盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的設(shè)計(jì)[7]。1.3課題研究?jī)?nèi)容本次課題通過(guò)研究國(guó)內(nèi)外盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的發(fā)展歷程，通過(guò)分析總結(jié)，設(shè)計(jì)一款全自動(dòng)盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)。研究?jī)?nèi)容主要包括澆水施肥機(jī)構(gòu)、小車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及水箱等，完成自動(dòng)化對(duì)于盆栽植物的澆水、施肥的作業(yè)。為解決當(dāng)前對(duì)于盆栽植物忘澆水施肥及市場(chǎng)現(xiàn)存盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)功能達(dá)不到使用要求等問(wèn)題，可以適用于廣大家庭，方便省時(shí)省力省心，也不怕因?yàn)橐恍┈嵤陆o盆栽澆水，可以緩解人工補(bǔ)水施肥的勞動(dòng)強(qiáng)度，幫助人們解放雙手。因此，我們要對(duì)盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的研究?jī)?nèi)容及擬解決的進(jìn)行分析。(1)首先搜集各方面的資料，在圖書(shū)館和網(wǎng)上查詢各類(lèi)資料，初步了解盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的用途以及它的應(yīng)用場(chǎng)合。(2)研究盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)國(guó)內(nèi)外發(fā)展的歷史及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r，以及將來(lái)可能的發(fā)展趨勢(shì)，然后總結(jié)我們需要設(shè)計(jì)的盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足當(dāng)代社會(huì)需求，著重從高自動(dòng)化程度、易操作、高效的方面入手。(3)進(jìn)行盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的整體方案設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行各結(jié)構(gòu)部件設(shè)計(jì)，將所學(xué)的機(jī)械設(shè)計(jì)的相關(guān)原理應(yīng)用到設(shè)計(jì)中，論證是否符合實(shí)際要求。(4）運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際條件進(jìn)行不斷的修正。(5）根據(jù)實(shí)際落葉收集時(shí)作業(yè)工況，進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)電機(jī)、絲杠、同步帶等進(jìn)行選型校核，保證設(shè)計(jì)的零部件滿足使用要求。1.4課題研究方法(1)收集、閱讀、分析和運(yùn)用各種資料，手冊(cè)等科技文獻(xiàn)。(2)調(diào)查及實(shí)測(cè)法。水肥一體化設(shè)備多用于農(nóng)田大場(chǎng)地，了解其工作原理并要能應(yīng)用到盆栽小場(chǎng)地，了解我們所要設(shè)計(jì)的盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)需要滿足的作業(yè)場(chǎng)地及需要滿足功能等基本參數(shù)。(3)理論聯(lián)系實(shí)際開(kāi)展整機(jī)方案設(shè)計(jì)。依據(jù)盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)相關(guān)工藝要求，設(shè)計(jì)整機(jī)結(jié)構(gòu)，確定了盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的關(guān)鍵部件：補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架等。(4)三維仿真設(shè)計(jì)。通過(guò)方案制定后，對(duì)關(guān)鍵部進(jìn)行三維仿真設(shè)計(jì)，將方案通過(guò)三維立體的形式進(jìn)行形象體現(xiàn)。(5)二維CAD圖紙繪制零部件加工生產(chǎn)圖。通過(guò)一系列的研究方法，既有理論與實(shí)際的相結(jié)合，又有詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程及三維二維的設(shè)計(jì)論證，最終完成盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的設(shè)計(jì)。1.5本章小結(jié)首先分析了盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)研究的重要性及意義，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的研究學(xué)習(xí)，了解其工作原理和基本機(jī)構(gòu)組成，在對(duì)其分類(lèi)對(duì)比完成后，最終確定研究的類(lèi)型及制定本次課題的研究?jī)?nèi)容。