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专 业 课 程 设 计 指 导 书 专 业： 机械工程专业方向： 机械制造及其自动化机电学院机械工程系 年12月目 录第一部分 机床主传动系统设计1第一章 概述1第二章 机械制造装备课程设计的方法步骤和要求321 分析研究题目、进行运动设计322 主要零件的计算与初算423 结构设计绘制部件装配草图724 验算主要零件825 绘制正式部件装配图1326 装配图的尺寸标注1427 整理设计内容，编写设计计算说明书16附 录18第二部分 数控工作台机械部分设计22第一章 概述22第二章 工作台结构及参数设计24第三章 步进电机的选择28参考资料30设计说明书书写要求3132第一部分 机床主传动系统设计第一章 概述一. 机械制造装备课程设计的目的机械制造装备课程设计是在学生学完机械制造装备设计课及其它先行课程之后进行的实践性教学环节，是学生进行设计工作的基本训练。目的在于：1、 通过机床主传动系统的机械变速机构设计，使学生树立正确的设计思想和掌握机床设计的基本方法；2、 巩固和加深所学理论知识，扩大知识面，并运用所学理论分析和解决设计工作中的具体问题；3、 通过机械制造装备课程设计，使学生在拟订机床主传动机构、机床的构造设计、各种方案的设计、零件的计算、编写技术文件和设计思想的表达等方面，得到综合性的基本训练；4、 熟悉有关标准、手册和参考资料的运用，以培养具有初步的结构分析和结构设计计算的能力。二、机械制造装备课程设计的内容和工作量为满足教学要求，达到上述目的，机械制造装备课程设计的题目一般拟订为通用机床主传动系统的变速箱部件设计。学生应在规定时间内，独立完成下列计算工作量：1、运动设计 学生根据设计任务书所给定的参数和设计要求，在明确所设计机床用途及主要技术性能的基础上，拟订结构网、转速图，确定齿轮齿数，并核算主轴转速误差，画出传动系统图。2、动力设计 根据给定电动机功率，计算主要零件的尺寸，选择材料，验算主要传动件的应力、变形以及寿命等，是否在允许的范围内。3、机构设计 将运动设计所确定的机床主传动系统（其中包括传动轴系、变速机构、主轴组件、换向、制动、操纵机构、润滑密封等）布置在展开图和截面图内，一般要完成零号图纸1张。4、 编写设计计算说明书一份。详细的设计内容和工作量可见和指导教师的具体布置。 三、机械制造装备课程设计的方法步骤和要求（略，详见本指导书第二章。）四、学时分配、计划进度安排 本次课程设计集中安排三周。根据设计工作程度及对学生的要求，计划进度大致安排如下： 1、理解题目，阅读 指导书 ，拟订总体方案，进行运动设计 2天 2、动力设计主要零件的计算和初算 5天 3、结构设计绘制装配草图 2天 4、验算主要零件 1天 5、绘制正式装配图 2天 6、整理、编写设计计算说明书 2天 7、答辩 五、机械制造装备课程设计成绩考核机械制造装备课程设计结束后，由教研室指派有关教师对学生课程设计进行全面考核，重点考核以下几个方面：1、 工作态度、设计中的表现；2、 刻苦钻研精神，独立工作能力，综合运用所学知识能力；3、 设计图纸和说明书质量；4、 答辩时回答问题情况。综合以上情况，评定学生课程设计成绩。成绩分优、良、中、及格、不及格五级。 第二章 机械制造装备课程设计的方法步骤和要求21 分析研究题目、进行运动设计一理解题目学生在接受机械制造装备课程设计题目之后，应仔细阅读机械制造装备课程设计任务书，了解机课程设计的目的、内容、设计步骤和要求。然后在教师指导下开展设计工作。要理解给定的题目，对设计参数进行分析、研究；明确所设计机床的用途和主要技术性能。二拟订主传动系统总体结构方案根据设计题目中所提出的要求及所设计机床的用途，主要技术性能，并参考同类型机床，拟定主传动系统总体结构方案（及其理由），大致包括：传动形式、变速方式、换向及开停机构、制动机构、润滑装置,操纵机构的选择;变速箱的安装定位方式的选择;电机轴与第轴的联接方式等等.三运动设计关于运动参数,已经统一给定,学生不必花费太多时间去研究,但应该明确参数中 的极限转速值nmin和nmax的确定方法,变速级数Z、 值的大小对机床性能的影响,根据给定的运动参数,完成下列工作:1、依据给定参数(nmin、 nmax、Z、),查表确定主轴的各级标准转速,有时要考虑混合公比。2、列出各种结构和结构网,根据有关原则,通过分析,比较,确定其中最佳方案。3、设计转速图,根据拟订转速图的原则,确定速比的绝对值,画出转速图。4、确定齿轮齿数,用计算或查表法确定齿轮齿数.在确定齿数和Sz时应注意:1）控制齿数和Sz =70100,Szmax 120,最小齿轮齿数Zmin 18 20;2）小齿轮齿根和孔壁或键槽处的壁厚a(1.52) m,或Zmin6.5+2T/m,m为齿轮模数,T轴线到键槽的高度.3）保证两轴承孔之间有一定的壁厚a23 m,或Sz2 (D1+D2)/2+a /m,D1,D2分别为相邻两轴承外径. 4) 应保证轴间有足够的中心距,使车床:轴上齿轮不碰轴上摩檫离合器,铣床:不碰电磁制动器.5) 在三联滑移齿轮块中,最大齿轮齿数与其相邻大齿轮齿数之差应4,以保证滑动时顺利通过,不碰撞。6） 选齿数较大的一个作公用齿轮.齿轮齿数确定后,标注在转速图中相应的传动副连线上。5、核算主轴转速误差,齿轮齿数确定后,主轴的各级实际转速即确定,它与主轴的标准转速总会产生一定的误差,应进行核算。误差一般不应该超过10(-1)%,即应满足:n实n标/ n标10(1)%一般将转速误差的核算列成如下的表格形式:计算式n实n标误差允许值10(1)%结论6、绘制传动系统图1）轴,齿轮,离合器,制动器的排列位置,编号应与将要绘制的展开图相一致。2）标写出电动机的型号、功率、转速、皮带轮直径D1、D2;皮带根数要画上;标写轴号、齿轮的齿数模数。3） 展开图的轮廓线、传动件和执行件的画法要符合制图标准规定。22 主要零件的计算与初算 初步计算主要零件的目的,是为了大致确定传动件零件的主要尺寸,如皮带轮直径,齿轮模数,传动轴直径和主轴轴径等,以便绘制主轴箱的轴系展开图。一. 皮带设计皮带设计的已知条件是:电机功率Nd,转速比i,电机转速nd,计算带轮直径D1、D2,皮带的型号,根数Z，压轴力Q等。设计原则是不打滑,有足够的寿命,传递最大功率,具体设计方法步骤可参阅1p68表5.24, p71表5.210。二齿轮模数的初算在计算齿轮模数和传动轴直径时需要用到其计算转速nj和传递功率Ni,因此应先将各种传动轴和有关齿轮的计算转速nj和各传动轴所传递的功率Ni确定下来,以备计算中使用。1) 只算定比、各变速组中小齿轮的模数。2) 选定标准模数,考虑种类少一些,取一种或两种。首先确定主轴的计算转速,再根据主轴的计算转速图上查取各传动轴和各齿轮的计算转速。各轴和齿轮传递的功率Ni=N总 , 总由电机到该传动件各传动副的效率相乘,但不乘入该轴承的效率。效率值见1p4表5.15。一般同一变速组中的齿轮取同一模数,选择负荷最重的小齿轮按简化的接触疲劳强度公式进行初算:式中:mj按接触疲劳强度计算的齿轮模数, mm Nd驱动电机功率, Kw nj计算齿轮的计算转速, rpm i大齿轮齿数与小齿轮齿数之比,i1;Z1小齿轮齿数;m齿宽系数; m=/ (B为齿宽,m为模数)一般m = 610;j许用接触应力,当 45#调质(T235) j =600Mpa (N/mm2) 45#整体淬火(C42) 1100 (N/mm2) 45#高频淬火(G54) 1370 (N/mm2) 40Cr调质(T265) 650 (N/mm2) 40Cr整体淬火(C48) 1250 (N/mm2) 40Cr高频淬火(G52) 1370 (N/mm2)齿轮模数初算后,根据齿轮精度等级所允许的线速度(见1p225表5.452),要核算高速传动齿轮的线速度( )是否超过允许值。三.传动轴直径的初算 传动轴的直径可按下列扭转刚度公式进行计算:或 式中: d危险断面处轴的直径,当有一个键槽时,可增大45%,当有两个键槽时,可增大710% ;花键轴内径可减小7%,计算后要圆整到标准直径系列,花键轴系列标准见1P554表5.817; Tn该轴传递的额定扭矩, N.mm ； Ni该轴传递的功率,Kw nj该轴的计算转速,rpm 该轴每米长度上允许的扭转角; 一般传动轴=0.51; 要求较高的轴 0.10.5o 要求较低的轴 1.52o计算传动轴直径时,尺寸相接近的尽量取一致,以便于加工轴和孔,统一刀具和量具。一般将计算结果列成表格形式,如:轴号Ninjd初d取 花键轴尺寸 备注四. 