《機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-齒輪雙嚙儀的數(shù)字化改造設(shè)計【全套的圖紙】》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《機械畢業(yè)設(shè)計（論文）-齒輪雙嚙儀的數(shù)字化改造設(shè)計【全套的圖紙】（59頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、 摘 要 齒輪是機器和儀器中重要的機械零件之一，常用它傳遞運動和動力。由于齒輪用途甚廣，要求各異，形狀復(fù)雜，幾何參數(shù)多，在制造和安裝中會產(chǎn)生一定的誤差，因而會影響其使用質(zhì)量。為了滿足齒輪的使用要求，必須對它進行檢測。齒輪徑向綜合誤差對齒輪的傳動精度有很大的影響，也是用于綜合檢測齒輪的重要指標。目前，對于徑向跳動的檢測主要采用手動及人工誤差處理的機械式的測量方法，這種傳統(tǒng)的檢測方法既耗時又難以保證檢測結(jié)果的準確性。為了提高齒輪徑向跳動的檢測精度和效率，必須對傳統(tǒng)測量儀器進行智能化改進。 本設(shè)計針對傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢測儀檢測效率低、誤差率較高等缺點，采用電子技術(shù)對其進行改進，實現(xiàn)了檢測的

2、自動化、數(shù)字化，提高了檢測的效率、精度和可靠性。改進后的齒輪雙面嚙合檢測儀主要由機械本體部分、電渦流傳感器、步進電機及控制電路組成，具有體積小、重量輕、操作方便、穩(wěn)定性好等特點。 關(guān)鍵詞 雙面嚙合檢測儀 齒輪徑向綜合誤差 步進電機 電渦流傳感器 全套圖紙，加153893706 Abstract Gear is one of the important components in the machine and instrument, which is often used transmit movement and p

3、ower. As Gear is used very wide and has varied requirements, complex shape and geometric parameters, most of the manufacture and installation will have a certain degree of error, thus will affect the using quality. In order to meet the requirement of gear, it must be tested. The total composite radi

4、al error of gear has a great influence on gear transmission accuracy. It is an important index of gear for synthesis measurement. At present, the traditional gear run-out error measuring system is time-cost and hard to acquire higher precision. So it is meaningful and necessary to improve the tradit

5、ional radial run-out measuring system. Against disadvantages of the traditional gear double flank rolling tester instrument such as lower efficiency, higher error and etc, the traditional gear two flank testing instrument is improved by using the electric technology. The automation, numeralization

6、for gear testing are realized and the testing efficiency, precision and reliability are increased. The improved double flank rolling tester is mainly made up of mechanical body parts, eddy current sensor, stepper motors and control circuits, and has the characteristics of small size, light weight, e

7、asy to operate, good stability and so on. Key words ： double flank rolling tester the total composite radial error of gear stepper motors eddy current sensor 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 課題任務(wù) 1 1.2 齒輪檢測技術(shù)的發(fā)展 1 1.3 課題主要工作內(nèi)容 3 1.4 本章小結(jié) 3 第2章 機械結(jié)構(gòu)部分的改造設(shè)計 4 2.1

8、 齒輪雙嚙儀的工作原理 4 2.2 軸的設(shè)計 5 2.2.1 軸的計流程 5 2.2.2 軸的材料和毛坯 6 2.2.3 零件在軸上的定位形式 6 2.2.4 軸的設(shè)計計算 7 2.3 絲杠螺母副的設(shè)計計算 9 2.3.1 滾珠絲杠副的組成 9 2.3.2 耐磨性計算 10 2.3.3 絲杠的強度計算 12 2.3.4 螺母凸緣的強度計算 14 2.3.5 絲杠的穩(wěn)定性計算 14 2.4 滾動軸承的選用和計算 15 2.4.1 滾動軸承類型的選擇 15 2.4.2 滾動軸承的構(gòu)造及材料選擇 16 2.4.3 滾動軸承的校核計算 17 2.5 聯(lián)軸器的選用

9、和計算 18 2.5.1 聯(lián)軸器的類型 18 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇原則 18 2.5.3 聯(lián)軸器的選取計算 19 2.6 螺紋聯(lián)接的選用計算 21 2.6.1 螺紋聯(lián)接 21 2.6.2 螺紋聯(lián)接的強度計算 21 2.7 鍵的選用 24 2.7.1 鍵聯(lián)接的分類 24 2.7.2 鍵聯(lián)接的強度計算 25 2.8 銷的選用 26 2.8.1 銷的分類 26 2.8.2 銷的強度計算 26 2.9 導(dǎo)軌的設(shè)計 27 2.9.1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計要求 27 2.9.2 本設(shè)計導(dǎo)軌的主要結(jié)構(gòu) 27 第3章 動力驅(qū)動部分的設(shè)計 29 3.1 步進電機的定

10、義 29 3.2 步進電機的分類 29 3.3 步進電機的工作原理 29 3.4 步進電機的性能指標 31 3.4.1 步進電機的靜態(tài)性能指標 31 3.4.2 步進電機的動態(tài)性能指標 31 3.4 步進電機的選擇 33 3.4.1 種類的選擇 33 3.4.2 型號的選擇 33 3.5 本章小結(jié) 34 第4章 傳感測試及控制電路部分設(shè)計 35 4.1 電渦流傳感器的基本原理 35 4.2 電渦流傳感器的選擇 36 4.3 控制電路部分的原理框圖 37 4.4 單片機的選擇 38 4.4.1 8051的引腳功能 38 4.4.2 復(fù)位電路 39

11、 4.4.3 時鐘電路 40 4.5 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 40 4.6譯碼器的選擇 41 4.7鍵盤 43 4.7.1矩陣式鍵盤的結(jié)構(gòu)和原理 43 4.7.2矩陣式鍵盤的識別 44 4.8總體電路圖 45 4.9本章小結(jié) 45 結(jié) 論 46 致 謝 47 參考文獻 48 附錄1 50 附錄2 54 54 第1章 緒論 1.1 課題任務(wù) 對純機械式雙嚙儀進行數(shù)字化改造，增配步進電機、單片機及電渦流傳感器等電子元器件。使改進后的雙嚙儀可以實現(xiàn)齒輪徑向綜合誤差的自動測量，提高雙嚙儀的測量效率，降低人為因素對測量結(jié)果的影響。 測量對象：圓柱齒輪（直徑D

12、≤200mm，模數(shù)0.5-8mm） 測量參數(shù)：齒輪徑向綜合誤差 技術(shù)指標：分辨率：0.001mm 1.2 齒輪檢測技術(shù)的發(fā)展 齒輪測量技術(shù)的發(fā)展歷程是以齒輪精度理論的發(fā)展為前提的。齒輪精度理論的發(fā)展實質(zhì)上反映了人們對齒輪誤差認識的深化。迄今,齒輪精度理論經(jīng)歷了齒輪誤差幾何學(xué)理論、齒輪誤差運動學(xué)理論和齒輪誤差動力學(xué)理論的發(fā)展過程。其中,齒輪誤差動力學(xué)理論還處在探索中。第一種理論將齒輪看作純幾何體,認為齒輪是一些空間曲面的組合,任一曲面都可由三維空間中點的坐標來描述,實際曲面上點的位置和理論位置的偏差即為齒輪誤差。第二種理論將齒輪看作剛體,認為齒輪不僅僅是幾何體,也是個傳動件,并認為齒輪誤

