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常熟理工學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書
學(xué)院：
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目：電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置
指導(dǎo)教師姓名
朱建江
專業(yè)技術(shù)職務(wù)
高工
類 別
畢業(yè)設(shè)計(jì)
學(xué) 生 姓 名
學(xué) 號(hào)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題性質(zhì)
工程設(shè)計(jì)
專 業(yè)
班 級(jí)
是否隸屬科研項(xiàng)目
否
1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)
填寫要求：
包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、達(dá)到的指標(biāo)和應(yīng)做的實(shí)驗(yàn)等，需要明確，并盡可能量化；
（1）完成電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置裝配圖設(shè)計(jì)及部分零件設(shè)計(jì)，圖紙數(shù)量不少于1張A0。
（2）按照畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告、畢業(yè)論文、英文翻譯。
平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)：
（1）載荷：500kg；
（2）鏈箱尺寸：1000mm × 800mm × 600mm；
（3）X方向速度6m/mim
Y方向速度3m/mim
2、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的主要內(nèi)容
填寫要求：
需明確以下三個(gè)方面內(nèi)容：
1） 問題的提出
電梯補(bǔ)償鏈完成拉伸檢測(cè)和表面缺陷檢測(cè)后，需要裝箱。如果采用人工裝箱會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易無(wú)序堆垛，效率低。電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償鏈的自動(dòng)盤整裝箱，使裝箱的補(bǔ)償鏈排列規(guī)則合理，節(jié)省空間，提高效率。盤整過程完全自動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，具有廣泛的適用范圍。
2） 方案的分析（包括可行性論述、驗(yàn)證）
該裝置在空間坐標(biāo)系中可實(shí)現(xiàn)沿x,y軸兩個(gè)方向的移動(dòng)，需要通過伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。鏈條的水平移動(dòng)采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)完成，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)通過齒輪傳動(dòng)（或帶傳動(dòng)等）實(shí)現(xiàn)，大齒輪安裝在絲杠的一端，小齒輪為主動(dòng)輪，由減速電機(jī)帶動(dòng)，與大齒輪嚙合，從而帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)滿足設(shè)計(jì)要求。
3）設(shè)計(jì)過程、方法
電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置設(shè)計(jì)分為以下幾個(gè)階段：
（1）根據(jù)鏈條盤整裝箱的動(dòng)作原理，確定總體方案；
（2）根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)行電機(jī)、同步帶及帶輪等傳動(dòng)件選型，設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸、齒輪等零件。
（3）根據(jù)總體方案出裝配圖。
（4）出部分零件圖。
3、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的基本要求
填寫說明：
完成畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）后應(yīng)提交的作業(yè)（包括開題報(bào)告、外文譯文、說明書、圖紙、系統(tǒng)方案、系統(tǒng)程序或文獻(xiàn)綜述等）
（1）完成電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置裝配圖設(shè)計(jì)及部分零件設(shè)計(jì)，圖紙數(shù)量不少于1張A0。
（2）按照畢業(yè)設(shè)計(jì)要求完成文獻(xiàn)綜述、開題報(bào)告、畢業(yè)論文、英文翻譯。
4、主要參考文獻(xiàn)
填寫要求：文獻(xiàn)不少于8篇，且按國(guó)標(biāo)編輯文獻(xiàn)。
5、進(jìn)度安排（填寫要求：包括選題、查閱文獻(xiàn)、開題、方案設(shè)計(jì)論證、設(shè)計(jì)過程、中期、論文撰寫、提交論文等階段，各階段任務(wù)盡可能具體；各階段中選題（2.013.12、10）開
題（2.15）、中期（3.15）及提交論文（5.10）四個(gè)階段起止日期固定）
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）各階段任務(wù)
起 止 日 期
1
選題、下達(dá)任務(wù)書
2013.12.10
2
查閱文獻(xiàn)、英文翻譯、開題
2013.12.15—2014.2.15
3
機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖設(shè)計(jì)、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、出裝配圖草圖、出裝配圖、中期檢查
2014.2.16—2014.3.15
4
完善裝配圖、出部分零件圖
2014.3.16—2014.4.15
5
寫畢業(yè)論文，提交論文
2014.4.16—2014.5.10
6
指導(dǎo)教師簽字：
2013年 12 月 15 日
注：1、此表一式三份，學(xué)院、指導(dǎo)教師、學(xué)生各一份；
2、類別是指畢業(yè)論文或畢業(yè)設(shè)計(jì)，課題性質(zhì)分別為：理工類（工程設(shè)計(jì)、理論研究、實(shí)驗(yàn)研究、軟件開發(fā)、其他等）；文、經(jīng)管類（專題類、論辯類、綜述類、綜合類、其他等）。
第 36 頁(yè)
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置設(shè)計(jì)
學(xué) 院：
專 業(yè)：
學(xué) 號(hào)：
姓 名：
指導(dǎo)教師：
完成日期： 2014年4月 11日
摘 要
電梯補(bǔ)償鏈?zhǔn)怯糜谶B接電梯的轎廂與對(duì)重，平衡曳引繩及隨行電纜的重量，對(duì)電梯的運(yùn)行起平衡作用的部件。
電梯補(bǔ)償鏈完成拉伸檢測(cè)和表面缺陷檢測(cè)后，需要裝箱。如果采用人工裝箱會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易無(wú)序堆垛，效率低。電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償鏈的自動(dòng)盤整裝箱，使裝箱的補(bǔ)償鏈排列規(guī)則合理，節(jié)省空間，提高效率。盤整過程完全自動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，具有廣泛的適用范圍。
本次設(shè)計(jì)了以滾珠絲杠為核心元件的電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置。電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置傳動(dòng)系統(tǒng)主要由電動(dòng)機(jī)、滾珠絲杠、工作臺(tái)、聯(lián)軸器、導(dǎo)軌組成。其具有X/Y兩個(gè)自由度。通過對(duì)電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的設(shè)計(jì)理論，首先進(jìn)行了伺服進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)以及機(jī)器精度的選擇；其次是X/Y軸的滾珠絲杠的計(jì)算與選擇、滾珠絲杠支承軸承的選擇、通過計(jì)算選擇進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的其他相關(guān)元器件、對(duì)傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度、慣量匹配等進(jìn)行了校核驗(yàn)算；再次通過計(jì)算來(lái)選擇進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的伺服電動(dòng)機(jī)以及聯(lián)軸器，最后進(jìn)行導(dǎo)軌的選擇。證明計(jì)算得出的結(jié)果較好得滿足了提出的設(shè)計(jì)要求，利用Auto CAD軟件繪制了相關(guān)的裝配圖。
關(guān)鍵詞：電梯補(bǔ)償鏈, 伺服系統(tǒng), 滾珠絲杠
Abstract
Elevator compensation chain is used for car and counterweight balance connected the elevator, traction rope and accompanying the weight of the cable, the balance effect on the operation of the elevator components.
