机械电子课程设计
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机械电子工程课程编排随着现代社会的不断发展,机械电子工程越来越重要。
机械电子工程是一门综合性很强的学科,用于设计、制造、控制和维护电子和机械设备。
这门学科涵盖了多个学科领域,如材料学、物理学、计算机科学、数学、工程学等。
机械电子工程课程的编排是一个非常重要的问题。
对于学生而言,接受好的教育是非常关键的,只有通过针对性的课程,学生才能系统地学习和应用知识。
那么,机械电子工程课程到底该怎样编排呢?课程设置应当以实用性为主,让学生成为真正的实践者。
机械电子工程既然是一门综合性较强的学科,我们应该让学生从最基础的知识开始学习,逐步深入,最终达到掌握高级机械电子技术的目的。
课程可以根据学习难度和知识点进行分级,以帮助学生投入到学习过程中。
在课程的编排中,考虑到现如今的机械电子工程技术不断的发展和更新,我们应当为学生提供更新的技术和知识。
并且,应当在课程中加入一些适度的实践课程,让学生在实验室中体验到操作各种机械电子设备的实战经验。
只有通过不断地实践,学生才能真正掌握理论知识。
课程的编排应当结合教学资源,学校应当为开设机械电子工程课程提供专门的人才和场地等物质资源。
在教学过程中,老师应当注重学生的交互与互动,而不是让学生单纯地听讲,老师和学生之间应该形成互动的关系,有利于学生在学习中提高自己的思维能力。
在课程的编排中,应该充分考虑未来就业市场的需求。
了解市场要求的技能和能力,从而为学生提供长远的职业发展规划。
在以上的几点基础上,课程的内容设计也非常关键。
除了学习到基础的理论知识以外,学生还需要学习一些实践应用的技能。
比如,如何运用电子器件进行设计和制作,如何根据机械原理制定可行的方案。
课程内容不仅仅要让学生了解表面知识,更要让学生理解其背后的机理,这样才能真正拓宽学生的视野,掌握见缝插针的机会。
在课程的设计中,要注重考虑学生的个性化需求。
针对不同类型的学生,我们可以设置不同难度的课程,让学生可以逐步地学习,不断提高自己的水平。
机械电子课程设计课题一、教学目标本课程的教学目标分为三个维度:知识目标、技能目标和情感态度价值观目标。
1.知识目标:通过本课程的学习,学生需要掌握机械电子的基本概念、原理和应用,包括电动机、传感器、控制系统等核心内容。
2.技能目标:学生将能够运用所学的知识解决实际问题,具备一定的机械电子设计和实验能力。
3.情感态度价值观目标:培养学生对机械电子学科的兴趣和好奇心,提高学生的创新意识和团队合作能力。
二、教学内容教学内容将根据课程目标进行选择和,确保内容的科学性和系统性。
教学大纲将明确教学内容的安排和进度,具体包括以下几个方面:1.机械电子基本概念和原理:介绍电动机、传感器、控制系统等核心概念和原理。
2.机械电子应用案例:分析机械电子在现实生活中的应用案例,让学生了解所学知识的具体应用。
3.机械电子设计和实验:教授学生如何运用所学知识进行机械电子设计和实验,培养学生的实际操作能力。
三、教学方法为了激发学生的学习兴趣和主动性,将采用多种教学方法,包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等。
1.讲授法:通过教师的讲解,向学生传授机械电子的基本概念和原理。
2.讨论法:学生进行分组讨论,促进学生之间的交流和思考。
3.案例分析法:分析现实生活中的机械电子应用案例,让学生将所学知识与实际应用相结合。
4.实验法:安排实验课程,让学生亲自动手进行实验,培养学生的实际操作能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施,丰富学生的学习体验,将选择和准备以下教学资源:1.教材:选用权威、实用的机械电子教材,作为学生学习的主要参考资料。
2.参考书:提供相关的参考书籍,供学生拓展阅读和深入学习。
3.多媒体资料:制作精美的多媒体课件,辅助教学,提高学生的学习兴趣。
4.实验设备:准备充足的实验设备,确保每个学生都有机会亲自动手进行实验。
五、教学评估本课程的教学评估将采用多种方式,以全面、客观地评估学生的学习成果。
1.平时表现:通过观察学生在课堂上的参与度、提问回答等情况,评估学生的学习态度和理解程度。
