面向led封裝的xy二自由度的工作臺的設(shè)計說明書

1、<p>　　面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設(shè)計</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1前 言1</b></p><p>　　2 X—Y工作臺的傳動方式2</p><p>　　3 螺旋絲杠副的選取3</p><p&

2、gt;　　3.1導(dǎo)程的選取3</p><p>　　3.2 螺旋傳動型式的選取4</p><p>　　3.3 計算最大速度和各時段的時間4</p><p>　　3.4 滾珠絲杠副尺寸選擇計算5</p><p>　　3.4.1 計算當(dāng)量載荷5</p><p>　　3.4.2 計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min5<

3、/p><p>　　3.4.3計算額定動載荷5</p><p>　　3.4.4估算滾珠絲杠允許最大軸向變形m（μm）6</p><p>　　3.4.5滾珠絲杠副的支撐方式選擇7</p><p>　　3.4.6 估算滾珠絲杠底徑d2m7</p><p>　　3.4.7 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式8</p>

4、<p>　　3.4.8 計算預(yù)緊力Fp （N）9</p><p>　　3.4.9 DN值的驗算9</p><p>　　3.4.10 安裝部精度及其設(shè)計9</p><p>　　3.5 螺旋升角與傳動效率10</p><p>　　3.5.1 螺旋升角的計算10</p><p>　　3.5.2 傳動效

5、率的計算11</p><p>　　3.6 計算行程補償值C （μm）11</p><p>　　3.7 計算預(yù)拉伸力Ft（N）11</p><p>　　4 滾動軸承型號選擇計算12</p><p>　　4.1 初步選擇軸承的類型12</p><p>　　4.2 計算當(dāng)量動載荷12</p>

6、<p>　　4.3 按額定載荷選擇軸承13</p><p>　　4.3.1 計算額定動載荷13</p><p>　　4.3.2額定靜載荷的計算14</p><p>　　4.3.3 按基本額定動載荷選取軸承15</p><p>　　5 系統(tǒng)剛度的計算 （N/μm）17</p><p>　　5.1

7、滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μm17</p><p>　　5.2滾珠螺母本身的軸向剛度17</p><p>　　5.3計算系統(tǒng)剛度17</p><p>　　6 電機的選擇19</p><p>　　6.1 滾珠絲桿副推力與扭矩的關(guān)系公式19</p><p>　　6.2 工作臺加速扭矩的計算19</p

8、><p>　　6.3 計算滾珠絲杠預(yù)壓扭矩Td20</p><p>　　6.4 滾珠絲杠副驅(qū)動扭矩的計算20</p><p>　　6.5馬達的選定21</p><p>　　7 聯(lián)軸器的選擇22</p><p>　　8 滾動直線導(dǎo)軌的選擇23</p><p>　　8.1直線導(dǎo)軌種類選擇23

9、</p><p>　　8.2 滾動導(dǎo)軌的計算24</p><p>　　8.2.1 計算導(dǎo)軌的載荷24</p><p>　　8.2.2 平均載荷的計算26</p><p>　　8.2.3 導(dǎo)軌型號的選取26</p><p>　　8.3 防塵措施27</p><p>　　9 工作臺支撐底

10、座外形的設(shè)計28</p><p><b>　　結(jié) 論29</b></p><p><b>　　參考文獻30</b></p><p><b>　　致 謝31</b></p><p>　　面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設(shè)計</p><p>

11、;　　摘要：現(xiàn)代LED封裝技術(shù)的發(fā)展基于數(shù)控技術(shù)，數(shù)控技術(shù)和數(shù)控機床理所當(dāng)然的成為制造業(yè)關(guān)注的焦點。工作臺作為被控對象，通過伺服電機實現(xiàn)精密定位，是數(shù)控機床不可或缺的部分。</p><p>　　本文以設(shè)計面向LED封裝的高速、高精密度工作臺為目標，以機械動力學(xué)理論知識為基礎(chǔ)，深入的研究了十字型高速、高精密度定位平臺。完成的工作有伺服電機的選型和對工作臺機械部件進行選型設(shè)計，其中機械部件的選型設(shè)計主要包括滾珠絲杠的

12、選型、滾動導(dǎo)軌的選型、軸承和聯(lián)軸器的選型及主要主要支撐部件的外形設(shè)計，確保工作臺的定位精度為，重復(fù)定位精度為0.015mm。</p><p>　　關(guān)鍵字：工作臺 滾珠絲杠副 直線滾動導(dǎo)軌副</p><p>　　Two spends XY being geared to the needs of LED encapsulation to liberty working table<

13、;/p><p>　　Abstract:The development of modern LED encapsulation technology is based on numerical control technology, the numerical control technology and CNC machine , as a matter of course has become the focus

14、of attention of manufacturing industry. As the controlled object ,Workbench realize precision positioning through servo motoring, which is an integral part of the nc machine tools.</p><p>　　Taking the high-s

15、peed and high -precision workable of LED encapsulation as object and mechanical dynamics theory knowledge as basis, this paper researches the cruciformed high-speed, high precision positioning platform thoroughly. The w

16、ork finished includes the lectotype of servo-actuator and design of mechanical part workbench, in which the type selection of mechanical components includes the selection of ball screw ,rolling guaid ,bearing and couplin

