重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 目 錄 摘 要 I Abstract II 1.緒 論 1 1.1 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.2 課題的研究內(nèi)容及意義 3 2.防竄焊接滾輪架系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計及工作原理 3 2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 3 2.2 系統(tǒng)的工作原理 4 3.筒體軸向竄動的理論分析 5 3.1 焊接過程中 常 出現(xiàn)的一些問題 5 3.2 軸向竄動的主要原因 6 3,3 滾輪架簡體軸向竄動機(jī)理 6 3.4 焊件不發(fā)生軸向竄動的充分條件 8 4.筒體軸向竄動的檢測、調(diào)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 8 4.1 軸向竄動檢測 8 4.2 調(diào)節(jié)方式的選擇 9 4.3 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)原理 10 4.4 升降裝置的選型 10 5.系統(tǒng)控制部分 14 5.1 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 14 5.1.1 PLC 控制器 14 5.1.2 步進(jìn)電機(jī)的計算與選型 18 5.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的選用 23 5.1.4 聯(lián)軸器的選擇 24 5.1.5 位移傳感器選型 24 5.1.6 限位開關(guān)選型 25 5.1.7 控制面板的設(shè)計 25 5.2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 25 5.2.1 防竄控制模式 選擇 26 5.2.2 主程序控制圖 27 5.2.3 梯形圖 程序 27 6.總 結(jié) 29 參考文獻(xiàn) 30 文獻(xiàn)綜述 31 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 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)動時，會不可避免的發(fā)生軸向竄動，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)生軸向竄動的主要原因，分析了筒體軸向位移的調(diào)節(jié)機(jī)理， 同時提出了采用螺旋升降裝置和步進(jìn)電機(jī)傳動，用 PLC控制器以脈沖控制的方式使 步進(jìn)電機(jī)精準(zhǔn)的控制升降臺的上升和下降的位移。 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，此設(shè)計實現(xiàn)了精密化、大型化、數(shù)字化、智能化等優(yōu)點。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)省因竄動進(jìn)行人工調(diào)節(jié)的時間，減少勞動力，提高焊接的精度和質(zhì)量，降低成本。 關(guān)鍵詞 :竄動理論分析 竄動檢測 調(diào)節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 硬件部分設(shè)計 軟件部分設(shè)計 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 II Abstract Welding roller bed is in the welding production and welding process to match an auxiliary device The Welding and Production in the big Thick-Cliff、 The Large-Scale、High-Content、 Endure-Ablation of the pressure vessel of the Boiler 、 Oil、chemical,because of reason of the abnormity of geometry-form of the cylinder (departure ideal gyration object)and the error of the manufacture-installation ,the cylinder wheel on the roller bed,inevitably it will occur axial drifting,so that affect the welding quality. This topic of cylinder were analyzed theoretically in the welding process to produce axial channeling move, the main reason of the regulation mechanism of cylinder axial displacement are analyzed, at the same time puts forward adopting spiral lifting gear and step motor driving, PLC controller to control by means of pulse to make precise stepper motor control displacement of the rise and fall of the lifting platform. The anti channeling welding control system can effectively solve the narrow gap submerged arc welding, the welding