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鞭炮插引机设计说明书.doc

鞭炮插引机设计【9张CAD图纸】【优秀】

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关键词：: 鞭炮插引机设计 cad图纸优秀

资源描述：

鞭炮插引机设计

32页 12000字数+说明书+任务书+外文翻译+9张CAD图纸【详情如下】

主轴轴套.dwg

传动齿轮.dwg

侧面板.dwg

切引刀转轴.dwg

引板.dwg

摆杆.dwg

设计图纸9张.dwg

评阅表.doc

轴.dwg

配合拖线轴.dwg

鉴定意见表.doc

鞭炮插引机装配图.dwg

鞭炮插引机设计说明书.doc

任务书.doc

外文翻译--跟踪控制的非线性集中机械连续时间系统.doc

摘要1

1 绪论3

1.1 简述3

1.2 鞭炮插引机的国内现状3

1.3 本课题的研究目的和内容5

1.4 本课题的研究意义6

2 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析6

2.1 鞭炮插引机送料平台工作原理和工艺动作分解6

2.2 鞭炮插引机插引部分机构工作原理以及工艺动作分解8

2.3 鞭炮插引机执行机构选型9

2.3.1 鞭炮插引机双胶辊的机构方案9

2.3.2 鞭炮插引机压引板的机构方案10

2.3.3 鞭炮插引机切引刀的机构方案10

2.4 鞭炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计11

2.5 鞭炮插引机机械结构受力分析与计算13

2.5.1 鞭炮插引机轴用键受力计算13

2.5.2 鞭炮插引机齿轮受力计算及校核16

2.5.3 鞭炮插引机切引刀转动拉伸弹簧设计计算16

2.5.4 鞭炮插引机主轴的设计计算及其校核18

3 步进电机的选择19

3.1步进电机19

3.2 PLC驱动步进电机19

4 传感器的选择21

4.1 电磁（感）式传感器22

4.2 光电式传感器22

4.3 霍尔元件传感器23

4.4 超声波位置传感器23

5 控制程序的设计25

5.1 I/O接线图25

5.2 梯形图26

6 结论27

参考文献28

致谢29

鞭炮插引机设计

摘要：目前鞭炮插入引线设备主要通过手动方式，工人劳动强度大，生产效率低。为了提高生产效率，在分析插入引线过程与要求的基本上，研发了自动插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了炮盘进给、引线插入的自动完成，该设备高效、安全，生产效率高。根据引线插入机构的工作过程，建起了结构关系式，在不同的设计要求（引线的长度与鞭炮的大小）下，实现了插引机的参数化设计。鞭炮是我国的传统产品，历来由手工制作。虽然最近几年鞭炮生产的少部分工序采用了一些机械设备，但许多工序仍沿用传统的手工操作方法，其生产率低，工时多，劳动强度大，安全隐患多，自动化程度低。我们根据有关厂家的要求，研发了完成鞭炮引线插装工作一体化设备—鞭炮插引自动机械。本设备属多工位间歇装配自动机械，由转位及定位机构、送料机构、扎眼机构、引线插入和剪断机械手和压眼机构等组成。

关键词：插引机；鞭炮；

Design of Mechanism Firecracker Fuse Inserting

Abstract：At present the device used in the firecracker production is generally adopted by hand , resulting in low production and high work intensity. In order to enhance production, based on analyses of the fuse-inserted process, an automatic inserting fuse machine is designed, in which by using the special mechanical and electrical mechanism, the automatic inserting fuse and feed of cracker support can be carried out. The device possesses the characteristics of safety and high production, which is three to four times higher that ever before. Then according to the work process of the inserting fuse mechanism, the construction relation equation is built up, so that the parameter design of the inserting fuse can be obtained for different firecracker dimensions and fuse lengths.

Key words：Fuse; inserting fuse machine

一、主要内容及基本要求

研究内容：设计一个基于PLC的自动鞭炮机插引机平台，并设计出要求能适应不同规格的鞭炮盘，自动完成整个鞭炮插引控制程序。具体内容如下：　　　　　　　　　

　　　1．鞭炮机插引机鞭炮盘平台设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　2．步进电机的选择　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　3．传动机构的设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　4．传感器的选择　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　　5．控制程序的设计　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　基本要求：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　

1．技术指标要求符合设计要求。

2．绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于2.5张A0图纸。

　3．翻译一篇不少于3000字的外文文献。

　4．撰写毕业设计说明书，要求不少于1万字。

二、重点研究的问题

1．鞭炮盘平台方案的选择。　　　　　　　　　　　　　

2．关键零部件的计算与设计。

3．技术指标：纸饼规格每边为12个纸管的正六边形，插引速度50~80饼/小时，引线直径1~2mm，纸管外径5-13.5mm，同时插引1~12根数　　　　　　　　　　　　

1 绪论

1.1 简述

　　鞭炮的燃放，是对节日喜庆的一种表达形式，随着许多大中型城市的解禁令的执行，鞭炮的燃放越来越多。然而，鞭炮的生产大部分还是手工制作，特别是插引线还处于人工插引或者非机械操作，工人劳动强度大、生产效率低，而且存在严重的安全隐患。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家需要一种安全、高效的插引线设备。我在分析插引线过程与一些技术要求的基础上，设计的插引机通过步进电机的控制，实现了引线插入、炮盘进给全自动完成，该设备安全可行，满足所需的技术要求，很大程度降低了插引时间，实现了插引的全自动。