17、g , and the configuration design of main pr</p><p>　　Keywords: workbench ball screw linear rolling guide vice</p><p><b>　　1. 前 言</b></p><p>　　封裝是指安裝半導(dǎo)體電路外殼，不僅起著安放、固定、

18、密封、保護芯片使之不受外界環(huán)境干擾和腐蝕破壞的作用，而且是溝通內(nèi)部電路與外部電路的橋梁。所謂LED封裝加工是將晶片上的連接點用導(dǎo)線封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過導(dǎo)線與其他電路連接，因此，封裝對LED芯片起著重要的作用。而陰險鍵合(Wire blonding)技術(shù)仍然是LED封裝連接技術(shù)中廣泛使用的靈活形式，焊線機是用鋁線（或其他材料）把電路板上的壓焊點與外殼或引線框架上的外引線引出端通過鍵合連接起來。</p><p

19、>　　近年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來越多，LED封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對該類設(shè)備的運動精度和運動速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類作業(yè)裝備向高速、高精度方向發(fā)展的趨勢。這就要求LED的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。</p><p>　　目前，大多數(shù)封裝裝備中采用的是電機——滾珠絲杠式的驅(qū)動方式，伺服電機的旋轉(zhuǎn)運動是通過絲杠轉(zhuǎn)為定位

20、平臺的直線運動，其極限加速度可以達到1g。</p><p>　　日本發(fā)明了一種采用直線電磁電機驅(qū)動的XY定位平臺，可以有效地提高定位系統(tǒng)的速度和可靠性。省去了旋轉(zhuǎn)電機驅(qū)動中的傳動環(huán)節(jié)，從而都不痛的提高了 XY定位平臺的性能。但目前存在的問題是，無論用哪種直線電機驅(qū)動方式，動補痛程度的存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度等問題，且不同程度的限制了定位精度的進一步提高。音圈電機(Yoica Coil Aotuator

21、)是另一種可用于直接驅(qū)動的驅(qū)動元件它是基于安培力原理制造的，除了和直線電機一樣避免了傳動環(huán)節(jié)存在間隙等不足外，在理論上具有無限分辨率，還有無滯后、高響應(yīng)、高加速度、高速度、體積小、力特性好、控制方便等優(yōu)點使音圈電機更適用于要求高加速度，高頻激勵，快速和高精度定位的控制系統(tǒng)中[ss.}s]將其用于高頻啟動和轉(zhuǎn)向的引線鍵合設(shè)備定位機構(gòu)中，無疑是理想的選擇。</p><p>　　如下圖所示即為音圈電機應(yīng)用在半導(dǎo)體加工設(shè)

22、備中的XY定位平臺上的實例，在該X7定位平臺單方向，即X向采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的音圈電機驅(qū)動，Y向</p><p>　　則用平面直線電機驅(qū)動.新加坡發(fā)明的雙向都采用音圈電書1來驅(qū)動的XY精密定位平臺，即在該安裝有焊頭的XY定位平臺中，其X向和Y向均采用音圈電機進行驅(qū)動來實現(xiàn)焊頭在水平面的兩自由度運動。又比如美國BEITedmologies公司的音圈電機也有用在XY定位平臺上的成功范例。</p><p

23、>　　近年來，隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來越多，LED封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對該類設(shè)備的運動精度和運動速度、加速度等性能提出了更高的要求，也體現(xiàn)了該類作業(yè)裝備向高速、高精度方向發(fā)展的趨勢。這就要求LED的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。</p><p>　　本文面向LED封裝的XY二自由度的工作臺的設(shè)計為課題，設(shè)計一部高速、高精度、可靠的LED封裝設(shè)備

24、工作臺。</p><p>　　2 X—Y工作臺的傳動方式</p><p>　　本次設(shè)計的工作臺為十字工作臺，為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用螺旋絲杠螺母傳動副。電機與螺旋絲杠副采取直接連接的方式，即螺旋絲杠轉(zhuǎn)速/電機轉(zhuǎn)速=1。為提高傳動剛度和消除間隙，采用有預(yù)加載荷的結(jié)構(gòu)。采用直線導(dǎo)軌副，從而減小工作臺的摩擦系數(shù)，提高運動平穩(wěn)性。系統(tǒng)總體框圖如下</p>&l

25、t;p>　　主要完成的工作有：螺旋絲杠副的選取、電機的選取、軸承的選取、導(dǎo)軌副的選取及工作臺底座尺寸的設(shè)計。</p><p>　　3 螺旋絲杠副的選取</p><p><b>　　3.1導(dǎo)程的選取</b></p><p>　　根據(jù)任務(wù)書選擇行程=400mm，最大速度為0.3m/s作為設(shè)計目標進行計算。</p><p&

26、gt;　　因為設(shè)計要求分辨率范圍是0.1mm-0.01mm。粗選導(dǎo)程為5mm，計算分辨率：</p><p><b>　　S=Ph*A/B</b></p><p>　　S 最小進給量，mm</p><p>　　A 減速比，即滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速/電機轉(zhuǎn)速</p><p>　　Ph 滾珠絲杠副的導(dǎo)程，mm</

