(论文)连杆平行度测量仪最新优秀毕业论文资料搜集呕血奉献

毕业设计摘 要连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。连杆平行度测量仪是专门为检测汽车连杆而设计的专用测量工具，其结构简单、测量精度高。本设计是由机械系统设计和控制系统的设计所组成。包括齿轮传动的设计及选择，滚珠丝杠的设计及选择，步进电机的选择和装置中机械系统的设计，有关测试系统的控制设计及选择。我的设计内容主要是机械部分的设计。关键词： 连杆 平行度 检测1目 录摘 要I第1章 绪论 1第2章 机电一体化技术简介 32.1 机电一体化技术简介 32.2 机电一体化技术体系 32.3 机电一体化的发展前景 32.4 连杆平行度测量仪的简介 42.5 Pro/ENGINEER产品介绍4第3章 连杆平行度测量仪机械部分的总体设计 93.1 进给运动的要求 93.2 滚珠丝杠的选择 93.3 齿轮传动的设计计算143.4 步进电机的选择163.5 液压夹具的设计19第4章 连杆平行度测量仪中的微机应用及其接口技术234.1 测量仪中主控芯片8088介绍 234.2 测量仪中的接口技术 24第5章 传感器的选择及测量原理345.1 传感器的选择及测量方法345.2 连杆平行度的分析及计算35第6章 经济分析37总 结38致 谢39参考文献 40附录1专题论文 41绪论连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接监测5-6个参数。连杆平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。图1-1 连杆零件图连杆平行度测量仪是专门用来检测连杆平行度的检测设备，它避免了手工检测可能带来的人为因素导致的误差，极大地提高了检测效率，同时也提高了检测的精度。近些年随着我国汽车行业的快速发展，检测技术也是突飞猛进。通过自主研发、引进国外先进技术、与国外公司合资、合作等方式，迅速提高了国内的检测水平，基本满足了使用要求。目前开发研制成功的连杆综合检测仪器，将先进的传感技术、计算机技术、误差处理技术及控制技术融入到整台设备中，利用比较测量的方法对连杆主要参数进行综合测量，与传统的利用三座标测量机的方法相比，测量效率高、精度高、成本低，是企业用来对连杆的产品质量控制、委外产品验收、工序间检查的理想测试设备。其结构简图如图1-2。图 1-2 连杆平行度测量仪立体43 机电一体化技术简介2.1 机电一体化技术简介在科学技术飞速发展的今天，任何一项新技术的产生都是各种技术互相渗透的结果。机电一体化是一种复合化技术，它是机械技术和微电子技术、信息技术相互渗透的产物，是机电工业发展的必然趋势。机电一体化的实体部分是机械技术及电子技术，又通过信息技术把两者有机的结合在一起，从而构成功能更为先进的产品，按照系统分析的观点，机电一体化就是把机械部分和电子部分各作为一个环节统一在一个“系统”之中。为了使系统运行达最优化，应该是构成系统的所有硬件采取最佳组合方式，为了强化机电一体化产品的功能从系统观点出发把机械部分和电子部分融合在一起进行通盘考虑，决定那些采用机械技术，那些采用电子技术，并通过信息传输与处理把两者有机组合。因此，从某种意义上来说，机电一体化技术是系统工程学在机械、电子领域的应用，而机电一体化则显示出它的应用效果。2.2 机电一体化技术体系 机电一体化技术是一门新兴的科学，所联系的主要领域如表2-1所示：表2-1 机电一体化所联系的主要学科机械学控制理论机械设计动态系统分析经典控制、数字控制现代控制微处理机及常规仪器仪表电机、电器及电力电子学软件工程微处理机系统设计电子学计算机科学从上述学科基础来看，机电一体化技术作为一门综合性技术，为这三种工程对象服务，随着科学技术的发展，单纯的机械产品及电器产品将越来越少，今后机电结合的技术将在机械行业和电工行业中占主导地位。2.3 机电一体化的发展前景机械技术的发展进入机电一体化阶段就是使机械技术智能化，更好地代替人进行各项工作。目前机械技术已经发展到采用微型计算机的阶段。今后计算机技术的发展将在图象识别机器上看到文字和声音认别的景象。计算机完全有可能取代人的五官功能，从而出现接近人类智慧的高度智能机器人。微细加工技术是在尖端技术领域里进一步推进精致化、微小化和高度集成化，可以预见的二十一世纪，将会出现加工精度达到原子或分子水平的机床，加工处理技术也会在精密测量方面有较大的发展。2.4 连杆平行度测量仪的简介连杆是汽车发动机的主要传力构件之一，常处于高速运动状态，因此要求与其它零件间具有较高的配合精度。在实际生产中常采用放大孔径公差带制造，通过分组装配满足配合精度要求，因而连杆检测成了生产中频繁而又不可缺少的环节。