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机电一体化转台设计

机电一体化转台设计
机电一体化转台设计

机电一体化

一维转台设计说明书

目录

课程设计的目的1

《机电一体化》设计任务及设计参数1

一、系统总体改造方案的确定2

二、工作台旋转机械部分的改进2

三、工作台升降机械部分改进6

四、最佳方案8

五、其他机械部分改进8

六、控制部分方案设计11

小结14

参考文献14

设计过程

课程设计的目的

1)学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。

2)通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。

3)通过对进给伺服系统的设计,掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式,学会选用典型的位移速度传感器;如交流、步进伺服进给系统,增量式旋转编码器,直线光栅等。

4)通过对控制系统的设计,掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路;如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等,以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。

5)培养学生独立分析问题和解决问题的能力,学习并初步树立“系统设计”的思路。

6)锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。

设计参数

设计名称

转台的机电一体化设计。

设计任务

机械部分

说明该机构的工作原理、传动支撑方式、导向方式、预紧方式等;若有必要,可在提供的CAD图中按自己认为合理的方式进行修改。

设计限位装置(如接近开关的安装支座)

控制部分

该装置由两台异步电动机驱动,其中一台电机控制工作台在90度范围内往复旋转,另一台电机控制工作台上的托辊转动,完成工件输入、停止和输出的动作。要求用继电器接触器控制系统、或PLC、或单片机完成上述动作的控制。

提交的设计文件

设计说明书(A4)。

相关电气参数

3.1电机

Y系列(IP44)小型三相异步电动机技术数据(380V、50Hz).

型号: Y801-2

额定功率/kW: 0.75

铁心长度/mm: 65

气隙长度/mm: 0.3

定子外径/mm: 120

定子内径/mm: 67

定子线规nc-dc: 1-0.63

每槽线数: 111

并联支路数: 3

绕组型式: 单层交叉

节距: 1~9/2~10/18~11

槽数Z1/Z2: 18/16

转动惯量/(kg·m^2): 0.00075

质量/kg: 16

PLC (参考)

FX2N-32MR-001

电源电压220V AC

输出电压220V AC

一、系统总体改造方案的确定

我这次课程设计主要针对旋转工作台机械部分的改造。将原方案中的由原来的通过电机带动涡轮蜗杆转动是工作台旋转,由液压缸伸缩控制工作台升降;改成由液压缸升降工作台使与工作台固定的轴在特制的套筒按一定的轨迹移动,已达到旋转特定角度且上升到指定高度的目的;工作台上升高度可以通过手动控制液压缸的电磁阀控制。这样不仅简化了转台整体结构,降低加工制造成本,而且提高了旋转角度的定位精度。

工作台传送工件由电机通过减速器和联轴器带动限力式辊轴的转动,辊轴间通过链条连接,已达到传送工件的目的,而工件的位置则由挡板控制。

二、工作台旋转机械部分的改进

1、原方案(图一)

图一

该方案的工作过程:电动机正转经联轴器带动蜗杆涡轮使工作转台旋转,当转到后,电动机停转,电动机反转时,工作转台回到原来的位置。

分析不合理处:

A、该方案中采用三相异步电动机不合理。在工作中电机需频繁启动,很容易使电机损坏。

B、电动机与蜗杆直接用联轴器连接不合理。首先,三相异步电机转速都较快,而转

台只需转半圈,则需要较大传动比的涡轮蜗杆,结构过大,明显不适合用在此处。其次,若工作过程中发生卡死故障,由于电动机与蜗杆直接用联轴器连接,很可能导致烧坏电机并且有可能引发安全事故。

C、轴承端没有挡油环,不利于润滑

改进方案

(1)针对A处改进方案

槽轮机构

该方案与方案一的类似,不同之处为联轴器后面加上了一个槽轮机构(图三),由槽轮带动涡轮蜗杆转动,从而转动工作台。其工作原理为拨销盘以不变的转速旋转,拨销转过2时,槽轮转过相邻两槽间的夹角为2,在拨销转过其余的部分时,即2(),槽轮静止不动,直到拨销进入下一个槽内,又重复以上循环,这样就将拨销盘的连续运动变为槽轮的间歇运动。

图二

图三

槽轮传动机构分析:

采用槽轮机构具有结构简单,转速迅速,从动件能在较短的时间内转过的较大的角度,传动效率高,槽轮单位时间内与静止时间比值相等,由于槽轮的角速度不是常数,转速的开始和结束有一定大小的速度,从而产生了冲击,采用锁紧弧和定位弧定位,其定位精度不是很高,与方案一相比,避免了电机的频繁启动,直选首先设置好时间节拍即可,保护了电机的及电路,降低了事故发生的频率。

将三相异步电机换成液压马达,因为液压马达时将液压转换成机械能,不会因频繁启动而烧坏。

在电机与联轴器间增加一个离合器,当工作台达到指定位置时,松开离合器。而电机可以连续工作。

蜗形凸轮传动机构

蜗形凸轮传动机构(1、转盘2、滚子3、蜗形凸轮)

图四

、针对B处改进方案

①对于速度较快问题,可以在电机和联轴器之间加上减速器,降低输入轴速度。

②而为防止卡死时电机损坏,我们可以将刚性销连接改成安全销连接,其结构如下图。原理当输出轴扭矩过大时,安全销会自动切断,已达到保护电机的效果。还可以在电动机后加一个带传动机构,当发生卡死时,带轮会出现打滑。

原方案

改进后

对比分析:

与前两种方案相比,只是在联轴器的后面加上一个蜗形凸轮传动机构,就能得到如下特点:(1)能得到任意转位时间和静止时间之比,其工作时间系数K比槽轮机构小;(2)能实现转盘所要求的各种运动规律;(3)与槽轮机构相比,能够用于工作位数较多的设备上,而且不需要加入其它的传动机构;(4)在一般情况下,凸轮棱边的定位精度已满足要求,而不需要其它定位装置;(5)有足够的刚度和韧性、装拆方便;而不足之处为成本较高,与前两种方案相比,造价是最昂贵的,其效果也是最好的,避免了电机的频繁启停,保护了电路和电机,更加安全可靠。

三、工作台升降机械部分改进

1、原方案(图七)

图七

工作原理:

液压缸工作使工作台上升,直至超过挡板后,电动机的启动带动涡轮蜗杆,使工作台旋转,该方案用液压缸与驱动工作台上升,太复杂且液压缸精度要求高,造价昂贵,工作效率不高,耗能大,转动部分采用电动机带动涡轮蜗杆,从而使工作台旋转,较复杂且涡轮蜗杆造价高,不经济。

2、改进方案一的设计(图八)

图八

本方案的工作原理:

液压缸工作使杆支撑工作太上升,到曲槽刚好到达工作台高于挡板,杆沿曲槽上升旋转到曲槽顶时,刚好旋转。

与原方案相比:

都用了液压缸,但缺少了电动机带动涡轮蜗杆使工作台旋转,用曲槽代替,结构简单,节约成本,相比第一种方案好。

改进方案二设计(图九)

此方案的工作原理:丝杆轴的旋转可使其在水平方向的移动,使支撑杆伸张和收缩,从而使工作台的上下移动。

图九

方案比较:

与前两种方案相比较,用丝杆代替液压缸,结构简单,节约成本,操作方便。

综合考虑:

第三种方案最经济,前两种方案都用了液压缸,第二种方案比第一种方案好,液压缸精度高,但效率很低,成本不经济。第三种方案升降部分用丝杆轴的旋转,旋转部分用电机带动涡轮蜗杆,从而地使工作台旋转,没方案二的旋转部分经济,但整体考虑,方案三比方案二更好。