27、p><p>　　B 角度測試儀和驅(qū)動的分辨率，即每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，p/rev</p><p>　　電機與絲杠采取直接連接的方式，所以A=1，伺服馬達每轉(zhuǎn)一周的最小分辨率通常隨著伺服馬達的標準角度測試儀的分辨率（1000p/rev,1500p/rev）而成為</p><p>　　1000p/rev (無倍增)</p><p>　　1500p/re

28、v (無倍增)</p><p>　　2000p/rev (2倍增)</p><p>　　3000p/rev (2倍增)</p><p>　　4000p/rev (4倍增)</p><p>　　6000p/rev (4倍增)</p><p>　　由于分辨率要求達到0.1~0.01mm，先選取1000 p/rev

29、的分辨率和導(dǎo)程5mm代入上式計算得S=0.005mm,所以滿足要求，所以選定導(dǎo)程為5mm。</p><p>　　3.2 螺旋傳動型式的選取</p><p>　　螺旋傳動分為滑動螺旋、滾動螺旋、靜壓螺旋。其中滾動螺旋廣泛用于各種精度的數(shù)控機床、加工中心、FMS柔性制造系統(tǒng)、輕功等機構(gòu)中，且滾動螺旋有如下許多優(yōu)點：</p><p>　　傳動效率高達0.9~0.98，平

30、均為滑動螺旋的2-3倍，可節(jié)省動力1/2~3/4，有利于主機的小型化及減輕勞動強度。</p><p>　　摩擦力矩小，接觸剛度高，使溫升及熱變形減小，有利于改善主機的動態(tài)特性和提高工作精度。</p><p>　　工作壽命長，平均可達滑動螺旋的10倍左右</p><p>　　傳動無間隙，無爬行，運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動精度高</p><p>　　具有良好

31、的高速性能，其臨界轉(zhuǎn)速之dn值（d為軸徑，mm；n為轉(zhuǎn)速，r/min）可達40000以上，可實現(xiàn)線速度120m/min的高速驅(qū)動</p><p>　　已經(jīng)實現(xiàn)系列尺寸標準化，并出現(xiàn)了冷軋滾珠絲杠，提供了多用途的廉價產(chǎn)品</p><p>　　所以本次設(shè)計絲杠選用滾珠絲杠</p><p>　　3.3 計算最大速度和各時段的時間</p><p>　

32、　因為行程為400mm，在運行過程中，加速時間與減速時間一般各約為整個運行時間的1/4，設(shè)加速度為a </p><p><b>　　a*t1=Vmax</b></p><p>　　0.5*a*t1+Vmax*t3 -0.5a*t32 +Vmax*t2=400 </p><p>　　計算得t1=t3=1.125 秒t2=2.25秒 a=0.27

33、m/s2</p><p>　　滾珠絲桿的最大轉(zhuǎn)速為</p><p>　　Nmax= Vmax/ph=300/5=60 （轉(zhuǎn)/秒）=3600（轉(zhuǎn)/分）</p><p>　　3.4 滾珠絲杠副尺寸選擇計算</p><p>　　3.4.1 計算當(dāng)量載荷</p><p>　　加速時滾珠絲杠承受最大軸向負荷，減速時承受最小軸向負

34、荷;</p><p>　　Fmax=μ*m*g+m*（Vmax/t）</p><p>　　Fmin=μ*m*g-m*（Vmax/t）</p><p>　　Fmax: 滾珠絲杠副承受最大軸向負荷，N</p><p>　　Fmin： 滾珠絲杠副承受最小軸向負荷，N</p><p>　　μ： 滾動導(dǎo)軌選取0.005，&

35、lt;/p><p>　　m： 工作臺質(zhì)量及最大工件（和夾具）質(zhì)量，Kg</p><p>　　g： 重力加速度，9.8m/s2</p><p>　　Vmax：最大移動速度，m/s</p><p>　　t： 工作臺從靜止加速到Vmax的時間，S</p><p>　　其中工作臺質(zhì)量及最大工件（和夾具）質(zhì)量約為2

36、0Kg</p><p><b>　　代入個數(shù)據(jù)計算得</b></p><p>　　Fmax=6.4 N</p><p>　　Fmin=-4.4N</p><p>　　工作時，載荷在Fmax與Fmin之間周期性變化，所以當(dāng)量載荷</p><p>　　Fm=1/3（2Fmax+Fmin）</p&

37、gt;<p><b>　　Fm=5.7 N</b></p><p>　　3.4.2 計算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min</p><p>　　工作臺工作時Nmin=0,Nmax=3600（r/min）</p><p>　　Nm=[0.5*(Nmax+Nmin)*1.125*2+Nmax*2.25]/4.5= 2700（r/min）</

38、p><p>　　3.4.3計算額定動載荷</p><p>　　C/am=fwFm(60NmLh)1/3/100fa*fc</p><p>　　C/am=fwFm(Ls/Ph)1/3/fa*fc</p><p>　　選取其中較大者為預(yù)期值C/am</p><p><b>　　fa——精度系數(shù)</b>&l

39、t;/p><p><b>　　fc——可靠性系數(shù)</b></p><p>　　fw——載荷性質(zhì)系數(shù)</p><p>　　Lh—預(yù)期工作壽命 h</p><p>　　Ls—預(yù)期工作距離 Km</p><p>　　根據(jù)資料，自動控制設(shè)備的滾珠絲杠的工作壽命推薦為Lh=15000小時，Ls=（（15000*

