卧式车床CA6140数控化改造说明书1(3)

82734.15mm4；压杆稳定安全系数K取3（丝杠卧式水平安装)；滚动螺母至轴向固定处的距离。取最大值1497 mm。代入式（3-28）,得临界载荷Fk≈51012 N，远大于工作载荷 Fm（1712N） 故丝杠不会失稳。 综上所述，初选的滚珠丝杠副满足使用要求。 4.4 同步带减速箱的设计（纵向）

为了满足脉冲当量的设计要求和增大转矩，同时也为了使传动系统的负载惯量尽可能地减小，传动链中常采用减速传动。本例中，Z向减速箱选用同步带传动，同步带与带轮的计算和选型参见第三章第三节相关内容。

设计同步带减速箱需要的原始数据有：带传递的功率P；主动轮转速n和传动比i；传动系统的位置和工作条件等。

根据改造经验，C6140车床Z向步进电动机的最大静转矩通常在15-25 N2m之间选择。今初选电动机型号为130BYG5501，五相混合式，最大静转矩为20 N2m，十拍驱动时步距角为0.72o。该电动机的详细技术参数见表4-5，运行矩频性曲线见图4-1。

图4-1 130BYG5501步进电机运行矩频特性

（1）传动比i的确定 已知电动机的步距角α= 0.72o，脉冲当量?z= 0.01 mm/脉冲，滚珠丝杠导程Ph= 6 mm。根据公式（3-12）算得传动比i = 1.2。 （2）主动轮最高转速n1 由Z向拖板的最快移动速度vzmax=6000mm/min，可以算出主动轮最高转速n1=（vzmax /?z）3α/ 360 =1200（r/min）。 （3）确定带的设计功率Pd 预选的步进电动机在转速为1200 r/min时，对应的步进脉冲频率为：fmax= 12003360 / ( 603α) = 10000（Hz）。

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从图6-4查得，当脉冲频率为10000 Hz时，电动机的输出转矩约为3.8 N2m，对应的输出功率为POUT = n3T / 9.55 = 120033.8 / 9.55≈478（W）。同步带传递的负载功率应该小于477.5 W，今取P = 0.487 kW，从表3-18中取工作情况系数KA= 1.2，则由式（3-14），求得带的设计功率Pd =KA =1.230.32 kW= 0.57 4kW。

（4）选择带型和节距 根据带的设计功率Pb=0.574 kW和主动轮最高转速

n1=1200 r/min，从图3-14中选择同步带，型号为 XL型，节距Pb=9.525 mm。

（5）确定小带轮齿数Z1 和小带轮节圆直径d1 取Z1=15，则小带轮节圆直径

d1=

PbZ1?=40.48mm。当n1达最高转速1200r/min时，同步带的速

度为v=

?d1n160?1000=2.86（m/s），没有超过XL型带的极限速度35 m/s。

（6）确定大带轮齿数Z2和大带轮节圆直径d2 大带轮齿数Z2=iZ1 =18,节圆直径 d2=54.57mm。

（7）初选中心距a0、带的节线长度LOP、带的齿数ZZb 初选中心距a0=1.1（d1+d2）=110.06 mm，圆整后取a0=110mm.则带的节线长度为

LOP?2a0??2(d1?d2)?(d2?d1)?377.33mm。选取接近的标准节线长度4a0Lp=381mm，相应齿数Zb?40。

LP?LOP?111.835mm。 2?PZ（9）校验带与小带轮的啮合齿数Zm Zm=ent[?b21(Z2?Z1)]?7，啮合齿

22?a数

6大，满足要求。此处ent取整。

（8）计算实际中心距a 实际中心距a?a0?（10）计算基准额定功率P0

(Ta?mv2)v P0?

1000式中 Ta——带宽为ba0的许用工作拉力，由表3-21查得Ta=244.46N； m——带宽为ba0的单位长度的质量，由表3-21查得m=0.095kg/m；

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v——同步带的带速，由上述（5）可知v=2.86 m/s。 算得 P0= 0.697kW。

（11）确定实际所需同步带宽度bs bs≥bs0(Pd1/1.41) KzP0式中 bs0—选定型号的基准宽度，由表3-21查得bs0= 25.4mm； Kz—小带轮啮合齿数系数，由表3-22查得Kz=1。

由上式算得bs≥21.42 mm，再根据表3-11选定最接近的带宽bs=25.4 mm （12）带的工作能力验算 根据式（3-22），计算同步带额定功率P的精确值： P?(KzKwTa?bsmv2)v?103 bs0式中， Kw为齿宽系数:：Kw?(bs/bs0)1.41?1

经计算得P = 0.697 kW，而Pd = 0.574 kW，满足P≥Pd因此，带的工作能力合格。

4.5 步进电动机的计算与选型（纵向）

（1）计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq 已知：滚珠丝杠的公称直径d0=40 mm，总长（带接杆)l=1560 mm，导程Ph＝6 mm，材料密度

??7.85?10?3kg/cm2;纵向移动部件总重量G = 1300 N；同步带减速箱大带轮宽度28 mm，节径48.51 mm，孔径30 mm，轮毂外径42 mm，宽度14 mm；小带轮宽度28 mm，节径40.43 mm，孔径19mm，轮毂外径29 mm，宽度12 mm；传动比i =1.2。

参照表4-1，可以算得各个零部件的转动惯量如下（具体计算过程从略）：滚珠丝杠的转动惯量Js=30.78 ；拖板折算到丝杠上的转动惯量

Jw=1.21kg?cm2 ；小带轮的转动惯量Jz1=0.95kg?cm2;大带轮的转动惯量Jz2=1.99kg?cm2。在设计减速箱时，初选的Z向步进电动机型号为130BYG5501，

从表4-5查得该型号电动机转子的转动惯量Jm?33kg?cm2。

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则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为： Jeq?Jm?Jz1?(Jz2?Jw?Js)/i2?57.55kg?cm2

（2）计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 分快速空载起动和承受最大工作负载两种情况进行计算。

1）快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq Teq包括三部分：快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf，滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据（4-12）式可知，T0相对于Tamax和Tf很小，可以忽略不计。则有： Teq1?Tamax?Tf （4-1）

根据式（4-9），考虑Z向传动链的总效率η，计算快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩： Tamax?2?Jeqnm60ta?1? （4-2）

式中 nm ——对应Z向空载最快移动速度的步进电动机最高转速，单位为r/min；

ta——步进电动机由静止到加速至nm转速所需的时间，单位为s。 其中： nm?vmax? （4-3） ?360?式中 vmax——Z向空载最快移动速度，任务书指定为6000 mm/min； α ——Z向步进电动机步距角，为0.72o； δ ——Z向脉冲当量，本例δ=0.01 mm/脉冲。 将以上各值代入式（6-3），算得nm=1200 r/min。

设步进电动机由静止到加速至nm转速所需时间ta=0.4 s，Z向传动链总效率η = 0.7。则由式（6-2）求得：

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Tamax2??57.55?10?4?1200??2.58(N?m)

60?0.4?0.7由式（4-10）可知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为： Tf??(Fc?G)Ph （4-4）

2??i式中 ?——导轨的摩擦系数，滑动导轨取0.16； Fc——垂直方向的工作负载，空载时取0； η——Z向传动链总效率，取0.7。 则由式（6-4），得： Tf?0.16?(0?1300)?0.006?0.24(N?m) …… 此处隐藏：1879字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……