　　　鞭炮插引是鞭炮生产的一个重要环节，引线的插入的位置与引线的长短的直接决定鞭炮的质量。插引设备一定具备安全可靠，不能在生产中出现安全事故，而且该设备的成本要低，才能符合降低成本的要求。鞭炮的引线根据老师给的任务书的要求，直径一般是1到2mm，而且插引的位置一定要精确，才保证生产的鞭炮合格，插入炮心的同时，也一定要露出5mm左右的引线，才能正确、安全施爆。成品的鞭炮有不一样的排列方式，最常见的有两种，一种是以正六边形排列，一种是以辫子的形式出现。根据任务书的要求，一定要是以正六边形的形式插引，既方便插引机的工作，同时利于包装和运输，对降低成本优势很大。在鞭炮插引机设计技术方面，有投产快、见效快、经济效益好的特点，但是同时也滋长了技术创新的依赖思想。这种那个依赖思想的主要表现是：不思进取，满足于照葫芦画瓢。不深入实际，缺乏对设计、技术、工艺的实践和学习，使得鞭炮插引机设计在工艺教材上，理论滞后生产实际，缺乏对现代技术的分析、讨论以及提高。鞭炮插引机发展创新的过程，是不断运用新技术和不断推陈出新的过程。国产鞭炮插引机之所以科技含量低，就是因为很少应用新技术的结果。插引机每一次可插十几根，这种机器已被多户人家使用。早几年年，湖南醴陵县有三个青年，发明了新的插引机，每一次可插五六十根，但是这种插相机未能面世。究其原因，主要有二：第一，刀盘选材为不锈钢，硬度低，寿命短，刀口在工作很短的时间后，即变成圆弧型。第二，刃口角度为钝角，不锋利，需要很大的推力才能形成挤压剪切，拿一把引线剪断。手工插引的引线是已经剪好的一小段，但是插引机使用的是引锭。将引线从引锭上牵拉下来再插入纸筒后，然后剪断。剪断要求非常彻底，必须全部剪断才行，只要有一丝留下，引锭在上升让开工位时，就会把已插入药物纸筒内的引线带走。更主要的是不安全，因为挤压剪切形成的能量聚合，会迅速造成局部高温，三要素同时发挥威力而爆炸。此次设计的插引机，是在该机基础上改进的。我们仔细研究了这种新型插引机，它的原理、结构都很科学先进，主要是选材不适以及刀具角度不合理。我们与发明者一道，选用坚硬异常的合金钢做刀盘，而且进行适当热处理，刀刃锐角非常锋利。由步进电机带动刀具位移量只有引线直径为左右，且位移速度极慢每几秒钟，做剃割剪切，所需切断力很小。不但一次可插、可切断根实为根引线，生产率高，而且无挤压发热，从开始到结尾不会形成爆炸封闭环，既高效，又可靠。

1.3 本课题的研究目的和内容

设计一个基于PLC的自动鞭炮机插引机平台，并设计出要求能适应不同规格的鞭炮盘，自动完成整个鞭炮插引控制程序。

　　　具体内容：

　　　1．鞭炮机插引机鞭炮盘平台设计，包括平台的外形与结构设计。

　　　2．步进电机的选择

　　3．传动机构的设计，包括齿轮、轴和键的计算

　　4．传感器的选择

　　5．控制程序的设计

1.4 本课题的研究意义

　　对已经研究出来的鞭炮插引机平台进行分析，分析其机构简图，对该机器进行建模，根据任务书的技术要求与数据，求解该机构关键点的位移、速度、加速度等数值，并进行运动仿真，输出各关键点运动学参数并显示运动轨迹，使得其参数更至完善。巩固专业知识，加强了实践能力，深入了解了专业课程设计的流程，只有把书本知识在实践中运用，才能将其深刻的理解掌握，总的来说通过毕业设计使我受益颇多。设计时先对各机构运动进行分解，进而确定各机构的运动类型，筛选出各执行机构的机构方案，进一步熟悉了不同机构的运动形式、优缺点以及适用场合，懂得了根据机构特点和机器功能要求评价不同方案的合理性，并结合鞭炮插引机的工作原理，对其进行设计优化，以达到工人师傅操作方便，更进一步减轻其劳动强度为目的，设计了这款鞭炮插引机平台，并为鞭炮插引机的设计生产提供理论依据。对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计，最后将设计成果展示在各位老师面前。2 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析

