【毕业设计论文】支撑目标运动机构技术设计论文【有对应的CAD图】

订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第一章 概述 1 1 课题的意义 任何零件的质量检测都应有“检测标准或规范”， 其中含有判定零件如何检测， 及判定 是否合格的标准。 按照检测标准和规范进行零件的检测和合格与否的判定即可。 检测过程中 会需要各类量具，如卡尺、千分尺、角规等等。 任何的复杂的产品也是有相关的“检测标准或规范”，需要检测校验的方面是比较多 的，所使用的器件量具也是复杂的， ，多样的，有通用的，也用专用的，还有组合的。 本次研究的课题是弹体支撑运动机构及目标模拟器的控制机构设计， 研究的主要目的就 是设计出一个检测导弹的弹头的跟踪系统的安装位置是否准确的的一个组合型检测系统的 机械结构部分。 设计这个机构的意义在于在设计出机械结构后， 在检测弹体弹头或者就单个 弹头的跟踪系统的安装位置时， 弹体或者弹头有了一个统一， 安全的安装固定支撑运动环境， 同时在检测过程中，能够轻松，随意移动弹体或弹头的空间位置，有利于更全面的测定跟踪 系统安装位置的准确性，操作灵活方便。而在安装激光检测装置的问题上，所设计的目标模 拟器的安装平台的位置的灵活性移动和安装结构的灵活设计，保证了能够安装不同体积大 小，不同型号，不同种类的检测装置，能够实现对于不同的弹体或者弹头的跟踪系统安装位 置的测定。 1 . 2 课题的发展前景 目前中国的军事正处于蓬勃发展， 欣欣向荣的时期， 而导弹在一个国家的国防地位中处 于中坚力量。 对于导弹的控制又很多方法， 通过弹头的跟踪系统来控制改变导弹的速度或者 走向或者打击的目标等是一种很基本的方法， 而这都是需要跟踪系统系统的安装位置的准确 性来保证的， 本课题设计的这套机械系统装置就是为了测试导弹弹头或者单个弹头上跟踪系 统安装位置的准确性为目的的。 有了这套系统， 在检测导弹弹头或者单个弹头上跟踪系统安 装位置的准确性的检测方法上， 在操作性上就有了很大的提高， 这样提高了弹头跟踪系统安 装时或者检测时的方便性，有利于提高对于导弹的控制性能。 同时这套系统在设计上保证了支撑运动机构和目标运动机构的装拆的方便灵活性， 使得 这套系统有很大的扩展空间，在机构上增加一些外部的设备后，又能起到别的作用。同时， 这套系统也能扩展用到其他领域方面， 如工厂中利用这套机构来为检测他们产品提供安装条 件。 1 . 3 课题研究的内容 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 本次设计的内容分为两部分，本课题为弹体体目标模拟器支撑目标运动机构及控制系统 设计。其中机械结构主要包括弹体支撑机构与目标运动机构两部分，软件方面主要是一些 S 7 - 2 0 0 P L C 软件及其 O P 3 2 0 操作界面软件的应用设计。 弹体支撑机构与目标运动机构共同构成了测试系统的试验安装台架，为弹体、弹体头和 目标模拟器提供安装平台，同时要求它们能够方面分离，以便于进行配置选择。 弹体支撑机构可为整个弹体或者单独的弹体头提供安装和固定环境，并可提供手动方式 控制的 俯仰和滚转运动；目标的运动机构将通过伺服或者步进电机带动轻型转台及可调安 装支架来实现，运动控制方式既可通过位置控制也可通过速度控制，安装支架长度可调，并 提供目标模拟器的安装平面。 目标运动机构将接受测试仿真系统的控制， 按其设定的位置和 速度运行；同时还需要设计控制目标运动机构的软件方面的 S 7 - 2 0 0 P L C 软件及其 O P 3 2 0 操 作界面软件的应用设计。 1 . 4 课题的实现方法 弹体支撑机构与目标运动机构共同构成了测试监测系统的试验安装台架， 为弹体、 弹体 头和目标模拟器提供安装平台，同时要求它们能够方面分离，以便于进行配置选择。本课题 设计的弹体支撑运动机构及目标模拟器控制系统，总体上要求成本低，操作简单方便，可靠 性好。在满足功能要求的前提下，按尽可能使用、操作方便、制造简单、价格低廉的总体要 求进行设计。 1 4 1 弹体支撑弹体支撑机构 弹体支撑机构为测试过程中对整弹体或弹体头的安装支撑机构， 综合测试和运动仿真过 程中用于固定整弹体， 弹体头单元测试中用于固定弹体头。 弹体支撑机构上配有整弹体或弹 体头的俯仰及滚转控制机构， 测试过程中可通过手动控制方式控制整弹体及弹体头的滚转及 俯仰运动。弹体支撑机构也将为目标运动机构提供安装平台。其运动指标要求如下： ? 手动俯仰偏转角度范围：3 0 3 0 ? 手动滚转角度范围：9 0 9 0 为实现设计内容的运动要求，初步选定的弹体支撑运动机构的机械示意简图如图 1 - 2 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 1 - 2 弹体支撑运动机构的示意简图 图中： 1 为弹体 、2 为滚转手柄、 3 为俯仰手轮、4 为蜗轮蜗杆减速箱、5 为俯仰平 台 、6 为支撑架。 弹体的俯仰运动通过俯仰手轮带动减速箱的转动， 再有轴带动俯仰平台的俯仰运动， 弹 体或者弹体头在做俯仰运动的过程中， 重力对于俯仰轴和减速箱的扭矩通过减速器的自锁来 克服。 