四、最佳方案

将工作台的旋转和升降设计成由一个系统控制如图,工作原理:当液压缸上升时,工作台带动轴上升,而轴由于被限制在套筒中,只能按照套筒上所开的槽的轨迹移动。套筒上的槽形轨道是螺旋上升且只旋转90度。这样不仅简化了系统结构,减少成本;而且满足旋转精度。

五、其他机械部分改进

1、润滑密封

原方案中轴的轴承部分(图十)

图十

分析:

该方案轴承的下端没有挡油环,故润滑脂很容易漏出来,且会有杂质进入润滑脂中影响软化效果。

改进后的方案(图十一)

图十一

对比分析:

改进后,下端面加挡油环,润滑时将润滑油滴入轴承,影响轴承的运转和寿命,左端增加了一个隙缝密封,在密封隙里加入润滑脂,在提高密封效果的同时防止了杂质进入轴承,以免损坏轴承。

2、导轨部分(图十二)

图十二

分析:

该方案沟槽内部不方便能润滑,且旋转是摩擦较大。加工业不经济,所以得改进。改进后的方案(图十三)

图十三

分析对比:

与原方案相比,导轨槽位V型槽,可储存润滑剂,加工方便,结构简单,加工成本低,降低了摩擦阻力,方向精度高,对温度变化不敏感,工艺性好。

升降导轨的设计

考虑到工作台是竖直方向移动,所以,选用闭式矩形导轨或燕尾槽式导轨,由于这里对导向精度没有较高要求,我这里选择闭式矩形导轨如图

闭式矩形导轨

传送部分机械改进

原方案

有三相异步电动机通过减速机构再带动辊筒转动,使工件达到指定位置,有挡板定位。如图

这个方案中有挡板定位不够精确,并且会对挡板产生较大冲击力,当工件到达挡板后电机还

会转动,使辊筒与工件之间则会产生较大摩擦力。

改进方案

将辊筒用限力式辊筒,当工件到达挡板后,电机转动但辊筒外表面不会转动。

六、控制部分方案设计

工件传送控制

工件传送只需控制电机正反转即可,采用接触器联锁的正反转控制。

控制原理:

当按下正转启动按钮SB1后,电源相通过热继电器FR的动断接点、停止按钮SB3的动断接点、正转启动按钮SB1的动合接点、反转交流接触器KM2的常闭辅助触头、正转交流接触器线圈KM1,使正转接触器KM1带电而动作,其主触头闭合使电动机正向转动运行,并通过接触器KM1的常开辅助触头自保持运行。反转启动过程与上面相似,只是接触器KM2动作后,调换了两根电源线U、W相(即改变电源相序),从而达到反转目的。

互锁原理:

接触器KM1和KM2的主触头决不允许同时闭合,否则造成两相电源短路事故。为了保证一个接触器得电动作时,另一个接触器不能得电动作,以避免电源的相间短路,就在正转控制电路中串接了反转接触器KM2的常闭辅助触头,而在反转控制电路中串接了正转接触器KM1的常闭辅助触头。当接触器KM1得电动作时,串在反转控制电路中的KM1的常闭触头分断,切断了反转控制电路,保证了KM1主触头闭合时,KM2的主触头不能闭合。同样,当接触器KM2得电动作时,KM2的常闭触头分断,切断了正转控制电路,可靠地避免了两相电源短路事故的发生。这种在一个接触器得电动作时,通过其常闭辅助触头使另一个接触器不能得电动作的作用叫联锁(或互锁)。实现联锁作用的常闭触头称为联锁触头(或互锁触头)。

工作台升降和旋转控制

工作台升降和旋转采用三位四通电磁阀控制液压回路,如图

工作原理:

当有压力油进入时,回油路的单向阀被打开,压力油进入工作液压缸。但当三位四通电磁换向阀(Y型)处于中位或液压泵停止供油时,两个液控单向阀把工作液压缸内的油液密封在里面,使液压缸停止在该位置上被锁住。(如果工作液压缸和液控单向阀都具有良好的密封性能,即使在外力作用下,回路也能使执行元件保持长期锁紧状态)。

在图示位置时,由于Y型三位四通电磁换向阀处于中位,A、B、T口连通,P口不向工作液压缸供油,保持压力,缸两腔连通。此时,液压泵输出油液经溢流阀流回油箱,因无控制油液作用,液控单向阀A,B关闭,液压缸两腔均不能进排油,于是,活塞被双向锁紧。要使活塞向上运动,则需使换向阀1DT通电,左位接入系统,压力油经液控单向阀A进入液压缸,同时也进入液控单向阀B的控制油口K,打开阀B,使液压缸右腔回油经阀B及换向阀流回油箱,同时工作液压缸活塞向右运动。当换向阀右位接通,液控单向阀B开启,压力油打开阀A的控制口K,工作液压缸向下行,回油经阀A和换向阀T口流回油箱。

当工件在工作台上定位后,液压缸上升带动工作台旋转上升,当转到90度后,

可以通过液压缸控制工作台高度。工件加工完后,液压缸回油带动工作台下降且旋转。

全自动控制方案

在按加工需要工作台首尾两端各安装一个传感器脉冲开关SB1、SB2和导轨上下各安装一个传感器脉冲开关SB3、SB4,且每个开关均有手动控制装置。用PLC控制,其接线图如图

图中接触器KM1控制电机正转;接触器KM2控制电机反转;接触器KM3控制三位四通电磁阀左位得电,即液压缸上升;接触器KM4控制三位四通电磁阀右位得电,即液压缸下降。

工作原理:

按下启动按钮SB1,线圈KM1得电,KM1主触头闭合,电机正转;当工件接触到工

作台尾端传感器,SB2闭合,延时1秒,线圈KM2得电,KM2主触头闭合,电磁阀左位得电,液压缸上升;当导轨滑块接触导轨上端传感器,SB3闭合,延时50秒,等待工件加工后,线圈KM3得电,KM3主触头闭合,电磁阀右位得电,液压缸下降;当导轨滑块接触导轨下端传感器,SB4闭合,延时一秒,线圈KM4得电,KM4主触头闭合,电机反转;当工件接触到工作台首端传感器,SB5闭合,延时5秒,返回前面操作。

其梯形图如图

小结

在设计的过程中,我深刻地体会到机电一体化系统的设计,是多学科的交叉与综合,涉及了大学课程里的大部分知识,是对过去所学知识的一次复习、巩固和实际的操作,强化训练了我们的学科融合的思维能力,进一步加强了我们对机电一体化系统设计技术总体思想,初步了解到了设计一个机电一体化系统的方法,培养了一个机电工程师应具备的思维能力。在设计中我学到了很多从书本上无法体会的东西。学习实践技能得到明显的提高,使自己的综合能力得到进一步的提高,从而为自己毕业后更快地适应社会工作打下良好的基础。但我们还需要在实践中不断的学习,提高,掌握新概念、新技术、将来才能成为机电一体化的复合人才。

参考文献

张建民等,机电一体会系统设计(第三版)高等教育出版社,2010

王信义,机电一体化技术手册(第二版)机械工业出版社,2000

机械设计委员会,机械设计手册,机械工业出版社2004

李建勇.机电一体化技术.科学出版社.2004

徐灏.机械设计手册(3).机械工业出版社,2003

张建民.机电一体化系统设计.北京理工出版社,2004

杨入清.现代机械设计—系统与结构[M].上海:上海科学技术文献出版社,2000

机电一体化课程设计报告

机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业:机械电子工程 班级:机电0811 学号: 2008716022 姓名:陈智建 指导教师:刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日

