1773_面向LED封裝的XY二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)

1773_面向LED封裝的XY二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì),面向,led,封裝,xy,自由度,工作臺(tái),設(shè)計(jì) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文1面向 LED 封裝的 XY 二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)1. 前 言封裝是指安裝半導(dǎo)體電路外殼，不僅起著安放、固定、密封、保護(hù)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(diǎn)用導(dǎo)線封裝外殼的引腳上，這些引腳又通過(guò)導(dǎo)線與其他電路連接，因此，封裝對(duì) LED 芯片起著重要的作用。而陰險(xiǎn)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(jī)是用鋁線（或其他材料）把電路板上的壓焊點(diǎn)與外殼或引線框架上的外引線引出端通過(guò)鍵合連接起來(lái)。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來(lái)越多，LED 封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進(jìn)一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對(duì)該類設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)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(shì)。這就要求 LED 的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。目前，大多數(shù)封裝裝備中采用的是電機(jī)——滾珠絲杠式的驅(qū)動(dòng)方式，伺服電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是通過(guò)絲杠轉(zhuǎn)為定位平臺(tái)的直線運(yùn)動(dòng)，其極限加速度可以達(dá)到 1g。日本發(fā)明了一種采用直線電磁電機(jī)驅(qū)動(dòng)的 XY 定位平臺(tái)，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(jī)驅(qū)動(dòng)中的傳動(dòng)環(huán)節(jié)，從而都不痛的提高了 XY定位平臺(tái)的性能。但目前存在的問(wèn)題是，無(wú)論用哪種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，動(dòng)補(bǔ)痛程度的存在滯后、有限響應(yīng)、有限加速度及速度等問(wèn)題，且不同程度的限制了定位精度的進(jìn)一步提高。音圈電機(jī)(Yoica Coil Aotuator)是另一種可用于直接驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)元件它是基于安培力原理制造的，除了和直線電機(jī)一樣避免了傳動(dòng)環(huán)節(jié)存在間隙等不足外，在理論上具有無(wú)限分辨率，還有無(wú)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(diǎn)使音圈電機(jī)更適用于要求高加速度，高頻激勵(lì)，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(dòng)和轉(zhuǎn)向的引線鍵合設(shè)備定位機(jī)構(gòu)中，無(wú)疑是理想的選擇。如下圖所示即為音圈電機(jī)應(yīng)用在半導(dǎo)體加工設(shè)備中的 XY 定位平臺(tái)上的實(shí)例，在該 X7 定位平臺(tái)單方向，即 X 向采用了傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)的音圈電機(jī)驅(qū)動(dòng)，Y 向南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文2則用平面直線電機(jī)驅(qū)動(dòng).新加坡發(fā)明的雙向都采用音圈電書 1 來(lái)驅(qū)動(dòng)的 XY 精密定位平臺(tái)，即在該安裝有焊頭的 XY 定位平臺(tái)中，其 X 向和 Y 向均采用音圈電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)焊頭在水平面的兩自由度運(yùn)動(dòng)。又比如美國(guó) BEITedmologies 公司的音圈電機(jī)也有用在 XY 定位平臺(tái)上的成功范例。近年來(lái)，隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種形式的封裝樣式越來(lái)越多，LED 封裝高速、高精度的需求日益緊迫。為進(jìn)一步提高質(zhì)量和生產(chǎn)率，對(duì)該類設(shè)備的運(yùn)動(dòng)精度和運(yùn)動(dòng)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(shì)。這就要求 LED 的封裝技術(shù)不斷的發(fā)展和改良。