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文檔簡介

1、XX學院 XX UNIVERSITY本科生畢業(yè)設計設 計 題 目: 三維軌道定位裝置結構及控 制系統(tǒng)設計 系部: 機 電 工 程 系 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名: XX 班 級: 三班 學號 2011011308 指導教師姓名: 職稱 教授 職稱 工程師 XX學院教務處 二一三年六月制(20 15 屆)本科生畢業(yè)設計說明書三維軌道定位裝置結構及控制系統(tǒng)設計系部: 機 電 工 程 系 專 業(yè): 機械設計制造及其自動化 學 生 姓 名: 班 級: 三班 學號 2011011308 指導教師姓名: 職稱 教授 職稱 工程師 最終評定成績 2015年6月 北京科技大學畢業(yè)設計 摘

2、 要三維軌道定位裝置結構及控制系統(tǒng)設計是一種空間三維移動高精度定位的裝置,他在倉儲、工地、工廠等作業(yè)地都有廣泛的應用。本課題主要針對倉儲作業(yè)地進行設計,我國傳統(tǒng)的倉儲形式是運用天車來實現(xiàn)的,進行空間三維的移動,但天車實現(xiàn)了空間三維的移動,并不進行精度的要求,位移的檢測,而三維軌道定位裝置不僅完成了空間三維的移動,而且具有高精度的位置檢測,可以實現(xiàn)空間三維高精度任一點的移動,配合上控制系統(tǒng),實現(xiàn)智能化管理、自動化運輸,減少了勞力,提高了操作性。本課題主要從三維軌道定位裝置結構的三個方向移動來進行設計,針對三個方向的定位裝置進行結構分析、結構布局、電機選擇、傳動方式、控制系統(tǒng)等進行設計,通過仿真軟

3、件仿真校核。關鍵詞:三維軌道,定位裝置,電控系統(tǒng),檢測裝置ABSTRACTThe structure and control system design of 3D orbit positioning device is a device of spatial 3D moving high precision positioning. He has extensive application in storage, construction, factory and so on.This topic mainly for warehousing homework design, Chinese

4、 traditional form of storage is by using the crane to achieve and space 3D mobile, but crane realized three-dimensional mobile, not accuracy requirements, displacement detection, and 3D orbit positioning device not only completed the three-dimensional space of the mobile, but also has high precision

5、 position detection, mobile 3D high accuracy at any point can be achieved, with control system, to realize the intelligent management and transportation automation, reduce labor, improve the interoperability.This paper mainly from the 3D orbit positioning device structure of three direction to carry

6、 on the design, for three direction positioning device for structure analysis, structure layout, motor selection, transmission, control system design, through the simulation software simulation and verification.Keywords:3 d orbital, positioning device, electric control system,Detection device目 錄摘 要I

7、ABSTRACTII第1章 緒論11.1 三維軌道定位裝置的簡介11.2三維軌道定位裝置的發(fā)展趨勢11.3三維軌道定位裝置的研究狀況11.3.1三維精密位移系統(tǒng)的結構及工作原理11.4三維軌道定位裝置的研究意義21.5課題研究的內(nèi)容及意義21.6課題設計的主要參數(shù)21.7本章小結3第2章 三維軌道定位裝置的結構設計及校核42.1 Z方向移動的結構設計42.1.1 方案一42.1.2方案二42.1.3方案對比52.1.4 Z方向行程4m的滾珠絲杠的選型52.1.5伺服電機的選型112.1.6聯(lián)軸器的設計122.1.7主從動齒輪的設計122.1.8齒輪軸的設計152.1.9 Z方向行程5m的滾珠絲

8、杠的選型152.1.10 Z方向5m伺服電機的選型182.1.11聯(lián)軸器的選擇182.1.12 Z方向5m主從動齒輪的設計182.1.13 Z方向5m齒輪軸的設計202.2 X方向的移動結構設計212.2.1方案一212.2.2方案二212.2.3方案對比222.2.4三相異步電機選擇222.2.5主動齒輪的設計222.2.6齒輪軸的設計242.2.7聯(lián)軸器的選擇242.2.8齒條的設計242.3 Y方向的移動結構設計252.3.1方案一252.3.2方案二252.3.3方案對比262.3.4三相異步電機的選擇262.3.5主動齒輪的設計262.3.6齒輪軸的設計282.3.7聯(lián)軸器的選擇28