目录 第一节绪论 (3) 1.1课程设计目的意义 (3) 1.2课程设计任务描述 (3) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (3) 第二节总体方案设计 (4) 2.1主轴驱动系统设计方案 (4) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (4) 2.3电气系统设计方案 (4) 第三节传动系统设计 (5) 3.1主轴传动系统的设计 (5) 3.1.1主轴电机选择 (5) 3.1.2变频器的选择 (5) 3.1.3主轴传动系统设计 (5) 3.2伺服驱动系统设计 (6) 3.2.1伺服传动机构设计 (6) 3.2.2伺服电机选择 (6) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (6) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (7) 3.3设计验算校核 (8) 3.3.1惯量匹配验算 (8) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (8) 3.3.3系统的刚度计算 (9) 3.3.4固有频率计算 (10) 3.3.5死区误差计算 (10) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (11) 第四节电气系统设计 (11) 后附6张系统框图和元器件图。 (14) 第五节心得体会 (15) 参考文献 (16)

第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科,所涉及的知识领域非常广泛,现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计,培养学生综合应用所学的知识,进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统,即在已有数控系统的基础上,根据实际加工要求,进行二次开发。由于生产数控系统,伺服电动机的驱动器,伺服电机的厂家很多,即使同一厂家,其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广,并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力,数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能,可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴(变频器),满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器,驱动器和电机之间电器接口的相互匹配,在该设计中,要求3轴伺服驱动器,伺服电动机都采用Fanuc 公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (1)主轴的转速范围:1000—24000 (rpm) (2)主轴电机功率:30/37 kw (3)X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min,X/Y/Z轴切削进给速度,1-10000 mm/min (4)系统分辨率:0.0005mm,重复精度0.02mm。

机电一体化系统设计试题_1答案

习题一答案 1-1、什么是机电一体化? 机电一体化技术综合应用了机械技术、微电子技术、信息处理技术、自动控制技术、检测技术、电力电子技术、接口技术及系统总体技术等群体技术,在高质量、高精度、高可靠性、低能耗意义上实现多种技术功能复合的最佳功能价值的系统工程技术。 1-2、什么是机电一体化的变参数设计? 在设计方案和结构原理不变的情况下,仅改变部分结构尺寸和性能参数,使之适用范围发生变化的设计方式。例如,同一种产品不同规格型号的相同设计。 1-3、机电一体化技术与传统机电技术的区别。 传统机电技术的操作控制主要以电磁学原理的各种电器来实现,如继电器、接触器等,在设计中不考虑或很少考虑彼此间的内在联系。机械本体和电气驱动界限分明,整个装置是刚性的,不涉及软件和计算机控制。机电一体化技术以计算机为控制中心,在设计过程中强调机械部件和电器部件间的相互作用和影响,整个装置在计算机控制下具有一定的智能性。 1-4、试分析机电一体化技术的组成及相关关系。 机电一体化系统是多学科技术的综合应用,是技术密集型的系统工程。其技术组成包括:机械技术、检测技术、伺服传动技术、计算机与信息处理技术、自动控制技术和系统总体技术等。现代的机电一体化产品甚至还包含了光、声、化学、生物等技术等应用。 1-5、一个典型的机电一体化系统,应包含哪些几个基本要素? 机电一体化系统,应包含以下几个基本要素:机械本体、动力与驱动部分、执行机构、传感测试部分、控制及信息处理部分。我们将这些部分归纳为:结构组成要素、动力组成要素、运动组成要素、感知组成要素、智能组成要素;这些组成要素内部及其之间,形成通过接口耦合来实现运动传递、信息控制、能量转换等有机融合的一个完整系统。 1-6、试简述机电一体化系统的设计方法。 机电一体化系统的设计过程中,一直要坚持贯彻机电一体化技术的系统思维方法,要从系统整体的角度出发分析研究各个组成要素间的有机联系,从而确定系统各环节的设计方法,并用自动控制理论的相关手段,进行系统的静态特性和动态特性分析,实现机电一体化系统的优化设计。1-7、机电一体化系统(产品)开发的类型。

机电一体化系统设计基础试题及答案

机械专业机电一体化系统设计基础试题 一、判断题(判断下列所述是否正确,正确填入“+”。错误则填“一”号。每题2分,共24分) 1.接口技术是系统技术中的一个方面,它的功能是实现系统各部分的可靠连接。( ) 2.数控机床中的计算机属于机电一体化系统的控制及信息处理单元,而电机和主轴箱则属于系统的驱动部分。( ) 3.机电一体化产品的变参数设计是指改变部分结构尺寸而形成系列产品的设计。 ( ) 4.驱动元件的选择及动力计算是机电一体化产品开发过程理论分析阶段的工作之一。( ) 5.传动轴在单向回转时,回程误差对传动精度没有影响。( ) 6.按输出轴的转角误差最小原则,减速链传动中,从输入到输出端的各级传动比应按“前大后小”分配。( ) 7.与交流同步伺服电机一样,笼型交流异步伺服电机也可由PWM变频技术实现速度的调节。( ) 8.微机系统中,在任何给定时刻,数据流都允许沿数据总线双向传输。( ) 9.STD总线可采用总线复用技术,但不支持多处理机系统。( ) 10.TTL电平接口不能用于驱动带电气隔离的继电器。( ) 11.重复性是传感器静态特性指标之一,反映传感器输入量按同一方向做全量程连续多次变动时,输出输入特性曲线的不一致性。( ) 12.增量式光电编码器的输出量为脉冲信号,可以同时用于位置和速度测量。( )二、简答题(每题6分。共30分) 1.机电一体化系统的基本结构要素有哪些?喷漆机器人的电液伺服系统和手臂手腕分别属于其中的哪个结构要素? 2.影响机电一体化系统传动机构动力学特性的主要因素有哪些? 3.什么是步进电机的步距角?它是由哪些参数确定的? 4.简述开关量输入模板的基本组成。 5.工业PC机与个人计算机的主要差别是什么? 三、分析题(15分) 系统如图昕示.试分析齿轮机构、传感器及丝杠螺母机构的误差对输出精度的影响。 四、计算题(15分) 伺服电机驱动系统如图所示,已知齿轮减速比i=5;丝杠螺距气t s=5mm;丝杠直径d=20mm;工作台的质量为m=200kg;工作台最大线速度v=0.025m/s;最大加速度a=10m/s2,工作台与导轨之间的摩擦系数为f=0.1,传动效率η=0·7。 试求: (1)电机的负载力矩 (2)折算到电机轴上的转动惯量(g·cm2);(3)电机的最小额定转速。

