马赛克自动铺贴机胎模传输子系统设计及实现

I 目 录 1. 绪论 1 1.1 课题来源 1 1.2 目的和意义 1 1.3 国内外技术发展现状与趋势 2 2. 项目总方案及胎模传输子系统的介绍 3 2.1 项目总方案 3 2.2 马赛克自动铺贴机胎模传输子系统 4 3. 胎模传输系统的设计 4 3.1 胎模传输系统方案的拟定 4 3.2 滚珠丝杠滑台设计计算及选型 5 3.2.1 滚珠丝杠副的特点 5 3.2.2 滚珠丝杠滑台选型设计及计算 6 3.3 电动推杆的选型 12 3.3.1 电动推杆的结构及特点 12 3.3.2 电动推杆的选择 13 4. 胎模传输系统 Solidworks 建模及模拟装配 13 4.1 Solidworks 软件简介 13 4.2 胎模传输系统 Solidworks 建模及模拟装配 14 4.2.1 胎模传输系统零件的三维建模 14 4.2.1 胎模传输系统零部件的模拟装配 14 5. 结论 16 参考文献 17 致 谢 18 1 马赛克自动铺贴机胎模传输子系统设计及实现 姓名： 张振江 学号： 2010334316 班级： 10 级机械设计制造及其自动化 2 班 1. 绪论 1.1 课题来源 课题来源于 与广东科达机电有限公司共同申报的项目“多颜色复杂图案马赛克自动铺贴装备的研发及产业化”，该项目 旨在研究开发 多颜色复杂图案陶瓷锦砖马赛克颗 粒的自动铺贴设备 。本论文重点是 对多颜色复杂图案马赛克自动铺贴设备的胎模传输系统的设计 ， 进而辅助完成多颜色复杂图案马赛克自动铺贴装备整个系统的设计及实现。 1.2 目的 和意义 本项目的目的是研制一种多色多图案马赛克自动铺贴成套设备并产业化，解决目前 马赛克行业机械化程度低、生产效率不高、严重依赖劳动力 铺贴等问题。 陶瓷锦砖又称陶瓷马赛克，是在陶瓷胎模（底模）上铺贴上各种颜色的 小石块或 陶瓷碎片或有色玻璃碎片 形成的一种建筑装饰材料，根据所铺贴的图案，马赛克可分为单色马赛克与多色图案马赛克，如图 1-1 所示。 (a) 单色马赛克 (b) 多色图案马赛克 图 1-1 马赛克及其几何拼图 典型的马赛克是在陶瓷胎模上铺贴各种颜色的马赛克颗粒形成的，如图 1-2 所示。马赛克颗粒的铺贴是制作马赛克的重要环节。铺贴的效率和质量直接影响到产能与质量。 马赛克颗粒 陶 瓷 胎 模铺 贴马 赛 克 图 1-2 马赛克形成过程示意图 传统典型的制作方式是熔融法，即首先在陶瓷胎模上铺贴好马赛克颗粒，然后在颗粒的缝隙间喷上固定颗粒用的溶胶，再经烘干溶胶使得颗粒与胎模固定在一起。传统的铺贴工艺主要通过人工逐片逐点实施，不仅效率低下，而且影响人体健康。为了提 高产能，实现清洁生产的目标，自上世纪 80 年代中期，一些生产企业开始引进马赛克自动生产设备。例如， 佛山市石湾工业陶瓷厂 在 1983 率先自日本引进了一条彩釉马赛克自动生产线 ，上海曼联马赛克公司引进了意大利萨克米公司全自动生产线二条，佛山斯米克公司先后从意大利、瑞士引进了全套专业瓷砖生产线。到 1990 年前后，一些有实力的企业开始自主研发或者与国内研究机构合作开发所需要的自动生产设备。但由于 马赛克 是一个以传统手工制作为主体的劳动密集型产业，生产标准不完善、 无序竞争 激烈、公司之间仿冒抄袭严重，导致技术研发难以得到足够重 视，进展缓慢 。 此外， 马赛克 属于陶瓷产业衍生的一个产业。由于陶瓷制作的高能耗、高污染性，在目前国家强力推行节能环保、清洁生产的大环境下，所有的陶瓷生产企业都开始了回归技术、调整结构的战略转变。马赛克生产也在这场转变中转变其生产模式，向清洁生产的方向发展。这也为本项目相应技术的开发和创新提供了机遇。 