传输汽车凸轮轴的非同步式输送打标生产线液压PLC控制设计

I 中文摘要中文摘要 非同步打标输送线是用来传输汽车凸轮轴的自动输送机器。本输送线采用纯机 械离合装置，使小车走停更加灵活，可靠性能高，易于实现传输工件品种更换。具 备外形美观大方，造价低廉等优点。 本文为设计论文，共分为七章。第一章绪论，第二章方案设计，第三章总体设 计，第四章结构设计，第五章性能说明，第六章毕业设计总结与思考，第七章外文 翻译。 本设计论文首先对传输机械，传输线发展现状进行概要的分析说明。然后对毕 业设计题目提出的各种传动动作要求进行分解，寻找适合的设计方案。并进行初步 的论证。 采用非同步打标传输线，能够提高工艺水平，提高产品质量和生产效率，大大 减轻劳动者的劳动强度。改造后的机床更适合大批量的零件加工。对一个企业发展 而言，成功的关键在于要实现以最好的质量，最低的价格， ，最短的时间去满足市场 需求的不断的变化，因此使用传输线并努力提高其功效是成功的重要一环。 从宏观上看，采用传输机械进行大规模的工作生产，除了在产品加工中实现自 动化，降低劳动强度外，更重要的是在生产中采用传输机械，尤其是精密传输线， 能降低人为失误，提高加工精度和效率。 从微观上看，传输线有如下优点：加工精度高，产品质量好，生产效率高，柔 性化程度高，工人劳动强度低等，同时节省人力费用一般小于购买一台传输线，降 低了生产成本。 本毕业设计重点对传输线中的离合小车，链轮的滑块张紧机构，气动打标夹紧 机构和传输线外框架进行了技术上的设计。另外，对电器控制部分采取 plc 编程控 制。论文中提出的车式传送装置采用上下轨道式，在传动链轮处设置了弧形弯道， 使小车可沿此弯道平稳翻转。 我应用了刚带离合器的非同步传送小车，它结构简 单，运行可靠，并能实现积累式小车存储。 II 关键词；非同步打标传输线 张紧机构 打标夹紧机构。 Abstract Non-synchronization hit and mark and transmit line is a automatic transmission machine which is used for transmit car camshaft . The line has been used pure mechanical clutch device. so that car will be operated more flexibility, stable will be improved ,and also it will be easy to come true of exchanging variety transmission workpieces. Car will have more advantage, such as look well and cost will be low and so on. This article is a diploma project, otal is splited into seven section. First is prolegomenon ,second is project design, third is total design, fourth is structure design, fifth is capability design, sixth is consider and sum-up of diploma project, the seventh is translation of foreign language. First of this diploma project Summary explains mechanical transmission and present development. Then dissolute all variety transmission action which is put forwar by diploma project ,so as to find a appropriate design plan and to have a preliminary test. Using it ,we can improve technique level ,quality of production and manufacture efficiency, in this way labor will bigly be lightened. Machine tool which have been rebuilt will be more fit to produce accessory in large quantities .Regard to development of corporation , key of success is to meet movement demand of market with best quality,cheapest price and in a shortest time. Seeing from macro-angle, using