機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計79700

下載可編輯目錄——機械工程及自動化專業(yè)課程設(shè)計說明書錯誤！未定義書簽。1、設(shè)計任務(wù) 21.1設(shè)計任務(wù)介紹及意義 21.2設(shè)計任務(wù)明細 22、總體方案設(shè)計 32.1設(shè)計的基本依據(jù) 32.2可行性方案的比較 52.3總體方案的確定 63、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計 73.1機械傳動裝置的組成及原理 73.2主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 74、電器控制系統(tǒng)設(shè)計 244.1控制系統(tǒng)基本組成 244.2電器元件的選型計算 264.3電氣控制電路的設(shè)計 304.4控制程序的設(shè)計及說明 345、結(jié)論 49參考書目 50.專業(yè).整理.下載可編輯1、設(shè)計任務(wù)1.1設(shè)計任務(wù)介紹及意義1）課程設(shè)計題目：機電傳動單向數(shù)控平臺設(shè)計2）主要設(shè)計內(nèi)容：機械傳動結(jié)構(gòu)設(shè)計和電氣控制系統(tǒng)①電機驅(qū)動方式 步進電機、直流伺服電機、交流伺服電機②機械傳動方式 螺旋絲杠、滾珠絲杠、同步皮帶、鏈傳動等③電氣控制方式 單片微機控制、PLC控制④功能控制要求 速度控制、位置控制⑤主要設(shè)計參數(shù)單向工作行程——1800、1500、1200mm移動負載質(zhì)量——100、50kg負載移動阻力——100、50N移動速度控制——3、6m/min3）課程設(shè)計意義：通過課程設(shè)計，培養(yǎng)綜合運用所學(xué)知識和能力，提高分析和解決實際問題的能力。專業(yè)課程設(shè)計是建立在專業(yè)基礎(chǔ)課程和專業(yè)方向課的基礎(chǔ)之上，根據(jù)所學(xué)課程進行工程基本訓(xùn)練。1.2設(shè)計任務(wù)明細.專業(yè).整理.下載可編輯1）方案設(shè)計：根據(jù)課程設(shè)計任務(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，確定實現(xiàn)系統(tǒng)主要功能的原理方案，并對各種方案進行分析評價，進行方案選優(yōu)；2）總體設(shè)計：針對具體的原理方案，通過對動力和總體參數(shù)的選擇和計算，進行總體設(shè)計，最后給出機械系統(tǒng)的控制原理圖或主要部件圖（A2圖紙一張）；3）電氣控制線路圖：根據(jù)控制功能的要求，完成電氣控制設(shè)計，給出電氣控制電路原理圖（A3圖紙一張）；4）成果展示：課程設(shè)計的成果最后集中表現(xiàn)在課程設(shè)計說明書和所繪制的設(shè)計圖紙上，應(yīng)保證獨立完成課程設(shè)計說明書一份，字數(shù)為3000字以上，設(shè)計圖紙不少于兩張；5）繪圖及說明書：用計算機繪圖，打印說明書；6）設(shè)計分組：設(shè)計選題分組進行，每位同學(xué)采用不同方案（或參數(shù)）獨立完成。2、總體方案設(shè)計2.1設(shè)計的基本依據(jù)機電傳動單向數(shù)控平臺是機電一體化的典型產(chǎn)品 ，是集機床、計算機、電動機及拖動控制、檢測等技術(shù)為一體的自動化設(shè)備 。其基本組成包括機械傳動系統(tǒng)、數(shù)控裝置、伺服系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)等。機械傳動系統(tǒng)的主傳動在數(shù)控平臺上一般采用絲桿螺母機構(gòu) 。它是將旋轉(zhuǎn)運動變換為直線運動 ，也可以將直線運動變換為螺旋運動 。絲桿螺母機構(gòu)有滑.專業(yè).整理.下載可編輯動摩擦機構(gòu)和滾動摩擦機構(gòu)之分 ?；瑒幽Σ翙C構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單 ，加工方便，制造成本低，具有自鎖功能，但其摩擦阻力打，傳動效率低。滾珠絲桿機構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高，但最大優(yōu)點是摩擦阻力小 ，傳動效率高。數(shù)控裝置是數(shù)控平臺的核心 。其功能是接受輸入裝置輸入的數(shù)控程序中的加工信息，經(jīng)過數(shù)控裝置的系統(tǒng)軟件或邏輯電路進行譯碼 、運算和邏輯處理后，發(fā)出相應(yīng)的脈沖送給伺服系統(tǒng) ，使伺服系統(tǒng)帶動機床的各個運動部件按數(shù)控程序預(yù)定要求動作 。一般由輸入輸出裝置 、控制器、運算器、各種接口電路、CRT顯示器等硬件以及相應(yīng)的軟件組成 。數(shù)控裝置作為數(shù)控機床 “指揮系統(tǒng)”，能完成信息的輸入、存儲、變換、插補運算以及實現(xiàn)各種控制功能 。