主轴轴径的确定对通用机床的主轴尺寸参数多由结构上的需要而定,故主轴前轴颈的尺寸按下表所列的统计数据确定。通用机床主轴前轴颈尺寸(mm)机床 主轴的驱动功率(KW)2.84车床70907010595130铣床6090609075100普通车床主轴前轴颈的直径D1,后轴颈的直径D2及内孔直径d可按统计公式酌定:D1=0.2Dmax15 (mm)D2=(0.70.85)D1 (mm)d=0.1Dmax10 (mm)式中: Dmax最大加工直径,(mm) 由于初步计算是在绘制装配图之前进行,零件的尺寸、形状和位置尚未确定,在绘制正式装配图过程中变化也比较大。因此,各零件尺寸的初算,不详细计算,待装配图绘制之后,还需仔细验算。所以,零件尺寸的初算不用花费过多时间,但齿轮模数计算一定要正确,必要时可以结合类比法确定。23 结构设计绘制部件装配草图 绘制部件装配草图的目的,是大致确定变速箱部件中各主要传动件(如齿轮、轴、轴承、离合器和箱体等)的轮廓尺寸、形状和相对尺寸等。部件装配草图是在主要零件尺寸初算的基础上绘制的,又是作为校核验算零件尺寸的依据、草图绘制不必过分细致,但部件中各主要零件要全,尺寸要准确,布局要合理。 装配草图的设计依据是已确定的主传动系统总体结构方案;传动系统图;零件的计算与初算;参考同类型机床的装配图。一般绘制成1:1的展开图一张,M1:2的截面图一张(主要用于表示轴的空间位置和部分操纵机构)。部件装配草图的画法,可以参考同类型机床的装配图,布置齿轮的轴向位置,研究齿轮的排列方式.如果需要限制轴向尺寸,可采用公用齿轮或齿轮交替布置,或增加定比传动机构。要注意滑移齿轮要有足够的轴向空间,保证滑移齿轮完全脱开后,才进入新的啮合。传动轴及轴上零件的轴向定位方式要简单可靠,又要便于装拆和调整等。根据主轴组件设计的理论知识,参考结构图册或同类型机床的结构,选择合理的主轴组件的结构,包括轴承类型、配置与调整、主轴前端结构(可参考附录3) 、主轴的轴向定位方式等。考虑问题要全面,除传动机构、变速机构外,尚须注意离合器、制动器、操纵机构和润滑密封装置等,都要统盘考虑,选择的形式、布局等要结合截面(或剖视)图,注意空间位置是否会干涉或与移动件相碰撞。草图绘制完毕后,要请指导教师审阅。24 验算主要零件 根据部件装配图所确定的零件尺寸和各零件间的相互位置关系,分析其受力状态,作用力的大小、方向和着力点位置等,对主要零件进行比较精确的验算。为了节省时间减少重复的计算工作,可由指导教师指定验算的零件和验算内容。但学生应明确这些零件一般都是工作情况严重、支承载荷较大。验算时要着重掌握对问题的分析和计算的方法。当验算结果不能满足性能要求时,可以改变零件材料、热处理方法或修改部分结构,甚至有时要改变原设计方案。一.齿轮模数验算一般按接触疲劳强度和弯曲疲劳强度验算,选取某轴上承受载核最大的齿轮,即同材料、同模数齿轮中齿数最少、齿宽最小的齿轮进行验算。验算的已知条件为一对啮合的齿轮齿数Z1、Z2,模数m,齿轮传递的功率N,齿轮的精度等级(如88 7 GB/T10095.12001),齿轮材料为45或40Cr,进行高频淬火G52,转速图。其验算公式为1P258表5.482,表5.483;、 按接触疲劳强度验算、 按弯曲疲劳强度验算 式中 ，、0分别为按接触疲劳强度和按弯曲疲劳强度计算所允许传递的最大功率，Kw；、0分别为在基本条件下，按接触疲劳强度和按弯曲疲劳强度计算的Z1、m所允许传递的功率，Kw；0由1P254表5.480查取；0由1P254表5.481查取。这里基本条件是指：（1）齿轮材料为45钢，调质T235; (2) 非变位直齿圆柱齿轮； （3）齿数之比i=1; (4) 10 （5）小齿轮的计算转数n=1000rpm; (6) 加工装配精确； （7） 寿命系数 。凡不符合上述基本条件者，在实际使用时 ，就要按上述两公式，通过相应的系数进行折算。i大齿轮与小齿轮齿数之比， 尺宽系数 nj该齿轮的计算转数，rpm; K材料的弹性模量，由1P259表5.484；Kcj、Kcw分别为材料的接触和弯曲性能系数，由1P259表5.484。 K1载荷集中系数，由1P259表5.487。 K2动载荷系数，由1P260表5.487。 Ksj、Ksw寿命系数，决定因素较多，计算比较复杂，详见1P259(7)。经计算，在此给定：（车床）（铣床） 啮合角影响系数，非变位齿轮 Ksw0.85啮合角影响系数，非变位齿轮；齿形系数，非变位外啮合直齿圆柱齿轮； N齿轮实际传递的功率，Kw。二传动轴刚度验算选择一根受载最重的传动轴（一般是主轴前一根传动轴，或指导教师制定），核算其装齿轮处产生的挠度y和装轴承处产生的倾角、为什么要进行传动轴刚度的核算？（略，详见1P351：六），验算步骤如下：1.计算轴的平均直径，画出计算简图 机床上等径轴较少，当轴的直径相差不大时，可把轴看作等径轴，采用平均直径（各直径之和除以直径数）来进行计算，即阶梯轴 d平花键轴 d平（d外d内）/2一般常将轴简化为集中载荷下的简支梁，选择该轴上转速最低，受力最大的大齿轮（被动）传入该轴，选择该轴上最小的齿轮（主动）传出，这两个齿轮处的受力为载荷点进行计算。其受力简图为图一。2.计算该轴传递的扭矩Tn; 式中 Ni该轴传递的功率，Kw; nj该轴的计算转速，rpm;3.求作用在装齿轮处B点的力切向力 径向力 式中，d齿轮的分度圆直径，d=mZ;压力角，标准齿轮200 ；摩擦角，4.求作用在装齿轮处C点的力若传入轴、该轴、传出轴三根轴在空间位置的轴心连线夹角小于150 ，可以认为三轴心在同一直线上（如铣床），按照上面求B点力的方法，求出C点力即可。若三轴心不在同一直线上（夹角大于150时）需进行坐标转换，将后一对齿轮（C点）啮合力（、）投影到前一个坐标（关于X、Y的坐标）之后，在进行挠度计算，车床大都属于这种情况。如下图所示：5.计算装齿轮处的挠度应用1P255表5.816公式，由表5.817中查取轴的惯性矩I，E=2.1100kgf/cm2 2.1103N/mm2,在计算中要注意单位的统一，以防出现差错，力的单位用N，长度单位用mm。另外在应用表5.816中公式进行计算时一定要注意计算简图中a、b、x值的相应改变。一般将计算结果列成表格形式（表中给出所有公式）：第（ ）轴装齿轮B、C处挠度计算位置坐标方向由作用在B点的力产生的挠度由作用在C点的力产生的挠度各坐标迭加合成挠度y允许值y结论BX载荷点公式XBB任意点a段内公式XBCXB= XBB XBCyB=(XB2YB2)0.5表5.814合格YYBBYBCYB= YBB YBCCX任意点b段内公式XCB载荷点公式XCCXC= XCB XCCyC=(XC2YC2)0.5表5.814否YYCBYCCYC= YCB YCC第（ ）轴装轴承处(A、D)的倾角计算位置坐标方向由作用在B点的力产生的倾角由作用在C点的力产生的倾角各坐标迭加合成倾角允许值结论AX左支承公式XB左支承公式XCXA =XB XCA=(XA2YA2)0.5表5.814合格YYBYCYA =YB YCDX右支承公式XB右支承公式XCXD =XB YCD=(XD2YD2)0.5表5.814否YYBYCYD =YB YC6.计算轴承处的倾角应用表5.8-16公式进行计算，在计算中同样应注意计算简图中a、b值相应改变。一般将计算结果列成表格形式（表中给出所用公式见P18表格）。三、轴承寿命验算轴承受循环接触应力后产生疲劳剥落（龟裂），多长时间才能剥落，即寿命。寿命是指轴承的内圈、外圈、滚动体三者中。其一出现疲劳剥落即为到寿命，寿命以小时（h）数表示之。应满足 LhT式中，Lh额定寿命。hT工作期限，hT的确定机床大修期为8年，每年工作300天，按每天2班制，每班8小时，则总时数为 83102838000h实际机动时间为1050，则 T30000（0.40.5）1500020000h通常为设计方便，更换不难，取T=10000h即可额定寿命的计算 式中，n轴承（即轴）的计算转速，rpm; 寿命指数，球轴承3，滚子轴承10/3； C额定动负荷，N，查1P670,十四； P当量动负荷，N, P=XFr+YFa式中，Fr径向负荷，N,由求支反力解出； Fa轴向负荷，N； X径向系数，由1P584表5.918； Y轴向系数，由1P584表5.918；轴承寿命是个统计数，大多数（90以上）轴承的实际寿命比它的统计寿命长，如验算结果额定寿命达不到工作期限（相差不太大时），仍可使用，采用提前一、二年更换的办法亦可。