單向數(shù)控機(jī)床課程設(shè)計(jì)資料(共33頁(yè))

1、本科生實(shí)習(xí)(shx)報(bào)告實(shí)習(xí)(shx)類型 題 目 學(xué)院(xuyun)名稱 核技術(shù)與自動(dòng)化工程學(xué)院 專業(yè)名稱 機(jī)械工程及自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué)生學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 實(shí)習(xí)地點(diǎn) 實(shí)習(xí)成績(jī) 二 年 月 二 年 月填寫(tinxi)說明實(shí)習(xí)類型填寫為：認(rèn)識(shí)實(shí)習(xí)、生產(chǎn)實(shí)習(xí)、教學(xué)實(shí)習(xí)、綜合實(shí)習(xí)等與專業(yè)培養(yǎng)(piyng)方案一致的實(shí)習(xí)類型；專業(yè)填寫為專業(yè)全稱，有專業(yè)方向(fngxing)的用小括號(hào)標(biāo)明；封面底下日期請(qǐng)?zhí)顚憣?shí)習(xí)日期，應(yīng)與培養(yǎng)方案的實(shí)習(xí)時(shí)間吻合；格式要求：用A4紙雙面打?。ǚ饷骐p面打印）或在A4大小紙上用藍(lán)黑色水筆書寫。打印排版：正文用宋體小四號(hào)，1.5倍行距，頁(yè)邊距采取默認(rèn)形式（上下2.54cm，左

2、右2.54cm，頁(yè)眉1.5cm，頁(yè)腳1.75cm）。字符間距為默認(rèn)值（縮放100%，間距：標(biāo)準(zhǔn)）；頁(yè)碼用小五號(hào)字底端居中。具體要求：題目（二號(hào)黑體居中）；摘要（“摘要”二字用小二號(hào)黑體居中，隔行書寫摘要的文字部分，小4號(hào)宋體）；關(guān)鍵詞（隔行頂格書寫“關(guān)鍵詞”三字，提煉3-5個(gè)關(guān)鍵詞，用分號(hào)隔開，小4號(hào)黑體)； 正文部分采用三級(jí)標(biāo)題；第1章 (小二號(hào)黑體居中，段前0.5行)1.1 小三號(hào)黑體（段前、段后0.5行）1.1.1小四號(hào)黑體（段前、段后0.5行）參考文獻(xiàn)（黑體小二號(hào)居中，段前0.5行），參考文獻(xiàn)用五號(hào)宋體，參照參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則（GB/T 77142005）。TOC o 1-3 h u H

3、YPERLINK l _Toc21025 第1章.設(shè)計(jì)(shj)任務(wù) 單向(dn xin)數(shù)控平臺(tái)課程設(shè)計(jì)摘要(zhiyo)隨著科技的不斷(bdun)發(fā)展與進(jìn)步，越來越多的機(jī)械設(shè)備更傾向于數(shù)字化、自動(dòng)化，要實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的自動(dòng)化，需要很多動(dòng)力設(shè)備、控制設(shè)備及輔助設(shè)備的共同作用。關(guān)鍵詞：交流伺服電動(dòng)機(jī)；滾珠絲杠；單片機(jī)；位置控制窗體頂端窗體底端第1章.設(shè)計(jì)任務(wù)1.1設(shè)計(jì)任務(wù)介紹及意義1.1.1課程設(shè)計(jì)題目機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)1.1.2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) (2)電氣控制系統(tǒng)1.1.3課程設(shè)計(jì)意義培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論和專業(yè)知識(shí)，獨(dú)立進(jìn)行機(jī)電控制系統(tǒng)(產(chǎn)品)的初步設(shè)計(jì)工作。培養(yǎng)

