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【兆恒機(jī)械】數(shù)控機(jī)床齒輪齒條傳動的設(shè)計

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  • 添加日期:2020年10月21日

齒輪齒條傳動分為單電動機(jī)機(jī)械消隙式齒輪齒條傳動和雙電動機(jī)電氣消隙式齒輪齒條傳動兩種類型,前者采用單電動機(jī)驅(qū)動帶機(jī)械消隙的齒輪箱結(jié)構(gòu),,傳動間隙通過機(jī)械結(jié)構(gòu)調(diào)整,傳動精度保持性差,,已經(jīng)逐步被淘汰,;目前主流齒輪齒條傳動方式為雙電動機(jī)電氣消隙式齒輪齒條傳動。其工作原理如下:在同一根齒條上采用雙齒輪驅(qū)動,,在機(jī)床正常進(jìn)給過程中(見圖1),,主從電動機(jī)一起出力,主從齒輪旋轉(zhuǎn)方向一致,,均順時針旋轉(zhuǎn),可以輸出1.5~2倍的單電動機(jī)轉(zhuǎn)矩,,在機(jī)床進(jìn)給換向時(見圖2),,通過對主從驅(qū)動的電動機(jī)施加方向相反的轉(zhuǎn)矩使兩個輸出齒輪與齒條兩反面嚙合,并處于保持張力的狀態(tài),,通過這一功能,,可消除齒輪齒條傳動間隙,從而提高機(jī)床定位精度并使其能夠永久保持,,不會因為機(jī)械部件磨損而影響機(jī)床定位精度,。因此雙電動機(jī)電氣消隙式齒輪齒條傳動在行程比較大的場合(行程超過6 500mm)應(yīng)用非常廣泛。

但是,,對于齒輪齒條傳動的理論計算沒有完整的,、系統(tǒng)性的文獻(xiàn)可供參考,筆者根據(jù)多年的工作經(jīng)驗從齒輪齒條選型,、減速器減速比的選取,、伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配和伺服電動機(jī)的慣量匹配幾個方面做了詳盡的介紹,希望可以為讀者提供有益的參考和幫助,。為了便于把問題說得更加直觀,、明了,,以一款機(jī)床的X軸驅(qū)動為例來介紹雙電動機(jī)電氣消隙式齒輪齒條傳動結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程。這是1臺普通的數(shù)控金屬切削機(jī)床,,其X軸傳動采用斜齒輪齒條雙電動機(jī)電氣消隙傳動結(jié)構(gòu),,該X軸驅(qū)動的參數(shù)如下:拖板及拖板上承載的質(zhì)量為2 800kg,加減速時間為0.25s,,加速度為3.2m/s2,,快進(jìn)速度為48m/min,行程為7 500mm,,機(jī)床切削時X向的切削抗力為5 000N,。

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圖1 機(jī)床正常進(jìn)給時雙電動機(jī)消隙結(jié)構(gòu)

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圖2 機(jī)床正常進(jìn)給換向時雙電動機(jī)消隙結(jié)構(gòu)

1.齒輪、齒條的選取

齒輪齒條選取的思路如下:先計算出被驅(qū)動部件需要的總的最大推力,,然后計算出折算到齒條單齒要承受的推力,,根據(jù)齒輪齒條樣本上的參數(shù)初選齒條模數(shù),再結(jié)合傳動部件的尺寸來初選齒輪齒數(shù),,然后根據(jù)樣本資料計算齒條單齒的容許驅(qū)動力,,并對兩者數(shù)值進(jìn)行比較,從而判斷初選的齒條模數(shù)以及齒輪齒數(shù)是否滿足需求,。

該機(jī)床X軸移動部件需要的總推力F=(mgμ+ma)/1 000=(2 800×10×0.005+2 800×3.2)/1 000=9.1kN,。式中,m為移動部件的質(zhì)量,,單位為kg,;a為移動部件的加速度,單位為m/s2,;μ為摩擦系數(shù),;F為移動部件需要的總推力,單位為kN,。由于采用雙電動機(jī)雙齒輪驅(qū)動,,齒條單齒要承受的推力Fu=F/1.5=9.1/1.5=6.07kN。