Elevator compensation chain complete testing tensile testing and surface defects, need packing. If using artificial packing labor dues, and easily disorder stacking, low efficiency. The elevator installment compensation chain packing plate automatic disc packaged box can realize compensation chain, the compensation chain packing arrangement rule of reasonable, save space, improve the efficiency of. The consolidation process is completely automatic, normal operation without human intervention, which has a wide application scope.
The design of elevator compensating chain consolidation device with ball screw as the core element. Elevator compensation chain consolidation drive system is mainly composed of a motor, ball screw, workbench, coupling, a guide rail. The X/Y with two degrees of freedom. The design theory of elevator compensating chain device for consolidation, first has carried on the overall scheme of feed drive servo system design and machine precision selection; second is the X/Y axis ball screw, selection and calculation of ball screw support bearing selection, through calculation and choose other related components, feed drive system on the stiffness of transmission system inertia matching etc., are checked by computing; again to select the feed drive system of the servo motor and the coupling, and guide the choice. The calculated results show better meet the requirements of the design, drawing the assembly drawing related using Auto CAD software.
Keywords: elevator compensating chain, servo system, the ball screw
目錄
摘 要 2
Abstract 3
1 緒論 5
1.1課題的意義 5
1.2國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化包裝機(jī)械的發(fā)展 6
1.2.1國(guó)外自動(dòng)包裝機(jī)械的發(fā)展 6
1.2.2 自動(dòng)化包裝機(jī)械我國(guó)研究現(xiàn)狀 7
1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目的 7
2 電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的總體設(shè)計(jì) 9
2.1 主要性能參數(shù) 9
2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的精度要求 9
2.3 進(jìn)給傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的選擇 9
2.4 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求及傳動(dòng)類型的選擇 10
2.4.1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求 10
2.4.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)類型的選擇 10
2.5 電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇 11
2.6 支撐形式方案的選擇 12
3 X軸進(jìn)給系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14
3.1 已知技術(shù)參數(shù) 14
3.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇 14
3.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇 17
3.4 滾珠絲杠的校核 18
3.4.1 臨界壓縮負(fù)荷 18
3.4.2 臨界轉(zhuǎn)速 19
3.4.3 滾珠絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率 19
3.4.4 滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)剛度 21
3.4.5 滾珠絲杠傳動(dòng)精度計(jì)算 22
3.5 滾珠絲杠進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)變形計(jì)算 23
3.5.1 滾珠絲杠精度計(jì)算 23
3.6 伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 26
3.6.1 進(jìn)給伺服電機(jī)的校核 27
3.7 聯(lián)軸器的選擇 29
4 Y軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 30
4.1 已知技術(shù)參數(shù) 30
4.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇 30
4.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇 32
4.4 進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算 32
4.4.1 伺服電機(jī)的校核 34
結(jié) 論 36
致 謝 37
參考文獻(xiàn) 38
1 緒論
1.1課題的意義
電梯在運(yùn)行過程中，轎廂側(cè)和對(duì)重側(cè)的鋼絲繩的長(zhǎng)度在不斷變化，從而引起曳引輪兩側(cè)鋼絲繩重量的變化。當(dāng)轎廂位于最低層站時(shí)，鋼絲繩的重量大部分作用于轎廂側(cè)；當(dāng)轎廂位于最高層站時(shí)，鋼絲繩的重量大部分作用于對(duì)重側(cè)。這種變化在電梯提升高度不大時(shí)，對(duì)電梯的運(yùn)行性能影響不大，但提升超過一定高度時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響電梯運(yùn)行的穩(wěn)定性，危及乘客的安全。為此，當(dāng)電梯的提升高度超過一定高度時(shí)，必須要設(shè)置具有一定重量的部件來(lái)平衡因高度變化帶來(lái)的重量變化，稱之為電梯平衡補(bǔ)償鏈。電梯補(bǔ)償鏈?zhǔn)怯糜谶B接電梯的轎廂與對(duì)重，平衡曳引繩及隨行電纜的重量，對(duì)電梯的運(yùn)行起平衡作用的部件。
目前隨著城市化的進(jìn)程加快，城市的高層建筑越來(lái)越多，對(duì)電梯的需求也是越來(lái)越大，同時(shí)導(dǎo)致電梯補(bǔ)償鏈的需求量也越來(lái)越大。電梯補(bǔ)償鏈完成拉伸檢測(cè)和表面缺陷檢測(cè)后，需要裝箱。如果采用人工裝箱會(huì)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且容易無(wú)序堆垛，效率低，生產(chǎn)成本也大大的提高。所以補(bǔ)償鏈自動(dòng)包裝設(shè)備，在這種情況下應(yīng)運(yùn)而生。
本次設(shè)計(jì)的電梯補(bǔ)償鏈裝箱盤整裝置可實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償鏈的自動(dòng)盤整裝箱，使裝箱的補(bǔ)償鏈排列規(guī)則合理，節(jié)省空間，提高效率。盤整過程完全自動(dòng)，正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)無(wú)須人工干預(yù)，具有廣泛的適用范圍。
