1、機(jī)電工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（2014 /2015 學(xué)年第一學(xué)期）課程名稱(chēng)：機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì)題 目：工業(yè)機(jī)械手設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)班級(jí)：11級(jí)機(jī)電七班學(xué)生姓名：王巖學(xué) 號(hào):110200719指導(dǎo)教師：趙喜敬設(shè)計(jì)周數(shù)：二周設(shè)計(jì)成績(jī)：2014年12月30日第一章 工業(yè)機(jī)械手綜述1.1.1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況 11.2 工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用1.1.3 工業(yè)機(jī)械手的組成及原理2.第二章伸縮臂的設(shè)計(jì)方案4.2.1 設(shè)計(jì)方案論證以及確定 .4.2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求4.2.1.2 設(shè)計(jì)方案的比較論證5.2.2 機(jī)械手伸縮臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案 5.2.3 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)方案5.2.3.1 滾珠絲杠的選擇6.2.3.2

2、減速齒輪的有關(guān)計(jì)算 122.3.3 電動(dòng)機(jī)的選擇18第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2。3.1 PLC的構(gòu)成及工作原理 203.2 選擇 PLC213.3 PLC外部I/O 分配圖223.4 軟件設(shè)計(jì)223.5 硬件設(shè)計(jì)31總結(jié)32.33參考文獻(xiàn)第一章工業(yè)機(jī)械手綜述1.1 工業(yè)機(jī)械手的發(fā)展概況工業(yè)機(jī)械手在先進(jìn)制造技術(shù)領(lǐng)域中扮演著極其重要的角色，是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一 種高科技自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備，是一種能自動(dòng)化定位控制并可重新編程序以變動(dòng)的多功能機(jī) 器，它有多個(gè)自由度，可用來(lái)搬運(yùn)物體以完成在各個(gè)不同環(huán)境中工作。工業(yè)機(jī)械手即工業(yè)機(jī)器人是集機(jī)械、電子、控制、計(jì)算機(jī)、傳感器、人工智能等多學(xué) 科先進(jìn)技術(shù)于一體的現(xiàn)

3、代化制造業(yè)重要的自動(dòng)化裝備。機(jī)械手技術(shù)涉及到力學(xué)、機(jī)械學(xué)、 電氣液壓技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域，是一門(mén)跨學(xué)科綜合 技術(shù)。1.2 工業(yè)機(jī)械手的應(yīng)用機(jī)械手是工業(yè)自動(dòng)控制領(lǐng)域中經(jīng)常遇到的一種控制對(duì)象。機(jī)械手可以完成許多工作， 如搬物、裝配、切割、噴染等等，應(yīng)用非常廣泛。在現(xiàn)代工業(yè)中，生產(chǎn)過(guò)程中的自動(dòng)化已成為突出的主題。各行各業(yè)的自動(dòng)化水平越來(lái) 越高，現(xiàn)代化加工車(chē)間，常配有機(jī)械手，以提高生產(chǎn)效率，完成工人難以完成的或者危險(xiǎn) 的工作。目前在我國(guó)機(jī)械手常用于完成的工作有：注塑工業(yè)中從模具中快速抓取制品并將 制品傳送到下一個(gè)生產(chǎn)工序；機(jī)械手加工行業(yè)中用于取料、送料；澆鑄行業(yè)中用于提

4、取高 溫熔液等等。廣泛采用工業(yè)機(jī)械手，不僅可提高產(chǎn)品的質(zhì)量與產(chǎn)量，而且對(duì)保障人身安全，改善勞 動(dòng)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，節(jié)約原材料消耗以及降低生產(chǎn)成本，有著十分 重要的意義。同計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一樣，工業(yè)機(jī)械手的廣泛應(yīng)用正在日益改善著人類(lèi)的生 產(chǎn)和生活方式。1.3 工業(yè)機(jī)械手的組成及原理工業(yè)機(jī)械手一般應(yīng)由機(jī)械系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和人工智能系統(tǒng)等組 成。機(jī)械系統(tǒng)是完成抓取工件實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)；驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的作用是向執(zhí)行機(jī)構(gòu)提 供動(dòng)力，執(zhí)行元件驅(qū)動(dòng)源的不同，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)方式有液動(dòng)式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式和機(jī)械 式四種，采用液壓機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、重量輕、控制方