25 绘制正式部件装配图根据草图验算的结果进行必要的修改，把该表示出来的零件清晰正确地绘制在正式装配图上。绘制正式装配图时机械制造装备课程设计的重要阶段，是前阶段的工作总结，是设计思想的表达。部件装配图包括展开图和剖面图：一、设计部件装配图时，学生应对下列问题进行全面分析和比较1、选用零件类型、结构、主要尺寸、材料、热处理和该零件在部件中的固定方法等。这些零件包括：齿轮、轴承、离合器、制动器、换向机构、润滑密封装置、各类轴、轴套和箱体等。2、确定部件中各零件的位置、相对位置关系及主要尺寸（定位尺寸、移动件的行程极限位置尺寸、主要配合尺寸等）、联接方法、配合性质以及滚动轴承预紧及其精度选择等。3、零件设计应尽可能遵守标准化、通用化的原则，凡是能用标准件的一定采用标准件，如螺钉、螺帽、轴承、键、垫圈、弹簧、挡圈、销钉、法兰盘等。4、要注意变速箱部件在机床上的定位，安装方法及其加工基面；各传动轴的轴向定位及其间隙调整方法；运动件的润滑及其润滑系统设计；主轴组件的轴向定位、间隙调整、润滑方式；皮带轮的卸载装置；摩擦离合器的调整、受力分析和设计原则等。二、绘制装配图的方法步骤1、在画装配图之前，按部件装配草图的轮廓和结构布置，要统盘考虑全面安排，土面布局要匀称。一般采用1：1的比例，必要时可放大或缩小。然后按传动轴的先后顺序，画出各轴心线的距离，以及各传动轴上的齿轮位置。2、绘制展开图时要结合剖面图，要结合考虑操纵机构、各轴的空间位置、制动器、换向机构等。当然操纵机构等在总布置前应确定方案，由于时间关系，在课程设计中，操纵机构根据情况由指导教师研究确定其形式，学生不必花过多的时间。零件的位置及其相互关系，一般由装配图的“内部向外”画，同时又要考虑装配图的外观轮廓由“外向里”排列。车床主轴箱长、宽、高尺寸比例以6：5：4为宜。3、适当考虑加工工艺性，要注意部件装配工艺的可能性，特别是主轴和其它较长的传动轴。有时就是由于零件的结构工艺性不好或零件组装时无法安装，不得不改变原设计方案。还要注意有调整间隙的组件（如滚动轴承、摩擦离合器和制动器等）要调整方便，易损件容易更换等。4、部件装配图的底图（或微机草图）绘制完成后，应请指导教师审核，方可加深（或出图）。26 装配图的尺寸标注由于设计时间所限，并减少重复工作，在对装配图进行尺寸标注时，可根据指导教师的要求，选择一些尺寸进行标注。这些尺寸大体包括：部件的外形尺寸；性能尺寸；主要联系尺寸；移动件的极限位置尺寸；主要零件间的配合尺寸等，现分别叙述如下：一主要尺寸标注1、外形尺寸：主轴箱部件长、宽、高尺寸；2、性能尺寸：车床主轴中心高HD/2（25）；3、主要联系尺寸：1） 车床主轴中心线和床身对称线距离一般为912;2） 车床中心至主轴箱前面的距离；3） 车床主轴前端锥孔按标准莫氏锥度；4） 铣床主轴中心线至横梁底面距离150；5） 铣床主轴前锥孔锥度7：24，主轴前端外径和孔径为：外径 101.6h5，孔径 57.15外径 88.882h5,孔径 44.456)主轴或一根传动轴的轴向尺寸(成链)4、移动件的轴向位置尺寸：1） 滑移齿轮的极限位置尺寸；2） 拨叉极限摆角（铣床）。5、中心距尺寸：公差按标准侧隙，由1P236表5.460。二主要配合尺寸的标注1、 主轴（滚动）轴承配合：1）三支承的主轴主件车床：前支承（D3182100型）外环与孔配合K6， 中间支承 外环与孔J6，内环与轴径K5， 后支承 外环与孔J7，内环与轴径K6铣床：前支承 外环与孔K6，内环与轴径n6, 中间支承 外环与孔K6，内环与轴径js6, 后支承 外环与孔J7，内环与轴径js6.2)双支承的主轴组件 车床：前支承（D3182100型）外环与孔K7， 后支承 外环与孔J6，内环与轴径k5。2、 传动轴承配合：外环与箱体孔J7，内环与轴径k6。3、 花键轴的配合（例如）：1)、滑动：638H7/f732H12b1212D9f92）、固定：638H12b1212D9f94、 用键传递扭矩时，轴与孔的配合，如80H7/k65、 滑块与拨叉的配合，如12H9/f9三装配图中零件的标注方法对上述尺寸进行标注之后，应对全部基本件进行编号。标准件、通用件和借用件，可只标注其标准代号、规格和数量，而不编排其序号和代号。在编号、标注时应注意以下几点：对上述尺寸进行标注之后，应对全部基本件进行编号。标准件、通用件和借用件，可只标注其标准代号、规格和数量，而不编排其序号或代号。在编号、标注时应注意以下几点：1、 专用件、标准件要分开标注；2、 件号按顺序（逆）时针方向依次标注；3、 件号引线不能交叉。最后画出标题栏和零件明细表（明细表可附在说明书中）。 27 整理设计内容，编写设计计算说明书部件装配图加深之后，仍须对全部设计图纸进行全面仔细检查，如果发现有错误或遗漏，要及时修改或补充。机床课程设计计算说明书，是在整个设计过程中逐步积累而成，平时要注意对计算草稿、方案选取理由、公式系数查找资料的出处、要及时整理记录下来，以免在整理说明书时，重新查找，设计完成后，只是最后稍加整理、修改和编写未完成部分，最后装订成册，附上机床传动系统图和零件明细表。说明书的编写要仔细认真，叙述清楚，说明简练、文理通顺、书写工整，字数在8千1万字左右，一般不应少于20页。在编写时，具体格式顺序要求大致如下： 第1页 目录 第2页 机床课程设计任务书 第3页 设计计算内容说明包括：一、 机床用途及主要技术性能二、 变速箱总体结构方案的拟定三、 运动设计四、 主要零件的设计与计算五、 结构设计因结构设计的主要内容是反映在装配图中，在此可主要说明以下方面的内容：1、箱体长、宽、高轮廓尺寸及有关零件间相互位置尺寸的确定与计算。2、对操纵机构的设计说明：1) 车床应验算在单边拨动时，是否满足不自锁的条件；2) 铣床操纵机构草图的有关计算和说明，包括：a） 转速排列表及对应的转速图；b） 操纵原理图（杠杆比）；c） 凸轮草图。3) 轴转速标牌（列表说明）4) 在结构设计方面其它需要说明的问题等。六、 主要零件验算七、 本设计优缺点分析及改进意见八、 零件明细表1、专用件明细表件 号名 称件 数材 料备 注2、标准件明细表规格代号名称件数标准号备注 九. 主要参考资料1 机床设计手册（2上）2 金属切削机床设计3 金属切削机床概论4 机械零件设计手册5 机床设计图册6 CA6140主轴箱装配图X62W主传动系统装配图附 录1、 标准锥度 锥度K为锥体上两横剖面与两剖面之间长度之比直径之比: K（Dd）/l2tg锥角2的一半称为圆锥斜角常用的专用标准锥度锥角K圆锥角2圆锥斜角标 记1：41：41:121:121:151 ;151:201:207:247: 24 2、 莫氏锥度莫氏锥度号大端名义直径锥度圆锥角2431.2671：19.2540.05194544.3991：190020.05263663.348 1：19.1800.052143、主轴端部件标准尺寸卡口型主轴端部的互换性尺寸国际标准 I S 7021975机床主轴端部与花盘互换性尺寸第三部分;卡口型1) 应用范围本国际标准规定了卡口型车床主轴部和相应花盘的互换性尺寸。ISO 702/III1975号数尺寸34568111520D53.97563.51382.563106.375139.719196.869285.775412.775公差0.008 00.008 0 0.010 00.010 00.012 00.014 00.016 00.620 0D7585104.8133.4171.4235330.2463.6D102112135170220290400540d2121212329364343DH8/h814.2515.919.0523.828.634.941.3d8.410.510.51313d10.410.410.413.516.516.51919E1111131416181921F1620222528354248G5556888H1010101112131515W0.30.3注：未注公差的尺寸的一般公差：0.4mm注：“A”型和“凸轮锁紧”型分别见第一部分和第二部分。2）互换性尺寸2.1 主轴端部铣床主轴端部（内孔锥度7：24）尺寸ISO 推荐标准 R 297 7：24 刀柄锥度1) 序言 下列表格涉及了一些7：24锥度，一方面涉及主轴端部。另一方面涉及刀柄。这种锥度主要是为了铣床主轴端部和相应的刀柄设计，因此，希望制定一个更全面的关于“带7：24锥度的铣床主轴端部”的ISO推荐标准。2）互换性 在螺纹方面，根据螺纹的型式（具有标准螺纹的公制螺纹M或统一标准粗牙螺纹UNC），本ISO推荐标准规定了两种完全不同型式的产品。 