mechanical transmission to run mass production ,expect realizing producing automation, dropping labour III intensity, it will reduce faults of man-made, improve processing accuracy and efficiency with mechanical transmission and even more with precision transmission line.So we should use mechanical transmission to run mass production that our product will be intensed competition in international . Seeing from micro-angle, transmission line has strong points as bellows: high processing accuracy,good product quality, high producing efficiency, good flexible, low labour intensity and so on. Cost to buy a transmission line is smaller than expenses of human sources which have been saved, so in this way it will reduce cost of production The diploma project mainly put up technology design on no-relation car of transmission line ,tensioning structure of smooth chain wheel , tight structure of aerodynamic bit and mark and outside framework of transmission line .in addition, it takes PLC computer programming control on electric control part. The car-mode transmission which is put forward by the project takes up- down track ,we set a curved track on transmission chain wheel.,so car will smoothly reverse on the curved track. Key words: non-synchronization hit and mark and transmit line tensioning structure tight structure of aerodynamic bit and mark. IV 中文摘要 I ABSTRACTII 第 1 章 引 言 .1 1.1 输送线的现状.1 1.2 研究输送线的目的和意义：.2 1.3 国内外输送机械现代及发展趋势3 第 2 章 方案设计.7 2.1 设计任务的分析.7 2.2 方案的设计.7 2.3 凸轮轴打标装置设计.8 2.4 链轮张紧装置的设计.9 第 3 章 非同步传输线结构设计与驱动设计11 3.1 小车的设计.11 3.2 大链轮的设计：.12 V 3.3 输送生产线的驱动设计.13 3.4 传动带轮设计13 3.5 大链轮轴系设计.16 3.6 输送机架的设计.17 第 4 章 打标装置的设计.18 4.1 打标夹紧气动回路设计18 4.2 气动夹紧元件的选择.19 第 5 章 非同步打标输送线的控制线路设计.20 5.1 PLC 简介.20 5.2 三菱系统下 PLC 的编程方法.21 5.3 PLC 控制设计.22 毕业设计总结毕业设计总结 .28 主要参考文献29 致谢30 1 第 1 章 引 言 1.1 输送线的现状 随着我国国民经济的迅速崛起，我国的传输机械也出现了长足的发展。而工业发达国家对 传输工业早已高度重视，竞相发展机电一体化、高精、高效、高自动化先进传输设备，以降低 劳动强度，提高工作效律，加速工业和国民经济的发展。 随着微电子、计算机技术的进步，传输线在 20 世纪 80 年代以後加速发展。中国加入 WTO 后， 正式参与世界市场激烈竞争，今后如何加强工业智能化、加速传输产业发展，实是紧迫而又艰 巨的任务。由于传输设备以及技术的不断进步，使得现代化的新型高效能，高质量的传输线的 诞生成为可能。随着知识经济的兴起和人们对电子商务的理性思考时代的到来，传输机械物流 作为现代中国社会的一大热点，迎来了它前所未有的繁荣。 传输机械系统，作为物流的一个重要组成部分，承担着将人们从繁沉的手工劳动中解放出 来的重任。在物流的执行领域中起着决定性的作用。 