40、3600）/4.5）*0.4/1000=480 km</p><p><b>　　查表</b></p><p>　　得fa=1 Fc =1 Fw=1.2</p><p>　　代入公式計算得 Cam=74.6N</p><p>　　3.4.4估算滾珠絲杠允許最大軸向變形m（μm）</p>&l

41、t;p>　　m=（1/3~1/4）重復(fù)定位精度，任務(wù)書重復(fù)定位精度為0.003~0.015mm</p><p>　　取重復(fù)定位精度為0.015mm=15μm</p><p>　　m=*15μm=5μm</p><p>　　3.4.5滾珠絲杠副的支撐方式選擇</p><p>　　滾珠絲杠副的支撐方式有4種情況</p><

42、;p><b>　　固定—自由</b></p><p><b>　　支承—游動</b></p><p><b>　　固定—游動</b></p><p><b>　　固定—固定</b></p><p>　　安裝方式對滾珠絲杠副的承載能力，剛性，最高轉(zhuǎn)速，

43、使用壽命有至關(guān)重要的影響在條件允許的情況下，設(shè)計時應(yīng)盡量避免一端自由的方式。本次設(shè)計選用兩端固定的支撐方式，應(yīng)為其有以下優(yōu)點：</p><p>　　1）絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)</p><p>　　2）兩端軸承均調(diào)整預(yù)緊，絲杠的溫度變形可轉(zhuǎn)化為軸承的預(yù)緊力</p><p>　　3）適用于對剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝</p>

44、<p><b>　　4）軸向剛度大</b></p><p>　　3.4.6 估算滾珠絲杠底徑d2m</p><p><b>　　d2m=a</b></p><p><b>　　F0=μ0W</b></p><p>　　a——支撐方式系數(shù)，兩端固定時取0.039&

45、lt;/p><p>　　F0——導(dǎo)軌靜摩擦力，N</p><p>　　μ0——導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù)</p><p>　　L——滾珠絲杠兩軸承支點間距離，常取1.1行程+（10~14）Ph，mm</p><p>　　其中滾動導(dǎo)軌的靜摩擦因數(shù)為0.005，W=20Kg*9.8Kg/s2，行程為400mm，</p><p>　　計算得

46、L=510mm，F(xiàn)0=0.98</p><p>　　代入公式計算得 d2m=12.3mm</p><p>　　3.4.7 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式</p><p>　　結(jié)合查閱機械設(shè)計手冊表1-1-13和表11-1-14選取滾珠絲杠副的預(yù)緊方式為單螺母變?yōu)閷?dǎo)程預(yù)緊</p><p>　　確定滾珠絲杠的規(guī)格代號</p>&l

47、t;p><b>　　滾珠絲桿副上螺母</b></p><p>　　3.4.8 計算預(yù)緊力Fp （N）</p><p>　　Fp=Fmax，其中Fmax為最大軸向載荷，F(xiàn)max=6.4N，所以Fp=2.1N</p><p>　　3.4.9 DN值的驗算</p><p>　　D為滾珠絲杠副滾珠中心處直徑（mm），N為滾

48、珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速（rpm）</p><p>　　D*N≤70000、</p><p>　　D=16mm，N=3600r/min</p><p>　　16X3600=57600＜70000，所以合格</p><p>　　3.4.10 安裝部精度及其設(shè)計</p><p>　　查閱表機械設(shè)計手冊表11-1-25 選取精度等級

49、為P4</p><p>　　查閱機械設(shè)計手冊表11-1-29</p><p>　　E5= 28μm E8=5μm</p><p>　　E6= 20μm E9=16 μm</p><p>　　E7= 8μm E1

50、0=16μm</p><p>　　3.5 螺旋升角與傳動效率</p><p>　　3.5.1 螺旋升角的計算</p><p>　　tan=Ph/（π*d）</p><p><b>　　——螺旋升角</b></p><p>　　π——圓周率，3.14</p><p>　　d

51、——滾珠絲杠副的公稱直徑，mm</p><p>　　由前面數(shù)據(jù)可知，Ph=5mm，d=16mm，代入公式計算得=5.7°</p><p>　　3.5.2 傳動效率的計算</p><p>　　查上圖可得滾珠絲杠副的傳動效率約為0.9</p><p>　　3.6 計算行程補償值C （μm）</p><p>　　

52、C=11.8lu10-3</p><p>　　lu=行程+（8~14）Ph</p><p>　　t——溫度變化值，2~3°C</p><p>　　Lu——滾珠絲杠副有效行程，mm</p><p>　　計算得C=166.3μm</p><p>　　3.7 計算預(yù)拉伸力Ft（N）</p><

53、p>　　Ft=1.95td22</p><p>　　d2——絲杠螺紋底徑，mm</p><p>　　t——溫度變化值，2~3°C</p><p>　　螺紋底徑為12.5mm，</p><p>　　計算得預(yù)拉伸力為914（N）</p><p>　　4. 滾動軸承型號選擇計算</p><