2.1 鞭炮插引机送料平台工作原理和工艺动作分解

插引机平台包括箱体、水平工作台面、旋转工作台面、齿轮条、工作齿轮、步进电机、从动轴等组成，所述平台上方垂直设置有一支架，与平台箱体相固定，另一端与插引机械部分相连，插引机械部分和平台部分共同构成了鞭炮插引机。由于插引机的运动可看成是间歇运动，所以平台部分也需要靠PLC控制步进电机来实现移动。平台部分分成两部分，即水平送料板和圆形转台。圆形转台随水平送料板一起移动，但可以单独转动。通过技术要求，由于插引的鞭炮为正六边形的饼状，一次行插引1-12根，所以平台不可能通过一次加工而将整个正六边形插满引线。通过研究，确定将正六边形的加工分成三个同等的平行四边形进行加工，所以通过三次加工，可以将正六边形全部插满引线。　　　由图可知，一个饼状鞭炮筒必须分三次插引，才能完全插满。从图所示的起点开始插引，通过电机的控制水平平台移动，达到终点后，控制电机反转将水平平台回到起点，同时控制圆形平台的另一个电机顺时针转动120 ??，然后继续插引，所以，通过水平平台和圆形平台的控制，将正六边形的饼状炮筒全部插满。

　　　 (1)水平送料板：由水平送料板的工艺动作分解可知水平送料机构需要实现间歇性的单向进给运动，插完十二行炮筒后回到起点位置，重新工作。所以这个运动过程靠步进电机带动丝杆转动，进而使丝杆上的滑座左右移动，带动连接滑座上的水平送料板移动，实现送料板的水平进给。

　　　 (2)圆形转台：由工艺分析，圆形转台也是间歇运动，在水平送料板完成十二行插引退后起点过程的时候，圆形转台就转动，顺时针转动120 ?。这个过程由步进电机与圆形转台的连接带动旋转来实现。

2.2 鞭炮插引机插引部分机构工作原理以及工艺动作分解

　　　鞭炮插引机上面插引部分包括双胶辊、引线导向板、切引刀、压引板大三部分组成。双胶辊负责引线的牵动与输送，引线导向板负责将引线的位置确定，切引刀负责将引线切断，压引板负责夹住引线，插入炮心。在开学初接到指导老师的任务书后，我仔细的看了，使自己有了个大概的轮廓，随后在网上和图书馆查阅了关于鞭炮插引机的设计原理图，大概的了解插引机的工作原理与常用插引机的结构类型、送料过程、插引类型等等，并确定总体机构的设计方案。在这个过程中，我觉得我过的非常充实，锻炼了自身的查阅能力与思考能力，使我对毕业设计有了很大的兴趣。

　　　在有了插引机的大概设计思路之后，我开始着手计算各个零部件的尺寸，由于鞭炮插引机是间歇运动，所以对尺寸的要求非常精确，我不得不重新拿出工图书和机械设计那本书，查阅很多设计手册，要求把每一个数据都计算准确。翻看着以前学过的书，查找许多数据及公式，感觉自己又把大学生活重新学了一遍，将自己的知识更加巩固与完善了，这是很难得的。

　　　将所有的尺寸计算完毕后，就得开始画图了。虽然我的CAD不是很好，经常不知道怎么画出图形来，但通过同学与老师的指导，总算将那些装配图和零件图美观的画了出来。

　　　最后完成了所有的毕业设计后，我再重新检查了一遍，对待毕业设计就像对待以后工作中的设计一样，必须非常严谨，不能有重大的错误。

　　　做完毕业设计，也就意味着我的大学生活也要告一段落了。现在想想，做毕业设计不单单是为了拿到学分顺利毕业，也是为了以后踏入社会参加工作做了一个铺垫。通过毕业设计，将大学生活所学到的知识重新整理，然后逐步展示，也是对自己的大学生活的一个总结，更是以后参加工作的一个新的开始。那种幸福感，使我们难以追求的。

参考文献

　　[1]孙恒.陈作模.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2006.

　　[2]濮良贵.纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2002.

　　[3]邓星钟.机电传动控制[M].武汉：华中科技大学出版社，2001.

　　[4]黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京：机械工业出版社，1995.

　　[5]顾绳合.电机及拖动基础[M].北京：机械工业出版社，2007.

　　[6]闻邦椿.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社，2010.

　　[7]孙靖民.机械优化设计.4版.北京：机械工业出版社，2009.

[8]成大先.机械设计手册第四卷[M].北京：化学工业出版社，2007.

