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摘 要
連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。因而連桿檢測(cè)成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。連桿平行度測(cè)量?jī)x是專門為檢測(cè)汽車連桿而設(shè)計(jì)的專用測(cè)量工具，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、測(cè)量精度高。本設(shè)計(jì)是由機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)所組成。包括齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)及選擇，滾珠絲杠的設(shè)計(jì)及選擇，步進(jìn)電機(jī)的選擇和裝置中機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，有關(guān)測(cè)試系統(tǒng)的控制設(shè)計(jì)及選擇。我的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要是機(jī)械部分的設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞： 連桿 平行度 檢測(cè)
IV
Abstract
The connecting rod is one of motor car engine main power transmission components, often being at the high speed state of motion, therefore, which requests the higher grade of fit with other components. Thus the connecting rod is examined in the production to be frequent and the also essential link. The connecting rod parallelism measuring instrument is specially for examines for measuring tool which the automobile connecting rod design, its structure is simple, the measuring accuracy is high. This design is composed by the mechanical system design and the control system design, which includes the gear drive design and the choice, the ball bearing guide screw design and chooses, motor machine choice and installment mechanical system design, relating test system control design and choice. My design content mainly focuses on the machine part design.
Key words：Connecting rod parallelism examination
目 錄
摘 要……………………………………………………………………………I
Abstract …………………………………………………………………………II
第1章 緒論 ……………………………………………………………………1
第2章 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介 …………………………………………………3
2.1 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介 ………………………………………………3
2.2 機(jī)電一體化技術(shù)體系 ………………………………………………3
2.3 機(jī)電一體化的發(fā)展前景 ……………………………………………3
2.4 連桿平行度測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)介 …………………………………………4
2.5 Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹……………………………………………4
第3章 連桿平行度測(cè)量?jī)x機(jī)械部分的總體設(shè)計(jì) ……………………………9
3.1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求 ……………………………………………………9
3.2 滾珠絲杠的選擇 ……………………………………………………9
3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算………………………………………………14
3.4 步進(jìn)電機(jī)的選擇……………………………………………………16
3.5 液壓夾具的設(shè)計(jì)……………………………………………………19
第4章 連桿平行度測(cè)量?jī)x中的微機(jī)應(yīng)用及其接口技術(shù)……………………23
4.1 測(cè)量?jī)x中主控芯片8088介紹…………………………………… 23
4.2 測(cè)量?jī)x中的接口技術(shù) …………………………………………… 24
第5章 傳感器的選擇及測(cè)量原理……………………………………………34
5.1 傳感器的選擇及測(cè)量方法…………………………………………34
5.2 連桿平行度的分析及計(jì)算…………………………………………35
第6章 經(jīng)濟(jì)分析………………………………………………………………37
總 結(jié)……………………………………………………………………………38
致 謝……………………………………………………………………………39
參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………40
附錄1專題論文 ………………………………………………………………41
附錄2外文譯文 ………………………………………………………………49
附錄3外文原文 ………………………………………………………………54
第1章 緒論
連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用放大孔徑公差帶制造，通過(guò)分組裝配滿足配合精度要求，因而連桿檢測(cè)成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。目前我國(guó)連桿檢測(cè)常采用兩種方法，一種是采用國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)測(cè)量?jī)x檢測(cè)兩端孔孔徑值，并同時(shí)測(cè)出兩者的中心距，而對(duì)平行度和交叉度則采用手工檢測(cè)方法；另一種采用進(jìn)口氣動(dòng)量?jī)x直接監(jiān)測(cè)5-6個(gè)參數(shù)。連桿平行度測(cè)量?jī)x是專門為測(cè)量汽車連桿而設(shè)計(jì)的專用測(cè)量工具。要求其簡(jiǎn)單輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，且測(cè)量過(guò)程要求自動(dòng)化，是機(jī)電一體化方面上的設(shè)計(jì)題目。
圖1-1 連桿零件圖
連桿平行度測(cè)量?jī)x是專門用來(lái)檢測(cè)連桿平行度的檢測(cè)設(shè)備，它避免了手工檢測(cè)可能帶來(lái)的人為因素導(dǎo)致的誤差，極大地提高了檢測(cè)效率，同時(shí)也提高了檢測(cè)的精度。近些年隨著我國(guó)汽車行業(yè)的快速發(fā)展，檢測(cè)技術(shù)也是突飛猛進(jìn)。通過(guò)自主研發(fā)、引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)、與國(guó)外公司合資、合作等方式，迅速提高了國(guó)內(nèi)的檢測(cè)水平，基本滿足了使用要求。
目前開發(fā)研制成功的連桿綜合檢測(cè)儀器，將先進(jìn)的傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、誤差處理技術(shù)及控制技術(shù)融入到整臺(tái)設(shè)備中，利用比較測(cè)量的方法對(duì)連桿主要參數(shù)進(jìn)行綜合測(cè)量，與傳統(tǒng)的利用三座標(biāo)測(cè)量機(jī)的方法相比，測(cè)量效率高、精度高、成本低，是企業(yè)用來(lái)對(duì)連桿的產(chǎn)品質(zhì)量控制、委外產(chǎn)品驗(yàn)收、工序間檢查的理想測(cè)試設(shè)備。
其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1-2。
圖 1-2 連桿平行度測(cè)量?jī)x立體