传输机械，从物流技术的概念来讲，基本上可以分为： 包装材料：托盘、集装箱、瓦楞纸、塑料薄膜、编制袋、包装带、草绳及其制造机械。 搬运机械：吊车、铲车、悬挂输送机、输送链、散料输送线等 运输机械：汽车、火车、飞机、轮船等 仓储机械：货架、容器、输送小车等 加工机械：剪板机、打包机、理货设备等 由此看来，传输机械是一个庞大而复杂的系统。 由于这一系统过于庞大，我们不可能去做 比较系统的分析。针对不同的企业，面临所处的环境、竞争 SWOT,企业必须作出自己的选择，从 而制定自身的发展战略。 传输机械行业，目前面临的发展问题有如下几个方面的问题： 1、产品的非标准化：大多数执行企业标准，没有形成统一的行业规范或者标准。 2、竞争的无序化：企业各自为政，没有形成有效的自律体系。行业分工不明确，产品无序 竞争。形不成行业垄断优势，自毁市场。 3、社会环境问题：市场经济的兴起和繁荣，轻看了整个机械加工市场，忽略了带有基础性 2 质的机械加工行业的正常投入和发展。当然，不可避免地也影响到物流机械行业的发展。 这里我，我们必须认识到一个基本事实，这就是电子商务兴起于世界上最发达的美国社会， 美国是一个传输机械异常发达的社会，其产值在国民生产总值中占有相当的比重。电子商务的 瓶颈是物流，美国社会实现的商务的信息化与发达的传输系统之间的自然对接。但在中国，这 办不到。这也是当前中国传输机械热的主要原因。 目前中国的物流热中，几乎都是集中于物流系统与物流技术的，最近的热点又似乎在向软件方 面转移。至于物流机械，似乎很少有人问津。甚至又部分传统的物流机械制造厂家都不惜放弃 传统的产品，大举向概念时代的物流技术转型。 1.2 的研究输送线目的和意义： 企业要在当前市场需求多变，竞争激烈的环境中生存和发展就需要迅速地提高生产节拍， 提高生产效率，以最低价格、最好的质量、最短的时间去满足市场需求的不断变化。而普通传 送机已不适应批量生产要求，非同步积放式小车传送机则综合了 PLC,微电子技术、自动检测， 气压技术等先进技术，有利于生产节拍的提高, 稳定性好，停车精度高, 制作、调整、维修、保 养十分方便。最适宜加工大批量、高精度，生产周期要求短的零件。 非同步积放式小车传送机在机械加工行业中的应用越来越广泛。非同步积放式小车传送机 的发展，一方面是全功能、高性能，系统可靠性大，工艺布置灵活；另一方面是简单实用的经 济型非同步积放式小车传送机，具有自动传送的基本功能，操作维修方便，使用寿命长，密封、 安全。 现代运输物流产业发展程度是衡量一个国家产业化水平和综合竞争力的重要标志。从世界 经济发展过程来看，物流的高度发展与工业化发展过程相一致。英国工业革命后“世界工厂” 的形成，日本经济奇迹及其工业化进程都得益于先进的物流系统。国内外成功企业的发展经历 也告诉我们，建立或运用先进的物流体系，能更快地提高企业的竞争力。如美国戴尔计算机公 司、美国波音飞机公司、通用汽车公司和我国的海尔集团无不借助先进的物流体系保证其核心 竞争力。现代物流是一国现代化的重要内容，而现代化的物流体系有很大程度上取决于自动化 物流输送系统。它包括辊道输送机，皮带输送机，升降机，板链，差速链，小车式环行输送机， 轻型悬挂输送机和通用型悬挂输送机等。他们的广泛运用于工业生产当中，有利于我们物流产 业的高速发展，降低了劳动强度，大大提高了劳动生产效率。下面简单介绍一下各种输送机在 工业中的具体运用。差速链输送机采用特制铝型材组成的差速链适用于家电，仪表，办公自动 化等产品的装配，检测，返修。外形美观，结构简单，实用，噪音低。可完成多功能的自动化 工作。板链将工件连续的送入下道工序，完成 3 产品的装配，调试，返修等输送流程。广泛用干家电，摩托车，食品，轻工等行业。辊道输送 机广泛使用于家电，办公自动化设备等行业，在生产流水线中起衔接，储存，装配和运输的作 用。其结构紧凑，装拆维修方便，安全，清洁，经济实用。带式输送机广泛使用于仪器仪表， 食品，轻工业等精密产品的输送和装配作业。其结构简单，外形美观，输送平稳。悬挂链用干 工件的远距离的空中传，广泛用于家电，仪表，食品，邮电等流水作业行业。主要型式为轻型 悬挂链和通用悬挂链。折板式垂直连续输送机是用于设备及楼层之间的接送装置，广泛用于家 电，食品，医药等行业的垂直输送工作。主要有往复式和连续式，分为 Z，C，E 型。可见传送 机的运用的重要意义。 1.3 国内外输送机械现代及发展趋势 1.3.1 技术发展趋势技术发展趋势 1向大型化、高效率化、无保养化和节能化发展。 2向自动化、智能化、集成化和信息化发展。将机械技术和电子技术相结合，将先进的微 电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统， 实现自动化和智能化，以适应多批次少批量的柔性生产模式。目前已出现了能自动装卸物料、 有精确位置检测和有自动过程控制用于自动化生产线。传送机上还装有微机自诊断监控系统， 对自身的运行状态进行监测和维护。 3向成套化、系统化、综合化和规模化发展。将各种运输机械的单机组合为成套系统，加 强生产设备与物料搬运机械的有机结合，提高自动化程度，改善人机系统。