【正文】 圖3一1機電一體化系統(tǒng)設計流程圖3一2常用電子類組裝工具圖3一4方案一草圖圖3一5風能供料裝置結(jié)構(gòu)示意圖3一6風能供料裝置主要部件示意圖3一7同步帶表31同步帶載荷修正系數(shù)KA表3一3帶輪最小許用齒數(shù)Zmin表3一4同步帶節(jié)線長度L P表35同步帶在基準帶寬下的許用工作拉力和線密度表3一6小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)圖39同步帶傳動示意簡圖圖3一10小帶輪零件圖3一11大帶輪零件圖3一12同步帶傳動效果表310項目評價表。(3)方案通過后，具體設計，學生將項目實施過程填入記錄表39中。(1)學生分組設計方案。(1)電腦若干(二維設計軟件、三維設計軟件必有)。(3)學會查《機械設計手冊》。(1)使學生具備一般機電產(chǎn)品方案的設計能力。本設計是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。本項目的設計日的是每推一個料，計數(shù)器顯示一個數(shù)，逐次遞增。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有反射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號則沒有輸出。光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進行計數(shù)的，有直射式和反射式兩種。錐齒輪傳動嚙合部分三維造型如圖3一15所示。(3)計算相關參數(shù)。錐齒輪材料選擇45 鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~225 HBS。同步帶:選用L型同步帶，訂購型號為150 L100最后，經(jīng)過廠家訂購與協(xié)商，確定帶輪及帶，零件如圖3一圖3一11所示，同步帶傳動效果如圖3一12所示。帶的設計功同步帶傳動示意簡圖如圖39所示。10)帶的工作能力驗算。式中bs0—選定型號的基準寬度，由表95可查得bs0 = 。設計同步帶傳動時，中心距a應該可以調(diào)整，以便獲得適當?shù)膹埦o力。根據(jù)表94選取接近標準的節(jié)線長度Lp=381mm，相應齒數(shù)Zb= 40。當帶速和安裝尺比寸允許時，Z1盡可能選用較大值，初步選取Z1=12。該方案主要包括產(chǎn)品外觀和結(jié)構(gòu)布置方案、產(chǎn)品部件或子系統(tǒng)劃分以及設計目標、各部件或子系統(tǒng)的接口設計等三個方面，并制訂詳細設計任務書、驗收規(guī)范及進度計劃。產(chǎn)品立項應給出生產(chǎn)設計要求表，表中所列要求分為特征指標、優(yōu)化指標和尋常指標，各項要求應盡可能量化，并按重要程度分出等級。5)成本分析:根據(jù)所制定的產(chǎn)品技術規(guī)格和技術路線，綜合分析產(chǎn)品成本，包括技術成本、原材料成本、制造成本和人力成本等，為產(chǎn)品的立項提供決策支持。如果不充分考慮這些問題和風險，產(chǎn)品開發(fā)時間則可能拖延，從而錯過市場最佳時機，使產(chǎn)品的成本過高、質(zhì)量和成品率低或者大規(guī)模地更換生產(chǎn)設備等。在制定主要產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標時還要充分參考競爭對手的產(chǎn)品及發(fā)展趨勢，制定最合理的參數(shù)。用戶往往追求性價比高的產(chǎn)品。性能指標和技術規(guī)格越高，產(chǎn)品的成本就越高，價格也就越高。2)可選技術方案:同樣的產(chǎn)品可能有多種技術方案可選擇，設計人員必須根據(jù)一定的準則從中選擇一個最合適的方案或?qū)⑦@些方案進行綜合處理。所使用的關鍵性技術應該是比較成熟的、成本和技術風險容易控制的。技術可行性分析包括以下幾個方面: 1)關鍵技術和技術線路:研究本產(chǎn)品需要的關鍵技術，指明產(chǎn)品實現(xiàn)的技術路線和技術標準。通過調(diào)研應確定開發(fā)產(chǎn)品的必要性、種類和生命周期，預測產(chǎn)品的技術水平、經(jīng)濟效益和社會效益等，確定用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、外觀和價格等方面的要求，即形成產(chǎn)品的初步概念，然后進行技術可行性分析。