马赛克全自动铺贴生产线是提高马赛克生产产能的重要手段，也是清洁生产的重要途径。然而，目前国产的马赛克自动铺贴设备在诸多方面不能满足现实市场的需求，特别是针对复杂图案马赛克的全自动铺贴设备，国内还未见相关报道。综上 所述，本项目开展多色多图案马赛克全自动铺贴成套设备的研发具有重要的意义。据此，该马赛克自动铺贴机胎模传输子系统设计及实现在对整个系统的设计及实现上意义非凡。 1.3 国内外技术发展现状与趋势 马赛克本属舶来，源于国外。国外对马赛克的设计与生产早有研究并且有很成熟的马赛克自动生产线。其中意大利、日本、荷兰、瑞典等国家技术成熟，工艺设备完备，能够实现马赛克自动铺贴、刷胶、烘烤、质量检测。我国目前在使用的自动生产线基本上源于进口。目前进口一套多色彩立方颗粒陶瓷马赛克自动生产线的价格为人民币 700 万以上（其中铺贴、 刷胶部分在 550万元左右）。对于其他形状的或者多色的，价格都在千万人民币以上。由于价格昂贵，国内除了少数实力雄厚的企业以外，其他马赛克生产企业较少采用。 近年来，国内也有开展马赛克自动铺贴设备的相关报道。其中山东杰玛公司出品的旋振式马赛克铺贴机拥有最多的用户。该铺贴机可同时放置二排共六块塑料模板，经振动筛将马赛克颗粒入模定格。经操作工停机起模、换装空模板后循环工作。显然，这种铺贴机提高了单色马赛克的铺贴效率。但是对于多色马赛克片组成几何图案的情形，该铺贴机无法进行自动铺贴。 2011 年，佛山市 竟佳工控设备厂 开 发了一种 马赛克全自动排版机 ，但是该设备只能对马赛克进行 单色和双色排版 。 在技术研究方面，国内的报道也不多见。 1988 年，陈刚昌发明的专利技术“ 一种马赛克铺贴器 ” ，由机架、前后轮、传压带、止滑板、松紧器、控制杆和握把等构成， 主要基于人工操作完成的。 1993 年， 韩起文 发明了“ 玻璃马赛克双向快速铺摆机 ”，主要在 马赛克粘贴前 将 马赛克 片铺摆在模具里 。 1995 年，广东新会玻璃厂与五邑大学于合作开展马赛克自动铺贴生产线的研究，研究出了单色马赛克自动铺贴生产线。但遗憾的是，此项技术由于受当时技术手段的限制，自身存在着一些问 题，未能得到进一步发展和推广。 2006 年， 霍赖河 发明 了一种玛赛克自动分选铺贴机， 可实现马赛克片的自动分选 。 2007 年， 陈顺利 、 郭安华 发明了“ 马赛克自动铺砖机 ”主要用于 运送马赛克模板 。 2008 年， 郭安华 、 陈顺利 发明了“ 马赛克瓷砖全自动收砖铺贴线 ”。主要在原有马赛克生产线的基础上 新增加了色标传感器 等装置，能 实现瓷砖全自动收砖和铺贴的操作过程。 但是该设备在使用过程中色标识别的误差较大，需要大量人工干预。 2008 年， 潘灿强 、 朱康盛 也在设计出了 一种全自动铺贴系统及其自动识别反向装置 ，可在马赛克颗粒中挑出残缺片并实现 单色马赛克颗粒的自动铺贴 。 2010 年，陈耀灶设计了一种马赛克铺贴设备。该装置利用三条输送马赛克颗粒的输送带，三个机械手同时从三条输送带上提取马赛克颗粒放到模框内，使马赛克在模框内形成阵列。 尽管国内对马赛克自动铺贴设备进行了一系列研发，但是这些设备很难实现对多种色彩和多种几何图案的马赛克进行铺贴，而国外进口的设备价格昂贵。因此，在马赛克最大生产制造地的广东省开展多色多图案马赛克自动铺贴成套设备的研发显得非常必要。 除了经济效益以外，项目的开展还有巨大的社会效益。这主要基于人类无止境追求美的社会效应。随着对美 的不断追求，人类居住环境的美化意识和行为也是无止境的。只要有人类存在，马赛克作为人类审美和美化价值的一种载体，就会越来越多地应用于人类活动的场所，尤其是面对大型建筑外墙美化的需要。此外，随着节能环保、清洁生产等理念的深化和渗透，人们对马赛克自动化生产设备的要求只会愈来愈高、愈来愈丰富。