4、學(xué)生搜集、閱讀和綜合分析參考資料，運(yùn)用各種標(biāo)準(zhǔn)和工具書籍以及編寫技術(shù)文件的能力，提高計(jì)算、繪圖等基本技能。培養(yǎng)學(xué)生掌握機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)的一般程序和方法，進(jìn)行工程師基本素質(zhì)的訓(xùn)練。樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)明細(xì)1.2.1電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式步進(jìn)電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服1.2.2機(jī)械傳動(dòng)方式螺旋絲杠，滾珠絲杠，同步皮帶，鏈傳動(dòng)等1.2.3電氣控制方式(fngsh)單片微機(jī)控制(kngzh)、plc控制(kngzh)1.2.4功能控制要求速度控制、位置控制 1.2.5 主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蚬ぷ餍谐?500 mm；移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量100kg；負(fù)載移動(dòng)阻力50 N；移動(dòng)速度控制3m/min

5、；工作壽命：每天8小時(shí)，工作8年1.3設(shè)計(jì)的基本要求1.3.1 方案設(shè)計(jì)根據(jù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，在搜集、歸納、分析資料的基礎(chǔ)上，明確系統(tǒng)的主要功能，確定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對(duì)各種方案進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，進(jìn)行方案選優(yōu)。1.3.2 總體設(shè)計(jì)針對(duì)具體的原理方案，通過對(duì)動(dòng)力和總體參數(shù)的選擇和計(jì)算，進(jìn)行總體設(shè)計(jì)。1.3.3 主要任務(wù) 根據(jù)控制功能要求，完成電氣控制設(shè)計(jì)，給出電氣控制電路原理圖一張，主要軟件流程圖一張，機(jī)械系統(tǒng)裝配圖（A3一張）。1.3.4 成果展示 課程設(shè)計(jì)的成果最后集中表現(xiàn)在課程設(shè)計(jì)說明書和所繪制的設(shè)計(jì)圖紙上，每個(gè)學(xué)生應(yīng)獨(dú)立完成課程設(shè)計(jì)說明書一份，字?jǐn)?shù)為2000字以上。1.3.5

6、 繪圖及說明書 用計(jì)算機(jī)繪圖，打印說明書；1.3.6 設(shè)計(jì)選題 分組進(jìn)行，每?jī)晌煌瑢W(xué)采用不同方案獨(dú)立完成。第2章總體方案設(shè)計(jì)(shj)2.1設(shè)計(jì)基本(jbn)依據(jù)2.1.1交流(jioli)伺服電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)交流伺服電機(jī)是用交流電信號(hào)控制的伺服電動(dòng)機(jī)，它在機(jī)電一體化設(shè)備中作為執(zhí)行元件，其功能是將輸入的電壓控制信號(hào)轉(zhuǎn)換為軸上的角位移或角速度輸出。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有以下特點(diǎn)：a、穩(wěn)定性好。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有線性下垂的機(jī)械性，能在較寬的速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。b 、可控性好。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有線性的調(diào)節(jié)特性，能使轉(zhuǎn)速正比于控制電壓的大??；轉(zhuǎn)向取決于控制電壓的極性；控制電壓為零時(shí)，轉(zhuǎn)子無慣性，能立即停轉(zhuǎn)。c

7、、響應(yīng)迅速。交流伺服電動(dòng)機(jī)具有較大的起動(dòng)轉(zhuǎn)矩和較小的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，在控制信號(hào)增加、減小或消失的瞬間，直流伺服電動(dòng)機(jī)能快速起動(dòng)增速、快速減速和快速減速。d、控制功率低，損耗小。e、堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大。2.1.2 滾珠絲杠的特點(diǎn)滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠由螺桿、螺母和滾珠組成。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這是滾珠螺絲的進(jìn)一步延伸和發(fā)展，這項(xiàng)發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動(dòng)動(dòng)作變成滑動(dòng)動(dòng)作。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。滾珠絲杠是工具機(jī)和精密機(jī)械上最常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴?/p>

8、矩轉(zhuǎn)換成軸向反覆作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效率的特點(diǎn)：a、與滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩為1/3由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng),所以能得到較高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到1/3以下,即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果所需的動(dòng)力為使用滾動(dòng)絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。b、高精度的保證(bozhng)滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機(jī)械設(shè)備連貫生產(chǎn)(shngchn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面,對(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。c、微進(jìn)給可能(knng)滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng),所以啟動(dòng)力