13、差在嚙合運動中是通過嚙合線方向影響傳動特性的,因此嚙合運動誤差反映了齒面誤差信息。第三種理論將齒輪看作彈性體,對齒廓進行修形,“有意地”引入誤差,用于補償輪齒承載后的彈性變形,從而獲取最佳動態(tài)性能,由此形成了齒輪動態(tài)精度的新概念。齒輪精度理論的發(fā)展,導(dǎo)致了齒輪精度標準的不斷豐富和更新,如傳動誤差、設(shè)計齒廓的引入等。反過來,齒輪測量技術(shù)的發(fā)展也為齒輪精度理論的應(yīng)用和齒輪標準的貫徹提供了技術(shù)支撐。 我國齒輪行業(yè)測試儀器和設(shè)備十分缺少，由此造成我國年產(chǎn)2000多萬臺的齒輪箱總成質(zhì)量缺乏可靠的測試數(shù)據(jù)。為徹底改變我國齒輪行業(yè)零部件內(nèi)在質(zhì)量的落后狀況，必須重視和加強測試儀器和設(shè)備的發(fā)展。 目前，我國齒

14、輪行業(yè)內(nèi)大約只有300家齒輪生產(chǎn)廠具有儀器基本配套的計量室，總計約有三坐標測量儀200多臺，這些儀器大多是從國外進口的。各類（機械、光電、數(shù)控）齒輪測量儀器1000余臺，其中齒輪測量中心30余臺，這些儀器的制造廠有國外的MAAG、Klingelnberg、Hofler、CarlMahr、M＆M等公司，還有TaylorHobsom、CarlMahr、Zeiss、SIP等公司的圓度儀、測長儀、光學(xué)分度頭、粗糙度儀、投影儀、萬工顯等各類測量儀器500余臺。 其余約200家齒輪生產(chǎn)廠很少有精密測量儀器，部分工廠除了萬能量具外，沒有一臺測量儀器。 在測量儀器中，其中總成測試儀器、蝸輪付檢查儀約10余臺，

15、變速箱總成試驗臺和驅(qū)動橋試驗臺全國不超過50臺。許多廠沒有噪聲儀、扭振儀等必備的儀器。在齒輪制造過程中必須對產(chǎn)品零件、部件和總成的要求質(zhì)量進行嚴格的檢測和控制，因而先進適用的測量技術(shù)和儀器是必備的條件。 在各類機械廠內(nèi)不管齒輪傳動件是自制或外購，均應(yīng)裝備齒輪、螺紋、花鍵測量儀器，否則無法控制傳動件的制造質(zhì)量。目前，齒輪、螺紋、花鍵測量儀器國內(nèi)成都工具研究所、哈量精密量儀廠等基本可滿足要求。即使是齒輪測量中心、齒輪刀具測量中心、齒輪副和蝸輪副檢查儀、激光動態(tài)絲杠測量儀等國內(nèi)也可供貨。但對于技術(shù)要求很高而財力充裕的用戶，也可以考慮引進國外齒輪測量中心。 齒輪、蝸桿、螺桿等傳動件必須有精度很高、結(jié)構(gòu)

16、復(fù)雜的鑄鐵、鋁合金或焊接箱體支承，這些箱體有大量精密孔系和平面需要測量尺寸精度和相互位置精度。因此每個齒輪廠都應(yīng)該配備不同規(guī)格、精度的三坐標測量儀。 為進一步提高我國齒輪行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量，提高行業(yè)競爭力，應(yīng)盡快配備相應(yīng)的各類精密測試儀器。在今后的幾年中，我國大中型齒輪企業(yè)應(yīng)配備三坐標測量機、齒輪測量中心和其他精密測量儀及配套完整的中心計量室，小型企業(yè)也要配備必要的精密測量儀器，從而保證我國齒輪產(chǎn)品的質(zhì)量。 1.3 課題主要工作內(nèi)容 根據(jù)上述課題任務(wù)，以及對齒輪雙嚙儀的分析，本課題的主要工作內(nèi)容是： 1）儀器機械結(jié)構(gòu)部分的改造 2）儀器動力驅(qū)動部分的設(shè)計 3）儀器傳感測試部

17、分的設(shè)計 4）儀器控制電路部分的設(shè)計 1.4 本章小結(jié) 齒輪徑向綜合誤差是齒輪的一項重要誤差，主要影響齒輪的傳遞精度。目前其測量儀器主要是機械式的，人為因素影響很大，而且耗時費力。為了解決這個問題，提出一種對機械式雙嚙儀進行數(shù)字化改造的方法。這種方法適應(yīng)齒輪測量儀的發(fā)展方向，適應(yīng)我國的國情，具有一定的實際意義。本章敘述了齒輪測量的發(fā)展歷史和發(fā)展趨勢，指出了機械式齒輪雙嚙儀存在的問題，說明了本設(shè)計的主要任務(wù)和工作內(nèi)容。 第2章 機械結(jié)構(gòu)部分的改造設(shè)計 2.1 齒輪雙嚙儀的工作原理 齒輪雙嚙儀的工作原理簡圖如圖2-1所示。 圖2-1 齒輪雙

18、嚙儀的工作原理簡圖 齒輪雙嚙儀的工作原理：讓一個標準齒輪與被測齒輪進行嚙合運動，在嚙合過程中，通過測量兩個齒輪之間中心距的變化來測試齒輪的徑向綜合誤差。如圖2-1所示，標準齒輪安裝在主滑架的心軸上，被測齒輪安裝在測量滑架的心軸上，在彈簧力的作用下，兩齒輪作無側(cè)隙嚙合運動，由于被測齒輪存在加工誤差，兩齒輪在嚙合過程中中心距會發(fā)生變化，通過測量兩齒輪中心距的變化量來測試被測齒輪的徑向綜合誤差。 2.2 軸的設(shè)計 2.2.1 軸的計流程 軸是機器中必不可少的重要零件，其功能是支撐轉(zhuǎn)動零件，使轉(zhuǎn)動零件具有確定的工作位置，并傳遞運動和動力。 根據(jù)受載情況，軸可分為： (1)心軸

19、只用于支承轉(zhuǎn)動零件，特點是只受彎矩作用而不承受轉(zhuǎn)矩。心軸又可分為固定(心軸工作時軸不轉(zhuǎn)動)和轉(zhuǎn)動心軸(工作時轉(zhuǎn)動)。 (2)轉(zhuǎn)軸 既支承轉(zhuǎn)動零件又傳遞動力，即同時承受彎矩和轉(zhuǎn)矩。 (3)傳動軸 主要傳遞動力，即主要承受扭矩，不承受或只承受較小的彎矩。 根據(jù)幾何軸線形狀，軸可分為直軸、曲軸和軟軸。根據(jù)結(jié)構(gòu)形狀，軸又可分為光軸和階梯軸；實心軸和空心軸；圓形截面軸和非圓形截面等。 軸的設(shè)計應(yīng)滿足下列幾方面的要求：適當(dāng)?shù)倪x材、合理的結(jié)構(gòu)、足夠的強度、必要的剛度和振動穩(wěn)定性及良好的加工、裝配工藝性等。 通常軸的設(shè)計程序為： (1)根據(jù)機械傳動方案的整體布局，擬定軸上零件的布置