目前我国连杆检测常采用两种方法，一种是采用国产气动测量仪检测两端孔孔径值，并同时测出两者的中心距，而对平行度和交叉度则采用手工检测方法；另一种采用进口气动量仪直接检测56个参数。连杆中心孔平行度测量仪是专门为测量汽车连杆而设计的专用测量工具。要求其简单轻便，结构简单，测量精度高，且测量过程要求自动化，是机电一体化方面上的设计题目。2.5 Pro/ENGINEER产品介绍1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER诞生了。经过10余年的发展，Pro/ENGINEER已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENGINEER Wildfire。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/ENGINEER还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。ProENGINEER是一套由设计到制造一体化的三维设计软件，是新一代的产品造型系统。ProENGINEER已经成为当今世界上拥有用户最多的三维软件，是全球CAIDCADCAECAM/PDM领域最具有代表性的著名软件。ProENGINEER总的设计思想体现了MDA(Mechanical Design Automation)软件的新发展，所采用的数据比其他MDA软件更具有优越性。ProENGINEER是一套由设计至生产的机械自动化软件，是一个参数化、基于特征的实体造型系统,并且具有单一的数据库功能。ProENGINEER Wildfire是PTC公司推出的又一代新产品。同以前的版本相比，ProENGINEER Wildfire更是将三维设计软件无论从易用性、设计的高效率，还是功能的实用性都推向了一个新的顶点。如果您是一位结构或工程设计师，利用该软件，不但可建立零件模型，还可轻松建立部件、整机的装配模型，还可对设计的产品在计算机上预先进行动态、静态分析，装配干涉检验，甚至进行运动仿真，今您的设计不仅快速高效，而且天衣无缝，一次成功。 PRO/ENGINEER软件包的产品开发环境在支持并行工作，它通过一系列完全相关的模块表述产品的外形、装配及其他功能。PRO/E能够让多个部门同时致力于单一的产品模型。包括对大型项目的装配体管理、功能仿真、制造、数据管理等。PRO/ENGINEER共有六大主模块，下面我把它们逐一介绍一下。 (一)工业设计(CAID)模块 工业设计模块主要用于对产品进行几何设计，以前，在零件未制造出时，是无法观看零件形状的，只能通过二维平面图进行想象。现在，用3DS可以生成实体模型，但用3DS生成的模型在工程实际中是“中看不中用”。用PRO/E生成的实体建模，不仅中看，而且相当管用。事实上，PRO/E后阶段的各个工作数据的产生都要依赖于实体建模所生成的数据。 包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(动画模拟)、PRO/DESIGNER(概念设计)、PRO/NETWORKANIMATOR(网络动画合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（图片转三维模型）、PRO/PHOTORENDER(图片渲染)几个子模块。 (二)机械设计(CAD)模块 机械设计模块是一个高效的三维机械设计工具，它可绘制任意复杂形状的零件。在实际中存在大量形状不规则的物体表面，如图1中的摩托车轮轱，这些称为自由曲面。随着人们生活水平的提高，对曲面产品的需求将会大大增加。用PRO/E生成曲面仅需2步3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋转、放样、扫掠、网格、点阵等。由于生成曲面的方法较多，因此PRO/E可以迅速建立任何复杂曲面。 它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。包括：PRO/ASSEMBLY（实体装配）、PRO/CABLING（电路设计）、PRO/PIPING（弯管铺设）、PRO/REPORT（应用数据图形显示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型数字化）、PRO/SURFACE（曲面设计）、PRO/WELDING（焊接设计） (三)功能仿真(CAE)模块 功能仿真(CAE)模块主要进行有限元分析。我们中国有句古话：“画虎画皮难画骨，知人知面不知心”。主要是讲事物内在特征很难把握。