機(jī)電一體化機(jī)械手設(shè)計(jì)說明書

1、機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2014 /2015學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱：機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題 目:工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)專業(yè)班級(jí)：11級(jí)機(jī)電七班學(xué)生姓名：王巖學(xué) 號(hào)：_9指導(dǎo)教師： 趙喜敬設(shè)計(jì)周數(shù)：二周設(shè)計(jì)成績 ：2014年12月30日目錄第一章 工業(yè)機(jī)械手綜述 錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。工業(yè)機(jī)械手的組成及原理 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。第二章 伸縮臂的設(shè)計(jì)方案 錯(cuò)誤 !未定義書簽。設(shè)計(jì)方案論證以及確定 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。設(shè)計(jì)參數(shù)及要求 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。設(shè)計(jì)方案的比較論證 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。機(jī)械手伸縮臂總

2、體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)方案 . 錯(cuò)誤!未定義書簽。滾珠絲杠的選擇 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。減速齒輪的有關(guān)計(jì)算 . 錯(cuò)誤 ! 未定義書簽。電動(dòng)機(jī)的選擇 . 錯(cuò)誤! 未定義書簽。第三章 PLC 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 錯(cuò)誤 !未定義書簽。PLC的構(gòu)成及工作原理 錯(cuò)誤!未定義書簽。選擇 PLC 錯(cuò)誤! 未定義書簽。PLC外部I/O分配圖 錯(cuò)誤!未定義書簽。軟件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤!未定義書簽。硬件設(shè)計(jì) . 錯(cuò)誤!未定義書簽?？?結(jié) 錯(cuò)誤! 未定義書簽。參 考 文 獻(xiàn) 錯(cuò)誤! 未定義書簽。第一章 工業(yè)機(jī)械手綜述工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況工業(yè)機(jī)械手在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色，是近

3、幾十年發(fā)展起來的一 種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī) 器，它有多個(gè)自由度，可用來搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。工業(yè)機(jī)械手即工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué) 科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)代化制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、 電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門跨學(xué)科綜合 技術(shù)。工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作， 如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自

4、動(dòng)化水平越來 越高，現(xiàn)代化加工車間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn) 的工作。目前在我國機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將 制品傳送到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提取高 溫熔液等等。廣泛采用工業(yè)機(jī)械手，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞 動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分 重要的意義。同計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)械手的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類的生 產(chǎn)和生活方式。工業(yè)機(jī)械手的組成及原理工業(yè)機(jī)械手一般應(yīng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和人工

5、智能系統(tǒng)等組 成。機(jī)械系統(tǒng)是完成抓取工件實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提 供動(dòng)力，執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)源的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械 式四種，采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手 , 結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、重量輕、控制方便；控制系統(tǒng) 是工業(yè)機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)傳感系統(tǒng)主要檢測(cè) 工業(yè)機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)而及時(shí)比較調(diào)整。本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，具有手臂升降、伸縮、回 轉(zhuǎn)等三個(gè)自由度。因此相應(yīng)地有手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。每部分均用液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制。下圖為本次設(shè)

6、計(jì)的機(jī)械手總平面圖:690710圖1-1機(jī)械手總平面圖1底座、2立柱、3液壓缸、4伸縮臂、5升降臂、6機(jī)械手機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置 等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā) 生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí) 即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的 位置進(jìn)行比較，然后通過控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 下圖為機(jī)械手的系

7、統(tǒng)工作原理框圖：圖1-2機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖第二章 伸縮臂的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)方案論證以及確定2.1.1設(shè)計(jì)參數(shù)及要求1、伸縮長度：300mm2、單方向伸縮時(shí)間：；3、定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于 2mm4、前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無剛性沖擊。設(shè)計(jì)方案的比較論證根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，選擇齒輪、滾珠絲杠來實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手伸縮臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，結(jié) 構(gòu)簡單，易于控制，更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。機(jī)械手伸縮臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過本人的反復(fù)思考及論證，先做出運(yùn)動(dòng)簡圖。現(xiàn)如下圖2-1所示，該機(jī)構(gòu)中支座安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝滾珠絲杠和伸縮桿等零件。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（1）驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)法蘭用一級(jí)齒輪減速器（2）。通過減速器輸出軸

