毕业设计（论文）-自动供料系统的设计.doc

南京信息职业技术学院毕业设计论文作者 学号 21014X25 系部 机电学院 专业 机电一体化技术 题目 自动供料系统的设计 指导教师 评阅教师 完成时间： 2013年 4 月 22 日 毕业设计(论文)中文摘要题目：提升机摘要：目前，现代工业控制设备（PLC、变频器、触摸屏、现场总线、上位机）在电子产品装配线的应用越来越普及，随着技术进步和设备更新，对现场技术人员和维护人员的要求也越来越高。不能充分结合现场工艺发挥功能和效益，尤其在设备出现故障时，不能快速有效地判断和处理故障，影响了正常生产秩序。采用变频控制的提升电机，其优越的制动可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机的使用寿命。变频调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。关键词：可靠性；变频控制；控制系统；PLC；自动控制；提升机；机电一体化 毕业设计(论文)外文摘要Title : elevating conveyorAbstract: Currently, modern industrial control equipment (PLC, inverter, touch screen, field bus, the host computer) in the application of electronic product assembly lines is becoming increasingly popular. With the development of technology and equipment innovation, on-side technical personnel and maintenance personnel are increasingly high requirements. Not fully integrated on-site process function and efficiency, especially in the event of equipment failure, you can not judge and deal with faults quickly and effectively, affecting the normal production order. The lifting motor adopts frequency control, its superior braking can hoist to obtain stable, safe, reliable braking operation state, to avoid serious mechanical wear, prevent the large mechanical impact, reduce the workload of the mechanical parts, extend the service life of the machine. Frequency control can be achieved hoist constant acceleration and constant deceleration control, and can be very good to prevent hoist volumes and over-discharge accident. keywords: Reliability; frequency control; control system; PLC; automation; elevating conveyor; mechanical-electrical integration 目 录1 引言12 整体设计方案22.1 控制部分方案的确定52.2 动力部分方案的确定112.2.2 直流电机122.2.3 变频电机122.3 传动部分方案的确定142.3.1 齿轮传动142.3.2 链传动153 提升机的机械结构的设计153.1 提升机的主要组成部分153.2 电动机功率计算203.3 链的计算213.4 轴的设计234 提升机的电器控制264.1 变频器的选择264.2 外部电路介绍284.3 软件流程图30结论39致谢39参考文献401 引言提升机作为一种垂直运输工具，在各种社会生产中占有极其重要的地位。我国早在公元前1100年左右就发明和使用了辘轳提水和提升重物，这就是现代提升机的始祖。 随着科学技术的发展，“创新”和“发展”已逐渐成为世界各国所关注的最重要的内容。