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第2章 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介
2.1 機(jī)電一體化技術(shù)簡(jiǎn)介
在科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，任何一項(xiàng)新技術(shù)的產(chǎn)生都是各種技術(shù)互相滲透的結(jié)果。機(jī)電一體化是一種復(fù)合化技術(shù)，它是機(jī)械技術(shù)和微電子技術(shù)、信息技術(shù)相互滲透的產(chǎn)物，是機(jī)電工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
機(jī)電一體化的實(shí)體部分是機(jī)械技術(shù)及電子技術(shù)，又通過(guò)信息技術(shù)把兩者有機(jī)的結(jié)合在一起，從而構(gòu)成功能更為先進(jìn)的產(chǎn)品，按照系統(tǒng)分析的觀點(diǎn)，機(jī)電一體化就是把機(jī)械部分和電子部分各作為一個(gè)環(huán)節(jié)統(tǒng)一在一個(gè)“系統(tǒng)”之中。為了使系統(tǒng)運(yùn)行達(dá)最優(yōu)化，應(yīng)該是構(gòu)成系統(tǒng)的所有硬件采取最佳組合方式，為了強(qiáng)化機(jī)電一體化產(chǎn)品的功能從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)把機(jī)械部分和電子部分融合在一起進(jìn)行通盤考慮，決定那些采用機(jī)械技術(shù)，那些采用電子技術(shù)，并通過(guò)信息傳輸與處理把兩者有機(jī)組合。因此，從某種意義上來(lái)說(shuō)，機(jī)電一體化技術(shù)是系統(tǒng)工程學(xué)在機(jī)械、電子領(lǐng)域的應(yīng)用，而機(jī)電一體化則顯示出它的應(yīng)用效果。
2.2 機(jī)電一體化技術(shù)體系
機(jī)電一體化技術(shù)是一門新興的科學(xué)，所聯(lián)系的主要領(lǐng)域如表2-1所示：
表2-1 機(jī)電一體化所聯(lián)系的主要學(xué)科
機(jī)械學(xué)
控制理論
機(jī)械設(shè)計(jì)
動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析
經(jīng)典控制、數(shù)字控制
現(xiàn)代控制
微處理機(jī)
及常規(guī)儀器儀表
電機(jī)、電器
及電力電子學(xué)
軟件工程
微處理機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
電子學(xué)
計(jì)算機(jī)科學(xué)
從上述學(xué)科基礎(chǔ)來(lái)看，機(jī)電一體化技術(shù)作為一門綜合性技術(shù)，為這三種工程對(duì)象服務(wù)，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，單純的機(jī)械產(chǎn)品及電器產(chǎn)品將越來(lái)越少，今后機(jī)電結(jié)合的技術(shù)將在機(jī)械行業(yè)和電工行業(yè)中占主導(dǎo)地位。
2.3 機(jī)電一體化的發(fā)展前景
機(jī)械技術(shù)的發(fā)展進(jìn)入機(jī)電一體化階段就是使機(jī)械技術(shù)智能化，更好地代替人進(jìn)行各項(xiàng)工作。目前機(jī)械技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到采用微型計(jì)算機(jī)的階段。今后計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展將在圖象識(shí)別機(jī)器上看到文字和聲音認(rèn)別的景象。計(jì)算機(jī)完全有可能取代人的五官功能，從而出現(xiàn)接近人類智慧的高度智能機(jī)器人。微細(xì)加工技術(shù)是在尖端技術(shù)領(lǐng)域里進(jìn)一步推進(jìn)精致化、微小化和高度集成化，可以預(yù)見的二十一世紀(jì)，將會(huì)出現(xiàn)加工精度達(dá)到原子或分子水平的機(jī)床，加工處理技術(shù)也會(huì)在精密測(cè)量方面有較大的發(fā)展。
2.4 連桿平行度測(cè)量?jī)x的簡(jiǎn)介
連桿是汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的主要傳力構(gòu)件之一，常處于高速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，因此要求與其它零件間具有較高的配合精度。在實(shí)際生產(chǎn)中常采用放大孔徑公差帶制造，通過(guò)分組裝配滿足配合精度要求，因而連桿檢測(cè)成了生產(chǎn)中頻繁而又不可缺少的環(huán)節(jié)。目前我國(guó)連桿檢測(cè)常采用兩種方法，一種是采用國(guó)產(chǎn)氣動(dòng)測(cè)量?jī)x檢測(cè)兩端孔孔徑值，并同時(shí)測(cè)出兩者的中心距，而對(duì)平行度和交叉度則采用手工檢測(cè)方法；另一種采用進(jìn)口氣動(dòng)量?jī)x直接檢測(cè)5～6個(gè)參數(shù)。連桿中心孔平行度測(cè)量?jī)x是專門為測(cè)量汽車連桿而設(shè)計(jì)的專用測(cè)量工具。要求其簡(jiǎn)單輕便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，且測(cè)量過(guò)程要求自動(dòng)化，是機(jī)電一體化方面上的設(shè)計(jì)題目。
2.5 Pro/ENGINEER產(chǎn)品介紹
1985年，PTC公司成立于美國(guó)波士頓，開始參數(shù)化建模軟件的研究。1988年，V1.0的Pro/ENGINEER誕生了。經(jīng)過(guò)10余年的發(fā)展，Pro/ENGINEER已經(jīng)成為三維建模軟件的領(lǐng)頭羊。目前已經(jīng)發(fā)布了Pro/ENGINEER Wildfire。PTC的系列軟件包括了在工業(yè)設(shè)計(jì)和機(jī)械設(shè)計(jì)等方面的多項(xiàng)功能，還包括對(duì)大型裝配體的管理、功能仿真、制造、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理等等。Pro/ENGINEER還提供了目前所能達(dá)到的最全面、集成最緊密的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境。
Pro／ENGINEER是一套由設(shè)計(jì)到制造一體化的三維設(shè)計(jì)軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)。Pro／ENGINEER已經(jīng)成為當(dāng)今世界上擁有用戶最多的三維軟件，是全球CAID／CAD／CAE／CAM/PDM領(lǐng)域最具有代表性的著名軟件。Pro／ENGINEER總的設(shè)計(jì)思想體現(xiàn)了MDA(Mechanical Design Automation)軟件的新發(fā)展，所采用的數(shù)據(jù)比其他MDA軟件更具有優(yōu)越性。Pro／ENGINEER是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng),并且具有單一的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。
Pro／ENGINEER Wildfire是PTC公司推出的又一代新產(chǎn)品。同以前的版本相比，Pro／ENGINEER Wildfire更是將三維設(shè)計(jì)軟件無(wú)論從易用性、設(shè)計(jì)的高效率，還是功能的實(shí)用性都推向了一個(gè)新的頂點(diǎn)。如果您是一位結(jié)構(gòu)或工程設(shè)計(jì)師，利用該軟件，不但可建立零件模型，還可輕松建立部件、整機(jī)的裝配模型，還可對(duì)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品在計(jì)算機(jī)上預(yù)先進(jìn)行動(dòng)態(tài)、靜態(tài)分析，裝配干涉檢驗(yàn)，甚至進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真，今您的設(shè)計(jì)不僅快速高效，而且天衣無(wú)縫，一次成功。
PRO/ENGINEER軟件包的產(chǎn)品開發(fā)環(huán)境在支持并行工作，它通過(guò)一系列完全相關(guān)的模塊表述產(chǎn)品的外形、裝配及其他功能。PRO/E能夠讓多個(gè)部門同時(shí)致力于單一的產(chǎn)品模型。包括對(duì)大型項(xiàng)目的裝配體管理、功能仿真、制造、數(shù)據(jù)管理等。PRO/ENGINEER共有六大主模塊，下面我把它們逐一介紹一下。
(一)工業(yè)設(shè)計(jì)(CAID)模塊
