機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)

2機(jī)電傳動(dòng)單向數(shù)控平臺(tái)設(shè)計(jì)⑴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⑵培養(yǎng)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⑶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⑷樹立正確的設(shè)計(jì)思想及嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)。3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2．總體方案設(shè)計(jì)寬調(diào)速直流伺服電機(jī)目前機(jī)電一體化閉環(huán)伺服系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛的一種控螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)主要用來(lái)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為旋 螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)原理示意圖單片機(jī)控制直流電機(jī)要使用PWM(脈寬調(diào)制)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，因此選用帶PWM口的單片機(jī)。本系統(tǒng)選用89C51單片機(jī)，它帶有PWM功能和捕捉功能。單片機(jī)控制系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。模擬電路為了實(shí)現(xiàn)控制邏輯需要許多電子元件，而采用單片機(jī)后，絕大多數(shù)控制邏輯可通過軟件實(shí)現(xiàn)。(2)可以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制。單片扭具有更強(qiáng)的邏輯功能。運(yùn)算速度快、精度高、存儲(chǔ)容量大，以此有能力實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的控制。(3)提高控制的靈活性和適應(yīng)性。單片機(jī)的控別方式是由軟件完成的。如果需要修改控制規(guī)律一般不必改變系統(tǒng)的硬件電路，只須修改程序即可。在系統(tǒng)調(diào)試和升級(jí)時(shí).可以不斷嘗試，選擇最優(yōu)參數(shù)。(4)無(wú)零點(diǎn)漂移，控制精度高。數(shù)值控制不會(huì)出現(xiàn)模擬電路中經(jīng)常遇到的零點(diǎn)漂移問題，無(wú)論被控制量是大還是小，都可保證足夠的控制精度。2.2總體方案的確定參數(shù)初設(shè)如下：(1)電機(jī)驅(qū)動(dòng)方式：直流伺服電機(jī)(2)機(jī)械傳動(dòng)方式：螺旋絲杠(3)電氣控制方式：?jiǎn)纹瑱C(jī)控制(4)功能控制要求：速度控制(5)主要設(shè)計(jì)參數(shù)：?jiǎn)蜗蜃畲蠊ぷ餍谐獭?200mm;移動(dòng)負(fù)載質(zhì)量——100kg;負(fù)載移動(dòng)阻力——50N;5進(jìn)給速度——3m/min;工作臺(tái)尺寸——200*200*20mm;3.機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及核算3.1滾動(dòng)軸承選用、校核為：軸承內(nèi)徑d=35mm,軸承外徑D=80mm,軸承寬度B=21mm,基本額定靜載荷CO=76800N,基本額定動(dòng)載荷C=65800N。序號(hào)計(jì)算名稱計(jì)算公式、參數(shù)選擇說明結(jié)果1當(dāng)量載荷因?yàn)檩d荷沿著軸向往返運(yùn)動(dòng)，所以所以兩端軸承所受最大力相同。軸向力A=324.6NA/R=324.6/1500=0.295<e=0.83派生軸向力軸向載荷為載荷系數(shù)f=1.2當(dāng)量動(dòng)載荷為62軸承壽命h3.2螺旋傳動(dòng)副的設(shè)計(jì)計(jì)算序號(hào)計(jì)算項(xiàng)目計(jì)算公式、參數(shù)選擇說明結(jié)果1初始條件1)工作臺(tái)重量；m=50kg工作臺(tái)最大行程L=1200mm2)螺母形式：整體式3)材料選取；螺桿材料：40CrMn螺母材料：ZCuSn10Zn22整體式2計(jì)算載荷載荷查機(jī)械手冊(cè)得：硬度系數(shù)K,=1.0載荷系數(shù)K,=1.2精度系數(shù)K=1.0H7軸向工作載荷載荷C動(dòng)載荷為C3螺紋中徑及螺距的確定螺紋中徑合格,許用壓強(qiáng),許用壓強(qiáng)選取標(biāo)準(zhǔn)螺桿中經(jīng)及螺距的確定，螺桿中經(jīng)公稱直徑d=48mm導(dǎo)程L=8mm螺母旋合高度H=9d,=1.5×44旋合圈數(shù)84計(jì)算驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)螺紋升角牙形角α=30c檢驗(yàn)合格。驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為5螺桿強(qiáng)度計(jì)算螺桿材料許用應(yīng)力C]-167~278MPa螺桿強(qiáng)度滿足條件96螺紋牙強(qiáng)度計(jì)算材料許用切應(yīng)力材料許用彎曲應(yīng)力牙根剪切強(qiáng)度條件牙根彎曲強(qiáng)度條件強(qiáng)度條件合格7螺桿穩(wěn)定性計(jì)算螺桿材料彈性模量E=207000MPa長(zhǎng)度系數(shù)μ=1螺桿危險(xiǎn)截面軸慣性矩穩(wěn)定性滿足條件螺桿穩(wěn)定臨界載荷則穩(wěn)定性滿足條件8計(jì)算效率軸承效率為0.95,則效率為由于運(yùn)用用了凸緣聯(lián)軸器，故可選用平鍵連接。序號(hào)計(jì)算名稱計(jì)算公式及說明結(jié)果1平鍵的型號(hào)選擇A型鋼制平鍵。電機(jī)輸輸出軸d=24mm,則b*h=8*7,鍵長(zhǎng)根據(jù)凸緣聯(lián)軸器規(guī)格，初選為30mm。3鍵的校核式中滿足條件.A鍵型8×30滿足條件合格電機(jī)輸出軸與滾珠絲杠之間需要用聯(lián)軸器連接，根據(jù)聯(lián)軸器特性及系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩特點(diǎn)，選用凸緣聯(lián)軸器。