社会的进步、国家的发展依靠创新，提升机的发展同样离不开创新。目前，现代工业控制设备（PLC、变频器、触摸屏、现场总线、上位机）在电子产品装配线的应用越来越普及，随着技术进步和设备更新，对现场技术人员和维护人员的要求也越来越高。不能充分结合现场工艺发挥功能和效益，尤其在设备出现故障时，不能快速有效地判断和处理故障，影响了正常生产秩序。因此我们提出了一种新型提升机设计方法。采用变频控制的提升电机，其优越的制动可以使提升机获得平稳、安全、可靠的制动运行状态，避免严重的机械磨损，防止较大的机械冲击，减少机械部分维修的工作量，延长提升机的使用寿命。变频调速控制可以实现提升机的恒加速和恒减速控制，能很好的防止提升机过卷和过放事故发生。2 整体设计方案在大型工业生产线中，由于受到空间的限制，往往要将一条生产线分割为几个工艺段，分别安装在几个楼层中，这样各个工艺段的货物如果使用传统的货物电梯进行传送，将会给生产带来许多不便，而且还会影响生产效率。因此，设计一个直接连接不同楼层的生产线的提升机是必要的。由于在某一时间段内生产线的传送带都是向固定某一方向运行的，因此在工程设计上，把提升机设计为单向载货，但可以通过手动开关进行传送方向的转换。工艺流程简介由于向下运行和向上运行的控制方法是相同的，在此以向上运行为例说明工艺流程，工艺流程简化框图如图1所示。 当按下启动按钮后，位于传送线上的光电继电器开始检测传送带上是否有板，有板通过门控电机开门，传送带电机和提升机小车电机进板，实现自动进板；进板到位后门电机关门，提升机自动上升；上升到位，门控电机开门，传送带电机和提升机小车电机起动开始自动出板；出板完成 后进入下一个循环。 启 动检 测传送线有板？NY自动进板自动进板完成？NY自动上升上升到位？N自动出板Y出板完成？NY 图2-1 工艺流程简化框图 硬件设计提升机的硬件设计包括信号检测环节、门控制环节、传送电机控制环节、提升机小车电机控制环节、变频调速及电机拖动环节它们之间的互相关系如图2所示。门控电机传送带电机可编程控制器检 测 信 号提升机小车电机提升机电机变频器图2-2 提升机控制原理框图提升机是典型的顺序控制，控制信号决定其运行状态。提升机信号检测主要由一系列的行程开关和光电传感器完成。本设计采用光电传感器和LSX型行程开关。门控电机和传送带电机实现自动门的开关和货物的传送，采用直流他励电机，工作时要求有简单的刹车过程。提升机采用变频器的矢量自动转矩提升控制方式；变频电动机为4极三相电动机。变频器三相电源R、S、T经接线端子进入变频器为自身主回路和控制回路供电，输出端U、V、W接电动机的快速绕组，N、P端接制动单元和制动电阻，以减少制动时间，加快制动过程，制动过程中电梯机械系统的动能转换成热能，消耗在制动电阻上，因此电梯控制柜要保持良好的散热条件。自动控制由于急停或停电恢复后无须通过点动操作完成剩下的操作或者复位，因此辅助继电器采用断电保护型继电器，定时器也需要具备断电保护功能。自动上升模块和自动下降模块都可以通过两个条件来实现，一个是载货自动，另一个是被邀自动。载货自动是指传送货物时运行条件满足时自动运行，被邀自动是指出现传送方向转换时半周期空载自动运行，但无论哪种自动一旦遇到卡板信号或急停信号都会立即复位。由于采用了PLC和变频器进行控制，使得控制精度提高，可靠性增强，提高了生产效率。在实际应用中取得了良好的效果。2.1 控制部分方案的确定 变频结合PLC控制2.1.1 变频器简介（1）变频器的基本结构 变频器是把工频电源(50Hz 或 60Hz)变换成各种频率的交流电源，以实现电机的变速运行的设备，其中控制电路完成对主电路的控制，整流电路将交流电变换成直流电，直流中间电路对整流电路的输出进行平滑滤波，逆变电路将直流电再逆变成交流电。对于如矢量控制变频器这种需要大量运算的变频器来说，有时还需要一个进行转矩计算的CPU以及一些相应的电路。（2）变频器的分类变频器的分类方法有多种，按照主电路工作方式分类，可以分为电压型变频器和电流型变频器；按照开关方式分类，可以分为PAM控制变频器、PWM控制变频器和高载频PWM控制变频器；按照工作原理分类，可以分为 V/f 控制变频器、转差频率控制变频器和矢量控制变频器等；按照用途分类，可以分为通用变频器、高性能专用变频器、高频变频器、单相变频器和三相变频器等。 （3）变频器中常用的控制方式非智能控制方式 在交流变频器中使用的非智能控制方式有 V/f 协调控制、转差频率控制、矢量控制、直接转矩控制等。V/f 控制是为了得到理想的转矩-速度特性，基于在改变电源频率进行调速的同时，又要保证电动机的磁通不变的思想而提出的，通用型变频器基本上都采用这种控制方式。V/f 控制变频器结构非常简单，但是这种变频器采用开 环控制方式，不能达到较高的控制性能，而且在低频时，必须进行转矩补偿，以改变低频转矩特性。