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附 录Pressure sensors papersReasonable pressure sensor error compensation is the key to its application. Pressure sensors are mainly offset error, sensitivity error, linear error and lag errors, the paper will introduce the four errors on the mechanism and the effects of the test results, will be presented at the same time to improve the measurement accuracy of pressure calibration method and application examples . Currently on the market a variety of sensor types, which allows design engineers can choose the pressure sensor system. These sensors not only include the most basic converter, but also more complex circuits with on-chip, highly integrated sensor. Because of these differences, the design engineer must be enough as far as possible compensation of pressure sensor measurement error, which is to ensure that the design and application of sensors to meet the requirements of an important step. In some cases, compensation can increase the sensor in the application of the overall performance. Based on Motorolas pressure sensor as an example, the application of the concept involved in the design of a variety of pressure sensor applications. Motorola mainstream production pressure piezoresistive sensor is a monolithic device, the device has 3 categories: 1. Basic calibration or without compensation; 2. There are calibration and temperature compensation; 3. There are calibration, compensation and amplification. Offset, the scope of calibration and temperature compensation can be through the thin film resistor networks, the thin film resistor networks in the process of laser package amendments. The sensor is usually used in conjunction with the micro-controller, and microcontroller embedded software itself, established a mathematical model of the sensor. Microcontroller reads the output voltage through the ADC conversion, the model can be converted to the pressure of the volume of voltage measurements. The simplest sensor is the transfer function of the mathematical model. The model calibration over the entire optimization process and maturity model will be marked with the fixed-point increase. From the point of view of metrology, measurement error has a very strict definition: it is characterized by measurement of pressure and the difference between the actual pressure. Usually can not directly be the actual pressure, but through the use of appropriate criteria to estimate the pressure, the measurement accuracy are usually more than those measured using equipment at least 10 times higher than the instrument as a measurement standard. Without calibration of the system as a result can only use the typical value of sensitivity and offset the output voltage is converted to pressure, the pressure measured will have a margin of error as shown in Figure 1. This initial error without calibration by the following components: a. offset error. As the pressure in the entire range of vertical shift to maintain a constant, so the proliferation and laser conditioning converter changes