机械设计课程设计说明书-贴片机机构研究与设计.doc

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1、编号： 机械设计课程设计说明书 题 目： 贴片机机构研究与设计 院 （系）： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 1 设计任务.1 1.1 设计题目.1 1.2 设计要求.1 1.3 设计内容.1 1.4 设计工作.1 2 贴片机的整体结构方案设计.1 2.1 贴片机的整体结构设计概述.1 2.2 贴片机的整体结构设计.2 2.3 确定方案.4 3 贴装头 X-Y 移动定位系统的设计.4 3.1 X-Y-Z运动框架结构形式的的确定.4 3.2 驱动方案的确定.5 4 电机的选择计算.6 4.1 X 轴方向的驱动电机计算 .6 4.2 Y轴方向的驱动电机计算8 4.3 Z轴方向电机计

2、算8 5 动力设计10 6 机械结构零部件设计13 6.1 丝杆的设计 13 6.2 滚动导轨设计 19 6.3 齿轮的设计 19 6.4 同步带的设计 22 6.5 联轴器设计 25 6.6 键连接强度计算 26 7 贴片机性能分析26 8 总结27 贴片机机械设计课程设计说明书 第 0 页 共 28 页 1设计任务 1.1 设计题目 贴片机机构研究与设计 1.2 设计要求 水平移动距离：300-600mm,上线移动距离：10-30mm； 生产率：3-5 次/秒。 1.3 设计内容 （1）贴片机整体结构的分析和设计。贴片机的整体组成，主要包括机架、 PCB 传送机构及支撑台、xy 与 z/伺

3、服定位系统、光学识别系统、贴装头、供 料机、传感器和计算机操作系统。本课设主要设计机架、贴装头，并对其结构 进行具体的说明分析。 （2）关键部分的设计分析和其他零部件的选取 （3）贴片机中交流伺服电机的计算和选取 （3）机械零部件的计算与校核 1.4 设计工作 1、装配图两张（A3） 。 2、零件图两张（A3） 。 3、设计说明书一份。 2 贴片机的整体结构方案设计 2.1 贴片机的整体结构设计概述 贴片机的分类 目前世界上已经有很多个贴片机生产厂家，贴片机的种类达几百种之多， 贴片机的分类虽没有固定格式，但习惯上有一下几种。 1）按速度分类 中速贴片机：3000 片/小时贴片速度9000 片

4、 /小时 高速贴片机：9000 片/小时贴片速度40000 片 /小时 超高速贴片机：大于 3000 片/小时 通常高速贴片机采用固定多头或双组贴片机头安装在 x-y 导轨上，x-y 伺 服系统为闭环控制，故有较高的定位精度，贴片器件的种类较广泛。这类贴片 机种类最多，制造商也多，可以在多种场合下使用，并具有多功能组合技术， 可根据不同的生产需要和环境的制约，组合拼装使用。而超高速贴片机则多采 用旋转式多头系统，根据多头旋转的方向又分水平旋转式与垂直旋转式。 2）按功能分类 1.射片机 射片机是一种专门用与片式元件贴装的机器，由于贴装速度非常快，通常 称为高速贴片机。 2.多功能贴片机 多功能

5、贴片机也叫高精度贴片机或泛用机，可以贴装高精度的大型、异型 元器件，一般也能贴装小型片状元件，几乎可以涵盖所有的元件范围。其有以 下特点：精度高、灵活性好；机械结构少磨损、反馈快、安静、易于保养等特 点。多功能贴片机能够处理各种各样的复杂的元器件，是复杂电子产品生产中 必不可少的设备。 贴片机机械设计课程设计说明书 第 1 页 共 28 页 3.高速多功能贴片机 一般的贴片机功能较为单一，对于复杂的产品，必须使用不同功能的贴片 机进行组合配线完成整个产品的贴装。目前有的复合式贴片机和平行式贴片机 能安装多功能贴装头或者多功能模组，从而实现既能同时高速贴装小型片状元 件，又能贴装高精度、大型、异