9、矩極小,不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬行現(xiàn)象,能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。d、無側(cè)隙、剛性高滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值,進(jìn)而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力,在實(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí),由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強(qiáng))。e、高速進(jìn)給可能滾珠絲杠由于運(yùn)動(dòng)效率高、發(fā)熱小、所以可實(shí)現(xiàn)高速進(jìn)給(運(yùn)動(dòng))。2.1.3單片機(jī)的特點(diǎn)a. 高集成度，體積小，高可靠性單片機(jī)將各功能部件集成在一塊晶體芯片上，集成度很高，體積自然也是最小的。芯片本身是按工業(yè)測(cè)控環(huán)境要求設(shè)計(jì)的，內(nèi)部布線很短，其抗工業(yè)噪音性能優(yōu)于一般通用的CPU。單片機(jī)程序指令，常數(shù)及表格等固化在ROM中不易破壞，許多信號(hào)通

10、道均在一個(gè)芯片內(nèi)，故可靠性高。b. 控制功能強(qiáng)為了滿足對(duì)對(duì)象的控制要求，單片機(jī)的指令系統(tǒng)均有極豐富的條件:分支轉(zhuǎn)移能力，I/O口的邏輯操作及位處理能力，非常適用于專門的控制功能。 低電壓，低功耗，便于生產(chǎn)便攜式產(chǎn)品為了滿足廣泛使用于便攜式系統(tǒng)，許多單片機(jī)內(nèi)的工作電壓僅為1.8V3.6V，而工作電流僅為數(shù)百微安。c. 易擴(kuò)展片內(nèi)具有計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件。芯片外部有許多供擴(kuò)展用的三總線及并行、串行輸入/輸出管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。d. 優(yōu)異的性能價(jià)格比單片機(jī)的性能極高。為了提高速度和運(yùn)行效率(xio l)，單片機(jī)已開始使用RISC流水線和DSP等技術(shù)。單片機(jī)的尋址能力也已突

11、破64KB的限制，有的已可達(dá)到1MB和16MB，片內(nèi)的ROM容量可達(dá)62MB，RAM容量則可達(dá)2MB。由于單片機(jī)的廣泛使用，因而銷量極大，各大公司的商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)更使其價(jià)格十分低廉，其性能價(jià)格比極高。2.2總體方案的確定(qudng)2.2.1 參數(shù)(cnsh)(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：交流伺服電機(jī)機(jī)械傳動(dòng)方式：滾珠絲杠電氣控制方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制功能控制要求：位置控制主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蜃畲蠊ぷ餍谐?500mm；移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量100kg；負(fù)載移動(dòng)阻力50N；移動(dòng)速度控制3m/min;壽命要求：每天8小時(shí)，工作8年。選用矩形導(dǎo)軌，工作臺(tái)滑動(dòng)摩擦系數(shù) =0.15；絲杠材料初選鋼材為42CrMo，其HRC為5860。

12、絲杠兩端為固定支撐（F-F），每個(gè)支座安裝兩個(gè)25的接觸角推力球軸承，面對(duì)面安裝，進(jìn)行預(yù)拉伸。 2.2.2 機(jī)械傳動(dòng)裝置組成及原理第3章.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)(xtng)設(shè)計(jì)及核算計(jì)算及說明結(jié)果3.1導(dǎo)軌的選擇 3.1.1已知條件 本設(shè)計(jì)選擇滾動(dòng)絲杠，已知：?jiǎn)蜗蜃畲蠊ぷ餍谐?500mm；移動(dòng)速度控制3m/min;移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量100kg；工作臺(tái)與滑座質(zhì)量假定為50kg。壽命要求：每天8小時(shí)，工作8年,一年按300個(gè)工作日。3.1.2動(dòng)載荷的計(jì)算作用在滑座上的力：（100+50）x9.8=1470N則單個(gè)滑座受力=1470/4=367.5N導(dǎo)軌額定壽命：額定行程長(zhǎng)度壽命：其中n為每分鐘運(yùn)行的次數(shù)則有：設(shè)計(jì)

