自动化设计标准件选型概要ppt课件

自动化非标 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 各标准件选型知识概要非标选型内容包括：1、气缸2、直线线轨3、滚珠丝杆4、伺服电机5、减速机6、凸轮分割器7、同步轮带8、轴承9、齿轮齿条10、链轮链条11、拖链12、液压油缸一：气缸选型气缸制造商亚德客(国内）SMC（亚洲）FESTO(欧洲）Park、力士乐(美国）Cylinder缸径的大小直接影响的是气缸出力的大小在选择缸径大小时，请确认以下三个使用条件1、确定负载的大小包括工件、夹具、导杆等可动部分的重量。2、选定使用的空气压力供应气缸的压缩空气压力。3、活塞杆动作方向及作动速度确定气缸作动方向（上、下、水平）。v气缸实际出力=最大理论出力*η对于静载荷（夹紧、低速铆合），η≤70%；对气缸速度在50~500mm/s内的水平或垂直运动，η≤50%;对于气缸速度在500mm/s以上，η≤30%如使用环境温度较高时，请选择密封件材质为氟橡胶；过滤器：除去压缩空气中的固态杂质、水滴和污油滴等。不能除去气态的水、油；调压阀：调节压力高低；消除上流压力的波动影响，保证输出压力稳定；给油器：无需润滑的元件可以不给油,但是一旦给油后就不得中途停止供油，同时，要防止冷凝水进入元件内，以免冲洗掉润滑油。过滤器调压阀给油器缓冲形式简图缓冲原理适合气缸固定缓冲在活塞或前后盖上加装橡胶垫片，吸收冲击能量适用于气缸速度小于750mm/s的中小型气缸及单动气缸气缓冲控制缓冲端气体流出速度，通过背压完成缓冲适用于气缸速度不大于500mm/s的大中型气缸及速度不大于1000mm/s的中小型气缸密封件材质特点TPU耐磨性能更好，可用于重负载型气缸摆动安装时，气缸使用寿命更长，有一定的刮尘作用（粉尘较多或有金属颗粒不能使用，请联系我们），还可耐移印机行业的油墨NBR普通气缸，用于一般性工作环境氟橡胶耐高温性气缸，该类型的气缸可在200度的环境中正常使用电磁控制阀选型标准I接头和Y接头普通的机构连接用，不能承受偏心负载鱼眼接头适用于负载做一定角度的倾斜、旋转及摆动，有自动调心功能浮动接头使用浮动接头可以吸收由于活塞杆和负载的偏心或不平行对活塞杆产生的偏心负载和横向负载气缸配件接头选择缓冲器为了防止硬性撞击的设备工具；具有优良且平稳的减速、吸震性能，当受到负载撞击时，抵抗力会自动调整；聚氨酯缓冲器的价格比较低，重量比较轻，安装非常方便，使用寿命长，在很多机械上使用，是最常见的缓冲器；橡胶缓冲器这种缓冲器价格低，抗压力能力弱，使用寿命短；弹性缓冲器对环境无要求，恶劣环境下可使用，反应力度大，所占空间大，适用于2米每秒的起重机中；液气缓冲器性能最佳，是液压缓冲器的改良品种；弹性胶泥缓冲器性能优良，结构设计简单，质量可靠，完全依靠弹性胶泥的缓冲力，常年无需防护；气缸与之相关的计算公式1.气缸耗气量计算Q/Qmax——气缸的最大耗气量L/minD——缸径cmVmax:气缸的最大速度mm/sS——气缸行程（cm)t——气缸一次夹紧（或松开）动作时间(sec),P——使用压力（Mpa）气缸的耗气量还包括非工作容积（如气缸内气管等），所以需将耗气量计算结果乘以经验值：1.25~2.0;(一般取值2.0）公式1公式2二：直线线轨Straighttrack上银线轨HIWINHG系列：重负荷型滚珠线性滑轨EG系列：低组装型滚珠线性滑轨（一般自动化设置，通用性强）WE系列：宽幅型滚珠线性滑轨MGN/MGW系列：微小型滚珠线性滑轨PM系列：轻量化微小型线性滑轨QH系列：静音式重负荷型滚珠线轨QW系列：静音式宽幅型滚珠线轨RG系列：滚柱型线轨（重型设备）QR系列：静音型滚柱型线轨E2系列：自润滑型线轨(自带润滑装置）PG系列：定位型线滑轨SE系列：金属端盖型线性滑轨（半导体制造，热处理，真空环境）精度等级：CHPSPUP普通高精密超精密超高精密直线导轨的选用通常，直线导轨副的选用必须根据使用条件、负载能力、和预期寿命选用。所谓使用条件主要是指应用何种设备、精度要求、刚性要求、负荷方式、行程、运行速度、使用频率、使用环境等因素。根据条件选择对应的合适产品系列。各个直线导轨的生产厂家都对其产品进行了合适的系列划分。预压力：所谓预压力是预先给予钢珠负荷力，利用钢珠与珠道之间负向间隙给予预压，这样能够提高直线导轨的刚性和消除间隙。按照预压力的大小可以分为不同的预压等级。如台湾上银公司（HIWIN）提供六种标准预压，预压力从有间隙到0.13C不等。C值为动额定负荷。基本动额定负荷（C）所谓基本动额定负荷是指一批相同规格的直线导轨副，在负荷方向和大小均等的状态下，经过运行50km后，90%的直线导轨其滚道表面不产生疲劳损坏（剥离或点蚀）时的最高负荷。