学位论文机电传动单向数控平台Word格式.docx

1、=1.2 精度等级1-3，取=1.0 可靠性96%，取=0.53 已知：寿命=15000h 得： 五、丝杠副的型号 根据所选定的导程=10mm以及动载荷选用FFZD型丝杠，型号FFZD3210，其主要参数如下： 公称直径32mm 导程10mm 丝杠大径30mm 轴端直径=24mm 动负荷32KN 静载荷70KN 刚度1170N/um六、耐磨性计算 选择梯形螺纹 的值为：0.8 整体式螺母的值在1.2-2.5之间选取值为1.8 的值为：1.8 许用压强在18 MPa -25 MPa之间 ，选取p为22 MPa 许用压强p为：22MPa七、验算自锁 螺旋副摩擦系s在0.08-0.1之间，选取螺旋摩

2、擦系数为0.088 螺旋副摩擦系数s为：0.088 根据得出螺纹升角 螺纹升角为：1.658得出当量摩擦角=5.21八、计算驱动转矩、为轴承摩擦力矩 驱动转矩T为：258（N*mm）九、计算螺杆强度 取71-118.333Mpa 螺杆当量应力的值为：0.043MPa 合格十、螺纹牙强度计算 螺杆 螺母 螺纹牙底宽度为：5.2mm 螺杆抗剪强度为：0.008MPa 螺杆抗弯强度为：0.018MPa 螺母抗剪强度为：0.077MPa 螺母抗弯强度为：0.178MPa十一、螺杆的稳定性计算 螺杆的最大工作长度l为：1300mm 两端固定长度系数为：0.5 螺杆材料的弹性模量E为：207000MPa

3、应使（不能满足此条件应该加大） 临界载荷Fc的值为：326929.962N十二、螺杆的刚度计算 螺杆材料的切变模量G为：83000MPa 轴向载荷使导程产生的变形量LF为：0mm 转矩使导程产生的变形量LT为： 导程的总变形量L为：十三、计算横向振动 螺杆两支承间的最大距离lc为： 两端固定的系数1为：4.730 临界转速nc为： 5255.678（r/min）十四、计算效率 轴承效率为：0.99 效率为：0.266784.2电动机的选择选用步进电机：工作机所需输入功率：（50+50N）*3m/min=5w电机所需功率：其中， 为高速级联轴器效率，0.99为滚动轴承效率，0.99为闭式圆柱齿轮

4、效率，0.97（按8级精度）为螺旋传动效率，0.26678所以查表选电机型号为：75BF001 电机参数：型号: 75BF001相数: 3步距角（）: 1.5电压/V: 24相电流/A:最大静转矩/（Nm）: 0.392空载起动频率/（step/s）: 1750空载运行频率/（step/s）:电感/mH: 19电阻/: 0.62分配方式: 三相六拍外形尺寸/mm: 7553质量/kg: 1.1 4.3轴承选择 查表采用固定式E型、F型轴承、轴承型号为7602020TVP，主要参数如下： 内径d=20mm 外径D=47mm 宽度B=14mm 球径Dw=5.953mm 球数Z=15动负荷Ca=19

5、600N预加负载F0=2300N极限转速nm=3000r/min重量m=0.123kg4.4轴承校核（1）由设计条件知，负载很小G=mg=500N19600，因此轴承承载能力能完全满足要求。（2）寿命设计：=1.1=14.6润滑与密封轴承的润滑：根据轴颈的圆周速度,轴承可以用润滑脂和润滑油润滑,由于齿轮的转速根据以知是大于2m/s,所以润滑可以靠机体的飞溅直接润滑轴承。齿轮的润滑：采用浸油润滑，由于低速级周向速度为2.87m/s，所以浸油高度约为六分之一大齿轮半径齿轮与轴承用同种润滑油较为便利，考虑到该装置用于小型设备，选用L-AN15润滑油。密封：采用迷宫式密封件，圆周速度小于等于10m/s

6、,环境温度低于润滑脂溶点五、电气控制系统设计5.1控制芯片选择 本系统将采用ATMEL公司生产的AVR系列MEGA-16L产品作为控制单元。其具有以下优点：一、简便易学，费用低廉首先，对于非专业人员来说，选择AVR单片机的最主要原因，是进入AVR单片机开发的门槛非常低，只要会操作电脑就可以学习AVR单片机的开发。单片机初学者只需一条ISP下载线，把编辑、调试通过的软件程序直接在线写入AVR单片机，即可以开发AVR单片机系列中的各种封装的器件。AVR单片机因此在业界号称“一线打天下”。其次，AVR单片机便于升级。AVR程序写入是直接在电路板上进行程序修改、烧录等操作，这样便于产品升级。再次，AV