9、2.4本章小結28第3章 PLC電氣控制系統(tǒng)設計293.1 電控系統(tǒng)概述293.2 PLC的選型293.3 PLC的I/O端子分配293.4 PLC外部接線303.5 PLC軟件設計323.5.1 功能流程323.5.2順序功能圖323.5.3梯形圖的設計343.5.4控制面板的設計343.6本章小結35第4章 電控系統(tǒng)的調試及仿真364.1仿真方案364.2仿真調試364.3本章小結39結 論41參考文獻42附 錄43致 謝52III 長沙學院畢業(yè)設計 第1章 緒論1.1 三維軌道定位裝置的簡介三維軌道定位裝置是運用于傳統(tǒng)倉庫上的自動抓取物料的設備,它將先進控制技術與傳統(tǒng)的行車合理的結合起來

10、,運用自動化控制技術控制對應的執(zhí)行機構運作,讓立體化倉存自動化、操作更加簡便、高層更為合理,大大降低的存放難度和工人的勞動強度且使用簡便,擁有光明的應用前景。1.2三維軌道定位裝置的發(fā)展趨勢目前我國的傳統(tǒng)倉儲業(yè)核心競爭力以實現(xiàn)倉儲業(yè)功能升級與業(yè)務模式轉換。這實質上是一項需要長時間轉變的革命,在此過程中,國內(nèi)傳統(tǒng)倉儲業(yè)面臨的難題主要是怎樣從一個粗放型、擴張型的初級倉儲系統(tǒng)過渡到一個實施精細化操作,滿足客戶需求以及達到反應靈敏,高效,與客戶價值進行高度耦合的高級倉儲系統(tǒng)。1.3三維軌道定位裝置的研究狀況傳統(tǒng)的倉儲是以提高存儲效率為核心存儲型倉儲管理模式,且操作難度高,提高了成本。國內(nèi)現(xiàn)在用的三維軌

11、道定位機械類似的的結構是橋式起重機,是一種架設在高架軌道上可以移動的橋式起重機中的一類,利用架橋下面的有效空間來運送物料,不受地面障礙物的影響。1.3.1三維精密位移系統(tǒng)的結構及工作原理 圖1.1 三維精密裝置原理圖工作原理:如圖1.1,交流伺服電機通過聯(lián)軸節(jié)驅動滾珠絲杠帶動執(zhí)行部件運作,把伺服電機的旋轉換成執(zhí)行部件的直線運動,當某一方向的直線運動到達某一點時,當伺服電機旋轉一個角度跟著發(fā)出對應數(shù)量脈沖,和PLC發(fā)出的脈沖相對應,形成閉環(huán),以此來保證他所運動的精度,同時位移的檢測也可通過壓電陶瓷位位移器先將微位移信號轉變成電信號,電信號頻率的一個周期等于一個莫爾條紋,及對應光柵移動的一個柵距,

12、這樣計算電信號的周期數(shù)就可用得到微位移的數(shù)據(jù),達到更高精度的定位。1.4三維軌道定位裝置的研究意義三維軌道定位裝置使倉儲自動化,物料搬運更合理,為企業(yè)后續(xù)發(fā)展節(jié)約資金,騰出了額外的資本,高精度、快捷的反應速度特點也為企業(yè)在生產(chǎn)中縮短了時間,降低了成本、廢品率。高效的配運、倉儲,加快了企業(yè)的運營速度,稅收的提高也為社會福利做出了一份貢獻。1.5三維軌道定位裝置研究的內(nèi)容及意義研究內(nèi)容主要集中在這幾個方面:三維軌道定位裝置的X-Y-Z移動機構設計、定位裝置設計、電氣控制系統(tǒng)設計,電氣系統(tǒng)的仿真。X-Y-Z移動機構的設計:實現(xiàn)X-Y-Z三個方向的移動,同時三個方向的移動互不干涉。定位裝置的設計:選用

13、合理的驅動元件,運用合理的定位方式,使X-Y-Z方向的移動精度不大于±1cm,驅動元件的最小承受能力不小于20kg。電控系統(tǒng)設計:運用工業(yè)生產(chǎn)中廣泛用到的PLC,進行編程控制,抗干擾能力強、通用性和適用性強、系統(tǒng)的設計、安裝、調試工作量少的特點,實現(xiàn)對X-Y-Z方向移動的控制。電氣系統(tǒng)的仿真:通過GX軟件和PLC進行仿真看是否能達到設計要求,直到達到效果,否則繼續(xù)進行修改。1.6課題設計的主要參數(shù)Y方向長度27m,行程19m,勻速行駛16m。X方向長度17m,行程12.5m,勻速行駛9m。Z方向長度13m,行程9m,勻速行駛6m。三方向允許誤差1cm。最高速度0.1m/s,最低速度0