滚转运动的实现方法也简单，首先在卡具 2 上和滚转卡具的接触面上对应着雕上刻度， 然后通过手掰动滚转手柄， 通过使刻度与刻度之间的相互转动来实现弹体或者弹体头的滚转 运动。 1 . 4 . 2 目标运动机构 目标运动机构主要由伺服或步进电机控制的小型转台和延长支架组成， 是目标模拟器的 安装平台。 在测试过程中控制目标模拟器延以绕弹体头中心的弧线运动， 确保目标模拟器一 直对正弹体头中心。其运动指标要求和运动示意图如下： ? 目标弧线运动范围：5 0 ? 目标模拟器安装位置距目标运动机构中心距离：1 0 0 m m 3 0 0 m m 可调； ? 目标运动最大运动速度：2 5 / s ? 目标载荷：1 0 k g 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 1 - 3 目标运动机构示意图 在这个机构中运动的实现分为互相独立的两部分来实现的。 目标模拟器的安装位置离运 动机构中心的距离在精度要求不是很高的情况下， 设计的是手动实现的， 具体设计为手东手 轮带东滑动丝杆的转动，从而带动目标模拟器安装平台的移动，设计的机械示意图为 图 1 - 4 目标模拟器安装位置实现的示意图 目标运动机构的运动弧线范围和运动速度这部分的运动要求是通过软件控制来实现的， 具体的设计思想为通过显示屏输入相对应的运动弧线范围和运动速度，然后把信息传递给 P L C ，P L C经过分析处理，输出脉冲和运动方向驱动电机运动，从而带动小型转台和目标模 拟器的安装平台的转动。 在编制软件的过程中要考虑到外部的激光检测装置的接口设计和接 延长支架 转台 激光检测装置 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 口程序的编制，设计的实现功能的简易图为 图 1 - 4 目标运动机构弧线范围和运动速度的实现软件示意图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第二章 弹体支撑运动机构及目标模拟器控制系统设计 2 . 1 总体框架的设计 在设计此次机构时，通过任务书要求，现总体上把握设计的框架，任务中要求弹体支撑 运动机构和目标运动机构要方面装拆， 同时又要求在空间结构上不能互相干涩， 本着这样的 要求设计图如下： 由图知要使弹体支撑运动机构和目标运动机构在空间结构不干涉，就修要保 证， 当弹体做俯仰运动时， 到达最低点时， 弹体头不能跟目标运动机构相互干涉， 在此次设计中，弹体中心线离机架底座的距离为 5 0 0 m m ，假设弹体的旋转中心在 它的径向中心线上，当运动到最低点时，弹体头里安装平台的高度为 500725 sin30137.5Hmm = 住体头里机构中心的距离为 725 cos30627.85Lmm = 而设计的目标运动机构中安装平台离机架的高度为和离中心线距离分别为 167,645Hmm Lmm= 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 这样就在空间位置上保证了两个机构在空间上不互相干涩了。 而两个机构的装拆灵活性表现在它们的连接进食靠两螺钉连接的，操作性方面。 2 . 2 弹体支撑运动机构的设计 具体参数如下： 弹体长度：1 4 5 0 m m ； 弹体直径：1 8 0 m m ； 弹体重量：5 0 k g 手动俯仰偏转角范围：- 3 0 + 3 0 ； 手动滚转角度范围：- 9 0 + 9 0 。 在设计这部分机构前，先分析任务要求可知道重点和难点在于当实现俯仰运动时弹体 （或者弹体头）不能对机架有相对的滑动或者滑动的趋势，且要保证弹体（或者弹体头）做 俯冲运动时弹体头不能碰着机架和目标模拟器。同时在水平状态下要能轻易准确实现弹体 （或者弹体头）的滚转运动，而不挪动弹体（或者弹体头）的位置。 2 。2 。1 卡具的设计 在设计卡具时，要想保证弹体（或者弹体头）俯仰运动时纹丝不动，必须要保证能有足 够大的力来克服弹体（或者弹体头）俯仰运动时重力带来的影响，同时又要保证不能对弹体 （或者弹体头）有所损坏和磨损。本着这样的目的设计的机构简图如下： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 2 - 1 卡具装配示意图 图中跟弹体直接接触的是 4 个小轮，这样可以缓冲压力，减小卡具对弹体的损伤, 同时 又保证了弹体滚转运动和俯仰运动的独立性。 螺栓强度的校验： 当弹体（或者弹体头）水平放置时，弹体（或者弹体头）重力作用在 2 个卡具的固定环 的 6 个小轮上即 6 个螺栓上，假设弹体（或者弹体头）是平均作用在 2 卡具上的，此时力的 分布如下图： 图 2 - 2 弹体或弹体头对卡具的受力示意图 很明显此时 F 2 受的力最大，假设所有的力都作用在 F 2 轮上，力大小为： F 2 = G / 2 = m / 2 g / 2 = 5 0 / 2 1 0 = 2 5 0 N 。 此时螺钉杆与卡具壁的接触表面受挤压；在联接接合面处，螺钉杆受剪切，假设螺钉杆 与孔壁表面上的压力分布是均匀的， 又因这种联接所受的预紧力很小， 所以不考虑预禁力和 螺纹摩擦力矩的影响。