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步进电机控制凸轮轴论文.doc步进电机控制凸轮轴论文.doc -- 8 元

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www.yanziedu.comwww.yanziedu.com简介发动机是汽车的心脏,其性能对汽车整车性能有决定性的影响。凸轮轴是发动机关键零部件之一,其产品质量对发动机的性能特别是发动机功率、凸轮挺杆摩擦副的寿命、配气机构的工作状态都有很大的影响。因此,解决凸轮轴检测问题特别是凸轮升程测量问题,稳定和提高凸轮轴生产质量,一直是汽车生产企业关注的重点之一。在现有工厂的实际凸轮检测中,轮廓度的检测主要使用通、卡规的方法,而对称度主要适用打表法,这两种测量方法都无法对凸轮的整个轮廓或部分敏感段进行精确而全面的测量。本论文提出用步进电机控制凸轮轴回转,同时用高精度直线光栅尺采集主轴回转时的径向尺寸,直线光栅尺将由固定在竖直方向的滚珠导轨的滑块带动上下移动,用步进电机控制,实现不同凸轮径向尺寸的测量。直线光栅尺测量的信号通过数据采集卡采集后由A\D转换,将采集到的数据输入计算机处理。数据处理环节采用LabVIEW制作的虚拟仪实现,从而描绘出凸轮实际升程曲线,用该曲线与凸轮轴凸轮的升程理想曲线进行对比,从而判断出凸轮轴是否失效,是否可再制造。关键词凸轮轴步进电机数据采集数据处理正文一.引言1.凸轮轴检测的意义凸轮轴是摩托车、汽车、飞机等发动机的核心部件,它的功能是保证发动机正确的配气相位和按一定规律控制气门组定时开、闭。凸轮轴上各凸轮的尺寸和形状是影响气门开闭间隙大小和配气效率的主要因素。因此,凸轮轴的设计和加工质量的好坏直接影响发动机的性能,而凸轮轴的测量精度是保证凸轮轴成品质量的重要因素之一。但由于凸轮轴的测量项目多,数据处理量大,误差分离困难,测量周期长,基准难以重合,一直是汽车生产企业关注的重点。www.yanziedu.comwww.yanziedu.com2.近年来国内外研究现状国内从20世纪80年代初期开始有几家单位研制过凸轮轴检测仪,上海磨床研究所采用单片机控制的单侧头式凸轮轴测量仪武汉工学院研制过采用分度头、阿贝头和底座等构成的凸轮测量仪第二汽车厂研制过用于检测内燃机上对称和非对称凸轮升程曲线的检测仪,但是一直没有成行的产品。在国外70年代末就推出了全自动的专用凸轮轴检测仪如美国ADCOLE公司的凸轮轴自动检测仪,采用超高精密的机械装置,高精度传感器技术,处于国际领先水平,但是价格昂贵。此外,世界上工业发达的国家都进行了自动凸轮轴检测设备的开发,国外的先进检测设备普遍具有精度高、检测速度快等优点。但是由于这些设备的价格定位比较高,所以目前国内厂家能够引入这些设备的不是很多。二.凸轮轴测试平台自动控制设计1.凸轮轴测试平台控制基本方案根据设计要求,被测凸轮轴装夹部件顶针的上下移动、被测试凸轮轴在凸轮轴测试平台上的旋转和凸轮升程曲线测试测头的上下移动确定为通过步进电机控制。步进电机控制电路可以分为控制模块、电源模块、键盘模块、电机驱动模块、步进电机部分。步进电机控制电路基本模块方框图如图2.1.1所示。键盘模块电机驱动模块步进电机电源模块控制模块图2.1.1步进电机控制电路基本模块方框图2.系统硬件设计与实现(一)步进电机介绍随着工业技术的不断进步,在自动化控制、精密机械加工、航空航天技术www.yanziedu.comwww.yanziedu.com及所有要求高精度定位等高新技术领域,步进电机的得到了广泛的应用。步进电机是一种将脉冲信号转化为角位移的执行机构。若在其输入端输入有规律的脉冲信号,就能驱动步进电机按设定的方向移动一定的距离或转动一个角度(称为步距角)。从结构上步进电机分为单相、双相、三相、四相、五相、六相等多种。本次设计使用步进电机分为A、B、C、D四相绕组,每相通电一次称为一拍。四相步进电机根据不同的通电规律可分为几种工作模式⑴、四相单四拍ABCD⑵、四相双四拍ABBCCDDA⑶、四相单八拍AABBBCCCDDDA⑷、四相双八拍ABABCBCBCDCDCDADADAB。(二)步进电机驱动模块步进电机的驱动电路采用常用的电动机驱动芯片L298,L298N为SGSTHOMSONMicroelectronics所出产的双全桥步进电机专用驱动芯片DualFullBridgeDriver,内部包含4信道逻辑驱动电路,是一种二相和四相步进电机的专用驱动器,可同时驱动2个二相或1个四相步进电机,内含二个HBridge的高电压、大电流双全桥式驱动器(其芯片引脚图如图2.2.1所示)。图2.2.1L298芯片引脚图L298能够接受标准的TTL电平控制信号,驱动电机。L298操作时能提供的电压能达到46V,直流电流4A,具有过热保护功能,逻辑0的输入电压达到1.5V。L298在控制器的控制下驱动一个步进电动机,控制器产生L298所需的控制信号,以控制步进电机的运动状态。为了防止定子绕组的电感作用,使得电www.yanziedu.comwww.yanziedu.com流切换时产生过电压,步进电机每相绕组两端都须并联一个在换相时起续流作用的肖基特二极管。步进电机驱动电路原理图如图2.2.2所示。123456789101112131415L298AD0DIODED1DIODED2DIODED3DIODED4DIODED5DIODED6DIODED7DIODEGND55GND24V24VGNDP1.0P1.1P1.2P1.3ABCD图2.2.2步进电机驱动电路在驱动电路中,如果采用L297和L298芯片组合驱动(如图2.2.3所示)来作为步进电机的驱动电路可以节省了单片机IO端口的使用,但是这样的话会降低整个驱动和控制电路的性价比,同时也使得电路复杂化,控制程序复杂化,所以本设计中采用两个L298芯片来分别驱动两个步进电机。图2.2.3L297和L298的组合驱动图3.硬件控制模块本设计中采用的控制芯片是AT89C51,AT89C51是美国ATMEL公司生产的低电压,高性能CMOS8位单片机,片内含4kbytes的可反复擦写的只读程序存储器(PEROM)和128bytes,的随机存取数据存储器(RAM),器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产,兼容标准的MCS51指令系统,片内置
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