转差频率控制是一种直接控制转矩的控制方式，它是在 V/f 控制的基础上，按照知道异步电动机的实际转速对应的电源频率，并根据希望得到的转矩来调节变频器的输出频率，就可以使电动机具有对应的输出转矩。这种控制方式，在控制系统中需要安装速度传感器，有时还加有电流反馈，对频率和电流进行控制，因此，这是一种闭环控制方式，可以使变频器具有良好的稳定性，并对急速的加减速和负载变动有良好的响应特性。 矢量控制是通过矢量坐标电路控制电动机定子电流的大小和相位，以达到对电动机在 d、q、0 坐标轴系中的励磁电流和转矩电流分别进行控制，进而达到控制电动机转矩的目的。通过控制各矢量的作用顺序和时间以及零矢量的作用时间，又可以形成各种 PWM 波，达到各种不同的控制目的。例如形成开关次数最少的 PWM 波以减少开关损耗。目前在变频器中实际应用的矢量控制方式主要有基于转差频率控制的矢量控制方式和无速度传感器的矢量控制方式两种。 基于转差频率的矢量控制方式与转差频率控制方式两者的定常特性一致，但是基于转差频率的矢量控制还要经过坐标变换对电动机定子电流的相位进行控制，使之满足一定的条件，以消除转矩电流过渡过程中的波动。因此，基于转差频率的矢量控制方式比转差频率控制方式在输出特性方面能得到很大的改善。但是，这种控制方式属于闭环控制方式，需要在电动机上安装速度传感器，因此，应用范围受到限制。 无速度传感器矢量控制是通过坐标变换处理分别对励磁电流和转矩电流进行控制，然后通过控制电动机定子绕 组上的电压、电流辨识转速以达到控制励磁电流和转矩电流的目的。这种控制方式调速范围宽，启动转矩大，工作可靠，操作方便，但计算比较复杂，一般需要专门的处理器来进行计算，因此，实时性不是太理想，控制精度受到计算精度的影响。直接转矩控制是利用空间矢量坐标的概念，在定子坐标系下分析交流电动机的数学模型，控制电动机的磁链和转矩，通过检测定子电阻来达到观测定子磁链的目的，因此省去了矢量控制等复杂的变换计算，系统直观、简洁，计算速度和精度都比矢量控制方式有所提高。即使在开环的状态下，也能输出 100%的额定转矩，对于多拖动具有负荷平衡功能。最优控制在实际中的应用根据要求的不同而有所不同，可以根据最优控制的理论对某一个控制要求进行个别参数的最优化。例如在高压变频器的控制应用中，就成功的采用了时间分段控制和相位平移控制两种策略，以实现一定条件下的电压最优波形。 其他非智能控制方式：在实际应用中，还有一些非智能控制方式在变频器的控制中得以实现，例如自适应控制、滑模变结构控制、差频控制、环流控制、频率控制等。智能控制方式:智能控制方式主要有神经网络控制、模糊控制、专家系统、学习控制等。在变频器的控制中采用智能控制方式在具体应用中有一些成功的范例。 神经网络控制方式应用在变频器的控制中，一般是进行比较复杂的系统控制，这时对于系统的模型了解甚少， 因此神经网络既要完成系统辨识的功能，又要进行控制。而且神经网络控制方式可以同时控制多个变频器，因此在 多个变频器级联时进行控制比较适合。但是神经网络的层数太多或者算法过于复杂都会在具体应用中带来不少实际困难。模糊控制算法用于控制变频器的电压和频率，使电动机的升速时间得到控制，以避免升速过快对电机使用寿命的影响以及升速过慢影响工作效率。模糊控制的关键在于论域、隶属度以及模糊级别的划分，这种控制方式尤其适用于多输入单输出的控制系统。 专家系统是利用所谓专家的经验进行控制的一种控制方式，因此，专家系统中一般要建立一个专家库，存放一定的专家信息，另外还要有推理机制，以便于根据已知信息寻求理想的控制结果。专家库与推理机制的设计是尤为重要的，关系着专家系统控制的优劣。应用专家系统既可以控制变频器的电压，又可以控制其电流。 学习控制主要是用于重复性的输入，而规则的 PWM 信号(例如中心调制 PWM)恰好满足这个条件，因此学习控制也可用于变频器的控制中。学习控制不需要了解太多的系统信息，但是需要 1-2个学习周期，因此快速性相对较 差，而且，学习控制的算法中有时需要实现超前环节，这用模拟器件是无法实现的，同时，学习控制还涉及到一个稳定性的问题，在应用时要特别注意。 2.1.2 PLC简介（1）PLC的基本结构 PLC主要由CPU模块、输入模块、输出模块和编程器以配备特殊功能模块，用来完成某些特殊的任务。1）CPU模块CPU模块主要由微处理器(CPU芯片)和存储器组成相当于人的大脑，它不断地采集输入信号，执行用户程序，存程序和数据。2）I/O模块 输入(Input)模块和输出(Output)模块简称为I/O模块，它们是系统的眼、耳、脚，是联系外部现场设备和CPU模块的桥梁。 