在課題設(shè)計(jì)的過程中我們能學(xué)到較多課堂上學(xué)不到的東西，在設(shè)計(jì)進(jìn)行階段指導(dǎo)老師提供了很多相關(guān)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求和設(shè)計(jì)思路，整個(gè)設(shè)計(jì)過程中使受益匪淺。是我在即將離開學(xué)校踏入社會(huì)一次重要的設(shè)計(jì)體驗(yàn)。也是為以后的工作生活打下了基礎(chǔ)，在此過程中我學(xué)到機(jī)械產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方法和步驟。這次設(shè)計(jì)是我在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下一點(diǎn)點(diǎn)親自完成，無(wú)論是在市場(chǎng)調(diào)研考察還是設(shè)計(jì)資料的查閱，都使得我們學(xué)到了很多東西。
在設(shè)計(jì)過程中用到很多機(jī)械設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)課程知識(shí)，由于長(zhǎng)期沒有得以應(yīng)用，很多的基礎(chǔ)知識(shí)也都忘記了。使得我又從新把大一、大二、大三學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)重新溫習(xí)。真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)以致用的目的。
1.2國(guó)內(nèi)外自動(dòng)化包裝機(jī)械的發(fā)展
1.2.1國(guó)外自動(dòng)包裝機(jī)械的發(fā)展
國(guó)外包裝機(jī)械業(yè)概況美國(guó)、日本、德國(guó)、意大利是世界上包裝機(jī)械四大強(qiáng)國(guó)。
美國(guó)是世界上包裝機(jī)械發(fā)展歷史較長(zhǎng)的國(guó)家， 早已形成了獨(dú)立完整的包裝機(jī)械體系，其品種和產(chǎn)量均居世界之首。10多年來(lái)，美國(guó)始終保持著世界最大包裝機(jī)械生 產(chǎn)和消費(fèi)大國(guó)的地位。其產(chǎn)品以高、大、精、尖產(chǎn)品居多，機(jī)械與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合， 實(shí)現(xiàn)機(jī)電一體化控制。新型機(jī)械產(chǎn)品中以成型、填充、封口三種機(jī)械的增長(zhǎng)最快，裹包機(jī)和薄膜包裝機(jī)占整個(gè)市場(chǎng)份額的 15%，紙盒封盒包裝機(jī)在市場(chǎng)占有率中居第二位。從上世90 年代初以來(lái)，美國(guó)包裝機(jī)械業(yè)一直保持著良好的發(fā)展勢(shì)頭。
日本與美國(guó)、德國(guó)相比，起步較晚。上世紀(jì)60年代以前，包裝機(jī)械廠家不足60家，只能包裝糖果、香煙等。60-70年代，是日本包裝機(jī)械業(yè)起步階段，產(chǎn)值增長(zhǎng)速 度很快。70-80 年代，增長(zhǎng)速度雖不如上一階段那么高，但年增長(zhǎng)率仍達(dá)13%。80-90年代是穩(wěn)定增長(zhǎng)分階段，將微電子技術(shù)成功地應(yīng)用于包裝機(jī)械的控制，以后又將光導(dǎo)纖維技術(shù)、 工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、模塊化技術(shù)應(yīng)用于包裝機(jī)械，達(dá)到安全性高、無(wú)人操作、高生產(chǎn)率的水平，大大提高了其國(guó)際市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。因此，從上世紀(jì)60年代到90年代初，日本包裝機(jī)械工業(yè)連續(xù) 30多年高速增長(zhǎng)，經(jīng)歷了引進(jìn)--消化--發(fā)展的過程。
德國(guó)、意大利、英國(guó)、瑞士和法國(guó)等，都是世界上很重要的包裝機(jī)械生產(chǎn)國(guó)家。德國(guó)的包裝機(jī)械在計(jì)量、制造、技術(shù)性能等方面居領(lǐng)先地位，特別是啤酒、飲料 灌裝設(shè)備具有高速、成套、自動(dòng)化程度高、可靠性好等特點(diǎn)，享譽(yù)全球。一些大公司生產(chǎn)的包裝機(jī)械集機(jī)-電-儀及微機(jī)控制于一體，采用光電感應(yīng)，以光標(biāo)控制，并配有 防靜電裝置。其大型自動(dòng)包裝機(jī)不僅包裝容積大，而且能集制袋、稱重、充填、抽真 空、封口等工序在一臺(tái)單機(jī)上完成。德國(guó)包裝機(jī)械業(yè)多年來(lái)始終處于穩(wěn)定增長(zhǎng)狀態(tài)，出口比例占 80%左右。德國(guó)是世界上最大的包裝機(jī)械出口國(guó)。 意大利是僅次于德國(guó)的第二大包裝機(jī)械出口國(guó)。 意大利的包裝機(jī)械多用于食品工 業(yè)，具有性能優(yōu)良、外觀考究、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，出口比例占 80%左右。
目前，世界各國(guó)對(duì)包裝機(jī)械的發(fā)展都十分重視，集機(jī)、電、氣、光、生、磁為一 體的高新技術(shù)產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)。生產(chǎn)高效率化、資源高利用化、產(chǎn)品節(jié)能化、高新技術(shù) 實(shí)用化、科研成果商業(yè)化已成為世界各國(guó)包裝機(jī)械發(fā)展的趨勢(shì)。
1.2.2 自動(dòng)化包裝機(jī)械我國(guó)研究現(xiàn)狀
中國(guó)包裝機(jī)械起步較晚，經(jīng)過20多年的發(fā)展，中國(guó)包裝機(jī)械已成為機(jī)械工業(yè)中十大行業(yè)之一，為中國(guó)包裝工業(yè)快速發(fā)展提供了有力的保障，有些包裝機(jī)械填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，已能基本滿足國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需求，部分產(chǎn)品還有出口。并且中國(guó)自加入世貿(mào)組織以來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，包裝機(jī)械水平提升非?？?，與世界的先進(jìn)水平差距逐漸縮小。隨著中國(guó)的日益開放，中國(guó)的包裝機(jī)械也將進(jìn)一步打開國(guó)際市場(chǎng)。但在目前，中國(guó)包裝機(jī)械出口額還不足總產(chǎn)值的5%，進(jìn)口額卻與總產(chǎn)值大抵相當(dāng)，與發(fā)達(dá)國(guó)家相去甚遠(yuǎn)。
我國(guó)與國(guó)外現(xiàn)代的先進(jìn)的包裝機(jī)械的差距還很大，最主要是技術(shù)上的大差距。技術(shù)開發(fā)的成本在設(shè)備總成本中所占的比例越大，設(shè)備的技術(shù)含量越高。國(guó)內(nèi)的包裝設(shè)備技術(shù)含量占整個(gè)設(shè)備的成本約為3%，有的甚至不足0.3%，當(dāng)然極少數(shù)項(xiàng)目也能達(dá)到20%以上，總體來(lái)看設(shè)備水平不高，設(shè)備使用材料受供應(yīng)的限制，在配套件上水平不高。
1.3 設(shè)計(jì)的內(nèi)容和目的
根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)和任務(wù)要求，然后通過查找相關(guān)的文獻(xiàn)資料，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)我們擬定完成以下幾點(diǎn)內(nèi)容
1、首先了解電梯補(bǔ)償鏈的產(chǎn)品特性，然后查閱相關(guān)的資料，確認(rèn)設(shè)計(jì)方案如下：
該裝置在空間坐標(biāo)系中可實(shí)現(xiàn)沿x,y軸兩個(gè)方向的移動(dòng)，需要通過伺服電動(dòng)機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)。鏈條的水平移動(dòng)采用絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)完成，絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)通過聯(lián)軸器直接和絲杠相連，傳動(dòng)精度高。
2、設(shè)計(jì)方案確認(rèn)以后，對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，如進(jìn)行電機(jī)、同步帶及帶輪等傳動(dòng)件選型，設(shè)計(jì)傳動(dòng)軸、齒輪等零件。
