第一篇：機(jī)電一體化智能大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計

摘 要

提出一種新型電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計方案，詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計、閥位及速度控制原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，采用8031單片機(jī)、變頻技術(shù)實現(xiàn)了閥門的動作速度和位置控制，解決了閥門的精確定位、閥門柔性開關(guān)、極限位置判斷、電機(jī)保護(hù)及模擬信號隔離等技術(shù)問題。現(xiàn)場運行情況表明，該電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)具有動作快、保護(hù)完善以及便于和計算機(jī)通訊等優(yōu)點。關(guān)鍵詞： 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動閥門 機(jī)電一體化

I

Abstract Proposed that one kind of new electric operator's design proposal, introduced this implementing agency various functional element's shaping and the design, the valve position and the speed control principle as well as each key question solution in detail.This implementing agency the valve, the servo electrical machinery, the controller bed in one, uses 8031 monolithic integrated circuits, the frequency conversion technologies to realize valve's movement speed and the position control, has solved valve's pinpointing, the valve flexible switch, technical questions and so on limiting position judgment, electrical machinery protection and simulated signal isolation.The scene operational aspect indicated that this electric operator has the movement to be quickly, the protection consummates as well as is advantageous with merits and so on computer communication.Key words:

Implementing agency

Electrically operated valve

Integration of machinery

II

目錄

摘 要..............................................................I Abstract...........................................................II 引 言..............................................................1 第一章 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計及工作原理............................2

1．1系統(tǒng)工作原理................................................2 1．2控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計..............................2 第二章 閥位及速度控制原理..........................................5 第三章 機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)問題的解決................................5 第四章 結(jié) 論......................................................8 參考文獻(xiàn)............................................................9 致 謝.............................................................10

III

引

言

在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著十分重要的作用，它是自動控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機(jī)構(gòu)的全程運行速度取決于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用性較弱。整個機(jī)構(gòu)缺乏完善的保護(hù)和故障診斷措施以及必要的通信手段，系統(tǒng)的安全性較差，不便與計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)。鑒于以上原因，采用傳統(tǒng)的大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)，可靠性和穩(wěn)定性較差。隨著計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線等技術(shù)在工業(yè)過程中的應(yīng)用，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。筆者設(shè)計的大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)，采用機(jī)電一體化技術(shù)，將閥門、伺服電機(jī)、控制器合為一體，利用異步電動機(jī)直接驅(qū)動閥門的開與關(guān)。通過內(nèi)置變頻器，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)閥門的動作速度、精確定位、柔性開關(guān)以及電機(jī)轉(zhuǎn)矩等控制。該電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)省去了用于控制電機(jī)正、反轉(zhuǎn)的接觸器和可控硅換向開關(guān)模件、機(jī)械傳動裝置和復(fù)雜、昂貴的控制柜和配電柜，具有動作快、保護(hù)較完善、便于和計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)等優(yōu)點。實際運行表明，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作穩(wěn)定，性能可靠。

第一章 電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計及工作原理

電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制系統(tǒng)原理框圖。NC數(shù)控送料機(jī)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行機(jī)械結(jié)構(gòu)部分。控制部分主要由單片機(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障檢測和報警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動部分主要包括三相伺報電機(jī)和位置傳感器。1．1系統(tǒng)工作原理

霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實現(xiàn)電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時所需要的直流電壓信號由整流電路對380V電源進(jìn)行全橋整流得到。

1．2控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計

（1)單片機(jī)選用INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，它主要通過并行8255口擔(dān)負(fù)控制系統(tǒng)的信號處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及閥門開度等設(shè)定信號，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的控制信號；處理IPM發(fā)出的故障信號和報警信號；處理通過模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號；提供顯示電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信號，向控制系統(tǒng)反饋信號。

（2)三相PWM波發(fā)生器PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計算機(jī)算出各切換點，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計算產(chǎn)生PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號，保證微處理器有足夠的時間進(jìn)行整個系統(tǒng)的檢測、保護(hù)、控制等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨立的標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控制信息。

（3)智能逆變模塊IPM為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性高的要求，電機(jī)電 源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要適用功率小于5．5kW的三相異步電機(jī)，其額定電壓為380V，功率因數(shù)為0．75。經(jīng)計算可知，選用日本產(chǎn)的智能功率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率開關(guān)和驅(qū)動電路、制動電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、欠電壓和過熱保護(hù)以及報警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)器件。

（4)位置檢測電路位置檢測電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部分，它的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號。關(guān)鍵問題是位置傳感器的選型。在傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差動變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。差動變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點的，壽命也不可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字式傳感器，這種傳感器是無觸點的，且具有精度高、無線性區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點。

（5)電壓、電流及檢測檢測電壓、電流主要是為了計算電機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。如圖1-1所示。

圖1-1IPM輸出電流、電壓檢測

（6)通訊接口為了實現(xiàn)計算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX232內(nèi)部有兩個完全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平轉(zhuǎn)換為RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平3 轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通訊。

（7)時鐘電路時鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速度計算時所需要的時間以及日歷。文中選用時鐘電路DS12887。DS12887內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可用來存入需長期保

（8)液晶顯示單元為了實現(xiàn)人機(jī)對話功能，選用MGLS12832液晶顯示模塊組成顯示電路。采用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。存的數(shù)據(jù)。

（9)程序出格自恢復(fù)電路為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時系統(tǒng)能夠自動地恢復(fù)正常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運行。該電路由MAX705、與非門及微分電路組成。

工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳2電平的這種變化使“與非”門輸出一個正脈沖，使單片機(jī)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1．0口向MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運行。第二章 閥位及速度控制原理

采用雙環(huán)控制方案，其中內(nèi)環(huán)為速度環(huán)，外環(huán)為位置環(huán)。速度環(huán)主要將當(dāng)前速度與速度給定發(fā)生器送來的設(shè)定速度相比較，通過速度調(diào)節(jié)器改變PWM波發(fā)生器載波頻率，實現(xiàn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)。速度調(diào)節(jié)器采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制算法。

外環(huán)主要根據(jù)當(dāng)前位置速度的設(shè)定，通過速度給定發(fā)生器向內(nèi)環(huán)提供速度的設(shè)定值。由于大流量閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)在運行過程中存在加速、勻速、減速等階段。各階段的時間長短、加速度的大小、在何位置開始勻速或減速均與給定位置、當(dāng)前位置以及運行速度有關(guān)。速度給定發(fā)生器的工作原理為：通過比較實際閥位與給定閥位，當(dāng)二者不相等時，以恒定加速度加速，減速點根據(jù)當(dāng)前速度、閥位值、閥位給定值的大小計算得來。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)各階段運行速度的計算原理，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運行速度圖，它由若干段變化速率不同的折線組成。將曲線上速率開始發(fā)生改變的那一點稱為起始段點，相應(yīng)的時間稱為段起始時間，如圖2-1中的t(i)(i＝0，1，2，??)，相應(yīng)的速度稱為段起始速度，如圖2-1所示v(i)(i＝0，1，2，?)。設(shè)第i段速度的變化速率為ki，則有：式中：Δv為兩段點之間的速度變化值，Δv＝vi＋1－vi；Δt為兩段之間的時間，Δt＝ti＋1－ti。顯然，當(dāng)ki＝0時為恒速段，ki＞0時為升速段，ki＜0時為減速段。任意時刻的速度給定值為：Ts為采樣周期。變化速率ki的取值由給定位置、當(dāng)前位置以及運行速度的大小確定。

圖2-1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的典型運行速度圖

第三章 機(jī)電一體化關(guān)鍵技術(shù)問題的解決

該電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動功率小于5．5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制的閥設(shè)定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程3種方式。控制系統(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制特性視運行方式、速度而定，并具有自動過流保護(hù)、過載保護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。

（1)閥門柔性開關(guān)柔性開關(guān)主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開時，保證閥門不卡死與損傷。執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測得的變頻器輸出電壓和電流，通過精確計算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達(dá)到或大于設(shè)定的力矩，自動降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度的撞擊，從而達(dá)到最優(yōu)關(guān)閉，實現(xiàn)過力矩保護(hù)。

（2)閥位的極限位置判斷閥位的極限位置是指全開和全關(guān)位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，該位置的檢測是通過機(jī)械式限位開關(guān)獲得的。機(jī)械式限位開關(guān)精度低，在運行中易松動，可靠性差。在文中，電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過檢測位置信號的增量獲得。其原理是，單片機(jī)將本次檢測的位置信號與上次檢測的信號相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電機(jī)的供電電源，保證閥門的安全關(guān)閉或全開。省去了機(jī)械式限位開關(guān)，無需在調(diào)試時對其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。

（3)電機(jī)保護(hù)的實現(xiàn)為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)通過溫度傳感器連續(xù)檢測電機(jī)的實際運行溫度，如果溫度傳感器檢測到電機(jī)溫度過高，自動切斷供電電源。溫度傳感器內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。

（4)準(zhǔn)確定位傳統(tǒng)的電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)在異步電機(jī)通電后會很快達(dá)到其額定動作速度，當(dāng)接近停止位置時，電機(jī)斷電后，由于機(jī)械慣性，其閥門不可能立即停下來，會出現(xiàn)不同程度的超程，這一超程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動來校正。機(jī)電一體化的大流量電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差值以及運行速度的大小超前確定減速點的位置及減速段變化速率ki，使閥門在較低的速度下實現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從而將超程降到最低。

對于變頻器的直流電壓以及輸出的三相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用 6 LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。如圖3-1所示，采用±15V和±12V兩組獨立的正負(fù)電源。若運放A的反相端電位由于擾動而正向偏離虛地，則運放A輸出端的電位將降低，因而光電耦合器的發(fā)光強(qiáng)度將增強(qiáng)，則使其集射極電壓減小，最后使運放A反相端的電位降低，回到正常狀態(tài)。若A的反相端電位負(fù)向偏離虛地，也可以重回到正常狀態(tài)。從而增強(qiáng)了系統(tǒng)的抗干擾性。

圖3-1 多路輸入和高壓隔離線形光耦放大電路

第四章 結(jié) 論

該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新型的終端控制單元，其電機(jī)是通過內(nèi)部集成的一體化變頻器來控制，因此，同一臺智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)具有不同的運行速度和關(guān)斷力矩。該智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了液晶顯示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的開、關(guān)狀態(tài)和正常運行時閥門的開度，還可以通過菜單選擇運行參數(shù)設(shè)定，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，能顯示出故障信息。總之，該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集測量、決斷、執(zhí)行3種功能于一體，順應(yīng)了電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的發(fā)展趨勢，它的研制成功給電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究開發(fā)提供了新的思路。

參考文獻(xiàn)

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［10］李玲．控制系統(tǒng)功能元件的選型技術(shù)-信息社會的基石[J]． 了望周刊，2003．

致 謝

本課題在選題及研究過程中得到李老師的悉心指導(dǎo)。李老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點迷津，幫助我開拓研究思路，精心點撥、熱忱鼓勵。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實的態(tài)度，踏踏實實的精神，在論文即將完成之際，我的心情無法平靜，從開始進(jìn)入課題到論文的順利完成，有多少可敬的師長、同學(xué)、朋友給了我無言的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意!謝謝你們!