机械零件的内部变化情况是难以知晓的。有限元仿真使我们有了一双慧眼，能“看到”零件内部的受力状态。利用该功能，在满足零件受力要求的基础上，便可充分优化零件的设计。著名的可口可乐公司，利用有限元仿真，分析其饮料瓶，结果使瓶体质量减轻了近20，而其功能丝毫不受影响，仅此一项就取得了极大的经济效益。 包括：PRO/FEM（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定义载荷输入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序连接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定环境下的装配体运动分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（热分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（车轮动力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震动分析）、PRO/MESH（有限元网格划分）。 (四)制造(CAM)模块 在机械行业中用到的 CAM制造模块中的功能是NC Machining(数控加工)。说到数控功能，就不能不提八十年代著名的“东芝事件”。当时，苏联从日本东芝公司引进了一套五座标数控系统及数控软件CAMMAX，加工出高精度、低噪声的潜艇推进器，从而使西方的反潜系统完全失效，损失惨重。东芝公司因违反“巴统”协议，擅自出口高技术，受到了严厉的制裁。在这一事件中出尽风头的CAMMAX软件就是一种数控模块。 PRO/ES的数控模块包括：PRO/CASTING（铸造模具设计）、PRO/MFG（电加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具设计）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（钣金设计）。 (五)数据管理(PDM)模块 PRO/E的数据管理模块就像一位保健医生，它在计算机上对产品性能进行测试仿真，找出造成产品各种故障的原因，帮助你对症下药，排除产品故障，改进产品设计。它就像PRO/E家庭的一个大管家，将触角伸到每一个任务模块。并自动跟踪你创建的数据，这些数据包括你存贮在模型文件或库中零件的数据。这个管家通过一定的机制，保证了所有数据的安全及存取方便。 它包括：PRO/PDM（数据管理）、PRO/REVIEW（模型图纸评估）。 (六)数据交换(Geometry Translator)模块 在实际中还存在一些别的CAD系统，如UG、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它们门户有别，所以自己的数据都难以被对方所识别。但在实际工作中，往往需要接受别的CAD数据。这时几何数据交换模块就会发挥作用。 PRO/E中几何数据交换模块有好几个，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的数据交换）、PRO/CDT（二维工程图接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽车设计软件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E软件开发）、PRO/DRAW（二维数据库数据输入）、PRO/INTERFACE（工业标准数据交换格式扩充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303数据和PRO/E交换）、PRO/LEGACY（线架/曲面维护）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型数据库进入）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA数据输出） 下面就Pro/ENGINEER的特点及主要模块进行简单的介绍。 主要特性 全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。 装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。 数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。 易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。 