按照經(jīng)驗分析,,流動人口進(jìn)入城市不可避免的會對當(dāng)?shù)貏趧恿κ袌霎a(chǎn)生一定影響,,導(dǎo)致就業(yè)競爭加劇,尤其是這些外來人口常常有著更具優(yōu)勢的勞動力價格,。當(dāng)然,,這種影響對處于不同社會階層的城市居民而言是因人而異的。

基于不同維度的分析,,每種實行模式呈現(xiàn)出的配置也不同:以說服和勸導(dǎo)為主的動員模式,,以法治為保障的強(qiáng)制模式,以利益和效益為主的交換模式。 因此計劃政策的實行模式不能單靠動員模式,; 也不能簡單地運(yùn)用交換模式,,讓“無形之手”接管; 更不能簡單地運(yùn)用強(qiáng)制模式,。 如果將動員模式作為強(qiáng)制模式和交換模式的有效補(bǔ)充形式,,那么計劃生育政策實行的明顯優(yōu)勢表現(xiàn)在兩個方面:①拓寬計劃生育政策的實行空間; ②可以消解計劃生育政策與市場經(jīng)濟(jì)體制的沖突,。

根據(jù)經(jīng)驗初選亞特蘭大29.30.150斜齒條,,齒條模數(shù)為3,右旋6級精度,,材質(zhì)為16MnCr5,,齒面進(jìn)行淬火并磨削處理。

1.1.3 比賽時間與輔導(dǎo)訓(xùn)練 學(xué)?!艾F(xiàn)代杯”的舉辦時間定在每年6月上旬,,參加對象是在校二年級口腔技術(shù)專業(yè)學(xué)生。為提高賽事整體水平,,我們指定專門的指導(dǎo)教師進(jìn)行輔導(dǎo),,介紹比賽規(guī)則和評分標(biāo)準(zhǔn)。賽前面向全體學(xué)生開放實訓(xùn)室,、延長集中訓(xùn)練時間,、有針對性地進(jìn)行指導(dǎo)、組織學(xué)習(xí)小組進(jìn)行技術(shù)交流,,在校內(nèi)展示學(xué)生作品,,提高學(xué)生參賽水平。

根據(jù)齒條選取斜齒輪:材質(zhì)為16MnCr5,,模數(shù)為3,,齒輪模數(shù)選定后,根據(jù)變速箱體結(jié)構(gòu)尺寸選取合適的齒輪齒數(shù),,這里選取齒數(shù)為35,、齒寬為31的左旋斜齒輪,,斜角為19°31′42″,,壓力角為20°,熱處理為滲碳淬火,。

監(jiān)管部門要加大普惠金融發(fā)展的監(jiān)管力度,,加強(qiáng)商業(yè)銀行創(chuàng)新貧困地區(qū)信貸產(chǎn)品支持力度,從根本上解決貧困地區(qū)“融資難,、融資貴”問題,。

根據(jù)亞特蘭大齒條樣本參數(shù),與35個齒齒輪嚙合時該齒條理論最大驅(qū)動力Fmax為31kN。

該齒條單齒的容許驅(qū)動力Fu容許=Fmax/(KA·SB·fn·Lk)=31/(1.5×1.2×1.05×1.5)=10.93kN,。式中,,F(xiàn)u容許為齒條單齒的容許驅(qū)動力,單位為kN,;Fmax為齒條理論最大驅(qū)動力,,單位為kN;KA為負(fù)載系數(shù),,取值1.5,;SB為安全系數(shù),取值1.2,;fn為壽命系數(shù),,取值1.05;Lk為線性負(fù)載分布系數(shù),,取值1.5,。

由上述計算可以看出Fu<Fu容許,所以選取的齒輪齒條模數(shù)和齒輪齒數(shù)滿足設(shè)計要求,。

沙莉不緊不慢地說:“買得起批量PC機(jī)和服務(wù)器的大客戶,,誰在乎一塊手表?倒是對于小客戶來說,,這樣的贈品比較有誘惑力,。再說,開發(fā)一個新的大客戶所投入的精力是穩(wěn)定普通老客戶的三倍,,我們怎么可以喜新厭舊,?”