8、與絲杠（3）相連，以電機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 轉(zhuǎn)動(dòng)，通過絲母的直線運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮換向 于安裝機(jī)械手，構(gòu)成如圖所示的結(jié)構(gòu)：1電機(jī)2齒輪細(xì)4連接楓、早桿圖2-1步進(jìn)電機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)示意圖執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)方案滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠副的選擇:（1）由題可知：伸縮長度S為300毫米，伸縮時(shí)間t為2秒，所以速度s 300 tm 150mm 0.15msss ,初選螺距P=10mm）則:nm曾min 900仏Ka為精度系數(shù)），取 Ka 1.1 8（2）計(jì)算載荷：FcFc Kf Kh Ka Fm （ Kf為載荷系數(shù)，Kh為硬度系數(shù),由題中條件，取Kf 1.2 5，取Kh 1.0 6取D

9、級(jí)精度7絲杠的最大工作載荷Fm :導(dǎo)向桿所受摩擦力即絲杠最大工作載荷：F max= F=0.15 4OO=12ON()則:FC1.2 1.0 1.1 120 2112NI(3) 計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca的值:CaFc3 nmLh 1.67 104nm 960 rmin 丄H 15000hCa21123所以1.67 10960 1500020064N(4) 根據(jù)選擇滾珠絲杠副：按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca等于或稍大于Ca的原則，選用漢江機(jī)床廠FC1型滾珠表2-1漢江機(jī)床廠FC1型滾珠絲杠絲杠 代 號(hào)絲杠尺寸/ mm螺旋角滾珠直 徑 米制/ mm螺母安裝尺寸/ mm額定載荷中徑大徑導(dǎo)程動(dòng)載靜載d2dPD

10、D1D2BEMLQ12hCa/NCoa/N4006-34082 115011875156448M691592137969825FC1-5006-3，Ca 21379NCa 22556N考慮各種因素選用FC1-5006-3。由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù)：公稱直徑滾珠直徑按表2-1D0 50mm 導(dǎo)程p=8mm螺旋角 2 11 d03.969mm中尺寸計(jì)算：滾道半徑R O.52d00.52 3.969mm2.064mm()4偏心距0.07 R 色20.072.0643.9692mm 5.6 10 mm2()絲杠內(nèi)徑dlD 2e 2R (502 5.610 22 2.064)mm45.76mm(5) 穩(wěn)定

11、性驗(yàn)算由于一端軸向固定的長絲杠在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S(見表2-10 )。絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷,稱為臨界載荷Fcr ( N按下式計(jì)算:2Ela(l)210d1464Fcr233.14 2則97206 102.15 1022-0.4534.85610 NS安全系數(shù)Fcr 4.85 106Fm16003031.3查表2-10 , S=34, SS，絲杠是安全的,不會(huì)失穩(wěn)。(6) 剛度驗(yàn)算：滾珠絲杠在工作負(fù)載F 的變形量：(N)和轉(zhuǎn)矩t(n- m共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程式中E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206Mpa;l為絲

12、杠工作長度(m) L=450mm4為絲杠危險(xiǎn)截面的慣性矩 m ; u為長度系數(shù)，見表2-10依題意:43.140.04576m“2.15 10其中pFEAp2t2 GJc 11絲杠截面積m264絲杠極慣性矩JC轉(zhuǎn)矩TFmD0tg2式中：P為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù),Fm為工作載荷，取摩擦系數(shù)d44m32G絲杠的切變模量，對(duì)于鋼 G 83.3MPatg 0.0025，則卩=8, 40 則430T=7 103 tg 20118400.43N m按最不利情況取（其中F=Fm）L04 810343016 83 21030.433.14 2061090.04576 23.142 83.310940

13、.045764PF 16P2T222Ed,Gd,2.23 10 2N ?m則：絲杠在工作長度上的彈性變形引起的導(dǎo)程誤差為:L0P0.452.23 10 28 10 31.25um通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差L應(yīng)小于其傳動(dòng)精度0.03mm）的 1/2，即l10.03mm0.015mm 15um2該絲杠的L滿足上式，所以其剛度可滿足要求（7）效率驗(yàn)算：12滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為tgtg(2011)tgtg 2011840要求在90%-95沱間，所以該絲杠副合格經(jīng)上述計(jì)算：FC1-5006-3各項(xiàng)性能均符合題目要求，可選用滾珠絲杠螺距的選擇:P=8mm滾珠絲杠的有效長度：根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定，要保證有 30