工業(yè)設(shè)計(jì)模塊主要用于對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行幾何設(shè)計(jì)，以前，在零件未制造出時(shí)，是無(wú)法觀看零件形狀的，只能通過(guò)二維平面圖進(jìn)行想象?，F(xiàn)在，用3DS可以生成實(shí)體模型，但用3DS生成的模型在工程實(shí)際中是“中看不中用”。用PRO/E生成的實(shí)體建模，不僅中看，而且相當(dāng)管用。事實(shí)上，PRO/E后階段的各個(gè)工作數(shù)據(jù)的產(chǎn)生都要依賴于實(shí)體建模所生成的數(shù)據(jù)。
包括：PRO/3DPAINT(3D建模)、 PRO/ANIMATE(動(dòng)畫模擬)、PRO/DESIGNER(概念設(shè)計(jì))、PRO/NETWORKANIMATOR(網(wǎng)絡(luò)動(dòng)畫合成)、PRO/PERSPECTA-SKETCH（圖片轉(zhuǎn)三維模型）、PRO/PHOTORENDER(圖片渲染)幾個(gè)子模塊。
(二)機(jī)械設(shè)計(jì)(CAD)模塊
機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。在實(shí)際中存在大量形狀不規(guī)則的物體表面，如圖1中的摩托車輪轱，這些稱為自由曲面。隨著人們生活水平的提高，對(duì)曲面產(chǎn)品的需求將會(huì)大大增加。用PRO/E生成曲面僅需2步～3步操作。PRO/E生成曲面的方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、放樣、掃掠、網(wǎng)格、點(diǎn)陣等。由于生成曲面的方法較多，因此PRO/E可以迅速建立任何復(fù)雜曲面。
它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來(lái)使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。包括：PRO/ASSEMBLY（實(shí)體裝配）、PRO/CABLING（電路設(shè)計(jì)）、PRO/PIPING（彎管鋪設(shè)）、PRO/REPORT（應(yīng)用數(shù)據(jù)圖形顯示）、PRO/SCAN-TOOLS（物理模型數(shù)字化）、PRO/SURFACE（曲面設(shè)計(jì)）、PRO/WELDING（焊接設(shè)計(jì)）
(三)功能仿真(CAE)模塊
功能仿真(CAE)模塊主要進(jìn)行有限元分析。我們中國(guó)有句古話：“畫虎畫皮難畫骨，知人知面不知心”。主要是講事物內(nèi)在特征很難把握。機(jī)械零件的內(nèi)部變化情況是難以知曉的。有限元仿真使我們有了一雙慧眼，能“看到”零件內(nèi)部的受力狀態(tài)。利用該功能，在滿足零件受力要求的基礎(chǔ)上，便可充分優(yōu)化零件的設(shè)計(jì)。著名的可口可樂(lè)公司，利用有限元仿真，分析其飲料瓶，結(jié)果使瓶體質(zhì)量減輕了近20％，而其功能絲毫不受影響，僅此一項(xiàng)就取得了極大的經(jīng)濟(jì)效益。
包括：PRO/FEM（有限元分析）、PRO/MECHANICA CUSTOMLOADS（自定義載荷輸入）、PRO/MECHANICA EQUATIONS（第三方仿真程序連接）、PRO/MECHANICA MOTION（指定環(huán)境下的裝配體運(yùn)動(dòng)分析）、PRO/MECHANICA THERMAL（熱分析）、PRO/MECHANICA TIRE MODEL（車輪動(dòng)力仿真）、PRO/MECHANICA VIBRATION（震動(dòng)分析）、PRO/MESH（有限元網(wǎng)格劃分）。
(四)制造(CAM)模塊
在機(jī)械行業(yè)中用到的 CAM制造模塊中的功能是NC Machining(數(shù)控加工)。說(shuō)到數(shù)控功能，就不能不提八十年代著名的“東芝事件”。當(dāng)時(shí)，蘇聯(lián)從日本東芝公司引進(jìn)了一套五座標(biāo)數(shù)控系統(tǒng)及數(shù)控軟件CAMMAX，加工出高精度、低噪聲的潛艇推進(jìn)器，從而使西方的反潛系統(tǒng)完全失效，損失慘重。東芝公司因違反“巴統(tǒng)”協(xié)議，擅自出口高技術(shù)，受到了嚴(yán)厲的制裁。在這一事件中出盡風(fēng)頭的CAMMAX軟件就是一種數(shù)控模塊。
PRO/ES的數(shù)控模塊包括：PRO/CASTING（鑄造模具設(shè)計(jì)）、PRO/MFG（電加工）、PRO/MOLDESIGN（塑料模具設(shè)計(jì)）、PRO/NC-CHECK（NC仿真）、PRO/NCPOST（CNC程序生成）、PRO/SHEETMETAL（鈑金設(shè)計(jì)）。
(五)數(shù)據(jù)管理(PDM)模塊
PRO/E的數(shù)據(jù)管理模塊就像一位保健醫(yī)生，它在計(jì)算機(jī)上對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行測(cè)試仿真，找出造成產(chǎn)品各種故障的原因，幫助你對(duì)癥下藥，排除產(chǎn)品故障，改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)。它就像PRO/E家庭的一個(gè)大管家，將觸角伸到每一個(gè)任務(wù)模塊。并自動(dòng)跟蹤你創(chuàng)建的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括你存貯在模型文件或庫(kù)中零件的數(shù)據(jù)。這個(gè)管家通過(guò)一定的機(jī)制，保證了所有數(shù)據(jù)的安全及存取方便。
它包括：PRO/PDM（數(shù)據(jù)管理）、PRO/REVIEW（模型圖紙?jiān)u估）。
(六)數(shù)據(jù)交換(Geometry Translator)模塊
在實(shí)際中還存在一些別的CAD系統(tǒng)，如UGⅡ、EUCLID、CIMATRTON、MDT等，由于它們門戶有別，所以自己的數(shù)據(jù)都難以被對(duì)方所識(shí)別。但在實(shí)際工作中，往往需要接受別的CAD數(shù)據(jù)。這時(shí)幾何數(shù)據(jù)交換模塊就會(huì)發(fā)揮作用。
PRO/E中幾何數(shù)據(jù)交換模塊有好幾個(gè)，如：PRO/CAT（PRO/E和CATIA的數(shù)據(jù)交換）、PRO/CDT（二維工程圖接口）、PRO/DATA FOR PDGS（PRO/E和福特汽車設(shè)計(jì)軟件的接口）、PRO/DEVELOP（PRO/E軟件開發(fā)）、PRO/DRAW（二維數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)輸入）、PRO/INTERFACE（工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式擴(kuò)充）、PRO/INTERFACE FOR STEP（STEP/ISO10303數(shù)據(jù)和PRO/E交換）、PRO/LEGACY（線架/曲面維護(hù)）、PRO/LIBRARYACCESS（PRO/E模型數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)入）、PRO/POLT（HPGL/POSTSCRIPTA數(shù)據(jù)輸出）
下面就Pro/ENGINEER的特點(diǎn)及主要模塊進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
主要特性
全相關(guān)性：Pro/ENGINEER的所有模塊都是全相關(guān)的。這就意味著在產(chǎn)品開發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改，能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中，同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程文檔，包括裝配體、設(shè)計(jì)圖紙，以及制造數(shù)據(jù)。全相關(guān)性鼓勵(lì)在開發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行修改，卻沒有任何損失，并使并行工程成為可能，所以能夠使開發(fā)后期的一些功能提前發(fā)揮其作用。
基于特征的參數(shù)化造型：Pro/ENGINEER使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何模型的構(gòu)造要素。這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象，并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行修改。例如：設(shè)計(jì)特征有弧、圓角、倒角等等，它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的，因而易于使用。
裝配、加工、制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征。通過(guò)給這些特征設(shè)置參數(shù)（不但包括幾何尺寸，還包括非幾何屬性），然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多次設(shè)計(jì)疊代，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開發(fā)。