20、和裝配方案； (2)選擇軸的材料； (3)初步確定軸的直徑； (4)進行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，校核軸的鍵連接強度及軸的彎扭強度； (5)對于重要的軸，進行強度和精確校核計算； (6)必要時軸的剛度及臨界轉(zhuǎn)速； (7)根據(jù)上述計算結(jié)果修改設(shè)計； (8)繪制軸的工作圖(零件圖)。 2.2.2 軸的材料和毛坯 軸的材料種類很多，設(shè)計時主要根據(jù)對軸的強度及剛度等要求，以及實現(xiàn)這些要求而采用的熱處理方式，同時考慮制造工藝問題加以選用，力求經(jīng)濟合理。 軸的常用材料主要是碳素鋼和合金鋼，其次是球墨鑄鐵。一般機器中的軸多采用35、45、50等優(yōu)質(zhì)碳素鋼，尤以45號剛最為常用，對

21、于受載較小或不太重要的軸，可用Q235．A，Q275等普通碳素鋼；對于受力較大，軸的尺寸受到限制，以及某些有特殊要求的軸，可采用合會鋼。 根據(jù)需要軸常需要進行各種熱處理，化學(xué)處理及表面強化處理，以提高軸咆绔麟口耐磨耐蝕等性能。在一般工作溫度下，合金鋼和碳素鋼的彈性模量十分接近，故只為了提高軸的剛度而選用合金鋼是不合適 軸一般由軋制圓鋼或鍛件經(jīng)切削加工制造。軸的直徑較小，可用圓鋼棒制造；重要的、大直徑或階梯直徑變化較大的軸，可采用鍛坯。直徑特大的軸可制成空心的。 2.2.3 零件在軸上的定位形式 軸的結(jié)構(gòu)應(yīng)便于加工、測量、裝配和維修。通常注意以下幾個方向： (1)考慮加工工藝所必須

22、的結(jié)構(gòu)要素(如中心孔螺母退刀槽、砂輪越程槽等) (2)合理確定軸與零件之間的配合性質(zhì)，加工精度和表面粗糙度； (3)軸的類和直徑應(yīng)按GB2822—81圓整為標準值； (4)確定各軸段長度時，應(yīng)盡可能的使結(jié)構(gòu)緊湊，同時要保證零件所需要的滑動距離、裝配或調(diào)整所需空問，并注意轉(zhuǎn)動零件不得與其它零件相碰撞，與軸轂配裝的軸段長度，一般應(yīng)略小于輪轂2～3mm，以保證軸向定位可靠； (5)除特殊要求者外，一般軸上所有零件都應(yīng)無過盈地到達配合的部位； (6)為便于導(dǎo)向和避免擦傷配合表面，軸的兩端及有盈配合的臺階處都應(yīng)制成倒角； (7)為減少加工刀具種類和提高勞動生產(chǎn)率，軸上的倒角、圓角、鍵槽等應(yīng)盡

23、可能取相同尺寸。 2.2.4 軸的設(shè)計計算 本設(shè)計中帶動標準齒輪轉(zhuǎn)動的軸是傳動軸，主要傳遞轉(zhuǎn)動力矩，即主要承受扭矩，不承受或只承受較小的彎矩，因此只需要對其扭轉(zhuǎn)強度及剛度進行校核即可。 本設(shè)計中選用材料為45鋼的實心軸，最小軸徑為mm。 1．軸的扭轉(zhuǎn)強度的計算 軸的扭轉(zhuǎn)強度條件為： （2-1） 式中：—材料的切應(yīng)力，單位為Pa； —材料的許用切應(yīng)力，單位為Pa； —軸所受的扭矩，單位為N·m； —軸的抗扭截面系數(shù)，單位為m3，對于圓軸； —軸的直徑，單位為m。 由公式（2-1）得

24、 （2-2） 常見軸的材料的值見表2-1。 表2-1 幾種常用的軸材料的值 （MPa） 軸的材料 Q235，20 35 45 40Cr,35SiMn 20~30 30~40 40~52 為保險起見，本設(shè)計計算取較小值，取30MPa；取電機的最大輸出轉(zhuǎn)矩4.9N·m (見3章) 。 由公式（2-2）得 m 此軸有一個鍵槽和銷孔，軸徑增大5~7%，即 mm 由于本設(shè)計中所設(shè)計的軸的最小軸徑是mm，故滿足扭轉(zhuǎn)強度要求。 2．軸的扭轉(zhuǎn)剛

25、度的計算 軸的扭轉(zhuǎn)變形用每米長的扭轉(zhuǎn)角來表示。 其計算公式為： （2-3） 式中： —軸所受的扭矩，單位為N·m； —軸的材料的剪切彈性模量，對于鋼材料Pa； —軸截面的極慣性矩，單位為m4，對于圓軸； —軸的長度，單位為m。 軸扭轉(zhuǎn)剛度的條件為： 為軸每米長允許扭轉(zhuǎn)角，對于精確傳動可取 °/m。此處取°/m。 工程上，習(xí)慣把°/m作為的單位，這樣把（2-3）式中的弧度換算成度，可得 °/m 因為，所以滿足扭轉(zhuǎn)剛度要求。 2.3 絲杠螺母副的設(shè)計計算

26、 2.3.1 滾珠絲杠副的組成 滾珠絲杠副是在滾珠絲杠和滾珠螺母之間以滾珠為滾動體的螺旋傳動元件。在滾珠螺母體上裝有滾珠循環(huán)裝置，有反相器，它構(gòu)成滾珠返回通道，使?jié)L珠在閉合同路中形成滾珠鏈的反復(fù)循環(huán)運動。避免了滾珠順著滾到螺旋面滾到滾珠螺母外面。 2.3.2 耐磨性計算 滑動螺旋副的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑狀態(tài)等因素有關(guān)。其中最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越容易形成過度磨損。因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓力P，使其小于材料的許用壓力[P]。 絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-3和圖2-4所示。

27、 圖2-3 絲杠螺母副 圖2-4 絲杠螺母副的基本尺寸 圖中為絲杠螺母副的中徑，為絲杠的大徑，為絲杠的小徑，為螺母的大徑，為螺母的小徑，為螺距。 絲杠螺母副的耐磨性計算公式為： （2-4） 式中：—絲杠所受最大軸向力，單位為N； —螺母長徑比，，為螺母長度，一般，本設(shè)計中； —材料的許用壓力，單位為MPa，見表2-3。 表2-3 絲杠螺母副材料的許用壓力值 絲杠—螺母的材料 滑動速度(r/s) 許用壓力(MPa) 鋼—青銅 ≤3.0 18～25 3～6 11～18 6～12 7～10 >15