常用模块 Pro/DESIGNIER是工业设计模块的一个概念设计工具，能够使产品开发人员快速、容易的创建、评价和修改产品的多种设计概念。可以生成高精度的曲面几何模型，并能够直接传送到机械设计和/或原型制造中。 Pro/NETWORK ANIMTOR 通过把动画中的帧页分散给网络中的多个处理器来进行渲染，大大的加快了动画的产生过程。 Pro/PERSPECTA-SKETCH 能够使产品的设计人员从图纸、照片、透视图或者任何其它二维图象中快速的生成一个三维模型。 Pro/PHOTORENDER 能够很容易的创建产品模型的逼真图象，这些图象可以用来评估设计质量，生成图片。 Pro/ASSEMBLY 构造和管理大型复杂的模型，这些模型包含的零件数目不受限制。装配体可以按不同的详细程度来表示，从而使工程人员可以对某些特定部件或者子装配体进行研究，同时在整个产品中使设计意图保持不变。附加的功能还能使用户很容易的创建一组设计，有效的支持工程数据重用（EDU）。 Pro/DETAIL 由于具有广泛的标注尺寸、公差和产生视图的能力，因而扩大了Pro/ENGINEER生成设计图纸，这些图纸遵守ANAI、ISO、DIN和JIS标准。 Pro/FEATURE 允许产品设计人员创建高级特征（例如高级的扫描和轮廓混合）利用简便的设计工具，在很短的时间内就可以实现。 Pro/NOTEBOOK 以“自顶向下”的方式对产品的开发过程进行管理，同时对复杂产品设计过程中涉及的多项任务自动分配，来增强工程的生产效率。 Pro/SCAN-TOOLS 满足工业上使用物理模型作为新设计起点的需求。把模型数字化，它的形状和曲面就可以以点数据的形式输入到Pro/SCAN-TOOLS中，因此能产生高质量的与物理原型非常匹配的模型。 Pro/SURFACE 能够使设计人员和工程人员直接对Pro/ENGINEER的任一实体零件中的几何外形和自由形式的曲面进行有效的开发，或者开发整个的曲面模型。 Pro/WELDINGTM 参数化的定义焊接装配体中的对接要求，使用户很容易的确认焊接点，避免装配零件与焊接点之间发生干涉，在文件编制和制造中消除错误成本。 功能仿真模块 Pro/FEM-POST 用户无须离开Pro/ENGINEER环境，就能够显示高级解算器计算的有限元结果，还鼓励在产品开发早期对设计进行验证。 Pro/MECHANICA CUSTOM LOADS 用户可以把自定义载荷输入，清楚的编辑和连接到Pro/MACHANICA MOTION的图形用户界面上。连杆平行度测量仪的机械部分总体设计3.1 进给运动的要求连杆平行度测试的进给运动是数字控制的直接对象，被测试的连杆的平行度的精度肯定会受到进给运动传动精度、灵敏度和稳定性的影响。为此，在设计进给系统时，充分注意减少摩擦，提高传动精度和刚度，消除传动间隙，以及减少运动件的惯性。3.1.1减少运动件的摩擦阻力摩擦阻力主要来源与传动系统的导轨和丝杠。因此，为丝杠和导轨的滚动是减少摩擦的重要措施。3.1.2 提高传动的精度和刚度因为在进给系统中，采用滚珠丝杠螺母和支撑结构是决定其传动精度和刚度的主要部件，故必须保证它们的加工精度。对步进电机驱动的系统尤其如此，此外，还可以用合理的预紧力来夹紧以消除滚珠丝杠螺母副的轴向传动间隙，是支撑丝杠的轴承预紧以提高支撑的结构刚度，这些措施有利于提高传动精度。3.1.3 减少传动惯量在满足传动强度和刚度的要求下应尽可能将各元件进行合理的配置，并减少它们的惯量。3.2 滚珠丝杠的选择3.2.1 概述滚珠丝杠螺母副是回转与直线运动相互转换的新型传动装置。其原理如图。在丝杠和螺母上加工有弧型的螺丝槽，当它们套在一起是形成了螺丝滚道，并在滚道内装满滚珠，当丝杠相对于螺母旋转时，两者发生轴向位移，而滚珠则沿滚道滚动，螺母螺丝槽两端用回珠管连接，使滚珠能周而复始的循环，采用滚珠丝杠提高了机构的效率和传动精度，所以一般精度较高的系统中采用滚珠丝杠来传动。我设计的连杆中心孔平行度测量仪的传动系统就采用了滚珠丝杠，以增加系统的传动效率，运动的平稳性及寿命。图3-1 外循环导管式图3-2 内循环反向器式3.2.2 滚珠丝杠的安装连杆平行度测量仪的进给系统要获得较高的传动精度除了加强滚珠丝杠螺母本身的刚度外，滚珠丝杠正确的安装及其支撑的结构刚度也是不可忽视的因素。为了提高支撑的轴向刚度，选择适当的滚动轴承也是十分重要的，一般采用两种组合方式：一种是把向心轴承和锥轴承组合使用，其支撑方案，可有以下几种：（1） 一端装止推轴承这种安装方式因为它承载能力小，刚度低，所以一般用于短丝杠。