數(shù)據(jù)管理：加速投放市場(chǎng)，需要在較短的時(shí)間內(nèi)開發(fā)更多的產(chǎn)品。為了實(shí)現(xiàn)這種效率，必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)管理模塊的開發(fā)研制，正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作，由于使用了Pro/ENGINEER獨(dú)特的全相關(guān)性功能，因而使之成為可能。
裝配管理：Pro/ENGINEER的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令，例如“嚙合”、“插入”、“對(duì)齊”等很容易的把零件裝配起來(lái)，同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖。高級(jí)的功能支持大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理，這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制。
易于使用：菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn)，提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通選項(xiàng)，同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助，這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用。
常用模塊
Pro/DESIGNIER是工業(yè)設(shè)計(jì)模塊的一個(gè)概念設(shè)計(jì)工具，能夠使產(chǎn)品開發(fā)人員快速、容易的創(chuàng)建、評(píng)價(jià)和修改產(chǎn)品的多種設(shè)計(jì)概念?？梢陨筛呔鹊那鎺缀文Ｐ?，并能夠直接傳送到機(jī)械設(shè)計(jì)和/或原型制造中。
Pro/NETWORK ANIMTOR 通過(guò)把動(dòng)畫中的幀頁(yè)分散給網(wǎng)絡(luò)中的多個(gè)處理器來(lái)進(jìn)行渲染，大大的加快了動(dòng)畫的產(chǎn)生過(guò)程。
Pro/PERSPECTA-SKETCH 能夠使產(chǎn)品的設(shè)計(jì)人員從圖紙、照片、透視圖或者任何其它二維圖象中快速的生成一個(gè)三維模型。
Pro/PHOTORENDER 能夠很容易的創(chuàng)建產(chǎn)品模型的逼真圖象，這些圖象可以用來(lái)評(píng)估設(shè)計(jì)質(zhì)量，生成圖片。
Pro/ASSEMBLY 構(gòu)造和管理大型復(fù)雜的模型，這些模型包含的零件數(shù)目不受限制。裝配體可以按不同的詳細(xì)程度來(lái)表示，從而使工程人員可以對(duì)某些特定部件或者子裝配體進(jìn)行研究，同時(shí)在整個(gè)產(chǎn)品中使設(shè)計(jì)意圖保持不變。附加的功能還能使用戶很容易的創(chuàng)建一組設(shè)計(jì)，有效的支持工程數(shù)據(jù)重用（EDU）。
Pro/DETAIL 由于具有廣泛的標(biāo)注尺寸、公差和產(chǎn)生視圖的能力，因而擴(kuò)大了Pro/ENGINEER生成設(shè)計(jì)圖紙，這些圖紙遵守ANAI、ISO、DIN和JIS標(biāo)準(zhǔn)。
Pro/FEATURE 允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建高級(jí)特征（例如高級(jí)的掃描和輪廓混合）利用簡(jiǎn)便的設(shè)計(jì)工具，在很短的時(shí)間內(nèi)就可以實(shí)現(xiàn)。
Pro/NOTEBOOK 以“自頂向下”的方式對(duì)產(chǎn)品的開發(fā)過(guò)程進(jìn)行管理，同時(shí)對(duì)復(fù)雜產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中涉及的多項(xiàng)任務(wù)自動(dòng)分配，來(lái)增強(qiáng)工程的生產(chǎn)效率。
Pro/SCAN-TOOLS 滿足工業(yè)上使用物理模型作為新設(shè)計(jì)起點(diǎn)的需求。把模型數(shù)字化，它的形狀和曲面就可以以點(diǎn)數(shù)據(jù)的形式輸入到Pro/SCAN-TOOLS中，因此能產(chǎn)生高質(zhì)量的與物理原型非常匹配的模型。
Pro/SURFACE 能夠使設(shè)計(jì)人員和工程人員直接對(duì)Pro/ENGINEER的任一實(shí)體零件中的幾何外形和自由形式的曲面進(jìn)行有效的開發(fā)，或者開發(fā)整個(gè)的曲面模型。
Pro/WELDINGTM 參數(shù)化的定義焊接裝配體中的對(duì)接要求，使用戶很容易的確認(rèn)焊接點(diǎn)，避免裝配零件與焊接點(diǎn)之間發(fā)生干涉，在文件編制和制造中消除錯(cuò)誤成本。
功能仿真模塊 Pro/FEM-POST
用戶無(wú)須離開Pro/ENGINEER環(huán)境，就能夠顯示高級(jí)解算器計(jì)算的有限元結(jié)果，還鼓勵(lì)在產(chǎn)品開發(fā)早期對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行驗(yàn)證。
Pro/MECHANICA CUSTOM LOADS 用戶可以把自定義載荷輸入，清楚的編輯和連接到Pro/MACHANICA MOTION的圖形用戶界面上。
第3章 連桿平行度測(cè)量?jī)x的機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)
3.1 進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的要求
連桿平行度測(cè)試的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)是數(shù)字控制的直接對(duì)象，被測(cè)試的連桿的平行度的精度肯定會(huì)受到進(jìn)給運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)精度、靈敏度和穩(wěn)定性的影響。為此，在設(shè)計(jì)進(jìn)給系統(tǒng)時(shí)，充分注意減少摩擦，提高傳動(dòng)精度和剛度，消除傳動(dòng)間隙，以及減少運(yùn)動(dòng)件的慣性。
3.1.1減少運(yùn)動(dòng)件的摩擦阻力
摩擦阻力主要來(lái)源與傳動(dòng)系統(tǒng)的導(dǎo)軌和絲杠。因此，為絲杠和導(dǎo)軌的滾動(dòng)是減少摩擦的重要措施。
3.1.2 提高傳動(dòng)的精度和剛度
因?yàn)樵谶M(jìn)給系統(tǒng)中，采用滾珠絲杠螺母和支撐結(jié)構(gòu)是決定其傳動(dòng)精度和剛度的主要部件，故必須保證它們的加工精度。對(duì)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)尤其如此，此外，還可以用合理的預(yù)緊力來(lái)夾緊以消除滾珠絲杠螺母副的軸向傳動(dòng)間隙，是支撐絲杠的軸承預(yù)緊以提高支撐的結(jié)構(gòu)剛度，這些措施有利于提高傳動(dòng)精度。
3.1.3 減少傳動(dòng)慣量
在滿足傳動(dòng)強(qiáng)度和剛度的要求下應(yīng)盡可能將各元件進(jìn)行合理的配置，并減少它們的慣量。
3.2 滾珠絲杠的選擇
3.2.1 概述
滾珠絲杠螺母副是回轉(zhuǎn)與直線運(yùn)動(dòng)相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置。其原理如圖。在絲杠和螺母上加工有弧型的螺絲槽，當(dāng)它們套在一起是形成了螺絲滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠，當(dāng)絲杠相對(duì)于螺母旋轉(zhuǎn)時(shí)，兩者發(fā)生軸向位移，而滾珠則沿滾道滾動(dòng)，螺母螺絲槽兩端用回珠管連接，使?jié)L珠能周而復(fù)始的循環(huán)，采用滾珠絲杠提高了機(jī)構(gòu)的效率和傳動(dòng)精度，所以一般精度較高的系統(tǒng)中采用滾珠絲杠來(lái)傳動(dòng)。我設(shè)計(jì)的連桿中心孔平行度測(cè)量?jī)x的傳動(dòng)系統(tǒng)就采用了滾珠絲杠，以增加系統(tǒng)的傳動(dòng)效率，運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性及壽命。
圖3-1 外循環(huán)導(dǎo)管式
圖3-2 內(nèi)循環(huán)反向器式
3.2.2 滾珠絲杠的安裝
連桿平行度測(cè)量?jī)x的進(jìn)給系統(tǒng)要獲得較高的傳動(dòng)精度除了加強(qiáng)滾珠絲杠螺母本身的剛度外，滾珠絲杠正確的安裝及其支撐的結(jié)構(gòu)剛度也是不可忽視的因素。為了提高支撐的軸向剛度，選擇適當(dāng)?shù)臐L動(dòng)軸承也是十分重要的，一般采用兩種組合方式：一種是把向心軸承和錐軸承組合使用，其支撐方案，可有以下幾種：