为了区别这两种型式，在零件上应打上相应的螺纹标记。每个国家的标准组织可在其国家标准中任意采用其中一种螺纹型式。 以公制尺寸或英制尺寸制造的产品，其他尺寸虽然不完全相同，但完全是可互换的。如果在国家标准中规定验收条件，则应明确规定是按英制尺寸还是按公制尺寸验收产品。3） 主轴端部7：24锥度附录43 铣床主轴端部尺寸（内孔锥度7：24）主轴端部（内孔锥度7：24）尺寸 mm名称N0.30N0.40N0.45N0.50N0.55N0.60D 31.75044045057.15069.85088.900107D h69.93288.882101.6128.570152.4221d H1217.425.332.439.650.460d min171721272735L min 73100120140178220g M12M12M12M16M20M20a min12.51618192538f 5466.780101.6120.6177m min 12.51618192538n max889.512.512.5120/2 min16.52330364861B 15.915.91925.425.425c min889.512.512.512k max16.519.519.526.526.545Z 0.40.40V 0.030.030.030.040.040注： D1基本尺寸。 g1螺纹直径，或者是具有标准螺距的公制螺纹M，或者是明确标明的统一标准粗牙螺纹U（以时为单位的尺寸）。在每种情况下，零件上都应打上适当的M或UNC标记。 紧固刀具用螺孔的位置公差（从理论位置上最大径向偏移）。N0.30、N0.40和N0. 0.75mm；N0.50、N0.55和N0.60为0.100。 拨块在其槽内的装配用M6/h5配合。V表示拨块b1的允许偏心距：即拨块中心平面与主部轴心线的距离。 e)z1=从与定位面相重合的公称位置至量规夹面D1位置的最大允许，允许在定位面两频。第二部分 数控工作台机械部分设计第一章 概述一、课程设计的目的 本课程设计的目的在于培养学生对典型机电一体化产品机械结构的设计能力和对机电伺服系统的设计能力,在学习有关专业课程设计的基础上,进行机电系统设计的初等训练,掌握手册、标准、规范等资料的使用方法,培养分析问题和解决问题的能力,为以后的毕业设计打下良好的基础.二、任务书1. 设计题目:XY双坐标联动数控工作台设计2. 技术数据按有关技术数据分组如下:组号工作台长 宽 (mm)工作台工作重量 ( N )139029018002400300200034103102300442032025005430330280064403003000745031033008420330350094303504000104004005000工作台行程: X=60100mmY=5080mm脉冲当量:0.050.08mm/P3. 设计要求1) 工作台进给运动采用滚珠丝杠螺旋传动.2) 滚珠丝杠支承方式:双推简支型.3) 驱动电机为反应式步进电机.4) 步进电机与滚珠丝杠间采用齿轮降速,要求消除齿轮传动间隙.4. 工作量1) 零号装配图一张.2) 设计说明书20页以上.三、设计进度安排 本课程设计进行一周,学时分配及进度安排如下:1. 理解题目:拟定总体方案,进行运动设计、动力设计、零件的计算及初算.（2天)2. 结构设计草图、编写设计计算书.(1天)3. 画正式图、标注尺寸、配合、件号.(1天)4. 答辩.(1天)四、成绩考核方法对参加课程设计的学生进行全面考核,重点考核以下四个方面:1. 设计图纸、说明书的质量.2. 独立工作能力、综合运用知识的能力.3. 平时的工作态度、设计中的表现.4. 答辩时回答问题情况.最后成绩由答辩小组综合以上情况给出,分优、良、中、及格、不及格五个等级.第二章 工作台结构及参数设计一、总体结构数控工作台采用由步进电机驱动的开环控制结构,其单向驱动系统结构简图如图所示:实际设计的工作台为X、Y双坐标联动工作台,工作台是由上拖板、中拖板、下拖板及导轨、滚珠丝杠等组成.其中下拖板与床身固联,它上面固定X向导轨,中拖板在下拖板的导轨上横向运动,其上固定Y向导轨,上拖板与工作台固联,在Y向导轨上移动.X、Y导轨方向互相垂直。.二、滚珠丝杠设计滚珠螺旋传动按滚动体循环方式分为外循环和内循环两类,其中应用较广的是插管式和螺旋槽式,它们各有特点,其轴向间隙的调整方法主要有垫片调隙式和螺纹调隙式,具体的实现方法可参考教材有关章节。滚珠丝杠传动副多为专业厂家生产,一般用户设计时只负责选用,在选用时主要验算其额定动载荷和临界转速,丝杠较长时还应进行压杆稳定性验算。1. 计算动载荷 （N）式中: 载荷系数 见表1硬度系数 见表2 轴向工作载荷 (N) L额定寿命 L=60nT/ n丝杠转速 (r/min)T使用寿命 (h) 见表3 表1 表2 载荷性质平稳或轻度冲击11.2轻度冲击1.21.5 较大冲击、振动1.52.5实际硬度HRC551.1501.56452 .4403.85表3类别普通机械普通机床数控、精密机械T(h)50001000010000150002. 计算临界转速 （r/min）式中 临界转速系数 见表4 长度系数 见表4 丝杠内径 (m)丝杠工作长度 (m) 表 4支承方式系数双推自由双推简支两端固定 1.883.934.73 20.67 3. 压杆稳定性计算 （N）式中 临界载荷E材料弹性模量 对于钢,E=2.06 丝杠危险截面惯性矩() 三、滚动导轨导轨是工作台系统的重要组成部分,由于滚动导轨具有定位精度高、低速无爬行、移动轻便等显著优点,故本工作台系统设计选用滚动导轨.滚动导轨应用最广的是滚珠导轨,按滚珠的循环方式分类,滚珠导轨又可分为滚珠不循环式和可循环式.在专业厂家生产的标准化滚动导轨中,都为滚动体可循环式,本次导轨设计的主要任务是根据负载情况选用标准化滚动导轨,在选用过程中,主要进行额定载荷验算.1. 计算行程长度寿命 TsTs=2Lsn60 /100 (km)式中 Ls工作单行程长度(m) n往复次数 (次/min) 工作时间寿命 (h) 2. 计算动载荷 =式中 F作用在滑座上的载荷 (N)滑座个数寿命系数 一般取K=50km温度系数 见表5接触系数 见表6硬度系数 见表7负载系数 见表8 表5 工作温度（0C）10011001500.91502000.72002500.6表6每根导轨上滑块数1120.8130.7240.66表7滚道表面硬度HRC605855535045Fh 10.980.90.710.540.38 表8工作条件fw无冲击、振动 V15m/min11.5较小冲击、振动V60m/min23.5第三章 步进电机的选择在选择步进电机时应主要考虑以下几个方面:a) 步距角是否适合系统脉冲当量的要求.b) 步进电机转矩是否满足要求.c) 步进电机起动频率及运行频率是否满足要求.一、步距角的确定 （度）式中 工作台脉冲当量 (mm/P)i传动系统传动比t滚珠丝杠导程 (mm)的确定应与i和t综合考虑,以满足工作台脉冲当量的要求.二、步进电机转矩校核1. 空载起动时电机轴总的负载转矩Tq Tq=Tj+Tu+To式中 1) Tj惯性转矩 Tj=J J电机轴总惯量(包括当量)起动时角加速度2)Tu工作台当量摩擦转矩 摩擦系数 传动链总效率 m工作台质量 3)To附加摩擦转矩 Fo预紧力 取为1/3轴向负载未预紧时丝杠效率,取0.92. 正常工作时电机轴总负载转矩Tg Tg=Tu+To+Tw式中 Tw负载转矩 Fw轴向负载最大值3. 电机最大静转矩Ts1) 按空载起动计算:Ts1=Tq/C其中常数C按下表选取2) 按正常工作计算:Ts2=Tg/0.30.5取 TsmaxTs1,Ts2电机相数3456运行拍数3648510612C0.50.8660.7070.7070.8090.9510.8660.866步进电机的最大静转矩应满足要求.三、频率校核 步进电机的起动频率和运行频率应根据实际情况,参考电机的矩频特性曲线进行选取.参考资料1.机电一体化设计基础 机械工业出版社 郑堤、唐可洪主编2.机床设计手册 机械工业出版社3.机械零件设计手册 机械工业出版社4.金属切削机床设计 机械工业出版社5.经济型数控机床系统设计 上海科学技术出版社6.机电一体化实用技术 上海科学技术文献出版社 设计说明书书写要求（一）正文：正文内容层次序号为：1、1.1、1.1.1。正文内容一般为：1、 选题背景：说明本课题应解决的主要问题及应达到的技术要求；简述本设计的指导思想。2、 方案论证：说明设计原理并进行方案选择，阐明为什么要选择这个设计方案以及所采用方案的特点。