毕业论文-FEEDER传动结构设计分析

FEEDER传动结构设计分析摘要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IFEEDER传动结构设计分析AbstractFEEDERusedinglasscontrapuntalindexmachineglasssubstrates,becausethetransmissionwithtouchscreenLCDflat-paneldisplayselectronicproductssuchasalreadyextensivelyinallareasoftheworld,especiallyinrecentyearsrapiddevelopment,theoutputasdemandandrapidgrowth,andinordertoadapttothescaleofproduction,LCDmonitorandtouchscreenprocessingequipmentformorehigherautomaticoptic-mechanicalintegrationequipment.Inordertorealizetheactualproductionmorequicklyonrawmaterialnamely,needglasssubstratesadoptsautomatedtransmissionequipment,sothisthesisresearchdeliverstheliftingmechanismglasssubstrates,fastrealizationofglasssupplydemand,acceleratewithtouchscreenLCDflat-paneldisplayssuchastheproductionofproducts.Thiswillgiveusfurthertoliftingmechanismformtointomorepracticalproductiontolaythegoodfoundation.Keywords：LCD，Liftingmechanism，glass，feedIIFEEDER传动结构设计分析目录第一章前言.11.1设计目标.11.2设计思路.11.3设计要求.21.4国内外发展现状.21.4.1国外发展情况.21.4.2国内发展情况.31.5升降装置理论研究发展状况.41.5.1悬臂式升降设备.41.5.2框架式升降设备.51.5.3水平驱动剪叉式升降设备.61.6现有升降装置类型介绍.71.7升降装置安全措施.9第二章FEEDER传动方案设计.102.1FEEDER传输要求.102.2FEEDER结构设计.112.3FEEDER工作原理.12第三章理论分析及零部件选用.133.1丝杠选用.133.1.1丝杠长度.133.1.2导程.133.1.3丝杠直径.143.1.4丝杠支撑方式.153.1.5容许轴向负载.153.1.6容许转速.163.1.7回转扭矩.173.1.8电动机扭矩.183.2电动机选用.19IIIFEEDER传动结构设计分析3.2.1电动机选用一般规则.193.2.2选用电动机.203.3减速器选用.233.3.1减速器型号.233.3.2选用减速器.233.4导轨选用.253.4.1导轨形式.253.4.2滚动导轨工作原理.253.4.3选用导轨.26第四章建模及仿真.324.1三维软件.324.2三维模型.32第五章结论与展望.38参考文献.39致谢.41声明.42IVFEEDER传动结构设计分析第一章前言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，1FEEDER传动结构设计分析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2FEEDER传动结构设计分析压马达的速度。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ScandoSuper32/40c,它的最大提升高度为250m，而ScandoMiniCD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3FEEDER传动结构设计分析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4FEEDER传动结构设计分析车位移开，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5FEEDER传动结构设计分析板导向立柱，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6FEEDER传动结构设计分析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7FEEDER传动结构设计分析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。8FEEDER传动结构设计分析图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。9FEEDER传动结构设计分析第二章FEEDER传动方案设计2.1FEEDER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10FEEDER传动结构设计分析2.2FEEDER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2-2FEEDER设计方案结构简图11FEEDER传动结构设计分析图2-3传动方案结构简图2.3FEEDER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。12FEEDER传动结构设计分析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：121000=20006mm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。13FEEDER传动结构设计分析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mm151020102510321036104010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2/mmkgcmTS120812812.659.73.86.81081.60104TS140514514.511.25.011.41162.96104TS160516516.7513.55.413.31305.05104TS180818819.314.413.131.02108.09104TS2010201021.2516.410.625.11601.23103TS250525525.522.26.720.81803.01103TS286028628.525.2723.42004.74103TS3210321033.7527.236107.54908.08103TS361036103730.537.8118.75301.29102TS4010401041.7535.240.3134.95901.97102TS5016501652.742.993.8315.29304.82102选择丝杠型号为TS4010。14FEEDER传动结构设计分析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=0.2sg=9.8N/kg所以：加速度=V=max1m/s2t1上升加速时Fa1=(m+m+m)gf（mmm）+123123=12980N上升等速时Fa=(m+m+m)g+2123f=11780N上升减速时Fa3(mmm)gfmmm=+（+）123123=10580N下降加速时Fa4(mmm)gfmmm=+（+）123123=10540N下降等速时Fa=(m+m+m)gf512315FEEDER传动结构设计分析=11740N下降减速时Fa6=(m+mm)gf（mm+m）+123123=12940N根据上述，作用于滚珠丝杠的最大轴向负荷为：Famax=Fa=12980N1计算丝杠的压曲负荷安装系数1=20.0安装间距la=2100mm（推算）丝杠沟槽谷径d1=35.2mmd4P1=110412la435.2=20.010421002=69624N丝杠的容许压缩拉伸负荷为：P2=116d2=11635.221=143728N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l=10mmV103N=1200max=max/minrl由丝杠的临界速度所决定的容许转速安装系数1=15.1d35.2107=N=117115.10122l2100a16FEEDER传动结构设计分析=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FalT=1211298010=22965Nmm20.9同理可得：上升等速时T=20842Nmm2上升减速时T=18718N3mm下降加速时T=18648N4mm下降等速时T=20771N5mm下降减速时T=22894Nmm6（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：1.97102kgcm2/mm，那么丝杠全长2200mm的惯性矩为：Js=1.9710kgcm22200432=0.43102kgm2J2l=+m)s(m1A10JA+m2236+22=0.734102kgm217FEEDER传动结构设计分析角加速度：=2N21200=60t600.2230rad/s根据上述，加速所需要的扭矩为：T7=J=0.734102230=1.68Nm=1680Nmm因此，所需扭矩为：上升加速时Tk=T+=22965+1680=24645TNmm117上升等速时Tt=T=20842Nmm12上升减速时Tg=TT=187181680=17038Nmm137同理可得下降加速时Tk=20398N2mm下降等速时Tt=20771N2mm下降减速时Tg=21214N2mm3.1.8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。