2.齒輪齒條傳動伺服電動機(jī)及減速器的選取

(1)減速器減速比的選取計算。根據(jù)快進(jìn)速度來初定減速比i,,(Nmax/i)×(πD/1 000)=v,,式中,Nmax為伺服電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速,,單位為r/min,;i為行星減速器減速比;D為與齒條嚙合的輸出齒輪的分度圓直徑,,單位為mm,;v為機(jī)床進(jìn)給軸的快進(jìn)速度,單位為m/s,。

根據(jù)前面選出的輸出斜齒輪的模數(shù)m=3,、齒數(shù)z=35及斜角ɑ=19°31′42″(即19.5283°)這幾個參數(shù)可以求出斜齒輪的分度圓直徑D。

D=m z/c o sɑ=3×3 5/cos19.5283°=111.4mm,。

根據(jù)以往經(jīng)驗伺服電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速初選Nmax=3 000r/min,,則(3 000/i)×(πD/1 000)=48,得i=3πD/48=3×3.14×111.4/48=21.86。根據(jù)行星齒輪減速器樣本取整取20,。

分析公式(Nmax/i)×[πmz/(1 000×cosɑ)]=v,、i=(Nmaxπmz)/(1 000cosɑ·v)可以看出機(jī)床的快進(jìn)速度已經(jīng)選定、進(jìn)給電動機(jī)最高轉(zhuǎn)速也已經(jīng)初選好時,,減速器的減速比i與輸出齒輪的模數(shù)m和齒數(shù)z成正比,,可以通過調(diào)整輸出齒輪的模數(shù)m或齒數(shù)z來改變減速器的減速比i,在齒條選定后齒輪的模數(shù)m就已確定,,因此通常通過調(diào)整輸出齒輪齒數(shù)z來改變減速器的減速比i,。

(2)齒輪齒條傳動進(jìn)給伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配問題。根據(jù)機(jī)床工作狀態(tài)把進(jìn)給電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配問題分成兩種情況來討論:即機(jī)床快進(jìn)時的伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)矩匹配問題和機(jī)床切削進(jìn)給時的伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)矩匹配問題,。

齒輪齒條傳動快進(jìn)時進(jìn)給電動機(jī)轉(zhuǎn)矩匹配,。機(jī)床快進(jìn)時,此時機(jī)床是空運(yùn)行狀態(tài),,只考慮機(jī)床加速度,,不需要考慮機(jī)床加工抗力。選取的伺服電動機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩要與被驅(qū)動部件快進(jìn)時所需要提供的轉(zhuǎn)矩相匹配才能滿足設(shè)計要求,??紤]問題的思路如下:先根據(jù)負(fù)載計算出與齒條嚙合的輸出齒輪輸出的加速力矩,再求出輸出齒輪自身消耗的加速力矩,,將兩者的和考慮傳動系統(tǒng)的減速比后折算成電動機(jī)端的合力矩,,再加上電動機(jī)克服自身轉(zhuǎn)動慣量消耗的力矩,得到折算到電動機(jī)端的總的加速力矩,,然后與選用的電動機(jī)的峰值轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較,,從而判斷齒輪齒條傳動快進(jìn)時進(jìn)給電動機(jī)轉(zhuǎn)矩是否匹配。

加速度a=3.2m/s2,,則移動部件的加速推力Fa=ma=2 800×3.2=8 960N,,移動部件的摩擦力f=mgμ=2 800×10×0.005=140N,移動部件的的總推力F=Fa+f=8 960+140=9 100N,,快進(jìn)速度v=48m/min=48/60=0.8m/s,,輸出斜齒輪的最高轉(zhuǎn)速n=v/(3.14×D)=0.80/(3.14×111.4×0.001)=2.29r/s,輸出斜齒輪的最大角速度ω=n·2π=2.29×2×3.14=14.38rad/s,。