第二篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計

機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計

1、動力系統(tǒng)（動力源）、傳感檢測系統(tǒng)（傳感器）、執(zhí)行元件系統(tǒng)（如電動機(jī)）等五個子系統(tǒng)組成。

2、系統(tǒng)必須具有以下三大“目的功能”：①變換（加工、處理）功能；②傳遞（移動、輸送）功能；③儲存（保持、積蓄、記錄）功能。

3的變換、調(diào)整功能，可將接口分成四種：1）零接口；2）無源接口；3）有源接口；4）智能接口。

4、機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計的考慮方法通常有：機(jī)電互補(bǔ)法、結(jié)合（融合）法和結(jié)合法。

5擦、低慣量、高強(qiáng)度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫蟆?/p>

6、為達(dá)到上述要求，主要從以下幾個方面采取措施：

1）采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件，如采用滾珠絲杠副、滾動導(dǎo)向支承、動（靜）壓導(dǎo)向支承等。

2如用加預(yù)緊的方法提高滾珠絲杠副和滾動導(dǎo)軌副的傳動和支承剛度；采用大扭矩、寬調(diào)速的直流或交流伺服電機(jī)直接與絲杠螺母副連接以減少中間傳動機(jī)構(gòu)；絲杠的支承設(shè)計中采用兩端軸向預(yù)緊或預(yù)拉伸支承結(jié)構(gòu)等。

3的等效動慣量，盡可能提高加速能力。

5如選用復(fù)合材料等來提高剛度和強(qiáng)度，減輕重量、縮小體積使結(jié)構(gòu)緊密化，以確保系統(tǒng)的小型化、輕量化、高速化和高可靠性化。

第三篇：機(jī)電一體化轉(zhuǎn)臺設(shè)計

機(jī)電一體化

一維轉(zhuǎn)臺設(shè)計說明書

目 錄

課程設(shè)計的目的1 《機(jī)電一體化》設(shè)計任務(wù)及設(shè)計參數(shù)1

一、系統(tǒng)總體改造方案的確定2

二、工作臺旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分的改進(jìn)2

三、工作臺升降機(jī)械部分改進(jìn)6

四、最佳方案8

五、其他機(jī)械部分改進(jìn)8

六、控制部分方案設(shè)計11 小

結(jié)14 參考文獻(xiàn)14

設(shè)計過程

課程設(shè)計的目的

1）學(xué)習(xí)機(jī)電一體化系統(tǒng)總體設(shè)計方案擬定、分析與比較的方法。

2）通過對機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計掌握幾種典型傳動元件與導(dǎo)向元件的工作原理、設(shè)計計算方法與選用原則。齒輪同步帶減速裝置、蝸桿副、滾珠絲杠螺母副、直線滾動導(dǎo)軌副等。

3）通過對進(jìn)給伺服系統(tǒng)的設(shè)計，掌握常用伺服電動機(jī)的工作原理、計算選擇方法與控制驅(qū)動方式，學(xué)會選用典型的位移速度傳感器；如交流、步進(jìn)伺服進(jìn)給系統(tǒng)，增量式旋轉(zhuǎn)編碼器，直線光柵等。

4）通過對控制系統(tǒng)的設(shè)計，掌握一些典型硬件電路的設(shè)計方法和控制軟件的設(shè)計思路；如控制系統(tǒng)選用原則、CPU選擇、存儲器擴(kuò)展、I/O接口擴(kuò)展、A/D與D/A配置、鍵盤與顯示電路設(shè)計等，以及控制系統(tǒng)的管理軟件、伺服電機(jī)的控制軟件等。

5）培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力，學(xué)習(xí)并初步樹立“系統(tǒng)設(shè)計”的思路。6）鍛煉提高學(xué)生應(yīng)用手冊和標(biāo)準(zhǔn)、查閱文獻(xiàn)資料以及撰寫科技論文的能力。

設(shè)計參數(shù)

設(shè)計名稱

轉(zhuǎn)臺的機(jī)電一體化設(shè)計。

設(shè)計任務(wù) 機(jī)械部分

說明該機(jī)構(gòu)的工作原理、傳動支撐方式、導(dǎo)向方式、預(yù)緊方式等；若有必要，可在提供的CAD圖中按自己認(rèn)為合理的方式進(jìn)行修改。設(shè)計限位裝置（如接近開關(guān)的安裝支座）控制部分

該裝置由兩臺異步電動機(jī)驅(qū)動，其中一臺電機(jī)控制工作臺在90度范圍內(nèi)往復(fù)旋轉(zhuǎn)，另一臺電機(jī)控制工作臺上的托輥轉(zhuǎn)動，完成工件輸入、停止和輸出的動作。要求用繼電器接觸器控制系統(tǒng)、或PLC、或單片機(jī)完成上述動作的控制。

提交的設(shè)計文件 設(shè)計說明書（A4）。相關(guān)電氣參數(shù) 3.1電機(jī)

Y系列(IP44)小型三相異步電動機(jī)技術(shù)數(shù)據(jù)(380V、50Hz).型號:

Y801-2

額定功率/kW:

0.75

鐵心長度/mm:

氣隙長度/mm:

0.3

定子外徑/mm:

120

定子內(nèi)徑/mm:

定子線規(guī)nc-dc:

1-0.63

每槽線數(shù):

并聯(lián)支路數(shù):

繞組型式:

單層交叉

節(jié)距:

1～9/2～10/18～11

槽數(shù)Z1/Z2:

18/16

轉(zhuǎn)動慣量/(kg·m^2):

0.00075

質(zhì)量/kg:

PLC(參考)FX2N-32MR-001 電源電壓220V AC 輸出電壓 220V AC

一、系統(tǒng)總體改造方案的確定

我這次課程設(shè)計主要針對旋轉(zhuǎn)工作臺機(jī)械部分的改造。將原方案中的由原來的通過電機(jī)帶動渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動是工作臺旋轉(zhuǎn)，由液壓缸伸縮控制工作臺升降；改成由液壓缸升降工作臺使與工作臺固定的軸在特制的套筒按一定的軌跡移動，已達(dá)到旋轉(zhuǎn)特定角度且上升到指定高度的目的；工作臺上升高度可以通過手動控制液壓缸的電磁閥控制。這樣不僅簡化了轉(zhuǎn)臺整體結(jié)構(gòu)，降低加工制造成本，而且提高了旋轉(zhuǎn)角度的定位精度。

工作臺傳送工件由電機(jī)通過減速器和聯(lián)軸器帶動限力式輥軸的轉(zhuǎn)動，輥軸間通過鏈條連接，已達(dá)到傳送工件的目的，而工件的位置則由擋板控制。

二、工作臺旋轉(zhuǎn)機(jī)械部分的改進(jìn)

1、原方案（圖一）

圖一

該方案的工作過程：電動機(jī)正轉(zhuǎn)經(jīng)聯(lián)軸器帶動蝸桿渦輪使工作轉(zhuǎn)臺旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到后，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，電動機(jī)反轉(zhuǎn)時，工作轉(zhuǎn)臺回到原來的位置。分析不合理處：

A、該方案中采用三相異步電動機(jī)不合理。在工作中電機(jī)需頻繁啟動，很容易使電機(jī)損壞。

B、電動機(jī)與蝸桿直接用聯(lián)軸器連接不合理。首先，三相異步電機(jī)轉(zhuǎn)速都較快，而轉(zhuǎn)臺只需轉(zhuǎn)半圈，則需要較大傳動比的渦輪蝸桿，結(jié)構(gòu)過大，明顯不適合用在此處。其次，若工作過程中發(fā)生卡死故障，由于電動機(jī)與蝸桿直接用聯(lián)軸器連接，很可能導(dǎo)致燒壞電機(jī)并且有可能引發(fā)安全事故。

C、軸承端沒有擋油環(huán)，不利于潤滑 改進(jìn)方案

（1）針對A處改進(jìn)方案 槽輪機(jī)構(gòu)

該方案與方案一的類似，不同之處為聯(lián)軸器后面加上了一個槽輪機(jī)構(gòu)（圖三），由槽輪帶動渦輪蝸桿轉(zhuǎn)動，從而轉(zhuǎn)動工作臺。其工作原理為撥銷盤以不變的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，撥銷轉(zhuǎn)過2時，槽輪轉(zhuǎn)過相鄰兩槽間的夾角為2，在撥銷轉(zhuǎn)過其余的部分時，即2（），槽輪靜止不動，直到撥銷進(jìn)入下一個槽內(nèi)，又重復(fù)以上循環(huán)，這樣就將撥銷盤的連續(xù)運動變?yōu)椴圯喌拈g歇運動。