3、計(jì)算完成后，對(duì)整個(gè)設(shè)備進(jìn)行工程圖的繪制，然后整理資料，完成整個(gè)設(shè)計(jì)。
設(shè)計(jì)的目的是培養(yǎng)綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)，解決工程實(shí)際問題的能力，提高綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，使工程繪圖、數(shù)據(jù)處理、外文文獻(xiàn)閱讀、使用手冊(cè)等基本技能得到訓(xùn)練和提高，培養(yǎng)正確的設(shè)計(jì)思想、嚴(yán)肅認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度，加強(qiáng)團(tuán)隊(duì)合作精神。
2 電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的總體設(shè)計(jì)
2.1 主要性能參數(shù)
本設(shè)計(jì)對(duì)電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，改裝置具有X軸和Y軸兩個(gè)自由度。對(duì)電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的進(jìn)給伺服系統(tǒng)采用交流伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，并合理選用高精度元器件，保證了伺服系統(tǒng)達(dá)到要求的精度、重復(fù)定位精度，并使其具有高剛度和良好的穩(wěn)定性。本次設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)參數(shù)有：
（1）載荷：500kg；
（2）鏈箱尺寸：1000mm × 800mm × 600mm；
（3）X方向速度6m/mim
Y方向速度3m/mim
2.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的精度要求
良好的電氣部件設(shè)計(jì)和機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能保證進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性。本設(shè)計(jì)著重進(jìn)行進(jìn)給伺服系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、傳動(dòng)設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)的進(jìn)給系統(tǒng)采用滾珠絲杠螺母副傳動(dòng)，單軸具有較高的定位精度和重復(fù)定位精度。
2.3 進(jìn)給傳動(dòng)伺服系統(tǒng)的選擇
1、開環(huán)伺服系統(tǒng)
開環(huán)伺服系統(tǒng)是電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置中最簡(jiǎn)單的伺服系統(tǒng)，開環(huán)進(jìn)給伺服系統(tǒng)的精度較低，速度也受到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)性能的限制。但由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于調(diào)整，在精度要求不太高的場(chǎng)合中得到較廣泛的應(yīng)用。
2、閉環(huán)控制系統(tǒng)
因?yàn)殚_環(huán)系統(tǒng)的精度不能很好地滿足電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的要求，所以為了保證精度，最根本的辦法是采用閉環(huán)控制方式。閉環(huán)控制系統(tǒng)是采用直線型位置檢測(cè)裝置對(duì)電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置工作臺(tái)位移進(jìn)行直接測(cè)量并進(jìn)行反饋控制的位置伺服系統(tǒng)。
3、半閉環(huán)控制系統(tǒng)
采用旋轉(zhuǎn)型角度測(cè)量元件（脈沖編碼器、旋轉(zhuǎn)變壓器、圓感應(yīng)同步器等）和伺服電動(dòng)機(jī)按照反饋控制原理構(gòu)成的位置伺服系統(tǒng)，稱作半閉環(huán)控制系統(tǒng)。半閉環(huán)控制系統(tǒng)的檢測(cè)裝置有兩種安裝方式：一種是把角位移檢測(cè)裝置安裝在絲杠末端；另一種是把角位移檢測(cè)裝置安裝在電動(dòng)機(jī)軸端。
電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置要求達(dá)到預(yù)定的精度要求以外，根據(jù)需求，并且考慮到經(jīng)濟(jì)的效益，還要求具有良好的穩(wěn)定性和快速響應(yīng)能力。基于這些要求，本設(shè)計(jì)采用閉環(huán)控制方式，包含力矩反饋環(huán)和速度反饋環(huán)閉環(huán)控制能夠較好地減小誤差，有利于提高機(jī)器性能。
2.4 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求及傳動(dòng)類型的選擇
2.4.1 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的要求
電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置進(jìn)給傳動(dòng)裝置的精度、靈敏度和穩(wěn)定性，將直接影響工件的加工精度。為此，電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足:
1、低慣量；
2、低摩擦阻力；
3、高剛度；
4、高諧震；
5、消除傳動(dòng)間隙。
2.4.2 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)類型的選擇
電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的基本傳動(dòng)方式常用的有兩種：滾珠絲杠螺母副和靜壓絲杠螺母副。
1、滾珠絲杠螺母副
在電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置上將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的傳動(dòng)裝置一般采用滾珠絲杠螺母副。其特點(diǎn)是：傳動(dòng)效率高，一般為η=0.92～0.98；傳動(dòng)靈敏，摩擦力小，不易產(chǎn)生爬行；使用壽命長(zhǎng)；具有可逆性，不僅可以將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，亦可將直線運(yùn)動(dòng)變成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；軸向運(yùn)動(dòng)精度高，施加預(yù)緊力后，可消除軸向間隙，反向時(shí)無(wú)空行程；是目前中、小型電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的常見的傳動(dòng)方式。
2、靜壓絲杠螺母副
其特點(diǎn)是：摩擦系數(shù)?。粌H為0.0005；平穩(wěn)性高；反向間隙小。但是，靜壓絲杠螺母副應(yīng)有一套供油系統(tǒng)，而且對(duì)有的清潔度要求高，如果在運(yùn)動(dòng)中供油忽然中斷，將造成不良后果。
由以上兩種形式進(jìn)行比較，根據(jù)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，X軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)和Y軸進(jìn)給系統(tǒng)系統(tǒng)都應(yīng)該采用滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)方式。
2.5 電機(jī)與絲杠聯(lián)接方式的選擇
滾珠絲杠與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接的型式主要有三種：
1、與聯(lián)軸器直接聯(lián)接