problem, intelligent control in the welding process of the axial channeling move, this design implements the motors, large-scale, digital and intelligent advantages. Not only improves the production efficiency and ensure the stability of welding quality in mass production process, save for channeling manually adjust time, reduce the labor force, improve the accuracy of welding and quality, reduce costs. Key words: Dynamic analysis The axial dynamic detection Adjust the actuator The hardware part of the design Software part design 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 1 1 緒 論 1.1 國內(nèi)外焊接滾輪架發(fā)展現(xiàn)狀 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 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，有利于實現(xiàn)焊接生產(chǎn)機(jī)械化，自動化，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滾輪與焊件之間的摩接力帶動焊 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的軸向竄動及主動輪的轉(zhuǎn)速仍值得分析。組臺式焊接滾輪架主要由主動輪座、從動輪座、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，其中主動輪座還起驅(qū)動作用。這三部分自成獨立單元，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，是由兩個支架和四個輪座組成的，其中至少有一個輪座是主動輪座。 我國在 1990 年頒布的焊接滾輪架的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（ ZBJ/T33003-1990）中規(guī)定：主動滾輪的圓周速度應(yīng)在 6 60m/h 范圍內(nèi)無級可調(diào)，速度波動量按不同的焊接重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 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 GB150 規(guī) 定制造的筒體類工件在防軸向竄動滾輪架上進(jìn)行焊接時，在整個焊接過程中允許工件的軸向竄動量為 3mm 。國外于 20 世紀(jì) 80年代中期推出的防止焊件軸向竄動焊接滾輪架，能將焊件的竄動量控制在 2mm 以內(nèi)。我國近年來也有個別工廠生產(chǎn)過防竄動滾輪架，但在實用性和可靠性方面，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的焊接滾輪架。如瑞典伊薩（ ESAB）、意大利安莎多（ ANSALDO）和英國（ BODE）公司等都推出了這種產(chǎn)品。國外所研制的防軸向竄動焊接滾輪架與國內(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)，使焊接過程可靠實施，大大提高了生產(chǎn)效率，同時可得到高質(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)的防軸向竄動的焊接滾輪架。這樣，一方面要花費大量的外匯，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。 1.2 課題的研究內(nèi)容及意義 本課題主要研究的 內(nèi)容是： 深入分析出現(xiàn)竄動的原因 以及竄動機(jī)理 ； 設(shè)計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)軸向竄動的問題，提高焊縫的精度和質(zhì)量；同時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)計及工作原理 2.1 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 防竄滾輪架系統(tǒng)主要由驅(qū)動滾輪架，從動滾輪架，調(diào)節(jié)裝置，電氣控制系統(tǒng)，PLC，步進(jìn)電機(jī)等組成。主動滾輪架的滾輪旋轉(zhuǎn)采用交流變頻電機(jī) 驅(qū)動、變頻調(diào)速，具有調(diào)速范圍寬，轉(zhuǎn)動平滑性好等特點；從動滾輪架裝置是由底座、滾輪、重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 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信號，自動糾正工件的軸向竄動。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。 2.2 系統(tǒng)的工作原理 本設(shè)計防竄焊接滾輪架為四輪組合的可自 動調(diào)心型，驅(qū)動輪采用交流電機(jī)驅(qū)動，利用變頻器改變電動機(jī)的電壓、頻率來調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速使?jié)L輪線速度在6-60m/h之間可無級調(diào)速，以滿足不同焊件的工藝要求。系統(tǒng)運行后，先手動方式調(diào)整從動輪的高度，使工件的軸線與滾輪盡量在同一水平面上并平行，以節(jié)省自動調(diào)整時間。