設(shè)計(jì)一臺微機(jī)控制XY兩坐標(biāo)工作臺綜合課程設(shè)計(jì)說明

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 原始數(shù)據(jù)：設(shè)計(jì)一臺微機(jī)控制XY兩坐標(biāo)工作臺，采用MCS-51單片機(jī)控制，控制方式采用步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制。其他參數(shù)如下：脈沖當(dāng)量mm/step定位進(jìn)度 mm最大移動速度m/min工作臺尺寸mm進(jìn)給抗力N工作臺行程mm臺面最大重量kgXY0.0050.045800*4001200600410550一、 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案 微型機(jī)人機(jī)接口機(jī)電接口驅(qū)動電路步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)電機(jī)減速器減速器工作臺滾珠絲杠滾珠絲桿X方向傳動機(jī)構(gòu)Y方向傳動機(jī)構(gòu)由設(shè)計(jì)任務(wù)書知，本次設(shè)計(jì)可采用如下方案：（一） 機(jī)械系統(tǒng)1、 傳動機(jī)構(gòu)采用滾珠絲杠副與齒輪或帶減速。2、 導(dǎo)出機(jī)構(gòu)采用滾動直線導(dǎo)軌。3、 執(zhí)行機(jī)構(gòu)

2、采用步進(jìn)電機(jī)。（二） 接口設(shè)計(jì)1、 人機(jī)接口（1） 采用鍵盤或BCD碼盤作為輸入。（2） 采用LED作為電源等指示標(biāo)志。（3） 采用蜂鳴器或揚(yáng)聲器作為警報(bào)裝置。（4） 采用數(shù)碼管作為顯示器。2、 機(jī)電接口采用光電耦合器作為微型機(jī)與步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動電路的接口，實(shí)現(xiàn)電氣隔離。（三） 伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)精度要求不高，載荷不大，因此采用開環(huán)控制。（四）控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)對整體設(shè)計(jì)方案的說明:機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具備良好的伺服性能（既高精度、快速響應(yīng)性和穩(wěn)定性好）從而要求本次設(shè)計(jì)傳動機(jī)構(gòu)滿足一下幾方面：（1） 轉(zhuǎn)動慣量小 在不影響機(jī)械系統(tǒng)剛度的前提下，傳動機(jī)構(gòu)的質(zhì)量和轉(zhuǎn)動慣量應(yīng)盡量減小。否則，轉(zhuǎn)動慣量大會

3、對系統(tǒng)造成不良影響，機(jī)械負(fù)載增大；系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降；系統(tǒng)固有頻率減小，容易產(chǎn)生諧振。所以在設(shè)計(jì)傳動機(jī)構(gòu)時應(yīng)盡量減小轉(zhuǎn)動慣量。（2）剛度大 剛度是是彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力。大剛度對機(jī)械系統(tǒng)而言是有利的:伺服系統(tǒng)動力損失隨之減小。機(jī)構(gòu)固有頻率高，超出機(jī)構(gòu)的頻帶寬度，使之不易產(chǎn)生共振。增加閉環(huán)伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。所以在設(shè)計(jì)時應(yīng)選用大的剛度的機(jī)構(gòu)。（3）阻尼合適 機(jī)械系統(tǒng)產(chǎn)生共振時，系統(tǒng)的阻尼增大，其最大振幅就越小且衰減也快，但大阻尼也會使系統(tǒng)的穩(wěn)定誤差增大，精度降低，所以設(shè)計(jì)時，傳動機(jī)構(gòu)的阻尼要選擇適當(dāng)。此外還要求摩擦小（提高機(jī)構(gòu)的靈敏度）、共振性好（提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性）、間歇?。?/p>