54、p>　　4.1 初步選擇軸承的類型</p><p>　　查機械設(shè)計手冊表6-2-2選擇深溝球軸承</p><p>　　因為軸承主要承受徑向載荷，也可以承受少量的雙向軸向載荷，在轉(zhuǎn)速較高、不宜使用推理軸承時，可承受較輕純軸向載荷，且深溝球軸承能限制軸的雙向軸向移動在軸承的游隙范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡單，使用方便以及使用壽命長，價格低廉。</p><p>　　4.2 計算當(dāng)

55、量動載荷</p><p>　　軸承的基本額定動載荷是在嘉定的運轉(zhuǎn)條件下確定的。其中載荷條件是：向心軸承只承受純徑向載荷實際上，軸承再大多數(shù)場合，常常同時承受徑向載荷和軸向載荷，因此，再進行軸承計算時，必須把實際載荷轉(zhuǎn)換為與確定動載荷條件相一致的當(dāng)量動載荷。當(dāng)量動載荷的一般計算公式為：</p><p><b>　　P=XFr+YFn</b></p><

56、;p>　　式中 P——當(dāng)量動載荷，N</p><p>　　Fr——徑向載荷，N</p><p>　　Fa——軸向載荷，N</p><p>　　X——徑向動載荷系數(shù)</p><p>　　Y——軸向動載荷系數(shù)</p><p>　　其中軸向載荷為5.7N，而徑向載荷約為6Kg*9.8Kg/s2約等于60N，</

57、p><p>　　明顯=5.7/60≤e，所以X=1，Y=0</p><p>　　P=XFr+YFa=60*1+5.7*0=60 （N）</p><p>　　4.3 按額定載荷選擇軸承</p><p>　　4.3.1 計算額定動載荷</p><p><b>　　C=P＜C（或C）</b></p&

58、gt;<p>　　C——基本額定動載荷計算值，N；</p><p>　　P——當(dāng)量動載荷，N；</p><p><b>　　f——壽命因數(shù)；</b></p><p><b>　　f——速度因數(shù)；</b></p><p><b>　　Fh——壽命因數(shù)</b><

59、/p><p>　　Fm——力矩載荷因數(shù)，力矩較小時取fm=1.5</p><p>　　Fd——沖擊載荷因數(shù)</p><p><b>　　Ft——溫度因數(shù)</b></p><p>　　Cr——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動載荷，N</p><p>　　Ca——軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動載

60、荷，N</p><p>　　查機械設(shè)計手冊表6-2-8~6-2-11得</p><p>　　fm=1.5 fd=1.2 fr=1.0</p><p>　　查閱機械設(shè)計手冊表6-2-12，推薦使用壽命為25000h，根據(jù)推薦使用壽命查閱表6-2-8得壽命因數(shù)</p><p>　　滾珠絲杠副的最大轉(zhuǎn)速達到3600r/min，查閱機械設(shè)計手

61、冊表6-2-9得速度因數(shù)</p><p>　　將壽命因數(shù)fh=3.68和速度因數(shù)fn=0.21代入上式可以算得 基本額定動載荷C=1892.6（N）。</p><p>　　4.3.2額定靜載荷的計算</p><p>　　計算軸承時，應(yīng)分別計算額定動載荷和額定靜載荷，取其中較大者選擇軸承。額定靜載荷的計算公式：</p><p>　　C0=S0P

62、0＜C0r或C0a </p><p>　　式中C0——基本額定靜載荷計算值，N；</p><p>　　P0——當(dāng)量靜載荷，N，</p><p>　　S0——安全因數(shù)，靜止軸承和緩慢擺動</p><p>　　C0r——軸承尺寸及性能表中所列的徑向基本額定靜載荷，N</p><p>　　C0a——軸承尺寸及性能表中所列的軸

63、向基本額定靜載荷，N</p><p>　　因為所選為深溝球軸承，所以P0r=X0Fr+Y0Fa=60（N）</p><p>　　查閱機械設(shè)計手冊表6-2-16</p><p>　　把上列數(shù)據(jù)代入基本靜載荷計算公式可以計算得：</p><p>　　C0=S0P0=1.5*60=90 （N）</p><p>　　明顯，基

64、本額定靜載荷C0＜基本額定動載荷C</p><p>　　4.3.3 按基本額定動載荷選取軸承</p><p>　　由于基本額定靜載荷C0＜基本額定動載荷C，選取軸承時按照基本額定動載荷來選取，并且考慮與其他零件的配合，查閱機械設(shè)計手冊表6-2-52選?。?lt;/p><p>　?。?深溝球軸承60000型）</p><p>　　5 系統(tǒng)剛度的計

65、算 （N/μm）</p><p>　　5.1滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μm</p><p>　　采取兩端固定的形式，</p><p>　　Ks=（A*E*L/X*(L-X)）*10-3，</p><p>　　A——滾珠絲杠副的截面積，mm2（以滾珠絲杠副螺紋底徑計算）</p><p>　　E——滾珠絲杠副軸材料的彈

66、性系數(shù)，2.1*105N/μm</p><p>　　X——負荷作用點到固定或支撐端的距離，mm</p><p>　　L——滾珠絲杠副支撐距離，mm</p><p>　　計算得出Ks=808N/μm</p><p>　　5.2滾珠螺母本身的軸向剛度</p><p>　　Kn=0.8*Kc（Fp/（*Co））1/3 （預(yù)