发展中国家城市化进程的深入以及国家建材下乡政策，将会给马赛克产业带来更大需求和市场。这也意味着本项目后续的发展空间巨大。 今天的马赛克追求极度奢华、强调细节、注重格调、突出个性、提倡环保健康，所以越来越走俏，为市场所青睐。马赛 克市场将会进一步扩大，一是取决于马赛克的艺术价值 ;二是改革开放以来，中国经济一直快速增长，人民生活水平及素质提高很快，有资金有时间讲究生活品位了 ;三是追求个性的 80 后年轻人将成为消费主体，而马赛克的特点正好可以满足这一需求 2. 项目 总方案及胎模传输子系统的 介绍 2.1 项目总方案 该 项目所设计的机械设备是一个光机电一体化的机械系统 。整一个马赛克自动铺贴系统的设计是用 C 语言编程 由 C51 单片机程序控制马赛克颗粒颜色识别以及马赛克颗粒落料的顺序。马赛克自动铺贴机的驱动是 由 PLC 控制的，其包括 对 传 输系统控制 、 马赛 克颗粒 向胎模铺贴的 准确定位 、 电机启动 控制 等 。系统的总体方案如下图 2-1 所示。 图 2-1 项目 总 方案 示意图 (略去了辅助装置 ) 在图 2-1 中， A 为振动 器 ，其中包含电机，振动部分； B 胎模传送装置 ； C 为载物台 ； D 为胎模 ； E 与 F 为冲压装置， 它是利用下落冲压的模式将马赛克颗粒从振动筛 (未画出 )冲 压送到胎膜上 ，其中 E 为冲头， F 为电机 ； G 为 马赛克颗粒； H 为胎模的推出装置 ； I 为下料片 (分两级 )，以合页的形式与 J 连接； J 为 振动 滑道 ； K 为马赛克落料振动盘，内置有马赛克正反面检测装置 (未画出 )，可以自动将马赛克颗粒翻面。 系统的总体工作原理：由 马赛克落料振动盘 K 输送马赛克颗粒，区分出颗粒的正反面 , 而马赛克颗粒流入到 振动 滑道 J， 此 振动 滑道是由 两级检测装置可以通过 PLC 准确控制其将需要的马赛克颗粒输送到胎模上方 ， 再通过冲压装置 E、 F 将马赛克颗粒准确的铺贴到胎模上。继而在 PLC自动控制下胎模传送装置 B 工作将胎模传输到指定位置 ，再通过 胎模的推出装置 H 将铺贴好的胎模推走，从而完成一个循环。 如果 在振动滑道传送的马赛克颗粒不是预要求的，则可通过下料片 I 的开合将其放掉，直到需求的马赛克颗粒来到，继续完成预定工作循环。 2.2 马赛克自动铺 贴机胎模传输子系统 该子系统要实现多彩马赛克颗粒向胎模快速准确铺贴和及时将已铺贴好的胎模传输出去的目的。 目前国内在单色马赛克颗粒铺贴方面已经有较成熟的产品销售，但是对于多色几何图案的铺贴，无论是从技术上还是工艺上都缺乏可借鉴的方法。自动铺贴不仅涉及到铺贴动作实现的技术问题，还涉及到铺贴效率问题。高效的自动铺贴是 该子系统 的关键，需要协调传输、识别等一系列要素，是一个综合性很高的复杂控制问题。 3. 胎 模 传输系统的设计 3.1 胎 模 传输系统方案的拟定 胎模传输系统主要是实现马赛克的精确铺贴及及时运送胎模 功能 的 系统。 该系统包含两个小的子系统：实现马赛克颗粒自动铺贴及胎模多点停留的传送控制子系统和实现把已铺贴好的胎模推出的 推杆 子系统。 鉴于各种条件限制，本设计现阶段还不能设计出真正用于生产的设备，只能先设计出迷你型设备。因此其马赛克颗粒及胎模等已定部件均按迷你型设备需求给出。 设计 中的胎模 及 马赛克 颗粒 质量不大，其传输速度 不快 但速度多变又需要多点停留。 考虑到气动式执行元件功率小，体积大，动作不够平稳，不易小型化且工作噪声大，难于伺服以及液动式执行元件液压源要求严格，易泄漏且有污染等 诸多不足，本设计决定采用电动式执行元件。 