滚珠丝杠螺母副的设计

目录前言滚珠丝杠螺母副的设计轴承选择电机选择设计总结参考文献前言机电一体化是以机械技术和电子技术为主题，多门技术学科相互渗透、相互结合的产物，是正在发展和逐渐完善的一门新兴的边缘学科。机电一体化使机械工业的技术结构、产品结构、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”迈入了以“机电一体化”为特征的发展阶段。随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品的性能和质量不断提高。产品的更新换代也不断加快。因此对机床不仅要求具有较高的精度和生产率，而且应能迅速地适应产品零件的变换，生产的需要促使了数控机床的产生。数控机床是指机床的操作命令以数值数字的形式描述工作过程按规定的程序自动进行的机床。随着微电子技术，特别是计算机技术的发展，数控机床迅速地发展起来。装备工业的技术水平和现代化程度决定着整个国民经济的水平和现代化程度，数控技术及装备是发展新兴高新技术产业和尖端工业（如信息技术及其产业、生物技术及其产业、航空、航天等国防工业产业）的使能技术和最基本的装备。马克思曾经说过“各种经济时代的区别，不在于生产什么，而在于怎样生产，有什么劳动资料生产”。制造技术和装备就是人类生产活动的最基本的生产资料，而数控技术又是当今先进制造技术和装备最核心的技术。当今世界各国制造业广泛采用的数控技术，以提高制造能力和水平，提高对动态多变市场的适应能力和竞争能力。此外世界上各工业发达国家还将数控技术及数控装备列为国家的战略物资，不仅采取重大措施来发展自己的数控技术及其产业，而且在“高精尖”数控关键技术和装备方面对我国实行封锁和限制政策。总之，大力发展以数控技术为核心的先进制造技术已成为世界各发达国家加速经济发展、提高综合国力和国家地位的重要途径。此次“机电一体化课程设计”主要简单设计出数控机床系统，其实离实际真正工业用数控机床还有很大的距离。由于时间仓促和自己知识水平有限，在设计中难免会有些许瑕疵，恳请老师指正。1滚珠丝杠螺母副的设计11确定滚珠丝杠副的导程PH83MMVMAXINMAX1000011200取PH10MMPH滚珠丝杠副的导程MMVMAX工作台最高移动速度NMAX电机最高转速I传动比因电机与丝杠直联，I1VMAX10M/MIN，NMAX1200R/MIN代入得，PH83MM查表，取PH10MM12确定当量转速与当量载荷121各种切削方式下，丝杠转速NMAX350R/MINVMAXPH350010NMIN01R/MINVMINPH110122各种切削方式下，丝杠轴向载荷FMAX450000183345833NFMIN001833833N123当量转速NM17505MM/MINNMAXNMIN2350012124当量载荷FM30833N2FMAXFMIN3215833833313预期额定动载荷131按预期工作时间估算CAM360NMLHFMFW100FAFCCAM预期额定动载荷N按表查得轻微冲击取FW13FA1可靠性90取FC1已知LH15000小时代入得CAM283626N132拟采用预紧滚珠丝杠副，按最大负载FMAX计算CAMFEFMAX按表查得中预载取FE45代入得CAM2062485N取以上两种结果的最大值CAM283626N14确定允许的最小螺纹底径141估算丝杠允许的最大轴向变形量M（）重复定位精度1314M（）定位精度1415M最大轴向变形量M已知重复定位精度6M,定位精度12MM2M3M3取两种结果的小值M2M142估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端固定的支承形式D2M100039D2M最小螺纹底径MML1112行程（1014）PH113501010485MM静摩擦力F0MG001859883N代入得D2M003917MM15确定滚珠丝杠副的规格代号151选内循环浮动式法兰，直筒双螺母型垫片预形式152由计算出的PH,CAM,D2M在样本中取相应规格的滚珠丝杠副FFZD40103PH10MM,CA30000CAM28362N,D2395MMD2M17MM16确定滚珠丝杠副预紧力FPFMAX4583315278N131317行程补偿值与与拉伸力171行程补偿值C118TLU106式中LU350148230558MMT取25C代入得C17M172预拉伸力FT195TD2219525343257354N18确定滚珠丝