【文章內(nèi)容簡介】 速度有時不能太高，變化范圍不能太大，故往往用齒輪傳動裝置將電動機輸出軸的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為負載軸的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。當用齒輪作為進給裝置時，需要滿足以下技術要求： （ 1） 大齒輪折算到電機軸上的轉(zhuǎn)動慣量要小。 （ 2） 剛度大。 （ 3） 無間隙。 （ 4） 噪聲低。 齒輪傳動比的計算 因為步進電機步距角 ??p? t＝ 5cm 要實現(xiàn)脈沖當量 ?p? ，齒輪的傳動比 14 21 ?????? ??tzzbp ??? 選 Z1＝ 24 Z2＝ 50 確定齒輪模數(shù)及有關尺寸 轉(zhuǎn)動慣量的計算 根據(jù)等效轉(zhuǎn)動慣量的計算公式得 ? ?23222110180 ?????????????????????????bpd MJJzzJJJ??? 式中 Jd—— 折算到電動機軸的慣性負載（ kg/cm2） J1—— 齒輪 Z1的轉(zhuǎn)動慣量（ kg/cm2） J2—— 齒輪 Z2的轉(zhuǎn)動慣量（ kg/cm2） J3—— 滾珠 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量（ kg/cm2） M—— 移動部件的質(zhì)量（ kg） 對材料為鋼的圓柱零件傳動慣量可按下式計算 J＝ ?10－ 3D4L D—— 圓柱零件直徑（ mm） L—— 零件長度（ cm） J1＝ ?10－ 3??＝ （ kg cm2） J2＝ ?10－ 3??＝ （ kg cm2） J3＝ ?10－ 3??30＝ （ kg cm2） 電機軸的轉(zhuǎn)動慣量很小可以忽略，則 ? ? 5022????????????????????????dJ （ kg cm2） 步進電動機的選擇 15 概述 步進電機也叫脈沖電動機， 是將脈沖信號轉(zhuǎn)化成相應的角位移的電磁機械裝置，是一種輸入與輸出數(shù)字的脈沖對應的增量驅(qū)動元件。當給步進電機一個電脈沖信號，不僅電動機轉(zhuǎn)動一個步距角，如按一定規(guī)律給步進電機一串連續(xù)脈沖信號，步進電機便一步步地連續(xù)旋轉(zhuǎn)。步進電機具有如下特點： （ 1） 位移量與輸入電脈沖數(shù)具有嚴格的對應關系，步距誤差不會積累。 （ 2） 穩(wěn)定運行時的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴格的對應關系。 （ 3） 控制性能好，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速啟動，停止或反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖的頻率，電動機的轉(zhuǎn)速就隨著變化，并在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。 （ 4） 控制系統(tǒng)簡單，工作可靠 ，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步進電機可廣泛應用于數(shù)模轉(zhuǎn)換，速度控制和位置控制系統(tǒng)中，是開環(huán)控制系統(tǒng)中的理想執(zhí)行元件。 步進電動機的類型很多，按其工作原理分為反應式、永磁式、永磁感應式、滾切式以及若干混合式。按勵磁相數(shù)，有 3相、 4相、 5相、 6 相甚至 8相，按其規(guī)律分為快速電機和功率電機。 步進電動機的工作原理 如圖所示是圓周分相徑向氣隙的 3 相反應式步進電機結(jié)構(gòu)簡圖，定子上有6 個磁極，每相 2 個，轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，上面沒有繞組，定子磁極和轉(zhuǎn)子上有很多小齒，齒數(shù)和通電循環(huán)拍數(shù)決定了電機的步距角 。 反應式步進電機的工作原理與反應式同步電機一樣，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動力矩是靠定子磁極與轉(zhuǎn)子間的磁極和切向分力產(chǎn)生的，當定子上 A 相繞組通電時，由于磁場力使磁組減少，因此轉(zhuǎn)子上離 A 相磁極相對的位置，當 A 相斷電，受 B相繞組所建立的磁場影響最大時，轉(zhuǎn)子齒 2和 4在磁場力的作用下，逆時針轉(zhuǎn)到和 B相磁極相對的位置，即轉(zhuǎn)子前進一步。