机电一体化课程设计-步进电机通过一级齿轮减速驱动单轴直线伺服移动机构系统设计精选.doc

编号________ 华东交通大学 课程设计计算说明书 课程名称： 机电一体化系统设计 设计题目：步进电机通过一级齿轮减速驱动 单轴直线伺服移动机构系统设计 专业： 机械电子工程 班级： 机电05-3 姓名： 学号： 108 在班序号： 07 指导教师： 2008年11月28日 目 录 第一章：直线移动机构模块的设计 1 1．工作台的选择 1 2．滚动导轨副的选择计算和校核 1 3．滚珠丝杠副的设计计算和校验 4 4．轴承的选择计算 4 第二章：步进电机的选择 12 1.脉冲当量的选择 12 2.等效转矩的计算 12 3．系统的转动惯量的折算 13 4．步进电动机的选择 14 5.一级齿轮的设计计算 16 第三章：控制系统的设计 17 1.控制器选型及存储器扩展分析 17 2.系统功能选择实现 17 3.系统状态显示 17 4.系统端口分配方式 17 5.软件编程算法实现 18 第四章：程序执行流程 19 第五章：控制流程图 20 第六章：机械进给系统的建模与仿真 22 心得体会 25 参考文献 26 第一章：直线移动机构模块的设计 1．工作台的选择 根据设计要求初选工作台为，密度7.81，质量约为14Kg。 2．滚动导轨副的选择计算和校核 滚动直线导轨副是在滑块与导轨之间放入适当的钢球，使滑块与导轨之间的滑动摩擦变为滚动摩擦，大大降低二者之间的运动摩擦阻力，从而获得动、静摩擦力之差很小，随动性极好，即驱动信号与机械动作滞后的时间间隔极短，有益于提高数控系统的响应速度和灵敏度。 驱动功率大幅度下降，只相当于普通机械的十分之一。 与V型十字交叉滚子导轨相比，摩擦阻力可下降约40倍。 适应高速直线运动，其瞬时速度比滑动导轨提高约10倍。 能实现高定位精度和重复定位精度。 能实现无间隙运动，提高机械系统的运动刚度。成对使用导轨副时，具有“误差均化效应”，从而降低基础件（导轨安装面）的加工精度要求，降低基础件的机械制造成本与难度。导轨副滚道截面采用合理比值的圆弧沟槽，接触应力小，承接能力及刚度比平面与钢球点接触时大大提高，滚动摩擦力比双圆弧滚道有明显降低。导轨采用表面硬化处理，使导轨具有良好的可校性；心部保持良好的机械性能。 简化了机械结构的设计和制造。 滑块可选用基本尺寸为，导轨副材料的选择为灰铸铁HT200，因为它的耐磨性和减震性好，热稳定性好，容易铸造和切削加工，成本较低。因设计任务要求，选用四块这样的滑块组成双排导轨，则总质量约为：。 2．1滚动体的尺寸和数目 滚动体的直径越大，滚动摩擦系数就越小，摩擦阻力也就越小；滚动体的直径过小，不但摩擦阻力会加大，而且会产生滑动的现象。因此在不受限制的情况下滚动体的直径越大越好，本次选择滚珠直径8mm， 查文献[3]式5-6有： 其中，Z 为滚珠数目； G运动部件的重力，单位N； D为滚珠直径，单位mm 则：，所以选每一导轨滑块上滚珠的数目为7。 2．2滚动导轨副的强度计算 强度的判断条件是判别受力最大的那个滚动体上的载荷是否超过了许用载荷。如果一条导轨上承受一个作用在导轨面上的力和力矩，则受力最大的滚动体就是位于最外侧的。 查文献[3]式6-5可得在一个滚动体上的许用载荷： 其中，对于淬火钢珠铸铁导轨=125N/；对HT200导轨，导轨材料的硬度系数； 则： 由此可知强度满足。 2.3校核导轨副的寿命 由文献[1]式3-22得： 其中，为工作时间寿命，单位h； 为工作的有效行程长度，单位m； 为每分钟往复的次数，单位：次/min 代入数据得： 因有四个滑块，所以每一导轨上使用两个滑块，则： 由文献[4]表3-14和3-17确定以下系数： 其中，K为寿命系数，一般取50km； F滑块的工作载荷，单位N； 为硬度系数，=； 为温度系数，=1； 为接触系数，=； 为负荷系数，=1.5。 而且； 所以：； 即 17500N，选用汉江机床厂HJG-D25有线导轨，查文献1表3-14至3-17得HJG-25型导轨的，，所用的导轨能满足寿命要求。 3．滚珠丝杠副的设计计算和校验： 3.1初选滚珠丝杠 根据设计任务，滚珠丝杠直径初定为25mm，导程Ph=8mm ，制造精度为3级。 3.2丝杆的转速 =，其中：为机械传动速度，单位是mm/min。 则：=；r/min 3.3行程补偿值 滚珠丝杆的热变形将导致长度，定位精度的变化，可由下面的方法进行补偿： 其中：为温度上升值，一般为取； 为有效行程，单位是； 则： 3.4两端