13、平臺(tái)上共有滑座四個(gè)，每根導(dǎo)軌有兩個(gè)滑座有公式：K壽命系數(shù) 取K=50硬度系數(shù) 取=1溫度系數(shù) 取=1接觸系數(shù)取=0.81負(fù)載系數(shù) 取=1.5則動(dòng)載荷為：N已知?jiǎng)虞d荷Ca=2792.6N查機(jī)電一體化設(shè)計(jì)手冊(cè)導(dǎo)軌選擇型號(hào)：鋼球間隔保持器型LM滾動(dòng)導(dǎo)軌 微型 SRS型。型號(hào)：2SRS15WMC1+1800LHM基本額定動(dòng)載荷C=7430N基本額定靜載荷C0=8590N導(dǎo)軌長(zhǎng)度 1800 mm，4個(gè)滑塊。3.2滾珠絲杠的選擇與校核3.2.1滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式根據(jù)機(jī)器的工作條件及完成的功能，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式。滾珠螺母的循環(huán)方式為內(nèi)循環(huán)預(yù)緊方式為雙螺母墊片預(yù)緊導(dǎo)軌的摩擦力為： 移動(dòng)負(fù)

14、載的質(zhì)量 取=100kg 工作臺(tái)的質(zhì)量 取=50kg 導(dǎo)軌的摩擦系數(shù) 取=0.15=0.15X（100+50）X9.8=220.5N3.2.2 初選絲杠導(dǎo)程根據(jù)公稱直徑范圍選擇Ph=5mm3.2.3計(jì)算滾珠絲杠的動(dòng)載荷動(dòng)載荷公式為：式中為壽命系數(shù)，=Lh為工作壽命，Lh=19200h為載荷系數(shù) 取=1.2為動(dòng)載荷硬度影響系數(shù)，取=1.0為短行程系數(shù)，取Ki=1.0為轉(zhuǎn)速系數(shù)，其中r/min為滾珠絲杠等向軸向載荷，有公式K=1.15為負(fù)載移動(dòng)阻力，=50NFm=1.15X50+220.5=278N 計(jì)算的：N3.2.4初選滾珠絲杠副的型號(hào)和有關(guān)參數(shù)根據(jù)上面所計(jì)算的數(shù)據(jù)，選取的滾珠絲杠的基本額定動(dòng)

15、載荷要大于計(jì)算的動(dòng)載荷初選型號(hào)為FFZD2505型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊滾珠絲桿副。 其主要參數(shù)：額定動(dòng)載荷為=11KN 額定靜載荷為 公稱直徑 導(dǎo)程Ph=5mm 鋼球直徑 預(yù)緊力計(jì)算 NLz=1500mmV=3m/minm1=100kgm2=50kgFz=1470NF=367.5NTh=19200hTs=3456hK=50=1=1=0.81=1.5Ca=2792.6N=100kg=50kg=0.15F=220.5NKh=3.4Lh=19200h=1.2=1.0Ki=1.0Kn=0.38n=600r/minK=1.15=50NFm=278NCa=2984.8N=11KNPh=5mmF0

16、=1000N 絲杠螺紋部分長(zhǎng)度lu=工作臺(tái)最大行程+螺母長(zhǎng)度+兩端余程 =1500+86+40=1626mm 軸承的支撐距離應(yīng)大于螺紋部分的長(zhǎng)度 取支撐距離 =2000mm3.2.5絲杠穩(wěn)定性驗(yàn)算 根據(jù)工作環(huán)境選擇兩端采用角接觸軸承固定的工作方式，則絲桿不發(fā)生失穩(wěn)的最大工作載荷為： 式中： 材料的拉壓彈性模量 鋼取 ； 絲杠軸最小截面慣性矩 ； 為滾珠絲杠的公稱直徑 ； 絲杠小徑 ； 實(shí)際承受載荷的能力； 壓桿穩(wěn)定的支撐系數(shù)（雙推雙推時(shí)為4，單推單推時(shí)為1，雙推簡(jiǎn)支時(shí)為2，雙推自由式時(shí)為0、25），此時(shí)?。?K 壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)（一般去2.54），垂直安裝時(shí)取小值，此時(shí)取。 N 符合壓桿穩(wěn)定性

