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1、JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY课程设计与综合训练说明书课程设计题目：步进驱动系统与数控圆弧 插补程序设计 综合训练题目：连接电路和机床进给电机 驱动器实现第二象限逆圆弧插补加工学院名称：机械学院专 业：班 级：姓 名：学 号：指导教师：2016年1月360X方向脉冲个数:n=走刀长度步距角40360x xl.25z =2= 80000.75360 走1度360xx2.08Z方向脉冲个数：n二一二口，王i=3=8000步距角0.752、步进电机所需力矩计算：选择步进电机应按照电机额定输出转矩T2电机所需的最大转矩Tmax的原 那么，首先计算电机所需的负载转矩。作
2、用在步进电机轴上的总负载转矩T可按下面简化公式计算：T = Tm=Qm+J.K +鲁 + 鲁+2叼i 2的125i式中，心为启动加速引起的惯性力矩，71为拖板重力和拖板上其它力折算到电机轴上的当量摩擦力矩，人为加工负载折算到电机轴上的负载力矩，”为因丝杠预紧引起的力折算到电机轴上的附加摩擦转矩；乙为电机转动惯量；(为折算到电机轴上的等效转动惯量；为启动时的角加速度；人十乙由任务书中给出，由任务中的空载启动时间和最大进给速度计算得到；：为丝杠导程，由任务书中给出；以：为拖板重力和主切削力引起丝杠上的摩擦力，=(mg + Fz)，拖板重量由任务书中给出，注意：在计算纵向力时（选择纵向电机），拖板重
3、量为两个拖板的重量之和, 在计算横向力（选择横向电机）时，为小拖板重量，钢与钢的摩擦系数可查 资料，一般为0.050.2左右；Fu,：在选择横向电机时，为工作台上的最大横向载荷，通过给定吃刀抗力Fy得到；在选择纵向电机时，为工作台上的最大纵向载荷，通过给定 吃刀抗力F x得到；Fq：为丝杠螺母副的预紧力，设取乙.的1/51/3 ；H ：为伺服进给系统的总效率，取为0.8 ； /：为减速器传动比。Jm+Je=0. 09N. m2启动时=523?)rad I nr2兀 n 2x3.14x504-60T -looxioTFu:横向力 Fu=(mg+Fz) Xu =(200+1000) X0. l=1
4、20N纵向力 Fu =(mg+Fz) Xu =(600+200+1000) XO. l=180NFw:横向力 Fw=(mg+Fy) Xu= (200+800) XO. l=100N纵向力 Fv=(mg+Fx) Xu= (600+500) XO. 1=1 IONFo:横向力 Fo= Fw*l/4= 25N纵向力 Fo=Fw*l/4=32. 5N由下式可得:横向:7 二4 + & + Tw + 4+ ) +PF。 pFw0.2p 吊1十27n7 i 27nl i i7 = 0.09x52.33 + (5x1205x1000.2x5x25)/1000纵向:7 = 0.09x52.33 + (3x18
5、03x1102兀 )/1000一般启动时为空载，于是空载启动时电动机轴上的总负载转矩为:TTj+TJTo代入上式计算可得：Tqx = 4.7991N.7Tqz = 4.77 N.tn在最大外载荷下工作时，电动机轴上的总负载转矩为:代入上式计算可得：计算出的总负载转矩根据驱动方式，选择电机时还需除以一系数，设为X 相2XX拍驱动方式，那么总负载转矩取为：T = max 7/0.8; 7； / (0.3 ().5)Tx= max 4. 779/0. 8 ;0. 1421/(0.30.5)=5. 999N. mTz= max 5. 96/0. 8; 0. 10779/(0. 30. 5)=5. 96
6、N. m3 .由启动最大频率，步距角选取电动机：根据求出的负载转矩，和给定的步距角，上网查询步进电机型号。步进电机 的步距角为0. 75 ,计算得出负载转矩分别为5. 999 N - m和5. 96N-m查得静 转矩为8. 0N - m,步距角0. 75的步进电机型号为110BYG260B-0602o由网上查 得参数见以下图和表：表2-1电机主要参数型号相数步距角(DEG)电压(V)电流(A)静转矩(N. m)空载运行频率(KHZ)转动惯量(Kg. cm2)接线备注110BYG260B2/40. 75 /1.5120-31068.02159.71图2-2 110BYG250B系列型步进电机外形