5、便；控制系統(tǒng)是 工業(yè)機(jī)械手的指揮系統(tǒng)，它控制工業(yè)機(jī)器人按規(guī)定的程序運(yùn)動(dòng)；檢測(cè)傳感系統(tǒng)主要檢測(cè)工 業(yè)機(jī)械手執(zhí)行系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)位置、狀態(tài)，并反饋給控制系統(tǒng)進(jìn)而及時(shí)比較調(diào)整。本次設(shè)計(jì)的工業(yè)機(jī)械手屬于圓柱坐標(biāo)式的液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)械手，具有手臂升降、伸縮、回 轉(zhuǎn)等三個(gè)自由度。因此相應(yīng)地有手臂伸縮機(jī)構(gòu)、手臂升降機(jī)構(gòu)、手臂回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等組成。每 一部分均用液壓缸驅(qū)動(dòng)與控制。下圖為本次設(shè)計(jì)的機(jī)械手總平面圖：690710圖1-1機(jī)械手總平面圖1底座、2立柱、3液壓缸、4伸縮臂、5升降臂、6機(jī)械手機(jī)械手的工作原理：機(jī)械手主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)以及位置檢測(cè)裝置 等所組成。在PLC程序控制的條件下，采用液壓傳動(dòng)方式，來(lái)

6、實(shí)現(xiàn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的相應(yīng)部位發(fā) 生規(guī)定要求的，有順序，有運(yùn)動(dòng)軌跡，有一定速度和時(shí)間的動(dòng)作。同時(shí)按其控制系統(tǒng)的信 息對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，必要時(shí)可對(duì)機(jī)械手的動(dòng)作進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)動(dòng)作有錯(cuò)誤或發(fā)生故障時(shí) 即發(fā)出報(bào)警信號(hào)。位置檢測(cè)裝置隨時(shí)將執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置反饋給控制系統(tǒng)，并與設(shè)定的 位置進(jìn)行比較，然后通過(guò)控制系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)整，從而使執(zhí)行機(jī)構(gòu)以一定的精度達(dá)到設(shè)定位置 下圖為機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖：圖1-2機(jī)械手的系統(tǒng)工作原理框圖第二章 伸縮臂的設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案論證以及確定2.1.1 設(shè)計(jì)參數(shù)及要求1、伸縮長(zhǎng)度：300mm ;2、單方向伸縮時(shí)間：1.52.5s；3、定位誤差：要有定位措施，定位誤差小于 2mm

7、 ;4、前端安裝機(jī)械手，伸縮終點(diǎn)無(wú)剛性沖擊。2.1.2 設(shè)計(jì)方案的比較論證根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，選擇齒輪、滾珠絲杠來(lái)實(shí)現(xiàn)工業(yè)機(jī)械手伸縮臂的伸縮運(yùn)動(dòng)，結(jié) 構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制，更經(jīng)濟(jì)實(shí)用。2.2 機(jī)械手伸縮臂總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案經(jīng)過(guò)本人的反復(fù)思考及論證，先做出運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖。現(xiàn)如下圖2-1所示，該機(jī)構(gòu)中支座安裝在機(jī)器人床身上，用于安裝滾珠絲杠和伸縮桿等零件。由步進(jìn)電動(dòng)機(jī)（1）驅(qū)動(dòng)，帶動(dòng)一級(jí)齒輪減速器（2）。通過(guò)減速器輸出軸與絲杠（3）相連，以電機(jī)為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠 轉(zhuǎn)動(dòng)，通過(guò)絲母的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)導(dǎo)向桿運(yùn)動(dòng)，利用電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)伸縮換向。法蘭用 于安裝機(jī)械手，構(gòu)成如圖所示的結(jié)構(gòu)：產(chǎn)ZZ1電機(jī)2齒輪細(xì)1荽杠 曰連接

8、板5導(dǎo)桿圖2-1步進(jìn)電機(jī)伸縮機(jī)構(gòu)示意圖2.3 執(zhí)行裝置的設(shè)計(jì)方案2.3.1 滾珠絲杠的選擇2.3.1.1 滾珠絲杠副的選擇:(1)由題可知：伸縮長(zhǎng)度S為300毫米，伸縮時(shí)間t為2秒，所以速度nmst150 mms0.15ms，初選螺距P=10mmV 150 60 r p-10 min900 rmin(2.1 )則:(2.2 )(2)計(jì)算載荷：FcFcKf Kh Ka FmKf為載荷系數(shù)，Kh為硬度系數(shù)，Ka為精度系數(shù))由題中條件，取Kf 2 5,取Kh 0 6MD級(jí)精度7,取Ka佇8絲杠的最大工作載荷Fm導(dǎo)向桿所受摩擦力即絲杠最大工作載荷(2.3 )F max= F= 0.15 400=120