4、保證機(jī)構(gòu)的傳動精度），特別是其動態(tài)特性應(yīng)與伺服電動機(jī)等其它環(huán)節(jié)的動態(tài)特性相匹配。CPU光偶驅(qū)動器步進(jìn)電機(jī)人機(jī)接口顯示、報(bào)警速度位移開環(huán)控制原理圖1、控制部分方案選擇控制方案不外乎三種：開環(huán)控制、半閉環(huán)控制、閉環(huán)控制。上圖為“開環(huán)控制”，若在“機(jī)械傳動”機(jī)構(gòu)中引出反饋給控制部分，在經(jīng)過比較放大的則為“半閉環(huán)控制”。如若是在機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)中引出反饋則為閉環(huán)控制。采用步進(jìn)電機(jī)來實(shí)現(xiàn)驅(qū)動，一般情況下多采用開環(huán)控制，因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)的輸出轉(zhuǎn)角與控制器提供的脈沖數(shù)有這正比關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速與控制器提供的脈沖頻率成正比。因此通常在精確度要求不是很高時，采用步進(jìn)電機(jī)是合理的。當(dāng)然，由于步進(jìn)電機(jī)具有高頻易失步，負(fù)載能力不

5、強(qiáng)的缺點(diǎn)。2、直線滾動導(dǎo)軌的選定滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動摩擦阻力，從而獲得：動、靜摩擦力之差很小，隨動性極好，即驅(qū)動信號與機(jī)械動作滯后的時間間隔極短，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度。驅(qū)動功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)床的十分之一。與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力下降約40倍。適應(yīng)高速直線運(yùn)動，其瞬時速度比滑動導(dǎo)軌提高約10倍。能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度。能實(shí)現(xiàn)無間隙運(yùn)動，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動剛度。成對使用導(dǎo)軌副時，具有誤差均化效應(yīng)，從而降低基礎(chǔ)件（導(dǎo)軌安裝面）的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成

6、本與難度。導(dǎo)軌副滾道截面采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時大大提高，滾動摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的可校度；心部保持良好的機(jī)械性能。簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造，解決了運(yùn)動靈敏度高定位精度高牽引力小、移動輕便精度保持性好潤滑系統(tǒng)簡單、維修方便摩擦系數(shù)小、動摩擦系數(shù)很接近、不產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。3、滾動絲桿副的選用及其支承形式（1）滾動絲桿副有如下特點(diǎn)：傳動效率高系統(tǒng)剛性好傳動精度高使用壽命長運(yùn)動具有可逆性不會自鎖可進(jìn)行預(yù)緊和調(diào)隙（2）常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)形式有三種：墊片調(diào)隙式（該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，應(yīng)用

7、廣，但不準(zhǔn)確，并且當(dāng)滾道磨損時不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈）螺紋調(diào)隙式（該形式結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，調(diào)整方便，缺點(diǎn)是不很精確）齒差調(diào)隙式(該形式調(diào)整精度很高，工作可靠，但是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性能差)，其調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，使兩螺母產(chǎn)生相對角位移，相對地產(chǎn)生軸向的相對位移，從而兩螺母中的滾道中的滾珠分別貼在螺旋滾道的兩個相反側(cè)面上，然后將內(nèi)齒圈復(fù)位固定，故而達(dá)到消除間隙，產(chǎn)生算緊的目的。調(diào)整間隙：S=kp/z1z2 在本設(shè)計(jì)中，我選用第種間隙調(diào)整方式，并且選外循環(huán)滾珠絲杠做為工作臺的傳動機(jī)構(gòu)，因?yàn)檫@種循環(huán)方式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，承載能力強(qiáng)，成本低等優(yōu)點(diǎn)。（3）支承形式：選用兩端固定形式

8、（F-F），特點(diǎn)：只要軸承無間隙，絲桿的軸向剛度為一端固定的4倍 絲桿一般不會受壓，無壓桿穩(wěn)定問題，固有頻率比一端固定的高 可以預(yù)拉伸，預(yù)緊拉伸后可減小絲桿自重的下垂和熱補(bǔ)償膨脹。4、聯(lián)軸器的選擇由于要求設(shè)計(jì)的工作臺屬于輕載型工作臺，工作臺上的負(fù)載折算到電機(jī)上的轉(zhuǎn)動慣量不是很大，所以電機(jī)與絲桿的連接用聯(lián)軸器就可以滿足要求。這樣大大簡化了主軸的結(jié)構(gòu)，縮短傳動鏈，提高了傳動精度。同時有效地提高了主軸部件的剛度。5、導(dǎo)軌支承座的選擇選HT150做為支承座材料，其優(yōu)點(diǎn)耐磨，耐腐蝕，抗震性好，剛度高。6、軸承的選擇由于絲杠主要受軸向力的作用，為了保證其高速、高精度和可靠性?？蛇x用前后支承均采用高精度的單