螺钉杆受力分布图为 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图 2 - 3 螺栓的受力分析图 螺钉杆的剪切强度为 2 222 00 250 22 4.23 444 6 a f M F P dd = 所选的螺钉为 G B 6 1 9 1 - 1 9 8 6 六角花形圆弹头螺钉 M 6 x 4 0 , 材料为 4 5 钢， 查 G B / T 3 8 - 1 9 7 6 可知 4 5 钢的疲劳极限为 2 5 9 - 3 4 0 M P a ，因此所选零件符合要求。 2 。2 。2 R V 蜗轮蜗杆减速箱的选择 R V系列蜗轮减速器按 Q / M D 1 - 2 0 0 0技术质量标准设计制造。产品在符合按国家标准 G B 1 0 0 8 5 - 8 8蜗杆轮参数基础之上, 吸取国内外最先进科技, 独具新颖一格的“方箱型”外结 构, 箱体外形美观, 以优质铝合金压铸而成。它具有以下优势性能： 1 、 机械结构紧凑、体积外形轻巧、小型高效； 2 、 热交换性好，散热快； 3 、 安装简易、灵活轻捷、性能优越、易于检修； 4 、 运行平稳、噪声小、经久耐用； 5 、 适用性强、安全可靠性大。 R V 系列减速器目前已广泛应用于各类行业生产工艺装备的机械减速装置， 深受用户的好 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 评、是目前现代工业装备实现大扭矩。大速比低噪音。搞稳定机械减速传动控制装备的最佳 选择。它的一般结构图如下： 图 2 - 4 R V 减速箱的一般结构图 在此次设计中选用的是 R V 7 5 6 0 F B Z 型的 R V 减速器。究原因主要有以下几点： 1 、 用减速箱方便美观，操作性能优越； 2 、 外形美观，易于安装维修； 3 、 弹体（或者弹体头）放置在俯仰机架上时，可以假设中心就是俯仰中心线所在处， 则此时弹体对于蜗轮蜗杆几乎没有扭矩。 4 、 采用涡轮蜗杆的自锁功能防止弹体放置不均时摆动； 强度校正： 假设弹体的重量都集中在减速器输出轴的径向方向上，则输出受到的扭矩为 T = 5 0 0 N 0 . 7 2 5 M = 3 6 . 2 5 N M 即输入轴上受的扭矩也为 3 6 . 2 5 N M ，查资料可得输入轴的直径为 2 4 m m ，因此输入轴上受 到的力为 F = 3 6 . 2 5 / 0 . 2 4 = 1 5 1 N 有下表可知，R V 7 0 6 0 的输出轴许用最大径向加载力为 5 5 9 9 N ，远大于实际所受的力， 应此符合要求。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 表 2 - 1 减速机出力轴的许可径向加载力 选择 R V 7 5 型的原因在于 R V 7 5 减速箱的体积大小跟所设计的机架的体积大小相配合， 以 美观为基础来选择的。 2 。2 。3 轴的设计校核 轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素： 1 、轴在及其中的安装位置及形式； 2 、轴上安装的零件的类型、尺寸，数量以及和轴的联接的方法； 3 、载荷的性质、大小。放心啊个及分布情况； 4 、轴的加工工艺等。 影响轴的因素很多，因此轴的结构形式也是多样的，但不论在什么情况下，轴的结构都应满 足： 1 、轴和装在轴上的零件要又转却的工作位置； 2 、轴上的零件应便于装拆和调整； 3 、轴应具有良好的制造工艺性等。 （1 ） 、轴的结构和轴上零件的装配方案： 首先拟定轴上零件的装配方案， 这是进行轴的结构设计的前提， 它决定这轴的基本形式。 本次设计中设计了两个短轴，俯仰主动轴和俯仰从动轴。以主动轴为例分析计算校核：减速 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 箱，机架，轴承，俯仰平台依次从轴的右端向左安装，左端最后用螺钉跟俯仰平台联接在一 起。 图 2 - 5 俯仰主动轴结构示意图 （2 ） 、根据轴向定位要求确定各段轴的直径和长度。 轴承的选择：因为在设计的课题中轴承主要受径向力的作用，故选用角接触轴承。参照 工作要求，由轴承产品目录中初步选取 0 基本游隙组、标准精度等级的 G B / T 2 7 6 - 1 9 9 4 深沟 球轴承 6 0 0 0 0 型 1 8 系列两个，其基本尺寸为 d D B = 3 5 m m 4 7 m m 7 m m 。 确定各段轴的长度时，应尽量使结构紧凑，同时还要保证零件的装配或调整空间。州的 各段长度主要是根据各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。 本 次 设 计 的 主 动 轴 的 长 度 和 直 径 从 左 到 右 依 次 是L 1 = 1 0 m m， D 1 = 8 0 m m， L 2 = 1 8 m m , D 2 = 4 0 m m , L 3 = 1 8 m m , D 3 = 3 5 m m , L 4 = 4 0 m m ，D 4 = 2 8 m m 。 （3 ）、轴上零件的轴向定位 R V 7 5 减速器、俯仰平台与轴的周向定位用键连接。减速器与轴的连接用G B / T 1 0 9 6 - 1 9 7 9 普通平键A 型：8 m m X 7 m m 。键槽用键槽铣刀来加工，长为3 2 m m （标准键长见 / 1095 1979GB T） ，同时为了保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴 的配合为76Hm。同样俯仰平台与轴的周向定位选用G B / T 1 0 9 6 - 1 9 7 9 普通平键A 型: 5 m m X 5 m m 连接，键槽用键槽铣刀来加工，长为3 2 m m （标准键长见/ 1095 1979GB T） ，同时为了 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 保证带轮与轴配合有良好的对中性，故选择带轮轮毂与轴的配合为76Hm。角接触球轴承 与轴的周向定位用过渡配合来保证的，此次设计轴用的公差配合为H 6 / j s 5 。 轴与机架的轴向定位是通过定位轴肩来实现的， 因为利用轴肩定位是最方面的最可靠的 方法，定位轴肩的高度一把趣味H = （0 . 0 7 - 0 . 1 ）d ，d 为与零件相配合出的轴的直径，单位为 m m 。 轴承与轴的轴向定位是通过套筒和定位轴肩共同作用定位的， 它要求定位轴肩高度必须 低于轴承内圈端面的高度， 以便于拆卸轴承， 此时轴肩的高度可查询手册周轴承的安装尺寸， 套筒定位的好处是结构简单，定位可靠，轴上不需要开槽、钻孔和切制螺纹，不会影响轴的 疲劳强度。套筒定位一般用于两个零件之间的定位，但是如果两零件的兼具较大时，不宜采 用套筒地位，以免增大套筒的质量及其材料的用量。同时因为套筒与轴的配合较松，如在轴 的转速很高时，也不宜用套筒定位。 俯仰平台与轴的轴向定位是通过套筒和轴端挡圈来实现的。 轴端挡圈常用于固定轴端的 零件，可以承受较大的轴向力。轴端挡圈可采用单螺钉固定，在为例防止轴端挡圈转动照成 螺钉松脱的情况下， 可加圆弹销锁定轴端挡圈， 也可采用双螺钉加止动垫片防止等固定方法。 （5 ） 、轴的圆角和倒角的确定。 参考教材机械设计表1 5 - 2 ，取轴端倒角为1 4 5 ，轴肩圆角都为R 1 。 （6 ） 、轴上载荷的计算。 作用在俯仰主轴上的扭矩只要是由于弹体的旋转中心跟轴线方向的旋转中心线的不一 直而引起的，当弹体做俯仰运动到两极限位置时，对于轴的扭转强度最大。但俯仰平台的重 量未知，因此计算时假设把轴放置在旋转中心的一边，则此时轴受到的扭矩示意图为： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图2 - 6 轴的受力示意图 此时轴受到的扭矩为 50 10 725362500362.5TFLGLNmmNM= 则轴的扭转强度为 33 362500 3107853223.1 0.20.2 0.18 aT T TT MPa P Wd = 试中：T 轴所受的扭矩；单位为NM T 扭转切应力； TW 轴的抗扭截面系数； d 计算截面的直径； T 许用扭转切应力， 查教材 机械设计 表1 5 - 3 可知4 5 钢的 T 在2 5 - 4 5 M P a 之间。 明显可见 T = 2 。2 。5 键的校核 俯仰从动轴的选择的键1 为：G B / T 1 0 9 6 - 1 9 7 9 普通平键A 型: 5 m m X 5 m m X 5 m m ； 俯仰主动轴与俯仰平台的连接键2 为：G B / T 1 0 9 6 - 1 9 7 9 普通平键A 型: 5 m m X 5 m m X 5 m m ； 俯仰主动轴与R V 减速器的连接键3 为：G B / T 1 0 9 6 - 1 9 7 9 普通平键A 型3 5 m m 4 7 m m 7 m m 。 由于键采用静联接，冲击轻微，假设弹体的重量集中在旋转中心的一边，同时假定载荷 在键的工作面上均匀分布。 所设计的轴跟俯仰平台的联接上， 采用了螺钉和双螺钉工作传递 扭矩的方案。 假设所有扭矩都作用在 8 个螺钉上， 则每个螺钉的危险截面所受的剪切强度为： 222 00 500 88 2.11 444 6 a G f MP dd = 所选的螺钉为 G B 6 1 9 1 - 1 9 8 6 六角花形圆弹头螺钉 M 6 x 2 0 , 材料为 4 5 钢， 查 G B / T 3 8 - 1 9 7 6 可知 4 5 钢的疲劳极限为 2 5 9 - 3 4 0 M P a ，已经满足了设计的要求。所以键 1 和键 2 的工作面上 的的强度可以忽略不计。 键 3 的工作面的强度为 33 22 362.5 124 36 4 28 1010 ap T kld MP = 查机械设计表6 - 2 可知以钢为材料的键在静载荷条件下的许用应力为 p =120150 aMP 之间，因此所选的键都符合要求。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 2 . 3 目标运动机构的设计 具体参数如下： 转台绕旋转中心转的角度范围为：- 5 0 + 5 0 ； 目标模拟器离旋转中心的距离： 1 0 0 m m 3 0 0 m m ； 转台转动的速度为：2 5 / s ； 转台及目标模拟器的总重量：1 0 k g 。 