3、 过程（设计或实验）论述：对设计工作的详细表述。要求层次分明，表达确切。4、 结果分析：对研究过程中所获得的主要的数据、现象进行定性或定量分析，得出结论和推论。5、 结论和总结：对整个研究工作进行归纳和综合。（二）图纸要求：图面整洁，布局合理，线条粗细均匀，圆弧连接光滑，尺寸标注规范，文字注释必须使用工程字书写。提倡学生使用计算机绘图。（三）曲线图表要求：所有曲线、图表、线路图、流程图、程序框图、示意图等不准徒手画，必须按照国家规定标准和工程要求绘制（应尽可能采用计算机辅助绘图）。课程设计说明书（报告）要求文字通顺、语言流畅，无错别字，不得使用铅笔书写。按教务处印制的统一格式封皮装订。有条件的可用B5纸打印。课程设计说明书（报告）中图表、公式一律采用阿拉伯数字连续编号。图序及图名置与图的下方；表序及表名置与表的上方；说明书（报告）中的公式编号，用括号括起来写在右边行末，其间不加虚线。四象限变流器PWM双闭环控制系统的计算机仿真摘 要:介绍了使用SABER对四象限变流器PWM双闭环控制系统进行计算机仿真的一套方法,阐述了PWM双闭环控制原理,将部分仿真波形与实际试验波形进行了对比,表明仿真结果是可信的。关键词:四象限变流器;脉宽调制;控制系统;计算机仿真ComputersimulationofPWMdoubleclosed-loopcontrolsystemfor4-qconverterLIBo(RollingStockResearchInstitute,ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081,China)Abstract:AcomputersimulationmethodusingSABERforPWMdoubleclosed-loopcontrolsystemfor4-qconverterisintroduced.TheprincipleofPWMdoubleclosed-loopisdescribed.Comparisonofsomesimulationwaveformswithmeasuredtestwaveformsshowsthesimulationresultsarebelievable.Keywords:4-qconverter;PWM;controlsystem;computersimulation1 引言自从70年代产生四象限变流这种独特的交直变换拓扑结构以来,四象限变流器便作为交流传动电力机车交直交传动系统的电网侧变流器,扮演着重要角色。简言之,通过四象限变流器的控制,对电网侧,可以使电网电流波形接近于正弦,电网功率因数接近于1,最大程度地提高电网的经济效益,减少电网对周围环境的电磁污染;对直流侧,在电网电压或负载发生变化时,能够维持直流中间电压的稳定,给电机侧逆变器提供良好的工作条件。而且,四象限变流器可以实现牵引与再生工况间快速平滑地转换。80年代以来,随着计算机的飞速发展,计算机仿真技术已逐步深入到科研、产品开发等各个领域。在电力电子领域,通过使用计算机仿真技术,设计者在设计阶段就能全面考察系统的动静态特性,选择合理的系统结构及参数,在最大程度上避免设计的盲目性,提高试验的一次成功率,缩短研制周期、节约研制成本。这种利用计算机仿真技术进行辅助设计的方法已成为电力电子研究领域的发展方向。本文介绍了使用SABER软件对四象限变流器PWM双闭环控制系统进行计算机仿真的过程,并给出了仿真波形及相对照的部分实际试验波形。2. SABER简介SABER是美国ANALOGY公司开发的一种可用于电力电子、自动控制、光电、电磁、机械、液压、热工等领域的计算机仿真软件。从结构上看,它主要由3部分组成:SABERSKETCH、SABERGUIDE和SABERSCOPE。SABERSKETCH用于以图形方式输入被仿真的系统;SABERGUIDE把输入的系统当作一个网络,首先通过网络列表(Netlist)提取系统的结构信息,然后通过直流分析(DCAnalysis)得到系统的静态工作点,在此基础上再对系统进行时域(TimeDomain)及频域(FrequencyDomain)范围内的各种分析;当对系统完成分析计算后,便可用SABERSCOPE观看所有变量的波形,并对波形进行各种分析运算。SABER的优点可概述如下:(1)SABER秉承了模块化、自顶向下、层次化(Hierarchy)的设计思想,增强了设计的科学性,提高了设计效率。 (2)SABER具有丰富的模型,它的模型库中包括了电力电子、机械、液压等领域的各种常用模型。同时,SABER还给用户提供了一个硬件级的建模语言MAST。使用MAST语言,可以方便地构造出自己的模型。(3)SABER提供了强大的系统分析功能。设计者可以从各个方面对系统进行考察。在时域方面有直流分析(DCAnalysis)、瞬态分析(TransientAnalysis)等;在频域方面有傅立叶分析(FFT)、频响分析(Small-SignalFrequencyAnalysis)、畸变分析(Small-SignalDistortionAnalysis)等。SABER还可用于应力分析(StressAnalysis)及统计学方面的蒙特卡罗分析(MonteCarloAnalysis)。SABER还有一个非常实用的分析功能参数敏感性分析(ParametricSensitivityAnalysis),利用这种分析功能,设计者可以控制一个或几个参数在一定的范围内变化,观察它们对系统特性的影响,从而找出它们最合适的数值来。(4)SABER不仅对数模混合系统仿真得心应手,而且可以对由电力电子、电磁、机械、液压等数个不同系统构成的一个混合系统进行仿真。这种强大的混合仿真能力其实是SABER的最大优点。3. 四象限变流器PWM双闭环控制原理四象限变流器PWM双闭环控制系统的工作原理及各种参数的计算方法在文献1和2中已做了详尽论述,在此仅对四象限变流器PWM双闭环控制原理做一简述。四象限变流器作为交直交传动系统中的电网侧变流器,其实质是交流电网与直流中间回路进行能量交换的中间介质。当负载增加时,它从电网吸取更多的能量供给直流侧;当负载减小时,它将直流侧多余的能量返送给电网;当由牵引转入再生时,它使直流侧由从电网吸收能量变为向电网输送能量,反之亦然。在对能量的这些控制过程中,四象限变流器通过PWM双闭环控制算法来实现维持直流中间电压稳定,使电网功率因数接近于1,电网电流波形接近于正弦等控制特性。由四象限变流器的瞬时功率平衡公式uNiN=UdId可以看出,四象限变流器对能量的控制实际体现在对iN的控制上,对Ud和功率因数的控制最终都是通过控制iN来实现。在控制过程中只要保持矢量UL与UN的正交,就可保证电网的基波功率因数等于1。四象限变流器PWM双闭环控制正是基于此原理实现的。以Ud给定值与反馈值之差作为电压调节器的输入,以U给定值与反馈值之差作为相位调节器的输入,2个调节器的输出经PWM调制对矢量US1进行控制,达到稳定Ud和保证U=0的目的,从而实现电压、相位双闭环控制。4.计算机仿真4.1 仿真系统构成整个仿真系统由主电路及控制电路构成。主电路根据图1来构建。交流侧使用理想交流电压源,因为进行的是系统级仿真,所以对GTO元件做了合理简化,将其近似为理想开关。主电路中的电阻、电感、电容器、理想开关、交流电压源等均采用SABER提供的模型。四象限变流器PWM双闭环控制系统的计算机仿真图4 仿真系统结构图控制电路构建,包括滤波器、整形、相位检测、软启动控制器、相位调节器、电压调节器、PWM控制器、直流中间电压动态过压限制器等模块。除滤波器采用SABER提供的模型外,其余模块均使用MAST语言自己建立。这个仿真系统充分利用了SABER的数模混合仿真功能,达到了将四象限变流器主电路与控制电路结合起来进行仿真的目的负载的急剧突变有可能使四象限变流器不能及时将直流侧能量返送给交流侧,从而使直流中间电压快速上升,造成过压,对系统产生严重损害。因此,应在直流侧加入一个保护环节直流中间电压动态过压限制器。当直流中间电压快速上升,四象限变流器来不及将其调回给定值时,直流中间电压动态过压限制器工作,通过斩波限压的方式,将直流中间电压限制在保护值以下,协助四象限变流器将直流中间电压调回到给定值上。4.2 仿真策略主电路参数:uN=1200V,给定值Ud为2600V,系统额定输出功率为1200kW。在仿真过程中,用在直流侧投切电阻的方法来模拟负载的突变。负载分3次投入,每投入1个电阻,系统输出功率升高400kW,第3个电阻投入后,系统输出功率升为1200kW。