新“木牛流马”方案报告目录1.设计背景和意义2.功能要求3.技术指标4.总体方案5.机械结构设计与计算6.传感器与执行器7.控制系统原理8.运动仿真及优化设计9.参考文献1.设计背景和意义木牛流马,为三国时期蜀汉丞相诸葛亮发明的运输工具,分为木牛和流马。
史载建兴九年至十二年(231年-234年)诸葛亮在北伐时所使用,其载重量为“一岁粮”,大约4百斤以上,每日行程为“特行者数十里,群行二十里”,为蜀国十万大军提供粮食。
另外还有机关防止敌人夺取后使用。
不过,确实的方式、样貌现在亦不明,对其亦有不同的解释。
步入21世纪,随着机械技术、电子技术、信息技术以及其他高新技术的发展和成熟,我们已经来到了智能机器的时代。
无论是在生活中还是军事领域,装备有电子系统的机械设备越来越多,机械系统与电子系统的有机结合,赋予了设备新的功能和更高的性能。
结合当代的技术背景,我们可以设计一辆新的木牛流马,一辆机电一体化的运输工具,并赋予它新的功能。
木牛流马的产生主要是为了方便在崎岖不平的山路上运输粮草。
结合现在的应用环境,我们可以设计一辆小型野外运输车,适应复杂的地形和环境条件,可以通过遥控进行控制,也可以切换为智能模式,主动行走。
这样的小型运输车可以用于抗震救灾现场的物资运输,便于节省人力,提高运输效率,防止人工运输途中的二次伤亡。
新木牛流马也可以用于军事领域中,方便在崎岖的山路中小型武器、弹药以及食物的运输。
2.功能要求作为一辆运输车,它的主要功能是运输货物,需要其有一定的载重及货物存储的能力。
但它又是一辆小型的运输车,为了能够满足各种崎岖的地形要求,需要其底盘系统灵活可靠,运动自如。
新木牛流马拥有两种工作模式,一种是人工遥控模式,车速可以无级调控,遥控器具有较好的控制功能和显示功能;另一种是智能识别模式,设定一个目的地,运输车可以通过GPS导航、摄像头识别、红外避障等功能自动将货物运送到目的地。
新木牛流马工作在复杂且恶劣的环境中,还需要此运输车具有防水、抗震、抗干扰的能力。
机械电子有哪些课程设计一、课程目标知识目标:1. 学生能理解机械电子工程的基本概念,掌握其核心课程体系。
2. 学生能描述机械电子工程在不同领域的应用,如自动化、机器人技术等。
3. 学生能掌握机械电子工程中的基础理论知识,如电路分析、控制原理等。
技能目标:1. 学生能运用所学的机械电子知识,进行简单的课程设计,如设计一个小型机器人或自动化装置。
2. 学生通过小组合作,学会在实际项目中沟通、协作,提高团队解决问题的能力。
3. 学生能够运用所学软件(如CAD、MATLAB等)进行机械电子系统的设计与仿真。
情感态度价值观目标:1. 学生培养对机械电子工程领域的兴趣,激发创新意识和探索精神。
2. 学生认识到机械电子工程在现代社会中的重要性,增强社会责任感和使命感。
3. 学生通过课程学习,树立正确的价值观,认识到团队合作、严谨求实、勤奋刻苦的重要性。
本课程针对高年级学生,结合课程性质、学生特点和教学要求,将目标分解为具体的学习成果。
课程设计注重实用性,使学生能够将理论知识与实际应用紧密结合,培养具备创新精神和实践能力的机械电子工程人才。
在教学过程中,教师将采用多元化的教学手段,引导学生主动参与,提高学生的自主学习能力和综合素质。
通过本课程的学习,学生将为未来的学术研究或职业生涯奠定坚实基础。
二、教学内容1. 引入机械电子工程的基本概念,阐述其发展历程及在现代社会的作用。
参考教材章节:第一章 机械电子工程概述2. 讲解电路分析基础知识,包括电路元件、电路定律和分析方法。
参考教材章节:第二章 电路分析与仿真3. 介绍控制原理,如PID控制、模糊控制等,探讨其在机械电子系统中的应用。
参考教材章节:第三章 控制系统原理与应用4. 详细解读自动化设备中的传感器、执行器等关键部件的原理与选型。
参考教材章节:第四章 传感器与执行器5. 分析典型机械电子系统设计案例,如自动化生产线、智能机器人等。
参考教材章节:第五章 机械电子系统设计案例6. 实践操作环节,指导学生运用所学知识进行课程设计,培养学生的动手能力和创新能力。
机械电子工程设计重点分析机械电子工程设计是机械工程和电子工程的结合,通过应用电子技术来实现机械设备的自动化和智能化。
其设计重点主要有以下几个方面:1. 机械结构设计:机械电子工程设计的基础是机械结构设计,包括机械零件的设计和装配。
在设计中要考虑机械结构的刚度、强度、稳定性等因素,以保证设备的正常运行和使用寿命。
2. 电子元器件选型和电路设计:电子元器件的选型是机械电子工程设计的关键,要根据实际需求选择合适的元器件,包括传感器、执行器、电机等。