基本静额定负荷(Co):所谓基本静额定负荷是指在负荷方向和大小均等的状态下，在受到最大应力的接触面处，钢珠与滚道表面的总永久变形量恰为钢珠直径万分之一时的静负荷。静安全系数（fsl)计算滑块最大负荷时要确认选用的直线导轨静安全系数应该超过推荐表中所列值。如果所选用的直线导轨副刚性不足，可以提高预压力，加大选用尺寸或增加滑块数来提高刚性。静安全系数定义为静额定负荷与工作负荷的比值。单只线轨装配图双只线轨装配图滚珠线轨安装方式三：滚珠丝杆Ballscrew因为滚珠丝杠是滚动运动，与滑动丝杠相比效率较高，所以回转运动转化为直线运动、直线运动转化为回转运动效率可达到η=88%~96%。另经磨削加工的精密滚珠丝杠，因为是精密加工，可以达到微米级的进给精度。在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。滚珠丝杆介绍滚珠丝杆钢球循环机构a.可适用的螺杆外径、导程广泛；b.规格齐全c.预载较大a.适用于高灵敏、高精度的进给系统，不宜用于重载传动中。b.预载小a.适用于高导程；只可作单螺母c.预载中等a.较多应用于小型滚珠丝杠。内循环回球器式优点:返回通道短,一个循环只有一圈钢球,流畅性好,摩擦损失小,效率高,径向尺寸小,刚性好缺点:返向器钢球返回通道的曲面加工复杂外循环端盖式优点:结构紧凑, 工艺 钢结构制作工艺流程车尿素生产工艺流程自动玻璃钢生产工艺2工艺纪律检查制度q345焊接工艺规程 性好缺点:循环回路长,流畅性差,钢球通过短槽时易卡住螺旋槽式优点:结构简单,制造方便,承载能力大缺点:钢球流畅性较差,挡珠器较易磨损插管式优点:结构简单,工艺性好,钢球的流畅性好,应用较广缺点:凸出式的插管凸出于螺母外部,径向尺寸较大滚珠丝杠副中的间隙对传动精度影响较大。当精度要求不高时，可采用单螺母，并对丝杠和螺母进行选配，或进行预压以减小配合间隙。当精度要求较高时，常采用双螺母，通过调整两个螺母间的轴向位置，以消除轴向间隙，并进行预紧，提高传动的定位精度、重复定位精度及轴向刚度。预压力一般约取最大轴向载荷的1/3。以基本额定动负荷（Ca)的10%作为最大预压负荷基准；消除轴向间隙的调整预压方式1.定位精度滚珠螺杆的精度中，导程精度、系统的刚性是主要的影响因素，其他主要有温度而产生的热变形，安装面的精度等方面。双螺母垫片调整法（中间加垫片）图例双螺母螺纹消隙图例齿差式消隙图例双螺母垫片调整法（端部加垫片）滚珠丝杆螺母副预压方式错位预压方式定压预压方式滚珠丝杆安装方式一端装止推轴承，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杆。固定－自由式固定－支撑式一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承，滚珠丝杆较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减少丝杆热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源。固定－固定式两端装推力轴承（单推—单推式或双推—单推式）这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度。固定－固定式（丝母旋转，丝杆固定）两端装双重轴承（止推轴承+深沟球轴承）为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。滚珠丝杠的工作长度计算：丝杠设计中应注意的问题丝杠由于其精度要求高,制造比较复杂,所以在设计过程中应注意如下问题1)受力合理使螺母和丝杠同样受拉或受压,以使两者轴向变形方向一致,减少螺母与丝杠之间的导程变形量之差;避免承受径向载荷,以免使丝杠弯曲2)防止逆转①采用本身不能逆传动的电液脉冲马达或步进电动机等驱动元件。②采用可自锁的蜗杆传动等作中间传动机构。③采用电磁或液压制动器，或选用本身带制动器的电动机。④采用能锁住某一方向传动的超越离合器。3)安全装置垂直安装的滚珠螺旋传动，容易发生螺母从丝杠螺纹滚道上脱,在设计时应考虑设置防止螺母脱出的安全装置，如限位挡块或安全制动器等。4)控制升温设计时应注意时滚珠丝杠传动远离热源，并采用油浴,气冷等方法减小温升,以减少丝杠的热变形；或在安装时对丝杠进行预拉伸,以抵消运行时因发热后引起的丝杠伸长。5)密封与润滑如在螺母两端加密封圈或采用伸缩套,防尘罩等，注意合理润滑,以延长滚珠螺旋传动的使用寿命。