計(jì)算名稱計(jì)算公式及說明結(jié)果1YL3聯(lián)軸器初選用YL3式凸緣聯(lián)軸器，其公稱轉(zhuǎn)矩T=25Nm,由計(jì)算易得出：T故聯(lián)軸器滿足設(shè)計(jì)要求。YL3型3.5直流伺服電動(dòng)機(jī)的選擇與校核序號(hào)計(jì)算名稱計(jì)算公式及參數(shù)說明結(jié)果1等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量滾珠絲杠的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量工作臺(tái)的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量2聯(lián)軸器選用YL3型，等效慣量為L(zhǎng)換算到電動(dòng)機(jī)軸上的總等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為2負(fù)載轉(zhuǎn)矩(1)穩(wěn)定運(yùn)行轉(zhuǎn)矩(2)加速時(shí)運(yùn)行轉(zhuǎn)矩(3)減速運(yùn)行轉(zhuǎn)矩a3需要轉(zhuǎn)速工作臺(tái)最大速度為6m/min,螺距P=8mm,則n=6000/8==750rpm4電機(jī)功率加速運(yùn)行功率即最大運(yùn)行功率為90W4選電動(dòng)機(jī)型號(hào)流伺服電機(jī)型號(hào)為130SZK01型直流寬調(diào)速伺服電機(jī)。主要參數(shù)為輸出功率P=800W最高轉(zhuǎn)速n=2000rpm堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩T=2.5Nm130SZK01型直流伺服電機(jī)4.電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)閉環(huán)伺服系統(tǒng)的構(gòu)成如下圖所示。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、速度等量變換為電信號(hào)，反饋到系統(tǒng)的輸入端并與指令進(jìn)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)的定位精度可以達(dá)到+0.001-+0.003mm。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)。測(cè)量元件測(cè)量元件工作臺(tái)指令位置比較速度比較伺服電動(dòng)機(jī)閉環(huán)伺服系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖已逐步被淘汰。本系統(tǒng)選用帶有PWM口的8051單片機(jī)構(gòu)成的調(diào)速系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)變電樞兩端平均電壓大小，從而達(dá)到控制電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的目的。由于選用了自帶4.2.1PWM的基本原理與信號(hào)發(fā)生電路PWM(脈沖寬度調(diào)制)是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，改變負(fù)載兩端的電壓，從而達(dá)到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。T當(dāng)PWM波的頻率在18KHz左右時(shí)，效果最好。在本系統(tǒng)內(nèi)，采用了兩片4位數(shù)值比較器4585和一片12位串行計(jì)數(shù)器4040組成了PWM信號(hào)發(fā)生電路。信8051P1.3F1.1只是前128個(gè)單元，其地址為00H—7FH。定時(shí)器：8051片內(nèi)有2個(gè)16位的定時(shí)器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)定時(shí)或者計(jì)數(shù)功能，并中斷控制系統(tǒng)：該芯片共有5個(gè)中斷源，即外部中斷2個(gè)，定時(shí)/計(jì)數(shù)中斷2個(gè)和串行中斷1個(gè)。器，采用16KB的27128作為程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片，采用容量8KB的6264作為數(shù)0123452701234527據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片。CPO.PO.PO.P0.P0.P0.FFO.08碧A4A34.2.3主電路設(shè)計(jì)產(chǎn)生高壓側(cè)門極驅(qū)動(dòng)電壓的前提是低壓側(cè)必須有開關(guān)的動(dòng)作，在高壓側(cè)截止期間低壓側(cè)必須導(dǎo)通，才能夠給自舉電容提供充電的通路。因此在這個(gè)電路中，Q1、Q4或者Q2、Q3是不可能持續(xù)、不間斷的導(dǎo)通的。我們可以采取雙PWM信號(hào)來(lái)控制直流電機(jī)的正轉(zhuǎn)以及它的速度。壓經(jīng)過VB、IC內(nèi)部電路和HO端加在Q1的柵極上，從而使得Q1導(dǎo)通。同理，此導(dǎo)通且Q1截止。此時(shí)Q2的漏極近乎于零電平，Vcc通過D1向C1充電，為Q1Q4截止，Q3的漏極近乎于零電平，此時(shí)Vcc通過D2向C3充電，為Q4的又一次電源經(jīng)Q3至電動(dòng)機(jī)的負(fù)極經(jīng)過整個(gè)直流電機(jī)后再通過Q2到達(dá)零電位，完成身可對(duì)輸入的兩個(gè)通道信號(hào)之間產(chǎn)生合適的延時(shí)，保證了加到被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中同橋臂上的兩個(gè)功率MOS器件的驅(qū)動(dòng)信號(hào)之間有一互瑣時(shí)間間隔，因而防止了被驅(qū)動(dòng)的逆變橋中兩個(gè)功率MOS器件同時(shí)導(dǎo)通而發(fā)生直流電源直通路的危險(xiǎn)。系統(tǒng)主電路4.3控制程序的設(shè)計(jì)及說明主程序是一個(gè)循環(huán)程序，其主要思路是，先設(shè)定好速度初始值，這個(gè)初始值與測(cè)速電路送來(lái)的值相比較得到一個(gè)誤差值，然后用PI算法輸出控制系數(shù)給PWM