9、列向心推力軸承和一個深溝球軸承支承。這樣即保證了軸向載荷和徑向載荷。注：執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳動方式的確定為保數(shù)控系統(tǒng)的傳動精度和工作平穩(wěn)性。在滿載設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)傳動裝配時，通常提出低摩擦、低慣量、高剛度、無間隙、高諧振以及有適宜阻尼的要求，所以設(shè)計(jì)時要遵守以下原則;(1) 縮短傳動鏈，這樣可以提高系統(tǒng)傳動的傳動剛度，減少傳動鏈誤差，同時可以通 過預(yù)緊方式提高傳動精度。(2) 工作臺與導(dǎo)軌的安裝要確保工作臺與導(dǎo)軌的垂直度和平行度達(dá)到規(guī)定的精度。(3) 控制好兩導(dǎo)軌的水平度和平行度，否則導(dǎo)致工作臺在移動過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象。(4) 確保電機(jī)與絲杠連接時達(dá)到規(guī)定的同軸度及調(diào)節(jié)好電機(jī)的定位精度。(5) 軸承的安裝，確保

10、預(yù)緊，提高傳動精度。二、 機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算（一） 初選步進(jìn)電動機(jī)（1） 根據(jù)脈沖當(dāng)量，初選步進(jìn)電機(jī)脈沖當(dāng)量根據(jù)系統(tǒng)精度來確定，對于開環(huán)系統(tǒng)一般為0.005mm0.01mm。如取得太大，無法滿足系統(tǒng)精度 ；如取得太小，或者機(jī)械系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)，或者對其精度和動態(tài)特性能提出跟高的要求，是經(jīng)濟(jì)性的降低。根據(jù)已知條件：X、Y方向的脈沖當(dāng)量x、y分別為：x=y=0.005。即脈沖當(dāng)量較小，因此這里選用反應(yīng)式步進(jìn)電動機(jī)。其特點(diǎn)：步距角小，運(yùn)行頻率高，價(jià)格較低，但功耗較大，由于是用聯(lián)軸器連接電機(jī)主軸和絲杠，所以傳動比i=1。根據(jù)公式初選步距角=360i/p=0.9試選電機(jī)90BF4-1.8型號。1、 步進(jìn)電機(jī)

11、的脈沖頻率計(jì)算典型工況下，步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率fx和fy分別為：fx = 1000vx /(60x) = 1000/(60*0.005) =3333.3p/s fx max =12000p/sfy = 1000vy /(60y) = 1000/(60*0.005) =3333.3p/sFx 進(jìn)給抗力=1200N Fy = 2Ty y Z2 /（Sy Z1 ） = 2*2.8*0.83*32/(0.004* 18) =6480NFy 進(jìn)給抗力=1200N驅(qū)動力遠(yuǎn)大于進(jìn)給抗力，所以所選步進(jìn)電機(jī)滿足使用要求。(二) 計(jì)算減速器傳動比減速器傳動比：i=p/（360p） 步進(jìn)電機(jī)步距角（） p絲杠導(dǎo)程（m

12、m） （mm） p-工作臺運(yùn)動的脈沖當(dāng)量(mm)初取滾動絲杠：公稱直徑（mm） 導(dǎo)程（mm） 16 5此時： 30 i=p/（360p）=0.9*5/（360*0.005）=2.520JG/JP101級2級3級74級532 30 501001052 傳動級數(shù)選擇曲線按圖選一級齒輪傳動。（三）齒輪機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 傳動功率=工作臺進(jìn)給抗力*工作臺移動速度/傳動鏈效率 機(jī)械傳動效率概略值（供參考） 類型 V帶傳動聯(lián)軸器傳動圓柱齒輪傳動一對滾動軸承絲桿螺母副符號vegbx 效率0.940.970.970.9950.960.990.980.9950.900.95 初選效率為0.85 傳遞功率=1200（5*0