1）导程精度选择如为满足定位精度要求±0.3mm/1000mm必须选择±0.090mm/300mm以上的导程精度，参考精度等级表选择：C7级；2）丝杆导程的选择,如驱动马达额度转述3000min¯¹,最高速度为1m/s,螺杆的导程为丝杆支撑单元螺母座丝杆配件梯形丝杆与滚珠丝杆对比梯形丝杠和滚珠丝杠主要区别分为三点1)结构不同梯形丝杠的结构简单、不复杂，主要是由螺杆和螺母组成，安装简单方便，但精度要求达不到。而滚珠丝杠则是由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，结构复杂，安装要求高，但精度高，并已逐渐替代梯形丝杠的使用。　2)工作原理不同　梯形丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动。摩擦力大易磨损而且传动副存在间隙，反向旋转时有空位，精度低　　滚珠丝杠的工作原理为：当丝杠作为主动体时，滚珠丝杆是高副机构，运动件都淬火到极高硬度，传动精度高，摩擦力小，不易磨损，寿命长，配合件无间隙，广泛应用在精密机械3)产品特点不同　梯形丝杠的特点是成本低,能够自锁，应用于要求精度较低的一些机床，如升降机等工业设备。四：伺服电机选型计算Servomotor伺服电动机伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。步进电机和交流伺服电机性能比较一、控制精度不同两相混合式步进电机步距角一般为3.6°、1.8°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72°、0.36°m德国百格拉公司（BERGERLAHR）对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/10000=0.036°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=9.89秒。是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳三、矩频特性不同步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其最高工作转速一般在300～600RPM流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内。四、过载能力不同步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力五、运行性能不同步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环六、速度响应性能不同步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒，交流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。交流伺服电机选型参数1)转速和编码器分辨率的确认。(编码器分辨率越高电机控制进度越好）2)电机轴上负载转矩的折算和加减速转矩的计算。3)计算负载惯量，惯量的匹配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越好，这样对精度和响应速度好。4)再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置。电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。转速——是指在额定功率下电机的转速。也即满载时的电机转速，故又叫做满载转速。用符号“n”表示，单位为“转/分”编码器分辨率——编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度5~10000线。转矩——转矩为电机转动负载的力量的大小，必须满足实际需要，伺服电机转矩不需要留有过多的余量。（计算时包括“匀速转矩”，“加速转矩”，“减速转矩”）符号：”T”单位：N•m(牛米）惯量——指物体绕电机轴，丝杆轴转动的惯性量值，一般来说绕X轴，其符号就用“Jx”表示单位：Kg•m²再生电阻——指当伺服电机由发电机模式驱动时，电力回归至伺服放大器侧，这被称为再生电力。再生电力通过在伺服放大器的平滑电容器的充电来吸收。超出可以充电的能量后，再用再生电阻器消耗再生电力。1.马达最大转速＞系统所需之最高移动转速。 2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。