课程设计：一维伺服移动工作台设计说明书

电子精密机械设计课程设计一维伺服移动工作台设计说明书学校名称：上海大学学院专业：机自学院精密机械系设计队员：指导老师：二〇〇一一年十二月课程设计1目录课程设计概述.........................................................................................2课程设计任务.........................................................................................21.设计任务介绍：.............................................................................22.设计参数........................................................................................33.设计内容简介................................................................................3课程设计.................................................................................................41一维工作台整体结构.....................................................................42.各部分选型....................................................................................41)电机的选型............................................................................42)滚珠丝杆的选型....................................................................73)支撑单元选择......................................................................164)联轴器选择..........................................................................175)转矩探讨.............................................................................176)电机的校核..........................................................................207)联轴器校核..........................................................................208)导轨的选型..........................................................................219)轴承的校核..........................................................................2210)系统精度计算...................................................................2511)系统谐振频率计算...........................................................2712)光栅的选型.......................................................................27附录.......................................................................................................28课程设计2课程设计概述本次专业课程设计要求我们掌握电子精密机械设计方面的基础知识，并能独立运营电子精密机械设计的基本理论、基本方法、进行有关电子精密机械方面的设计。通过本次专业课程设计使我们熟悉机械系统的方案论证过程，包括取得方式比较、传动形式的确定等；学会采用AUTOCAD进行机械设计，达到较熟悉程度；利用学过的基础理论，在设计实践中进行载荷的分析计算、电机的选择、传感器的选择、传动链的分析计算、传动系统的精度、谐振分析；综合运用有关课程如机械制图、公差与技术测量、热处理、机械设计、机械原理传感器技术等所学的知识来解决工程实际问题。从而培养我们的自学能力、独立工作能力、协作精神和创新精神，为以后的毕业设计打好基础。课程设计任务1.设计任务介绍：图1-1一维伺服移动工作台整体结构课程设计3为完成一维伺服移动工作台的设计，需设计的机械系统包括：伺服电机、减速器、联轴器、滚珠丝杠副、直线导轨、光栅传感器等。2.设计参数工作台的承重载荷0300GN；工作台的轴向载荷060FN；工作台的最大移动速度max0.2/Vms；工作台的有效行程S600mm；加减速时间常数0.15ts；2a1.33m/s加速度重力加速度g取9.8N/kg3.设计内容简介一维工作台整体结构电机的选型滚珠丝杆的选型支撑单元选择联轴器选择转矩探讨电机的校核联轴器校核导轨的选型轴承的校核系统精度计算系统谐振频率计算光栅的选型课程设计4课程设计1一维工作台整体结构考虑到工件重量（300N）,工作台轴向载荷（60N）J均很小，初选不考虑减速器。1.本系统的工作台尺寸为：长宽高=400mm200mm20mm；综合加工性和价格因素，选定工作台材料为铸铁：密度337.810/kgm。工作台质量397.810400200201012.48tmVkg台按照一般经验，暂定导向形式为双导轨-4滑块根据MISUMI导轨副手册归纳，取每个滑块质量为0.5kg2.各部分选型1)电机的选型（1）假定电机与工作台之间无滑动将工件，工作台，4个滑块视为整体来【1】计算因此，整体质量4Mmmm工滑台（m滑---工件质量）图1-1一维工作台整体结构课程设计53009.8+12.48+40.5=45.09Mkg受力分析：a摩擦力fF【2】滚动导轨摩擦系数=μ【0.003,0.005】取μ0.005=45.099.80.0052.21fFMgNμb惯性力F惯0.2=45.0960.120.15vFMN惯滚珠丝杆需提供的最大轴向力max=2.21+60.12+60122.33faFFFFN惯滚珠丝杆需提供的最大功率maxmaxmaxv=122.330.224.47PFW效率：取0.98轴承0.98联轴器0.92【3】丝杆安全系数2取电机所需功率max2224.472=56.520.980.920.98mPPW联轴滚选择电机MSMDO12G1(AC200V用)图2-1电机型号及参数课程设计6电机参数：max1000.320.95PwTNmTNm额额max5000nrpm3000nrpm额转子转动惯量420.5410mJkgm（有制动器）推荐负载转动惯量比：30倍以下图2-2电机MSMD012G1参数课程设计72)滚珠丝杆的选型工作条件—运动方向：水平运送质量：30030.69.8Imkg工作台导向方法：滚动导向面摩擦系数：0.003~0.005取μ=0.005导向面摩擦阻力：2.21fFN轴向外部载荷：60aFN希望寿命（转数）：10110Lrev【4】行程长度：600slmm操作速度：max0.2/vms加减速时间：130.15tts等速时间：210.60.150.2222.850.2ts加速度：2max10.20.151.33/vamst加速距离：110.20.150.015152lmmm等速距离：2570lmm减速距离：315lmm每分钟往返次数：123609.252()ttt次/min导程精度—-任务未规定定位精度，导程精度按【一般机械】选择高精度C3，【5】属精密滚珠丝杠课程设计8暂定轴长---假定螺母全长100mm,丝杠轴末端长度100mm,行程600mm丝杠轴长假定为800mm导程——max460hUPimmn额（无减速器i=1）丝杠导程应大于或等于4mm考虑到负载不大，为了使最终精度较高，选取4hPmm图2-3不同用途的精度等级选择课程设计9与导程4mm组合的标准丝杠外轴有【6】有：库存品：10、14半标准品：16、20、25、32C3精度下，各外轴对应最大制造长度为：1050014870161050201400251800322500之前假定丝杠轴长800mm,由此排除外径10图2-4丝杠轴外径与导程的标准组合课程设计10图2-5滚珠丝杠的最大制造长度许用轴向负载分析——①由于丝杠较长（800mm）,中速（0.2m/s）,传动精度高所以选用固定—支撑安装方式（《机电一体化设计系统》P35）为提高刚度，选予压型丝杠②在14、16、20、25、32这些外径中，14最小，以14计算轴向载荷，若能承受，则其他也能承受。搓曲载荷——144hdP的丝杠，沟槽谷径111.8dmm（螺径小径）图2-7丝杠的有关参数课程设计11故：4444112max2211.81010103956.69122.33700adPNFNl其中：22:=10固定支撑时，:al安装距离（估700mm）许用拉压负载——2221max11611611.816151.84PdF图2-8丝杠轴的容许拉伸压缩负载图2-6丝杠轴的搓曲载荷计算课程设计12由以上计算知：14、16、20、25、32的丝杠轴均满足轴向负载要求许用转速——危险速度——若14能满足，其它也能满足。以14计算丝杠最高转速max3000Nrpm77112max222211.81015.1103636.33700-=15.1bdNrpmNl其中，：固定支撑，:bl安装间距（估700mm）DN值决定的许用转速——各外轴对应钢球中心直径为：图2-9容许转速课程设计131414.5、1616.5、2020.5、2525.5、3232.5由270000()ND精密滚珠丝杠得：（D为钢球中心直径）14162025322N4827.594242.423414.632745.102153.85排除25、32外径型号选择——有14、16、20的型号及参数图2-11丝杠轴的有关参数图2-10丝杠轴的有关参数课程设计14容许轴向负载——0maxsCaFf任务书未规定工作情况，保险起见，认为负载条件有震动，冲击按[一般工业机械]，取2.5sf前面所列型号中最小05.1CakN最小max5.12.04122.332.5aFkNN所以以上型号均满足要求工作寿命探讨——去程加速1=122.33afFFFFN惯115l等速2=62.21afFFFN2570l减速3=2.09afFFFFN惯315l图2-12静态安全系数课程设计15回程加速4=2.33afF