同樣當 B 相斷電，而 C 相通電時，轉(zhuǎn)子又在磁場力的作用下轉(zhuǎn)動一步，使轉(zhuǎn)子 3 齒與 C相磁極對齊，由此可見，按ABCA 順序通電時，電機便一步步地轉(zhuǎn)動，步進電機的步距角 是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)過的角度， 由此可見 z—— 液壓夾具的設計 16 液壓夾具的液壓基本回路 根據(jù)本設計的要求選用定壓回路，一般用定量泵供油，供油率一般為Q=8L/min 左右。當壓力達到預定的要求壓力時，溢流閥 3 自動卸荷，這種回路油溫較高，非生產(chǎn)性消耗大，多用于裝夾較為頻繁的夾具。 液壓元件的選擇 液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是油的壓力和流量，它們是設計液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)，壓力取決于執(zhí)行元件的運動速度和結(jié)構(gòu)尺寸。 （ 1）油泵的選擇 1）確定油泵的最大的工作壓力 根據(jù)設計要求由于是測連桿的平行度，工件與測 頭不接觸，夾具所施加的加緊力只需保證工件不移動即可，不可使工件變形超出允許范圍即可，故設 P1＝ 200N 則活塞作用力 P＝ P1/? ? —— 考慮各種損失的有效系數(shù)，本設計取 ? ＝ 則 NP ?? ? ?cmPpD ? 根據(jù)常規(guī)油缸的系列，選擇 D=45cm 則油缸的工作壓力 M P aDpp 22222 ??????????????? 則油泵的最大工作壓力 ???? PPPp 本設計中取 ? ?? aMpP 17 則 Pp＝ +＝ 2）確定泵的流量 Qp ? ?? ?smQKQ p /3m a x?? K—— 系統(tǒng)泄油系數(shù)。一般取 － 。 ?maxQ —— 同時動作的油缸的最大的流量。 ? ? 222m a x 40 VdDQ ?? ? 本設計中 K＝ 當 p2MPa 時， d＝（ ） D ? ?? ? m i n/5045m i n/ .22m a x LmQ ????? ? 則 Qp=?=3）選擇油泵的規(guī)格 根據(jù)求得的 Pp 和 Qp 值，選擇 CB－ B 型齒輪泵。 （ 2）液壓閥的選擇 根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實際通過該閥的最大的流量，選擇有型的產(chǎn)品的閥，溢流閥按泵的最大的流量選取。根據(jù)本設計中的流量選擇溢流閥為 YF— L108型，通徑 10mm，并采用螺紋連接，重量為 kg。 （ 1） 管道尺寸的確定 mmVQd ??? 管道內(nèi)經(jīng)按上式計算 根據(jù)管道的標準系列選擇公稱通徑 DN＝ 8mm 則鋼管外徑 14mm 管接頭連接螺紋 M14 管子壁厚 ? 為 1mm （ 2） 油箱容量的確定 按下列經(jīng)驗公式確定油箱的容量 ? ?3mQV V?? 18 式中 QV —— 油泵每分鐘排出的壓力油的容積（ m3） ? —— 經(jīng)驗系數(shù)，本式中取 ? ＝ 3 則 V＝ 2 103＝ 102（ m3） （ 3） 濾油器的選擇 根據(jù)設計需要選擇線隙式濾油器，型號為 XUJ10 80 m? （ 4） 壓力表的選擇 根據(jù)設計要求選擇 KF－ L8/14E 型，公稱通徑為 8mm，壓力表直徑為 60? mm,接頭螺紋 M14 。 （ 5） 換向閥的選擇 根據(jù)設計要求選擇 。 19 第 4 章 連桿平行度測量儀中的微機應用及其接口技術 測量儀中微處理器 8088 介紹 8088 是 Intel 公司推出的面向字符處理的 16 位處理器。其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為 16 位，外部數(shù)據(jù)總線為 8位，是一種應用非常廣泛的微處理器。 最小方式（最大方式） 20 圖 41 8088 引線圖 Intel8088 的內(nèi)部結(jié)構(gòu) Intel8088 由執(zhí)行單元（ EU）和總線接口單元兩部分組成。執(zhí)行單元（ EU）負責指令的譯碼執(zhí)行，總線接口單元 BIU 負責 CPU 與存儲器和 I/O 端口之間的數(shù)據(jù)傳輸，并產(chǎn)生訪問存儲器和 I/O 端口的地址信號。 8088 采用矢量型中斷結(jié)構(gòu)?？商幚?256 種不同中斷，包括硬件中斷和軟件中 斷。中斷矢量表位于內(nèi)存 0— 3FFH 區(qū)域。 8088 有 20 根地址線，可尋址 1M 空間。 Intel8088 可工作在最小模式或最大模式。最小模式是在系統(tǒng)中只有 8088一個微處理器。系統(tǒng)中所有總線控制信號都由 8088 產(chǎn)生，最大模式除了 8088外，還有一個或多個協(xié)處理器協(xié)助 8088 工作。一般協(xié)處理器常用的有數(shù)值運算 21 協(xié)處理器 8087 和輸入 /輸出協(xié)處理器 8089。 