9、N則:Fc 1.2 1.0 1.1 120 2112N'(3)計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca的值:Ca3nmLh1.67 104(2.4 )nm 960 rmin,LH 15000hCa 所以21123960 15000-41.67 1020064N(4)根據(jù)選擇滾珠絲杠副：''按滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷C a等于或稍大于C a的原則，選用漢江機(jī)床廠(chǎng)FC1型滾珠絲杠表2-1漢江機(jī)床廠(chǎng)FC1型滾珠絲杠絲杠代號(hào)絲杠尺寸/mm螺旋角滾珠直徑米制/mm螺母安裝尺寸/mm額定載荷中徑大徑導(dǎo)程動(dòng)載靜載-2dPDD1D2BEMLQ12hCa/NCoa/N400634039.582113.96950

10、11875156448M691592137969825FC1-5006-3 , Ca 21379NFC1-52008-2.5 Ca 22556N考慮各種因素選用FC1-5006-3 。由表2-9得絲杠副數(shù)據(jù):公稱(chēng)直徑D0 50mm導(dǎo)程p=8mm螺旋角2 11滾珠直徑do 3.969mm按表2-1中尺寸計(jì)算:滾道半徑R 0.52d0 0.52 3.969mm2.064mm(2.5 )偏心距dne 0.07 R -00.072.06423.96922mm 5.6 10 mm(2.6)絲杠內(nèi)徑d1D0 2e 2R (50 2 5.610 22 2.064)mm 45.76mm ( 27 . 4.(5

11、)穩(wěn)定性驗(yàn)算由于一端軸向固定的長(zhǎng)絲杠在工作時(shí)可能發(fā)生失穩(wěn),所以在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)驗(yàn)算其安全系數(shù)S,其值應(yīng)大于絲杠副傳動(dòng)結(jié)構(gòu)允許安全系數(shù)S(見(jiàn)表2-10 )。絲杠不會(huì)發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷,稱(chēng)為臨界載荷Fcr (N)按下式計(jì)算:F上cr2(2.8 )(l)210式中E為絲杠材料的彈性模量，對(duì)于鋼，E=206Mpa; l為絲杠工作長(zhǎng)度(m)L=450mm ;4為絲杠危險(xiǎn)截面的慣性矩 m ; u為長(zhǎng)度系數(shù)，見(jiàn)表2-10。d：6443.140.04576m7 42.15 10 m(2.9 )64Fcr3.14則2 _ 9_ 7206 102.15 10220.4534.85 106N(2.10 )S安全系數(shù)Fcr

12、 4.85 106Fm16003031.3。查表2-10 , S=34, S>S,絲杠是安全的,不會(huì)失穩(wěn)。(6)剛度驗(yàn)算:滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T (N m)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量:L0PFEAP2T2 GJc11(2.11 )其中A絲杠截面積d24JC 絲杠極慣性矩d 44m32G絲杠的切變模量，對(duì)于鋼G 83.3MPaT轉(zhuǎn)矩TFmDotg式中:P為摩擦角，其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù)，F(xiàn)m為工作載荷，取摩擦系數(shù)tg 0.0025,則 p=8 '40 則(2.# )50430 10T= 23 tg 20118 40"0.43N m按最不利情況取（其中F=

13、Fm）L04PF 16P2T_ . 2_2 _ . 2Ed 1 Gd 14 8 103 430923.14 206 1090.045763 216 8 1030.432943.142 83.3 109 0.04576_ _ 2_2.23 10 N?m(2.13 )則：絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形引起的導(dǎo)程誤差為：L L 上 0.45 2.23 /1.25umP8 10（ 2.14 ）通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差L應(yīng)小于其傳動(dòng)精度（0.03mm）的1/2 ,即, 11 ,L0.03mm 0.015mm 15um22（ 2.15 ）該絲杠的L滿(mǎn)足上式，所以其剛度可滿(mǎn)足要求。（7）效率驗(yàn)算:滾珠絲杠副的傳動(dòng)