17、要求。3.2.6臨界轉(zhuǎn)速校核 不發(fā)生共振最高轉(zhuǎn)速成為臨界轉(zhuǎn)速，表示 絲桿的臨界轉(zhuǎn)速系數(shù) 取 l 臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算距離 =2000mm 長(zhǎng)度系數(shù) 能夠達(dá)到不共振要求。 此外滾珠絲桿還應(yīng)滿足發(fā)熱條件 綜上，滾珠絲桿滿足壓縮失穩(wěn)、共振、發(fā)熱的條件 3.2.7 滾珠絲杠副的系統(tǒng)剛度軸向載荷F產(chǎn)生的軸向變形量，絲杠采用兩端固定的方式 式中： 絲杠兩支撐間的距離（mm）； 絲杠的計(jì)算長(zhǎng)度，指和作用處到固定支承端 的距離； 絲杠材料的彈性模量，鋼材的MP； 絲杠的計(jì)算截面面積 轉(zhuǎn)矩T產(chǎn)生的軸向變形量 絲杠的螺紋導(dǎo)程； 絲杠計(jì)算截面的極慣性矩： 絲杠材料的切變模量，鋼材的； 螺旋傳動(dòng)的轉(zhuǎn)矩；滾珠絲杠副的當(dāng)量摩擦系

18、數(shù)：，當(dāng)量摩擦角；軸向載荷F使鋼球與螺旋滾道間產(chǎn)生的軸向變形量因?yàn)?，而且有預(yù)緊，所以 式中 工作螺母中的鋼球總數(shù) 預(yù)緊力，一般取 載荷分布不均勻系數(shù)，一般取軸向總變形量： 絲杠的軸向剛度： 計(jì)算得絲杠允許的軸向剛度，則滿足剛度條件3.2.8 效率驗(yàn)算 滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為 要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格。 經(jīng)過上述計(jì)算驗(yàn)證，所選型號(hào)規(guī)格滾珠絲杠各項(xiàng)性能均符合題目要求，可選用。3.3 交流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇 交流伺服電機(jī)具有響應(yīng)迅速、精度和效率高、高速范圍寬、負(fù)載能力大、控制特性優(yōu)良等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在閉環(huán)或半閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)中。 交流伺服電機(jī)的選擇要滿足慣量匹配和容量匹配原則。3.

19、3.1等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩計(jì)算 選擇傳動(dòng)比為i=1負(fù)載轉(zhuǎn)矩 負(fù)載總的合力3.3.2 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（1）滾珠絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（2）工作臺(tái)等效到電機(jī)輸出軸上 （3）聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 根據(jù)滾珠螺桿和電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑，選擇YLD1聯(lián)軸器，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 因此，換算到電動(dòng)機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：3.3.3初選電動(dòng)機(jī)型號(hào) 已知負(fù)載轉(zhuǎn)矩 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 初選電動(dòng)機(jī)型號(hào)為SGMAH-01A（B）（安川電動(dòng)機(jī)），電磁式交流伺服電動(dòng)機(jī)，其額定轉(zhuǎn)矩為0.318N.m，最大靜轉(zhuǎn)矩為 該電機(jī)參數(shù)如下：最大轉(zhuǎn)矩：額定轉(zhuǎn)速：3000最大轉(zhuǎn)速：5000r/min額定輸出功率：100W外形尺寸：總長(zhǎng)119.5mm，外徑30mm，軸徑8mm，輸出軸