然后,将3个电阻一起切除,与此同时,将一个串直流电压源、电阻和电感的支路投入,模拟由满功率牵引突然转为满功率再生的情况。通过这些操作,可以观察直流中间电压Ud和电网电流iN的动态响应,衡量控制系统的动态调节性能。4.3 仿真结果当直流中间环节出现过压时,直流中间电压动态过压限制器将会进行限压,比较了有和没有直流中间电压动态过压限制器时直流中间电压的波形。从中可以看出,通过限制器的动作,过电压的波峰被削掉了,直流中间电压被限制在保护值以下。5. 结论通过SABER的仿真,证明了四象限变流器PWM双闭环控制系统具有良好的控制性能,可以满足大功率交流传动电力机车对四象限变流器控制的要求。通过对四象限变流器PWM双闭环控制系统的仿真,也说明了SABER的确是一个优秀的仿真软件,是电力电子设计者得力的CAD工具。在国家“九五”重点攻关课题“200kmh动力分散交流传动电动车组牵引变流器及其控制系统的研制”中,应充分利用计算机仿真这一先进的设计手段,以提高设计质量。参考文献:1邵公寅,李中浩.四象限变流器系统J.铁道学报,1983,(3).2陈鸿荫,张 黎.四象限变流器两相两重供电的数字控制系统J.铁道学报,1983,(9).3ShenJTaufiqJA.Computeraideddesignofthecontrolsystemofa3-levelhighpowerPWMconverterforrailwaytractionapplicationC.ANALOGYPOWERELECTRONICSSEMINAR,1996.4李 军,桂武鸣.用Saber作交直交系统仿真J.机车电传动,1997,(4).5李 军.一个四象限变流器系统的计算机仿真J.机车电传动,1996,(6). 1. PrefaceSince the 70s produced four quadrants to change to flow this kind of to hand over to keep the transformation to rush toward the structure specially, four quadrants change to flow the machine and then be the exchanges spreads to move the electric power motorcycle to hand over to keep hand over to spread the charged barbed wire net side of move the system to change to flow the machine, the impersonation emphasizes the important person color.Chien speech, pass the control that four quadrants change to flow the machine, to the charged barbed wire net side, can make a form of the charged barbed wire net electric current near to in the sine, the charged barbed wire net power factor near to in 1, an economic performance that raises the charged barbed wire net, reduce the electromagnetism pollution of charged barbed wire net to the surroundings environment; to the direct current side, in the charged barbed wire net electric voltage or the load occurrence varietiesHour, can maintain the direct current in the center the stability of the electric voltage, go against to change the machine to provide the good work condition to the electrical engineering side.And, four quadrants change to flow the machine and can carry out to lead to convert with the reborn work condition quickly and smoothly.Since 80s, fly along with the calculator to develop soon, the calculator imitate the true technique to have already gone deep into each realms, such as research and the product development.etc. gradually.At the electric power electronics realm, pass to use the calculator to imitate the true technique, design is designing the stage ability the overall investigation system moves the static state characteristic, choice reasonable of system structure and parameter, avoid the blindness of design on the biggest degree, a success rate that exaltation experiment, shorten to research to manufacture the period and economize to research to manufacture the cost.This kind of makes use of the calculator to imitate the true technique to carry on the method that lends support to the design to have become the development direction that the electric power electronics studies the realm.This text introduces the usage SABER software to change to flow the machine PWM double to shut the wreath control system to carry on the calculator to imitate the true process to four quadrants, and give imitate a form and opposite the part that shine on is actual to experiment a form.2. Brief introduction of SABERSABER is the American ANALOGY company develops a kind of and can used for electric power electronics, automatic control, the light electricity, electromagnetism, machine, liquids press, hot work etc. realm of calculator imitate the true software.See from the structure, it mainly is constitute by 3 parts: SABERSKETCH, SABERGUIDE and SABERSCOPE.The SABERSKETCH