14、效率tg tgtg (2011 )' - 0.93tg 20118 40(2.16 )要求在90%95%之間，所以該絲杠副合格經(jīng)上述計(jì)算：FC1-5006-3 各項(xiàng)性能均符合題目要求，可選用2.3.1.2 滾珠絲杠螺距的選擇:P=8mm2.3.1.3 滾珠絲杠的有效長(zhǎng)度:根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)確定，要保證有 300mm的伸縮長(zhǎng)度，先對(duì)絲杠螺母進(jìn)行選擇。絲杠螺母選用外循環(huán)螺旋槽式：滾珠螺母可得到其結(jié)構(gòu)尺寸總長(zhǎng)為 L=61mm。根據(jù)其傳動(dòng)的 特點(diǎn)，要保證螺母不脫離滾珠絲杠，又要有 300mm移動(dòng)距離，則絲杠的有效傳動(dòng)長(zhǎng)度為 L=430mm 。2.3.1.4 滾珠絲杠的安裝結(jié)構(gòu):采用雙推簡(jiǎn)支式安裝，

15、一端安裝支推軸承與深溝球軸承的組合，另一端安裝深溝球 軸承，其軸向剛度較低，雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速傳 動(dòng)精度較高的長(zhǎng)絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。由此可知：絲杠轉(zhuǎn)速:Pn=L/2 所以L(fǎng)n 一2P300 r16 s18.75rs 1125rmin(2.17 )2.3.1.5 絲杠安裝軸承的選擇由于滾珠絲杠副的支承形式采用的是一端固定一端游動(dòng)（F-S）,而又避免絲杠受壓,所以絲杠的固定端（承重端）為左端，右端為游動(dòng)端。因此為了滿(mǎn)足使用要求，左端的軸承選取雙向推力球軸承與深溝球軸承的組合形式。推力軸承的特點(diǎn)是只能承受單向軸向載荷。為了限制左端的徑向位移，同時(shí)又要限制向右的軸向位移，

16、故選用角接觸球軸承。此類(lèi)軸承的特點(diǎn)是能同時(shí)承受徑向軸向聯(lián)合載荷。1）雙向推力球軸承的選擇2）初步選定為 51000 型 代號(hào)為 51306 d =30 mm D =60 mm T =21 mmCa 36.2KN3）校核基本額定載荷通過(guò)所要求軸承壽命（等于絲杠的壽命）算基本額定載荷在實(shí)際工程計(jì)算中，軸承壽命常用小時(shí)表示108 CLh60n P 13( 2.18 )C 60nLhP3 60 1420 15000 10003> 108、108=2338 N( 2.19 )其中，C基本額定動(dòng)載荷(N )P當(dāng)量動(dòng)載荷(N )壽命指數(shù)球軸承 3n軸承的轉(zhuǎn)速（r/min ）在使用壽命為15000小時(shí)的

17、要求下，雙向推力球軸承應(yīng)承受的基本額定動(dòng)載荷為2338 N 。初步選用的軸承的額定載荷Ca=27KN，即Ca>C 所以滿(mǎn)足使用要求。 .14此類(lèi)單向推力球軸承的數(shù)據(jù)如下表：表2-2球軸承基本尺寸安裝尺寸基本額/E載何極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D TdaDar axmin max maxCaCoa脂油W51000型mmmmKNr/minkg30 602057530.636.266.8320045000.14513064）深溝選擇球軸承的選用的軸承型號(hào)為6007c （15 ）,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表15表2-3深溝球軸承基本尺寸安裝尺寸基本額7E載荷極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D BA ds DarasC

18、r 或脂油W70000C型mmMmKNr/minkg45 75 1616 51 69125.820.57500100000.287009C5）深溝球軸承的選擇：下端的軸承只起游動(dòng)和限制徑向位移的作用，所以采用深溝球軸承。選擇 60000型,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表16 :表2-4球軸承數(shù)據(jù)基本尺寸安裝尺寸基本額/E載何極限轉(zhuǎn)速重量軸承代號(hào)d D Bda D arasCr%脂油W60000 型min max maxmmmmKNr/minkg30 42732.4 39.6 0.34.003.1512000 160000.026618062.3.2減速齒輪的有關(guān)計(jì)算2.3.2.1 選定齒輪類(lèi)型、精度等級(jí)、材料