杠副支承用的轴承代号、规格181轴承所承受的最大轴向载荷FBMAXFTFMAX57354583310320N182轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60角接触推力球轴承183轴承内径D略小于D2343MMFBPFBMAX3279N13取D30MM184轴承预紧力预加负荷3300NFBP15278N185按样本选轴承型号规格选760206TNI轴承D30MM19滚珠丝杠副工作图设计191丝杠螺纹长度LS由表查得余程LE40LSLU2LE560240640MM192两固定支承距离L1L1640135775MM丝杠全长LL7758585945MM193行程起点离固定支承距离L0L0L2B151530MM2电机选择21参数计算211功率PFV900W45001260212负载转动惯量JL（KGM2）及传动系统转动惯量J（KGM2）的计算JLJI（）2MJ2NINMVJ2NM式中JL，NI为各旋转件的转动惯量（KGM2）和转速（R/MIN）MJ,VJ为各直线运动件的质量（KG）和速度（M/MIN）JM,NM为电机的转动惯量（KGM2）和转速（R/MIN）JL20KGCM2213力矩计算空载启动时，折算到电机轴上的加速力矩TAMAXTAMAX0125NMJLNMAX96T21031500962折算到电动机上的摩擦力矩TTTT10310300165NMF0PH2I83102314081由于丝杠预紧力引起和折算到电动机轴上的附加摩擦力矩T0T0103103329NMFAMAXPH1022I87001010922314081总力矩TMTAMAXTTT0343NM22型号选择根据转动惯量和力矩选择电机型号为120MB150B00100023联轴器选择根据电动机轴径，力矩等因素选择联轴器LK11126K22223传动系统刚度31丝杠抗压刚度311丝杠最小抗压刚度KSMIN66102D22L1KSMIN最小抗压刚度N/MD2丝杠底径L1固定支承距离代入得KSMIN6610210019N/M3432775312丝杠最大抗压刚度KSMAX6610267313N/MD22L14L0L1L032支承轴承组合刚度321一对预紧轴承的组合刚度KBO22343DQZ2FAMAXSIN5KBO一对预紧轴承的组合刚度N/MDQ滚珠直径MMZ滚珠数FAMAX最大轴向工作载荷N轴承接触角DQ7938,Z19,60代入得KB01076N/M322支承轴承组合刚度由两端固定支承KB2KBO210763152N/M323滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度KCKCKC滚珠和滚道的接触刚度N/MKC查样本上的刚度N/MFP滚珠丝杠副预紧力NCA额定动载荷N由样本查得KC973N/M；CA30000N；FP1528N代入得KC777N/M33刚度验算及精度选择331验算传动系统刚度27103N/M1KMIN1KSMIN1KB1KC11019121521777KMIN37019103N/M1KMAX1KSMAX1KB1KCKMAX526F0W1001859883NKMIN16F0反向差值已知反向差值或重复定位精度为10KMIN1328168310332传动系统刚度变化引起的定位误差KF0（）66103M1KMIN1KMAX333确定精度V300P任意300MM内的行程变动量对半闭环系统言V300P08定位精度K所以，丝杠精度选取3级334确定滚珠丝杠副的规格代号已确定的型号FFZD公称直径40MM导程10MM螺纹长度640MM丝杠全长945MMP类3级精度即FFZD32103P3/94564034验算临界压缩载荷丝杠所受最大轴向载荷小于丝杠预拉伸力FT不用验算35验算滚珠丝杠副的临界转速NC（R/MIN）NCF107D2LC22F与支承形式有关的系数D2丝杠底径MMLC2临界转速计算长度MM由表得F219D2343MMLC2L1L077530745MM代入得NC21910713534NMAX1200R/MIN343745236验算DNDPWD2DW343714434444MMDNDPWNMAX34444120041332870000DPW滚珠丝杠副的节圆直径MMNMAX滚珠丝杠副最高转速R/MIN37基本轴向额定静载荷COA验算FSFAMAXCOAFS一般为15COA502KN66300NFAMAX870N/M158700130506630038强度计算D22FAMAX14D2许用应力（N/MM2）取726N/MM2D2391MM验算合格4控制系统的设计41控制系统PLC与变频器，编码器，交流电机连线图的设计411硬件的选择3G3MZ系列变频器乃针对各种变频调速应用而开发人性化的设计和先进的制造管理技术以及欧姆龙一贯的造型简约、功能丰富的风格，结合最新的用户的技术需求，使其具备了高贵的血统和最贴近市场的元素。