XY平板绘图仪机械结构研究设计.docVIP

XY平板绘图仪机械结构设计 说 明 书 学院：高职学院 班级：机电 113 班 姓名：陈位 学号：1111****** 指导老师： 目 录 目 录 中文摘要 一、课程设计的目的 二、设计任务 三、总体方案的确定 四、机械传动部件的设计与选型 1．滚珠丝杆副的选型与计算 2．电机的选型与计算 3、轴承的选择与验算 4．联轴器的选用 5．滚动直线导轨选择，计算和验算 6．密封和润滑 七、个人总结 八、参考文献 中文摘要 模块化的小幅面平板式单坐标画笔驱动系统，通常由导轨座、移动滑块、工作平台、滚珠丝杠副，以及伺服电动机等部件组成。其外观形式如图1-1所示。其中，伺服电动机作为执行元件用来驱动滚珠丝杠，滚珠丝杠的螺母带动滑块和工作平台在导轨上运动，完成工作台在X方向的直线移动，调动画笔的高度从而实现直线的生成。导轨副、滚珠丝杠螺母副和伺服电动机等均已标准化，由专门厂家生产，设计时只需根据工作载荷选取即可。控制系统根据需要，可以选用标准的工业控制计算机，也可以设计专门的微机控制系统。 图1—1 一、课程设计的目的 1） 学习机电一体化系统总体设计方案拟定、分析与比较的方法。 2） 通过对机械系统的设计掌握几种典型传动元件与导向元件的工作原理、设计计算方法与选用原则。齿轮同步带减速装置、蜗杆副、滚珠丝杠螺母副、直线滚动导轨副等。 3） 通过对进给伺服系统的设计，掌握常用伺服电动机的工作原理、计算选择方法与控制驱动方式，学会选用典型的位移速度传感器；如交流、步进伺服进给系统，增量式旋转编码器，直线光栅等。 4） 通过对控制系统的设计，掌握一些典型硬件电路的设计方法和控制软件的设计思路；如控制系统选用原则、CPU选择、存储器扩展、I/O接口扩展、A/D与D/A配置、键盘与显示电路设计等，以及控制系统的管理软件、伺服电机的控制软件等。 5） 培养学生独立分析问题和解决问题的能力，学习并初步树立“系统设计”的思路。 6） 锻炼提高学生应用手册和标准、查阅文献资料以及撰写科技论文的能力。 二、设计任务 题目：小幅面平板式绘图仪画笔驱动系统的设计 主要参数如下： 工作台面尺寸为600mm×600mm，可绘图范围210mm×297mm（A4图纸）。 X、Y方向的定位精度均为±0.2mm。 加工材料为碳素钢或有色金属。 机架用 板金 / 铸铝 / 注塑件 外壳采用注塑件 传动系统采用：同步齿形带 / 钢丝 / 其他 X、Y电机采用步进电机 三、总体方案的确定 （1）导轨副的选用 要设计的X-Y工作台是用来配套轻型的画笔的，需要承受的载荷非常小，但脉冲当量小、定位精度高，因此，决定选用直线滚动导轨副，它具有摩擦系数小、不易爬行、传动效率高、机构紧凑、安装预紧方便等优点。 （2）丝杠螺母副的选用 伺服电动机的旋转运动需要通过丝杠螺母副转换成直线运动，要满足±0.2mm的定位精度，滑动丝杠副无能为力，只有选择滚珠丝杠副才能达到。滚珠丝杠副的传动精度高、动态响应快、运转平稳、寿命长、效率高，预紧后可消除反向间隙。 （3）伺服电动机的选用 任务书规定的脉冲当量尚未达到0.001mm，定位精度也未达到微米级，最快移动速度也不高。因此，本设计不必采用高档次的伺服电动机，如交流伺服电动机或直流伺服电动机等，可以选用性能好一些的步进电动机，如混合式步进电动机，以降低成本，提高性价比。 （4）联轴器的选用 由于系统的对中性要求较高，因此决定选用刚性联轴器，具有结构简单、制造成本低等优点．考虑到工作载荷不大，拟选用套筒联轴器，其具有结构简单、制造容易、径向尺寸小的优点。 （5）检测装置的选用 选用步进电动机作为伺服电动机后，可选开环控制，也可选闭环控制．任务书所给的精度对于步进电动机来说不是很高，决定采用开环控制． （6）控制系统的设计 设计的驱动系统只有单坐标定位，所以控制系统应该设计成连续控制型． 对于步进电动机的开环控制，选用MCS-51系列的ATR89C52，应该能够满足设计任务书给定的相关指标． 要设计一套完整的控制系统，在选择CPU之后，还需要扩展程序存储器、数据存储器、键盘与显示电路、I/O接口电路、D/A转换电路、串行接口电路等．选择合适的驱动电源，与步进电动机配套使用 考虑到X、Y两个方向的工作范围额相差不大，承受的载荷也相差不多，为了减少设计工作量，X、Y两个坐标的导轨副、丝杠螺母副、伺服电动机、检测装置拟采用相同的型号与规格。 四、机械传动部件