圖二

圖三 槽輪傳動機(jī)構(gòu)分析：

采用槽輪機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)速迅速，從動件能在較短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)過的較大的角度，傳動效率高，槽輪單位時間內(nèi)與靜止時間比值相等，由于槽輪的角速度不是常數(shù)，轉(zhuǎn)速的開始和結(jié)束有一定大小的速度，從而產(chǎn)生了沖擊，采用鎖緊弧和定位弧定位，其定位精度不是很高，與方案一相比，避免了電機(jī)的頻繁啟動，直選首先設(shè)置好時間節(jié)拍即可，保護(hù)了電機(jī)的及電路，降低了事故發(fā)生的頻率。將三相異步電機(jī)換成液壓馬達(dá)，因為液壓馬達(dá)時將液壓轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，不會因頻繁啟動而燒壞。

在電機(jī)與聯(lián)軸器間增加一個離合器，當(dāng)工作臺達(dá)到指定位置時，松開離合器。而電機(jī)可以連續(xù)工作。

蝸形凸輪傳動機(jī)構(gòu)

蝸形凸輪傳動機(jī)構(gòu)

（

1、轉(zhuǎn)盤

2、滾子

3、蝸形凸輪）

圖四、針對B處改進(jìn)方案

①對于速度較快問題，可以在電機(jī)和聯(lián)軸器之間加上減速器，降低輸入軸速度。

②而為防止卡死時電機(jī)損壞，我們可以將剛性銷連接改成安全銷連接，其結(jié)構(gòu)如下圖。原理當(dāng)輸出軸扭矩過大時，安全銷會自動切斷，已達(dá)到保護(hù)電機(jī)的效果。還可以在電動機(jī)后加一個帶傳動機(jī)構(gòu)，當(dāng)發(fā)生卡死時，帶輪會出現(xiàn)打滑。

原方案

改進(jìn)后

對比分析：

與前兩種方案相比，只是在聯(lián)軸器的后面加上一個蝸形凸輪傳動機(jī)構(gòu)，就能得到如下特點：（1）能得到任意轉(zhuǎn)位時間和靜止時間之比，其工作時間系數(shù)K比槽輪機(jī)構(gòu)小；（2）能實現(xiàn)轉(zhuǎn)盤所要求的各種運動規(guī)律;(3)與槽輪機(jī)構(gòu)相比，能夠用于工作位數(shù)較多的設(shè)備上，而且不需要加入其它的傳動機(jī)構(gòu)；（4）在一般情況下，凸輪棱邊的定位精度已滿足要求，而不需要其它定位裝置；（5）有足夠的剛度和韌性、裝拆方便；而不足之處為成本較高，與前兩種方案相比，造價是最昂貴的，其效果也是最好的，避免了電機(jī)的頻繁啟停，保護(hù)了電路和電機(jī)，更加安全可靠。

三、工作臺升降機(jī)械部分改進(jìn)

1、原方案（圖七）

圖七

工作原理：

液壓缸工作使工作臺上升，直至超過擋板后，電動機(jī)的啟動帶動渦輪蝸桿，使工作臺旋轉(zhuǎn)，該方案用液壓缸與驅(qū)動工作臺上升，太復(fù)雜且液壓缸精度要求高，造價昂貴，工作效率不高，耗能大，轉(zhuǎn)動部分采用電動機(jī)帶動渦輪蝸桿，從而使工作臺旋轉(zhuǎn)，較復(fù)雜且渦輪蝸桿造價高，不經(jīng)濟(jì)。

2、改進(jìn)方案一的設(shè)計（圖八）

圖八

本方案的工作原理：

液壓缸工作使桿支撐工作太上升，到曲槽剛好到達(dá)工作臺高于擋板，桿沿曲槽上升旋轉(zhuǎn)到曲槽頂時，剛好旋轉(zhuǎn)。與原方案相比：

都用了液壓缸，但缺少了電動機(jī)帶動渦輪蝸桿使工作臺旋轉(zhuǎn)，用曲槽代替，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，相比第一種方案好。

改進(jìn)方案二設(shè)計（圖九）

此方案的工作原理：絲桿軸的旋轉(zhuǎn)可使其在水平方向的移動，使支撐桿伸張和收縮，從而使工作臺的上下移動。

圖九

方案比較：

與前兩種方案相比較，用絲桿代替液壓缸，結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約成本，操作方便。綜合考慮：

第三種方案最經(jīng)濟(jì)，前兩種方案都用了液壓缸，第二種方案比第一種方案好，液壓缸精度高，但效率很低，成本不經(jīng)濟(jì)。第三種方案升降部分用絲桿軸的旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)部分用電機(jī)帶動渦輪蝸桿，從而地使工作臺旋轉(zhuǎn)，沒方案二的旋轉(zhuǎn)部分經(jīng)濟(jì)，但整體考慮，方案三比方案二更好。

四、最佳方案

將工作臺的旋轉(zhuǎn)和升降設(shè)計成由一個系統(tǒng)控制如圖，工作原理：當(dāng)液壓缸上升時，工作臺帶動軸上升，而軸由于被限制在套筒中，只能按照套筒上所開的槽的軌跡移動。套筒上的槽形軌道是螺旋上升且只旋轉(zhuǎn)90度。這樣不僅簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，減少成本；而且滿足旋轉(zhuǎn)精度。

五、其他機(jī)械部分改進(jìn)

1、潤滑密封

原方案中軸的軸承部分（圖十）

圖十

分析：

該方案軸承的下端沒有擋油環(huán)，故潤滑脂很容易漏出來，且會有雜質(zhì)進(jìn)入潤滑脂中影響軟化效果。

改進(jìn)后的方案（圖十一）

圖十一

對比分析：

改進(jìn)后，下端面加擋油環(huán)，潤滑時將潤滑油滴入軸承，影響軸承的運轉(zhuǎn)和壽命，左端增加了一個隙縫密封，在密封隙里加入潤滑脂，在提高密封效果的同時防止了雜質(zhì)進(jìn)入軸承，以免損壞軸承。

2、導(dǎo)軌部分（圖十二）

圖十二

分析：

該方案溝槽內(nèi)部不方便能潤滑，且旋轉(zhuǎn)是摩擦較大。加工業(yè)不經(jīng)濟(jì)，所以得改進(jìn)。改進(jìn)后的方案（圖十三）

圖十三

分析對比：

與原方案相比，導(dǎo)軌槽位V型槽，可儲存潤滑劑，加工方便，結(jié)構(gòu)簡單，加工成本低，降低了摩擦阻力，方向精度高，對溫度變化不敏感，工藝性好。升降導(dǎo)軌的設(shè)計

考慮到工作臺是豎直方向移動，所以，選用閉式矩形導(dǎo)軌或燕尾槽式導(dǎo)軌，由于這里對導(dǎo)向精度沒有較高要求，我這里選擇閉式矩形導(dǎo)軌如圖

閉式矩形導(dǎo)軌

傳送部分機(jī)械改進(jìn)

原方案

有三相異步電動機(jī)通過減速機(jī)構(gòu)再帶動輥筒轉(zhuǎn)動，使工件達(dá)到指定位置，有擋板定位。如圖

這個方案中有擋板定位不夠精確，并且會對擋板產(chǎn)生較大沖擊力，當(dāng)工件到達(dá)擋板后電機(jī)還會轉(zhuǎn)動，使輥筒與工件之間則會產(chǎn)生較大摩擦力。改進(jìn)方案

將輥筒用限力式輥筒，當(dāng)工件到達(dá)擋板后，電機(jī)轉(zhuǎn)動但輥筒外表面不會轉(zhuǎn)動。

六、控制部分方案設(shè)計 工件傳送控制

工件傳送只需控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)即可，采用接觸器聯(lián)鎖的正反轉(zhuǎn)控制?？刂圃恚?/p>

當(dāng)按下正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1后，電源相通過熱繼電器FR的動斷接點、停止按鈕SB3的動斷接點、正轉(zhuǎn)啟動按鈕SB1的動合接點、反轉(zhuǎn)交流接觸器KM2的常閉輔助觸頭、正轉(zhuǎn)交流接觸器線圈KM1，使正轉(zhuǎn)接觸器KM1帶電而動作，其主觸頭閉合使電動機(jī)正向轉(zhuǎn)動運行，并通過接觸器KM1的常開輔助觸頭自保持運行。反轉(zhuǎn)啟動過程與上面相似，只是接觸器KM2動作后，調(diào)換了兩根電源線U、W相（即改變電源相序），從而達(dá)到反轉(zhuǎn)目的。

互鎖原理 ：

接觸器KM1和KM2的主觸頭決不允許同時閉合，否則造成兩相電源短路事故。為了保證一個接觸器得電動作時，另一個接觸器不能得電動作，以避免電源的相間短路，就在正轉(zhuǎn)控制電路中串接了反轉(zhuǎn)接觸器KM2的常閉輔助觸頭，而在反轉(zhuǎn)控制電路中串接了正轉(zhuǎn)接觸器KM1的常閉輔助觸頭。當(dāng)接觸器KM1得電動作時，串在反轉(zhuǎn)控制電路中的KM1的常閉觸頭分?jǐn)?，切斷了反轉(zhuǎn)控制電路，保證了KM1主觸頭閉合時，KM2的主觸頭不能閉合。同樣，當(dāng)接觸器KM2得電動作時，KM2的常閉觸頭分?jǐn)?，切斷了正轉(zhuǎn)控制電路，可靠地避免了兩相電源短路事故的發(fā)生。這種在一個接觸器得電動作時，通過其常閉輔助觸頭使另一個接觸器不能得電動作的作用叫聯(lián)鎖（或互鎖）。實現(xiàn)聯(lián)鎖作用的常閉觸頭稱為聯(lián)鎖觸頭（或互鎖觸頭）。工作臺升降和旋轉(zhuǎn)控制

