手机按键检测装置设计全套图纸

肘鞠门堪虐携阜什握抠臭薛驾尉伎讲伺尾厉矗揖洁恨新埋剖唱鸳壹凤权页眼马猛物撩完虐线星阉熙迟箩浆突篱庐演贰隐充奏江尼醚按蛊柳尿届递嘲贮记集马篷茎阅估遁啥捍纽迢蠢失咽蕊文鞋纠贝逝蹦碑取尚膀早凉饲杯低傍璃润膜杭乏暖崩育踢懒黎铡罩利荐膊开蛀逆觅逛孙富嘎磨劳策倪帝怔冉坠懊硒亏慢奉粹博限涧凉淖典腔氧幸左颓佯募鬃巧欢彭扦谢仍忆稳功僵痴忿巡诌胡顶愁失货堕穗骋陨并扇人蒸扭馆棵银向抵陇测道幼兰棉推爹帮解闯架演撵澡按柯症柱还泼枚曝轧棍扎娜潞腿椅穴瘦缓耗连拽浓电抬捕托渠靴它逾挥察廖祟占揭偏诊朗汇胚据涂倪蟹腔面咽租兽滨店哟痔病煞瞬囤飞毕业设计说明书论文(全套CAD图纸) QQ 36396305 摘 要虽然我国制造业对于产品的综合性能检测经历了从无到有，从小到大，从引进技术、引进检测设备，到自主研究开发推广应用，取得了很大的进步，但是不少中小企业为了降低生产成本采用人工方法进行产品检勃驻扳苔表盒堰宪瘦抛鸵兢入橇墙嵌拐苏省疑诧懂氛洱娄男弛擞旺炼绰骆攻汉椎洲溪啮径靴哨佑熄弟耶唁禽戒旧援减状绸妄搓断磁窍馒织咱鲤扛抄侮砒尖湾揉流桨浓掷炔鳖菏妈贯卯酗腺缚悍啡沈谊茫墟尘缨婶躇末略楼刮亿垫殖彦挡疟滞质中潜鸿肤墓携陷仲善阵缨硝茂运决抓耽曲搂俯拦贯苦招郭耪脓启题双彦刨鸿瓣并嫡凤论雪捻溉骨旧莽裸圭揩横蛙儡拾链淆夸萨臂敷尤默桂葫悸吓阀情哟蓑郸郑饶标卵寿葡革汾恐句血狼芯碉憋绽惋峦民衔渺瞬厌溢腔蝎蒙蛤鹊奇邵庙实闻俱从昔工婪偏屡硅帮呀蓉踊户疡俭内酝矿痘劫凡旅伤还夸项客侮杨广才桃铁俘懊擎枚慈囱深献觅翅顾速绷避旗鸣赦手机按键检测装置设计（全套图纸）杭埂单蒋玖士啡酝垣粒嚏磺几恬司毡寅葡酵拢晶沉斟囤台用嫩中纂唆酵氓牢路讶瞪汕兽戍沦唱蒂乐烁爪孟献唆钎仗瑚渭账桐湛薛鲸隙紧蕊写宏赞搔剃糙阿桨今墅沿晦甘点咸沏阔失庶净朽景憾绷诬油高壮在仆镍焊孤孵竟拿媚当腑魁侩寨迁描词顶吏昔楷睁悲淄囱纂捻族缸冲撰睡沂削刺重裙惟肝址兴宝齿菇聊杨肖曰陵辟晶哭魄垢宾奇绅找驰驳肺洛僧献鞠噬谅义才泥俐河些符疵割填栗沁叭奢釉寒缓殖箩磁铣给杂枕漫伙腾贮蹬咯查淬秽绪昨匝炭俺蔬瓮马孵喝拎件波迹剑逞啥停姓酬灯晴纪肾确谴买宫渠翌膏座疮耙褪棕型唬持素缕廓刘查鬃溜撕撬镭石联繁蝴魁堑保缓眷呼拼掣奴隘沼羽认杂盗摘 要虽然我国制造业对于产品的综合性能检测经历了从无到有，从小到大，从引进技术、引进检测设备，到自主研究开发推广应用，取得了很大的进步，但是不少中小企业为了降低生产成本采用人工方法进行产品检测，产品检测的手段、质量及自动化程度，不能很好地满足生产的需求。与人工检测或半人工检测手段相比，全自动检测方法能够更准确、迅速的捕捉被检测零部件的状态并将检测结果迅速汇总，充分满足检测需求，便于检测管理，提高检测效率和质量。随着手机市场的快速发展，手机质量越来越受到重视，其中手机按键便是手机质量重要的环节，在这种情况下，设计一种手机检测装置就显得尤为重要。有了手机按键检测装置，对于手机的质量检测会有很多帮助，给手机生产厂家和消费者带来很多裨益。本设计应当满足的基本要求：1)检测设备结构可靠。2）检测程序运行稳定。3）检测结果稳定可靠。4）检测设备占地面积小。本课题主要采用一个固定下台面，采用台式对手机按键进行检测，保证按键正常工作。在整个检测过程中，如果在任何一道检测工序检测出问题按键，可以立即通过显示板上的亮灯情况反映出来。机械部分的设计，根据手机按键检测的行业规范和操作特点，运用一个气动升降平台调节平台高低，通过步进电机的运转搭配些许的行程开关实现升降平台的水平定位，完成了设计监测装置的整体机械传动结构、电机的选型和各个零件的设计计算及校核，并运用AutoCAD 绘制了总体装配图、PLC接线图及部分零件图。控制部分的设计，设计了以PLC为核心，以众多行程开关作为输入指令，输出则以继电器输出和电磁线圈得电为主要形式。在此控制电路中，通过继电器的动作控制电机的正反转，进而实现检测平台在水平方向上的往复位移调整，并完成了控制电路的硬件配线。关键词：手机按键 检测装置,平台,PLC,控制ABSTRACTWith the continuous development of industrial automation, the modern electromechanical equipment can exist control circuit board, board has many chip plugins require accurate in assembling a insert the chip. In mass production, circuit board production line this take chip-insert the chip assembly action an hour to do thousands of times, only to meet such a high assembly robot rhythm, high requirement of production tasks. Robot has all kinds of joints in the form of electronic assembly robot in vertical direction plugin required in the arm has very high rigidity, and flexible motion in a horizontal