通過(guò)在對(duì)本裝置的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過(guò)程中，能夠巧妙地利用大學(xué)這幾年來(lái)學(xué)到的基礎(chǔ)理論知識(shí)，完成對(duì)其的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且可以將理論與實(shí)踐相結(jié)合，不斷的鞏固理論知識(shí)，完成對(duì)大學(xué)這幾年的理論知識(shí)的梳理與復(fù)習(xí)，并且應(yīng)用三維和二維的繪圖軟件，進(jìn)行建模，使我們對(duì)軟件的應(yīng)用更加熟練，為以后工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。2.總體方案及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)整體方案設(shè)計(jì)：圖2-1盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)方案簡(jiǎn)圖如圖2-1所示，盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)結(jié)構(gòu)組成有:1.補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)、2.縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、3.滾輪、4.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、5.鋰電池、6.機(jī)架、7.水箱等構(gòu)成。盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)落葉的收集作業(yè)，集自動(dòng)施肥、澆水于一體，包括澆水施肥機(jī)構(gòu)、小車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及水箱等組成。補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)1為盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)噴水提供高壓水，由高壓泵將水箱7內(nèi)的水及廢料經(jīng)過(guò)噴水管道由噴頭噴出，給盆栽植物提供水及廢料，補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)整體由高壓泵、供給管道、噴頭構(gòu)成?？v向移動(dòng)機(jī)構(gòu)2的作用帶動(dòng)噴水管道上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度的盆栽植物進(jìn)行噴水作業(yè)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)滾珠絲杠的傳動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)噴水管道的上下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)4的作用為滾輪3的轉(zhuǎn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)同步帶傳動(dòng)的作用實(shí)現(xiàn)滾輪的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)架6作為，盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)整機(jī)的承載架，其上承載了盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的所用機(jī)構(gòu)，因此，對(duì)機(jī)架的設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定性高，機(jī)架底部采用鋼管焊接而成，鋼管上部焊接各機(jī)構(gòu)固定板，固定板采用厚鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。2.2各部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)組成圖2-2驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)如圖2-2所示，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:1.驅(qū)動(dòng)電機(jī)、2.電機(jī)固定板、3.主動(dòng)帶輪、4.同步帶、5.從動(dòng)帶輪、6.滾輪軸、7.軸承、8.軸承固定座、9.滾輪支架、10.滾輪等構(gòu)成。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用為滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)1提供驅(qū)動(dòng)力，電機(jī)傳動(dòng)經(jīng)過(guò)減速機(jī)的減速增矩的作用，將電機(jī)動(dòng)力輸出，主動(dòng)帶輪3直接固定在電機(jī)上，電機(jī)固定在電機(jī)固定板2上，電機(jī)固定板由鋼板一體焊接而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)帶輪旋轉(zhuǎn)，主動(dòng)帶輪與同步帶4連接在一起，同步帶的另一端連接從動(dòng)帶輪5，從動(dòng)帶輪與滾輪軸6連接在一起，從而實(shí)現(xiàn)將電機(jī)動(dòng)力輸出至滾輪軸，滾輪軸上固定軸承7，軸承不僅起到支撐的作用，還能保證滾輪軸的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，軸承固定在軸承座8中，滾輪軸的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)整機(jī)的運(yùn)行。