3810.电动执行器设计书 鲍

1、本直行程电动执行器的机械部分采用电机（减速箱）-同步带-螺旋套-输出轴的转动方式，将电机输出的旋转运动转化为输出轴的直线运动。电机的旋转运动通过驱动皮带轮，齿形皮带传给被动皮带轮，使螺纹套筒转动。套筒转动和输出轴用梯形螺纹相AA上、下运动。电气最大行程内的任意位置停留.上、下运动通过开度检测部件进行检测，通过齿条齿轮传动精密电位器，精密电位器的动作变换为电气信号作为开度信号反馈给控制器部分，其止在该位置上。部件的得出。PLC的设计结合厂家的说明书要求，按其功能选择开关的作用来设计361LSC-99螺旋转动滑动丝杠 =0.4表 表 DGELNABHhhS12 74.1 螺旋传动转动的特点:以传递

2、动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作,工作速度不高，而且通常要求自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。传导螺旋：以传递运动为主，常要求具有高的运动精度，一般在较长时间固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。滑动螺旋传动通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹使用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因使用很少;对

3、于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，因此虽然轴向力 F 相当大，而转矩 T 则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。升程越小则机械增益的效果越显著。滑动螺旋传动的效率低，一般为3040，能够自锁。而且磨损大、寿命短，还可能出现爬行等现象。静压螺旋传动螺纹工作面间形成液体静压油膜润滑的螺旋传动。静压螺旋传动摩擦系数小，传动效率可达 99,无磨损和爬行现象,无反向空程,轴向刚度很高,不自锁,具有传动的可逆性,但螺母结构复杂,供油系统。静压螺旋常被用作精密机床进给和分度机构的传 导螺旋。这种螺旋采用牙较高的梯形螺纹。在螺母每圈螺纹中径处开有

4、 36 个间隔均匀的油腔。同一母线上同一侧的油腔连通，用一个节流阀控制。油泵将精滤后的高压油注入油腔，油经过摩擦面间缝隙后再由牙根处回油孔流回油箱。当螺杆未受载荷时，牙两侧的间隙和油压相同。当螺杆受弯矩作用时，螺杆略偏转。由于节流阀的作用，在微量移动后各油腔中油压发生变化，螺杆平衡于某一位置,保持某一油膜厚度。滚动螺旋传动用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动.滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差，但远比滑动螺旋传动为好。滚动螺旋传动的效率一般在 90以上。它不自锁，具有传动 的可

5、逆性；但结构复杂，制造精度要求高，抗冲击性能差。它已广泛地使用于机床、飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。滚动螺旋传动的结构型式，按滚珠循环方式分外循环和内,将螺母中几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器，一个螺母上通常有 24 个反向器，将螺母中滚 珠分别联成 24 个封闭循环，每圈滚珠只在本圈内运动。外循环的螺母加工方便，但径向尺寸较大。为提高传动精度和轴向刚度，除采用滚珠和螺纹选配外，常用 各种调整方法以实现预紧。滑动螺旋副的失效主要是螺纹磨损，因此螺杆的直径和螺母高度通常是根据耐磨性计算确定的。传力螺旋应校核螺杆危险截面的强度；青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺母应校核罗纹牙

6、的剪切强度和弯曲强度。要求自锁的螺杆应该校核其自锁性。精密的传动螺旋应校核螺杆的刚度（有时就是根据赶度确定其直径）。当螺杆受压力，其长径比又很大时容易产生侧向弯曲，应该校核其稳定性。转速高的长螺杆可能产生横向震动，还应该校核其临界转速。调整螺旋和部分传力螺旋要求自锁是，应采用单线罗纹；为了提高传动效率以及要求较高的直线运动速度，可采用多线罗纹，以得到较大的螺纹升角和导程。4.3.3 滑动螺旋副的材料选择和许用应力A540、50Y40Mn T1265Mn、40WMn 或18CrMnTi 等钢。对于精密传动的螺旋，螺杆进行热处理后还要求有较好的尺寸稳定性，可选用9Mn2V、CrWMn、38CrMo

7、AlA 钢。4.3.4滑动螺旋传动的精度GB5796.4-86 对梯形螺纹大径、中径、小径。外螺纹的大径d 和小径都只是规定了一种公差带位置，其基本偏差为零。只有外罗纹中径规定了3 种公差带he 和、以适应传动对螺旋副配合的需要。标准还规定了中等和粗糙两种精度等级，一般传力螺旋和重载调整螺旋多采用中等精度，要求精度不高时，可选用粗糙精度。对于做精确运动的传动螺旋（如金切削机床的丝杆），对螺旋线误差4.3.5 滑动螺旋副的设计计算由文献2-2得出内外Pd11. 螺杆中径d F/P=0.8 1000/20 12.65mm2整体式梯形螺纹 0.8, 1.2 2.5 p,取2表 距pd D D4dD2

