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全自动V带分拣机的设计【6张CAD图纸和说明书】

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A0-位移检测系统部件图.dwg

A0-整机装配图.dwg

A1-分辨率提高器.dwg

A2-气压系统原理图.dwg

A3-字头盘轴零件图.dwg

A3-检测带轮零件图.dwg

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关键词：: 全自动分拣设计 cad 图纸以及说明书仿单

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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

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。

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A0-位移检测系统部件图.gif

A0-整机装配图.gif

A1-分辨率提高器.gif

A2-气压系统原理图.gif

A3-检测带轮零件图.gif

A3-字头盘轴零件图.gif

内容简介：: 编号本科生毕业设计分拣机的设计Design of sorting machine学生姓名专业学号指导教师分院摘要全自动 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AbstractThe 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 pulseI目录Abstract 2第 1 章绪论 41.1 引言 .41.2 分组分拣技术与分组销售 .51.2.1 分组分拣技术与分组销售的问题描述及解决方案特点 52、分拣技术 51.2.2 半自动智能 v 带长度分拣机技术分析 .71.3 现代控制技术、检测技术现状分析 81.3.1 可编程控制器(PLC)国内应用现状 .92.1 引言 .102.2 总体设计的主要内容 102.2.1 V 带分组性能指标 .112.2.2 总体方案 .12(Ld=1400 mm) 单位:mm 133.1 引言 143.2 位移检测 153.2.2.根据本机精度确定被测 V 带组段范围 163.2.3 分辨率提高器结构尺寸的设计 173.3 自动打印标记 213.3.1 字头转动电机的选择 243.3.2 字头转动轴的设计 253.3.3 联轴器的选择 253.4 设备各工作过程的控制 .263.4.1 PLC 控制特点及所选型号 .274.1 引言 284.2 气动技术的主要特点 284.3 气动装置设计 295.1 引言 315.2 检测带轮直径及结构设计 .315.2.1 固定式检测带轮 .325.2.2 夹紧式检测带轮 .345.3 初始中心距及基准中心距的确定、总自支架上的刻度 365.4 检测带轮轴系以及机架设计 375.4.1 检测带轮轴的设计 37II（1）.对导轨进行弯曲应力校核 415.6 本章小节 .43参考文献 45致谢 461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。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。21.2.1 分组分拣技术与分组销售的问题描述及解决方案特点1V 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，3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: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。4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。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。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。5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6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。7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 81600 +23，-11 4 2800 +37,-18 81800 +27,-13 4 3150 +37,-18 82000 +27,-13 4 3550 +44,-22 1222400 +31,-16 8 4000 +44,-22 124500 +52,-26 12 7100 +77,-38 205000 +52,-26 12 8000 +77,-38 205600 +63,-32 20 9000 +93,-46 326300 +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。8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 31501 15891593 17871791 19871991 22242232 24842492 27822790 313231402 15931597 17911795 19911995 22322240 24922500 27902798 314031483 15971601 17951799 19951999 22402248 25002508 27982806 314831564 16011605 17991803 19992003 22482256 25082516 28062814 315631645 16051609 18031807 20032007 22562264 25162524 28142822 316431726 16091613 18071811 20072011 22642272 28222830 317231807 16131617 18111815 20112015 28302838 318031888 16171621 18151819 20152019 9 16211625 18191823 20192023 10 18231827 20232027 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 1015 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9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D2-2 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158915931593159715971601160116051605160916091613161316171617162116211625中心距位移量 02 24 46 68 810 1012 1214 1416 1618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10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11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12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转过一21Z3个齿,齿盘 Z,3转 27 个齿。齿条的齿距 P=m=3.1415926mm，齿盘转过一个齿相当于齿条移动 /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/T13575.1-1392.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158918931593159715971601160116051605160916091613161316171617162116211625中心距位移量 02 24 46 68 810 1012 1214 1416 1618打印标识号 1 2 3 4 5 6 7 8 9对应脉冲数 117183435515268698586100101115116132133149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：58.688.2 Mpa;硬度：HBS=12.4；弹性模量：E=2250Mpa;分度圆直径：d=mz=201=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14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=1603362.0159npCdTkwnp5661094.5.971. md.7043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 传递载荷所需的最小的结合压强： 2minffdlTpT-转矩（N.mm）, -结合直径（mm）, -结合长度，一般取 =0.9 （mm）fdfl flfd-摩擦系数，见表 25.5-5、6则 MPadlTpff 057.159.014322min 直径比齿轮对实心轴2./afaq 0iq 包容件传递载荷所需最小直径变化量mCEdpeaffa 17.83.12507.0minin 值查表 25.5-45,和 1.5-983aC, 被包容件传递载荷所需最小直径变化量15mCEdpeiffi 019.75.2057.minn 值查表 25.5-4 和 25.5-7iiC, 联接传递载荷所需最小过盈量 0179.019.01.mininmin aee 考虑压平后的最小过盈量压入法装配 02.)64.28.(79.)(2inin iaes对纵向过盈量联接取 01304.0zaaR6.1.4.0.ziiRs 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2max /4.853.0mNpsaf 25.5-4 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=0.52max /5.1635.0cpsifi 联接件不产生塑性变形所允许的最大结合压强取2axax /4.mNff 联接件不产生塑性变形的传递力 NldpFfft 95.321.059.1.36.max 包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量 mCEeaaffa 7.8.2504.xx 被包容件不产生塑性变形所允许的最大直径变化量 Edpeiiffi 087.75.2064.maxax 联接件不产生塑性变形所允许的最大有效过盈量 meiae .maxxmax 配合的选择16 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029.minin- 标准确定的最大过盈量758axaxe max,ni和最小过盈量确定基本过盈量 b 0389.2075.09.2maxin 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 ) 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 67hIT7=0.012mm 定出 75.31.08.023.ax 由 GB/T1801-199791.3in 确定配合较核计算联接最小传递力 MPaECdspiaf if 32.)2075.538.1(640.)(2minin NlFfft .1.9.4.3.minin 结合件的最大应力 MPaECdpiaff 06.)2075.538.1()(xmax 齿轮 PaPapa safa 89.186.053.11maxmx 轴 Mc sifi 352.0axax 17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;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，18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19调速装置，因而，可以满足不同工_况的要求。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901400r/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 6W140W 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 0.30 120(1200) 205(2050) 1200 1.5/450连续Cont80YN25-2 0.35 130(1300) 220(2200) 1200 2.0/450 30min80YN25-2 25 220 50 0.30 120(1200) 205(2050) 1200 1.5/450连续Cont80YN25-1 0.60 120(1200) 170(1700) 1450 6/250连续Cont80YN25-1 0.70 130(1300) 180(1800) 1450 8/250 30min80YN25-1 25 110 60 0.60 120(1200) 170(1700) 1450 6/250连续Cont20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，

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