Tmax=k=24645NmmT1因此，AC伺服电动机的瞬间最大扭矩必须在24645Nmm以上。18FEEDER传动结构设计分析惯性矩作用于电动机上的惯性矩为0.734102kgm2。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0.734103kgm2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。19FEEDER传动结构设计分析（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20FEEDER传动结构设计分析（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18PedPd工作机所需电动机功率为PP=kwwd式中P工作机所需功率，指输入工作机的功率，kw；W由电动机至工作机的总效率。工作机械所需工作功率P可根据工作机械的工作阻力和运动参数进行计算。WFvPw=kw1000或TnwPw=kw9550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=123n式中,.2n1。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/sg=9.8N/kg升降机的最大拉力F(m1+m+)=(60+640+500)9.8=11760=mgN23升降机总效率21FEEDER传动结构设计分析丝杠传动效率1=0.95，联轴器传动效率2=0.99，减速器传动效率3=0.98=0.950.990.990.98=0.9所需电动机功率为FV117600.2Pdkw=2.61100010000.9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3.5kw。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22FEEDER传动结构设计分析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T=24645Nmm=24.645NmmaxX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)23FEEDER传动结构设计分析（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：TNmLE=24.6451.50=36.9675（2）选用减速器表3-4减速器参数“X”轴转动速度（r/min）型号规格20030040060090012001500180025003600容许传达容量（kw）0.901.341.782.674.005.306.337.507.50容许Y轴KNB-252KNC-252扭矩（Nm）85.385.384.384.384.384.380.479.456.8容许X轴O.H.L.（N）392039203720363035303230274022501670容许Y轴O.H.L.（N）412040203920382037203430304026502350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24FEEDER传动结构设计分析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25FEEDER传动结构设计分析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26FEEDER传动结构设计分析（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=990mm1）上升时滑块的径向负载大小Punmgl(m+m)glPu=+13234122ll11=+20590Nmgl(m+m)Pu=132322ll11gl4=-20590Nmgl(m+m)Pu=132322ll11gl4=-20590Nmgl(m+m)Pu=+132322ll11=+20590Ngl4上升时滑块的横向负载大小Ptun(m+m+m)glPtu=+123212l1=+7187N(m+m+m)Ptu=12322lgl21=-7187N(m+m+m)Ptu=12332l1gl2=-7187N(m+m+m)Ptu=+12342l1gl227FEEDER传动结构设计分析=+7187N2)下降时滑块的径向负载大小Pdnmgl(m+m)glPd=+13234122ll11=+20590Nmgl(m+m)Pd=132322ll11gl4=-20590Nmgl(m+m)Pd=132322ll11gl4=-20590Nmgl(m+m)Pd=+132322ll11=+20590Ngl43)下降时滑块的横向负载大小Ptdn(m+m+m)Ptd=+12312l1gl2=+7187N(m+m+m)Ptd=12322l1=-7187Ngl2(m+m+m)Ptd=12332l1gl2=-7187N(m+m+mPtd=+12342l1=+7187N)gl24)合成负载上升时PEu1=Pu+Ptu=27777N11PEu2=Pu+Ptu=N2777722PEu3=Pu+Ptu=N2777733P4=Pu+Ptu=2777744EuN下降时P1=Pd+Ptd=2777711EdNPEd2=Pd+Ptd=N277772228FEEDER传动结构设计分析PEd27777N3=Pd+Ptd=33PEd27777N4=Pd+Ptd=445）平均负载计算每个滑块上所作用的平均负载1Pm=PlPlN()2777731+3=32lEu1sEd1ss1=323+=PmPlPlN()277773Eu2sEd2s2ls1=()2777733+=3PmPlPlN3Eu3sEd3s2ls1P=()27777NmPlPl43+=33Eu4sEd4s2ls根据以上参数及要求，从表3-5中选择导轨类型表3-5导轨型号规格公称型号外形尺寸滑块尺寸导轨尺寸基本额定负荷宽高间间宽高宽节距距长度度长度度度高宽CC0度度mm度度距kNkNWM12W211HSR15283456.6262638.823.334159.515608.3313.5HSR20304474323650.826442012186013.823.8HSR25404883.1353559.534.5482312.5226019.934.4HSR30466098404070.43860281626802846.8HSR355570109.4505080.447.5703418298037.362.5HSR45708613960609860864520.5381056095.6HSR55801001637575118671005323.54412088.5137HSR65901261867670147761266331.553150141215HSR85110156245.610080178.6941568535.56518021031029FEEDER传动结构设计分析由上表可选取导轨型号为HSR35型。再根据表3-6选取导轨长度表3-6导轨长度规格公称型号HSR15HSR20HSR25HSR30HSR35HSR45HSR55HSR65HSR8516022022028028057078012701530220280280360360675900157018902803403404404407801020202022503404004005205208851140262026104004604606006009901260460520520680680109513805205805807608401200150058064064084092013051620640700700920100014101740700760760100010801515186076082082010801160162019808209409401160124017252100导轨9401000100012401320183022201000106010601320140019352340的标准长度10601120112014001480204024601201180118014801560214525801180124012401560164022502700124013601300164017202355282013601480136017201800246029401480160014201800188025653060160017201480188019602670184015401960204