机电传动单向数控平台设计

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10-2班学生姓名：XX学号：2210XXXX指导老师：崔吉2013年7月9日2目录1.设计任务.................................................................................................31.1设计任务介绍及意义....................................................................31.1.1课程设计题目.....................................................................31.1.2主要设计内容.....................................................................31.1.3课程设计意义：.................................................................31.2设计任务明细................................................................................31.3设计的基本要求............................................................................42．总体方案设计......................................................................................42.1设计基本依据................................................................................42.2总体方案的确定............................................................................63.机械传动系统设计................................................................................63.1机械传动装置的组成及原理........................................................63.2主要部件的结构...........................................................................74.电气控制系统设计..............................................................................134.1控制系统的基本组成.................................................................134.2环形脉冲分配器CH250..............................................................134.3功率放大器.................................................................................154.4PLC高速脉冲输出控制...........................................................16总结...........................................................................................................22参考文献..................................................................................................2331.设计任务1.1设计任务介绍及意义1.1.1课程设计题目机电传动单向数控平台设计1.1.2主要设计内容(1)机械传动结构设计(2)电气控制系统1.1.3课程设计意义：(1)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。(2)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。(3)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。(4)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)电机驱动方式：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机；2)机械传动方式：螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动等；3)电气控制方式：单片微机控制、PLC控制；4)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——1800、1500、1200mm；4移动负载质量——100、50kg；负载移动阻力——100、50N；移动速度控制——3、6m/min；1.3设计的基本要求（1）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。（2）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（A2图一张）。（3）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（A3图一张）。（4）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，每个学生应独立完成课程设计说明书一份，字数为3000字以上，设计图纸不少于两张。（5）绘图及说明书：用计算机绘图，打印说明书；（6）设计选题：分组进行，每位同学采用不同方案（或参数）独立完成。2．总体方案设计2.1设计基本依据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步进电机件。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。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。5同步带是一种综合了带、链传动优点的新型传动。如图所示，它在带的工作面及带轮外圆周上均制成齿形，通过带轮与带齿相啮合，作无滑移的啮合传动。同时，带内采用了承载后无弹性伸长的材料作强力层，以保持带的节距不变，使主、从带轮作无滑差的同步运动。与一般传动带相比，同步带传动具有以下特点：1．工作时无滑动，有准确的传动比同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。2．传动效率高，节能效果好由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达0.98。它与三角带传动相比，有明显的节能效果。3．传动比范围大，结构紧凑同步带传动的传动比一般可达到10左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。64．维护保养方便，运转费用低由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带伸长很小，不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费用比三角带、链、齿轮要低得多。5．恶劣环境条件下仍能正常工作尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点，但它对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。2.2总体方案的确定我的主体思想：用PLC控制步进电机的转速，用同步带进行电机和丝杆之间的传动，间接控制平台的进给运动。参数初设如下：（1）电机驱动方式：步进电机（2）机械传动方式：同步皮带（3）电气控制方式：PLC控制（4）功能控制要求：位置控制（5）主要设计参数:总行程600mm,第一段空行程100mm,第二段工作行程400mm,第三段工作行程100mm;移动负载质量——50kg；负载移动阻力——100N；移动速度控制：6m/s3.机械传动系统设计3.1机械传动装置的组成及原理本设计选择同步皮带，2根HSR型导轨和4个滑座,工作平台的质量假设为40kg，滑块质量50Kg.寿命要求：每天开机8h，一年按300个工作日，寿命5年以上。已知条件：单向工作行程600mm，第一段工作行程100m,第二段工作行程400mm，第三段工作行程100mm。负载质量：50kg73.2主要部件的结构计算及说明结果3.2.1同步带传动设计计算1）传递的功率：P=Fv=100×0.2=0.02kW2）功率：Pd=KAPKA———工况系数，查表2.1-13Pd=1.1KAP=1.1×1.7×0.02=0.04kW3)主动轮转速n1：电机直接驱动主动轮，初选电机转速为2000r/min从动轮转速n2：主带轮直径等于从带轮直径4）选定带型：根据Pd和小带轮转速n1由图2.1-3选取，可知应选L型。5）节距：Pb=9.525查表2.1-56)小带轮齿数：查表2.1-14得zmin=14，因为z1zmin，所以小带轮齿数z1=157）小带轮节圆直径：8）大带轮齿数：z2=iz1=1×15=159）大带轮节圆直径：10）同步带传动速度：(应满足maxvv=50m/s）11）初定轴间距：0.7（d1+d2）≤a0≤2（d1+d2），取a0=150mm12）同步带长度：=443mm13）同步带齿数z和标准节线长LP：查表2.1-3z=160,LP=1524mm14）实际轴间距：a=a0+(LP-L0)/2=690.5mm13）小带轮啮合齿数：zn≈(0.5-(d2-d1)/6a)z1=8615）基本额定功率：Ta———各带型的许用工作拉力，查表2.1-16m———带宽为bs0的带单位长度的质量，查表2.1-16bs0———查表2.1-1516）同步带宽度：（Kz看表2.1-12）17）作用在轴上的力Ft=1000Pd/v=8.40N18）轮缘齿形尺寸查表2.1-2或取决于表2.1-5所列渐开线刀具尺寸。3.2.2导轨动载荷的计算作用在滑块上的力12()(5040)9.8882FmmgN则单个滑座受力882220.544FFNP=0.38kWKA=1.7Pd=0.04kWn1=n2=2000r/min选LPb=9.525z1=15d1=45.5mmz2=15d2=45.5mmv=4.76m/sa0=150mmL0=443mmz=160LP=1524mma=690.5mmzn=8Ta=245Nm=0.096kg•m-1bs0=25.4mmP0=1.15