机电传动课程设计新.doc

机电传动课程设计第1章 设计任务题目：X-Y工作台的电机选择与驱动任务：根据数控铣床用的X-Y数控工作台的相关参数，选择使用直流伺服、直流力矩或步进电机，确定电机型号，并设计连续控制驱动电路。1.1主要参数：a) 滚珠丝杠：公称直径，总长，导程，材料密度，传动效率96.4%，b) 直线滚动导轨副，采用双导轨、四滑块形式，单滑块最大垂直方向载荷756N；c) 移动部件总重力；X方向铣削力1609N，Y方向铣削力366N，Z方向铣削力556Nd) 采用一级减速，减速箱减速比，小齿轮宽度，直径，大齿轮宽度，直径；齿轮采用45#钢。 e) X、Y方向的脉冲当量，定位精度f) 工作台面尺寸为230mm230mm，加工范围250mm250mmg) 工作台的空载最快速度；进给最快速度1.2设计步骤：根据机械结构，求得电动机转轴上的总转动惯量a) 计算不同工况下加载到电机轴上的等效负载转矩b) 取其中最大的等效负载转矩作为确定电机最大静转矩的依据c) 确定电机型号，列写电机详细参数d) 对选择的电机进行校核（最高进给转速时电动机输出转矩校核，最快空载移动时电动机输出转矩校核，如果选用步进电机还要进行电动机最高连续运行频率校核和启动频率校核）以下设计内容可选设计基本驱动电路，介绍所选器件参数及特性；用电子绘图软件绘出线路原理图，并详述工作原理1.3参考公式a) 到相关技术手册查询b) 转动惯量(1) 圆柱体转动惯量（2）丝杠折算到电动机轴的转动惯量-滚珠丝杠转动惯量， -主动齿轮与被动齿轮的齿数（3）工作台折算到丝杠上的转动惯量 -导程-工作台质量（4）一对齿轮传动时传动系统折算到电动机轴上的总转动惯量-电动机转子转动惯量c) 负载转矩的折算（1）最大工作负载情况下负载转矩折算进给切削折算-进给切削力 G -工作台运动部件的总重力，单位N -导轨的摩擦系数-传动效率-减速比摩擦力折算 （2）空载启动负载转矩折算：电动机轴上最大加速转矩：，（-电动机轴上的总转动惯量，；-角加速度，；-电动机转速，r/min；-电动机加速所用时间，s；）移动部件运动折算到电动机轴上的摩擦转矩：，（-导轨的摩擦力，单位N；-导程，单位m；-传动链总效率，0.7-0.85；），（-导轨摩擦系数，滑动导轨0.15-0.18，滚动导轨0.003-0.005；G-运动部件的总重量，单位N）第2章.计算和校核2.1计算a) 求电动机转轴上的总转动惯量（1）丝杠折算到电动机轴的转动惯量（2）工作台折算到丝杠上的转动惯量（3）大齿轮的转动惯量（4）小齿轮的转动惯量b）负载转矩的折算（1）最大工作负载情况下负载转矩折算 进给切削折算摩擦力折算 由滚动导轨0.003-0.005的范围取=0.004 （2）初步电动机参数估计 初选步进电动机，由脉冲当量，又有公式代入数据得步进电动机的步距角为=0.75则选择=0.75的步进电动机。 由经验公式，X取1.2-1.3之间，其中，得，计算有在8.2125-5.47510gcm之间。取X=1.3 有则电动机转轴上的总转动惯量（3）空载启动负载转矩折算： 电动机轴上最大加速转矩：设步进电机由静止加速至所需时间t=0.4s=（360）=288r/min移动部件运动折算到电动机轴上的摩擦转矩：还有一部分是滚珠丝杠预紧后折算到电动机转轴上的附加摩擦转矩，相对于和很小，可以忽略不计。则有： 根据t=0.4s 步距角/相数电压/V相电流/A最大静转矩/NM空载启动频率/(步/s)最高运行频率(步/s)转子转动惯量/( gcm )重量/kg外形尺寸/cm0.75/1.548047.8420001000065007.513511011110BYG401参数如下：安全系数K在2.54之间取值，取K=4，则有：T=7.84NM4T=40.6427=2.57 合格。 2.2 校核 （1)最快工进速度时电动机的输出转矩校核 任务书给定工作台最快工进速度，脉冲当量/脉冲，求出电动机对应的运行频率=1334Hz。从110BYG401电动机的运行矩频特性曲线图可以看出在此频率下，电动机的输出转矩6Nm，大于最大工作负载转矩=0.6427Nm，满足要求。（2）最快空载移动时电动机输出转矩校核 任务书给定工作台最快空载移动速度=3000mm/min，求出其对应运行频率=10000Hz。在此频率下，电动机的输出转矩=3Nm，大于快速空载起动时的负载转矩=0.047Nm，满足要求。（3）最快空载移动时电动机运行频率校核 与快速空载移动速度对应的电动机运行频率。查表知110BYG401电动机的空载运行频率可达10000，可见没有超出上限。（4）起动频率的计算 已知电动机转轴上的总转动惯量，电动机转子的转动惯量，电动机转轴不带任何负载时的空载起动频率2000Hz。可知步进电动机克服惯性负载的起动频率为：说明：要想保证步进电动机起动时不失步，任何时候的起动频率都必须小于1332.7Hz。