伺服系統(tǒng)由伺服驅(qū)動電動機和伺服驅(qū)動裝置組成 ，它是數(shù)控系統(tǒng)的執(zhí)行部分。驅(qū)動機床執(zhí)行機構(gòu)運動的驅(qū)動部件 ，包括主軸驅(qū)動單元 （主要是速度控制）、進給驅(qū)動單元（主要有速度控制和位置控制 ）、主軸電動機和進給電動機等。一般來說，數(shù)控平臺的伺服驅(qū)動系統(tǒng) ，要求有好的快速響應(yīng)性能 ，以及能靈敏且準(zhǔn)確地跟蹤指令功能 。數(shù)控機床的伺服系統(tǒng)有步進電動機伺服系統(tǒng) 、直流伺服系統(tǒng)和交流伺服系統(tǒng) ，現(xiàn)在常用的是后兩者 ，都帶有感應(yīng)同步器 、編碼器等位置檢測元件，而交流伺服系統(tǒng)正在取代直流伺服系統(tǒng) 。反饋裝置是閉環(huán)（半閉環(huán)）數(shù)控機床的檢測環(huán)節(jié) ，該裝置可以包括在伺服系統(tǒng)中，它由檢測元件和相應(yīng)的電路組成 ，其作用是檢測數(shù)控機床坐標(biāo)軸的實際移動速度和位移，并將信息反饋到數(shù)控裝置或伺服驅(qū)動中 ，構(gòu)成閉環(huán)控制系統(tǒng)。檢測裝置的安裝、檢測信號反饋的位置 ，決定于數(shù)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式 。無測量反饋裝置的系統(tǒng)稱為開環(huán)系統(tǒng) 。由于先進的伺服系統(tǒng)都采用了數(shù)字式伺服驅(qū)動技術(shù)（稱為數(shù)字伺服），伺服驅(qū)動和數(shù)控裝置間一般都采用總線進行連.專業(yè).整理.下載可編輯接。反饋信號在大多數(shù)場合都是與伺服驅(qū)動進行連接 ，并通過總線傳送到數(shù)控裝置，只有在少數(shù)場合或采用模擬量控制的伺服驅(qū)動 （稱為模擬伺服）時，反饋裝置才需要直接和數(shù)控裝置進行連接 。伺服電動機內(nèi)裝式脈沖編碼器 、旋轉(zhuǎn)變壓器、感應(yīng)同步器、測速機、光柵和磁尺2.2可行性方案的比較（1）電機驅(qū)動方式的選擇直流伺服電機主要靠脈沖來定位 ，伺服電機接收到 1個脈沖，就會旋轉(zhuǎn) 1個脈沖對應(yīng)的角度 ，從而實現(xiàn)位移，因為，伺服電機本身具備發(fā)出脈沖的功能，所以伺服電機每旋轉(zhuǎn)一個角度 ，都會發(fā)出對應(yīng)數(shù)量的脈沖 ，這樣，和伺服電機接受的脈沖形成了呼應(yīng) ，或者叫閉環(huán)，如此一來，系統(tǒng)就會知道發(fā)了多少脈沖給伺服電機，同時又收了多少脈沖回來 ，這樣，就能夠很精確的控制電機的轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)精確的定位，可以達到0.001mm。步進電機是開環(huán)控制 ，每輸入一個脈沖 ，轉(zhuǎn)過一個角度，精度較低，有時會發(fā)生丟步現(xiàn)象。啟動較慢，不具備過載能力。綜上所述，電機選擇直流伺服電機。（2）機械傳動方式選擇螺旋絲桿是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動 ，或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。它的功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化成直線運動 ，效率低、速度低、精度也低，但剛性好、具有自鎖功能，用于重載荷。滾珠絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件 ，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動 ，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反覆作用力 ，同時兼具高精度、.專業(yè).整理.下載可編輯可逆性和高效率的特點。由于本系統(tǒng)的負載阻力不是很高 ，同時考慮到經(jīng)濟的問題 ，選擇螺旋絲桿。（3）電氣控制方式的選擇單片機是一種可編程的集成芯片 ，系統(tǒng)設(shè)計要從底層開發(fā) ，設(shè)計較繁瑣。應(yīng)用系統(tǒng)廣泛，開發(fā)成本低，開發(fā)周期短，可靠性高。PLC（可編程邏輯控制器 ）實質(zhì)是一種專用于工業(yè)控制的計算機 ，是單片機的特例，采用模塊化設(shè)計 ，使用方便，編程簡單，可靠性高，抗干擾能力強。本例中采用單片機控制。2.3總體方案的確定1）電機驅(qū)動方式直流伺服電機2）機械傳動方式螺旋絲杠3）電氣控制方式單片微機控制4）功能控制要求速度控制5）主要設(shè)計參數(shù)①單向工作行程——1200mm②移動負載質(zhì)量——50kg③負載移動阻力——50N④移動速度控制——3m/min⑤壽命要求：每天開機8h，一年按300個工作日，壽命5年以上。.