這是一種最簡(jiǎn)單的連接型式。這種結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)點(diǎn)是：具有最大的扭轉(zhuǎn)剛度；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)本身無(wú)間隙；傳動(dòng)精度高；而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝、調(diào)整方便；適用于像中小型號(hào)的電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置。聯(lián)軸器采用彈性柱銷聯(lián)軸器，它能補(bǔ)償因同軸度及垂直度誤差引起的“干涉”現(xiàn)象.采用這種彈性柱銷聯(lián)軸器把電動(dòng)機(jī)與絲杠直接聯(lián)接，不僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)，減少噪聲，而且可以消除傳動(dòng)間隙，能減少中間環(huán)節(jié)帶來(lái)的傳動(dòng)誤差,提高傳動(dòng)剛度。
2、通過齒輪聯(lián)接
這種調(diào)整方法的優(yōu)點(diǎn)是可以在齒輪的齒厚和周節(jié)變化的情況下,保持齒輪的無(wú)間隙嚙合。但是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，軸向尺寸大、傳動(dòng)剛度低、傳動(dòng)平穩(wěn)性較差，一般用于精度要求低的機(jī)器中。
3、通過同步齒形帶聯(lián)接
同步齒輪帶傳動(dòng)具有帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)的共同優(yōu)點(diǎn),與齒輪傳動(dòng)相比它結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單,制造成本更低,安裝調(diào)整更方便，并且傳動(dòng)不打滑，不需要大的張緊力。 但是在同步齒形傳動(dòng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)材料的要求很高。
在滿足機(jī)器要求的前提下，通過對(duì)比，本設(shè)計(jì)采用通過電動(dòng)機(jī)與滾珠絲杠直接與聯(lián)軸器聯(lián)接，這是一種簡(jiǎn)單的聯(lián)接形式，具有大的扭轉(zhuǎn)剛度，制造成本低，傳動(dòng)精度高，而且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)整方便。
2.6 支撐形式方案的選擇
滾珠絲杠螺母副是一種將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的理想傳動(dòng)件，因其具有螺紋絲杠無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各行業(yè)，更是普通電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置、精密機(jī)器不可或缺的零部件，兼具高效率、高精度、可逆性等特點(diǎn)。
滾珠絲杠的支撐形式有四種：
如圖2.1所示：
（a）此種形式適用于中小載荷，低速，短絲杠垂直安裝；
（b）此種形式適用于中等轉(zhuǎn)速，高速度，高精度；
（c）此種形式適用于中等載荷，中等轉(zhuǎn)速；
（d）此種形式適用于承載能力大，高速，高剛度，高精度的機(jī)器。
（a）一端固定、一端自由 （b）兩端游動(dòng)
（c）一端固定、一端游動(dòng) （d）兩端固定
圖2.1 滾珠絲杠的支撐形式
從剛度計(jì)算可以看出，絲杠的支撐方式對(duì)絲杠的剛度影響很大。采用兩端固定的支承方式壓桿穩(wěn)定性和臨界轉(zhuǎn)速高，絲杠的軸向剛度為一端固定的4倍，絲杠可以預(yù)拉伸，預(yù)拉伸后可減小絲杠自重下垂和補(bǔ)償熱膨脹以及絲杠高速回轉(zhuǎn)時(shí)自由端的晃動(dòng)。因此本設(shè)計(jì)采用兩端固定的支撐方式。
采用兩端固定的支撐方式適用于對(duì)剛度和位移精度要求高的場(chǎng)合，符合本設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求。
對(duì)于伺服電機(jī)，由于系統(tǒng)要求精度高，壓縮/拉伸和總行程調(diào)節(jié)兩軸應(yīng)該分別采用獨(dú)立電機(jī)驅(qū)動(dòng)，不宜采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因此選用交流伺服電機(jī)。
3 X軸進(jìn)給系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 已知技術(shù)參數(shù)
最大行程800mm；
快速進(jìn)給速度：6m/min；
額定載重：500KG
工作臺(tái)和Y軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)估計(jì)質(zhì)量：200kg；
材料選為45。
3.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇
1、滾珠絲杠導(dǎo)程的確定
在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為，則絲杠導(dǎo)程為：
(3.1)
，取
2、確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速
(3.2)
由公式(3.2),最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：
最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：
絲杠等效轉(zhuǎn)速：（取 ）
(3.3)
，——轉(zhuǎn)速，作用下的時(shí)間(s)。
3、估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重
由已知參數(shù)可知
總質(zhì)量：
4、確定絲杠的等效負(fù)載
工作負(fù)載是指機(jī)器工作時(shí)，實(shí)際作用在滾珠絲杠上的軸向壓力。選定導(dǎo)軌為滑動(dòng)導(dǎo)軌，取摩擦系數(shù)為0.03。
(3.4)
5、確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷
(3.5)
fw——負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)；（查表：當(dāng)一般運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，fw 為1.21.5，取fw=1.5。）
ft——溫度系數(shù)；
fh——硬度系數(shù)；（查表：滾道實(shí)際硬度≥HRC58時(shí)，fh=1。）
fa——精度系數(shù)；（查表：當(dāng)精度等級(jí)為3時(shí)，fa=1.0。）
fk——可靠性系數(shù)；(查表：可靠性為90%時(shí)，fk =1.00。)
Fm——等效負(fù)荷(N)；
nm——等效轉(zhuǎn)速(r/min)；
Tn——工作壽命(h)。（查表得：電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置：Th=15000。）
由公式(3.5)
6、由絲杠軸向壓力選取絲杠底徑
（3.6）
式中，
—X軸滾珠絲杠底徑，mm；
—絲杠支承距離， mm；
—壓彎臨界載荷，N；
—與絲桿支承方式有關(guān)的臨界載荷系數(shù)，見表3.1
表3.1 系數(shù)和
支承方式
雙推-雙推
21.9
20.3
雙推-支承
15.1
10.2
單推-單推
9.7
5.1
雙推-自由
3.4
1.3
計(jì)算為保證強(qiáng)度和精度，估取進(jìn)行計(jì)算。將各項(xiàng)數(shù)值代入式（3.6），得：。
7、最大轉(zhuǎn)速限制
滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下式的要求：
（3.7）
式中， —絲杠底徑，mm；
—絲杠最大轉(zhuǎn)速，r/min；
—常取=50000~70000.
已知絲杠最大轉(zhuǎn)速為，取=70000計(jì)算，得：。
8、選擇絲杠直徑
由上述計(jì)算結(jié)果，可以得知選取的滾珠絲杠須滿足如下的式子的限制：
9、選擇滾珠絲杠型號(hào)
由文獻(xiàn)[7,8]可知，查表選定為山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型絲杠，型號(hào)： BSBR2506。絲杠公稱直徑為φ25mm，基本導(dǎo)程。
3.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇
計(jì)算動(dòng)態(tài)等效載荷：
表3.2 徑向載荷系數(shù)（）和軸向載荷系數(shù) （）
組合列數(shù)
2列
3列
4列
組合形式代號(hào)
DF
DT
DFD
DTD
DFT
DFF
DFT
DTT
承受軸向載荷的列數(shù)
1列
2列
1列
2列
3列
1列
2列
3列
4列
1.9
—
1.43
2.33
—
1.17
2.33
2.53
—
0.54
—
0.77
0.35
—
0.89
0.35
0.26
—
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
0.92
—
—
—
—
—
—
—
—
—
動(dòng)態(tài)等效載荷：
（3.8）
式中，—徑向載荷, N；