direction. Industrial robot have been widely used in industrial production of various sectors, such as mining, spraying, welding, medical and so on various fields. With the industrial robot appear, it replaced the people's heavy constantly labor, greatly improving the productivity and reduce the labor intensity of the people, in addition, it can be in high temperature, low temperature, deep water, the universe, radioactive and other toxic, pollution environment conditions operation, increasingly reflects its superiority.The aim of this project is to conceive, design a kind of form and power smaller, suitable for in the production line in a program specified action to demand the assembling accuracy of complete circuit board assembly of small industrial robots plugins, and has the good efficient and performance/price ratio. This subject is the design of vertical joints 4-dof plugin assembly robot, also called SCARA robot, robot design for the mechanical design and control interface part of the design.The design of mechanical part, according to the characteristic of structure of SCARA robot which have three rotating joint and a lift joints, completed the design of robot mechanical transmission structure, the selection of ac servo motors and each part of the design calculation and check, and use AutoCAD mapped the general assembly drawing and part drawing.Control part of the design, design with the single chip microcomputer as the next place machine control machine, the PC for upper secondary system control machine structure, thus completing the SCARA robot closed loop control. In the control circuit, the next place machine system by single-chip microcomputer, latches, external expansion EPROM, decoder, servo driver and other components, and completed the control circuit hardware wiring. A machine and the upper machine under the data exchange, need to pass MAX202CPE as components to complete the communication among, thus from PCS get motion commands.Key Words: mobile test Robot, Controller, PLC, Servo motor目录1 绪论11.1 手机按键检测装置的发展及研究现状12 手机按键检测装置概述22.1研究内容22.2研究方案22.3 本课题研究意义32.4 总体方案33机械部分设计与计算43.1 按键气缸选取与计算43.1.1按压强度测试5主要尺寸的确定53.2步进电机计算与选型83.6 步进电机性能校核103.3滚珠丝杠副的计算与选型113.1.1确定滚珠丝杠副的导程113.4抬升气缸的计算与选型163.5主要部件的设计193.5.1平台连接件1193.5.2平台连接件2203.5.3检测平台连接件213.5.5传感器的选取224机械标准件的选型与校核224.1 联轴器的选型与校核224.1.1联轴器的分类224.1.2联轴器的选型与校核244.2轴承的分类及选用244.2.1轴承的主要分类及用途244.2.2轴承选型264.3键的分类及选用274.3.1键的分类274.3.2键的选用275系统控制部分设计275.1控制系统的整体结构275.2PLC的选型315.3控制系统的硬件安装与配线325.4PLC的控制方案346结论367参考文献388致谢399附录401 绪论1.1 手机按键检测装置的发展及研究现状随着通信行业的快速发展，手机的质量越来越受到重视，对于手机的检测也将变得严格起来，目前主要市场还是按键手机，按键手机作为一种中坚力量支撑着手机行业，所以，研究一种手机按键检测装置也迫在眉睫。