[工学]机电控制课程设计方案书.doc
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1、机电控制课程设计说明书题 目 机械手移动平台电动伺服系统设计 学 号 姓 名 指 导 教 师 年级专业小班 机电0903班 所在学院或系 机械工程学系 2013年 1 月 14 日目 录目 录1一、设计课题简介2二、系统静态设计3(一)、设计步骤3(二)、确定滚珠丝杠副的导程Ph3(三)、确定当量转速nm与当量载荷Fm4(四)、预期额定动载荷4(五)、按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m6(六)、确定滚珠丝杠副的规格代号6(七)、确定滚珠丝杠副预紧力Fp8(八)、计算行程补偿值C与预拉伸力Ft8(九)、确定滚珠丝杠副支承用的轴承规格代号9(十)、滚珠丝杠副工作图设计11(十一)、电
2、机的选择11(十二)、传动系统刚度计算14(十三)、传动系统刚度验算及滚珠丝杠副的精度选择17(十四)、滚珠丝杠副临界压缩载荷Fc的校验18(十五)、滚珠丝杠副的极限转速nc的校验19(十六)、Dn值校验20(十七)、滚珠丝杠副形位公差的标注20(十八)、电机控制器选型21(十九)、导轨选择22(二十)、传感器选择22三、系统动态设计23(一)、设计任务23(二)、设计过程24四、参考文献31五、设计图纸3222一、设计课题简介(一)、题目:机械手移动平台电动伺服系统设计(二)、设计目标:设计为任务A机械手水平移动所使用的电动伺服平台位置控制系统,由直流无刷伺服电机及滚珠丝杆传动系统驱动,平台
3、能在任意位置准确定位。系统每天开机6小时,每年工作300天,要求工作8年以上,14400小时。(三)、设计要求:1、平台有效行程: 01.5 m2、平台尺寸: 800800 mm (LW) 3、最大负载重量: 300 Kg4、定位精度: +0.1 mm5、最大位移速度: 0.15 m/s6、最大线加速度: 0.6 m/s27、最低平稳速度: 0.5 mm/s8、系统通频带: 1.5 Hz A/A10%, 10二、系统静态设计(一)、设计步骤(二)、确定滚珠丝杠副的导程Ph因电机与丝杠直联,i=1Vmax=0.15m/snmax=1500r/min带入得Ph=6mm/r圆整为Ph=5mm/r(三
4、)、确定当量转速nm与当量载荷Fm最大转速nmax=1500r/min最小转速nmin=6r/min当量转速nm=753r/min最大载荷出现在最大负载以及以最大加速度加速时,故最大载荷Fmax=0.1最小载荷出现在无负载以及以最大加速度减速时,故最小载荷Fmin=当量载荷Fm=(四)、预期额定动载荷1、按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh估算:当量转速,753r/minFm:当量载荷,434N:预期工作时间,测试机床选择63008=14400h:负荷系数,平稳无冲击选择1:精度系数,2级精度选择1:可靠性系数,一般选择1代入得Cam=3760.62(N)2、按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls计算:预期
5、运行距离,一般取250km代入得Cam=1598.87(N)3、按滚珠丝杠副的预加最大轴向负载计算:预加负荷系数,轻预载时,选择 =6.7代入得Cam=2907.8(N)综上所述,Cam=3760.62(N)。(五)、按精度要求确定允许的滚珠丝杠的最小螺纹底径d2m(1)估算滚珠丝杠的最大允许轴向变形量m (1/41/5)定位精度: 最大轴向变形量,m定位精度:100m代入得=20m(2)估算最小螺纹底径d2m丝杠要求预拉伸,取两端固定的支承形式 (1.11.2)行程+(1014)已知:行程为1500mm,W1=4000N,0=0.1 代入得L=1785mmF0=400Nd2m=7.4mm(六