67、緊的滾珠絲杠=0.1）</p><p>　　Kc——樣本軸向接觸剛度，N/μm</p><p><b>　　Fp——預(yù)緊力，N</b></p><p>　　Co——樣本所列額定動載荷，N</p><p>　　查閱前面滾珠絲杠副參數(shù)，代入公式計算得 Kn=137.9 N/μm</p><p><

68、;b>　　5.3計算系統(tǒng)剛度</b></p><p>　　K——整個滾珠絲杠副傳動系統(tǒng)的軸向剛性</p><p>　　Ks——滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μm</p><p>　　Kb——軸承剛度 N/μm</p><p>　　Kn——滾珠螺母本身的軸向剛度</p><p>　　Kb=Kb1+Kb

69、2 N/μm</p><p>　　Kb1，Kb2分別問兩端軸承組的剛度，約為147.8N/μm</p><p>　　Kb=2*147.8=295.6，N/μm</p><p>　　將Ks，Kb，Kn數(shù)據(jù)代入計算得</p><p>　　K=2550.7N/μm</p><p>　　=Fa/K=（6.4+2.1）/25

70、50.70.003m《5μm，所以剛度驗算合格。</p><p><b>　　6 電機的選擇</b></p><p>　　6.1 滾珠絲桿副推力與扭矩的關(guān)系公式</p><p>　　Tp=Fa*Ph*A/（2*π*），N*mm</p><p>　　Tp——驅(qū)動扭矩，N*mm</p><p>　　F

71、a——工作臺的軸向負荷</p><p>　　M——工作臺的總質(zhì)量，kg</p><p>　　μ——工作臺的摩擦系數(shù)，滾動導(dǎo)軌取0.005</p><p>　　9.8——重力加速度,m/s2</p><p>　　Ph——絲杠導(dǎo)程，mm</p><p>　　A——減速比，直聯(lián)時為1</p><p>

72、<b>　　π——3.14</b></p><p>　　——滾珠絲杠副的傳動效率</p><p>　　查閱前面已經(jīng)計算的數(shù)據(jù)可知Fa=（9.8*20*0.005）+5.7=6.62N，M=20kg，Ph=5mm，=0.9代入上式計算得Tp5.9N*mm</p><p>　　6.2 工作臺加速扭矩的計算</p><p>　

73、　Tg=J**103，，N*mm</p><p>　　J——馬達軸上及前方所有運動部件的慣性矩，kg*m2</p><p>　　——角加速度，rad/ s2</p><p>　　其中J=M*（Ph*2π）2*A2/106+m*D2/（8*106）</p><p>　　M——工作臺總質(zhì)量，Kg</p><p>　　Ph—

74、—絲杠導(dǎo)程，mm</p><p>　　A——減速比，直聯(lián)為1</p><p>　　m——絲杠本身，電機齒輪，絲杠上此輪等圓形物體的質(zhì)量，有幾項m則計算相應(yīng)的慣性矩并加總到慣性矩計算公式中，Kg</p><p>　　D——相應(yīng)的直徑，mm</p><p>　　由于滾珠絲杠和電機為直聯(lián)，所以，計算m*D2/（8*106）總和約等于192/106&

75、lt;/p><p>　　J=12.67/106+192/106=0.00021kg*m2</p><p>　　=2π*N/（60t）</p><p>　　N——馬達轉(zhuǎn)速，rpm</p><p><b>　　t——加速時間，s</b></p><p>　　N=3600r/min，t=1.125s<

76、/p><p>　　=335rad/s2</p><p>　　所以Tg=J**103 Tg=0.00021*335*103=70.35 N*mm</p><p>　　6.3 計算滾珠絲杠預(yù)壓扭矩Td</p><p>　　Td=0.05*Fp*Ph/(2*π（tan）)*A</p><p>　　Fp——滾珠絲杠副的預(yù)緊力，N&

77、lt;/p><p>　　Ph——滾珠絲杠副導(dǎo)程，mm</p><p>　　——滾珠絲杠副螺旋升角，即導(dǎo)程角</p><p>　　A——減速比，直聯(lián)時為1</p><p>　　前面已經(jīng)計算得Fp=2.1N，=5.7°，Ph=5mm，計算得Td=0.27N*mm</p><p>　　6.4 滾珠絲杠副驅(qū)動扭矩的計算&

78、lt;/p><p>　　計算滾珠絲杠副的驅(qū)動扭矩按下列公式：</p><p>　　Ts= Tg+Tp+Td</p><p>　　Ts——傳動軸的驅(qū)動扭矩，N*mm</p><p>　　Tg——加速扭矩，N*mm</p><p>　　Tp——預(yù)壓扭矩，N*mm</p><p>　　將Tp，Td,

79、 Tg的值代入Ts= Tg+Tp+Td，計算得Ts76.5N*mm</p><p><b>　　6.5馬達的選定</b></p><p>　　一般而言，馬達的額定扭矩應(yīng)為滾珠絲杠副軸計算扭矩的2倍或以上。馬達的慣性矩由馬達和其驅(qū)動器共同決定，一般情況，馬達慣性矩應(yīng)為滾珠絲杠副傳動軸總慣性矩的1/3~1/10。</p><p>　　根據(jù)所計算的結(jié)