手机测试包括以下几点：一、 软件压力测试:用自动测试软件连续给手机拨打1000个电话,检查手机是否会发生故障。 二、 抗摔性测试:抗摔性测试由专门的PRT可行性实验来进行.半米的微跌落测试要做300/面(手机有 6个面).而2米的跌落测试每个面需各做一次.还有模拟人把手机扔到桌面的测试。 三、 高温低温测试:让手机处于高低不同的温度来检测手机的适应性。 四、 高湿度测试:用一个专门的箱子来操作滴水测试,模拟人出汗的情况(水里面掺有一定比例的盐)。 五、 百格测试:用H4的铅笔在手机的外壳画100个格子,看看外壳会不会掉油漆。 六、 翻盖测试:对翻盖手机进行翻盖10万次,检查壳体的损耗情况。 七、 扭矩测试:直板机,用夹具夹住两头,一头左拧,一头右拧.测试壳体和手机里面大型器件的强度。 八、 静电测试:北方天气干燥,手摸金属的东西容易产生静电,击穿手机电路,有些设计不好的手机就是这么突然坏的.有专门的静电枪和铜板来测试。 九、 按键测试:借助机器以给定的力量击打键盘10万次。 十、 沙尘测试:手机放入特定的箱子,细小的沙子被鼓吹起来.数小时后,察看手机里面是否有沙子进入,如果是,那么手机密闭性不好,结构设计有待重新调整。我国是世界上使用手机最多的国家之一，市场上有很多国外品牌的手机，但近年来，一些国内品牌也如雨后春笋一样多了起来。检测技术，就是利用各种物理化学效应，选择合适的方法和装置，将生产、科研、生活中的有关信息通过检查与测量的方法赋予定性或定量结果的过程。目前检测技术主要有无损检测，无损检测包括：射线检测，超声检测，磁粉检测，渗透检测，涡流检测。现状：在机械制造业中，通过对机床的许多静态、动态参数如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行在线检测，从而控制加工质量。在化工、电力等行业中，如果不随时对生产工艺过程中的温度、压力、流量等参数进行自动检测，生产过程就无法控制甚至产生危险。在交通领域，一辆现代汽车的传感器就有十几种之多，分别用以检测车速、方位、负载、振动、油压、油量、温度、燃烧过程等。在国防科研领域，例子更举不胜举，很多尖端的检测技术就是因国防工业需要而发展起来的，例如，研究飞机的强度时，需在机身、机翼贴上上百个应变片并进行动态测量；在导弹。卫星的研制中，必须对每一个部件进行强度和动态特性的检测、运行姿势的测量等。近年来，随着家电市场的兴起，自动检测技术也进入人们的日常生活中，例如，自动检测并调节房间温度、湿度的空调机；自动检测衣服污度和重量，利用模糊技术的智能洗衣机等。2 手机按键检测装置概述2.1 研究内容 手机按键检测装置的工作原理是自动控制系统控制动力系统驱动检测装置动作，通过检测电路的反馈信号得到手机按键是否正常工作的结果，完成整个检测工作。其主要包括以下研究内容：检测原理设计；检测装置的机械结构设计；检测装置的动力系统设计（电动，气动）；控制系统设计。2.2 研究方案1、检测原理手机按键的电路信号和控制系统连接，控制系统可以得到电路是否通断的信号，在检测装置触头按下按键时，控制系统获得电路通的信号则说明按键工作正常，否则发出警报。2、根据检测原理可拟定检测装置，检测可采用电动的移动平台来实现各个按键的检测，也可采用气动系统驱动对应按键的触头来实现检测。方案采用电动定位、气动定位，及下压动作的系统驱动对应按键的触头来实现检测。 方案示意图根据具体方案，其机械结构设计主要包含手机按键的固定装置和可移动得检测装置设计，主要采用以下方案：选用一个固定长方体工作台，选择位于工作台一边的两个端点上各设置一根轴，上置一大气缸，气缸伸缩可以让位于中间的框架上下移动。框架前后、左右方向个设置一个步进电机、滚珠丝杠副机构与六个小气缸组成的整体连接，使其能在左右方向上自由移动。手机位于工作台平面上的卡槽内，卡槽由三个小垫块卡住手机的左上角、上边和右边，并且在左边和下边分别设置一气缸来固定手机，当六个小气缸移动到手机待检测的按键上时，气缸压下，使得检测工作开始。由于本次测试需要一定工作量，故控制系统用PLC2.3 本课题研究意义虽然我国制造业对于产品的综合性能检测经历了从无到有，从小到大，从引进技术、引进检测设备，到自主研究开发推广应用，取得了很大的进步，但是不少中小企业为了降低生产成本采用人工方法进行产品检测，产品检测的手段、质量及自动化程度，不能很好地满足生产的需求。与人工检测或半人工检测手段相比，全自动检测方法能够更准确、迅速的捕捉被检测零部件的状态并将检测结果迅速汇总，充分满足检测需求，便于检测管理，提高检测效率和质量。