2 . 3 . 1 转台的设计 转台的设计主要依据是根据总重量来确定的，设计的简图如下： 图2 - 8 转台机械结构示意图 其中包括：模拟器安装平台，导轨，滑动丝杆，航插，传感器等。 2 . 3 . 2 导轨的设计与丝杆的选型 按照任务给定的要求是目标模拟器的离安装平台的距离为1 0 0 m m 到3 0 0 m m 之间， 在精度上 没有要求， 因此只要选择了人为手动这最基本的方法就能实现其要求， 具体的距离定位是看 着刻度进行的。 因此在丝杠的选择上考虑经济成本低的因素选择滑动丝杠就能保证其精度要 求，丝杆材料为4 5 钢，型号为M 1 6 4 8 0 m m 。再考虑到重量问题上，选的导轨为铝合金材料制 作的型材为导轨，他的好处就是重量轻，美观，精度要求能保证。 2 . 3 . 3 谐波齿轮的选型 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 考虑重量轻和转速不高及体积小的因素，选择了谐波齿轮。 1 、选择谐波齿轮应该先确定以下几点要求： ( 1 ) 传动比或输出转速（r / m i n ) ( 2 ) 减速机输入功率（k w ) ( 3 ) 额定输入转速（r / m i n ) 2 、如减速机输入转速是可调的则在选用减速机型号时应分别确定： 工作条件为“恒功率”时按最低转速选用机型； 工作条件为“恒扭矩”时， 按最高转速 选用机型。定货时须说明是否电机直联，电机型号及参数。 3 、选用减速机输入功率 P c 1 与输出扭矩 T c 2的计算： P c 1 = P K A T c 2 = T K A P 减速机额定输入功率（K W ） T 减速机额定输出扭矩（N . m ) K A 工作情况系数（见表 2 - 2 ） 每 日 工 作 时 间 （小时） 原动机 负荷性质 1 2 2 1 0 1 0 2 4 轻微冲击 1 . 0 0 1 . 3 0 1 . 5 0 中等冲击 1 . 3 0 1 . 5 0 1 . 7 5 电动机 较大冲击或惯性 冲击 1 . 5 0 1 . 7 5 2 . 0 0 表 2 - 2 X B 1 谐波齿轮减速机工况系数 4 、减速机输出轴装有齿轮、链轮、三角皮带轮及平皮带轮时需要校验轴伸的悬臂负荷 F c 1 校验公式为： F c 1 = 2 T K A / D F R D 齿轮、链轮、皮带轮的节圆直径（m ) F R 悬臂负荷系数 齿轮F R = 1 . 5 链轮F R = 1 . 2 三角皮带轮F R = 2 平皮带轮F R = 2 . 5 当悬臂负荷F c 1 F R ( 见表2 - 3 ) 即可通过。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 型 号 X B 1 - 1 0 0 X B 1 - 1 2 0 X B 1 - 1 6 0 X B 1 - 2 0 0 X B 1 - 2 5 0 许用悬臂负 荷 F R 4 0 0 0 5 0 0 0 1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 1 7 0 0 0 表2 - 3 X B 1 谐波齿轮减速机轴伸许用悬臂负荷 在这次课题中选用的是X B 1 - 5 0 - 6 0 型号谐波齿轮。 2 . 3 . 4 、步进电机的选择 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。 每输入 一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量 步进电机是一种能将数字输入脉冲转换成旋转或直线增量运动的电磁执行元件。每输 入一个脉冲电机转轴步进一个步距角增量。 电机总的回转角与输入脉冲数成正比例， 相应的 转速取决于输入脉冲频率。 步进电机是机电一体化产品中关键部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步进 电机惯量低、定位精度高、无累积误差、控制简单等特点。广泛应用于机电一体化产品中， 如：数控机床、包装机械、计算机外围设备、复印机、传真机等。 选择步进电机时， 首先要保证步进电机的输出功率大于负载所需的功率。 而在选用功率 步进电机时， 首先要计算机械系统的负载转矩， 电机的矩频特性能满足机械负载并有一定的 余量保证其运行可靠。 在实际工作过程中， 各种频率下的负载力矩必须在矩频特性曲线的范 围内。一般地说最大静力矩M j m a x 大的电机，负载力矩大。 选择步进电机时，应使步距角和机械系统匹配，这样可以得到机床所需的脉冲当量。在 机械传动过程中为了使得有更小的脉冲当量， 一是可以改变丝杆的导程， 二是可以通过步进 电机的细分驱动来完成。但细分只能改变其分辨率，不改变其精度。精度是由电机的固有特 性所决定。 选择功率步进电机时，应当估算机械负载的负载惯量和机床要求的启动频率，使之与 步进电机的惯性频率特性相匹配还有一定的余量， 使之最高速连续工作频率能满足机床快速 移动的需要。 