專業(yè).整理.下載可編輯⑥定位精度——0.01mm圖2.1系統(tǒng)原理圖3、機械傳動系統(tǒng)設(shè)計3.1機械傳動裝置的組成及原理機械傳動裝置主要包括螺旋絲桿 ，工作平臺，直線導(dǎo)軌，聯(lián)軸器，軸承等。其中電機與聯(lián)軸器、絲桿與聯(lián)軸器均為鍵聯(lián)接 。原理如下圖：圖3.1機械傳動原理圖3.2主要部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算、導(dǎo)軌的選擇表格A計算項目設(shè)計計算過程計算結(jié)果已知條件本設(shè)計采用螺旋絲桿，2根導(dǎo)軌，4個滑座數(shù)，工作平臺.專業(yè).整理.下載可編輯和滑塊的質(zhì)量假定為 50kg。1、額定工作時間 =h壽命2、額定行程長度2160h壽命3、額定動載荷 額定動載荷是指滾動直線導(dǎo)軌的額定長度壽命 t=50km Ca=1730時，作用在滑座上大小的方向均不變化的載荷 。其值可以 N按下式計算：F3TsfwCa KfHfTfc作用在滑塊上的力F (m1 m2)g (50 50) 10 1000N則單個滑座受力FF 250N4K壽命系數(shù) K=50fH硬度系數(shù) fH=1fT溫度系數(shù) fT=1fc接觸系數(shù) fc=0.81fw負荷系數(shù) fw=1.5則動載荷有.專業(yè).整理.下載可編輯F3Tsfw250326101.5CaK501730NfHfTfc0.81114、選擇導(dǎo)軌由動載荷可以選擇導(dǎo)軌：鋼球間隔保持器型LM滾動導(dǎo)軌微型SRS型。型號：SRS12MC1+1340LHM。導(dǎo)軌長1340mm，4個滑塊，基本額定動載荷C=4000N，基本額定靜載荷Co=3530N。圖3.2直線滾動導(dǎo)軌、螺旋絲桿的選擇及校核(1)螺旋絲桿初選表格 B計算項目 設(shè)計計算過程 計算結(jié)果1、工作載荷 通過查閱相關(guān)資料 ，工作載荷 Fm是指絲桿副在驅(qū)動工作 F=202NF 臺時承受的軸向力 ，也叫做進給牽引力 ，它包括絲桿的走刀方式與移動體重力作用在導(dǎo)軌上的其他切削分力相關(guān)的摩擦力，因為選擇的導(dǎo)軌為矩形截面 ，所以計算公式如下：.專業(yè).整理.下載可編輯2、計算螺旋絲桿的動載荷

F=KFL f(FV FC G)其中，F(xiàn)L、FV、FC分別為工作臺進給方向載荷 、垂直載荷和橫向載荷 ；G為移動部件的重力 ；K和f分別為考慮顛覆力矩影響的試驗參數(shù)和導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)，取K=1.1，f=0.15.則F1.1500.151009.8202N動載荷計算公式為Ca3LfmFCa1680N其中，L為絲桿的壽命系數(shù)，單位為1106轉(zhuǎn)，L=60nT/106T為使用壽命時間 ，本設(shè)計中取 T=12000hn為絲桿轉(zhuǎn)速：n=v/p=600r/min得L 60 60012000/106 432fm為載荷系數(shù)，取fm=1.1計算可得動載荷為Ca 3432 1.1 202 1680N3、選擇螺旋類 螺旋副的螺紋種類主要有梯形螺紋 、鋸齒形螺紋 、圓螺 選用梯形螺型 紋、矩形螺紋、三角形螺紋。結(jié)合受力情況和使用場合等 紋多種因素考慮 ，選用梯形螺紋 。（2）螺旋絲桿的計算校核表格 C計算項目 設(shè)計計算過程 計算結(jié)果.專業(yè).整理.下載可編輯1、耐磨性 （1）螺紋中徑d2（mm） d2 12.44mmd2 0.8

FppF為軸向載荷， pp螺紋副許用壓強 ，螺紋副的材料取鋼對耐磨鑄鐵 ，得pp=4.3MPa為螺母長度 L與螺桿中徑 d2，選整體式螺母 ，故=1.5故d22020.83.28mm1.58（2）公稱直徑d和螺距P根據(jù)上式計算出的 d2按螺紋的標(biāo)準(zhǔn)基本尺寸系列選取相應(yīng)的 d 和 P，經(jīng)查表可以選出：公稱直徑：d=20mm ； 螺 距 ： p=4mm ， 取d2 d 0.5 P 18mm材料選擇：絲桿材料 40CrMn，軸頸處可局部熱傳動螺母采用ZCuSn10Zn2（3）導(dǎo)程S選取線數(shù)Z=1，因為螺距P=4mm，故導(dǎo)程d20mm,P4mm,S=ZP=4mmd218mm（4）螺母高度HH=d2=1.518=27mm.專業(yè).整理.下載可編輯（5）旋合圈數(shù)mm=H/P=27/4=6.75（6）螺紋的工作高度h 0.5P 0.5 4 2mm（7）工作壓強 pF202p0.26MPaPpd2hm3.141826.75p Pp=8，說明校核合格 ，設(shè)計正確。2、驗算自鎖 （1）螺旋升角arctan(P)arctan(4)4.048d23.1418（2）當(dāng)量摩擦角TfT，滿足自)Tarctan(cos鎖條件2通過查表，滑動摩擦系數(shù)（定期潤滑）：f=0.10牙型角 =30故.專業(yè).整理.