此外，還要了解本單位的生產(chǎn)基礎條件。此外，還應了解競爭產(chǎn)品的種類、優(yōu)缺點和市場占有率等情況。(2)市場預測。(1)需求分析。一個全新的機電一體化產(chǎn)品的正向設計和開發(fā)過程大體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設計和詳細設計三個階段。另一方面，要使功能達到最佳，機械子系統(tǒng)、電子信息處理子系統(tǒng)、動力子系統(tǒng)、傳感檢測子系統(tǒng)和執(zhí)行機構(gòu)子系統(tǒng)5部分構(gòu)成要素的匹配、相互協(xié)調(diào)和相互補充也極為重要。表28 JSAZL型直線滾動導軌副尺寸參數(shù)表29項目實施過程記錄表表210項目評價表項目三 簡易機電產(chǎn)品設計與制作一方面，在保證產(chǎn)品完成規(guī)定功能的前提下，通過對構(gòu)成各子系統(tǒng)的方案進行優(yōu)化組合，降低成本，使系統(tǒng)功能平穩(wěn)、準確、快速，以滿足用戶的要求。由前面的計算結(jié)果得額定工作時間壽命Th = 14 400 h。 已知作用在單滑座上的最大載荷Fmax，滑座數(shù)M=4，工作臺受到進給方向的載荷(與絲杠軸線平行)Ff= 1 401 N，工作臺受到橫向的載荷(與絲杠軸線垂直)Fn= 337 N ,工作臺受到垂直方向的載荷(與工作臺面垂直)Fe=512 N，移動部件總重量G =736 N。②壓板。圖2一6(b)所示為從兩端用螺釘3和5調(diào)節(jié)，避免了鑲條4的竄動，性能較好。如圖2一6(a)所示的調(diào)整方法是用調(diào)節(jié)螺釘1帶動鑲條2做縱向移動以調(diào)節(jié)間隙。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個面分別與動導軌和支撐導軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。平鑲條如圖2一5所示，它是靠調(diào)整螺釘1移動鑲條2的位置來調(diào)整間隙的，圖2一5(c)所示為在間隙調(diào)整好后，再用螺釘3將鑲條2緊固。鑲條用來調(diào)整矩形導軌、燕尾形導軌的側(cè)隙，以保證導軌面能正常接觸。例如滑動導軌副采用壓板和鑲條兩種方法調(diào)整。2)調(diào)整裝置。鑲裝塑料導軌具有耐磨性好，動、靜摩擦系數(shù)接近，化學穩(wěn)定性好，抗振性好，抗撕傷能力強，工作范圍廣，成本低等諸多優(yōu)點。鑄鐵耐磨性好，熱穩(wěn)定性高，減振性好，成本低，易于加工，在滑動導軌中應用廣泛。(4)其他參數(shù)選擇。K—壽命系數(shù)，一般取K=50。KT—溫度系數(shù)，按表2一5選取。式中: KW—負荷系數(shù)，按表2一3選取。(3)通過計算選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。6)雙圓柱導軌組合。5)矩形與燕尾形導軌組合。間隙調(diào)整方便，用一根鑲條就可以調(diào)節(jié)各接觸面的間隙。4)雙燕尾形導軌。其缺點是三角形導軌比矩形導軌磨損快，易造成磨損不均勻，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補償，故對位置精度有影響。3)三角形與矩形組合。如圖22(b)所示，以內(nèi)外側(cè)面做導向面時，間距小、熱變形小、間隙小，因而導向精度高、易獲得較高的平行度。雙矩形導軌承載面和導向面是分開的，存在側(cè)向間隙，必須用鑲條調(diào)節(jié)。2)雙矩形導軌。但由于超定位，加工、檢驗、維修都較困難，而且當量摩擦系數(shù)也高，因此適于精度高的場合。如圖21所示，雙三角形導軌導向性和精度保持性都很高，磨損后能自動下沉補償磨損量。常見導軌截面形狀見表2一2。項日的整體評價如表13所示。(2)學生分組，制定任務實施方案。(3)扳手、鉗子、直尺。學完基礎知識及實例后，學生自主分析數(shù)控車床主軸箱實物，熟悉內(nèi)部組成，然后分組制訂設計方案，方案合格后，開始具體設計。當傳動比i采用標準公比的整數(shù)次方時，齒數(shù)和S及小齒輪齒數(shù)可以從表1一1中查得。