（1） 一端裝止推軸承
這種安裝方式因?yàn)樗休d能力小，剛度低，所以一般用于短絲杠。
（2） 一端裝止推軸承，另一端裝向心球軸承
這種安裝用于滾珠絲杠較長(zhǎng)時(shí)，一端裝止推軸承固定外，另一端再裝向心球軸承，這時(shí)需注意止推軸承要遠(yuǎn)離熱源和絲杠上的常用段，以減小絲杠變形的影響。
（3） 兩端裝止推軸承
把止推軸承裝在滾珠絲杠的兩端，并施加預(yù)緊力，這樣有助于提高剛度，但這種安裝方式對(duì)絲杠的熱伸縮較為敏感。
（4） 兩端裝推力軸承及向心球軸承
這種結(jié)構(gòu)方式不能精確的預(yù)先測(cè)定預(yù)緊力，預(yù)緊力大小是由絲杠的溫度變形轉(zhuǎn)化而產(chǎn)生的。
本設(shè)計(jì)中由于滾珠絲杠只是帶動(dòng)測(cè)頭部分往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所以軸向力并不是太大，故兩端只采用球軸承支撐。
3.2.3 滾珠絲杠的潤(rùn)滑及防護(hù)
（1） 潤(rùn)滑
使用潤(rùn)滑劑可以提高滾珠絲杠的耐磨性和傳動(dòng)效率，潤(rùn)滑劑有固體和液體兩種，液體潤(rùn)滑可用20號(hào)或30號(hào)機(jī)油，90～180號(hào)透平油或140號(hào)主軸油。固體潤(rùn)滑可用高壓潤(rùn)滑脂或鋰基潤(rùn)滑脂根據(jù)本裝置要求簡(jiǎn)單的特點(diǎn)，故使用固體潤(rùn)滑，使用兩種潤(rùn)滑脂均可使用時(shí)，潤(rùn)滑脂直接加在螺紋滾道和安裝螺母的殼體空間內(nèi)。
（2） 防護(hù)
絲杠預(yù)緊后，軸向間隙小，當(dāng)硬質(zhì)灰或污物等落入螺紋滾道內(nèi)就會(huì)妨礙滾珠的運(yùn)轉(zhuǎn)，并加快磨損，常用的防護(hù)裝置有：
(a)密封圈：密封圈裝在螺母的兩端。有接觸式和非接觸式兩種，接觸式的彈性密封圈，用耐油橡膠和尼龍制成，其內(nèi)孔做成與絲杠螺紋滾道相配合的開頭即與螺紋滾道相結(jié)合，這類密封的防塵效果好，但有接觸壓力會(huì)使摩擦力矩加大，非接觸式密封圈用聚乙烯等塑料材料制成，其內(nèi)孔與絲杠螺紋滾道相反，并稍有間隙且不會(huì)增加摩擦力，但防塵效果較差。
(b)防護(hù)罩：防護(hù)罩有錐形套管，伸縮管，也有折疊式的防護(hù)罩。對(duì)防護(hù)罩的要求是：耐油、耐腐蝕、耐高溫和耐用。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求選用接觸式彈性密封圈進(jìn)行防護(hù)。
3.2.4滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）滾珠絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算
對(duì)于三角形導(dǎo)軌或綜合導(dǎo)軌
Px、Pz——X、Z方向上的切削力。
f’——導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。
k——考慮顛覆力拒影響的實(shí)驗(yàn)系數(shù)。
對(duì)于本裝置k＝1.15 G＝30kg
f’＝0.16 Px＝Pz＝0
則 p＝0.16309.8＝47.04N
根據(jù) pQ0 Q0＝最大動(dòng)載荷
選取公稱直徑 d＝32
則查取《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表2.2－4－14得
滾珠直徑
螺距 P＝5mm
螺紋升角 ＝2°51′
額定靜載荷 C0a＝30150N
額定動(dòng)載荷 Ca＝10900N
接觸角 ＝45°
螺紋滾道半徑 rs＝（1.25-0.65）Dw＝0.63.175＝1.905mm
偏心距 e＝（rs－Dw/2）sin＝0.225
螺桿大徑 d＝dm－（0.2－0.5）Dw＝31.27mm
螺桿小徑 d1＝dm+2e－2rs＝28.64mm
螺桿接觸點(diǎn)直徑 dk＝dm－Dwcos＝29.74mm
螺桿牙頂圓角半徑 ra＝（0.1－0.15）Dw＝0.381
螺母螺紋大徑 D＝dm－2e+2rm
螺母螺紋小徑 D＝dm+0.5（dm－d）＝32.37mm
預(yù)緊力計(jì)算：
滾珠和螺紋滾道由于受軸向力的作用而產(chǎn)生軸向變形在彈性范圍內(nèi)，根據(jù)赫茲公式
K——與滾道的曲率半徑、材料的彈性模量有關(guān)。對(duì)于確定絲杠，K為常數(shù)。
如圖所示。設(shè)對(duì)螺母A、B施加預(yù)緊力P0向?qū)?yīng)變形，當(dāng)外加軸向載荷為P時(shí)，螺母B產(chǎn)生了，則
0057
當(dāng)時(shí)，這時(shí)螺母A中滾珠和滾道剛好接觸，因此要保證絲杠在最大軸向載荷Pmin作用下無(wú)間隙，則P0定要滿足一定的關(guān)系：
當(dāng) 時(shí)
則螺母B變形為
因?yàn)?
所以
于是
則為使螺母和絲杠之間不出現(xiàn)間隙，應(yīng)使預(yù)緊力近似等于最大軸向載荷的1/3。P0過(guò)小不能保證無(wú)間隙傳動(dòng)，P0過(guò)大會(huì)降低傳動(dòng)效率和承載能力。
（2）剛度驗(yàn)算
滾珠絲杠是精密的傳動(dòng)元件，它在軸向的作用下將產(chǎn)生伸長(zhǎng)或縮短，這將引起絲杠導(dǎo)程的變化，根據(jù)公式滾珠絲杠在（“+”號(hào)用于拉伸，“—”號(hào)用于壓縮）工作載荷P和扭矩M的共同作用下，引起每一個(gè)導(dǎo)程變形量L為
P——工作載荷
L——滾珠絲杠的基本導(dǎo)程
E——彈性模量。對(duì)于鋼E＝21106（N/cm2）
F——滾珠絲杠的截面積
M——扭矩
G——切變模量。對(duì)于鋼
Jc—— 截面積慣性矩。對(duì)于本設(shè)計(jì)
3.3 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算
齒輪傳動(dòng)是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動(dòng)，各種裝置幾乎都離不開齒輪傳動(dòng)，在數(shù)控傳動(dòng)裝置中，步進(jìn)電機(jī)常通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，并使電動(dòng)機(jī)和螺旋傳動(dòng)副之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速得以匹配，因此齒輪傳動(dòng)是設(shè)計(jì)數(shù)控機(jī)械的一個(gè)重要的組成部分。由于電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速一般較高，而機(jī)械系統(tǒng)的移動(dòng)速度有時(shí)不能太高，變化范圍不能太大，故往往用齒輪傳動(dòng)裝置將電動(dòng)機(jī)輸出軸的高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)化為負(fù)載軸的低轉(zhuǎn)速、高轉(zhuǎn)矩。當(dāng)用齒輪作為進(jìn)給裝置時(shí)，需要滿足以下技術(shù)要求：
（1） 大齒輪折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要小。
（2） 剛度大。
（3） 無(wú)間隙。
（4） 噪聲低。
3.3.1齒輪傳動(dòng)比的計(jì)算
因?yàn)椴竭M(jìn)電機(jī)步距角 t＝5cm要實(shí)現(xiàn)脈沖當(dāng)量
0.01mm/step在傳動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)加一對(duì)齒輪降速傳動(dòng)，齒輪的傳動(dòng)比
選Z1＝24 Z2＝50
3.3.2確定齒輪模數(shù)及有關(guān)尺寸
因傳動(dòng)的扭矩較小，取模數(shù)m＝1.5
有關(guān)尺寸：
齒寬b＝9mm
d1＝mz＝1.524＝36mm
d2＝mz＝1.550＝75mm
da1＝d1+2m＝36+21.5＝39mm
da2＝d2+2m＝75+21.5＝78mm
df1＝d1－21.25m＝32.25mm
df2＝d2－21.25m＝71.25mm
3.3.3轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算
根據(jù)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的計(jì)算公式得
式中 Jd——折算到電動(dòng)機(jī)軸的慣性負(fù)載（kg/cm2）
J1——齒輪Z1的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2）
J2——齒輪Z2的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2）
J3——滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（kg/cm2）
M——移動(dòng)部件的質(zhì)量（kg）
對(duì)材料為鋼的圓柱零件傳動(dòng)慣量可按下式計(jì)算
J＝0.7810－3D4L
D——圓柱零件直徑（mm）
L——零件長(zhǎng)度（cm）