軸承座通過(guò)滾輪支架9與機(jī)架連接在一起，滾輪支架由鋼板一體加工成型，通過(guò)螺栓連接的形式與機(jī)架固定在一起。2、縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成:圖2-3縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)組成如圖2-3所示，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有:1.模組電機(jī)、2.電機(jī)固定板、3.聯(lián)軸器、4.滾珠絲杠、5.軸承、6.軸承固定座、7.直線導(dǎo)軌、8.滑塊、9.噴頭固定底座、10.模組固定板、11.縱向機(jī)構(gòu)固定板等組成。模組電機(jī)1為縱向運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)提供驅(qū)動(dòng)力，電機(jī)固定在電機(jī)固定板2上，電機(jī)固定板由鋼板一體加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。聯(lián)軸器3直接與電機(jī)固定在一起，聯(lián)軸器的另一端固定滾珠絲杠4，電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)滾珠絲杠做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直線導(dǎo)軌7對(duì)滾珠絲杠滑塊的運(yùn)動(dòng)起到導(dǎo)向及支撐作用，滾珠絲杠滑塊8通過(guò)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)做往復(fù)的直線運(yùn)動(dòng)，滾珠絲杠兩端固定軸承5，軸承不僅對(duì)滾珠絲杠起到支撐的作用，同時(shí)保證滾珠絲杠的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。模組固定板10作用固定整個(gè)縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)，固定板由鋁板一體加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。噴頭通過(guò)固定底座9整體固定在縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)上，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)的上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)噴頭的上下移動(dòng)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)通過(guò)縱向機(jī)構(gòu)固定板11固定在機(jī)架上，固定板采用厚鋼板一體加工成型結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。3、噴水機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì):圖2-4落葉破碎機(jī)構(gòu)如圖2-4所示，噴水機(jī)構(gòu)主要有:1.噴頭、2.噴頭固定架、3.噴水管、4.高壓泵。高壓泵為噴水機(jī)構(gòu)提供高壓水及肥料，高壓泵的水的來(lái)源為小車(chē)上的水箱，通過(guò)水箱提供供給水至高壓泵，通過(guò)高壓泵的加壓作用，實(shí)現(xiàn)高壓水及肥料由噴水管3噴出，噴水管與噴頭1連接在一起，通過(guò)噴頭的作用將高壓水及肥料噴灑到盆栽植物，實(shí)現(xiàn)對(duì)盆栽植物對(duì)水及肥料的供給。噴頭固定在噴頭支架2上，噴頭支架由鋼板一體加工而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。2.3整體結(jié)構(gòu)組成圖2-5整機(jī)結(jié)構(gòu)組成如圖2-5所示，盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)結(jié)構(gòu)組成有:1.水箱、2.鋰電池、3.補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)、4.滾輪、5.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、6.縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)、7.機(jī)架等構(gòu)成。盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)可自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)落葉的收集作業(yè)，集自動(dòng)施肥、澆水于一體，包括澆水施肥機(jī)構(gòu)、小車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、機(jī)架及水箱等組成。