基于这些考虑，推杆部分业已确定为电动推杆装置，而实现马赛克颗粒自动铺贴及胎模多点停留的传送控制子系统 本设计初定 了 三个方案供选择： 由滚珠丝杠副作为传动件的滚珠丝杆滑台系统，如图 3-1(a)所示。 由 小齿轮和齿条作 为传动件的传输系统 ，如图 3-1(b)所示 。 由 齿轮 和传输带 传动为传动件的传输带输送系统 ，如图 3-1(c)所示 。 (a) (b) (c) 图 3-1 传送控制子系统的三种方案 通过比较可知 ： 方案滚珠丝杠轴向刚度高，反向定位精度高，滚珠丝杠副可进行预紧并消除间隙，因而 轴向刚度高，反向时无空行程 (死区 )，定位精度高，且运动灵敏、低速时无爬行，磨损小，寿命长，维护简单。 方案 小齿轮和齿条 传动承载力大，传动精度较高 ， 但其 工作时噪声和振动大，而且 齿轮 磨损易跳齿 。 方案 适用于两轴中心距较大的传动；带具有良好的挠性，可缓和冲击，吸收振动；过载时打滑防止损坏其他零部件；结构简单、成本低廉。 但是 传动的外廓尺寸较大 ， 需张紧装置 ， 由于带的 打滑，不能保证固定不变的传动比 ，进而不能准确的控制胎模的传动位置。 综上所述，本设计最终确定选用方案。 即胎模传输系统由滚珠丝杠副作为传动件的滚珠丝 杆滑台系统和电动推杆装置组成 ，如图3-2 所示。 (a） (b) 图 3-2 胎模传输系统 示意图 3.2 滚珠丝杠滑台设计 计算 及选型 3.2.1 滚珠丝杠副的特点 滚珠丝杠副（图 3-3）有许多特点，大致如下： （ 1）轴向刚度高 ， 反向定位精度高 ， 滚珠丝杠副可进行预紧并消除间隙 ， 因而轴向刚度高，反向时无空行程 (死区 )， 定位精度高。 （ 2）运动灵敏、低速时无爬行。由于静、动摩擦系数小 ， 且二者差值也很小，因而起动转矩小，动作灵敏，不会出现低速爬行现象。 （ 3）摩擦损失小、传动效率高。般传动效 率可达 0.92-0.96， 比普通滑动丝杠副提高 3-4 倍 .因此驱动转矩为滑动丝杠副的 1/4 （ 4）传动具有可逆性， 可 将 旋转运动 和 直线运动 互相转化。 （ 5）磨损小，寿命长，维护简单。 (a) (b) (c) 图 3-3 滚珠丝杠副 3.2.2 滚珠丝杠 滑台 选型设计及计算 （本设计参数均参照 THK 滚珠丝杠手册） 初定各参数为： 有效行程： l=300mm 胎模尺寸： 137mm 137mm 9mm 定位精度： 0.1mm/300mm 马赛克颗粒尺寸： 23mm 23mm 8mm 工 作台质量： m1=5kg 工件质量： m2=0.6kg 载物台尺寸： 160mm 140mm 20mm 胎模最大传输速度： Vmax=40mm/s 加速时间： t1=0.1s 减速时间： t3=0.1s 预期寿命： 30000h 工作台与导轨滑动面的摩擦系数： =0.003 导向面阻力： f= m1g=0.003 5 9.8N=0.147N （ 1） 选定丝杠精度 为了 满足 0.1mm/300mm 的定位精度 要求 ，必须选择 误差 低于 0.1mm/300mm 的导程精度 。由此条件查 thk 丝杠手册可知选 C7 级精度，其导程误差为 0.05mm/300mm。又由于 C7 精度下既有轧制又有磨制滚珠丝杠，因此优先选用 C7 级价格低廉的轧制滚珠丝杠。 （ 2）选定导程 初选电机的最大转速为 nmax=300r/min，电机与丝杠轴直联，故减速比为 1。 导程计算公式为： i60maxmaxNVPH (3-1) 其中 ， PH 为丝杠导程 ， mm； Vmax 为最大传输速度 ， mm/s； i 为电机至丝杆的减速比，当电机与丝杆直连时 i=1。 则 将数据代入式 (3-1)得 ： mmmmPH 8300 6040 (3-2) 则所选导程应 满足 PH 8mm。 （ 3） 选定支承方式 丝杠输送胎模的有效行程为 300mm 属较小行程，速度不高，精度要求一般，所以选择两端支承的支承方式。 （ 4） 丝杠轴外径的选择 按设计要求 该丝杠轴轴向游隙 应小于 0.15mm，则查 thk 丝杠手册轧制滚珠丝杠外径需在32mm 以内。由手册知同时满足导程大于等于 8mm，丝杠外径小于 32mm 两个条件的可能组合为： 规格 A（导程 8mm外径 12mm）、规格 B（导程 8mm外径 12mm）、规格 C（导程 10mm外径 15mm） 轴向允许载荷计算及校核 有分析 知，加速运行时轴向载荷最大，计算该情况下的最大轴向载荷。 加速度： 21m a x /4.01.0 /40ta sms smmV (3-3) 最大轴向载荷： NmmF55.2 0 .4 N5 .60 .1 4 79 .85 .60 .0 0 3 a)m(fg)m( 2121a (3-4) 按最小轴径规格 A（导程 8mm+外径 12mm）计算最大轴向允许载荷如下： 查阅 thk 丝杠手册，得出丝杠沟槽最小直径 dr=9.7mm，与安装方式有关的系数 2=5.0，初定丝杠安装间距 L=400mm。 最大轴向允许载荷 计算公式为 ： 4 4122d 10rP L(3-5) 其中， P1 为 最大轴向允许载荷 ， N； dr 为 丝杠沟槽最小直径， mm； L 为丝杠的安装距离， mm； 2 为与安装方式有关的系数 (参照 thk 丝杠手册 )。 将数据代入式 (3-5)可得： NNLP r 5.276610400 7.9510d 42442421 (3-6) 计算结果：最大轴向允许载荷 2766.5N 大于实际最大轴向载荷 2.55N，安全。 丝杠临界转速计算及校核 查阅 thk 丝杠手册，丝杠直径为 12mm、 18mm、 15mm 时，丝杠沟槽最小直径分别 为 dr=9.7mm、14.4mm、 12.5mm。由手册知与支承方式有关的系数 f=9.7， 丝杠的 临界转速公式 72r1 10dfn L (3-7) 其中， 1n 为临界转速， r/min; rd 为丝杠沟槽最小直径， mm； f 为与安装方式有关的系数 (参照 thk 丝杠手册 )； L 为丝杠的安装距离， mm。 由式 (3-7)可得丝杠直径为 12mm、 18mm、 15mm 时的临界转速分别为： m i n/r5880m i n/r10400 7.97.9n 721.1 (3-8) m i n/r8730m i n/r10400 4.147.9n 722.1 (3-9) m i n/r7578m i n/r10400 5.127.9n 723.1 (3-10) 查阅 thk 丝杠手册，丝杠直径为 12mm、导程 8mm 时，滚珠中心直径 D=12.65mm；丝杠直径为 18mm、导程 8mm 时，滚珠中心直径 D=19.3mm；丝杠直径为 15mm、导程 10mm 时，滚珠中心直径 D=15.75mm. 根据公式 D70000n2 (参照 thk丝杠手册 )可得以上三种丝杠直径规格由 DN 决定的临界转速分别为： m in/r553365.1270000n 1.2 (3-11) m in/r36263.1970000n 2.2 (3-12) m in/r444475.1570000n 3.2 (3-13) 根据 导程 的定义，电机所需要的转速 maxn 与 最大 高速度 maxV 、丝杠导程HP、减速比 i 之间的关系为： iP 6010n H3m a xm a x V(3-14) 其中， maxn 为电机所需要的最大转速， r/min ； maxV 为最大传输 速度 ， mm/s； HP为丝杠导程， mm； i 为电机至丝杆的减速比，当电机与丝杆直连时 i=1。 