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。