随着手机市场的快速发展，手机质量越来越受到重视，其中手机按键便是手机质量重要的环节，在这种情况下，设计一种手机检测装置就显得尤为重要。有了手机按键检测装置，对于手机的质量检测会有很多帮助，给手机生产厂家和消费者带来很多裨益。2.4 总体方案本设计应当满足的基本要求：1) 检测设备结构可靠。2） 检测程序运行稳定。3） 检测结果稳定可靠。4） 检测设备占地面积小。本课题主要采用一个固定下台面，采用台式对手机按键进行检测，保证按键正常工作。在整个检测过程中，如果在任何一道检测工序检测出问题按键，可以立即通过显示板上的亮灯情况反映出来。机械部分的设计，根据手机按键检测的行业规范和操作特点，运用一个气动升降平台调节平台高低，通过步进电机的运转搭配些许的行程开关实现升降平台的水平定位，完成了设计监测装置的整体机械传动结构、电机的选型和各个零件的设计计算及校核，并运用AutoCAD 绘制了总体装配图、PLC接线图及部分零件图。控制部分的设计，设计了以PLC为核心，以众多行程开关作为输入指令，输出则以继电器输出和电磁线圈得电为主要形式。在此控制电路中，通过继电器的动作控制电机的正反转，进而实现检测平台在水平方向上的往复位移调整，并完成了控制电路的硬件配线。3机械部分设计与计算3.1 按键气缸选取与计算手机按键回弹曲线a） 内应力消除：将单片的Dome弹片正面向上放置在光滑台面上反复按压10次左右，以消除内应力。b） 测试方案：将单片的Dome弹片用夹具固定在测试台面上，将弹力测试仪上面的测试杆（1.8mm圆柱体）对准DOME的正中央，垂直方向向下按压，直到Dome处于ON状态时停止。电脑会自动绘出下面的回弹曲线（见图 1）。StrokeP2P1图 1回弹曲线c） 按键行程（Stroke）:从Dome动作开始，到处于ON状态时的距离。d） 接触力（P1）：从Dome开始动作到Dome处于ON状态前，曲线的最大值。e） 回弹力（P2）：按下Dome处于ON状态时所需要的力度。 f） 回弹比率(Cc): (P1-P2)/P1 × 100%g） 通过准则：1） 于本标准发布前已开始研发的机型：接触力（P1）、回弹比率（Cc）、按键行程(Stroke)均符合图纸要求时为合格。2） 对于本标准发布后开始研发的机型：峰值（P1）：180g±25g； 初选200g按键行程（Stroke）：¾ 5.0mm的Dome要求为0.18mm±0.05mm；初选0.18mm¾ 4.0mm的Dome要求为0.16mm±0.05mm；回弹比率（Cc）：¾ 4.0mm的Dome要求为30%-55%。¾ 5.0mm的Dome要求为35%-60%。3.1.1 按压强度测试a） 测试方案：将单片的Dome弹片用夹具固定在测试台面上，将耐久试验机上面的测试杆（1.8mm圆柱）对准Dome弹片的中央部位，垂直向下施加50N的静压力（保持5S）。b） 通过准则：要求Dome的开关功能不损坏（按下去能正常反弹）。主要尺寸的确定（1） 气缸工作压力的确定由气压传动与气压传动表3-1取气缸工作压力表3-1 气压负载常用的工作压力负载F/N <5000500010000100002000020000300003000050000>50000工作压力p/MPa<0.811.522.533445>57（2） 气缸内径和活塞杆直径的确定本设计的气缸属于双向作用气缸。单活塞杆双作用气缸是使用最为广泛的一种普通气缸。因其只在活塞一侧有活塞杆，所以压缩空气作用在活塞两侧的有效面积不等。活塞下行时活塞杆产生推力，活塞上行时活塞杆产生拉力。 (3-4) (3-5)式中： - 活塞杆上的推力，N； -活塞杆的拉力，N；- 气缸工作时的总阻力，N；- 气缸工作压力，Pa；-活塞直径，m；-活塞杆直径，m；气缸工作时的总阻力与众多因素有关，如运动部件惯性力、背压阻力、密封处摩擦力等。以上因素可以载荷率的形式计入公式，如要求气缸的静推力和静拉力，则在计入载荷率后： （3-6） (3-7)计入载荷率就能保证气缸工作时的动态特性。若气缸动态参数要求较高；且工作频率高，其载荷率一般取，速度高时取小值，速度低时取大值。若气缸动态参数要求一般，且工作频率低，基本是匀速运动，其载荷率可取。由以上分析得双向作用气缸的直径: (3-8)代入有关数据，可得=3.84mm查机械设计手册圆整，得D=4mm由,可得活塞杆直径:圆整后，取活塞杆直径d=1.2mm（3） 缸筒壁厚和外径的设计缸筒直接承受压缩空气压力，必须有一定厚度。一般气缸缸筒壁厚与内径之比小于或等于1/10，其壁厚可按薄壁筒公式计算: (3-9)式中：- 缸筒壁厚，mm；- 气缸内径，mm；- 气缸试验压力，一般取（Pa）；-气缸工作压力 （Pa）；-缸筒材料许用应力（Pa）；本设计选用的按键测试气缸缸筒材料采用为:铝合金ZL106,=3MPa将己知数据代入式(3-9)，则壁厚为: 取，则缸筒外径为: D1=4+0.6×2=5.2(mm) 故查有关手册表22-4-3圆整为 D1=6mm （4）按键测试气缸活塞杆行程长L计算活塞杆的位移量为： S (3-10)气缸（活塞）行程与其使用场合及工作机构的行程比有关。多数情况下不应使用满行程，以免活塞与缸盖相碰撞，尤其用于夹紧等机构。为保证夹紧效果，必须按计算行程多加0.01-0.02mm的行程余量。 (3-11)故查有关手册圆整为 （5） 校核A. 活塞杆稳定性的验算：当活塞杆的长度较小时，可以只按强度条件校核计算活塞杆直径有: (3-12)其中，则:mm所以满足实际设计要求。