《机电传动单向数控平台设计机械制造机械理论及资料_机械制造-机械理论及资料.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电传动单向数控平台设计机械制造机械理论及资料_机械制造-机械理论及资料.pdf（29页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、机电传动单向数控 平台设计 机械工程及自动化专业专业课程设计说明书 专 业：机械工程及其自动化 班 级：机自 06-3班 学生姓名:学 号:指导老师:2010年 01月 22日目录 1.设计任务 1.1 设计任务介绍及意义 1.2 设计任务明细 1.3 设计的基本要求 2总体方案设计姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程
2、序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系1.设计任务 1.1设计任务介绍及意义 课程设计题目 机电传动单向数控平台设计 主要设计内容(1)机械传动结构设计(2)电气控制系统 课程设计意义：培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识，独立进行机电控 制系统(产品)的初步设计工作。培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料，运用各种标准和工具 书籍以及编写技术
3、文件的能力，提高计算、绘图等基本技能。培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法，进行工程师基本 素质的训练。树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。1.2设计任务明细：机电传动单向数控平台设计：1.21 电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机；1.22 机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等;1.23 电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；1.24 功能控制要求：速度控制、位置控制；1.25 主要设计参数：单向工作行程 1800、1500、1200 mm 移动负载质量一一100、50 kg；负载移动阻力 100、50 N；移动速度控制 3、6 m/min；姓名学号指
4、导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系1.
5、3 设计的基本要求 方案设计：根据课程设计任务的要求，在搜集、归纳、分析资料的基础上，明确系统的主要功能，确定实现系统主要功能的原理方案，并对各 种方案进行分析和评价，进行方案选优。总体设计：针对具体的原理方案，通过对动力和总体参数的选择和计算，进 行总体设计，最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图（A1 一张）。电气控制线路图：根据控制功能要求，完成电气控制设计，给处电气控制电 路原理图（A2图一张）。成果展示：课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计 图纸上，完成课程设计说明书一份，不少于 30 页，设计图纸不少 于两张。绘图及说明书：用计算机绘图，打印说明书。2总体方案
6、设计 2.1 设计基本依据 步进电机又称脉冲电机。它是将电脉冲信号转换成机械角位移的执行元件。每当输入一个电脉冲时，转子就转过一个相应的步距角。转子角位移的大小及转 速分别与输入的电脉冲数及频率成正比，并在时间上与输入脉冲同步。只要控制 输入电脉冲的数量、频率以及电机绕组通电相序即可获得所需的转角、转速及转 向。步进电动机具有以下特点：1、工作状态不易受各种干扰因素（如电压波动、电流大小与波形变化、温 度等）的影响；2、步进电动机的步距角有误差，转子转过一定步数以后也会出现累积误 差，但转子转过一转以后，其累积误差变为“零”；3、由于可以直接用数字信号控制，与微机接口 比较容易；4、控制性能好
7、,在起动、停止、反转时不易“丢步”；5、不需要传感器进行反馈，可以进行开环控制；6、缺点是能量效率较低。滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的理 想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直 线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从 滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种 工业设备和精密仪器。滚珠丝杠是工具机和精密机械上最常使用的传动元件，其 主要功能是将旋转运动转换成线性运动，或将扭矩转换成轴向反覆作用力，同时 兼具高精度、可逆性和高效率的特点：姓名学号指导老师年月日目录设计任务
8、设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系1、与滑动丝杠副相比驱动力矩