本文面向 LED 封裝的 XY 二自由度的工作臺(tái)的設(shè)計(jì)為課題，設(shè)計(jì)一部高速、高精度、可靠的 LED 封裝設(shè)備工作臺(tái)。2 X—Y 工作臺(tái)的傳動(dòng)方式本次設(shè)計(jì)的工作臺(tái)為十字工作臺(tái)，為保證一定的傳動(dòng)精度和平穩(wěn)性以及結(jié)構(gòu)的緊湊，采用螺旋絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副。電機(jī)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(jī)轉(zhuǎn)速=1。為提高傳動(dòng)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(tái)的摩擦系數(shù)，提高運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。系統(tǒng)總體框圖如下南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文3主要完成的工作有：螺旋絲杠副的選取、電機(jī)的選取、軸承的選取、導(dǎo)軌副的選取及工作臺(tái)底座尺寸的設(shè)計(jì)。3 螺旋絲杠副的選取3.1 導(dǎo)程的選取根據(jù)任務(wù)書選擇行程=400mm，最大速度為 0.3m/s 作為設(shè)計(jì)目標(biāo)進(jìn)行計(jì)算。因?yàn)樵O(shè)計(jì)要求分辨率范圍是 0.1mm-0.01mm。粗選導(dǎo)程為 5mm，計(jì)算分辨率：S=Ph*A/BS 最小進(jìn)給量，mmA 減速比，即滾珠絲杠副轉(zhuǎn)速/電機(jī)轉(zhuǎn)速Ph 滾珠絲杠副的導(dǎo)程，mmB 角度測(cè)試儀和驅(qū)動(dòng)的分辨率，即每轉(zhuǎn)脈沖數(shù)，p/rev電機(jī)與絲杠采取直接連接的方式，所以 A=1，伺服馬達(dá)每轉(zhuǎn)一周的最小分辨率通常隨著伺服馬達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)角度測(cè)試儀的分辨率（1000p/rev,1500p/rev）而成為1000p/rev (無(wú)倍增)1500p/rev (無(wú)倍增)2000p/rev (2 倍增)3000p/rev (2 倍增)南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文44000p/rev (4 倍增)6000p/rev (4 倍增)由于分辨率要求達(dá)到 0.1~0.01mm，先選取 1000 p/rev 的分辨率和導(dǎo)程 5mm 代入上式計(jì)算得 S=0.005mm,所以滿足要求，所以選定導(dǎo)程為 5mm。3.2 螺旋傳動(dòng)型式的選取螺旋傳動(dòng)分為滑動(dòng)螺旋、滾動(dòng)螺旋、靜壓螺旋。其中滾動(dòng)螺旋廣泛用于各種精度的數(shù)控機(jī)床、加工中心、FMS 柔性制造系統(tǒng)、輕功等機(jī)構(gòu)中，且滾動(dòng)螺旋有如下許多優(yōu)點(diǎn)：1. 傳動(dòng)效率高達(dá) 0.9~0.98，平均為滑動(dòng)螺旋的 2-3 倍，可節(jié)省動(dòng)力 1/2~3/4，有利于主機(jī)的小型化及減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。2. 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(jī)的動(dòng)態(tài)特性和提高工作精度。3. 工作壽命長(zhǎng)，平均可達(dá)滑動(dòng)螺旋的 10 倍左右4. 傳動(dòng)無(wú)間隙，無(wú)爬行，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳動(dòng)精度高5. 具有良好的高速性能，其臨界轉(zhuǎn)速之 dn 值（d 為軸徑，mm；n 為轉(zhuǎn)速，r/min）可達(dá) 40000 以上，可實(shí)現(xiàn)線速度 120m/min 的高速驅(qū)動(dòng)6. 已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列尺寸標(biāo)準(zhǔn)化，并出現(xiàn)了冷軋滾珠絲杠，提供了多用途的廉價(jià)產(chǎn)品所以本次設(shè)計(jì)絲杠選用滾珠絲杠3.3 計(jì)算最大速度和各時(shí)段的時(shí)間因?yàn)樾谐虨?400mm，在運(yùn)行過(guò)程中，加速時(shí)間與減速時(shí)間一般各約為整個(gè)運(yùn)行時(shí)間的 1/4，設(shè)加速度為 a a*t1=Vmax0.5*a*t1+Vmax*t3 -0.5a*t32 +Vmax*t2=400 計(jì)算得 t1=t3=1.125 秒 t2=2.25 秒 a=0.27m/s 2滾珠絲桿的最大轉(zhuǎn)速為Nmax= Vmax/ph=300/5=60 （轉(zhuǎn)/秒）=3600（轉(zhuǎn)/分）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文53.4 滾珠絲杠副尺寸選擇計(jì)算3.4.1 計(jì)算當(dāng)量載荷加速時(shí)滾珠絲杠承受最大軸向負(fù)荷，減速時(shí)承受最小軸向負(fù)荷;Fmax=μ*m*g+m*（Vmax/t）Fmin=μ*m*g-m*（Vmax/t）Fmax: 滾珠絲杠副承受最大軸向負(fù)荷，NFmin： 滾珠絲杠副承受最小軸向負(fù)荷，Nμ： 滾動(dòng)導(dǎo)軌選取 0.005，m： 工作臺(tái)質(zhì)量及最大工件（和夾具）質(zhì)量，Kgg： 