機電一體化系統(tǒng)設(shè)計-步進電機直接驅(qū)動單軸直線伺服移動機構(gòu)設(shè)計_(修復(fù)的)

1、目 錄一 課程設(shè)計的目的 - 3二 設(shè)計內(nèi)容 - 3三 課程設(shè)計要求 - 4四機電一體化系統(tǒng)設(shè)計1.確定滾珠絲桿副的導(dǎo)程 - 42.滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計算- 43.滾珠絲杠的校核 - 44. 滾珠絲桿副的極限轉(zhuǎn)速nc的校核- 55. Dn值的驗證- 66根本軸向額定靜在和Cu的驗算- 67軸承選擇- 68電機的選擇- 69. 導(dǎo)軌副的選擇- 810套筒的設(shè)計- 811機械系統(tǒng)建模及仿真- 912.機械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計- 9五 密封和潤滑- 17六 結(jié)論- 18七心得體會-八 參考文獻- 21四 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計步進電機直接驅(qū)動單軸直線伺服移動機構(gòu)設(shè)計滾珠絲桿副的參數(shù)選擇與計算確定滾

2、珠絲桿副的導(dǎo)程Ph：根據(jù)傳動關(guān)系圖及傳動條件選擇滾珠絲桿副的導(dǎo)程PhPh=10mm滾珠絲桿副的載荷及轉(zhuǎn)速計算：托板尺寸：長寬高=托板重量：導(dǎo)軌副與托板連接局部重量估算為：100N雙導(dǎo)軌夾具及工件重量約為：400N工作臺運動局部總重：6最小載荷Fmin選機器空載時滾珠絲桿副的傳動力。由滾動導(dǎo)軌副的摩擦系數(shù)得7)最大載荷Fmax采用矩形滾動導(dǎo)軌工作載荷等效公式：其中： 8)滾珠絲桿副的當量轉(zhuǎn)速nm及當量載荷Fm:按工進時間占總時間的90%，快進時間占總時間的10%計算：確定當量載荷：Fm=1167N確定當量轉(zhuǎn)速：預(yù)期額定動載荷按預(yù)期工作時間計算：使用壽命 滾珠絲杠副壽命最大動載荷：查?機電一體化系

3、統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計指導(dǎo)書?以下簡稱?指導(dǎo)書?表3-30取載荷系數(shù)，硬度系數(shù)代入上式得擬采用預(yù)緊滾珠絲杠副，按最大負載計算查?機電一體化系統(tǒng)設(shè)計及實踐?表3-25以下簡稱?實踐?重載荷取 =5000N得Fmaxfe=17000N取以上結(jié)果最大值確定允許的最小螺紋小徑估算絲杠允許的最大軸向變形量：重復(fù)定位精度10，定位精度20=1/41/3)重復(fù)定位精度=3=1/51/4)定位精度=6取最小值=3估算最小螺紋底徑絲桿要求預(yù)拉伸，采用兩端固定的支承形式，行程為700mm，W=2500+711=3211N 靜摩擦系數(shù)*行程+1014=900mm=mm確定滾珠絲杠副的規(guī)格代號選內(nèi)循環(huán)浮動式法蘭，直筒雙螺母型

4、墊片預(yù)緊形式。由、選擇相應(yīng)規(guī)格的滾珠絲杠副FFZD3210-3d2=mm Ca=20600N Coa=43800N確定預(yù)緊力：53 53 15 90 15 71 9 15 9 70 M6 44 146 FFZD3210-3D1(g6) D2( ) L2 D3 B D4 D5 D6 h D7 M D8 L13.滾珠絲桿的校核在選擇滾珠絲桿時，可根據(jù)原絲桿直徑的大小，按類比法選擇其名義直徑，因此，就需要對其負載能力進行必要的校核，如果是根據(jù)承載能力選出的那么應(yīng)對壓桿穩(wěn)定及其剛度進行必要的校核。下面進行滾珠絲桿副臨界壓縮載荷Fc的核算即驗算壓桿穩(wěn)定性其中： f=21.9 所以驗證穩(wěn)定性合格.4.滾珠