工作臺升降和旋轉(zhuǎn)采用三位四通電磁閥控制液壓回路，如圖

工作原理：

當(dāng)有壓力油進(jìn)入時，回油路的單向閥被打開，壓力油進(jìn)入工作液壓缸。但當(dāng)三位四通電磁換向閥（Y型）處于中位或液壓泵停止供油時，兩個液控單向閥把工作液壓缸內(nèi)的油液密封在里面，使液壓缸停止在該位置上被鎖住。（如果工作液壓缸和液控單向閥都具有良好的密封性能，即使在外力作用下，回路也能使執(zhí)行元件保持長期鎖緊狀態(tài)）。

在圖示位置時，由于Y型三位四通電磁換向閥處于中位，A、B、T口連通，P口不向工作液壓缸供油，保持壓力，缸兩腔連通。此時，液壓泵輸出油液經(jīng)溢流閥流回油箱，因無控制油液作用，液控單向閥A，B關(guān)閉，液壓缸兩腔均不能進(jìn)排油，于是，活塞被雙向鎖緊。要使活塞向上運動，則需使換向閥1DT通電，左位接入系統(tǒng)，壓力油經(jīng)液控單向閥A進(jìn)入液壓缸，同時也進(jìn)入液控單向閥B的控制油口K，打開閥B，使液壓缸右腔回油經(jīng)閥B及換向閥流回油箱，同時工作液壓缸活塞向右運動。當(dāng)換向閥右位接通，液控單向閥B開啟，壓力油打開閥A的控制口K，工作液壓缸向下行，回油經(jīng)閥A和換向閥T口流回油箱。

當(dāng)工件在工作臺上定位后，液壓缸上升帶動工作臺旋轉(zhuǎn)上升，當(dāng)轉(zhuǎn)到90度后，可以通過液壓缸控制工作臺高度。工件加工完后，液壓缸回油帶動工作臺下降且旋轉(zhuǎn)。

全自動控制方案

在按加工需要工作臺首尾兩端各安裝一個傳感器脈沖開關(guān)SB1、SB2和導(dǎo)軌上下各安裝一個傳感器脈沖開關(guān)SB3、SB4，且每個開關(guān)均有手動控制裝置。用PLC控制，其接線圖如圖

圖中接觸器KM1控制電機(jī)正轉(zhuǎn)；接觸器KM2控制電機(jī)反轉(zhuǎn)；接觸器KM3控制三位四通電磁閥左位得電，即液壓缸上升；接觸器KM4控制三位四通電磁閥右位得電，即液壓缸下降。

工作原理：

按下啟動按鈕SB1，線圈KM1得電，KM1主觸頭閉合，電機(jī)正轉(zhuǎn)；當(dāng)工件接觸到工作臺尾端傳感器，SB2閉合，延時1秒，線圈KM2得電，KM2主觸頭閉合，電磁閥左位得電，液壓缸上升；當(dāng)導(dǎo)軌滑塊接觸導(dǎo)軌上端傳感器，SB3閉合，延時50秒，等待工件加工后，線圈KM3得電，KM3主觸頭閉合，電磁閥右位得電，液壓缸下降；當(dāng)導(dǎo)軌滑塊接觸導(dǎo)軌下端傳感器，SB4閉合，延時一秒，線圈KM4得電，KM4主觸頭閉合，電機(jī)反轉(zhuǎn)；當(dāng)工件接觸到工作臺首端傳感器，SB5閉合，延時5秒，返回前面操作。其梯形圖如圖

小 結(jié)

在設(shè)計的過程中，我深刻地體會到機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計，是多學(xué)科的交叉與綜合，涉及了大學(xué)課程里的大部分知識，是對過去所學(xué)知識的一次復(fù)習(xí)、鞏固和實際的操作，強(qiáng)化訓(xùn)練了我們的學(xué)科融合的思維能力，進(jìn)一步加強(qiáng)了我們對機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)總體思想，初步了解到了設(shè)計一個機(jī)電一體化系統(tǒng)的方法，培養(yǎng)了一個機(jī)電工程師應(yīng)具備的思維能力。在設(shè)計中我學(xué)到了很多從書本上無法體會的東西。學(xué)習(xí)實踐技能得到明顯的提高，使自己的綜合能力得到進(jìn)一步的提高，從而為自己畢業(yè)后更快地適應(yīng)社會工作打下良好的基礎(chǔ)。但我們還需要在實踐中不斷的學(xué)習(xí)，提高，掌握新概念、新技術(shù)、將來才能成為機(jī)電一體化的復(fù)合人才。參考文獻(xiàn)

張建民等，機(jī)電一體會系統(tǒng)設(shè)計（第三版）高等教育出版社，2010

王信義，機(jī)電一體化技術(shù)手冊（第二版）機(jī)械工業(yè)出版社，2000

機(jī)械設(shè)計委員會，機(jī)械設(shè)計手冊，機(jī)械工業(yè)出版社2004

李建勇.機(jī)電一體化技術(shù).科學(xué)出版社.2004

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張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計.北京理工出版社,2004

楊入清.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計—系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)[M].上海:上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2000

第四篇：機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計講稿

項目一 數(shù)控車床主傳動系統(tǒng)設(shè)計與部件選擇

1.1無級變速傳動鏈

1.1.1機(jī)床主傳動系統(tǒng)設(shè)計滿足的基本要求

機(jī)床主傳動系統(tǒng)因機(jī)床的類型、性能、規(guī)格尺寸等因素的不同，應(yīng)滿足的要求一也不一樣。在設(shè)計機(jī)床主傳動系統(tǒng)時最基本的原則就是以最經(jīng)濟(jì)、合理的方式滿足既定的要求。在設(shè)計時應(yīng)結(jié)合具體機(jī)床進(jìn)行分析，一般應(yīng)滿足下述基本要求:(1)滿足機(jī)床使用性能要求。

首先應(yīng)滿足機(jī)床的運動特性，如機(jī)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(jī)床，則有足夠的每分鐘雙行程數(shù)范圍及變速級數(shù));傳動系統(tǒng)設(shè)計合理，操作方便靈活、迅速、安全可靠等。(2)滿足機(jī)床傳遞動力要求。

主電動機(jī)和傳動機(jī)構(gòu)能提供和傳遞足夠的功率和轉(zhuǎn)矩，具有較高的傳動效率。

1.1.2數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)分類

機(jī)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(jī)類型可分為交流電動機(jī)驅(qū)動和直流電動機(jī)驅(qū)動。交流電動機(jī)驅(qū)動中又可分為單速交流電動機(jī)驅(qū)動或調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動兩種。調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動又有多速交流電動機(jī)驅(qū)動和無級調(diào)速交流電動機(jī)驅(qū)動。無級調(diào)速交流電動機(jī)通常采用變頻調(diào)速的原理。(2)按傳動裝置類型可分為機(jī)械傳動裝置、液壓傳動裝置、電氣傳動裝置及其組合。(3)按變速的連續(xù)性可分為分級變速傳動和無級變速傳動(此部分在下面詳細(xì)介紹)。數(shù)控機(jī)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。數(shù)控機(jī)床的變速是按照控制指令自動進(jìn)行的，因此變速機(jī)構(gòu)必須適應(yīng)自動操作的要求。大多數(shù)數(shù)控機(jī)床采用無級變速系統(tǒng)，數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)主要有以下四種配置方式:(1)主軸電動機(jī)直接驅(qū)動。

如圖2一1(a)所示，電動機(jī)軸與主軸用聯(lián)軸器連接，這種方式大大簡化了主軸箱和主軸結(jié)構(gòu)，有效地提高了主軸部件的剛度，但主軸輸出扭矩小，電動機(jī)發(fā)熱對主軸影響較大。目前，多采用交流伺服電動機(jī)，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。(2)電動機(jī)經(jīng)同步齒形帶帶動主軸。

如圖1一1(b)所示，電動機(jī)將其運動經(jīng)同步齒形帶以定比傳動傳遞給主軸。由于輸出扭矩較小，這種傳動方式主要用于小型數(shù)控機(jī)床低扭矩特性要求的主軸，可以減小傳動中的振動和噪聲。

(3)電動機(jī)經(jīng)齒輪變速傳動主軸。

如圖1一1(c)所示，主軸電動機(jī)經(jīng)二級齒輪傳動變速，使主軸獲得低速和高速兩種轉(zhuǎn)速，從而使之實現(xiàn)分段無級變速，這種方式在大、中型數(shù)控機(jī)床中采用較多。經(jīng)過齒輪傳動降速后，電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩可以擴(kuò)大，以滿足主軸低速運轉(zhuǎn)時輸出扭矩大的特性要求。一部分小型數(shù)控機(jī)床一也采用這種傳動方式，以獲得強(qiáng)力切削時所需要的扭矩。(4)電主軸。

如圖1一1(d)所示，將調(diào)速電動機(jī)與主軸合成一體(電動機(jī)轉(zhuǎn)子軸即機(jī)床主軸)，其優(yōu)點是主軸部件結(jié)構(gòu)緊湊、剛度高、質(zhì)量輕、慣量小，且可提高調(diào)速電動機(jī)啟動、停止的響應(yīng)特性;其缺點是電動機(jī)發(fā)熱易引起熱變形。1.1.3無級變速傳動鏈的設(shè)計 無級變速傳動鏈可以在一定的變速范圍內(nèi)連續(xù)改變轉(zhuǎn)速，以得到最有利的切削速度;能在運轉(zhuǎn)中變速，便于實現(xiàn)變速自動化;能在負(fù)載下變速，便于車削大端面時保持恒定的切削速度，以提高生產(chǎn)效率和加工質(zhì)量。無級變速傳動可由機(jī)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)。機(jī)械摩擦無級變速器結(jié)構(gòu)簡單、使用可靠，常用于中、小型車床、銑床等主傳動系統(tǒng)中。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(jī)床，如磨床、拉床、刨床等機(jī)床的主傳動系統(tǒng)中。電氣無級變速器有由直流電動機(jī)或交流調(diào)速電動機(jī)驅(qū)動的兩種，由于它可以大大簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)，便于實現(xiàn)自動變速、連續(xù)變速和負(fù)載下變速，故其應(yīng)用越來越)’一泛，尤其在數(shù)控機(jī)床上目前幾乎全都采用電氣無級變速器。