9、为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动，所 以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方面很有 帮助。2、高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界最高水平的机械设备连贯生产出来的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面，对温度、湿度进行了严 格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。3、微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动，所以启动力矩极小，不会出现滑动运 动那样的爬行现象，能保证实现精确的微进给。4、无侧隙、刚性高 滚珠丝杠副可以加予压，由于予压力
10、可使轴向间隙达到负值，进而得到 较高的刚性（滚珠丝杠内通过给滚珠加予压力，在实际用于机械装置等时，由 于滚珠的斥力可使丝母部的刚性增强）。5、高速进给可能 滚珠丝杠由于运动效率高、发热小、所以可实现高速进给（运动）。可编程序控制器PLC可靠性高、抗干扰能力强，能抗诸如电噪声、电源波 动、振动、电磁干扰等的干扰，能抗 1000V 1%脉冲的干扰，能在高温、高湿 以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作，PLC能够承受电 网电压的变化，即使在电源瞬时断电的情况下，仍可以正常工作。另外PLC是通 过软件实现控制的，其控制程序编在软件中，实现程序软件化，因而对于不同的 控制对象都可以采用
11、相同的硬件配置。PLC提供标准通信接口，可以方便地进行 网络通信。而且PLC体积小、能耗低、便于机电一体化。通过 PLC可以实现对步 进电动机的控制，实际上控制时电动机的转动受脉冲控制。利用PLC产生高速脉 冲串，调节脉冲频率，从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。2.2总体方案确定，参数初设如下：姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培
12、养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系电机驱动方式：步进电机 机械传动方式：滚珠丝杠 电气控制方式：PLC控制 功能控制要求：速度控制 主要设计参数：单向最大工作行程一一1200mm工作台重量70kg 移动负载质量 100kg；负载移动阻力一一100N；移动速度控制一一3 m/min 选用矩形导轨；工作台滑动摩擦系数
13、亠-0.15；丝杠材料初选钢材为42crM。，其HRC为58L 60。丝杠两端为固定支撑(F-F)，每个支座安装两个25的接触角推力球轴承，面对面安装，进行预 拉伸 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制
14、控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系3.机械传动系统设计及核算 3.1滚珠丝杠副的选用及核算 序号 计算项目 单位 计算公式、参数选择说明 结果 1 导轨摩擦 N Fp=卩(口+m2)g=0.15 x(100+70)x 9.8 250 力 式中工作台重量 m2 移动负载质量 4=0.15 2 轴向载荷 N Fxmax=KFx+4(Fz+G)365 和Fxmax和 K=1.15 等效轴向 FX 负载移动阻力 载荷Fm FX max Fm 3 计算动载 N C_K
15、h.KF.KHK F 2838 荷Ca Ca.Fm K n 式中Kh 寿命系数 心=（蔦）1/3 500 Lh 工作寿命 Lh=15000h KF 载荷系数 心=1.2 KH 动载荷硬度影响系数 KH=1.0 KI 短行程系数 Kl=1.0 Kn 转速系数 n Kn=3.11 4 初选滚珠 根据动载荷查表15-26初选滚珠丝杠副 FFZD2505 丝杠 型号规格为FFZD2505 其基本参数为：姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意
16、综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系 螺纹公称直径do=25mm 导程Ph=5mm 钢球直径Dw=3.5mm 圈数x列数jxk=3 1=0.52Dw=1.82（单圆弧）d0=25mm ph=5mm Dw=3.5mm j x k=1汉
17、 3 rs=1.82mm 5 螺旋的导 程角人。九=arcta n 兀d。扎=3.64 6 基本额定 动载荷Ca 校核 N 小 1.0.7 2/3 1.8 Ca=fc（j 疋 k cos。）tan a m Dw m每圈中钢球的个数 兀dt m=Dw cos 九 j 每列工作圈数j=1 k 每个螺母的循环列数 钢球与滚道便面在接触点处的公 法线与螺纹轴线的垂直线间的夹角，理 想接触角为45 Dw 钢球直径 fc 与滚珠丝杠副滚道的几何形状，制造精度和材料有关的系数 查表15-26 Ca=11000N j=1 k=3 a=45 Dw=3.5 Ca 兰 Ca 所以动载荷满 足条件 姓名学号指导老师年
18、月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系7 静载荷校