鞭炮插引机装配图.gif

侧面板.gif

传动齿轮.gif

配合拖线轴.gif

设计图纸9张.gif

引板.gif

内容简介：: 湘潭大学毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目：鞭炮插引机设计学号： XXXXX 姓名： XXXXX 专业：机械设计制造及其自动化指导教师： XXXXX 系主任： XXXXX 一、主要内容及基本要求研究内容：设计一个基于PLC的自动鞭炮机插引机平台，并设计出要求能适应不同规格的鞭炮盘，自动完成整个鞭炮插引控制程序。具体内容如下：1鞭炮机插引机鞭炮盘平台设计2步进电机的选择3传动机构的设计4传感器的选择5控制程序的设计基本要求： 1技术指标要求符合设计要求。 2绘制测试台总装配图和主要零件图。要求图纸不少于2.5张A0图纸。 3翻译一篇不少于3000字的外文文献。 4撰写毕业设计说明书，要求不少于1万字。二、重点研究的问题 1鞭炮盘平台方案的选择。 2关键零部件的计算与设计。 3技术指标：纸饼规格每边为12个纸管的正六边形，插引速度5080饼/小时，引线直径12mm，纸管外径5-13.5mm，同时插引112根数三、进度安排序号各阶段完成的内容完成时间1查阅文献，收集资料第1周2确定总体方案第23周3开题报告第4周4完成所有零部件的设计第58周5中期检查第9周6控制程序的设计与调试第1012周7撰写毕业设计说明书第1314周8准备答辩第15周四、应收集的资料及主要参考文献1孙恒.陈作模.机械原理M.北京：高等教育出版社，2006. 2濮良贵.纪名刚.机械设计M.北京：高等教育出版社，2002. 3邓星钟.机电传动控制M.武汉：华中科技大学出版社，2001. 4黄长艺.机械工程测试技术基础M.北京：机械工业出版社，1995.5顾绳合.电机及拖动基础M.北京：机械工业出版社，2007. 6闻邦椿.机械设计手册M.北京：机械工业出版社，2010. 7孙靖民.机械优化设计.4版.北京：机械工业出版社，2009. 附录I：英文译文跟踪控制的非线性集中机械连续时间系统基于模型的迭代学习方法本文提出了一个非线性的基于模型的迭代学习控制程序，以实现准确的跟踪控制集中机械非线性连续时间系统。在此模型结构迭代学习控制程序是新的，结合了线性状态空间模型和非线性特征空间的转变。一个直观的两步迭代算法，以确定模型参数。这之间的线性估计和候补非线性模型的一部分。据推测，除了输入和输出信号系统的全状态向量可用于识别。估计这些信号测量和信号处理程序集中机械系统。迭代学习控制程序依赖于计算的输入生成一个给定的模型输出，所谓模型反演。非线性反演方法非线性连续时间时间不变，状态空间模型基于牛顿窭冱方法，提出并应用到新的模型结构。该模型反演方法并不局限于最小相位模型。它仅需要计算阶导数的状态空间模型，适用于多变量模型。对于周期性参考方法产生的信号在频域的紧凑实施。此外，它表明，带宽可以指定反演方法在迭代学习控制程序时，允许使用该学习。非线性单输入单输出液压试验系统对应一季度汽车的实验结果钻机正在呈现。结果表明，新的非线性方法优于线性迭代学习控制方法这是目前在汽车行业使用的耐久性试验台。介绍在许多控制应用系统动力学可近似线性模型，往往相加或相乘，不确定性如果这些线性模型的不确定性太大表现，可与线性控制技术获得将是温和的或不足。如果是这样的情况下，一有诉诸非线性模型非线性系统辨识和非线性控制技术。但通常这些非线性系统辨识方法生成的模型，不满足非线性控制设计技术规定的条件和结构要求。为例如大多数的非线性控制设计方法，假设一个物理连续时间状态空间该系统的代表是，而现有的非线性系统识别程序产生的离散时间，黑盒，投入产出模型。此外，通常之间没有直接联系存在不同的系统表示，由于是线性系统。这是一个事实的后果，一类非线性系统和模型是非常广阔，斯坦尼斯瓦夫乌拉姆，现在被称为教父非线性科学的一句名言：“使用”非线性科学“一词是这样调用的大宗生态研究非大象”。本文提出一个新的非线性时不变非线性状态空间模型结构（NLTI）多输入多输出（MIMO 或多元）系统。它由一个线性和非线性部分。非线性部分采用所谓的功能，捕捉到一个黑盒子的非线性系统的特点设置。在本文所讨论的功能对应的S 形神经元，这已被证明要成功地逼近复杂的非线性函数。本文主要论点集中 NLTI 集中机械系统。它表明，这些系统通常包含重要的是，身体上的解释，线性除了非线性特性的动态。为了捕捉这些动力学模型的线性部分，一个直观的两步迭代估计模型参数识别算法。它候补估计参数的线性和非线性模型结构在每个部分迭代。中提出了类似的建模概念和两步识别程序。 “本文提出的建模方法，然而，更普遍的，因为非线性部分是基于S 形神经元。非线性模型结构提出的是静态的非线性 NARX 模型，分别。提出的建模方法的主要缺点是非线性一部分是在未知参数的非线性，因此需要非线性技术来估计他们没有保证全局收敛。