8、2312P2F10000 0.015 0.001 122S22f0.1coscos2f摩擦系数 查表22.4-6取0.1导程 mmS22224FT30.01352d11ss 2503 F100009.螺杆剪切强度 d bz 13.5 13 12 33134.88bd z b 13.5 1.3 221 1.0 1.2 92.4bF1000011. 螺母剪切强度 3b2b2b 50 bbl 210013.5i4i340340d33413.04Nc44l 2 i cFdaai 螺杆危险截面的惯性半径i A 螺杆危险截面的面积 2a1A 4 长度系数和螺杆的端部结构有关，查表 22.4-4 一端固定一

9、端自由 = 214.轴向载荷使导程产生的变形42 2.07 0.000675(4.15) Ed21-螺杆材料的弹性模量，对于钢 E = 2.07 10 MPa615.转矩使导程产生的变形 S22 0.000005mm(4.16)G8.3 d 10 13.5 102210212PdI 螺杆危险截面的极惯性矩 I mm4PP 0.000675 0.000005 mm(4.17)SSM SF60 i E21gcld13.510352rn 12.3a61mincl2v60 1.960rn57minp2n 0.8ncl 螺杆两支承间的最大距离c11g 重力加速度 g = 9800N18.驱动转矩 T=

10、T T T =11W23Fdtan 2.435.91 11W2 tan 10000T2T 螺纹力矩N/ m112319. 效率 0.990.27(4.22) 5.1.带传动的特点（6）效率低，寿命短；（7）由于张紧力存在。轴，轴承受力较大。联组带：几根带联成一体，可降低横向振动，载荷均匀。用于大功率，高速，振动较同步带传动具有带传动、链传动和齿轮传动的优点。由前述可知，同步带传动由于带和带轮是靠啮合传递运动和动力，故带和带轮间无相 对滑动，能保证准确的传动比。同步带通常以钢丝绳或玻璃纤维绳为抗拉体，氯丁橡胶或聚氨酯为基体 ,这种带薄而且轻，故可用于较高速度。传动时的线速度可达 50m/s，传动

11、比可达10，效率可达98。传动噪音比带传动、链传动和齿轮传动小，耐磨性好，不需油润滑，寿命比摩擦带长。其主要缺点是制造和安装精 度要求较高，中心距要求较严格。所以同步带广泛使用于要求传动比准确的中、小功率传动中，如家用电器、算机、仪器及机床、化工、石油等机械。因此同步带传动设计时主要是限制单位齿宽的拉力，必要时才校核工作齿面的压力。r2p2AP K P 1.451 71.4WdAAr根据 p =71.4W n =5757r/min和1d1drn 小带轮转速11由表 22.1-51查得小带轮最小齿Z Z 1n 15012.63n 小带轮的转速；n 大带轮的转速121b11216. 大带轮节圆直径

12、d b2(5.7)2同步带 3大带轮8 初定轴间距0.7 d d a2 d d.12129.带长及其齿数22l 2a d d 42.5112.2 212122pa a 120L L02ZP Z61d12 2 132.522由表 22.1-48查T =245N，m=0.096 maT m v 0.096v2P (5.13)a0as0m-宽度为b 的带的线质量s0由表 22.1-52 查得 L型带bs0Z(5.14)ss1.14 K P0Zs0b 基准宽度（mm）s0K 小带轮啮合齿数系数ZrPd31.44mbz v1.440.0960.025460.346s m 60000016.带轮的结构和尺

13、寸小带轮 Z=14,d 41.69mm1a2d=112.2mmL 型双边挡圈带轮最小宽度 b f = 20.3mm同步带轮的设计工而成，因此齿型尺寸取决于其加工刀具的尺寸。也可用直边齿型，下表给出了直边齿带轮的尺寸和公差。（L 型带）2.6700.10ora0dapaPafaad.推力轴承 公称接触角等于90 度，只能承受轴向负荷。上述ab 两种轴承只能用于承受径向的负荷，属向心类轴承，cd 两种轴承，主要用于承受轴向载荷，属推力轴承。滚动轴承按滚动体的形状分为球轴承和滚子轴承；滚动轴承按列数的多少分为单列、双列、三列、四列、和多列轴承；按工作中能否自动调整轴和孔的角度偏差，分为调心轴承和非调

14、心轴承。滚动轴承的选用，包括类型、尺寸、精度、游隙、配合以及支撑形式的选择和寿命的计算。通常可按以下步骤计算进行。(1)根据工作条件确定轴承部件的结构形式；螺旋套上端选用30207圆锥滚子轴承系列d=35mm,D=72mm,T=18.25mm,B=17mm,E=58.844mm额定动负荷C 为51.5KN,0的离散性是非常大的。因此不能简单的运用单个的寿命来代表一批轴承的寿命。对于静止的,缓慢摆动的或转速极低的轴承,其失效形式是滚动体和内外圈接触处产生过大的塑性变形,转轴承，在按动载荷做寿命计算后，应验算静强度对于一批同型号的轴承，在一定的条L 之间的10%的轴承发生疲劳点蚀时，轴承所经历的转