14、.01m/s。1.7本章小結通過中國知識網(wǎng)找尋大量相關資料,對本課題進行初步認識,并針對相關結構擬定初步方案。第2章 三維軌道定位裝置的結構設計及校核2.1 Z方向移動的結構設計2.1.1 方案一運用車床的傳動方式,來設計Z方向的運動方式,伺服電機通過聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉動,經(jīng)滾珠螺母固定與螺母座,在與工作臺連接,將電機的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的上下運動,創(chuàng)建絲桿長度10m的移動結構,如圖2.1所示。圖2.1 Z方向的運動方式圖2.1.2方案二運用車床的傳動方式,來設計Z方向的運動方式,伺服電機驅動聯(lián)軸器帶動滾珠絲杠轉動,通過滾珠螺母與螺母座連接,在與工作臺連接,將電機的旋轉運動變?yōu)楣ぷ髋_的上下運

15、動,在設計過程中,Z方向總高度13m,移動距離得有9m,因此把Z方向移動分成2次移動,第一次最大行程4m,第二次最大行程5m。如圖2.2所示。圖2.2 Z方向的運動方式圖2.1.3方案對比方案一中,絲桿長度太長,精度配置要求更高,且運行時誤差增長變化大,成本也高,在運動時。留出的垂直空間小,導致可行性低。方案二中,將Z方向的移動分解成2段,縮短了絲桿長度,同時運行時誤差增長相對小,且留出的空間大,可行性高。經(jīng)過對比,方案二明顯比方案一更具有可行性,選用方案二。2.1.4 Z方向行程4m的滾珠絲杠的選型(1)使用條件載荷 工作臺選用材料40CR,密度0.782cm³,長度260mm,寬

16、度260mm,厚度40mm。吊鉤選用材料40CR,密度0.872cm³,長度230mm,圓度24mm。工件重量m3=30Kg。工作臺重量: (2.1) (2.2)鐵鉤重量由公式2.1、2.2: 載荷: 工作行程運行速度精度(2)精度等級的選定精度等級從地方不同等級精度劃分不同,按國家標準GBT 17587.3-1998,滾珠絲杠副的精度等級分為7個等級,1、2、3、4、5、7、10等7個等級,分別與代號P1、P2、P3、P4、P5、P7、P10對應。不同國家等級精度代號不同。精度等級選定方法根據(jù)滾珠絲杠的場合所需精度要求按照長度,有日本THK公司滾珠絲桿機構精度等級-導成誤差表計算導

17、成累積誤差,選擇軋制滾珠絲桿或磨制滾珠絲杠,選用最實用的精度。有公式得: (2.3):滾珠絲杠誤差;L:滾珠絲杠工作行程;:換算每300mm后的誤差。數(shù)據(jù)帶入公式得:因此選用軋制滾珠絲杠、精度等級C8,導成誤差±0.1mm/300mm。因為工作行程為4000mm,誤差為±10mm,換算為每300mm所需要的誤差:(3)導程計算與選定導成方向采用滾珠絲桿標準導成方向,選用右旋。導程的計算與選定方法根據(jù)導成定義有公式: (2.4)Nm:電機轉速r/min;Vma×:最大移動速度m/s;PB:滾珠絲桿導成mm;i:傳動比。由數(shù)據(jù):所以得:因此選用絲桿導成2.4mm的絲桿

18、。(4)滾珠絲桿支撐方式選定由Vmax=100mm/s,工作行程為4000mm,精度較高。所以選一端固定、一端支撐的方式。(5)絲桿外徑選定與校核初選絲桿外徑選用絲桿PB=12mm絲桿外徑為40mm。計算最大軸向載荷根據(jù)力學原理,可知各種工況下的軸向載荷為:加速前進: (2.5)等速前進: (2.6)減速前進: (2.7)加速返回: (2.8)等速返回: (2.9)減速返回: (2.10)F1-F6:各運動狀態(tài)下的軸向載荷,N;m:工作總質量,kg;a:滑塊運動的加速度,m/s2;u:直線導輪副的摩擦系數(shù);f:導輪無載荷時的運行阻力。最大載荷:u取0.02,加速行程0.5m,最大速度0.1m。