（JL负载<5*JM电机）3.马达额定扭力x≥连续负载工作扭力（匀速时扭力）4.马达最大输出扭力＞系统所需最大扭力（加速时扭力）9选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况F=——扭矩计算1/RTT1)电机转矩T（N.m）滑轮半径r（m）提升力F（N）T经过减速机后的提升力F=——·RrFFrrrT2)电机转矩T（N.m）螺杆导程PB（m）推力F（N）FPBTF1/RPBT惯量计算一、负载旋转时惯量计算JL（㎏•㎡）（以电机轴心为基准计算转动惯量）实心圆柱空心圆柱L（m）D（m）L（m）D1（m）JK＝×MK×（D02－D12）81经过减速机之后的转动惯量JL＝R²JKJK＝×MK×D²811/RD0（m）惯量计算M1/RPB直线运动部分JK＝M×（）²2πPB经过减速机之后的转动惯量JL＝R²JK二、负载直线运动时惯量计算JL（㎏•㎡）（以电机轴心为基准计算转动惯量）惯量计算三、皮带类传动时惯量计算JL（㎏•㎡）（以电机轴心为基准计算转动惯量）M3M2M1r1r2电机转矩T（N.m）小轮1质量M1(kg)小轮1半径r1(m)小轮2质量M2(kg)小轮2半径r2(m)重物质量M3(kg)减速比r1/r2=1/RJL=1/2*M1*r12+(1/2*M2*r22)/R2+M3*r12JL=1/2*M1*r12+1/2*M2*r12+M3*r12五：减速机Reducer减速机的作用主要有：　　1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭矩。　　2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。电机都有一个惯量数值。减速机选型的几个重要参数：1、额定输入转速n1[rmp]:减速机的驱动速度，如减速机与电机直接相连，则转速值与电机转速相同，环境温度较高时降低转速n1;2、输出转速n2[rmp]:输出转速按照下列公式通过输入转速n1和传动比i计算出来；3、速比i表示减速机改变某一运动的三个主要参数值的值，即通过减速机的速比来改变转速、扭矩、惯性力矩；4、最大扭矩Tmax[Nm]:指减速机在静态条件或高起停运转条件下所能承受的输出转矩，通常指峰值负载或启动负载。Tmax=2*Tn(最大扭矩=2x额定输出扭矩）5、实际所需扭矩Ts[Nm]:所需转矩取决于应用场合的实际工况，拟选减速机的额定转矩Tn必须大于Ts;6、计算用扭矩Tc[Nm]:会在选择减速机时被用到，可以由实际所需转矩Ts和系数fs，按以下公式得出；减速机的作用计算用扭矩≤额定输出扭矩减速机的选型标准：1、电机的功率，输出转速或极数2、减速机的输出转速(n单位rpm)/或减速机的速比i=输入转速/输出转速3、减速机的安全系数fB=减速机最大输出扭矩/实际负载扭矩(特指在减速机选型时，结合工况及从动机械等因数，确定减速机的使用系数（一般＞1，即减速机容量＞电机容量），减速机的安全系数也就是他所能承载的过载能力)4、减速机的安装方式，轴的布置形式，减速机与其他设备的连接方式等5、减速机的使用环境，是否多粉尘、高温度、防爆场合、高湿度或腐蚀性气体或液体环境6、是否需要强制润滑;1）平均输出速度(n2m)≤减速机的额定速度(n1m)；2）平均输出扭矩(T2m)≤减速机的额定扭矩(T1m)；3）最大输出速度(n2c)≤减速机的最大速度(n1max)；4）最大输出扭矩(T2max)≤减速机的最大扭矩(T2B)；电机功率的计算1）静功率的计算线性运动旋转运动2）动态功率的计算旋转运动线性运动：惯性力F=ma;m——Kg质量a——m/s²起动加速度减速机扭矩的计算公式　1)知道电机功率和速比及使用系数，求减速机扭矩如下公式：　减速机扭矩=9550×电机功率×速比×使用系数/电机输入转数　　　　　额定转速速n单位是转每分(r/min)额定转数一般4p的电机为1500转（但由于制造工艺问题国内电机达不到1500转。一般计算时取1450）　　以上公式是减速机的输出扭矩，但是选择电机，要选择减速器承载能力相匹配的电机功率才行，不同速比应选择不同功率的电机，功率过大，会降低减速机的寿命。2)知道使用扭矩和减速机输出转数及使用系数，求减速机所需配用电机功率如下公式：电机功率＝使用扭矩÷9550×电动机输入转数÷速比÷使用系数1.根据负载类型、每小时启停次数和预期工作寿命确定使用系数fB减速机的选型使用系数（FB)负载类型每小时启停次数(Z)每日运行时间h<44 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