Intel8088 引腳及功能 地址 /數(shù)據(jù)復用腳，雙向，三態(tài)。 地址 /狀態(tài)復用腳。 高 8位數(shù)據(jù)總線 /狀態(tài)復用腳。 可屏蔽中斷輸入腳。正沿觸發(fā)。 讀信 號，三態(tài)，輸出。 時鐘信號輸入， 等待測試信號。輸入。 復位信號。 總線同期狀態(tài)信號，輸出，三態(tài)。 連桿平行度測量儀中的接口技術 在微機控制的系統(tǒng)中，除了存儲器外還有很多輸入 /輸出裝置，如紙帶閱讀機、磁盤驅(qū)動器、顯示器、鍵盤、伺服電機等。如果將這些輸入 /輸出裝置與微機連接起來，就是 I/O 接口要研究的問題。 存儲器選擇及與 CPU接口技術 存儲器是計算機系統(tǒng)的一個非常重要的組成部分。它的主要功能是存儲執(zhí)行的程序以及待處理的各種數(shù)據(jù)。計算機最基本的功能是對程序的讀取，并執(zhí)行，執(zhí)行程序由 CPU 完 成。而要讀取的程序則必須安排在存儲器中。存儲器容量越大，則記憶的信息越多，計算機功能越強。存儲器的種類可分為：隨機存儲器（ RAM）和只讀存儲器（ ROM）兩大類。 RAM 又可分為雙級型和 MOS 兩大類，RAM又可分為靜態(tài) RAM和動態(tài) RAM。 ROM可分為湮沒 ROM、可編程只讀存儲器 PROM，可寫可擦的只讀存儲器 EPROM，電擦除只讀存儲器 E2PROM. 存儲器芯片 CPU 的連接中考慮如下問題： (1)主存儲器通常 RAM 和 ROM 應根據(jù)實際要求分配適當?shù)娜萘坎⑦x擇適當?shù)拇鎯π酒? (2)主存儲的 RAM， ROM 必須要占據(jù)合 理的地址空間，并通過適當?shù)碾娐愤M行控制。 (3)CPU 負載能力有限，存儲芯片負載也有限，在相互連接時，應加緩沖驅(qū)動器。 22 (4)時序配合是一個重要問題， CPU、存儲器兩者必須相匹配，根據(jù)以上幾點及本設計的要求，選用隨機存儲器 6264，只讀存儲器為可擦出除存儲芯片 2732，即可滿足上述要求，又足夠電路的設計需要。 圖 42 存儲器連接圖 存儲器與 CPU 的連接重要有以下三個部分： (1)地址總線的連接。 (2)數(shù)據(jù)線的連接。 (3)控制線的連接， 下面是 8088CPU 與存儲器的連接圖，在 ROM 和 RAM 之間一 般要接地址鎖存器。因為單片機規(guī)定 D0 提供低 8位地址線，同時又要作數(shù)據(jù)線，所以分為時輸出低 8 位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來保存，以便為外接存儲器提供低 8位地址信息，一般要采用地址鎖存器，根據(jù)實際情況，本設計采用 74LS373 作為鎖存器工作時，由 CPU 發(fā)出地址，允許鎖存信號 ALE 的下降沿， 23 將地址存入在地址鎖存器中， 74LS373 是帶三態(tài)緩沖輸出的 8D 觸發(fā)器，用作地址鎖存器時，應使其端 E為低電平，輸入 G 與 8032 的地址鎖存信號 ALE 連接，當 G=1 時， 373 的輸出 1Q— 8D相同，當 G從高電平返回低電平 時將輸入數(shù)據(jù)鎖入 1Q— 8D 中。 并行接口芯片的選擇及外設的接口技術 當 CPU 要從外設輸入信號或輸出信號給外設，可采用程序查詢方式等許多方式，但不論哪一種方式， CPU 總要通過接口電路才能與外設連接。 在接口電路中要有輸入輸出數(shù)據(jù)的鎖存器和緩沖器；要有狀態(tài)和控制命令的寄存器，以便于 CPU 與接口電路之間用應答方式來交換信息，也便于接口電路與外設間傳送信息，接口電路中不要有端口的譯碼和控制電路以及為了 CPU用中斷方式交換信息所需的中斷請示觸發(fā)器，中斷屏蔽觸發(fā)器，這樣才能解決CPU 的驅(qū)動能力問題，時序的配合 問題和實現(xiàn)各種控制， CPU 能正確地可靠地與外設交換信息。 現(xiàn)在常用的是 Intel 公司生產(chǎn)的 8255A 可編程并行接口芯片。本設計選用的即是這種芯片。 Intel8255A 是一個為 8080、 8085 和 8088 微型機系統(tǒng)設計的通用 I/O 接口片，與它可用程序來改變功能，通用行強，使用靈活，通過它可直接將 CPU 總線接向外設，其引腳如圖： 24 圖 43 8255A 引腳圖 8255A 有三個輸入輸出端口 PORTA、 PORTB、 PORTC。每一個端口都是 8 位，都可以選擇作為輸入或輸出。 8255A 有三種基本工作方式： (1)方式 0—— 基本輸入輸出。 (2)方式 1—— 選通輸入輸出。 (3)方式 2—— 雙向傳送。 8255A 的工作方式可由 CPU 用 I/O 指令輸出一個控制字到 8255A 的控制字寄存器來選擇這個控制字，可以分別選擇端口 A 和端口 B 的工作方式，端口 C分成兩部分，上半部分隨端口 A，下半部分隨端口 B，端口 A 有方式 0、 2三種，而端口 B只能工作方式 0 和 1。