在电路设计中要考虑电源管理、信号调理、数据采集和控制等功能,以实现设备的自动化和智能化。
3. 控制系统设计:控制系统是机械电子工程设计的核心,主要包括传感器、控制器和执行器。
传感器负责收集环境和设备的信息,控制器通过处理和分析信息,控制执行器实现设备的运动和功能。
在设计中要考虑控制系统的响应速度、精度和稳定性等因素,以满足设备的实际需求。
4. 电气布线和连接设计:机械电子设备通常有大量的电气线路和连接,要合理布置和设计电气线路,以减少线路长度、阻抗和干扰。
还要考虑电气连接的可靠性和易维护性,以便于后期维护和升级。
5. 机器人和自动化系统设计:机械电子工程设计通常与机器人和自动化系统密切相关。
在机器人设计中,要考虑机械结构、电子控制、传感器融合等方面,以实现机器人的机械臂运动和感知功能。
在自动化系统设计中,要考虑设备的整体协调性和工艺控制,以实现生产线的高效率和稳定性。
机械电子工程设计的重点是在机械结构设计的基础上,通过电子技术实现设备的自动化和智能化。
在设计中要综合考虑机械、电子、控制等方面的因素,以满足设备高效、稳定和可靠的运行要求。
还要考虑设备的安全性、可维护性和可升级性,以便于后期维护和升级。
机械电子工程设计的发展将为工业和生活带来更多的便利和创新。
机械电子学课程设计设计背景机械电子学作为一门交叉学科,结合了机械工程和电子工程的知识,主要研究机电一体化系统的设计和控制。
在本次课程设计中,我们要求学生将所学的机械电子学知识进行实践,并设计一个具有机电一体化特点的机器人。
设计目标•学生能够熟练掌握机械电子学相关知识,并将其应用到具体机器人设计中;•设计出具有机电一体化特点的机器人;•学生能够独立完成机器人的设计、制造和程序编写;•学生能够提高自己的团队合作能力和解决问题的能力。
设计内容设计要求:设计一个能够自主完成简单任务的机器人,并实现以下功能:1.实现机械控制(电机、减速器等);2.实现传感器控制,包括但不限于:红外线传感器、光电传感器、超声波传感器等;3.实现单片机控制程序编写;4.实现遥控器控制。
设计流程:1.确定机器人的设计方案,包括外形设计、机械结构的制定、传感器的选择、电机的选配等;2.按照设计方案制造机器人机械部分,并对其进行测试和调试;3.编写单片机控制程序,并与机械部分进行逐一测试;4.按照遥控器控制要求,实现机器人的遥控器控制功能;5.对机器人进行整体测试和调试,最终实现设计要求。
设计过程在设计过程中,我们团队首先对机器人进行了结构设计。
我们选择了具有多关节的机械臂,可以自由伸缩和旋转,用于完成物品的抓取和搬运任务。
机器人的身体部分由四个轮子组成,可以快速移动并适应不同的地形。
接下来,我们进行了电子控制的设计。
由于机器人需要控制电机和传感器,我们选择了一个常用的单片机控制器,同时选用了多种传感器。
其中,红外线传感器可以检测机器人前方的障碍物,并自动避开;光电传感器可以检测物品,从而进行自动抓取任务。
编写控制程序时,我们首先对传感器采集的数据进行了处理和分析,然后将控制信号传送到电机和执行机构,实现了机械臂的伸缩和旋转,机器人的移动和抓取等功能。
在编写过程中,我们还增加了一些自主决策的功能,使机器人可以根据环境的变化进行自动调整和应对。
机械电子工程课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握机械电子工程的基本概念、原理和应用,培养学生具备一定的创新能力和实践能力,提高学生的科学素养。
1.了解机械电子工程的基本概念、发展历程和应用领域;2.掌握机械电子系统的设计原理和方法;3.熟悉电子元器件的选型和应用;4.理解机械电子工程中的传感技术、控制技术和接口技术。
5.能够运用机械电子工程的基本原理解决实际问题;6.具备机械电子系统设计和调试的基本能力;7.学会使用电子设计自动化(EDA)工具进行电路设计和仿真;8.掌握常用的编程语言,如C、C++、Python等,用于控制程序的开发。
情感态度价值观目标:1.培养学生对机械电子工程的兴趣和热情,激发学生从事相关研究和实践的积极性;2.培养学生具备团队合作精神和沟通协调能力,提高学生的人际交往能力;3.培养学生具备创新意识和批判性思维,鼓励学生勇于尝试和提出新的观点。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括机械电子工程的基本概念、原理和应用,以及相关的技术和方法。