14、0mm勺伸縮長度，先對(duì)絲杠螺母進(jìn)行選擇。絲杠螺 母選用外循環(huán)螺旋槽式：滾珠螺母可得到其結(jié)構(gòu)尺寸總長為L=61mm根據(jù)其傳動(dòng)的特點(diǎn)，要保證螺母不脫離滾珠絲杠，又要有300mn移動(dòng)距離，則絲杠的有效傳動(dòng)長度為L=430mm滾珠絲杠的安裝結(jié)構(gòu)：采用雙推簡支式安裝，一端安裝支推軸承與深溝球軸承的組合，另一端安裝深溝球 軸承，其軸向剛度較低，雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速傳 動(dòng)精度較高的長絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。由此可知：絲杠轉(zhuǎn)速：Pn=L/2所以2P300 r76 s18.75s 1125rmin絲杠安裝軸承的選擇由于滾珠絲杠副的支承形式采用的是一端固定一端游動(dòng)（F-S）,而又避免絲杠受

15、壓,所以絲杠的固定端（承重端）為左端，右端為游動(dòng)端。因此為了滿足使用要求，左端的軸承選取雙向推力球軸承與深溝球軸承的組合形式。 推力軸承的特點(diǎn)是只能承受單向軸向載荷。為了限制左端的徑向位移，同時(shí)又要限制向右 的軸向位移，故選用角接觸球軸承。此類軸承的特點(diǎn)是能同時(shí)承受徑向軸向聯(lián)合載荷。1）雙向推力球軸承的選擇2) 初步選定為 51000 型 代號(hào)為 51306 d =30 mm D =60 mm T =21 mm Ca 36.2KN3）校核基本額定載荷通過所要求軸承壽命（等于絲杠的壽命）算基本額定載荷 在實(shí)際工程計(jì)算中，軸承壽命常用小時(shí)表示Lh108 C60n P13j60nLh P3 60 1

16、420 15000 10003108=2338N其中， C基本額定動(dòng)載荷（N ）P當(dāng)量動(dòng)載荷（N ）壽命指數(shù)球軸承 3n軸承的轉(zhuǎn)速（r/min ）在使用壽命為15000小時(shí)的要求下，雙向推力球軸承應(yīng)承受的基本額定動(dòng)載荷為2338N 。初步選用的軸承的額定載荷Ca=27KN，即Ca C所以滿足使用要求。此類單向推力球軸承的數(shù)據(jù)如下表14 :表2-2球軸承基本尺寸安裝尺寸基本額疋載何極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D TdaD ar axCaCoa脂油W51000 型min max maxmmmmKNr/minkg30 60 2057 533200 4500513064）深溝球軸承的選擇選用的軸承型號(hào)為6

17、007c （15 ）,具體數(shù)據(jù)見下表表2-3深溝球軸承基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D BA ds D arasCrCor脂油W70000C型mmMmKNr/minkg45 75 1616 51 69 17500 100007009C5）深溝球軸承的選擇：下端的軸承只起游動(dòng)和限制徑向位移的作用，所以采用深溝球軸承。選擇60000 型,具體數(shù)據(jù)見下表16 :表2-4球軸承數(shù)據(jù)基本尺寸安裝尺寸基本額疋載何極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D Bd aD arasmin max maxC rC or脂油W60000 型mmmmKNr/minkg30 42 712000 160006180

18、6減 齒 的 關(guān)速 輪 有 計(jì)選定齒輪類型、精度等級(jí)、材料及齒數(shù):4000r / min（1） 確定傳動(dòng)比i= 1125r/min =故此次設(shè)計(jì)采用一級(jí)減速（2）按照工作要求，此次設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)采用直齒圓柱齒輪開式傳動(dòng)。輪齒的主要失效形 式為齒面磨損，故此次設(shè)計(jì)采用硬齒面。（3）選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力：由表10-1選小齒輪材料為40MnB（調(diào)質(zhì)）、硬度260HBS大齒輪材料35SiMn （調(diào)質(zhì)）、 硬度230HB制造精度系數(shù)為8級(jí)。（4）估計(jì)絲桿功率：摩擦功率 P 摩=QV/60000 f式中：Q摩擦力（N），Q=Fmax=12QN150mm/ s* 60V直線傳動(dòng)中的速度（m/min） ；

