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1、宁波大学第 1 页机械学院机械学院机械设计制造及其自动化专业机械设计制造及其自动化专业 机电模块课程设计机电模块课程设计设计题目设计题目二坐标数控工作台设计二坐标数控工作台设计专专 业业机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化姓姓 名名学学 号号班班 级级0707 机械（机械（1 1）班）班指导教师指导教师学学 期期2010201020112011 学年第二学期学年第二学期设计时间设计时间2011、0202、21212011、0303、1111内内附附资资料料1 1、课程设计说明书一份（含设计任务书）、课程设计说明书一份（含设计任务书） ；2 2、二坐标数控工作台装配图一张（、二坐标数控工
2、作台装配图一张（A0A0） ；3 3、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（A1A1） ；4 4、计算说明书草稿一份。、计算说明书草稿一份。成成 绩绩2011、03宁波大学第 2 页目录一.机电专业课程设计目的 （1）二.机电专业课程设计的任务和要求 （1）三.X 轴方案及参数计算 （1）1.方案拟定 （1）2.X 轴步进电机参数确定及选择 （1）3.X 轴联轴器选择 （3）四.X 轴机械结构总体设计计算 （3）1.X 轴滚珠丝杠设计计算 （3）2.X 轴滚动导轨设计计算 （4）五.Y 轴方案及参数计算 （5）1.Y 轴步进电机参数确定及选择 （5）2.Y
3、轴联轴器选择 （7）六.Y 轴机械结构总体设计计算 （7）1. Y 轴滚珠丝杠设计计算 （7）2. Y 轴滚动导轨设计计算 （8）七.绘制装配图 （9）八.电气原理图设计 （10）宁波大学第 3 页九.参考文献 （11）一、机电专业课程设计目的一、机电专业课程设计目的本课程设计是学生在完成专业课程学习后，所进行的机电一体化设备设计的综合性训练。通过该环节达到下列目的：（1）巩固和加深专业课所学的理论知识；（2）培养理论联系实际，解决工程技术问题的动手能力；（3）进行机电一体化设备设计的基本功训练，包括以下 10 方面基本功：1）查阅文献资料；2)分析与选择设计方案；3）机械结构设计；4）电气控
4、制原理设计；5）机电综合分析；6）绘工程图；7）运动计算和精度计算；9）撰写设计说明书；10）贯彻设计标准。二、机电专业课程设计的任务和要求二、机电专业课程设计的任务和要求在规定时间内，按设计任务书给定的原始数据，在教师指导下，独立完成二坐标数控工作台设计工作。原始数据包括典型工况下，工作台速度、进给抗力及台面上工作物重量；工作台定位精度、台面尺寸和行程。设计具体要求完成以下工作：（1）数控工作台装配图（1：1 比例或 0图幅） 1 张；（2）数控系统电气原理图（2图幅） 1 张；（3）设计说明书（1020）页 1 本；所有图样均采用 CAD 绘制打印，设计说明书按规定撰写。三三 X X 轴方
5、案及参数计算轴方案及参数计算1 1方案拟定方案拟定方案拟定即确定工作台传动的形式和控制方式及主要部件或器件的类型。（1）驱动控制方式 由给定的工作台精度要求较低，为简化结构，故采用单片机控制的步进电机驱动系统。主要由步进电机、单片机驱动控制电路、滚珠丝杠副组成。（2）传动形式确定工作台 X 方向和 Y 方向两个坐标分别采用步进电机单独驱动。工作台 X 方向采用一级齿轮传动方式，可以通过降速扩大转矩输出，匹配进给系统惯量，获得要求的输出机械特性，同时减小脉冲当量。工作台 Y 方向采用直接传动方式，电机通过刚性联轴器与滚珠丝杠联结。结构紧凑，传动效率高。丝杠转速与转矩输出完全与电机的输出特性一致。
6、宁波大学第 4 页2.2. X X 轴步进电机参数确定及选择轴步进电机参数确定及选择计算及说明计算及说明结果结果X 参数选定与计算vx=2.0 m/min=0.033m/s, Fx=210N, Px=Fxvx=6.93W1 1）脉冲当量选择）脉冲当量选择初选三相电机，按三相六拍工作时，步矩角 =0.75,初定脉冲当量 =0.01mm/p, 丝杠导程 tsP=6 mm,中间齿轮传动比 i 为: i=(tsP)(360)=1.55(3600.01)=1.25由 i 确定齿轮齿数为 Z1=24,Z2=30,模数 m=2mm,齿宽 b1=12mm,b2=10mmX X 圆柱斜齿轮传动设计如下：圆柱斜齿
7、轮传动设计如下： 1.选定齿轮精度、材料、齿数及螺旋角 1）.选精度为 7 级 2）.选小齿轮为 40Cr（调质） ，硬度为 280HBS，大齿轮材料为 45 钢 （调质）,硬度为 240HBS，两者硬度差为 40HBS 3）.选择齿数 Z1=24,Z2=Z1i=241.2530 4）.选取螺旋角， 初选 14o 2.（1）按齿面接触疲劳强度设计 d1t=2KtT1（u1）(ZHZE)2/dauH2(1/3)1).试选 Kt=1.6, (由1表 10-6)得材料弹性影响系数 ZE189.8MPa 2).(由1图 10-30 得)选取区域系数 ZH=2.433,(由1表 10-7)选取齿 宽系数