—軸向載荷, N；
—徑向載荷系數(shù)；
—軸向載荷系數(shù)。
計(jì)算動(dòng)載荷：
（3.9）
代入數(shù)值，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可得底徑為21.9mm的滾珠絲杠的右端軸承內(nèi)徑應(yīng)略小于絲杠外徑，取，型號(hào)規(guī)格為20TAC47A。滿足設(shè)計(jì)要求。
在本設(shè)計(jì)中采用固定——固定安裝的雙螺母墊片預(yù)緊的成對(duì)滾珠絲杠專用軸承組合。
滾珠絲杠支承用專用軸承的特點(diǎn)：
1、剛性大。采用特殊設(shè)計(jì)的尼龍成形保持架，增加了鋼球數(shù)，且接觸角為60°軸向剛性大。
2、不需要預(yù)調(diào)整。對(duì)每種組合形式，生產(chǎn)廠家已作好了能得到最佳預(yù)緊力的間隙，故用戶在裝配時(shí)不需要再調(diào)整，只要按廠家作出的裝置序列符號(hào)排列后，裝緊即可。
3、起動(dòng)力矩小。與圓錐滾子軸承、圓柱滾子軸承相比，起動(dòng)力矩小。
為了易于吸收滾珠螺母與軸承之間的不同軸度，推薦采用正面組合形式。
3.4 滾珠絲杠的校核
滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度影響系統(tǒng)的定位精度和軸向拉壓振動(dòng)固有頻率，其扭轉(zhuǎn)剛度影響扭轉(zhuǎn)固有頻率。承受軸向負(fù)荷的滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度Ke由絲杠本身的拉壓剛度Ks，絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度Kc，軸承的接觸剛度KB，螺母座的剛度KH，按不同支承組合方式的計(jì)算而定。扭轉(zhuǎn)剛度按絲杠的參數(shù)計(jì)算。
3.4.1 臨界壓縮負(fù)荷
絲杠的支承方式對(duì)絲杠的剛度影響很大，采用兩端固定的支承方式并對(duì)絲杠進(jìn)行預(yù)拉伸，可以最大限度地發(fā)揮絲杠的潛能。
臨界壓縮負(fù)荷按下式計(jì)算：
(3.10)
式中 E——材料的彈性模量E鋼=2.1×1011(N/m2)；
L0——最大受壓長(zhǎng)度(m)；
K1——安全系數(shù)，取K1=1/3；
Fmax——最大軸向工作負(fù)荷(N)；
f1——絲杠支承方式系數(shù)；(支承方式為雙固——雙固時(shí)，f1=4，f2=4.730)
I——絲杠最小截面慣性矩(m4)：
(3.11)
式中 d0——絲杠公稱直徑(mm)；
dw——滾珠直徑(mm)。
絲杠螺紋部分長(zhǎng)度，取
經(jīng)過設(shè)計(jì)論證絲杠全長(zhǎng)為
由公式(3.6)
可見遠(yuǎn)大于，臨界壓縮負(fù)荷滿足要求。
3.4.2 臨界轉(zhuǎn)速
(3.12)
式中 A——絲杠最小橫截面：
——臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度：
取 ，
——安全系數(shù)，一般取 ；
——材料的密度：；
——絲杠支承方式系數(shù)，查表得，
滿足要求。
3.4.3 滾珠絲杠拉壓振動(dòng)與扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率
滾珠絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度Ke的計(jì)算公式：
兩端固定：
（3.13）
式中 Ke ——滾珠絲杠副的拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)；
KH——螺母座的剛度(N/μm)；
Kc——絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度(N/μm)；
KS——絲杠本身的拉壓剛度(N/μm)；
KB——軸承的接觸剛度(N/μm)。
（1）絲杠副內(nèi)滾道的接觸剛度可查滾珠絲杠副型號(hào)樣本；
（2）軸承的接觸剛度可查軸承型號(hào)樣本；
（3）螺母座的剛度可近似估算為1000；
（4）絲杠本身的拉壓剛度。
對(duì)絲杠支承組合方式為兩端固定的方式：
(3.14)
式中 A——絲杠最小橫截面，；
E——材料的彈性模量，E=2.11011(N/m2)；
l——兩支承間距(m)；
a——螺母至軸向固定處的距離(m)。
已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度，螺母座剛度。
絲杠系統(tǒng)軸向拉壓振動(dòng)的固有頻率：
(3.15)
式中 m——絲杠末端的運(yùn)動(dòng)部件與工件的質(zhì)量和(N/μm)；
Ke——絲杠系統(tǒng)的軸向拉壓系統(tǒng)剛度(N/μm)。
顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，能滿足要求。
3.4.4 滾珠絲杠扭轉(zhuǎn)剛度
滾珠絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度按下式計(jì)算：
(3.16)
式中 ——絲杠平均直徑：
L——絲杠長(zhǎng)度
扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率:
(3.17)
式中 JW——運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量換算到絲杠軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)；
JZ——絲杠上傳動(dòng)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)；
JS——絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(kg·m2)。
由文獻(xiàn)[7，8]得：
平移物體的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：
顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的固有頻率遠(yuǎn)大于1500r/min，可以滿足設(shè)計(jì)要求。
3.4.5 滾珠絲杠傳動(dòng)精度計(jì)算
滾珠絲杠的拉壓剛度 ：
(3.18)
導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)到兩極位置時(shí)，有最大和最小拉壓剛度，其中，L值分別為9mm和100mm。
最大與最小傳動(dòng)剛度：
最大和最小機(jī)械傳動(dòng)剛度：
由于機(jī)械傳動(dòng)裝置引起的定位誤差為
(3.19)
對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，其任意300mm導(dǎo)程公差為 ，機(jī)器定位精度，所以，，可以滿足由于傳動(dòng)剛度變化所引起的定位誤差小于（1/31/5）機(jī)器定位精度的要求。再加上閉環(huán)反饋系統(tǒng)的補(bǔ)償，定位精度能進(jìn)一步提高[10]。
3.5 滾珠絲杠進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)變形計(jì)算
本精密電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)采用閉環(huán)控制，系統(tǒng)的精度取決于組成進(jìn)給系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的精度，由下列幾部分誤差組成：滾珠絲杠副制造的誤差和由于載荷與溫度變化的作用產(chǎn)生的絲杠、螺母、軸承、聯(lián)軸器及伺服系統(tǒng)的誤差 。滾珠絲杠副制造誤差由所選絲杠副的精度決定，可按任意300mm行程內(nèi)行程變動(dòng)量而定。
3.5.1 滾珠絲杠精度計(jì)算
1、滾珠絲杠的軸向變形量計(jì)算
絲杠的拉伸或壓縮變形量
在軸向載荷作用下，絲杠在軸線方向上被拉伸或壓縮，變形量的大小與支承方式和螺母工作位置有關(guān)。由于絲杠采用兩端固定的形式，根據(jù)材料力學(xué)求解超靜定計(jì)算式，求得變形量：
（3.20）
式中，F(xiàn)—軸向工作載荷，N；
E—彈性模量，對(duì)于鋼，E=20.6×N/；
A—絲杠截面積（按底徑定），；
L—絲杠在支承間的受力長(zhǎng)度，；
a,b—螺母至兩支承端的距離，
當(dāng)螺母運(yùn)動(dòng)到兩支承端中點(diǎn)時(shí)，變形最大，其最大變形量：
（3.21）
絲杠底徑為21.9，F(xiàn)=210N，根據(jù)前面計(jì)算結(jié)果，取L=1200，，代入數(shù)值，得，
絲杠扭轉(zhuǎn)變形所產(chǎn)生的軸向變形量
絲杠工作過程中受到扭矩作用，扭轉(zhuǎn)變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化。一個(gè)導(dǎo)程的變化量：
（3.22）
式中，—絲杠導(dǎo)程，mm；
—扭矩作用下絲杠每一導(dǎo)程長(zhǎng)度兩截面上的相對(duì)扭轉(zhuǎn)角，rad。
