需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 買對應(yīng)的 紙 14951605 或 1304139763 目 錄 摘 要 I 論 1 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀 1 題的研究內(nèi)容及意義 3 3 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 統(tǒng)的工作原理 4 5 接過程中常出現(xiàn)的一些問題 5 向竄動(dòng)的主要原因 6 3,3 滾輪架簡體軸向竄動(dòng)機(jī)理 6 件不發(fā)生軸向竄動(dòng)的充分條件 8 節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 向竄動(dòng)檢測 8 節(jié)方式的選擇 9 節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)原理 10 降裝置的選型 10 14 統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 14 制器 14 進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 18 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的選用 23 軸器的選擇 24 移傳感器選型 24 位開關(guān)選型 25 制面板的設(shè)計(jì) 25 統(tǒng)軟件部分設(shè)計(jì) 25 竄控制模式選擇 26 程序控制圖 27 形圖程序 27 結(jié) 29 參考文獻(xiàn) 30 文獻(xiàn)綜述 31 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 I 摘 要 焊接滾輪架是在焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配一種輔助裝置。在大厚壁、大型化、高容量、耐磨蝕的鍋爐、石油、化工壓力容器的焊接過程中，由于筒體的幾何形狀的不規(guī)則（偏離理想回轉(zhuǎn)體）和焊接滾輪架的制造安裝誤差等原因，筒體在滾輪架上轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，會不可避免的發(fā)生軸向竄動(dòng)，從而影響環(huán)縫的焊接質(zhì)量。本課題從理論上深入分析了筒體在焊接過程中產(chǎn)生軸向竄動(dòng)的主要原因，分析了筒體軸向位移的調(diào)節(jié)機(jī)理， 同時(shí)提出了采用螺旋升降裝置和步進(jìn)電機(jī)傳動(dòng)，用 此防竄焊接控制系統(tǒng)有效地解決了窄間隙埋弧焊、內(nèi)壁堆焊的問題，智能化控制焊接過程中出現(xiàn)的軸向竄動(dòng)，此設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了精密化、大型化、數(shù)字化、智能化等優(yōu)點(diǎn)。不僅提高了生產(chǎn)效率而且確保批量生產(chǎn)過程中焊接質(zhì)量的穩(wěn)定性，節(jié)省因竄動(dòng)進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的時(shí)間，減少勞動(dòng)力，提高焊接的精度和質(zhì)量，降低成本。 關(guān)鍵詞 :竄動(dòng)理論分析 竄動(dòng)檢測 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 硬件部分設(shè)計(jì) 軟件部分設(shè)計(jì) 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 is in to an in of of of of of of of on it so of in to of of at to by of to of of in of of in of of 要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 1 1 緒 論 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 2 近年來，隨著我國改革開放進(jìn)程的深化，隨著中外合作合作生產(chǎn)和引進(jìn)技術(shù)生產(chǎn)的機(jī)械產(chǎn)品日益增多，促進(jìn)了我國焊接結(jié)構(gòu)用量的迅速增加。尤其是為滿足我國石油、化工、交通、能源等工業(yè)的迅猛發(fā)展，大厚壁、大型化、高容量、耐磨蝕、耐動(dòng)載的鍋爐、石油、化工壓力容器的用量更是日益增加，其接頭的焊接質(zhì)量要求也越來越高，并且在實(shí)際生產(chǎn)中要求有較高的生產(chǎn)效率。 防竄 焊接 滾輪架就是 在 上述 焊接生產(chǎn)中與焊接工序相配合，有利于實(shí)現(xiàn)焊接生產(chǎn)機(jī)械化，自動(dòng)化，有利于提高裝配焊接質(zhì)量 ，促使焊接生產(chǎn) 效率提高的一種輔助裝置和設(shè)備。