東北四省區(qū)節(jié)水增糧行動項目區(qū)水資源管理工作,,應(yīng)按最嚴(yán)格水資源管理制度要求,實現(xiàn)水資源的全過程管理,。以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo),,貫徹落實新時期治水思路,,在項目水資源論證階段和項目運(yùn)行期,,嚴(yán)格執(zhí)行用水總量、用水效率、水功能區(qū)限制納污控制管理,,加強(qiáng)監(jiān)督考核,,實施“三條紅線”管理,建立并落實“四項制度”,,促進(jìn)水資源優(yōu)化配置,,提高用水效率,促進(jìn)人與水,、人與自然的和諧,,為經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展提供有力的水資源保障。

根據(jù)已知條件,,軸減速時間t=0.25s,,輸出斜齒輪的角加速度ɑ=ω/t=14.38/0.25=57.52rad/s2,輸出斜齒輪的自身轉(zhuǎn)動慣量J齒輪=(D4×B×π×ρ)/ 32=(111.4×0.001)4×31×0.001×3.14×7 700/32=0.003 6kg·m2,,式中,,B為與齒條嚙合的輸出齒輪的齒寬,單位為m,;D為與齒條嚙合的輸出齒輪的分度圓直徑,,單位為m;ρ為材料密度,,鋼的材料密度為7 700kg/m3,。這里齒輪材料為鋼,輸出斜齒輪自身損耗的加速力矩T=J齒輪ɑ=0.003 6×57.52=0.21N·m,。齒輪受到的合力矩T=FR/η+T=9 100×55.7×0.001/0.92+0.21=551N·m,,式中,F(xiàn)為快進(jìn)時移動部件的的總推力,,單位為N,;η為傳動效率,取0.92,。采用雙齒輪齒條驅(qū)動每個減速器要輸出力矩T=T/1.5=367N·m,。負(fù)載折算到電動機(jī)端加速力矩T負(fù)=T/[(i×η1)×1.5]=551/[(20×0.85)×1.5]=21.6N·m,式中,,T負(fù)為負(fù)載折算到電動機(jī)端加速力矩,,單位為N·m;η1為減速器的傳動效率,,取0.85,;i為行星減速器減速比,取20,。

電動機(jī)的最大角速度ω=n·2π=n×i×2π=2.29×20×2× 3.14=288rad/s,,電動機(jī)的角加速度ɑ=ω/t=288/0.25=1 152rad/s2,。這里根據(jù)移動部件的質(zhì)量和快進(jìn)速度初選?is22/3000伺服電動機(jī),該電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量J=0.005 27kg·m2,。電動機(jī)克服自身慣量的加速力矩T=Jɑ=0.005 3×1 152=6.1N·m,。折算到電動機(jī)端總的加速力矩T=T負(fù)+T=21.6+6.1=27.7N·m。根據(jù)計算需要選用峰值轉(zhuǎn)矩大于27.7N·m的力矩電動機(jī),。選用的減速器最大輸出力矩要大于367N·m,,選用PH722F0200ME,最大輸出力矩700N·m>367N·m,,滿足要求,。初選?is22/3000伺服電動機(jī),其峰值轉(zhuǎn)矩為45N·m>27.7N·m,,伺服電動機(jī)滿足設(shè)計要求,。

每種除草劑都具有特定的選擇性和殺草譜,單一除草劑不能完全防除作物全生育期內(nèi)的所有雜草,,并且農(nóng)田雜草的生物群落多種多樣,,而長期使用單一的除草劑又會引起雜草群落的演替,還可導(dǎo)致雜草抗藥性的產(chǎn)生,。除草劑的混用及混配可以擴(kuò)大殺草范圍,、提高防效、延長適宜施藥期,、減少藥害的產(chǎn)生,、降低農(nóng)藥殘留并延緩雜草抗藥性的發(fā)生與發(fā)展,是提高除草劑應(yīng)用水平的一項重要措施[14-16],。

