機電一體化習(xí)題及全解

1、例21試設(shè)計一數(shù)控銑床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知均勻工作載荷Fm3800N，絲杠工作長度l1.2m，均勻轉(zhuǎn)速nm=l00r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax10000rmin，使用壽命Lh=15000h左右，絲杠資料為CrWMn鋼，滾道硬度為5862HRC，傳動精度要求0.03mm。解：（1）求計算載荷FC查表2-4決定選D級精度絲杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0FCKFKHKAFm38001.21.01.04560N（2）計算額定動載荷CaFC3nmLn456031001500020422N1.671041.67104（3）初選絲杠FC1-5006-3Ca

2、=21379NFC1-5008-2.5Ca=22556NFC1-4005-5Ca=21183N考慮各種要素采納FC1-5006-3，由表2-9得D0=50mm,P=6mm,d0=3.969mm,1/10,R=(0.520.58)de=0.707(R-0.5d)=0.056mm,0=0.523.969=2.067mm(取0.52),0d1=D0+2e-2R=45.98mm。3）其他滾珠絲杠副還受004Dn值的限制，以往要求Dn710mmr/minD0n=50100mmr/min=5103mmr/min7104mmr/min所以該絲杠副工作穩(wěn)固。（5）剛度校驗PFP2TL0EA2GJC此中截面積A

3、1d121(45.98103)21.66103m244極慣性矩JCd14(45.98103)44.39107m43232轉(zhuǎn)矩TFmD0tan()38000.050tan(211840)3.8Nm22取最不利的狀況PFP2T61033800(6103)23.8L02061091.66103283.31094.39107EA2GJC6.79108m0.068mLL01.20.06813.6m11L6103240m20mP2所以該絲杠剛度滿足要求。1）效率校驗2/10tantan(211)0.9494%tan()tan(211840)要求在90%95%之間。所以該絲杠效率滿足要求。經(jīng)驗證FC1-50

4、06-3型絲杠可滿足要求。習(xí)題2-7試設(shè)計某數(shù)控機床工作臺進給用滾珠絲杠副。已知均勻工作載荷Fm=4000N，絲杠工作長度l=2m，均勻轉(zhuǎn)速=120r/min，每天開機6小時，每年300個工作日，要求工作8年以上，絲杠資料為CrWMn鋼，滾道硬度為5862HRC，絲杠傳動精度為0.04mm.解法一：設(shè)滾珠絲杠副采納采納一端固定一端游動方式，（1）求計算載荷FC查表2-4決定選D級精度絲杠，查表2-6、2-7、2-8，取KF=1.2，KH=1.0，KA=1.0FCKFKHKAFm40001.21.01.04800N（2）計算額定動載荷CaFC3nmLn480031201440022534.6N1

5、.671041.67104（3）初選絲杠FC1-5008-2.5Ca=22556NFC1-6308-3Ca=29715N考慮各種要素采納FC1-6308-3，由表2-9得D0=63mm,P=8mm,d0=4.763mm,=219,R=(0.520.58)d0=2.477mm(取0.52),e=0.707(R-0.5d0)=0.0675mm,d1=D0+2e-2R=58.18mm，校驗穩(wěn)固性校驗?因為一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn)，所以在設(shè)計時應(yīng)驗算其安全系數(shù)S，其值應(yīng)大于絲杠副傳動結(jié)構(gòu)同意安全系數(shù)S(見表210)。臨界載荷Fcr(N)計算：Fcr2EIa2(l)d140.05818

6、4107m4Ia645.62464查表210，=2/3，fc=3.937,，s：2.53.3。3.1422061095.6241075Fcr(22)26.43210N3Fcr6.432105161SS4000Fm絲杠是安全的，不會失穩(wěn)。高速長絲杠工作時可能發(fā)生共振，所以要求最高轉(zhuǎn)速小于臨界轉(zhuǎn)速此題未已知最高轉(zhuǎn)速，所以需計算出臨界轉(zhuǎn)速以決定運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速3/10ncr99103.92720.05818(25001r/min2)23所以運轉(zhuǎn)的最高轉(zhuǎn)速應(yīng)低于5000r/min.?04mmr/minDn47678.5N，可滿足要求。例3-2：在一個8031應(yīng)用系統(tǒng)中，要求經(jīng)過一片8155擴展4位LED

7、顯示器和4位BCD碼撥盤。（1）畫出接口電路。（2）說明當(dāng)千位LED顯示器和BCD碼撥盤數(shù)字為“2”時8155的PA、PB、PC口的信息，并指明哪個是輸出口，哪個是輸進口；3）說明8155的哪個口完成字型控制，哪個口完成字位控制。解：接口電路可以采納如以以下圖設(shè)計。PA7PA0=agDP=11011010，PB3PB0=1000，PC3PC0=0010PA、PB為輸出口，PC為輸進口PA口完成字型控制，PB口完成字位控制。習(xí)題3-13在一機電一體化產(chǎn)品中，8031經(jīng)過P1口擴展了一個44鍵盤，畫出接口邏輯電路。解：接口邏輯電路如以以下圖。6/10習(xí)題314在一機電一體化產(chǎn)品中，采納8031做控