~机电一体化设计基础复习题及答案

复习题 一、是非判断 1、机电产品结构方案设计时遵循传动链最短原则的好处是使传动精度高,而传动性能稳定性降低。(×) 2、莫尔条纹具有使栅距的节距误差平均化的特点。(√) 3、滚珠丝杠传动的特点是传动效率高、运动具有可逆性、传动精度高、磨损小,使用寿命长、不能自锁。(×) 4、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系,从而有效地防止干扰信号进入微机。(√) 5、动态显示是一位一位地轮流点亮各位数码管,这种逐位点亮显示器的方式称为行扫描。 (×) 6、分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述,与输入数字量的位数有关。8位数的分辨率为1/256,10位数的分辨率为1/1024。(√) 7、在机电产品中若有检测元件,则该产品的控制系统一定是闭环的。(×) 8、无源滤波器常采用LC谐振电路或RC网络作为滤波器件。(√) 9、机电产品转动惯量大可使机械负载变大,灵敏度下降,但是不影响机械系统的响应速度。 (×)10、执行机构运动循环图可以表明各机构间的配合协调关系。(√) 11、机电产品结构设计是从:定量到定性,具体到抽象,粗略到精细的过程结构设计满足的目标:保证功能、提高性能、降低成本。(×)12、双频激光干涉仪是同一激光器发出的光分成幅值不同的两束光产生干涉。得到的是按幅值变化的交流调频信号,信噪比高,可实现高分辨率测量。(×)13、滚珠丝杠传动中,当丝杠改变转动方向时,间隙会使运动产生空程,从而影响机构的传动精度。(√)14、采用光电耦合器可以将前向通道、后向通道以及其他相关部分切断与电路的联系,从而有效地防止干扰信号进入微机。(√)15、键码识别就是判断闭合键的代码,通常有2种方法,一种是静态检测法——称为编码键盘;另一种是动态检测法——成为非编码键盘。(×) 16、选用D/A芯片时位数愈多精度愈高,其转换的时间愈长。(√) 17、在机电产品中若有检测元件,则该产品的控制系统不一定是闭环的。(√) 18、在微机检测系统的输入通道中,采样/保持(S/H)电路可有可无。(×) 19、双片薄齿轮错齿调整法以消除齿侧间隙,但反向时不会出现死区。(×) 20、采样时间是指对被测参数检测的时间。(√) 二、简答题 1、同步带传动主要失效形式有哪些?主要原因是什么? (a) 承载绳断裂原因是带型号过小和小带轮直径过小等。 (b) 爬齿和跳齿原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。 (c) 带齿的磨损原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。 (d) 其他失效方式带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。

机电一体化课程设计报告

机电一体化课程设计报 告

机电一体化系统设计基础 课程设计报告 专业:机械电子工程 班级:机电0811 学号: 2008716022 姓名:陈智建 指导教师:刘云、柯江岩 2012 年 1 月 13 日

目录 第一节绪论 (4) 1.1课程设计目的意义 (4) 1.2课程设计任务描述 (4) 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (4) 第二节总体方案设计 (5) 2.1主轴驱动系统设计方案 (5) 2.2 X/Y/Z轴控制系统方案设计 (5) 2.3电气系统设计方案 (5) 第三节传动系统设计 (6) 3.1主轴传动系统的设计 (6) 3.1.1主轴电机选择 (6) 3.1.2变频器的选择 (6) 3.1.3主轴传动系统设计 (6) 3.2伺服驱动系统设计 (7) 3.2.1伺服传动机构设计 (7) 3.2.2伺服电机选择 (7) 3.2.3 滚珠丝杠的选择 (8) 3.2.4滚珠丝杠支承的选择 (9) 3.3设计验算校核 (9) 3.3.1惯量匹配验算 (9) 3.3.2伺服电机负载能力校验 (10) 3.3.3系统的刚度计算 (11) 3.3.4固有频率计算 (11) 3.3.5死区误差计算 (12) 3.3.6系统刚度变化引起的定位误差计算 (12) 第四节电气系统设计 (13) 后附6张系统框图和元器件图。 (15) 第五节心得体会 (16) 参考文献 (17)

第一节绪论 1.1课程设计目的意义 机电一体化是一门实践性强的综合性技术学科,所涉及的知识领域非常广泛,现代各种先进技术构成了机电一体化的技术基础。机电一体化系统设计基础课程设计属于机械电子工程专业的课程设计,培养学生综合应用所学的知识,进行机电一体化系统设计的能力。 1.2课程设计任务描述 本课程设计主要要求学生设计一数控铣床的传动系统跟控制系统,即在已有数控系统的基础上,根据实际加工要求,进行二次开发。由于生产数控系统,伺服电动机的驱动器,伺服电机的厂家很多,即使同一厂家,其生产的产品系统和型号也很多。为了避免在设计过程中选型过于宽广,并考虑到本设计的目的主要是为了训练从事设计的基本能力,数控系统规定选用Fanuc OI MATE MC。根据该数控系统控制性能,可控制3个伺服电动机轴和一个开环主轴(变频器),满足4轴联动数控铣床的控制要求。考虑到CNC控制器,驱动器和电机之间电器接口的相互匹配,在该设计中,要求3轴伺服驱动器,伺服电动机都采用Fanuc公司生产的产品。 1.3数控铣床的性能指标设计要求 (1)主轴的转速范围:1000—24000 (rpm) (2)主轴电机功率:30/37 kw (3)X/Y/Z轴快速进给速度15/15/15m/min,X/Y/Z轴切削进给速度,1-10000 mm/min

机电一体化典型实例

8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作,根据识别,自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作,实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果,是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广,将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说,任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人,就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人,为了让机器人 完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等)通过直接或间接的手段,对机器人进行示教,机器人将这些知识记忆下 来,然后根据再现指令,在一定的精度范围内,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代 机器人通常是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)的机器人,即由传感器得到的触觉、 听觉、视觉等信息经计算机处理后,控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具 有高级智能的机器人,其特点是具有自学习和逻辑判断能力,可以通过各类传感器获取信息, 经过思考做出决策,以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素:思维系统(相当于脑),工作系统(相当于手),移动系 统(相当于脚),非接触传感器(相当于耳、鼻、目)和接触传感器(相当于皮肤)(图8-1)。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样,即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价,机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”,这里,机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等;物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等;智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说,机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性,占有空间不固定性,因而是二元机械。计算机等信 息处理机,除物理能之外,还有若干智能,因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能, 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 机器人一般由执行系统、驱动系统、控制系统,检测传感系统和人工智能系统等组成, 各系统功能如下所述。 ① 执行系统。执行系统是完成抓取工件(或工具)实现所需运动的机械部件,包括手部、 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素

《机电一体化系统设计》——期末复习题及答案_6034459302595687

中国石油大学(北京)远程教育学院 《机电一体化系统设计》期末复习题 第一章绪论 判断(A对,B错) 1.工业三要素是资金、人才、技术。 2.机电一体化系统的执行机构功能是主操作功能。 答案:B A 单选 1、机电一体化系统机械本体的功能是() A执行机构B动力源C固定其它部件D主操作功能 2、下列哪一项是机电一体化的特性。 A装置的控制属于强电范畴B自动信息处理 C支撑技术是电工技术D以机械联结为主 3、机电一体化系统的主要构成装置不包含以下哪一项() A电子装置B控制装置C驱动装置D机械装置 答案:C B A 问答题 1、在机械工业中微电子技术应用有哪些方面,及其对机电一体化产品设计的意义? 1)对机器或机组系统运行参数进行巡检传感或控制 2)对机器或机组系统工作程序的控制 3)用电子技术代替传统产品中机械部件完成的功能,简化产品的机械结构

4)节约材料 5)节能降耗 对机电一体化产品设计的意义表现在:功能模块化;封装模块化;电路(板)器件微型化;可靠性高;抗干扰能力强;结构一体化;机电产品体小、性优、价廉。 2、机电一体化系统的主功能组成是那些? 物质、能量、信息(工业三要素)的变换(加工处理)、传递(移动、输送)、储存(保持、积蓄、记录) 3、机械电气化与机电一体化的区别 机械电气化 –很少考虑电器与机械的内在联系;根据机械要求选用电气传动 –机械电气界限分明,以机械联结为主,装置是刚性的 –装置的控制属于强电范畴,支撑技术是电工技术(电磁学,输配电)机电一体化 产品的新功能、智能化进步:自动检测,自动显示,自动记录,自动信息处理,自动调节控制,自动诊断,自动保护 4、简要说明机电一体化系统组成要素及其功能? 五个方面,各组成及功能分别是:机械本体(构造功能:固定其它部件);执行机构(主操作功能);驱动部件(动力功能);传感部件(信息检测);控制部分(信息处理及控制) 5、传统机电产品与机电一体化产品的主要区别表现哪些方面?