補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)3為盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)噴水提供高壓水，由高壓泵將水箱1內(nèi)的水及廢料經(jīng)過(guò)噴水管道由噴頭噴出，給盆栽植物提供水及廢料，補(bǔ)水施肥機(jī)構(gòu)整體由高壓泵、供給管道、噴頭構(gòu)成?？v向移動(dòng)機(jī)構(gòu)6的作用帶動(dòng)噴水管道上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同高度的盆栽植物進(jìn)行噴水作業(yè)，縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)滾珠絲杠的傳動(dòng)作用，實(shí)現(xiàn)噴水管道的上下移動(dòng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)5的作用為滾輪4的轉(zhuǎn)動(dòng)提供驅(qū)動(dòng)力，驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)電機(jī)提供驅(qū)動(dòng)力，通過(guò)同步帶傳動(dòng)的作用實(shí)現(xiàn)滾輪的旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)整機(jī)的運(yùn)動(dòng)。機(jī)架7作為，盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)整機(jī)的承載架，其上承載了盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)的所用機(jī)構(gòu)，因此，對(duì)機(jī)架的設(shè)計(jì)要求穩(wěn)定性高，機(jī)架底部采用鋼管焊接而成，鋼管上部焊接各機(jī)構(gòu)固定板，固定板采用厚鋼板焊接而成，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。由于盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)活動(dòng)范圍較大，不能單獨(dú)對(duì)其連接電源線，我們選用鋰電池2為盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)提供電源。3.驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1電機(jī)的分類(lèi)及選型計(jì)算3.1.1電機(jī)的分類(lèi)：步進(jìn)電機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：控制簡(jiǎn)單，低速扭矩大（同比而言），成本低等等；缺點(diǎn)：控制精度相對(duì)差一些，開(kāi)環(huán)控制，輸入一個(gè)脈沖步進(jìn)電機(jī)就會(huì)轉(zhuǎn)過(guò)一固定的角度，但是不對(duì)速度進(jìn)行測(cè)定。隨轉(zhuǎn)速的加快轉(zhuǎn)矩變小。伺服電機(jī)是閉環(huán)控制（通過(guò)編碼器反饋等完成），即會(huì)實(shí)時(shí)測(cè)定電機(jī)的速度，控制精度高，可以將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速以驅(qū)動(dòng)控制對(duì)象。小車(chē)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的工況對(duì)電機(jī)的要求控制精度要求不高，單是需要根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況進(jìn)行速度調(diào)節(jié)，普通的三相異步電動(dòng)機(jī)很難保證傳動(dòng)的精度要求，因此，我們選用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)。3.1.2步進(jìn)電機(jī)的選型計(jì)算：盆栽智能補(bǔ)水施肥小車(chē)在作業(yè)過(guò)程中滾輪與地面產(chǎn)生摩擦力矩通過(guò)如下公式求取，具體是由公式計(jì)算： 工作狀態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)化至轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)矩 ——摩擦系數(shù)，取0.8;——各機(jī)構(gòu)對(duì)滾輪產(chǎn)生的正壓力，零部件重量約30KG，??；——小車(chē)滿載水及肥料對(duì)滾輪產(chǎn)生的正壓力，約50KG，取——重力加速度，10g/m2；——同步帶的傳遞效率，此次設(shè)計(jì)方案中取；——傳動(dòng)比，此次設(shè)計(jì)方案中取。1.電機(jī)空載狀態(tài)下所承受的轉(zhuǎn)矩，即為：空載狀態(tài)下電機(jī)快速啟動(dòng)過(guò)程中轉(zhuǎn)化至轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)矩，摩擦轉(zhuǎn)矩，由公式計(jì)算：由公式計(jì)算：式中—電機(jī)空載狀態(tài)下轉(zhuǎn)速的最大值；—電機(jī)啟動(dòng)時(shí)長(zhǎng)；由公式計(jì)算：式中—小車(chē)移動(dòng)作業(yè)速度，此次設(shè)計(jì)方案中取1200mm/min；—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的步距角，此次設(shè)計(jì)方案中取0.75°；—脈沖當(dāng)量，此次設(shè)計(jì)方案中取=0.05mm/脈沖。已知：，。