19、由公式 (2.11)那么a=0.01m/s 所以軸向允許載荷計算及校核由公式: (2.12) P1:最大軸向載荷,N;E:楊氏彈性模量(E=2.06×105N/mm4)L:絲桿安裝間距,mm;dr:絲桿溝槽最小直徑,mm;J:絲桿斷面與轉動慣量參數(shù),J=/64×dr4,mm;n1、n2:安裝方式的有關參數(shù),見表2.1。 表2.1 絲桿安裝方式系數(shù)n1、n2絲桿安裝方式n1n2絲桿安裝方式n1n2固定-固定420支撐-支撐15固定-支撐210固定-自由0.251.2因安裝方式一端固定、一端支撐:得:絲桿安裝間距:絲桿溝槽直徑:所以:FP1合格。(6)絲桿在不發(fā)生屈服現(xiàn)象時最大

20、允許軸向載荷計算由公式: (2.13)P2:最大軸向允許載荷,N;dr:絲桿溝槽最小直徑,mm;:絲桿材料允許拉伸壓縮應力(=147N/mm2)。所以:FP2合格。(7)絲桿允許轉速計算機校核絲桿臨界轉速由公式: (2.14) n1:臨界轉速,r/min;E:楊氏彈性模量(E=2.06×105N/mm2);L:絲桿安裝間距,mm;J:絲桿斷面和轉動慣量相關參數(shù),J=dr4/64,mm4;dr:絲桿溝槽最小直徑,mm;P:絲桿材料密度(7.8×10-6Kg/mm3);A:絲桿溝槽最小直徑截面面積,A=dr4,mm;f、:見表2.2。表2.2 不同固定方式下f、的值絲桿安裝方式

21、f絲桿安裝方式f固定-固定21.94.73支撐-支撐9.7固定-支撐15.13.927固定-自由3.41.875 絲桿最高轉速:絲桿最高轉速: (2.15) NmaxN1 合格。(8)壽命計算及校核有公式: (2.16) (2.17)Lr:總轉速表示的額定疲勞強度,r;Lh:運行時間表示的疲勞壽命,h;Ca:螺母額定動載荷,N;Fa :軸向載荷,N;N:絲桿轉速,r/min;Pb:絲桿導成,mm;n:工作臺每分鐘來回次數(shù),次/min;ls :工作臺行程,mm;fw:負荷系數(shù),見表2.3。表2.3 負荷系數(shù)fw振動、沖擊運行速度fw振動、沖擊運行速度fw微小微速(v0.25)1-1.2中等中等(

22、1v2)1.5-2低速(0.25v1)1.2-1.5大高速(v2)2-3.5因此fw取1.2。(9)剛度計算及驗證由公式: (2.18)E:楊氏彈性模量(E=2.06×105N/mm2);A:絲桿溝槽最小直徑所在截面面積,A=dr2/4;L:絲桿安裝間距,mm;Dr:絲桿溝槽最小直徑,mm。所以:型號FFZZD33210-3絲桿剛度Kc=772N/mmKcKs 合格。2.1.5伺服電機的選型轉速的計算電機轉速必須大于負載最高轉速,有公式: (2.19)所以電機扭矩要求伺服電機最大輸出扭矩必須大于4.73N.m;電機轉動慣量的要求伺服電機最大轉子轉動慣量大于3.39×10-4

23、Kg.m2。查看130系列伺服電機選擇EDSMT-2T130-150B,額定功率3.8KW,額定轉速2500r/min,額定力矩15N.m,轉子慣量0.88×10-3Kg.m2,(帶制動器)。2.1.6聯(lián)軸器的設計由公式: (2.20)得:由機械設計表(14-1)查的KA的=1.3,故轉矩為選用GB/T 5843-2003 中選擇型號GY6,許用轉矩900N.m的凸緣聯(lián)軸器。2.1.7主從動齒輪的設計(1)主齒輪參數(shù)選擇模數(shù)M=2.5,齒數(shù)Z=14,螺旋角=0°。(2)主齒輪幾何尺寸的確定齒頂高(mm)由公式: (2.21)齒根高(mm)由公式: (2.22)齒頂圓直徑(m