the amendment would have offset error. b. The sensitivity of error, resulting in errors in direct proportion to the size and pressure. If the device is higher than the typical value of the sensitivity, the sensitivity of the error will be incremental pressure function (see Figure 1). If the sensitivity is lower than the typical value, then the sensitivity of the error will be decreasing function of pressure. The cause of the error diffusion process is to change. c. Linearity Error. This is an initial error factor less affected, the error is the cause of the physical non-linear silicon, but with the sensor amplifier, should also include non-linear amplifier. Linear error curve can be concave curve, it could be a convex curve. d. Lag Error: In most cases, the lag error can be ignored completely, because silicon has a higher degree of mechanical stiffness. Changes in general just a lot of pressure to consider the case of hysteresis error. Calibration can eliminate or greatly reduce these errors, and compensation technique is usually required to identify the parameters of the actual transfer function, rather than simply the use of typical values. Potentiometer, adjustable resistance, and other hardware can be used in the compensation process, while the software is able to achieve more flexibility in the work of this error compensation. Calibration method that can eliminate the transfer function against the Agency to compensate the offset drift error, such as the auto-zero calibration method. Offset zero calibration is usually carried out under pressure, especially in the differential sensor, because under the conditions of the nominal differential pressure is usually 0. For pure sensor offset calibration will be difficult, because it either needs to read a pressure system to measure the atmospheric pressure in the environment under the conditions of the calibration of pressure or need to obtain the pressure of expectations of the pressure controller. Zero differential pressure sensor is very accurate calibration, because the pressure of strict demarcation is 0. On the other hand, the pressure of 0:00 is not the accuracy of the calibration depends on the pressure controller or the performance measurement system. Choice of calibration pressure Calibration is very important selection pressure, which determines the accuracy to obtain the best pressure range. In fact, after calibration offset actual standard fixed-point error in the Department and has been to maintain a smaller minimum value. Therefore, the reference points must be in accordance with the scope of the target selection pressure, and pressure range can not be consistent with the scope of work. In order to convert the pressure of the output voltage value, usually as a result of the actual sensitivity is unknown, and therefore the mathematical model used for a typical single-point calibration sensitivity. Said that the red curve calibration offset (PCAL = 0) after the error curve, the error can be found that calibration curve relative to the black before the error