20、長(zhǎng)25mm重量：0.5kg3.4 聯(lián)軸器的選用 根據(jù)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)輸出軸的直徑和滾珠絲杠的直徑，選用YL3 YLD3 J1型凸緣聯(lián)軸器。 其公稱轉(zhuǎn)矩 Tn=25N.m許用轉(zhuǎn)速： 軸孔直徑d=8mm 軸孔長(zhǎng)度l0=30mm 螺栓數(shù)量3個(gè)，采用M8螺栓 轉(zhuǎn)動(dòng)慣量3.5 滾動(dòng)軸承的選用與校核 根據(jù)工作情況以及滾珠絲杠的受力，初選軸承為角接觸球軸承，其，型號(hào)為7002AC 基本額定載荷為 受力情況如下圖： 為徑向外載荷： 為軸向外載荷： Fa=F=367.5N 軸承支反力 軸承派生軸向力 軸承所受軸向載荷 則軸承1受力： 軸承2受力 計(jì)算軸承當(dāng)量動(dòng)載荷，工作在中等沖擊 載荷系數(shù) 查表 查表 計(jì)算當(dāng)量動(dòng)載荷

21、： 計(jì)算軸承的壽命： 因?yàn)椋?故按進(jìn)行校核。 取溫度系數(shù) ft=1 故 壽命指數(shù) 對(duì)于球軸承 因?yàn)長(zhǎng)n19200h,所以軸承符合要求 7002AC角接觸軸承基本尺寸 內(nèi)圈直徑 外圈直徑 軸承寬度 軸承質(zhì)量 靜載荷 動(dòng)載荷 3.6 鍵的校核3.6.1連接交流伺服電動(dòng)機(jī)與聯(lián)軸器上鍵的校核選A型普通平鍵，根據(jù)軸徑d=8mm查表GB/T1095-2003選鍵：b=2mm,h=2mm,L=18mm 鍵的強(qiáng)度校合，驗(yàn)算其擠壓強(qiáng)度 ，查表得其許用壓應(yīng)力 =100MPa，又 其中Ti為負(fù)載轉(zhuǎn)矩，Ti=0.24N.m鍵的工作長(zhǎng)度，則 符合要求；3.6.2連接聯(lián)軸器和滾珠絲杠鍵校核（1）選擇A型普通平鍵根據(jù)軸徑d

22、=15mm，確定b=5mm,h=5mm,L=14mm。（2）鍵的強(qiáng)度校核驗(yàn)算其擠壓強(qiáng)度，查表得鍵的工作長(zhǎng)度則符合強(qiáng)度要求。3.7 潤(rùn)滑與密封裝置 由已知條件選擇脂潤(rùn)滑，密封裝置為毛氈圈。lu=1626mm=2000mm s=2000mmN符合要求符合要求絲桿滿足使用要求=1800mm=2000mmMP Ph=5mmT=465取取滿足剛度條件可選用 Fm=278NTn=25N.md=8mml0=30mmFa=367.5Nft=1Ln=231481h Ti=0.24N 符合強(qiáng)度要求l=9mm符合強(qiáng)度要求第4章 電氣(dinq)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成(guchng)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成

23、圖1所示。閉環(huán)系統(tǒng)是負(fù)反饋控制系統(tǒng)。檢測(cè)元件將執(zhí)行部件的位移、轉(zhuǎn)角、速度等量變換成電信號(hào)，反饋到系統(tǒng)的輸入端并與指令(zhlng)迸行比較,得出誤差信號(hào)的大小，然后按照減小誤差大小的方向控制驅(qū)動(dòng)電路，直到誤差減小到零為止。反饋檢測(cè)元件一般精度比較高，系統(tǒng)傳動(dòng)鏈的誤差、閉環(huán)內(nèi)各元件的誤差以及運(yùn)動(dòng)中造成的誤差都可以得到補(bǔ)償，從而大大提高了系統(tǒng)的跟隨精度和定位精度。閉環(huán)系統(tǒng)的定位精度可達(dá)0.0010.003.根據(jù)檢測(cè)元件的安裝位置，閉環(huán)系統(tǒng)分為全閉環(huán)和半閉環(huán)兩種。位置檢測(cè)元件直接安裝在最后的移動(dòng)部件上，形成全閉環(huán)系統(tǒng)。 閉環(huán)伺服控制系統(tǒng)的構(gòu)成4.2 閉環(huán)伺服系統(tǒng)設(shè)計(jì)(1)伺服元件的選擇根據(jù)伺服系統(tǒng)的