由公式計(jì)算：已知摩擦力矩取值是由公式計(jì)算：2.計(jì)算電機(jī)軸在工作狀態(tài)下所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩電機(jī)軸在工作狀態(tài)過(guò)程中轉(zhuǎn)化至轉(zhuǎn)軸的最大轉(zhuǎn)矩，摩擦轉(zhuǎn)矩由公式計(jì)算：取較大值由公式計(jì)算：基于計(jì)算所得的參數(shù)結(jié)果此次設(shè)計(jì)方案選用步進(jìn)電機(jī)具體的型號(hào)是雷賽42HS08，該型電機(jī)的最大轉(zhuǎn)矩75N.M，故符合使用要求。電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=3000r/min,電機(jī)功率:P=0.2KW，選用減速機(jī)速比i=10；

3.2傳動(dòng)方式的選擇3.2.1傳動(dòng)方式概述：目前設(shè)備上一般選用了齒輪運(yùn)動(dòng)、蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、同步傳動(dòng)等等。對(duì)這種機(jī)構(gòu)總體分析以及對(duì)比優(yōu)缺點(diǎn)如下：1）齒輪運(yùn)動(dòng)齒輪運(yùn)動(dòng)是一種較為常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)形式，優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)大的傳動(dòng)比，傳動(dòng)平穩(wěn)齒輪傳動(dòng)缺點(diǎn)：加工較為復(fù)雜，加工制造價(jià)格較貴2）蝸輪蝸桿運(yùn)動(dòng)蝸輪蝸桿減速器的特點(diǎn)：1.蝸輪蝸桿主要應(yīng)用在傳動(dòng)比較大的工作場(chǎng)合，其傳動(dòng)比通常在10-80之間。2.蝸輪蝸桿傳動(dòng)平穩(wěn)可靠，傳動(dòng)具有自鎖功能；3.缺點(diǎn)：傳動(dòng)效率較低4.蝸輪蝸桿另一個(gè)缺點(diǎn)：為降低傳輸時(shí)熱量的產(chǎn)生，選用青銅為材質(zhì)，成本較高。3）鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng)的三要素：主動(dòng)輪、從動(dòng)輪和鏈。鏈傳動(dòng)的特點(diǎn)主要有:1、中心距大，傳遞距離較遠(yuǎn)；2、結(jié)構(gòu)單一不復(fù)雜，易于安裝維修，成本不高；3、可以進(jìn)行高速度傳動(dòng)環(huán)境；4、具有多邊形的效應(yīng)；5、鏈傳動(dòng)需要進(jìn)行漲緊。4）同步傳動(dòng)同步帶通過(guò)齒形嚙合傳遞動(dòng)力，可以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)傳遞。同步帶傳動(dòng)特點(diǎn)：由于同步帶靠齒的嚙合傳遞，所以其傳動(dòng)平穩(wěn)，傳遞精度高、噪音小、成本低、傳遞功率大、距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)。缺點(diǎn)是不容易生產(chǎn)，成本高。由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)時(shí)要求傳動(dòng)平穩(wěn)、傳遞精度高、噪音小穩(wěn)定性要求較高，因此驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)同步帶傳動(dòng)方式。3.2.2同步輪的計(jì)算（1）額定功率的計(jì)算原動(dòng)機(jī)為電動(dòng)機(jī)，功率0.2KW,工作平穩(wěn)，工作機(jī)載荷變化較大，根據(jù)表3-1可選擇工況系數(shù)KA=1.1Pca=KA*=1.1*0.2=0.22KW表3-1工況系數(shù)工作機(jī)原動(dòng)機(jī)載荷性質(zhì)機(jī)器舉例ⅠⅡ一天工作時(shí)間<1010~16>16<1010~16>16載荷變動(dòng)較大破碎機(jī)、球磨機(jī)棒磨機(jī)、起重機(jī)、挖掘機(jī)、輥壓機(jī)1.11.41.51.51.61.8（2）計(jì)算帶輪基準(zhǔn)直徑及驗(yàn)算帶速根據(jù)表3-2可初定小帶輪基準(zhǔn)直徑為d1=36mm，傳動(dòng)比i=1d上文選型中可知電機(jī)轉(zhuǎn)速：n=3000r/min,減速機(jī)減速比i=10；小帶輪輪轉(zhuǎn)速：n=計(jì)算帶速：v=表3-2帶輪基準(zhǔn)直徑系列帶輪基準(zhǔn)直徑dd系列2022.4252831.5364048505664717580859095100106112118125132140150160170180200212224236250265280315355375400425450475500530560630710800900100011201250160020002500（3）選定同步帶帶型和節(jié)距圖3-1同步帶選型圖由上面的計(jì)算結(jié)合圖3-1可得：計(jì)算功率Pca主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速n=300r/min，決定選用S3M型帶，節(jié)距Pb（4）選取主動(dòng)輪齒數(shù)本設(shè)計(jì)選取小帶輪齒數(shù)為z=38。