然后啟動驅(qū)動輪，進(jìn)入自動調(diào)整狀態(tài)。電氣控制系統(tǒng)是由 PLC作為控制器，如圖 1所示，由位移傳感器檢測，通過 PLC讀取位移傳感器的輸出信號，檢測出工件的軸向竄動方向，竄動速度和竄動量的大小，為了始終保持工件達(dá)到最小平衡竄動量， PLC控制箱內(nèi)的控制器經(jīng)過計算、歷史 比較、邏輯判斷， D/A轉(zhuǎn)換把結(jié)果輸出給步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，步進(jìn)電機(jī)帶動蝸桿蝸輪絲杠旋轉(zhuǎn)，從而使調(diào)節(jié)裝置升、降以克服工件軸向竄動力，并使工件向相反的方向竄動，最終達(dá)到工件的動態(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)計而定。位移傳感器裝在伸縮桿上，伸縮桿另一頭由裝在從動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式限位開關(guān)，其安裝方法相同。左右微動式限位開關(guān)是為了防止筒體突然竄動量很大而導(dǎo)致無法焊接的問題。 控制系統(tǒng)電氣原理圖 1 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 5 3 筒體軸向竄動的理論分析 3.1 焊接過程中 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，但滾輪架的主動輪和從動輪的安裝不在同一水平線上時，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。如圖 3.1所示。故其產(chǎn)生的軸向外力可以是簡體重力 G的軸向分量 )2/cos(/ fGF 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個主動輪和從動輪的軸線在水平面內(nèi)不平行 (呈喇叭形狀 )， 2個滾輪也會對簡體產(chǎn)生軸向外力使筒體出現(xiàn)軸向竄動。故由圖 3.2分析得水平向右的軸向力 cos1FF (3)當(dāng)簡體的形狀是規(guī)則的圓柱體， 3個滾輪的安裝都在同一水平面上，而另外的一個滾輪卻不在同一平面內(nèi)，滾輪架運 行時，滾輪對簡體產(chǎn)生軸向外力 使筒體出現(xiàn)軸向竄動。故由圖 3.3分析得水平向左的軸向力 cos1FF 圖 3.1 圖 3.2 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 6 圖 3.3 3.2 軸向竄動的主要原因 綜上所述， 影響焊件做軸向竄動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，因此筒體的軸向運動往往是不可避免的。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)生軸向運動的內(nèi)在因素。 因此，在制造和使用焊接滾輪架時，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機(jī)理 滾輪架至少有四個滾輪支承一個筒體從理論上講，四個滾輪與筒體的接觸線都應(yīng)在同一平面且為平行線但實際情況是，由于制造和安裝精度等原因，四個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，每個滾輪的軸線不可能都與筒體的中心線平行， 以 上任何一個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，只能是點接觸如圖 3.4所示 ： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 7 滾輪與工件的幾何關(guān)系圖 3.4 設(shè)接觸點為 o ，過 o 點作簡體的切平面，交線 n則為簡體的母線，直線 m為滾輪 上過 o 點的母線， m， n夾角為 ， m在切平面上投影為 m ， m 與 n的夾角為 ，該角定義為螺旋角， m 與 m的夾角為 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處產(chǎn)生純滾動，那么接觸點 o 處簡體和滾輪的線速度 v 應(yīng)該相等，其方向為滾輪過切點的切線方向，該切線在簡體的切平面內(nèi)，由于簡體沒有約束，簡體的運動速度 v 可分解為旋轉(zhuǎn)速度 rv 和軸向速度av，由于 mv ， m 是 m 在切平面內(nèi)的投影，根據(jù)幾何三垂線定理知 mv ，又因 nvr ， 所以 v 與 rv 的夾角為 。 設(shè)所討論的為第 j個滾輪，則有jrja tgvv (1) 可見螺旋角 是簡體軸向竄動的內(nèi)在因素很顯然 四個滾輪與簡體的關(guān)系不一定完全一致 。 設(shè)四個滾輪與簡體的螺旋角分別為4321 , ， 則簡體相對于四個滾輪的軸向速度分別為4321 , tgvtgvtgvtgv rrrr ， 但是由于簡體可 看作 是剛體，其相對四個滾輪的軸向速度應(yīng)相等對于某一個滾輪，它的 tgvr 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，如果小于最 大 摩擦力，則通過彈性滑動使兩者的運動加以協(xié)調(diào) 。 