发布时间 : 星期三 文章毕业设计说明书（终稿）网络版更新完毕开始阅读5ef4b65f312b3169a451a426
第1章 总体方案设计
根据毕业设计任务书要求，确定对某厂房的暖通系统进行机电一体化改造，达到将厂房的白天工作温度控制在18～22摄氏度之间，夜晚的非工作时间控制在6～10摄氏度之间，以节约能源。重点是电动调节阀、微机控制系统和相关软件的设计，总体方案如下：
§1.1机械系统设计方案
机械系统主要是设计电动调节阀，用于控制热媒的流量。电动调节阀由电动执行机构和调节机构组成。具体包括步进电动机、减速器、滑动丝杠、导杆、联轴器、阀门、机座等。为保证一定的传动精度和平稳性，尽量减小摩擦力，选用滑动丝杠螺母副，因为滑动丝杠有自锁功能，比较适合垂直安装。其中螺母用工程塑料制作，以减少摩擦。齿轮传动也要采用消除齿侧间隙的结构。由于该电动调节阀是垂直安装的，属于轻载、低速的丝杠传动系统，所以选用了双推-自由式支撑方式。机械系统中还设计了齿轮减速箱和推进装置箱，用以对这两部分传动机构进行封闭，支撑。步进电机通过减速装置带动丝杠转动，导杆限制了螺母的转动，所以螺母上下移动，通过联轴器等连接装置推动阀门的阀芯，达到控制水流量的目的。
§1.2计算机系统方案
根据毕业设计任务书要求，本次设计的控制系统采用闭环控制方案。控制用微机选用8051单片机。检测传感元件有温度传感器，温度传感器的AD转换模块选用ADC0804。LED显示采用七段LED显示快，用于显示工业厂房的室内温度，锁存器选用74LS273。步进电机驱动选用专用的SD-2H044MA两相混合式步进电机驱动器，控制步进电机的正反转。此外还设计了一些状态指示灯和操作键，用于系统运行状态的指示和操作。
§1.3传感器选用方案
本次设计温度传感器采用STT-R-A1-B2-C20-D1-E2 F2 G1 H1-L3-PA-T2- W2-S1型铂电阻温度传感器，测量温度范围为-50～100℃。STT-R系列铂电阻温度传感器是北京赛亿凌科技有限公司的高科技产品，采用不锈钢外壳封装，内部填充导热材料和密封材料灌封而成，尺寸小巧，防水防震性能极佳，可达IP67，能
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够满足对该工业厂房室内环境温度测量的要求。位置传感器选用Honeywell公司的914CE1-12型限位开关，该产品微型体积，执行广泛可选，精密动作特性，铸锌外壳，安装支架可选，橡胶密封，预引线，装设在导杆的两个极端位置，用于步进电机的强停。
第2章 电动调节阀机械部分设计计算
机械部分设计计算内容包括:确定系统的负载,确定系统脉冲当量,运动部件惯量计算,起动及力矩计算,确定步进电动机,运动及导向元件的设计,计算及选用,绘制机械部分装配图及零件工作图等。
§2.1 确定系统脉冲当量及输出推力
电动调节阀选用永嘉新奥自控阀门有限公司的ZDLP型电子电动单座调节阀。公称直径DN32的该型电动调节阀原配用的电动执行机构型号为361LSA-20，具体参数见表2-1中黑体字部分，耗电功率（额定负载时）为50VA，最大行程L为30mm，动作速度2.1mm/s，输出推力为2000N。现利用其阀体，将其电动执行机构拆除，换用自己设计的电动执行机构。
表2-1 执行机构主要技术参数
型号 361LSA-08 361LXA-08 361LSA-20 361LXA-20 361LSB-30 361LXB-30 361LSB-50 361LXB-50 361LSC-65 输出推力N 800 800 2000 2000 3000 3000 5000 5000 6500 速度mm/s 4.2 4.2 2.1 2.1 3.5 3.5 1.7 1.7 2.8 2.0 1.0 最大行程（mm） 30 30 60 60 100 100 100 型号 PSL201 PSL202 PSL204 PSL208 PSL210 PSL312 PSL325 输出推力N 速度mm/s 最大行程（mm） 50 50 50 50 50 65 100 1000 0.4/1.2 2000 0.4/1.2 4500 0.4/1.2 8000 10000 12000 25000 1.0 1.0 1.0 1.0 361LSC-99 10000 361LSC-160 16000 本次设计的电动执行机构的行程L仍为30mm，动作速度改为2mm/s。本设计设定步进脉冲当量：0.01mm/脉冲。