5、絲桿副的極限轉(zhuǎn)速nc的校核(防止高速運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生共振) 驗算合格.5.Dn值的驗證合格.6.根本軸向額定靜在和Cu的驗算7、軸承選擇按照滾珠絲杠副相關(guān)要求初步選定滾動角接觸球軸承B型背對背安裝，受力如下列圖： 1 F2 2 徑向力：派生軸向力： 取載荷系數(shù) 徑向當量動載荷：徑向當量動載荷：P1=4893N求軸承具有的根本額定動載荷：根據(jù)所選滾珠絲杠副及軸承壽命要求選擇 滾動軸承7305 B GB/T292 所選軸承滿足設(shè)計要求。8電機的選擇：1作用在滾珠絲桿副上各種轉(zhuǎn)矩計算外加載荷產(chǎn)生的摩擦力矩TF空載時:外加徑向載荷時的摩擦力矩:滾珠絲桿副預(yù)加載荷Fb產(chǎn)生的預(yù)緊力矩:2負荷轉(zhuǎn)動慣量JL2及傳動

6、系統(tǒng)轉(zhuǎn)動慣量J的計算：滾動絲桿的轉(zhuǎn)動慣量：移動平臺轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)動慣量；Jb=(Ph/2)2m=0.63*10-4-33空載時最大加速轉(zhuǎn)矩Tam根據(jù)負載情況初選南京南數(shù)數(shù)控設(shè)備步進電機130BYG3503為三相混合式，采用單-雙6拍驅(qū)動時步距角為，查其參數(shù)得轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量: Jg2。加到電機轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為：nm=vmax/360。d=1000*0.6/360*0.01=167r/minTam1=Jeq=2Jeqnm/60ta4)快速空載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teq1Teq1= Tam1+Tf0+T05) 快速負載啟動時電動機轉(zhuǎn)軸所承受的負載轉(zhuǎn)矩Teq1Teq2=TfL+Tf0+T0由

7、上可知，加在步進電機上的最大負載轉(zhuǎn)矩為：Teq=max Teq1 ,Teq26電機最大靜轉(zhuǎn)矩的選定考慮到步進電機的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當輸入電壓降低時，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成失步，甚至堵轉(zhuǎn)。并采用開環(huán)控制，需考慮平安系數(shù)。取K=3.5，那么步進電機的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足：查初選電機130BYG3503的最大靜轉(zhuǎn)矩為。所選電機滿足要求。9.導(dǎo)軌副的選擇查?指導(dǎo)書?公式3-35小時額定壽命：距離額定壽命公式3-33滾動體為球時：其中F按所給力參數(shù)折算到四滑塊上中的最大值。查表3-42選擇JSA-LG35型直線滾動導(dǎo)軌副所選導(dǎo)軌滿足要求。10、套筒的設(shè)計傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩取工作情況系數(shù)計算轉(zhuǎn)

8、矩11機械系統(tǒng)建模及仿真1轉(zhuǎn)動慣量的折算由前述可知等效到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量2粘性阻尼系數(shù)折算3總扭轉(zhuǎn)剛度折算電機：絲桿：工作臺的壓縮剛度：附加扭轉(zhuǎn)剛度：折算后的總扭轉(zhuǎn)剛度：4系統(tǒng)建模根據(jù)動平衡原理有：動力平衡關(guān)系：系統(tǒng)傳遞函數(shù)為：式中： 代入數(shù)據(jù)得：5仿真程序：g=tf(504.14,0.0039 1.624 316.76)y t=step(g)y=2*pi*yplot(t,y)grid on仿真結(jié)果：從圖中分析出在步進電機為的階躍輸入條件下，工作臺直線位移10mm，且僅有不大于10%的超調(diào)量，顫抖很小，調(diào)整時間約為0.025s，響應(yīng)速度很快。阻尼比為0.73，系統(tǒng)在周期信號鼓勵下沒有諧振，且

9、阻尼比在理想?yún)?shù)0.707附近，說明靜態(tài)設(shè)計是有效的、準確的。12.機械控制系統(tǒng)原理及電路設(shè)計.1mm/step；2、能用鍵盤輸入命令，控制工作臺的直線運動及實現(xiàn)其它功能，其運動范圍為0700mm；3、能顯示工作臺的當前運動位置；4、具有越程指示報警及停止功能；5、采用硬件進行環(huán)形分配，字符發(fā)生及鍵盤掃描由軟件實現(xiàn)。單片機控制系統(tǒng)的硬件構(gòu)成：考慮到8031單片機芯片性價比擬高故采用其作為主芯片。他有、四個八位口，口可以驅(qū)動8個TTL門電路，16根地址總線由它經(jīng)地址鎖存器74LS373提供8位，而高8位由口直接提供。數(shù)據(jù)總線由口直接提供。控制總線由口的第二功能狀態(tài)和4根獨立的控制線RESET、E