彈性滑動的原因是由于物體在受力時要產(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 aF ，則簡體產(chǎn)生的軸向彈性滑動為 NfFvE / ，其中 E為彈性滑動率， N為壓力 ， f為摩擦系數(shù)， 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( jfN FvEtgvv jra （ 2） 簡體的軸向速度恒定時，四個滾輪對簡體的軸向力代數(shù)和應(yīng)等于 零， 由于式 (2)重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 8 中 NfvE , 對四個滾輪皆相同，所以有 )4,3,2,1(041 jNf FvEj （ 3） 將式 (2)代入式 (3)得簡體的軸向速度； )4,3,2,1(41 41 jtgvvj jra （ 4） 式 (4)中 4141j jtg 是滾輪架的固有特性，稱簡體螺旋運動的螺旋率 ，由式 (4)得 4141j jtg )4,3,2,1( j （ 5） 3.4 焊件不發(fā)生軸向竄動的充分條件 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)動軸線 AA,BB在同一水平面內(nèi)并平行焊件軸線 OO時，則主動輪驅(qū)動焊件，作用在焊件上的力和從動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 。當(dāng)這一條件受到破壞，則焊件自重以及主動輪、從動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的必要條件，因個滾輪對焊件雖有軸向力ajF的作用，焊件本身也會產(chǎn)生自重的軸向分量gjF，但力向有正反，當(dāng)其合力滿足 041 gjj ajFF （ j=1,2,3,4）焊件仍會有軸向竄動。因此，使焊件 不發(fā)生軸向竄動的充分條件是 041 gjj ajFF 焊接滾輪架和筒體圖 3.5 1-主動滾輪 2-從動滾輪 3-筒體 4 筒體軸向竄動的檢測、調(diào)節(jié)及執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 9 4.1 軸向竄動檢測 我們的目的是要檢測出焊件在軸線方向上的竄動位移，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量不大于 2mm，可是焊件的受測端面不平度卻大 于 2mm，在這種條件下能否做到防止焊件的軸向竄動是衡量防竄滾輪架是否實用的重要指標(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，即使用一個小的平板。至于平板面積只需要根據(jù)焊件實際情況來定，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?？偟膩碚f，使檢測裝置檢測的是一個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。 4.2 調(diào)節(jié)方式的選擇 實際上，焊件在滾輪架上的軸向竄動，其焊件本身是在作螺旋運動，如能采取措施，把焊件的左旋及時地改為右旋或?qū)⒂倚臑樽笮敝梁讣?再作螺旋運動為止。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)從動滾輪架的一側(cè)滾輪可以做升 降運動，使焊件軸線發(fā)生偏移，同時也使焊件自重產(chǎn)生的軸向分量發(fā)生變化 ，如下圖 4.1。 這種調(diào)節(jié)方重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 10 式其優(yōu)點是調(diào)節(jié)靈敏度較高，缺點是制造成本高，體積大。 (2)偏轉(zhuǎn)式執(zhí)行機(jī)構(gòu) 從動滾輪架的兩側(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 4.2。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是靈敏度高，但最大的缺點是對滾輪的磨損太大。 (3)平移式執(zhí)行機(jī)構(gòu)從動滾輪架的兩側(cè)滾輪可以同時垂直于焊件軸心線做水平移動，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 4.3。這種調(diào)節(jié)方式其優(yōu)點是穩(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 4.1 平移式調(diào)節(jié) 圖 4.2 偏轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié) 圖 4.3 綜上所述，系統(tǒng)運行后，很多時候會因為 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)傳動鏈上的往復(fù)運動間隙 ,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。4.3 調(diào)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動速度，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滾輪與簡體的螺旋角所決定，通過調(diào)節(jié)四個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 4.4所示，將從動輪之一放置 升降裝置上， 當(dāng) 升降臺上升到 C 時， ，滾輪的中心 C點運動到 C 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 11 圖 4.4 點 ， 簡體的中心由 O 點運動到 O 點，而主動輪處簡體橫截面的 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 OO 表示，由于右側(cè) 從動輪的位置沒有發(fā)生變化所以在筒體的位置發(fā)生變化時，簡體中心與右側(cè)從動輪的中心距保持恒定也就是說，簡體中心的運動軌跡是以右側(cè)從動輪為圓點，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 OO 與 OA 垂直筒體軸線發(fā)生變化 后 ,與兩側(cè)滾輪形成附加螺旋角 ， 其 大 小為 LOOR / (6) LOOL / (7) 其中， L 為主動滾輪與從動滾輪 間 的距離 ,一般情況下使用的滾輪架中心角都 為 60。，所以 OO 的大小為 OO 的一半 。 