此次课设中选用的是步进电机是四通公司的5 6 系列两相混合式步进电机中的5 6 B Y G 2 5 0 B 型号电机。 电机的的基本参数如下： 电机型号：5 6 B Y G 2 5 0 B 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 电机定位转矩：0 . 0 3 N M 电机保持转矩：0 . 6 5 N M 电机相数：两相 电机步进角：0 . 9 / 0 . 8 电机静态相电流：2 . 4 A 电机相电阻：0 . 9 5 电机相电感：2 . 4 m H 空载启动方式： （半步方式）2 . 7 K H z 电机重量：0 . 4 8 千克 转动惯量：1 8 0 2 g cm 电机外形图：5 6 5 6 4 5 m m 其中电机空载的启动条件为：驱动电压为4 8 V 。 验证电机合理性计算如下: 本次设计中假设目标模拟器和安装平台跟电机的连接示意图为： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 等效负载转矩公式 1 1 2 mn m j eqj j kk nV TFT nn = =+ 20.3 20.4360.82 A m RWRN s V = 等效转动惯量公式为 22 22 22 1 11 11 10 44 11 6060 mn k ieqj ij j i kk nV JJJM nn = =+=+ 明显这数极小，可以忽略。因此 10.82 1000.499 226.16 m eq NM T = 查询56BYG250B电机的特性曲线可知在这转矩的作用下，电机的脉冲为2KHz 电机转速为300rpm，这完全符合设计任务中目标运动机构的要求，所以选择的电机符 合要求。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第三章 目标控制系统设计 本次课题中软件控制系统是在目标运动机构的设计这部分，它的相关参数要求如下： 转台绕旋转中心转动的角度范围为：- 5 0 + 5 0 转台转动的速度范围为为：2 5 / s ； 目标载荷： 1 0 k g 。 课题刚开始要求用和利时公司的6 0 3 0 P C I 运动控制卡编制控制系统的相关内容，后因为 和利时公司无法提供P C I 控制卡，改用西门子S 7 - 2 0 0 系列P L C c p u 2 2 4 来实现其控制功能。 设计的电路接线图如下： 图3 - 1 目标控制系统电路接线图 3 . 1 、电源的选择 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 对于P L C ，它们的供电电压都为D C 2 4 V ，同时O P 3 2 0 的输入电压为D C 1 2 V _ D C 2 4 V ，因此选择 了S - 3 5 - 2 4 型电源。 而所选步进电机空载的启动条件为驱动电压为4 8 V ， 因此又为电机选择了 S - 1 0 0 - 4 8 型电源。 3 . 2 、显示屏的选择 选择是为了满足在任务要求的运动范围和运动速度直接的任意数值间选择， 同时又能满 足能起到监视转台运动速度的作用， 因此设计了具有显示屏的电路图。 本次设计选择的是和 利时公司的O P 3 2 0 显示屏。 O P 3 2 0 显示屏是可编程控制器的小型的人机界面， 以文字或指示灯等形式监视、 修改P L C 内部寄存器或继电器的数值及状态。从而使操作人员能够自如地控制机器设备。O P 3 2 0 显示 器具有以下特长： 1 、编辑软件D P 2 0 0 在计算机上作画，自由输入汉字及设定P L C 地址，使用串口通讯下载 画面； 2 、通讯协议和画面数据一同下载到显示器，无需P L C 编写通讯程序； 3 、对应P L C 机种广泛，包括三菱F X 系列、欧姆龙C 系列、西门子S 7 - 2 0 0 系列、光洋S G 系 列等； 4 、具有密码保护功能； 5 、具有报警列表功能，逐行实时显示替代当前报警信息； 6 、7 个按键可被定义成功能键，可替代部分控制柜上机械按键； 7 、自由选择通讯方式，R S 2 3 2 / R S 4 2 2 / R S 4 8 5 任选； 8 、带背景光S T N 液晶显示，可显示2 4 字符4 行，即1 2 汉字4 行； 9 、显示表面I P 6 5 构造，防水。防油。 O P 3 2 0 显示屏的外形及跟功能键的作用如下： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 - 2 O P 3 2 0 显示屏的外形及跟功能键的作用 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图3 - 3 O P 3 2 0 显示屏的背部结构外形及跟功能键的作用 O P 3 2 0 显示屏的串行通讯口引脚定义： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 O P 3 2 0 与S 7 - 2 0 0 的连线图为： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 3 . 