焊接滾輪架是借助主動(dòng)滾輪與焊件之間的摩接力帶動(dòng)焊 件 旋轉(zhuǎn)的變位機(jī)械 。 在筒形工件內(nèi)外環(huán)縫的焊接中，組合式焊接滾輪架逐漸取代長軸式、固定式等焊接滾輪架，獲得了廣泛的應(yīng)用，但如何合理的控制其焊接時(shí)的軸向竄動(dòng)及主動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速仍值得分析。組臺式焊接滾輪架主要由主動(dòng)輪座、從動(dòng)輪座、支架三部分組成。支架相當(dāng)于機(jī)座，輪座坐在其上對工件起支承作用，其中主動(dòng)輪座還起驅(qū)動(dòng)作用。這三部分自成獨(dú)立單元，人們可利用其數(shù)量的協(xié)調(diào)變化組合成能驅(qū)動(dòng)各種長度、各種直徑、不同重量筒形工件的焊接滾輪架。但是 ，作為標(biāo)準(zhǔn)組臺，是由兩個(gè)支架和四個(gè)輪座組成的，其中至少有一個(gè)輪座是主動(dòng)輪座。 我國在 1990年頒布的焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ 33003規(guī)定：主動(dòng)滾輪的圓周速度應(yīng)在 6 60m/h 范圍內(nèi)無級可調(diào)，速度波動(dòng)量按不同的焊接需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 3 工藝要求，要低于 5 10 ，滾輪轉(zhuǎn)速應(yīng)穩(wěn)定、均勻，不允許有爬行現(xiàn)象。按 整個(gè)焊接過程中允許工件的軸向竄動(dòng)量為 3國外于 20 世紀(jì) 80 年代中期推出的防止焊件軸向竄動(dòng)焊接滾輪架，能將焊件的竄動(dòng)量控制在 2 內(nèi)。我國近年來也有個(gè)別工廠生產(chǎn)過防竄動(dòng)滾輪架，但在實(shí)用性和可靠性方面，與國外產(chǎn)品相比還存在著差距。 國外在 80 年代初期研制開發(fā)了一種防止工件軸向竄動(dòng)的焊接滾輪架。如瑞典伊薩（ 意大利安莎多（ 英國（ 司等都推出了這種產(chǎn)品。國外所研制的防軸向竄動(dòng)焊接滾輪架與國內(nèi)常規(guī)的焊接滾輪架相比，增加了一套高可靠度的軸向位移自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)。在焊接過程中能同步調(diào)節(jié)筒體的姿態(tài)，使焊接過程可靠實(shí)施，大大提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)可得到高質(zhì)量的焊接接頭。相比國外，我國防軸竄焊接滾輪架的研制還處于初始階段， 據(jù)調(diào)查，至今國內(nèi)尚無正式廠家能夠制造抽比較成熟的產(chǎn)品，生產(chǎn)中主要是依靠引進(jìn)國外的設(shè)備，如蘭州石油化工機(jī)械廠、哈爾濱鍋爐廠、齊齊哈爾第一重型機(jī)械廠等，都是從國外引進(jìn)的防軸向竄動(dòng)的焊接滾輪架。這樣，一方面要花費(fèi)大量的外匯，另一方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)日益增長的焊接生產(chǎn)需要。 題的研究內(nèi)容及意義 本課題主要研究的內(nèi)容是： 深入分析出現(xiàn)竄動(dòng)的原因以及竄動(dòng)機(jī)理； 設(shè)計(jì)防竄滾輪架控制系統(tǒng)（包括控制部分軟硬件、梯形圖、電氣原理）； 焊接滾輪架的軸向竄動(dòng)問題一直是各大企業(yè)及各使用者所關(guān)心的重要問題 ，本 課題能從理論上有效的解決焊接滾輪架在焊接過程中出現(xiàn)軸向竄動(dòng)的問題，提高焊縫的精度和質(zhì)量；同時(shí)也提高我自己在這方面的知識。 2 防竄焊接滾輪架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 防竄滾輪架系統(tǒng)主要由驅(qū)動(dòng)滾輪架，從動(dòng)滾輪架，調(diào)節(jié)裝置，電氣控制系統(tǒng)，進(jìn)電機(jī)等組成。主動(dòng)滾輪架的滾輪旋轉(zhuǎn)采用交流變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)、變頻調(diào)速，具有調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)動(dòng)平滑性好等特點(diǎn)；從動(dòng)滾輪架裝置是由底座、滾輪、需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 4 滾輪座、防竄滾輪裝置等組成，其底座固定；防竄滾輪裝置由從動(dòng)滾輪裝置和升降機(jī)構(gòu)組成，升降機(jī)構(gòu)包括蝸輪絲桿升降機(jī) 構(gòu)、升降限位開關(guān)等。采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)升降機(jī)的升降，根據(jù)位移傳感器檢測到的工件軸向竄動(dòng)信號，自動(dòng)糾正工件的軸向竄動(dòng)。主要用于管道、容器、鍋爐、油罐等重型圓筒形工件的裝配與焊接。