8、 d0.3， 3). （由1图 10-26）查得 a10.780，a2 0.85，则 aa1+a2 1.630 4).应力循环系数取 j=1， 所以： N1=60n2jLh=6015001(2830015)6.480109 N2=N1/u=6.480109/1.255.184109 5）.（由1图 10-19）查得接触疲劳寿命系数 KHN1=0.85,KHN2=0.87, 6).（由1图 10-21d）查得小齿轮接触疲劳强度极限 Hlim1=600MPa,大 齿轮的接触疲劳强度极限 Hlim2=550MPa, 7).计算接触疲劳强度许用应力：取失效概率为 1%，取安全系数 S=1, H1KHN
9、1Hlim1/S=0.85600/1510MPa H2KHN2Hlim2/S=0.87550/1478.5MPa H= （H1+H2)/2=494.25 MPa8) 计算小齿轮传递的转矩：T1=95.5105Px/nx=95.51050.00693/1500=44.121N.mm （2）.计算 1）.试算小齿轮分度圆直径 d1t21.644.1213.083/（0.31.6301.25） （2.433189.8/494.25）2）（1/3）12.0 mm ZE189.8MPaZH=2.433d0.3T1=44.121N.mmd1t12.0 mm宁波大学第 5 页2).计算圆周速度 v=d1tn
10、1/(601000)0.942m/s 3).计算齿数 b 及模数 mnt： b=dd1t=0.3123.6 mmmnt=d1tcos/Z1=12cos14o/24=0.485 h=2.25mnt=2.250.485mm =1.091 mm b/h=3.6/0.655=3.3 4).计算纵向重合度 0.318dZ1tan=0.3180.324tan14o=0.57 5).计算载荷系数 K,（查1表 10-2）得使用系数 KA=1.25,根据 v=0.033 m/s ,7 级精度，由（1图 10-8）查得动载系数 Kv=1.01,（由1表 10-4）查得 KH的计算公式：KH=1.12+0.18(
11、1+0.67d2) d2+0.2310-3b=1.14 由 b/h=3.3,(由1图 10-13)查得 KF=1.14, 由（1表 10-3）查得 KH=KF=1.2,故载荷系数 K=KAKvKHKF=1.251.011.21.141.73 6）.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径 d1=d1t(K/Kt)(1/3) =12（1.73/1.6）（1/3）=12.32 mm7).计算模数 mn=d1cos/Z1=12.32cos14o/24=0.50 mm 31).按齿轮弯曲强度设计 mn=(2KT2YCOS2/dZ12)(YFYS/F)(1/3) 计算载荷系数，K=KAKvKFKF=1.2
12、51.011.21.141.73 根据纵向重合度 0.57，由（1图 10-28）查得螺旋角影响系数Y=0.93 计算当量齿数 Zv1=Z1/cos3=24/cos314o=26.27 由（1表 10-5）查出,YFa1=2.592,YSa1=1.596,YFa2=2.3,YSa2=1.715. 因为小齿轮弯曲极限强度 FE1=500MPa,大齿轮 FE2380MPa,由（1 图 10-18）得弯曲疲劳寿命系数 KFN1=0.85,KFN2=0.88,取安全系数 S=1.1 F1KHN1FE1/S=386.36MPa F2KHN2FE1/S304MPa 计算大、小齿轮 YFa1 YSa1/F1
13、 并加以比较 YFa1 YSa1/F12.5921.596/386.36=0.0107 YFa2YSa2/F2=2.301.715/3040.013 取大齿轮数据 2).设计计算 mn=21.7344.1210.930.013(cos14)2/（0.32421.63）（1/3）0.168m 对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算得法面模数 mn大于齿根弯曲 疲劳强度计算得法面模数，取 mn2 mm，已可满足弯曲强度，但为了同 时满足接触疲劳强度，需按接触疲劳强度计算得的分度圆直径 d1=20mm ,来计算应有的齿数，于是有 Z1=d1cos/mn=20cos14o/29.76，取 Z124，则
14、Z2uZ1=1.252430 4几何尺寸计算 中心距 a=(Z1+Z2)mn/(2cos)=(24+30)2/（2cos14o）55.6 mm 所以圆整为 56 mm 按圆整后的中心距修正螺旋角 arccos(Z1+Z2)mn/2a =arcos(24+30)*2/(2*56) =15.36o, 因 值改变不多，故参数 、K、ZH等不必修正 a=56mm宁波大学第 6 页计算大、小齿轮分度圆直径d1=Z1mn/cos=24*2/cos15.36o =49.7mm d2=Z2mn/cos=30*2/cos15.36o =62.2mm 计算齿轮宽度 b=dd1=0.3*49.714.91 mm 所以取 B2=15mm,为易于 补偿齿轮轴向位置误