19、 V= 1000=9m/min；（）f 直線傳動(dòng)機(jī)械效率 f=螺母*導(dǎo)向桿=92%*75%=69%;120N * 9m/min故 P 摩=60000* 69%=（）參考臥式車床Pf=（ ） Pi， 故取P摩二快 故P快=故P絲桿=卩快* 齒輪=*=選小齒輪齒數(shù)乙20,大齒輪齒數(shù)Z2 iZ1 25 20 25 o按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式（10-9a ）進(jìn)行計(jì)算，即d1t2.32汙?寧邑18確定公式內(nèi)的各計(jì)算值(1) 試選載荷系數(shù)Kt 1.3(2) 計(jì)算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩P絲桿Ti 95.5 105 n絲桿=95.5 1051125=5.687 1ON mm ()(3) 由表10-7選取齒寬

20、系數(shù)d 0.51 (4) 由表10-6查得材料的彈性模量Ze 189.8MPa 2(5) 由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞HLim1 625MPa大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim2 580 MPa ；7(6) 由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):N1N260nJLh 60 4000 12 8 300 159 198.64 108.64 1093.694.8 10(7)由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)Khn1 0.88;Khn2 0.90(8) 計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%安全系數(shù)S=1，由式(10-12 )得K HN1 HLim 10.88625MPa550MPa 20H1

21、SK HN2 HLim0.901580 MPa522MPaH 2S1) 計(jì)算:計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t，代入H中較小的值dit2. 323“2Ze2.321.35.68710312.251.252189. 852249.13mm2）計(jì)算圓周速度vdimv60 100049.132 112560 1000ms2.89 嘆3) 計(jì)算齒寬b:b d ?d1t 0.5 49.13224.57mm4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)mtd1t / z149.132/202.46mm齒高h(yuǎn)=x 2.46mm=5.53mmb/h=5）計(jì)算載荷系數(shù)1.11Kf 1.2 ；7直齒輪，假設(shè)KAFt/b根據(jù)V 2.8

22、9嘆,8級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)Kv由表10-3查得使用系數(shù)Ka 1 ；由表10-4查得：Kh0.860.18(10.6 d2)2 3 21d2 0.23 10 3b21（）將數(shù)據(jù)代入Kh0.860.18(10.6 12)120.23 10 3 34.87 1.416（）由 b/h=kh1.416H查圖10-13得kf1.35 ；故載荷系數(shù):K KaKvKh Kh1 1.111.2 1.41241.931（）10ON/mm。由表10-3查得心6）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由（10-10a）得d1 d1t3 QKt 49.132 3 1.931 1.3mm 56.06mm22

23、7）計(jì)算模數(shù)mm d1Z156.06 202.82mm 取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù) m=4校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2 360MPa ；(3)由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN10.78; K fn20.84 ；則：K FN1 FE10.78 480267.43MPaF1S1.4K FN 2 FE 20.84 360216MPaF2S1.4()6)校核計(jì)算：(1)由前知載何系數(shù)Ka1Kv1.11Kf1.2Kf1.35則：KKaKvKf Kf1 0.86 1.21.351.393()由式10-4得校核式為:KFtYFaYsabm23Ft2Ti1)計(jì)算圓周力:Z22 5.687 0疋

24、186.5N2)齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù):由表 10-5得:3)齒形系數(shù) 丫Fa12.55,丫Fa22.324)應(yīng)力校正系數(shù)YS11.61，Ysa21.705)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力K FN FEs(1)彎曲疲勞安全系數(shù)S=(2)由圖10-20c按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限()fe1 480MPa ；(2) 校核:F1393 1865 255 J 69.37MP3bm34.87 2F21393 1865 23270 66.63MPabm34.87 2滿足要求Z1則：d156.06m 414.02取 Z117所以 Z2iz1I.25 17 21.25取 Z225()幾何尺寸計(jì)算1)分度圓直

25、徑：d1 mz14 1768mm, d2 mz24 25100mm()2)中心距：d1 d268 100a84mm2 2()3)齒輪寬度：bd?d1 0.5 68 32mm()取 B2 30mmB1 35mm4)齒頂圓直徑：da1 z1 2h； m 1724 76mm()da2 z2 2h；2 m 25 24108mm()5)齒根圓直徑：df1z1 2h； 2c* m 17 2 2 0.25 458mm()d f2Z2 2ha2 2c m 25 2 2 0.25 490mm()驗(yàn)算：1 186.5KAFt b4.66N /mm 100N /mm40()對(duì)照表11-2可知選用8級(jí)精度是合宜的。

