【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 主軸的設(shè)計(jì)根據(jù)主軸的承載情況，主要傳遞扭矩，屬于傳動(dòng)軸?？紤]到軸的材料的經(jīng)濟(jì)性，本次設(shè)計(jì)選用主軸的材料為正火處理的45鋼。根據(jù)箱體和回轉(zhuǎn)體配合尺寸要求，設(shè)計(jì)主軸的主要尺寸如圖28所示：圖28 主軸尺寸圖 蝸桿軸的設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)的蝸桿軸用于傳遞扭矩，通過齒輪副到蝸輪蝸桿，不需要承受彎矩，所以用到的為傳動(dòng)軸。軸的材料的選擇，考慮到軸的材料的經(jīng)濟(jì)性，本次設(shè)計(jì)選用蝸桿軸的材料為正火處理的45鋼。根據(jù)箱體內(nèi)配合尺寸要求，設(shè)計(jì)蝸桿軸的主要尺寸如圖29所示：圖29 蝸桿軸的尺寸圖 鍵聯(lián)接的選擇設(shè)計(jì)鍵聯(lián)接時(shí)，通常被聯(lián)接件的材料、構(gòu)造和尺寸已初步?jīng)Q定，聯(lián)接的載荷也已求得。因此可根據(jù)聯(lián)接的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、使用要求和工作條件來選出鍵的類型，再根據(jù)軸徑從標(biāo)準(zhǔn)中選出鍵的截面尺寸。 鍵聯(lián)接的類型鍵主要用于軸和帶轂零件（如齒輪、蝸輪等），實(shí)現(xiàn)周向固定以傳遞轉(zhuǎn)矩的軸轂連接。其中，有些還能實(shí)現(xiàn)軸向固定以傳遞軸向力；有些則能構(gòu)成軸向動(dòng)聯(lián)接。鍵的類型有平鍵、半圓鍵、斜鍵和花鍵，其各有特點(diǎn)。因其軸上鍵的作用是傳遞扭矩，并且要求一定的定心性，因此應(yīng)用平鍵連接就可以了。 鍵聯(lián)接的尺寸（1）根據(jù)小齒輪上軸徑，小齒輪輪轂長度為，可查得鍵截面尺寸為：寬，高。參考轂長選鍵長。電機(jī)軸上的鍵同樣選擇這個(gè)尺寸。（2）根據(jù)主軸一段軸徑d=80mm，蝸輪輪轂長度為71mm，可查得鍵截面尺寸為：寬b=22mm,高h(yuǎn)=14mm。參考轂長選鍵長l=63mm。（3）根據(jù)主軸二段軸徑d=55mm，回轉(zhuǎn)體與軸連接長度為65mm，可查得鍵截面尺寸為：寬b=16mm,高h(yuǎn)=10mm。參考轂長選鍵長l=50mm。（4） 根據(jù)軸1軸徑d=60mm，分度盤輪轂長度為30mm，可查得鍵截面尺寸為：寬b=18mm,高h(yuǎn)=11mm。參考轂長選鍵長l=28mm。（5）根據(jù)軸2軸徑d=65mm，分度齒輪輪轂長度為60mm，可查得鍵截面尺寸為：寬b=18mm,高h(yuǎn)=11mm。參考轂長選鍵長l=56mm。 軸承的選擇滾動(dòng)軸承它是現(xiàn)代的機(jī)器中被廣泛應(yīng)用得部件之一，它是依靠那些主要元件之間的滾動(dòng)接`觸來支撐零件的轉(zhuǎn)動(dòng)的。與那些滑動(dòng)軸承比較,滾動(dòng)軸承的摩擦力較小，它的功率消耗較少，啟動(dòng)要容易等的優(yōu)點(diǎn)。而且常用的那些滾動(dòng)軸承它們絕大多數(shù)的已經(jīng)被標(biāo)準(zhǔn)化了，因此在使用滾動(dòng)的軸承時(shí)，我們只需要根據(jù)實(shí)際工作條件來正確的選擇軸承得尺寸和類型，驗(yàn)算軸承的承載的能力。以及與軸承之間的安裝、潤滑、調(diào)整、密封等有關(guān)的“軸承裝置設(shè)計(jì)”問題。 軸承的類型軸承是支承軸頸的部件，有時(shí)也用來支承軸上的回轉(zhuǎn)零件。按照承受載荷的方向，軸承可分為徑向軸承和推力軸承兩類。軸承上的反作用力與軸中心線垂直的稱為徑向軸承；與軸中心線方向一致的稱為推力軸承。根據(jù)軸承工作的摩擦性質(zhì)，又分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類。