下載可編輯Tarctan(0.10)5.91cos153、螺桿強度（1）螺桿傳動的轉(zhuǎn)矩T<[]，校核T0.5Fd2tan(T)合格，符合強度0.520218tan(4.0485.91)319.2Nmm條件（2）當(dāng)量應(yīng)力3(T3)2(4F2)20.2d1d1其中d1dP20416mm故3(319.2)2(4202)21.46MPa0.21633.14162（3）強度條件螺桿材料為：45鋼調(diào)質(zhì)，查表得：材料的屈服極限為s167~278MPa，選278MPa；則螺桿的許用應(yīng)力為[]s69.54MPa故<[]4、螺紋牙強（1）螺紋牙底寬度b[]度因為是梯形螺紋，故b[b]b0.65P0.6542.6mm說明螺紋牙強度（2）螺桿和螺母的抗剪強度足夠。螺桿剪切應(yīng)力為 ：.專業(yè).整理.下載可編輯F 2021.55MPad1bm 3.14 16 2.6 1螺母剪切應(yīng)力為 ：F202dbm1.23MPa3.14202.61螺桿許用剪切應(yīng)力[] 0.6[] 0.6 69.5 41.7MPa螺母許用剪切應(yīng)力 [] 40MPa可見 []，校核通過。5、螺桿的穩(wěn)定性

3）螺桿和螺母的抗彎強度螺桿的彎曲應(yīng)力：3Fh320223.56MPab2m3.14162.62d1b1螺母的彎曲應(yīng)力 ：b3Fh320222.85MPadb2m3.14202.621螺桿許用彎曲應(yīng)力[b]1.2[]83.4MPa螺母許用彎曲應(yīng)力[b]60MPa可見b[b]，校核通過。綜上所述，螺紋牙強度足夠 。（1）柔度L，i其中長度系數(shù) 0.5（兩端固定），工作行程

Fc>4,證明穩(wěn)定F性合格..專業(yè).整理.下載可編輯L=1200mm，id144故L0.51200150>90i4(2)臨界載荷FcFc2EI2a,其中E為螺桿材料的彈性模量,取(L)2.07105MPa,螺桿危險截面的軸慣性矩Iad143215.36mm4,64故Fc3.1422.071053215.3618228.7N(0.51200)2(3)穩(wěn)定性判定Fc90.24 4F說明穩(wěn)定性合格 .6.螺桿的剛度（1）軸向載荷使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形F[]，螺桿F4FS39105mm剛度合格Ed122.07105（2）轉(zhuǎn)矩使導(dǎo)程產(chǎn)生的變形TT16TS216319.2426.5105mm2Gd143.1422009.8164（3）導(dǎo)程的總變形量FT，軸向載荷與運動方向相反時取正號。.專業(yè).整理.下載可編輯7、螺桿的橫向振動

則FT1.91056.51058.4105mm（4）單位長度變形量/S 2.1105mm/m在本設(shè)計中，取精度等級為 7級，[ ] 3.0 105mm/m故可知 [ ]，螺桿剛度合格。（1）臨界轉(zhuǎn)速ncn0.8nc，nc12.31062d滿足轉(zhuǎn)速要求。11，其中l(wèi)c為螺桿兩支承間的距l(xiāng)c2離，取lc=1200mm；1為支承系數(shù)，取1=4.730（兩端固定）；則nc12.31064.732163057.6r/min12002（2）工作轉(zhuǎn)速n的校核按n=1500r/min計算，n 0.8nc 2446.1r/min滿足要求，合格。8、效率tan0.3950.98T)tan(tan4.0480.3950.985.91)tan(4.0489、螺旋絲桿通過螺紋外徑和螺距選擇30度梯形絲杠(兩端臺階選型型)，型號為MTSBLW20-1200-F25-V15-S25-Q15.專業(yè).整理.下載可編輯圖3.3螺旋絲桿直流伺服電機的選型已知參數(shù)：工作臺重量G=50 9.8=490N工作臺與導(dǎo)軌間的摩擦系數(shù) =0.15工作臺行進時動載荷 Ca 1680N螺旋絲桿導(dǎo)程S 4mm螺旋絲桿節(jié)圓直徑d 20mm螺旋絲桿總長l 1200mm螺旋絲桿傳動效率 s 0.9表格D計算項目設(shè)計計算過程計算結(jié)果1、動作模式其中，工作平臺移動速度v50mm/s的決定工作行程l1200mm行程時間ts23.8s加減速時間ta0.2s定位精度Ap0.01mm2、等效負載 電機與螺旋絲桿間的傳動比 i，為使結(jié)構(gòu)簡單 ，提高精 TLP0.052Nm.專業(yè).整理.下載可編輯轉(zhuǎn)矩 度，取i=1. TL（1）空載時的摩擦轉(zhuǎn)矩 TLP

1.19NmGS0.154900.004TLP23.140.052Nm2Si0.913、等效轉(zhuǎn)動慣量