涵盖了风机泵类专用功能，开环矢量功能，内置噪声滤波器以及多种网络总线功能，3G3MZ将是最节约而最完美的选择。图41变频器多速开关控制接线图交流电机选型要根据功率、转速、电压等级、应用场合、放水标准等条件选择，交流电机控制非常简单，运用变频器，软启动器或直接启动都可以控制，直流电机控制现在也不是很复杂，只是直流电机不能做到交流电机的免维护，故障率稍高，如果工作条件差还是建议使用交流电机。一般直流电机比交流电机造价高，但直流电机机械特性要稍好于交流电机。不过现在采用矢量变频控制技术的交流电机已经和直流电机特性已经非常接近。单相300VAC和3相400VAC机种内置有噪音滤波器，因此无需外部配线。图42交流电机接线示意图图43控制回路端子连接示意图交流电机是用于实现机械能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机功率的覆盖范围很大交流电机按其功能通常分为交流发电机、交流电动机和同步调相机几大类。由于电机工作状态的可逆性，同一台电机既可作发电机又可作电动机。把电机分为发电机与电动机并不很确切，只是有些电机主要作发电机运行，有些电机主要作电动机运行。412系统硬件接线图图44系统硬件接线图42PLC控制梯形图设计421软件流程图课程设计的要求是加速匀速1减速匀速2减速停的速度曲线，并可以正反转得软件流程图。图45软件流程图422PLC程序计算假设电机5段的脉冲总数为4000，启动和停止时的脉冲频率为2KHZ,最大脉冲频率为10KHZ即起始和停止时的周期为500，最高频率的周期为100，第一段加速脉冲SS400个，第二段匀速脉冲2000个，第三段减速脉冲200个，第四段匀速脉冲1200个，第五段减速脉冲200个。图46步进电机的频率曲线期增量由公式,第一段的周期增，第QICTE/周期增量S14051二段的周期增量为，假设第四段的开始周期为300则第三段的周期增量为02S，第四段周期增量为，第五段周期增量为S120304S235。根据步进电机的频率曲线绘制多段PTO包络表221如下表41多段PTO包络表V存储器地址数据VB5005段）VW501500（初始周期）VW5031（第一段周期增量）VD505400（第一段脉冲数VW509100第二段初始周期）VW5110（第二段周期增量VD5132000第二段脉冲数）VW517100（第三段初始周期）VW5191第三段周期增量）VD521200（第三段脉冲数）VW525300（第四段初始周期）VW5270（第四段周期增量）VD5291200（第四段脉冲数）VW533300（第五段初始周期）VW5351（第五段周期增量）VW537200（第五段脉冲数）423PLC控制梯形图主程序子程序中断子程序设计总结通过这次的课程设计，让我受益匪浅。在课程设计期间通过与同学们之间的交流和老师的指导，使自己学到了不少知识。除了学会了西门子S7200的基本知识，并掌握了S7200的工作原理和一些指令的功能以外，还掌握了变频器的使用方法，并且深化了我对PLC控制技术的理解。在这次课程设计中我觉得最重要的就是要有自学能力，因为这次实训中有部分知识我们之前还没有接触过，所以自己必须学会查找相关的资料。另外就是在遇到实际问题的时候，要认真思考，运用所学的知识，一步一步的去探索，是完全可以解决遇到的一般问题的。而在这次设计程序的过程中，我一开始时走了很多弯路，这也是自己的知识不够扎实的原因。不过经过自己几天的努力，最后还是做了出来，而且还做得挺不错的。虽然我们设计的东西并不难，但是在设计的过程中我学到了书本上所没有学到的东西。只有理论，没有结合实际是很难做出东西的。比如在调试的过程中，遇到问题往往是书本上的知识不能直接的解决的，只要在扎实的专业知识的前提下，我们才能把东西做好。经过这次的课程设计，让我深深的感受到理论联系实践的重要性，平时在学习中不能够透彻理解的知识，通过动手，会有更好的认知。本次课程设计虽然不长，但是它给我们带来了很多收获。它使我意识到自己的操作能力的不足，在理论上还存在很多缺陷。所以