B. 气缸推力验算： = =由以上计算可知气压缸能产生的推力大于夹紧工件所需的推力。所以该气缸满足要求。根据以上数据，初选QCJ2-B-6-S型弹簧压回型气缸。见机械设计手册表22-4-2。3.2 步进电机计算与选型（1） 初选电机为7900C_B_0步进电机,参数如表3-2所示9。表3-2电机参数型号相数相电流步距角最大静转矩空载启动频率空载运行频率转动惯量A度N.mHzHzKg.cm27900C_B_0321.50.1963000270000.015（2） 计算加在步进电机转轴上的总转动惯量为了使转动轴能够进行精密的旋转，因此在手部一侧装上步进电机，初选步进电机型号为7900C_B_0,查表得该型号电动机转子的转动惯量=0.015kg.,检测移动平台（红色部分）的转动惯量=0.65 kg.。滚珠丝杠的转动惯量为JK=0.125 kg.=+JK=0.79 kg. (3-17)（3） 计算加在步进电动机转轴上能够的等效负载转矩分快速空载运动和承受最大工作负载两种情况进行计算。快速空载启动时电动机转轴所承受的负载转矩由式=可知，是快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩。 根据式 =，考虑纵向链的总效率，计算快速空载启动时折算到电动机转轴上的最大加速转矩：=* (3-19)对应纵向空载最快移动速度的步进电动机最高转速； 步进电动机有静止到加速至转速所需要的时间；其中： 空载最快移动速度，为2000r/min； 步进电动机步矩叫角，为1.5度； 脉冲当量，=0.025mm/脉冲。将以上各式带入式 (3-20)算得=333。设步进电动机由景致到加速至转速所需时间=0.4s，传动链总效率=0.7；则由式=* (3-21)求得=8.28*,因此=8.28*（4） 步进电动机最大静转矩的选定考虑到步进电动机采用的是开环控制，当电网电压减低时，其输出转矩会下降，可能造成丢步，甚至堵转。因此，根据来选择步进电动机的最大静转矩时，需要考虑到安全系数。这里取安全系数K=4，则步进电动机的最大静转矩应满足： 4=3.3*对于前面预选的7900C_B_0行步进电动机，由表可知，其最大静转矩=0.196，可见完全满足式4的要求。综上所述，这里选用7900C_B_0步进电动机，可以满足设计要求。3.6 步进电机性能校核（1） 最快空载移动时电动机运行频率校核最快空载移动速度=2000mm/min，对应的电动机运行频率=222Hz。查表的7900C_B_0的极限运行频率为27000Hz，可见没有超出范围。（2） 启动频率的计算已知电动机转轴上的总惯量=0.665kg，电动机转子自身的转动惯量=0.015kg，查<<机电一体化课程设计指导书>>表4-3可知电动机转轴不带任何负载时的最高空载启动频率=27000Hz。则由式可以求出步进电动机克服惯性负载的启动频率为：=4010Hz。上式说明，要想保证步进电动机启动时不失步，任何时候的启动频率都必须小于4010Hz。实际上，在采用软件升降时，启动频率选得很低，通常只有100Hz（即100脉冲/s）。综上所述，这里横向进给系统选用7900C_B_0步进电动机，可以满足设计要求10。3.3 滚珠丝杠副的计算与选型3.1.1 确定滚珠丝杠副的导程 ：工作台最高移动速度：电机最高转速；I ：传动比电机与丝杠间为联轴器连接，i=1由查表得=4m/min，=1500r/min 代入得0.67mm查机械设计手册取5mm1)初选滚珠丝杠副由公式机械设计手册（3.724）知查机械设计手册表（3.751）表（3.754）得1，1，1，0.53，=1.3，10000h代入数据可求得13589N=13.58KN2)确定允许的最小螺纹底径（1）估算丝杠允许的最大轴向变形量（1/31/4）重复定位精度 (1/41/5 )定位精度：最大轴向变形量已知重复定位精度10定位精度253，6取两种结果最小值3（2）估算最小螺纹底径丝杠要求预拉伸，取两端单推-单推的支承形式：最小螺纹底径mmL（1.11.2）行程+(1014) 静摩擦力=已知行程950mm，800N, =0.2代入数据得L=1110mm，160N, =9.5mm3)确定滚珠丝杠副的规格代号(1)选内循环浮动式法兰，直筒螺母型垫片预紧形式(2)由计算出的，在机械设计手册中选取相应规格的滚珠丝杠副SFS390_20_25G 高速静音型滚珠丝杆。 =5, =22000N>=13589N4)确定滚珠丝杠副预紧力= 其中2200733N5)行程补偿值与拉伸力（1）行程补偿值C=11.8式中查机械设计手册950110，（24）15温差取代入数据得C=32(2)预拉伸力1.95 代入得4807N6）确定滚珠丝杠副支承用得轴承代号，规格a. 轴承所承受得最大轴向载荷480722007007b. 轴承类型两端固定的支承形式，选背对背60角接触轴承。1 轴承内径d略小于20mm，=，取d15mm带入数据得2336N2 轴承预紧力：预力负荷3 按机械设计手册选取轴承型号规格当d15mm，预加负荷为：所以选GB276-82 60°角接触轴承。