若對從動(dòng)滾輪的高度做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整后還可進(jìn)行錐體、分段不等徑回轉(zhuǎn)體的裝配與焊接。 統(tǒng)的工作原理 本設(shè)計(jì)防竄焊接滾輪架為四輪組合的可自動(dòng)調(diào)心型，驅(qū)動(dòng)輪采用交流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，利用變頻器改變電動(dòng)機(jī)的電壓、頻率來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速使?jié)L輪線速度在6滿足不同焊件的工藝要求。系統(tǒng)運(yùn)行后，先手動(dòng)方式調(diào)整從動(dòng)輪的高度 ，使工件的軸線與滾輪盡量在同一水平面上并平行，以節(jié)省自動(dòng)調(diào)整時(shí)間。然后啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)輪，進(jìn)入自動(dòng)調(diào)整狀態(tài)。電氣控制系統(tǒng)是由 圖 1所示，由位移傳感器檢測，通過 測出工件的軸向竄動(dòng)方向，竄動(dòng)速度和竄動(dòng)量的大小，為了始終保持工件達(dá)到最小平衡竄動(dòng)量， 史比較、邏輯判斷， D/進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)蝸桿蝸輪絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使調(diào)節(jié)裝置升、降以克服工件軸向竄動(dòng)力，并使工件向相反的方向竄動(dòng)，最終達(dá) 到工件的動(dòng)態(tài)平衡。絲杠的兩端加上限位開關(guān)，來限制升降裝置的最大升降高度，其允許的最大范圍由設(shè)計(jì)而定。位移傳感器裝在伸縮桿上，伸縮桿另一頭由裝在從動(dòng)輪上的螺釘槽上螺釘?shù)乃删o控制。筒體左右兩端分別裝有位移傳感器和左右微動(dòng)式限位開關(guān)，其安裝方法相同。左右微動(dòng)式限位開關(guān)是為了防止筒體突然竄動(dòng)量很大而導(dǎo)致無法焊接的問題。 控制系統(tǒng)電氣原理圖 1 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 5 3 筒體軸向竄動(dòng)的理論分析 接過程中常出現(xiàn)的一些問題 (1)當(dāng)筒體的形狀是規(guī)則的圓柱體，但滾輪架的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的安裝不在同 一水平線上時(shí)，滾輪對簡體也會產(chǎn)生軸向外力的作用使筒體出現(xiàn)向安裝的滾輪較低的方向竄動(dòng)。如圖 其產(chǎn)生的軸向外力可以是簡體重力 2/ 式中： 為支承角， f 為摩擦系數(shù)。 (2)當(dāng)簡體的形狀是規(guī)則的圓柱體，但滾輪架的 2個(gè)主動(dòng)輪和從動(dòng)輪的 軸線在水平面內(nèi)不平行 (呈喇叭形狀 )， 2個(gè)滾輪也會對簡體產(chǎn)生軸向外力使筒體出現(xiàn)軸向竄動(dòng)。故由圖 (3)當(dāng)簡體的形狀是規(guī)則的圓柱體， 3個(gè)滾輪的安裝都在同一水平面上，而另外的一個(gè)滾輪卻不在同一平面內(nèi)，滾輪架運(yùn)行時(shí)，滾輪對簡體產(chǎn)生軸向外力 使筒體出現(xiàn)軸向竄動(dòng)。故由圖 圖 圖 要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 6 圖 向竄動(dòng)的主要原因 綜上所述，影響焊件做軸向竄動(dòng)的主要原因是滾輪各軸線與焊件軸線的平行度。焊接滾輪架的制造安裝誤差已有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，誤差的具體內(nèi)容有滾輪的跨距、支承距、對角線長度、高度和偏角等允差，最終表現(xiàn)為螺旋角，因此筒體的軸向運(yùn)動(dòng)往往是不可避免的。由于制造、安裝等原因，滾輪和工件之間存在的螺旋角是工件產(chǎn)生軸向運(yùn)動(dòng)的內(nèi)在因素。 因此，在制造和使用焊接滾輪架時(shí)，首先要盡 量做到：主、從滾輪架都位于同一中心線上。各滾輪的軸線都在一個(gè)水平面內(nèi)且相互平行。滾輪間距相等。 3,3 滾輪架簡體軸向竄動(dòng)機(jī)理 滾輪架至少有四個(gè)滾輪支承一個(gè)筒體從理論上講，四個(gè)滾輪與筒體的接觸線都應(yīng)在同一平面且為平行線但實(shí)際情況是，由于制造和安裝精度等原因，四個(gè)滾輪的高度不可能完全相等，筒體一端兩滾輪的距離與筒體另一端兩滾輪間的距離也不可能完全相等，每個(gè)滾輪的軸線不可能都與筒體的中心線平行，以上任何一個(gè)因素都會使某一滾輪的軸線與筒體的中心線不平行而成為異面直線當(dāng)它們接觸時(shí)，只能是點(diǎn)接觸如圖 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 7 滾輪與工件的幾何關(guān)系圖 接觸點(diǎn)為 o ，過 o 點(diǎn)作簡體的切平面，交線 線 o 點(diǎn)的母線， m， ， m ， m 與 ，該角定義為螺旋角， m 與 y，稱為軸偏角，這樣滾輪和簡體的相對關(guān)系可由 ， 來描述如果 角不為零，滾輪和簡體的接觸點(diǎn)一定在滾輪的端面上由于滾輪約束在滾輪座上，只有圍繞軸線旋轉(zhuǎn) 。