數(shù)控機(jī)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。無級變速系統(tǒng)有機(jī)械、液壓和電氣等多種形式，數(shù)控機(jī)床一般采用由直流或交流調(diào)速電動機(jī)作為驅(qū)動源的電氣無級變速。由于數(shù)控機(jī)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(jī)無法滿足;另一方面調(diào)速電動機(jī)的功率和轉(zhuǎn)矩特性一也難以直接與機(jī)床的功率和轉(zhuǎn)矩要求安全匹配。因此，需要在無級調(diào)速電動機(jī)之后串聯(lián)機(jī)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。(1)無級變速裝置的分類。

機(jī)床主傳動中常用的無級變速裝置有三類:變速電動機(jī)、機(jī)械無級變速裝置和液壓無級變速裝置。

1)變速電動機(jī)。

機(jī)床上常用的變速電動機(jī)有直流電動機(jī)和交流電動機(jī)，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;額定轉(zhuǎn)速以下為恒定轉(zhuǎn)矩變速，調(diào)整范圍很大，變速范圍可達(dá)30甚至更大。上述功率和轉(zhuǎn)矩特性一般不能滿足機(jī)床的使用要求。為了擴(kuò)大恒功率變速范圍，可在變速電動機(jī)和主軸之間串連一個分級變速箱。變速電動機(jī)I’一泛用于數(shù)控機(jī)床和大型機(jī)床中。

2)機(jī)械無級變速裝置。

機(jī)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。由于它的變速范圍小，多數(shù)是恒轉(zhuǎn)矩傳動，通常較少單獨使用，而是與分級變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)使用，以擴(kuò)大變速范圍。機(jī)械無級變速器應(yīng)用于要求功率和變速范圍較小的中、小型車型、銑床等機(jī)床的主傳動中，更多的是用于進(jìn)給變速傳動中。

3)液壓無級變速裝置。

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(jī)中液體的油量來實現(xiàn)無級變速。它的特點是變速范圍較大，變速方便，傳動平穩(wěn)，在運動換向時沖擊小;易于實現(xiàn)直線運動和自動化。液壓無級變速裝置常用在主運動為直線運動的機(jī)床中，如刨床、拉床等。(2)無級變速裝置與機(jī)械分級變速機(jī)構(gòu)的串聯(lián)。在無級變速系統(tǒng)裝置單獨使用時，其調(diào)速范圍都較小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代通用機(jī)床變速范圍的要求。因此，常常將無級變速裝置與機(jī)械分級變速機(jī)構(gòu)串聯(lián)，以擴(kuò)大其變速范圍。(3)采用直流或交流電動機(jī)無級調(diào)速。

機(jī)床上常用的無級變速機(jī)構(gòu)為直流或交流調(diào)速電動機(jī)。直流電動機(jī)是采用調(diào)壓和調(diào)磁方式來得到主軸所需轉(zhuǎn)速的。直流電動機(jī)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;從額定轉(zhuǎn)速向下至最低轉(zhuǎn)速是用調(diào)節(jié)電樞電壓(簡稱調(diào)壓)的辦法來調(diào)速的，屬恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。通常，直流電動機(jī)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(dá)幾十，甚至超過100。交流調(diào)速電動機(jī)靠調(diào)節(jié)供電頻率的方式來調(diào)速，所以其常被稱為調(diào)頻主軸電動機(jī)。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;額定轉(zhuǎn)速至最低轉(zhuǎn)速氣為恒轉(zhuǎn)矩，變速范圍為幾十，甚至超100。直流和交流電動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性如圖1-2所示。

交流調(diào)速電動機(jī)由于體積小、轉(zhuǎn)動慣性小、動態(tài)響應(yīng)快、沒有電刷且能達(dá)到的最高轉(zhuǎn)速比同功率的直流電動機(jī)高，故磨損和故障也少?，F(xiàn)在在中、小功率領(lǐng)域，交流調(diào)速電動機(jī)已占優(yōu)勢，應(yīng)用一也更加廣泛。伺服電動機(jī)和脈沖步進(jìn)電動機(jī)都是恒轉(zhuǎn)矩的，而且功率不大，所 以只能用于直線進(jìn)給運動和輔助運動?；谏鲜龇治隹芍?，如果直流或交流調(diào)速電動機(jī)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(jìn)給運動)，可直接利用調(diào)速電動機(jī)的恒轉(zhuǎn)矩變速范圍，用電動機(jī)直接帶動或通過定比減速齒輪拖動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

1.2主傳動系統(tǒng)分析

數(shù)控車床用于加工回轉(zhuǎn)體零件。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(jī)床中應(yīng)用較廣泛的品種之一。下面以一個典型數(shù)控車床C K3263 B為例說明如何分析數(shù)控機(jī)床主傳動系統(tǒng)，圖1一4所示為C K3263 B主傳動系統(tǒng)。主電動機(jī)經(jīng)帶輪副和四速變速機(jī)構(gòu)驅(qū)動主軸，其傳動路線表達(dá)式是

擬定轉(zhuǎn)速圖如圖2-5所示，從圖中可知，主軸共得到四段轉(zhuǎn)速:

1.3 車床數(shù)控化改裝主傳動系統(tǒng)方案設(shè)計

將06140臥式車床改造成用MCS-51系列單片機(jī)控制的經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床，采用步進(jìn)電動機(jī)開環(huán)控制，縱向和橫向均具有直線和圓弧插補(bǔ)功能。將原來的主傳動系統(tǒng)改裝為主變速系統(tǒng)。一般的臥式車床在改裝為經(jīng)濟(jì)型數(shù)控車床時，主傳動系統(tǒng)和變速操縱機(jī)構(gòu)是不動的，可利用暫停指令進(jìn)行手動變速換擋，然后再繼續(xù)加工。如果要提高機(jī)床的自動化程度或者所加工工件的直徑相差較大，在加工過程中需要自動變速時，可考慮設(shè)置加工過程中的自動變速裝置，本任務(wù)即后一種情況。

將機(jī)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。1.采用多速電動機(jī)改裝

目前采用多速電動機(jī)對主傳動系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將主電動機(jī)更換為雙速或四速電動機(jī)，由微機(jī)系統(tǒng)信號自動控制切換電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。這樣做的好處是機(jī)床性能良好，主傳動鏈改裝量較少，但多速電動機(jī)的功率是隨著轉(zhuǎn)速的變化而變化的，所以電動機(jī)功率要選的大一些，同時電動機(jī)的尺寸一也大，因此還要增加一套電動機(jī)變速系統(tǒng)。2.主變速系統(tǒng)改裝

對主軸箱內(nèi)變速系統(tǒng)進(jìn)行改裝，一般是將滑移齒輪變速改為電磁離合變速。這種變速機(jī)構(gòu)仍為有級變速，一般變速級數(shù)不超過四級。3.采用直流主軸電動機(jī)或交流主軸電動機(jī)改裝

改裝后，機(jī)床主軸由直流主軸電動機(jī)(或交流主軸電動機(jī))通過皮帶直接帶動，并通過電氣系統(tǒng)實現(xiàn)無級變速。

采用直流主軸電動機(jī)或交流主軸電動機(jī)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。另外在改裝中要注意，主軸電動機(jī)的選擇要與進(jìn)給系統(tǒng)電動機(jī)配套，以利于使用CNC系統(tǒng)。圖1-5所示為本任務(wù)改裝后的主傳動系統(tǒng)示意。拆下原操縱手柄，裝上齒輪2;以一個180 W的交流小電動機(jī)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(jìn)行變速。另外將手柄軸接長，在接長軸4上安裝帶單個壓塊6的圓盤，并在附加的機(jī)殼上固定一個裝有6個微動開關(guān)的圓盤5, 6個微動開關(guān)的位置與6級變速擋位對應(yīng)。當(dāng)手柄軸帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，壓塊6依次壓下6個微動開關(guān)，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。

自動變速過程如下:當(dāng)變速電動機(jī)接到S指令后，便開始轉(zhuǎn)動，通過傳動裝置使手柄軸帶動撥叉滑塊使變速齒輪移位。與此同時，在速度繼電器的控制下，主電動機(jī)低速點動，以便滑移齒輪順利地進(jìn)人嚙合位片。當(dāng)壓塊壓下的觸點信號與數(shù)控系統(tǒng)S指令信號相符時，小電動機(jī)制動，主運動變速完成。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。

1.3.2主傳動系統(tǒng)設(shè)計過程 1.明確已知條件，草擬轉(zhuǎn)速圖 擬定轉(zhuǎn)速圖的一般步驟如下:(i)確定變速組數(shù)及各變速組的傳動副數(shù);(2)安排變速組的傳動順序，擬定結(jié)構(gòu)式(網(wǎng));(3)分配傳動副傳動比.繪制轉(zhuǎn)涼圖 2.齒輪齒數(shù)的確定

齒輪的齒數(shù)取決于傳動比和徑向尺寸要求。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;若模數(shù)不同，則齒數(shù)和S與模數(shù)m,成反比，即:

對于三聯(lián)滑移齒輪，當(dāng)采用標(biāo)準(zhǔn)齒輪且模數(shù)相同時，最大齒輪與次大齒輪的齒數(shù)差應(yīng)大于4，以避免滑移過程中的齒頂干涉。

當(dāng)傳動比i采用標(biāo)準(zhǔn)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。

1.4 實訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項目任務(wù)單

項日任務(wù)單見附錄二。2.項目要求

學(xué)完基礎(chǔ)知識及實例后，學(xué)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(shè)計方案，方案合格后，開始具體設(shè)計。3.儀器與設(shè)備(1)CAK4085數(shù)控車床6(2)《機(jī)床設(shè)計手冊》若干。(3)扳手、鉗子、直尺。4.實訓(xùn)步驟