1.机械电子工程概述:介绍机械电子工程的定义、发展历程和应用领域,使学生对机械电子工程有一个整体的认识。
2.机械电子系统设计:讲解机械电子系统的设计原理和方法,包括系统的总体设计、硬件选型、软件设计和系统集成等。
3.电子元器件:介绍常见的电子元器件的原理、特性和应用,如电阻、电容、二极管、晶体管等,以便学生能够进行正确的元器件选型和应用。
4.传感技术:讲解机械电子工程中常用的传感器的工作原理、特性和应用,如温度传感器、压力传感器、光电传感器等,使学生能够选择合适的传感器进行系统检测和控制。
5.控制技术:介绍机械电子工程中的控制原理和方法,包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等,培养学生具备控制系统的设计和分析能力。
6.接口技术:讲解机械电子工程中常用的接口技术和通信协议,如串口通信、USB通信、CAN总线等,使学生能够进行正确的接口设计和数据通信。
机械电子教案教案标题:机械电子教案教案概述:本教案旨在为中学机械电子课程设计一份系统化的教学计划,以帮助学生全面了解机械电子的基本概念、原理和应用。
通过理论学习、实验实践和项目设计,学生将培养机械电子方面的知识和技能,以及解决实际问题的能力。
教案目标:1. 理解机械电子的基本概念和原理;2. 掌握机械电子的常用工具和设备的使用方法;3. 运用机械电子知识解决实际问题;4. 培养学生的团队合作和创新能力。
教案内容:1. 单元一:机械电子基础知识a. 学习机械电子的定义和发展历程;b. 理解机械电子的基本原理和电子元件的功能;c. 学习机械电子的常用工具和设备。
2. 单元二:机械电子实验实践a. 进行基础实验,如电路连接、电子元件测试等;b. 学习使用示波器、万用表等测量仪器;c. 进行简单的电子电路搭建和调试。
3. 单元三:机械电子应用案例a. 学习机械电子在日常生活中的应用,如电子钟、电子温度计等;b. 分析和解决机械电子应用中的常见问题;c. 进行小组项目设计,如制作简单的机械电子装置。
教学方法:1. 探究式学习:通过实验和项目设计,激发学生的学习兴趣和动手能力。
2. 合作学习:鼓励学生以小组形式进行实验和项目设计,培养团队合作和沟通能力。
3. 案例分析:通过分析实际案例,引导学生运用机械电子知识解决问题的能力。
4. 提问引导:通过提问,激发学生思考和探索,加深对机械电子知识的理解。
评估方法:1. 实验报告:学生完成实验后,撰写实验报告,包括实验目的、步骤、结果和分析。
2. 项目展示:学生进行小组项目设计后,展示他们的成果,并解释设计思路和实现过程。
3. 知识测试:定期进行知识测试,以检查学生对机械电子知识的掌握程度。
教学资源:1. 课本和参考书籍:提供机械电子的基础知识和实例;2. 实验设备和工具:如示波器、万用表、电子元件等;3. 电子教学平台:提供在线学习资源和实验模拟。
教学时长:本教案建议为一个学期的课程,每周2-3节课,每节课45分钟。
机械电子初步课程设计一、课程目标知识目标:1. 让学生掌握机械电子工程的基本概念,理解机械系统与电子系统的结合原理;2. 培养学生运用物理知识分析机械电子系统的能力,了解常见传感器的工作原理;3. 使学生了解简单的电路原理,能够阅读和分析简单的电路图。
技能目标:1. 培养学生动手操作能力,能够搭建简单的机械电子系统并进行调试;2. 培养学生运用计算机软件(如CAD等)进行机械电子系统设计和电路图绘制的能力;3. 培养学生团队协作能力,能够与他人共同完成复杂的机械电子项目。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对机械电子工程领域的兴趣,激发学生主动探索新知识的热情;2. 培养学生严谨的科学态度,注重实践与理论相结合,提高学生的创新意识;3. 培养学生具备良好的职业道德,尊重他人的知识产权,遵循工程伦理。
课程性质:本课程为机械电子工程专业的一门基础课程,旨在培养学生掌握机械电子系统的基本原理和实际应用。
学生特点:学生具备一定的物理知识和动手能力,但大部分学生对机械电子系统的认识尚浅,需要通过实践和案例学习来提高。
教学要求:注重理论与实践相结合,充分运用案例分析、实验操作等教学方法,提高学生的实际操作能力和创新能力。
同时,注重培养学生的团队协作和职业道德素养。