28、 1～2 淬火鋼—青銅 6～12 10～13 鋼—鑄鐵 <2.4 13～18 6～12 4～7 絲杠螺母副的摩擦系數(shù)見表2-4。 表2-4 常用材料的摩擦系數(shù) 材料名稱 摩 擦 系 數(shù) 靜 摩 擦 動 摩 擦 無潤滑劑 無潤滑劑 有潤滑劑 鋼—鋼 0．15，0.1～0.12 0.15 0.05～0.1 鋼—青銅 0．15，0.1～0.15 0.15 0.1～0.15 鋼—鑄鋼 0.18 0.05～0.15 本設(shè)計中取摩擦系數(shù)。 已知工作臺及工件最大重量為N。 所以 N 由公式（2-4）可得

29、 mm 本設(shè)計選用的絲杠螺母副形式為標準梯形螺紋，螺距mm，中徑mm，絲杠大徑mm，小徑mm；螺母大徑mm，小徑mm。 2.3.3 絲杠的強度計算 絲杠工作時承受軸向壓力（或拉力）和扭矩的作用。絲杠危險截面上既有壓縮（或拉伸）應(yīng)力，又有切應(yīng)力。因此，校核絲杠強度時，應(yīng)根據(jù)第四強度理論求出危險截面的計算應(yīng)力。 其強度條件為： （2-5） 或 式中：——絲杠螺紋段的危險截面面積，單位為mm2，mm2； ——絲杠螺紋段的抗扭截面系數(shù)，單位為mm3， mm3； ——絲杠螺紋小徑，單位為mm； ——絲杠所受的扭矩，單位為N·mm，

30、 N·mm 通?？墒?取，； ——絲杠材料的許用應(yīng)力，單位為MPa，見表2-5。 表2-5 滑動螺旋副材料的許用應(yīng)力 (MPa) 螺旋副材料 許用應(yīng)力 [σ] [σb] [τ] 絲杠 鋼 σs/(3～5) (1.0～1.2) [σ] 0.6[σ] 螺母 青銅 40～60 30～40 鑄鐵 40～55 40 鋼 σs/(3～5) (1.0～1.2) [σ] 0.6[σ] 注：1）σs為屈服強度，σb為彎曲強度，τ為剪切強度； 2）載荷穩(wěn)定時，許用應(yīng)力取大值。 由公式（2-5）得

31、 MPaMPa 通過上面計算可知，本設(shè)計中的絲杠滿足強度要求。 2.3.4 螺母凸緣的強度計算 工作時，在螺母凸緣與工作臺的接觸面上產(chǎn)生擠壓應(yīng)力，凸緣根部受到剪切作用。 設(shè)凸緣部分承受全部軸向力，則螺母凸緣受到的剪切應(yīng)力為： （2-8） 式中：——為螺母材料的許用剪切應(yīng)力，單位為MPa，見表2-5； ——螺母凸緣的寬度，單位為mm，mm； ——螺母的外徑，單位為mm，mm。 由公式（2-8）得 MPa 所以，螺母凸緣滿足強度要求。 2.3.5 絲杠的穩(wěn)定

32、性計算 對于長徑比大的絲杠，當(dāng)軸向壓力大于某一臨界值時，絲杠就會突然發(fā)生側(cè)向彎曲而喪失其穩(wěn)定性。因此，在正常工作情況下，絲杠承受的軸向力必須小于絲杠的許用軸向力。 絲杠的許用軸向力的計算公式為： （2-9） 式中：—絲杠支承系數(shù)，見表2-6； —絲杠的小徑，單位為mm，mm； —絲杠的支承距離，單位為mm，mm。 由公式（2-9）得 N 因為N，所以絲杠滿足穩(wěn)定性要求。 表2-6 絲杠的支承系數(shù) 絲 杠 支?撐?情?況 支 承 系 數(shù) 兩 端 固 定 4.00 一端固定，一端半固定 2.80 一端固定，一端簡

33、支 2.00 兩 端 簡 支 1.00 一端固定，一端自由 0.25 2.4 滾動軸承的選用和計算 2.4.1 滾動軸承類型的選擇 滾動軸承類型多種多樣，選用時可考慮以下幾個方面的因素，根據(jù)具體情況進行選擇。 1.載荷的大小、方向和性質(zhì)：球軸承適于承受輕載荷，滾子軸承適于承受重載荷及沖擊載荷。當(dāng)滾動軸承受純軸向載荷時，一般選用推力軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷時，一般選用深溝球軸承或短圓柱滾子軸承；當(dāng)滾動軸承受純徑向載荷的同時，還有不大的軸向載荷時，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球軸承或調(diào)心滾子軸承。 2.允許轉(zhuǎn)速：因軸承的類型不同有很大的差異。一般情

34、況下，摩擦小、發(fā)熱量少的軸承，適于高轉(zhuǎn)速。設(shè)計時應(yīng)力求滾動軸承在低于其極限轉(zhuǎn)速的條件下工作。 3.剛性：軸承承受負荷時，軸承套圈和滾動體接觸處就會產(chǎn)生彈性變形，變形量與載荷成比例，其比值決定軸承剛性的大小。一般可通過軸承的預(yù)緊來提高軸承的剛性；此外，在軸承支承設(shè)計中，考慮軸承的組合和排列方式也可改善軸承的支承剛度。 4.調(diào)心性能和安裝誤差：軸承裝入工作位置后，往往由于制造誤差造成安裝和定位不良。此時常因軸產(chǎn)生熱膨脹等原因，使軸承承受過大的載荷，引起早期的損壞。自動調(diào)心軸承可自行克服由安裝誤差引起的缺陷。 5.安裝和拆卸：圓錐滾子軸承、滾針軸承等，屬于內(nèi)外圈可分離的軸承（即所謂分離型軸承）

35、，安裝及拆卸方便。 6.市場性：即使是列入產(chǎn)品目錄的軸承，市場上不一定有銷售；反之，未列入產(chǎn)品目錄的軸承有的卻大量生產(chǎn)。因而，應(yīng)清楚使用的軸承是否容易購得。 本設(shè)計選用7004C GB/T292-94 角接觸球軸承，其基本參數(shù)見表2-7： 表2-7 7004C角接觸球軸承的基本參數(shù) d(mm) D(mm) B(mm) Cr(kN) Cor(kN) 極限轉(zhuǎn)速（r/min） 脂潤滑 油潤滑 20 42 12 10.5 6.08 14000 19000 2.4.2 滾動軸承的構(gòu)造及材料選擇 1.滾動軸承構(gòu)造：滾動軸承一般是由內(nèi)圈、外圈、滾

36、動體和保持架組成。內(nèi)圈裝在軸頸上（在推力軸承中稱為軸圈），配合較緊；外圈裝在機座或零件的軸承孔內(nèi)，通常配合較松。內(nèi)外圈上有滾道，當(dāng)內(nèi)外圈相對旋轉(zhuǎn)時，滾動體將沿滾道滾動。滾動體是實現(xiàn)滾動摩擦的滾動元件，除“自轉(zhuǎn)”外，還繞軸線公轉(zhuǎn)，形狀有球形、圓柱形、錐柱形、滾針形、鼓形等。保持架的作用是把滾動體均勻地隔開。 2.常用材料：滾動體與內(nèi)外圈的材料要有高的硬度和接觸疲勞強度、良好的耐磨性和沖擊韌性。一般用含鉻合金鋼制造，常用材料有GCr15、GCr15SiMn、GCr6、GCr9等，經(jīng)熱處理后硬度可達HRC61～65。 本設(shè)計中軸承選用的材料為GCr15。 2.4.3 滾動軸承的校核計算 1.