13、.85）/550=9.2727 w可見，系統(tǒng)傳遞的功率很小，在要求不高時，以后各步的計(jì)算可省略。并采用經(jīng)驗(yàn)法來設(shè)計(jì)各元部件。1、 齒輪傳動機(jī)構(gòu)的基本參數(shù)傳遞功率 （w）小齒輪轉(zhuǎn)速n1（r/min）傳動比一天運(yùn)轉(zhuǎn)時間（h）工作壽命（年）傳動效率 轉(zhuǎn)向工 況9.27275002.5850.975無穩(wěn)定 其中小齒輪轉(zhuǎn)速： n= i*v工作臺*1000/p=500r/min2、 選擇材料及確定許用應(yīng)力小齒輪材料選擇45鋼(表面淬火)，硬度為45HRC大齒輪材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），硬度為220HBS小齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim 1=1130MPa（淬火處理） 大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限Hlim 2=55

14、0MPa 安全系數(shù)SH和SF安全系數(shù)軟齒面硬齒面重要的傳動、滲碳淬火齒輪或鑄造齒輪 SH 1.01.1 1.11.2 1.3 SF 1.31.4 1.41.6 1.62.2取安全系數(shù)SH=1.1 H1 = Hlim 1/SH = 1130/1.1 = 1027.27MPa H2 = Hlim 2/SH = 550/1.1 = 500MPa小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F lim 1=240MPa 大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限F lim 2=190MPa取SF =1.3 F 1 = Flim 1/SF = 240/1.3 = 184.62MPa F 1 = Flim 1/SF = 190/1.3 = 14

15、6.15Mpa3、 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)齒輪按7級精度制造。取載荷系數(shù)1.1，齒寬系數(shù)a=0.3，T = 9550 p/n =9550*9.25/（500*1000）=0.177Nm取Z1 =18；大齒輪齒數(shù)：Z2 = i*Z1 =49模數(shù)m= 2a/(Z1+Z2) = 1.3；取標(biāo)準(zhǔn)值 m=1.5確定中心距a=50mm齒寬：b=a=15mm取b1=15mm；b2=20mm4、 驗(yàn)算齒輪彎曲強(qiáng)度齒型系數(shù)YF1=3.02；YF2=2.18校驗(yàn)結(jié)果：安全。5、 齒輪圓周速度選用7級精度是安全的。（四） 滾珠絲杠選擇1、 滾珠絲杠工作長度計(jì)算l=l工作臺+l行程+l余量X方向絲杠工作長度：ly=41

16、0+450+40=900mmX方向絲杠工作載荷：FX=500N令兩方向絲杠的工況均為：每天開機(jī)6小時；每年300個工作日；工作8年以上。絲杠材料：CrWMn鋼；滾道硬度為5862HRC；絲杠傳動精度為0.04mm。平均轉(zhuǎn)速為n=100r/min2、 計(jì)算載荷FC求解FC = FF FH FA Fm =1.1*1.0*1.0*1200N=1320N查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)基礎(chǔ)表2-6；2-7；2-8的，查表2-4取C級精度。 表2-6載荷系數(shù)載荷性質(zhì)無沖擊平穩(wěn)運(yùn)動一般運(yùn)轉(zhuǎn)有沖擊和振動運(yùn)轉(zhuǎn)KF11.21.21.51.52.5表2-7硬度系數(shù)滾到實(shí)際運(yùn)動5855504540KH1.01.111.562.43