(1)學(xué)生分組，并在現(xiàn)場分析數(shù)控車床主軸箱實物。(2)學(xué)生分組，制定任務(wù)實施方案。

(3)根據(jù)任務(wù)實施方案，學(xué)生將任務(wù)實施過程填入記錄表1一2中。1.4.2項目評價

項日的整體評價如表1-3所示。

圖1一1數(shù)控機(jī)床主傳動的配置方式

圖1-2直流和交流調(diào)速電動機(jī)的功率轉(zhuǎn)矩特性

圖1-4 CK3263B主傳動系統(tǒng)

圖1-5改裝后主傳動系統(tǒng)示意圖

表1一1常見傳動比的適用齒數(shù)

表1一2項目實施過程記錄表

表1-3項目評價表

項目二數(shù)控車床導(dǎo)軌副設(shè)計 2.1.1導(dǎo)軌副設(shè)計步驟

(1)根據(jù)已知的工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型，常見導(dǎo)軌形式見表2-1.(2)選擇導(dǎo)軌截面形狀與組合方式。常見導(dǎo)軌截面形狀見表2一2。1)雙三角形導(dǎo)軌。如圖2-1所示，雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向性和精度保持性都很高，磨損后能自動下沉補(bǔ)償磨損量。兩條三角形導(dǎo)軌副同時起支撐和導(dǎo)向作用，由于結(jié)構(gòu)對稱，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，故接觸剛度好。但由于超定位，加工、檢驗、維修都較困難，而且當(dāng)量摩擦系數(shù)也高，因此適于精度高的場合。例如絲杠車床、單柱坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。2)雙矩形導(dǎo)軌。

如圖2一2所示，雙矩形導(dǎo)軌的剛度高，當(dāng)量摩擦系數(shù)比雙三角形導(dǎo)軌低，承載能力強(qiáng)，加工、檢驗、維修都較方便，因此被廣泛使用，例如數(shù)控機(jī)床的導(dǎo)軌副。雙矩形導(dǎo)軌承載面和導(dǎo)向面是分開的，存在側(cè)向間隙，必須用鑲條調(diào)節(jié)。

如圖2一2(a)所示，用兩外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距大、熱變形大、間隙大，因而導(dǎo)向精度低、承載能力大;如圖2-2(b)所示，以內(nèi)外側(cè)面做導(dǎo)向面時，間距小、熱變形小、間隙小，因而導(dǎo)向精度高、易獲得較高的平行度;如圖2一2(c)所示，用兩內(nèi)側(cè)面做導(dǎo)向面時，由于導(dǎo)軌面對稱分布在導(dǎo)軌中部，當(dāng)傳動件位于對稱中心線上時，避免了由于牽引力與導(dǎo)向中心線不合而引起的偏轉(zhuǎn)，不致在改變運動方向時引起位置誤差，故導(dǎo)向精度高。3)三角形與矩形組合。

如圖2-3(a)和圖2-3(b)所示，三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有三角形導(dǎo)軌的良好導(dǎo)向性及矩形導(dǎo)軌的制造方便、剛性好等優(yōu)點，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。其缺點是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)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(bǔ)償，故對位置精度有影響。

三角形與矩形組合導(dǎo)軌兼有導(dǎo)向性好、制造方便和剛度高等諸多優(yōu)點，因此被廣泛使用，例如車床、磨床、龍門刨床、龍門銑床、滾齒機(jī)、坐標(biāo)鎖床的導(dǎo)軌副等。4)雙燕尾形導(dǎo)軌。

如圖2一4(a)所示，它的高度較小，可以承受顛覆力矩，是閉式導(dǎo)軌中接觸面最少的一種結(jié)構(gòu)。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。這種導(dǎo)軌剛度較差，加工、檢驗、維修都不大方便，適用于受力小、層次多、要求間隙調(diào)整方便的場合，例如牛頭刨床和插床的滑枕導(dǎo)軌、升降臺銑床的床身導(dǎo)軌、車床刀架導(dǎo)軌副和儀表機(jī)床導(dǎo)軌等。5)矩形與燕尾形導(dǎo)軌組合。

如圖2一4(b)所示，由于它兼有調(diào)整方便、能承受較大力矩的優(yōu)點，故多用于橫梁、立柱和搖臂的導(dǎo)軌副。6)雙圓柱導(dǎo)軌組合。圓柱導(dǎo)軌具有制造方便、不宜積存較大切屑的優(yōu)點，但間隙難以調(diào)整，磨損后一也不易補(bǔ)償，因此適用于移動件只受軸向力的場合，例如攻螺紋機(jī)、機(jī)械手的導(dǎo)軌副等。(3)通過計算選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。

1)計算額定動載荷Ca’(單位N)。

式中: KW—負(fù)荷系數(shù)，按表2一3選取;KH----硬度系數(shù)，按表2一4選取;KT—溫度系數(shù)，按表2一5選取;KC—接觸系數(shù)，按表2一6選取;K—壽命系數(shù)，一般取K=50;2)依據(jù) 的原則，選擇結(jié)構(gòu)參數(shù)。(4)其他參數(shù)選擇。1)導(dǎo)軌材料選擇。

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(dǎo)軌中應(yīng)用廣泛。淬硬的鋼導(dǎo)軌耐磨性好。鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好，動、靜摩擦系數(shù)接近，化學(xué)穩(wěn)定性好，抗振性好，抗撕傷能力強(qiáng)，工作范圍廣，成本低等諸多優(yōu)點。在選材時，支撐導(dǎo)件與運動件應(yīng)選不同的材料，其熱處理的方式一也有所不同。2)調(diào)整裝置。

導(dǎo)軌工作時會產(chǎn)生間隙，間隙過小會增加摩擦阻力，間隙過大會降低導(dǎo)向精度，所以應(yīng)選擇合適的調(diào)整裝置進(jìn)行調(diào)整。例如滑動導(dǎo)軌副采用壓板和鑲條兩種方法調(diào)整。①鑲條。

鑲條用來調(diào)整矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌的側(cè)隙，以保證導(dǎo)軌面能正常接觸。鑲條應(yīng)放在導(dǎo)軌受力較小的一側(cè)，常用的有平鑲條和楔形鑲條兩種。

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。平鑲條調(diào)整方便，制造容易，圖2一5(a)和圖2一5(b)所示的鑲條較薄，而且只在與螺釘接觸的幾個點上受力，容易變形，剛度較低，日前較少使用。楔形鑲條如圖2一6所示，鑲條的兩個面分別與動導(dǎo)軌和支撐導(dǎo)軌均勻接觸，所以比平鑲條剛度高，但加工較困難。

楔形鑲條的斜度為1 : 100一1:40,鑲條越長，斜度應(yīng)越小，以免兩端厚度相差太大。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。鑲條上的溝槽a在刮配好后加工，這種方法構(gòu)造簡單，但螺釘頭凸肩和鑲條上溝槽之間的間隙會引起鑲條在運動中竄動。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。圖2一6(c)所示為通過螺釘6和螺母7調(diào)節(jié)，鑲條8上的圓孔在刮配好后加工，這種調(diào)節(jié)方法方便，且能防止鑲條8的竄動，但其縱向尺寸較長。②壓板。

壓板用來調(diào)整輔助導(dǎo)軌面的間隙和承受的顛覆力矩，如圖2一7所示。

2.2.1選擇導(dǎo)軌副

1.確定最大載荷F-max 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(jìn)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)F-n= 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。單滑塊所受的最大垂直

2.確定額定工作時間壽命孔 要求該導(dǎo)軌副每天開機(jī)6h，每年工作300個工作日，且工作8年以上，則額定工作時間壽命:

3.確定行程長度系數(shù)TS 要求單向行程長度LS = 0.52m，每分鐘往返次數(shù)為3，則額定行程長度系數(shù): 4.計算額定動載荷Ca’(單位為N)要求工作溫度不超過120 0C，工作速度為40 m/min，滾道表面硬度取60 HRC。由前面的計算結(jié)果得額定工作時間壽命Th = 14 400 h。則:

表2一7為JSA一KL型直線滾動導(dǎo)軌副(寬型螺孔)尺寸參數(shù)，圖2一8所示為其外形圖;表28 JSA-ZL型直線滾動導(dǎo)軌副尺寸參數(shù)

表2-9項目實施過程記錄表

表2-10項目評價表

項目三 簡易機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計與制作

3.1.1設(shè)計原則

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(jìn)行優(yōu)化組合，降低成本，使系統(tǒng)功能平穩(wěn)、準(zhǔn)確、快速，以滿足用戶的要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要特征是自動化操作，功能是產(chǎn)品的生命，只有功能可靠，產(chǎn)品才具有價值。另一方面，要使功能達(dá)到最佳，機(jī)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(jī)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(bǔ)充也極為重要。而通過降低成本，并且使系統(tǒng)功能達(dá)到穩(wěn)、準(zhǔn)、快，又增強(qiáng)了產(chǎn)品的市場競爭力。

3.1.2設(shè)計工作流程

一個全新的機(jī)電一體化產(chǎn)品的正向設(shè)計和開發(fā)過程大體可以分為產(chǎn)品規(guī)劃、概念設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計三個階段。1.產(chǎn)品規(guī)劃階段

產(chǎn)品規(guī)劃包括需求分析、市場預(yù)測和技術(shù)可行性分析，最后確定設(shè)計參數(shù)及設(shè)計制約條件，提出設(shè)計要求，并將其作為設(shè)計、評價和決策的依據(jù)。(1)需求分析。

需求分析從需求識別開始，認(rèn)識需求是一種創(chuàng)造性工作，設(shè)計人員應(yīng)深人實際，細(xì)致觀察，敏銳捕捉市場的需求，并及時完成產(chǎn)品的開發(fā)和試制工作。(2)市場預(yù)測。

市場預(yù)測是產(chǎn)品的前期調(diào)研工作，調(diào)研內(nèi)容主要有以下三方面: 1)面向用戶的產(chǎn)品市場調(diào)研:主要有產(chǎn)品銷售對象的可能銷售量，用戶對產(chǎn)品的功能、性能、質(zhì)量、使用維護(hù)、包裝及價格等方面的要求。此外，還應(yīng)了解競爭產(chǎn)品的種類、優(yōu)缺點和市場占有率等情況。