37、軸承的基本參數(shù)的定義 （1）軸承壽命：軸承中任一元件出現(xiàn)疲勞剝落擴展跡象前運轉(zhuǎn)的總轉(zhuǎn)數(shù)或一定轉(zhuǎn)速下的工作小時數(shù)。 （2）基本額定壽命：一組軸承中10%的軸承發(fā)生點蝕破壞，而90%的軸承不發(fā)生點蝕破壞前的轉(zhuǎn)數(shù)（以106r為單位）或工作小時數(shù)，用符號或表示。 （3）基本額定動載荷：使軸承的基本額定壽命恰好為106r時，軸承所能承受的載荷值，用符號表示。 （4）基本額定靜載荷：使受載最大的滾動體與滾道接觸中心處引起的接觸應(yīng)力達到一定值的載荷，用符號表示。 2.軸承壽命的校核計算 滾動軸承壽命的校核條件為： （2-10） 式中：—軸承應(yīng)具有的基本額定動載

38、荷，單位為N； —軸承所受的載荷，單位為N，經(jīng)折算N； —軸承的轉(zhuǎn)速，單位為r/min，r/min，見3章； —軸承預(yù)期計算壽命，單位為h，h，見表2-8； —壽命指數(shù)，對于球軸承。 由公式（2-10）得 NkN 因為本設(shè)計中選用的軸承的基本額定動載荷為10.5kN，所以滿足使用要求。 表2-8 推薦的軸承預(yù)期計算壽命 （h） 機 器 類 型 預(yù)期計算壽命 不經(jīng)常使用的儀器或設(shè)備，如閘門開閉裝置 300～3000 間斷使用，中斷使用不致引起嚴重后果，如手動機械 3000～8000 間斷使用的機械，

39、中斷后果嚴重，如車間吊車 8000～12000 每日8h工作的機械（利用率不高），如一般齒輪傳動 12000～20000 每日8h工作的機械（利用率較高），如金屬切削機床 20000～30000 2.5 聯(lián)軸器的選用和計算 2.5.1 聯(lián)軸器的類型 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器、撓性聯(lián)軸器、安全聯(lián)軸器、起動安全聯(lián)軸器等。 撓性聯(lián)軸器又可分為無彈性元件的撓性聯(lián)軸器、非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器、金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器等。 2.5.2 聯(lián)軸器的選擇原則 （1）轉(zhuǎn)矩T：T比較穩(wěn)定時，選用剛性聯(lián)軸器、無彈性元件或有金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器；T有較大沖擊振動時，選用有彈性元件的撓性聯(lián)軸

40、器。 （2）轉(zhuǎn)速n：n變化不大時，選用非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器。 （3）對中性：對中性好時選剛性聯(lián)軸器，需補償時選用撓性聯(lián)軸器。 （4）裝拆：考慮裝拆方便，選用可直接徑向移動的聯(lián)軸器。 （5）環(huán)境：若在高溫下工作，不可選用非金屬元件的聯(lián)軸器。 （6）成本：同等條件下，盡量選擇價格低，維護簡單的聯(lián)軸器。 2.5.3 聯(lián)軸器的選取計算 本設(shè)計選用變徑聯(lián)軸套，材料為45鋼，該聯(lián)軸器特別適用于低速、輕載、小尺寸軸的連接。 1.聯(lián)軸器最大許用轉(zhuǎn)矩的計算 此聯(lián)軸器的最大許用轉(zhuǎn)矩，按鍵的許用轉(zhuǎn)矩計算，其計算公式為： （2-11） 式中：—鍵與輪轂鍵

41、槽的接觸高度，單位為mm，，為鍵的 高度； —鍵的工作長度，單位為mm，對于圓頭平鍵，平頭平鍵，為鍵的公稱長度，為鍵的寬度； —軸的直徑，單位為mm； —鍵材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，MPa。 由公式（2-11）得 N·m 因此，該聯(lián)軸器的最大許用轉(zhuǎn)矩為N·m。 2.聯(lián)軸器的校核計算 由于機器起動時和運轉(zhuǎn)中可能出現(xiàn)過載現(xiàn)象，所以為安全起見，應(yīng)當(dāng)用軸上的最大轉(zhuǎn)矩來計算聯(lián)軸器應(yīng)具有的公稱轉(zhuǎn)矩，其計算公式為： （2-12） 式中：—聯(lián)軸器應(yīng)具有的公稱轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； —軸傳遞的最大轉(zhuǎn)矩，單位為N

42、·m，N·m； —工作情況系數(shù)，，見表2-9。 表2-9 工作情況系數(shù)K 工 作 情 況 K 連續(xù)轉(zhuǎn)動的機床，如車床、銑床等 1.25～1.5 往復(fù)運動的機床，如刨床、插床等 1.5～2.5 離心泵、葉片泵、螺旋輸送器 1.5～2.0 活塞泵 20～30 注：鋼性聯(lián)軸器取較大值，撓性聯(lián)軸器取較小值 由公式（2-12）得 N·m 因為，所以該聯(lián)軸器滿足使用要求。 2.6 螺紋聯(lián)接的選用計算 2.6.1 螺紋聯(lián)接 1.螺紋聯(lián)接的主要類型 螺紋緊固件聯(lián)接主要有四種基本類型：螺栓、螺釘、雙頭螺柱和緊定螺釘。 2.螺紋的失效形式 螺紋聯(lián)接由于它們

43、所受的載荷性質(zhì)不同，所以它們的失效形式也有很大不同。 受靜載荷螺栓的失效多為螺紋部分的塑性變形或螺栓被拉斷；受變載荷螺栓的失效多為螺栓的疲勞斷裂；對于受橫向載荷的鉸制孔用螺栓聯(lián)接，其失效形式主要為螺栓桿剪斷，或栓桿被聯(lián)接件孔接觸表面擠壓破壞；如果螺紋精度低或聯(lián)接時經(jīng)常裝拆，很可能發(fā)生滑扣現(xiàn)象。 2.6.2 螺紋聯(lián)接的強度計算 螺栓聯(lián)接分松螺栓聯(lián)接和緊螺栓聯(lián)接兩種形式。松螺栓聯(lián)接裝配時螺母不需要擰緊，即在承受工作載荷之前，螺栓不受力；緊螺栓聯(lián)接裝配時螺母需擰緊。它們按不同的計算公式計算。 1.松螺栓聯(lián)接的強度計算 螺栓危險截面的拉伸強度條件為： 或