如果簡體和滾輪接觸點(diǎn)處產(chǎn)生純滾動(dòng)，那么接觸點(diǎn) o 處簡體和滾輪的線速度 v 應(yīng)該相等，其方向?yàn)闈L輪過切點(diǎn)的切線方向，該切線在簡體的切平面內(nèi)，由于簡體沒有約束，簡體的運(yùn)動(dòng)速度 v 可分解為旋轉(zhuǎn)速度 和軸向速度由于 ， m 是 m 在切平面內(nèi)的投影，根據(jù)幾何三垂線定理知 ，又因 ，所以 v 與 的夾角為 。設(shè)所討論的為第 有 (1) 可見螺旋角 是簡體軸向竄動(dòng)的內(nèi)在因素很顯然四個(gè)滾輪與簡體的關(guān)系不一定完全一致。設(shè)四個(gè)滾輪與簡體的螺旋角分別為4321 , ，則簡體相對于四個(gè)滾輪的軸向速度分別為4321 , ，但是由于簡體可看作是剛體，其相對四個(gè)滾輪的軸向速度應(yīng)相等對于某一個(gè)滾輪，它的 和簡體的軸向速度不相同，則滾輪和簡體之間一定會產(chǎn)生軸向摩擦力分量如果摩擦力大于最大摩擦力則產(chǎn)生相對滑動(dòng)，如果小于最大摩擦力，則通過彈性滑動(dòng)使兩者的運(yùn)動(dòng)加以協(xié)調(diào)。 彈性滑動(dòng)的原因是由于物體在受力時(shí)要產(chǎn)生局部形變型假設(shè)簡體與滾輪的中心線相互平行，不存在 螺旋角，若簡體受到軸向力 則簡體產(chǎn)生的軸向彈性滑動(dòng)為 / ，其中 v 為簡體的旋轉(zhuǎn)速度簡體和滾輪之間的協(xié)調(diào)關(guān)系為 )4,3,2,1( （ 2） 簡體的軸向速度恒定時(shí)，四個(gè)滾輪對簡體的軸向力代數(shù)和應(yīng)等于零，由于式 (2)需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 8 中 , 對四個(gè)滾輪皆相同，所以有 )4,3,2,1(041 （ 3） 將式 (2)代入式 (3)得簡體的軸向速度； )4,3,2,1(41 41 （ 4） 式 (4)中 4141j 是滾輪架的固有特性，稱簡體螺旋運(yùn)動(dòng)的螺旋率 ，由式 (4)得 4141j )4,3,2,1( j （ 5） 件不發(fā)生軸向竄動(dòng)的充分條件 下圖為一標(biāo)準(zhǔn)組合的焊接滾輪架示意圖，當(dāng)焊件、滾輪都是一理想圓柱體且各滾輪尺寸一致，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線 主動(dòng)輪驅(qū)動(dòng)焊件，作用在焊件上的力和從動(dòng)輪作用到焊件上的力均為圓周力，焊件繞自身軸線旋轉(zhuǎn)，不會產(chǎn)生軸向竄動(dòng)。當(dāng)這一條件受到破壞，則焊件自重以及主動(dòng)輪、從動(dòng)輪與焊件的接觸處便會產(chǎn)生軸向分力，但該力僅是焊件軸向竄動(dòng)的必要條件，因個(gè)滾輪對焊件雖有軸向力件本身也會產(chǎn)生自重的軸向分量力向有正反，當(dāng)其合力滿足 041 j=1,2,3,4）焊件仍會有軸向竄動(dòng)。因此，使焊件不發(fā)生軸向竄動(dòng)的充分條件是 041 焊接滾輪架和筒體圖 2 34 筒體軸向竄動(dòng)的檢測、調(diào)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 9 向竄動(dòng)檢測 我們的目的是要檢測出焊件在軸線方向上的竄動(dòng)位移，從原理上說，可以采取在焊件筒壁側(cè)面檢測方式和在焊件端面檢測方式。 筒壁側(cè)面檢測方式可以不受焊件端面誤差的影響，但這種檢測方式由于要去除筒壁的垂直旋轉(zhuǎn)分量，再加上打滑、筒體表面粗糙、污物的影響，因此要制造出可靠的傳感器來是不容易的。在焊件端面檢測方式是目前貫用的檢測方式，這種檢測方法簡單、易行，只要讓傳感器利用彈簧力頂 住筒體端面，跟隨焊件的軸向竄動(dòng)即可。但這種檢測方式不可避免地受到焊件端面與其軸心線垂直方向上凹凸不平的影響，因此要求對焊件的受測端面進(jìn)行加工。但對大型焊件來講，這種加工要求的精度越高，其困難和費(fèi)用也就越大。能否降低對端面加工的要求，就顯得重要起來。比如，工藝要求焊件的軸向竄動(dòng)量不大于 2是焊件的受測端面不平度卻大于 2這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動(dòng)是衡量防竄滾輪架是否實(shí)用的重要指標(biāo)之一。對滾輪架本身來說，在端面誤差很大的情況下，檢測裝置檢測到的數(shù)據(jù)即使能保證防竄在允許波動(dòng)的范圍以內(nèi)，但 如果使用焊接設(shè)備機(jī)頭部分沒有自動(dòng)跟蹤裝置的話，最終焊接出來的焊縫是“ S” 形的，這種結(jié)果我們只能判定為不合格，所以我們要盡最大可能消除端面誤差。 為此提出了檢測工件中心位置的方案。