依据公式 (3-14)计算出 三种规格的实际最高转速分别为： m i n/r3008 6040iP 6010nH3m a xm a x 1 V(3-15) m i n/r3008 6040iP 6010nH3m a xm a x 2 V(3-16) m i n/r24010 6040iP 6010nH3m a xm a x 1 V(3-17) 计算结果：规格 A、规格 B、规格 C 三种规格的丝杠均满足条件。 （ 5） 选定螺母类型 螺母允许最大轴向载荷校核 查阅 thk 丝杠手册，轧制滚珠丝杠中， 丝杠规格为 A、 B、 C 的螺母分别为滚珠丝杠 BTK 和BLK 型，可以选择的螺母型号及额定载荷分别为： BTK1208-2.6： Ca=3.8kN， C0a=6.8kN； BTK1808-3.6： Ca=13.1kN， C0a=31kN； BLK1510-5.6： Ca=9.8kN， C0a=25.2kN； 查 thk 丝杠手册，本例中低速载荷平稳条件下的经安全系数 fs=1.3，由公式sa0amax fCF 可得最小规格螺母允许的最大轴向载荷为： NNNCF 5231k231.5k3.1 8.6f s a0a m a x (3-18) 计算结果：实际最大轴向载荷 2.55N 小于螺母允许的最大轴向载荷 5231N，安全。 额定寿命计算及校 核 (a)计算轴向载荷 假设丝杠按通常模式运行，前进时按加速、等速、减速三个阶段，返回时同样按加速、等速、减速三个阶段，各阶段行走的距离分别为 l1、 l2、 l3、 l4、 l5、 l6，轴向载荷分别为 Fa1、 Fa2、 Fa3、Fa4、 Fa5、 Fa6。由于马赛克颗粒规格为 23mm 23mm 8mm，胎模每次需移动 23+1.5=24.5mm 的距离 。则各阶段行走的距离分别为： 加速时行走距离 l1(l4)： mmmmtVll 22 1.0402 1m a x41 (3-19) 减速时行走距离 l3(l6)： mmmmtVll 22 1.0402 3m a x63 (3-20) 等速时行走距离 l2(l5)： mmllmmll 5.205.24 2152 (3-21) 总移动距离 l： mmlllllll 4925.202222654321 (3-22) 则各阶段的轴向载荷分别为： Namfgm 404.2mmF 2121a1 (3-23) Nfgm 164.0mF 21a2 (3-24) Namfgm 076.2mmF 2121a3 (3-25) Namfgm 404.2mmF 2121a4 (3-26) Nfgm 164.0mF 21a5 (3-27) Namfgm 076.2mmF 2121a6 (3-28) 因为各阶段轴向载荷方向不同，所以需要分别计算两个方向的平均轴向载荷。 正向平均轴向载荷： NNllFlFlFF aaam977.0492076.25.20164.02404.23 3333 6632231131(3-29) 负向平均轴向载荷 ： NFl lFlFlFF aaam 977.01m3 5534433332 (3-30) 平均轴向载荷为： NFFF 977.02m1mm (b)计算用总转数表示的额定寿命 滚珠丝杠的 疲劳寿命可以有总转数来表示，计算公式为： 63a 10r mw FfCL (3-31) 其中 ， rL 为由总转数表示的额定疲劳寿命 ， r； aC 为螺母额定动载荷 ， N； wf 为负荷系数，与运动速度及振动冲击情况有关， (thk 滚珠丝杠手册 )； mF 轴向载荷， N； 根据 公式 (3-31)分 