44、 式中：—工作拉力，單位為N； —螺栓危險截面的直徑，單位為mm； —螺栓材料的許用拉應(yīng)力，單位為MPa， 本設(shè)計MPa。 2.緊螺栓的聯(lián)接強度計算 （1）僅承受預(yù)緊力的螺栓聯(lián)接 螺栓危險截面的拉伸強度條件為： 式中：—螺栓所受的預(yù)緊力，單位為N；其余符號意義同前。 （2）承受預(yù)緊力和工作拉力的緊螺栓聯(lián)接 螺栓危險截面的拉伸強度條件為： （2-13） 或 式中：—螺栓的總拉力，單位為N；，為殘余預(yù)緊力，對于有密封性要求的聯(lián)接，；對于一般聯(lián)接，工

45、作載荷穩(wěn)定時，；工作載荷不穩(wěn)定時，；對于地腳螺栓聯(lián)接，。為工作拉力，其余符號意義同前。 （3）承受工作剪力的緊螺栓聯(lián)接 螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為： 螺栓桿的剪切強度條件為： 式中：—螺栓所受的工作剪力，單位為N； —螺栓剪力面的直徑，單位為mm； —螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，單位為mm； —螺栓或孔壁材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa； —螺栓材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa。 由于本設(shè)計中的各螺紋聯(lián)接處的受力均不大，現(xiàn)僅對受力較大幾處螺紋聯(lián)接進行強度校核。 (Ⅰ)絲杠端部軸承端蓋上的螺栓的強度校核 由公式（2-13）得 MPaMPa

46、 所以，該螺栓滿足強度要求。 (Ⅱ)蓋板上螺栓的強度校核 估算環(huán)形架的質(zhì)量： kg 則環(huán)形架和電機的總重為： N 由于加在螺栓上的力還有聯(lián)軸器等零件的重力，此處取N。 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強度要求。 (Ⅲ)固定電機的螺釘?shù)膹姸刃：? 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強度要求。 (Ⅳ)聯(lián)接絲杠螺母的螺栓的強度校核 由公式（2-13）得 MPaMPa 所以，該螺栓滿足強度要求。 2.7 鍵的選用 2.7.1 鍵聯(lián)接的分類 鍵聯(lián)接的主要類型有：平鍵聯(lián)接、半圓鍵聯(lián)接、楔鍵聯(lián)接和切向鍵聯(lián)接。 平鍵聯(lián)接

47、具有結(jié)構(gòu)簡單、裝拆方便、對中性較好等優(yōu)點，得到了廣泛的應(yīng)用。這種鍵聯(lián)接不能承受軸向力，因而對軸上的零件不能起到軸向固定的作用。 根據(jù)用途的不同，平鍵分為普通平鍵、薄型平鍵、導(dǎo)向平鍵和滑鍵四種。其中普通平鍵和薄型平鍵用于靜聯(lián)接，導(dǎo)向平鍵和滑鍵用于動聯(lián)接。普通平鍵按構(gòu)造分，有圓頭、平頭和單圓頭三種。 半圓鍵聯(lián)接的優(yōu)點是工藝性較好，裝配方便，尤其適用于錐形軸端與輪轂的聯(lián)接。缺點是軸上鍵槽較深，對軸的強度削弱較大，故一般只用于輕載靜聯(lián)接中。 楔鍵聯(lián)接可以承受單向的軸向載荷，對輪轂起到單向的軸向固定作用，在傳遞有沖擊和振動的較大轉(zhuǎn)矩時，仍能保證聯(lián)接的可靠性。缺點是鍵楔緊后，軸和輪轂的配合產(chǎn)生偏心和

48、偏斜。因此主要用于轂類零件的定心精度要求不高和低轉(zhuǎn)速的場合。 切向鍵聯(lián)接用一個切向鍵時，只能傳遞單向轉(zhuǎn)矩，當(dāng)要傳遞雙向轉(zhuǎn)矩時，必須用兩個切向鍵，兩者間的夾角為120°～130°。由于切向鍵的鍵槽對軸的削弱較大，因此常用于直徑大于100mm的軸上。 本設(shè)計中的鍵全部選用圓頭普通平鍵。 2.7.2 鍵聯(lián)接的強度計算 平鍵聯(lián)接的強度計算條件為： （2-14） 式中：—傳遞的轉(zhuǎn)矩，單位為N·m； —鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，單位為mm，，為鍵的高度； —鍵的工作長度，單位為mm，對于圓頭平鍵，平頭平鍵，為鍵的公稱長度，為鍵的寬度；

49、 —軸的直徑，單位為mm； —鍵材料的許用擠壓應(yīng)力，單位為MPa，MPa。 本設(shè)計中在主動軸上用到的三個鍵受力最大，而它們所傳遞的轉(zhuǎn)矩相等，因此只對最小的那個鍵進行強度計算即可。 由公式（2-14）得 MPaMPa 所以，本設(shè)計中的鍵滿足強度要求。 2.8 銷的選用 2.8.1 銷的分類 銷有多種類型，如圓柱銷、圓錐銷、槽銷、銷軸和開口銷等，這些銷均已標準化。 圓柱銷靠過盈配合固定在銷孔中，經(jīng)多次裝拆會降低其定位精度和可靠性。圓錐銷具有1：50的錐度，在受橫向力時可以自鎖，它裝拆方便，定位精度高，可多次裝拆而不影響定位精度。槽銷能承受振動和變載荷，安裝槽銷的孔不需要鉸

50、制，加工方便，可以多次裝拆。銷軸用于兩零件的鉸接處，構(gòu)成鉸鏈聯(lián)接。銷軸通常用開口銷鎖定，工作可靠，可多次裝拆。 開口銷裝配時，將尾部分開，以防脫出，常與銷軸配合使用。 本設(shè)計中選用的銷均為圓錐銷。 2.8.2 銷的強度計算 銷的剪切強度條件為： （2-15） 式中：—銷受到的剪切力，單位為N，經(jīng)估算N； —銷的危險截面的直徑，單位為mm； —銷材料的許用切應(yīng)力，單位為MPa，此處MPa。 由公式（2-15）得 MPaMPa 所以，本設(shè)計中的銷滿足強度要求。 2.9 導(dǎo)軌的設(shè)計 2.9.1 導(dǎo)軌的作用和設(shè)計要求 當(dāng)運動件沿著

51、承導(dǎo)件作直線運動時，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，對導(dǎo)軌的要求如下： （1）一定的導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度是指運動件沿導(dǎo)軌移動的直線性，以及它與有關(guān)基面間的相互位置的準確性。 （2）運動輕便平穩(wěn)。工作時，應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速時應(yīng)無爬行現(xiàn)象。 （3）良好的耐磨性。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)軌長期使用后，能保持一定的使用精度。導(dǎo)軌在使用過程中要磨損，但應(yīng)使磨損量小，且磨損后能自動補償或便于調(diào)整。 （4）足夠的剛度。運動件所受的外力，是由導(dǎo)軌面承受的，故導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的接觸剛度。為此，常用加大導(dǎo)軌面寬度，以降低導(dǎo)軌面比壓，或者設(shè)置輔助導(dǎo)軌，以承受外載。 （5）結(jié)構(gòu)工藝性好。在保證導(dǎo)軌其它要求的前