机电一体化课程设计报告书

机电一体化综合课程设计 《机电一体化课程设计任务书》普通格式 一.课程设计的目的 本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节,课程设计的基本目的是: 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法,包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力,进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。

3、训练和提高设计的基本技能,如计算,绘图,运用设计资料、标准和规,编写技术文件(说明书)等。 二.设计任务及要求 设计题目:车辆出入库单片机自动控制系统 1.设计容包括:总体设计,机械系统的设计与计算,计算机控制系统设计,编写设计计算说明书; 2.课题容简介或设计要求:编制一个用单片机控制的车辆出入库管理控制程序,控制要求如下:1)入库车辆前进时,经过1# → 2#传感器后计数器加1,后退时经过2# → 1#传感器后计数器减1,单经过一个传感器则计数器不动作。2)出库车辆前进时经过2# → 1#传感器后计数器减1,后退时经过1# → 2#传感器后计数器加1,单经过一个传感器则计数器不动作。3)设计一个由两位数码管及相应的辅助元件组成的显示电路,显示车库车辆的实际数量。 3.机械部分的设计: 4.计算机控制的设计:设计显示电路图,并按图连接。画出单片机接线图,并按图接线。编制控制程序。 摘要 本次设计车辆出入库单片机自动控制系统的基本功能和设计思路,根据给定的条件,综合运用所学的基本理论、基本知识和相关的机械和电子方面的知识,完成车辆入库自动控制,并画好元器件的连接图,其中包括装置的原理方案构思和拟定;原理方案的实现,设计计算与说明。 车辆出入库单片机自动控制系统对我们生活很贴近,一个很实用的系统,可以有效地帮助我们管理车库,再加上如果用单片机来实现的话成本低,很实用,这是一个很有意义的设计。车辆入库单片机自动控制系统的难点在于,如何控制

机电一体化典型实例

. 8 机电一体化系统典型实例 8.1 机器人 8.1.1 概述 机器人是能够自动识别对象或其动作,根据识别,自动决定应采取动作的自动化装置。 它能模拟人的手、臂的部分动作,实现抓取、搬运工件或操纵工具等。它综合了精密机械技 术、微电子技术、检测传感技术和自动控制技术等领域的最新成果,是具有发展前途的机电 一体化典型产品。机器人技术的应用会越来越广,将对人类的生产和生活产生巨大的影响。 可以说,任何一个国家如不拥有一定数量和质量的机器人,就不具备进行国际竞争所必需的 工业基础。 机器人的发展大致经过了三个阶段。 第一代机器人为示教再现型机器人,为了让机器人 完成某项作业,首先由操作者将完成该作业所需的各种知识(如运动轨迹、作业条件、作业 顺序、作业时间等)通过直接或间接的手段,对机器人进行示教,机器人将这些知识记忆下 来,然后根据再现指令,在一定的精度围,忠实地重复再现各种被示教的动作。第二代机器 人通常是指具有某种智能(如触觉、力觉、视觉等)的机器人,即由传感器得到的触觉、听 觉、视觉等信息经计算机处理后,控制机器人完成相应的操作。第三代机器人通常是指具有 高级智能的机器人,其特点是具有自学习和逻辑判断能力,可以通过各类传感器获取信息, 经过思考做出决策,以完成更复杂的操作。 一般认为机器人具备以下要素:思维系统(相当于脑),工作系统(相当于手),移动系 统(相当于脚),非接触传感器(相当于耳、鼻、目)和接触传感器(相当于皮肤)(图8-1)。 如果对机器人的能力评价标准与对生物能力的评价标准一样,即从智能、机能和物理能三个 方面进行评价,机器人能力与生物能力具有一定的相似性。图8-2是以智能度、机能度和物 理能度三座标表示的“生物空间”,这里,机能度是指变通性或通用性以及空间占有性等;物 理能度包括力、速度、连续运行能力、均一性、可靠性等;智能度则指感觉、知觉、记忆、 运算逻辑、学习、鉴定、综合判断等。把这些概括起来可以说,机器人是具有生物空间三座 标的三元机械。某些工程机械有移动性,占有空间不固定性,因而是二元机械。计算机等信 息处理机,除物理能之外,还有若干智能,因而也属于二元机械。而一般机械都只有物理能, 所以都是一元机械。 8.1.2 机器人的组成及基本机能 信息处理机 图8-2生物空间 图8-1机器人三要素

宁波大学机电一体化设计基础考试题及答案

机电一体化设计基础考试题 1.什么是机电一体化? 机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2.机电一体化产品由哪些基本要素构成? 机械本体(机床)、动力源(电、液压等)、检测与传感装置(各种传感器等)、控制与信息处理装置(伺服系统、cnc等)、执行机构(电机、丝杆、导轨、刀架等) 3.机电一体化有哪些共性关键技术? 机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺服驱动技术、系统总体技术 4.什么是机电一体化总体设计? 应用系统总体技术,从整体目标出发,综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性,选择最合理的单元组合方案,实现机电一体化产品整体优化设计的过程。 5.什么是特征指标、优化指标、寻常指标?其作用各是什么?这些指标可否在一定条件下相互转化? 特征指标:决定产品功能和基本性能的指标,是设计中必须设法达到的指标。 优化指标:在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标。 寻常指标:产品设计中作为常规要求得一类指标,一般不定量描述。 可以相互转化。寻常指标有较为固定的范畴,而特征指标和优化指标的选定则应根据具体产品的设计要求进行。一种产品设计中的特征指标,可能是另一种产品设计中的优化指标。某些指标在要求较为严格、必须经过周密设计才能达到时,应选为特征指标,而在要求较为宽松的情况下,可选为优化指标。 6.什么是等效性、互补性、可比性?等效性、互补性、可比性分析对机电一体化设计有何意义? 等效性:具有等效性的功能可有多种具体实现形式,如滤波功能可由多种滤波器实现。 可以互相替代的机械、电子硬件或软件方案必然在某个层次上可实现相同的功能,因而称这些方案在实现某种功能上具有等效性。产品各组成环节的特性是相互关联的,而且共同影响系统的性能,这种机、电环节互相关联、相辅相成为互补性。可比性,它是指被评价的方案之间在基本功能、基本属性及强度上要有可比性。等效性是可以进行机电一体化设计的充分条件之一。互补性,是机电一体化设计的另一充分条件。 7.试结合等效性与互补性阐述机电一体化优化设计的条件。 机电一体化优化设计要在具有等效性的功能中和具有互补性的环节中进行机械、电子、软件等技术之间的比较和权衡。首先找出它们具有可比性的表达形式,用具有相同量纲的优化指标(如成本、可靠度、相对精度等)对各方案进行比较。 8.目前大多采用什么方法进行机电一体产品的总体设计?其具体含义是什么? 多方案优化的方法:在满足约束条件(特征指标)的前提下,采用不同原理及不同品质的组成环节构成多种可行方案,用优化指标对这些方案进行比较、优选,从而获得满足特征指标要求,且优化指标最合理的总体设计方案。 9.多目标规划的求解策略有哪些?含义分别是什么? 降维法:用一个其主要作用的指标作为目标函数,而将其它优化指标转化为约束条件,从而使多目标优化问题转化为单目标优化问题。 顺序单目标法:首先对各优化指标按重要程度排序,按单目标优化方法依序求出每个指标所对应的最优解,然后对这些单目标优化解进行折衷处理,从而得到整体最优解。 评价函数法:首先将各优化指标依一定关系进行组合,从而构造出一个单目标问题的目标函数,被称为评价函数,然后依据这个评价函数对各种方案进行评价,最终确定出最优方案。 10.为何在机电一体化总体方案设计时要进行功能分配和性能指标分配? 如何进行功能分配和性能指标分配? 性能指标分配目的:总体方案中一般有多个环节对同一性能指标产生影响,需要合理地限定这些环节