J1＝0.7810－33.540.9＝0.0153（kg·cm2）
J2＝0.7810－37.540.9＝2.221（kg·cm2）
J3＝0.7810－33.2430＝2.455（kg·cm2）
電機(jī)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量很小可以忽略，則
（kg·cm2）
3.4 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的選擇
3.4.1概述
步進(jìn)電機(jī)也叫脈沖電動(dòng)機(jī)，是將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的角位移的電磁機(jī)械裝置，是一種輸入與輸出數(shù)字的脈沖對(duì)應(yīng)的增量驅(qū)動(dòng)元件。當(dāng)給步進(jìn)電機(jī)一個(gè)電脈沖信號(hào)，不僅電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角，如按一定規(guī)律給步進(jìn)電機(jī)一串連續(xù)脈沖信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)便一步步地連續(xù)旋轉(zhuǎn)。步進(jìn)電機(jī)具有如下特點(diǎn)：
（1） 位移量與輸入電脈沖數(shù)具有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系，步距誤差不會(huì)積累。
（2） 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)的轉(zhuǎn)速與控制脈沖的頻率有嚴(yán)格的對(duì)應(yīng)關(guān)系。
（3） 控制性能好，在一定的頻率下，能按控制脈沖的要求快速啟動(dòng)，停止或反轉(zhuǎn)。改變控制脈沖的頻率，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著變化，并在很寬的范圍內(nèi)平滑調(diào)節(jié)。
（4） 控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單，工作可靠，成本低，但其控制精度受步距角控制。所以步進(jìn)電機(jī)可廣泛應(yīng)用于數(shù)模轉(zhuǎn)換，速度控制和位置控制系統(tǒng)中，是開環(huán)控制系統(tǒng)中的理想執(zhí)行元件。
步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的類型很多，按其工作原理分為反應(yīng)式、永磁式、永磁感應(yīng)式、滾切式以及若干混合式。按勵(lì)磁相數(shù)，有3相、4相、5相、6相甚至8相，按其規(guī)律分為快速電機(jī)和功率電機(jī)。
3.4.2步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作原理
如圖所示是圓周分相徑向氣隙的3相反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，定子上有6個(gè)磁極，每相2個(gè)，轉(zhuǎn)子由軟磁材料制成，上面沒有繞組，定子磁極和轉(zhuǎn)子上有很多小齒，齒數(shù)和通電循環(huán)拍數(shù)決定了電機(jī)的步距角。
反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的工作原理與反應(yīng)式同步電機(jī)一樣，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩是靠定子磁極與轉(zhuǎn)子間的磁極和切向分力產(chǎn)生的，當(dāng)定子上A相繞組通電時(shí)，由于磁場(chǎng)力使磁組減少，因此轉(zhuǎn)子上離A相磁極相對(duì)的位置，當(dāng)A相斷電，受B相繞組所建立的磁場(chǎng)影響最大時(shí)，轉(zhuǎn)子齒2和4在磁場(chǎng)力的作用下，逆時(shí)針轉(zhuǎn)到和B相磁極相對(duì)的位置，即轉(zhuǎn)子前進(jìn)一步。同樣當(dāng)B相斷電，而C相通電時(shí)，轉(zhuǎn)子又在磁場(chǎng)力的作用下轉(zhuǎn)動(dòng)一步，使轉(zhuǎn)子1、3齒與C相磁極對(duì)齊，由此可見，按A-B-C-A 順序通電時(shí)，電機(jī)便一步步地轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)的步距角 是轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一步所轉(zhuǎn)過(guò)的角度，由此可見
z——轉(zhuǎn)子齒數(shù)
ma——通電循環(huán)拍數(shù)
3.4.3步進(jìn)電機(jī)的選擇
本設(shè)計(jì)中步進(jìn)電機(jī)的選擇：
（1） 電機(jī)的步距角
取系統(tǒng)的脈沖當(dāng)量：
初選步進(jìn)電機(jī)的步距角：
（2） 步進(jìn)電機(jī)啟動(dòng)力矩的計(jì)算
設(shè)步進(jìn)電機(jī)等效負(fù)載力矩為T，負(fù)載力為P。根據(jù)能量守恒定律，電機(jī)所做的功與負(fù)載所做的功有如下的關(guān)系：
式中 ——電機(jī)轉(zhuǎn)角
——機(jī)械傳動(dòng)效率
S——移動(dòng)部件的相應(yīng)位移
若取 則
且 P＝Ps+（G+Pz）
所以 (N·cm)
Ps——移動(dòng)部件負(fù)載
G——移動(dòng)部件重量
Pz——與重力方向一致的作用在移動(dòng)部件上的負(fù)載力
——導(dǎo)軌摩擦系數(shù)
——電機(jī)步距角
T——電機(jī)軸負(fù)載系數(shù)
本設(shè)計(jì)中?。?.03（淬火鋼滾珠導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)） ＝0.93，
則 （N·cm）
若不考慮啟動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)部件慣性的影響，則啟動(dòng)力矩
取安全系數(shù)為0.3
則啟動(dòng)力矩
（N·cm）
對(duì)于工作方式為三相六拍的步進(jìn)電機(jī)
（3） 步進(jìn)電機(jī)的最高工作效率
（N·cm）
表3-1 電機(jī)有關(guān)參數(shù)
型號(hào)
主要技術(shù)依據(jù)
55BF004
步距角
（°）
最大靜轉(zhuǎn)矩
（N/cm）
最高空載啟動(dòng)頻率
相數(shù)
電壓
（V）
電流
（A）
1.513
49
2200
3
27
3
外形尺寸
重量
（N）
外徑
長(zhǎng)度
軸徑
6.5
55
62
6
3.5 液壓夾具的設(shè)計(jì)
3.5.1液壓夾具的液壓基本回路
根據(jù)本設(shè)計(jì)的要求選用定壓回路，一般用定量泵供油，供油率一般為Q=8L/min左右。當(dāng)壓力達(dá)到預(yù)定的要求壓力時(shí)，溢流閥3自動(dòng)卸荷，這種回路油溫較高，非生產(chǎn)性消耗大，多用于裝夾較為頻繁的夾具。
3.5.2液壓元件的選擇
液壓系統(tǒng)的主要參數(shù)是油的壓力和流量，它們是設(shè)計(jì)液壓系統(tǒng)，選擇液壓元件的主要依據(jù)，壓力取決于執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)尺寸。
（1）油泵的選擇
1）確定油泵的最大的工作壓力
根據(jù)設(shè)計(jì)要求由于是測(cè)連桿的平行度，工件與測(cè)頭不接觸，夾具所施加的加緊力只需保證工件不移動(dòng)即可，不可使工件變形超出允許范圍即可，故設(shè) P1＝200N
則活塞作用力 P＝P1/
——考慮各種損失的有效系數(shù)，本設(shè)計(jì)取＝0.9
則
根據(jù)常規(guī)油缸的系列，選擇D=45cm
則油缸的工作壓力
則油泵的最大工作壓力
本設(shè)計(jì)中取
則Pp＝1.4+0.3＝1.7Mpa
2）確定泵的流量Qp
K——系統(tǒng)泄油系數(shù)。一般取1.1－1.3。
——同時(shí)動(dòng)作的油缸的最大的流量。
本設(shè)計(jì)中 K＝1.2
當(dāng)p<2MPa時(shí)，d＝（0.2-0.4）D
則 Qp=1.25.45=6.54L/min
3）選擇油泵的規(guī)格
根據(jù)求得的Pp和Qp值，選擇CB－B型齒輪泵。
（2）液壓閥的選擇
根據(jù)系統(tǒng)的工作壓力和實(shí)際通過(guò)該閥的最大的流量，選擇有型的產(chǎn)品的閥，溢流閥按泵的最大的流量選取。根據(jù)本設(shè)計(jì)中的流量選擇溢流閥為YF—L108型，通徑10mm，并采用螺紋連接，重量為2.4 kg。
（4） 管道尺寸的確定
管道內(nèi)經(jīng)按上式計(jì)算
根據(jù)管道的標(biāo)準(zhǔn)系列選擇公稱通徑 DN＝8mm
則鋼管外徑 14mm
管接頭連接螺紋 M14×1.5
管子壁厚為1mm
（5） 油箱容量的確定
按下列經(jīng)驗(yàn)公式確定油箱的容量
式中 QV ——油泵每分鐘排出的壓力油的容積（m3）
——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，本式中?。?