本次設(shè)計(jì)中要采用的是滾動(dòng)軸承。滾動(dòng)軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，應(yīng)用廣泛，安裝、維修方便，價(jià)格也比較便宜。滾動(dòng)軸承主要由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體和保持架組成，內(nèi)圈和外圈分別與軸頸及軸承座孔裝配在一起。本次設(shè)計(jì)中齒輪傳動(dòng)采用的是直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，無軸向力存在，所以軸承選用主要考慮的是蝸桿傳動(dòng)。蝸桿與小齒輪在同一軸上，整個(gè)軸存在軸向力，所以選用圓錐滾子軸承承受軸向力；蝸輪所在的軸需要承受蝸輪、工作臺(tái)和工件的重力，軸上所受軸向力方向應(yīng)該與重力方向相反，承受較大的軸向載荷，而且需要對(duì)中精度高，因此選擇推力球軸承，并用圓錐滾子軸承固定。電機(jī)軸連接直齒圓柱齒輪無軸向力，才用深溝球軸承。而軸1和軸2在鉆孔過程承受較小的軸向力，故采用圓錐滾子軸承。考慮到整個(gè)回轉(zhuǎn)系統(tǒng)工作時(shí)轉(zhuǎn)速不是很高，不間斷工作，溫度也不是很高。故采用脂潤滑，而箱體內(nèi)部蝸桿軸的轉(zhuǎn)速相對(duì)較高，故采用油潤滑。 軸承的尺寸軸承的基本代號(hào)包括三項(xiàng)內(nèi)容：類型代號(hào)、尺寸系列代號(hào)和內(nèi)徑代號(hào)。(1) 支持蝸桿回轉(zhuǎn)的軸徑為20mm，滾動(dòng)軸承為圓錐滾子軸承，因此軸承的代號(hào)為30204；(2) 電機(jī)軸的直徑為20mm，滾動(dòng)軸承為深溝球軸承，因此軸承的代號(hào)為6004；(3) 主軸上的軸徑分別為50mm和80mm，滾動(dòng)軸承為圓錐滾子軸承，軸承的代號(hào)分別為30210和30216；(4) 推力球軸承采用內(nèi)徑加大版的51410，內(nèi)徑加大到390mm；(5) 軸1和軸2的軸徑為90mm，滾動(dòng)軸承為圓錐滾子軸承，因此軸承的代號(hào)為30218。 軸承的密封裝置軸承的密封裝置是為了阻止灰塵，水，鐵屑和其他雜物進(jìn)入軸承，并阻止?jié)櫥瑒┝魇ФO(shè)置的。密封裝置可分為接觸式及非接觸式兩大類。此處，采用接觸式密封，氈圈密封圈。軸1和軸2處主要防止鐵屑進(jìn)入；故采用簡(jiǎn)易密封環(huán)便可。氈圈密封圈靠槽的擠壓作用而套緊在軸上，以便起密封作用。3 工作臺(tái)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)元器件選擇 單片機(jī)選擇單片機(jī)是一種集成在電路芯片，是采用超級(jí)大的規(guī)模的集成電路的技術(shù)把那些具有數(shù)據(jù)的處理能力得只讀的存儲(chǔ)器ROM、中央級(jí)處理器CPU、隨機(jī)的存儲(chǔ)器RAM、多種I/O口以及中斷系統(tǒng)、定時(shí)器/計(jì)時(shí)器等的功能，集成到一小塊硅片上并構(gòu)成一個(gè)小且完善得計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)?？紤]到本次設(shè)計(jì)所用的功能和經(jīng)濟(jì)性，選用ATMEL的AT89C55單片機(jī)。在AT89C55單片機(jī)是一種低功耗的，高性能的CMOS 8位單片機(jī)具有20K字節(jié)的閃存和可擦除可編程只讀的存儲(chǔ)器。該設(shè)備的生產(chǎn)采用Atmel的高密度非易失性內(nèi)存技術(shù)和兼容與業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)80C51指令集和引腳。片上閃存允許程序存儲(chǔ)器重新編程在系統(tǒng)或傳統(tǒng)的非易失性內(nèi)存程序員。