通过本课程的学习,使学生能够达到上述课程目标,为后续专业课程打下坚实基础。
二、教学内容1. 机械电子系统基本概念:介绍机械电子系统的定义、发展历程和应用领域,结合课本第一章内容,让学生对机械电子工程有整体的认识。
2. 机械系统与电子系统的结合原理:分析机械系统与电子系统结合的原理,以课本第二章为例,讲解常见传感器的工作原理及其在机械电子系统中的应用。
3. 简单电路原理及电路图绘制:讲解基本的电路原理,如欧姆定律、基尔霍夫定律等,结合课本第三章,让学生学会阅读和分析简单的电路图。
4. 机械电子系统设计与实践:运用CAD等软件进行机械电子系统设计和电路图绘制,以课本第四章为参考,指导学生完成实际项目的设计与制作。
机械电子课程设计题目:数控平台设计目录机械部分设计任务 (2)总体方案设计 (3)导轨的选用 (4)滚珠丝杠、轴承的选用及核算 (5)步进电机、联轴器的选择与校核 (13)电气部分步进电机简介 (16)高耐压、大电流复合晶体管IC—ULN2003简介 (16)单片机硬件接线图以及I/O分配 (20)单片机程序 (20)设计感想 (24)参考文献 (25)一、设计任务1.1设计任务介绍及意义(一)课程设计题目机电传动单向数据平台设计(二)主要内容包括(1)机械传动结构设计(2)电气测控系统(三)课程设计意义:⑴培养学生综合运用所学的基础理论和专业知识,独立进行机电控制系统(产品)的初步设计工作,并结合设计或试验研究课题进一步巩固和扩大知识领域。
⑵培养学生搜集、阅读和综合分析参考资料,运用各种标准和工具书籍以及编写技术文件的能力,提高计算、绘图等基本技能。
⑶培养学生掌握机电产品设计的一般程序和方法,进行工程师基本素质的训练。
⑷树立正确的设计思想及严肃认真的工作作风。
1.2设计任务明细:⑴电机驱动方式;步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机⑵机械传动方式:螺旋丝杆、滚珠丝杆、同步皮带、链传动;⑶电气控制方式:单片微机控制、PLC控制;⑷功能控制要求:速度控制,位置控制;⑸主要设计参数:单向工作行程——1800、1500、1200 mm;移动负载质量——100、50 kg;负载移动阻力——50、100 N;移动速度控制——6、12 m/min1.3设计的基本要求⑴方案设计:根据课程设计任务的要求,在搜集、归纳、分析资料的基础上,明确系统的主要功能,确定实现系统主要功能的原理方案,并对各种方案进行分析和评价,进行方案选优。
⑵总体设计:针对具体的原理方案,通过对动力和总体参数的选择和计算,进行总体设计,最后给出机械系统的控制原理图或主要部件图(A2一张)。
⑶电气原理图:根据控制功能要求,完成电气控制设计,给处电气控制电路原理图(A3图一张)。
⑷成果展示:课程设计的成果最后集中表现在课程设计说明书和所绘制的设计图纸上,完成课程设计说明书一份,字数为3000字以上,设计图纸不少于两张。
⑸绘图及说明书:用计算机绘图或手工绘图,打印说明书。
二、总体方案设计2.1设计基本依据步进电动机是一种用电脉冲信号进行控制,并将电脉冲信号转换成相应的角位移或位移的控制电机。
它的直线位移量或角位移量与电脉冲数成正比,所以电机的线速度或转速也与脉冲频率成正比,通过改变脉冲频率的高低就可以在很大的范围内调节电机的转速,并能快速启动、制动和反转,同时电机的运动方向取决于控制绕组的通电顺序。
步进电动机适合于作为数字控制系统的伺服元件。
混合式步进电动机步距角小,启动和运行频率较高;消耗功率小。
滚珠丝杆螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动的常用装置。
它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动,摩擦力小,具有良好的性能。
滚珠丝杆的主要工作原理是在丝杆和螺母上加工有弧形螺旋槽,当它们套装在一起时便形成螺旋管道,并在滚道内装满滚珠。
而滚珠则沿滚道滚动,并经回珠管道作周而复始的循环运动。
回珠管道两端还起挡滚珠的作用,以防止滚珠沿滚道掉出。
特点:①摩擦阻力小,传动效率高(一般在90%以上);②运转平稳,启动时不颤动,低速时不爬行;③螺母和螺杆经调整预紧,可以得到很高的定位精度(5/300m mm μ)重复定位精度(12m μ )并可以提高轴向刚度④工作寿命长,不易发生故障。