則 V＝2×6.54×10-3＝1.31×10-2（m3）
（6） 濾油器的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇線隙式濾油器，型號(hào)為XU-J10×80
（7） 壓力表的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇KF－L8/14E型，公稱通徑為8mm，壓力表直徑為mm,接頭螺紋M14×1.5。
（8） 換向閥的選擇
根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇WE5N6.2/N型電磁換向閥。
第4章 連桿平行度測(cè)量?jī)x中的微機(jī)應(yīng)用及其接口技術(shù)
4.1 測(cè)量?jī)x中微處理器8088介紹
8088是Intel公司推出的面向字符處理的16位處理器。其內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為16位，外部數(shù)據(jù)總線為8位，是一種應(yīng)用非常廣泛的微處理器。
最小方式（最大方式）
圖4-1 8088引線圖
4.1.1 Intel8088的內(nèi)部結(jié)構(gòu)
Intel8088由執(zhí)行單元（EU）和總線接口單元兩部分組成。執(zhí)行單元（EU）負(fù)責(zé)指令的譯碼執(zhí)行，總線接口單元BIU負(fù)責(zé)CPU與存儲(chǔ)器和I/O端口之間的數(shù)據(jù)傳輸，并產(chǎn)生訪問(wèn)存儲(chǔ)器和I/O端口的地址信號(hào)。
8088采用矢量型中斷結(jié)構(gòu)。可處理256種不同中斷，包括硬件中斷和軟件中斷。中斷矢量表位于內(nèi)存0—3FFH區(qū)域。8088有20根地址線，可尋址1M空間。
Intel8088可工作在最小模式或最大模式。最小模式是在系統(tǒng)中只有8088一個(gè)微處理器。系統(tǒng)中所有總線控制信號(hào)都由8088產(chǎn)生，最大模式除了8088外，還有一個(gè)或多個(gè)協(xié)處理器協(xié)助8088工作。一般協(xié)處理器常用的有數(shù)值運(yùn)算協(xié)處理器8087和輸入/輸出協(xié)處理器8089。
4.1.2 Intel8088引腳及功能
地址/數(shù)據(jù)復(fù)用腳，雙向，三態(tài)。
地址/狀態(tài)復(fù)用腳。
高8位數(shù)據(jù)總線/狀態(tài)復(fù)用腳。
可屏蔽中斷輸入腳。正沿觸發(fā)。
讀信號(hào)，三態(tài)，輸出。
時(shí)鐘信號(hào)輸入，
等待測(cè)試信號(hào)。輸入。
復(fù)位信號(hào)。
總線同期狀態(tài)信號(hào)，輸出，三態(tài)。
4.2 連桿平行度測(cè)量?jī)x中的接口技術(shù)
在微機(jī)控制的系統(tǒng)中，除了存儲(chǔ)器外還有很多輸入/輸出裝置，如紙帶閱讀機(jī)、磁盤驅(qū)動(dòng)器、顯示器、鍵盤、伺服電機(jī)等。如果將這些輸入/輸出裝置與微機(jī)連接起來(lái)，就是I/O接口要研究的問(wèn)題。
4.2.1存儲(chǔ)器選擇及與CPU接口技術(shù)
存儲(chǔ)器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一個(gè)非常重要的組成部分。它的主要功能是存儲(chǔ)執(zhí)行的程序以及待處理的各種數(shù)據(jù)。計(jì)算機(jī)最基本的功能是對(duì)程序的讀取，并執(zhí)行，執(zhí)行程序由CPU完成。而要讀取的程序則必須安排在存儲(chǔ)器中。存儲(chǔ)器容量越大，則記憶的信息越多，計(jì)算機(jī)功能越強(qiáng)。存儲(chǔ)器的種類可分為：隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM）和只讀存儲(chǔ)器（ROM）兩大類。RAM又可分為雙級(jí)型和MOS兩大類，RAM又可分為靜態(tài)RAM和動(dòng)態(tài)RAM。ROM可分為湮沒ROM、可編程只讀存儲(chǔ)器PROM，可寫可擦的只讀存儲(chǔ)器EPROM，電擦除只讀存儲(chǔ)器E2PROM.
存儲(chǔ)器芯片CPU的連接中考慮如下問(wèn)題：
(1)主存儲(chǔ)器通常RAM和ROM應(yīng)根據(jù)實(shí)際要求分配適當(dāng)?shù)娜萘坎⑦x擇適當(dāng)?shù)拇鎯?chǔ)芯片。
(2)主存儲(chǔ)的RAM，ROM必須要占據(jù)合理的地址空間，并通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娐愤M(jìn)行控制。
(3)CPU負(fù)載能力有限，存儲(chǔ)芯片負(fù)載也有限，在相互連接時(shí)，應(yīng)加緩沖驅(qū)動(dòng)器。
(4)時(shí)序配合是一個(gè)重要問(wèn)題，CPU、存儲(chǔ)器兩者必須相匹配，根據(jù)以上幾點(diǎn)及本設(shè)計(jì)的要求，選用隨機(jī)存儲(chǔ)器6264，只讀存儲(chǔ)器為可擦出除存儲(chǔ)芯片2732，即可滿足上述要求，又足夠電路的設(shè)計(jì)需要。
圖4-2 存儲(chǔ)器連接圖
存儲(chǔ)器與CPU的連接重要有以下三個(gè)部分：
(1)地址總線的連接。
(2)數(shù)據(jù)線的連接。
(3)控制線的連接，
下面是8088CPU與存儲(chǔ)器的連接圖，在ROM和RAM之間一般要接地址鎖存器。因?yàn)閱纹瑱C(jī)規(guī)定D0提供低8位地址線，同時(shí)又要作數(shù)據(jù)線，所以分為時(shí)輸出低8位地址和數(shù)據(jù)的通道口，為了把地址信息分離出來(lái)保存，以便為外接存儲(chǔ)器提供低8位地址信息，一般要采用地址鎖存器，根據(jù)實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)采用74LS373作為鎖存器工作時(shí)，由CPU發(fā)出地址，允許鎖存信號(hào)ALE的下降沿，將地址存入在地址鎖存器中，74LS373是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，用作地址鎖存器時(shí)，應(yīng)使其端E為低電平，輸入G與8032的地址鎖存信號(hào)ALE連接，當(dāng)G=1時(shí)，373的輸出1Q—8D相同，當(dāng)G從高電平返回低電平時(shí)將輸入數(shù)據(jù)鎖入1Q—8D中。
4.2.2并行接口芯片的選擇及外設(shè)的接口技術(shù)
當(dāng)CPU要從外設(shè)輸入信號(hào)或輸出信號(hào)給外設(shè)，可采用程序查詢方式等許多方式，但不論哪一種方式，CPU總要通過(guò)接口電路才能與外設(shè)連接。
在接口電路中要有輸入輸出數(shù)據(jù)的鎖存器和緩沖器；要有狀態(tài)和控制命令的寄存器，以便于CPU與接口電路之間用應(yīng)答方式來(lái)交換信息，也便于接口電路與外設(shè)間傳送信息，接口電路中不要有端口的譯碼和控制電路以及為了CPU用中斷方式交換信息所需的中斷請(qǐng)示觸發(fā)器，中斷屏蔽觸發(fā)器，這樣才能解決CPU的驅(qū)動(dòng)能力問(wèn)題，時(shí)序的配合問(wèn)題和實(shí)現(xiàn)各種控制，CPU能正確地可靠地與外設(shè)交換信息。
現(xiàn)在常用的是Intel公司生產(chǎn)的8255A可編程并行接口芯片。本設(shè)計(jì)選用的即是這種芯片。
Intel8255A是一個(gè)為8080、8085和8088微型機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的通用I/O接口片，與它可用程序來(lái)改變功能，通用行強(qiáng)，使用靈活，通過(guò)它可直接將CPU總線接向外設(shè)，其引腳如圖：
圖4-3 8255A引腳圖
8255A有三個(gè)輸入輸出端口PORTA、PORTB、PORTC。每一個(gè)端口都是8位，都可以選擇作為輸入或輸出。
8255A有三種基本工作方式：
(1)方式0——基本輸入輸出。
(2)方式1——選通輸入輸出。
(3)方式2——雙向傳送。
8255A的工作方式可由CPU用I/O指令輸出一個(gè)控制字到8255A的控制字寄存器來(lái)選擇這個(gè)控制字，可以分別選擇端口A和端口B的工作方式，端口C分成兩部分，上半部分隨端口A，下半部分隨端口B，端口A有方式0、1、2三種，而端口B只能工作方式0和1。
