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1、. . . . . 编号 课 程 设 计（论文）题目 单轴直线伺服移动机构系统设计（2组） 学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 学生姓名 学号 指导教师 职称 时 间 . 专业.专注 .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 2.1 设计的基本依据2.2 总体方案的确定3机械传动系统设计3.1机械传动装置的组成及原理3.2主要部件的结构设计计算4 结束语5参考文献1.设计任务1.1设计任务介绍及意义u 课程设计题目单轴直线伺服移动机构系统设计u 主要设计内容(1)机械传动结构设计 (2)电气控制系统u 课程设计意义：培养学生综
2、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5
3、00mm；移动负载质量3000N；负载移动阻力1500N；空载最快移动速度2000mm/min；进给速度400mm/min；脉冲当量0.01mm加减速时间2s要求寿命22000h丝杆直径16mm丝杆支撑方式两端固定2总体方案设计2.1设计基本依据（1）步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为步距角，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。步进电机电动机具有以下特点：1、步距值不受各种干扰因素的影响。如电
4、压的大小，电流的数值、波形、温度的变化等。2、误差不长期积累。步进电机每走一步所转过的角度与理论步距之间总有一定的误差，从某一步到任何一步，也总有一定的累积误差，但是，每转一圈的累积误差为零，所以步距的累积误差不是长期的累积下去。3、控制性能好，启动、停车、翻转都是在少数脉冲内完成，在一定的频率范围内运行时，任何运动方式都不会丢失一步。所以，步进电机被广泛应用于数控机床上。（2）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
5、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：1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为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
6、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)。 （3） PLC的优点 PLC是面向用户的专用工业控制计算机，具有许多明显的特点。1.可靠性高，抗干扰能力强 为了限制故障的发生或者在
7、发生故障时，能很快查出故障发生点，并将故障限制在局部，各PC的生产厂商在硬件和软件方面采取了多种措施，使PC除了本身具有较强的自诊断能力，能及时给出出错信息，停止运行等待修复外，还使PC具有了很强的抗干扰能力。2.通用性强，控制程序可变，使用方便 PLC品种齐全的各种硬件装置，可以组成能满足各种要求的控制系统，用户不必自己再设计和制作硬件装置。用户在硬件确定以后，在生产工艺流程改变或生产设备更新的情况下，不必改变PLC的硬设备，只需改编程序就可以满足要求。因此，PLC除应用于单机控制外，在工厂自动化中也被大量采用。3.功能强，适应面广 现代PLC不仅有逻辑运算、计时、计数、顺序控制等功能，还具
8、有数字和模拟量的输入输出、功率驱动、通信、人机对话、自检、记录显示等功能。既可控制一台生产机械、一条生产线，又可控制一个生产过程。4.编程简单，容易掌握 目前，大多数PLC仍采用继电控制形式的“梯形图编程方式”。既继承了传统控制线路的清晰直观，又考虑到大多数工厂企业电气技术人员的读图习惯及编程水平，所以非常容易接受和掌握。PLC在执行梯形图程序时，用解释程序将它翻译成汇编语言然后执行（PLC内部增加了解释程序）。与直接执行汇编语言编写的用户程序相比，执行梯形图程序的时间要长一些，但对于大多数机电控制设备来说，是微不足道的，完全可以满足控制要求。5.减少了控制系统的设计及施工的工作量 由于PLC
9、采用了软件来取代继电器控制系统中大量的中间继电器、时间继电器、计数器等器件，控制柜的设计安装接线工作量大为减少。同时，PLC的用户程序可以在实验室模拟调试，更减少了现场的调试工作量。并且，由于PLC的低故障率及很强的监视功能，模块化等.6.体积小、重量轻、功耗低、维护方便 PLC是将微电子技术应用于工业设备的产品，其结构紧凑，坚固，体积小，重量轻，功耗低。并且由于PLC的强抗干扰能力，易于装入设备内部，是实现机电一体化的理想控制设备。等，使维修也极为方便。2.2总体方案的确定参数初设如下： （1）电机驱动方式：反应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：位置控制主
10、要设计参数：单向工作行程500mm；移动负载质量3000N；负载移动阻力1500N；空载最快移动速度2000mm/min；进给速度400mm/min；脉冲当量0.01mm加减速时间2s要求寿命22000h选用滚动直线导轨，工作台滑动摩擦系数 =0.15； 丝杠材料初选钢材为40Cr，其HRC为4550。丝杠两端固定，每个支座安装一个深沟球轴承。3.机械传动系统设计及核算计算及说明计算结果3.1导轨的选择3.1.1已知条件 本设计选择滚珠丝杆，已知： 单向工作行程500mm 移动速度2m/min 负载质量 ：3000N采用2根导轨、2个滑座数，工作平台和滑块的质量假设为20kg. 寿命要求 ：2
11、2000h 3.1.2动载荷的计算 作用在滑座上的力 则单个滑座受力 导轨寿命Th=22000h 行程长度寿命： 其中n为每分钟运行的次数 设计平台上共有滑块2个，每根导轨1个滑块。 有 K 寿命系数 取K=50 硬度系数 取=1 温度系数 取=1 接触系数 取=0.81 负荷系数 取=1.5 则动载荷有： 已知动载荷 Ca=1341N查机电一体化设计手册 导轨选择 型号：JSA-LG15滚动导轨 基本额定载荷为7900N 每个滑块的质量为0.2kgls=500mmv=1m/minm1=300kgm2=20kgF=1568NTh=22000hn=2K=50=1=1=0.81=1.5 Ca=16
12、42N型号JSA-LG153.2 滚珠丝杆的选择及校核3.2.1根据机器的工作条件及完成的功能，滚珠螺母的循环方式和预紧方式滚珠螺母的循环方式为内循环预紧方式为双螺母垫片预紧导轨的摩擦力为： 移动负载的质量 取=300kg= m2 工作台的质量 m2=20kg 导轨的摩擦系数 取=0.153.2.2 初选丝杆导程 根据公称直径范围选择Ph=3mm3.2.3 计算滚珠丝杆的动载荷 动载荷公式为：式中寿命系数=3.52工作寿命 ,Lh=22000h载荷系数 动载荷硬度影响系数短行程系数1转速系数, Fm 滚珠丝杆等效轴向载荷 K=1.15 Fx负载移动阻力，Fx=1500N 计算得3.2.4初选滚珠丝杠副的型号和有关参数 根据上面所计算的数据，选取的滚珠丝杆的基本额定动载荷要大于计算出来的动载荷。 初步选择GDM系列1604-3型滚珠丝杠副，为内循环固定反向器双螺母垫片预紧式滚珠丝杠副，其公称直径为16mm，导程为3mm，循环滚珠为3圈2系列，精度等级取5级，螺母安装尺寸L=37mm。 其主要参数：额定动载荷为=4.62KN额定静载荷为KN 公称直径 导程Ph=4mm 预紧力计算