17、.85 表2-8精度系數(shù)精度等級C、DE、FGHKA1.01.11.251.433、 額定動載荷計(jì)算Ca 計(jì)算假設(shè)滾動絲杠能工作6年，每年為300天，每天工作8小時 Lh= 6*300*8 = 14400hCa = 4、 滾珠絲杠副選擇根據(jù)Ca選著滾珠絲杠副，按滾珠絲杠副的額定運(yùn)動載荷Ca等于稍大于Ca的原則。在互聯(lián)網(wǎng)上查得：選型號：GW1505DS-0600A.Ca=4280N，其參數(shù)如下：絲杠軸尺寸：名義外徑d=16mm 導(dǎo)程：P=5mm 螺紋長度l=600mm 總長=640mm 螺紋尺寸：外徑D=34mm 總長 螺母總長F=30mm 滾珠直徑： 圈數(shù)*回路數(shù) =2.5*1 滾道半徑R=0

18、.52d0=1.65mm 偏心距e=0.707*（R-d0/2）=0.044mm 絲杠內(nèi)徑d1=D0+2e-2R=12.79mm 基本動載荷 基本靜載荷 軸向跳動：0.03max因?yàn)?，所以GW1505DS-0600A合格型號名義外徑名義導(dǎo)程絲杠軸尺寸 螺母尺寸螺紋長度總長袍徑軸端長度外徑總長螺母總長法蘭尺寸外徑安裝孔dLltd12DLtFD1TWPMEGW1505DS-HULR-0600A15 5540600（12，5）34403054103444M45L120011401200GW1510DS-HULR-0600A155406006034404257103445M5512001140120

19、0GW1520DS-HULR-0600A2054060034404957103445M551200114012005、 穩(wěn)定性驗(yàn)算1） 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S（見表2-10）絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷crF （N）按下式計(jì)算： Fcr = EIa /（l） 式中，E為絲杠材料的彈性模量，對于鋼，E=206GPa；l為絲杠工作長度(m)；Ia為絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（m4）；為長度系數(shù)，見表2-10.依題意，取=2/3，則安全系數(shù)2） 高速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，因此需驗(yàn)算其不會發(fā)生共振

20、的最高轉(zhuǎn)速crn。要求絲杠的最大轉(zhuǎn)速nmncr臨界轉(zhuǎn)速ncr=（r/min）:3） 滾珠絲杠副還受D n o值的限制，通常D on 7*10000mm r/min D on =16*100=1600 L,該絲杠滿足剛度要求。7、 效率驗(yàn)算滾珠絲杠副的傳動效率為 要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。（五） 滾動直線導(dǎo)軌選擇1、 已知參數(shù)滾座上載荷F滾座個數(shù)M單向行程長度 L 每分鐘往復(fù)次數(shù)每天工作一年工作日壽命4900N2個410mm4次8小時300日5年F = m g =500*9.8 = 4900N2、 導(dǎo)軌額定壽命計(jì)算T = 6*300*5 = 9000 h由公式 T導(dǎo)軌額定行程長度

21、壽命(km) Ls工作單形成長度（m0 n每小時往復(fù)次數(shù)（次/h）得：T = 2Tln/10 = 2*9000*0.41*4*60/10 = 因滑座數(shù)M = 4，所以每根導(dǎo)軌上使用2個滑座，由表2-152-18確定 接觸系數(shù)：fc=0.81 負(fù)荷系數(shù)：fh=1 溫度系數(shù)：ft=1 硬度系數(shù)：fw=1.5由式 K壽命系數(shù)，一般取50km F滑座工作載荷N Ca額定動載荷N得：經(jīng)查相關(guān)資料知其基本額定載荷為：C N = 1740 ，能滿足使用要求。（六） 計(jì)算系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量1、 電動機(jī)軸上總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量計(jì)算小齒輪轉(zhuǎn)動慣量大齒輪轉(zhuǎn)動慣量絲杠轉(zhuǎn)動慣量將各傳動件轉(zhuǎn)動慣量及工作臺質(zhì)量折算到電動機(jī)軸上，得