7、尺寸两相高性能混合式步进电机110BYG260A110BYG260B步距角0.75/1.5。技术参数参数/型号110BYG260A110BYG260B赠电蒸(A)4多加备()0 75/1 5保持”矩(M )811痔子惜(k f *)6 849 98“PP$ 乂隼步分式）1 80建行率“”$乂半步分式,K20电物重(“) 58 50动0电息入ACSOY I3OV 4A动b型号028Y01106M1143175M尺寸4X20由上图可知，当脉冲频率在1001000次/秒时，电机的输出转矩比拟稳定。4 .确定齿轮传动（圆柱直齿齿轮减速器）由于i0. 98=11. 44N,m表2-2各轴转矩轴号X向Z向
8、转矩T (N.m)转矩T (N.m)输入输出输入输出电动机轴65. 96I5. 945. 825.95. 782117. 0586. 9211.6711.44传动比i1.252. 082. 2圆柱齿轮减速器的设计计算2. 2.1 X向齿轮减速器的设计计算1 .选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数选用直齿圆柱齿轮传动，8级精度材料选择。由表10T选择小齿轮材料为40Cr,硬度为280HBS； 大齿轮材料为45钢，硬度为240HBS, 二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数Zl=28,传动比i=L25,那么大齿轮齿数Z2=35。2 .按齿面接触疲劳强度设计 由设计公式进行试算，即(1)确定公式内的
9、各计算值试选载荷系数Kt=1.3由前面计算可知小齿轮上的转矩Tl=5. 94N. m=5940N. mm由表选取齿宽系数d=1.0由表查得材料的弹性影响系数ZE=189. 8MPa%由图按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限。Hliml=600Mpa, 大齿轮的接触疲劳强度极限。Hlim2=550Mpa；由式计算应力循环次数n=l. 3X1600/360X60=350r/minNl=60nljLh=60X350X (1 X 12X8X300X 15)=9. 07x 109N2=Nl/i=9. 07 X 10*71. 25=7. 256 X 109由图取接触疲劳寿命系数KHN1=0.90KHN2
10、=0. 98计算疲劳许用应力取失效率1%,平安系数S=l,由式得olll= KHN1X o Hliml/S=O. 90X 600/l=540Mpa。H2= KHN2X。Hlim2/S=0. 98X550/1=522. 5Mpa 试算小齿轮分度圆直径dll,带入式中较小的值c cc).3x59400 1.25 + 1二 2.32；xV 1.01.25J 89.8 x(522.5)2=28. 40mmnx 28.40x35060x1000=0.52/h / s2）计算圆周速度3）计算齿宽b=OdXdlt=l. 0X28. 40=28. 40mm4)计算齿宽与齿高之比b/h模数mt= dlt/Zl=
11、28. 40/28=1.0143 mm齿高h=2. 25 mt=2. 282mmb/h=28. 40/2. 282=12. 455)计算载荷系数根据V=0. 5 m/s, 7级精度，由图查得动载系数Kv=l. 12直齿轮KH a =KF a =1由表查得使用系数KA=1由表用插补法查得7级精度小齿轮相对支承对称布置时，KH B=1. 421由 b/h=8. 89 , KH 8=1.421 查图得 KFB = 1.32；故载荷系数 K=KAXKvXKHa XKH 6 =1X 1. 12X 1X 1. 421=1. 5926）按实际的载荷系数校正所计算得的分度圆直径，由式得rr ii 5924 =
12、 28.40,- = 30.387）计算模数m=dl/Zl=30. 38/28=1. 085 nun 圆整后取 2mm按齿根弯曲强度设计弯曲强度的设计公式为1.确定公式内的各计算数值1）查小齿轮的弯曲疲劳强度极限。FEl=500MPa,大齿轮的弯曲疲劳强度极 限。限2=380MPa2）取弯曲疲劳寿命系数KFNl=0.85,KFN2=0.883）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳平安系数S=l. 41KFNaFE-85x500MP=e = 303.57MP。LS1.4r1Kfn，ff20.88x380MP q kadLFhS1.44）计算载荷系数KK二KAXKvXKHq XKHP=1 X 1. 12X 1 X 1.32=1.4785）查取齿形系数YFal=2. 80YFa2=2. 306）查取应力校正系数Ysal=1.55Ysa2=1.7227）计算大、小齿轮的6 并加以比拟303.57% 2 %, 2 _ KT-= 0.01430