分析公式T=T負(fù)+T=(FR/η+T)/[(i×η1)×1.5]+Jɑ,。

通過上述計算過程可知,輸出斜齒輪自身損耗的加速力矩T數(shù)值很小,,可以忽略不計,,電動機(jī)克服自身慣量的加速力矩T和折算到電動機(jī)端加速力矩T負(fù)相比也相差一個數(shù)量級,可以忽略不計,。故公式可以簡化為T=T負(fù)=(FR/η)/[(i×η1)×1.5]=(FR)/(i×η1×η×1.5),。簡化后可以看出,如果選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與需要提供的轉(zhuǎn)矩不相匹配的話,,有3種調(diào)整方法:①電動機(jī)重選,,選取轉(zhuǎn)矩大一號的電動機(jī),這種方法最簡單,,但不經(jīng)濟(jì),、不低碳,一般不建議采用,。②減小F,,也就是在保證傳動剛性前提下減少移動部分質(zhì)量,,這對于后續(xù)的的伺服電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量的匹配也是很有利的,這是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法,。增大減速比i,這樣會對機(jī)床快進(jìn)速度產(chǎn)生影響,,需要返回去按照(Nmax×/i)×(πD/1 000)=V重新校核一下快進(jìn)速度,,確保快進(jìn)速度也滿足要求,,通常減速比i和齒輪齒數(shù)需要一起調(diào)整才能滿足設(shè)計要求,,這也是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法。

齒輪齒條傳動切削時進(jìn)給電動機(jī)轉(zhuǎn)矩匹配,。機(jī)床切削加工時,,一般為勻速進(jìn)給,切削抗力為主要的力,,是問題的主要矛盾,,進(jìn)給軸加速度在此工況下可以不予考慮。選取的伺服電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩要與機(jī)床切削加工時被驅(qū)動部件所需要提供的轉(zhuǎn)矩相匹配才能滿足設(shè)計要求,??紤]問題的思路如下:先根據(jù)最大切削抗力計算出與齒條嚙合的輸出齒輪輸出的切削力矩,考慮傳動系統(tǒng)的減速比后折算成電動機(jī)端的合力矩,,然后與選用的電動機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩進(jìn)行比較,,從而判斷齒輪齒條傳動切削時進(jìn)給電動機(jī)轉(zhuǎn)矩是否匹配。

最大切削抗力F加工=5 000N,,摩擦力f=mgμ=2 800×10×0.005=140N,,合力F=Fa+f=5 000+140=5 140N,合力矩T=F R/η=5 140×55.7×0.001/0.92=311N·m,。采用雙齒輪齒條驅(qū)動每個減速器要輸出力矩為T=T/1.5=311/1.5 N·m=207N·m,。負(fù)載折算到電動機(jī)端加速力矩T負(fù)=T/[(i×η1)×1.5]=311/[(20×0.85)×1.5]=12.2N·m。選用?is22/3000伺服電動機(jī),,電動機(jī)額定轉(zhuǎn)矩20N·m>12.2N·m,,伺服電動機(jī)滿足設(shè)計要求。

選用的減速器最大輸出力矩要大于2 0 7 N·m,,選用PH722F0200MEL,,最大輸出力矩700N·m,滿足要求,。

分析公式T負(fù)=T/[(i×η1)×1.5]=(FR/η)/[(i×η1)×1.5]=(F R)/(i×η1×η×1.5),。根據(jù)公式可知,如果選擇電動機(jī)轉(zhuǎn)矩與需要提供的轉(zhuǎn)矩不相匹配的話,,有兩種調(diào)整方法:①電動機(jī)重選,,選取轉(zhuǎn)矩大一號的電動機(jī),,這種方法最簡單,但不經(jīng)濟(jì),、不低碳,,一般不建議采用。②增大減速比i,,這樣會對機(jī)床快進(jìn)速度產(chǎn)生影響,,需要返回去按照(Nmax/i)×(πD/1 000)=v重新校核一下快進(jìn)速度,確??爝M(jìn)速度也滿足要求,,通常減速比i和齒輪齒數(shù)需要一起調(diào)整,這也是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法,。

