用于V带长度分拣方式-全自动V带分拣机设计【CAD高清图纸+文档说明书】

资源目录里展示的全都有预览可以查看的噢，，下载就有,,请放心下载，原稿可自行编辑修改=【QQ：11970985 可咨询交流】====================喜欢就充值下载吧。。。资源目录里展示的全都有，，下载后全都有,,请放心下载，原稿可自行编辑修改=【QQ：197216396 可咨询交流】==================== 毕业设计（论文）登记表 分院 机电工程分院 专业 机械电子工程 班级 学生姓名  指导教师 设计（论文）起止日期 2013年3月2—6月21 教研室主任 题目名称（包括主要技术参数）及要求 1.题目：分拣机 2.要求：对动控舞台的运行，要求准确可靠、传动平稳、无噪音，总体设计上选材合理，结构设计美观大方，主结构支架制造精度要求高，并且采用的机构合理，达到现代舞台设计的要求。 论文开题报告（设计方案论证） 应该包括以下几方面内容： 1、 本课题研究的意义；2、调研（社会调查）情况总结；3、查阅文献资料情况（列出主要文献清单；4、拟采取的研究路线；5、进度安排。 1.本课题研究的意义： 1)设计了用于V带分拣，融PLC、现代传感器技术、机械、气动等技术于一体的，一种典型的机电一体化设备; 2)利用现代传感技术，实现位移量与检测脉冲数之间转换;通过对检测脉冲数分组，间接实现被测带长的分组;组别标记号对应相应的打印脉冲数，实现自动打印组别标记号; 3)以PLC作为核心控制部件实现智能化控制，被检测带的型号改变时，主要通过调整应用软件完成任务转换，达到了较高的性能价格比; 4)根据V带日生产量大的特点，通过自动检测与打印一体化，实现了高效率检测，10根/分钟; 5)半自动智能的设计思想，使高技术与丰富人力资源实现了有机结合，适合国情。 2.社会情况总结： 在指导教师的带领指导下，我们参阅了大量文献，并对舞台制造的有关工厂进行了参观了解，使我们的设计思路得到了很大启发，并对我们设计过程当中出现的问题如何正确的解决有了一定的帮助。 3.查阅文件： [1] 中华人民共和国国家标准带传动普通v带传动(GB/T1357，1一92)，国家技术监督局发布 [2] 王忠发.机械设计.北京:北京理工大学出版社 [M]. 1998二113一136 [3] 机械设计手册(l、2、3、4、5)，机械工业出版社 [M] 1992 [4] 郑堤 唐可洪，机电一体化设计基础，机械工业出版社 [M]， 1997.7 [5] 电气图形符号新标准应用简明手册，江西科技出版社 [M] [6] 郑铭等，低压电器选用及维修手册，机械工业出版社 [M] 1995 [7] 机械设计课程设计手册，高等教育出版社 [M] [8] 张利平主编，液压气动系统设计手册，机械工业出版社 [M] [9] 陈立定主编，电器控制及可编程控制器，华南理工大学 [M] [10] 电器及可编程控制器应用技术，机械工业出版社 [M] [11] 机械设计常用元器件手册，机械工业出版社 [M] [12] 陈碧秀主编，实用中小电机手册，辽宁科学技术出版社 [M] [13] 机电一体化技术应用实例，机械工业出版社 [M] 1994 [14] 机电一体化实用技术手册，兵器工业出版社 [M] 1994 [15]钟肇新 可编程控制器原理及应用，华南理工大学出版社 [M] 2001.4 [16]袁任光 可编程控制器(PC)应用技术与实例华南理工大学出版社[M] 2001.3 4拟采取的研究路线,： 设计了一种集可编程控制器，机械，光电，气动为一体的机电一体化半自动产品。本产品主要面向广大的发展中国家的V带生产厂家，将现代技术与丰富的人力资源有机结合，在不降低检测精度的前提下，尽量采用成熟技术、标准控制设备等，以实现“组装化”设计，达到高可靠性，易于安装、调试、操作、维修等目的,本产品以PLC作为核心控制部件，适应性广、工作可靠。 （5）进度安排： 3月2日—3月15日 查阅文件，书籍材料。 3月16日—3月29日 翻译英文材料。 3月30日—4月26日 写课题论文，写初稿。 4月27日—5月17日 完善论文，定稿。 5月18日—6月7日 绘制设计草图、打印。 6月8日—6月21日 整理，熟悉文件。 记事： 指导教师审阅意见： 年 月 日 3 长春理工大学光电信息学院毕业设计 编号 本科生毕业设计 全自动V带分拣机设计 Design of sorting machine 学 生 姓 名 专 业 学 号 指 导 教 师 分 院 机电工程分院 摘要 全自动V带分拣机是一种昂贵的高效能设备，所以在广大厂家中需要一种价格低廉又能够进行分拣工作的设备。本文介绍既能达到维修，调试，使用方便，又能达到高效能的一种半自动只能V带长度分拣机。主要研究内容有，设计了用于V带分拣，融PLC现代传感器技术机械气动于一体的机电一体化设备，利用现代传感技术，实现位移量于检测脉冲数之间的转换，通过对检测脉冲数分组，简介实现北侧带长的分组：组别标记号对应的打印脉冲次数，实现自动打印组别号标记。以PLC为控制核心部分实现智能化控制。根据V带日生产量大的特点，通过自动检测于打印一体化，实现了高效率检测。半自动智能的设计思想，使高科技于丰富人力资源实现了有机结合，适合国情。 关键词：分拣，PLC, 打印脉冲 Abstract The sort of V-belt is a wide-used product. It is difficult to accomplish it by hand and the Auto-Sorter is effective but too expensive. So most of the sorts are done by selective exams.in this case，an efficient convenient and cheap V-belt sorter is in bad need。In this dissertation， the semi-auto V-belt sorter is developed to meet this need. It is typical mechatronic equipment。