（2） 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 这种安装用于滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定外，另一端再装向心球轴承，这时需注意止推轴承要远离热源和丝杠上的常用段，以减小丝杠变形的影响。（3） 两端装止推轴承把止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧力，这样有助于提高刚度，但这种安装方式对丝杠的热伸缩较为敏感。（4） 两端装推力轴承及向心球轴承这种结构方式不能精确的预先测定预紧力，预紧力大小是由丝杠的温度变形转化而产生的。本设计中由于滚珠丝杠只是带动测头部分往复运动，所以轴向力并不是太大，故两端只采用球轴承支撑。3.2.3 滚珠丝杠的润滑及防护（1） 润滑使用润滑剂可以提高滚珠丝杠的耐磨性和传动效率，润滑剂有固体和液体两种，液体润滑可用20号或30号机油，90180号透平油或140号主轴油。固体润滑可用高压润滑脂或锂基润滑脂根据本装置要求简单的特点，故使用固体润滑，使用两种润滑脂均可使用时，润滑脂直接加在螺纹滚道和安装螺母的壳体空间内。（2） 防护丝杠预紧后，轴向间隙小，当硬质灰或污物等落入螺纹滚道内就会妨碍滚珠的运转，并加快磨损，常用的防护装置有：(a)密封圈：密封圈装在螺母的两端。有接触式和非接触式两种，接触式的弹性密封圈，用耐油橡胶和尼龙制成，其内孔做成与丝杠螺纹滚道相配合的开头即与螺纹滚道相结合，这类密封的防尘效果好，但有接触压力会使摩擦力矩加大，非接触式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其内孔与丝杠螺纹滚道相反，并稍有间隙且不会增加摩擦力，但防尘效果较差。(b)防护罩：防护罩有锥形套管，伸缩管，也有折叠式的防护罩。对防护罩的要求是：耐油、耐腐蚀、耐高温和耐用。根据本设计的要求选用接触式弹性密封圈进行防护。3.2.4滚珠丝杠的设计计算（1）滚珠丝杠的设计计算对于三角形导轨或综合导轨Px、PzX、Z方向上的切削力。f导轨的摩擦系数。k考虑颠覆力拒影响的实验系数。对于本装置k1.15 G30kg f0.16 PxPz0则 p0.16309.847.04N根据 pQ0 Q0最大动载荷选取公称直径 d32则查取机械设计手册 表2.2414得滚珠直径螺距 P5mm螺纹升角 251额定静载荷 C0a30150N额定动载荷 Ca10900N接触角 45螺纹滚道半径 rs（1.25-0.65）Dw0.63.1751.905mm偏心距 e（rsDw/2）sin0.225螺杆大径 ddm（0.20.5）Dw31.27mm螺杆小径 d1dm+2e2rs28.64mm螺杆接触点直径 dkdmDwcos29.74mm螺杆牙顶圆角半径 ra（0.10.15）Dw0.381螺母螺纹大径 Ddm2e+2rm螺母螺纹小径 Ddm+0.5（dmd）32.37mm预紧力计算：滚珠和螺纹滚道由于受轴向力的作用而产生轴向变形在弹性范围内，根据赫兹公式K与滚道的曲率半径、材料的弹性模量有关。对于确定丝杠，K为常数。如图所示。设对螺母A、B施加预紧力P0向对应变形，当外加轴向载荷为P时，螺母B产生了，则0057当时，这时螺母A中滚珠和滚道刚好接触，因此要保证丝杠在最大轴向载荷Pmin作用下无间隙，则P0定要满足一定的关系：当 时 则螺母B变形为 因为 所以 于是 则为使螺母和丝杠之间不出现间隙，应使预紧力近似等于最大轴向载荷的1/3。P0过小不能保证无间隙传动，P0过大会降低传动效率和承载能力。（2）刚度验算滚珠丝杠是精密的传动元件，它在轴向的作用下将产生伸长或缩短，这将引起丝杠导程的变化，根据公式滚珠丝杠在（“+”号用于拉伸，“”号用于压缩）工作载荷P和扭矩M的共同作用下，引起每一个导程变形量L为P工作载荷L滚珠丝杠的基本导程E弹性模量。对于钢E21106（N/cm2）F滚珠丝杠的截面积M扭矩G切变模量。对于钢Jc 截面积惯性矩。对于本设计3.3 齿轮传动的设计计算齿轮传动是应用非常广泛的一种机械传动，各种装置几乎都离不开齿轮传动，在数控传动装置中，步进电机常通过齿轮传动装置传递转矩和转速，并使电动机和螺旋传动副之间的转矩和转速得以匹配，因此齿轮传动是设计数控机械的一个重要的组成部分。由于电动机转速一般较高，而机械系统的移动速度有时不能太高，变化范围不能太大，故往往用齿轮传动装置将电动机输出轴的高转速、低转矩转化为负载轴的低转速、高转矩。当用齿轮作为进给装置时，需要满足以下技术要求：（1） 大齿轮折算到电机轴上的转动惯量要小。（2） 刚度大。（3） 无间隙。（4） 噪声低。