发布时间 : 星期二 文章数控铣床XY工作台 毕业设计.doc更新完毕开始阅读017bbcd2710abb68a98271fe910ef12d2af9a9f9
茂名职业技术学院 在步进电动机的输出轴上安装一套齿轮机减速，采用一级减速，步进电动机的输出轴与齿轮相连，滚珠丝杠的轴头与大齿轮相连。其中大齿轮设计成双片结构，采用适量弹簧错齿法消除侧隙。
已知工作台的脉冲当量?=0.004mm/脉冲，滚珠丝杠的的导程Ph=5mm， 初选步进电动机的步距角?=0.75°。根据下式算得减速比：
i?(?Ph)/(360?)=（0.75?5）/（360?0.004）=25/10
本设计选用常州市新月电机有限公司生产的JBF-3型齿轮减速箱。大小齿轮模数均为1mm，齿数比为75：30，材料为45调质钢，齿表面淬硬后达到55HRC。减速箱中心距为[（75+30）?1/2]mm=57mm,小齿轮厚度为20mm，双片大齿轮厚度均为10mm。 4.6 步进电动机的计算与选型
4.6.1 计算加在步进电动机转轴上的总转动惯量Jeq
已知：滚珠丝杠的公称直径d0=20mm，总长l=500mm，导程Ph=5mm，材料密度
?=7.85?10-5kg/cm2;移动部件总重力G=800N；小齿轮齿宽b1=20mm.，直径d1=30mm，
大小齿轮齿宽b2=20mm，直径d2=75mm；传动比i=25/10。
算得各个零部件的转动惯量如下：
JS??L?R22 JZ?2
?b?R22
滚珠丝杠的转动惯量Js=0.617kg·cm;拖板折算到丝杠上的转动惯量
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Jw=0.517kg·cm;小齿轮的转动惯量Jz1=0.125 kg·cm；大齿轮的转动惯量Jz2=4.877
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kg·cm。
初选步进电动机的型号为90YBG2602,为两相混合式，由常州宝马集团公司生产，
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二相八拍驱动时的步距角为0.75°，该型号的电动机转子的转动惯量Jm=4 kg·cm。
则加在步进电动机转轴上的总转动惯量为：
Jeq?Jm?JZ1?(JZ2?JW?JS)/i=5.087 kg·cm
2
24.6.2 计算加在步进电动机转轴上的等效负载转矩Teq 分快速空载和承受最大负载两种情况进行计算。
1) 快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩Teq1由式子可知，Teq1包括 三部分;一部分是快速空载起动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩Tamax；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0。因为滚珠丝杠副传动效率很高，根据式子可
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茂名职业技术学院 知，T0相对于Tamax和Tf很小，可以忽 略不计。则有：
Teq1=Tamax+Tf
根据公式，考虑传动链的总效率?，计算空载起动时折算到电动机转轴上最大加速转矩：
Tamax= 其中：
2?Jeqnm60ta1?
?nm?vmax?=1562.5r/min ; 360?式中Vmax—空载最快移动速度，任务书指定为3000mm/min；
?—步进电动机步距角，预选电动机为0.75?；
?—脉冲当量，本例?=0.004mm/脉冲。
设步进电机由静止加速至nm所需时间ta?0.4s，传动链总效率??0.7。则由上式求得：
2??5.087?10?4?1562.5?0.297N?m Tamax=
60?0.4?0.7由设计知，移动部件运动时，折算到电动机转轴上的摩擦转矩为：
Tf=
?(Fz?G)Ph0.005?(0?800)?0.005??0.0018N?m
2??i2??0.7?25/10式中?——导轨的摩擦因素，滚动导轨取0.005
Fz——垂直方向的铣削力，空载时取0
?——传动链效率，取0.7
最后由上式求得快速空载起动时电动机转轴所承受的负载转矩： Teq1=Tamax+Tf=0.2988N?m 2) 最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩Teq2
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茂名职业技术学院 由式字可知，Teq2包括三部分：一部分是折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt；一部分是移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩Tf；还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩T0，T0相对于Tf和Tt很小，可以忽略不计。则有：
Teq2=Tt+Tf 其中折算到电动机转轴上的最大工作负载转矩Tt由公式计算。有：
Tt?FfPh2??i?1408?0.005?0.64N?m;
2???0.7?25/10再由式计算垂直方向承受最大工作负载(Fz?556N)情况下，移动部件运动时折算到电动机转轴上的摩擦转矩：
Tf??(Fz?G)Ph0.005?(486?800)?0.005??0.0029N?m
2??i2??0.7?25/10求得最大工作负载状态下电动机转轴所承受的负载转矩：
Teq2=Tt+Tf=0.643N/m .
最后求得在步进电动机转轴上的最大等效负载转矩为：
Teq?max{Teq1,Teq2}?0.643N?m
4.6.3 步进电动机最大静转矩的选定
考虑到步进电动机的驱动电源受电网电压影响较大，当输入电压降低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据Teq来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑安全系数。取K=4, 则步进电动机的最大静转矩应满足：
Tjmax?4Teq?4?0.643?2.572N?m
初选步进电动机的型号为90BYG2602，由查得该型号电动机的最大静转矩
Tjmax=6N?m。可见，满足要求。
4.6.4 步进电动机的性能校核
1)最快工进速度时电动机的输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度
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茂名职业技术学院 Vmaxf=400mm/min，脉冲当量??0.004mm/脉冲，由式求出电动机对应的运行频率
fmaxf?[400/(60?0.004)]?1667Hz。从90BYG2602电动机的运行矩频特性曲线图
4.1可以看出在此频率下，电动机的输出转矩Tmaxf?5.6N?m，远远大于最大工作负载转矩Teq2=0.643N?m，满足要求。
2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 ，任务书给定工作台最快空载移速度。 vmax=3000mm/min，求出其对应运行频率fmax?[3000/(60?0.004)]?12500HZ。查资料得，在此频率下，电动机的输出转矩Tmax=1.7N?m，大于快速空载起动时的负载转矩Teq1=0.2988N?m，满足要求。
3）最快空载移动时电动机运行频率校核 与快速空载移动速度vmax=3000mm/min对应的电动机运行频率为fmax?12500HZ。查表4-1可知90BYG2602电动机的空载运行频率可达20000Hz，可见没有超出上限。
4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量Jeq?5.087kg?cm，电动机转
2子的转动惯量Jm?4kg?cm，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率
2fq?1800Hz。由式字可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：
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