Auto-mask is realized by using sensor, PLC is used as a main controlling section. The technique of auto-sort and auto-mark can meet the need of the rapid massive production .the semi-auto design can take advantage of the rich human resources, which is more adoptable in China. Key words: sort PLC exam pulse 目录 Abstract 2 第1章 绪 论 4 1.1引言 4 1.2分组分拣技术与分组销售 5 1.2.1分组分拣技术与分组销售的问题描述及解决方案特点 5 2、分拣技术 5 1.2.2半自动智能v带长度分拣机技术分析 7 1.3现代控制技术、检测技术现状分析 8 1.3.1可编程控制器(PLC)国内应用现状 9 2.1 引言 10 2.2总体设计的主要内容 10 2.2.1 V带分组性能指标 11 2.2.2总体方案 12 (Ld=1400 mm) 单位:mm 13 3.1引言 14 3.2位移检测 15 3.2.2.根据本机精度确定被测V带组段范围 16 3.2.3 分辨率提高器结构尺寸的设计 17 3.3自动打印标记 21 3.3.1 字头转动电机的选择 24 3.3.2 字头转动轴的设计 25 3.3.3 联轴器的选择 25 3.4设备各工作过程的控制 26 3.4.1 PLC控制特点及所选型号 27 4.1引言 28 4.2气动技术的主要特点 28 4.3气动装置设计 29 5.1引言 31 5.2检测带轮直径及结构设计 31 5.2.1固定式检测带轮 32 5.2.2夹紧式检测带轮 34 5.3初始中心距及基准中心距的确定、总自支架上的刻度 36 5.4检测带轮轴系以及机架设计 37 5.4.1 检测带轮轴的设计 37 （1）.对导轨进行弯曲应力校核 41 5.6本章小节 43 参考文献 45 致 谢 46 第一章 绪 论 1.1引言 带传动是一种应用很广的机械传动，其中V带产生的摩擦力要比普通平带大得多，因此v带的传动能力比普通平带高，目前V带在机械中获得广泛的应用。V带已标准化，根据国家标准的规定，普通V带按剖面尺寸不同，分为Y, Z, A, B, C,D, E七种型号，V带是无接头的环形带，每种型号都有几种不同的周长。标准中将内周长度定为公称长度，长度从400-1600mm不等[1]。由于受单根V带所能传递功率之限制，在传递较大功率时，往往设置多根V带成组使用。但一般要求，为避免载荷在各根带上分布不均匀，带的根数不宜过多，一般不应超过9根。 V带的伸张层与压缩层由橡胶制成，强力层可由几层帘布或线绳制成。其公称尺寸受生产工艺、原材料等因素影响较大。事实上，目前各类规模生产厂家生产的同一型号、同一公称尺寸V带的长度误差值均较大(可达几十毫米，这在金属制品中是不可想象的)。由此造成在成组使用多根V带的传动中，尽管选用了某生产厂家的同一型号、同一公称尺寸的V带，但由于存在较大的长度误差，每根V带的张紧力相差很大。相对而言，张紧力较大的V带会过早的发生疲劳失效，如脱层，撕裂或拉断等;与此相反，张紧力较小的V带，承载能力没有完全发挥，甚至会出现打滑现象，整体传动效率降低，极大降低了带的预期寿命，难以达到设计的传动效果。只有减小一组带传动中带长的误差，方可提高传动能力。可采用如下两种途径加以解决: 1.从V带生产的制造工艺、原材料、生产过程控制等方面考虑提高单根带的公称尺寸精度。 ②在现有生产条件下，V带制造商将产品按实际长度经检测分成若干组，每一组V带的实际尺寸控制在较小的公差范围之内，并做上组别标记，在销售时按组售出，以方便用户成组使用。第一种途径需要进行大量研发，投入巨额资金，提高整个设备的精度，短期内不可能解决，是不可取的。而第二种方案属于分组装配法，即所谓“分组销售”可以在不改变现有生产工艺及设备的前提下完成，从技术、生产效率、资金投入等方面均可行，是一种行之有效的方法。 1.2分组分拣技术与分组销售 要进行分组销售，生产厂家必定有一个分组分拣过程。按国家标准规定，同一公称长度的V带的同组配合公差为2-48mm，常用长度的配合公差则为4-32mm。但由于V带为环状等因素，V带分组分拣过程对大多数生产厂家来说是一个较为复杂且不易控制的一个问题。 1.2.1分组分拣技术与分组销售的问题描述及解决方案特点 1．V带的公称尺寸分组 考虑V带经常成组使用，为了解决带与带之间张紧力不一致问题，国家标准(GB/T1357.1-92)制定了V带的最佳尺寸分级规定。例如规定公称长度为1600mm的v带，极限偏差为:+23mm，-11 mm，配组公差4 mm. 尺寸范围1589mm - 1623mm公差值34mm 第一组1589.Omm - 1593.Omm第二组1593.0mm - 1597.0mm 第三组1597.Omm - 1601.Omm第四组1601.0mm - 1605 .0mm 第五组1605.Omm - 1609.0mm第六组1609.0mm - 1613.0mm 第七组1613.Omm - 1617.Omm第八组1617.0mm - 1621.0mm 第九组1621.Omm - 1625 .0mm 带成组使用时，配组公差值越小，V带间张紧力的差值也小，带的寿命愈趋于一致，且带的寿命长、传动效率高。虽然过多地尺寸分组会造成产品管理方面的不便，但这毕竟影响不大，所以，在条件允许的条件下，应尽可能减小配组公差值。 2.分拣技术 所谓“分拣技术”，就是采用一定的方法，将生产的V带按标准的分级规定，分成不同的组别，并打上相应的标记，以供使用时识别。目前主要有人工分拣、全自动分拣二种方式。 人工分拣是操作者仅利用卷尺等测量工具对带长进行测量。