26、電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書要求選用3相6拍步進(jìn)電機(jī)。 確定各旋轉(zhuǎn)件的角速度2 n絲桿絲桿=60=1125r/mi n*2/60=s()確定各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:其中絲桿系效直徑取為0.038m。d4LJ絲桿=3234*78*10 * *32=*1032Kg? m確定直線傳動(dòng)件質(zhì)量mii=仃螺母+m連桿+m導(dǎo)向桿+m當(dāng)塊+m夾持器其中：m夾持器=20Kg m導(dǎo)向桿=11Kg取imi=50Kg轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jk(Vk)2(匕)2J= k wi w(Kg? m2)式中： Wk 各旋轉(zhuǎn)件的角速度;Jk各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量;(Kg|?(rad/s2m),mi各直線運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量； V-直線運(yùn)動(dòng)件的

27、速度；W-電機(jī)角速度；(rad/s )W絲桿故J= J絲桿 w3=*10 *2117.75157+30*3=*10(Kg),(m/s),.V 2 mi w20.16157確定克服慣性量所需的電機(jī)上的扭矩：WM1=J t (N? M式中:電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Kg?V電機(jī)的角速度(t-rad/s)；時(shí)間，取t=；1573故 M慣=1*10 * 0.2 =? M確定負(fù)載扭矩：TlFL 120 0.050.6N ?m（）Tl0.6Tst1.5N ? m所以0.40.4最大靜轉(zhuǎn)矩Tst1.5Tsmax M 10.7852.36N ?m0.9510.951（）選擇電機(jī)由最大靜轉(zhuǎn)矩，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選90

28、BF004所選電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下17 :表2-5電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)格步距角（0）相數(shù)最大靜轉(zhuǎn)矩（n m最咼空載啟動(dòng)頻率步/s運(yùn)行頻率步/s電壓V電流A90BF0043215008000126表2-6電機(jī)外形尺寸外徑長度軸徑重量11018193第三章PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)PLC的構(gòu)成及工作原理可編程控制器（簡稱PLC雖然外觀各異，但是硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理 器（CPU、儲(chǔ)存器（RAM ROM、輸入輸出器件（I/O接口）電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成 PLC是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器儲(chǔ)存用戶設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過數(shù)字

29、或模擬 出入/輸出來控制各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。由于它具有程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、 功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于編程、使用操作方便、便于維修、價(jià)格便宜等特點(diǎn)， 具有廣泛的應(yīng)用前景。PLC實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)面向用戶的專業(yè)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)。圖3-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖，PLC通過輸入/輸出接口與被控對(duì)象的工作機(jī)相連接。 控制系統(tǒng)的具體要求，通過編程器預(yù) 先把程序?qū)懭氲絻?chǔ)存器中，然后執(zhí)行程序，完成控制任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)或被控對(duì)象改變時(shí)，只 需相應(yīng)變化輸入/輸出接口與被控對(duì)象的連線，重新編程，即可形成一個(gè)新的控制系統(tǒng)。-顯編程接口Lhlpr:4 匸圖3-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖此次設(shè)計(jì)選擇的PLC定為F

30、1-40系列。(1) 1/0點(diǎn)數(shù)的估算根據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算，F(xiàn)1-40系列選擇主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16。(2) 容量計(jì)算內(nèi)存容量指的是用戶程序的容量。最大I/O點(diǎn)數(shù)為120, 一般指令的條數(shù)為I/O點(diǎn)數(shù) 的10-12倍左右，PLC的容量不得小于此要求。(3) 其它PLC除了主控模塊外，還可以配接各種功能模塊。本次設(shè)計(jì)選擇增加位置控制模塊、 速度控制模塊。這些模塊可實(shí)現(xiàn)特殊功能。PLC外部I/O分配圖根據(jù)所選的PLCF1-40系列的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)備，編制出I/O分配3-2所示如下：圖 3-2 PLC 接線圖軟件設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系

31、統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。（ 1） 模塊化設(shè)計(jì)公共程序模塊， 手動(dòng)程序模塊， 自動(dòng)程序模塊， 遠(yuǎn)位模塊。 公共程序模塊包括主電路、 油泵等的控制，狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換停止，事故報(bào)警保護(hù)等程序。程序 總框圖如圖 3-3 所示：圖 3-3 程序總框圖公共程序部分是對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行控制的部分，對(duì)機(jī)器的運(yùn)行控制起著主要作用。公共程序的梯形圖如圖3-4所示:圖3-4公共程序表3-1公共程序指令表步序指令步序指令步序指令0LD X4008S S60016OUT Y5351OR M1009LD X40217OUT M1012ANI X40210OR M10118LD M