80、果查閱相關(guān)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品，選用伺服電機：ASM/T02L250 AK</p><p><b>　　7.聯(lián)軸器的選擇</b></p><p>　　聯(lián)軸器是機械傳動中常用的部件，它主要用來連接軸與軸（或連接軸與其他回轉(zhuǎn)零件），以傳遞運動與轉(zhuǎn)矩;聯(lián)軸器主要分為剛性聯(lián)軸器（無補償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補償能力）。撓性聯(lián)軸器分為有彈性元件的撓性聯(lián)軸器和無彈性元件的撓性聯(lián)軸器，其中

81、有彈性元件的撓性聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補償兩軸間的相對位移，而且具有緩沖減振能力。我們選用彈性套柱銷聯(lián)軸器，這種聯(lián)軸器制造容易，裝拆方便，成本低，它適用于連接載荷平穩(wěn)、需正反轉(zhuǎn)或啟動頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。</p><p><b>　　聯(lián)軸器力矩的計算</b></p><p>　　T≥T1*K1*K2*K3</p><p>　　T——計

82、算力矩， N*mm</p><p>　　T1——電機轉(zhuǎn)矩 ，76.5N*mm</p><p>　　K1——負載系數(shù) ，由于本工作臺負載變化小，所以查閱機械設(shè)計手冊得K1=1.2</p><p>　　K2——運轉(zhuǎn)時間系數(shù) ，每天運轉(zhuǎn)時間小于16小時，所以取K2=1.18</p><p>　　K3——起、停頻繁度系數(shù)，起、停頻繁，所以取K3=2.

83、0</p><p>　　計算得T216.6N*m，查閱《課程設(shè)計》選取聯(lián)軸器型號為GB4323-84-TL2</p><p>　　8 滾動直線導(dǎo)軌的選擇</p><p>　　8.1直線導(dǎo)軌種類選擇</p><p>　　滾動直線導(dǎo)軌副主要的類型包括 滾動直線導(dǎo)軌副，滾動直線導(dǎo)軌套副，滾動花鍵副和滾動導(dǎo)軌塊。</p><p&g

84、t;　　常用的三種直線導(dǎo)軌基本性能比較見下表，滾動直線導(dǎo)軌的運行速度已達200m/min。在歐美各國2/3以上的高速數(shù)控機床都采用了滾動直線導(dǎo)軌。它已再各種現(xiàn)代機械設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用</p><p>　　滾動體與圓弧溝槽相接觸，與點接觸相比承載能力大，剛性好</p><p>　　摩擦因數(shù)小，一般小于0.005，僅為滑動導(dǎo)軌副的1/20~1/50，節(jié)省動力，可以承受上下左右四個方向的

85、載荷。</p><p>　　磨損小，壽命長，安裝、維修、潤滑簡便。運動靈活、無沖擊，在微量進給時，能很好的控制位置尺寸。</p><p>　　所以選擇滾動直線導(dǎo)軌副</p><p><b>　　滾動直線導(dǎo)軌副</b></p><p>　　直線運動系統(tǒng)所承受的載荷受工件重力及重心位置的變化、驅(qū)動力F及工作阻力R作用位置的變

86、化、啟動及停止時加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。</p><p>　　8.2 滾動導(dǎo)軌的計算 </p><p>　　8.2.1 計算導(dǎo)軌的載荷</p><p>　　由于本設(shè)計是以滾珠絲杠驅(qū)動的水平工作臺所以查閱機械設(shè)計手冊表6-33得</p><p>　　P1=P4==（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9

87、.8）*（300/1.125）*（71/80）</p><p><b>　　46.6 N</b></p><p>　　P2=P3==（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）*（71/80）=51.4N</p><p>　　P1T~P4T==（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）*（

88、93.5/80）3.1 N</p><p><b>　　勻速時：</b></p><p>　　P1~P4==49 N</p><p><b>　　減速時：</b></p><p>　　P1=P4==（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）*（71/80）=5

89、1.4N</p><p>　　P1=P4==（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）*（71/80）</p><p><b>　　46.6 N</b></p><p>　　所以最大的載荷為51.4N</p><p>　　8.2.2 平均載荷的計算</p><p

90、>　　查閱機械設(shè)計手冊表6-3-4得平均載荷Pm0.65Pmax0.65*51.433.4 N。</p><p>　　8.2.3 導(dǎo)軌型號的選取</p><p>　　根據(jù)導(dǎo)程及一根導(dǎo)軌上兩滑塊安裝距離查機械設(shè)計手冊表6-3-17選取：</p><p><b>　　8.3 防塵措施</b></p><p>　　1.當(dāng)

91、滑塊運動時，再滑塊運動方向的后方形成負壓區(qū)域，這樣將吸入灰塵。吸入的塵埃積聚在導(dǎo)軌的固定螺釘內(nèi)及導(dǎo)軌表面上，使?jié)L動直線導(dǎo)軌副的壽命急劇下降。為了保證其使用壽命，必須采取適當(dāng)?shù)姆缐m措施。</p><p>　　2.本設(shè)計在工作臺上加折疊式防塵罩，可以適當(dāng)?shù)姆乐够覊m雜物進入滑塊內(nèi)部。</p><p>　　3.為防止雜物聚集在導(dǎo)軌固定螺絲釘孔穴而混入滑塊中，可以使用螺孔帽將其封閉。螺孔帽選用耐油及