最新机电一体化系统设计实验报告

实验一三相异步电动机正反转控制实验 专业年级:学号:姓名:评分: 一、实验目的: 1.学习和掌握PLC的实际操作和使用方法; 2.学习和掌握利用PLC控制三相异步电动机正反转的方法。 二、实验内容及步骤: 本实验采用PLC对三相异步电动机进行正反转控制,其主电路和控制电路接线图分别为图2-1和图2-2 。图中:正向按钮接PLC的输入口X0,反向按钮接PLC的输入口X1,停止按钮接PLC的输入口X2,KM5为正向接触器,KM6反向接触器。继电器KA5、KA6分别接于PLC的输出口Y23、Y24。 其基本工作原理为:合上QF1、QF5, PLC运行。当按下正向按钮,控制程序使Y23有效,继电器KA5线圈得电,其常开触点闭合,接触器KM5的线圈得电,主触头闭合,电动机正转;当按下反向按钮,控制程序使Y24有效,继电器KA6线圈得电,其常开触点闭合,接触器KM6的线圈得电,主触头闭合,电动机反转。 实验步骤: 1.在断电的情况下,学生按图2-1和图2-2接线(为安全起见,控制电路的PLC外围继电器KA5、KA6以及接触器KM5、KM6输出线路已接好); 2.在老师检查合格后,接通断路器QF1、QF5 ; 3.运行PC机上的工具软件FX-WIN,输入PLC梯形图; 4.对梯形图进行编辑﹑指令代码转换等操作并将程序传至PLC; 5.运行PLC,操作控制面板上的相应开关及按钮,实现电动机的正反转控制。在PC 机上对运行状况进行监控,同时观察继电器KA5、KA6和接触器KM5 、KM6的动作及变化情况,调试并修改程序直至正确; 6。记录运行结果。 图 2-1 主控电路 ~3~

图 2-2 控制电路接线图 三.实验说明及注意事项 1.本实验中,继电器KA5、KA6的线圈控制电压为24V DC,其触点5A 220V AC(或5A 30V DC);接触器KM5、KM6的线圈控制电压为220V AC,其主触点25A 380V AC。 2.三相异步电动机的正、反转控制是通过正、反向接触器KM5、KM6改变定子绕组的相序来实现的。其中一个很重要的问题就是必须保证任何时候、任何条件下正反向接触器KM5、KM6都不能同时接通,否则会造成电源相间瞬时短路。为此,在梯形图中应采用正反转互锁,以保证系统工作安全可靠。 3.本实验中,主控电路的电压为380V DC,请注意安全! 四.实验用仪器工具 PC 机 1台 PLC 1台 编程电缆线 1根 三相异步电动机 1台 断路器(QF1、QF5) 2个 接触器(KM5、KM6) 2个 继电器(KA5、KA6) 2个 按钮 3个 实验导线若干 五.思考题 1.试比较继电器和接触器的结构及工作原理的异同点; 答:接触器有灭弧装置,而继电器没有。 接触器是在外界输入信号下能够自动接通断开负载主回路.继电器主要是传递信号,根据输入的信号到达不同的控制目的. 2.能否将接触器KM5,KM6的线圈直接接至PLC的输出端Y23、Y24(注:本实验所用

机电一体化系统设计报告

机电一体化系统设计报告 院专 业学生姓名学 号指导教师完成日期《龙门式数控钻床机械结构设计分析与综合》摘要近些年来,国内外机床工业的发展分迅速,以数控为特征的现代化机床在生产中广泛应用。在工农业生产中,经常会碰到一些大型回转体类零件,其上需加工很多孔。用普通机床对其加工往往会遗漏,而小型数控加工中心则难以对其进行加工。本课题就是针对这一问题,设计一台龙门式数控钻床,专门适合对这一类零件进行钻削加工。它不仅大大减轻了操作者的劳动强度,而且大大提高了劳动生产率。本次设计包括了数控钻床的主要机械结构,其中包括:主轴箱中的主传动系装配;进给系统中的工作台装配和传动系统中的丝杠螺母等设计。同时,将各项相关技术合理运用,以达到最优化设计的目的。机械制造工业是国民经济的基础。机床工业则是机械制造工业的基础,它在国民经济中起着至关重要的作用,但我国机床工业与发达国家相比还有较大差距,我们必须奋发图强,努力工作,以便早日赶上世界先进水平。关键词数控钻床导轨工作台滚珠丝杠目录 一、绪论 11、1国内外发展现状 11、2方案论证

11、3数控系统总体方案确定2 二、结构设计 22、1主机部分总体方案确定 22、1、1床身 22、1、2 工作台 22、1、3主要参数2 三、实体建模 3、 43、1 Solidworks三维建模4 四、滚珠丝杠设计计算 44、1 动载强度计算 44、2滚珠丝杠轴向负荷F的计算5 4、2、1摩擦力的计算 54、2、2惯性力计算 54、2、3丝杠螺母长度估算 54、2、4确定最大动载荷 54、3确定滚珠丝杠型号 64、4滚珠丝杠副的几何参数 64、5传动效率计算6 五、机械部分设计计算 75、1 轴承的选择与校核 75、2等效力矩计算

机电一体化系统课程设计报告

机电一体化系统课程设计 设计说明书 设计题目:X-Y数控工作台机电系统设计 院校: 班级: 姓名: 学号: 2011年 12 月 24 日

目录 机电一体化系统设计课程设计任务书1.总体方案 1.1导轨副的选用 1.2 丝杆螺母副的选用 1.3 减速装置的选用 1.4 伺服电动机的选用 1.5 检测装置的选用 2.控制系统的设计 3.机械传动部件的计算与选型 3.1导轨上移动部件的重量估算 3.2铣削力的计算 3.3直线滚动导轨副的计算与选型 3.4滚珠丝杠螺母副的计算与选型 3.5步进电动机减速箱的选用 3.6步进电动机的计算与选型 3.7增量式旋转编码器的选用 4.工作台机械装配图的绘制 5.工作台控制系统的设计 6.步进电动机驱动电源的选用 7.设计总结 参考文献 [1]张建民.《机电一体化系统设计》第三版.高等教育出版社 [2]尹志强.《系统设计课程设计指导书》.机械工业出版社

设 计 计 算 与 说 明 主要结果 设计任务: 题目:X-Y 数控工作台机电系统设计 任务:设计一种供立式数控铣床使用的X-Y 数控工作台,主要参数如下: 1)立铣刀最大直径d=15mm ; 2)立铣刀齿数Z=3; 3)最大铣削宽度mm a e 15=; 4)最大背吃刀量mm a p 8=; 5)加工材料为碳钢; 6)X 、Y 方向的脉冲当量mm y x 005.0==δδ/脉冲; 7)X 、Y 方向的定位精度均为mm 01.0±; 8)工作台导轨长度为1260mm ; 9)工作台空载最快移动速度min /3000mm v v y x ==; 10)工作台进给最快移动速度min /400max max mm v v f y f x ==; 11)移动部件总重量为800N ; 12)丝杆有效行程为920mm 。 一、总体方案的确定 1 机械传动部件的选择 1.1导轨副的选用 要设计的X-Y 工作台是用来配套轻型的立式数控铣床的,需要承受的载荷不大,但脉冲当量小、定位精度高,因此,决定选用直线滚动导轨副,它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、结构紧凑、安装预紧方便等优点。 1.2丝杆螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杆螺母副转换成直线运动,要满足0.005mm 的脉冲当量mm 01.0±和的定位精度,滑动滑动丝杆副无能为力,只有选用滚珠丝杆副才能达到。滚珠丝杆副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高,预紧后可消除反向间隙。 1.3减速装置的选用 选择了步进电动机和滚珠丝杆副以后,为了圆整脉冲当量,放大电动机的输出转矩,降低运动部件折算到电动机转轴上的转动惯量,可能需要减速装置,且应有消