别计算前面初选三种滚珠螺母用总转数表示的额定寿命为： BTK1208-2.6： r1074.1r10977.05.1 108.310r 1663363a1 mw FfCL (3-32) BTK1808-3.6： r1014.7r10977.05.1 101.1310r 1763363a2 mw FfCL (3-33) BLK1510-5.6： r1099.2r10977.05.1 108.910r 1763363a3 mw FfCL (3-34) (c)计算每分钟平均转速 每分钟平均转速 n=3 次 /min，行程长度 l=300mm，两种导程下丝杠的平均转速为 导程为 8mm 时： m i n )/(2258 33002n2n 1m rPlH (3-35) 导程为 10mm 时： m i n )/(18010 33002n2n 1m rPlH (3-36) (d)计算用运行时间表示的额定寿命 根据 thk 丝杠手册公式mrh n60LL 计算三种滚珠螺母用运行时间表示的额定寿命为： BTK1208-2.6： h102.122560 1074.1n60 12161m1r1h LL (3-37) BTK1808-3.6： h103.522560 1014.7n60 13172m2r2h LL (3-38) BLK1510-5.6： h102.222560 1099.2n60 13173m3r3h LL (3-39) 计算结果 :三种规格滚珠螺母的额定寿命都大于期望寿命 30000h 的要求，因此最后选用三种规格尺寸中最小的规格 BTK1208-2.6。 （ 6）计算驱动扭矩 等速运动状态下电机所需要的扭矩 由于滚珠丝杠副无预压，所以由外部负载产生的摩擦扭矩为零。由 thk 丝杠手册得 mNmNiFPT H 333L 104.3109.02 8404.21012 (3-40) 加速运动状态下电机所需要的加速扭矩 查阅 thk 丝杠手册，得出丝杠单位长度的转动惯量为 mmcmg /k106.1 24- ，再乘 以丝杠的长度 400mm，即得丝杠的转动惯量 ： 262224s 104.6104.6400106.1 mkgcmkgcmkgJ (3-41) 工作台与工件的转动惯量 JT 为： 26223221 1008.92 1086.52 mkgmkgPHmmJ T (3-42) 由于电机与丝杠轴直联减速比为 i=1,负载转动惯量折算到电机输出轴上的总转动惯量 JL 为： 46 2 4 2s226 . 4 1 0 9 . 0 8 1 0 6 . 4 9 1 01TL JJJ k g m k g mi (3-43) （ 7）丝杠电机的选择 步进电机控制性能好，其工作状态不易受各种因素干扰 且不会产生累积误差，应用于系统中能使系统简化，并可靠地获得较高的位置精度；又 鉴于本设计的精度要求不高， 实物设 计小型化，加之经济因素，故选用步进电机。 据设计要求的电机最大转速 nmax=300r/min 可计算出 角加速度 为： sr a dt /3141.060 300260n2 1m a x (3-44) 加速扭矩 Ta 为： mNJJT mL 502.03141011049.6 34a (3-45) 则电机所需的最大驱动扭矩为： mNTTT aLk 505.0502.0104.3 3 (3-46) 已知导程 PH=8mm、行程 l=300mm，则步距角 x 由公式 l1360x8 计算可得 15.0)3008 360(8360lx (3-47) 依据步进电机选型手册可选用型号为 57BYG350BL-06013 的三相混合式 57 步进电机。 3.3 电动推杆的选型 3.3.1 电动推杆的 结构及 特点 电动推杆 （如图 2-4） 由驱动电机、减速齿轮、螺杆、螺母、导套、推杆、滑座 、外壳及涡轮、微动控制开关等组成 。 