LOORL 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 RRLLra tgtgtgtgvv (9) 當(dāng)軸偏移變化時可以改變軸 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 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 12 )3(41)22(41 4141 Ri irRLi iravvv (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dh 與附加螺旋角 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 a有關(guān)為 dhDdfR , （ 11） 由式 (4)、式 (10)和式 (11)可得： dtdhDdfvdtdv ra ,43 （ 12） 令 ,431 Ddfvk r ，則有：dtdhkdtdv a 1 （ 13） 舉升機(jī)構(gòu)電機(jī)轉(zhuǎn)速 )(tn 與螺旋千斤頂?shù)奈灰?)(th 的關(guān)系為 dttnkth )()( 2 （ 14） 其中， 2k 與 升降裝置傳動比和絲桿 螺距等有關(guān) 。 由式 (13)和式 (14)可得： kndtdva (15)其中， 21kkk 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)()( SKSN sy 4.4 升降裝置的選型 型號： FZAS W L 50015.2 各參數(shù)意義： 2.5：承載能力 2.5噸 。 1：結(jié)構(gòu)形式絲桿不旋轉(zhuǎn)，只作軸向移動。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)或者手動驅(qū)動蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸桿驅(qū)動蝸輪減速旋轉(zhuǎn)，蝸輪內(nèi)腔加工為內(nèi)螺紋，驅(qū)動絲杠上下移動，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（ KN） 25 絲桿每 100mm 的重量（ Kg） 0.45 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 13 絲桿螺紋尺寸 Tr306 提升速度（ m/mm） 0.188 最大拉力（ KN） 25 蝸桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 750 蝸桿蝸輪傳動比 1： 6 潤滑劑 蝸輪蝸桿油320/ PCKE 蝸 桿 每 轉(zhuǎn) 行 程（ mm） 1.0 潤滑脂量（ Kg） 0.1 滿載時蝸桿扭矩（ N.m） 18 最 大 使 用 功 率（ KW） 0.55 效率（ ） 22 不加行程的重量（ Kg） 7.3 功能特點： 通過驅(qū)動蝸桿旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)絲杠的上下移動，達(dá)到推拉或者頂升的作用。 自鎖性能普通齒絲杠電動推桿和螺旋升降機(jī)，由于綜合傳動效率低，大部分有絕對動載自鎖功能，增加設(shè)備運行的安全性；滾珠絲杠電動推桿和螺旋升降機(jī)不自鎖 ； 精度定位綜合位置精度可達(dá) 0， 1mm。 驅(qū)動系統(tǒng)：直流電機(jī) 12/24V, 單項交流電機(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： S1 S2 S3 A B M N H h h1 行程 +20 行程 +110 150.5 165 120 135 90 97 45 12 d 鍵GB1096 d1 L L1 L2 D D1 D2 D3 16 5532 14 42 110.5 190 48 98 70 45 D4 D5 A1 A2 A3 b1 b2 F 98 60 45 50 65 20 20 8.5 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 14 5 系統(tǒng)控制部分 5.1 系統(tǒng)硬件部分設(shè)計 系統(tǒng)硬件主要由位移傳感器， PLC控制器，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器，步進(jìn)電機(jī)，限位微動開關(guān)，聯(lián)軸器等組成。 5.1.1 PLC控制器 （ 1） PLC的選型 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，啟動停止按鈕，自動手動按鈕，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，運行指示燈。 通過對各個輸入輸出信號進(jìn)行分析后可以得知， 該防軸竄控制系統(tǒng)中有 13個數(shù)字輸入端口和 7數(shù)字個輸出端口。根據(jù) I/O點數(shù)和容量可以選擇 EC10-1614BTA型 PLC。如下圖： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 15 圖 5.1為 EC10-1614BTA外形接口圖 PORT0 和 PORT1 為通訊端口。 PORT0 為 RS232 電平，插座為 Mini DIN8。 PORT1 提供 RS485 和 RS232 兩種電平。母線插座用于連接擴(kuò)展模塊。模式選擇開關(guān)有 ON、TM、 OFF 三個檔位 。