19、及齒數(shù):4000r /min故此次設(shè)計(jì)采用一級(jí)減速(1)確定傳動(dòng)比i= 1125r/min =1.25(2)按照工作要求，此次設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)采用直齒圓柱齒輪開(kāi)式傳動(dòng)。輪齒的主要失效形式為齒面磨損，故此次設(shè)計(jì)采用硬齒面。(3)選擇齒輪材料及確定許用應(yīng)力：由表10-1選小齒輪材料為40MnB (調(diào)質(zhì))、硬度260HBs ;大齒輪材料35SiMn (調(diào)質(zhì))、硬度230HB ,制造精度系數(shù)為8級(jí)。(4)估計(jì)絲桿功率：摩擦功率P摩=QV/60000f式中： Q摩擦力(N), Q=Fmax=120N ;150mm/s* 60V一直線(xiàn)傳動(dòng)中的速度(m/min ); V= 1000 =9m/min ;( 2.2

20、0 )f一直線(xiàn)傳動(dòng)機(jī)械效率f= 螺母*導(dǎo)向桿=92%*75%=69%;120N * 9m/minP B = 60000*69% =0.028KW( 2.21 )參考臥式車(chē)床 Pf= (0.030.04 ) Pi,故取 P 摩=0.04P 快 故 P 快=0.028KW/0.04=0.7KW故 P 絲桿=P 快* 齒輪=0.7KW*0.95=0.67KW(5)選小齒輪齒數(shù)z1 20,大齒輪齒數(shù)z2 iz1 25 20 25。2.3.2.2 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì)由設(shè)計(jì)計(jì)算公式(10-9a )進(jìn)行計(jì)算，即d1t2.32i 1 Ze18(2.# )確定公式內(nèi)的各計(jì)算值試選載荷系數(shù)Kt 1.3(2)計(jì)算小

21、齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩(2.23 )(3)由表10-7選取齒寬系數(shù)d 0.5(4)1由表10-6查得材料的彈性模量ZE 189.8Mpa,2(5)由圖10-21d按齒面硬度查得小齒輪的接觸疲勞HLim1 625MPa大齒輪的接觸疲勞強(qiáng)度極限HLim2 580MPa ;(6)由式10-13計(jì)算應(yīng)力循環(huán)次數(shù):9 19N1 60nl jLh 60 4000 1 2 8 300 158.64 1098.64 1099N2 -4.8 1093.6(2.24 )(7)由圖10-19查得接觸疲勞壽命系數(shù)Khni 0.88; Khn2 0.90P絲桿T1 95.5 105 n絲桿= 95.5 105 0.67/112

22、5= 5.687 103N mm(8)計(jì)算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1 ,由式(10-12 )得K HN1SK HN2SHLim10.88625MPa550MPa 20HLim0.901580MPa522MPa(2.25 )1)計(jì)算:計(jì)算小齒輪分度圓直徑d1t ,代入H中較小的值d1t2.32 32Ze2. 32 31.3 5.687 1032. 251.252189. 852249.13mm(2.26 )2)計(jì)算圓周速度v(2.27 )dmv 60 100049.132 112560 1000ms2.89啖3)計(jì)算齒寬b:(2.28 )b d?d1t 0.5 49.132

23、 24.57mm4）計(jì)算齒寬與齒高之比b/h模數(shù)mtd1t/z1 49.132/20 2.46mm(2.29 )齒高h(yuǎn)=2.25 X2.46mm=5.53mmb/h=49.132/5.53=8.89(2.30 )5）計(jì)算載荷系數(shù),v 2.89m一，_ _ K根據(jù)/s, 8級(jí)精度，由圖10-8查得動(dòng)載系數(shù)KV1.11直齒輪，假設(shè)KAFt/b 100N/mm。由表10-3查得KHKF 1.2由表10-3查得使用系數(shù) KA 1;由表10-4查得:KH0.86 0.18(1 0.6 d2) ； 0.23 10 3b21(2.31 )將數(shù)據(jù)代入KH22_3_0.86 0.18(1 0.6 12) 12

24、0.23 10 3 34.87 1.416(2.32 )由 b/h=34.87/3.92=8.89KH 1.416(2.34 )查圖 10-13 得 KF 1.35故載荷系數(shù):KKAKVKH KH1 1.11 1.2 1.4124 1.931(2.33 )6）按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由（10-10a ）得d1 d1t3 K Kt 49.132 3 1.931 1.3mm 56.06mm22 7）計(jì)算模數(shù)m69.37MPaF1m d1 z156.06 202.82mm取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4(2.35 )2.3.2.3 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度F由式10-4得校核式為：Ft 2T11)計(jì)算圓周