在同一變速組中，若模數(shù)相同且不采用變位齒輪，則傳動副的齒數(shù)和相同。(2)安排變速組的傳動順序，擬定結(jié)構(gòu)式(網(wǎng))。這種方案保留了原主軸箱的結(jié)構(gòu)，改裝量小，但只適合于06140型車床。與此同時，在速度繼電器的控制下，主電動機低速點動，以便滑移齒輪順利地進人嚙合位片。當手柄軸帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，壓塊6依次壓下6個微動開關，發(fā)出6個不同信號，數(shù)控系統(tǒng)通過對電路信號的識別來控制變速。以一個180 W的交流小電動機8通過蝸輪副7和齒輪3, 2將運動傳給手柄軸1，帶動主軸箱內(nèi)的撥叉和滑塊進行變速。圖15所示為本任務改裝后的主傳動系統(tǒng)示意。采用直流主軸電動機或交流主軸電動機改裝，其改裝成本高，但效果好，能獲得滿意的速度，而且由于傳動鏈中沒有齒輪，故噪聲很小。這種變速機構(gòu)仍為有級變速，一般變速級數(shù)不超過四級。這樣做的好處是機床性能良好，主傳動鏈改裝量較少，但多速電動機的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電動機功率要選的大一些，同時電動機的尺寸一也大，因此還要增加一套電動機變速系統(tǒng)。將機械主傳動系統(tǒng)改裝為自動變速裝置的幾種方案說明見下文介紹。一般的臥式車床在改裝為經(jīng)濟型數(shù)控車床時，主傳動系統(tǒng)和變速操縱機構(gòu)是不動的，可利用暫停指令進行手動變速換擋，然后再繼續(xù)加工。主電動機經(jīng)帶輪副和四速變速機構(gòu)驅(qū)動主軸，其傳動路線表達式是擬定轉(zhuǎn)速圖如圖25所示，從圖中可知，主軸共得到四段轉(zhuǎn)速: 車床數(shù)控化改裝主傳動系統(tǒng)方案設計將06140臥式車床改造成用MCS51系列單片機控制的經(jīng)濟型數(shù)控車床，采用步進電動機開環(huán)控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧插補功能。它集中了臥式車床、轉(zhuǎn)塔車床、多刀車床、仿形車床、自動和半自動車床的功能，是數(shù)控機床中應用較廣泛的品種之一?；谏鲜龇治隹芍?，如果直流或交流調(diào)速電動機用于拖動直線運動執(zhí)行器，例如龍門刨床工作臺(主運動)或立式車床刀架(進給運動)，可直接利用調(diào)速電動機的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍，用電動機直接帶動或通過定比減速齒輪拖動執(zhí)行機構(gòu)?，F(xiàn)在在中、小功率領域，交流調(diào)速電動機已占優(yōu)勢，應用一也更加廣泛。直流和交流電動機的功率轉(zhuǎn)矩特性如圖12所示。通常額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速氣max為恒定功率，變速范圍為3~5。通常，直流電動機的恒功率變速范圍較小，僅為2~4，而恒轉(zhuǎn)矩變速范圍很大，可達幾十，甚至超過100。直流電動機從額定轉(zhuǎn)速向上至最高轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)磁場電流(簡稱調(diào)磁)的辦法來調(diào)速的，屬于恒功率調(diào)速。機床上常用的無級變速機構(gòu)為直流或交流調(diào)速電動機。因此，常常將無級變速裝置與機械分級變速機構(gòu)串聯(lián)，以擴大其變速范圍。(2)無級變速裝置與機械分級變速機構(gòu)的串聯(lián)。易于實現(xiàn)直線運動和自動化。液壓無級變速裝置通過改變單位時間內(nèi)輸入液壓缸或液動機中液體的油量來實現(xiàn)無級變速。機械無級變速器應用于要求功率和變速范圍較小的中、小型車型、銑床等機床的主傳動中，更多的是用于進給變速傳動中。機械無級變速裝置有柯普(Koop)型、行星錐輪型、分離錐輪鋼環(huán)型和寬帶型等多種結(jié)構(gòu)，它們都是利用摩擦力來傳遞轉(zhuǎn)矩的，通過連續(xù)地改變摩擦傳動副工作半徑來實現(xiàn)無級變速。變速電動機I’一泛用于數(shù)控機床和大型機床中。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機床的使用要求。