22、總當(dāng)量負(fù)載轉(zhuǎn)動慣量：2、 慣量匹配驗(yàn)算滿足 1 的要求，慣量匹配比較合理。3、 步進(jìn)電動機(jī)負(fù)載能力校驗(yàn)（1） 步進(jìn)電動機(jī)軸上的總慣量（2） 空載啟動時，電動機(jī)軸上的慣性轉(zhuǎn)矩（3） 電動機(jī)軸上的當(dāng)量摩擦轉(zhuǎn)矩其中伺服進(jìn)給傳動鏈的總效率取為 =0.85（4） 設(shè)滾動絲杠螺母副的預(yù)緊力為最大軸向載荷的1/3，則因預(yù)緊力而引起的折算到電動機(jī)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩為（5） 工作臺上的最大軸向載荷折算電動機(jī)軸上的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為（6） 空載啟動時電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為（7） 在最大工作載荷下電動機(jī)軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為（8） 按表查得空載啟動時所需電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為（9） 按式5-39可求得在最大外載荷下工作時所需要電

23、動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為結(jié)論：所選步進(jìn)電動機(jī)啟動轉(zhuǎn)矩T = 3.30N.m 遠(yuǎn)大于所需要的啟動轉(zhuǎn)矩T，因此選擇的步進(jìn)電動機(jī)的功能不能充分發(fā)揮。4、 系統(tǒng)剛度計(jì)算（1） 按式5-8所列公式可求得絲杠最大、最小拉壓剛度為（2） 假定絲杠軸向支承軸承經(jīng)過預(yù)緊并忽略軸承和螺母座剛度的影響，按表5-9所列公式可求得絲杠螺母機(jī)構(gòu)的綜合拉壓剛度 （3） 按式5-45可計(jì)算出絲杠最低扭轉(zhuǎn)剛度為5、 固有頻率計(jì)算（1） 絲杠質(zhì)量為（2） 絲杠-工作臺縱振系統(tǒng)的最低固有頻率為（3） 折算到絲杠軸上系統(tǒng)的總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為（4） 如果忽略電動機(jī)軸及減速器中的扭轉(zhuǎn)變形，則系統(tǒng)的最低扭振固有頻率為與均較高，說明系統(tǒng)動態(tài)特性好。6

24、、 死區(qū)誤差計(jì)算設(shè)齒輪傳動和絲杠螺母機(jī)構(gòu)分別采取了消隙和預(yù)緊措施，則按式5-59可求得由摩擦力引起的最大反向死區(qū)誤差為： 脈沖當(dāng)量，因此系統(tǒng)能滿足單脈沖進(jìn)給。7、 由系統(tǒng)的剛度變化引起的定位誤差計(jì)算按式5-60可求得由絲杠螺母機(jī)構(gòu)綜合拉壓剛度的變化所引起的最大定位誤差。由于系統(tǒng)要求的定位精度為0.04mm，即允許定位誤差為 = 0.08mm 因而，系統(tǒng)剛度滿足定位精度要求（七） 聯(lián)軸器的選擇彈性套柱銷聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)比較簡單，制造容易，不用潤滑，不需要與金屬硫化粘結(jié)，更換彈性套方便，不用移動半聯(lián)軸器，具有一定補(bǔ)償兩軸相對偏移和減震緩沖性能。彈性套工作是受壓縮變形，由于彈性套的厚度較薄，體積小，彈性變

25、形有限，所以，彈性套柱銷聯(lián)軸器雖可補(bǔ)償軸線位移和彈性。彈性套柱銷聯(lián)軸器是依靠柱銷組的鎖緊力而產(chǎn)生于接觸面的摩擦力矩，并壓縮橡膠彈性套來傳遞轉(zhuǎn)矩。適用于安裝底座剛性好、對中精度較高、沖擊載荷不大、對減震要求不高的中小功率軸系傳動。根據(jù)選出的電機(jī)和絲杠的參數(shù)，選出下面的彈性套柱銷聯(lián)軸三、 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)（一）微處理器的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)要求，系統(tǒng)控制的主要功能是對步進(jìn)電機(jī)的脈沖頻率及其分配的控制。同時在實(shí)現(xiàn)這一主功能的基礎(chǔ)上，附帶若干協(xié)助功能，如顯示、預(yù)置、時間、鍵盤等。結(jié)論：1、 系統(tǒng)對內(nèi)存要求不高。2、 系統(tǒng)處理的運(yùn)算不是很復(fù)雜，對CPU的計(jì)算速度要求不高。3、 為擴(kuò)展鍵盤、顯示、掉電保護(hù)等功能，要求