92、耐磨損的優(yōu)質(zhì)合成橡膠，以保證充分的使用壽命。</p><p>　　9.工作臺支撐底座外形的設(shè)計</p><p>　　參考滾珠絲杠副、聯(lián)軸器以及電機尺寸設(shè)計了工作臺底座的外形尺寸</p><p><b>　?。ㄉ瞎ぷ髋_）</b></p><p><b>　　（下工作臺）</b></p>

93、<p><b>　　結(jié) 論</b></p><p>　　在設(shè)計之初我根據(jù)任務(wù)查閱了很多關(guān)于工作臺的知識，對其工作原理，總體結(jié)構(gòu)特點有了一定的了解，同時也通過網(wǎng)絡(luò)了解了一些國外在這方面的研究情況，之后就完成了開題報告，隨后我進行的是：總體方案確定、傳動系統(tǒng)確立及尺寸綜合。內(nèi)容有：滾珠絲杠副，驅(qū)動電機，滾動導(dǎo)軌副，軸承及聯(lián)軸器選型的設(shè)計。并對工作臺的尺寸進行了初步設(shè)計。</p&

94、gt;<p>　　我系統(tǒng)地的對傳動系統(tǒng)進行了設(shè)計計算，對主要的零部件滾珠絲杠副，驅(qū)動電機，滾動導(dǎo)軌副型號進行了系統(tǒng)地設(shè)計。并進行了必要的驗算校核。在此過程中我查閱了相當(dāng)多相關(guān)資料，經(jīng)常在圖書館，有時候為了找到相關(guān)的參考數(shù)據(jù)在圖書館經(jīng)常呆上兩三個小時，有時我還經(jīng)常到省圖書館和省新華書店查閱資料。現(xiàn)在回想起來這些設(shè)計過程，我才覺得機械設(shè)計的辛苦，同時也很讓自己振奮。緊接著工作轉(zhuǎn)入到圖紙的繪制，圖是工程技術(shù)人員之間交流語言。制圖

95、中我以一個真正的工程師的角度去畫好每一根線條、每一個標注，這都是需要細心的揣摩、推敲、計算。</p><p>　　經(jīng)過近這段時間的努力，畢業(yè)設(shè)計結(jié)束了。這次畢業(yè)設(shè)計讓我知道作為一名工程人員設(shè)計過程的艱辛是難以想象的，數(shù)據(jù)資料更可以說成是工程人員的生命。同時畢業(yè)設(shè)計的經(jīng)歷對我的大學(xué)四年的學(xué)習(xí)畫上了圓滿的句號，在這里，我將以前的所學(xué)用于實際；在這里，我用自己設(shè)計思路付諸實踐；在這里，我用雙手把想象變成實際。</

96、p><p>　　畢業(yè)設(shè)計的完成讓我明白我自己還有很長的路要走，這才是一個起點，期待著未來。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 璞良貴，紀名剛主編.機械設(shè)計.第七版.北京：高等教育出版社，2001</p><p>　　[2] 趙松年，張奇鵬. 機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計.北京： 機械工業(yè)出版

97、社，1996</p><p>　　[3] 徐灝主編，機械設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1995.12</p><p>　　[4] 李克永.化工機械手冊. 天津: 天津大學(xué)出版社，1991.5</p><p>　　[5] M F Caggiano, E Barkley, M Sun, J T Kleban, Electrical modeling of the ch

98、ip scale ball grid array package at radio frequencies, Microelectronics Journal, 2000, 31:701～709</p><p>　　[6].唐順欽 唐忠?guī)?實用鈑金工展開手冊.北京:機械工業(yè)出版社,1991</p><p>　　[7].范祖堯.現(xiàn)代機械設(shè)備設(shè)計手冊. 北京:機械工業(yè)出版社,1996</

99、p><p>　　[8].陳志平 章序文 林興華.攪拌與混合設(shè)備設(shè)計選用手冊.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[9].成大先.機械設(shè)計手冊. 北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004</p><p>　　[10].方宏明.機械設(shè)計制造常用數(shù)據(jù)及標準規(guī)范實用手冊.北京:當(dāng)代中國音像出版社,2004</p><p><b>　　致

100、 謝</b></p><p>　　經(jīng)過半個學(xué)期的學(xué)習(xí)研討，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲，作為一個本科生的畢業(yè)設(shè)計，由于經(jīng)驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在畢業(yè)設(shè)計過程中我也遇到了很多問題，在老師的幫助下，我才得以順利完成此次畢業(yè)設(shè)計。</p><p>　　在這里首先要感謝我的導(dǎo)師張緒坤老師。張老師平日里工作繁多，但在我做畢業(yè)設(shè)計的每個階段，從查閱資料，到設(shè)計草案的確定和修改，

101、中期檢查，后期詳細設(shè)計，裝配草圖等整個過程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是張老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。我非常敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴謹和科學(xué)研究的精神也是我永遠學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。</p><p>　　然后還要感謝大學(xué)四年來所有的老師，為我們打下機械專業(yè)知識的基礎(chǔ)，同時還要感謝所有的同學(xué)們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設(shè)計才會順利完成。</