输入模块用来接收和采集输入信号，开关量输入模块用来接收从按钮、选择开关、拨码开关、限位开关、接近开关、光电开关、压力继电器等过来的开关量输入信号；模拟量输入模块用来接收电位器、测速发电机和各种变送器提供的连续变化的模拟量电流、电压信号。 开关是输出模块用来控制接触器、电磁阀、电磁铁、指示灯、数字显示装置和报警装置等输出设备，模拟量输出模块用来控制调节阀、变频器等执行装置。CPU模块的工作电压一段是5V，而PLC的输入/输出信号电压一般较高，如直流24V和交流220V。从外部引入的尖峰电压和干扰噪声可能损坏PLC模块中的元器件，或使PLC不能正常工作。在I/O模块中，用光耦合器、光电晶闸管、小型继电器等器件来隔离PLC的内部电路和外部的I/O电路，I/O模块除了传递信号外，还有电平转换与隔离的作用。3）编程器编程器用来生成用户程序，并用它进行编辑、检查、修改和监视用户程序的执行情况。手持式编程器不能直接输入和编辑梯形图，只能输入和编辑指令表程序，因此又叫做指令编程器。它的体积小，价格便宜，一段用来给小型PLC编程，或者用于现场调试和维护. 使用编程软件可以在计算机的屏幕上直接生成和编辑梯形图、指令表、功能块图和顺序功能回程序，并可以实现不同编程语言的相互转换。程序被编译后下载到PLC，也可以将PLC中的程序上传到计算机。程序可以存盘或打印，通过网络，还可以实现远程编程和传送。4）电源 PLC一般使用220V交流电源或24v直流电源。内部的开关电源为各模块提供DC 5V，24v等直流电源。小型PLC一般都可以为输入电路和外部的电子传感器(如接近开关)提供24v直流电源，驱动PLC负载的直流电源一般由用户提供。（2） PLC的特点1）编程方法简单易学 梯形图是使用得最多的PLC的编程语言，其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似，梯形国语言形象直观，易学易懂，熟悉继电器电路图的电气技术人员只需花几天时间就可以熟悉梯形图语言，并用来编制用户程序。 梯形图语言实际上是一种面向用户的高级语言，译成汇编语言后再去执行。 2）功能强，性能价格比高一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件，有很强的功能，可以实现非常复杂的控制功能。与相同功能的继电器系统相比，具有很高的性能价格比。PLC可以通过通信联网，实现分散控制，集中管理。3）硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强PLC产品已经标准化、系列化、模块化，配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用，用户能灵活方便地进行系统配置，组成不同功能、不同规模的系统。PLC的安装接线也很方便，一般用接线端子连接外部接线。PLC有较强的带负载能力，可以直接驱动一般的电磁阀和中小型交流接触器。 硬件配置确定后，通过修改用户程序，就可以方便快速地适应工艺条件的变化。 4）可靠性高，抗干扰能力强传统的继电器控制系统中使用了大量的中间继电器、时间继电器。由于触点接触不良，容易出现故障。PLC用软件代替大量的中间继电器和时间继电器，仅剩下与输入和输出有关的少量硬件元件，接线可减少到继电器控制系统的十分之一到百分之一，因触点接触不良造成的故障大为减少。 PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施，具有很强的抗干扰能力，乎均无故障时间达到数万小时以上，可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场，PLC已经被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。 5）系统的设计、安装、调试工作量少 PLC用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中间继电器、器件，使控制柜的设计、安装、接线工作员大大减少。 PLC的梯形图程序可以用顺序控制设计法来设计。这种编程方法很有规律，很容易掌握。对于复杂的控制系统，如果掌握了正确的设计方法，设计梯形图的时间比设计继电器系统电路图的时问要少得多。 可以在实验室模拟调试PLC的用户程序，输入信号用小开关来模拟，可通过PLC上的发光二极管观察输出信号的状态。完成了系统的安装和接线后，在现场的统调过程中发现的问题一般通过修改程序就可以解决，系统的调试时间比继电器系统少得多。 6）维修工作量小，维修方便 PLC的故障率很低，且有完善的自诊断和显示功能。PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时，可以根据PLC上的发光二极管或编程器提供的信息方便地查明故障的原因，用更换模块的方法可以迅速地排除故障。 