(2)車削加工時的負載轉(zhuǎn)矩TLTLCaS16800.0041.19Nm2si23.140.91（1）螺旋絲桿轉(zhuǎn)動慣量JsJmJsd4l3.14(0.02)47.81031.55.97105kg.m232g329.81.87105Kgm2（2）工作臺的轉(zhuǎn)動慣量 JwJwG(S)2490(0.004)29.829.823.142.02105kg.m2（3）聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動慣量 Jg根據(jù)螺旋絲桿和電機輸出軸直徑 ，選擇MCSLCWK40-12-15 聯(lián)軸器（兩端帶鍵槽），轉(zhuǎn)動慣量為Jg 1.9105kgm2圖3.4聯(lián)軸器.專業(yè).整理.下載可編輯（4）換算到電機軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為 JJmJsJwJg1.871052.021051.91055.97105kg.m24、轉(zhuǎn)速計算電機轉(zhuǎn)速nn1500r/minn60v60501500r/minPi21根據(jù)車削時負載轉(zhuǎn)矩TL1.19Nm，電機等效轉(zhuǎn)動慣量Jm5.97105kg.m2和電機轉(zhuǎn)速1500r/min，初步選定為巨風(fēng)牌稀土永磁直流伺服電機，型號為85SZD，額定轉(zhuǎn)速為n=1500r/min，額定轉(zhuǎn)矩為T=1.6N.m，峰值轉(zhuǎn)矩為Tmax=10N.m，轉(zhuǎn)動慣量為J=80.6105kgm2。圖3.5直流伺服電機為了使電機具有良好的起動能力和較快的響應(yīng)速度 ，應(yīng)有：Tmax108.41.25TL1.19Jm5.971050.0743J80.61056、加減速轉(zhuǎn) 加減速轉(zhuǎn)矩 Ta.專業(yè).整理.下載可編輯矩Ta2n(JJm)23.141500(80.61055.97105)60ta600.20.68Nm7、瞬時最大（1）必要的瞬時最大轉(zhuǎn)矩TI轉(zhuǎn)矩及有效轉(zhuǎn)T1TaTL0.681.191.87Nm矩T2TL1.19NmT3TLTa1.190.680.51Nm故TI=T1=1.87Nm（2）有效轉(zhuǎn)矩TrmsTrmsT12t1T22t2T32t3t1t2t3t41.872 0.21.192 23.8 0.512 0.20.2 23.8 0.2 0.21.41Nm圖3.6電機動作模式及合成轉(zhuǎn)矩8、電機其它 （1）有效轉(zhuǎn)矩Trms.專業(yè).整理.下載可編輯參數(shù)校驗 Trms=1.41Nm<T=1.6N.m（2）瞬時最大轉(zhuǎn)矩 TITI=1.87Nm<Tmax=10Nm（3）編碼器分辨率 R所要求的編碼器分辨率為Pi41R400P/RAp0.01即所選編碼器分辨率必須大于 400P/R。、軸承選擇及校核根據(jù)工作情況以及滾珠絲桿的受力 ，初選軸承為角接觸球軸承 ，其 25，采用面對面安裝，其軸向載荷分析如下 ：圖3.7軸承軸向載荷分析圖表格E計算項目設(shè)計計算過程計算結(jié)果1、徑向外載Fr(m1m2)g(5050)9.8980NFr980N荷2、軸向外載FaF202NFa202N荷3、軸承支反R1R2Fr490NR1R2490R2.專業(yè).整理.下載可編輯力N4、軸承派生S1S2S0.7R343NS1S2343軸向力N5、軸承所受因為S1FaS2，則A1343N的軸向載荷軸承1受力為A1S1343NA2545N軸承2受力為A2S1Fa545N6、軸承所受因為軸承工作時有中等沖擊，查表得載荷系數(shù)fp1.5P922N當(dāng)量動載荷因為有A10.7>e=0.68,A22.7>e=0.68,且R1R2A1<A2，故當(dāng)量動載荷為P P2 fp(xR2 yA2)1.5(0.41343 0.87545) 922N7、基本額定P60nLh'C'10189NC'106ft動載荷其中Lh'為軸承預(yù)期計算壽命，取Lh'=15000h為壽命系數(shù)，取=3ft為溫度系數(shù)，取ft=1.00則92236015001500010189NC'1061.008、選用軸承根據(jù)額定動載荷C'，查表，選用7302AW，型號d=15mm,D=42mm,B=13mm,基本額定動載荷為7302AW，C=13400N，基本額定靜載荷為7100Nd=15mm,.專業(yè).整理.下載可編輯D=42mm,B=13mm，C=13400N9、計算壽命106ftC1061134003Lh34120hLh()601500()60nP92234120h符合壽命要求軸承合格鍵的校核表格F計算項目設(shè)計計算過程計算結(jié)果1、電機與聯(lián)（1）選擇A型普通平鍵。鍵514軸器上鍵的校根據(jù)軸徑d=12mm,確定b=5mm,h=5mm,L=14mm。核（2）鍵的強度校核驗算其擠壓強度 ，查表得[ p] 100N/mm24TLpdhl鍵的工作長度lLb1459mm則p4TL41.198.8N/mm2<[p]dhl1259符合強度要求。2、聯(lián)軸器與（1）選擇A型普通平鍵鍵514螺旋絲桿上鍵根據(jù)軸徑d=15mm，確定b=5mm,h=5mm,L=14mm。的校核（2）鍵的強度校核.專業(yè).整理.下載可編輯驗算其擠壓強度 ，查表得[ p] 100N/mm24TLpdhl鍵的工作長度 l L b 14 5 9mm則p4TL41.197.05N/mm2<[p]dhl1559符合強度要求 。