had a vertical offset curve. This calibration method and calibration method that is more stringent requirements to achieve a higher cost. However, compared with the calibration point, the method can significantly improve the accuracy of the system, because the method is not only an offset calibration, the calibration of the sensor sensitivity. Therefore, the calculation error can be used in the actual value of sensitivity, and the atypical values. That improve the accuracy of the green curve. Here, calibration is trillion 0-500 bar (full scale) conditions. As the marked point on the error close to 0, so the pressure of expectations to be the smallest range of measurement error, the correct set of these points, it is particularly important. Some applications require the pressure in the whole range of high accuracy. In these applications, can be used multi-point calibration method to get the best results. In multi-point calibration method, not only considered the error of offset and sensitivity, but also takes into account most of the linear error curve shown in purple. The mathematical model used here, with each calibration interval (between the two reference points) exactly the same as a two-tier calibration. Three-point calibration As mentioned earlier, the linear form of a consistent error and the error curve in line with the quadratic equation of the curve, with a predictable size and shape. Did not use the amplifier for the sensor, especially because of the nonlinear sensor is based on the nature of mechanical reasons (this is caused by the pressure of silicon thin-film). Linear description of the error characteristics of a typical example can be calculated the average linear error to determine the polynomial function (a 2 + bx + c) be the parameter. Determine the a, b and c of the model after the same type of sensor is valid. This method can be no fixed points marked the first three cases of linear error compensation effectively. Examples of compensation MPX2300 Motorola, MPX2300 is a blood pressure measurement is mainly used in the temperature compensation sensor. Polynomial model can be an average of 10 sensors to be linear error compensation of the error after the initial maximum linearity error of about ten to one-twentieth, as shown in dotted line in Figure 3. The error compensation method can be only two points calibration for high-performance low-cost sensors to improve the device (full scale error of less than 0.05%). Of course, design engineers practical application in accordance with the accuracy requirements, choosing the most appropriate calibration method, in addition to the need to consider system cost. As a result of a variety of integration options and compensation technology, design engineers can design requirements according to different methods of selecting appropriate.、压力传感器合理进行压力传感器的误差补偿是其应用的关键。压力传感器主要有偏移量误差、灵敏度误差、线性误差和滞后误差，本文将介绍这四种误差产生的机理和对测试结果的影响，同时将介绍为提高测量精度的压力标定方法以及应用实例。 目前市场上传感器种类丰富多样，这使得设计工程师可以选择系统所需的压力传感器。这些传感器既包括最基本的变换器，也包括更为复杂的带有片上电路的高集成度传感器。由于存在这些差异，设计工程师必须尽可能够补偿压力传感器的测量误差，这是保证传感器满足设计和应用要求的重要步骤。