通過將通用的8位閃存的單片上的CPU芯片，AT89C55單片機(jī)是一個(gè)強(qiáng)大的微型計(jì)算機(jī)提供了一個(gè)高度靈活和成本有效解決許多嵌入式控制應(yīng)用。AT89C55單片機(jī)提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能：閃存，256內(nèi)存，32個(gè)I / O線，3個(gè)字節(jié)，16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行口，片上振蕩器，時(shí)鐘電路。此外，AT89C55單片機(jī)的設(shè)計(jì)靜態(tài)邏輯操作頻率下降到零，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。該空閑模式停止CPU的工作，而RAM，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)繼續(xù)運(yùn)作。掉電模式保存RAM內(nèi)容但凍結(jié)振蕩器，禁用所有其他芯片的功能直到下一個(gè)硬件復(fù)位。AT89C55單片機(jī)芯片引腳如圖31所示。圖 31 AT89C55單片機(jī)芯片引腳 I/0接口芯片選擇I/O接口是一電子電路(以IC芯片或接口板形式出現(xiàn) ),其內(nèi)有若干專用寄存器和相應(yīng)的控制邏輯電路構(gòu)成。它是CPU和I/O設(shè)備之間交換信息的媒介和橋梁。本次設(shè)計(jì)所需功能考慮，選用的是intle 8279可編程I/O接口芯片。8279可用作單片機(jī)的可編程通用鍵盤與顯示器接口，可以為64鍵的接觸式按鍵陣列提供掃描接口，也可以用到類似霍爾效應(yīng)或者鐵氧體變形體的傳感器的列陣或一個(gè)選通的接口的鍵盤。鍵的按撳可以是二鍵閉鎖的也可以是N鍵巡回，可以自動(dòng)的消除按鍵抖動(dòng)，按鍵輸入編碼被選通送入8字符的FIFO先進(jìn)先出緩沖器中。若送入的字符多于8個(gè)，將越限制標(biāo)志置“1”，按鍵輸入時(shí)間CPU發(fā)出中斷信號(hào)。顯示部分能為發(fā)光的二極管，白熾燈，七段的顯示器，液晶顯示器等能提供掃描顯示的接口。8279是具有一個(gè)18X8顯示器的RAM，它也可以組成兩支16X4的RAM。CPU可以讀寫RAM。無論是右端送入方式還是左端送入方式都能由8279實(shí)現(xiàn)，顯示RAM有自動(dòng)加1的功能。Intle 8279芯片引腳如圖32所示。圖 32 Intel 8279芯片引腳 存儲(chǔ)器選擇存儲(chǔ)器是單片機(jī)系統(tǒng)中的記憶裝置，用來存放程序和數(shù)據(jù)。更確切地說，存儲(chǔ)器是存放二進(jìn)制編碼信息的硬件裝置。從不同角度出發(fā)，存儲(chǔ)器有不同的分類方式。1）按工作時(shí)與CPU聯(lián)系密切程度分類可分為主存和輔存，或稱作內(nèi)存和外存。2）按存儲(chǔ)元件材料分類可分為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器、磁存儲(chǔ)器及光存儲(chǔ)器。3）按存儲(chǔ)器讀寫工作方式分類可分為隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM和只讀存儲(chǔ)器ROM。設(shè)計(jì)選用的單片機(jī)型號(hào)為AT89C55，本身RAM只有256內(nèi)存，所以需要外擴(kuò)RAM，常用的靜態(tài)RAM芯片有611626621262256等，本次設(shè)計(jì)單片機(jī)選用的RAM為6264芯片。6264芯片的容量為8KB，即包含有65536個(gè)存儲(chǔ)元件，是28引腳雙列直插式芯片，采用CMOS工藝制造。RAM6264芯片引腳如圖33所示。圖 33 RAM6264芯片引腳 譯碼器選擇譯碼器是組合邏輯電路中的一個(gè)重要的元器件，它可以分為顯示譯碼和變量譯碼兩類。變量譯碼一般是把一種較少輸入變?yōu)檩^多輸出的元器件，一般把它分為2n譯碼和8421BCD碼譯碼這兩類。