6、型元器件；可以接受几乎所得的元件包装方式， 包括可以加装盘装元件送料器。 2.2 贴片机的整体结构设计 2.2.1 贴片机的移动结构方案设计 贴片机两种移动结构方案如图 2.2.1 所示。 图 2.2.1 2.2.2 贴片机的移动结构方案比较 设计方案对比如表 2.2.2 表 2.2.2 方案一方案二 方案名 称 X,Y 联动龙门架式结构Z 轴旋转摆动式结构 贴片机机械设计课程设计说明书 第 2 页 共 28 页 优点 1）移动灵活性大 2）高速运转时移动定位准确 3） 传动效率搞 4）易于实现自动化生产 1） 适用于一些但方向距离 较远的抓取 2） 设备占用体积小 缺点 1） 结构占地面积大

7、 2） 生产成本高 1） 摆动速度受到一定制约 2） 工作不稳定 3） 高速运转易出现震动 2.2.3 贴装头的方案设计 贴装头的的种类形式有多种，分类如下： 按照贴装头系统与 PCB 板运载系统以及送料系统的运动情况，贴装头大致 还可分为 4 种类型：拱架式、复合式、转塔式、大型平行系统。不同种类饿贴 装头对应的贴片机各有优势，通常取决于应用或工艺对系统的要求，并在其速 度和精度之间也存在一定的平衡。 拱架式结构又称动臂式结构，也可以叫做平台式结构。拱架式结构具有较 好的灵活性和精度，适用于大部分元件，搞精度的激情一般都是这种类型，但 起速度方面不是很快，无法和复合式。转盘式和大型平行系统相

8、比。如图 2.2.3 所示。 图 2.2.3 拱架式运动图 复合式机构是由拱架式结构发展起来的，严格的说，复合式结构也是拱架 贴装头 单头 多头 固定式 旋转式 转塔式 转盘式 贴片机机械设计课程设计说明书 第 3 页 共 28 页 式的一种，它集合了转塔式和拱架式的特点，在动臂上安装有转盘，像 Simens 的 Siplace80S 系列贴片机，有两个带有 12 个吸嘴的转盘，如图 2.2.3 所示。 复合式结构通过增加动臂数量来提高速度，具有很大的灵活行，贴装速度可以 每小时 5 万片。 图 2.2.3 复合式机构 转塔式结构是以前高速贴片机最常用的结构，如图 2.2.4 所示。这种结构

9、自从 20 世纪 80 年代问世以来，很长一段时间都是告诉贴片机的主力机型。这 种结构通常都有一个固定的转塔在旋转的同时进行元件的吸取、照相、贴装和 吸嘴更换等。其优点速度高，性能非常稳定，如松下公司的 MSH3 机器贴装速度 可达 0.075 秒/片。但是由于真空吸嘴上径向加速度的最大允许值受到限制和机 械结构限制而使贴装速度已达到一个极限值，不可能再有大幅度的提高。 图 2.2.4 转塔式结构 大型平行系统是有一系列的小型独立组装机组成。模块化结构，有着丝杆 定位系统等。而且速度上也比较高，如 PHLIPS 公司的 FCM 机器有 16 个安装头， 实现了 0.0375 秒/片的贴装速度，

10、但就没个安装头而言，贴装速度在 0.6 秒/片 左右，仍可以大幅度提高。但其缺点成本较高，仅适用于大型企业。 2.3 确定方案 按照课设题目要求设计方案最终选择， 贴片机机械设计课程设计说明书 第 4 页 共 28 页 贴片机移动结构：X,Y 型龙门式结构 贴装头：拱架式结构 方案选择分析原因如下： 芯片拾取运动过程中，速度要求平稳，且高。贴装精度要求高。本次课题 目的是进一步提高贴片的精度，理论贴装精度为 1um，且贴装速度满足高速贴 片机的要求。 3 贴装头 X-Y 移动定位系统的设计 本设计中，贴装头的运动是由 X-Y 两轴联动实现的定位，X-Y 运动机构的功 能是驱动贴装头在 x 轴方