19、 核 N 基本额疋静载何C a=f cjkmDw since 查表15-26 Coa=45200N 系数foc:当a 45,D?0-52 时，foc=63.7;上=0.55,Dw foc=41.16 foc=63.7 COKF.KH.F Coa=429N KH 静载荷硬度影响系数 KH=1.0 C a=429 兰 C a=27000 满足静载荷条件 Coa 兰 Coa 满足静载荷条 件 8 螺旋传动 N.mm T=Fd tan（丸+丸）/2 T=320N mm 的转矩T 滚珠丝杠副的当量 摩擦系数：fT=0.003 L 0.01,当 量摩擦角*r=22 =10 L 34 9 当量应力 Mp+3
20、（0竝）1.05 d2 丝杠的螺纹底径 d2=d+2e _2rs d2=21.46 e滚道圆弧偏心距 e=0.05 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工
21、作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系 e=I-Dw/2 10 强度条件 b =100J 150 fcr 丝杠材料的许用应力(Mp b=100U 150 x 丝杠满足强度条 件 11 轴向载荷F 产生的轴向 变形量辛 mm 丝杠米用两端固定的方式 FLj（L _Lj）j j式中：EAL Lj 丝杠两支撑间的距离（mr）i L丝杠的计算长度，指 F和T作用处到 固定支承端的距离 E 丝杠材料的弹性模量，钢材的 E=2.07 汇 105（Mp A-丝杠的计算截面面积 2 A=n（d-Dw）/4（mm）&F=8.33
22、 汇 10 Lj=1200mm L=1600mm 5 E=2.070 (Mp A=363 mm2 12 转矩T产生 的轴向变形 量6 T mm 启 _TLjPh T 2 兀 Glp Ph 丝杠的螺纹导程 I p丝杠计算截面的极惯性矩，lp（d：-Dw）4/32 G 丝杠材料的切变模量，钢材的 4 G=8.3 勺0 6T=1.740 Ph=5 lp=2.104 G=8.304 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用
23、各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系12 轴向载荷F 使钢球与螺 Mm r 因为二=0.52，而且有预紧，所以 Dw 旋滚道间产 生的轴向变 K F 6a=0.3x10 x Z 1/3 式中 Z(DwFp)1/3 6a=2.73x10，形量克 Dw 钢
24、球直径 Dw=3.5 Z 工作螺母中的钢球总数 Z=69 Z=mjk m=nd/(DwCosh)Fp 预紧力，一般取 Fp=Fmax/3 Fp=123 KZ 载荷分布不均匀系数，-般取 KZ=1.3 KZ=1.2L 1.3 13 轴向总变形 mm 6=尊+d=1.280*量 14 丝杠的轴向 刚度 N/mm K瑪 心=2.85勺05 15 刚度条件 1/1 厶*A 材存右左卅庄P Kj=(18U 20)LK 丝杠允许的轴向刚度 04 【KJ讥 满足刚度条件 16 临界转速 r/min 哼（晦）1/2式中 2兀 1 P =5516 P-密度，对于钢性 丝杠 6 3 P=7.8 0 Kg/mm l
25、 螺杆两支承之间的距离 1600mm 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设
26、计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系17 传动效率 卩一一支承系数取4.73 钢螺杆n=12.3幻0沁i2di/|2 d!-(0.2L 0.25)xDw n 兰 0.8nc 由转动变为移动 口 tan 丸 tan(丸+如)d1=24.3 n=600 兰 0.8n(横向震动满足条 件=91*=22*3.2滚动轴承选用、校核 初选轴承为:=25的角接触球轴承，采用面对面安装，其轴向载荷分析如下 Fr R1 图:Fa S1 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传
27、动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系序号 计算名称 单位 计算公式、参数选择说明 结果 1 径向外载荷Fr N Fr=(mi+m(2)g 1666 2 轴向外载荷Fa Fa=FX max 365 3
28、轴承支反力 Fr Ri=R2=R=2 833 4 轴承派生轴向 查表10.7（机械设计），得 583.1 力 S=S2=S=0.7R 5 轴承所受的轴 因为S S2，则 向载何 A2=5+Fb2=3+Fa 948.1 A|583.1 6 计算轴承所受 因为轴承工作时有中等冲击，查表载何 当里动载何P 系数fp=1.4 A/R=0.7 e=0.68 因为 n 且 A/R2=1.14e=0.68 A2,所以 Pr=巳=f p(XR2+yA1)1632.92 查表 10.5 得 x=0.41,y=0.87 7 基本额定动 载荷C C Pr60nLh fj 106 式中Lh 轴承预期计算寿命 土二 1
29、3586.5 Lh=16000 E=3 名 寿叩指数 ft 温度系数 ft=1.0 8 选用轴承 mm 根据基本额定动载荷C，查机械 设计课程上机与设计书，表 13-6 初步选用7204AC型角接触轴承，7204AC d=20 其基本参数如下：基本尺寸 d=20,D=47,B=14,a=14.9 安装尺寸da=26,Da=41,名=1 D=47 B=14 a=14.9 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标