3.3.1齿轮传动比的计算因为步进电机步距角 t5cm要实现脉冲当量0.01mm/step在传动系统中应加一对齿轮降速传动，齿轮的传动比选Z124 Z2503.3.2确定齿轮模数及有关尺寸因传动的扭矩较小，取模数m1.5有关尺寸： 齿宽b9mm d1mz1.52436mmd2mz1.55075mmda1d1+2m36+21.539mmda2d2+2m75+21.578mmdf1d121.25m32.25mmdf2d221.25m71.25mm3.3.3转动惯量的计算根据等效转动惯量的计算公式得式中 Jd折算到电动机轴的惯性负载（kg/cm2） J1齿轮Z1的转动惯量（kg/cm2） J2齿轮Z2的转动惯量（kg/cm2） J3滚珠丝杠的转动惯量（kg/cm2） M移动部件的质量（kg）对材料为钢的圆柱零件传动惯量可按下式计算J0.78103D4LD圆柱零件直径（mm）L零件长度（cm）J10.781033.540.90.0153（kgcm2）J20.781037.540.92.221（kgcm2）J30.781033.24302.455（kgcm2）电机轴的转动惯量很小可以忽略，则（kgcm2）3.4 步进电动机的选择3.4.1概述步进电机也叫脉冲电动机，是将脉冲信号转化成相应的角位移的电磁机械装置，是一种输入与输出数字的脉冲对应的增量驱动元件。当给步进电机一个电脉冲信号，不仅电动机转动一个步距角，如按一定规律给步进电机一串连续脉冲信号，步进电机便一步步地连续旋转。步进电机具有如下特点：（1） 位移量与输入电脉冲数具有严格的对应关系，步距误差不会积累。（2） 稳定运行时的转速与控制脉冲的频率有严格的对应关系。（3） 控制性能好，在一定的频率下，能按控制脉冲的要求快速启动，停止或反转。改变控制脉冲的频率，电动机的转速就随着变化，并在很宽的范围内平滑调节。（4） 控制系统简单，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步进电机可广泛应用于数模转换，速度控制和位置控制系统中，是开环控制系统中的理想执行元件。步进电动机的类型很多，按其工作原理分为反应式、永磁式、永磁感应式、滚切式以及若干混合式。按励磁相数，有3相、4相、5相、6相甚至8相，按其规律分为快速电机和功率电机。3.4.2步进电动机的工作原理如图所示是圆周分相径向气隙的3相反应式步进电机结构简图，定子上有6个磁极，每相2个，转子由软磁材料制成，上面没有绕组，定子磁极和转子上有很多小齿，齿数和通电循环拍数决定了电机的步距角。反应式步进电机的工作原理与反应式同步电机一样，转子的转动力矩是靠定子磁极与转子间的磁极和切向分力产生的，当定子上A相绕组通电时，由于磁场力使磁组减少，因此转子上离A相磁极相对的位置，当A相断电，受B相绕组所建立的磁场影响最大时，转子齿2和4在磁场力的作用下，逆时针转到和B相磁极相对的位置，即转子前进一步。同样当B相断电，而C相通电时，转子又在磁场力的作用下转动一步，使转子1、3齿与C相磁极对齐，由此可见，按A-B-C-A 顺序通电时，电机便一步步地转动，步进电机的步距角 是转子旋转一步所转过的角度，由此可见 z转子齿数 ma通电循环拍数3.4.3步进电机的选择本设计中步进电机的选择：（1） 电机的步距角取系统的脉冲当量：初选步进电机的步距角：（2） 步进电机启动力矩的计算设步进电机等效负载力矩为T，负载力为P。根据能量守恒定律，电机所做的功与负载所做的功有如下的关系：式中 电机转角 机械传动效率 S移动部件的相应位移若取 则且 PPs+（G+Pz）所以 (Ncm)Ps移动部件负载G移动部件重量Pz与重力方向一致的作用在移动部件上的负载力导轨摩擦系数电机步距角T电机轴负载系数本设计中取0.03（淬火钢滚珠导轨的摩擦系数） 0.93，则 （Ncm）若不考虑启动时运动部件惯性的影响，则启动力矩取安全系数为0.3则启动力矩（Ncm）对于工作方式为三相六拍的步进电机（3） 步进电机的最高工作效率（Ncm）表3-1 电机有关参数型号主要技术依据55BF004步距角（）最大静转矩（N/cm）最高空载启动频率相数电压（V）电流（A）1.5134922003273外形尺寸重量（N）外径长度轴径6.5556263.5 液压夹具的设计3.5.1液压夹具的液压基本回路根据本设计的要求选用定压回路，一般用定量泵供油，供油率一般为Q=8L/min左右。当压力达到预定的要求压力时，溢流阀3自动卸荷，这种回路油温较高，非生产性消耗大，多用于装夹较为频繁的夹具。3.5.2液压元件的选择液压系统的主要参数是油的压力和流量，它们是设计液压系统，选择液压元件的主要依据，压力取决于执行元件的运动速度和结构尺寸。