齒輪齒條傳動進(jìn)給伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量匹配,。伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量要與折算到電動機(jī)軸側(cè)的負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量相匹配。轉(zhuǎn)動慣量匹配與否是進(jìn)給系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)性能好壞的重要指標(biāo),,必須予以重視,。考慮問題的思路如下:先根據(jù)公式計算出負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量,,求出輸出齒輪自身轉(zhuǎn)動慣量,,將兩者的和考慮傳動系統(tǒng)的減速比后折算成電動機(jī)端的總負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量,再加上行星減速器自身的轉(zhuǎn)動慣量,,得到折算到電動機(jī)端的總的轉(zhuǎn)動慣量,,然后與選用的電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量進(jìn)行比較,從而判斷齒輪齒條傳動進(jìn)給電動機(jī)轉(zhuǎn)動慣量是否匹配,。

數(shù)控機(jī)床進(jìn)給軸的轉(zhuǎn)動慣量的匹配原則有3個層次:①J≥J負(fù),,這時進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能最好。②J<J負(fù)≤3J,,這時進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能較好,。③3J<J負(fù),這時進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能最差,,不推薦使用,。

農(nóng)業(yè)機(jī)械化是農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向。國家應(yīng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)培訓(xùn)給予高度重視,,加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)人才的培訓(xùn)和教育,,還要有效組織農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)培訓(xùn)工作。根據(jù)農(nóng)村地區(qū)發(fā)展的實際情況,,采取多樣化,、創(chuàng)新性的培訓(xùn)措施,使農(nóng)民在理解的基礎(chǔ)上加以掌握,,切實提高農(nóng)民的機(jī)械操作能力,。加強(qiáng)宣傳教育,,激發(fā)廣大農(nóng)民群眾參與培訓(xùn)的熱情。在實踐中發(fā)展農(nóng)業(yè)科技,,推動我國農(nóng)業(yè)向著機(jī)械化,、現(xiàn)代化的方向發(fā)展。

陳超超在分析 PPP 內(nèi)涵的基礎(chǔ)上, 從國內(nèi)政策環(huán)境,、經(jīng)濟(jì)環(huán)境和技術(shù)環(huán)境三個方面全面分析了PPP 模式在高校后勤基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中運(yùn)用的可行性,。呂靜從市場和財務(wù)方面深入分析民間參與校園公寓BOT 項目融資的可行性。吳維郵,,李清立,,游佳莉構(gòu)建了基于決策樹分析法的普通高等學(xué)?;椖块_發(fā)模式,。王龍梅分析高校基建投融資和普通項目投融資存在的差異,,以及幾種常用投融資模式的區(qū)別和適用性,,分析BOT 模式在高校基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目中的實施方案及可能存在的風(fēng)險,。

第1層次是轉(zhuǎn)動慣量匹配做得最好的,,此時進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能最好,對于高速高效型數(shù)控機(jī)床特別是模具加工類機(jī)床一定要滿足這一層次的要求,;第2層次轉(zhuǎn)動慣量匹配做的比較好的,,這時進(jìn)給系統(tǒng)動態(tài)性能較好,能夠滿足一般的數(shù)控加工要求,,對于普通的數(shù)控金屬切削機(jī)床能滿足這一層次要求就足夠了,,當(dāng)然設(shè)計時在考慮機(jī)床成本控制前提下可以盡量的向第一層次靠近;第3層次轉(zhuǎn)動慣量匹配做的最差的,,一般在數(shù)控機(jī)床上不推薦使用,。此外還有一個原則在設(shè)計時要遵守,那就是在滿足轉(zhuǎn)動慣量匹配的前提下,,進(jìn)給系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量J要盡量向小的方向控制,。