通过计算机模拟与 仿真，寻求参数与机种的最佳匹配与组合，发挥最佳效用。重点发展的有港口散料和集装箱装 卸系统、工厂生产搬运自动化系统、自动化立体仓库系统、商业货物配送集散系统、交通运输 部门和邮电部门行包货物的自动分拣与搬运系统等。 4向模块化、组合化、系列化和通用化发展。许多通用运输机械是成系列成批量的产品， 为了降低制造成本，提高通用化程度，可采用模块组合的方式，用较少规格的零部件和各种模 块组成多品种、多规格和多用途的系列产品，充分满足各类用户的需要。也可使单件小批量生 产运输机械的方式改换成具有相当批量和规模的模块生产，实现高效率的专业化生产。 5向小型化、轻型化、简易化和多样化发展。有相当批量的运输机械是在一般的车间和仓 库等处使用，用于代替人力和提高生产效率，但工作并不十分频繁。为了考虑综合效益，要求 这部分运输机械尽量减少外形尺寸，简化结构，降低造价和使用维护费用，按最新设计理论开 发出来的这类设备比我国用传统理论设计的同类产品其自重轻 60。由于自重轻、轮压小、外 4 形尺寸小，使厂房建筑结构的建造费用和运行费用也大大减少。 6采用新理论、新方法、新技术和新手段提高设计质量。进一步应用计算机技术，不断提 高产品的设计水平与精度。开展对运输机械载荷变化规律、动态特性和疲劳特性的研究，开展 对可靠性的试验研究，全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计和可靠性设计等，利 用 CAD 提高设计效率与质量，与计算机辅助制造系统相衔接，实现产品设计与制造一体化。 7采用新结构、新部件、新材料和新工艺提高产品性能。结构方面采用薄壁型材和异型钢， 减少结构的拼接焊缝，采用各种高强度低合金钢新材料，提高承载能力，改善受力条件，减轻 自重和增加外形美观。在机构方面进一步开发新型传动零部件，简化机构，以焊代铸，采用机 电仪一体化技术，提高使用性能和可靠性。在电控方面开发性能好、成本低、可靠性高的调速 系统和电控系统。今后还会更加注重运输机械的安全性、重视司机的工作条件。 1.3.2、产品发展趋势、产品发展趋势 运输机械行业优先发展的重点产品，应具备产品的性能指标高、性能稳定和运行效率高等 特点。为适应时代需求，这些产品还必须达到环保效能好、节能、机电一体化程度高和操作性 能好等要求，是用户优先选择的技术水平高的产品或是新型的国内空白产品。这些产品包括： 1仓储及自动化运输成套设备，包括：标准系列自动化立体仓库、自动化立体停车库、无 轨巷道堆垛机系列、自动搬动车系统、大规模流水生产线电控及管理系统、积放式悬挂输送机 （单车吊重 501250k g，速度 1020 米分） 、重型板式输送机（单件载荷 5002000 公斤、 速度 0.55.5 米分）和各种型式货架储存系统等。 2大型露天矿连续、半连续开采工艺运输成套设备，包括：（4000 6000th）大型排土 机、带宽 B3000 毫米胶带输送机、机电总体设计技术及压带式大倾角胶带输送机等。 3固体垃圾分拣处理系统，包括：给料机、圆筒式筛分机、堆肥倒堆机、垃圾压装机和自 动化垃圾搬运起重机等。 4具有发展前景、市场看好的特色产品，包括：D X 型钢丝绳芯带式输送机；自移可 转式胶带输送机；耐腐蚀的螺旋输送机；5 超高温埋刮板输送机；各种旅游与货运索道； 容器式管道输送系统； 工业自动灌装、码垛成套设备；垃圾处理专用抓斗起重机；轻小 型起重设备；高速行李输送系统；柔性启制动装置；称量与配制样系统；大规格垂直挡边输 送机；多用途门座起重机；集装箱式包装机；气垫式皮带机电子秤等。重要基础零部件，包括： 硬齿面减速器；液力减速器； 高速大功率耦合器；5 液压缓冲器；索道专用新型抱索 器，脱挂器； 盘式制动器；集装箱吊具；自锁式夹轨器；液粘传动装置等。 5 “十五”期间，起重运输机械行业要适当限制发展一批产品。这些产品的技术性能低，在 用户使用过程中存在一些问题。这些问题用户尚可接受，或具有能耗较大、机电一体化程度一 般等特点，或者产品技术水平属国际上 20 世纪 80 年代初期的产品。其中包括：TV 型电动葫芦、 小型带式输送机、55tD Q Q D 型吊钩式起重机、料耙起重机、槽宽为 764m m 以下的中型刮 板输送机和 ZQ 型减速器等。 “十五”期间，还要淘汰一批产品技术指标落后，耗能高，环境污 染严重，劳动强度大，安全性能不好，现用户很少订货，并有替代产品，其技术水平处于国际 20 世纪 70 年代以前的产品。如：W1001 机械式挖掘机、桥式加料起重机、冶金脱锭起重机、 揭盖起重机、TD62 型固定带式输送机、A sT1 单梁吊和软齿面传统型减速器等。 6 第 2 章 方案设计 方案设计是整个设计的关键，是从质的方面保证设计水平的重要步骤。方案设计一般从系 统的功能出发。 2.1 设计任务的分析设计任务的分析 题目： 非同步式输送打标生产线 凸轮轴尺寸：70x1000 设计要求： 要求设计一条二十米的输送生产线运送凸轮轴，当运送凸轮轴到达加工机床一 定位置停止，机床开始加工，等一台机床对凸轮轴加工完毕后，继续运送直到下一个机床位置。 在生产线中还需设计一个凸轮轴打标装置，用于给凸轮轴轴端打标。 