由于V带为环形，带内周长度测量不易进行，另外还要考虑不同操作者视觉差别等原因造成的测量误差，因此，人工分拣精度误差较大。粗略估计，公称长度1600毫米时，测量误差值一般应在5mm以上。除此之外，按一班生产1000根V带计算，用人工测量每一根带，实际上工作量太大，一般厂家只是采用对一炉生产的V带进行抽检，以抽检数据作为组别依据。 全自动分拣是利用现代检测技术、计算机技术、自动化等技术进行的高效率、高精度检测与分拣。设备自动化程度高、价格昂贵，受企业规模与资金限制，目前一般中小厂家购置不起。因此，根据我国当前的科技水平及企业资金状况分析，全自动分拣机并不具备广阔的发展市场。国内外V带生产厂家众多，除极少数发达国家的V带生产厂家使用全自动分拣机外，大部分国家的V带生产厂家都处于人工分拣到半自动分拣阶段。青岛第六橡胶厂，是较大规模的V带专业生产企业，目前仍利用人工分拣。 本课题就是基于解决上述问题而立项，目的是开发一种性能价格比较高的半自动V带分拣机，售价预定在10万元以内。该机能够在士1mm的范围内，按设定的标准，将V带分成不同的组别，经检测后自动打上组别标记，分拣速度约10-15根/分钟。该机不但提高了分拣精度，而且克服了人工分拣的繁难，极大提高了劳动效率，提高了厂家产品的市场竞争力，有极大的经济效益和社会效益。如果该机投放市场，一定会赢得V带生产厂家的青睐，所以本机极具开发价值并具有极大的市场潜力。 本课题拟开发一种集可编程控制器，机械，光电，气动为一体的机电一体化半自动产品。本产品主要面向广大的发展中国家的V带生产厂家，将现代技术与丰富的人力资源有机结合，在不降低检测精度的前提下，尽量采用成熟技术、标准控制设备等，以实现“组装化”设计，达到高可靠性，易于安装、调试、操作、维修等目的。另外，本产品设计以可编程控制器作为核心控制部件，只要在机器本身作一些改进并更换更高级别的可编程控制器，本产品就会由半自动变为全自动。因此本产品尚具有良好的发展态势。 目前，发达国家的胶带生产工艺装备和试验测试设备己达到相当先进和完善的地步，整个生产工艺连续化普遍采用计算机控制胶成型、硫化、磨削、切割等工艺，设备和功率试验机等测试设备实现了高度机电一体化操作人员少、生产效率高、产品质量好。如德国的Scholz公司、Berstorff公司、日本的神户公司等专业生产此类专用设备;某些大的橡胶公司如Pirelli公司和Gates公司等也可自行设计制造此类设备。但引进这些厂家的设备价格相当昂贵，一般为国产设备价格的3-10倍，同时不适合于我国的国情，从而使其在国内的推广应用受到限制。国内拥有先进设备的只是少数厂家，而其他大多数厂家的生产设备仍十分落后。 1.2.2半自动智能v带长度分拣机技术分析 半自动智能V带分拣机工作原理如图1-1所示。要分拣的V带套在带轮1、带轮2上。固定于机架之上，它在机架上的位置根据被测带的公称尺寸调整，由定位销定位，螺栓和压板固定，气缸2和移动支架2装在可调支架上，带轮2装在移动支架2上。工作时气缸2推动移动支架2，随着移动支架2和带轮2右移，被检测v带的张力逐渐变大，达到预定值时，气缸2运动停止，安装在可调支架上的位置传感器向PLC发出信号。移动托板下装有齿条，齿条与分辨率提高器的输入圆柱啮合，在该分辨率提高器的输出轴上有一个齿盘，该齿盘与光电传感器，PLC的高速计数器配合完成位移量与脉冲数的转换，完成位移的测量工作。将此脉冲数存入PLC存储器贮存后，由PLC处理判明所属组别，判别完毕，PLC接通标记轮控制电机使之转动。标记轮上有12个打印字头(每一个打印字头对应一个打印符号)，每个打印字头(打印符号)对应一个带长度分组公差组别，标记轮控制电动机运转时带动标记轮转动，通过一个对普通金属材料敏感的涡流式接近开关的高、低电平的输出，由PLC来计算转过的打印字头数量，并与位移量脉冲数进行比较，再配合气缸1动作，实现正确组别打印。气缸1, 2复位，标记轮的转动复位，完成一个测试循环。 本课题解决的关键技术问题: ①如何将生产的同一规格、同一型号v带产品按设置的标准级进行检测、分组。 ②如何快速、精确地检测右滑板位移量，并判明公差分组的组别。 ③按判明的公差分组的组别，使打印头转至相应的组别字号，完成正确的字号打印。 ④该设备如何在通一台设备上，以较小的资金投入实现不同规格、型号v带的检测分组。 图1-1半自动智能V带分拣机工作原理 1.3现代控制技术、检测技术现状分析 控制装置是控制系统中实现控制功能的物理单元。广义地讲，计算机控制装置都是以计算机为核心构成的。计算机连续控制系统中采用的是由硬件模拟电路构成的模拟式计算机控制，而离散控制系统中采用的是以微型机为主的数字计算机，由硬件和软件两部分组成。采用数字计算机控制，运算精度高，抗干扰能力强，可靠性好，开发容易且周期短，而且在硬件电路基本不变的情况下，通过改变控制软件就可适应对不同被控对象进行控制的需要，即具有良好的柔性。因此，采用微型机的控制装置在机电一体化产品中得到了非常广泛的应用。控制装置中采用的微型机属工业控制计算机，常用的主要有可编程控制器、单片微控制器(即单片机)、通用的总线式工业控制系统(简称工控机)等三类。 本机的控制系统主要完成以下功能: 顺序控制:完成从测长、打印头自动打印、复位到重新启动测量等顺序控制。 数据传递与比较:完成对测量装置读数的保存，完成打印头转动数据输入，并对二者数据进行比较，最终完成按测量要求控制打印头转动角度，为进行标记打印作好准备。 不同规格型号V带的检测:要检测的V带型号较多，测量参数改变时，应能够方便、灵活地进行系统调整。 根据控制要求，综合考虑，控制系统主要选用可编程控制器可获得较好的性能价格比。 在机电一体化产品中，传感器及测量系统是一个十分重要的环节。传感器用于检测有关外界环境及自身状态的各种物理量(如力、温度、距离、变形、位置、功率等)极其变化，并将这些信号转换成电信号，然后再通过相应的变换、放大、调制与解调、滤波、运算等电路将有用的信号检测出来，反馈给控制装置或送去显示。实现上述功能的传感器及相应的信号检测与处理电路，就构成了机电一体化产品中的检测系统。 