15、数或工作小时数，被定义为轴承的基本额定寿命。计算公式是：用工作小时数表示： c 6L 10h 60n p (6.1)(6.2)F144.25=F2（44.25+73.16）计算得：F1=343.07NF2=129.30N校核 30207 圆锥滚子轴承:（1）确定轴承的承载能力查手册 C 为51.5KN,（2）计算当量动载荷F 343.07rS (6.3)(6.4)aX =0.4Y =1.611P = XR + YA =0.4 343.07+1.6 10107.21=16308.76N(6.1)轴承6L (6.5)360 57P33snsFWS连杆的横截面积（mm）SW l 235 sl2nsF

16、 10000Nw将数据代入公式中得：A s117.52A sd螺牙强度的校核F10000 22 0.759.33 螺母材料的许用切应力 1.5螺母材料的许用曲应力 28 b221.5 60Mp ab弹簧多在变应力下工作，其应力不允许超过屈服极限，因此对材料要求具有较高的疲劳极限、屈服极限和一定的冲击韧性。对热成形的大型弹簧要求材料具有良好的淬透性。低的过热敏感性和不易脱碳等。弹簧的材料种类很多，其中碳素弹簧钢丝使用最广泛。热轧弹簧钢主要以圆钢、扁钢和方钢等产品供应，其直径或厚度一般为550mm，多用于制造大型弹簧，如车辆的悬挂弹簧，这类钢材在制造弹簧时一般采用加热成形，然后经淬火回火处理。冷拉

17、（轧）弹簧钢主要以钢丝和钢带等形状供应。碳素弹簧钢丝多为淬火的冷拉钢丝，多用于制造小型弹簧。冷卷成形后，只需进行退火处理。硅锰、铬钒、硅铬等合金弹簧查表：选用60S2M 材料in许用切应力 =628MPa =785MPaG78.5GPaE196GpapBP特性及用途：这种弹簧的特点是弹性好，回火稳定性好，易脱碳，用于受高负荷的工作矩形截面材料比圆形截面材料的刚度大，吸收的能量多。特性线更接近于直线，刚度更接近常数。D3f 5.38(7.4)rG223机或其他执行电器为被控对象，以继电器、按钮、行程开关、保护元件等器件组成的自动控制线路，通常称为电气控制线路。电气控制线路是根据一定的控制方式用导

18、线把它们连接起来组成的。其作用是实现对被控对象的自动控制，以满足生产工艺的要求和实现生产过程自动化。生产工艺和生产过程不同，对控制线路的要求也是不同的。但是，无论是哪一种控制线路，都是由一些比较基本的控制环节组合而成的。因此，只要掌握控制线路的基本方法了。首先读入输入信号，存储在计数器C1 中，并判断信号的有无：若有信号则读入反馈信号并存储在另一计数器C2 中，和读入信号比较|C1-C2| 误差，若为真，则内部继电器输出为0，电动机不动作。反之继电器输出为1，这是还要判断C1C2，是真，则正动作时电机正转，反动作电动机反转；非真，则正动作电机反转，反动作电动机正转。如果没有信号，则可以选择断信

19、号动作开关，可以控制输出轴在原位、上限位和下限位停止。制模块部分，其结果使得来自计算机、调节器或操作器的信号和开度信号之间的偏差被减小。当偏差消除时控制部分令电机停止在该位置。精密电位器采用带复位弹簧的导电塑料方式的无隙接触，所以，齿条齿轮的齿隙被抵消，可随时检测出准确的位置，而且精密电位器寿命比饶线式电位器长几十倍，保证了工作可靠性。限位控制主要通过使用行程开关来实现。IP1612系列PLC 等。8.2 PLC 设计可编程逻辑控制器PLC 是微机技术和继电器常规控制技术相结合的产物，是在顺数字控制的专用计算机。国际电工委员会曾于1982 年11 月颁发了可编程控制器标准草案第一稿，1985

20、年1 操作的电子系统，专门为工业环境而设计。它采用了可编程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术运算等操作的指令，并通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各类型的生产机械设备的生产过程。而有关的外围设备，都应按易于和工业系统联乘一个整体，易于扩充其功能的原则设计。”场的电气操作维护人员的技能和习惯，抛弃了微机常用的计算机编程语言表达形式，独PLC 后，只需按说明书或提示，做少量的安装接线和用户程序的编制工作，就可灵活方便地将PLC 使用于生产实践。2、控制系统结构简单，通用性强。PLC 的基本工作过程如下：上述过程执行完后，又重新开始，反复地执行。每执行一遍所需的时间称为扫描周期。PLC 的扫描周期通常为几十ms。PLC的工作方式和此相似。因此，PLC 的程序可和机器的动作一一对应，程序编制简单、直观，不容易出错，而且容易修改，从而大大减少了软件的开发费用，缩短了软件的开发周期。图 8.1 电气控制原理图8.2.4 PLC 外部接线