10、A、ALE、PSEN組成。僅?？诳晒┛刂仆庠O(shè)。不能滿足所需控制要求，因8031無ROM，128字節(jié)的RAM也不夠用，所以需要進行擴展。采用8155和2764、6264芯片作為I/O口和存儲器擴展芯片。顯示器采用LED數(shù)碼顯示，從控制要求需5位數(shù)碼顯示，整數(shù)位三位、小數(shù)位二位，把符號及前帶字母考慮進去也便于擴展采用8位顯示。其它輔助電路有復(fù)位電路、時鐘電路、越位報警指示電路。延時可用8155的定時器/計數(shù)器的引腳TMRIN和TMROUT。工作原理圖詳見“控制系統(tǒng)工作原理圖。地址分配如下：2764：0000H1FFFH6264：2000H3FFFH8155I/O端口)：命令口：4000HA口：40

11、01HB口：4002HC口：4003H定時器低八位：4004H定時器高八位：4005H五.密封和潤滑為了阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進入軸承并阻止?jié)櫥瑒┝魇?。再本設(shè)計中加如了軸承的密封裝置。因為滾珠絲杠的轉(zhuǎn)速不高，所以采用接觸式密封。在透蓋與軸承中間參加了唇形密封圈，目的是防止?jié)櫥偷牧鞒?。在軸承的左側(cè)參加軸承端蓋，目的是阻止灰塵，水，酸氣和其雜物進入軸承。為了降低摩擦阻力，散熱，吸收振動，防止銹蝕等，在整個系統(tǒng)中參加了潤滑裝置，在此系統(tǒng)中滾珠絲杠和軸承都采用脂潤滑。 為了減少絲杠的受熱變形，可以將絲杠制成空心，在支承法蘭處通入恒溫油進行強迫冷卻循環(huán)。 滾珠絲杠必須采用潤滑油或鋰基油脂進行潤滑，

12、同時要采用防塵密封裝置。如用接觸式或非接觸密封圈，螺旋式彈簧鋼帶，或折疊式塑性人造革防護罩等。 這種方式具有其結(jié)構(gòu)緊湊，定位可靠，剛性好，且不易磨損，返回滾道短，不易發(fā)生滾珠堵塞，摩擦損失也小。六結(jié)論在系統(tǒng)的控制方面，本設(shè)計采用的是開環(huán)控制系統(tǒng)，其具有結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、調(diào)試方便、維修簡單、價格低廉等優(yōu)點，但是其精度較低。在步進電機驅(qū)動和控制方面，設(shè)計中采用的是專用的與步進電機相匹配的驅(qū)動控制器。完全可以實現(xiàn)控制的要求。綜上所述，雖然設(shè)計中存在一些缺點，但是這些都不會影響控制的精度，并且都可以到達設(shè)計任務(wù)中的要求，所以上述設(shè)計是滿足設(shè)計要求的，完全可以實現(xiàn)對工作臺控制。七心得體會 機電一體化的

13、機械系統(tǒng)要求精度高、運動平穩(wěn)、工作可靠，這不僅是靜態(tài)設(shè)計所能解決的問題，還需對系統(tǒng)的動態(tài)性能進行分析，調(diào)節(jié)相關(guān)的機械性能參數(shù)，到達優(yōu)化系統(tǒng)性能的目的。在仿真過后對其體會頗深，主要如下：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)要盡量緊湊；各部件要盡量輕便，標準件要選取慣量盡量小的；在條件允許的情況下對已有設(shè)計做局部調(diào)整；對系統(tǒng)影響最大的是滾珠絲杠副、聯(lián)軸器、電機，對其選擇要綜合考慮主要考慮減小慣量。機電一體化設(shè)計是訓(xùn)練我們學(xué)習(xí)能力，以及對我們專業(yè)素質(zhì)的一次充分的檢驗，設(shè)計中既按部就班的計算又有一般性的推導(dǎo)和分析選擇的過程，它為我們即將進行的畢業(yè)設(shè)計奠定了根底，提供了方法。我相信有了今天的踏實勤奮才會有今后的開展成就。在此特別感謝指導(dǎo)老師在課設(shè)期間對我們孜孜不倦的教導(dǎo)和啟發(fā)，讓我們發(fā)現(xiàn)問題并解決問題，讓我們更仔細，考慮問題更全面，對一些問題有了全新的認識，再次感謝老師