2)面向產(chǎn)品設(shè)計的技術(shù)調(diào)研:主要有行業(yè)和專業(yè)技術(shù)發(fā)展動態(tài)，相關(guān)理論的研究成果和新材料、新器件的發(fā)展動態(tài)，競爭企業(yè)、競爭產(chǎn)品的技術(shù)特點分析等。此外，還要了解本單位的生產(chǎn)基礎(chǔ)條件。

3)面向產(chǎn)品生命周期的社會環(huán)境調(diào)研:主要有產(chǎn)品生產(chǎn)和目標(biāo)市場所在地的經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策(如產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策、投資動向、環(huán)境保護(hù)及安全法規(guī)等)，產(chǎn)品的種類、規(guī)模及分布，社會的風(fēng)俗習(xí)慣，社會人員構(gòu)成狀況及消費水平、消費心理和購買能力等。

通過調(diào)研應(yīng)確定開發(fā)產(chǎn)品的必要性、種類和生命周期，預(yù)測產(chǎn)品的技術(shù)水平、經(jīng)濟(jì)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(jìn)行技術(shù)可行性分析。(3)技術(shù)可行性分析。

技術(shù)可行性分析包括以下幾個方面: 1)關(guān)鍵技術(shù)和技術(shù)線路:研究本產(chǎn)品需要的關(guān)鍵技術(shù)，指明產(chǎn)品實現(xiàn)的技術(shù)路線和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。例如，一個新概念汽車，采用什么樣的發(fā)動機(jī)、什么樣的控制總線和什么樣的人機(jī)接口等。所使用的關(guān)鍵性技術(shù)應(yīng)該是比較成熟的、成本和技術(shù)風(fēng)險容易控制的。如果要采用比較前沿的新技術(shù)，則需要在市場和成本方面多做考慮。

2)可選技術(shù)方案:同樣的產(chǎn)品可能有多種技術(shù)方案可選擇，設(shè)計人員必須根據(jù)一定的準(zhǔn)則從中選擇一個最合適的方案或?qū)⑦@些方案進(jìn)行綜合處理。

3)主要性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格的可行性:產(chǎn)品的性能指標(biāo)及技術(shù)規(guī)格對產(chǎn)品的成本和市場競爭力至關(guān)重要。性能指標(biāo)和技術(shù)規(guī)格越高，產(chǎn)品的成本就越高，價格也就越高。但市場競爭力不完全由技術(shù)性能決定，還與其價格、品牌等許多因素有關(guān)。用戶往往追求性價比高的產(chǎn)品。因此制定產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)需要綜合考慮各方面的因素，突出產(chǎn)品的特色，力爭做到高性能、低價格。在制定主要產(chǎn)品的規(guī)格和性能指標(biāo)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)。

4)主要技術(shù)風(fēng)險:綜合分析產(chǎn)品功能、技術(shù)規(guī)格及性能指標(biāo)實現(xiàn)的可能性，分析產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)中可能存在的各種問題和風(fēng)險，以及這些問題與風(fēng)險的解決和規(guī)避方法。如果不充分考慮這些問題和風(fēng)險，產(chǎn)品開發(fā)時間則可能拖延，從而錯過市場最佳時機(jī)，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(shè)備等。因此，必須提前對這些問題進(jìn)行充分的評估，使產(chǎn)品開發(fā)和生產(chǎn)能順利進(jìn)行。

5)成本分析:根據(jù)所制定的產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格和技術(shù)路線，綜合分析產(chǎn)品成本，包括技術(shù)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。

6)結(jié)論和建議:根據(jù)產(chǎn)品的成本分析和技術(shù)風(fēng)險分析，對產(chǎn)品的技術(shù)規(guī)格、性能指標(biāo)和市場定位等參數(shù)提出修改建議，確定產(chǎn)品是否立項。產(chǎn)品立項應(yīng)給出生產(chǎn)設(shè)計要求表，表中所列要求分為特征指標(biāo)、優(yōu)化指標(biāo)和尋常指標(biāo)，各項要求應(yīng)盡可能量化，并按重要程度分出等級。2.概念設(shè)計階段

在概念設(shè)計階段輸人生產(chǎn)設(shè)計要求表，輸出總體方案。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(shè)計目標(biāo)、各部件或子系統(tǒng)的接口設(shè)計等三個方面，并制訂詳細(xì)設(shè)計任務(wù)書、驗收規(guī)范及進(jìn)度計劃。

3.3案例導(dǎo)入

(3)確定小帶輪齒數(shù)Z1和小帶輪節(jié)圓直徑d1.應(yīng)使小帶輪齒數(shù)，而帶輪最小許用齒數(shù)Z min可查表3一3獲得。當(dāng)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。(4)確定大帶輪齒數(shù)Z2和大帶輪節(jié)圓直徑d2(5)初選中心距久ao、帶的節(jié)線長度Lop、帶的齒數(shù)Zb。

根據(jù)表9-4選取接近標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)線長度Lp=381mm，相應(yīng)齒數(shù)Zb= 40。(6)計算實際中心距a。

設(shè)計同步帶傳動時，中心距a應(yīng)該可以調(diào)整，以便獲得適當(dāng)?shù)膹埦o力。(7)校驗帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)Zm 嚙合齒數(shù):(8)計算基準(zhǔn)額定功率P0

(9)確定實際所需的同步帶寬度bs。

式中bs0—選定型號的基準(zhǔn)寬度，由表9-5可查得bs0 = 25.4mm;Kz—小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，由表9-6可查得K, = 0.8。10)帶的工作能力驗算。

根據(jù)下式計算同步帶額定功率P的精確值，若結(jié)果滿足 率)，則帶的工作能力合格。

帶的設(shè)計功

同步帶傳動示意簡圖如圖3-9所示。(11)結(jié)果整理。

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

10、圖3一11所示，同步帶傳動效果如圖3一12所示。3.3.3錐齒輪傳動設(shè)計

(1)確定齒輪材料及精度等級。

錐齒輪材料選擇45 #鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為217~225 HBS。經(jīng)過計算齒輪傳動的最大圓周速度為4.19 m/s，查表3一8可確定錐齒輪精度等級為7級)(2)確定模數(shù)及齒數(shù)。(3)計算相關(guān)參數(shù)。

根據(jù)以上尺寸畫出小錐齒輪零件(見圖3一13)和大錐齒輪零件圖(見圖3一14)。錐齒輪傳動嚙合部分三維造型如圖3一15所示。3.3.4計數(shù)系統(tǒng)設(shè)計 在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進(jìn)行自動計數(shù)，以便統(tǒng)計產(chǎn)量或為計算機(jī)管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進(jìn)行計數(shù)的，有直射式和反射式兩種。直射式的發(fā)射、接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時發(fā)射器的紅外線反射到接收器上，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理使之沒有信號輸出，有工件經(jīng)過時擋住光路，接收機(jī)失去紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進(jìn)行計數(shù)。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。有工件經(jīng)過時，其將擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號反射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進(jìn)行計數(shù)。本項目的設(shè)計日的是每推一個料，計數(shù)器顯示一個數(shù)，逐次遞增。整體方案是:通過傳感器(光電開關(guān)或磁性開關(guān))檢測到推桿動作，將信號傳到單片機(jī)，單片機(jī)輸出，并令數(shù)碼管顯示推出工件個數(shù))其結(jié)構(gòu)如圖3一16所示。

本設(shè)計是兩種傳感器均可，接線圖如圖3一17所示。

本設(shè)計中的計數(shù)器、光電開關(guān)、磁性開關(guān)均需外購，其外形如圖3一18所示。

3.4.1實訓(xùn)準(zhǔn)備

1.項目目的

(1)使學(xué)生具備一般機(jī)電產(chǎn)品方案的設(shè)計能力。(2)熟練掌握同步帶設(shè)計方法。(3)學(xué)會查《機(jī)械設(shè)計手冊》。2.項目要求

每組學(xué)生自行設(shè)計同步帶系統(tǒng)和計數(shù)系統(tǒng)。3.儀器與設(shè)備

(1)電腦若干(二維設(shè)計軟件、三維設(shè)計軟件必有)。(2)《機(jī)械設(shè)計手冊》若干。4.實訓(xùn)步驟(1)學(xué)生分組設(shè)計方案。

(2)兩位指導(dǎo)教師及各組組長審核方案。

(3)方案通過后，具體設(shè)計，學(xué)生將項目實施過程填入記錄表3-9中。3.4.2項目評價

項目的整體評價見表3一10。

圖3一1機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)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(fēng)能供料裝置結(jié)構(gòu)示意

圖3一6風(fēng)能供料裝置主要部件示意

圖3一7同步帶

表3-1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3-5同步帶在基準(zhǔn)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3-9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3-10項目評價表

第五篇：機(jī)電一體化專業(yè)職業(yè)設(shè)計

大學(xué)3年規(guī)劃書作者： 機(jī)電3班@@36號

大學(xué)3年規(guī)劃書（機(jī)電3班 @@ 36號）

前言

我們向往著美好的明天，所以一直為著心中的那個夢而奮斗。大學(xué)生職業(yè)生涯規(guī)劃，換個角度理解，就是對我們心中的那個藍(lán)圖的描繪。我們對自己的職業(yè)生涯進(jìn)行規(guī)劃，就是給自己的夢想插上翅膀。遠(yuǎn)大的理想總是建立在堅實的土地上的，青春短暫，從現(xiàn)在起，就力爭主動，好好規(guī)劃一下未來的路，去描繪這張生命的白紙。