4、電器控制系統(tǒng)設(shè)計4.1控制系統(tǒng)基本組成總體方案確定本系統(tǒng)設(shè)計的控制系統(tǒng)的工作過程為 ：系統(tǒng)開機，電機正轉(zhuǎn)，工作平臺正向移動，默認速度 3m/min，完成工作行程之后 ，觸碰右限位開關(guān) ，電機反轉(zhuǎn)，工作平臺返回，依此循環(huán)。速度控制采用PWM調(diào)節(jié)，有3m/min和6m/min兩個設(shè)定速度。傳感器檢測的速度在LCD上顯示。電器控制系統(tǒng)原理及組成（1）控制系統(tǒng)原理圖如下：.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.1電器控制系統(tǒng)原理圖（2）控制流程圖如下：圖4.2主程序流程圖.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.3PWM流程圖圖4.4顯示程序4.2電器元件的選型計算控制芯片選擇89C51是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器 （FPEROM—FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory ）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復(fù)擦除100次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造 ，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的 MCS-51指令集和輸出管腳相兼容 。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的89C51是一種高效微控制器，89C2051是它的一種精簡版本。89C單片機為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案 。.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.589C51 管腳圖電機驅(qū)動芯片選擇由于單片機 P3口輸出的電壓最高才有 5V，難以直接驅(qū)動直流電機。所以我們需要使用恒壓恒流橋式 2A驅(qū)動芯片L298N來驅(qū)動電機。L298N可接受標(biāo)準(zhǔn)TTL邏輯電平信號VSS，VSS可接4.5～7V電壓。4腳VS接電源電壓，VS電壓范圍VIH為＋2.5～46V。輸出電流可達2.5A，可驅(qū)動電感性負載。1腳和15腳下管的發(fā)射極分別單獨引出以便接入電流采樣電阻 ，形成電流傳感信號 。L298可驅(qū)動2個電動機，OUT1，OUT2和OUT3，OUT4之間可分別接電動機，本系統(tǒng)我們選用驅(qū)動一臺電動機 。5，7，10，12腳接輸入控制電平，控制電機的正反轉(zhuǎn)。ENA，ENB接控制使能端，控制電機的停轉(zhuǎn)。同時需要加四個二極管在電機的兩端，防止電機反轉(zhuǎn)的時候產(chǎn)生強大的沖擊電流燒壞電機 。.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.6L298管腳圖旋轉(zhuǎn)式編碼器選擇（1）增量式或絕對式選擇增量式只能記住自己走的步數(shù) ，開機后會回到原點 ；而絕對式上電后就能知道所處的位置，但其需要更多的線數(shù)，成本更高，不如增量式經(jīng)濟。綜上所述，選擇增量式編碼器。（2）分辨率精度根據(jù)電機選型時確定的最小分辨率 400，保證編碼器分辨率不小于 400.（3）容許最大旋轉(zhuǎn)數(shù)由上可知，電機的額定轉(zhuǎn)速為 1500r/min，保證容許最大旋轉(zhuǎn)數(shù)不低于此值 。（4）最高響應(yīng)頻率數(shù)最大響應(yīng)頻率=（旋轉(zhuǎn)數(shù)/60）×分辨率=（1500/60）×600=15kHz根據(jù)以上參數(shù)，選擇歐姆龍生產(chǎn)的增量式旋轉(zhuǎn)式編碼器 E6C2-C。.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.7旋轉(zhuǎn)式編碼器顯示器選擇圖4.8LCD1602顯示器選擇LCD1602，可顯示16*2個字符，芯片工作電壓為4.5~5.5V，工作電流為2.0mA（5.0V時）。接口說明信號如下：.專業(yè).整理.下載可編輯4.3電氣控制電路的設(shè)計單片機最小系統(tǒng)單片機最小系統(tǒng)：所謂最小系統(tǒng)就是指由單片機和一些基本的外圍電路所組成的一個可以工作的單片機系統(tǒng) 。一般來說，它包括單片機，晶振電路和復(fù)位電路。（1）晶振電路設(shè)計高頻率的時鐘有利于程序更快的運行 ，也有可以實現(xiàn)更高的信號采樣率 ，從而實現(xiàn)更多的功能 。但是告訴對系統(tǒng)要求較高 ，而且功耗大，運行環(huán)境苛刻?？