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 220V交流電源輸入端，分別為火線、零線 接地線端子 PG +24V 提供給用戶外部設(shè)備使用的輔助直流電源，與 COM配合使用 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 16 COM 對外提供 +24V輔助電源的負(fù)極 S/S 提供給用戶進(jìn)行輸入方式的選擇，與 +24V連接表示支 持漏型輸入方式，與 COM連接表示支持源型輸入方式 空端子，作 隔離用，請不要接線 X0X17 開關(guān)量信號輸入端子，將該端子與 COM端配合使用產(chǎn)生輸入信號 Y0、 COM0 控制輸出端子，第 0組 各輸出組的 COM x彼此電氣隔離 Y1、 COM1 控制輸出端子，第 1組 Y2Y7、 COM2 控制輸出端子，第 2組 Y10Y15、 COM3 控制輸出端子，第 3組 （ 2） I/O點數(shù)的分配及接線 在對防竄控制系統(tǒng)的各個硬件組成部分進(jìn)行了詳細(xì)分析后，對 PLC主機(jī)的 I/O點數(shù)進(jìn)行分配，見下表： 名稱 地址 說明 輸入信號 傳感器（右） X0 檢測工件向右邊竄動 傳感器（左） X1 檢測工件向左邊竄動 啟動按鈕 X2 啟動防竄控制系統(tǒng) 停止按鈕 X3 停止防竄控制系統(tǒng) 手動按鈕 X4 手動調(diào)節(jié) 自動按鈕 X5 自動調(diào)節(jié) 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 17 上升 X6 工件上升控制 下降 X7 工件下降控制 電機(jī)停止 X10 電機(jī)停止控制 頂起上限位 X11 上限位行程開關(guān) 頂起下限位 X12 下限位行程開關(guān) 竄動限位 1 X13 左邊竄動限位開關(guān) 竄動限位 2 X14 右邊竄動限位開關(guān) 輸出信號 脈沖輸出 Y0 輸出脈沖信號控制 方向輸出 Y1 輸出方向信 號控制 左竄 Y2 左竄運行顯示燈 右竄 Y3 右竄運行顯示燈 風(fēng)扇 Y4 系統(tǒng)溫度控制 運行 Y5 系統(tǒng)運行指示燈 蜂鳴器 Y6 極限位置時報警 根據(jù) I/O分配表，畫出 PLC主機(jī)的硬件接線圖如下： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 18 控制系統(tǒng) PLC硬件接線圖 2 5.1.2 步進(jìn)電機(jī)的計算與選型 （ 1） 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量 eqJ 已知：滾珠絲杠的公稱直徑 d0=40mm，總長 l=500mm，導(dǎo)程 mmPh 6 ，材料密度33 /1085.7 cmkg ，移動部件總重力 G=20KN， 蝸桿蝸輪傳動比為 1:6，絲桿每 100mm 的重量為 0.45kg。 計算得各個零部件的轉(zhuǎn)動慣量如下： 82dmJ jS ，2/4RbJ Z ，ihW mpJ22 滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動慣量 2531.2 cmkgJS ，拖板折算到絲杠上的轉(zhuǎn)動慣量226.18 cmkgJ W ，小 齒輪的轉(zhuǎn)動慣量 21 600.1 cmkgJ Z ，大齒輪的轉(zhuǎn)動慣量22 240.1 cmkgJ Z 。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 19 初選步進(jìn)電動機(jī)的型號為 110BYG2602,為 兩 相混合式， 有常州寶馬集團(tuán)公司生產(chǎn)，兩 相 四 拍驅(qū)動時的步距角為 0.75，從表查得該型 號的電動 機(jī)轉(zhuǎn)子的 轉(zhuǎn)動慣量215 cmkgJ m 。 則加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣量為： 212( ) /e q m Z Z W SJ J J J J J i =17.211 kg cm2 （ 2） 計算加在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩 eqT ： 分快速空載和承受最大負(fù)載兩種情況進(jìn)行計算。 1) 快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 1eqT ，其中 1eqT 包括三部分：一部分是快速空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大加速轉(zhuǎn)矩 maxaT ；一部分是移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù) 緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T 。因為滾珠絲杠副傳動效率很高，其中 0T 相對于 maxaT 和 fT 很小，可以忽略不計。則有： 1eqT = maxaT + fT 考慮傳動鏈的總效率 ，計算空載起動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上最大加速轉(zhuǎn)矩： maxaT =2 160eq maJnt 其中：m in833005.0360 75.02000360m a x rvn m 式中： maxV 空載最快移動速度，指定為 2000mm/min； 步進(jìn)電動機(jī)步距角，預(yù)選電動機(jī)為 0.75 ； 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 20 脈沖當(dāng)量， 取 =0.005mm/脈沖。 設(shè)步進(jìn)電機(jī)由靜止加速至 mn 所需時間 sta 3.0，傳動鏈總效率 22.0 。