机电一体化设计实例论文(有参考文献)

回转工作台的设计 一、设计的目的: 1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法,包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。 2、综合应用过去所学的理论知识,提高联系实际和综合分析的能力,进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。 3、训练和提高设计的基本技能,如计算,绘图,运用设计资料、标准和规,编写技术文件(说明书)等。 二、设计任务及要求 设计题目:数控回转工作台的设计 1. 设计容包括:总体设计,机械系统的设计与计算,计算机控制系统设计,编写设计计算说明书; 2. 设计要求包括:回转角度0~360°;最大回转半径400㎜;最大承载重量50㎏; 3. 机械部分的设计:装配工作图1(1号); 4. 计算机控制的设计:控制系统接口图一; 5. 控制装置采用步进电机驱动,MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统,软件环分,由键盘输入实现开环控制。 三、机械系统设计 在数字回转工作台机械传动部分选用蜗轮蜗杆传动,因为蜗杆传动平稳,振动,冲击和噪声均较小;能以单级传动获得教大的传动比,结构紧凑,有利于实现回转工作台所要求的分度的实现.故选用蜗轮蜗杆传动. (一)、蜗杆类型的选择: 蜗杆选择为渐开线圆柱蜗杆.因为此种蜗杆不仅可车削还可以像圆柱齿轮那样用齿轮滚刀滚削,并可用但面或单锥面砂磨削.制造精度高.是普通圆柱蜗杆传动中较理想的传动.传动效率也高,在动力传动和机床精密传动中应用较为广泛. (二)、蜗杆蜗轮材料的选择:

由于蜗杆传动啮合摩擦较大,且由于蜗轮滚刀的形状尺寸不可能做得和蜗杆绝对相同,被加工出的蜗轮齿形难以和蜗杆精确共轭,必须依靠运转跑合才渐趋理想,因此材料副的组合必须具有良好的减摩和跑合性能以及抗胶合性能。所以蜗轮通常青铜或铸铁做齿圈,并尽可能与淬硬并经磨削的钢制蜗杆相匹配。故选择:蜗杆材料为:渗碳钢,表面淬硬56-62HRC 牌号为20GrMnTi.蜗轮材料为:铸造锡青铜,牌号为ZcuSn10Pb1 (三)、蜗杆蜗轮参数计算: 1. 蜗杆传动尺寸的确定: 由设计题目中要求可知:工作台回转直径最大为400mm/50千克. 由《齿轮手册》(上)表6.2-3取蜗杆蜗轮中心距标准a=225mm; 估取蜗杆分度圆直径: 为能获得较大的传动比,取蜗杆头数为: z =1;z =90 估取模数m: m=(1.4~1.7)a/ z =3.6 取m=4 q=d /m=80/4=20 6 tanγ= z /q 则γ=2.86° 2. 确定蜗轮蜗杆各参数值 蜗杆尺寸“ 1) 蜗杆轴向齿距:p =πm=3.14×4=12.56 2) 螺旋线导程:p =p ×z =15.4×4=12.56 3) 法向齿形角:对于ZI蜗杆αn=20°在分度传动中允许减小齿形角α =15° 4) 直径系数:q= d /m=80/4=20 5) 蜗杆分度圆(中圆)直径: d (d )= d =qm=80 6) 蜗杆分度圆(中圆柱)导程角: γ=2.86° 渐开线蜗杆: 基圆柱导程角: γcosγ =cosαncosγ γ =15.264° 7) 基圆直径:d d = z m/tanγ =14.16 8) 法向基节:p =πm cosγ =12.12 9) 蜗杆齿轮顶高:h =h m=1×4=4 10 蜗杆齿根高:h =1.2m=4.8

机电一体化专业毕业设计

机电一体化专业毕业设计(论文)题目 1.数控内排屑深孔钻削机床-总体及钻削系统设计 2.游梁式抽油机机构的运动学分析 3.半自动薄壁铜管弯管机-夹紧装置及电气控制系统设计 4.珩磨头旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 5.同步电机驱动螺杆泵地面装置设计 6.试油井下套管载荷与安全性分析 7.电火花深孔套料加工系统设计 8.半自动薄壁铜管弯管机-总体及空间弯头设计 9.钻井绞车液压盘式刹车系统设计 10.钻机自动送钻系统结构设计 11.井下套管损坏机理及围压和应力分析 12.技术套管磨损程度及剩余强度分析 13.标枪阀式防气抽油泵设计 14.磁力传动石化流程泵设计 15.高产气井完井管柱力学分析 16.J C-60D液压驱动钻井绞车设计 17.修井机井架三维特征建模及结构优化分析 18.非回转体零件深孔珩磨加工系统设计 19.整体石墨电极研磨机机身部分设计 20.钻井常见复杂情况机理分析与数据库设计 21.中大孔径内排屑深孔钻削系统设计

22.压后射流泵速排用地面泵设计 23.水平井钻头钻压加载器设计 24.环阀式防气抽油泵设计 25.齿轮箱振动信号频谱分析与故障诊断 26.数控枪钻机床-总体及钻削系统设计 27.Z J50电驱动钻机用新型齿轮传动绞车设计 28.前置型油梁式抽油机的设计 29.固定型液体驱动射流泵采油装置设计 30.液压反馈抽稠泵设计 31.海洋钻井平台钻杆自动排放及移动运系统设计 32.X J-350修井机绞车的设计计算 33.往复泵实验装置设计 34.40型液动顶驱装置设计 35.顶驱装置试验台设计 36.10型抽油机动力与减速系统设计 37.特厚壁套管及其抗挤强度分析 38.钻井岩屑清洗机设计 39.十字路口交通信号灯的PLC控制程序设计 40.离心式灌注泵设计 41.单级输油泵设计 42.工件旋转式数控深孔强力珩磨机床设计 43.数控内排屑深孔钻削机床数控工作台及冷却系统设计

机电一体化系统设计基础复习1答案..