重力加速度，9.8m/s 2Vmax：最大移動(dòng)速度，m/st： 工作臺(tái)從靜止加速到 Vmax 的時(shí)間，S其中工作臺(tái)質(zhì)量及最大工件（和夾具）質(zhì)量約為 20Kg代入個(gè)數(shù)據(jù)計(jì)算得Fmax=6.4 NFmin=-4.4N工作時(shí)，載荷在 Fmax 與 Fmin 之間周期性變化，所以當(dāng)量載荷Fm=1/3（2Fmax+Fmin）Fm=5.7 N3.4.2 計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速 r/min工作臺(tái)工作時(shí) Nmin=0,Nmax=3600（r/min）Nm=[0.5*(Nmax+Nmin)*1.125*2+Nmax*2.25]/4.5= 2700（r/min）3.4.3 計(jì)算額定動(dòng)載荷C/am=fwFm(60NmLh)1/3/100fa*fcC/am=fwFm(Ls/Ph)1/3/fa*fc南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文6選取其中較大者為預(yù)期值 C/amfa——精度系數(shù)fc——可靠性系數(shù)fw——載荷性質(zhì)系數(shù)Lh—預(yù)期工作壽命 hLs—預(yù)期工作距離 Km根據(jù)資料，自動(dòng)控制設(shè)備的滾珠絲杠的工作壽命推薦為 Lh=15000 小時(shí)，Ls=（（15000*3600）/4.5）*0.4/1000=480 km查表精度等級(jí) 1，2，3 4，5 7 10fa 1.0 0.9 0.8 0.7得 fa=1 Fc =1 Fw=1.2代入公式計(jì)算得 C am=74.6N3.4.4 估算滾珠絲杠允許最大軸向變形 m（μm）?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?取重復(fù)定位精度為 0.015mm=15μmm= *15μm=5μm31可靠性/%90 95 96 97 98 99Fc 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21載荷性質(zhì) 無(wú)沖擊 輕微沖擊 伴有沖擊或振動(dòng)Fw 1~1.2 1.2~1.5 1.5~2南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文73.4.5 滾珠絲杠副的支撐方式選擇滾珠絲杠副的支撐方式有 4 種情況1） 固定—自由2） 支承—游動(dòng)3） 固定—游動(dòng)4） 固定—固定安裝方式對(duì)滾珠絲杠副的承載能力，剛性，最高轉(zhuǎn)速，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(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免一端自由的方式。本次設(shè)計(jì)選用兩端固定的支撐方式，應(yīng)為其有以下優(yōu)點(diǎn)：1）絲杠的靜態(tài)穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性最高，適用于高速回轉(zhuǎn)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3）適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的滾珠絲杠安裝4）軸向剛度大3.4.6 估算滾珠絲杠底徑 d2md2m=a m/?LF。F0=μ 0Wa——支撐方式系數(shù)，兩端固定時(shí)取 0.039F0——導(dǎo)軌靜摩擦力，Nμ 0——導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù)L——滾珠絲杠兩軸承支點(diǎn)間距離，常取 1.1 行程+（10~14）Ph，mm其中滾動(dòng)導(dǎo)軌的靜摩擦因數(shù)為 0.005，W=20Kg*9.8Kg/s 2，行程為 400mm，計(jì)算得 L=510mm，F(xiàn) 0=0.98代入公式計(jì)算得 d2m=12.3mm3.4.7 滾珠絲杠副的預(yù)緊方式南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文8預(yù)緊方式 預(yù)緊方式代號(hào) 預(yù)緊力 Fp 適用范圍 備注雙螺母墊片預(yù)緊 D≤12%Co一般取≤10%Co 不限單螺母變位導(dǎo)程預(yù)緊 B≤%10Co一般取≤7.5%Co中小直徑滾珠絲杠副單螺母增大滾珠直徑預(yù)緊 Z ≤5%Co中小直徑滾珠絲杠Co 值參見(jiàn)滾珠絲杠副的詳細(xì)參數(shù)結(jié)合查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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)緊確定滾珠絲杠的規(guī)格代號(hào)產(chǎn)品編號(hào)標(biāo)準(zhǔn)行程mm總長(zhǎng)Lmm公稱直徑mm公稱導(dǎo)程mm滾珠直徑mm滾珠圈數(shù)絲杠底徑mm旋向行程余量mm軸向間隙任意300mm行程變動(dòng)量V300mm額定動(dòng)負(fù)荷 KN額定靜負(fù)荷KN剛性N/μm（30%Co）BSG126400 540 16 5 3.175 3 12.5 右 19G0~G10.016 4.9 7.6 140滾珠絲桿副上螺母3.4.8 計(jì)算預(yù)緊力 Fp （N）Fp= Fmax，其中 Fmax 為最大軸向載荷，F(xiàn)max=6.4N，所以 