11、向和 y 轴方向做往复运动，可实现贴装头快速、准确、 平稳地到达指定位置。 3.1 x-y-z 运动框架结构形式的的确定 框架结构（即龙门架）一般分为 4 种，x-y 联动，z 单动，x-z 联动，y 单 动；x-y-z 联动（上面：x-y 驱动平面在 Z 轴上方） ；x-y-z 联动（下面：x-y 驱 动平面在 z 轴下方） 。详见表 3.1。 表 3.1 序号名称简图特点 1 x-y 联动，z 单动横梁固定不动， 刚度容易保证； x-y 平台联动，是 经典结构，但不 易提速。 2 x-z 联动，y 单动横梁、平台都容 易保证精度，但 平台行程要比其 它机构多 1 倍 3 x-y-z 联动（

12、驱动上面）结构简单，但 z 轴不能高于 x-y 运动平面，x-y 运 功平面中的一个 方向刚度不容易 保证 4 x-y-z 联动（驱动下面）横梁结构刚度是 设计难点，各项 性能优于其它结 构 当横梁跨距值较小时，可以才用单侧驱动方式，当横梁跨距值较大时，最 好选用双侧驱动，单驱动横梁的扭矩摆值会较大。 在精度值要求不搞的场合下，可以采用悬臂结构代替框架结构，这样做会 使结构简单，成本降低。 X-y 运动机构的功能是驱动贴装头在 x 轴和 y 轴量个方向做往复运动，使 贴装头能够快速、准确、平稳地到达指定位置。选择第四种结构，作为本次设 贴片机机械设计课程设计说明书 第 5 页 共 28 页 计

13、的结构，可以较好地满足高速、高精度的要求。三维实体建模图 3.1 如所示。 图 3.1 3.2 驱动方案的确定 采用两组交流伺服电机分别驱动 X 方向运动和 Y 方向运动，其传动机构是相 同的。 方案一：交流伺服电机同步齿形带直线轴承 同步带由伺服电机驱动小齿轮，使同步带在一定范围内做直线往复运动。 这样带动轴基座在直线轴承上往复运动，两个方向的传动组合在一起组成 X-Y 传动系统。 方案二：交流伺服电机滚珠丝杠滚动导轨 贴装头固定在滚珠螺母基座和对应的滚动导轨上方的基座上，伺服电机工 作是，带动螺母做 X 方向往复运动，由滚动导轨导向，保证运动方向平行，X 轴在两平行滚珠丝杠的滚动导轨做 Y

14、 方向运动，实现贴装头 X-Y 移动系统。 分析两种方案的优缺点：滚珠丝杆传动技术成熟，输出精度搞，但其噪声 交大：同步带传动机构噪声小，传动效率高，但其有弹性，驱动能力受到限制。 经过分析比较，选择第二种方案，且使用的双电机驱动。 4 电机的选择计算 4.1 X 轴方向的驱动电机计算 X 轴方向传动结构：伺服电机-同步带-滚珠丝杆-贴装头。按结构的设 计要求和尺寸的规划，伺服电机输出轴通过同步带传动到滚珠丝杆，而不是用 联轴器直接相连。 X 轴方向驱动的负载包括：丝杆、贴装头以及同步带。 （1）贴装头换算到电机轴上的转动惯量。贴装头的质量计算，按贴装头 1 J 形状，贴装头的质量 m1 为

15、60kg。 贴装头的理论速度为秒/片，在 x-y 直线运动的速度为 1 米/秒，丝杆导程 20mm（导程选取详见丝杆设计） ，则电机理论转速 n=3000rad/min 取电机的启动 时间 t=0.1 秒，电机的角速度为，角加速度为： srad n /314 30 14 . 3 3000 30 贴片机机械设计课程设计说明书 第 6 页 共 28 页 2 /3140 1 . 0 314 srad t 贴装头换算到电机上的转动惯量为： 1 J （4-1） 2 0 2 1 m mv J 式中：m-贴片头质量，kg -贴装头的速度，m/s m v -电机的角加速度，rad/s 0 把各数值代入公式 4