24、m)由公式: (2.23)齒根圓直徑(mm)由公式: (2.24)分度圓直徑(mm)由公式: (2.25)(3)主從齒輪齒面接觸疲勞強度計算接觸疲勞強度應力計算由機械原理圖(10.25d)得:由公式: (2.26)得: 由機械原理(圖10-23)查的KHN1=0.9、KHN2=0.95。由公式: (2.27)得:取=520MPa。實際載荷系數(shù)確定由公式: (2.28):載荷系數(shù);:使用系數(shù);:動載系數(shù);:齒間載荷分配系數(shù);:齒向載荷分布系數(shù);由機械原理上表10-2、10-3、10-4,圖10-8得。(4)主從動輪齒面接觸疲勞強度校核由公式: (2.29)由公式: (2.30)所以有:那么:Pa

25、合格。(5)從動輪的幾何尺寸傳動比為4,因此從動輪模數(shù)m=2.5,齒數(shù)z=56,壓力角=20°。螺旋角=0°。齒頂圓直徑(mm):齒根圓直徑(mm):分度圓直徑(mm):2.1.8齒輪軸的設計因基園直徑db很小,齒輪采用20MnCr5材料并滲碳淬火。得:=1100MPa=850Mpa=525MPa=300MPa由公式: (2.31)彎曲疲勞強度校核由公式: (2.32)那么:由公式: (2.33)那么:因此選擇齒輪軸直徑D=50mm。2.1.9 Z方向行程5m的滾珠絲杠的選型(1)使用條件載荷 工作臺選用材料40CR,密度0.782cm³,長度260mm,寬度26

26、0mm,厚度40mm。吊鉤選用材料40CR,密度0.872cm³,長度230mm,圓度24mm。工件重量M3=30Kg。機座選用材料40CR密度0.782cm³,長度5000mm,寬度250mm,厚度60mm。工作臺重量由公式2.1、2.2得:鐵鉤重量由公式2.2、2.2得: 機座重量:載荷: 工作行程運行速度精度(2)精度等級的選定由表2.1、公式2.3得:因為。因此選用軋制滾珠絲杠、精度等級C8,導成誤差±0.1mm/300mm。(3)導程計算與選定導成方向選用右旋,由公式(2.4)得:因此選用絲桿導成2mm的絲桿。(4)滾珠絲桿支撐方式選定由Vmax=100

27、mm/s,工作行程為5000mm,精度較高。所以選一端固定、一端支撐。(5)絲桿外徑選定與校核初選絲桿外徑由日本TNT軋制滾珠絲桿外徑與導成標準組合表中。選用絲桿PB=12mm絲桿外徑為40mm。計算最大軸向載荷由公式(2.5)已知由公式(2.11)得所以(6)軸向允許載荷計算及校核由公式(2.12)、表2.2得:FP1合格。絲桿在不發(fā)生屈服現(xiàn)象時最大允許軸向載荷計算由公式(2.13)得:FP2合格。(7)絲桿允許轉速計算機校核絲桿臨界轉速由公式(2.14)、表2.3得:絲桿臨界轉速:絲桿最高轉速由公式(2.15)得: NmaxN1 合格。(8)壽命計算及校核由公式(2.16)、(2.17)、

28、表2.4得:(9)剛度計算及驗證由公式(2.18)得:型號FFZZD33210-3絲桿剛度Kc=772N/mmKcKs 合格。2.1.10 Z方向5m伺服電機的選型轉速的計算由公式(2.19)得:電機扭矩要求伺服電機最大輸出扭矩一定大于5N.m。電機轉動慣量的要求伺服電機最大轉子轉動慣量大于1×10-3Kg.m2。查看130系列伺服電機選擇EDSMT-2T130-150B,額定功率3.8KW,額定轉速2500r/min,額定力矩15N.m,轉子慣量0.88×10-3Kg.m2,(帶制動器)。2.1.11聯(lián)軸器選擇由公式(2.20)得所以選擇凸輪聯(lián)軸器(GB/T 5843-2