則由上式 得 mNT a 275.222.0 13.060 83310569.162 4m a x 移動部件運動時，折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩為： mNi PGFT hZf 072.0622.02 006.02 0 0 0 00(005.02 )( ） 式中 導(dǎo)軌的摩擦因素，滾動導(dǎo)軌取 0.005 zF 垂直方向的銑削力，空載時取 0 傳動鏈效率，取 0.22 最后求得快速空載起動時電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 1eqT = maxaT + fT =2.347N m 2) 最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受的負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT 同樣 2eqT 包括三部分：一部分是折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT ；一部分是移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩 fT ；還有一部分是滾珠絲杠預(yù)緊后折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的附加摩擦轉(zhuǎn)矩 0T ， 0T 相對于 fT 和 tT 很小，可以忽略不計。則有： 2eqT =tT + fT 其中折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 tT 由公式計算。有： mNiPFT hft 617.3622.02 006.050002 再計算垂直方向承受最大工作負(fù)載（ NFZ 719 ）情況下，移動部件運動時折算到電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的摩擦轉(zhuǎn)矩： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 21 mNi PGFT hZf 081.0622.02 006.0)250020000(005.02 )( 最后求最大工作負(fù)載狀態(tài)下電動機(jī)轉(zhuǎn)軸所承受 的負(fù)載轉(zhuǎn)矩： 2eqT =tT + fT = mN 689.3 最后求得在步進(jìn)電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的最大等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩為： mNTTT eqeqeq 689.3,m a x 21 3） 步進(jìn)電動機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩的選定 考慮到步進(jìn)電動機(jī)的驅(qū)動電源受電網(wǎng)電壓影響較大，當(dāng)輸入電壓降低時，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) eqT 來選擇步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩時，需要考慮安全系數(shù)。取 K=4, 則步進(jìn)電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩應(yīng)滿足： mNTT eqJ 792.144m ax 初選步進(jìn)電動機(jī)的型號為 110BYG2602，查得該型號電動機(jī)的最大靜轉(zhuǎn)矩maxjT =20N m?？梢姡瑵M足要求。 (2)步進(jìn)電動機(jī)的性能校核 1)最快工進(jìn)速度時電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩校核 工作臺最快工進(jìn)速度maxfV =0.15mm/min，脈沖當(dāng)量 /005.0 mm 脈沖 ,求出電動機(jī)對應(yīng)的運行頻率 Hzf f 500)005.060/(150m ax 。從 110BYG2602 電動機(jī)的運行矩頻特性曲線圖可以看出在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 maxfT 19N m，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于最大工作負(fù)載轉(zhuǎn)矩 2eqT =3.698N m，滿足要求。 2）最快空載移動時電動機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩校核 給定 升降 臺最快空載移動速度maxv =2000mm/min，求出其對應(yīng)運行頻率 Hzf f 6667)005.060/(2000m a x 。在此頻率下，電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩 maxT =11N m，大于快速空載起動時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩1eqT =2.347N m，滿足要求。 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 22 3）最快空載移動時電動機(jī)運行頻率校核 與快速空載移動速度 maxv =2000mm/min對應(yīng)的電動機(jī)運行頻率為 Hzff 6667max 。查表知 110BYG2602 電動機(jī)的空載運行頻率可達(dá) Hz20000 ，可見沒有超出上限。 4）起動頻率的計算 已知電動機(jī)轉(zhuǎn)軸上的總轉(zhuǎn)動慣 量 2211.17 cmkgJ eq ，電動機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量 215 cmkgJm ，電動機(jī)轉(zhuǎn)軸不帶任何負(fù)載時的空載起動頻率Hzfq 1800 。步進(jìn)電動機(jī)克服慣性負(fù)載的起動頻率為： HzJJffmeqqL 1228/1 說明：要想保證步進(jìn)電動機(jī)起動時不失步，任何時候的起動頻率都必須小于Hz1228 。實際上，在采用軟件升降頻時，起動頻率選得更低，通常只有 100Hz。 綜上所述，本次設(shè)計中 升降臺 選用 110BYG2602 型 步進(jìn)電動機(jī)，完全滿足設(shè)計要求。