8、制微機，要求經(jīng)過其串行口擴展74LSl64，控制6位LED顯示器，試畫出接口邏輯。解：接口邏輯電路如以以下圖。5習(xí)題316在一機電一體化產(chǎn)品中，采納差動變壓器進行位移丈量，對應(yīng)010mm量程，傳感器輸出為05V。要求丈量精度為0.1mm，采樣頻率為100次s，試進行AD接口設(shè)計。解：習(xí)題分析，對應(yīng)010mm量程，要求丈量精度為0.1mm，則選擇的AD變換器的變換精度即變換偏差應(yīng)小于1%（0.1/10=0.01=1%）；采樣頻率為100次s，則要求AD變換器的變換速度大于100次s。所以應(yīng)該選擇ADC0809。則接口電路如以以下圖。習(xí)題5-16某開環(huán)控制的數(shù)控車床縱向進給傳動鏈如以以下圖。已知工

9、作臺質(zhì)量為80kg，工作時在垂直方向和縱向走刀方向所受的最大切削力分別為FZ=1520N和FX=760N，快速空載啟動的時間常數(shù)為25ms，導(dǎo)軌摩擦系數(shù)為0.15；轉(zhuǎn)動絲杠導(dǎo)程p=6mm，直徑d=32mm，總長度L=1400mm；步進電機步距角=0.75o，最大靜轉(zhuǎn)矩為10Nm，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量Jm=1.810-3kgm2。要求系統(tǒng)脈沖當(dāng)量為0.01mm，工作臺最大快進速度為2m/min，定位精度0.015mm。試對該伺服進給系統(tǒng)進行慣量般配驗算和負(fù)載能力校驗。解：減速器傳動比計算mp0.756i1.25步進電動機360p3600.017/10轉(zhuǎn)動慣量計算采納一級傳動，齒輪齒數(shù)分別為：Z1=20,

10、，Z2=25，模數(shù)m=2mm，齒寬b=20mm4334JZ1d1b7.810(22010）0.023.92105kgm232324334d2b7.810(225100.02JZ2）9.57105kgm23232絲杠轉(zhuǎn)動慣量為d4l7.8103(321034JS）1.41.123kg2323210m步進電機軸上總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為JdJZ112(JZ2JS)(P)2mi2i3.921051(9.571051.12103)(0.006)2801.25221.258.6104kgm2慣量般配驗算：Jd8.61040.480.25,1Jm1.8103慣量般配符合要求JJmJd1.81038.61042.6

11、6103kgm2轉(zhuǎn)矩計算，負(fù)載能力校驗TJJ2iVmax2.6610321.252Jt0.0063010360P3.86NmPFPmg0.0068000.150.11NmT2i20.82i1.25PF0(12)T002iFWmax此中F038/10FWmax1.15FX0.15(FZmg)1.157600.15(1520809.8)1222NT00.0061222(10.92)0.074Nm20.81.253TWP0.00612221.16NmFWmax20.81.252i空載啟動時電動機軸上的總負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：TqTJTT03.860.110.0744.04Nm最大外載荷下工作時，電動機軸上的總

12、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為：T1TwTT01.160.110.0741.34Nm設(shè)電動機為五相步進電機，取系數(shù)為0.809TS1Tq5.0Nm0.809TS2T11.344.472.68Nm0.30.50.30.5因為TS=10Nm，明顯TSmaxTS1,TS2所以步進電動機可以不失步正常啟動。系統(tǒng)剛度計算：兩端軸向支撐時，KLd2E(11)4lLl當(dāng)lL時，KLmind2E3.140.03222061096.48108N/m2L1.02當(dāng)l0.38m時，KLmaxd2E(11.021)6.94108N/m40.380.38預(yù)緊時，1111K0min4KBKN4KLmin411081109411083.110

13、91.50.956.48K0min3.225108N/m9/101111K0max4KBKN4KLmax411081109411083.081091.50.956.94K0max3.247108N/m絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度KTd4G3.140.032483.31098.41103Nm/rad32L321.02固有頻率計算絲杠質(zhì)量ms1d2Ls13.14003221.47.81038.78kg44絲杠-工作臺縱振系統(tǒng)最低固有頻率為：ncK0min3.2251081972rad/s300rad/s1ms1m808.7833折算到絲杠軸上系統(tǒng)的總當(dāng)量轉(zhuǎn)動慣量為：JsdJi22.661031.2524.16103kgm2系統(tǒng)最低扭轉(zhuǎn)固有頻率為：ntKTmin8.411031.42103rad/s300rad/sJsd4