1.3.1可编程控制器(PLC)国内应用现状 传统的继电器接触器控制具有结构简单、易于掌握、价格便宜等优点，在工业生产中应用甚广。但是，这些控制装置体积大、动作速度较慢、耗电较多、功能少，特别是由于它靠硬件连线构成系统，接线繁杂，当生产工艺或控制对象改变时，原有的接线和控制盘(柜)就必须随之改变换更换，通用性和灵活性较差，不能实现复杂的智能控制。 可编程控制器一般可认为是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境中应用而设计，它采用可编程的存储器，用于其内部存贮程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术操作等面向用户的指令，并通过数字式或模拟式输入输出控制各种 类型的机械或生产过程。主要特点有四点: 1、高可靠性。 到目前为止，没有任何一种工业控制设备可以达到可编程控制器的可靠性。随着 器件水平的提高，可编程控制器的可靠性还在继续提高。例如，三菱F1, F2系列平均无故障时间可达30万小时。事实上，如果某种控制装置可以连续运行20年以上不出问题，在当前技术更新瞬息万变的世界上，则可以认为是永远不坏的装置了。 2、编程方便、易于使用。 可编程控制器采用与实际电路接线非常接近的梯形图。这种图形编程方式易懂易编，一般技术人员，也能够在很短的时间内学会使用。当今的可编程控制器还针对具体问题设计了诸如步进顺序控指令、流程图指令等指令系统，对于加快系统开发速度习卜常重要。 从硬件方面说，使用可编程控制器，无论是接线、配置都极其方便，只用螺丝刀即可进行全部接线工作，而不要自制很多接口电路，通常经实验室编程、模拟调试后，在现场很快就能安装调试成功。 3、环境要求低。 可编程控制器具有适应工业现场的高温、冲击和振动等恶劣环境的特点。 4、与其它装置配置联接方便。 例如可编程控制器的接口原则就是使外部接线、电平转换尽量少。对于开关量，输入可以是无源触点开关或集电极开路晶体管输出;输出有继电器、可控硅、晶体管等各种不同的形式。可直接连接各种不同类型的接触器、电磁阀等。 5、运行迅速。 工作节奏快、高速度，为继电器逻辑控制所望尘莫及。 基于QM的上述优点，本机将其作为控制系统。 1.3.2位移检测技术分析 检测位移量的方法有许多。利用光电传感器与一转动齿盘配合产生脉冲，即可实现位移量与电信号的转变，通过检测系统可以实现对位移量的检测。 第二章 系统总体设计 2.1 引言 本机是一典型的机电一体化产品。机电一体化总体设计是应用系统总体技术，从整体目标出发，综合分析产品的性能要求及各机、电组成单元的特性，选择最合理的单元组合方案，实现机电一体化产品优化设计的过程。 随着大规模集成电路的出现，机电一体化产品得到了迅速普及和发展，机、电紧密结合的程度在迅速增加。种类繁多、性能各异的集成电路、传感器和新材料等，给机电一体化设计人员提供了众多的可选方案，使设计工作具有更大的灵活性。 本章针对如何利用这些条件，应用机电一体化技术，开发出操作简便、测量精确、可靠性与性能价格比高的半自动V带分组机。 2.2总体设计的主要内容 一般来讲，机电一体化总体设计包含技术资料准备、性能指标确定、总体方案确定三部分内容。也就是说，根据所设计产品的技术要求来确定其性能指标，通过对多个可行方案进行比较和评价，设计出综合性能最优换较优的总体方案。 2.2.1 V带分组性能指标 表2-1 V带尺寸分级规定(国家标准GB/T13575.1-92，单位mm) 公称尺寸 极限偏差 配组公差 公称尺寸 极限偏差 配组公差 1400 +23，-11 4 2500 +31,-16 8 1600 +23，-11 4 2800 +37,-18 8 1800 +27,-13 4 3150 +37,-18 8 2000 +27,-13 4 3550 +44,-22 12 22400 +31,-16 8 4000 +44,-22 12 4500 +52,-26 12 7100 +77,-38 20 5000 +52,-26 12 8000 +77,-38 20 5600 +63,-32 20 9000 +93,-46 32 6300 +63,-32 20 10000 +93,-46 32 根据表3. 2按配组公差可以计算出带组段范围。表3. 3是常用V带组段范围。 每一个组段应对应一个组段的标识号。 表3. 3为V带组段范围 　 直径为200mm的带轮 直径为300mm的带轮 　 1600 1800 2000 2240 2500 2800 3150 1 1589~1593 1787~1791 1987~1991 2224~2232 2484~2492 2782~2790 3132~3140 2 1593~1597 1791~1795 1991~1995 2232~2240 2492~2500 2790~2798 3140~3148 3 1597~1601 1795~1799 1995~1999 2240~2248 2500~2508 2798~2806 3148~3156 4 1601~1605 1799~1803 1999~2003 2248~2256 2508~2516 2806~2814 3156~3164 5 1605~1609 1803~1807 2003~2007 2256`2264 2516~2524 2814~2822 3164~3172 6 1609~1613 1807~1811 2007~2011 2264~2272 　 2822~2830 3172~3180 7 1613~1617 1811~1815 2011~2015 　 　 2830~2838 3180~3188 8 1617~1621 1815~1819 2015~2019　 　 　 　 　 9 1621~1625 1819~1823 2019~2023 　 　 　 　 10 　 1823~1827 2023~2027 　 　 　 　 该机器对基准长度为2511mm、2711mm、 2911mm、 3111mm 3351mm、 3611mm、 3911mm、4261mm的八种规格滞进行检测分组。