29、003)中的GYS2型聯(lián)軸器,額定轉矩63N.m。2.1.12 Z方向5m主從動齒輪的設計(1)主齒輪參數(shù)選擇模數(shù)m=2.5,齒數(shù)Z=11,螺旋角=0°。(2)主齒輪幾何尺寸的確定齒頂高(mm)由公式(2.21):齒根高(mm)由公式(2.22):齒頂圓直徑(mm)由公式(2.23):齒根圓直徑(mm)由公式(2.24):分度圓直徑(mm)由公式(2.25):(3)主從齒輪齒面接觸疲勞強度計算接觸疲勞強度需用應力計算由機械原理圖(10.25d)得:由公式(2.26):得: 由機械原理(圖10.23)查的KHN1=0.9、KHN2=0.95。由公式(2.27):得:取=320MPa。實

30、際載荷系數(shù)的確定由公式公式(2.28):由機械原理上表10.2、10.3、10.4,圖10.8得。(4)主從動輪齒面接觸疲勞強度的校核由公式(2.29):由公式(2.30):所以因此=60.64MPa合格。(5)從動輪的幾何尺寸傳動比為5,因此從動輪模數(shù)m=2.5,齒數(shù)z=56,壓力角=20°。螺旋角=0°。齒頂圓直徑(mm):齒根圓直徑(mm):分度圓直徑(mm):2.1.13 Z方向5m齒輪軸的設計因基園直徑db很小,齒輪采用20MnCr5材料并滲碳淬火。查表得:由公式: (2.31)彎曲疲勞強度校核由公式: (2.32)那么 (2.33)那么因此選擇齒輪軸直徑D=50

31、mm。2.2 X方向的移動結構設計2.2.1方案一用伺服電機帶動絲桿轉動,通過滾珠螺母、滾珠螺母座將旋轉運動改為工作臺橫向運動。如圖2.3:圖2.3 將旋轉改為橫向位移的結構2.2.2方案二用三相異步電機通過齒輪與齒輪、齒輪與齒條傳動將旋轉運動變?yōu)檐囕喌臐L動。如圖2-4: 1-螺栓 2-軸 3-螺釘 4-軸承蓋 5-密封圈6-軸承 7-車輪 8-工字鋼 9-齒條10-異步電機 11-齒輪 12-聯(lián)軸器圖2.4 車輪滾動橫移方式2.2.3方案對比方案一結構簡單,且能滿足精度要求,方案二結構較復雜,因齒輪嚙合精度會隨磨損變化,精度不好控制,但方案一絲桿長度沒有13米的,得弄成2斷,中間用聯(lián)軸器連接

32、,控制不好控制,因此結合實際,還是方案二可行。選用方案二。2.2.4三相異步電機選擇選用型號YZR132M1-6的三相異步電機,YZR系列,機座中心高132mm,中機座,級數(shù)等級6,轉速1000r/min。2.2.5主動齒輪的設計(1)主齒輪參數(shù)選擇模數(shù)m=2.5,齒數(shù)Z=56,螺旋角=0°。(2)主齒輪幾何尺寸的確定齒頂高(mm)由公式(2.19):齒根高(mm)由公式(2.20):齒頂圓直徑(mm)由公式(2.21):齒根圓直徑(mm)由公式(2.22):分度圓直徑(mm)由公式(2.23):(3)主齒輪齒面接觸疲勞強度計算接觸疲勞強度需用應力計算由機械原理圖(10.25d)得:

33、由公式(2.26):得: 由機械原理(圖10.23)查的KHN1=0.9。由公式(2.27):得:(4)實際載荷系數(shù)的確定由公式公式(2.28):由機械原理上表10.2、10.3、10.4,圖10.8得:(5)主從動輪齒面接觸疲勞強度的校核由公式(2.29):由公式(2.30):所以:因此:=80MPa合格。2.2.6齒輪軸的設計因基園直徑db很小,齒輪選用20MnCr5材料并滲碳淬火。查表得:由公式2.31得:彎曲疲勞強度校核由公式2.32得:由公式2.33得:因此選擇齒輪軸直徑D=50mm。2.2.7聯(lián)軸器的選擇由公式(2.20)得:所以選用凸輪聯(lián)軸器(GB/T 5843-2003)中的G

34、YS2型聯(lián)軸器,額定轉矩63N.m。2.2.8齒條的設計因為跟齒輪嚙合,所以模數(shù)m=2.5,傳動比L=1。主要尺寸如下:斷面壓力角:法面齒距:齒頂高(mm)由公式(2.21):齒根高(mm)由公式(2.22):齒頂高系數(shù):法面頂隙系數(shù):2.3 Y方向的移動結構設計2.3.1方案一用伺服電機帶動絲桿轉動,將旋轉運動變?yōu)闄M向運動,同過滾珠螺母與螺母座、工作臺三者之間的連接實現(xiàn),如圖2.5。 圖2.5 伺服電機驅動Y方向絲桿傳動方案2.3.2方案二用三相異步電機驅動,通過減速箱減速,經(jīng)聯(lián)軸器帶動車輪軸轉動使車輪轉動。如圖2.6。1-連接板 2-聯(lián)軸器 3-鍵 4-工字鋼 5-軸承蓋6-螺釘 7-軸承