要解決這一問題并不困難，在檢測焊件中心位置不變的前提下，只要在檢測的過程中能避免如上所說的端面加工誤差造成的影響就可以了。 因此我們可以采用簡單加工固定法，即使用一個(gè)小的平板。至于平板面積只需要根據(jù)焊件實(shí)際情況來定，設(shè)法固定在焊件的中心位置即可。當(dāng)然條件是要使平板和焊件的軸線基本垂直。總的來說，使檢測裝置檢測的是一個(gè)基本垂直于焊件軸 線的平面，而不是在加工的圓周上就基本可以了。 節(jié)方式的選擇 實(shí)際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動(dòng)，其焊件本身是在作螺旋運(yùn)動(dòng)，如能采取措施，把焊件的左旋及時(shí)地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮敝梁讣?再作螺旋運(yùn)動(dòng)為止。目前， 已有三種執(zhí)行機(jī)構(gòu)可完成此任務(wù)： (1)頂升式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動(dòng)滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升降運(yùn)動(dòng)，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時(shí)也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化，如下圖 種調(diào)節(jié)方需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 10 式其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點(diǎn)是制造成本高，體積大。 (2)偏轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動(dòng)滾輪架的兩 側(cè)滾輪沿其垂直中心線可做同向偏轉(zhuǎn)，以此改變滾輪與焊件的軸向摩擦分力，如下圖 種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是靈敏度高，但最大的缺點(diǎn)是對滾輪的磨損太大。 (3)平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動(dòng)滾輪架的兩側(cè)滾輪可以同時(shí)垂直于焊件軸心線做水平移動(dòng)，從而達(dá)到調(diào)節(jié)焊件軸心線以及調(diào)節(jié)滾輪軸線夾角的目的，如下圖 種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定性好，制造成本低，結(jié)構(gòu)簡單，不占用額外的安裝空間。 升降式調(diào)節(jié)圖 平移式調(diào)節(jié)圖 偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)圖 上所述 ，系統(tǒng)運(yùn)行后，很多時(shí)候會因?yàn)?調(diào)整反應(yīng)不夠靈敏，連續(xù)工作的情況下甚至?xí)o法阻止工件的軸向竄動(dòng)趨勢，最終導(dǎo)致工件竄出安全區(qū)域。所以 從調(diào)節(jié)的靈敏度來看 ,由于筒體重力可自然消除舉升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)鏈上的往復(fù)運(yùn)動(dòng)間隙 ,因此在三種調(diào)節(jié)方式中以升降式為優(yōu) ,而平移式和偏轉(zhuǎn)式機(jī)構(gòu)均需采取專門措施來消除其傳動(dòng)鏈上的往復(fù)間隙 ,特別是低速級的間隙。因此選擇升降式調(diào)節(jié)方式。節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)原理 要改變簡體的軸向運(yùn)動(dòng)速度，除改變簡體的旋轉(zhuǎn)速度以外，更重要的是要調(diào)節(jié)滾輪架的螺旋率螺旋率是由四個(gè)滾輪與簡體的螺旋角所決定，通過 調(diào)節(jié)四個(gè)滾輪與簡體的相對位置，可以有效地控制滾輪架的螺旋率如圖 從動(dòng)輪之一放置升降裝置上，當(dāng)升降臺上升到 C 時(shí)，滾輪的中心 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 11 圖 ，簡體的中心由 O 點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到 O 點(diǎn)，而主動(dòng)輪處簡體橫截面的中心沒有發(fā)生變化，軸向投影仍在 O 點(diǎn)這樣，簡體的軸線位置發(fā)生相對改變，改變量可用軸偏位移矢量 表示，由于右側(cè) 從動(dòng)輪的位置沒有發(fā)生變化所以在筒體的位置發(fā)生變化時(shí)，簡體中心與右側(cè)從動(dòng)輪的中心距保持恒定也 就是說，簡體中心的運(yùn)動(dòng)軌跡是以右側(cè)從動(dòng)輪為圓點(diǎn)，筒體和滾輪半徑之和為半徑的圓弧。 