52、提下，應(yīng)使導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)簡單，便于加工、測量、裝配和調(diào)整，以降低成本。 2.9.2 本設(shè)計導(dǎo)軌的主要結(jié)構(gòu) 本設(shè)計導(dǎo)軌的形狀及基本尺寸如圖2-5所示： 圖2-5 導(dǎo)軌的形狀及基本尺寸 采用燕型導(dǎo)軌，當(dāng)運動件沿著承導(dǎo)件作直線運動時，承導(dǎo)件上的導(dǎo)軌起支承和導(dǎo)向的作用，通過絲杠的螺旋傳動，帶動導(dǎo)軌做直線運動進而實現(xiàn)導(dǎo)軌的進給和退回運動。 2.10 本章小結(jié) 傳統(tǒng)的齒輪雙面嚙合檢測儀測量效率低，而且測量精度不高，在傳統(tǒng)測量儀器的基礎(chǔ)上，本章對其機械結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計改進，并對機械部分的各個組成部分進行了詳細的介紹和設(shè)計計算。 第3章 動力驅(qū)動部分的設(shè)計 3.1

53、 步進電機的定義 步進電機是根據(jù)組合電磁鐵的理論設(shè)計的，是一種把電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的角位移或線位移，并用電脈沖信號進行控制的特殊運行方式的同步電動機。它與一般的電動機不同，只接電源時不能轉(zhuǎn)動，每加一次脈沖信號后僅轉(zhuǎn)動一定的角度。在非超載的情況下，電機的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負載變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉(zhuǎn)過一個步距角。這一線性關(guān)系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點，使得在速度、位置等控制領(lǐng)域用步進電機來控制變的非常的簡單。通俗一點講：當(dāng)步進驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（步距角）。

54、可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時還可以通過控制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度，從而達到調(diào)速的目的。 3.2 步進電機的分類 步進電機種類繁多，按其運動方式分為旋轉(zhuǎn)型和直線型。通常使用的旋轉(zhuǎn)型步進電機按其電磁轉(zhuǎn)矩的產(chǎn)生原理，又分為三大類： （1）反應(yīng)式（又稱磁阻式）步進電機； （2）永磁式步進電機； （3）混合式（又稱永磁感應(yīng)子式）步進電機。 步進電機的勵磁繞組可以制成各種相數(shù)，最常見的有單相、三相、四相、五相等幾種。反應(yīng)式步進電機一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出；永磁式步進電機一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較?。换旌鲜讲竭M電機則混合了反應(yīng)式和永磁式電機的特點。

55、 3.3 步進電機的工作原理 反應(yīng)式步進電機是我國目前應(yīng)用最廣泛的一種步進電機，它具有調(diào)速范圍廣，動態(tài)性能好，能快速起動、制動和反轉(zhuǎn)等特點，且結(jié)構(gòu)比較簡單，因此本設(shè)計選用反應(yīng)式步進電機。下面介紹一下三相反應(yīng)式步進電機的工作原理。 1.結(jié)構(gòu)： ????電機轉(zhuǎn)子均勻分布著很多小齒，定子齒有三個勵磁繞阻，其幾何軸線依次分別與轉(zhuǎn)子齒軸線錯開。0、1/3 、2/3 ,（相鄰兩轉(zhuǎn)子齒軸線間的距離為齒距，以表示），即A與齒1相對齊，B與齒2向右錯開1/3 ，C與齒3向右錯開2/3 ，A'與齒5相對齊（A'就是A，齒5就是齒1）。定轉(zhuǎn)子的展開圖如圖3-1所示： 圖3-1 定轉(zhuǎn)子的展開圖 2

56、.旋轉(zhuǎn)： 如A相通電，B、C相不通電時，由于磁場作用，齒1與A對齊，（轉(zhuǎn)子不受任何力以下均同）。 如B相通電，A、C相不通電時，齒2應(yīng)與B對齊，此時轉(zhuǎn)子向右移過1/3 ，此時齒3與C偏移為1/3 ，齒4與A偏移（-1/3 ）=2/3 。 如C相通電，A、B相不通電，齒3應(yīng)與C對齊，此時轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 ，此時齒4與A偏移為1/3 對齊。 如A相通電，B、C相不通電，齒4與A對齊，轉(zhuǎn)子又向右移過1/3 。 這樣經(jīng)過A、B、C、A分別通電狀態(tài)，齒4（即齒1前一齒）移到A相，電機轉(zhuǎn)子向右轉(zhuǎn)過一個齒距，如果不斷地按A，B，C，A……通電，電機就每步（每脈沖）1/3 ,向右旋轉(zhuǎn)。如按A，C

57、，B，A……通電，電機就反轉(zhuǎn)。 ????由此可見：電機的位置和速度與導(dǎo)電次數(shù)（脈沖數(shù)）和頻率成一一對應(yīng)關(guān)系。而方向由導(dǎo)電順序決定。 3.力矩： 電機一旦通電，在定轉(zhuǎn)子間將產(chǎn)生磁場（磁通量），當(dāng)轉(zhuǎn)子與定子錯開一定角度將產(chǎn)生力，與成正比 。磁通量，為磁密，為導(dǎo)磁面積。與成正比，為鐵芯的有效長度，為轉(zhuǎn)子直徑，，為勵磁繞阻安匝數(shù)（電流乘匝數(shù)），為磁阻。力矩=力·半徑，力矩與電機有效體積·安匝數(shù)·磁密成正比（只考慮線性狀態(tài)），因此，電機有效體積越勵磁安匝數(shù)越大，定轉(zhuǎn)子間氣隙越小，電機力矩越大，反之亦然。 3.4 步進電機的性能指標 3.4.1 步進電機的靜態(tài)性能指標 1.相數(shù)：產(chǎn)生不同對N

58、、S磁場的激磁線圈對數(shù)，常用m表示。 2.拍數(shù)：完成一個磁場周期性變化所需脈沖數(shù)或?qū)щ姞顟B(tài)，用n表示，或指電機轉(zhuǎn)過一個齒距角所需脈沖數(shù)，以四相電機為例，四相四拍運行方式，即AB-BC-CD-DA-AB，四相八拍運行方式，即 A-AB-B-BC-C-CD-D-DA-A。 3.步距角：對應(yīng)一個脈沖信號，電機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)過的角位移，用θ表示。θ=360度/（轉(zhuǎn)子齒數(shù)J·運行拍數(shù)），以常規(guī)二、四相，轉(zhuǎn)子齒為50齒電機為例。四拍運行時步距角為θ=360度/（50*4）=1.8度（俗稱整步），八拍運行時步距角為θ=360度/（50*8）=0.9度（俗稱半步）。 4.定位轉(zhuǎn)矩：電機在不通電狀態(tài)下，電機轉(zhuǎn)子自

59、身的鎖定力矩（由磁場齒形的諧波以及機械誤差造成的）。 5.靜轉(zhuǎn)矩：電機在額定靜態(tài)電作用下，電機不作旋轉(zhuǎn)運動時，電機轉(zhuǎn)軸的鎖定力矩。此力矩是衡量電機體積（幾何尺寸）的標準，與驅(qū)動電壓及驅(qū)動電源等無關(guān)。 3.4.2 步進電機的動態(tài)性能指標 1.步距角精度：步進電機每轉(zhuǎn)過一個步距角的實際值與理論值的誤差。用百分比表示：誤差/步距角·100%。不同運行拍數(shù)其值不同，四拍運行時應(yīng)在5%之內(nèi)，八拍運行時應(yīng)在15%以內(nèi)。 2.失步：電機運轉(zhuǎn)時運轉(zhuǎn)的步數(shù)，不等于理論上的步數(shù)，稱之為失步。 3.失調(diào)角：轉(zhuǎn)子齒軸線偏移定子齒軸線的角度，電機運轉(zhuǎn)必存在失調(diào)角，由失調(diào)角產(chǎn)生的誤差，采用細分驅(qū)動是不能解決的。