16、-1 得 2 2 2 1 0006 . 0 314 160 mkgJ （2）丝杆换算到电机轴上转动惯量.所选丝杆的尺寸直径为 40mm，导 2 J 程为 20mm，长度为 750mm，它的质量为 34.09kg。 2 m 丝杆换算到电机的转动惯量为： 2 J （4-2） 22 2 2 4i mt J 式中：m-丝杆的质量，kg t-丝杆的螺距，m i-电机与丝杆直接的转动比 将各数值带入公式（4-2）得 2 2 2 2 0003 . 0 114 . 3 4 02 . 0 09.34 mkgJ 负载的总的转动惯量0.0009 21 JJJ 2 mkg 负载的惯性力矩为 T： (4-3) JT 式

17、中：J-转动惯量， 2 mkg -角加速度， 2 srad 将各数值带入公式（4-3）得： 贴片机机械设计课程设计说明书 第 7 页 共 28 页 T=0.00093140= 2.83mN X 轴方向的负载的功率为 P： （4-4） 9550 nT P 式中：T-惯性力矩，mN N-电机转速， 1 minr 将数值带入（4-4）中计算得： kwP89. 0 9550 300083 . 2 电机的总功率为kwPP1 . 189 . 0 2 . 12 . 1 总 根据以上计算结果，选取电机的型号为 SM 110-040-30LFB，其性能参数如下： 1 频率：200HZ 2 额定输出功率：1.2K

18、W 3 额定转速：3000rpm 4 额定转矩：4Nm 5 控制电压：AC 220V 6 外形尺寸：最大外径 110mm 7 质量：1KG 4.2 y 轴方向的驱动电机计算 Y 轴方向传动结构：伺服电机-同步带-滚珠丝杆。其传动结构和 X 轴方 向一样。伺服电机驱动 Y 轴方向的负载包括：贴装头、丝杆、横梁架、x 轴的 驱动电机，贴装头和丝杆的尺寸 x 轴方向的相同，故惯性力矩数值也相同， Y 轴方向承受横梁和安装在其上面的滚动导轨总的质量一半为 100kg。 3 m 横梁换算到电机的转动惯量为: 3 J 2 2 2 2 2 3 001 . 0 314 1100 mkg mv J Y 轴方向负

19、载的总的转动惯量为 J： 2 321 0019. 0001 . 0 0003 . 0 0006. 0mkgJJJJ 负载的惯性力矩为 T： mNJT97 . 5 31400019. 0 y 轴方向负载的功率为 P kw nT P9 . 1 9550 300097 . 5 9550 y 轴伺服电机的总功率为： 总 P kwPP28. 29 . 12 . 12 . 1 总 贴片机机械设计课程设计说明书 第 8 页 共 28 页 根据以上计算结果，选取电机的型号为 SM 130-0770-30LFB，其性能参数如下： 1 频率：200HZ 2 额定输出功率：2.4KW 3 额定转速：3000rpm

20、4 额定转矩：7.7Nm 5 控制电压：AC 220V 6 外形尺寸：最大外径 130mm 7 质量：2.2kg 4.3 z 轴方向电机计算 （1）z 轴上下运动电机计算 Z 轴的上下运动的传动过程：伺服电机-联轴器-齿轮箱-6 个工位的丝杆。 齿轮箱内部含有电磁离合器，通过离合器和齿轮传动结构可实现一轴输入多轴 输出，且独立控制每一跟输出轴，达到 6 个工位的 Z 轴上下独立运动，以此节 省电机使用，使贴装头的重量大大减轻。其结构图如图 4.3 所示。 图 4.3 根据所设计的传动方式，伺服电机驱动负载包括：联轴器、齿轮、丝杆贴 装头轴、吸嘴、元器件和 Z 轴旋转用的电机。由于吸嘴和元器件的

21、质量远小于 其它见，可将其忽略。 贴装头轴和连接板的质量 m3为 5kg，贴装头贴片时的 Z 轴方向理论速度为 150mm/s，丝杆导程取 2.5mm，则电机理论转速 n=3600rad/min 取电机的启动时 间 t=0.01 秒，电机的角速度为，角加速度为： srad n / 8 . 376 30 14 . 3 3600 30 2 /37680 01 . 0 8 . 376 srad t 贴装头换算到电机上的转动惯量为： 1 J 2 0 2 1 m mv J 贴片机机械设计课程设计说明书 第 9 页 共 28 页 把各数值代入公式 3-1 得 27 2 2 1 1092 . 7 8 . 3