3 、电机驱动器的选择 因为此次课题的控制系统的设计要求简单，电机要求的电压，电流都低。选择的是四通 公司自产的S H - 2 0 4 0 3 驱动器既能满足要求。 S H - 2 0 4 0 3 驱动器的内部开关电源设计保证了可以适应较宽的电压范围， 用户可根据各自 的情况在1 0 V 到4 0 V D C 之间选择。S H - 2 0 4 0 3 驱动器的最大电流为3 A / 相，通过驱动器面板桑六 位拨码开关的第5 、6 、7 三位可组合出八中状态，对应八种电流，从0 . 9 S 到3 A ，可以适应不 同的电机使用详细的选择参照下表： 本次设计中所选电机为5 6 B Y G 2 5 0 B ，因此选择的是5 位O F F ，6 位O N ，7 位0 F F 。 S H - 2 0 4 0 3 驱动器可提供整步、改善半步、4 细分、8 细分、1 6 细分、3 2 细分和6 4 细分七种 运行模式，利用驱动器上六位波码开关的第1 ，2 ，3 三位可组合出不同的状态详细细分模式 见下表： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 驱动器具有自动半电流的功能， 当上位控制机在半秒内没有发出步进脉冲信号， 驱动器 将自动进入节电的半电流运行模式， 电机绕组的相电流将减为设定值的一半， 在次状态下电 机和驱动器的功耗得以降低， 但电机的输出力矩也相应下降， 在下个脉冲带来时驱动器自动 恢复输出电流为额定值， 本次设计中又上位机输入的数据时间上是个未知数， 采用次驱动器 将能降低很大的功耗，节省了使用成本。 同时当两项电机与驱动器连接时， 为了放置用户接相接错而损坏驱动器本驱动器设计了 错相保护电路，用户即使接错相驱动器也不会，不过电机运行会不正常，主要变现在出力极 小。当遇到情况，用户应该检查电机接线是否正确。 3 . 4 设计电路的功能示意图 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 第四章 控制软件的编制 4 . 1 O P 3 2 0 显示屏的设计 O P 3 2 0 显示屏的应用画面的专用开发软件是D P 2 0 0 ， 它运行于W I N D O W S 9 5 / 9 8 以下。 作为二 次开发工具，该软件使用方便，简洁易学，能直接设置中英文字。 4 . 1 . 1 D P 2 0 0 的基本功能与应用 首先打开D P 2 0 0 后，用户就能够新建或者打开画面。每幅画面都可以放置中英文文字、 指示灯、开关、数据显示设定窗、跳转键等元素。每幅画面之间可实现自由跳转，操作者可 完成设局监视，参数设定，开关控制，报警列表等操作。 D P 2 0 0 的基本是由流程如下： 4 . 1 . 2 编辑用户画面 运行D P 2 0 0 软件后，计算机显示器中央出现画面编辑器， 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图上个功能键的用处为： 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 然后新建工程，选择O P 3 2 0 显示屏和S 7 - 2 0 0 系列的P L C 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 图中几个编辑按键的作用如下： 本次任务编制的操作界面的内容应该包括： 1 、 具有输入弧线运动范围和运动速度的文本输入功能； 2 、 具有超出范围时的报警显示功能。 具体的编辑过程为： 打开D P 2 0 0 软件，新建工程，选择O P 3 2 0 显示屏，S 7 - 2 0 0 P L C ，进入编制画面 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 创建画面如图所示： 图中在运动速度上输入想要的运动速度大小，单位/ s ； 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 弧线范围输入希望转台转过的角度。 画面中的的键从左到右一次的功能设定为指示灯， 起到当超出范围时报警的作用； 上下 左右四个键为数据输入的作用；S E T 键起重新输入数据的作用，E N T 键起确定输入的数据，实 现数据传送到P L C 的作用。在设置这些键位功能的时候，报警键和S E T 、E N T 键要设定好响应 的虚拟线圈值，这设的是报警键为M 1 0 ，S E T 键为M 1 1 ，E N T 键为M 1 2 . 而数据输入键要设定好寄 存器地址和数据的范围，以及寄存器的个数。这里设定运动速度的寄存器地址为V W 2 0 0 ，弧 线范围的寄存器地址为V W 2 0 1 . 数据范围为运动速度为2 5 / s 之间，弧线范围为5 0 之 间。同时在P L C 的编程过程中要设定好定好的线圈号和各个数据的寄存器地址。编制的最后 画面为 编制好主画面后，再编制报警列表，来实现报警功能。 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 通过编制报警列表，输入的数据和类型就能得到很好的控制。