在某些情况下，补偿还能提高传感器在应用中的整体性能。 本文以摩托罗拉公司的压力传感器为例，所涉及的概念适用于各种压力传感器的设计应用。 摩托罗拉公司生产的主流压力传感器是一种单片压阻器件，该器件具有3类： 1. 基本的或未加补偿标定； 2. 有标定并进行温度补偿； 3. 有标定、补偿和放大。 偏移量、范围标定以及温度补偿均可以通过薄膜电阻网络实现，这种薄膜电阻网络在封装过程中采用激光修正。 该传感器通常与微控制器结合使用，而微控制器的嵌入软件本身建立了传感器数学模型。微控制器读取了输出电压后，通过模数转换器的变换，该模型可以将电压量转换为压力测量值。 传感器最简单的数学模型即为传递函数。该模型可在整个标定过程中进行优化，并且模型的成熟度将随标定点的增加而增加。 从计量学的角度看，测量误差具有相当严格的定义：它表征了测量压力与实际压力之间的差异。而通常无法直接得到实际压力，但可以通过采用适当的压力标准加以估计，计量人员通常采用那些精度比被测设备高出至少10倍的仪器作为测量标准。 由于未经标定的系统只能使用典型的灵敏度和偏移值将输出电压转换为压力，测得的压力将产生如图1所示的误差。 这种未经标定的初始误差由以下几个部分组成： a. 偏移量误差。由于在整个压力范围内垂直偏移保持恒定，因此变换器扩散和激光调节修正的变化将产生偏移量误差。 b. 灵敏度误差，产生误差大小与压力成正比。如果设备的灵敏度高于典型值，灵敏度误差将是压力的递增函数（见图1）。如果灵敏度低于典型值，那么灵敏度误差将是压力的递减函数。该误差的产生原因在于扩散过程的变化。 c. 线性误差。这是一个对初始误差影响较小的因素，该误差的产生原因在于硅片的物理非线性，但对于带放大器的传感器，还应包括放大器的非线性。线性误差曲线可以是凹形曲线，也可以是凸形曲线。 d. 滞后误差：在大多数情形中，滞后误差完全可以忽略不计，因为硅片具有很高的机械刚度。一般只需在压力变化很大的情形中考虑滞后误差。 标定可消除或极大地减小这些误差，而补偿技术通常要求确定系统实际传递函数的参数，而不是简单的使用典型值。电位计、可调电阻以及其他硬件均可在补偿过程中采用，而软件则能更灵活地实现这种误差补偿工作。一点标定法可通过消除传递函数零点处的漂移来补偿偏移量误差，这类标定方法称为自动归零。 偏移量标定通常在零压力下进行，特别是在差动传感器中，因为在标称条件下差动压力通常为0。对于纯传感器，偏移量标定则要困难一些，因为它要么需要一个压力读取系统，用以测量其在环境大气压力条件下的标定压力值，要么需要获取期望压力的压力控制器。 差动传感器的零压力标定非常精确，因为标定压力严格为0。另一方面，压力不为0时的标定精确度取决于压力控制器或测量系统的性能。选择标定压力，标定压力的选取非常重要，因其决定了获取最佳精度的压力范围。实际上，经过标定后实际的偏移量误差在标定点处最小并一直保持较小的值。因此，标定点必须根据目标压力范围加以选择，而压力范围可以不与工作范围相一致。 为了将输出电压转换为压力值，由于实际的灵敏度往往是未知，因此在数学模型中通常采用典型灵敏度进行单点标定。红色曲线表示进行偏移量标定（PCAL=0）后的误差曲线，可以发现误差曲线相对于表示标定前误差的黑色曲线产生了垂直偏移。这种标定方法与一点标定法相比要求更为严格，实现成本也更高。然而与一点标定法相比，该方法可显著提高系统的精度，因为该方法不仅标定了偏移量，还标定了传感器的灵敏度。因此在误差计算中可以使用灵敏度实际值，而非典型值。 绿色曲线表示精度提高。在这里，标定是在0至500兆巴（满标度）条件下进行。由于在标定点上误差接近于0，因此为了在期望的压力范围内得到最小的测量误差，正确地设定这些点就显得尤为重要。某些应用中要求在整个压力范围内保持较高的精确度。在这些应用中，可以采用多点标定法来得到最理想的结果。在多点标定法中，不仅考虑了偏移量和灵敏度误差，还考虑了大部分的线性误差，紫红色曲线所示。这儿用的数学模型与每个标定间距（在两个标定点之间）的两级标定完全一样。 三点标定 ，如前所述，线性误差具有一致的形式，且误差曲线符合二次方程的曲线，具有可预测的大小和形状。对于未采用放大器的传感器更是如此，因为传感器的非线性从本质上是基于机械原因（这是由硅片的薄膜压力引起）。 线性误差特性的描述可以通过计算典型实例的平均线性误差，确定多项式函数（a2+bx+c）的参数而得到。确定了a、b和c后得到的模型对于相同类型的传感器都是有效的。该方法能在无需第3个标定点的情况下有效地补偿线性误差。 摩托罗拉MPX2300的补偿实例，MPX2300是一种主要应用于血压测量的温度补偿传感器。多项式模型可由10个传感器的平均线性误差得到，补偿后的误差约为最大初始线性误差的十至二十分之一。该误差补偿方法只需两点标定即可将低成本传感器改进为高性能器件（误差小于满标度的0.05%）。 当然设计工程师要根据实际应用的精确度要求，选择最适合的标定方法，此外还需要考虑系统成本。由于有多种集成度和补偿技术可供选择，设计工程师可根据不同的设计要求选择适当的方法。学生开题报告表课题名称电子元件目检设备设计 课题来源B课题类型D导师学生姓名学 号专业机械设计制造及其自动化开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）随着电子元件行业的发展，电子元件的出货作业已经趋向“多种、少量、多次”的形态，因此拣料作业量的增加，成为必然的结果。电子元件产生过程中需按型号分拣元件，电子元件体积甚小，不易看清和识别，若直接采用人工识别，不仅费时费力而且效率低下。电子元件不仅在工业发展上起着重要作用，而且电子元件的的使用更是深入了我们的日常生活。电子元件的品质问题也就关系到我们的日常生活，因此电子元件的检测就更为重要。本课题拟设计一套电子元件目检设备，将电子元件放在料带中，通过传动机构输送到摄像头下，并通过显示屏放大，便于工人识别，将不同型号的电子元件分拣开，同时控制电子元件放料和收料的速度。该设备可大大提高工人工作效率，减轻劳动强度并提高工作的准确度。本课题的主要内容1料带放料拨杆机构：用来引导料带，改变放料行程。料带：电子元件放置的地方SMD电子元器件包装料带，通称“载带”或“卷带”（CARRIER TAPE）。主要应用于封装元器件。 2放料机构：盘卷料带的轮盘。3料带轨道组件：料带传动的轨道,包括料带定位,料带传送。 由2个导带轮、2个料带轮、一条料带轨道、一条V带等组成。4CCD支架：用于支撑摄像头。5收料机构：盘卷料带的轮盘。6原动机：步进电动机。重点解决的问题：1.选择合适的电动机以解决料带间歇运动的问题；2.设计传动精度较高的传动装置； 3.设计与载带相啮合的零件；4.合理安排摄像头位置，满足目检要求。预期成果：整套设备通过一个料带放料机构将装有电子元件的料带输送到料带轨道中，通过皮带传动，将料带传输到检测设备下进行检测，最后再由收料机构卷收到料带盘中。设计出一套方案合理，结构科学的电子元件目检设备，以解决电子元件分拣问题。对本毕业设计（论文）课题成果的要求： 论文字数： 论文不少于2万字 。 图纸幅面和张数： A0图纸3张。 参考文献篇数： 不少于15篇。主要参考文献资料：机械设计、理论力学、互换性与测量技术基础、机械创新设计、机械结构设计等。