2.2 方案的设计 2.2.1 离合小车的设计离合小车的设计 达到上述输送生产线设计要求我选择了非同步链传动装置。即设计一个可以在规定位置停 止的离合小车，如下图 图 2.1 工件小车简图 7 应用钢带离合器的非同步传送。链轮套在轴上，当离合器钢带在弹簧作用下处于张紧状态 时，链轮就固定在轴上，小车被连续运转的传动链带向下一个工位。当凸快由摆动气缸停止机 构的作用向上抬起时，离合器钢带松开，链轮空转，小车停止。等加工完成后，松开停止机构， 离合器又重新张紧，又进行传动。小车后部设计一个档杆，故可在任一工位寄存小车。 2.2.2 传输线轨道及外机架的设计传输线轨道及外机架的设计 本车式传送装置采用上下轨道式，小车可循环使用，在传动链轮处设置了弧形弯道，使小 车可沿此弯道平稳翻转。传送轨道如图 图 2.2 传动轨道简图 小车在轨道上运行，通过两端的翻转机构，小车可在下轨道运行，实现循环使用。本轨道 由型材（铝合金方管）机架支撑。 2.3 凸轮轴打标装置设计凸轮轴打标装置设计 凸轮轴打标装置设计为一个气动夹紧机构，简图如下， 图 2.3 气动夹紧机构简图 8 动作图如上，当小车到达打标工位时，由控制位给电磁阀信号气缸一二抬起工件，然后气 缸三带动小车向工件运动一段行程停止，由气缸四带动小车夹紧，进行打标。打标结束后，先 气缸四退回，然后气缸三退回，最后气缸一二带动 V 形快下降，完成打标。 2.4 链轮张紧装置的设计链轮张紧装置的设计 由于此链传动装置太长（约 20 米）必须加链轮张紧装置，如示 500 ?100 9 图 2.4 链轮张紧装置简图 设计一可滑动的滑块，滑轨。滑块中设计有轴承，密封圈，轴承盖，滑块由一拉杆相联接， 拉杆的另一端用螺母压簧张紧连轮，张紧力约 1000N。 10 第 3 章 非同步传输线结构设计与驱动设计 3.1 小车的设计小车的设计 3.1.13.1.1 小车链轮的设计小车链轮的设计 运输机械速度范围 v= 0.125 到 0.63ms 因此初定链条运行速度 v=0.5ms 大链轮 r=0.25m 所以 转速 n=19rmin 取 n=20rmin 估算传输线所需转矩 T= 216.5N 小车约 20Kg 滚动摩擦系数为 0.07 传输线 10 辆小车，链长约 45m 三列 每米 1.8kg 综合考虑各方面的因素，选择链子的型号为 12A，P=12.7 小链轮各参数：小链轮各参数： 分度圆直径：d=77.16 mm （3-1） z P 180 sin 顶圆直径： d=d+1.25P-d （3-2） maxa1 =77.16+1.2512.7-7.95 =85 mm d=d+(1-)p-d （3-3） mina z 6 . 1 1 =77.16+(1-1.6/19)12.7-7.95 =62.8 mm 取 d =84 mm a 齿根圆： d=d-d =447.42 （3-4） f1 齿宽： b=0.93b=14.65 mm 1 f1 3.1.23.1.2 小车离合装置设计小车离合装置设计 11 图 3.1 小车离合装置设计简图 小链轮轴系应选择滑动轴承， 选覆塑料层双金属轴套，d=14mm 离合器钢带选择摩擦系数较大的制动钢带 u=0.4，带宽 B=25mm 厚 3mm 由力的分析得， 两钢带的拉力不超过 250N。由力矩平衡得弹簧压力 F400N 初定 F=500N 综上所述可得圆柱形压缩弹簧参数 C=5 选用合金弹簧 d=4mm 工作圈数 z=8 D1=16 D2=20 D=D2+d=24 p=6.6mm ho=58.8 工作长度 Hn=49.45mm 考虑刚带安装时需要张紧，在小车刚带中间设计一偏心轮机构，后端设计为螺栓，螺母联 接。 3.2 大链轮的设计：大链轮的设计： 大链轮转速 n =n =20rmin （3-5） 12 zp v100060 7 . 12114 5 . 0100060 大链轮各参数： 12 分度圆直径：d=461mm （3-6） z P 180 sin 顶圆直径： d=d+1.25P-d （3-7） maxa1 =461+1.2512.7-7.95=470 mm d=d+(1-)p-d mina z 6 . 1 1 =461+(1-1.6/114)12.7-7.95 =458 mm 取 d =461 a 齿根圆： d=d-d =447.42 f1 齿宽： b=0.93b =14.65 1 f1 b =3.81 mm a r =20 mm x r =0.04p=0.762 mm a h=k+D/6+0.01d=8 中心距初定 20000mm 理论中心距： a= = =20000mm （3-8）zL P p 2 2 1219005.19 实际中心距：a =a-=a-0.003a =21606mm （3-9） ， a 3.3 输送生产线的驱动设计输送生产线的驱动设计 由所需转矩 T 计算出传输线所需功率 按照新编机械设计手册式 27-3 求计算转矩 T ，并选择离合器的型号： c K-轴系数，K=1.5。mNTkTT nc 13 P=T*N9550*0.96=0.385KW mNnipT 24.50 1460 96 . 