則絲杠受扭矩作用在支承長(zhǎng)度L上產(chǎn)生的軸向變形量：
（3.23）
根據(jù)材料力學(xué)公式，計(jì)算扭轉(zhuǎn)角：
（3.24）
式中，—絲杠的驅(qū)動(dòng)扭矩，；
—剪切彈性模量，對(duì)鋼，G=8.24×N/；
—絲杠截面慣性矩，。
根據(jù)進(jìn)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選擇計(jì)算，已算出M=2700 Nmm，因此，得：
由于絲杠較短，絲杠自重彎曲所引起的軸向變形量可以忽略不計(jì)。
故可以求得在載荷作用下，絲杠的軸向變形量：
2、滾珠與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量
螺母體變形量包括螺母和螺母座的變形量、螺母的固定螺栓所產(chǎn)生的軸向變形量與滾道面彈性接觸變形引起的軸向變形量，由于螺母和螺母座的剛性好，可以不考慮其變形。因采用預(yù)緊螺母，對(duì)固定螺栓的變形也可以略去不計(jì)。對(duì)螺母體的變形只需考慮滾珠與滾道面彈性接觸變形量。
取=1.04，故有：
（3.25）
式中：R—滾道半徑，mm；
、—分別為滾珠半徑、直徑，mm；
—接觸角，=；
—工作的滾珠數(shù)，；
—軸向預(yù)緊力，N；
—滾珠絲杠副公稱直徑，mm。
將各參數(shù)帶入上式，得：mm=0.462。
3、支承滾珠絲杠的軸承的軸向變形量
軸承剛度為1080，估算其最大軸向變形：
滾珠絲杠選用3級(jí)精度，可查得其其任意300mm導(dǎo)程公差為 ,機(jī)器定位精度，所以，，綜上所述，可得本機(jī)器X軸（橫向）進(jìn)給系統(tǒng)定位誤差為：
滿足定位精度要求。
3.6 伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算
選擇的進(jìn)給系統(tǒng)的伺服電機(jī)，應(yīng)滿足如下要求：
1、在所有進(jìn)給速度范圍內(nèi)（包括快速移動(dòng)），空載進(jìn)給力矩應(yīng)小于電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
2、最大切削力矩小于電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩；
3、加、減速時(shí)間應(yīng)符合所希望的時(shí)間常數(shù)；
4、快速進(jìn)給頻繁度應(yīng)在希望值之內(nèi)。
為選取滿足上述要求的電動(dòng)機(jī)，需要進(jìn)行負(fù)載扭矩計(jì)算，功率計(jì)算，加減速扭矩計(jì)算，并進(jìn)行慣量匹配驗(yàn)算。
根據(jù)文獻(xiàn)[11]，扭矩的計(jì)算為：
1、理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
查表知3級(jí)滾珠絲杠 ， 而
(3.26)
2、最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩
對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，，
(3.27)
3、驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩
(3.28)
4、支承軸承所需啟動(dòng)扭矩
查軸承表：
對(duì)于的軸承，其，
對(duì)于的軸承，其，
則 。
5驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副所需扭矩
6、電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩
7、快進(jìn)至最大速度時(shí)所需功率：
（3.29）
式中，—快進(jìn)最大需求功率，kw；
—快進(jìn)速度，m/s，
—慣性力，N。
由電動(dòng)機(jī)的功率要滿足下式的關(guān)系：
（3.30）
式中，—進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，綜合考慮絲杠預(yù)緊、導(dǎo)軌、聯(lián)軸器效率的影響，取0.85；
—電機(jī)超載時(shí)的容許系數(shù)，一般取1.25。
綜上計(jì)算，選擇的電機(jī)應(yīng)滿足轉(zhuǎn)矩和功率兩方面要求，滿足轉(zhuǎn)矩：，功率：。
通過翻閱資料和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，預(yù)選用三菱的電機(jī)，具體選擇電機(jī)型號(hào)為三菱的HF-KN73BJ-S100交流伺服電機(jī)，電機(jī)的具體參數(shù)為：
額定電壓 電機(jī)軸直徑
額定轉(zhuǎn)速 計(jì)算功率
同時(shí)此電機(jī)購(gòu)進(jìn)時(shí)，已安裝脈沖編碼器和制動(dòng)器。
3.6.1 進(jìn)給伺服電機(jī)的校核
電機(jī)慣量的驗(yàn)算
各部分折算到絲桿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下所求：
1、工作臺(tái)折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
2、絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
其中求解為：
3、螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算為：
負(fù)載及機(jī)械傳動(dòng)裝置總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
4、而三菱電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
5、全部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
根據(jù)慣性匹配原則，
滿足
綜上計(jì)算，選擇的電機(jī)符合設(shè)計(jì)要求。
3.7 聯(lián)軸器的選擇
滾珠絲杠與電動(dòng)機(jī)的聯(lián)接的型式為與聯(lián)軸器直接聯(lián)接，依據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選取可用于高、低溫，高、中速，大轉(zhuǎn)矩和有油和水的場(chǎng)合的聯(lián)軸器。在此，根據(jù)電機(jī)軸直徑、長(zhǎng)度和絲杠鏈接尺寸來(lái)選定型號(hào)，選擇聯(lián)軸器為：HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器符合條件。
HL1型彈性柱銷聯(lián)軸器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，更換尼龍柱銷方便，不需移動(dòng)兩個(gè)半聯(lián)軸器；尼龍柱銷有較好的耐磨性和自潤(rùn)滑性，維護(hù)簡(jiǎn)易。
4 Y軸進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
4.1 已知技術(shù)參數(shù)
最大行程（Z軸）1000mm；
縱向快速進(jìn)給速度：3 m/min；
最大承受總量和工作臺(tái)總量估算：550kg
4.2 滾珠絲杠的計(jì)算及選擇
1、滾珠絲杠導(dǎo)程的確定
在本設(shè)計(jì)中，電機(jī)和絲杠直接相連，傳動(dòng)比為，設(shè)電機(jī)的最高工作轉(zhuǎn)速為，則由公式(3.1)可得絲杠導(dǎo)程為：
2、確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速
由公式(3.2) ，最大進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：
最小進(jìn)給速度時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)速：
由公式(3.3) ，絲杠等效轉(zhuǎn)速為：
3、估計(jì)工作臺(tái)質(zhì)量及工作臺(tái)承重
總質(zhì)量：
4、確定絲杠的等效負(fù)載
取滑動(dòng)導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.03，則絲杠所受的力如上
可以計(jì)算其受力：
5、確定絲杠所受的最大動(dòng)載荷
由公式(3.5)得：
6、根據(jù)滾珠絲杠軸向壓力選取絲杠底徑，由下式計(jì)算：
（4.1）
式中， —Z軸滾珠絲杠底徑，mm；
—壓彎臨界載荷，N；
—絲杠支承距離；
—與絲桿支承方式有關(guān)的臨界載荷系數(shù)
計(jì)算為保證強(qiáng)度和精度，估取進(jìn)行計(jì)算。
7、最大轉(zhuǎn)速限制
滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足下式的要求：
（4.2）
式中， —絲杠底徑，mm；
—絲杠最大轉(zhuǎn)速，r/min；
—常取=50000~70000.