30、准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系9 计算寿命Lh h LPTC严 h 60 n（pr）17506 C 额定动载荷 C=14000N Lh=17506Lh=16000 轴承合格 3.3步进电动机的选择与校核 序 号 计算名称 单位 计算公式及参数说明 结果
31、 1 脉冲当量的确 mm/p 根据设计位置精度要求 0.1 定柱 （1mm），初取脉冲当量为 6=0.1mm 2 步距角%0 初选电动机型号时步距角日b与传动比 日bL。少 c i应满足360i，取步距角为1.5，为了使结构简单，提高精度，这里取 _ 1.55-.丿-A A AQ Im m 合 满足 v p UU厶 II1II11 v i=1，p 1x360 3 初选步进电机 110BF003 查机械设计手册，初选 110BF003，型号 步进电机轴的转动惯量 JD=46.06勺okgLm2，最大精度转 矩M jmax=7.84N|_m。启动频率 1500HZ，运行频率 7000HZ 根据电机
32、轴的直径 d和丝杠转速n初 YL1式凸缘联轴器 选联轴器，这里初选用 YL1式凸缘联 轴器，其转动惯量JL=0.0018kgLm2 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主
33、要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系4 矩频特性(1)加速力矩 M ka 步进电机所需空载启动力矩应小 于步进电机的名义启动转矩，即 M kq 兰 M mq=jmax 步进电机所需空载启动力矩 M kq=M ka*M kf*M 0 其中：M ka为空载启动时运动部件由 静止升速到最大快进速度，折算到由 机轴上的加速力矩；M kf为空载时折 算到电机轴上的摩擦力矩；M 0为由于 丝杠预紧折算到电机轴上的附加摩擦 力矩。Mka=J亍空巴竺X10，亘 邑60t 式中nmax=眷空(r/m)；%360
34、 为传动系统各部件惯量折算 到电机轴上总等效转动惯量(kgLcm2)七-Js+JL+Jg+Jm；Js 丝杠的转动惯量,兀 L Pd。4 Js-32 式中 L=1 仔 L0+(10L 14)Ph d0 丝杠公称直径 P 材料密度 JL 联轴器的转动惯量 Jg 工作台折算到丝杠上的转动 Mka=35.1N|_cm nmax=600 2 七=27.95kg/cm Js=4.17kg/cm2 L=1390mm JL=18kgLcm2 2 Jg=1.08kg/cm 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向
35、数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系（2）空载摩擦 力矩M Kf（3）附加摩擦 力矩M0 空载启动力矩 M kq 名义启动转矩 惯量Jg-（J）务 2兀 式中mi 工作台
36、总质量 Jm 电动机转子的转动惯量 2 名 电机最大加速度（rad/s）t静止部件从启动到最快速度的 加速度时间（S）；Gf L M Kf=（NLcm）2叭 式中G 运动部件总重力（N）f 导轨摩擦系数 n=0.7 系统传动总效率 L。一一滚珠丝杠的基本导程 i 齿轮传动降速比 皿0=警（2）（NLcm）2眄 1 式中FYJ 预紧力FYJ FM 3 M n0 丝杠未预紧时的传动效率 M kq=M ka+M kf+M 0（NLcm）M mq AnM j max m=170kg 查表得 2 Jm=4.7 kg/cm t=0.5 M Kf=28.42 Ncm G=1666N f=0.15 n=0.7
37、 L =0.5 i=1 M0=2.38NLcm FYJ=121.7N S=0.91 M kq=65.9Nl_cm Mjmax=392Ncm 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位
38、置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系 Mmq Mmq=784N|_cm2 九=0.5 M kq 兰 M mq=M j max 合格 5 启动矩频特性 校核 上面的计算仅仅是检查电机的最 大静转矩是否满足要求，但不能保证 电机在快速启动时不失步，需要对启 动矩频特性进行校核。由于突跳启动 过程极短，加速度力矩很大，启动时 丢步是不可避免的。因此，突跳启动 很少使用。这里我们使用升速启动方 式。如图所示：根据空载启动力矩 M kq查手册，找到对应的允许启动频率约 fkj=1500H 最大频
39、率：fmax=00严 606 p 为了使fkj 52键上 满足条件CT p兰O p 的 er p=1.2N|_mm 满足条件 合格 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主
40、要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系3.6增量式旋转编码器的选用 序 号 计算项目 单位 计算依据 计算结果 1 ZLK-A-60-05 V0-8-H型编 ZTJ叭 码器 编码器把角位移或直线位 移转换成电信号。所选步进电机 米用半闭环控制，可在电动机尾 部转轴上安装增量式旋转编码 器，用以检测电动机的转速。增 量式旋转编码器的分辨率应与步 进电动机的步距角相匹配。由于 步距角为1.5，可知电机转动一 转时需要控制系统发出360/a=240个步进脉冲，考虑到增量式 选择编码器输出A、B相信号，