機床上常用的變速電動機有直流電動機和交流電動機，它們在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率變速，通常變速范圍僅為2 ~3。機床主傳動中常用的無級變速裝置有三類:變速電動機、機械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。因此，需要在無級調(diào)速電動機之后串聯(lián)機械分級變速傳動，以滿足調(diào)速范圍和功率、轉(zhuǎn)矩特性的要求。由于數(shù)控機床主運動的調(diào)速范圍較寬，一般情況下單靠調(diào)速電動機無法滿足。數(shù)控機床的主運動廣泛采用無級變速傳動，這不僅能使其在一定的調(diào)速范圍內(nèi)選擇到合理的切削速度，而且還能在運轉(zhuǎn)中自動變速。液壓無級變速器傳動平穩(wěn)、運動換向沖擊小，易于實現(xiàn)直線運動，常用于主運動為直線運動的機床，如磨床、拉床、刨床等機床的主傳動系統(tǒng)中。無級變速傳動可由機械摩擦無級變速器、液壓無級變速器和電氣無級變速器來實現(xiàn)。能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化。其缺點是電動機發(fā)熱易引起熱變形。(4)電主軸。經(jīng)過齒輪傳動降速后，電動機輸出轉(zhuǎn)矩可以擴大，以滿足主軸低速運轉(zhuǎn)時輸出扭矩大的特性要求。(3)電動機經(jīng)齒輪變速傳動主軸。如圖1一1(b)所示，電動機將其運動經(jīng)同步齒形帶以定比傳動傳遞給主軸。目前，多采用交流伺服電動機，它的功率很大，但輸出功率與實際消耗的功率保持同步，效率很高。大多數(shù)數(shù)控機床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機床主傳動系統(tǒng)主要有以下四種配置方式:(1)主軸電動機直接驅(qū)動。數(shù)控機床的主傳動要求有較大的調(diào)速范圍，以保證在加工時能選用合理的切削用量，從而獲得最佳的生產(chǎn)率、加工精度和表面質(zhì)量。(2)按傳動裝置類型可分為機械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置及其組合。調(diào)速交流電動機驅(qū)動又有多速交流電動機驅(qū)動和無級調(diào)速交流電動機驅(qū)動。機床主傳動系統(tǒng)可按以下不同的特征來分類:(1)按驅(qū)動主傳動的電動機類型可分為交流電動機驅(qū)動和直流電動機驅(qū)動。(2)滿足機床傳遞動力要求。首先應滿足機床的運動特性，如機床的主軸有足夠的轉(zhuǎn)速范圍和轉(zhuǎn)速級數(shù)(對于主傳動為直線運動的機床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級數(shù))。在設計機床主傳動系統(tǒng)時最基本的原則就是以最經(jīng)濟、合理的方式滿足既定的要求。第八章數(shù)控機電一體化改選考慮什么?傳統(tǒng)機床機電一體化的改造方法有兩種：一是以微機為中心設計控制系統(tǒng)，另一種是采用標準的步進電機數(shù)字控制系統(tǒng)作為主要控制裝置。PI調(diào)節(jié)：比例積分調(diào)節(jié)克服了單純比例環(huán)節(jié)有調(diào)節(jié)誤差的缺點又避免了積分環(huán)節(jié)反應慢的弱點，既改善系統(tǒng)的穩(wěn)定性能又改善其動態(tài)性能。以保證其測量精度這個測的過程就是校準第五章機電一體化系統(tǒng)操作過程的控制目的有兩個，其一些根據(jù)操作條件的變化制定最佳操作方案，其二是對操作過程進行自動檢測和自動控制，提高控制性能，實現(xiàn)規(guī)定的目的功能第七章(P表示比例,I表示積分,D表示微分)PID調(diào)節(jié)器控制作用三種基本形式:比例作用,積分作用,：存在誤差，干擾較大，慣性也較大的系統(tǒng)不宜采用單純的比例調(diào)節(jié)器。檢測傳感器的分類與基本要求傳感器是將被檢測對象的各種物理變化量變?yōu)殡娦盘柕囊环N變換器傳感器按輸出性能分為：開關型，模擬型，數(shù)字型14。2）可以進行電平轉(zhuǎn)換3)提高驅(qū)動能力12。阻斷干擾信號的傳導，光電隔離電路主要由光