实际上,起动频率选得更低，通常只有100。综上所述，本次设计中工作台的进给传动系统选用110BYG401步进电动机，完全满足设计要求。第3章 步进电动机驱动器设计 3.1 进给传动系统示意图 进给传动系统示意图 3.2 控制步进电动机原理框图放大器电源分配器电源步进电机功率放大器脉冲分配器变频信号源步进电动机驱动框图3.3 各组成电路原理图a） 四相八拍正、反转控制的环形分配器逻辑原理图b） 单电压功率放大电路X方向步进电动机 X方向步进电动机Y方向步进电动机 C）步进电动机驱动器c） 单片机控制原理图用80c51单片机控制电动机的正反转脉冲及驱动脉冲发生器。34 单片机控制程序 主程序为： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 000BH SJMP INQP1 ORG 001BH SJMP INQP2ORG 0080H MAIN: SETB P2.6 CLR P2.6 SETB P2.6 ;使触发器复位 MOV P0.0,#0FFH MOV P1.0,#0FFH JNB P0.0,RN1 ;判断电动机X是否正常运行，低电平有效 JNB P0.1,RA1 ；判断电动机X是否加速运行 JNB P0.2,RD1 ；判断电动机X是否减速运行JNB P0.3,RO1 ；判断电动机X是否正转JNB P0.4,RM1 ；判断电动机X是否反转JNB P0.5,RN2 ；判断电动机Y是否正常运行JNB P0.6,RA2 ；判断电动机Y是否加速运行JNB P0.7,RD2 ；判断电动机Y是否减速运行JNB P1.0,RO2 ；判断电动机Y是否正转JNB P1.1,RM2 ；判断电动机X是否反转 子程序为： ORG 0200H RN1: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FEH MOV TL0,#0CH SETB TR0 SETB ET0 SETB EA AJMP $ ORG 0250H RA1: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FEH MOV TL0,#05H SETB TR0 SETB ET0 SETB EA AJMP $ ORG 0300H RD1: MOV TMOD,#01H MOV TH0,#0FDH MOV TL0,#8FH SETB TR0 SETB ET0 SETB EA AJMP $ ORG 0350H RN2: MOV TMOD,#10H MOV TH1,#0FEH MOV TL1,#0CH SETB TR1 SETB ET1 SETB EA AJMP $ ORG 0400H RA2: MOV TMOD,#10H MOV TH1,#0FEH MOV TL1,#05H SETB TR1 SETB ET1 SETB EA AJMP $ ORG 0450H RD2: MOV TMOD,#10H MOV TH1,#0FDH MOV TL1,#8FH SETB TR1 SETB ET1 SETB EA AJMP $ 子程序为： ORG 0500H INQP1: JNB P0.0,RN11 JNB P0.1,RA11 JNB P0.2,RD11ORG 0550HINQP2: JNB P0.5,RN21 JNB P0.6,RA21 JNB P0.7,RD21ORG 0560HRO1: SETB P2.1RETRM1: SETB P2.2RETRO2: SETB P2.4RETRM2: SETB P2.5RETORG 0600HRN11: MOV TH0,#0FEH MOV TL0,#0CHCPL P2.0RETIRA11: MOV TH0,#0FEH MOV TL0,#05HCPL P2.0RETIRD11: MOV TH0,#0FDH MOV TL0,#8FHCPL P2.0RETIRN21: MOV TH1,#0FEH MOV TL1,#0CHCPL P2.3RETIRA21: MOV TH1,#0FEH MOV TL1,#05HCPL P2.3RETIRD21: MOV TH1,#0FDH MOV TL1,#8FCPL P2.3RETIEND心得体会 通过本次课程设计，我学会了很多东西，尤其是将机电传动的 基础知识巩固了一遍，也让我感觉到了电动机的应用之广泛与单片机以及电工技术的结合，更让我体会到了各科之间的知识融汇贯通的重要性。 致谢 在此感谢帮助我的同学和老师，这次课程设计的完成，离不开老师和同学的指导、帮助和鼓励。通过这次的课程设计，我对学习了机电传动方案的拟定有了一定的认识，对传动元件和导向元件如滚珠丝杠螺母副等的工作原理，电动机的工作原