鉴定假设，除了输入和输出，同时美国和其时间的导数是可用的。这是一个重要的限制提出建模中的应用方法。然而，它在本文说明了这种限制可以通过适当的仪器克服集中的机械系统。本文还提出了一种测量和信号处理程序，以取得美国和其衍生物的准确估计，集中机械传感器融合系统的基础上。与直观的两步相结合的新模式结构迭代识别算法产生一个灰框 NLTI 建模方法。它的主要优点这种建模方法是可以复制到系统的物理模型的结构提出的模型，同时也建立了黑盒估计技术用于识别非线性特点。这有助于保持低的未知模型参数的数量和产生的物理状态变量。可以得到准确的跟踪控制，使用的非线性内模控制（NIMC）计划 economou 和汉森。NIMC 计划假定（完美的）系统的非线性模型该模型的（确切）逆。目前唯一的方法来计算逆模型非线性状态空间模型，推导出 Hirschorn，但仅限于最小相位系统有一个定义良好的相对程度。 hirschorn 的方法使用反馈线性化，并要求计算模型的高阶李衍生物假设平滑的非线性特性。此外，NIMC 计划假定一个完美的模型假设下的闭环稳定性。在练习模式从来都不是完美的非线性闭环 NIMC 的计划，稳定应该是征收过程中的设计。这是众所周知的，这是一项极为艰巨的任务。为了避免闭环稳定的问题，可用于前馈控制，以获得准确的跟踪控制。迭代学习控制（ILC）的目标是在设计前馈信号，重复同样的控制任务和更新反复的基础上在上一次迭代测量系统响应的控制信号。用迭代可以得到学习，准确的跟踪系统模型，即使是不确定的。国际劳工大会是只适用于在有限的时间间隔执行相同的动作重复的系统。上的研究线性 iterativelearning 控制（LILC），也就是说，国际劳工大会的线性系统的基础上，系统的线性模型，是initiatedby 有本等人的工作。一个历史概况 LILC 算法的一般分类摩尔提出。的具体LILC 程序及其应用概述，如果系统太非线性，收敛的 LILC 程序可以是缓慢的，需要很多试验前获得一个预定义的跟踪精度。此外，德Cuyper 表明，由于系统的非线性，LILC程序未能产生预期的跟踪精度。本文提出了一个新的基于模型的非线性迭代学习控制（NILC 的）法律。它是基于NIMC计划通过引入迭代学习的行为。在每个控制信号迭代是基于以前的控制信号和参考输出之间的差异和测量产量预测模型的输入空间。由于更新使用仅信息上一次迭代，它是一个开放的循环NILC 的过程这样的闭环稳定性，是不是一个问题。这NILC 的法律规定在每一次迭代逆信号一个 NLTI 模型计算测得的输出，即模型的输入信号，产生测量输出。 devasia 等人。开发基于逆非线性系统离线迭代反演过程伯恩斯-Isidori 正常形态转化。一般正常形式和反硬盘，如果不是不可能的，找到。此外，在非最小相位系统的情况下，该过程产生的非因果无限的时间跨度的控制信号。本文提出了一种新的计算方法这反反复使用牛顿的方法29,30的信号。国际劳工公约中的应用隐含的假定周期性参考信号。因此，本文的主要论点集中在稳态跟踪性能。在稳态周期性输出生成的逆周期信号被称为稳定国家反。它在本文所示，使用这种新的方法来计算这个稳态逆产量在频域的紧凑实施。最高频率可以定义，稳态逆反转模型。当应用在 NILC 的过程反演方法这个最大频率对应的跟踪带宽，也就是说，带宽高达该学习是有效的。模型结构，识别算法，NILC 的过程和稳态计算逆已室内耐久性试验，在头脑中的汽车行业中的应用与开发。这些测试对应一个 MIMO 跟踪控制问题，需要计算执行机构控制信号设备故障重现，直到下所谓的目标信号对室内的液压试验台测试。这种测试平台，可以充分集中机械系统建模。此外，参考轨迹或目标信号被复制多次这样的国际劳工公约适用的。这些目标的信号假设定期和带限。本文提出的模型结构的实验验证，识别算法，NILC 的过程和计算稳态逆非线性测试这代表了一个单输入单输出（SISO）的液压试验台的规模模型的设置。结果表明，应用 NILC 的程序，改进跟踪精度和更快的收敛速度得到比较到目前在工业中使用的LILC 程序。结论本文提出了一种新的非线性模型结构和一种新的非线性迭代学习控制程序跟踪带限周期信号。模型的结构和非线性迭代学习控制程序适用于多变量时不变非线性系统，最小和非最小相位。非线性模型结构由线性和非线性模型的一部分，因此适合显着的非线性动力学系统。本文还提出了一个直观的两步迭代识别算法，允许纳入模型结构的先验知识。非线性迭代学习控制程序，是一种基于模型的迭代前馈设计方法产生精确跟踪。过程中的关键因素是一种新的方法来计算所谓的稳态逆，即生产所需，定期，输出向量输入向量，一个最大可以指定的频率。该反演方法适用于多变量非线性状态空间模型，最小和非最小相位。最大频率指定了一个学习的带宽高达得到准确的跟踪。提出的模型结构识别和非线性迭代学习控制程序较一季度的汽车试验台的缩尺模型的非线性系统的实验验证。