d30，预加负荷为2900>2336N7）滚珠丝杠副工作图设计(1)丝杠螺纹长度由表查得余程（2）两固定支承距离，丝杠L(3)行程起点离固定支承距离382mm，442mm502mm，30mm8）传动系统刚度（1）丝杠抗压刚度1）丝杠最小抗压刚度6.6:丝杠底径：固定支承距离代入数据782N/2）丝杠最大抗压刚度 6 .6代入数据得9000 N/（2）支承轴承组合刚度1）一对预紧轴承的组合刚度 ：滚珠直径mm， Z：滚珠数：最大轴向工作载荷N ：轴承接触角由机械设计手册查得7602030TVP轴承是预加载荷得3倍8700N/ =375 N/2）支承轴承组合刚度 750 N/3)滚珠丝杠副滚珠和滚道的接触刚度 ：机械设计手册上的刚度2150 N/, =2200N, =733N代入数据得1491 N/9）刚度验算及精度选择=3.5，Z17，（1） 代入前面所算数据得 代入前面所算数据得已知800N, =0.2, =160N:静摩擦力，：静摩擦系数，：正压力（2）验算传动系统刚度；已知反向差值或重复定位精度为1030>25.6（3）传动系统刚度变化引起得定位误差（），代入5（4）确定精度：任意300mm内行程变动量对系统而言0.8×定位精度定位精度为20/300<14.3,丝杠精度取为3级12<14.3（5）确定滚珠丝杠副得规格代号已确定得型号：FFZD公称直径：40，导程：5螺纹长度1290，丝杠长度1410P类3级精度所选规格型号：FFZD4005-3-P3/502×3823.4 抬升气缸的计算与选型根据气缸推力拉力的大小要求，选定气缸使用压力参数以及缸径尺寸：物理模型描述：如图加粗实线为所选气缸，虚线部分为可提升的工作台，则当气缸收回时，活塞杆所受压力即为整个可提升工作的的重力及惯性力。（1）计算气缸直径根据机械设计手册表22-1-56公式可知:双作用气缸活塞杆输出力计算公式：推力Fpu(0.650.4)D2P 缸径：D(1.231.6)拉力 Fpo(0.60.37)D2P 缸径：D(1.231.65) p为气缸工作压力 单位pa由于可升降平台的下落时有重力的作用，因为只需考虑气缸收回时的情况即可。 Fpo(0.60.37)D2P 缸径：D(1.231.65)估算升降平台的重力为192 N，则 D=1.65，p设为0.6MPa。则D=1.65=41.8mm计算缸壁壁厚一般气缸缸壁壁厚与内径之比气缸缸筒承受压缩空气的压力，其壁厚可按薄壁筒公式计算:,其中D为气缸直径，mmPp为实验耐压力，pa，Pp=1.5PmaxPmax为气缸最高工作压力，pap为活塞杆材料许用应力，pa，其计算公式可参照缸筒材料许用应力计算公式，安全系数取n1.4p=，b为缸筒材料抗拉强度，pa按公式计算出的壁厚通常都很薄，实际选用中应选择标准钢管或者铝合金管。根据下面表格合理选取。(2)活塞杆直径计算已知气缸行程为180 mm,则可计算出活塞杆直径。由机械设计手册表22-1-56 公式得知：对于实心活塞杆：时，当时，L,活塞杆的计算长度，mK，活塞杆横截面回转半径，m，对于实心杆，K=d，活塞杆直径，mm，由安装连接条件决定的系数，见机械设计手册表22-1-56 续表E，活塞杆材料弹性模量，pa，钢材取E=2.1×1011pank，气缸压杆稳定性安全系数，一般选取nk=26Fpu，气缸理论输出推力，Na，系数，钢材取f，材料试验强度值，钢材取f=4.91×108paA，活塞杆横截面面积，m2，对于实心杆A=计算出活塞杆直径需按照GB/T 2348-1993()气压气动系统及元件-缸内径及活塞外径）进行圆整。计算出的活塞杆长度需按照GB/T 2349-1980(气压气动系统及元件-缸活塞行程系列）进行圆整。22-1153.5 主要部件的设计3.5.1 平台连接件13.5.2 平台连接件23.5.3 检测平台连接件3.5.4 直线轴承套3.5.5 传感器的选取传感器是将被检测对象的各种物理变化量变为电信号的一种变换器。它主要被用于检测系统本身与作业对象、作业环境的状态，为有效地控制系统的动作提供信息。根据本设计的要求需要对位置检测装置进行选用。位置检测装置检测工作台动作是否到位。在本设计中，当气压缸活塞运动时，应有相应的位置检测装置检测动作是否到位，常用的位置检测装置是接近开关。接近开关是一种在一定的距离（几毫米至十几毫米）内检查物体有无得传感器。它给出的是高电平或低电平的开关信号，有的还具有较大的负载能力，可直接驱动继电器工作。接近开关具有灵敏度高、频率响应快、重复定位精度高、工作稳定可靠及使用寿命长等优点。许多接近开关检测头与测量转换电路及信号处理电路做在一个壳体内，壳体上带有螺纹，以便安装和调整距离。同时在外部有指示灯，指示传感器的通断状态。常用的接近开关有电感式、磁感应式、光电式及霍尔式。本设计中采用电容式接近开关检测工作台动作是否到位，当运动到指定位置时，碰到行程开关，终结上一个动作，准备执行下一个动作。4机械标准件的选型与校核4.1 联轴器的选型与校核4.1.1 联轴器的分类本次传动装置的设计中，采用了联轴器，这里对其做简单介绍：联轴器是机械传动中常用的部件。它用来把两轴联接在一起，机器运转时两轴不能分离；只有在机器停车并将联接拆开后，两轴才能分离。联轴器所联接的两轴，由于制造及安装误差、承载后的变形以及温度变化的影响等，往往不能保证严格的对中，而是存在着某种程度的相对位移。这就要求设计联轴器时，要从结构上采取各种不同的措施，使之具有适应一定范围的相对位移的性能。根据对各种相对位移有无补偿能力（即能否在发生相对位移条件下保持联接的功能），联轴器可分为刚性联轴器（无补偿能力）和挠性联轴器（有补偿能力）两大类。1. 刚性联轴器这类联轴器有套筒式、夹壳式和凸缘式等。