24、實(shí)際情況，選擇電磁式交流伺服電機(jī)。(2)檢測(cè)元件的選擇閉環(huán)伺服系統(tǒng)通常是位置環(huán)、速度環(huán)、電流環(huán)3環(huán)聯(lián)合的反饋系統(tǒng).因此，選擇檢測(cè)元件就是選擇位置傳感器和速度傳感器。常用的位置檢測(cè)傳感器有旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、光電編碼器、光柵尺、礠尺等。如被測(cè)量為直線位移，則 應(yīng)選直線位移傳感器，如光柵尺、磁尺、直線感應(yīng)同步器等。在位置伺服系統(tǒng)中，為了獲得良好的性能，往往還要對(duì)執(zhí)行元件的速度進(jìn)行反饋控制，因而還要選用速度傳感器。交直流伺服電機(jī)常用的速度傳感器為測(cè)速發(fā)電機(jī)。4.3 伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速(zhun s)控制采用硬件電路實(shí)現(xiàn)對(duì)直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制已在實(shí)踐中應(yīng)用多年，其硬件組成復(fù)雜，速度調(diào)整困難，缺乏控制的靈活

25、性。本文采用XX單片機(jī)，利用(lyng)PWM信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)了對(duì)直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)速的實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制。4.3.1 PWM直流調(diào)速原理(yunl)直流電動(dòng)機(jī)直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)PWM簡(jiǎn)介：為了獲得可調(diào)的直流電壓，利用電力電子器件的完全可控性，采用脈寬調(diào)制技術(shù)，直接將恒定的直流電壓調(diào)制成可變大小和極性的直流電壓作為電動(dòng)機(jī)的電樞端電壓，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑調(diào)速，這種調(diào)速系統(tǒng)就稱為直流脈寬調(diào)速系統(tǒng)。脈寬調(diào)制的基本原理：脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation），是利用電力電子開關(guān)器件的導(dǎo)通與關(guān)斷，將直流電壓變成連續(xù)的直流脈沖序列，并通過控制脈沖的寬度或周期達(dá)到變壓的目的。所采用的電力電子器件都為全控型

26、器件，如電力晶體管（GTR）、功率MOSFET、IGBT等。通常PWM變換器是用定頻調(diào)寬來達(dá)到調(diào)壓的目的。PWM變換器調(diào)壓與晶閘管相控調(diào)壓相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如需要的濾波裝置很小甚至只利用電樞電感已經(jīng)足夠，不需要外加濾波裝置；電動(dòng)機(jī)的損耗和發(fā)熱較小、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快、開關(guān)頻率高、控制線路簡(jiǎn)單等。為達(dá)到更好的機(jī)械特性要求，一般直流電動(dòng)機(jī)都是在閉環(huán)控制下運(yùn)行。經(jīng)常采用的閉環(huán)系統(tǒng)有轉(zhuǎn)速負(fù)反饋和電流截止負(fù)反饋。4.4 AT89C51簡(jiǎn)介51單片機(jī)是對(duì)目前所有兼容Intel 8031指令系統(tǒng)的單片機(jī)的統(tǒng)稱。該系列單片機(jī)的始祖是Intel的8031單片機(jī)，后來隨著Flash rom技術(shù)的發(fā)展，8031單片機(jī)取得了長(zhǎng)

27、足的進(jìn)展，成為目前應(yīng)用最廣泛的8位單片機(jī)之一，其代表型號(hào)是ATMEL公司的AT89系列，它廣泛應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)之中。目前很多公司都有51系列的兼容機(jī)型推出，在目前乃至今后很長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)將占有大量市場(chǎng)。51單片機(jī)是基礎(chǔ)入門的一個(gè)單片機(jī)，還是應(yīng)用最廣泛的一種。需要注意的是52系列的單片機(jī)一般不具備自編程能力。主要特性：a) 與MCS-51 兼容(jin rn)b) 4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 c) 壽命：1000寫/擦循環(huán) d) 數(shù)據(jù)(shj)保留時(shí)間：10年 e) 全靜態(tài)工作：0Hz-24MHz f) 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 g) 1288位內(nèi)部(nib)RAM h) 32可編程I/O線i) 兩個(gè)