其具體參數(shù)如下： 型號 反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的技術(shù)參數(shù) 110BYG2602 相數(shù) 步距角 電壓 電流 最大靜轉(zhuǎn)矩 空載起動頻率 空載運行頻率 轉(zhuǎn)動慣量 2/4 0.75/1.5 120-310V 5A 20N.m 1800Hz 20000Hz 215 cmkg 其端口接線圖如下： 外形安裝尺寸如下圖： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 23 5.1.3 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器的選用 由步進(jìn)電機(jī)的型號 110BYG2602，生產(chǎn)廠家為常州寶馬前楊電機(jī)電器有限公司。查表，選擇與之配套的驅(qū)動器為 DC280A型。輸入電壓為 220V，相電流 4A，分配方式為二相八拍。該驅(qū)動器如下圖： 實物圖 驅(qū)動器與步進(jìn)電機(jī)和 PLC連線圖如下： 重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 24 驅(qū)動器與 PLC硬件連線圖 5.1.4 聯(lián)軸器的選擇 剛性聯(lián)軸器 由于結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可傳遞較大轉(zhuǎn)矩，故當(dāng)轉(zhuǎn)速低、無沖擊、軸的剛性大、對中性較好時常采用 。因此本設(shè)計采用剛性聯(lián)軸器中的凸緣聯(lián)軸器 。凸緣聯(lián)軸器 (亦稱法蘭聯(lián)軸器 )是利用螺栓聯(lián)接兩凸緣 (法蘭 )盤式半聯(lián)軸 器，兩個半聯(lián)軸器分別用鍵與兩軸聯(lián)接，以實現(xiàn)兩軸聯(lián)接，傳遞轉(zhuǎn)矩和運動。凸緣聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本較低，工作可靠，裝拆、維護(hù)均較簡便，傳遞轉(zhuǎn)矩較大，常用于載荷平穩(wěn) 、無沖擊 或傳動精度要求高的軸系傳動。 但是 凸緣聯(lián)軸器不具備徑向、軸向、角向補償性能，所以要求兩軸對中精度高。不具備減震、緩沖功能。 本設(shè)計 選擇蝸桿 與 步進(jìn) 電動機(jī)相連的聯(lián)軸器采用 凸緣式剛性 聯(lián)軸器 ,由蝸桿滿載時扭矩為 18 mN. ，直徑 616kd ；步進(jìn)電機(jī)最大靜轉(zhuǎn)矩為 20 mN. ，直徑01,0 022.016 d ，根據(jù)兩軸頸和最大轉(zhuǎn)矩 查機(jī)械設(shè)計手冊選用型號 型 。 名稱 型號 公稱轉(zhuǎn)矩Tn（ N.m） 軸孔直徑 d1， d2（ mm） 軸孔長度L（ mm） 轉(zhuǎn)動慣量 2.mkg 質(zhì)量 kg 凸緣聯(lián)軸器 GYS1 25 16 42 0.0008 1.16 5.1.5 位移傳感器選型 選用 XW-3-1.5K 角位移型線繞式電位器型傳感器。筒體頂端通過滾動觸頭，重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 25 彈性復(fù)原機(jī)構(gòu)，齒條齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動電位器電刷動作，設(shè)計合適的齒輪直徑可使?jié)M量程位移對應(yīng)電位器電刷滿行程 00 3300 。傳感器與電阻構(gòu)成電橋電路檢測位移，電橋輸出 vv 55 信號線性對應(yīng)軸竄位移，當(dāng)位移為 0時輸出為 0v。將傳感器固定在一伸縮桿上，檢測時調(diào)整伸縮桿長度至位移傳感器滾動觸頭剛好接觸被測面位置。 5.1.6 限位開關(guān)選型 選用 LXW6-11CG型微動開關(guān)式行程開關(guān)，此行程開關(guān)由推桿，彈簧，壓縮彈簧，動斷觸點和動合觸電組成，當(dāng)工件推動推桿時，推桿推動壓縮彈簧，彈簧由連接的動合觸點移向動斷觸點，由此控制開關(guān)的閉合與斷開。此微動開關(guān)適合于交流 50HZ、額定電壓至 380V及以下的控制電路中，作行程控制或限位保護(hù)用。具有一常開、一 常閉觸頭，安裝方便，密封性好。工作條件：環(huán)境溫度 -5-40攝氏度；相對濕度 40 C時不超過 50%， 25 C時不超過 90%；海拔不超過 2000m。 5.1.7 控制面板的設(shè)計 控制面板圖 各按鈕和指示燈的功能見 I/O點數(shù)分配表。 5.1.8 蜂鳴器 選用壓電式蜂鳴器， 主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（ 1.515V直流工作電壓） ,重慶理工大學(xué)畢業(yè)論文 防竄焊接滾輪架：竄動檢測及防竄控制系統(tǒng)設(shè)計 26 多諧振蕩器起振 ,輸出 1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。其型號為 BL-PBZ12095DYB,額定電壓為 24V，額定電流為 30A，頻率范圍為 2300KHZ。 5.2 系統(tǒng)軟件部分設(shè)計 5.2.1 防竄控制模式 選擇 本設(shè)計 采用了“ 模糊控制” 模式。對任何焊件來說，要想確切地知道其檢測端面相對于其軸心線的直度和不平度是比較困難的。在這種情況下，如果要做到如數(shù)控機(jī)床那樣想通過精確的公式計算來給定防竄調(diào)整脈沖量是不現(xiàn)實的。那么如何做到對不同的焊件都能達(dá)到防竄目的，甚至 是零竄動，就成了關(guān)鍵之所在。 針 對設(shè)備的實際應(yīng)用，防竄滾輪架這類控制系統(tǒng)，在影響焊件軸向竄動的不確定因素很多的情況下，可以借助于模糊控制理念，通過 #$% 編程控制系統(tǒng)來實現(xiàn)防竄目的。模糊控制就是利用計算機(jī)模擬人的思維方式，按照人的操作規(guī)則進(jìn)行控制，也就是利用計算機(jī)來實現(xiàn)人的控制經(jīng)驗。計算機(jī)仿照人的思維進(jìn)行模糊控制，而人的大腦中的控制經(jīng)驗是由模糊條件語句構(gòu)成的模糊控制規(guī)則。而計算