完成计划：3月10 日 3月21日 实习、调研、收集资料；复习机械设计相关内容；了解设备的性能要求；翻译外文资料。撰写毕业设计开题报告，对电子元件目检设备进行方案设计。 3月22日 4月18日 确定电动机的参数，确定设备总装配草图及部件装配草图。4月19日 5月05日 计算、设计各机构零、部件外形和尺寸。 5月06日 5 月12日 绘制总装配图和部件装配图。5月13日 5月19日 完成毕业论文撰写并进行修改和完善。 5月20日 5月31日 整理修改图纸，打印并提交论文和图纸。编写毕业设计（论文）答辩提纲，准备答辩。 指导教师签名： 日期：课题类型：A、工程设计，B、工程技术研究，C、软件开发，D、机械设计，E、实验研究， F、理论研究，G、其它本科毕业设计说明书（论文）摘 要随着电子产业的发展，电子产品在人们的日常生活中起到越来越重要的主要。人们对电子产品的薄、轻、小型化的需求，使得电子产品朝着薄、轻、小型化不断发展。电子元件是电子产品的重要组成部分，其性能直接影响着电子产品的质量，因此对电子元件的检测就显得尤为重要。传统的目检测是用放大镜等直接人工识别，耗费的时间和劳力多而且精度低，为了减轻以往作业量，且让出货作业更准确，并降低检测成本，所以设计这样一套电子元件目检测设备。本设备是通过放料机构将电子原件放在料带中，然后通过传动机构输送到摄像头下，并通过显示屏放大，便于人工识别，以达到将不同型号的电子元件分拣开的目的，同时还可以控制电子元件放料和收料的速度，实现电子元件在料带上的间歇性运动。该设备可以改变传统目检测的不足，大大提高工人工作效率，减轻劳动强度并提高工作的准确度。课题基于机械设计理论，确定了电子元件目检设备的方案，根据设备运动形式和运动参数的要求确定原动机的类型和参数，设计出各组成机构的零、部件的材料、外形及基本尺寸，绘制相应的装配图以及主要零部件图。关键词：电子元件；目检设备；料带。AbstractAs the electronics industry, electronic products play in peoples daily lives more and more important major. Electronic products, people thin, light, small demand makes electronic products toward the thin, light, small growing. Electronic components is an important part of electronic products, its performance directly affects the quality of electronic products, so the detection of electronic components is particularly important. The traditional objective test are identified with a magnifying glass and other direct labor, time and labor consuming more and low precision, in order to reduce the amount of past work, and make more accurate shipping operations, and reduce testing costs, design such a test head of electronic components equipment. The device is expected to take place electronic components, through transmission transported to the next camera and zoom through the screen, easy to manual identification, the sorting of different types of electronic components open at the same time control the discharge of electronic components and materials received speed. The device can greatly improve the efficiency of workers and reduce labor intensity and improve accuracy. Subject-based mechanical design theory, determine the purpose of electronic component testing machine, the program, according to the form and motion parameters for Motions requirements to determine the type and parameters of the original Dongji to design the composition of body parts and components of the basic shape and size, draw the corresponding assembly drawing and the main parts diagram.Key words：surface mounted devices; Manual Vision System；carrier tape.目 录摘 要IAbstractII1 绪 论11.1 本课题的研究背景11.2 本课题的研究意义11.3 国内外发展现状12 总体方案的确定33 原动机的选定43.1 原动机的分类43.2 步进电动机的优点43.3步进电动机的选型54 减速器的确定64.1减速器的分类64.2 减速器齿轮的计算64.3轴的设计114.4 润滑与密封及箱体尺寸135 带传动的设计145.1带传动145.2带传动的计算145.3放料机构和导料带轮的设计175.4 轴的设计196 控制部分的设计226.1 PLC的分类226.2 S7-200的选择226.3 PLC的自动化控制237 机架和导轨的设计247.1 料带轨道组件247.2 支撑机构24结 论26致 谢27参考文献28 281 绪 论1.1 本课题的研究背景电子产品的薄、轻、小型化不断发展促使电子元件的小型化发展，以前使用的穿孔插件元件已无法缩小，所采用的集成电路(IC)已无穿孔元件，特别是大规模、高集成IC，不得不采用表面贴片元件；产品批量化，生产自动化，厂方要以低成本高产量，出产优质产品以迎合顾客需求及加强市场竞争力；电子元件的发展，集成电路(IC)的开发，半导体材料的多元应用；电子科技革命势在必行，追逐国际潮流。目前，电子元件正进入以新型电子元件为主体的时代，它将基本上取代传统元件，由原来只为适应整机的小型化及其装配新工艺的要求，变为满足数字技术、微电子技术发展所提出的特性要求。