由于步进电动机的工作特点是一个脉冲走一步，每一步都有一个加速过程，
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因而对负载惯量很敏感。为满足负载惯量尽可能小的要求，同时也满足一定的脉冲当量，故采用齿轮降速传动。有关参数计算见下几节内容。
§2.2 滑动丝杠螺母副的计算和选型
一、 滑动丝杠副的组成及特点
许多滑动丝杠的导程精度都可以达到磨制螺杆的品质，尤其是滚轧成型的精密滑动丝杠，比如Kerk Motion公司生产的，再配上以工程塑料制作的螺母部件，已能够超越滚珠丝杠的使用寿命。只需关注一下汽车工业，就可以发现有许多可用的现代合成材料，完全适用于上述工作要求。如今生产的滑动丝杠和螺母在很多方面都比滚珠丝杠副更胜一筹。
诚然，滚珠丝杠能够应对更高的设计载荷，拥有很高的传动效率，然而，在许多载荷较低且客户更为关注可靠性和可重复性的应用场合，滑动丝杠副却可以成为很好的替代品。在某些应用中，较低的传动效率反而成为滑动丝杠的一种优势，在立式应用或者设计人员不希望丝杠被逆向驱动的场合，滑动丝杠能够将负载保持在原位，而无需使用带抱闸的电机或者系统中附加的摩擦制动装置。从原则上讲，只要导程低于丝杠直径的三分之一，上述自锁条件就能够成立。
源于较低的传动效率，驱动滑动丝杠的力矩要求会高一些，为此也就需要力矩更大的电机。不过，这只是成本构成的一个方面，只要你把单位成本更高的滚珠丝杠，维护保养，润滑及其不利影响，立式应用中防止逆向驱动的抱闸，以及消除反向间隙的可选螺母等因素都考虑进来，那么滑动丝杠的总体成本和优势就足以显现出来了。
螺母材料的多样性可以有效提高设计的灵活性。滑动丝杠螺母材料的选用原则可以基于温度条件，运行PV（压力-速度）值，抗磨寿命要求，使用环境，以及成本等因素，例如，可供选用的材料特性包括：从-50℃到+150℃的温度允许范围，高达60,000psi-fpm的可用PV值，可提供5千万英寸累计工作行程的反向间隙消除能力，免维护运行，以及可用于污染和恶劣环境等。
二、 滑动丝杠螺母副的计算和选型
⑴计算进给率引力Fm（N）
纵向进给为综合型导轨 Fm?KFx
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=1.15×2000 =2300N
式中 K—考虑颠复力矩影响的实验系数,综合导轨取K=1.15；
⑵计算最大动负载C
C=3LfwFm L? n?60?n?T 6101000vs LO式中 LO—滑动丝杠导程，初选LO=4㎜；
vs—最大切削力下的进给速度，可取最高进给速度的（12?13），此处
vs=0.12m/min；
T—使用寿命，按15000h
fw—运转系数，按一般运转取fw=1.2～1.5； L—寿命，以106转为1单位。 n? L?1000vs1000?0.12?0.5 ??15r/min LO460?n?T60?15?15000??13.5
106106 C=3LfwFm=313.5?1.2?2300?6572N
⑶滑动丝杠螺母副的选型
查资料，选用直径为20mm的滑动丝杠，其额定动负载为7600N。选用直径为70mm的塑料螺母，因为塑料螺母与钢制滑动丝杠的摩擦系数比较小，可以提高工作效率。
§2.3 齿轮传动比计算
一、降速比
本设计设定步进脉冲当量：0.01mm/脉冲，即δp=0.01，伺服进给单元所更
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