机电一体化课程设计22

机电一体化课程设计说明书题目：数控回转工作台的设计院系：机械工程系专业：机械设计制造及其自动化班级：JS0805学号：22学生姓名：杨文勇指导老师：黄中华刘玉松完成日期：2011年12月21星期三湖南工程学院机械工程系湖南工程学院课程设计任务书设计题目：数控回转工作台的设计姓名系别机械专业机械设计制造及自动化班级JS0805学号指导老师教研室主任陈小异一、基本任务及要求1．设计任务（1）设计内容包括：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°正反旋转；最大回转半径100㎜；最大承载重量20㎏；工作台旋转输出精度2mrad,主要用于定位，转速低，具备自锁功能。2．要求（1）机械部分的设计：装配工作图）；(2)电器控制的设计：控制系统接口图；(3)控制装置采用步进电机驱动，MCS-51单片机或PLC控制系统，转角由键盘输入实现开环控制。二、进度安排及完成时间1．设计时间二周（从2011年11月14日至2011年11月25日）2．进度安排第1周自己拟定进度第2周整理设计资料；按格式撰写设计说明书；上交设计作业；并参加答辩。注：程序设计2人；硬件电路设计1人；机械结构设计1～2人目录1.总体设计....................................................................................................................41.1结构图..............................................................................................................41.2设计思路..........................................................................................................51.3机械部分设计..................................................................................................51.4电子控制部分..................................................................................................52.机械设计....................................................................................................................72.1初算转盘..........................................................................................................72.2钢球的设计......................................................................................................72.3蜗轮、蜗杆设计..............................................................................................72.4渐开线圆柱齿轮传动设计..............................................................................92.4.1设计参数................................................................................................92.4.2布置与结构..........................................................................................102.4.3材料及热处理......................................................................................102.4.4齿轮基本参数......................................................................................102.4.5强度校核数据......................................................................................122.5电机的选择....................................................................................................132.6其它部件选型................................................................................................143.电子控制系统设计..................................................................................................153.1单片机的选用................................................................................................153.2环形分配器....................................................................................................163.3功率放大电路................................................................................................173.4控制系统接口设计.......................................................................................183.5程序流程图....................................................................................................193.6程序编写........................................................................................................204.总结..........................................................................................................................255.参考文献..................................................................................................................261.总体设计1.1结构图首先要提出设计要求图1-1数控回转工作台实体图(参考)总体方案要有文字描述。方案要有对比？方案的关键之处在什么地方？用涡轮蜗杆能保证精度吗？角接触球轴承蜗杆蜗轮配合控制系统动力源操作面板驱动器器步进电机分度转台图1-2总体结构设计图1-3回转台结构图要附上1张A3的图纸。1.2设计思路机电系统由机械部分和电子控制部分组成。+1.3机械部分设计箱体上的钢珠是回转台的主要受力点，回转台通过螺钉与蜗轮连接。动力是由减速电机输出通过蜗轮、蜗杆减速再传给回转台，使回转台形成一定的转角。轴只是在安装过程中起到支撑、定位的作用，与动力的传动无直接关联。所以轴与其上的轴承无须精确考虑。1.4电子控制部分电子控制部分可分为按键、LED显示和电机控制信号的输出，控制器用单片机。考虑到按键可用10个数字键和1个“确认”键组成，数量也不算多。就采用类似于独立式的来做，即用10个I/O口加一个外中断来实现。通过触发外中断，来执行键盘服务程序。这样可以节省CPU的占用。LED显示部分用单片机串口输出结合移位寄存器74LS164与LED来实现输入角度的显示。电机控制信号，单片机将用户的输入角度转化为不同的脉冲数，而脉冲通过环形分配器和功率放大器来控制步进电机,步进电机收到一个脉冲就转过一个相应的脉冲角,从而达到控制输出角度的目的。2.机械设计2.1初算转盘2RSR=100H=10hRhsv2300314.0mVvm45钢密度为7.85g/cm3kgm65.24最大负载为20kg,取最大总质量为50kg滚动摩擦系数004.0密封阻力Nf0.2fmgFfNFf4取滚道半径R=66mmmNRFf264.02.2钢球的设计查国家标准取钢球的直径d=8mm,1千个钢球重量2.09kg,个数512dr个.2.3蜗轮、蜗杆设计设计公式要列出蜗轮材料：ZCuSn10P1，砂型铸造蜗杆材料：45钢，45HRC中心距：a=102.5mm传动比：i=15.5模数：m=5.0蜗杆分度圆直径：d1=50mm蜗杆头数：Z1=2蜗轮齿数：Z2=31变位系数：无自锁：有蜗杆类型：阿基米德蜗杆(ZA型)蜗杆转速n1：150r/min蜗轮转速n2：9.67r/min使用寿命：8000小时理论传动比：15.512蜗杆头数z1：2蜗轮齿数z2：31实际传动比i：15.5蜗杆材料：45蜗杆热处理类型：淬火蜗轮材料：ZCuSn10P1蜗轮铸造方法：离心铸造疲劳接触强度最小安全系数SHmin；1.1弯曲疲劳强度最小安全系数SFmin；1.2转速系数Zn：0.906寿命系数Zh；1.21材料弹性系数Ze：147N^0.5/mm蜗轮材料接触疲劳极限应力σHlim：425N/mm^2蜗轮材料许用接触应力[σH]：423.27N/mm^2蜗轮材料弯曲疲劳极限应力σFlim：190N/mm^2蜗轮材料许用弯曲应力[σF]：158.333N/mm^2蜗轮轴转矩T2:79.007N.m蜗轮轴接触强度要求:m^2d1≥123.9mm^3模数m:5mm蜗杆分度圆直径d1:50mm蜗轮使用环境：平稳蜗轮载荷分布情况：平稳载荷蜗轮使用系数Ka：1蜗轮动载系数Kv：1蜗轮动载系数Kv：1导程角系数Yβ：0.906蜗轮齿面接触强度σH:115.584N/mm^2，通过接触强度验算！蜗轮齿根弯曲强度σF:5.239N/mm^2，通过弯曲强度计算！实际中心距a：102.5mm齿根高系数ha*:1齿根高系数c*:0.25蜗杆分度圆直径d1：50mm蜗杆齿顶圆直径da1：60mm蜗杆齿根圆直径df1：37.5mm蜗轮分度圆直径d2：155mm蜗轮变位系数x2：0法面模数mn：5.0mm蜗轮喉圆直径da2：165mm蜗轮齿根圆直径df2：142.5mm蜗轮齿顶圆弧半径Ra2：20mm蜗轮齿根圆弧半径Rf2：31.25mm蜗轮顶