25、力：z2KFtYFaYsa23bm2 5.687 103""3.6 20186.5N(2.36 )大齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限FE2 360MPa .(2.37 )FE1 480MPa .2) 齒形系數(shù)及應(yīng)力校正系數(shù)：由表10-5得:3)齒形系數(shù)YFa12.55，YFa234)應(yīng)力校正系數(shù) YSa11.61,Ysa21.70K FN FE5)計(jì)算彎曲疲勞許用應(yīng)力FS-(1)彎曲疲勞安全系數(shù)S=1.4(2)由圖10-20C按齒面硬度查得小齒輪的彎曲疲勞強(qiáng)度極限 由圖10-18查得彎曲疲勞壽命系數(shù)KFN1 0.78;Kfn2 0.84 ；則:K FN1 FE10.78 4801.4

26、267.43MPaK FN2 FE20.84 3601.4216MPa2.38 )6)校核計(jì)算:(1)由前知載荷系數(shù)KaKV1.11Kf 1.2Kf1.35貝K KaKvKf Kf1 0.86 1.2 1.35 1.3932.39 )(2) 校核:F1F2K FtYF 1YS 11.393 186.5 2.55 1.612.3.2.41)d12)3)bmK FtYF 2Ys 234.87 21.393 186.5 2.32 1.70bm34.87 266.63MPa才兩足要求。則:d1z1m56.0614.02取 z117所以z2 iz1幾何尺寸計(jì)算分度圓直徑:mz14中心距:d1 d2齒輪寬

27、度:b d ?d117681.251768mm,d21000.5 68取 B2 30mmB14）齒頂圓直徑:*da1z1 2ha1 m17*da2 z2 2ha25）齒根圓直徑:*df1z1 2ha2c21.25 取 Z2mz284mm32mm35mm251725F2(2.40 )(2.41 )4 25 100mm76mm108mm2 0.25 4 58mm*df2z22ha2_ *2c m25 2 2 0.25 4 90mm(2.42 )(2.43 )(2.44 )(2.45 )(2.46 )(2.47 )(2.48 )2.3.2.5 驗(yàn)算:KAFtb1 186.5404.66N/mm 10

28、0N/mm(2.49 )對(duì)照表11-2可知選用8級(jí)精度是合宜的2.3.3電動(dòng)機(jī)的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求選用3相6拍步進(jìn)電機(jī)。2.3.3.1確定各旋轉(zhuǎn)件的角速度2 n絲桿絲桿=60=1125r/min*2/60=117.75rad/s( 2.50 )2.3.3.2 確定各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：其中絲桿系效直徑取為0.038m 。d4Lj 絲桿=32 = *78*10 3*0.04 4*0.43/32=0.8*103Kg?m 2(2.51 )2.3.3.3 確定直線(xiàn)傳動(dòng)件質(zhì)量mii =m螺母+m連桿+m導(dǎo)向桿+m擋塊+m夾持器(2.52 )mi其中：m夾持器=20Kg , m導(dǎo)向桿=11Kg 取i =

29、50Kg2.3.3.4 轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量Jk(Wk)2(V)22J= K w i w (Kg?m )( 2.53 )式中：Wk各旋轉(zhuǎn)件的角速度；(rad/s ),Jk各旋轉(zhuǎn)件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量；(Kg?m2),mi 各直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量；（Kg）V-直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)件的速度；(m/s ),W-電機(jī)角速度；(rad/s )122W絲桿V mi 故J= J絲桿 w + i w22117.750.16=0.8*10 3*157+30*157(2.54 )3=17.7*102.3.3.5 確定克服慣性量所需的電機(jī)上的扭矩WM1=J t (N?M)( 2.55 ),一 ，一2式中：J電機(jī)軸上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量(Kg

30、?m );W電機(jī)的角速度(rad/s );t-時(shí)間,取 t=0.27 ;1573故 M 慣=1*10* 0.2 =0.785N ?M2.3.3.6 確定負(fù)載扭矩：TL FL 1200.050.6N ?m(2.56 )所以TstTl0.406 1.5N ? m 0.42.3.3.7選擇電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩TSmaxM 1Tst0.9510.7851.52.36N ?m0.951(2.57 )由最大靜轉(zhuǎn)矩，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選90BF00417所選電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)如下：表2-5電機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)規(guī)格步距角0（）相數(shù)最大靜轉(zhuǎn)矩（N m）取圖空載啟動(dòng)頻率步/s運(yùn)行頻率步/s電壓V電流A90BF0040.753215008