used for is imitate with the sketch method importation true system; the SABERGUIDE chases the importation of in the light of network of system, pass the structure information that the network row form( Netlist) withdraws the system first, then order through the static state work that the direct current analysis( DCAnalysis) gets the system, within the scope of this foundation up carry on to the system again area( TimeDomain) and area of ( FrequencyDomain) various analysis; be to complete the analytical calculation to the system after, can take a look at all forms that change the quantity with the SABERSCOPE then, and carry on various analysis operation to a form.The SABER advantage can say all as follows:(1)The SABER takes orders the mold piece to turn, from the crest get down, the layer turn( Hierarchy) of design thought, strengthenned science of design, raise the design efficiency. (2)The SABER has abundant model, including the electric power electronics, machine, liquid to press various in common use model of the realm of etc. in its model database.At the same time, the SABER returns to provide a hardware class for customer to set up the mold language MAST.Use the language of MAST, can construct the model of an oneself expediently.(3)The SABER provided the strong system analysis function.Design can carry on the investigation to the system from the each aspect.At the area contain direct current analysis( DCAnalysis), in a sudden the analysis( TransientAnalysis) etc.; have the to sign the leafs analysis( FFT), to ring the analysis( Small- SignalFrequencyAnalysis), the mutation analysis( Small- SignalDistortionAnalysis).etc. in the area of .The SABER can also used for should the dint analysis( StressAnalysis) and covariances learn the aspect to receive especially the card Luos analysis( MonteCarloAnalysis).The SABER still has a very practical analytical function- parameter sensitivity analysis( ParametricSensitivityAnalysis), the one who make use of this kind of analysis function, design can control an or a few parameterses within the scope of certain variety, observe the influence of them upon the system characteristic, thus find out their quite the cheese number.(4)SABER not only the logarithms mold admixture system really imitate with proficiency, and can to really be pressed a hybrid system that several different systems of etc. constitute by the electric power electronics, electromagnetism, machine, liquid to carry on imitate.This kind of strong admixture imitates biggest advantage that the true ability is a SABER in fact.3. Four quadrants change to flow the machine PWM double to shut the wreath control principleFour quadrants change to flow the machine PWM double calculation method of the work principle and various parameter that shuts the wreath control system to have already done the detailed treatise in cultural heritage1 and2, changing to flow the machine PWM double to shut the wreath control principle to do a Chien to say to four quadrants only here.Four quadrants change to flow the machine conduct and actions to hand over to keep hand over to spread to move the charged barbed wire net in the system side to change to flow the machine, in fact quality is the exchanges charged barbed wire net and direct currents in the center the back track carries on the energy commutation of middle lie the quality.When the load increase, it absorbs more energies to supply the direct current side from the charged barbed wire net; be When the load let up, it turn the direct current side the surplus of the energy return to give the charged barbed wire net; be