Fp=2.1N31南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文93.4.9 DN 值的驗(yàn)算D 為滾珠絲杠副滾珠中心處直徑（mm） ，N 為滾珠絲杠副極限轉(zhuǎn)速（rpm）D*N≤70000、D=16mm，N=3600r/min16X3600=57600＜70000，所以合格3.4.10 安裝部精度及其設(shè)計(jì)查閱表機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 11-1-25 選取精度等級(jí)為 P4查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 11-1-29E5= 28μm E8=5μmE6= 20μm E9=16 μmE7= 8μm E10=16μm南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文103.5 螺旋升角與傳動(dòng)效率3.5.1 螺旋升角的計(jì)算tan =Ph/（π*d）?——螺旋升角π——圓周率，3.14d——滾珠絲杠副的公稱直徑，mm由前面數(shù)據(jù)可知，Ph=5mm，d=16mm，代入公式計(jì)算得 =5.7°?3.5.2 傳動(dòng)效率的計(jì)算查上圖可得滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率約為 0.9南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文113.6 計(jì)算行程補(bǔ)償值 C （μm）C=11.8 lu10-3t?lu=行程+（8~14）Pht——溫度變化值，2~3°C?Lu——滾珠絲杠副有效行程，mm計(jì)算得 C=166.3μm3.7 計(jì)算預(yù)拉伸力 Ft（N）Ft=1.95 td22?d2——絲杠螺紋底徑，mmt——溫度變化值，2~3°C?螺紋底徑為 12.5mm，計(jì)算得預(yù)拉伸力為 914（N）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文124. 滾動(dòng)軸承型號(hào)選擇計(jì)算4.1 初步選擇軸承的類型查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-2 選擇深溝球軸承額定動(dòng)載荷比 摩擦比 轉(zhuǎn)速比 旋轉(zhuǎn)精度 剛度1 1.0 1.0 A C因?yàn)檩S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(shí)，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(dòng)在軸承的游隙范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便以及使用壽命長(zhǎng)，價(jià)格低廉。4.2 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷軸承的基本額定動(dòng)載荷是在嘉定的運(yùn)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(shí)際上，軸承再大多數(shù)場(chǎng)合，常常同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷，因此，再進(jìn)行軸承計(jì)算時(shí)，必須把實(shí)際載荷轉(zhuǎn)換為與確定動(dòng)載荷條件相一致的當(dāng)量動(dòng)載荷。當(dāng)量動(dòng)載荷的一般計(jì)算公式為：P=XFr+YFn式中 P——當(dāng)量動(dòng)載荷，NFr——徑向載荷，NFa——軸向載荷，NX——徑向動(dòng)載荷系數(shù)Y——軸向動(dòng)載荷系數(shù)其中軸向載荷為 5.7N，而徑向載荷約為 6Kg*9.8Kg/s2約等于 60N，軸 相對(duì)軸向載荷 單列軸承 雙列軸承 e南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文13≤eraF＞era≤eraF＞era承類型 raf。。CF2wiZD。X Y X Y X Y X Y0.172 0.172 2.3 2.3 0.190.345 0.345 1.99 1.99 0.220.689 0.689 1.71 1.71 0.261.03 1.03 1.55 1.55 0.281.38 1.38 1.45 1.45 0.32.07 2.07 1.31 1.31 0.343.45 3.45 1.15 1.15 0.38深溝球軸承5.17 5.171 0 0.561.041 0 0.561.04 0.42明顯 =5.7/60≤e，所以 X=1，Y=0raFP=XFr+YFa=60*1+5.7*0=60 （N）4.3 按額定載荷選擇軸承4.3.1 計(jì)算額定動(dòng)載荷C= P＜C （或 C ）rndmhfraC——基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值，N；P——當(dāng)量動(dòng)載荷，N；f ——壽命因數(shù)；hf ——速度因數(shù)；nFh——壽命因數(shù)Fm——力矩載荷因數(shù)，力矩較小時(shí)取 fm=1.5Fd——沖擊載荷因數(shù)Ft——溫度因數(shù)Cr——軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷，NCa——軸承尺寸及性能表中所列軸向基本額定動(dòng)載荷，N查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-8~6-2-11 得南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文14fm=1.5 fd=1.2 fr=1.0查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)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)滾珠絲杠副的最大轉(zhuǎn)速達(dá)到 3600r/min，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-9 得速度因數(shù)n/r*min fn3600 0.21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(dòng)載荷C=1892.6（N） 。