6、)、确定滚珠丝杠副的规格代号选择汤姆森公司的轧制滚珠丝杠轴,具体参数如下公称直径导程螺纹数滚珠直径右旋螺纹轴的最高公差等级左旋螺纹轴的最高公差等级外径螺纹内径最大长度单位长度丝杠轴质量丝杠轴横截面积最小轴惯性矩极惯性矩d0PhDWd1d2ImaxmaiIpmmmmmmmmmmmmkg/mmm2mm4mm416513.500P3T715.55h1112.8860001.381.75E+022.22E+034.93E+03选择汤姆森公司的用于轧制滚珠丝杠螺母公称直径导程丝杠头数滚珠直径FK型单螺母d0PhDwD1D4D5D6LLmL1L3L7g6h13h13mmmmmmmmmmmmmmmmmmmm
7、mmmm16513.50028385.54848.533105.510螺母形状安装孔位置类型循环系统公称轴向间隙承载滚珠圈数动态额定载荷静态额定载荷L8DBLBL10CamCa0mh13mmmmmmmmmmkNkN40M6158S1End cap0.0412.810.817.5故滚珠丝杠副的型号如下丝杠型号为7832776-PS,螺母型号为7832777。d2=12.88mmd2mCam=10.8KN3760.62N符合要求(七)、确定滚珠丝杠副预紧力FpFmax=632N代入得Fp=211N(八)、计算行程补偿值C与预拉伸力Ft1、计算行程补偿值C对于两端固定支承,需要预拉伸的滚珠丝杠副应规
8、定目标行程补偿值C,并计算预拉伸力。C:行程补偿值(m)t:温度变化值25, 取2.5:丝杠的线膨胀系数11.810-6/度Lu:滚珠丝杠副的有效行程(mm)Lu工作台行程+螺母长度+两个安全行程行程+(814)Ph=1940mm代入得C=45.8725m2、计算预拉伸力FtFt:预拉伸力(N)d2:滚珠螺纹底径为12.88mmt:滚珠丝杠的温升25,取2.5代入得Ft=808.7352N(九)、确定滚珠丝杠副支承用的轴承规格代号1、轴承所承受的最大轴向载荷FBmax已知:Ft=808.7352N,Fmax=632N代入得FBmax=1440.7352N2、轴承类型两端固定的支承形式,选背对背
9、25角接触推力球轴承。3、轴承内径dd略小于d2,d2=12.88mm取d=10mm4、轴承预紧力FBP=FBmaxFBmax=1440.7352N代入得FBP=480.25N故预加负荷FBP5、按样本选轴承型号规格当d=10mm,预加负荷FBP时,选择轴承型号为7200AC/DF,d=10mm。 (十)、滚珠丝杠副工作图设计1、丝杠螺纹长度LsLs=Lu+2LeLe=20mmLu=行程+螺母长度=1533mm代入得Ls=1573mm2、两固定支承距离L1按样本查出螺母安装联接尺寸丝杠全长L=17853、行程起点离固定支承距离L0由工作图得Ls=1573mmL1=1613mmL=1785L0=
10、20mm(十一)、电机的选择1、作用在滚珠丝杠副上各种转矩计算外加载荷产生的摩擦力矩TF(Nm)F=632NPh=5mm=0.9代入得TF=0.56 Nm滚珠丝杠副预加载荷TP产生的预紧力矩(Nm)FP=211N代入得TP=0.04 Nm式中Ph:滚珠丝杠副导程 :未预紧的滚珠丝杠副效率(1、2、3级精度的丝杠=0.9,4级精度以下的丝杠=0.85) F:作用在滚珠丝杠副上的外加轴向载荷,不同情况下取值不一样。若计算电机启动转矩时,机械是空载起动,F是导轨摩擦力(垂向动动F还包括机构重量)若计算电机工作转矩时,F还包括导轨摩擦力和工作载荷(垂向运动F还包括机构重量)。2、负荷转动惯量JL(kg
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