8255的一些控制命令：
(1)CS——選片信號(hào)，低電平有效，由它啟動(dòng)CPU與8255A之間的通信。
(2)RD——讀信號(hào)，低電平有效，它控制8255A送出數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息至CPU。
(3)WR——寫信號(hào)，低電平有效，它控制把CPU的數(shù)據(jù)或命令信號(hào)寫到8255A。
(4)RESH——復(fù)位信號(hào)，高電平有效，它清除控制寄存器和置所有端口到輸入方式。
4.2.3 8255A及外設(shè)的接口電路設(shè)計(jì)
（1）鍵盤接口設(shè)計(jì)
因考慮本設(shè)計(jì)中的按鍵數(shù)目較多，故采用矩陣方式與計(jì)算機(jī)連接，即將所有按鍵排成M行、N列，將行數(shù)和列數(shù)通I/O接口和計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)線相等，這種方式的優(yōu)點(diǎn)是占用的I/O線少，圖示是以8088CPU為核心的單片機(jī)的鍵盤接口76。8088的數(shù)據(jù)線通過(guò)鎖存器741S04及外設(shè)驅(qū)動(dòng)器與鍵盤的行線相連，鍵盤的列線通過(guò)三態(tài)緩沖器與CPU相連。
按矩陣方式連接的鍵盤檢測(cè)是否有鍵按下，可用行掃描法。行掃描法的原理是：計(jì)算機(jī)向行線輸出信號(hào)使所有行線置低電平“0”并由鎖存器存儲(chǔ)，然后輸入列信號(hào)，若某列有鍵按下，則該引線必為低電平“0”。當(dāng)CPU檢測(cè)到列線中有“0”時(shí)，存儲(chǔ)“0”線列號(hào)，并延時(shí)一段時(shí)間消除，接著進(jìn)入掃描過(guò)程，從C1行到C6行逐行置0，每置一行便讀一次列值，并判斷是否有“0”，若有“0”則存儲(chǔ)行量，根據(jù)行號(hào)可以計(jì)算所按下鍵的編碼值，然后根據(jù)該編碼值查鍵值表，查到后便轉(zhuǎn)向相應(yīng)的鍵處理程序。我們用中斷的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行掃描，中斷掃描就是當(dāng)有鍵按下鍵盤接口向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷后，便調(diào)用鍵盤掃描程序，對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描識(shí)別處理，在沒有鍵按下時(shí)，CPU不掃描鍵盤，節(jié)省CPU時(shí)間，采用中斷掃描。如圖：圖中采用8255作接口芯片，將8255PA和PB口編程為基本輸入輸出方式，單片機(jī)先向8255PA輸出低電平，這樣當(dāng)有鍵按下時(shí)，與輸出低電平向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)響應(yīng)后對(duì)鍵盤進(jìn)行掃描。
圖4-4 鍵盤接口原理圖
（2）LED顯示器接口
在微機(jī)控制系統(tǒng)中，LED顯示控制方法有兩種：一種是靜態(tài)顯示控制，一種是動(dòng)態(tài)顯示控制，本設(shè)計(jì)采用動(dòng)態(tài)顯示控制，因?yàn)閯?dòng)態(tài)顯示控制硬件電路一般較為簡(jiǎn)單，動(dòng)態(tài)系統(tǒng)控制是采用掃描方式。這種方式各位的段位驅(qū)動(dòng)可分別共用一個(gè)鎖存器。為了防止各位數(shù)碼管同時(shí)顯示一個(gè)字符，需控制顯示位顯示位。需要哪位顯示，便使哪位導(dǎo)通，某位顯示一段時(shí)間后，反復(fù)重上位，計(jì)算機(jī)送另一位要顯示的數(shù)據(jù)，并選通相應(yīng)的顯示位，重復(fù)上述過(guò)程，各位數(shù)碼管便輪流顯示，但由于有關(guān)過(guò)程，所以如果輪流時(shí)間太長(zhǎng)，會(huì)發(fā)生閃爍，因此需限制間隔時(shí)間，掃描過(guò)程可以采用按位掃描和按字段掃描，在顯示器位數(shù)少時(shí)，多采用按位掃描。
（3）步進(jìn)電機(jī)的接口技術(shù)
步進(jìn)電機(jī)與微機(jī)的接口包括硬件接口和相應(yīng)的軟件接口，這里只設(shè)計(jì)硬件硬件接口。
微機(jī)與步進(jìn)電機(jī)的接口實(shí)際上是微機(jī)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的接口，接口電源具有下列功能：
①能將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)準(zhǔn)確地傳給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電源。
②能按步進(jìn)電機(jī)的工作方式產(chǎn)生相應(yīng)的控制信號(hào)，這些控制信號(hào)可由計(jì)算機(jī)產(chǎn)生，并進(jìn)行接口電路送給步進(jìn)電機(jī)。
③能實(shí)現(xiàn)升、降速控制。
④能實(shí)現(xiàn)電壓隔離。
⑤有足夠的驅(qū)動(dòng)能力，以驅(qū)動(dòng)功率晶體管的通斷。
⑥能根據(jù)不同形式的驅(qū)動(dòng)電源，提供各種所需的控制信號(hào)。
接口一般由以下幾部分組成：
本設(shè)計(jì)的計(jì)算機(jī)接口選用8255A作為接口芯片，8255A能實(shí)現(xiàn)可編程并進(jìn)行輸入輸出，并可設(shè)計(jì)擴(kuò)展接口電路來(lái)控制步進(jìn)電機(jī)與其它外設(shè)，脈沖分配器是驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)必不可少的環(huán)節(jié)，其作用是將控制裝置送來(lái)的一系列指令脈沖進(jìn)行分配。本設(shè)計(jì)使用軟件脈沖分配器，軟件脈沖分配器用軟件編程方法來(lái)實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)電器。脈沖分配器輸出的信號(hào)經(jīng)放大后控制步進(jìn)電機(jī)的勵(lì)磁繞組，由于步進(jìn)電機(jī)需要的驅(qū)動(dòng)電壓高，電流也較大，如果如果將將輸出信號(hào)直接與功率放大器相連，將會(huì)引起強(qiáng)電器干擾，所以一般在接口電路與功率放大器之間都要加上隔離電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離，通常使用最多的是光電耦合器。光電耦合器由發(fā)光器件和受光器件組成，當(dāng)輸入信號(hào)加到輸入端時(shí)，發(fā)光二極管導(dǎo)通，激發(fā)發(fā)出紅外光，受光三極管受照射后，由于主敏效應(yīng)產(chǎn)生光電流，通過(guò)輸出端輸出，從而實(shí)現(xiàn)了以光為媒介的電信號(hào)傳輸。輸入端、輸出端在電氣上完全隔離。由于脈沖分配器的輸出功率小，必須將其輸出信號(hào)放大產(chǎn)生足夠大的功率，才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。目前我國(guó)步進(jìn)電機(jī)的功率放大器由廠家生產(chǎn)出系列化產(chǎn)品，只需根據(jù)選用的步進(jìn)電機(jī)容量選擇功率放大器。
4.2.4模擬通道接口設(shè)計(jì)
計(jì)算機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，檢測(cè)和控制的物理量往往是連續(xù)變化的模擬信號(hào)，如溫度、壓力、流量等，由于計(jì)算機(jī)加工處理的是數(shù)字量，因此必須將這些模擬量通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D）轉(zhuǎn)換成模擬量，總之計(jì)算機(jī)模擬通道接口的問(wèn)題，在計(jì)算機(jī)應(yīng)用中占有重要的地位。
（1）A/D轉(zhuǎn)換器
本設(shè)計(jì)采用的A/D轉(zhuǎn)換器是AD574，它是混合集成的逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器，它由兩片集成電路進(jìn)行組裝而成，這樣可獲得較高的技術(shù)性能，其中一片為一個(gè)12位的D/ A