7）体积小，能耗低对于复杂的控制系统，使用PLC后，可以减少大量的中间继电器和时间继电器，小型毗的体积仅相当于几个继电器的大小，因此可将开关柜的体积缩小到原来的1/2l/10。PLC控制系统的配线比继电器控制系统的少得多，故可以省下大量的配线和附件，减少很多安装接线工时，加上开关柜体积的缩小，可以节省大量的费用。（3） PLC的原理PLC是从继电器控制系统发展而来的，它的梯形图程序与继电器系统电路图相似，梯形图中的某些编程元件也沿用了继电器这一名称，如输入继电器、输出继电器等等。 这种用计算机程序实现的“软继电器”，与继电器系统中的物理继电器在功能上有某些相似之处。由于以上原因，在介绍PLC的工作原理之前，首先简要介绍物理继电器的结构和工作原理。1） 继电器继电器有两种不同的触点，在线圈断电时处于断开状态的触点称为常开触点，处于闭合状态的触点称为常闭触点。当线圈通电时，电磁铁产生磁力，吸引衔铁，使常闭触点断开，常开触点闭合。线圈电流消失后，复位弹簧使衔铁返回原来的位置，常开触点断开，常闭触点闭合。2）逻辑运算 使用继电器电路或PLC的梯形图可以实现开关量的逻辑运算。PLC的梯形图，梯形图中某些编程元件（如输出继电器和辅助继电器)的线圈“通电”时，其常开触点闭合，常闭触点断开，称该编程元件为1状态。当它们的线圈“断电”时，其常开触点断开，常闭触点闭合，称该编程元件为0状态。用继电器电路或梯形图可以实现基本逻辑运算，触点的串联可实现“与”运算，触点的并联可实现“或”运算，用常闭触点控制线圈可实现“非”运算。多个触点的串、并联电路可以实现复杂的逻辑运算。2.2 动力部分方案的确定动力部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。它们是把其他形式的能量转换为可以利用的机械能。一般来说，都是以电动机作为机器的动力源。2.2.1电磁调速电机（1）概述电磁调速技术是通过电磁调速电动机实现调速的技术。电磁调速电动机(又称滑差电机)由三相异步电动机、电磁转差离合器和测速发电机组成。该技术也是国内最成熟的交流调速技术之一。适用于容量在0.55630kW范围内的风机、水泵或压缩机。它的优点是结构简单，维护方便，初始投资不高(比普通笼型电动机高约220元/kW)（2）电磁调速的特点1）控制性能好、起动转矩大。2）控制功率小、扭矩大。3）电压适应性好，体积小 。 （3）电磁调速的缺点普通电磁调速的调速性能比较令人满意，但有一个最严重的缺点就是效率低，耗能大，发热严重，越是低速运行，这个缺点就越突出，故往往被限制在某一转速以上运行。另一个严重缺点是占用空间位置大。普通电磁调速电机实际上是一台机组，它由一台普通异步电动机与一台电磁离合器组成，体积很大，组成机组后占用很大的空间。2.2.2 直流电机直流电动机拖动和交流电动机拖动先后诞生于19世纪，距今已有100多年的历史，并已成为动力机械的主要驱动装置。但是，由于技术上的原因，在很长一段时期内，占整个电力拖动系统80左右的不变速拖动系统中采用的是交流电动机(包括异步电动机和同步电动机)，而在需要进行调速控制的拖动系统中则基本上采用的是直流电动机。但是，众所周知，由于结构上的原因，直流电动机存在以下缺点：（1）需要定期更换电刷和换向器，维护保养困难，寿命较短。（2）由于直流电动机存在换向火花，难以应用于存在易燃易爆气体的恶劣环境；（3）结构复杂，难以制造大容量、高转速和高电压的直流电动机。2.2.3 变频电机（1）变频器的作用变频器在机电一体化产品中的运用。变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用.变频器主要用于交流电动机(异步电机或同步电机)转速的调节，是公认的交流电动机最理想、最有前途的调速方案，除了具有卓越的调速性能之外，变频器还有显著的节能作用，是企业技术改造和产品更新换代的理想调速装置。自上世纪80年代被引进中国以来，变频器作为节能应用与速度工艺控制中越来越重要的自动化设备，得到了快速发展和广泛的应用。在电力、纺织与化纤、建材、石油、化工、冶金、市政、造纸、食品饮料、烟草等行业以及公用工程(中央空调、供水、水处理、电梯等)中，变频器都在发挥着重要作用。（2）变频器的优点变频调速，可以大大提高电机转速的控制精度，使电机在最节能的转速下运行。以风机水泵为例，根据流体力学原理，轴功率与转速的三次方成正比。当所需风量减少，风机转速降低时，其功率按转速的三次方下降。因此，精确调速的节电效果非常可观。与此类似，许多变动负载电机一般按最大需求来生产电动机的容量，故设计裕量偏大。而在实际运行中，轻载运行的时间所占比例却非常高。