22、76 15 . 0 5 mkgJ （2）丝杆换算到电机轴上转动惯量.所选丝杆的尺寸直径为 6mm，导 2 J 程为 2.5mm，长度为 110mm，它的质量为 5kg。 2 m 丝杆换算到电机的转动惯量为： 2 J （4-5） 22 2 2 4i mt J 将各数值带入公式（4-5）得 27 2 2 2 1091. 7 114 . 3 4 0025 . 0 5 mkgJ 负载的总的转动惯量 26 21 1058 . 1 mkgJJJ 负载的惯性力矩为 T： T=1.5810-637680= 0.06mN X 轴方向的负载的功率为 P： w nT P23 9550 360006 . 0 9550

23、 由于是一个电机带动 6 个工位动作则 电机的总功率： 总 P kwPP17 . 0 66 . 52 . 162 . 1 总 根据以上计算结果，选取电机的型号为 A110-30，其性能参数如下： 1 频率：200HZ 2 额定输出功率：0.4KW 3 额定转速：3600rpm 4 额定转矩：0.1Nm 5 控制电压：AC 220V 6 外形尺寸：最大外径 30mm 7 质量：0.2kg 5 动力设计 齿轮箱的动力设计 齿轮箱结构如图 5.1 所示。 贴片机机械设计课程设计说明书 第 10 页 共 28 页 图 5.1 0 轴：0 轴即电动机轴 kwPP r 17 . 0 0 轴：w P P84

24、 2 9925 . 0 17. 0 2 010 1 min/1800 01 0 1 r i n n mN n P T45 . 0 1800 84 55 . 9 55 . 9 1 1 1 轴：w P P84 2 9925 . 0 17 . 0 2 010 2 min/1800 02 0 2 r i n n mN n P T45 . 0 1800 84 55 . 9 55 . 9 2 2 2 轴：840.99=83.16w 1313 PP min/3600 13 1 3 r i n n mN n P T22 . 0 3600 16.83 55. 955. 9 3 3 3 轴：840.99=83.1

25、6w 2424 PP 贴片机机械设计课程设计说明书 第 11 页 共 28 页 min/3600 24 2 4 r i n n mN n P T22 . 0 3600 16.83 55 . 9 55 . 9 4 4 4 轴：82.3w 3535 PP min/1800 35 3 5 r i n n mN n P T44. 0 1800 3 . 82 55. 955 . 9 5 5 5 轴：82.3w 4646 PP min/1800 46 4 6 r i n n mN n P T44 . 0 1800 3 . 82 55. 955 . 9 6 6 6 轴：81.5w 5757 PP min/3

26、600 57 5 7 r i n n mN n P T21. 0 3600 5 . 81 55 . 9 55 . 9 7 7 7 轴：81.5w 6868 PP min/3600 68 6 8 r i n n mN n P T21. 0 3600 5 . 81 55 . 9 55 . 9 3 3 3 轴：80.7w 7979 PP min/1800 79 7 9 r i n n 贴片机机械设计课程设计说明书 第 12 页 共 28 页 mN n P T42 . 0 1800 7 . 80 55 . 9 55. 9 9 9 9 X 轴：80.7w 810810 PP min/1800 810 8

27、 10 r i n n mN n P T42 . 0 1800 7 . 80 55. 955 . 9 10 10 10 表 5.1 各轴运动及动力参数 轴序号 功率 P /w 转速 n /（r/min） 转矩 T /N.m 017036000.5 8418000.45 8418000.45 83.1636000.22 83.1636000.22 82.318000.44 82.318000.44 81.536000.21 81.536000.21 80.718000.42 X80.718000.42 6 机械结构零部件设计 6.1 丝杆的设计 滑动螺旋的特点：结构简单，加工方便；易于实现逆行程