0 8 109550/109550 33 1 （3-10） 可选电机为 Y-802-4 减速传动比 i=70 由机械设计手册 可选减速机为单级卧式摆线针轮减速机 BWY15-35-1.1 为进 行过载保护加一级带轮传动。 3.4 传动带轮设计传动带轮设计 3.4.13.4.1 确定带轮直径确定带轮直径 根据所给主传动电机功率是：1.1 KW，并且根据机械制造工艺金属切削设计指导书图 2.4-1，确定三角胶带的带型为 z 型。 由机械零件设计手册表 3.5-5 查得：z 型三角胶带 d=100，所以选定小带轮基准直 min mm 径为 d=100。 1d mm 大带轮基准直径由机械零件设计手册表 3.5-3 中公式： （3-11）1 1 2 1 2d d n n d - 弹性滑动率，一般为 0.02 得大带轮直径为： （3-12）mmd n n d dd 86.198)02 . 0 1 (10057 . 2 1 1 2 1 2 查基准直径的标准系列：取 d=200 2d mm 3.4.23.4.2 V V 带的计算与选择带的计算与选择 普通 V 带的选择应保证在带不打滑的前提下能传递最大功率，同时，要有足够的疲劳强度 已满足一定的使用寿命8。 三角胶带传递设计的主要任务是：选择带的型号，确定带传动的几何尺寸，带的根数，带 轮的结构和尺寸及绘制带轮工作图等。 在主传动系统运动设计中已确定三角胶带 14 的带型为 z 型带，小带轮直径为=100mm，大带轮直径为=200mm 1 d d 2 d d 参照机械制造工艺金属切削机床设计指导书表 2.4-1 及机械零件设计手册表 3.5-3 进行三角胶带传动设计计算： 计算功率：； 胶带型号：Z 型带kwpc6 . 9/8 . 7 小带轮直径：=100mm； 大带轮直径：=200mm 1 d d 2 d d 初定中心距： （3-13） 21021 27 . 0 dddd ddadd 选中心距=600mmmma600210 0 0 a 初算胶带长度： （3-14） 0 2 0 4/2 12210 addddaL ddddd 选择带基准长度：参照机械制造工艺金属切削机床设计指导书表 2.4-4 查： mmLd630 实际中心距： （3-15）BAAa 2 式中： mmddLA ddd 84.3118/ )200100(14 . 3 4/1800)(8/4/ 21 （3-16） 2 22 28888/1002528/ 21 mmddB dd mma634288884.31184.311 2 小带轮包角： 1 a （3-17） a dd a dd 2 sin2180 121 1 120166 6342 100200 sin2180 1 所以满足要求 15 根据公式 （3-18） vndv d 100060/ 1 1 smv/255 ，满足要求smv/035. 7100060/144010014 . 3 带的挠曲次数：u ，满足要求 1 75.161800/072.1521000/1000 sLmvu d 带传动设计计算列表如下： 表 4-7 计算功率带速 v 15.072m/s 胶带型号A 型带的挠曲次数 u 16.75s 1 小带轮直径 1 d d100mm 大带轮直径 2 d d200mm 单根 V 带基本额定功率 1 p 2.98kw 初定中心距 0 a634mm 初算胶带长度 0 d L1461.63mm 单根 V 带基本额定功率 增量 1 p 0.34kw 带基准长度 d L1800mm包角修正系数 a K0.98 实际中心距a 630mm带长修正系数 L K1.01 小带轮包角 1 a166 带的根数 z 2 3.1 带传动设计计算总表 16 3.5 大链轮轴系设计大链轮轴系设计 3.5.13.5.1 支撑轴的设计计算支撑轴的设计计算 材料为 45 号钢，选择的 Y 型电机 P=UI=2205=1.1KW 选定 n=1440r/min 初选轴径计算：轴为 45 号钢，查得 c 为 118-107 取 c=110 dc =110=32mm （3-19） 3 n P 3 20 1 . 1 3.5.23.5.2 轴承的选择轴承的选择 由于靠近电机的传动轴不受轴向力，所以采用 GB/T276-1994 深沟球轴承 60000 型 02 系列 d=40，张紧装置轴承采用 GB/T286-1964 双列向心球面滚子轴承 中宽 d=40，该轴承既承受轴向 力，又承受径向力，同时便于装配和轴承间隙调整。滚动轴承均采用 D 级精度。 3.5.33.5.3 滚动轴承验算滚动轴承验算 一般传动轴承得滚动轴承得失效形式主要是疲劳破坏，故应进行疲劳寿命验算。 根据前面轴受力状态，分别计算出左（A 端） 、右（B 端）两支承端得支承反力： ，mma118mpaEmmlmmfmmcmmb 5 101 . 