这种非线性迭代学习控制程序与线性过程的比较显示了显着改进的收敛速度和跟踪精度。湘潭大学毕业设计评阅表学号 XXXXX 姓名 XXXXX 专业机械设计制造及其自动化毕业论文（设计）题目：鞭炮插引机设计评价项目评价内容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价评阅人：年月日湘潭大学毕业设计鉴定意见学号： XXXXX 姓名：XXXXX专业：机械设计制造及其自动化毕业论文（设计说明书） 40 页图表 10 张论文（设计）题目：鞭炮插引机设计内容提要：本设计主要研究鞭炮插引机结构，设计一个基于PLC的自动鞭炮插引机的平台，并设计出要求能适应不同规格的鞭炮盘，自动完成整个鞭炮插引控制程序。第一章主要对鞭炮插引机有一个简单的介绍，并对比国内外的鞭炮插引机的技术，分析鞭炮插引机的研究目的与意义。第二章主要分析鞭炮插引机的总体设计方案，并确定每个动作的运动方案，选择最佳的运动方案，并对零部件的设计进行计算。第三章主要对步进电机进行选型，计算其需要的扭矩大小，以及重要选型参数的确定，选择合适的步进电机。第四章主要介绍传感器，并分析该设计的传感器作用，选择合适的传感器。第五章是对PLC控制系统的设计，对系统的设计的输入输出等重要信息的确定，选择合适的PLC型号，写出梯形图，将整个鞭炮插引机的运动实现由PLC控制的自动化。指导教师评语选题符合培养目标，总体设计方案正确，达到综合训练的目的。该生在毕业设计过程中，学习态度较好，能比较认真地对待毕业设计。该生具有一定的查阅文献、综合归纳资料的能力，外文和计算机能力一般，综合运用所学知识解决实际问题的能力一般。说明书中存在一些错误，格式基本正确，文字基本通顺，但图纸中存在一些错误。同意其参加答辩，建议成绩评定为中等。指导教师：年月日答辩简要情况及评语根据答辩情况，答辩小组同意其成绩评定为。答辩小组组长：年月日答辩委员会意见经答辩委员会讨论，同意该毕业论文（设计）成绩评定为。答辩委员会主任：年月日湘潭大学毕业设计说明书题目：鞭炮插引机设计院（系）：机械工程学院专业：机械设计制造及其自动化学号： XXXXX 姓名： XXXXX 指导教师： XXXXX 完成日期： 2014年5月7日目录摘要11 绪论31.1 简述31.2 鞭炮插引机的国内现状31.3 本课题的研究目的和内容51.4 本课题的研究意义62 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析62.1 鞭炮插引机送料平台工作原理和工艺动作分解62.2 鞭炮插引机插引部分机构工作原理以及工艺动作分解82.3 鞭炮插引机执行机构选型92.3.1 鞭炮插引机双胶辊的机构方案92.3.2 鞭炮插引机压引板的机构方案102.3.3 鞭炮插引机切引刀的机构方案102.4 鞭炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计112.5 鞭炮插引机机械结构受力分析与计算132.5.1 鞭炮插引机轴用键受力计算132.5.2 鞭炮插引机齿轮受力计算及校核162.5.3 鞭炮插引机切引刀转动拉伸弹簧设计计算162.5.4 鞭炮插引机主轴的设计计算及其校核183 步进电机的选择193.1步进电机193.2 PLC驱动步进电机194 传感器的选择214.1 电磁（感）式传感器224.2 光电式传感器224.3 霍尔元件传感器234.4 超声波位置传感器235 控制程序的设计255.1 I/O接线图255.2 梯形图266 结论27参考文献28致谢29鞭炮插引机设计摘要：目前鞭炮插入引线设备主要通过手动方式，工人劳动强度大，生产效率低。为了提高生产效率，在分析插入引线过程与要求的基本上，研发了自动插引机。该设备通过手摇控制机构，实现了炮盘进给、引线插入的自动完成，该设备高效、安全，生产效率高。根据引线插入机构的工作过程，建起了结构关系式，在不同的设计要求（引线的长度与鞭炮的大小）下，实现了插引机的参数化设计。鞭炮是我国的传统产品，历来由手工制作。虽然最近几年鞭炮生产的少部分工序采用了一些机械设备，但许多工序仍沿用传统的手工操作方法，其生产率低，工时多，劳动强度大，安全隐患多，自动化程度低。我们根据有关厂家的要求，研发了完成鞭炮引线插装工作一体化设备鞭炮插引自动机械。本设备属多工位间歇装配自动机械，由转位及定位机构、送料机构、扎眼机构、引线插入和剪断机械手和压眼机构等组成。