在一般調(diào)節(jié)過程中，軸偏位移矢量都很小，可近似認(rèn)為 與 直筒體軸線發(fā)生變化后 ,與兩側(cè)滾輪形成附加螺旋角，其大小為 (6) (7) 其中， L 為主動(dòng)滾輪與從動(dòng)滾輪間的距離 ,一般情況下使用的滾輪架中心角都 為 60。，所以 的大小為 的一半。 21 (8) 設(shè)4321 , 分別為左邊和右邊滾輪與筒體的初始螺旋角，據(jù)式 (4)簡體軸線發(fā)生偏移后，軸向速度為： )()()()(41 4321 (9) 當(dāng)軸偏移變化時(shí)可以改變軸向速度，可以看出軸偏位移可以增加也可以減小軸向速度 ,要有效控制軸向速度，必須正確選擇軸偏位移矢量，由于螺旋角都很小，可將式 (9)近似為 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 12 )3(41)22(41 4141 Ri (10) 由圖 2推導(dǎo)出升降裝置的位移與附加螺旋角的關(guān)系，它們之間的函數(shù)關(guān)系較為復(fù)雜，由于實(shí)際控制中螺旋角的變化范用較小，可近似認(rèn)為升降裝置的位移增量附加螺旋角 R 成線性關(guān)系，其比例系數(shù)與滾輪直徑 d，筒體直徑 D，滾輪架中心角 , （ 11） 由式 (4)、式 (10)和式 (11)可得： ,43（ 12） 令 ,431 r ，則有：a 1（ 13） 舉升機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)速 )(螺旋千斤頂?shù)奈灰?)(關(guān)系為 ()( 2 （ 14）其中， 2k 與升降裝置傳動(dòng)比和絲桿螺距等有關(guān)。 由式 (13)和式 (14)可得： (15)其中， 21 設(shè)軸竄位移為 y，由式 (15)可寫出舉升機(jī)構(gòu)及滾輪架的傳遞函數(shù)為2)()( 降裝置的選型 型號： L 各參數(shù)意義： 載能力 。 1：結(jié)構(gòu)形式絲桿不旋轉(zhuǎn)，只作軸向移動(dòng)。A：絲桿（或螺母）在安裝底腳上面。 ：絲桿頭部為法蘭盤型。 500：行程。 F：防旋轉(zhuǎn)型 Z：帶防護(hù)罩型 此 螺旋升降機(jī)是由蝸輪蝸桿，箱體，軸承，絲杠等零部件組成。工作原理為：電機(jī)或者手動(dòng)驅(qū)動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿驅(qū)動(dòng)蝸輪減速旋轉(zhuǎn)，蝸輪內(nèi)腔加工為內(nèi)螺紋，驅(qū)動(dòng)絲杠上下移動(dòng)，由于內(nèi)部有蝸輪蝸桿，絲杠的減速作用，達(dá)到放大推力的作用。 主要性能參數(shù)如下： 最大起升力（ 25 絲桿每 100重量（ 要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 13 絲桿螺紋尺寸 提升速度（ m/ 大 拉力（ 25 蝸桿轉(zhuǎn)速（ r/ 750 蝸桿蝸輪傳動(dòng)比 1： 6 潤滑劑 蝸 輪 蝸 桿 油320/ 蝸 桿 每 轉(zhuǎn) 行 程（ 滑脂量（ 載時(shí)蝸桿扭矩（ 18 最 大 使 用 功 率（ 率（ ） 22 不加行程的重量（ 能特點(diǎn)： 通過驅(qū)動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)絲杠的上下移動(dòng)，達(dá)到推拉或者頂升的作用。 自鎖性能普通齒絲杠電動(dòng)推桿和螺旋升降機(jī)，由于綜合傳動(dòng)效率低，大部分有絕對動(dòng)載自鎖功能，增加設(shè)備運(yùn)行的安全性；滾珠絲杠電動(dòng)推桿和螺旋升降機(jī)不自鎖； 精度定位綜合位置精度可達(dá) 0， 1 驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)：直流電機(jī) 12/24V, 單項(xiàng)交流電機(jī)，三相交流電機(jī)，無需氣源 /液壓源； 過載保護(hù)可配備安全離合器防過載；也可配備過載壓力傳感器防過載； 負(fù)載高推 /拉力可至 250 噸； 其他維護(hù)簡單，噪音低，可在高 /低溫，防腐 /防爆惡劣環(huán)境正常工作。 外形尺寸如下圖： 2 B M N H h 程 +20 行程 +110 65 120 135 90 97 45 12 d 鍵 2 D 2 6 5532 14 42 90 48 98 70 45 5 2 A3 b1 98 60 45 50 65 20 20 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 14 5 系統(tǒng)控制部分 統(tǒng)硬件部分設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件主要由位移傳感器， 進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，步進(jìn)電機(jī)，限位微動(dòng)開關(guān)，聯(lián)軸器等組成。 （ 1） 根據(jù)對防竄控制系統(tǒng)的功能分析，可知其主要的輸入信號有左右兩傳感器輸入接口，啟動(dòng)停止按鈕，自動(dòng)手動(dòng)按鈕，控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)和停止的按鈕，左右上下限位開關(guān)，風(fēng)扇按鈕。輸出信號有方向信號，脈沖信號，左竄指示燈，右竄指示燈，風(fēng)扇，運(yùn)行指示燈。 通過對各個(gè)輸入輸出信號進(jìn)行分析后可以得知，該防軸竄控制系統(tǒng)中有 13個(gè)數(shù)字輸入端口和 7數(shù)字個(gè)輸出端口。根據(jù) I/下圖： 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 15 圖 通訊端口。 平，插座為 供 種電平。母線插座用于連接擴(kuò)展模塊。模式選擇開關(guān)有 M、 個(gè)檔位。其信號輸入輸出端口分配如下： 輸入端口： 輸出端口： 其端子定義如下圖： 引腳標(biāo)識 功能說明 L/N 220別為火線、零線 接地線端子 24V 提供給用戶外部設(shè)備使用的輔助直流電源，與 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 16 外提供 +24S/S 提供給用戶進(jìn)行輸入方式的選擇，與 +24持漏型輸入方式，與 空端子，作隔離用，請不要接線 17 開關(guān)量信號輸入端子，將該端子與 制輸出端子，第 0組 各輸出組的 制輸出端子，第 1組 7、 制輸出端子，第 2組 15、 制輸出端子，第 3組 （ 2） I/在對防竄控制系統(tǒng)的各個(gè)硬件組成部分進(jìn)行了詳細(xì)分析后，對 ，見下表： 名稱 地址 說明 輸入信號 傳感器（右） 測工件向右邊竄動(dòng) 傳感器（左） 測工件向左邊竄動(dòng) 啟動(dòng)按鈕 動(dòng)防竄控制系統(tǒng) 停止按鈕 止防竄控制系統(tǒng) 手動(dòng)按鈕 動(dòng)調(diào)節(jié) 自動(dòng)按鈕 動(dòng)調(diào)節(jié) 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 17 上升 件上升控制 下降 件下降控制 電機(jī)停止 機(jī)停止控制 頂起上限位 限位行程開關(guān) 頂起下限位 限位行程開關(guān) 竄動(dòng)限位 1 邊竄動(dòng)限位開關(guān) 竄動(dòng)限位 2 邊竄動(dòng)限位開關(guān) 輸出信號 脈沖輸出 出脈沖信號控制 方向輸出 出方向信號控制 左竄 竄運(yùn)行顯示燈 右竄 竄運(yùn)行顯示燈 風(fēng)扇 統(tǒng)溫度控制 運(yùn)行 統(tǒng)運(yùn)行指示燈 蜂鳴器 限位置時(shí)報(bào)警 根據(jù) I/出 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 18 控制系統(tǒng) 進(jìn)電機(jī)的計(jì)算與選型 （ 1）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 已知：滾珠絲杠的公稱直徑 0長 l=500程 ，材料密度33 /1085.7 ，移動(dòng)部件總重力 G=20桿蝸輪傳動(dòng)比為 1:6，絲桿每 100 計(jì)算得各個(gè)零部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量如下： 82 ，2/4 ， 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 2531.2 ， ，小齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 21 600.1 ，大齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量22 240.1 。 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 19 初選步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的型號為 110兩相混 合式，有常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，兩相四拍驅(qū)動(dòng)時(shí)的步距角為 從表查得該型號的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量215 m 。 則加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 212( ) /e q m Z Z W J J J J i = 2）計(jì)算加在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計(jì)算。 1) 快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1其中 1括三部分：一部分是快速空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T 。因?yàn)闈L珠絲杠副傳動(dòng)效率很高，其中 0T 相對于 小，可以忽略不計(jì)。