28、自锁，工作 安全可靠；摩擦阻力大，传动效率低；容易磨损，轴向刚度较差。 滚珠螺旋的特点：摩擦阻力小，传动效率高；磨损小、寿命长、工作 可靠性好；具有运动的可逆性，应设防逆动装置；轴向刚度较高，抗冲击 性能较差；结构复杂，加工制造较难；预紧后得到很高的定位精度（约达 5um/300）和重复定位精度（可达 12um） 。 根据贴片机的设计要求，拟选定滚动螺旋传动方式，结构图如图 6.1 所示。 贴片机机械设计课程设计说明书 第 13 页 共 28 页 图 6.1 6.1.1 工作设计规格 工作重量：W1=W/2=100kg 最大行程：Smax=600mm 最大速度：Vmax=1m/s 要求寿命：L

29、t=25000h 导轨滑动系数：01 . 0 伺服电机： Nmax=3000rpm 定位精度： /最大行程um1 6.1.2 运转条件 贴装头的运转各个时间段如图 6.1.2 所示。 图 6.1.2 贴片机机械设计课程设计说明书 第 14 页 共 28 页 6.1.3 丝杆轴径、导程、螺帽之选定 （1）导程(): h P 由伺服电机最高转速，可得 )(20 3000 60000 max max mm n V Ph （1）滚珠丝杆副的载荷及转速计算 首先分析图 速度呈直线变化，等加速度运动。 周期行的往复运动。 最高速度：Vmax=1m/s 加速时间：t1=0.1s 减速时间：t3=0.1s A

30、.达到最高速度所行走的距离 )(501 . 0 2 10 2 0 1 mmt VV x B.等速时所行走的距离： )(4004 . 01 2 mmtVx C.从最高速度到停止所行走的距离 )(501 . 0 2 01 2 0 3 mmt VV x D.去时等加速度-阶段 1 )/(10 1 . 0 1 2 1 max 1 sm t V a =0.011009.8+10010=1009.8(N) 1111 aWgWF =3000/2=1500(rad/min)2/ max1 nN E.去时等速度-阶段 2 =0.011009.8=9.8(N)gWfF 12 N2= 3000(rad/min) F

31、.去时等减速-阶段 3 =0.011009.8+50(-10)=-990.2(N) 313 magWF 3000/2=1500(rad/min)2/ max3 nN 以上轴向负荷行走距离、时间、平均转速的关系如表 6.1.3 所示。 表 6.1.3-1 贴片机机械设计课程设计说明书 第 15 页 共 28 页 动作轴向负荷行程时间平均转速 去程加速度 1009.8500.11500 去程等速度 9.84000.43000 去程减速度 -990.2500.11500 回程加速度 -1009.8500.11500 回程等速度 -9.84000.43000 回程减速度 990.2500.11500

32、G.当量载荷 Fm、当量转速 Nm计算 292.3N) 3 1 2211 3 22 3 211 3 1 nn nnn m tntntn tnFtnFtnF F 1154(rad/min) t tntntn N nn m 2211 额定动载荷 Cm计算 （6-1） cahmmwm ffLnFfC100/)60( 3 1 式中：精度系数 a f 可靠系数f 载荷性质系数 w f h预期工作寿命， h L 查表把数据带入公式（6-1）得 3911.3N100/200001154603 .2922 . 1100/)60( 3 1 3 1 cahmmwm ffLnFfC 工作寿命 Lh 查下表： 各类机

33、械预期工作时间 机械类型 Lh 备注 普通机械 普通机床 数控机床 精密机床 测试机械 航空机械 500010000 1000015000 20000 20000 15000 1000 250（天）16（h） 10（年）0.5（开机 率）=20000 由于是精密丝杆传动，选 Lh =20000h； 又查表得： 载荷系数 载荷性质无冲击平稳时一般运行有冲击和振动 fw1-1.2 1.2-1.51.5-2 可靠性系数 贴片机机械设计课程设计说明书 第 16 页 共 28 页 可靠性/% 909596 fe1.00.20.53 精度系数 精度系数1、2、34、5 7 fa1.00.90.8 由上表知

34、： 载荷系数 fw=1.2；可靠性系数 fc=1.0; 精度系数 fa=1.0； 螺帽的选择 根据以上计算数据，可得选用： 1 外循环式高导程滚珠丝杆 2 形式：FSWE 3 循环圈数列：3.5或 51 Ca 查表得 导程 10（mm）外径（mm） 3.5151 324490 364750 4041305050 5061807550 6.1.4 丝杆轴径之选定 高速移动时，可由许用转速来决定轴径。 用危险速度来计算所需丝杆公称直径： 7 2 0 2 2 10 2 60 L d f A EIg L n (6-2) 7 2 0 10 f Ln d 在此 L=最大行程+螺帽的长度/2+轴端预留量 =