60、 4.最大空載起動頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，在不加負載的情況下，能夠直接起動的最大頻率。 5. 最大空載運行頻率：電機在某種驅(qū)動形式、電壓及額定電流下，電機不 帶負載的最高轉(zhuǎn)速頻率。 6.運行矩頻特性：電機在某種測試條件下測得運行中輸出力矩與頻率關(guān)系的曲線稱為運行矩頻特性，這是電機諸多動態(tài)曲線中最重要的，也是電機選擇的根本依據(jù)。電機一旦選定，電機的靜力矩確定，而動態(tài)力矩卻不然，電機的動態(tài)力矩取決于電機運行時的平均電流（而非靜態(tài)電流），平均電流越大，電機輸出力矩越大，即電機的頻率特性越硬，如圖3-2所示。 其中，曲線3電流最大、或電壓最高；曲線1電流最小、或電壓最低；

61、曲線與負載的交點為負載的最大速度點。 圖3-2 步進電機的運行矩頻特性曲線 7.電機的共振點：步進電機均有固定的共振區(qū)域，電機驅(qū)動電壓越高，電機電流越大，負載越輕，電機體積越小，則共振區(qū)向上偏移，反之亦然。為使電機輸出轉(zhuǎn)矩大，不失步和整個系統(tǒng)的噪音降低，一般工作點均應(yīng)偏移共振區(qū)較多。 ? 8.電機正反轉(zhuǎn)控制：當(dāng)電機繞組通電時序為AB-BC-CA時為正轉(zhuǎn)；通電時序為CA-BC-AB時為反轉(zhuǎn)。 3.4 步進電機的選擇 3.4.1 種類的選擇 1）反應(yīng)式步進電機的特點：步距角小，啟動和運行頻率高，在一相繞組長期通電狀態(tài)下，具有自鎖能力，消耗功率較大，應(yīng)用比較廣泛。例如閥門控制

62、、數(shù)控機床及其他數(shù)控裝置。 2）永磁式步進電機的特點：功率比較小，在斷電的情況下，有定位轉(zhuǎn)矩，步距角大，起動和運行頻率較低。 3）混合式步進電機的特點：有較小的步距角（可做成與反應(yīng)式步進電機一樣小的步距角），起動和運行頻率較高，消耗功率較小，有定位轉(zhuǎn)矩，它具有反應(yīng)式和永磁式兩種步進電機的特點。但是，因是混合式結(jié)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，制造成本高。 本設(shè)計選用反應(yīng)式步進電機。 3.4.2 型號的選擇 步進電機有步距角、靜轉(zhuǎn)矩及電流三大要素組成。一旦三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 1.步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率換算到步進電機軸上，每個當(dāng)量

63、電機應(yīng)走多少角度，電機的步距角應(yīng)等于或小于此角度。已知被測齒輪的最多齒數(shù)是400，每個齒采樣10個點，標準齒輪的齒數(shù)為40，則經(jīng)換算電機的步距角應(yīng)不大于0.9°。 2.靜力矩的選擇 步進電機的靜力矩的選擇依據(jù)是電機工作的負載，而負載可分為慣性負載和摩擦負載兩種。一般情況下，靜力矩應(yīng)為摩擦負載的2-3倍為好，一旦選定，電機的機座及長度便能確定下來。由于本設(shè)計電機驅(qū)動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪轉(zhuǎn)動所需力矩很小，由經(jīng)驗估算其大小約為1.5N·m。 3.電流的選擇 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩頻特性曲線圖判斷電機的電流。 本設(shè)計選用110BF004反應(yīng)式步進電機，其參

64、數(shù)見表3-1。 表3-1 110BF004步進電機的基本參數(shù) 相數(shù) 步距角（°） 電壓（V） 相電流（A） 靜轉(zhuǎn)矩 （N·m） 起動頻率（步/S） 外形尺寸（mm） 重 量 外徑 長度 軸徑 3 0.75 30 4 4.9 500 110 110 11 5.5 3.5 本章小結(jié) 本章介紹了步進電機的定義和分類，列舉了步進電機的一些基本性能參數(shù)，對步進電機的選擇作了詳細說明，并為本設(shè)計的儀器選定了步進電機的型號。 第4章 傳感測試及控制電路部分設(shè)計 4.1 電渦流傳感器的基本原理 電渦流傳感器

65、是一種性能優(yōu)越的非接觸測量傳感器，這種傳感器適用于對機械的振動、位移、轉(zhuǎn)速等運行狀態(tài)的直接在線監(jiān)測。它的體積小、結(jié)構(gòu)緊湊堅固、耐腐蝕、耐濕熱，因而廣泛應(yīng)用于電力、石化、機械等行業(yè)。 電渦流傳感器由平面線圈和金屬片組成，它是基于電磁感應(yīng)原理而制成的。由電磁場理論可知，在受到交變電磁場作用的任何導(dǎo)體中，都會產(chǎn)生電渦流。成塊的金屬置于變化的磁場中，或者在固定磁場中運動時，金屬導(dǎo)體內(nèi)就要產(chǎn)生感應(yīng)電流，這種電流的流線在金屬內(nèi)是閉合的，所以稱為渦流。電渦流傳感器的原理如圖4-1所示。 H1 H2 I1 I2 U1 R2 L1 L2 I1 I2 U1 R1 M 渦流傳感器與被

66、測金屬的等效電路 等效 金屬片 圖4-1 電渦流傳感器的原理圖 把線圈與被測導(dǎo)體等效為相互耦合的兩個線圈，設(shè)R1為線圈的電阻；L1為線圈電感；R2為短路環(huán)的電阻；L2為短路環(huán)電感；M為線圈與短路環(huán)間的互感，M隨他們之間距離X的減小而增大；U1為勵磁電壓。 由等效電路可寫出兩個電壓平衡方程式： 解上面的聯(lián)立方程可得到，從而求出受金屬影響后空心線圈的等效阻抗為： 從上式可看出線圈阻抗的實數(shù)部分即有效電阻隨M的增加而增加；虛部部分即等效電感隨M的增加而減少，這樣使線圈阻抗發(fā)生了變化。 當(dāng)線圈中通以高頻率的交變電流后，與其平行的金屬片上感應(yīng)產(chǎn)生電渦流，電渦流的大小影響線圈的阻抗Z，而渦流的大小與金屬片的電阻率、導(dǎo)磁率、厚度、溫度以及與線圈的距離X都有關(guān)。當(dāng)平面線圈、被測體（金屬片）、激勵源已確定，并保持環(huán)境溫度不變，阻抗Z只與距離X有關(guān)，將阻抗變化通過“渦流變