7、R单片机费用低廉。学习AVR单片机可使用ISP在线下载编程方式（即把PC机上编译好的程序写到单片机的程序存储器中），不需购买仿真器、编程器、擦抹器和芯片适配器等，即可进行所有AVR单片机的开发应用，这可节省很多开发费用。程序存储器擦写可达10000次以上，不会产生报废品。二、高速、低耗、保密首先，AVR单片机是高速嵌入式单片机：1、AVR单片机具有预取指令功能，即在执行一条指令时，预先把下一条指令取进来，使得指令可以在一个时钟周期内执行。2、多累加器型，数据处理速度快。AVR单片机具有32个通用工作寄存器，相当于有32条立交桥，可以快速通行。3、中断响应速度快。AVR单片机有多个固定中断向量入

8、口地址，可快速响应中断。其次，AVR单片机耗能低。对于典型功耗情况，WDT关闭时为100nA，更适用于电池供电的应用设备。有的器件最低1.8 V即可工作。再次，AVR单片机保密性能好。它具有不可破解的位加密锁Lock Bit技术，保密位单元深藏于芯片内部，无法用电子显微镜看到。三、I/O口功能强,具有A/D转换等电路1. AVR单片机的I/O口是真正的I/O口，能正确反映I/O口输入/输出的真实情况。工业级产品，具有大电流（灌电流）1040 mA,可直接驱动可控硅SCR或继电器，节省了外围驱动器件。2. AVR单片机内带模拟比较器，I/O口可用作A/D转换，可组成廉价的A/D转换器。ATmeg

9、a48/8/16等器件具有8路10位A/D。3. 部分AVR单片机可组成零外设元件单片机系统，使该类单片机无外加元器件即可工作，简单方便，成本又低。4. AVR单片机可重设启动复位,以提高单片机工作的可靠性。有看门狗定时器实行安全保护,可防止程序走乱（飞）,提高了产品的抗干扰能力。四、有功能强大的定时器/计数器及通讯接口定时/计数器T/C有8位和16位,可用作比较器。计数器外部中断和PWM（也可用作D/A）用于控制输出，某些型号的AVR单片机有34个PWM，是作电机无级调速的理想器件。AVR单片机有串行异步通讯UART接口,不占用定时器和SPI同步传输功能,因其具有高速特性，故可以工作在一般标

10、准整数频率下,而波特率可达576K。 5.2.电机驱动芯片选择 在电机驱动芯片我选用L298n，它能驱动的最高电压为50V，单向电流最大可达5AL298n芯片采用以下接线方式：5.3稳压电源芯片的选择在稳压电源上我选择三端稳压集成电路7805为单片机供电。电子产品中，常见的三端稳压集成电路有正电压输出的78 系列和负电压输出的79系列。顾名思义，三端IC是指这种稳压用的集成电路，只有三条引脚输出，分别是输入端、接地端和输出端。它的样子象是普通的三极管，TO- 220 的标准封装，也有9013样子的TO-92封装。用78/79系列三端稳压IC来组成稳压电源所需的外围元件极少，电路内部还有过流、过

11、热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。该系列集成稳压IC型号中的78或79后面的数字代表该三端集成稳压电路的输出电压，如7806表示输出电压为正6V，7909表示输出电压为负9V。因为三端固定集成稳压电路的使用方便，电子制作中经常采用。在实际应用中，应在三端集成稳压电路上安装足够大的散热器（当然小功率的条件下不用）。当稳压管温度过高时，稳压性能将变差，甚至损坏。当制作中需要一个能输出1.5A以上电流的稳压电源，通常采用几块三端稳压电路并联起来，使其最大输出电流为N个1.5A，但应用时需注意：并联使用的集成稳压电路应采用同一厂家、同一批号的产品，以保证参数的一致。另外在输出电流

12、上留有一定的余量，以避免个别集成稳压电路失效时导致其他电路的连锁烧毁。在78 * 、79 * 系列三端稳压器中最常应用的是TO-220 和TO-202 两种封装。这两种封装的图形以及引脚序号、引脚功能如附图所示。图中的引脚号标注方法是按照引脚电位从高到底的顺序标注的。这样标注便于记忆。引脚为最高电位，脚为最低电位，脚居中。从图中可以看出，不论正压还是负压，脚均为输出端。对于78*正压系列，输入是最高电位，自然是脚，地端为最低电位，即脚，如附图所示。对与79*负压系列，输入为最低电位，自然是脚，而地端为最高电位，即脚，如附图所示。5.3串行通讯设计在本系统中我设计了串行通讯的模块，可以使单片机接