35、600+50+100=750（mm） 安装方式固定+固定 查表：21.9f 把数据带入公式 6-2 得 7.7（mm） 7 2 2 10 9 .21 7503000 d 6.1.5 滚珠丝杆刚性系统计算 由初始设计条件： 失位为 0.02mm（无负荷） 贴片机机械设计课程设计说明书 第 17 页 共 28 页 在此设定滚珠丝杆系统的构成元件（丝杆轴，螺帽及支撑轴承）的总变形 量为 0.006mm。此时滚珠丝杆系统组成的弹性变形量为)(25 . 0 umL （1）丝杆轴的刚性：ks、弹性位移量： s L 丝杆会产生最大轴向变形处在位置为丝杆中央 （6-3） 3 10 xLx LEA Ks 由图可

36、在将 x=L/2 代入公式（6-3） 图 6.1.5 得： 3 2 2 10 s s L Ed K 3 2 2 10 Ed LF K F L sa s a s 其中 Fa为滑动阻力，值为 9.8N；计算结果如表所示 （2）螺帽的刚性：Km、弹性位移量： n L 以最大轴向负荷的 1/3 为预紧力 Fa0=Fmax/3=549/3=183N 3/1 0 8 . 0 a a n C F KK ，代入1 . 0 n a n K F L 计算结果如 6.1.5 表所示. 表 6.1.5 丝杆轴螺帽合计 螺帽型号 2 da C K s K s L n K n L L 32-FSWE- 20B1 27.0

37、544908564.30.1561.80.150.3 贴片机机械设计课程设计说明书 第 18 页 共 28 页 36-FSWE- 20B1 31.0547509384.80.1166.30.140.25 40-FSWE- 20B1 35.054130101108.10.0975.50.120.21 50-FSWE- 20B1 42.05530099155.50.06385.30.110.17 在的条件下，加上没有考虑的轴承刚性和考虑经济性和安全性做 )(25 . 0 umL 出以下选择 滚动丝杆型号：40-FSWE-20B1 轴径：40mm 导程：20mm （3）寿命的校核 =22808（h）

38、 6 3 6 3 10 115460 1 2 . 154.295 4130 10 60 1 mwm t NfF Ca L 大于设计要求的寿命 20000h 许用回转速度校核 13646(rad/min) 7 2 2 10 L d fn 危险转速为 13646（rad/min）远大于最大转速 3000（rad/min）,故安全。 （4）滚珠丝杆应力计算 26 22 2 max /1004 . 1 4/05.35 8 . 1009 4/ mN d F A F 26 /102 . 1 1000 20597 mN J rT 1.58106N/m2 22 max 经查手册符合强度要求。 6.2 滚动导轨

39、设计 滚动导轨型号的选择 导轨类型的选择有滚动和滑动，本设计中选择滚动导轨。x-y 两个方向的导 轨选择型号为 GGB20AA 四方向等载荷型滚动直线导轨副。参数如下： 导轨长度：735 额定动载荷：11.6KN 额定静载荷：14.5kn 额定力矩：NA=92.4 NB=92.4 NC=154mN mN mN 其结构简图和受力图如下： 贴片机机械设计课程设计说明书 第 19 页 共 28 页 图 6.2.1 图 6.2.2 6.3 齿轮的设计 高速级齿轮传动的设计计算 6.3.1 齿轮材料，热处理及精度 考虑此减速器的功率及现场安装的限制，故大小齿轮都选用硬齿面渐开线 斜齿轮 （1） 齿轮材料

40、及热处理 材料：高速级小齿轮选用钢调质，齿面硬度为小齿轮 280HBS 取45 小齿齿数=24 1 Z 高速级大齿轮选用钢正火，齿面硬度为大齿轮 240HBS 45 Z =iZ =212=48 21 齿轮精度 按 GB/T100951998，选择 7 级，齿根喷丸强化。 6.3.2 初步设计齿轮传动的主要尺寸 按齿面接触强度设计 2 1 3 1 ) ( 1 H E d t Z u uKT d 确定各参数的值: 试选=1.3 t K 由课本公式 10-13计算应力值环数 202 P N =60n j =6036001（283005） 11h L 贴片机机械设计课程设计说明书 第 20 页 共 2