一、個人資料

姓名：@@

性別：男

出生年月：1989年06月

性格：外向

學(xué)歷：高職高專

專業(yè)：機(jī)電一體化

座右銘：我的路，我自己會走的二、大學(xué)畢業(yè)后的計劃

美好愿望： 希望以后可以進(jìn)入一個好一點的專業(yè)對口的機(jī)械類的大公司。能有一分不錯的薪水

職業(yè)方向： 機(jī)電工程類的高技術(shù)性人才

三、自我盤點 ：

1、（1自信心強(qiáng)，肯吃苦；具有一顆善良的心，待人真誠，能得到大部分人的尊重；（2素質(zhì)：興趣廣泛；適應(yīng)性較強(qiáng)；具有一定的交際能力，語言邏輯性和表達(dá)能力較強(qiáng)；具有一定的工作能力：在組織能力、協(xié)調(diào)能力、創(chuàng)新能力、預(yù)見性和團(tuán)隊意識等方面均有所表現(xiàn)；

（3氣質(zhì)：自我形象較好，談吐得體，具有一定親和力；

（4學(xué)習(xí)能力：領(lǐng)悟性較強(qiáng)；

2、優(yōu)勢盤點：

從小生活條件堅苦，讓我養(yǎng)成了不怕苦的精神。在這個漫長堅苦的過程中，它將是我唯一的，也是最寶貴的財富。

3、劣勢盤點：

因為來自農(nóng)村，沒有經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)，決定了我的事業(yè)起點相對言要低，而且，到目前為止，還沒有任何工作經(jīng)驗，各類榮譽(yù)證書太少。

4、優(yōu)點：

樂觀，開朗，膽大，有一股不服輸?shù)那鼩狻?/p>

5、缺點：

做事不夠細(xì)心，有時候也比較懷疑自己的能力，惰性較大。

創(chuàng)建時間：2008-11-17 14:01:00 第 1 頁 2013-4-16

四、解決自我盤點中的劣勢和缺點

當(dāng)劣勢和缺點成為了你前進(jìn)道路上的障礙時，就應(yīng)充分得用你的優(yōu)點，讓其把你帶

出圍障；雖然恒心不夠，但可憑借那份積極向上的熱情鞭策自己，久而久之，就會慢慢培養(yǎng)起來，充分利用一直關(guān)心支持我的龐大親友團(tuán)的優(yōu)勢，真心向同學(xué)、老師、朋友請教，及時指出自存存在的各種不同并制定出相應(yīng)計劃以針對改正。

五、規(guī)劃書的重要性

1、無論我現(xiàn)在或?qū)韽氖碌穆殬I(yè)是什么，對職業(yè)要負(fù)責(zé)這一點切切不可忘記；

2、切記和諧融洽的人際關(guān)系非常重要。實際證明與同時間人事關(guān)系融洽將使工作效率倍增；

3、要優(yōu)化自己的交際技能。優(yōu)良的交際技能可為你謀職就業(yè)提高成功機(jī)率；

4、要善于發(fā)現(xiàn)變化并使用變化。不管周圍環(huán)境及自己人生某一階段出現(xiàn)何樣的變化，你都

應(yīng)該善于發(fā)現(xiàn)其中的各種機(jī)遇并駕馭這些機(jī)遇

5、要靈活。未來時代的工作者們可能必須要經(jīng)常轉(zhuǎn)換職業(yè)角色，這就是說我們要能靈活地從一個角色迅速轉(zhuǎn)換到另一個角色，方能適應(yīng)時代環(huán)境的變化；

6、要善于學(xué)用新技術(shù)。曾經(jīng)我想當(dāng)一名作家，但在當(dāng)今時代作家欲獲成功也必須不斷學(xué)用并掌握新技術(shù)技能才行，比如作家必須同時成為一名計算機(jī)文字處理員、打字員、網(wǎng)上發(fā)行員才能獲得成功；

7、要舍得花錢、花時間學(xué)習(xí)各種指南性知識簡介。目前各大學(xué)、社會研究機(jī)構(gòu)、其他組織開辦了各式各樣的實用性半日、一日或二日可學(xué)完的知識簡介科目，這類指南性知識簡介的試學(xué)可能是預(yù)探新領(lǐng)域“水深度”的最簡便易行的方法；

8、摒棄各種錯誤觀念。當(dāng)我們考慮某新職業(yè)或新產(chǎn)業(yè)時，觀念一定要更新，以防被錯誤思維誤導(dǎo)；

9.選擇就業(yè)單位時事前應(yīng)多做摸底研究。

10.要不斷開拓進(jìn)取、不斷開發(fā)新技能。一個復(fù)合的社會將不僅需求專業(yè)化知識，同時還需求通用化及靈活式技能。

六、職業(yè)生涯規(guī)劃

1、學(xué)習(xí)生活規(guī)劃

大學(xué)1年級：了解大學(xué)年活，了解專業(yè)知識，了解專業(yè)前景，了解大學(xué)期間應(yīng)該掌握的技能以及以后就業(yè)所需要的證書。熟悉掌握專業(yè)課知識，盡最大的努力考英語4級?？家恍└约旱膶I(yè)有關(guān)有用的證書。其中在學(xué)習(xí)時預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)是提高聽課的效果，抓好重點、難點，積極運用思維，深入理解教材，形成有系統(tǒng)的觀點和科學(xué)知識體系，培養(yǎng)學(xué)生自學(xué)能力的重要環(huán)節(jié)。根據(jù)數(shù)據(jù)表明，完全能夠和基本上預(yù)習(xí)的占7％和20％，基本上不預(yù)習(xí)的占48％，有時預(yù)習(xí)的占25％。這樣就有約70％左右的學(xué)生不預(yù)習(xí)或較少預(yù)習(xí)。課后復(fù)習(xí)和一般能夠復(fù)習(xí)的共占82％，較少和不復(fù)習(xí)的占18％，復(fù)習(xí)時結(jié)合思考的占75％，只有少數(shù)學(xué)生使用反復(fù)記憶的方式，約占9％。這說明在復(fù)習(xí)方式上體現(xiàn)了青年時期運用命題思維的特點。在預(yù)習(xí)與復(fù)習(xí)的時間上，離上課時間近的占52％，遠(yuǎn)的占16％，不復(fù)習(xí)者占5％。有的學(xué)生是預(yù)習(xí)時間近，復(fù)習(xí)時間遠(yuǎn)，復(fù)習(xí)時喜歡較長時間連續(xù)進(jìn)行的占38％，復(fù)習(xí)時間短而分散的只占5％。這說明較長時間的連續(xù)復(fù)習(xí)略占優(yōu)勢。課后的復(fù)習(xí)要求學(xué)生閱讀的內(nèi)

容較多，還要指定一些參考書，依靠自己獨立研究、提出問題、思考問題和歸納總結(jié)。習(xí)題課要改變中學(xué)習(xí)慣了的死套公式的解題方法，加強(qiáng)了理論推導(dǎo)的課題，解題的難度也適當(dāng)加深，注意用文字、圖表、數(shù)理計算等方法的表達(dá)能力。實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手的技能和分析與解決實驗過程提出問題的力，大學(xué)的實驗要從教師指導(dǎo)下的演示方法逐步過渡到獨立地提出實驗方案和完成實驗，從以驗證某一定律或原理的實驗過渡到形成科學(xué)的實驗。在大學(xué)階段教學(xué)的各種組織形式，都有不同于中學(xué)的變化和特點，怎樣幫助大學(xué)低年級學(xué)生在學(xué)習(xí)方法上適合這種變化，掌握大學(xué)的學(xué)習(xí)規(guī)律，是提高我們學(xué)習(xí)能力的一個關(guān)鍵問題。

大學(xué)2年級：目標(biāo)應(yīng)鎖定在工作申請及成功就業(yè)上，積極參加招聘活動,在實踐中檢驗自己的積累和準(zhǔn)備。積極利用學(xué)校提供的條件,強(qiáng)化求職技巧,進(jìn)行模擬面試等訓(xùn)練,盡可能地做出充分準(zhǔn)備。

2、求職計劃

(1)學(xué)位證書、資格證書，是我們求職的敲門磚，是一個公司招聘人才的首要條件，因此，我們要在大學(xué)生期間，拿到相關(guān)的證書。

(2)公司招聘人才看的不僅是文憑和證書，更多的是注重的個人的能力與素質(zhì)，所以，我們在大學(xué)期間學(xué)習(xí)的同時，還在注重的是個人素質(zhì)的提高和能力的培養(yǎng)。

(3)對于剛畢業(yè)的大學(xué)生來說，經(jīng)驗的缺乏是一個很突出的問題，要想在眾多應(yīng)聘者中脫穎而出，就要在變方面占優(yōu)勢才行，所以，我們還要在大學(xué)生活中積累更多的工作經(jīng)驗，這一方面可以通過兼職來實現(xiàn)，但在其過程中，要懂得總結(jié)經(jīng)驗。

(4)一定要在大2之前把簡歷制好，留下更多的的時間來找工作。

(5)要時刻關(guān)注招聘信息，積級參加招聘活動，在公司選擇我們的同時也選擇一個適合自己的公司。

七、結(jié)束語

任何目標(biāo)，只說不做到頭來都會是一場空。然而，現(xiàn)實是未知多變的，定出的目標(biāo)計劃隨時都可能遭遇問題，要求有清醒的頭腦。一個人，若要獲得成功，必須拿出勇氣，付出努力、拼搏、奮斗。成功，不相信眼淚；未來，要靠自己去打拼！實現(xiàn)目標(biāo)的歷程需要付出艱辛的汗水和不懈的追求，不要因為挫折而畏縮不前，不要因為失敗而一蹶不振；要有屢敗屢戰(zhàn)的精神，要有越挫越勇的氣魄；成功最終會屬于你的，每天要對自己說：“我一定能成功，我一定按照目標(biāo)的規(guī)劃行動，堅持直到勝利的那一天?！奔热贿x擇了認(rèn)準(zhǔn)了是正確的，就要一直走下去。在這里，這份職業(yè)生涯規(guī)劃也差不多落入尾聲了，然而，我的真正行動才僅僅開始?，F(xiàn)在我要做的是，邁出艱難的一步，朝著這個規(guī)劃的目標(biāo)前進(jìn)，要以滿腔的熱情去獲取最后的勝利。