电动缸选型说明

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1概述

此装置用于完成某设备的高低动作,从而进行此姿态稳定伺服高低机(以下简称高低机)的设计。

2主要技术指标

2.1性能指标

1)推力:不小于5000N;

2)初始安装长度:791±1mm;

3)跨距:520mm;

4)最长长度:≥1369mm(前连接耳处的螺纹可实现调节);

5)速度:8mm/s;

6)额定电压:24VDC、36VDC、48VDC;

2.2环境适应性

1)-40℃-55℃正常工作;

2)淋雨试验:6mm/h;

3)冲击实验:加速度30g;

4)三防要求:湿热、盐雾、霉菌;

5)符合空投和空载运输要求。

2.3组成和功能要求

2.3.1组成

此装置由左右高低机、蜗轮蜗杆箱、行星减速器、直流伺服电机、传动轴、手摇装置等组成。其中高低机主要包含缸筒、滚珠丝杠副、推杆等。其结构布局图如下图所示:

2.3.2功能要求

1) 机械自锁;

2)手摇机构具备两种速度,手摇速比1:1和1:2;

3)手旋螺母微调及锁紧功能。

3总体技术设计

3.1结构组成

本次设计中将高低机分为三大部分,分别是:伺服电机、蜗轮蜗杆箱、缸体等。缸体主要包括滚珠丝杠副、轴承组、推杆、缸筒等。

3.2工作原理

工作原理为:伺服电机旋转,通过减速器、蜗轮蜗杆传动机构带动丝杠副旋转;丝杠螺母径向限位,在丝杠旋转力矩的驱动下,丝杠螺母与电动高低机推杆一起做往复直线运动。

4主要部件的选型计算

4.1滚珠丝杠副

根据技术协议中额定推力不小于5000N ,满载速度不小于8mm/s 的要求对电动缸使用的滚珠丝杠副进行选型计算。

选择某公司生产的某型号滚珠丝杠副,该丝杠副的基本额定动载荷为[Ca]=15400N 、基本额定静载荷为[Coa]= 33100N ,导程P h =6mm 。 1)滚珠丝杠副额定寿命校核

螺母的予紧力为:[]a 0.060.0615400924O F C N =⋅=⨯= 轴向动载荷为:a o a 50009245924F F F N =+=+=动

计算丝杠副理论要求总转数为:466402

210 5.12105

L ⨯=⨯⨯

=⨯理论圈 计算丝杠副实际额定寿命(总转数)为:

3

3

66615400101010.2101.25924a w a C L L f F ⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯≈⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭

理论总圈>

根据计算结果可知丝杠副额定寿命可以满足使用要求。 2)滚珠丝杠副临界压缩载荷的校核(验算压杆稳定性) 根据公式计算可知滚珠丝杠副临界压缩载荷

4444

2222

15××101010976500l 720

d Fc n N N ==⨯⨯=>50 满足要求 3)滚珠丝杠副极限转速

c

n 的校验

根据公式计算可知滚珠丝杠副极限转速

7

7

1

22

2

81015.11093200360

c a

d n rpm rpm λ=⋅

⨯=⨯⨯=>96 满足要求 综上计算,该型号滚珠丝杠副可以满足使用要求。

4.2 电机选择

1) 滚珠丝杠副所需转矩计算

依照技术要求,电动高低机需产生不小于5000N 的推力,满载工作速度不小于88mm/s ,结合丝杠副导程,计算丝杠副转速为:

h 60v 608

n 80P 6

rpm ⨯=

=≈丝杠 丝杠副的效率:

20.950.980.920.83

ηηηη=⋅⋅=⨯⨯≈丝杠导轨滚珠滚子轴承

丝杠副的额定输出动转矩为:

50000.006

4.822h a F P T N m ππ

⋅⨯=

=≈⋅动丝杠输出 丝杠副的额定输入动转矩为:

4.8

5.80.83

T T N m η=

=

≈⋅丝杠输出

丝杠输入丝杠

2) 伺服电机的转矩计算 整个减速传动环节的效率:

电机需输出转矩为: 5.823320.381/3

T T N m i η⨯=

=≈⋅⨯⨯丝杠输入电机输出

减速

电机需输出转速为:80X32/3=854rpm 电机详细参数见下表:

4.3增速器

增速器输入扭矩3N ·m ,减速比为3,输出转速为2560rpm 。根据以上技术指标选择浩普实业KF40减速器,详细参数见下表:

0.40.960.38

ηηη==⨯≈减速增速器蜗轮蜗杆

4.4手传动端结构设计

根据客户要求手动端设计为两种减速比,分别为1:1,1:2 传动比为1时手传动扭矩为

12

11.6

1.0.40.96321

T T N m i i ηη=

=

≈⨯⨯⨯螺杆输入

手传动增速器蜗轮蜗杆

传动比为2时手传动扭矩为

12

11.6

2.0.40.96320.5

T T N m i i ηη=

=

≈⨯⨯⨯螺杆输入

手传动增速器蜗轮蜗杆

5产品保证设计

5.1可靠性设计

电缸本着安全、可靠的方针进行设计,根据已有的成熟产品的设计经验,结合总体单位的需要来完成该产品的设计,并在设计中采取以下措施来提高高低机的可靠性。 1)采用标准化设计,外购件全部采用标准化专业厂家生产的优质配件。

2)关键配件如滚珠丝杠、深沟球轴承、圆锥滚子轴承等均采用质量最优的专业化生产

厂家的优质产品。

3)关键部件的主要参数均选用足够的安全系数。

4)考虑到高低机防水、防尘等功能要求,对外露的高低机等部件均做了全密封的设计,

从而提高了产品可靠性。

5.2维修性设计

1)采用模块化设计,提高零部件、元器件的通用性;

2)在高低机总体布局上,充分考虑使用维护的方便性和可达性。

5.3安全性设计

根据高低机安全性的要求,在设计中采取了以下措施:

1)电缸采用全封闭的连接方式,保证了电缸具有防水、防尘的防护能力,提高了使用

的安全性。

2)在设计上保证产品结构具有足够的强度和刚度,在关键部位采用必要的加强措施,

以提高产品的安全性。

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