4.3.2 額定靜載荷的計(jì)算計(jì)算軸承時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算額定動(dòng)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(jì)算公式：C0=S0P0＜C 0r 或 C0a 式中 C0——基本額定靜載荷計(jì)算值，N；P0——當(dāng)量靜載荷，N，S0——安全因數(shù)，靜止軸承和緩慢擺動(dòng)C0r——軸承尺寸及性能表中所列的徑向基本額定靜載荷，NC0a——軸承尺寸及性能表中所列的軸向基本額定靜載荷，NL10h/h fh25000 3.68南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文15因?yàn)樗x為深溝球軸承，所以 P0r=X0Fr+Y0Fa=60（N）查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-16S0使用要求和載荷性質(zhì)球軸承對(duì)旋轉(zhuǎn)精度及平穩(wěn)性質(zhì)高，或承受強(qiáng)大的沖擊載荷1.5~2把上列數(shù)據(jù)代入基本靜載荷計(jì)算公式可以計(jì)算得：C0=S0P0=1.5*60=90 （N）明顯，基本額定靜載荷 C0＜基本額定動(dòng)載荷 C4.3.3 按基本額定動(dòng)載荷選取軸承由于基本額定靜載荷 C0＜基本額定動(dòng)載荷 C，選取軸承時(shí)按照基本額定動(dòng)載荷來(lái)選取，并且考慮與其他零件的配合，查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-2-52 選取：基本尺寸/mm基本額定載荷/KN極限轉(zhuǎn)速/r/min-1重量/kg軸承代號(hào)其他尺寸/mm安裝尺寸/mm球徑/mm球數(shù)d D B CrC0r脂 油W?60000型d2 D2 r da Da ra Dw Z12 21 5 1.9 1 24000 32000 0.005 61801 14.6 18.4 0.3 14 19 0.3 2.381 12南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文16（ 深溝球軸承 60000 型）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文175 系統(tǒng)剛度的計(jì)算 （N/μm）5.1 滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μm采取兩端固定的形式，Ks=（A*E*L/X*(L-X)）*10 -3，A——滾珠絲杠副的截面積，mm 2（以滾珠絲杠副螺紋底徑計(jì)算）E——滾珠絲杠副軸材料的彈性系數(shù)，2.1*10 5 N/μmX——負(fù)荷作用點(diǎn)到固定或支撐端的距離，mmL——滾珠絲杠副支撐距離，mm計(jì)算得出 Ks=808N/μm5.2 滾珠螺母本身的軸向剛度Kn=0.8*Kc（Fp/（ *Co） ） 1/3 （預(yù)緊的滾珠絲杠 =0.1）??Kc——樣本軸向接觸剛度，N/μmFp——預(yù)緊力，NCo——樣本所列額定動(dòng)載荷，N查閱前面滾珠絲杠副參數(shù)，代入公式計(jì)算得 Kn=137.9 N/μm5.3 計(jì)算系統(tǒng)剛度 n1b1sK??K——整個(gè)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的軸向剛性Ks——滾珠絲杠軸本身的軸向剛性，N/μmKb——軸承剛度 N/μmKn——滾珠螺母本身的軸向剛度Kb=Kb1+Kb2 N/μmKb1，Kb2 分別問(wèn)兩端軸承組的剛度，約為 147.8N/μmKb=2*147.8=295.6，N/μm南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文18將 Ks，Kb，Kn 數(shù)據(jù)代入 計(jì)算得n1bs1K??K=2550.7N/μm=Fa/K=（6.4+2.1）/2550.7 0.003m《5μm，所以剛度驗(yàn)算合格。??南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文196 電機(jī)的選擇6.1 滾珠絲桿副推力與扭矩的關(guān)系公式Tp=Fa*Ph*A/（2*π* ） ，N*mm?Tp——驅(qū)動(dòng)扭矩，N*mmFa——工作臺(tái)的軸向負(fù)荷M——工作臺(tái)的總質(zhì)量，kgμ——工作臺(tái)的摩擦系數(shù)，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 0.0059.8——重力加速度,m/s 2Ph——絲杠導(dǎo)程，mmA——減速比，直聯(lián)時(shí)為 1π——3.14——滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率?