【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 /m m 26 8 N /m mH H p??? ? ?得，齒面滿足接觸疲勞強(qiáng)度檢驗(yàn)。 蝸輪輪齒的彎曲強(qiáng)度計(jì)算 由于蝸輪輪齒的齒形比較復(fù)雜，要精確計(jì)算它的彎曲應(yīng)力比較困難。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)告訴我們，齒根彎曲強(qiáng)度主要與模數(shù) m 和齒寬 2b 這兩個(gè)主要的幾何參數(shù)有關(guān) ，故可用簡(jiǎn)單條件計(jì)算法即 U 系數(shù)法來(lái)校核。 2 lim2 m intA pFFK UUUm b S? ? ? 10 式中2tF—蝸輪的圓周力（ N）； m —蝸桿軸向模數(shù)（ mm）； pU —許用 U 系數(shù)； limU —輪齒彎曲計(jì)算時(shí)的極限 U 系數(shù)（ 2N/mm ），查文獻(xiàn) ［３］ 表 得， limU =225 2N/mm 。 minFS —彎曲強(qiáng)度的最小安全系數(shù)，一般 minFS =1~。本設(shè)計(jì)中出于對(duì)機(jī)器要求的可靠度和重要性考慮取 minFS =。 2tF的計(jì)算 22322122 2 2 5 . 7 1 0 N 8 2 9 . 0 3 N2 2 4 5 . 2 2 8tmTTF d a d ??? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? NNda Td TFmt 928502 22 312222 ???????????? 式中2md—為蝸輪中圓直徑； 因此2tF的大小為 。 2. pU 的大小計(jì)算 limm in225 1 3 2 .3 51 .7pFUU S? ? ? U的計(jì)算及校核 ???? ??? pAt Umb KFU 因此滿足設(shè)計(jì)要求。 剛度不足會(huì)導(dǎo)致蝸桿副的不正常嚙合，造成偏載，加劇磨損，故應(yīng) 驗(yàn)算蝸桿軸的剛度。 蝸桿軸的最大撓度 112 2 31()48tr L imF F LyyEI??? 式中1tF—蝸桿圓周力（ N）； 11 1rF—蝸桿徑向力（ N）； 1E —蝸桿材料的彈性模量，因?yàn)樵O(shè)計(jì)中對(duì)蝸桿的材料選擇為鋼，所以 21 20 60 00 N /m mE ? ； I—蝸桿危險(xiǎn)斷面處的慣性距（ 4mm ）； L—蝸桿軸承間的跨距（ mm ），取 L== mm ； Limy —極 限撓 度（ mm ）， 因 為采 用 的是 調(diào)質(zhì) 蝸 桿， 所 以取Limy == ,m 為蝸桿的模數(shù)。 1. 蝸桿圓周力1tF的計(jì)算 13112 2 1 8 .6 1 0 N 1 4 0 0 N28t TF d ??? ? ? 2. 蝸桿徑向力 1rF 的計(jì)算 12 ta n 82 9. 03 ta n 20 N 30 1. 74 NrtFF ?? ? ? ? ? I 的計(jì)算 4 4 441 3 . 1 4 2 8 m m 3 0 1 7 1 . 8 9 m m6 4 6 4dI ? ?? ? ? 112 2 3 2 2 31() ( 1 4 0 0 3 0 1 .7 4 ) 6 7 .8 m m 0 .0 0 1 5 m m4 8 4 8 2 0 6 0 0 0 3 0 1 7 1 .8 9trF F LyEI? ??? ? ??? 因?yàn)槲仐U軸的最大撓度 ? 遠(yuǎn)小于其極限撓度 ? ，故滿足其設(shè)計(jì)要求。 導(dǎo)軌動(dòng)摩擦系數(shù) ? ，鑲條緊固力 gf =500N，因坐標(biāo)軸導(dǎo)軌是垂直的，所以導(dǎo)軌最大摩擦力： m a x ( ) 0. 15 ( 80 0 50 0) N 19 5 NugF u w f? ? ? ? ? ? 導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù) 0 ? ，則此狀態(tài)下的導(dǎo)軌摩擦力為： 00 ( ) 0 .2 ( 8 0 0 5 0 0 ) N 2 6 0 NgF u w f? ? ? ? ? ? 12 最大軸向負(fù)載力 m a x m a x ( 800 195 ) N 995 NauF W F? ? ? ? ? 因?yàn)榻z杠的安裝方式采用的是一端固定、一端游動(dòng)，所以選用固定端軸承為 60 ? 角接觸軸承組，采用面對(duì)面安裝。其型號(hào)為 760204TNI,尺寸（ ??內(nèi) 徑 外 徑 寬 度）為 20 m m 47 m m 14 m m??，選用油潤(rùn)滑。 maxBF m a x m a x1 4 9 7 .5 0 N2BaFF?? BpF m a x1 1 6 5 .8 3 N3B p BFF?? BamF m a x ( 16 5. 8 99 5 ) N 11 60 .8 3 NB am B p aF F F? ? ? ? ? C 軸承的徑向載荷 rF 和軸向載荷 aF 分別 c os 60 58 2 Nr B amFF ??? si n 60 Na Ba mFF ? 因?yàn)? rFF ??，所以查文獻(xiàn) ［１］ 表 225 得，徑向系數(shù) x=,軸向系數(shù) y=,故 ( 580 .42 4 100 1 ) N 164 6 Nrap x F y F? ? ? ? ? ? ? 