同时，新型电子元件技术的发展体现了当代和今后电子元件向高频化、片式化、微型化、薄型化、低功耗、响应速率快、高分辨率、高精度、高功率、多功能、组件化、复合化、模块化和智能化等发展的趋势，产品的安全性和绿色环保也是其发展方向。 世界电子元件技术片式化、小型化、高精度化、高频率化的发展趋势，在电子元件的各个门类中都得到了充分体现。1.2 本课题的研究意义电子产品在日常生活与生产当中起着举足轻重的角色，对于电子元件的检测也就固然成了一项很重要的步骤。由于电子元件体积微小，而且制造精密，通过肉眼直接观察比较难辩别，以往的目检都是用放大镜等直接人工识别，要引进设备又要花费大量的资金，为了减轻以往作业上所需耗费的时间与劳力，且让出货作业更准确，并降低检测成本，所以设计这套方案其目的就是想改进这些不足。1.3 国内外发展现状电子目检设备的目检测部分所用的机器视觉系统自起步发展到现在，已有15年的发展历史。应该说机器视觉作为一种应用系统，其功能特点是随着工业自动化的发展而逐渐完善和发展的。目前，国际上视觉系统的应用方兴未艾，1998年的市场规模为46亿美元。在国外，机器视觉的应用普及主要体现在半导体及电子行业，其中大概40%-50%都集中在半导体行业。具体如PCB印刷电路。主要的机器视觉公司诸如德国克朗斯公司，美国的工业动力机械有限公司等等。而在国内，工业视觉系统尚处于概念导入期，导致以上各行业的应用很少，即便是有，也只是低端方面的应用，大多数国内公司多代理国外公司产品，自主研发的相对较少，这样产品在国内售价相对很高，导致很多工厂在权衡利弊之后，放弃了使用机器视觉的想法。但随着我国配套基础建设的完善，技术、资金的积累，各行各业对采用图像和机器视觉技术的工业自动化、智能化需求开始广泛出现，同时也由于视频采集系统硬件产品的价格下降，国内有关大专院校和研究所近两年在图像和机器视觉技术领域进行了积极思索和大胆的尝试，逐步开始了工业现场的应用。另外，各行业的领先企业在解决了生产自动化的问题以后，已开始将目光转向视觉测量自动化方面。这些应用大多集中在如电子元件目检测、药品检测分装、印刷色彩检测等。真正高端的应用还很少，因此，以上相关行业的应用空间还比较大。1 2 总体方案的确定本方案拟定电子元件在皮带轮上传动，通过目检测设备自动检测电子元件，从而达到区分各类元件的目的，该设备的组成部分主要有：电动机、减速器、传动设备、料带收放料机构、目检测设备等。整套设备通过一个料带放料机构将装有电子元件的料带输送到料带轨道中，通过皮带传动，将料带传输到检测设备下进行检测，最后再由收料机构卷收到料带盘中。其传动部分简图如下：图1-1 传动结构简图3 原动机的选定3.1 原动机的分类电动机俗称马达，是一种将电能转化成机械能，并可再使用机械能产生动能，用来驱动其他装置的电气设备。电动机驱动电气设备，是系统运行的基础部分，因此电动机的选择就显得尤为重要。电动机的种类有很多：按工作电源分类 根据电动机工作电源的不同，可分为直流电动机和交流电动机。其中交流电动机还分为单相电动机和三相电动机。 按结构及工作原理分类 电动机按结构及工作原理可分为直流电动机，异步电动机和同步电动机。 按起动与运行方式分类 电动机按起动与运行方式可分为电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。 按用途分类 电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机。按转子的结构分类 电动机按转子的结构可分为笼型感应电动机和绕线转子感应电动机。 按运转速度分类 电动机按运转速度可分为高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。电动机种类多种多样，不同的电动机有不同的用途，它们使用的场合也不同。根据原始资料料带送料为间歇运动，每传输五个电子原件，停止2秒，因此电动机的选择应该能够实现料带间歇运动，步进电动机的步距角0.72度刚好能被旋转一周的角度360度整除，能满足送料时的运动方式。因此，本系统的原动机选择步进电动机。23.2 步进电动机的优点随着数控技术及电子设备的发展，特别是电子计算机的普及，就有了步进电动机，其新型驱动方式也不断出现，为步进电动机的应用带来了广阔的前景。步进电动机是一种以电脉冲信号进行控制，并将电脉冲信号转换成相应的角位移或线位移的控制电动机。与其他电动机相比它有很多优点：每步的精度在 3%-5%，而且不会将一步的误差积累到下一步因而有较好的位置精度和运动的重复性；有着优秀的起停和反转响应； 没有电刷，可靠性较高电机的响应仅由数字输入脉冲确定，因而可以采用开环控制，这使得电机的结构可以比较简单而且控制成本 ；速度正比于脉冲频率，因而有比较宽的转速范围。步进电动机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。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。步进电机可以作为一种控制用的特种电机，利用其没有积累误差(精度为100%)的特点，广泛应用于各种开环控制。3.3步进电动机的选型根据原始资料料带送料为间歇运动，每传输五个电子原件，停止2秒，步进电动机的步距角0.72度刚好能被旋转一周的角度360度整除，所以能满足送料时的运动方式。有效地解决料带间歇运动的问题。根据已知条件，选择的步进电动机型号90BF006（BF系列步进电动机）其的具体参数如下：表3.1 步进电动机参数品 名最大静力矩（）相数额定电流（A/相）基本步距角（度）输入电源脉冲数(step/s)90BF0062.156五相十拍3A0.3624V2400电动机外形尺寸：9065mm34 减速器的确定4.1减速器的分类减速器是原动机和工作机之间的独立的闭式传动装置，用来降低转速和增大转矩，以满足工作需要，在某些场合也用来增速，称为增速器。减速器的类别、品种、型式很多，目前已制定为行（国）标的减速器有40余种。减速器的类别是根据所采用的齿轮齿形、齿廓曲线划分；减速器的品种是根据使用的需要而设计的不同结构的减速器；减速器的型式是在基本结构的基础上根据齿面硬度、传动级数、出轴型式、装配型式、安装型式、联接型式等因素而设计的不同特性的减速器。44.2 减速器齿轮的计算4.2.1原动机参数P=24*3=72w n=360/0.36=1000各级传动比分配初定 传动装置总效率： (弹性联轴器) （滚动轴承） (圆柱齿轮传动) 各轴转速n0=nm=1000r/minn1=nm=1000r/minn2=n1/i1=250 r/minn3=n2/i2=82.236r/min各轴输入功率p0=ped=72wp1=p0*1=71.27 wp2=p1*2*3=68.45wp3=p2*2*3=65.73w各轴转矩T0=9550P0/n0=0.6876N.mT1=9550P1/n1=0.681N.mT2=9550P2/n2=2.615 N.mT3=9550P3/n3=6.633 N.m4.2.2高速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，小齿轮采用40Cr，大齿轮采用45号钢，锻造毛坯，大、小齿轮均调质处理，均用软齿面。