伺服进给传动系统设计

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1、www.plcworld.cnHebeiHebeiUniversityofTechnologyUniversityofTechnology伺服进给传动系统设计李为民教授河北工业大学机械工程学院www.plcworld.cnSchoolofMechanicalEngineeringwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计内容提要：本讲为伺服进给传动系统的应用总结先介绍伺服进给传动系统的组成，然后讲述伺服进给传动系统设计过程，包括丝杠、导轨及伺服电机选择、计算。www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计主轴导轨滑块导轨联轴器滚珠丝杠

2、伺服电机固定单元圆导轨滚珠丝杠圆导轨滑块导轨支撑滑块联轴器直线轴承导轨支座滚珠丝杠支撑单元www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1滚珠丝杠F1.2伺服电机•初选丝杠直径•滚珠丝杠效率•丝杠强度的精确校核•稳态扭矩计算•确定滚珠丝杠的安装方式•惯性扭矩计算•最大扭矩、功率计算•验算极限转速和极限载荷•平均扭矩验算•静态安全系数•丝杠寿命计算F1.3滚动导轨•平均轴向负荷与平均转速•负荷计算•支承轴承的寿命•等效载荷计算•丝杠进给系统刚度计算•静态安全系数校核•平均负荷计算目录•寿命计算www.plcworld.cnwww.plcworl

3、d.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.1初选丝杠直径初选丝杠轴直径有类比法和计算法两种。以下只讲计算法。(1)估算传动扭矩2设稳态力为F(N)，总的工作质量为m(kg)，最大加速度为a(m/s)，丝杠导程为l(mm)，则丝杠所承受的扭矩T(N·m)为1(q)(maF)lT2000q为考虑丝杠本身转动惯量的影响，估算负载转矩T应增加的百分数。q的取值原则：对于惯性负载通常取较大值(20%~30%)，对于常定负载通常取较小值(10%~15%)。F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.1初选丝杠直径(2)按扭

4、转强度估算轴径Tdm17.23mmin[]2式中，[]为许用扭转剪应力(N/mm)，对于滚珠丝杠常用材料中碳钢，其取值为25~45。计算出d后，根据轴的直径系列向上圆整(如果使用外购联轴min器，也可以根据联轴器的系列圆整)，得出丝杠的最小直径d。0F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.1初选丝杠直径(3)验算键的挤压应力设键的尺寸为：宽高长=bhl(mmmmmm)，则挤压应力p(MPa)验算公式如下：2000Tp[p]dk(lb)2/式中：T—扭矩(Nm)；d—轴径(mm)；k=h/2

5、(mm)；[p]—许用挤压强度(MPa)。F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计32F1.1.2轴强度的精确校核dbt(dt)Zp162d(1)疲劳强度安全系数校核式中，d为轴径(cm)；b为键宽Zp1S[S](cm)；t为轴上的键槽深度(cm)。3TKK1R式中，[S]为许用安全系数；T为扭矩(Nm)；Zp为抗扭式中，K—应力集中系数，K—R截面模量(cm3)，为从标表面粗糙度系数，—绝对尺寸影准试件的疲劳极限到零件疲响系数，—表面状态系数。各系劳极限的核算系数，其值为数

6、可从机械设计手册上查到。F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.2轴强度的精确校核(2)静强度安全系数校核ZpsS[S]ss3Tmax式中，Z的意义同前；T为最大扭矩(Nm)，[S]为许用安全系数。pmaxSF1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.3确定滚珠丝杠的安装方式Lb(计算极限转速)成对角接触轴承固定-自由支持-支持深沟固定-支持球轴承固定-固定La(计算压杆稳定性)F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcwo

7、rld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1.4验算丝杠极限转速和极限载荷(1)压杆稳定性验算4d1Ff998061ss2La式中，d为丝杠底径；L为最大丝杠支承间距；f=0.5~0.8(安全1as系数)；为与安装方式有关的系数，其值为：0.25(固定-自由)、s1(支持-支持)、2(固定-支持)、4(固定-固定)。F1.1滚珠丝杠www.plcworld.cnwww.plcworld.cn专题1伺服进给传动系统设计F1.1