26、系統(tǒng)提供較多的口線盒完善的中斷系統(tǒng)。考慮到上面的原因，這里可以采用市面供應(yīng)充分，性能價(jià)格比較好的AT89C52作為系統(tǒng)的微處理器。其參數(shù)見下表： AT89C52參數(shù)表型號 ROM串行口晶振頻率封裝RAM 說明AT89C52 8KUARK12MHz40DIP256與intel80C32兼存（二） 系統(tǒng)擴(kuò)展系統(tǒng)中采用鍵盤實(shí)現(xiàn)輸入，并采用LED顯示器，它們均需要占用較多芯片口線，所以該系統(tǒng)是需要進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展的?？删幊滩⑿薪涌?255A是一種應(yīng)用廣泛的并行接口擴(kuò)展器件。它具有三個8位并行口PA、PB、PC由此提供了24條口線。CPUWRRDD0D7csA1 WRA2 RDP00 39 AD0P07AD

27、7P27 32P26P25 圖3-1擴(kuò)展連接（三） 鍵盤連接VCC鍵盤采用機(jī)械式按鈕組成。它屬于常開類型，按圖（3-2）的接線，當(dāng)鍵K按下時P口電位拉低。相反，K未按時，P口一直保持高電位。其中電路中電阻起限流作用，避免CPU被過大的電流燒毀。鍵盤采用軟件消抖。圖3-2單鍵接線圖4008255（四） 時鐘芯片的選擇P為實(shí)現(xiàn)時間的顯示，這里引入了時鐘芯片DS12C887。KGnd（五） 可靠性設(shè)計(jì)為提高系統(tǒng)的可靠性，在這里采用了MAX813L。這是因?yàn)锳T89C52芯片內(nèi)部未帶WATCHDOG（系統(tǒng)正常工作監(jiān)視器），因此若不加外部WATCHDOG，便會造成在工作電壓過低時，系統(tǒng)出現(xiàn)不正常運(yùn)行，產(chǎn)

28、生不良的現(xiàn)實(shí)后果。（六） 掉電保護(hù)設(shè)計(jì)VCC掉電保護(hù)設(shè)計(jì)的目的是在斷電或復(fù)位后，待系統(tǒng)恢復(fù)正常時，系統(tǒng)能夠恢復(fù)到原先狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的功能。這樣就要求將運(yùn)行時的重要參數(shù)得到保存。保存的數(shù)據(jù)包括，預(yù)置時的“位移值”、“速度值”、“運(yùn)行過程中已經(jīng)走過的位移量”。為實(shí)現(xiàn)這一目的，需要在系統(tǒng)中引入芯片AT24C01(E2PROM)。P（七） 報(bào)警設(shè)計(jì)9012CPU報(bào)警裝置可以是“報(bào)警燈”、“聲音報(bào)警”、“聲音和1K燈光共用”等形式，在實(shí)驗(yàn)室等安靜的環(huán)境中，聲音報(bào)SPK警是比較理想的方法。因此，根據(jù)實(shí)際情況，在該系統(tǒng)GND中采用“聲音”報(bào)警。（八） 顯示模塊設(shè)計(jì)系統(tǒng)所需顯示任務(wù)是數(shù)字顯示，且顯示數(shù)據(jù)量不大， 圖3-4顯示模塊88TD/P因此在系統(tǒng)中采用數(shù)碼管作為顯示器是能夠TD/P滿足任務(wù)的。系統(tǒng)中采用靜態(tài)顯示較為合理。74LS16474LS1641、2在靜態(tài)顯示方式中，采用4LS164作為顯示接口是比較通用的方法，而且這種接口價(jià)格133便宜，使用方便，CPU只要提供兩條口線便400可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、高度的顯示。4001、2 LED（九） 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動