紤]到單片機本身用在控制 ，并非高速信號采樣處理 ，所以選取合適的頻率即可。合適頻率的晶振對于選頻信號強度準(zhǔn)確度都有好處 ，本次設(shè)計選取12.0MHz無源晶振接入XTAL1和XTAL2引腳。并聯(lián)2個30pF陶瓷電容幫助起振。.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.9晶振電路（2）復(fù)位電路復(fù)位電路通常分為兩種：上電復(fù)位和手動復(fù)位，如下圖所示。圖4.10上電復(fù)位 圖4.11手動復(fù)位有時系統(tǒng)在運行過程中出現(xiàn)程序跑飛的情況 ，在程序開發(fā)過程中 ，經(jīng)常需要手動復(fù)位。所以本次設(shè)計選用手動復(fù)位 。.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.12復(fù)位電路直流電機驅(qū)動電路設(shè)計由單片機轉(zhuǎn)換成 PWM信號，并由P3.0、P3.1輸出，經(jīng)驅(qū)動電路輸出給電機，從而控制電機得電與失電 。P3.0為高電平實現(xiàn)電機正轉(zhuǎn)，P3.1為高電平時實現(xiàn)電機反轉(zhuǎn)。通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比，實現(xiàn)速度的調(diào)節(jié)。.專業(yè).整理.下載可編輯電路設(shè)計如下：圖4.13驅(qū)動電路顯示電路設(shè)計圖4.14顯示電路鍵盤電路設(shè)計.專業(yè).整理.下載可編輯圖4.15鍵盤電路4.4控制程序的設(shè)計及說明基本原理1）PWM是通過控制固定電壓的直流電源開關(guān)頻率，從而改變負載兩端的電壓，進而達到控制要求的一種電壓調(diào)整方法。PWM可以應(yīng)用在許多方面，如電機調(diào)速、溫度控制、壓力控制等。在PWM驅(qū)動控制的調(diào)整系統(tǒng)中，按一個固定的頻率來接通和斷開電源，并根據(jù)需要改變一個周期內(nèi)“接通”和“斷開”時間的最大值Vmax平均值Vdt1t2T最小值Vmin長短。通過改變直流電機電樞上電壓的 “占空比”來改變平均電壓的大小 ，從而控制電動機的轉(zhuǎn)速。因此，PWM又被稱為“開關(guān)驅(qū)動裝置”。如圖1所示，在脈.專業(yè).整理.下載可編輯沖作用下，當(dāng)電機通電時，速度增加；電機斷電時，速度逐漸減少。只要按一定規(guī)律，改變通、斷電的時間，即可讓電機轉(zhuǎn)速得到控制 。圖4.16PWM控制原理設(shè)電機始終接通電源時，電機轉(zhuǎn)速最大為Vmax，占空比為Dt1/Tt1，則電機的平均速度為t1t2Vd Vmax D式中，Vd——電機的平均速度；Vmax——電機全通電時的速度(最大)；Dt1/Tt1——占空比。t1t2由公式(2)可見，當(dāng)我們改變占空比Dt1/Tt1t1時，就可以得到不同的t2電機平均速度Vd，從而達到調(diào)速的目的。嚴格地講，平均速度Vd與占空比Dt1/Tt1并不是嚴格的線性關(guān)系，在一般的應(yīng)用中，可以將其近似地看t1t2成線性關(guān)系。一般可以采用定寬調(diào)頻 、調(diào)寬調(diào)頻、定頻調(diào)寬三種方法改變占空比的值，但是前兩種方法在調(diào)速時改變了控制脈寬的周期 ，當(dāng)控制脈沖的頻率與系統(tǒng)的固有頻率接近時將會引起振蕩 ，因此常采用定頻調(diào)寬法改變占空比的值，從而改變直流電動機電樞兩端電壓。定頻調(diào)寬法的頻率一般在800HZ-1000HZ之間比較合適。（2）實現(xiàn)方法PWM信號的產(chǎn)生通常有兩種方法 ：一種是軟件的方法；另一種是硬件的方.專業(yè).整理.下載可編輯法。硬件方法的實現(xiàn)已有很多文章介紹 ，這里不做贅述。本文主要介紹采用定頻調(diào)寬法來利用 51單片機產(chǎn)生PWM信號的軟件實現(xiàn)方法。MCS-51系列典型產(chǎn)品 805l具有兩個定時器 T0和T1。通過控制定時器初值，，從而可以實現(xiàn)從 8051的任意輸出口輸出不同占空比的脈沖波形 。由于PWM信號軟件實現(xiàn)的核心是單片機內(nèi)部的定時器 ，而不同單片機的定時器具有不同的特點，即使是同一臺單片機由于選用的晶振不同 ，選擇的定時器工作方式不同，其定時器的定時初值與定時時間的關(guān)系也不同 。因此，首先必須明確定時器的定時初值與定時時間的關(guān)系 。如果單片機的時鐘頻率為 f，，定時器／計數(shù)器為n位，則定時器初值與定時時間的關(guān)系為 ：t12nn0Nf式中，t1表示定時時間；n表示定時器的位數(shù)；n0表示定時器的計數(shù)初值；N表示單片機一個機器周期需要時鐘數(shù)，8051需要12個時鐘；f表示單片機晶振頻率。N隨著機型的不同而不同 。在應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體的機型給出相應(yīng)的值 。