查閱前面已經(jīng)計(jì)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(jì)算得 Tp 5.9N*mm??6.2 工作臺(tái)加速扭矩的計(jì)算Tg=J* *103， ，N*mm?J——馬達(dá)軸上及前方所有運(yùn)動(dòng)部件的慣性矩，kg*m 2——角加速度，rad/ s 2?其中 J=M*（Ph*2π） 2*A2/106+m*D2/（8*10 6）M——工作臺(tái)總質(zhì)量，KgPh——絲杠導(dǎo)程，mmA——減速比，直聯(lián)為 1m——絲杠本身，電機(jī)齒輪，絲杠上此輪等圓形物體的質(zhì)量，有幾項(xiàng) m 則計(jì)算相應(yīng)的慣性矩并加總到慣性矩計(jì)算公式中，Kg南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文20D——相應(yīng)的直徑，mm由于滾珠絲杠和電機(jī)為直聯(lián)，所以，計(jì)算 m*D2/（8*10 6）總和約等于 192/106J=12.67/106+192/106=0.00021kg*m2=2π*N/（60t）?N——馬達(dá)轉(zhuǎn)速，rpmt——加速時(shí)間，sN=3600r/min，t=1.125s=335rad/s2?所以 Tg=J* *103 Tg=0.00021*335*103=70.35 N*mm6.3 計(jì)算滾珠絲杠預(yù)壓扭矩 TdTd=0.05*Fp*Ph/(2*π（tan ） )*A?21Fp——滾珠絲杠副的預(yù)緊力，NPh——滾珠絲杠副導(dǎo)程，mm——滾珠絲杠副螺旋升角，即導(dǎo)程角?A——減速比，直聯(lián)時(shí)為 1前面已經(jīng)計(jì)算得 Fp=2.1N， =5.7°，Ph=5mm，計(jì)算得 Td=0.27N*mm?6.4 滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)扭矩的計(jì)算計(jì)算滾珠絲杠副的驅(qū)動(dòng)扭矩按下列公式：Ts= Tg+Tp+TdTs——傳動(dòng)軸的驅(qū)動(dòng)扭矩，N*mm南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文21Tg——加速扭矩，N*mmTp——預(yù)壓扭矩，N*mm將 Tp，Td, Tg 的值代入 Ts= Tg+Tp+Td，計(jì)算得 Ts 76.5N*mm?6.5 馬達(dá)的選定一般而言，馬達(dá)的額定扭矩應(yīng)為滾珠絲杠副軸計(jì)算扭矩的 2 倍或以上。馬達(dá)的慣性矩由馬達(dá)和其驅(qū)動(dòng)器共同決定，一般情況，馬達(dá)慣性矩應(yīng)為滾珠絲杠副傳動(dòng)軸總慣性矩的 1/3~1/10。根據(jù)所計(jì)算的結(jié)果查閱相關(guān)生產(chǎn)廠家產(chǎn)品，選用伺服電機(jī)：ASM/T02L250 AK南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文227.聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是機(jī)械傳動(dòng)中常用的部件，它主要用來(lái)連接軸與軸（或連接軸與其他回轉(zhuǎn)零件） ，以傳遞運(yùn)動(dòng)與轉(zhuǎn)矩;聯(lián)軸器主要分為剛性聯(lián)軸器（無(wú)補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)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(wú)彈性元件的撓性聯(lián)軸器，其中有彈性元件的撓性聯(lián)軸器因裝有彈性元件，不僅可以補(bǔ)償兩軸間的相對(duì)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(dòng)頻繁的傳遞中小轉(zhuǎn)矩的軸。聯(lián)軸器力矩的計(jì)算T≥T1*K1*K2*K3T——計(jì)算力矩， N*mmT1——電機(jī)轉(zhuǎn)矩 ，76.5N*mmK1——負(fù)載系數(shù) ，由于本工作臺(tái)負(fù)載變化小，所以查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得 K1=1.2K2——運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間系數(shù) ，每天運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于 16 小時(shí)，所以取 K2=1.18K3——起、停頻繁度系數(shù)，起、停頻繁，所以取 K3=2.0計(jì)算得 T 216.6N*m，查閱《課程設(shè)計(jì)》選取聯(lián)軸器型號(hào)為 GB4323-84-TL2?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文238 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇8.1 直線導(dǎo)軌種類選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副主要的類型包括 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌套副，滾動(dòng)花鍵副和滾動(dòng)導(dǎo)軌塊。常用的三種直線導(dǎo)軌基本性能比較見(jiàn)下表，滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的運(yùn)行速度已達(dá)200m/min。