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1、宁波大学机械学院机械设计制造及其自动化专业机电模块课程设计设计题目二坐标数控工作台设计专 业机械设计制造及其自动化姓 名赖旭辉学 号116130058班 级机械国贸118指导教师学 期20142015学年第二学期设计时间2015.03.72015.03.20内附资料1、课程设计说明书一份（含设计任务书）；2、二坐标数控工作台装配图一张（A0）；3、二坐标数控工作台电气控制原理图一张（A1）；4、计算说明书草稿一份。成 绩2015年3月目录一.机电专业课程设计目的 （2）二.机电专业课程设计的任务和要求 （2）三.X轴方案及参数计算 （2）1.方案拟定 （2）2.X轴步进电机参数确定及选择 （2
2、）3.X轴圆柱斜齿轮传动设计 （3）四. X轴机械结构总体设计计算 （6）1. X轴滚珠丝杠设计计算 （6）2. X轴滚动导轨设计计算 （6）五.Y轴方案及参数计算 （7）1.Y轴步进电机参数确定及选择 （7）2.Y轴联轴器选择 （9）六. Y轴机械结构总体设计计算 （10）1. Y轴滚珠丝杠设计计算 （10）2. Y轴滚动导轨设计计算 （11）七.绘制装配图 （12）八.设计总结与分析 （12）九.致谢 （13）十.参考文献 （13）1.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
3、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。2.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
4、）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。3.X轴方案及参数计算3.1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，
5、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。3.2 X轴步进电机参数确定及选择X参数选定与计算Vx=1.6 m/min=0.027m/s，Fx=120N，Px=Fxvx=3.2 W（1）脉冲当量选择初选三相电机，按三相三拍工作时，步矩角=1.5，初定脉冲当量=0.01mm/p，丝杠导程tsp=5 mm，中间齿轮传动比i为： i=(tsP)(360i)=1.55(3600.01)=2由i确定齿轮齿数为，模数m=2mm，齿宽 3.3 X轴圆柱斜齿轮传动设计 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
6、（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=20,Z2=Z1i=20240. （4）选取螺旋角，初选14o 2. 按齿面接触疲劳强度设计 （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选取区域系数ZH=2.433，小齿轮做悬臂布置； 由1表10-7选取齿宽系数d0.5. 7 （3）应力循环系数取j=1，所以 （4）由1图10-19查得，接触疲劳寿命系数KHN1=0.92，KHN2=0.96. （5）由1图10-21d查得，小齿轮接触疲劳强度极限Hlim1=
7、600MPa，大齿轮的接触疲劳强度极限Hlim2=550MPa, （6）计算疲劳强度许用应力，取安全系数S=1， （7）计算小齿轮传递的转矩 T1=9.55106Px/nx=47.75N.mm 3. 计算 （1）试算小齿轮分度圆直径 （2）计算圆周速度 （3）计算齿数b及模数. b=dd1t=0.55.512.76 mm mnt=d1tcos/Z1=5.51cos14o/20=0.27 h=2.25mnt=2.250.27mm =0.61 mm b/h=2.76/0.61=4.54 （4）计算纵向重合度0.318dZ1tan=0.3180.520tan14o=0.79 （5）计算载荷系数K，查
8、1表10-2，得使用系数KA=1，根据v=0.027 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(1+0.67d2) d2+0.2310-3b，所以KH=1.12+0.18（1+0.670.5）0.5+0.2310-32.76=1.17， 由b/h=4.54，由1图10-13，查得KF=1.12，由1表10-3，查得KH=KF=1.2，故载荷系数K=KAKvKHKF=1.45，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)=5.51（1.45/1.6）（1/3）=5.33mm （6）计
9、算模数mn=d1cos/Z1=0.26mm 4. 按齿根弯曲强度设计 （1）计算载荷系数，K=KAKvKFKF=1.45 （2）根据纵向重合度0.79，由1图10-28查得，螺旋角影响系数Y=0.35 （3）计算当量齿数：Zv1=Z1/cos3=20/cos314=21.9 Zv2=Z2/cos3=50/cos314=43.8 （4）由1表10-5查出，YFa1=2.8，YSa1=1.55，YFa2=2.4，YSa2=1. 67. 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=0.87，取安全系数S=1.
10、4 （5）计算大、小齿轮并加以比较 取大齿轮数据 2).设计计算mn=21.58487.50. 350.01639(cos14)2/（0.52021.56）（1/3）0.169mm 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mn1 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 4几何尺寸计算 中心距 a=( Z1+Z2)mn/(2cos)=(30.9 mm 所以圆整为31mm 按圆整后的中心距修正螺旋角arccos(Z1+Z2)mn/2a=arcos(20+40) /(2*31) =14.6o
11、, 因值改变不多，故参数、K、ZH等不必修正 计算大、小齿轮分度圆直径 d1=Z1mn/cos=20/cos14.6o =24.67 mm d2=Z2mn/cos=40/cos14.6o =41.33mm计算齿轮宽度b=dd1=0.52513mm所以取B2=15mm,为易于补偿齿轮轴向位置误差，应使小齿轮宽度大于大齿轮宽度，所以小齿轮约为B1=15mm2)等效传动惯量计算(不计传动效率)Jg1=(d14b1)32=(2.07)41.37.8510-33210-4 kg.m2 =0.01810-4 kg.m2式中 钢密度=7.85103 kg/cm3抄。同理,大齿轮转动惯量 Jg2=0.2471
12、0-4 kg.m2 由3表3-13初选滚珠丝杠CDM2005-2.5,导程为5mm，d0=20 mm，额定动载荷7988N，l=500 mm滚珠丝杠转动惯量 Js=(d04l)32=(2)4507.81033210-4 kg.m2 =6.110-5 kg.m2拖板及工作物重折算到电机轴上的转动惯量,拖板及工作物重之和约为22kg（计算具体见导轨选型与计算）Jw=(w/g)(tsP2) 2i2 =23(0.52) 2 (2.5)210-4 kg.m2 =5.5710-5 kg.m2因此,折算到电机轴上的等效转动惯量JeJe= Jg1+ Jw+( Jg2+Js) i2 =0.94510-4 kg.m2 3)等效负载转矩计算(以下为折算到电机轴的转矩)由3式(2-7)(2-9)可知:Mt=(Fx+Fy) tsP/(2i)= (55+0.00550) 0.005/(20.82.5)=0.11 N.mMf= (Ff tsP)/(2i)= (W tsP)/(2i)=(0.005239.80.005)/ (20.82)= 5.4710-4N.m上述式中 丝杠预紧时的传动效率取 =0.8nmax=(vmax/)(/360)=(1500/0.005) (0.72/360)=150 r/min取起动