（5）帶輪節(jié)圓直徑由公式計(jì)算：代入數(shù)據(jù)由公式計(jì)算：d（6）初定軸間間距首先初步估計(jì)中心距：取a（7）同步帶帶長(zhǎng)確定由公式計(jì)算：L圓整的同步帶長(zhǎng)度為243mm(8)計(jì)算小帶輪包角：帶輪包角為：α9）計(jì)算作用在軸上力預(yù)緊力由公式計(jì)算：F0壓軸力由公式計(jì)算：Fr其中：Pca：設(shè)計(jì)功率；Kα：小帶輪修正系數(shù)，取1.0；α1：小帶輪包角；v：帶速。計(jì)算可得：F0=82.47N；Fr4.縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算4.1絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算已知：初步取絲杠的速度為0.6m/s，有效行程為230mm，初步選擇絲杠直徑設(shè)計(jì)為8mm，導(dǎo)程選用5mm。（1）通過(guò)轉(zhuǎn)速，計(jì)算滾珠絲杠副的導(dǎo)程：PhPh=與絲杠和電機(jī)最大轉(zhuǎn)速有關(guān)，因此:Vmax—絲杠的直線運(yùn)動(dòng)速度，這里取Vmax=0.6m/s；nmax—根據(jù)國(guó)產(chǎn)電機(jī)的最大轉(zhuǎn)速為n=3000r/min；i—傳動(dòng)比大小，這里取5；因此：Ph==2.4mmPh=2.4mm，前面選擇導(dǎo)程為5mm，因此滿足計(jì)算的需要.（2）計(jì)算當(dāng)量轉(zhuǎn)速：nm=傳動(dòng)比i為5，絲杠最大轉(zhuǎn)速nmax=600r/min最小轉(zhuǎn)速為停止時(shí)的轉(zhuǎn)速，nmin=0因此：nm==300r/min當(dāng)量載荷：絲杠主要克服噴頭組件以及零件的重力以及摩擦力作用，已知絲杠的摩擦系數(shù)為0.1，所承受負(fù)載30kg，計(jì)算最大載荷大小Fmax：;Fmin表示本裝置為空載時(shí)絲杠所承受的傳動(dòng)力，即Fmin=。將數(shù)據(jù)代入公式得Fm=（3）計(jì)算額定動(dòng)載荷：Cam=×（N）通過(guò)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)設(shè)定工況Lh=15000h。通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得出其分別為精度系數(shù)fa=0.9、可靠系數(shù)fc=1、負(fù)荷系數(shù)fw=1。則有：Cam=×≈2369N（4）螺紋最小底徑和精度有關(guān)精度和最大允許軸向變形量δm有關(guān)，其關(guān)系式如下：δm≤（～）×重復(fù)定位精度δm≤（～）×定位精度重復(fù)定位精度為0.005mm，定位精度為0.01mm，最大允許軸向變形量δm=1.25μm根據(jù)計(jì)算出最大允許軸向變形量δm計(jì)算螺紋底徑：d2m≥2×10=0.078通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知E=2.1×105N/mm2≈（1.1～1.2）行程+(10～14)Ph最大行程230mm，可以計(jì)算出：L≈1.2×230+14×5=336mm（5）根據(jù)實(shí)際工況，選用精密滾珠絲杠，型號(hào)為805。該絲杠的各項(xiàng)參數(shù)分別是Ph=5、L=230N、d2=7mm。（6）計(jì)算預(yù)載荷上述受力分析可知Fmax=330N，則Fp=Fmax≈110N（7）計(jì)算絲杠的行程補(bǔ)償值和絲杠的預(yù)拉伸力C=12.96ΔtLu×10-6≈行程+(8～14)Ph=230+12×5=290mm則有：C=12.96×2.2×260×103×10-6≈20μm計(jì)算絲杠的預(yù)拉伸力：Ft==1.95Δtd22=1.95×2.2×72≈841N（8）根據(jù)絲杠型號(hào)選用合適的軸承通過(guò)受力分析計(jì)算得FBmax=Ft+Fmax=841+330=1171N根據(jù)受力方向和數(shù)值采用深溝球軸承，其參數(shù)：d2=7，F(xiàn)BP=FBmax根據(jù)計(jì)算出的數(shù)值和實(shí)際工況得：而FBP=×1171=293N計(jì)算的預(yù)載荷為293N，因此軸承承載的最小載荷為293N，因此采用軸承型號(hào)為628-2Z。（9）計(jì)算絲杠工作長(zhǎng)度給滾珠絲杠的余程Le=10，將此數(shù)值代入工作長(zhǎng)度計(jì)算公式可知：Ls=Lu+2Le=336+2×10=356mm（10）通過(guò)絲杠最低壓剛性計(jì)算絲杠的剛性其計(jì)算如下：Ksmin=1.6×102由之前設(shè)計(jì)計(jì)算得出螺紋底徑d2是7將設(shè)計(jì)計(jì)算的數(shù)值代入：Ksmin=1.65××102=6.7N/μm最大抗壓剛性與絲杠底徑和固定支承距離等參數(shù)有關(guān)，其計(jì)算式如下：Ksmax=1.65×102選用的滾珠絲杠的螺母的尺寸為31mm，行程起點(diǎn)距固定端的距離L0和滾柱螺母的尺寸有關(guān)，因此設(shè)為L(zhǎng)0≈31mm。Ksmax=1.65××102=72N/μm（11）對(duì)絲杠的可靠性進(jìn)行校核通過(guò)上述設(shè)計(jì)計(jì)算可知，本機(jī)構(gòu)預(yù)拉伸力Ft明顯大于絲杠的最高軸向負(fù)荷Fmax，因此符合設(shè)計(jì)要求。