一、判断题(正确的打√,错误的打×) 1.机电一体化系统的主要功能就是对输入的物质按照要求进行处理,输出具有所需特性的物质。(x)P4 2.系统论、信息论、控制论是机电一体化技术的理论基础,是机电一体化技术的方法论。(√)P10 3.信息处理技术是指在机电一体化产品工作过程中,与工作过程各种参数和状态以及自动控制有关的信息输入、识别、变换、运算、存储、输出和决策分析等技术。(√)P11 4.自动控制是在人直接参与的情况下,通过控制器使被控对象或过程自动地按照预定的规律运行。(x)P11 5.产品的组成零部件和装配精度高,系统的精度一定就高。(x) 6.为减少机械传动部件的扭矩反馈对电机动态性能的影响,机械传动系统的基本固有频率应低于电气驱动部件的固有频率的2~3倍,同时,传动系统的固有频率应接近控制系统的工作频率,以免系统产生振荡而失去稳定性。(x)P21 7.传动机构的转动惯量取决于机构中各部件的质量和转速。(x)P21 8.在闭环系统中,因齿轮副的啮合间隙而造成的传动死区能使系统以6~10倍的间隙角产生低频振荡,采用消隙装置,以提高传动精度和系统稳定性。(x)P44 9.进行机械系统结构设计时,由于阻尼对系统的精度和快速响应性均产生不利的影响,因此机械系统的阻尼比ξ取值越小越好。(x)P27 10.滚珠丝杠垂直传动时,必须在系统中附加自锁或制动装置。(√)P33 11.采用偏心轴套调整法对齿轮传动的侧隙进行调整,结构简单,且可以自动补偿侧隙。(x)P47 12.采用虚拟样机代替物理样机对产品进行创新设计测试和评估,延长了产品开发周期,增加了产品开发成本,但是可以改进产品设计质量,提高面向客户与市场需求能力。(x)P65 1.机电一体化系统是以微电子技术为主体、以机械部分为核心,强调各种技术的协同和集成的综合性技术。(x)P7 2.机电一体化系统的机械系统与一般的机械系统相比,应具有高精度、良好的稳定性、快速响应性的特性。(√)P20 3.双螺母消除轴向间隙的结构形式结构紧凑,工作可靠,调整方便,能够精确调整。(x)P35 4.传感器的转换元件是指传感器中能直接感受或响应被测量的部分。(x)P72 5.感应同步器是一种应用电磁感应原理制造的高精度检测元件,有直线和圆盘式两种,分别用作检测直线位移和转角。(√) 6.选择传感器时,如果测量的目的是进行定性分析,则选用绝对量值精度高的传感器,而不宜选用重复精度高的传感器。(x)P87 7.传感器在使用前、使用中或修理后,必须对其主要技术指标标定或校准,以确保传感器的性能指标达到要求。(√)P89

机电一体化毕业设计论文

滨州职业学院毕业论文设计 题目:数控机床工作台与控制系统设计学号: 姓名: 专业班级: 教学单位:电气工程学院 指导教师:

滨州职业学院毕业论文(设计)任务书 电气自动化技术专业级 1、毕业论文(设计)题目数控机床工作台与控制系统设计 2、学生完成全部任务期限:2016年 6月10日 3、任务要求: 1)进程要求 1)提出选题的初步设想。 2)搜集、整理与毕业设计或论文有关的、充分的、准确的信息资料,扩充查阅范围。 3)分析、筛选已有的信息资料,提出研究设想与计划。 4)向指导教师提出开题报告(见附页)。 5)构思论文框架,编写论文提纲,撰写论文初稿。 6)提请指导老师审阅,并根据老师的指导意见做进一步修订,装订成册。 (2)成果要求 1)毕业设计应提交设计图纸和相应的说明书。图纸须规范、完整、清晰、正确,格式符合国家标准的要求;说明书须规范、详实,应包括:任务书、开题报告、正文(摘要、正文内容,结语,参考文献)、附录等。书写认真、清楚,字数不少于8000字。主要包括:前言、摘要、正文内容 2)毕业论文应包括:任务书、开题报告、正文(前言、摘要、关键词,正文内容、结语、参考文献)、附录等;书写认真、清楚,字数以15000字左右为宜。 4、实验(调研)部分内容要求: (1)实验内容与论文题目一致,数据真实。

(2)调研内容详实,调研结论应具备普遍性。 5、文献查阅及翻译要求: (1)参考文献应与论文内容相一致。 (2)参考文献不少于8篇。 (3)参考文献的格式参考滨州职业学院毕业论文格式要求。 (4)翻译文献应与原文内容一致。 指导教师:(签名) 学生:(签名)

宁波大学机电一体化设计基础考试题及答案

机电一体化设计基础考试题 1. 什么是机电一体化?机电一体化是在机械的主功能、动力功能、信息功能和控制功能上引进微电子技术,并将机械装置与电子装置用相关软件有机结合而构成系统的总称。 2. 机电一体化产品由哪些基本要素构成? 机械本体(机床)、动力源(电、液压等)、检测与传感装置(各种传感器等)、控制与信息处理装置(伺服系统、 cnc 等)、执行机构(电机、丝杆、导轨、刀架等) 3. 机电一体化有哪些共性关键技术?机械技术、计算机与信息处理技术、检测与传感技术、自动控制技术、伺 服驱动技术、系统总体技术 4. 什么是机电一体化总体设计?应用系统总体技术,从整体目标出发,综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性,选择最合理的单元组合方案,实现机电一体化产品整体优化设计的过程。 5. 什么是特征指标、优化指标、寻常指标?其作用各是什么?这些指标可否在一定条件下相互转化?特征指标: 决定产品功能和基本性能的指标,是设计中必须设法达到的指标。 优化指标:在产品优化设计中用来进行方案对比的评价指标。 寻常指标:产品设计中作为常规要求得一类指标,一般不定量描述。可以相互转化。寻常指标有较为固定的范畴,而特征指标和优化指标的选定则应根据具体产品的设计要求进行。一种产品设计中的特征指标,可能是另一种产品设计中的优化指标。某些指标在要求较为严格、必须经过周密设计才能达到时,应选为特征指标,而在要求较为宽松的情况下,可选为优化指标。 6. 什么是等效性、互补性、可比性?等效性、互补性、可比性分析对机电一体化设计有何意义?等效性:具有等效性的功能可有多种具体实现形式,如滤波功能可由多种滤波器实现。可以互相替代的机械、电子硬件或软件方案必然在某个层次上可实现相同的功能,因而称这些方案在实现某种功能上具有等效性。产品各组成环节的特性是相互关联的,而且共同影响系统的性能,这种机、电环节互相关联、相辅相成为互补性。可比性,它是指被评价的方案之间在基本功能、基本属性及强度上要有可比性。等效性是可以进行机电一体化设计的充分条件之一。互补性,是机电一体化设计的另一充分条件。 7. 试结合等效性与互补性阐述机电一体化优化设计的条件。机电一体化优化设计要在具有等效性的功能中和具有互补性的环节中进行机械、电子、软件等技术之间的比较和权衡。首先找出它们具有可比性的表达形式,用具有相同量纲的优化指标(如成本、可靠度、相对精度等)对各方案进行比较。 8. 目前大多采用什么方法进行机电一体产品的总体设计?其具体含义是什么? 多方案优化的方法:在满足约束条件(特征指标)的前提下,采用不同原理及不同品质的组成环节构成多种可行方案,用优化指标对这些方案进行比较、优选,从而获得满足特征指标要求,且优化指标最合理的总体设计方案。 9. 多目标规划的求解策略有哪些?含义分别是什么? 降维法:用一个其主要作用的指标作为目标函数,而将其它优化指标转化为约束条件,从而使多目标优化问题转化为单目标优化问题。 顺序单目标法:首先对各优化指标按重要程度排序,按单目标优化方法依序求出每个指标所对应的最优解,然后对这些单目标优化解进行折衷处理,从而得到整体最优解。 评价函数法:首先将各优化指标依一定关系进行组合,从而构造出一个单目标问题的目标函数,被称为评价函数,然后依据这个评价函数对各种方案进行评价,最终确定出最优方案。 10. 为何在机电一体化总体方案设计时要进行功能分配和性能指标分配 ? 如何进行功能分配和性能指标分配? 性能指标分配目的:总体方案中一般有多个环节对同一性能指标产生影响,需要合理地限定这些环节 对总体性能指标的影响程度。 为保证以最佳的结构方案实现产品性能。功能分配时应首先把这些形式尽可能的全部列出来,用这些具体实现形式构成不同的结构方案,采用适当的优化指标对这些方案进行比较,选出最优或较优的方案。性能分配时,首先要把各互补环节对性能指标可能产生的影响作用范围琢一列出,对于不可比较的变量应先变换成相同量纲的变量,在满

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