已知絲杠最大轉(zhuǎn)速為，取=70000計(jì)算。
8、選擇絲杠直徑
由上述計(jì)算結(jié)果，可以得知選取的滾珠絲杠螺母副須滿足下述限制：
查表選定絲杠為山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的外循環(huán)插管式墊片預(yù)緊導(dǎo)珠管埋入型絲杠，型號(hào)：BSBR2502 。絲杠公稱直徑為φ25mm，基本導(dǎo)程，其額定動(dòng)載荷，額定靜載荷，圈數(shù)列數(shù)=2.52，絲杠螺母副的接觸剛度為，絲杠底徑24.5mm，螺母長(zhǎng)度為125mm。
4.3 滾珠絲杠支承軸承的選擇
1、計(jì)算動(dòng)態(tài)等效載荷：
（4.3）
式中，—徑向載荷；
—軸向載荷；
—徑向載荷系數(shù)；
—軸向載荷系數(shù)。
2、計(jì)算動(dòng)載荷：
（4.4）
代入數(shù)值，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，可得底徑為20.1mm的滾珠絲杠的右端軸承內(nèi)徑應(yīng)略小于絲杠外徑，取，型號(hào)規(guī)格為20TAC47A。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠必須有一端軸承內(nèi)徑小于螺紋底徑。選左端軸承內(nèi)徑，型號(hào)規(guī)格為17TAC47A。
在本設(shè)計(jì)中采用雙螺母墊片預(yù)緊的角接觸球軸承。
4.4 進(jìn)給伺服電機(jī)的選擇與計(jì)算
扭矩的計(jì)算
1、理論動(dòng)態(tài)預(yù)緊轉(zhuǎn)矩
查表知3級(jí)滾珠絲杠 ， 而
由公式(3.26)
2、最大動(dòng)態(tài)摩擦力矩
對(duì)于3級(jí)滾珠絲杠，，由式(3.28)
3、驅(qū)動(dòng)最大負(fù)載所耗轉(zhuǎn)矩
由公式(3.28)
4、支承軸承所需啟動(dòng)扭矩
因滾珠絲杠安裝方式為：固定——固定的角接觸球軸承。
右端軸承內(nèi)徑應(yīng)略小于絲杠外徑，取，型號(hào)規(guī)格為20TAC47A。內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠必須有一端軸承內(nèi)徑小于螺紋底徑。選左端軸承內(nèi)徑，型號(hào)規(guī)格為17TAC38A。
查軸承表：
對(duì)于的軸承，其，
對(duì)于的軸承，其，
則 。
5、驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠副所需扭矩
6、電機(jī)的額定扭矩
7、快進(jìn)至最大速度時(shí)所需功率：
（4.5）
式中，—快進(jìn)最大需求功率，kW；
—快進(jìn)速度，m/s，
—慣性力，N。
由電動(dòng)機(jī)的功率要滿足下式的關(guān)系：
（4.6）
式中，—進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)機(jī)械效率，綜合考慮絲杠預(yù)緊、導(dǎo)軌、聯(lián)軸器效率的影響，取0.85；
—電機(jī)超載時(shí)的容許系數(shù)，一般取1.25。
綜上計(jì)算，選擇的電機(jī)應(yīng)滿足轉(zhuǎn)矩和功率兩方面要求，滿足轉(zhuǎn)矩，功率。
通過翻閱資料，預(yù)選用三菱的電機(jī)，具體選擇電機(jī)型號(hào)為三菱的HF-KN73BJ-S100交流伺服電機(jī)，電機(jī)的具體參數(shù)為：
額定電壓 電機(jī)軸直徑
額定轉(zhuǎn)速 計(jì)算功率
同時(shí)此電機(jī)購(gòu)進(jìn)時(shí)，已安裝脈沖編碼器和制動(dòng)器
4.4.1 伺服電機(jī)的校核
1、電機(jī)慣量的驗(yàn)算
各部分折算到絲桿軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下所求：
工作臺(tái)折算到絲桿上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
2、絲桿的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
其中求解為：
3、螺母的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量估算為：
負(fù)載及機(jī)械傳動(dòng)裝置總的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
而三菱電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：，滿足要求。
4、全部的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為：
根據(jù)慣性匹配原則，
滿足
綜上，選擇的電機(jī)符合設(shè)計(jì)要求。
結(jié) 論
本次設(shè)計(jì)的是電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)，完成了系統(tǒng)中的尺寸計(jì)算及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并對(duì)其進(jìn)行一系列的校核，各項(xiàng)性能指標(biāo)完全滿足要求，說明設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)是合理的。然后選擇絲杠和電機(jī)等。由于專業(yè)知識(shí)的限制，無(wú)法對(duì)復(fù)雜的控制系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。
電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置是促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的巨大源動(dòng)力，它給機(jī)械制造業(yè)帶來(lái)了高倍率的效益增長(zhǎng)和現(xiàn)代化的生產(chǎn)方式。隨著數(shù)控技術(shù)的發(fā)展，高品質(zhì)，高可靠性，高性價(jià)比的CNC系統(tǒng)具有豐富的功能，為數(shù)控技術(shù)的發(fā)展提供了充足的物質(zhì)技術(shù)條件。同時(shí)，也給電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。因此，研究一臺(tái)電梯補(bǔ)償鏈盤整裝置對(duì)現(xiàn)代加工業(yè)具有重要的意義。
致 謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)可以圓滿的完成，離不開導(dǎo)師XXX的悉心指導(dǎo)。從課題的提出和論證到論文完成，X導(dǎo)師淵博的學(xué)識(shí)、先進(jìn)的學(xué)術(shù)思想、對(duì)待研究的嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度和無(wú)私的奉獻(xiàn)精神都是學(xué)生的楷模，使我受益匪淺，在論文完成之際，謹(jǐn)向尊敬的X導(dǎo)師致以崇高的敬意和由衷的感謝。
經(jīng)過這段時(shí)間的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我感覺到掌握扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)會(huì)使用必要工具的重要性，深刻體會(huì)到網(wǎng)絡(luò)資源的巨大作用，在遇到難以解決的問題時(shí)，可以在網(wǎng)絡(luò)中尋找所需的資料，到相關(guān)的論壇上去求得幫助；學(xué)會(huì)靈活運(yùn)用電腦網(wǎng)絡(luò)這個(gè)現(xiàn)代工具是我們必備的素質(zhì)。同時(shí)畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的英語(yǔ)水平也提出了較高的要求，通過閱讀英文資料、翻譯英文材料切實(shí)提高了我使用英語(yǔ)的水平，使我在今后的學(xué)習(xí)中不至落后現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展的潮流。
在進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 ，我的感激之情無(wú)以言表，僅以此文獻(xiàn)給他們，感謝我的朋友們，大家這四年來(lái)無(wú)論深處何地，距離多遠(yuǎn)，我始終感受的到與你們大家在一起；感謝我的老師，四年來(lái)對(duì)我的關(guān)心幫助讓我在學(xué)校的生活和學(xué)習(xí)中都能有親人般的感覺；感謝我的同學(xué)們，大家雖然來(lái)自不同的地方，但是大家始終相親相愛，團(tuán)結(jié)一致。我很慶幸能有了你們大家陪我一路走過艱難的歷程。回首大學(xué)四年，往事歷歷在目，心緒難以平復(fù)，如此多的關(guān)心和幫助讓我感到莫大的幸運(yùn)，感覺充滿力量，無(wú)論是身邊的同學(xué)老師還是遠(yuǎn)方的親人朋友們，他們的支持是我可以努力和堅(jiān)持的最大動(dòng)力，有了他們才真正讓我感受到這個(gè)世界是無(wú)與倫比的美麗，這些都將支持我走向新的崗位，為社會(huì)為他人貢獻(xiàn)我的綿薄之力。
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