顯示譯碼主要解決把二進(jìn)制數(shù)顯示成對(duì)應(yīng)的十、或者十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換的功能，一般其可分為驅(qū)動(dòng)LCD和驅(qū)動(dòng)LED兩大類。譯碼是編碼的逆過程，在編碼時(shí)，每一種二進(jìn)制代碼，都賦予了特定的含義，即都表示了一個(gè)確定的信號(hào)或者對(duì)象。本次控制電路用到的譯碼器有兩處，一處為AT89C55單片機(jī)與外擴(kuò)RAM6264之間所以的譯碼器，還有一處為Intel 8279I/O控制芯片和鍵盤顯示器之間的譯碼器。譯碼器型號(hào)選用為74LS138譯碼器，74LS138譯碼器為3 線－8 線譯碼器，共有 54/74S138和 54/74LS138 兩種線路結(jié)構(gòu)型式。其工作原理如下：當(dāng)一個(gè)選通端（E3）為高電平，另兩個(gè)選通端（E1)和/(E2)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、AA2）的二進(jìn)制編碼在一個(gè)對(duì)應(yīng)的輸出端以低，電平譯出。74LS138譯碼器引腳如圖34所示。圖 34 74LS138譯碼器引腳 地址鎖存器選擇地址的鎖存器它就是一個(gè)暫存器，它會(huì)根據(jù)控制的信號(hào)狀態(tài)，將總線上的那些地址代碼能暫存起來，當(dāng)微型處理器和存儲(chǔ)器開始交換彼此信號(hào)時(shí)，首先通過CPU發(fā)出的存儲(chǔ)器的地址，同時(shí)會(huì)發(fā)出一個(gè)允許鎖存的信號(hào)ALE來給鎖存器，當(dāng)鎖存器收到該信號(hào)之后將數(shù)據(jù)/地址總線上得地址鎖存到總線上，這樣隨后才能夠傳輸相應(yīng)的數(shù)據(jù)。本次地址鎖存器采用型號(hào)為74LS373。共有8個(gè)輸入端D1—D8及8個(gè)輸出端Q1—Q8，當(dāng)三態(tài)端OE為有效的低電平時(shí)，74LS373的G端為輸人的選通端。使能端G為有效的高電平的時(shí)候，輸出會(huì)跟隨輸入的變化；當(dāng)G＝1的時(shí)候，鎖存器是處于透明的工作狀態(tài)。即鎖存器輸出狀態(tài)會(huì)隨數(shù)據(jù)端變化來變化，即腳1=Di(I=1，2，…，8)。當(dāng)G端由1變0時(shí)，數(shù)據(jù)會(huì)被鎖存了起來。此時(shí)的輸出端Qi不再隨著輸入的變化而發(fā)生變化，而會(huì)一直保持著鎖存前值不變。G端(或STB端)可直接和單片機(jī)的鎖存控制信號(hào)端ALE相連，在ALE的下降沿進(jìn)行地址鎖存。74LS373地址鎖存器引腳如圖35所示。圖 35 74LS373地址鎖存器引腳 控制系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 主控器電路設(shè)計(jì)本次主控電路元器件有單片機(jī)AT89C55，地址鎖存器74LS373，譯碼器74LS138和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器6264組成。單片機(jī)主控電路接法如圖36所示， ， ，,R相連，周期輸出信號(hào)ALE與74LS373的GND相連，WR，RD分別和6264的WE,DE相連；74LS373的Q0Q7與6264的A0A7相連，Y2與CS16264相連；時(shí)鐘電路與AT89C55的XTALXTAL2相連。圖36 單片機(jī)主控制電路圖 I/ O 接口電路設(shè)計(jì)I/O接口擴(kuò)展電路由AT89C55單片機(jī)， INTEL8279I/O接口芯片，74LS138譯碼器, 75451位驅(qū)動(dòng),28鍵盤和6位8段LED元器件組成。I/O接口擴(kuò)展電路設(shè)計(jì)接法如圖37所示，，周期輸出信號(hào)ALE直接接到8279的時(shí)鐘端CLK，INT1接