28、16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 j) 5個(gè)中斷源k) 可編程串行通道l) 低功耗的閑置和掉電模式 m) 片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路2) AT89C51引腳圖:3) 管腳說明：VCC：供電電壓。 GND：接地。P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)

29、部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出(shch)4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為(zuwi)輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容(ni

30、rng)。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。 P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能P3.0 RXD（串行輸入口）P3.1 TXD（串行輸出口）P3.2 /INT0（外部中斷0）P3.3 /INT1（外部中斷1）P3.4 T0（記時(shí)器0外部輸入）P3.5 T1（記時(shí)器1外部輸入）P3.6 /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通）

31、P3.7 /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該

32、引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。XTAL1：反向振蕩放大器的輸入(shr)及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。XTAL2：來自反向(fn xin)振蕩器的輸出。振蕩器特性(txng):XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。4.5 二極管的應(yīng)用1) 整流二極管利用二極管單向?qū)щ娦?，可以把方向交替變化的交流電變換成單一方向的脈動(dòng)直流電。2)

33、開關(guān)元件二極管在正向電壓作用下電阻很小，處于導(dǎo)通狀態(tài)，相當(dāng)于一只接通的開關(guān)；在反向電壓作用下，電阻很大，處于截止?fàn)顟B(tài)，如同一只斷開的開關(guān)。利用二極管的開關(guān)特性，可以組成各種邏輯電路。3) 限幅元件二極管正向?qū)ê螅恼驂航祷颈３植蛔儯ü韫転?.7V，鍺管為0.2V）。利用這一特性，在電路中作為限幅元件，可以把信號(hào)幅度限制在一定范圍內(nèi)。4) 繼流二極管在開關(guān)電源的電感中和繼電器等感性負(fù)載中起繼流作用。4.6 電路組成4.6.1晶振電路圖2晶振電路圖，由兩個(gè)電容和一個(gè)晶振組成，晶振頻率為12MHz。圖24.6.2 復(fù)位(f wi)電路圖3為復(fù)位(f wi)電路圖，由直流電源，電容和電阻組成，

34、其主要功能是對(duì)單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位功能。圖3 4.6.3 單相(dn xin)橋式整流電路圖4是單相橋式整流電路圖，由4個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管IGBT和四個(gè)二極管組成，其功能是將交流電轉(zhuǎn)化成直流電。其負(fù)載為伺服交流電機(jī)，通過門控信號(hào)的改變可以調(diào)節(jié)電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向 圖44.6.4 調(diào)制(tiozh)電路圖5是調(diào)制電路圖，由兩個(gè)與門和一個(gè)非門組成，其功能主要是產(chǎn)生(chnshng)PWM脈沖來控制IGBT。圖54.7 仿真(fn zhn)結(jié)果圖下圖是系統(tǒng)的仿真圖，圖中左下方是三個(gè)控制開關(guān)，分別控制直流伺服電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)，加減速。開關(guān)按下時(shí)，是高電平信號(hào)(xnho)，開關(guān)開時(shí)，是低電平信號(hào)（信號(hào)為高電平時(shí)有效）。開關(guān)右側(cè)的單片機(jī)AT89C51，其主要功能就是將開關(guān)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，并通過固定程序，通過對(duì)信號(hào)的識(shí)別，輸出相應(yīng)的控制信號(hào)。系統(tǒng)圖的最右側(cè)是采用IGBT作為開關(guān)器件的單相橋式PWM逆變電路。以電動(dòng)機(jī)作為負(fù)載，工作時(shí)Q1,Q3的通斷狀態(tài)互補(bǔ)，Q2,Q4的通斷狀態(tài)也互補(bǔ)。PWM逆變電