如采用变频调速，可大大提高轻载运行时的工作效率。因此，变动负载的节能潜力巨大。变频调速是交流电动机调速的发展方向，而且有的变频调速系统在动态性能及稳态性能的指标上已超过直流调速。因此在机电一体化系统设计时可优先选用交流电动机变频调速方案。交流电动机变频调速系统中，变频器就是一个功率驱动接口。目前已形成了规格较为齐全的通用化、系列化产品，因此在系统设计时，主要是解决变频器的选用、与控制系统的连接及控制算法的实现等问题。（3）变频器的分类变频器的作用是将供电电网的工频交流电变为适合于交流电动机调速的电压可变、频率可变的交流电。按照变频方式和控制方式分类如图2-3所示。图2-3变频器的分类 控制器根据变频调速的不同控制方式，产生相应的控制信号来控制功率逆变器各功率元件的工作状态，使逆变器输出预定频率和预定电压的交流电。控制器有两种控制方式：一种是以集成电路构成的模拟控制方式；另一种是以控制计算机构成的数字控制方式。后者是目前常用的控制方式。（4）变频器的基本构成变频器的发展已有数十年的历史，在变频器的发展过程中也曾出现过多种类型的变频器，但是目前成为市场主流的变频器的基本结构如图2-4所示。逆流电路直流中间电路整流电路 交流电交流电 （有用电源）频率和电压可调的交流电控 制 电 路图2-4 变频器的基本结构对于采用了矢量控制方式的变频器来说，由于进行矢量控制时需要进行大量的运算，其运算电路中有时还有一个以DSP(数字信号处理器)为主的转矩计算用CPU以及相应的磁通检测和调节电路。通过对以上三种电机的比较，变频电机的优势不言而喻。2.3 传动部分方案的确定传动部分就是把动力部分的运动形式、运动及动力参数转变为所需要的运动形式、运动及动力参数。2.3.1 齿轮传动在用于直线移动和旋转运动相互转换的机械传动当中，齿轮齿条传动是应用非常广泛的一种传动方式。传统的齿轮齿条传动存在着诸多缺陷：（1） 啮合传动过程当中，齿面间存在滑动摩擦；（2） 标准齿轮节圆处压力角为20，传动中产生无效径向分力；（3） 齿轮齿数不能过少，否则易发生根切现象；（4）制造工艺性差，难以制造出用于精密传动的齿轮齿条装置。这些缺陷的存在，一方面使齿轮齿条的传动效率降低；另一方面难以制造出体积小、重量轻的齿轮齿条传动装置。最主要的是齿轮齿条结构太单一化，在提升机的运行过程中，难以实现制动， 以及对于齿轮齿条的运行的控制更是难以实现。2.3.2 链传动链传动是应用的一种机械传动。它是由链条和主、从动链轮所组成的。链轮上制有特殊齿形的齿,依靠链轮轮齿与链节的啮合来传递运动和动力。链传动是属于带有中间挠性件的啮合传动。与属于摩擦传动的带传动相比,链传动无弹性滑动和打滑现象,因而能保持准确的平均传动比,传动效率较高;又因链条不需要像带那样张得很紧,所以作用于轴上的径向压力较小;在同样使用条件下, 链传动结构较为紧凑.同时链传动能在高温及速度较低的情况下工作。与齿轮传动相比,链传动的制造与安装精度要求较低,成本低廉;在远距离传动(中心距最大可达十多米)时,其结构比齿轮传动轻便得多。在机械制造中，如农业、矿山、起重运输、冶金、建筑、石油、化工等机械都广泛地应用着链传动。由于在本设计中要提升的货物较轻,故选用滚子链。3 提升机的机械结构的设计提升机的主要由二大部分组成：水平输送部分和垂直输送部分。水平输送部分由滚筒和电机组成；垂直部分由链条、链轮、托台、蜗轮蜗杆和电机组成。3.1 提升机的主要组成部分3.1.1 水平输送部分滚筒是组成提升机的托台的主要一部分，托台是由一排的滚筒固定在同一支架上所组成的。通过电机的运行，带动滚筒运动，从而带动货物的运行到所需的位置。图3-1 滚筒的结构3.1.2 垂直输送部分图3-2 蜗轮蜗杆结构图 电机的动力通过蜗轮蜗杆传到联轴节，而带动链轮运行，从而带动链条提升货物。蜗轮蜗杆的作用是在提升的过程中，起到制动保护作用，以免提升机在工作中突然停机时，货物由于重力而下降。如右图3-2所示。链条是带动提升机垂直运动的主要部件，前面已经对链条的介绍已经很全面了，现在主要是链条的设计和选择。链传动的主要参数选择（1） 传动比的选择 传动比过大时，会导致小链轮包角过小，同时啮合齿数减少，这将加速链轮轮齿的磨损且容易出现跳齿现象，故包角最好不小于120。为此，限制传动比i，本课题中由于为了保持托台的水平，主、从动链轮的大小必须相同，所以传动比i=1。（2）链轮齿数Z、Z齿数选择总原则上不宜太少，也不宜过多。当小链轮齿数Z过少时，尽管可以减少轮廓尺寸，但将会引起：1） 传动的不均匀性和附加动载荷增大；2）链条进入和退出啮合时，链节间的相对转角增大，加速铰链的磨损失效；3） 在节距和传递功率一定条件下，链所需传递的圆角力增大，加速链和链轮的损坏。