這樣，我們可以通過設(shè)定不同的定時初值 t1，，從而改變占空比 D，進而達到控制電機轉(zhuǎn)速的目的。速度反饋原理速度編碼器通過編碼，輸出的是標(biāo)準(zhǔn)脈沖，由其分辨率為600P/R可知，每一個脈沖可以使電機軸轉(zhuǎn) 1/600轉(zhuǎn)。通過計算1s的輸出脈沖值，乘以1/600，就可以得到電機軸的實際轉(zhuǎn)速 ，通過與額定轉(zhuǎn)速（25r/s）比較，得出差值，再.專業(yè).整理.下載可編輯進行調(diào)速，即可完成速度的反饋控制 。單片機I/O口分配P0.0~P0.7：LCD1602數(shù)據(jù)I/O口P1.0：電機急停開關(guān)P1.1：電機正轉(zhuǎn)開關(guān)（接左限位開關(guān)）P1.2：電機反轉(zhuǎn)開關(guān)（接右限位開關(guān)）P1.3：電機速度調(diào)節(jié)開關(guān)（3m/min）P1.4：電機速度調(diào)節(jié)開關(guān)（6m/min）P2.0：LCD1602數(shù)據(jù)/命令選擇端P2.1：LCD1602讀/寫選擇端P2.2：LCD1602使能信號端P2.7：傳感器讀數(shù)據(jù)端P3.0：直流伺服電機接入端P3.1：直流伺服電機接入端P3.7：L298n使能端程序設(shè)計#include<at89x51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint.專業(yè).整理.下載可編輯sbitTX=P2^6;sbitRS=P2^0; //寄存器選擇位，將RS位定義為 P2.0引腳sbitRW=P2^1; //讀寫選擇位，將RW位定義為 P2.1引腳sbitE=P2^2; //使能信號位，將E位定義為 P2.2引腳初使化顯示數(shù)組定義uchardis1[]={"Speed"};uchardis2[]={" mm/s"};ucharcodeASCII[]={'0','1','2','3','4','5','6','7','8','9','.','-','M'};uintcount;voidlcdshow(); //顯示程序voidkeyscan(); //鍵盤掃描程序voiddelay();// 延時程序voidforward();// 電機前進程序voidbackward();// 電機后退程序voidstop();// 電機急停程序voidspeed1();// 速度3m/minvoidspeed2();// 速度6m/minfloatcount(floats);// 計算傳感器 1s輸出的脈沖數(shù)voidspeedcontrol();// 速度反饋控制voiddelay().專業(yè).整理.下載可編輯{unsignedchari,j;for(i=20;i>0;i--){for(j=248;j>0;j--);}}//延時10msvoidkeyscan(){uchartemp=0;P1=0xff;if((P1&0x1f)!=0x1f){delay();if((P1&0x1f)!=0x1f){temp=P1&0x1f;switch(temp){case0x1e;stop();break;case0x1d;.專業(yè).整理.下載可編輯forward();break;case0x1b;backward();break;case0x17;speed1();break;case0x0f;speed2();break;}}}while((P1&0x1f)!=0x1f);}floatcount(s){s=count/600;shi=(s/10)+48;ge=(s%10)+48;returns;}ucharlcd_busy(){bitresult;.專業(yè).整理.下載可編輯RS=0;RW=1;E=1;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();result=(bit)(P0&0x80);E=0;returnresult;}voidlcd_wcmd(ucharcmd){while(lcd_busy());RS=0;RW=0;E=0;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;.專業(yè).整理.下載可編輯_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;}voidlcd_pos(ucharpos){lcd_wcmd(pos|0x80);}voidlcd_wdat(uchardat){while(lcd_busy());RS=1;RW=0;E=0;P0=dat;_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=1;.專業(yè).整理.下載可編輯_nop_();_nop_();_nop_();_nop_();E=0;}voidlcd_init(){voiddelay();lcd_wcmd(0x38);voiddelay();lcd_wcmd(0x38);voiddelay();lcd_wcmd(0x38);voiddelay();lcd_wcmd