其中基准长度为2511mm 2711mm两种规格的V带按配组公差要求分为8组;基准长度为2911na 3111mm的两种规格V带按配组公差要求分为2组;基准长度为3351mm、 3611mm两种规格V带按配组公差要求分为3组;3911mm 4261mm两种规格错按配组公差要求分为8组。产品的使用要求包括功能性要求、经济性要求和安全性要求等，产品的性能指标是根据这些要求以及设计和制造能力、市场需求等来确定。根据以上分析，提出本机主要性能指标如下: 1.本机用于Z, A, B, C四种常用V带长度检测(公称长度范围1600mm -3150mm)。 2.位移检测范围:50 mm. 3.本机检测项目:尺寸误差。 4.检测精度:1mm 。 5.分拣速度为10—15条/分钟。 6.程序编辑功能，以适应多种型号V带测量。 对本机主要性能指标的说明: 任何产品所能实现的功能都有一定的范围。合理地确定产品的功能范围，既要考虑用户的使用要求，还要考虑产品经济上的合理性。本机仅用于Z, A, B, C四种常用V带长度检测，公称长度范围1600mm-3150mm，主要基于以下考虑。在实际生产中，公称长度较短的Y型带，由于长度较短，带宽最小，重量体积都不大，且长度公差小((2mm)，因此，在生产中较易控制，人工检测也很方便，勿需使用分拣机进行分拣。而长度相对较长的D, E型V带，经调查发现，在实际生产中用量极少，产量很低。考虑产品经济上的合理性，本机设计可忽略上述几种带型，只考虑使用范围最广，在生产中长度尺寸不易控制与检测的Z, A, B, C四种型号V带。 产品的精度指标是产品设计的一个重要指标，也是用户选购产品的一个主要参考依据。一般情况下，精度越高，成本也越高，反之，成本降低。 2.2.2总体方案 1.设计思想 本机是根据国家标准GB/T13575.1-92.对V带尺寸的分级规定，用于V带长度检测、判断尺寸的组段范围，并自动完成打印组段标识号。因V带是无接头环形带，对其长度进行测量，不宜采取直接测量方法，如此将使得测量装置复杂化，势必增大设备成本。但如果考虑V带是套在两带轮上，在一定的张紧力作用下作回转运动，那么，在一定张紧力作用下，可以通过测量两带轮中心距尺寸，来间接得到带长。如果取两带轮直径为D，带长为L，中心距为，则有下列关系: a =1/2 (L一)表2-2列出了V带长度组段范围，由上式可以推得相应的中心距组段范围。例如，配组公差为4mm的V带，对每一个配组公差其相应中心跟变动量为2mm。反之，通过测量中心距变动量可以推知V带长度组段范围。因此，通过测量中心距位移量来间接计算V带长度组段范围，然后，通过打印头打上相应组段标识号，即可完成V带分拣工作。 以基准长度1600 mm的V带为例，由表2-2，取测量带轮直径D=200mm。取Ld=1589mm对应的中心距为测量点初始值(a=559mm),固定带轮与移动带轮的初始中心距即按此值调整。 表2-3 V带组段范围、中心距位移量、打印标识号关系 (Ld=1400 mm) 单位:mm 组段范围 1589~ 1593 1593~ 1597 1597~ 1601 1601~ 1605 1605~ 1609 1609~ 1613 1613~ 1617 1617~ 1621 1621~ 1625 中心距位移量 0~2 2~4 4~6 6~8 8~10 10~12 12~14 14~16 16~18 打印标识号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 因此，本机应由以下功能模块组成: 驱动模块:使移动带轮运动，被测带产生设定的张紧力。 位移测量功能模块:检测出相对初始值的位移量值。 自动打印功能模块:根据组段范围自动打印标识号。 控制模块:实现顺序控制、组别范围判断、正确打印标识号等。 2.主要模块设计 驱动模块 机械、液压、气动均可产生直线运动。本机采用气压驱动移动带轮运动，打印头打印的动作也由气压驱动完成。气压以空气为工作介质，介质清洁且容易获得、成本低、结构紧凑;对本课题而言，利用压力继电器，气动传动很容易对被检测V带既进行定张紧力控制，又能够适时发出电信号。这一点，单纯机械传动难以实现。液压传动可用于压力较大场合。 检测时的带张紧力设定为:400N-750N之间。 工作压力:0.6MPa 驱动移动带气缸型号:QGBII50-MSI气缸内径D=50 mm. 驱动标记轮气缸型号:QGCX12-H.气缸内径D=12 mm. 位移测量功能模块 位移检测可选择方案很多。如感应同步器、光栅传感器(直线位移测量精度可达0.5mm)、激光位移传感器、光电传感器等。 按国家标准GB/T13575.1-92的要求，V带配组公差值在4-32 mm之间，相对于一般机械零件公差，数值相当大，对检测精度要求相对较低。在能够满足使用要求的条件下，主要考虑结构简单、使用维修方便、降低成本，选择光电传感器与码盘配合组成位移检测系统，初步提出位移检测精度0.5 mm，以得到较高的性能价格比。 自动打印功能模块 打印头要根据位移测量结果，通过控制系统作用，完成正确转位以及打印组别标识号。打印头对应位移测量结果实现正确转位，可采用控制步进电机、伺服电机、光电码盘和交流异步微型电动机联合控制等实现。 本机从实用、系统简便等方面考虑，选用后者实现打印头转位。电机型号为60YY25CDT. 控制模块 本机以PLC作为设备的控制系统主体，利用其柔性控制特点，实现位移检测、打印头转动、气缸电磁阀动作及其余部分的动作，通过改变应用程序的某些模块和对设备进行简单的调整后可完成不同型号V带的分拣。 本机选用三菱F1系列的F1-40MR，即选择I/O总数为40点，24个输入点，16个输出点，功耗25VA, DC24V输出电源为0.lA。 第三章 检测、自动打印标记、电气控制原理及设计 3.1引言 随着现代测量、控制及自动化技术的发展，传感器技术越来越受到人们的重视，应用越来越普遍。凡是应用到传感器的地方，必然伴随着相应的检测系统。