則有： 1 考慮傳動(dòng)鏈的總效率 ，計(jì)算空載起動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩： 2 160eq 其中：m a x m 式中： 空載最快移動(dòng)速度，指定為 2000mm/ 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步距角，預(yù)選電動(dòng)機(jī)為 ； 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 20 脈沖當(dāng)量，取 =沖。 設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至 需時(shí)間 傳動(dòng)鏈總效率 。則由上式得 a m a x 移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)，折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： ( ） 式中 導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動(dòng)導(dǎo)軌取 垂直方向的銑削力，空載時(shí)取 0 傳動(dòng)鏈效率，取 后求得快速空載起動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 1 m 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2同樣 2括三部分：一部分是折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 一部分是移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T ， 0T 相對于 小，可以忽略不計(jì)。則有： 2 其中折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 公式計(jì)算。有： 再計(jì)算垂直方向承受最大工作負(fù)載（ 19 ）情況下，移動(dòng)部件運(yùn)動(dòng)時(shí)折算到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 21 50020000( 最后求最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 2 最后求得在步進(jìn)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： 689.3,m a x 21 3）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時(shí)，其輸出轉(zhuǎn)矩會下降，可能造成丟步，甚至堵轉(zhuǎn)。因此，根據(jù) 選擇步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時(shí)，需要考慮安全系數(shù)。取 K=4, 則步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： a x 初選步進(jìn) 電動(dòng)機(jī)的型號為 110得該型號電動(dòng)機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩20N m。可見，滿足要求。 (2)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的性能校核 1)最快工進(jìn)速度時(shí)電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 工作臺最快工進(jìn)速度沖當(dāng)量 /005.0 脈沖 ,求出電動(dòng)機(jī)對應(yīng)的運(yùn)行頻率 f 500)150m a x 。從 110動(dòng)機(jī)的運(yùn)行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 19N m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2m，滿足要求。 2）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 給定升降臺最快空載移動(dòng)速度2000mm/出其對應(yīng)運(yùn)行頻率 f 6 6 6 7)2 0 0 0m a x 。在此頻率下，電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 11N m，大于快速空載起動(dòng)時(shí)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩1m，滿足要求。 需要購買對應(yīng) 紙 咨詢 14951605 22 3）最快空載移動(dòng)時(shí)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行頻率校核 與快速空載移動(dòng)速度 2000mm/667。查表知 110動(dòng)機(jī)的空載運(yùn)行頻率可達(dá) 可見沒有超出上