31、000126表2-6電機(jī)外形尺寸外徑長(zhǎng)度軸徑重量11018193第三章 PLC控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1 PLC的構(gòu)成及工作原理可編程控制器（簡(jiǎn)稱(chēng)PLC）雖然外觀各異，但是硬件結(jié)構(gòu)大體相同。主要由中央處理器（CPU）、儲(chǔ)存器（RAM、ROM）、輸入輸出器件（I/O接口）電源及編程設(shè)備幾大部分構(gòu)成。PLC是在工業(yè)環(huán)境中使用的數(shù)字操作電子系統(tǒng)。它使用可編程存儲(chǔ)器儲(chǔ)存用戶(hù)設(shè)計(jì)的程序指令，這些指令用來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算、順序操作、定時(shí)、計(jì)數(shù)及算術(shù)運(yùn)算和通過(guò)數(shù)字或模擬出入/輸出來(lái)控制各種機(jī)電一體化系統(tǒng)。由于它具有程序可變、抗干擾能力強(qiáng)、可靠性高、功能強(qiáng)、體積小、耗電低，特別是易于編程、使用操作方便、便于維修、價(jià)格便

32、宜等特點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用前景PLC實(shí)質(zhì)上是一臺(tái)面向用尸的專(zhuān)業(yè)數(shù)字控制計(jì)算機(jī)。圖3-1為PLC的硬件結(jié)構(gòu)框圖，PLC通過(guò)輸入/輸出接口與被控對(duì)象的工作機(jī)相連接。 控制系統(tǒng)的具體要求，通過(guò)編程器預(yù)先把程序?qū)懭氲絻?chǔ)存器中，然后執(zhí)行程序，完成控制任務(wù)。當(dāng)系統(tǒng)或被控對(duì)象改變時(shí)，只需相應(yīng)變化輸入/輸出接口與被控對(duì)象的連線(xiàn)，重新編程，即可形成一個(gè)新的控制系統(tǒng)。編程器L顯示器編程接口*中央處理器CPU儲(chǔ)存器(RAIL ROM)關(guān)。擬。信口開(kāi)I/模I/通接被控對(duì)象圖3-1 PLC硬件結(jié)構(gòu)框圖3.2 選擇PLC此次設(shè)計(jì)選擇的PLC定為F1-40系列。I/O點(diǎn)數(shù)的估算根據(jù)分析的結(jié)果，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)估算，F(xiàn)1-40系列選擇

33、主機(jī)I/O點(diǎn)數(shù)為24/16 o(2)容量計(jì)算內(nèi)存容量指的是用戶(hù)程序的容量。最大I/O點(diǎn)數(shù)為120, 一股指令的條數(shù)為I/O點(diǎn)數(shù)的10-12倍左右，PLC的容量不得小于此要求。其它PLC除了主控模塊外，還可以配接各種功能模塊。本次設(shè)計(jì)選擇增加位置控制模塊、速度控制模塊。這些模塊可實(shí)現(xiàn)特殊功能3.3 PLC外部I/O分配圖根據(jù)所選的PLCF1-40系列的內(nèi)部元件及輸入輸出的相關(guān)元件、設(shè)備，編制出 I/O分配3-2所示如下：圖3-2 PLC接線(xiàn)圖3.4 軟件設(shè)計(jì)根據(jù)任務(wù)書(shū)的要求，可以采用移位寄存指令或步進(jìn)指令進(jìn)行系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)，整個(gè)控 制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)采用模塊化設(shè)計(jì)。(1)模塊化設(shè)計(jì)公共程序模塊，手動(dòng)

34、程序模塊，自動(dòng)程序模塊，遠(yuǎn)位模塊。公共程序模塊包括主電路、 油泵等的控制，狀態(tài)初始化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)，狀態(tài)轉(zhuǎn)換停止，事故報(bào)警保護(hù)等程序。程序 總框圖如圖3-3所示:圖3-3程序總框圖公共程序部分是對(duì)整個(gè)程序進(jìn)行控制的部分，對(duì)機(jī)器的運(yùn)行控制起著主要作用。公共程序的梯形圖如圖3-4所示：圖3-4公共程序表3-1公共程序指令表步序指令步序指令步序指令0LD X4008S S60016OUT Y5351OR M1009LD X40217OUT M1012ANI X40210OR M10118LD M1013OUT Y53311ANI M10019ANI M1004OUT Y53412ANI X40320