尤其是在机电一体化产品中，传感器极其检测系统不仅是一个必不可少的组成部分，而且已成为机与电有机结合的一个重要纽带。由于近年来计算机的普及应用，在机电一体化产品中许多复杂的信号处理都采用计算机来完成，本机的信号处理由PLC完成。数字式传感器可直接将被测量转换成数字信号输出，既可提高检测精度、分辨率及抗干扰能力，又易于信号的运算处理、存储和远距离传输。最常见的数字式传感器有光栅、磁栅、感应同步器、光电编码器及激光干涉仪等。 3.2位移检测 3.2.1.位移检测系统结构及工作原理 目前可用于位移检测的传感器种类很多。本机采用光电传感器，光电传感器是将光信号转换为电信号的一种传感器，若用这种传感器测量其它非电量时，只要将这些非电量的变化(例如位移的变化)转换成光信号的变化即可。这种测量方法具有结构简单、非接触、高可靠性、高精度和反应快等特点。图3-1是本机器位移检测原理图。 图3-1位移监测系统结构 光断续器是一种光电子器件，它是专门用来检测物体的光传感器，它有一个发光元件和受光器件，将电信号转变为光信号，然后再将光信号变为电信号输出。在此我们选择了透过型光断续器。透过型光断续器的原理图如图3-2所示，它们的发光元件和受光器件相距一定的距离，中间物体为穿过用的凹槽，当无物体穿过时，发光元件的辐射光照射在受光器件上，将光信号转转换为电信号输出。当断续器内有物体时，则发光元件辐射的光被遮挡，受光器件无光照射，也就无信号输出。随着物体规则性的有无，光断续器输出一个方波。 图3-2透过型光断续器的电器原理图 利用本机进行位移测量时，首先根据V带型号，按最短带长计算出初始中心距，根据此值调整固定带轮与移动带轮的中心距。被测V带套在带轮上之后，气缸2(见图1-1)推动右滑板右移，右滑板下的齿条与分辨率提高器输入齿轮啮合，分辨率提高器是由轮系组成的增速转动系统，在其输出端有一个齿盘，齿盘的圆周均匀地分布有许多齿。该齿和槽起通断光线的作用，它与透过型光断续器结合(如图3-3所示，1和2),便可产生一系列适合于PLC高速计数用的方波。即齿盘转动一周，光断续器产生与齿盘上齿槽数相等的电脉冲信号。 图3-3光电监测原理图 为提高检测精度，利用分辨率提高器的两级传动，取齿条、齿轮的模数为m=1，齿数Z1=Z2=Z3=20，Z,1 =Z,2 =Z,3 =60，则传动比为=27，即齿数Z1转过一个齿,齿盘Z,3转27个齿。齿条的齿距P=πm=3.1415926mm，齿盘转过一个齿相当于齿条移动π/27= 0.116mm因此，本机的测量分辨率为0.12mm，精度约为0.3mm。 3.2.2.根据本机精度确定被测V带组段范围 由此可见，本机首先将带长检测转换成中心距位移检测，通过上述检测机构将中心距位移转换成为一定的脉冲数量，齿盘转过一个齿，则产生一个脉冲，相临脉冲的下降沿对应中心距位移0.116 mm，即0.116mm/脉冲。国家标准GB/T13575.1-92.规定的基准长度为1600mm V带的配组公差值为4mm，对应的中心距的公差值约为2mm，该值对应2/0.116=17个脉冲。 图3-4 分辨率提高器传动简图 根据本机设定的分辨率和表2-2确定的V带分组范围，得出表3-1所示的当带长Ld=1600mm，配组公差4 mm时，V带带长范围、中心距位移量、打印标识号关系，的表格，其余带长的分组类似。 表3一1 V带组段范围、中心距位移量、打印标识号关系 (Ld= 2511mm配组公差4 mm) 单位:mm 组段范围 1589~ 1893 1593~ 1597 1597~ 1601 1601~ 1605 1605~ 1609 1609~ 1613 1613~ 1617 1617~ 1621 1621~ 1625 中心距位移量 0~2 2~4 4~6 6~8 8~10 10~12 12~14 14~16 16~18 打印标识号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 对应脉冲数 ≧1~17 ≧18~34 ≧35~51 ≧52~68 ≧69~85 ≧86~100 ≧101~115 ≧116~132 ≧133~149 带长的分组可以用测量数据求带长分组的计算框图求出，求出的数据存放于PLC的内部寄存器中，以备将来调用。 3.2.3 分辨率提高器结构尺寸的设计 1.分辨率齿轮的设计 选取尼龙610作为分辨率齿轮的材料，其特点：耐疲劳，强度韧性好，刚性大，耐磨，自润滑性能良好，耐热，尺寸稳定性好，成品收缩率好，适用于无润滑条件下工作的耐磨件。抗拉强度：含水58.8MPa、干态176.4Mpa；抗弯强度：100Mpa;抗压强度：58.6～88.2 Mpa;硬度：HBS=12.4；弹性模量：E=2250Mpa;分度圆直径：d=mz=20×1=20mm；取齿宽为2mm.由于齿轮在转动过程中几乎没有力的传递，所以不需要进行较核。 2.分辨率提高器轴的设计 按每分钟分拣15条V带设计计算，则检测每条v带需要4秒，按检测最长带3150mm的极限偏差计算，齿条行程为L=(3188-3132)/2=28mm.则I轴转速为n1=28/(4*20)=21r/min,III轴转速为n3=27*21=567r/min;由于提高器运行过程中，只有齿轮啮合摩擦和齿条带动齿轮微弱的转矩,取T=1N.mm 。轴的材料选取45钢,弹性模量：E=200000Mpa;屈服强度353Mpa.则由公式（2-43）[2]设计轴的直径. 查表2-6得C=160 从本机的设计成本考虑，越小的轴加工越困难，故此，分辨率提高器轴的直径取5mm. 轴的结构如零件图： 考虑轴径过小很难在其上开键槽而且承载的力也很小，所以齿轮和轴之间利用过盈配合来保证轴向和周向的定位。