关键词：插引机；鞭炮；Design of Mechanism Firecracker Fuse InsertingAbstract：At present the device used in the firecracker production is generally adopted by hand , resulting in low production and high work intensity. In order to enhance production, based on analyses of the fuse-inserted process, an automatic inserting fuse machine is designed, in which by using the special mechanical and electrical mechanism, the automatic inserting fuse and feed of cracker support can be carried out. The device possesses the characteristics of safety and high production, which is three to four times higher that ever before. Then according to the work process of the inserting fuse mechanism, the construction relation equation is built up, so that the parameter design of the inserting fuse can be obtained for different firecracker dimensions and fuse lengths. Key words：Fuse; inserting fuse machine1 绪论1.1 简述鞭炮的燃放，是对节日喜庆的一种表达形式，随着许多大中型城市的解禁令的执行，鞭炮的燃放越来越多。然而，鞭炮的生产大部分还是手工制作，特别是插引线还处于人工插引或者非机械操作，工人劳动强度大、生产效率低，而且存在严重的安全隐患。为了扩大规模，提高效率，鞭炮生产厂家需要一种安全、高效的插引线设备。我在分析插引线过程与一些技术要求的基础上，设计的插引机通过步进电机的控制，实现了引线插入、炮盘进给全自动完成，该设备安全可行，满足所需的技术要求，很大程度降低了插引时间，实现了插引的全自动。鞭炮插引是鞭炮生产的一个重要环节，引线的插入的位置与引线的长短的直接决定鞭炮的质量。插引设备一定具备安全可靠，不能在生产中出现安全事故，而且该设备的成本要低，才能符合降低成本的要求。鞭炮的引线根据老师给的任务书的要求，直径一般是1到2mm，而且插引的位置一定要精确，才保证生产的鞭炮合格，插入炮心的同时，也一定要露出5mm左右的引线，才能正确、安全施爆。成品的鞭炮有不一样的排列方式，最常见的有两种，一种是以正六边形排列，一种是以辫子的形式出现。根据任务书的要求，一定要是以正六边形的形式插引，既方便插引机的工作，同时利于包装和运输，对降低成本优势很大。1.2 鞭炮插引机的国内现状浏阳烟花是全世界烟花生产的主要基地，每年大量的销售与出口，将浏阳的烟花带入全新的世界。浏阳制作烟花。爆竹，久负盛名，素有“鞭炮之乡”誉称。烟花爆竹品种，名目繁多，主要由燃放效果分为喷花、旋转升空、火箭、旋转、吐珠、践香、小礼花、烟雾、造型玩具、组合烟花、礼花弹11类，品种近400个。烟花结构新颖，装潢美观，燃放时，有声有色，绚丽多彩，能给人以身心舒畅，欢快旷达的感受。尤其是夜间燃放，金花四溅，五彩缤纷，有时旋转窜跃于地面，有时飞腾闪耀于天空，让人目不暇接。其中特别以玩具烟花和组合烟花为人们所喜爱。玩具烟花是以其音响、色彩、运动及烟雾造型取胜，被外商誉为“有声有色”的好烟花。如“全家乐”就以其特有声、色组合受到人们的喜爱，可谓浏阳花炮，响彻四方，纵横驰骋。烟花爆竹机械起源是上个世纪八十年代，最具代表性的是浏阳烟花鞭炮，近十几年通过政府扶持、科技攻关、加强营销以及对外宣传等措施，浏阳烟花鞭炮行业更加光彩夺目。目前产品已销往世界110多个国家和地区，出口量占全国的61%，浏阳也被业界喻为“烟花鞭炮王国”。八十年代插引机、全自动结鞭机的出现而且全自动卷筒机、切筒机、分纸机、浆引机、刁底机的研发成功获得推广使用，保证简单实现机械化的连续生产，给烟花爆竹行业带来了一场新的划时代的革命。图1-1 浏阳鞭炮然而我国鞭炮插引机制造水平与发达国家相比，仍存在明显差距。主要表现在：鞭炮插引机设计技术方面，很少具有自主知识产权以及原创技术；在鞭炮插引机制造工艺以及装备方面，还处在较低加工水平；在关键鞭炮插引机质量方面，还达不到引进机的先进水平；在鞭炮插引机附加值和价格方面，很大程度落后于同类引进机型；在鞭炮插引机市场里面，国内加进恶性竞争，国际缺乏实力竞争；在国内鞭炮插引机行业中，缺少有实力的龙头企业和驰名品牌产品。燃放鞭炮是人们庆祝重大节日的一个重要项目，尤其是随着一些大城市春节期间的燃放解禁，鞭炮在国内外都有非常大的需求量。