齿轮精度用7级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。52.设计（1）设计准则，按齿面接触疲劳强度计算，再按齿根弯曲疲劳强度校核。考虑传动平稳性，齿数宜取多些，初步取Z1=23Z2=72（2）按齿面接触疲劳强度设计，T1=9550P/n=681 Nmm确定公式的各计算数值1）试选载荷系数kt=1.32) 小齿轮转矩T2=2615Nmm3) 选取齿宽系数d=14）查得材料的弹性影响系数zE=189Mpa5）选取材料的接触疲劳，极限应力为 HILim=600MPa HILin=550MPa6）应力循环次数N N1=60n1jLh=0.504109N2= N1/i2=0.1661097）查得接触疲劳寿命系数；KHN1 =0.93；KHN2 =0.95 8）取接触疲劳安全系数：SFmin=13.计算1）试计算小齿轮分度圆直径将有关值代入得D1t=19.582）计算圆周速度V1=d1tn1/(601000)=0.51m/s3）计算齿宽bb=d*d1t=19.58mm4)计算齿宽与齿高之比模数mt= d1t/z1=2.00齿高h=2.25mt=4.50mmb/h=10.675) 计算载荷系数根据V1=0.51m/s,7级精度,查得KV=1.04;直齿轮,KH=KF=1;使用系数kA=1.00用插值法查得7级精度小齿轮相对支承非对称布置时kH=1.419由b/h=10.67,kH=1.419查得KF=1.34所以K=KAKVKHKH=1.4766）按实际的载荷系数校正所得的分度圆直径：d1=d1t=20.47）计算模数m=d1/z1=2.09mm按齿轮根弯曲强度设计得弯曲强度的设计公式确定公式内的各计算数值小齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=500MPa 大齿轮的弯曲疲劳强度极限FE1=380MPa KFN1=0.90 KFN1=0.93取弯曲疲劳安全系数S=1.4计算载荷系数k=KAKVKFKF=1.394齿形系数YFa1=2.65 Ysa1=1.58 YFa2=2.246 Ysa2=1.756代入数据得取标准模数：m=3mm按接触强度算得分度圆直径d1=16.86mmZ1= d1/m=17Z2=z1i1=52计算几何尺寸d1=mZ1=16mmd2=mZ1=52mma=m(d1d2)/2=34.84mmb=ddt=17mm取B2=17mm B1=19mm4.2.3低速级减速齿轮设计（直齿圆柱齿轮）1.齿轮的材料，精度和齿数选择，因传递功率不大，转速不高，材料按表7-1选取，小齿轮采用40Cr，大齿轮采用45号钢，锻选项毛坯，大、小齿轮均调质处理，均用软齿面。齿轮精度用7级，轮齿表面精糙度为Ra1.6，软齿面闭式传动，失效形式为点蚀。考虑传动平稳性，齿数宜取多些，取Z1=24 7则Z2= Z1*i2=73T2=9550P2/n2=38910Nmm选取材料的接触疲劳，极限应力为HILim=600MPa HILin=550MPa应力循环次数N N1=60n, at=60366.5(10330010)=0.504109N2= N1/i2 =0.166109接触疲劳寿命系数；KHN1 =0.93 ；KHN2 =0.95 取接触疲劳安全系数：SFmin=1将有关值代入则V2=d2tn2/(601000)=0.88m/s根据V1=0.95m/s,7级精度, KV=1.04;直齿轮,KH=KH=1;由b/h=8.89得KF=1.34所以K=KAKVKHH=1.476d1=16.86m=d1/Z1=2.09mm2)按齿轮根弯曲强度设计;小齿轮FE1=500MPa 大齿轮FE1=380MPa KFN1=0.90 KFN2=0.93取弯曲疲劳安全系数S=1.4计算载荷系数k=kAkVkFkF=1.394由表10-5查得YFa1=2.65 Ysa1=1.58YFa2=2.246 Ysa2=1.756代入数据得取标准模数：m=3mm(3) 计算几何尺寸d1=mZ1=317=17mmd2=mZ1=352=52.5mma=m(d1d2)/2=34.84mmb=ddt=17.2mm2.设计计算。总结：高速级 z1=26 z2=104 m=1.25 低速级 z1=17 z2=52 m=34.3轴的设计4.3.1输出轴参数的设计由于减速器传递的功率不大，对其重量和尺寸也无特殊要求故选择常用材料45钢,调质处理。81、输出轴上的动力参数T3=9550P3/n3=113.77 N.mp3=p2*2*3=1.370 kwn3=n2/i2=115 r/min2、求作用在齿轮上的力已知大齿轮的分度圆直径d2=mZ1=52.5mm圆周力Ft=2T3/d2=1458.59N径向力Fr=Fttant20=530.88N3、初步估计轴的最小直径按扭矩初估轴的直径, c=106至117,考虑到安装联轴器的轴段仅受扭矩作用.取c=112则: 输出轴的最小直径显然是安装联轴器处轴的直径，为了使所选的轴的直径与联轴器的孔径相适应，需同时选取联轴器型号。联轴器的计算转矩Tca=KAT3,查表，考虑到转矩变化很小故选取KA=1.3，则Tca=14970N.mm 按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，选用HL2型弹性柱销式联轴器，其公称转矩为315000N.mm，半联轴器的孔径d=28 mm，故轴最小直径dmin=28mm，半联轴器长度L=62mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=44mm。4.3.2轴的结构设计1、拟定轴上零件的装配方案2、根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度1）为了满足半联轴器的轴向定位要求，1-2轴段右端面需制出一轴肩，故2-3段的直径d2-3=28+(0.07-0.1)*28=32mm;左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径D=35mm,半联轴器与轴配合的毂孔长度L1=44mm，为了保证轴端挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故1-2段的长度应比L1略短一些，现取L1-2=42mm。2)初步选择滚动轴承因轴承只承受径向力，故选用深沟球轴承，参照工作要求并根据d2-3=32mm。初步选取0基本游隙，标准精度等级的深沟球轴承6007，其基本尺寸d*D*B=35mm*62mm*14mm，故d3-4=d7-8=35mm,而L7-8=14mm。右端轴承采用轴肩定位，由设计手册查得6007型轴承定位轴肩的高度h=3，因此取d6-7=41mm。3）取安装齿轮的轴段d4-5=40mm;齿轮的左端与左端轴承之间采用套筒定位。已知齿轮轮毂宽度为51mm，为了使套筒端面可靠的压紧齿轮，此轴段应略短于轮毂的宽度，取为L4-5=48mm。齿轮右端面采用轴肩定位，轴肩的高度h0.07d,取hmm,则轴环处的直径d5-6=46mm，轴环的宽度b1.4h,取mm。）