軸承在工作轉(zhuǎn)速 200 / minnr? 下的基本額定動(dòng)載荷為： 33 1 6 4 5 . 6 66 0 6 0 2 0 0 2 0 0 0 0 N 1 0 2 2 6 . 9 0 N1 0 0 1 0 0hpC n L? ? ? ? ? ? 軸 承 的 額 定 動(dòng) 載 荷 39。 19 60 0 N 10 22 0 NCC? ? ?， 預(yù) 載 荷 能 力39。BpF =1150N BpF =，并在油潤(rùn)滑狀態(tài)下的極限轉(zhuǎn)速為 5000r/min，遠(yuǎn)大于絲杠的最高轉(zhuǎn)速 maxn =200r/min，故滿足。 13 sK 的計(jì)算 絲杠支承形式為一端固定，一端游動(dòng)，因此 22321 0 1 .6 5 1 04s d E dK aa? ?? ? ? ? ? 式中 sK —拉壓剛度（ 2N/mm ）； E—楊氏彈性模量 10 N/mm? ； 2d —絲杠底徑（ mm）。 當(dāng)螺母至固定支承的最大距離時(shí)剛度最小，此時(shí) ? ，則 2 22 2 2 22m i n 251 . 6 5 1 0 1 . 6 5 1 0 N /m m 4 7 4 . 1 4 N /m m2 1 7 . 5s dK a? ? ? ? ? ? ? 當(dāng)螺母至靠固定端的行程起點(diǎn)時(shí)剛度最小，此時(shí) ? ，則 2 22 2 2 22m a x 251 . 6 5 1 0 1 . 6 5 1 0 N /m m 8 7 7 . 6 6 N /m m1 1 7 . 5s dK a? ? ? ? ? ? ? 因?yàn)榻z杠安裝方式為一端固定，一端游動(dòng)，固定端預(yù)緊，則 2530 m a x2 2 . 3 4 s inb B Q BK K d Z F ?? ? ? ? 3 252 2 .3 4 5 .5 5 6 1 5 4 9 7 .5 0 sin 6 0 N /u m 3 1 4 .3 2 N /u m? ? ? ? ? ? ? ? 11m a x 33 99539。( ) 6 3 6 ( ) N /u m 4 2 2 . 6 7 N /u m0 . 3 0 . 3 1 1 3 0 0acc FKK Ca? ? ? ??? 式中 39。cK —絲杠接觸剛度（ N/um ）； Ca —額定動(dòng)載荷（ N）。 K 進(jìn)給系統(tǒng)的最大拉壓剛度為： m a x m a x1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 6 78 7 7 . 6 6 3 1 4 . 3 2 4 2 2 . 6 7s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 故 m ax 149 .55 N /umK ? 。 進(jìn)給系統(tǒng)的最小拉壓剛度為： 14 m i n m i n1 1 1 1 1 1 1 0 . 0 0 7 74 7 4 . 1 4 3 1 4 . 3 2 4 2 2 . 6 7s b cK K K K? ? ? ? ? ? ? 故 m in 130 .61 N /umK ? 。 ? 已知絲杠的綜合拉壓剛度的最小值為 m in 130 .61 N /umK ? ，導(dǎo)軌的靜摩擦力 0 260NF ? ，得 3 3 30 6m i n2 2 2 6 02 1 0 1 0 m m 3 . 9 8 1 0 m m1 3 0 . 6 1 1 0u FK? ??? ? ? ? ? ? ? ?? 即 3. 98 um 5u m? ? ? ，故滿足精度要求。 maxk? m a x 0 m i n m a x11( ) 2 6 0 ( 0 . 0 0 7 7 0 . 0 0 6 7 ) u m 0 . 2 6 u mk F KK? ? ? ? ? ? ? 即 m a x um 6 umk? ??，故滿足精度要求。 電動(dòng)機(jī)的選擇 件負(fù)載慣量 已知執(zhí)行部件總重 ，絲杠每轉(zhuǎn)一圈，執(zhí)行部件在軸向移動(dòng)的距離為 0 6L mm? ，則 2 2 2 20 0 . 6( ) 8 1 . 6 3 ( ) k g c m 0 . 7 4 k g c m22L LJm ??? ? ? ? ? ? 1J 34113 4 4 4 22 8 10 8 10 ( 3 8 8 ) kg c m 9 kg c mnjjjJ D L?????? ? ? ? ? ? ? ? ???? —絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 rJ 15 3413 4 4 22 10 10 ( 6 2 32) kg c m kg c mnr j jjJ D L?????? ? ? ? ? ? ???? dJ 步進(jìn)電機(jī)與蝸桿之間采用聯(lián)軸器直接聯(lián)接。 221 211( ) [ 0 . 4 9 ( 0 . 7 4 3 . 0 0 ) ] k g c m 0 . 5 9 k g c m36d L rJ J J Ji? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 3m a x 0 9 9 5 6 1 0 N m 0 . 6 8 9 N m2 2 2 3 % 6au FLT i? ? ????? ? ? ? ? 