圆柱面过盈联接的计算（摘自GB/T5371-1985）[5]表25.5-3 取T=1N,选取=0.1 l 传递载荷所需的最小的结合压强： T-转矩（N.mm）,-结合直径（mm）,-结合长度，一般取=0.9（mm）-摩擦系数，见表25.5-5、6 则 l 直径比齿轮 对实心轴 l 包容件传递载荷所需最小直径变化量 值查表25.5-4[5],和1.5-98[3] l 被包容件传递载荷所需最小直径变化量 值查表25.5-4和25.5-7 l 联接传递载荷所需最小过盈量 l 考虑压平后的最小过盈量压入法装配 对纵向过盈量联接取 l 包容件不产生塑性变形所允许的最大结合压强 a,b值可查图25.5-4 l 被包容件不产生塑性变形所允许的最大结合压强 当为实心轴时c=0.5 l 联接件不产生塑性变形所允许的最大结合压强 取 l 联接件不产生塑性变形的传递力 l 包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量 l 被包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量 l 联接件不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量 配合的选择 l 选择配合的要保证过盈联接传递给定的载荷 保证联接件不产生塑性变形 - 标准确定的最大过盈量和最小过盈量 l 确定基本过盈量 l 确配合定基本的基本偏差代号 查图25.5-5 相应的基本偏差代号为“U”(或由GB/T1800～1803-1997《公差与配合》的规定选择) l 选定配合，代号U的基本偏差为0.023mm采用的公差孔为IT7 轴为IT6 所以选定出最大过盈和最小过盈 IT6=0.008mm IT7=0.012mm 定出 由GB/T1801-1997确定配合 较核计算 l 联接最小传递力 l 结合件的最大应力 齿轮 轴 所以满足设计要求。由于在实际应用过程中该分辨率提高器属于增速机构，只靠过盈配合很难保证径向的定位问题，故在过盈配合的基础上将与齿轮配合部分做成滚花轴。 3.3自动打印标记 自动打印标记装置要完成的工作:根据被测带的分组，将打印头的标记轮 处;打印头在气缸的推动下，前移，打印标记;③打印完毕，打印头在气缸的作用下复位，标记轮回转，自动复位。 图3-6标记轮结构（1） 标记轮结构如图3-6, 3-7所示，在字头盘4上安装有等间隔的12个字 头，自霍尔式接近开关5开始，沿逆时针方向，字头上的字符依次为: 图3-7标记轮结构（2） “1”，“2”，“3”，，“4”，，“5”，“6”，“7”，“8”，“9”，“10”，“11”，“12”。由于霍尔式接近开关5仅对磁性材料敏感，在图3-6中的与霍尔式接近开关5相对的位置上，安装有一个稀土磁性材料钦铁硼的圆柱体，因此将其用于整个圆盘的圆周方向的初始位置的判别。由测量系统得出的带的分组数，记录于PLC的计数器C667中，将此数值赋予中间存储器后，作为减计数器的初值赋于另一计数器C662。在字头盘4的水平位置A处安装有涡流式接近开关，其特点是对普通的金属材料敏感，由于字头2和字头盘4所处的前后位置不同，自前至后，依次为:涡流式接近开关3、字头2、字头盘4、圆柱式钦铁硼和霍尔式按近开关5。字头盘4在具有电子调速功能的减速电机的驱动下转动，其转动速度可以根据现场的工作条件无级调速。在转动过程中，字头与字头盘下部油漆盒6上的海绵接触，自动在字头上均匀地涂上油漆，每当一个字头转至A处，涡流式接近开关的电平就会发生变化，由原来的低电平变为高电平，一旦字头离开A处，接近开关的电平就会由原来的高电平变为低电平，PLC的计数器将此值与带长测量所的得分组值比较，若相等，则电动机停止转动，并向PLC的中间继电器发出信号。进一步使得扫一印头驱动气缸的电磁阀接通，整个打印头在气缸的作用下右移，字头的字符便转印到V带上。 气缸右移到极限位置后，由接近开关向PLC发出信号，气缸的电磁阀失电，气缸在其内部弹簧的作用下，退回最左端。并触发气缸左端极限位置开关，使得字头盘4的减速电机转动，直至霍尔式接近开关5被触发，电动机停止转动。完成一个打印标记的循环。 圆周方向的定位问题：为了降低设备的成本，字盘的驱动电机，没有选择步进电机或交直流伺服电机，因而机械系统存在圆周方向的定位问题。为此将接近开关的位置设计成可调的，如图3一8 所示。 图3-8周向位置调整孔 为了防止打印标记时，带的厚度差别造成的打印力量不足造成的气缸与推动打印头的支持之间设计了弹簧传力装置，如此一来，过大的位移将有弹簧来抵消，使机器的性能得以改善。 打印头字头盘的转动驱动电机为电子调速的减速电机，且带有自动制动功能，其动力通过由橡胶制成的联轴器传递给轴，然后再传递给字头盘。采用带橡胶连轴器的优点是可以很好地补 偿电动机和传动轴之间，因机架的制造和安装误差造成的径向、轴向和轴线的综合位移。采用该电子调速的减速电动机的优点是，电动机为异步电动机，不需要任何特殊电源，可直接使用交流电，结构简单，价格低廉，由于该电机配有无级电子调速装置，因而，可以满足不同工_况的要求。 型号 功率W 电压V 频率Hz 电流A 起动转矩mN.m(g.cm) 额定转矩mN.m(g.cm) 额定转速r/min 电容uF/VAC 工作状态 80YY25-2 25 220 50 0.30 120(1200) 205(2050) 1200 1.5/450 连续Cont 80YN25-2 0.35 130(1300) 220(2200) 1200 2.0/450 30min 80YN25-2 0.30 120(1200) 205(2050) 1200 1.5/450 连续Cont 80YN25-1 25 110 60 0.60 120(1200) 170(1700) 1450 6/250 连续Cont 80YN25-1 0.70 130(1300) 180(1800) 1450 8/250 30min 80YN25-1 0.60 120(1200) 170(1700) 1450 6/250 连续Cont 该电机的型号为：80YYJT25，其性能参数如下：该机为具有电子调速的、电容运转的、具有电子调速的单项交流异步电动机。额定电流：0.35A，调速范围90—1400r/min, 1200转/分转矩：0.198,90转/分（N.m）：0.070，起动电流(A)： 0.50，超动转矩(N.m):0.100。 3.3.1 字头转动电机的选择 1. 