当有报警时，他就能在画面上 显示响应的错误。操作人员确认后。就可以采取想也难怪的措施纠正，这时要回到主显示画 面，按下键就能切回主显示画面。 4 . 1 . 3 O P 3 2 0 显示屏与P L C 的联接 把编制好的画面保存或者通过电缆将计算机9 针R S 2 3 2 串口和O P 3 2 0 的9 针串口连接起来， 按下载键直到下载完成就行了。 完成后在关掉电源的情况下用电缆吧S 7 - 2 0 0 和O P 3 2 0 联起来， 给它们上电，若通讯正常，便能进行数据监视等各项操作。若显示屏和P L C 的通讯不正常， 应该检查以下项目： 1 、 工程选择的P L C 和实际连接P L C 是否相等； 2 、 是否连接通讯电缆； 3 、 通讯电缆连接是否正确； 4 、 P L C 通讯参数设置是否正确； 5 、 P L C 和显示屏是够都已经加上电源； 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 6 、 如果仍然查不出请与供应商联系。 4 . 2 S 7 - 2 0 0 软件的编制 本次设计软件部分要实现的目标是实现目标运动机构在规定的运动弧线范围和运动速 度内做饶选中中心的旋转运动， 具体的设计思想为通过显示屏输入相对应的运动弧线范围和 运动速度，然后把信息传递给 PLC，PLC 经过分析处理，输出脉冲和运动方向驱动电机运 动， 从而带动小型转台和目标模拟器的安装平台的转动。 在编制软件的过程中要考虑到外部 的激光检测装置的接口设计和接口程序的编制。 421、控制流程图 本次控制的任务是通过显示屏的录入和 PLC 的读取输出来控制电机在规定的速度上运 动到规定的弧线范围。根据这一目标，编制了软件控制流程图如下 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 订做机械设计 (有图纸 CAD 和 WORD 论文） QQ 1003471643 或 QQ 2419131780 4 . 2 . 2 、高速脉冲输出（P T O ） 脉冲输出指令（P L S ）用于在高速输出（Q 0 . 0 和 Q 0 . 1 ）上控制脉冲串输出（P T O ）和脉 宽调制（P W M ）功能。P T O 可以输出一串脉冲（占空比 5 0 % ），用户可以控制脉冲的周期和个 数。P W M 可以输出连续的、占空比可调的脉冲串，用户可以控制脉冲的周期和脉宽 S 7 - - 2 0 0 有两个 P T O / P W M 发生器， 它们可以产生一个高速脉冲串或者一个脉宽调制波形。 一个发生器是数字输出点 Q 0 . 0 ，另一个发生器是数字输出点 Q 0 . 1 。一个指定的特殊寄存器 （S M ）位置为每个发生器存储下列数据：一个控制字节（8 位），一个计数值（3 2 位无符号 数）和一个周期或脉宽值（1 6 位无符号数）。 P T O / P W M 发生器与过程映像寄存器共用 Q 0 . 0 和 Q 0 . 1 。当在 Q 0 . 0或 Q 0 . 1上激活 P T O或 P W M 功能时，P T O / P W M 发生器对输出拥有控制权，同时普通输出点功能被禁止。输出波形不 受过程映象区状态、 输出点强制值或者立即输出指令执行的影响。 当不使用 P T O / P W M 发生器 功能时， 对输出点的控制权交回到过程映象寄存器。 过程映象寄存器决定输出波形的起始和 结束状态，以高低电平产生波形的启动和结束。 在使能 P T O 或者 P W M操作之前，将 Q 0 . 0和 Q 0 . 1过程映象寄存器清 0 。所有控制位、周 期、脉宽和脉冲计数值的缺省值均为 0 。P T O / P W M 的输出负载至少为 1 0 的额定负载，才能 提供陡直的上升沿和下降沿。 P T O 按照给定的脉冲个数和周期输出一串方波（占空比 5 0 ）。P T O 可以产生单段脉冲 串或者多段脉冲串（使用脉冲包络）。可以指定脉冲数和周期（以微秒或毫秒为增加量）。 在单段管线模式，需要为下一个脉冲串更新特殊寄存器。一旦启动了起始 P T O 段，就必 须按照第二个波形的要求改变特殊寄存器， 并再次执行 P L S 指令。 第二个脉冲串的属性在管 线中一直保到第一个脉冲串发送完成。 在管线中一次只能存储一段脉冲串的属性。 当第一个 脉冲串发送完成时，接着输出第二个波形，此时管线可以用于下一个新的脉冲串。重复这个 过程可以再次设定下一个脉冲串的特性。 除去以下两种情况之外， 脉冲串之间可以作到平滑 转换： 时间基准发生了变化或者在利用 P L S 指令捕捉到新脉冲之前， 启动的脉冲串已经完成。 当管线已满时，如果试图装入脉冲列参数，状态寄存器的 P T O 溢出位（S M 6 6 . 6 或 S M 7 6 . 6 ） 被置 1 。P L C 进入 R U N模式时，该位被初始化为 0 。如果监测到溢出，必须手工清除该位。 在多段管线模式，C P U 自动从 V 存储器区的包络表中读出每个脉冲串的特性。在该模式 下，仅使用特殊存储器区的控制字节和状态字节。选择多段操作，必须装入包络表在 V 存储 器中的起始地址偏移量（S M W 1 6 8 或