（1）油泵的选择1）确定油泵的最大的工作压力根据设计要求由于是测连杆的平行度，工件与测头不接触，夹具所施加的加紧力只需保证工件不移动即可，不可使工件变形超出允许范围即可，故设 P1200N则活塞作用力 PP1/ 考虑各种损失的有效系数，本设计取0.9则 根据常规油缸的系列，选择D=45cm则油缸的工作压力则油泵的最大工作压力 本设计中取 则Pp1.4+0.31.7Mpa2）确定泵的流量QpK系统泄油系数。一般取1.11.3。同时动作的油缸的最大的流量。本设计中 K1.2当p2MPa时，d（0.2-0.4）D则 Qp=1.25.45=6.54L/min3）选择油泵的规格根据求得的Pp和Qp值，选择CBB型齿轮泵。（2）液压阀的选择根据系统的工作压力和实际通过该阀的最大的流量，选择有型的产品的阀，溢流阀按泵的最大的流量选取。根据本设计中的流量选择溢流阀为YFL108型，通径10mm，并采用螺纹连接，重量为2.4 kg。（4） 管道尺寸的确定管道内经按上式计算根据管道的标准系列选择公称通径 DN8mm则钢管外径 14mm管接头连接螺纹 M141.5管子壁厚为1mm（5） 油箱容量的确定按下列经验公式确定油箱的容量式中 QV 油泵每分钟排出的压力油的容积（m3） 经验系数，本式中取3则V26.5410-31.3110-2（m3）（6） 滤油器的选择根据设计需要选择线隙式滤油器，型号为XU-J1080（7） 压力表的选择 根据设计要求选择KFL8/14E型，公称通径为8mm，压力表直径为mm,接头螺纹M141.5。（8） 换向阀的选择根据设计要求选择WE5N6.2/N型电磁换向阀。连杆平行度测量仪中的微机应用及其接口技术4.1 测量仪中微处理器8088介绍8088是Intel公司推出的面向字符处理的16位处理器。其内部数据总线为16位，外部数据总线为8位，是一种应用非常广泛的微处理器。最小方式（最大方式）图4-1 8088引线图4.1.1 Intel8088的内部结构Intel8088由执行单元（EU）和总线接口单元两部分组成。执行单元（EU）负责指令的译码执行，总线接口单元BIU负责CPU与存储器和I/O端口之间的数据传输，并产生访问存储器和I/O端口的地址信号。8088采用矢量型中断结构。可处理256种不同中断，包括硬件中断和软件中断。中断矢量表位于内存03FFH区域。8088有20根地址线，可寻址1M空间。Intel8088可工作在最小模式或最大模式。最小模式是在系统中只有8088一个微处理器。系统中所有总线控制信号都由8088产生，最大模式除了8088外，还有一个或多个协处理器协助8088工作。一般协处理器常用的有数值运算协处理器8087和输入/输出协处理器8089。4.1.2 Intel8088引脚及功能地址/数据复用脚，双向，三态。地址/状态复用脚。高8位数据总线/状态复用脚。可屏蔽中断输入脚。正沿触发。读信号，三态，输出。时钟信号输入，等待测试信号。输入。复位信号。总线同期状态信号，输出，三态。4.2 连杆平行度测量仪中的接口技术在微机控制的系统中，除了存储器外还有很多输入/输出装置，如纸带阅读机、磁盘驱动器、显示器、键盘、伺服电机等。如果将这些输入/输出装置与微机连接起来，就是I/O接口要研究的问题。4.2.1存储器选择及与CPU接口技术存储器是计算机系统的一个非常重要的组成部分。它的主要功能是存储执行的程序以及待处理的各种数据。计算机最基本的功能是对程序的读取，并执行，执行程序由CPU完成。而要读取的程序则必须安排在存储器中。存储器容量越大，则记忆的信息越多，计算机功能越强。存储器的种类可分为：随机存储器（RAM）和只读存储器（ROM）两大类。RAM又可分为双级型和MOS两大类，RAM又可分为静态RAM和动态RAM。ROM可分为湮没ROM、可编程只读存储器PROM，可写可擦的只读存储器EPROM，电擦除只读存储器E2PROM.存储器芯片CPU的连接中考虑如下问题：(1)主存储器通常RAM和ROM应根据实际要求分配适当的容量并选择适当的存储芯片。(2)主存储的RAM，ROM必须要占据合理的地址空间，并通过适当的电路进行控制。(3)CPU负载能力有限，存储芯片负载也有限，在相互连接时，应加缓冲驱动器。(4)时序配合是一个重要问题，CPU、存储器两者必须相匹配，根据以上几点及本设计的要求，选用随机存储器6264，只读存储器为可擦出除存储芯片2732，即可满足上述要求，又足够电路的设计需要。图4-2 存储器连接图存储器与CPU的连接重要有以下三个部分：(1)地址总线的连接。(2)数据线的连接。(3)控制线的连接，下面是8088CPU与存储器的连接图，在ROM和RAM之间一般要接地址锁存器。