2,270,90,180,152 在 XOY 平面内： 疲劳寿命验算： （3-20）N l bFfF R xx A 88.1399 270 15229.52009006.4583 12 （3-21） 4 4 61.219786 64 46 mmI （3-22）N l aFCF R XX B 65.782 270 11829.520018006.4583 12 在 ZOY 平面内： N l bFfF R ZZ A 82.1900 270 15278.41319067.1275 12“ N l aFCF R ZZ B 29.955 270 11878.413118067.1275 12“ 分别对左右端支承反力进行合成： 17 （3-23）NRRR AAA 67.236082.190088.1399 22 2“2 NRRR BBB 96.123429.95565.782 22 2“2 所以采用 GB/T286-1964 双列向心球面滚子轴承 中宽 d=40 3.6 输送机架的设计输送机架的设计 考虑本输送线长达 20 米，须对其输送机架合理设计。可使用铝合金型材中的方管，和矩形 管。它们能承担较大的力，管材之间用焊接使之成形。 机架的底部焊接些钢板，内装地脚螺栓 固定机架。 小车的滑轨用热轧角钢，焊接在外机架上。 考虑到输送链太长和旋转气缸的安装下部用 槽钢和角钢托之。如下图所示； 图 3.2 输送机架简图 18 第 4 章 打标装置的设计 4.1 打标夹紧气动回路设计；打标夹紧气动回路设计； 19 图 4.1 打标夹紧气动回路简图 气压原理图如上，当小车到达打标工位时，摆动气缸 10 制动，由控制位给电磁阀信号两 气缸 11 抬起工件，然后气缸 12 带动小车向工件运动一段行程停止，由气缸 13 带动小车夹紧， 进行打标。打标结束后，先气缸 13 退回，然后气缸 12 退回，最后气缸 11 带动 V 形快下降，完 成打标。 气压控制回路中，加气动三大件，分水过滤器，油雾器，减压阀， 另外用一个蓄能器以 稳定气动压力。为了控制夹紧气缸的伸出速度在气压回路中设计一调速回路 如图中 3 可实现 调整气缸伸出速度的调整。 4.2 气动夹紧元件的选择气动夹紧元件的选择 由小车凸快的力的分析得 小车制动需要摆动气缸扭矩不超过 3.41N.m 因此可选 法斯特 气缸，QGKa 齿轮齿条摆动气缸，缸径 32 理论输出扭矩 4.7 N.m 旋转角度 90 抬起气缸 11 共需 500N 左右，因此可选法斯特气缸，LGB 轻型气缸，缸径 40mm 工作压 力 0.4MPa 理论作用力 502N 行程 75mm 气缸头采用 Y 型叉接杆 。 压缩空气耗气量 Q= 0.25DLn 6 10 D=40mm d=22cm n=3857.147 l v 2 所以 Q=3.4m 管内气流速度 v =10 3 10 3 s m 管道内径 d=20.8mm 管道壁厚 t=2.69mm V Q 4 2 pd 控制气动阀选单电控制阀。 20 第 5 章 非同步打标输送线的控制线路设计 5.1 PLC 简介简介 PLC 是一种较为先进的控制设备，他的最初设想的提出是 1968 年美国通用汽车（GM）公 司为适应生产工艺的不断更新的需要，提出把计算机的功能完善、通用、灵活等优点和继电器 的控制系统的简单易懂、操作方便、价格便宜等优点结合起来，制造一种通用的控制装置。这 个装置把计算机的编程方法和程序输入方式简化，采用面向控制过程、面向对象的语言编程， 使不熟悉计算机的人也可能方便的使用，并提出了 10 项招标指标。 美国数字设备公司（DEC）根据这一设想，于 1968 年研制成功了第一台 PDP14 可编程控 制器，并在汽车自动化装备线上试用获得成功。该设备用计算机做为核心设备，用存储的程序 代替了原来的接线程序控制。其控制功能是通过存储在计算机中的程序来现的，这就是人们常 说的存储程序控制。由于当时主要用于顺序控制，只能运行逻辑运算，故称为可编程逻辑控制 器（Programmable Logic ControllerPLC） 。 这个新技术的成功使用，在工业界产生了巨大的影响。从此，可编程控制器在世界各地迅 速的发展起来。1971 年，日本从美国引进了这项新技术，并很快研制成功了日本第一台 DCS-8 可编程控制器。19731974 年德国和法国也研制出了可编程控制器。我国于 1977 年研制成功了 以 MC14500 微处理器为核心的可编程控制器，并开始在工业中应用。 进入 20 世纪 80 年代，随着微电子技术的和计算机技术的迅猛发展，也使的可编程控制器 逐步形成了具有特色的多样化系列化产品。系统中不仅使用了大量的开关量，也使用了模拟量， 功能已经远远超过了逻辑控制、顺序控制的应用范围，故称为可编程控制器（Programmable ControllPC） 。但由于 PC 容易和个人计算机(Personal ComputerPC）混淆，所以人们还 沿用 PLC 作为可编程控制器的英文缩写名字。 PLC 具有结构简单、性能优越、可靠性高、灵活通用、易于编程、使用方便、抗干扰能力 强、便于维护、设备体积小、可实现联网控制等优点，近年来在工业自动控制、机电一体化、 改造传统产业等方面得到了广泛的应用。产品主要分为高、中、低三档。 现在许多厂家都在生产 PLC，且产品技术相当成熟。比较有名的有日本三菱、美国通用电 器（GE） 、德州仪器（TI） 。 国内 PLC 产品主要生产厂有北京机械工业自动化所、天津自动化仪表厂，无锡电器厂、上海起 重电器厂、苏州电子计算机厂、上海自力电子设备厂、北京椿树电子仪表厂、杭州机床电器厂、 佛山无线电八厂等。