电动机通过变速机构减速后，带动一对螺杆、螺母，把电机的旋转运动变为直线运动，利用电机反、正转完成推、拉动作。 图 3-4 电动推杆 采用电动推杆作为执行机构不仅可 减少采用 气动执行机构 所需的气源装置和辅助设备，也可减少执行机构的重量。气动执行机构在整个控制运行过程中都需要有一定的气压，虽然可采用消耗量小的放大器等，但日积月累，耗气量仍是巨大的 。 采用电动推杆执行机构，在改变控制开度时，需要供电，在达到所需开度时就可不再供电，因此从节能看，电动推杆执行机构比气动执行机构有明显节能优点。适用于远距离操纵而广泛用于电力、化工、冶金、矿山、轻工 、交通、船舶等部门的风门、阀门、闸门等机构的启闭、物料装卸、 流量控制 等。现已被越来越多的部门用它来代替机构手、液压阀、减速传动机构的自动装置 3.3.2 电动推杆的选择 本设计中电动推杆的功用主要是将铺满马赛克颗粒的胎模推离丝杆滑台台面，进而使胎模能够被后续设备传输走。 只是要简单的推拉物件，并且精度不太高。 因此对其选择从以下几方面考虑： 安装型式的选择 由于前期 设备搭建已然 完成，故推杆安装尺寸及型式就已经确定，因此电动推杆的安装型式为一端固定一端自由。 额定推力的确定 铺满马赛克颗粒的胎模总质量不大，以陶瓷材料的胎模和玻璃材料的马赛克颗粒为例，加之前叙的规格尺寸 ，铺满马赛克颗粒的胎模质量约为 kg6.0m ，查阅机械手册知陶瓷与钢铁类材料的摩擦系数为 4.0 ，则推动胎模所需的临界推力为 ： NNF 35.28.96.04.0mg (3-48) 为了满足工程上的使用需要，电动推杆的额定推力应高于 负载力的 1.3 倍以上。故 F 额 1.3F=1.3 2.35N=3.06N 额定行程的确定 根据载物台尺寸及胎模规格，为使电动推杆能按要求正常工作，则其额定行程应大于负载额定行程 +60mm，即推杆行程 l 160mm+60mm=220mm 综上所述， 又本着 经济实用 、体积小、噪声低、 安装维修简单 的要求 ， 参照机械设计手册可选择 轻型 ZHN-100-200-30 型号的电动推杆。其规格参数为：初始安装尺寸为 310mm，传动比为5，行程范围为 50mm-100mm，配备 24V、 12W 的直流电机。 4. 胎模传输系统 Solidworks 建模及 模拟装配 4.1 Solidworks 软件简介 Solidworks 是美国 Solidworks 公司开发的三维 CAD 产品，是实行数字化设计的造型软件，在国际上得到广泛的应用。同时具有开放的系统，添加各种插件后，可实现产品的三维建模、装配校验、运动仿真、有限元分析、加工仿真、数控加工及加工工艺的制定，以保证产品从设计、工程分析、工艺分析、加工模拟、产品制造过程中的数据的一致性，从而真正实现产品的数字化设计和制造，并大幅度提高产品的设计效率和质量。 4.2 胎模传输系统 Solidworks 建模及 模拟装配 本设计 借用了 Solidworks 建模内核 的强大功能对胎模传输系统零部件进行建模和装配 ，为胎模传输系统机械部件实物化提供一个直观的参照。 4.2.1 胎模传输系统零件的三维建模 基于以上对系统零件的 设计及技术尺寸 要求 ， 初步 利用 Solidworks 建模内核设计出系统的 主要 零部件 。 通过对草图的建立，进一步使用拉伸、旋转、切除、扫描等特征 对丝杠副 、 导杆 、 电动推杆中丝杠齿轮 、 载物台 托架 等 主要零部件和辅助部件 进行 建模 。 部分 零件 （篇幅有限 ， 零件未全部展示） 的建模图形如 图 4-1 所示 ： 丝杠轴 导杆 丝杠齿轮 载物台托