13、受上位电脑发送过来的数据进而控制电机的转动，实时的通讯系统方便了对该平台的控制，同时能实现远程控制。在串行通讯中我设计使用的是MAX232N芯片，以下是其接线电路与引脚配置图。5.4控制电路设计 首先设计的部分是ATmega16单片机的最小外围电路，包括：晶振电路、复位电路、ISP下载电路、供电电源电路。 晶振电路图如下：复位电路如下：稳压电源电路：ISP下载电路如图：5.5显示系统设计 改系统的显示部分我采用12864屏幕作为显示元件，它作为汉字屏幕能显示4*8个汉字。同时能使用穿行方式与单片机进行通信接受单片机发送的数据并显示工作于串行模式时的引脚定义：PIN1- GND 电源， 一般接0

14、V。PIN2-VDD电源， 一般接5V。PIN3-V0对比度调整端。PIN4-CS，片选PIN5-SID，数据PIN6-SCK，脉冲 PIN7-NC，不连接PIN8-NC，不连接 PIN9-NC，不连接PIN10-NC，不连接 PIN11-NC，不连接 PIN12-NC，不连接 PIN13-NC，不连接 PIN14-NC，不连接PIN15-PSB 并行：PSB=1，可以接VCC； 串行：PSB=0，一般接GND PIN16 -NC，不连接 PIN17-RST，模块复位（低电平有效）PIN18 -NC，不连接 PIN19 -LED+ ，背光 ，一般接5V。PIN20 -LED- ，背光 ，一般接

15、GND。下图是12864的驱动电路：12864屏幕的指令集：六、部分程序/ 串口通讯 / 芯片： Mega16/ 晶振： 16M/计算机串口发送字节后 单片机接收到返回，#include MACROS.hunsigned char temp,shu=0;/*/void uart0_init（void） UCSRB = 0x00; /disable while setting baud rate UCSRA = 0x00; UCSRC = BIT（URSEL） | 0x06; UBRRL = 0x67; /set baud rate lo UBRRH = 0x00; /set baud rate

16、 hi UCSRB = 0x98;/tansmit-串口发-void uart_t（ unsigned char datax ）while （ !（ UCSRA & （1#pragma data:code #define uchar unsigned char#define uint unsigned int#include 12864.c unsigned char data=0; uint speed=0; uchar turn=0;/*函数名称: Delayus功 能: 延时指定微秒（8M晶振）参 数: US-延时的微秒数返回值 : 无/*/void delay_us（uint US）

17、uint i; US=US*10/4; for（ i=0;iUS;i+）;void delay_ms（uint MS） uint i,j; for（ i=0;MS;i+） for（j=0;j1141*2;j+）; /1141是在8MHz晶振下，通过软件仿真反复实验得到的数值void port_init（void）/端口初始化 DDRA = 0xFF; DDRB = 0xFF; DDRC = 0xFF; DDRD = 0x00;/*T1初始化void timer1_init（void） TCCR1B = 0x00; /stop TCNT1H = 0xFF; /setup 初值 TCNT1L =

18、0x30; TCCR1A = 0x00;/ tart Timer TCCR1B = 0x02;/* KeyPress 扫描键值 1，2，3，4unsigned char KeyPress（）uchar i=0;DDRD&=0xf0;PIND|=0xf0;PORTD=0xff; switch PIND case 0xef: / delay_ms（1）; if（PIND=0xef） i=1; return i; break; case 0xdf: if（PIND=0xdf） i=2; case 0xbf: if（PIND=0xbf） i=3; case 0x7f: if（PIND=0x7f） i=

19、4; case 0xff: if（PIND=0xff） i=0; void init_devices（） CLI（）; port_init（）; timer1_init（）; SEI（）; void speedup（） speed+; void speeddown（） speed-; void back（） if（turn=0） turn=1; if（turn=1） turn=0; /*/ void main（） init_devices（）; while（1） write_12864（0,0,1/speed*1.5*60/360+48）; write_12864（6,0,r/min）; data=KeyPress（）; if（data=1） speedup（）; if（data=2） speeddown（）; if（data=3） stop（）; if（data=4） back（）;#pragma interrupt_handler timer1_ovf_isr:9