35、 8-密封圈 9-軸 10-車輪11-螺栓 12-減速器 13-異步電機圖2.6 ZER驅動Y方向傳動方案2.3.3方案對比與X方向傳動優(yōu)缺點一樣,選用方案二。2.3.4三相異步電機選擇選型號YZR132M1-6的三相異步電機,YZR系列,機座中心高132mm,中機座,級數(shù)6。2.3.5主動齒輪的設計(1)主齒輪參數(shù)選擇模數(shù)m=2.5,齒數(shù)Z=56,螺旋角=0°。(2)主齒輪幾何尺寸的確定齒頂高(mm)由公式(2.19):齒根高(mm)由公式(2.20):齒頂圓直徑(mm)由公式(2.21):齒根圓直徑(mm)由公式(2.22):分度圓直徑(mm)由公式(2.23):(3)主齒輪齒面

36、接觸疲勞強度計算接觸疲勞強度需用應力計算由機械原理圖(10.25d)得:由公式(2.26):得: 由機械原理(圖10.23)查的KHN1=0.9。由公式(2.27):得:(4)實際載荷系數(shù)的確定由公式(2.28):由機械原理上表10.2、10.3、10.4,圖10.8得。(5)主動輪齒面接觸疲勞強度校核由公式(2.29):由公式(2.30):所以因此:=80MPa合格。2.3.6齒輪軸的設計與X方向選擇方式一樣,選擇齒輪軸直徑D=36mm。2.3.7聯(lián)軸器的選擇由公式(2.20)得所以選擇凸輪聯(lián)軸器(GB/T 5843-2003)中的GY2型聯(lián)軸器,額定轉矩63N.m。2.4本章小結本章對三維

37、軌道定位裝置進行了三個方向的分解設計,逐一對每個方向進行方案對比,選取方案,在進行結構設計,校核。設計合理三方向的結構圖。第3章 PLC電氣控制系統(tǒng)設計3.1 電控系統(tǒng)概述設計要求物料可以移動到X方向任意位置,精度為10mm。設定PLC輸入一個指令脈沖,工作臺位移1mm,因為精度10mm,要到達任意位置,因此設定4個按鍵,分別控制1mm、10mm、100mm、1000mm的位移量,達到精度1mm的位移即可。3.2 PLC的選型控制方式共需要24個輸入端口,8個輸出端口,因此選用64位PLC,如圖3.1。圖3.1 FX2N-64MR外形圖3.3 PLC的I/O口分配點控按鈕16個,位置開關8個。

38、理清所需控制功能,將每部功能對應成代號,一個代號對應一個功能,接入一個輸入口,根據(jù)功能需要控制輸出接口的導通,再根據(jù)這樣來控制電機的正反轉,通過這樣的功能控制來控制物料的三維移動,用電控的方式來控制他的所需精度。I/O分配見表3.1。表3.1 I/O分配表輸 入輸 出代號功能輸入口代號功能輸出口SB1左位移1mmX01YAZ1正傳Y0SB2左位移10mmX12YAZ1反轉Y1SB3左位移100mmX23YAz2正傳Y2SB4左位移1mX34YAz2反轉Y3SB5右位移1mmX45YAx正傳Y4SB6右位移10mmX56YAx反轉Y5SB7右位移100mmX67YAy正轉Y6SB8右位移1mX7

39、8YAy反轉Y7SB9停止X10SQ1z1行程左極限X11SQ2z1行程右極限X12SQ3z1初始位置X13SQ4z2行程左極限X14SQ5z2行程右極限X15SQ6z2初始位置X16SQ7x行程左極限X17SQ8x行程右極限X20SQ9x初始位置X21SQ10y行程左極限X22SQ11y行程右極限X23SQ12y初始位置X24SB10z1行程復位X25SB11z2行程復位X26SB12x行程復位X27SB13y行程復位X30SB14z位置控制輸入X31SB15x位置控制輸入X32SB16y位置控制輸入X33SB17z1位置控制輸入X34SB18z2位置控制輸入X353.4 PLC外部接線PL