当链轮齿数过多时，不仅会增大链传动的外形尺寸，还将缩短链的使用寿命由于链节数一般取为偶数，为使链和链轮齿的磨损较均匀，链轮齿数一般取为与链节数互质的奇数。小链轮的齿数Z可依据链速参考表选取。在本设计中，由于链速为25m/s,属于低速。应该按传动比i来确定齿数，查表D的i=29。（3）链的节距和排数：在一定条件下，链节距越大，承载能力就越大，相应产生的冲击、振动、噪音也越严重。所以设计时，在满足承载能力条件下，为使结构紧凑、寿命长，应尽量选取小节距的单排链。在高速、大功率时，可选取小节距的多排链。当中心距小，传动比大时，选取小节距多排链，以使小链轮有一定啮合齿数。当中心距大、传动比小而且速度不太高时，可选用大节距单排链。链的节距可根据传递功率P按下式算出额定功率P后选出。 P= （3-1）式中 P传递功率（KW）； K工作情况系数，查表； K小链轮齿数系数，查表； K链长系数，查表； K多排链排数系数，查表。3.1.3 提升机的总体结构图原动机部分是驱动整部机器以完成预定功能的动力源。通常一部机器只用一个原动机，复杂的机器也可能有好几个动力源。一般地说，它们都是把其它形式的能量转换为可以利用的机械能。原动机的动力输出绝大多数呈旋转运动的状态，输出一定的转矩。在少数情况下也有用直线运动马达或滚筒 以直线运动的形式输出一定的推力或拉力。执行部分是用来完成机器预定功能的组成部分。一部机械可以只有一个执行部分；也可以把机器的功能分解成好几个执行部分（提升机的链条执行上升和下降运动的功能，滚筒执行横向运送重物的功能）。提升机的原动机部分结构图如图3-3、图3-4所示。图3-3 电机与蜗轮传动简图图3-4 蜗轮与主轴传动简图提升机的执行部分的结构图如图3-5、图3-6所示：图3-5 主轴简图图3-6 滚筒简图 因为提升机的主要靠轴的转动，从而带动链轮的运转，通过链条带动托台上升和下降。横向运动是通过滚筒的运动带动货物进入提升机的托台。它的执行部分也就包括这两个方面，当然为了实现两个方向的运动就必须要两个电机控制两个方向。所以在设计的过程中，对轴的要求是非常高的。提升机的总体结构如图3-7所示。图3-7 提升机的总体结构图3.2 电动机功率计算 通常我们选择电动机的首先要考虑电动机能够提供负载所需要的转矩和转速。从偏于安全的意义上来讲，就是能够提供克服峰值负载所需要的功率。其次，当电动机的工作周期可以与其发热时间常数相比较时，必须考虑电动机的热额定问题，通常用负载的均方根功率作为确定电动机发热功率的基础。如果要求电动机在峰值负载转矩下以峰值转速不断的驱动负载，则电动机功率 P=（1.52.5） （3-2）式中 T负载峰值力矩（Nm）； n电动机负载峰值转速（r/s）； 传动装置的效率。考虑了初步估算时取=0.70.9；当电动机长期连续的工作在变负载之下时，比较合理的是按负载方均根功率来估算电动机功率 P（1.52.5） （3-3） 式中 T负载方均根力矩（Nm）； n负载方均根转速（r/m）。估算出P后就可选取电动机，使其额定功率P满足 P P而在本课题中，我们要选的电动机所满足的条件不够，所以也就很难估算出电动机的额定功率。那必须采用其他方法估算电动机功率。因为电动机的功率主要是提供提升机的提升所需功率，假设电动机的输出功率有20%是转化给提升机的提升所需的功率。如果算出提升机的提升功率，就可以估算电动机的输出功率。根据设计要求，提升机的提升物体的重量大概m=100kg，提升高度是h=2.815m,提升速度为v=0.2815m/s。解：根据能量守恒定律有 w=mgh+mv=10010+1000.2815=2815+5.9=2820.9 j 又t=10s P=0.2815kw P=0.351875kw查表取升降电机型号为YEJ 90L-4 P=1.5kw n=1440r/min因为水平进退所消耗的能量很小，即功率也很小，所以查表选取水平进退电机的型号为 YEJ 60L-4 P=0.55kw n=720r/min 3.3 链的计算确定连轮齿数 i=1 查表得连轮齿数为 Z=Z=29选链条选择减速器的传动比i=31.5.查表得 K=1.0, K=1.58,K=0.82,K=1p=0.598kwn=45.7r/min故查表得应选去链号为16号的链条 P=25.4mm.验算链速v=0.56m/s48所以链条不会破裂，安全的链轮选用45钢 调质 回火 （4050）HRC节圆直径 d=236mm齿顶圆直径 d=p(0.54+ctg()=247.3mm齿根圆直径 d=15.88mm d=d- d=220.12mm齿侧凸缘最大直径 d=p(ctg()-1) 0.80=204.98mm查表得 d=139.2mm链轮轮毂长 查表得 L=60mm最大齿根距离 L=dcos()-d=220mm 齿宽 b=0.95b=15mm倒角宽 b=01.5p=3.81mm倒角半径 r=25.4mm 倒角深度 h=0.5p=12.7mm齿侧凸缘圆角半径 r=0.04p=1.016mm3.4 轴的设计轴是机器中的重要零件，其功能在于支承转动零件，使转动零件具有确定的工作位置，并传递运动和动力。