使用寿命的重要因素。本例中的 X- Y 工作 台为水平布置，采用双导轨、四滑块的支承形式。考虑最不利的情况，即垂直于 台面的工作载荷全部由一个滑块承担，则单滑块所受的最大垂直方向载荷为： max G FF 4 =+ （3- 1） 其中，移动部件重量869.94N，外加载荷，代上式，得 最大工作载荷 max F=389.3N=0.3893kN。 3.3.3 距离额定寿命 L 的计算 上述所取的 KL 系列 JSA- LG15 系列导轨副的滚道硬度为 60HRC， 工作温度 不超过100oC，每根导轨上配有两只滑块，精度为 4 级，工作速度较低，载荷不 大。分别取硬度系数 f H=1.0，温度系数 fT=1.00，接触系数 fc=0.81，精度系数 fR=0.9，载荷系数 fw=1.5，代入式（3- 33） ，得距离寿命： L=( HTCR W ff f f f max a C F )3 50 48965 Km 大于期望值 50Km，故距离额定寿命满足要求。 3.4 滚珠丝杠的计算和选择 滚珠丝杠的负荷包括钻削力和铣削力及运动部件的重量所引起的进给抗力。 应按铣削时的情况计算。 型号 装配后 组合尺寸 导轨尺寸 滑块尺寸 H W B H1 I F L0max dDh1 B1 K T T1 JSA- LG15 24 15.5 16 15 20 60 1500 4.57.55.3 47 19.4 7 11 黄河科技学院毕业设计说明书 第 12 页 3.4.1 最大工作载荷 Fm的计算 在立铣时，工作台受到进给方向的载荷（与丝杠轴线平行） x F=99.2N,受到 横向载荷（与丝杠轴线垂直） y F =171.8N，受到垂直方向的载荷（与工作台面垂 直） z F=869.94N. 已知移动部件总重量 G=644N，按矩形导轨进行计算，取颠覆力矩影响系数 K=1.1，滚动导轨上的摩擦系数 =0.05。求得滚珠丝杠副的最大工作载荷: 3.4.2 最大动工作载荷 FQ的计算 设工作台在承受最大铣削力时的最快进给速度 v=1000mm/min，初选丝杠导 程 Ph=5mm,则此时丝杠转速 n=v/Ph=100r/min。 取滚珠丝杠的使用寿命 T=15000h,代入公式 0 6 60 10 nT L = （3- 2） 得丝杠寿命系数 LO=180（单位为：106r） 。 取载荷系数 W f=1.2,滚道硬度为 60HRC 时，取硬度系数 H f=1.0,代入下式， 求得最大动载荷： FQ= 3 0WHm L ff F 1092.2 N 3.5 型号的选择与校核 3.5.1 规格型号的初选 根据计算出的最大动载荷和初选的丝杠导程， 查网上生产该型号的生产厂家 的资料， 选择济宁博特精密丝杠制造有限公司生产的 GDM 系列 2005- 3 型滚珠丝 杠副， 为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副， 其公称直径为 20mm， 导程为 5mm， 循环滚珠为 3 圈2 系列， 精度等级取 5 级， 额定动载荷为 9309N， 大于最大计算动载荷最大动工作载荷 FQ，满足要求。 工作台在钻削加工时受载，滚珠接触面产生变形，即应该考虑滚珠丝杠的额 黄河科技学院毕业设计说明书 第 13 页 定静载荷 Coa是否充分超过了滚珠丝杠的最大工作载荷 Fm，一般使 Coa/Fm=23。 所选丝杠的额定静载荷为 21569 远大于 1779，杠满足要求。 表表 32 滚珠丝杠螺母副几何参数滚珠丝杠螺母副几何参数 （单位（单位 mm） 名 称 符号 计算公式和结果 丝杠滚道 公称直径 0 d 20 螺距 P 5 接触角 45o 钢球直径 w d 3.175 螺纹滚道法面半径 R 0.521.651 w Rd= 偏心距 e 0.0449e = 螺纹升角 arc4 33 h w P tg d = o 丝杆 丝杠外径 1 d 19.3 丝杠底径 2 d 16.2 螺杆接触直径 z d cos17.75 zwb ddd= 丝杠螺母 螺母螺纹外径 D 0 2223.212DdeR=+= 螺母内径 （内循环） 1 D 20.14 3.5.2 传动效率的计算 将公称直径 d0=20mm,导程 Ph=5mm,代入 0 arctan h P d = （3- 3） 得丝杠螺旋升角 =433。 将摩擦角 =10，代入 tan tan() = + （3- 4） 得传动效率 =96.4% 。 3.5.3 刚度的验算 X- Y 工作台上下两层滚珠丝杠副的支承均采用“单推- 单推”的方式，丝杠 的一端采用- 对推力角接触球轴承，面对面组配，另一端采用深沟球轴承，固游 式配合，左、右支承的中心距约为 a=500mm；钢的弹性模量 E=2.1105Mpa;滚珠 黄河科技学院毕业设计说明书 第 14 页 直径 Dw=3.175mm，丝杠底径 d2=16.2mm,丝杠截面积 22 2 4206.12=Sdmm 。 算得丝杠在工作载荷 Fm 作用下产生的拉/压变形量如下： 根据公式 0 3 W ZdD= ，求得单圈滚珠数 Z=20；该型号丝杠为单螺母，滚 珠的圈数列数为 31，代入公式 Z= Z圈数列数，得滚珠总数量 Z =60。 丝杠预紧时，取轴向预紧力 YJm FF= /3=53.7N。求得滚珠与螺纹滚间的接触变形 量 2 0.0026mm 。 因为丝杠有预紧力，且为轴向负载的 1/3，所以实际变形量可以减少一半， 取 2 =0.0013mm 将以上算出的 1 和 2 代入 12 =+ 总 ，求得丝杠总变形量（对应跨度 500mm） 总 =3.16m。 本例中，丝杠的有效行程为 330mm，由表 3- 27 知，5 级精度滚珠丝杠有效 行程在 315400mm 时，行程偏差允许达到 25um，可见丝杠刚度足够。 3.5.4 压杆稳定性校核 计算失稳时的临界载荷 FK。 ，取支承系数 k f=1；由丝杠底径 d2=16.2mm 求得 截面惯性矩 4 2 /64Id=3380.88 4 mm；压杆稳定安全系数 K 取 3（丝杠卧式水平 安装） ；滚动螺母至轴向固定处的距离 a 取最大值 500mm。代入式 22 kk FfE Ika= 得临界载荷等于 9343N，远大于工作载荷 161.2N 故丝杠不会失稳。 综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。 3.6 步进电动机的计算与选型 3.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量 Jeq 已知：滚珠丝杠的公称直径 d0=20mm，总长 l=554mm，导程 Ph=5mm，材 黄河科技学院毕业设计说明书 第 15 页 料密度 =7.8510- 3kg/ 2 cm;移动部件总重力 G=869.94N；传动比 i=1。 机械系统各部件的转动惯量可以根据相关公式计算， 对于某些传动件 （齿轮、 丝杠）不容易精确计算，可以用圆柱体公式进行相似计算。 2 2 = h W P JM 2 2 S L R J = 2 2 Z R J = b 滚珠丝杠的转动惯量 Js=0.688kgcm2;拖板折算到丝杠上的转动惯量 Jw=0.408kgcm2; 初选步进电动机的型号为 90YBG2602,为两相混合式，由常州宝马前杨电机 有限公司生产，二相八拍驱动时的步距角为 0.75，查得该型号的电动机转子的 转动惯量 Jm=4 kgcm2。步进电动机的驱动器选择的是常州伟通机电制造有限公 司生产的 MD- 21 型驱动器，满足设计需要。 则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： 2 12 ()/ eqmZZWS JJJJJJi=+=5.096kgcm2 验算惯量匹配，电动机轴向惯量比值应控制在一定的范围内，既不应太大 也不应太小，即伺服系统的动态特性取决于负载特性。为使该系统惯量达到较合 理的配合，一般比值控制在 1/41 之间， 由此可见: 1 1 4 Jm Jeq ,符合惯量匹配要求。 3.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩 Teq 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩 1eq T， 1eq T包括三部分;一部 分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩 maxa T； 一部分是移动部 件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 f T ； 还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算 到电动机转轴上的附加摩擦转矩 0 T。因为滚珠丝杠副传动效率很高， 0 T相对于 maxa T和 f T 很小，可以忽略不计。则有： 黄河科技学院毕业设计说明书 第 16 页 1eq T= maxa T+ f T 考虑传动链的总效率 ，计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转 矩： maxa T= 2 1 60 eqm a Jn t （3- 5） 其中： max 360 m v n =416.7r/min 式中 max V空载最快移动速度，本设计为 1000mm/min； 步进电动机步距角，预选电动机为 0.75 o ； 脉冲当量，本例=0.005mm/脉冲。 设步进电机由静止加速至 m n所需时间0.4 a ts=，传动链总效率。 移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： 式中 导轨的摩擦因素，滚动导轨取 0.05 z F垂直方向的磨削力，空载时取 0 传动链效率，取 0.8 最后求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩： 1eq T= maxa T+ f T =0.1134Nm 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩 2eq T 2eq T包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 t T；一 部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩 f T ； 还有一部分是滚珠丝 杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩 0 T， 0 T相对于 f T 和 t T很小， 可以忽 黄河科技学院毕业设计说明书 第 17 页 略不计。则有： 2eq T= t T+ f T 其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩 t T由公式计算。有： 再计算垂直方向承受最大工作负载 z F=869.94N 情况下，移动部件运动时折 算到电动机转轴上的摩擦转矩： 最后求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩： 2eq T= t T+ f T =0.2149N.m 最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为： 3.6.3 步进电动机最大静转矩的选定 考虑到步进电动机的驱动电源受电