数控机床的进给传动装置设计(5)

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JLJM?2.10?101.1?10?3?3?1.9?4

2.3.4.1带惯性负载的最大起动频率fL的计算

fL?fm1?JLJM?15001?1.9881HZ (2-9)

2.3.4.2带惯性负载的最大转速

nm???fL?60360??0.7?5?88?160?110转(分/ ) (2-10)

fm—电动机空载起动频率

36?02.3.4.3带惯性负载起动力矩Tm电动机起动矩的情况下，根据频率特性曲线可以查得：

Tm?2.6N?M

2.3.4.4 电机带惯性负载时的起动时间ta

ta?0.1047?JL?JM?nmTm?TLF (2-11)

?3?0.10472.10?10?3?1.1?102.6?0.27

=0.0014s

FANUC ac12步进电动机的最小加、减速度时间为1秒 所以该电机带惯性负载时能够起动。

2.3.5电动机选型验算

(1).空行程快速移动速度的验算

从电动机的运行矩频率特性曲线查得fmax=6000HZ时，电动机转矩0.9N.m >TLF=0.27N.m（空载时的摩擦转矩）

v??fmaxPn6l?0.75?6000?86?1.328?4518mm/min?300mm/min (2-12)

(2).工作行程速度验算

当TL=9.183N.m时，电动机对应频率f=2000Hz

v??fPn6l?0.75?2000?86?1.328?1506mm/min?500mm/min (2-13)

以上计算，选该型号FANUC ac12步进电动机，无论是起动性能，还是空行程快速

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第二章 伺服电动机

进给，还是工作行程进给速度都能满足该机床的设计要求。

2.4本章小结

在本章的设计中，首先是对伺服系统的一个基本了解，其中包括对伺服系统的基本要求和分类。在数控机床中常用的伺服电机有：直流伺服电动机、交流伺服电动机、步进电机和直线电机等，这几类是主要的伺服电动机，对它们的基本原理作一个简要的叙述，比较其特点，并选取步进电机作为本进给传动系统的动力源。然后从机床性能要求，选取符合本设计铣床的步进电动机，其主要过程为：脉冲当量的选择→确定电机的最高转速→等效负载转矩的计算→根据以上三个计算结果，初步确定选择合适的步进电动机→对所选择步进点动机进行验算，看是否满足性能要求。

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第三章 同步齿形皮带轮传动

同步齿形带传动是FXK5045数控机床进给传动系统的重要部件之一。

同步齿形带传动是一种特殊的新型带传动。带的工作面做成齿形，带轮的轮缘表面也做成相应的齿形，带与带轮主要靠啮合进行传动。同步齿形带一般采用细钢丝绳作强力层，外面包覆聚氯脂或氯丁橡胶。强力层中线定为带的节线，带线周长为公称长度。带的基本参数是周节p和模数m 。周节p等于相邻两齿对应点间沿节线量得的尺寸，模数m＝p/π，中国的同步齿形带采用模数制，即：模数?宽度?齿数。

靠摩擦传动的带传动在工作前必须有一定的预拉力F0 紧套在两轮上，使带与轮面之间产生一定的正压力。当主动轮开始转动时，带与轮面之间便产生摩擦力，将动力和运动由主动轮传到从动轮。这时，带的一边拉力增大为 F1，称为紧边；另一边拉力减小为F2，称为松边。紧边与松边拉力的差(F1-F2)称为有效拉力Ft，它等于沿带轮的接触弧上摩擦力的总和，即所能传递的圆周力，表示带传动的承载能力。一般来说，增大预拉力可以增大摩擦力，使紧边和松边的拉力差增大，提高带所能传递的圆周力。但在一定的预拉力条件下，紧边和松边的拉力差有一极限值，超过此值时带就在轮上打滑，传动失效。

图3-1 同步齿形带 Fig.3-1 Synchronous belt

3.1同步齿形带的特点应用和优缺点 3.1.1同步齿形带的特点和应用

与普通带传动相比，同步齿形带传动的特点是：

(1).钢丝绳制成的强力层受载后变形极小，齿形带的周节基本不变,带与带轮间无相对滑动,传动比恒定、准确；

(2).齿形带薄且轻，可用于速度较高的场合，传动时线速度可达40米／秒，传动比可达10，传动效率可达98％；

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第三章 同步齿形皮带轮传动

(3).结构紧凑，耐磨性好；

(4).由于预拉力小，承载能力也较小；

(5).制造和安装精度要求甚高，要求有严格的中心距，故成本较高。

这种带薄而且轻,惯性效应较小，因而可用于高速传动，其圆周速度v可以达到40m/s.由于不是摩擦传动，因此小带轮的包角可以适当减小，传动比也可达10，传动效率也高达98%～99%。同步齿形带传动主要用于要求传动比准确的中、小功率的传动中,如电影放映机、录音机、医疗机械、电子计算机、仪器设备等.这种带传动的主要缺点是齿形带制造复杂,安装要求复杂且成本较高。

3.1.2 同步齿形带传动的优缺点

(1).工作时无滑动，有准确的传动比

同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。 (2).传动效率高，节能效果好

由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达0.98。它与三角带传动相比，有明显的节能效果。 (3).传动比范围大，结构紧凑

同步带传动的传动比一般可达到10左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。 (4).维护保养方便，运转费用低

由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带伸长很小，不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费用比三角带、链、齿轮要低得多。

(5).恶劣环境条件下仍能正常工作

尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点，但它对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。

3.2同步齿形带的主要参数和规格 (1).齿距

齿距p为相邻两齿在节线上的距离。由于强力层在工作时长度不变，所以强力层的

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中心线被规定为齿形带的节线（中性层），并以节线的周长L作为齿形带的公称长度。 (2).模数 m

模数定义为m=p/π,使齿形带尺寸计算的一个主要依据，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。 (3).节距制

同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。 (4).其它参数

齿形带的其它参数和尺寸与渐开线齿条基本相同。齿形带齿形的计算公式与渐开线齿条不同，因为齿形带的节线在强力层上，而不在齿高中部。 齿形带的标注方法是：模数?宽度?齿数，即m?b?z。

3.3同步齿形带传动设计计算 3.3.1失效形式和计算准则

同步带传动主要失效形式有：

(1).承载绳断裂

原因是带型号过小和小带轮直径过小等。 (2).爬齿和跳齿

原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。

(3).带齿的磨损

原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。 (4).其他失效方式

带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。

在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下，保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件下，则应保证带齿的一定耐磨性。

3.3.2同步齿形带传动注意事项

(1).为了减小惯量，同步带轮材料宜采用密度较小的铝合金或塑料制造； (2).同步带轮应直接安装在电动机及丝杠轴上，以避免中间环节给系统带来附加惯量；

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