41、可以送到四倍频电路进行电子四 细分，因此分辨力选用60线。这 样控制系统母发出一个步进脉 冲，电动机转过一个步距角，编 码器对应输出一个脉冲信号。这里我们选择 ZLK-A-60-05V0-8-H 型编码器。合格 4.电气控制系统设计 步进电机是一种特殊的机电元件，不能直接接到交直流电源上工作，必须使 用专用的驱动器。步进电动机转速的高低、升速或降速、启动或停止都完全取决 于CP脉冲的有无或频率。环形分配器用来接受来自控制器的 CP脉冲信号，并按 步进电动机工作方式要求的各相脉冲信号状态顺序产生各相导通或截止的信号，但是环形分配器的输出电流很小，不能直接驱动步进电动机，因此需要功率放大 器实现对
42、脉冲分配回路输出的弱信号进行放大，产生电机脉冲信号工作所需的激 磁电流。其控制流程如下图所示：姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一
43、负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系CH250 器需要编写复杂的程序，而且占用计算机运行时间,故一般使用硬件或软硬件结合来实现。硬件环形分配器的种类很多，有专用的集 成电路，可JK触发器或D触发器构成，还可以用通用的可编程逻辑器件组 成。以用在这里，通常我们采用集成电路 CH25Q CH250是国产的三相反应式步进电 机环形分配器的专用集成电路芯片，通过其控制端的不同接法可以组成三相双三 拍和三相六拍的不同工作方式。指令 步行 电动机 产柞j I机构I 4.1环形脉冲分配器 由于用软件环形分配 发生器I 脉冲 放大器 姓名学号指导
44、老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系CH2
45、50管脚图如下所示：16 15 14 13 12 11 10 9 CH250 Jsr J6L EN CL US 1 2 3 4 5 6 CH25吐要管脚的作用：J3r、J3L两端子是三相双三拍的控制端,J6r、J6L是三相六拍的控制端,三相双三拍工作时，若 J3r 1”，而J3L=J3L=“1”，则电机反转；三相六拍供电时，若“0”，则电机正转；若J3r=“0”,J6r=“1”，J6L=“0”，则电机 R2是双三拍的复位端，R1是六拍 正转；若J6r=“0”，J6L=“1”，电机反转。的复位端，使用时，首先将其对应复位端接入高电平，使其进入工作状态，然后 换接到工作位置。CL端是时钟脉冲输入端
46、，EN是时钟脉冲允许端，用以控制时 钟脉冲的允许与否。当脉冲 CP由CL端输入，只有EN端为高电平时，时钟脉冲 的上升沿才起作用。CH250也允许以EN端作脉冲CP的输入端，此时，只有 CL 为低电平时，时钟脉冲的下降沿才起作用。AO、B0 C0为环形分配器的三个输 出端，经过脉冲放大器（功率放大器）后分别接到步进电动机的三相线上。CH250勺三相双三拍接线原理图如下所示：反转丄 CP V 4 T fife R(CH250 9 7o|11 Ao -=VD520,50.0 O Q0.2 S Q0.2,1 子程序 SBR_3;接收增量式旋转编码器发出的高速脉冲并计数 Network 1/Netwo
47、rk Title/Network Comment LD SM0.0 MOVB 16#F8,SMB47 HDEF 1,9 MOVD +0,SMD48 MOVD +30000,SMD52 HSC 1 MOVW 0,VW111 MOVD +28000,VD113 MOVW +667,VW117 MOVW +2,VW119 MOVD +262,VD121 PLS 0 姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书
48、籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系5.结束语 本次课程设计使我基本掌握了如何综合运用所学的基础理论和专业知识，独 立进行机电控制系统的初步设计的方法，学会了如何查找资料进行系统方案的选 择、确定，提高了自己独立分析问题、解决问题的能力，自己获益匪浅。在计算机绘图方面
49、，我用了 SolidWorks 三维造型软件画出了机械单方向数 控平台的三维立体图，然后直接生成了二维三视图，减少了工作量。最后，对一直辛勤地指导我们的老师，衷心的表示感谢！姓名学号指导老师年月日目录设计任务设计任务介绍及意义设计任务明细设计的基本要求总体方案设计设计任务设计任务介绍及意义课程设计题目机电传动单向数控平台设计主要设计内容机械传动结构设计电气控制系统课程设计意综合分析参考资料运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力提高计算绘图等基本技能培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法进行工程师基本素质的训练树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风设计任务明机电传动传动等电气控制方式单片
50、微机控制控制功能控制要求速度控制位置控制主要设计参数单向工作行程移动负载质量一一负载移动阻力移动速度控制设计的基本要求方案设计根据课程设计任务的要求在搜集归纳分析资料的基础上明确系6.参考文献 1、机械设计手册电子版 2008；2、机电液设计手册，机械工程出版社出版社，蔡春源主编；3、现代机械传动手册机械工业出版社，第二版；4、电子技术基础，高等教育出版社，康华光主编；5、可编程控制器教程，电子工业出版社，胡学林主编；6、画法几何及机械制图，中国矿业大学出版社，李爱军、曾维鑫主编;7、机械设计，东南大学出版社，程志红主编；8、机械设计课程上机与设计，东南大学出版社，程志红、唐大放主编；9、机电