在歐美各國(guó) 2/3 以上的高速數(shù)控機(jī)床都采用了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。它已再各種現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用運(yùn)動(dòng)形式 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌摩擦因數(shù) μ=0.04~0.06 μ=0.003~0.005 μ=0.0005~0.001運(yùn)行速度 低速 低速~高速 中速~高速剛度 高 較高 較低壽命 三者相近可靠性 高 較高 較差滾動(dòng)體與圓弧溝槽相接觸，與點(diǎn)接觸相比承載能力大，剛性好摩擦因數(shù)小，一般小于 0.005，僅為滑動(dòng)導(dǎo)軌副的 1/20~1/50，節(jié)省動(dòng)力，可以承受上下左右四個(gè)方向的載荷。磨損小，壽命長(zhǎng)，安裝、維修、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便。運(yùn)動(dòng)靈活、無(wú)沖擊，在微量進(jìn)給時(shí)，能很好的控制位置尺寸。所以選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文24滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)力 F 及工作阻力 R 作用位置的變化、啟動(dòng)及停止時(shí)加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。8.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌的計(jì)算 8.2.1 計(jì)算導(dǎo)軌的載荷由于本設(shè)計(jì)是以滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)的水平工作臺(tái)所以查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-33 得加速時(shí)P1=P4= 。l*tg1242VW?P2=P3= 。lt21?P1T~P4T= 。l*tg231V承受慣性力的水平式導(dǎo)軌以滾珠絲杠驅(qū)動(dòng)居多南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文25勻速時(shí)P1~P4= 4W減速時(shí)P1=P4= 。l*t3g1242V?P2=P3= 。lt231W?P1T~P4T= 。l*tg21VP1=P4= =（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）。l*tg1242VW?*（71/80）46.6 N?P2=P3= =（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）。l*tg1242V?*（71/80） =51.4NP1T~P4T= =（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）*（93.5/80） 3.1 。lt31W ?N勻速時(shí)：P1~P4= =49 N4減速時(shí)：P1=P4= =（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）。l*tg122VW?*（71/80） =51.4N?P1=P4= =（20*9.8/4）-（20*9.8/2）*（1/9.8）*（300/1.125）。lt421?*（71/80）46.6 N?南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文26所以最大的載荷為 51.4N8.2.2 平均載荷的計(jì)算查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-3-4 得平均載荷 Pm 0.65Pmax 0.65*51.4 33.4 N。??8.2.3 導(dǎo)軌型號(hào)的選取根據(jù)導(dǎo)程及一根導(dǎo)軌上兩滑塊安裝距離查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 6-3-17 選取：結(jié)構(gòu)尺寸 尺寸參數(shù)規(guī)格B1 B2 B3 B4 W M1(AA) H20 AA 63 5 53 20 21.5 M6 30結(jié)構(gòu)尺寸K T T1 H1 d*D*h L1 L2 L3 L4 F25 10 10 18 6X9.5X8.5 70 50 40 11 60結(jié)構(gòu)尺寸 載荷特性Lmax G（油杯） C/KN C0/KN MA/N*m MBN*m MCN*m1200 M6 11.5 14.5 92.4 92.4 154南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文278.3 防塵措施1.當(dāng)滑塊運(yùn)動(dòng)時(shí)，再滑塊運(yùn)動(dòng)方向的后方形成負(fù)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(dòng)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。2.本設(shè)計(jì)在工作臺(tái)上加折疊式防塵罩，可以適當(dāng)?shù)姆乐够覊m雜物進(jìn)入滑塊內(nèi)部。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。