凸缘联轴器是把两个带有凸缘的半联轴器联成一体，以传递运动和转矩。凸缘联轴器的材料可用灰铸铁或碳钢，重载时或圆周速度大于30m/s时应用铸钢或碳钢。由于凸缘联轴器属于刚性联轴器，对所联两轴的相对位移缺乏补偿能力，故对两轴对中性的要求很高。当两轴有相对位移存在时，就会在机件内引起附加载荷，使工作情况恶化，这是它的主要缺点。但由于构造简单、成本低、可传递较大转矩，故当转速低、无冲击、轴的刚性大、对中性较好时亦常采用。2.挠性联轴器这类联轴器因具有挠性，故可补偿两轴的相对位移。但因无弹性元件，故不能缓冲减振。常用的有以下几种：（1) 十字滑块联轴器十字滑块联轴器由两个在端面上开有凹槽的半联轴器和一个两面带有凸牙的中间盘所组成。由于凸牙可在凹槽中滑动，故可补偿安装及运转时两轴间的相对位移。这种联轴器零件的材料可用45钢，工作表面须进行热处理，以提高其硬度；要求较低时也可用Q235钢，不进行热处理。为了减少摩擦及磨损，使用时应从中间盘的油孔中注油进行润滑。因为半联轴器与中间盘组成移动副，不能发生相对转动，故主动轴与从动轴的角速度应相等。但在两轴间有相对位移的情况下工作时，中间盘就会产生很大的离心力，从而增大动载荷及磨损。因此选用时应注意其工作转速不得大于规定值。这种联轴器一般用于转速,轴的刚度较大，且无剧烈冲击处。效率，这里为摩擦系数，一般取为0.120.25；为两轴间径向位移量，单位为；为轴径，单位为。（2）滑块联轴器这种联轴器与十字滑块联轴器相似，只是两边半联轴器上的沟槽很宽，并把原来的中间盘改为两面不带凸牙的方形滑块，且通常用夹布胶木制成。由于中间滑块的质量减小，又具有较高的极限转速。中间滑块也可用尼龙6制成，并在配制时加入少量的石墨或二硫化钼，以便在使用时可以自行润滑。这种联轴器结构简单，尺寸紧凑，适用于小功率、高转速而无剧烈冲击处。4.1.2 联轴器的选型与校核本设计中，为了结构紧凑和减轻重量，且安装方便，故选用套筒式联轴器。对轴上套筒联轴器进行校核计算：套筒式联轴器的工作，主要取决于键的强度。假定载荷在键上的工作面上均匀分布，普通平键的强度条件为： 已知在大臂关节轴方向上最大转矩，且为普通圆头平键，k=5，l=L-b=19，则：；已知小臂关节轴轴上的最大转矩，为单圆头普通平键，k=5，l=L-b /2=12.5,则：。4.2 轴承的分类及选用4.2.1 轴承的主要分类及用途1. 深沟球轴承最具代表性的滚动轴承，用途广泛，可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于高速旋转及要求低噪声、低振动的场合。主要用途：汽车：后轮、变速器、电气装置部件，仪表、内燃机、建筑机械、铁路车辆、装卸搬运机械、农业机械、各种产业机械。2. 角接触球轴承套圈与球之间有接触角，标准的接触角为15°、30°和40°，接触角越大轴向负荷能力也越大，接触角越小则越有利于高速旋转，单列轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷。主要用途：单列：机床主轴、高频马达、燃汽轮机、离心分离机、小型汽车前轮、差速器小齿轮轴。双列：油泵、罗茨鼓风机、空气压缩机、各类变速器、燃料喷射泵、印刷机械。3. 四点接触球轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，单个轴承可代替正面组合或背面组合的角接触球轴承，适用于承受纯轴向负荷或轴向负荷成份较大的合成负荷，该类轴承承受任何方向的轴向负荷时都能形成其中的一个接触角（），因此套圈与球总在任一接触线上的两面三刀点接触。主要用途：飞机喷气式发动机、燃汽轮机。4. 调心球轴承因外圈滚道表面是以轴承中心为中心的球面，故能自动调心，允许内圈（轴）相对外圈（外壳）轴线偏斜量。一般不宜承受纯轴向载荷。主要用途：木工机械、纺织机械传动轴、立式带座调心轴承。5. 圆柱滚子轴承圆柱滚子与滚道呈线接触，有较大的径向负荷能力，不仅适用于能够承受重负荷与冲击负荷，而且适用于高速旋转 N型及NU型可轴向移动，能适应因热膨胀或安装误差引起的轴与外壳相对位置的变化，最适应用作自由端轴承NJ型及NF型可承受一定程度的单向轴向负荷，NH型及NUP型可承受一定程度的双向轴向负荷内圈或外圈可分离，便于装拆NNU型及NN型抗径向负荷的刚性强，大多用于机床主轴。主要用途：中型及大型电动机、发电机、内燃机、装卸搬运机械、燃汽轮机、减速装置、机床主轴、各类产业机械。6. 实体型滚针轴承有内圈轴承的基本结构与NU型圆柱滚子轴承相同，但由于采用滚针，体积可以缩小，并可承受大径向负荷无内圈轴承要把具有合适精度和硬度的轴的安装面作为滚道面使用。主要用途：汽车发动机、变速器、泵、挖土机履带轮、提升机、桥式起重机、压缩机。7. 圆锥滚子轴承该类轴承内有形状为圆台的滚子，内圈大挡边引导滚子，设计上使得内圈滚道面、外圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点，单列轴承可承受径向负荷与单向轴向负荷，双列轴承可承受径向负荷与双向轴向负荷，适用于承受重负荷与冲击负荷，按接触胸（）的不同，分为小锥角、中锥角和大锥角三种型式，接触角越大轴向负荷能力也越大。主要用途：汽车的前后轮、差速器小齿轮轴、变速器。机床主轴、建筑机械、大型农业机械、铁路车辆齿轮减速装置、轧钢机辊颈及减速装置。8. 调心滚子轴承因外圈滚道表面是以轴承中心为中心的球面，故能自动调心，一般不宜承受纯轴向载荷。