因为单片机规定D0提供低8位地址线，同时又要作数据线，所以分为时输出低8位地址和数据的通道口，为了把地址信息分离出来保存，以便为外接存储器提供低8位地址信息，一般要采用地址锁存器，根据实际情况，本设计采用74LS373作为锁存器工作时，由CPU发出地址，允许锁存信号ALE的下降沿，将地址存入在地址锁存器中，74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器，用作地址锁存器时，应使其端E为低电平，输入G与8032的地址锁存信号ALE连接，当G=1时，373的输出1Q8D相同，当G从高电平返回低电平时将输入数据锁入1Q8D中。4.2.2并行接口芯片的选择及外设的接口技术当CPU要从外设输入信号或输出信号给外设，可采用程序查询方式等许多方式，但不论哪一种方式，CPU总要通过接口电路才能与外设连接。在接口电路中要有输入输出数据的锁存器和缓冲器；要有状态和控制命令的寄存器，以便于CPU与接口电路之间用应答方式来交换信息，也便于接口电路与外设间传送信息，接口电路中不要有端口的译码和控制电路以及为了CPU用中断方式交换信息所需的中断请示触发器，中断屏蔽触发器，这样才能解决CPU的驱动能力问题，时序的配合问题和实现各种控制，CPU能正确地可靠地与外设交换信息。现在常用的是Intel公司生产的8255A可编程并行接口芯片。本设计选用的即是这种芯片。Intel8255A是一个为8080、8085和8088微型机系统设计的通用I/O接口片，与它可用程序来改变功能，通用行强，使用灵活，通过它可直接将CPU总线接向外设，其引脚如图：图4-3 8255A引脚图8255A有三个输入输出端口PORTA、PORTB、PORTC。每一个端口都是8位，都可以选择作为输入或输出。8255A有三种基本工作方式：(1)方式0基本输入输出。(2)方式1选通输入输出。(3)方式2双向传送。8255A的工作方式可由CPU用I/O指令输出一个控制字到8255A的控制字寄存器来选择这个控制字，可以分别选择端口A和端口B的工作方式，端口C分成两部分，上半部分随端口A，下半部分随端口B，端口A有方式0、1、2三种，而端口B只能工作方式0和1。8255的一些控制命令：(1)CS选片信号，低电平有效，由它启动CPU与8255A之间的通信。(2)RD读信号，低电平有效，它控制8255A送出数据或状态信息至CPU。(3)WR写信号，低电平有效，它控制把CPU的数据或命令信号写到8255A。(4)RESH复位信号，高电平有效，它清除控制寄存器和置所有端口到输入方式。4.2.3 8255A及外设的接口电路设计（1）键盘接口设计因考虑本设计中的按键数目较多，故采用矩阵方式与计算机连接，即将所有按键排成M行、N列，将行数和列数通I/O接口和计算机的数据线相等，这种方式的优点是占用的I/O线少，图示是以8088CPU为核心的单片机的键盘接口76。8088的数据线通过锁存器741S04及外设驱动器与键盘的行线相连，键盘的列线通过三态缓冲器与CPU相连。按矩阵方式连接的键盘检测是否有键按下，可用行扫描法。行扫描法的原理是：计算机向行线输出信号使所有行线置低电平“0”并由锁存器存储，然后输入列信号，若某列有键按下，则该引线必为低电平“0”。当CPU检测到列线中有“0”时，存储“0”线列号，并延时一段时间消除，接着进入扫描过程，从C1行到C6行逐行置0，每置一行便读一次列值，并判断是否有“0”，若有“0”则存储行量，根据行号可以计算所按下键的编码值，然后根据该编码值查键值表，查到后便转向相应的键处理程序。我们用中断的方式来实现进行扫描，中断扫描就是当有键按下键盘接口向CPU发出中断请求，CPU响应中断后，便调用键盘扫描程序，对键盘进行扫描识别处理，在没有键按下时，CPU不扫描键盘，节省CPU时间，采用中断扫描。如图：图中采用8255作接口芯片，将8255PA和PB口编程为基本输入输出方式，单片机先向8255PA输出低电平，这样当有键按下时，与输出低电平向单片机发出中断请求信号，单片机响应后对键盘进行扫描。图4-4 键盘接口原理图（2）LED显示器接口在微机控制系统中，LED显示控制方法有两种：一种是静态显示控制，一种是动态显示控制，本设计采用动态显示控制，因为动态显示控制硬件电路一般较为简单，动态系统控制是采用扫描方式。这种方式各位的段位驱动可分别共用一个锁存器。为了防止各位数码管同时显示一个字符，需控制显示位显示位。需要哪位显示，便使哪位导通，某位显示一段时间后，反复重上位，计算机送另一位要显示的数据，并选通相应的显示位，重复上述过程，各位数码管便轮流显示，但由于有关过程，所以如果轮流时间太长，会发生闪烁，因此需限制间隔时间，扫描过程可以采用按位扫描和按字段扫描，在显示器位数少时，多采用按位扫描。（3）步进电机的接口技术步进电机与微机的接口包括硬件接口和相应的软件接口，这里只设计硬件硬件接口。微机与步进电机的接口实际上是微机和步进电机驱动电源的接口，接口电源具有下列功能：能将计算机发出的控制