适用于金属切削机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋等。
可编程序控制器PLC 可靠性高、抗干扰能力强,能抗诸如电噪声、电源波动、振动、电磁干扰等的干扰,能抗1000V 、1s μ脉冲的干扰,能在高温、高湿以及空气中存有各种强腐蚀物质粒子的恶劣环境下可靠地工作,PLC 能够承受电网电压的变化,即使在电源瞬时断电的情况下,仍可以正常工作。
另外PLC 是通过软件实现控制的,其控制程序编在软件中,实现程序软件化,因而对于不同的控制对象都可以采用相同的硬件配置。
PLC 提供标准通信接口,可以方便地进行网络通信。
而且PLC 体积小、能耗低、便于机电一体化。
通过PLC 可以实现对步进电动机的控制,实际上控制时电动机的转动受脉冲控制。
利用PLC 产生高速脉冲串,调节脉冲频率,从而实现步进电动机启动加速、恒速运行、减速停止过程。
2.2总体方案确定,参数初设如下:⑴电机驱动方式:步进电机 ⑵机械传动方式:滚珠丝杠 ⑶电气控制方式:单片机控制⑷功能控制要求:速度控制⑸主要设计参数:单向最大工作行程——1500mm移动负载质量——100kg ;定位精度0.01mm负载移动阻力——100N ;移动速度控制——6/min m 空载移动速度——12m/min;选用矩形导轨;工作台滑动摩擦系数0.15μ=; 丝杠两端为固定支撑(F-F ),每个支座安装圆锥滚子轴承,三、导轨的选用导轨设计要求导轨是机床的关键部件之一,其性能好坏,将直接影响机床的加工精度、承载能力和使用寿命。
导轨设计应满足:导向精度、耐磨性、低速运动平稳性、刚度、结构简单、工艺性好、便于间隙调整、具有良好的润滑和防护等要求。
导轨设计程序及内容1)根据机床的工作条件、性能特点,选择导轨的结构类型、截面形状和结构尺寸。
2)计算导轨面的平均压强和最大压强,选择导轨材料、表面精加工方法和热处理方法,以及摩擦表面的硬度匹配。
3)设计导轨间隙调整装置。
4)设计导轨的润滑系统及防护装置。
5)确定导轨的精度和技术要求。
类型直线滑动矩形导轨截面形状结构尺寸单位H B B1 A h h1 b mm20 60 16 160 12 19.5 6间隙调整装置镶条导轨材料与热处理灰铸铁时效处理安装,进行预拉伸。
四、机械传动系统设计及核算滚珠丝杠、轴承的选用及核算序号计算项目单位计算依据计算结果1 丝杠载荷:导轨摩擦力Fμ切削时载荷maxaF移动阻力aFNN0.1510010F mgμμ==⨯⨯aF=100max100150a a uF F F=+=+1502502 电机转速maxn丝杠最大转速nr/minr/min初步选择电机转速为1000r/min初步设电机与丝杠之间没有减速器,转速不变100010003 丝杠导程hP mm 工作台最大速度:max12/min12000/minV m mm==max/12000/1000hP V n==124 当量转速mn当量负荷r/minr/min不考虑强力切削、精铣、一般铣等情况下转速的区别mn n=maxm aF F=10002505 确定预期额定动载荷(1)按寿命计算NN预期寿命15000nL=小时精度系数f0.9a=可靠度系数1cf=载荷系数1wf=额定动载荷150000.9112682(2)按最大轴向载荷计算预期额定动载荷N预加载荷系数 6.7ef=2max6.7250am eC f F==⨯12max(,)am am amC C C=167526826 估算丝杠最大允许轴向变形量mμ定位精度为0.01mm15mδ=⨯(定位精度) 27估算滚珠丝杠副的底径mm1.2 1.215001412hL P=⨯+=⨯+⨯行程215019680.0390.0392ummF Ldδ⨯≥=⨯196814.9833601002501601000150010010.9m wam m nc aF fC n Lf f=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯8 样本选取考虑长径比选取FFZD4006滚珠丝杠1圈×2列FFZD40061圈×2列9 材料及热处理丝杠材料:42CrMo高、中频加热,表面淬火螺母材料:ZCuSn0Zn2高、中频加热,表面淬火42CrMoZCuSn0Zn210 滚珠丝杠副的主要几何尺寸mm螺距:12hP mm=公称直径:40d mm=滚珠直径: 3.969wd mm=0.550.55 3.969s wr d==⨯偏心距:(/2)sin(45)os