40、C的I/O口接線如圖3.2所示。通過控制輸入按鍵控制輸出的五個電機正反轉所轉角度,來控制他的位移量,本設計主要控制1mm,10mm,100,1000mm四個位移量,按對應的鍵控制對應的位移量。圖3.2 PLC外部接線圖3.5 PLC軟件設計3.5.1 功能流程三維軌道定位裝置程序流程圖如圖3.3:圖3.3 程序流程圖3.5.2順序功能圖PLC通電后,用繼電器M8002初始化系統(tǒng)。通過按不同的鍵進行不同的操作,如圖3.4、圖3.5、圖3.6所示:通過按鍵對應進行下一狀態(tài)的STL程序來完成控制,寫好順序功能圖后,根據(jù)它來編寫程序就更簡便了,在功能圖里必須實現(xiàn)所由控制要求,不然會讓控制出錯。 圖3.

41、4 Z方向控制的順序功能圖圖3.5 X方向控制的順序功能圖圖3.6 Y方向控制的順序功能圖3.5.3梯形圖的設計根據(jù)流程圖與功能圖寫出梯形圖,見附錄。3.5.4控制面板的設計根據(jù)I/O端口分配,需要按鍵的數(shù)量,畫出控制面板圖,如圖3.7。圖3.7 控制面板圖3.6本章小結本章主要完成電控系統(tǒng)設計,用PLC進行控制,將I/O口分配,根據(jù)流程圖、功能圖寫出程序,接線圖。第4章 電控系統(tǒng)的調試及仿真4.1仿真方案用GX軟件編寫程序,并進行仿真。4.2仿真調試動作預期如下表4.1。表4.1 輸入輸出效果圖輸入輸出預期效果仿真圖X31、X34、X0Y0Z1正轉圖4.1X31、X34、X4Y1Z1反轉圖4

42、.2X31、X35、X0Y2Z2正轉圖4.3X31、X35、X4Y3Z2反轉圖4.4X32、X0Y4X正轉圖4.5X32、X4Y5X反轉圖4.6X33、X0Y6Y正轉圖4.7X33、X4Y7Y反轉圖4.8X31、X25Y0Z1正轉圖4.9X31、X26Y1Z2正轉圖4.10X32、X27Y4X正轉圖4.11X33、X30Y6Y正轉圖4.12仿真結果如圖:圖4.1 Z1正轉的時序圖與按鍵圖圖4.2 Z2反轉按鍵圖與時序圖圖4.3 Z2正轉按鍵圖與時序圖圖4.4 Z2反轉按鍵圖與時序圖圖4.5 X正轉按鍵圖與時序圖圖4.6 X反轉按鍵圖與時序圖圖4.7 Y正轉按鍵圖與時序圖圖4.8 Y反轉按鍵圖與

43、時序圖圖4.9 Z1復位圖4.10 Z2復位圖4.11 X復位圖4.12 Y復位仿真結果跟預計的一樣,因此程序正確,可以運用。4.3本章小結通過GX軟件將程序編入,通過GX里的調試仿真功能進行調試仿真并修改,直到無誤為此,畫出輸入、輸出預計結果表,與仿真進行對比,看是否一樣,并修改到一樣。仿真完成,與預計一樣,說明本系統(tǒng)可用。結 論三維軌道定位裝置主要從三個方向的移動與定位精度來設計,通過PLC脈沖輸入來控制三個方向的位移,在倉儲的應用上,提高了效率、精度的同時也降低了勞動力,增強了可操作性。Z方向的移動結構設計,分為了2段來完成,第一段位移5000mm,第二段位移4000mm,來完成X方向最大行程9000mm,在設計中經(jīng)多方比較,最終采用了伺服電機驅動滾珠絲桿的方式來進行位置定位移動。X方向的移動機構設計,考慮功率、轉速、經(jīng)濟等因素,最終選擇了由三相異步電機帶動齒輪嚙合的方式,來驅動車輪達到位移效果,對嚙合精度的高質量要求,來保證精度要求。Y方向的移動結構設計,考慮移動平穩(wěn)性,因此選用2個電機同時驅動,與X方向一樣,選擇三相異步電機驅動。電氣控制系統(tǒng)的設計,通過PLC的控

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