一般情况下，合理的结构和足够的强度是轴的设计必须满足的基本要求。如果轴的结构设计不合理，会影响轴的加工和装配工艺性，增加制造成本，乃至影响轴的强度和刚度。如果轴的强度不足，则会发生塑性变形或断裂失效，使其不能正常工作。轴的一般设计步骤是：按工作要求选择材料。估算轴的基本直径。轴的结构设计。（1）估算轴的基本直径轴的设计中，一般是按轴所传递的转矩估算出轴上受扭转轴段的最小直径，并以其作为基本参考尺寸进行轴的结构设计。dA （3-5）在本课题中的主轴所选用的材料是45钢，通过查表可得=60 MP，A=103P= P=1.50.8=1.2kw 又已知 n=n=45.7r/min dA=103=30.6mm所求d应为受扭转轴段的直径，即带传动轮处的轴径。因考虑到其它因素的影响，即取标准直径d=35mm。（2）轴的结构设计初定各轴段的直径 图3-8 轴的结构图为了满足半联轴器的要求，如图3-8所示I-II段左端需制出一轴肩且 L=82mm故 d=d=40mm据d=d=40mm，选用轴承1508型 dDB=408023由于端盖的厚度约为68mm故L=30mm L=40mm由于滚子轴承的左端需一轴肩进行轴向定位，且开了一个槽故取 d=d=47mm L=L=+30=102.5mm初定各轴段的直径位置轴直径/mm说明输出传动处35按电动机功率估算的基本直径轴承处40按传动时轴承承受的弯矩估算直径链轮处47按传递转矩估算直径轴环处60链轮靠轴环定位，按链轮处直径d=47mm，轴环h=（0.070.1）d，取h=3mm。 表3-1 各轴段的直径表确定各轴段长度（由右至左）位置轴段长度/mm说明输出传动处82按带传动传递的功率估算轴承处70按柜架的厚度和承受的弯矩估算链轮处102.5按链轮的轮廓尺寸估算轴径处920按柜架的尺寸估算全轴长1277各轴段之和 表2-2 各轴段长度表(3) 轴的校核： 易知轴的危险截面是B截面 M= F（980-30+102.5+14）=526250N*mmW=-=-=18045.05T=955010=261214.4 NmmT=0.6261214.4 =153728.6652 NmmQ=30.42Mpa由于=60 Mpa故合格。(4)传动零件的周向固定，链轮处与带传动处均采用A型普通平键，链轮处为键169 GB1096，带传动处为键108 GB1096。(5)其它尺寸，为了加工方便，并参照7209 C型轴承的安装尺寸（见轴承手册），轴上过度圆角半径全部取r=1mm，轴端倒角为245。4 提升机的电器控制4.1 变频器的选择（1）变频器选择电动机的容量及负载特性是变频器选择的基本依据。在选择变频器前，首先要分析控制对象的负载特性并选择电动机的容量，根据用途合适的变频器类型，然后再进一步确定变频器的容量，一般的原则是：连续运行场合 要求变频器容量（kVA）满足 变频器容量 （4-1）式中 P负载要求的电动机输出功率（kVA）； 电动机效率，通常为0.8左右；cos 电动机的功率因数，通常为0.75左右；K考虑电动机波形的修正系数，K=1.051.1。电动机输出功率是1.05KW，所以通过计算：变频器容量=0.7KW所以在选用变频器的容量必须大于0.7KW。起动时变频器所需的容量 在起动（加速）过程中应考虑动态加速转矩，即为克服机械传动系统转动惯量J 所需的动态转矩，这时变频器容量（kVA）计算为 ： 变频器的容量 （4-2）式中 J 机械传动系统折算到电动机轴上的飞轮惯量 ；T 负载转矩（Nm）;电动机转速（r/min）；t电动机加速时间（s）。在选择变频器时，除确定容量外，还应正确变频器的输入电源、输出特性、操作功能等，使选用的变频器满足使用要求。（2）变频器的使用方法变频器作为交流电动机变频调速的标准功率驱动接口，在使用上十分简便，它可以单独使用也可以与外部控制器连接进行在线控制。变频器是通过装置上的接线端子与外部连接的。接线端子分为主回路端子和控制回路端子，前者连接供电电源、交流电动机及外部能耗制动电路，后者连接变频控制按钮开关或控制电路。下面列举变频器的二种接线图： 图4-1 常用变频器的接线图4.2 外部电路介绍（1）电气原理图电气原理图是根据工作原理而绘制的，具有结构简单、层次分明、便于研究和分析电路的工作原理等优点。在各种生产机械的电器控制中，无论在设计部分或生产现场都得到广泛的应用。绘制电气原理图应遵循以下原则：1) 电器控制线路根据电路通过的电流大小可分为主电路和控制电路。主电路