35、S S6015OUT M10013ANI M10321ANI X5026LD X40414ANI M10422OUT M767AND M10015ANI M71手動(dòng)程序采用電動(dòng)方式，應(yīng)能完成全部自動(dòng)程序所完成的動(dòng)作。手動(dòng)程序部分如圖3-5所示：圖3-5手動(dòng)程序表3-2手動(dòng)程序指令表步序指令步序指令步序指令0LD X41614ANB28ANB1ANI X41515OUT Y43229OUT Y4352ANI X40516LD X42130LD X4173ANI X50617ANI X42231ANI X4204LD X40718ANI X41432ANI X4075OR X41119LD X40

36、733AND X5066ANB20OR X41134OUT Y4337OUT Y43021ANB35LD X44208LD X41522OUT Y43136ANI X4179ANI X41623LD X42237ANI X41110ANI X40424ANI X42138AND X50611ANI X50625ANI T54039OUT Y43612LD X40726LD X40713OR X41127OR X411自動(dòng)程序應(yīng)包括連續(xù)過(guò)程，單周過(guò)程，畫(huà)出狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。自動(dòng)程序部分如圖3-6所示:圖3-6自動(dòng)程序表3-3自動(dòng)程序指令表步序指令步序指令步序指令步序指令步序指令0STL S60144A

37、NDY53288OUTY531132STLS633176STLS6441OUT45S S61389OUT133OUT177OUTY430Y530Y532Y5302ANDX40546STL S61390ANDY531134ANDY532178ANDY5303S S60247OUTY53291ANDY530135S S634179S S6454STL S60248ANDY53292S S623136STLS634135S S6345OUTY43149S S61493STLS623137OUTY532136STLS6346ANDX41450STL S61494OUTY530138OUTY530137

38、OUTY5327S S60351OUTY53295ANDY530139MPS138OUTY5308STL S60352OUTY53096S S624140ANDY530139MPS9OUTY43253MPS97STLS624141ANDX412140ANDY53010ANDX40454ANDY53098OUTY530142S S630141ANDX41211S S60455ANDY41299OUTY532143MPP142S S63012STL S60456S S607100OUT144ANI143MPPY440X41213OUTY43357MPP101MPS145S S635144ANIX4

39、1214ANDX40658ANIX412102ANDY532146STLS636145S S63515S S60559S S615103ANDY413147OUTY431146STLS63616STL S60560STL S615104S S617148R Y534147OUTY43117OUTY43361ANDX503105MPP149ANDX414148R Y53418OUTY43462OUTY435106ANIX413150S S637149ANDX41419ANDX40763OUTT450107S S625151STLS637150S S63720S S60664SP K3108STL

40、S625152OUTY441151STLS63721STL S60665ANDT450109ANDX504153ANDY441152OUTY44122OUTY53666S S616110S S626154S S640153ANDY44123AND67STL S616111STL155STL154S S640Y536S626S64024S S60768OUTY441112OUTY536156ANDX413155STLS64025STL S60769S Y437113ANDY536157OUTY532156ANDX41326ANDX41270ANDY441114S S627158ANDY53215

41、7OUTY53227OUTY53071S S617115STLS630159S S641158ANDY53228ANDY53072STL S617116ANDX412160STLS641159S S64129S S61073ANDX413117OUTY530161OUTY532160STLS64130STL S61074OUTY532118OUTY531162OUTY531161OUTY53231OUTY53075ANDY532119ANDY530163ANDY532162OUTY53132OUTY53176S S620120ANDY531164ANDY531163ANDY53233ANDY5

42、3077STL S620121S S631165S S642164ANDY53134AND78OUT122STL166STL165S S642Y531Y532S631S64235S S61179OUTY531123OUTY531167OUTY531166STLS64236STL S61180ANDY532124ANDY531168ANDY531167OUTY53137OUTY53181ANDY531125S S632169S S643168ANDY53138ANDY53182S S621126STLS632170STLS643169S S64339S S61283STL S621127OUTY531171OUTY531170STLS64340STL S61284OUTY531128OUTY532172OUTY53017