選擇 70BF003 型反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)，其主要性能如下： 相數(shù)， 3；步距角， /3?? ；最大靜轉(zhuǎn)距， Nm? ；轉(zhuǎn)動(dòng)慣量， 2kg cm? ；最大啟動(dòng)頻率， 1600HZ；分配方式，三相六拍；質(zhì)量， 。 16 第 4 章三自由度醫(yī)療床控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)整體方案 本設(shè)計(jì)要對(duì)步進(jìn)電機(jī)以及產(chǎn)品的移動(dòng)距離進(jìn)行控制，當(dāng)移動(dòng)距離達(dá)到最大或最小限位時(shí)，通過(guò)控制系統(tǒng)使電機(jī)停轉(zhuǎn)。對(duì)產(chǎn)品的移動(dòng)距離需進(jìn)行記數(shù)并顯示。 本設(shè)計(jì)要實(shí)現(xiàn)控制的對(duì)象有步進(jìn)電機(jī)，對(duì)移動(dòng)距離進(jìn)行測(cè)量的傳感器以及顯示用的數(shù)碼管。 本設(shè)計(jì)中的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)可以通過(guò)單片機(jī)、 PLC 和微機(jī)進(jìn)行控制，單片機(jī)具有體積小、性能 /價(jià)格比高、耗電少、可靠性高 和容易掌握等優(yōu)點(diǎn) [14]。 PLC具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)；通用性強(qiáng)，使用方便；編程方法簡(jiǎn)單；控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試、維護(hù)方便；體積小、重量輕、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。但，PLC 控制的經(jīng)濟(jì)性遠(yuǎn)不如單片機(jī)控制的好，而且 8051 單片機(jī)已完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)步進(jìn)電機(jī)的控制，故選用單片機(jī)對(duì)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行控制。 數(shù)控系統(tǒng)是由硬件和軟件兩部分組成的。硬件是組成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，有了硬件，軟件才能有效地運(yùn)行。硬件電路的可靠性直接影響到數(shù)控系統(tǒng)性能指標(biāo)。 醫(yī)療床硬件電路由以下五部分組成： 1. 主控制器，即中央 處理器 CPU。 2. 總線，包括數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 3. 存儲(chǔ)器，包括程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。 4. 接口，即 I/O 輸入 /輸出接口電路。 5. 外圍設(shè)備，如鍵盤、顯示器和光電輸入機(jī)等。 因此結(jié)合實(shí)際的工作需要，確定控制系統(tǒng)硬件電路的總體設(shè)計(jì)方案，如圖 31 所示： 17 圖 41 系統(tǒng)簡(jiǎn)圖 中央處理單元的類型選擇 通常在微機(jī)控制應(yīng)用系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)的種類有很多，常見(jiàn)的有單片機(jī)控制和可編程控制器 PLC 控制等。本此設(shè)計(jì)考慮到系統(tǒng)應(yīng)用的場(chǎng)合、控制對(duì)象對(duì)各種參數(shù)的要求以及經(jīng)濟(jì)價(jià)格比等經(jīng)濟(jì)性的要求，采用目前在經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床 中普遍使用的 MCS51 系列單片機(jī)作為主控制器。 I/O 口的電路設(shè)計(jì)應(yīng)包括接口芯片的選用，步進(jìn)電機(jī)控制電路，鍵盤顯示電路，位置檢測(cè)電路以及其他輔助電路的設(shè)計(jì)（例如復(fù)位電路、掉電保護(hù)電路等）。 MCS51 系列單片機(jī)是美國(guó) Intel 公司推出的一款集成度很高，集片內(nèi)存儲(chǔ)器、片內(nèi)輸入 /輸出部件和 CPU 于一體的優(yōu)良單片機(jī)系統(tǒng)，在我國(guó)已廣泛被應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)型數(shù)控機(jī)床。 MCS51 系列產(chǎn)品中有 803 8051 和 8751。 8051雖然內(nèi)含 4K 字節(jié) EPROM，但是其 EPROM 是為用戶制備的，所以在國(guó)內(nèi)很難采用這種類型。而 8751 片內(nèi)含有 4K 字節(jié) EPROM，但是價(jià)格比 8031 和8051 都要貴很多。除此之外，三者的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳完全相同。 8051 單片機(jī)的基本性能如下： 8 位中央處理器； （ 6MHz 或 12MHz），每執(zhí)行一條指令時(shí)間為 2us或 1us；