32、1013OUT Y53311ANI M10019ANI M1004OUT Y53412ANI X40320S S6015OUT M10013ANI M10321ANI X5026LD X40414ANI M10422OUT M767AND M10015ANI M71手動(dòng)程序采用電動(dòng)方式，應(yīng)能完成全部自動(dòng)程序所完成的動(dòng)作。手動(dòng)程序部分如圖3-5 所示：圖3-5手動(dòng)程序表3-2手動(dòng)程序指令表步序指令步序指令步序指令0LD X41614ANB28ANB1ANI X41515OUT Y43229OUT Y4352ANI X40516LD X42130LD X4173ANI X50617ANI X422

33、31ANI X4204LD X40718ANI X41432ANI X4075OR X41119LD X40733AND X5066ANB20OR X41134OUT Y4337OUT Y43021ANB35LD X44208LD X41522OUT Y43136ANI X4179ANI X41623LD X42237ANI X41110ANI X40424ANI X42138AND X50611ANI X50625ANI T54039OUT Y43612LD X40726LD X40713OR X41127OR X411自動(dòng)程序應(yīng)包括連續(xù)過程，單周過程，畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。自動(dòng)程序部分如圖3-6

34、所示:圖3-6自動(dòng)程序表3-3自動(dòng)程序指令表步序指令步序指令步序指令步序指令步序指令0STL S60144AND Y53288OUT Y531132STL S633176STL S6441OUT Y43045S S61389OUT Y530133OUT Y532177OUT Y5302AND X40546STL S61390AND Y531134AND Y532178AND Y5303S S60247OUT Y53291AND Y530135S S634179S S6454STL S60248AND Y53292S S623136STL S634135S S6345OUT Y43149S S6

35、1493STL S623137OUT Y532136STL S6346AND X41450STL S61494OUT Y530138OUT Y530137OUT Y5327S S60351OUT Y53295AND Y530139MPS138OUT Y5308STL S60352OUT Y53096S S624140AND Y530139MPS9OUT Y43253MPS97STL S624141AND X412140AND Y53010AND X40454AND Y53098OUT Y530142S S630141AND X41211S S60455AND Y41299OUT Y532143

36、MPP142S S63012STL S60456S S607100OUT Y440144ANI X412143MPP13OUT Y43357MPP101MPS145S S635144ANI X41214AND X40658ANI X412102AND Y532146STL S636145S S63515S S60559S S615103AND Y413147OUT Y431146STL S63616STL S60560STL S615104S S617148R Y534147OUT Y43117OUT Y43361AND X503105MPP149AND X414148R Y53418OUT

37、Y43462OUT Y435106ANI X413150S S637149AND X41419AND X40763OUT T450107S S625151STL S637150S S63720S S60664SP K3108STL S625152OUT Y441151STL S63721STL S60665AND T450109AND X504153AND Y441152OUT Y44122OUT Y53666S S616110S S626154S S640153AND Y44123AND Y53667STL S616111STL S626155STL S640154S S64024S S60

38、768OUT Y441112OUT Y536156AND X413155STL S64025STL S60769S Y437113AND Y536157OUT Y532156AND X41326AND X41270AND Y441114S S627158AND Y532157OUT Y53227OUT Y53071S S617115STL S630159S S641158AND Y53228AND Y53072STL S617116AND X412160STL S641159S S64129S S61073AND X413117OUT Y530161OUT Y532160STL S64130S

39、TL S61074OUT Y532118OUT Y531162OUT Y531161OUT Y53231OUT Y53075AND Y532119AND Y530163AND Y532162OUT Y53132OUT Y53176S S620120AND Y531164AND Y531163AND Y53233AND Y53077STL S620121S S631165S S642164AND Y53134AND Y53178OUT Y532122STL S631166STL S642165S S64235S S61179OUT Y531123OUT Y531167OUT Y531166STL

40、 S64236STL S61180AND Y532124AND Y531168AND Y531167OUT Y53137OUT Y53181AND Y531125S S632169S S643168AND Y53138AND Y53182S S621126STL S632170STL S643169S S64339S S61283STL S621127OUT Y531171OUT Y531170STL S64340STL S61284OUT Y531128OUT Y532172OUT Y530171OUT Y53141OUT Y53185AND Y531129AND Y531173AND Y530172OUT Y53042OUT Y53286S S622130AND Y532174AND Y531173AND Y53043AND Y53187STL S6