螺孔帽選用耐油及耐磨損的優(yōu)質(zhì)合成橡膠，以保證充分的使用壽命。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文289.工作臺(tái)支撐底座外形的設(shè)計(jì)參考滾珠絲杠副、聯(lián)軸器以及電機(jī)尺寸設(shè)計(jì)了工作臺(tái)底座的外形尺寸（上工作臺(tái)）（下工作臺(tái)）南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文29結(jié) 論在設(shè)計(jì)之初我根據(jù)任務(wù)查閱了很多關(guān)于工作臺(tái)的知識(shí)，對(duì)其工作原理，總體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有了一定的了解，同時(shí)也通過(guò)網(wǎng)絡(luò)了解了一些國(guó)外在這方面的研究情況，之后就完成了開(kāi)題報(bào)告，隨后我進(jìn)行的是：總體方案確定、傳動(dòng)系統(tǒng)確立及尺寸綜合。內(nèi)容有：滾珠絲杠副，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滾動(dòng)導(dǎo)軌副，軸承及聯(lián)軸器選型的設(shè)計(jì)。并對(duì)工作臺(tái)的尺寸進(jìn)行了初步設(shè)計(jì)。我系統(tǒng)地的對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)主要的零部件滾珠絲杠副，驅(qū)動(dòng)電機(jī)，滾動(dòng)導(dǎo)軌副型號(hào)進(jìn)行了系統(tǒng)地設(shè)計(jì)。并進(jìn)行了必要的驗(yàn)算校核。在此過(guò)程中我查閱了相當(dāng)多相關(guān)資料，經(jīng)常在圖書館，有時(shí)候?yàn)榱苏业较嚓P(guān)的參考數(shù)據(jù)在圖書館經(jīng)常呆上兩三個(gè)小時(shí)，有時(shí)我還經(jīng)常到省圖書館和省新華書店查閱資料?，F(xiàn)在回想起來(lái)這些設(shè)計(jì)過(guò)程，我才覺(jué)得機(jī)械設(shè)計(jì)的辛苦，同時(shí)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(yǔ)言。制圖中我以一個(gè)真正的工程師的角度去畫好每一根線條、每一個(gè)標(biāo)注，這都是需要細(xì)心的揣摩、推敲、計(jì)算。經(jīng)過(guò)近這段時(shí)間的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)結(jié)束了。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我知道作為一名工程人員設(shè)計(jì)過(guò)程的艱辛是難以想象的，數(shù)據(jù)資料更可以說(shuō)成是工程人員的生命。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)歷對(duì)我的大學(xué)四年的學(xué)習(xí)畫上了圓滿的句號(hào)，在這里，我將以前的所學(xué)用于實(shí)際；在這里，我用自己設(shè)計(jì)思路付諸實(shí)踐；在這里，我用雙手把想象變成實(shí)際。畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成讓我明白我自己還有很長(zhǎng)的路要走，這才是一個(gè)起點(diǎn)，期待著未來(lái)。南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文30參考文獻(xiàn)[1] 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謝經(jīng)過(guò)半個(gè)學(xué)期的學(xué)習(xí)研討，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)本科生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過(guò)程中我也遇到了很多問(wèn)題，在老師的幫助下，我才得以順利完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。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(jì)的每個(gè)階段，從查閱資料，到設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo)。我的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是張老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤。我非常敬佩張老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我今后的學(xué)習(xí)和工作。然后還要感謝大學(xué)四年來(lái)所有的老師，為我們打下機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)，同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝航空工程系和母校南昌航空大學(xué)科技學(xué)院四年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。簽名： 賈辰光