机电传动单向数控平台设计 姚安(2)

2. 控制功能强

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。 低电压，低功耗，便于生产便携式产品

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。 3. 易扩展

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。 4. 优异的性能价格比

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

2.2总体方案的确定 参数初设如下：

(1)电机驱动方式：直流伺服电机

⑵机械传动方式：滚珠丝杠 ⑶电气控制方式：单片机控制 ⑷功能控制要求：速度控制

⑸主要设计参数：单向最大工作行程——1500mm；

移动负载质量——50kg；

负载移动阻力——100N； 移动速度控制——6m/min;

选用矩形导轨，工作台滑动摩擦系数 μ=0.15； 丝杠材料初选钢材为42CrMo，其HRC为58～60。丝杠两端为固定支撑（F-F），每个支座安装两个25°的接触角推力球轴承，面对面安装，进行预拉伸。

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3.机械传动系统设计及核算姓名 计算及说明 3.1导轨的选择 3.1.1已知条件 本设计选择滚动丝杆，已知： 单向工作行程1500mm 移动速度6m/min 负载质量 ：50kg 采用2根导轨、4个滑座数，工作平台的质量假设为40kg，滑块质量50Kg. 寿命要求 ：每天开机8h，一年按300个工作日，寿命5 年以上 3.1.2动载荷的计算 作用在滑块上的力 F??(m1?m2)g?(50?40)?9.8?882 则单个滑座受力 F?结果 ls=1500mm v=3m/min m1=50kg m2=40kg F?=882N F=220.5N Th=12000h F?4?882?220.5N 4 导轨寿命 Th?8?300?5?12000h 行程长度寿命： Ts?2Thls?n 310 其中n为每分钟运行的次数 n? Ts? n=1 v6??2 2ls2?1.52?12000?1.5?60?2?4320h 1000Ts?4320h 设计平台上共有滑块4个，每根导轨2个滑块。 有 Ts?k(fhftfcca3) fwF K 寿命系数 取K=50

K=50 7

fTH 硬度系数 取fH=1 fH=1 f 温度系数 取f=1 Hf=1 H f 接触系数 取f=0.81 CCf=0.81 Cf 负荷系数 取f=1.5 WHf=1.5 H 则动载荷有： F3KfhftfcTsfw220.5?34320500.81?1?1?1.5 Ca???1805.2N Ca=1805.2N 已知动载荷 Ca=1330.2N查机电一体化设计手册 导轨选择 型号：HSR 15TA滚动导轨 基本额定载荷为7600N 每个滑块的质量为0.2kg 型号 HSR 15TA 3.2 滚珠丝杆的选择及校核 3.2.1根据机器的工作条件及完成的功能，滚珠螺母的循环方式和预紧方式 滚珠螺母的循环方式为内循环 预紧方式为双螺母垫片预紧 导轨的摩擦力为： F???(m1?m2)g m1 移动负载的质量 取m1=50kg m2 工作台的质量 m2=40kg ? 导轨的摩擦系数 取?=0.15 F???(m1?m2)g?0.15?(50?40)?9.8?132.3N 3.2.2 初选丝杆导程 根据公称直径范围选择Ph=5mm 3.2.3 计算滚珠丝杆的动载荷 '? 动载荷公式为：Ca m1=50kg m2=40kg u=0.15 Fu=132.3N Ph=5mm 8

Kh.KF.KH.Kl.Fm Kn式中Kh——寿命系数

Kh?(Lh1/3)=3.1 500 Lh——工作寿命 ,Lh=15000h KF——载荷系数 KH——动载荷硬度影响系数 Kl——短行程系数 33.31/3) Kn——转速系数,Kn?(n Kh=3.1 KF=1.2 KH=1.0 Kl=1.0 Kn=0.30 v6 n???1200r/min Ph0.005 Fm ——滚珠丝杆等效轴向载荷 Fm?KFx?F? K=1.15 Fx——负载移动阻力，Fx=100N Fm?1.15?100?132.5?247.3N 计算得 'Ca? Fm=262N 3.1?1.2?1.0?1.0?247.3?3066.5N 0.30C'a=3066.5N Ca=11KN 3.2.4初选滚珠丝杠副的型号和有关参数 根据上面所计算的数据，选取的滚珠丝杆的基本额定动载荷要大于计算出来的动载荷。 初选型号为FFZD2505型内循环浮动返向器双螺母垫片预紧滚珠丝杆副。 其主要参数：额定动载荷为Ca=11KN 额定静载荷为C0a?27KN 公称直径d0?25mm 导程Ph=5mm 钢球直径DW?3.5mm C0a?27KN d0?25mm Ph=5mm DW?3.5mm C10000?1000N 预紧力计算 F0?0?1010 F0=1000N 9

丝杆螺纹部分长度lu lu=工作台最大行程+螺母长度+两端余程 =1500+86+40=1626mm 轴承的支撑距离l应大于螺纹部分的长度 取支撑距离 l=2000mm 3.2.5丝杆稳定性验算 根据工作环境选择两端采用角接触轴承固定的工作方 式，则丝杆不发生失稳的最大工作载荷为： 2f?EI Fk?k2 Kls 式中： 112 E 材料的拉压弹性模量 钢取 E?2.1?10N/m； I 丝杆轴最小截面惯性矩 I??d/64； d0 为滚珠丝杆的公称直径 d0?25mm； d2 丝杠小径 d2?d0?DW?25?3.5?21.5mm； Fk 实际承受载荷的能力； 42 lu=1626mm l=2000mm E?2.1?1011N/m2 d0?25mm DW?3.5mm d2?21.5mm fk 压杆稳定的支撑系数（双推—双推时为4，单推—单推时为1，双推—简支时为2，双推自由式时为0、25），此 时取fk?1； K 压杆稳定安全系数（一般去2.5~4），垂直安装时取 小值，此时取K?3。 fk?1 K?3 ls=2000mm 10

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