from lead into the rebirth the hour, it make the direct current side from absorb the energy to change into toward charged barbed wire net to transport the energy from the charged barbed wire net, vice versa.In to energy of these control process, four quadrants change to flow the machine to shut the wreath control calculate way through a PWM double to carry out to maintain the direct current in the center electric voltage stability, make the charged barbed wire net power factor near to in 1, a form of the charged barbed wire net electric current is near to in sine etc. control characteristic.Change the equilibrium formula uNiN of moment power of flow the machine from four quadrants= the UdId can see, four quadrants change to flow the machine to the actual body of the control of the energy now to iN control up, to Ud and the control of the power factors end is all to pass to control the iN to carry out.In control process as long as keep the vector U L and U the N is hand over, can guarantee that a power of factor of the charged barbed wire net be equal to 1.Four quadrants change to flow the machine PWM double to shut the wreath control exactly according to this principle realization of.With the Ud give settle value and feedback the bad value is the importation of the electric voltage modulator, with the U give settle value and feedback value of bad conduct and actions mutually the importation of a modulator,2 exportations of modulator was make by PWM to the vector U the S1 carries on the control, attain stable Ud and guarantee the U=0 of purpose, thus carry out the electric voltage, mutually a double shuts the wreath control.4.The calculator really imitate4.1 Imitate the true system constituteWhole imitate the true system to be constitute by the main electric circuit and the control electric circuit.Main electric circuit according to figure 1 to set up.Communicate the side usage ideal exchanges electric voltage source, what to carry on really is a system class to imitate, so did the reasonable simplification to the component of GTO, looking like it as the ideal switch.The electric resistance, the electricity feeling, capacitor, ideal switch, the exchanges electric voltage source.etc. within main electric circuit all adopt the model that SABER provide.Four quadrants change to flow the machine PWM double calculator that shuts the wreath control system to imitate the true figure 4 imitate the true system structure diagram control electric circuit to set up, include the filter, orthopedics, mutually an examination, soft start controller, mutually a modulator, electric voltage modulator, controller of PWM, direct current in the center the electric voltage dynamic state leads to press to limit the machine etc. mold piece.In addition to filter adopting the model that SABER provide, the rest mold piece all uses the MAST language oneselfs establishment.This few mold admixture that imitated the true system to make use of the SABER well imitates the true function, coming to a to change four quadrants to flow the machine main electric circuit and the control electric circuit knots to put together to carry on imitating the true purposeThe nasty play mutation of the load probably make four quadrants change flow the machine cant return the direct current side energy to give the exchanges side in time, thus making direct current in the center fast rising of electric voltage, resulted in press, produce the serious damage to the system.Therefore, should join a protection link- direct current in the direct current side in the center the electric voltage dynamic state lead pres