选择电机的类型：为了降低设备的成本，字盘的驱动电机，没有选择步进电机或交直流伺服电机，打印头字头盘的转动驱动电机选择减速式单相交流电容运转异步电动机，且带有自动制动功能。单相交流电容运转异步电动机，按输出功率可分为6W～140W八个品种，每个品种又可按其功能分为YY型异步电动机和YN型可逆电动机；每种还可附设带电子调速，带电磁制动，带机械阻尼等功能。 　　YY型异步电机用于一个方向运转的工作机械；YN型可逆电机用于频繁启动或换向运转的场合。不同功率和不同性能的电机，都可适配一种合适的减速器，以满足需要的转速输出。故本机采用YY型，采用该减速电动机的优点是，电动机为异步电动机，不需要任何特殊电源，可直接使用交流电，结构简单，价格低廉，由于该电机配有无级电子调速装置，因而，可以满足不同工_况的要求。 2. 确定电机的功率：电机的功率选择得合适与否，对电机的工作和经济性都有影响。当功率小于工作要求时，电机不能保证工作装置的正常工作，或使电机因长期过载而过早损坏；功率过大则电机的价格高，能量不能充分利用，造成浪费。 电机，由于电机功率越小传动效率越低，(见新编机械设计师手册下)该电机的传动效率约为 由于本机所需电机只需要带动字头盘的转动，没有其它负载。所以选择额定功率为25W的50%,则实际输出功率为12.5W,足以满足设计需要。 该电机的型号为:80YY25CDT，其性能参数如下:该机为带电磁制动动的、电容运转的、具有电子调速的单项交流异步电动机。额定电压:220V，额定功率25W，额定电流:O.3A，调速范围90一1400r/min，额定转速1200转/分，额定转矩:205mN.m。 3.3.2 字头转动轴的设计 轴的材料选择Q235A钢。由表可以查得，[参考资料2]由转动时所需要的转矩很小，只有打印时的剪切力。所以从加工的角度考虑，根据经验直接取轴的最小直径为8mm。 直接对轴进行剪应力较核。结构如图： 由静力平衡方程求得：Ra=Rb=28.8N. 满足设计要求。 3.3.3 联轴器的选择 联轴器结构示意图如下： 规格 Ød1,Ød2 轴径 ØD L L1 扭矩 偏心角度 最高转速 LK1-15 3　4　5 15.5 23 3 1N·m 2° 8000r/min LK1-17- 4　5　6 17.5 23 3 1.5N·m 2° 8000r/min LK1-19 3 5 8 19.5 24.5 3.55 2N·m 2° 8000r/min 电动机动力通过联轴器传递给轴，然后再传递给字头盘。由于机架的制造和安装存在误差，所以选择弹性联轴器。采用弹性连轴器的优点是可以很好地补偿电动机和传动轴之间，因机架的制造和安装误差造成的径向、轴向和轴线的综合位移。由于本机所只需要带动字头盘的转动，没有其它负载。需要的转矩很小，故选择LK-15-0608型弹性联轴器。该联轴器传递扭距1N.m,最高转速800r/min（外购于广州菱科自动化设备有限公司） 3.3.4 传力装置弹簧的选取 根据弹簧的工作条件和工作载荷确定弹簧的材料直径，由于本机在传动过程中的力不大，不需要进行许用应力校核计算，直接根据参考资料[3]表3.4-11选取圆柱螺旋压缩弹簧，材料为65Mn,材料直径为1mm,承受载荷为54.98N，弹簧中径为12mm的弹簧。根据工作的需要选取弹簧有效圈数为30. 3.4设备各工作过程的控制 本设各的控制面板如图所示3一1 1，其工作过程如下： 开机→自检(带轮夹紧处于“放松”位置，带轮张紧处于“张紧”位置，打印头的字头盘处于“初始位”位置)→在上述位置正常并显示“正常”，否则接通各控制电路，使机器处于上述位置，并使机器处于“手动位置”。 自动工作过程:“启动”→高速计数器清零，进行高速计数→带轮夹紧气缸收缩，至“夹紧”→带轮张紧气缸“张紧”，至“张紧”→高速计数结束→尺寸分组→打印头的字盘转动至相应的位置→打印头被气缸推动前进，至“前位” →打印头推动气缸后退，至“后位”→带轮张紧气缸“放松”，同时打印头的字盘转动至“初始位”位置。 手动工作过程：按下“手动”按钮，至手动指示灯亮，点动控制面板上的不同按钮，即可执行相应操作。手动功能可方便的完成机械的调试、故障检测与排除、设备的调整等。 3.4.1 PLC控制特点及所选型号 本机所采用的PLC控制装置，较之继电器控制有许多优点。PLC的编程语言使用最多的是梯形图。PLC的梯形图与继电器控制线路十分相似，梯形图中沿用了继电器控制电路中的元件名称和序号，仅有个别不同。从信号的输入/输出形式及控制功能来看，二者也是相同的。但PLC控朱日与继电器控制有许多的不同之处： 1.器件组成不同。继电器控制线路是由若干真正的继电器组成，而梯形图则是由许多的“软继电器”组成。那些硬继电器的触点易磨损，而“软继电器”则无此现象。本机要求每分钟检测10根带，一天按工作8小时计，按检测一根带，触点动作一次计算，则触点一天动作的总次数是: 10 * 60 * 8 = 4800（次) 而一般继电器触点动作总数不应超过2万次，由此可见，如果使用继电气控制，触点磨损严重，继电器需经常更换，严重影响设备使用。 2.工作方式不同，在继电气控制线路中的各继电器是按“并行”方式工作的，或者说是同时执行的，即当电源接通时，满足条件的继电器将同时动作。而在PLC控制系统中，各“软继电器”都处于周期性循环扫描接通之中，也就是说受同一条件制约的各“软继电器”的动作次序决定于程序扫描顺序，所以说PLC以“串行”方式工作。PLC的这种“串行”工作方式，可避免继电器控制的触点竞争和时序失配问题。 3.实施控制的方法不同。在继电器控制线路中，控制功能的实现是通过硬件连线来完成，因此功能专一，不灵活;而PLC的控制是通过软件编程来实现，所以方便、灵活。本机要检测9种型号V带，更换型号时，要调整改变多种检测参数，使用PLC控制，无须调整硬件连接，仅改变软件即可，非常方便。 4.触点数量不同。继电器线路中的继电器触点数量是有限的，由于控制的触点数一般只有4-8对;而梯形图中的“软继电器”供编程使用的触点数有无限对。因为在存储器中对应的触发器状态可取任意次。 本机综合考虑被控对象的工艺要求等因素，