【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