产品有与国外合作的，有仿制的，有自行开发的设计的，多数属于低档产 品。目前我国应用较多的有 PLC5 系列和日本三菱的产品。PLC5 系列是美国 AB 公司推 出的新产品，第一汽车制造厂，上海、长沙、哈尔滨等地引进，现由中美合资厦门 AB 公司 21 生产。 5.2 三菱系统下三菱系统下 PLC 的编程的编程方法方法 5.2.15.2.1 PLCPLC 编程方法分类编程方法分类 与计算机编程语言不同,可编程控制器即(PLC)提供适应工业环境中使用的编程语言,按照不 同的控制要求使用这些变成语言,可编制不同的控制程序.常用的编程语言分述如下: 1、梯形图编程(Ladder Programming) 梯形图编程采取图形方式进行编程,编制的梯形图形式上类似继电器控制系统电路图,用触 点的状态组合表达系统的控制逻辑,梯形图使用了电器技术人所熟悉的方法,因此是应用最多的 一种编程语言.梯形图的示意图如图 4-1 所示: 图 5-1 梯形图示意图 梯形图在电路的结构形式,元件符号以及逻辑控制功能等方面与继电器控制电路图是相同的,但 它们之间还有很多不同之处.梯形图 有如下特点: 逻辑单元,逻辑单元始于左端竖线(也称母线),终于输出元素(也称继电器线圈),右端终止竖 线可不画. 继电器控制系统电路图表示的是实际的物理电路,工作时,回路中有电流通过.梯形图是逻辑 关系的一种表达形式(虚拟物理电路),工作时,可编程序控制器图形表达的用户控制逻辑,逐步执 22 行程序. 可编程序控制器在运行状态时,对梯形图是按扫描方式从左到右,从上到下顺序执行,不存在 几条回路同时工作的可能,在设计控制逻辑时,应注意根据其运行特点,合理设置控制逻辑. 2、指令编程(Instructions Programming) 指令编程也称为语言表编程,类似于计算机汇编语言,是一种以语句形式表达的用户控制程 序,能够用于实现可编程序控制器的所有功能.指令编程与梯形图编程一样是经常使用的编程语 言.在采用计算机软件编制用户控制程序时,通过功能键,指令语言编制的程序可自动转换为梯形 图语言编制的程序.可编程序控制器全部编程指令的集合称为该机的指令系统. 3、功能图编程(Function Chart Programming) 功能图编程是一种较新的编程方法,它的作用是用功能图表达一个顺序控制过程。功能图编 程数字代表顺序步,每个顺序步的不进条件和执行功能也须在图上标出. 4、逻辑图编程(Logic Chart Programming) 可编程控制器也可采用逻辑图的方式编程,与梯形图编程方法类似,逻辑图方法也是以图形方 式表达控制逻辑关系,即用标准的逻辑器件符号表达控制逻辑关系,编程用的逻辑图仍为虚拟物理 回路。 5.2.25.2.2 三三菱系统下的编程方法菱系统下的编程方法 本设计采用 PLC 梯图编程，与其他的编程方法相似，先要熟悉编程元素，例如输入/输出 X，Y，U，W，I，J，S 等还有一些常用的 T，Q，这些元素是编程前所必须掌握的。其次要了解 基本的指令 LD，LDI，AND，ANI，OR，ORI，ANB，ORB 等等，对中间继电器进行连贯。 需要指出说明的是，X 作为输入，Y 做为输出，其它为中间继电器，不起输出作用，只是对 程序的一种连贯。 各种编程方法基本上大同小异，有各自的特点。三菱系统用梯图 PLC 的有鲜明，直观，易 懂等特点。 5.3 PLC 控制设计控制设计 5.3.15.3.1 PLC 在本设计中的控制需要在本设计中的控制需要 非同步打标传输线需要控制一个电机起停（无需正反转） ，4 个摆动气缸，4 个伸缩气缸以 实现小车的非同步传输和凸轮轴的气动夹紧功能。 为实现较精确的控制，选择行程开关触发。 23 SA1 SA3 SA6SA7SA8SA9 SA10 SA5 SA4 图 5-2 传动系统简图 简述控制步骤，如上图，电机上电链轮开始传动，传送线下位的摆动气缸 1 开始发车，当 第一辆小车触发行程开关 SA1 时，摆动气缸 1 闭合，禁止接下来的小车前行。第一辆小车在链 的拉动下前行，由下料装置给它上面放上两凸轮轴（非本毕业设计任务） 。当小车触发行程开关 SA2 时，小车被摆动气缸 2 截住，开始下步的打标，由抬起气缸抬起，触发行程开关 SA4 时， 左端夹紧气缸开始伸出，当气缸触发行程开关 SA7 时，右端夹紧气缸开始伸出，当气缸触发行 程开关 SA8 时，两气缸共同夹紧凸轮轴进行打标，延时 5 分钟。打标结束后，左右端夹紧气缸 开始缩回，触发行程开关 SA9 时，抬起气缸开始下降，触发行程开关 SA5 摆动气缸 2 发行。小 车前行中触发行程开关 SA3 重复上述打标过程。打标结束小车放行出发摆动气缸 3 后行程开关 SA10 开始计数，同时给信号让传输线下端发车摆动气缸摆开，再发出一辆小车，循环 10 次后， 此时传输线末端截至摆动气缸前有 10 辆小车停留，开始警铃响 10 秒 通知人工下料，共两分 钟后截至摆动气缸开始放行，两分钟摆回。至此结束本控制的一个大循环。 24 5.3.2 输入，输出（输入，输出（I/O）