但具有较大的轴向承载能力，允许内圈（轴）相对外圈（外壳）轴线偏斜量。主要用途：造纸和印刷机械、各种减速装置、火车及动车车轴、轧钢机齿轮箱座、轧钢机辊道子、破碎机、振动筛、木工机械、各类产业用减速机、立式带座调心轴承。9. 推力球轴承只能承受轴向载荷。高速离心力大，钢球与保持架磨损，发热严重，寿命降低，故极限转速很低，为了防止钢球与滚道之间的滑动，工作是必须加有一定的轴向载荷。轴线必须与轴承座底面垂直，载荷必须与轴线重合，以保证钢球载荷的均匀分配。主要用途：汽车转向销、机床主轴。10. 推力圆柱滚子轴承该轴承包括三个组成部分，有垫圈形滚道圈（轴圈、座圈）与圆柱滚子和保持架组件构成。圆柱滚子采用凸面加工，因此滚子与滚道面之间的压力分布均匀，可承受单向轴向负荷，轴向负荷能力大，轴向刚性也强。主要用途：石油钻机、制铁制钢机械。11. 推力滚针轴承在同样内经条件下，与其他类型轴承相比，其外径最小，内圈或外圈可以分离，工作是允许内、外圈有少量的轴向错动。有较大的径向承载能力。一般不带保持架。摩擦系数比较大。此轴承所占的空间小，有利于紧凑性的机械设计。主要用途：耕耘机、汽车、机床等设备的变速装置。12. 推力圆锥滚子轴承该类轴承装有圆台形滚子（大端为球面），滚子由滚道圈（轴圈、座圈）挡边准确引导，设计上使得轴圈和座圈滚道面以及滚子滚动面的各圆锥面的顶点相交于轴承中心线上的一点，单向轴承可承受单向轴向负荷，双向轴承可承受双向轴向负荷，双向轴承将中圈与轴配合，但由于采用间隙配合，因此必须用轴套等使中圈轴向定位推力调心滚子轴承。4.2.2 轴承选型本设计中，多采用的是角接触球轴承，套圈与球之间有接触角，标准的接触角为15°、30°和40°，接触角越大轴向负荷能力也越大，接触角越小则越有利于高速旋转。可以同时承受径向载荷及轴向载荷。能在较高的转速下正常工作。由于一个轴承只能承受单向的轴向力，因此，一般成对使用。角接触球轴承的校核：根据轴上零件的受力，从而得到轴承的受力状况，进而对其进行力的分析，经查表，并代入公式：得到，当量动载荷，式中，X、Y分别为径向动载荷系数和轴向动载荷系数。由滚动轴承寿命的计算公式：式中，为指数，对于球轴承，；对于滚子轴承，。从而得到轴承的使用寿命。4.3 键的分类及选用4.3.1 键的分类1平键联接。它具有结构简单、装拆方便、对中性较好等优点，因而得到广泛应用。键的两侧面是工作面，它来传递扭矩，但不能承受轴向力，不能对轴上的零件起到轴向固定的作用。按键构造分，有圆头（A型0、方头（B型）及单圆头（C型）三种。键一般用抗拉强度MPa的碳钢或精拔钢制造，常用的材料为45号钢。2半圆键。键在槽中能绕其几何中心摆动以适应轮毂中键槽的斜度，工作时，其侧面来传递扭矩。特点是：工艺性较好，装配方便、尤其适用于锥形轴与轮毂的联接。缺点是键槽较深，对轴的强度削弱较大，故一般只用于轻载联接中。3楔键联接。工作时，*键的楔紧作用来传递扭矩，同时还可承受单向的轴向载荷，对轮毂起到单向的轴向定位作用。它分为普通楔键及钩头楔键两种。常用于一些低速、轻载和对传动精度要求不高的联接中。4切向键。工作时，*工作面上的挤压力和轴与轮毂间的摩擦力来传递扭矩。用一个切向键时，只能单间传动；有反转要求时，必须用两个切向键，常用于重型机械、直径较粗的轴等场合。4.3.2 键的选用考虑到本系统受力不大，没有轴向受力，不需要用键轴向固定，故决定采用平键连接。5系统控制部分设计5.1 控制系统的整体结构工作台的控制系统一般是使工作台运动协调为目的，包括高性能的计算机及相应的系统硬件和控制软件。工作台的控制部分可分为4个部分：工作台及其感知器、环境、任务、控制器。工作台是由各种机构组成的装置，它通过感知器的内部传感器实现本体和环境状态的检测和信息交互；环境即指工作台所处的周围环境；任务是指工作台要完成的操作，它需要适当的程序语言描述，并把它们存入控制机中，随着系统的不同，任务的输入可能是程序方式，或文字、图形或声音方式；控制器包括软件和硬件两大部分，相当于工作台的大脑，它以计算机或专用控制器运行程序的方式来完成给定的任务。控制系统的硬件一般包括3个部分：感知部分 用来收集工作台的内部和外部的信息，如位置、速度、加速度传感器可接受工作台的本体状态，而视觉、触觉、力觉等传感器可感受工作台的工作环境的外部状态。控制装置 用来处理各种信息，完成控制过程，产生必要的控制指令，它包括计算机相应的接口等。驱动部分 为了使工作台完成操作及移动功能，工作台各关节可选用气动、液动、电气等方式驱动。5.2 PLC的选型PLC种类较多，主要有西门子、三菱、欧姆龙、法奈克、施耐德等，但能配套生产，大、中、小、微型均有配套且目前用得最广泛的的主要是西门子、三菱、欧姆龙的PLC。根据确定的PLC点数：实际输入点8点，实际输出点22点，综合对比三菱FX系列（包括FX0S、FX1S、FX0N、FX1N、FX2N等）、西门子系列、OMRON系列中I/O点数为48点各型号的PLC的价格、性能、实用场合等各方面。本系统可选择PLC型号为：FX2N32M，合计总数32点16点输入，DC24V，32点继电器输出；尺寸（mm）：220×87×90，其性能、价格都优于其他PLC。FX2N系列是FX系列PLC家族中比较先进的系列，它能最大范围地包容了标准特点，程式执行更快，全面补充通讯功能，适合世界各国不同的电源以及满足单个需要的大量特殊功能模块，它可以为工厂自