負(fù)載的慣量J負(fù)=m R2=2 800×(111.4/2×1 000)2=8.69kg·m2,式中,,J負(fù)為負(fù)載折算到輸出齒輪端的轉(zhuǎn)動慣量,,單位為kg·m2;R為輸出齒輪半徑,,單位為mm,。輸出斜齒輪的自身轉(zhuǎn)動慣量J齒輪=(D4×B×π×α)/32=(111.4×0.001)4×31×0.001×3.14×7 700/32=0.003 6kg·m2,折算到減速機(jī)輸入端的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為J負(fù)載=(J負(fù)+J齒輪)/i2=8.690 57/202=0.021 7kg·m2,,式中,,J負(fù)載為折算到減速機(jī)輸入端的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量,,單位為kg·m2;J負(fù)為負(fù)載折算到輸出齒輪端的轉(zhuǎn)動慣量,,單位為kg·m2,;J齒輪為輸出斜齒輪的自身轉(zhuǎn)動慣量,單位為kg·m2,;i為減速器減速比,。

折算到電動機(jī)輸出端的慣量J=J負(fù)載+J=0.021 7+0.000 9=0.022 6kg·m2,式中J為減速機(jī)自身的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量,,單位為kg·m2,。選用兩個?is22/3000伺服電動機(jī),該電動機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量為J=0.005 3kg·m2,。兩個電動機(jī)雙驅(qū)的轉(zhuǎn)動慣量為J雙電=1.5J=1.5×0.005 3=0.007 95kg·m2,。J/J雙電=0.022 6/0.007 95=2.84。滿足動態(tài)性能較好慣量匹配原則3J雙電≥J負(fù),。由于這是一臺普通金屬切削機(jī)床,,慣量匹配只要能夠滿足匹配原則的第2層次即可。因此慣量匹配滿足設(shè)計要求,。

分析公式J=(J負(fù)+J齒輪)/i2+J=[mR2+(D 4×B×π×α)/32]/i2+J,,可以看出,有以下幾種方法來調(diào)整:①在保證傳動剛性前提下減少移動部分質(zhì)量m,,這是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法,。②減小輸出齒輪半徑R,會對機(jī)床快進(jìn)速度產(chǎn)生影響,,需要返回去重新校核一下快進(jìn)速度,、轉(zhuǎn)矩匹配,確??爝M(jìn)速度和轉(zhuǎn)矩也滿足要求,,也是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法。③增大減速比i,,由于減速比是平方項,,增大后效果顯著,而且增大減速比對前述的轉(zhuǎn)矩匹配也是非常有利的,,這也是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法,。增大減速比i,會對機(jī)床快進(jìn)速度產(chǎn)生影響,,需要返回去按照(Nmax/i)×(πD/1 000)=v重新校核一下快進(jìn)速度,,確保快進(jìn)速度也滿足要求,通常減速比i和齒輪齒數(shù)需要一起調(diào)整,,這也是我們實際工作過程中經(jīng)常采用的方法,。④減小輸出齒輪的齒寬B,實際效果不明顯,,不建議采用,。⑤電動機(jī)重選,選取轉(zhuǎn)動慣量大一號的電動機(jī),,這種方法最簡單,,但與進(jìn)給系統(tǒng)總的轉(zhuǎn)動慣量J要盡量向小的方向控制的原則矛盾,故一般不采用這種方法,,只有其他辦法均不奏效的情況才會采用,。⑥減小減速器的自身的轉(zhuǎn)動慣量J理論上是有效的,但是和折算到減速機(jī)輸入端的負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量為J負(fù)減比較,,可以發(fā)現(xiàn)減速器的自身的轉(zhuǎn)動慣量J數(shù)值要小很多,,要差幾個數(shù)量級,基本可以忽略不計,,因此這種方法基本無效,,故不采用,。

3.結(jié)語

以上用實例的形式從齒輪齒條的選取,、減速比的選取、伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)矩匹配和伺服電動機(jī)的慣量匹配4個方面系統(tǒng)地介紹了齒輪齒條傳動的計算過程,、計算方法并給出了預(yù)選不匹配時相應(yīng)的調(diào)整方法和調(diào)整技巧,。希望可以為讀者提供有益參考和幫助。