we r d=-⨯螺杆大径:0.2400.2 3.969wd d d=-⨯=-⨯螺杆小径100.22400.20.14032 2.1829sd de r=+-=+⨯-⨯12403.9692.18290.140339.206235.914811 确定预紧滚珠丝杠副的预紧力max1125033pF F=⨯=⨯83.3312 预拉伸滚珠丝杠副(1)行程补偿(2)预拉伸力mmN行程补偿:温度变化:3ot c=线胀系数:611.810/otcα-=⨯有效行程:+~15001012u hl=⨯=+⨯行程(814)P行程补偿:6311.8101620l uc ta l-=∆=⨯⨯⨯预拉伸力:2211.95 1.95335.9148tF td=∆=⨯⨯3611.810-⨯16200.0573754513 螺纹丝杆螺纹长度长度slmm余程:4412ehl P==⨯螺纹长度:21620248s u el l l=+=+⨯为加工方便取sl=1720481716172014 支撑长度l mm支撑跨距l应大于s l180015 寿命校核h基本额定动载荷查表:16300ac=寿命系数:1133(/500)(15000/500)h hK L==转速系数:1133(33.3/)(33.3/1000)n mK n==载荷系数:1FK=硬度影响系数因材料的硬度为60HRC故查表得:1HK=短行程系数:查表得1lK=(/)(3.1072/0.3217)111250h n F H lK K K K K F=⨯⨯⨯⨯163003.10720.3217111777.067216300777.062ac=≥合格16 静载荷计算N 硬度影响系数:'1HK='11250F HK K F=⨯⨯校核条件:基本额定静载荷:47600oac=47600oac=47600250oac=≥125047600合格17 螺杆强度校核MPaT=251.394N*mm0.5728校核通过传递转矩:'(/2)()mT F d tgλρ=+'()0.0025tgρ=螺旋升角:'244oλ=当量应力:422()3()230.211F Td dσπ=+4250251.39422()3()233.1435.91480.235.9148⨯=+⨯⨯材料许用应力[]78σ=[]σσ<18 临界载荷校核N长度系数:0.5μ=最大工作长度:1720l=危险截面惯性半径:1/435.9148/4i d==因95。
7822>85 ,故弹性模量:E=207000故7545250t aF F F=+=+0.517208.978795.7822207000816702253697795校核通过19 螺杆系统刚性计算N/mm轴向载荷使导程产生的变形转矩使导轨产生的变形材料剪切模量G=83000预紧力产生的变形钢球数z=30414.310-⨯72.123610-⨯0.517208.9787liμ⨯=22()EI aF clπμ=4413.1435.91486464adIπ⨯==223.142070008167022()(0.51720)EIaFc lπμ⨯⨯==⨯22536928.9121 2.5~47795FcF==>22144250123.1420700035.9148hFFPSEdδπ⨯⨯==⨯⨯24411616251.394123.148300035.9148hMTPSGdδπ⨯⨯==⨯⨯N/mm 1圈×2列钢球总数Z=60载荷分布不均匀系数 1.2ZK=变形总刚度:4//()250/(6.029810)i SF SM aaK F Fδδδδ-==++=⨯∑∑45.957210-⨯41461020 横向振动校核r/min临界转速查表系数1μ=4.730令lc=1610故因10000.82862cn n=<=3578校核通过21 效率 1 由旋转运动变为直线运动时'/()tg tgηλλρ=+又因'244oλ=且'0.0025tgρ=将数据带入求得η0.9501443.1710 3.1710 1.225033603.9697545K Fza ZD FW tδ--⨯⨯⨯=∙=⨯⨯26012i Egn cl cμπγ=526012260 4.7301207000102 3.1417207.6410i Egn cl cμπγ-=⨯⨯⨯=⨯⨯⨯⨯22 轴承的选用初选轴承型号为:圆锥滚子轴承33207轴承参数:轴承内径d=35 (mm)轴承外径D=72 (mm)轴承宽度B=28 (mm)基本额定动载荷C=82500 (N)基本额定静载荷Co=102000 (N)极限转速(脂) nlimz=5300 (r/min)3320735722882500102000530023 轴承的受力参数径向力Fr=0 (N)轴向力Fa=7745 (N)圆周力Ft=0 (N)轴颈直径d1=35 (mm)转速n=1000 (r/min)要求寿命Lh'=15000 (h)温度系数ft=1润滑方式:脂润滑7745351000150001脂润滑23 计算轴承受力N 轴承1径向支反力Fr1=91.12 (N)轴承1轴向支反力Fa1=73.85 (N)轴承2径向支反力Fr2=91.12 (N)轴承2轴向支反力Fa2=7818.85 (N)91.1273.8591.127818.8524 计算当量动载荷N 当量动载荷P1=109.34 (N)当量动载荷P2=5832.81 (N)109.345832.8125 轴承寿命小时(h)对滚子轴承10/3ε=寿命L h114105610()606108250010/3()6010005832CL hn Pε==⨯⨯26校核结果小时(h )因丝杠的运动方向为两个方向,故两轴承的受力均等 寿命相同因114105>15000, 故校核成功符合要求五、步进电机、联轴器的选择与校核序号 计算项目 单位 计算依据计算结果 1联轴器的选择初选YL1式凸缘联轴器,其转动惯量20.0018L J kg m =两孔径: d1=14,d2=22轴孔长度:L1=32mm L2=52mm外径:D=71mm2外加总转动惯量eq J2kg m ∙丝杠的转动惯量丝杠密度:37.5810ρ=⨯丝杠体积:2200.04() 3.14() 1.822d V l π==⨯⨯=0.00226 丝杠质量:m=37.58100.00226V ρ=⨯⨯=17.1308(kg)丝杠转动惯量:2217.13080.020.0034122mr J ⨯=== 直线运动部件的转动惯量直线速度:12(/min)v m =转动惯量:225212()100()36.512810223.141000m v J m n π-==⨯=⨯⨯⨯故可忽略直线运动的转动惯量 联轴器转动惯量0.0018D J = 故0.0034eq J =+0.00180.0034536.512810-⨯0.00180.00523负载所需驱动转矩N m ∙轴向力产生的摩擦转矩f T :'(/2)()f m T F d tg λρ=+有预紧力产生的摩擦转矩0.251N m ∙2323110275451210.95102 3.140.95t hpF PTηπη---=⨯⨯⨯-=⨯⨯⨯加速转矩设电机在2秒内加速到最大速度22 3.1410000.005260602mam eqanT Jtπ⨯⨯==⨯⨯所需启动总转矩:f p amT T T T=++所需运行总转矩:a f pT T T=+0.05140.272270.574670.30244步进电机的初选择选取安全系数K=4步进电机的启动转矩应为:40.3024aT KT==⨯初步选择步进电机型号为90BF001相数:4步距角bθ取步距角为0.9为了使结构简单,提高精度,这里取1i=转动惯量:5246.0610DJ kg m-=⨯∙最大启动转矩:max3.92jM N m=∙轴颈:d=9mm最高空载启动频率:2000Hz运行频率:8000Hz外径:90mm长度:145mm轴长:25mm1.2096110BF00340.90.000463.92142000800090145255 最快工进给速度电动机输出转矩校核Hz脉冲当量:0.9120.033603601mmδ⨯⨯===⨯⨯步进角螺距传动比电机对应的运行频率maxmax12000630060600.03ffvf Hzδ===⨯0.036300查频矩特性曲线图max f f 对应的转矩为2N m ∙>0.3024aT=校 核 通 过6空载移动时电动机运行频率校核Hzmax f f =6300<8000Hz校核通过 7启动频率校核Hzq f -空载启动频率m J -电机的转动惯量 520005701/10.052/(46.0610)q L ep mf f Hz J J -===++⨯5708联轴器校核选择弹性柱销联轴器 HL1 其公称许用转矩为10n T N m =∙ 由上面计算得n T 大于最大驱动转矩合格电气控制系统设计步进电机是一种特殊的机电元件,不能直接接到交直流电源上工作,必须使用专用的驱动器。