（12）對(duì)本機(jī)構(gòu)的最高轉(zhuǎn)速nc進(jìn)行校核nc=×107根據(jù)上述設(shè)計(jì)計(jì)算和查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知支撐相關(guān)的系數(shù)f=9.7，最高轉(zhuǎn)速計(jì)算長(zhǎng)度Lc2=L1-L0=315mm，將這些數(shù)值和已知條件代入最高轉(zhuǎn)速公式，則有nc=9.7××107=6843r/min得出的數(shù)值可知，最高轉(zhuǎn)速要明顯大于最大轉(zhuǎn)速nmax=600，所滿足要求（13）對(duì)Dn值進(jìn)行校核Dn=DPW×nm≤70000根據(jù)上述設(shè)計(jì)計(jì)算和機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可知節(jié)圓直徑DPW的計(jì)算式如下：DPW≈d2+DW滾珠直徑DW=1.5mm而DPW≈14+1.5=15.5則Dn=DPW×nm=15.5×300=4650＜70000通過(guò)對(duì)Dn值計(jì)算和校核可知，滿足要求。（14）對(duì)基本軸向額定靜載荷Coa進(jìn)行驗(yàn)算fsFamax≤Coa取靜態(tài)安全系數(shù)fs區(qū)間范圍1～2、通過(guò)受力分析可知軸向最高負(fù)荷Famax計(jì)算公式如下：fsFamax=1.5×330=495NCoa=883N通過(guò)基本軸向額定靜載荷Coa設(shè)計(jì)計(jì)算可知，滿足要求（15）對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行校核本裝置機(jī)構(gòu)采用GCr15材質(zhì)，因此=390MPa==15001N＞Fmax=330N4.2步進(jìn)電機(jī)的選型選擇電機(jī)時(shí)會(huì)考慮多方面的問(wèn)題，比如載荷大小，功率大小，電機(jī)所處的工作環(huán)境等。電機(jī)功率是電機(jī)的重要參數(shù)，電機(jī)功率大小由電機(jī)所受負(fù)載決定，負(fù)載越大電機(jī)功率越大，反之，負(fù)載越小電機(jī)功率越小，因此，要根據(jù)實(shí)際負(fù)載選擇合適的電機(jī)功率。自動(dòng)化行業(yè)，廣泛使用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力來(lái)源。由于電機(jī)具有一定的體積，實(shí)際安裝時(shí)需要根據(jù)安裝空間選擇合適的類(lèi)型的電機(jī)，本次選用的步進(jìn)電機(jī)的安裝方式為立式電機(jī)。1、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J已知：滾珠絲杠的公稱(chēng)直徑d0=8mm，導(dǎo)程Ph=5mm，材料密度ρ=7.8×10-3kg/cm3，移動(dòng)部件總重力G=算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下：滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JS=πLρRρ—材料密度，單位為Kg3；mj—圓柱體質(zhì)量，單位為Kg；D—圓柱體直徑，單位為cm；D=0.08cm；L—圓柱體長(zhǎng)度，單位為cm；L=2.5cm；因此，滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JS=0.725kg·cm2工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：JWmi—絲杠的工作質(zhì)量，kg；Ph—滾珠絲杠的導(dǎo)程，cm；因此，工作臺(tái)折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JW=0.317kg·cm2初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為42HS03型，為三相式，驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為1.5°，從資料查得該型號(hào)的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量JM=0.14kg·cm2J得:J2、步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩T（1）快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩Teq1（單位為N/TTamax-TfT0-滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，相對(duì)于和很小，可以忽略不計(jì)。則有：Teq1=Tamax快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩Tamax式中Jeq—步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位為kg/m2ε—電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸的角加速度，單位為rad/s2;nm—電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，單位為r/min;取300r/ta—電動(dòng)機(jī)加速所用的時(shí)間，單位為s,一般在0.1-1s之間選取，t計(jì)算得到T移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩T式中；u—導(dǎo)軌的摩擦因數(shù)；u=0.1Fz—垂直方向的工作負(fù)載；η—傳動(dòng)鏈總效率，一般取0.7—0.85；通過(guò)3.1內(nèi)容計(jì)算可確定η=0.83Ph—滾珠絲杠導(dǎo)程，單位為m;取0.005mi—總傳動(dòng)比；i=1G—運(yùn)動(dòng)部件總重力，單位為N；G=60N因此計(jì)算得到的摩擦轉(zhuǎn)矩T求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩：Teq1=T