轴承端盖的总长度为mm，根据轴承端盖的装拆及便于对轴承润滑的要求，取端盖与半联轴器右端面的距离lmm,故mm。）取齿轮距箱体内壁的距离a=10,考虑箱体的铸造误差，在确定轴承的位置时，应距箱体的内壁一段距离S-5mm, 已知滚动轴承宽度mm，中间轴大齿轮宽度32.5mm,则L3-4a+(56-53)=32mm,L6-7=76.5mm。4.3.3轴上零件的周向定位。齿轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接，按d4-5由表查得平键截面b*h=12mm*8m,键槽长度36mm,同时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，选择齿轮轮毂与轴的配合为7/h6;同样半联轴器与轴的连接选用平键mm*7mm*36mm,半联轴器与轴的配合为7/k6，滚动轴承与轴的周向配合是由过渡配合来保证的，此处选用轴的直径尺寸公差为m6。104.4 润滑与密封及箱体尺寸4.4.1润滑与密封1、齿轮的润滑采用浸油润滑，由于低速级周向速度为，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径，取为35mm。2、滚动轴承的润滑由于轴承周向速度为，所以宜开设油沟、飞溅润滑。3、润滑油的选择齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。4、密封方法的选取选用凸缘式端盖易于调整，采用闷盖安装骨架式旋转轴唇型密封圈实现密封。密封圈型号按所装配轴的直径确定为（F）B25-42-7-ACM，（F）B70-90-10-ACM。轴承盖结构尺寸按用其定位的轴承的外径决定。4.4.2箱体尺寸: 箱体壁厚箱盖壁厚箱座凸缘厚度b=12mm箱盖凸缘厚度b1=12mm箱座底凸缘厚度b2=20mm5 带传动的设计5.1带传动同步带传动综合了带传动和链传动的优点。同步带通常是以钢丝绳或玻璃纤维等为抗拉层、氯丁橡胶或聚氨酯橡胶为基体、工作面上带齿的环状带。工作时，带的凸齿与带轮外缘上的齿槽进行啮合传动。由于抗拉层承载后变形小，能保持同步带的周节不变，故带与带轮之间没有相对滑动，从而保证了同步传动。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-2080，v50m/s，P300kw,i0.07d，取h=5mm,则轴环处的直径=20mm。轴环宽度b1.4h,取=26mm。即套筒轮毂宽度加上轴承宽度，则=26mm。(4) 轴承端盖的总宽度为14.5mm（由轴承端盖的结构设计而定）。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求，取端盖的外端面与半联轴器右端面间的距离=15.5mm ，故取=30mm；=30mm；针轮的宽度为10mm，为了安装定位，所以=8mm。至此，已初步确定了轴的各段直径和长度。5.4.3轴上零件的周向定位带轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按由手册查得平键截面bh=87(GB1095-79)，键槽用键槽铣刀加工，长为8mm(标准键长见 GB1096-79),同时为了保证齿轮轮毂与轴的配合为H7/n6；同样，半联轴器与轴的联接，选用平键为4415，半联轴器与轴的配合为H7/n6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处选轴的直径尺寸公差为m6。针轮与轴的连接采用的是半圆头平键444。确定轴上圆角和倒角尺寸。取轴端倒角为145，各轴肩处的圆角半径R=1mm。14图5-5 轴的尺寸6 控制部分的设计6.1 PLC的分类现代社会要求制作业对市场需求作出迅速的反应，生产出小批量、多品种、多规格、低成本和高质量的产品，为满足这一要求，生产设备和自动生产线的控制系统必须有极高的可靠性和灵活性，PLC正是顺应这一要求出现的，他是以微处理器为基础的通用控制装置。PLC的应用面光、功能强大、使用方便，已经广范的应用在各种机械设备和生产过程的自动化系统中。因此该课题的控制部分由PLC来实现。在全世界上百个PLC制造厂中，有几家举足轻重的公司。他们是德国的西门子（SIMENS），美国罗克韦尔（Rockwell）自动化公司所属的A-B公司，GE-Fanuc公司，法国的施耐德（Schneider）公司，日本的三菱（MITSUBISHI）公司和欧姆龙（OMRON）公司。我国有不少厂家研制和生产PLC，但是还没有出现有较大影响力和较大市场占有率的品牌，目前我国使用的PLC基本上是国外品牌的产品。PLC采用了典型的计算机结构，主要包括CPU、RAM、ROM和输入/输出接口电路等。如果把PLC看作一个系统，该系统由输入变量-PLC-输出变量组成，外部的各种开关信号、模拟信号、传感器检测的信号均作为PLC的输入变量，它们经PLC外部端子输入到内部寄存器中，经PLC内部逻辑运算或其它各种运算、处理后送到输出端子，它们是PLC的输出变量，由这些输出变量对外围设备进行各种控制。6.2 S7-200的选择S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。S7-200系列出色表现在以下几个方面： 极高的可靠性 、极丰富的指令集 、易于掌握 、便捷的操作、丰富的内置集成功能、实时特性、强劲的通讯能力、丰富的扩展模块 S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。S7-200系列PLC可提供4个不同的基本型号的8种CPU供您使用。S7-200 PLC是超小型化的PLC，它适用于各行各业，各种场合中的自动检测、监测及控制等。S7-200 PLC的强大功能使其无论单机运行，或连成网络都能实现复杂的控制功能。本课题是设计要求定位准确，传输稳定尽量能在各种电子原件生产流程中配套使用，维护、安装方便,工作可靠,使用安全，总成本低廉，因此该设计的自动化控制部分由S7-200来实现。156.3 PLC的自动化控制通常情况下，步进电机驱动系统由控制电路、驱动电路、步进电机三部分构成。1 控制电路。用于产生脉冲，控制电机的速度和转向。本设计中采用SIMATIC S7-200 CPU-214 PLC作为控制核心部件。S7-200PLC的CPU214有两个脉冲输出，可以用来产生控制步进电机驱动器的脉冲，S7-200PLC完全能够实现控制要求。S7-200CPU本体已含有高速脉冲输出功能，CPU脉冲输出频率达20KHz-100 KHz，可以用来驱动步进电机或伺服电机，再由电机直接驱动负载主轴旋转，完成控制工艺所要求的动作。2 驱动电路。由脉冲信号分配和功率细分驱动电路组成。根据控制器输入的脉冲和方向信号，为步进电机各绕组提供正确的通电顺序，以及电机需要的高电压、大电流；同时提供各种保护措施，如过流、过热等保护。功率驱动器将控制脉冲按照设定的模式转换成步进电机线圈的电流，产生旋转磁场，使得转子只能按固定的步数来改变
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