41、8 页 =5.1841 0h 9 N = =2.5910 h 2 8 查课本 10-19 图得：K=0.93 K=0.94 203 P 12 齿轮的疲劳强度极限 取失效概率为 1%,安全系数 S=1,应用公式 10-12 得: 202 P =0.93550=511.5 H 1 S K HHN1lim1 MPa =0.94450=423 H 2 S K HHN2lim2 MPa 许用接触应力 MPa HHH 25.4672/ )423 5 . 511(2/ )( 21 查课本由表 10-6 得： =189.8MP 198 P E Z a 由表 10-7 得: =1 201 P d T=9.55=

42、9.5581.5/3600 11/n P =0.21N.m 6.3.3 设计计算 小齿轮的分度圆直径 d t 1 2 1 3 1 ) ( 12 H E d t t Z u uTK d =mm139.72) 423 8 . 189 ( 2 . 3 2 . 4 1 21 . 0 3 . 1 2 3 计算圆周速度 100060 11 nd t sm/59.13 100060 3600139.7214 . 3 计算齿宽 b 和模数 nt m 计算齿宽 b b=72.139mm td d1 计算齿宽与高之比 h b 模数 mt=d1t/z1=72.139/24=3.005mm 齿高 h=2.25 =2.

43、253.005=6.761 t mmm = =10.68 h b 761 . 6 139.72 计算载荷系数 K 贴片机机械设计课程设计说明书 第 21 页 共 28 页 根据,7 级精度, 查手册得smv/59.13 动载系数 Kv=1.07,=1, AFH KKK 432 . 1 H K 由，,查课本由表 10-13 得: K=1.3568.10 h b 432. 1 H K 195 P F 故载荷系数: 594 . 1 423. 1112 . 1 1 FHVA HKKKK 按实际载荷系数校正所算得的分度圆直径 d =d=72.139=77.21 1t 1 t KK / 3 3 . 1 5

44、94 . 1 3 mm 计算模数 n m = n mmm Z d 2 . 3 24 21.77 1 1 6.3.4 齿根弯曲疲劳强度设计 由弯曲强度的设计公式； n m) ( 2 1 2 1 3 F SF d YY Z KT 确定公式内各计算数值 1 查手册得小齿轮的弯曲疲劳强度极限；大齿轮轮的弯曲MPa FE 500 1 强度极限MPa FE 380 1 2 寿命系数 ,85 . 0 1FN K88 . 0 2 FN K 3 计算弯曲疲劳许用应力。 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 MPa S K FEFN F 57.303 4 . 1 50085. 0 11 1 MPa S K FEFN F

45、 86.238 4 . 1 38088 . 0 22 2 4 计算载荷系数 K。 512 . 1 35 . 1 112. 11 FFVA HKKKK 5 查取齿形系数。 ；65 . 2 1Fa Y226. 2 2 Fa Y 6 查取应力校正系数。 ；58 . 1 1Sa Y764. 1 2 Sa Y 7 计算大小齿轮的并加以比较。 1 11 F SaFaY Y 贴片机机械设计课程设计说明书 第 22 页 共 28 页 01379 . 0 57.303 58. 165 . 2 1 11 F SaFaY Y 01379 . 0 57.303 58. 165 . 2 1 11 F SaFaY Y （2）设计计算 mmm026. 001644 . 0 241 21 . 0 512. 12 3 2 查课本由表 10-18 得弯曲疲劳寿命系数: 197 P K=0.86 K=0.93 1FN2FN 取弯曲疲劳安全系数 S=1.4 = F 1 14.307 4 . 1 50086 . 0 11 S K FFFN = F 2 43.252 4 . 1 38093 . 0 22 S K FFFN 01347. 0 14.307 596 . 1 592 . 2 1 1 1 F SF FY 01554 . 0 43.252