但是，鞭炮的生产大部分还是纯手工制作，尤其插引线还处于手动和脚踏状态，工人劳动强度大、生产效率低，不能满足高效、安全的生产要求。但为了扩大规模，提高效率，鞭炮厂家需要一种既安全、又高效的鞭炮插引设备。在科学技术日新月异的今天，在和制造强国差距越来越大的今天，在国内外鞭炮插引机市场竞争越演越烈的今天，国内插引机的水平也需要跟上时代的步伐，必须着重开发新的全自动插引机，把鞭炮的生产效率大大提高，才能将国内的烟花更快速更好的推广到全世界，带动一个地区甚至是全国的经济发展，开发新技术，已经毋庸置疑了。我国鞭炮插引机使用制造水平有了快速发展及提高，基本实现机械化，这充分说明鞭炮插引机发展所作出的贡献。为鞭炮插引机发展创新提供了难得机遇，而且注入新活力，鞭炮插引机制造企业应当快速抓住这一难得机遇转变观念。制定鞭炮插引机创新目标，落实鞭炮插引机创新措施，在不断提高鞭炮插引机技术创新能力的基础上，开发出具有中国特色和自主知识产权的鞭炮插引机新设备，用来提高企业在国内市场竞争力。图2 鞭炮插引机在鞭炮插引机设计技术方面，有投产快、见效快、经济效益好的特点，但是同时也滋长了技术创新的依赖思想。这种那个依赖思想的主要表现是：不思进取，满足于照葫芦画瓢。不深入实际，缺乏对设计、技术、工艺的实践和学习，使得鞭炮插引机设计在工艺教材上，理论滞后生产实际，缺乏对现代技术的分析、讨论以及提高。鞭炮插引机发展创新的过程，是不断运用新技术和不断推陈出新的过程。国产鞭炮插引机之所以科技含量低，就是因为很少应用新技术的结果。插引机每一次可插十几根，这种机器已被多户人家使用。早几年年，湖南醴陵县有三个青年，发明了新的插引机，每一次可插五六十根，但是这种插相机未能面世。究其原因，主要有二：第一，刀盘选材为不锈钢，硬度低，寿命短，刀口在工作很短的时间后，即变成圆弧型。第二，刃口角度为钝角，不锋利，需要很大的推力才能形成挤压剪切，拿一把引线剪断。手工插引的引线是已经剪好的一小段，但是插引机使用的是引锭。将引线从引锭上牵拉下来再插入纸筒后，然后剪断。剪断要求非常彻底，必须全部剪断才行，只要有一丝留下，引锭在上升让开工位时，就会把已插入药物纸筒内的引线带走。更主要的是不安全，因为挤压剪切形成的能量聚合，会迅速造成局部高温，三要素同时发挥威力而爆炸。此次设计的插引机，是在该机基础上改进的。我们仔细研究了这种新型插引机，它的原理、结构都很科学先进，主要是选材不适以及刀具角度不合理。我们与发明者一道，选用坚硬异常的合金钢做刀盘，而且进行适当热处理，刀刃锐角非常锋利。由步进电机带动刀具位移量只有引线直径为左右，且位移速度极慢每几秒钟，做剃割剪切，所需切断力很小。不但一次可插、可切断根实为根引线，生产率高，而且无挤压发热，从开始到结尾不会形成爆炸封闭环，既高效，又可靠。1.3 本课题的研究目的和内容设计一个基于PLC的自动鞭炮机插引机平台，并设计出要求能适应不同规格的鞭炮盘，自动完成整个鞭炮插引控制程序。具体内容：1鞭炮机插引机鞭炮盘平台设计，包括平台的外形与结构设计。2步进电机的选择3传动机构的设计，包括齿轮、轴和键的计算4传感器的选择5控制程序的设计1.4 本课题的研究意义对已经研究出来的鞭炮插引机平台进行分析，分析其机构简图，对该机器进行建模，根据任务书的技术要求与数据，求解该机构关键点的位移、速度、加速度等数值，并进行运动仿真，输出各关键点运动学参数并显示运动轨迹，使得其参数更至完善。巩固专业知识，加强了实践能力，深入了解了专业课程设计的流程，只有把书本知识在实践中运用，才能将其深刻的理解掌握，总的来说通过毕业设计使我受益颇多。设计时先对各机构运动进行分解，进而确定各机构的运动类型，筛选出各执行机构的机构方案，进一步熟悉了不同机构的运动形式、优缺点以及适用场合，懂得了根据机构特点和机器功能要求评价不同方案的合理性，并结合鞭炮插引机的工作原理，对其进行设计优化，以达到工人师傅操作方便，更进一步减轻其劳动强度为目的，设计了这款鞭炮插引机平台，并为鞭炮插引机的设计生产提供理论依据。对设计任务课题进行工作原理和工艺动作分解，根据工艺动作和协调要求拟定运动循环图，进行执行机构选型，构思该机械运动方案，并进行的选择和评定，确定机械运动的总体方案，根据任务书中的技术参数，作出机构运动简图，对相关执行机构的具体尺度进行分析与设计，最后将设计成果展示在各位老师面前。2 鞭炮插引机机械结构原理及运动分析2.1 鞭炮插引机送料平台工作原理和工艺动作分解插引机平台包括箱体、水平工作台面、旋转工作台面、齿轮条、工作齿轮、步进电机、从动轴等组成，所述平台上方垂直设置有一支架，与平台箱体相固定，另一端与插引机械部分相连，插引机械部分和平台部分共同构成了鞭炮插引机。由于插引机的运动可看成是间歇运动，所以平台部分也需要靠PLC控制步进电机来实现移动。平台部分分成两部分，即水平送料板和圆形转台。圆形转台随水平送料板一起移动，但可以单独转动。通过技术要求，由于插引的鞭炮为正六边形的饼状，一次行插引1-12根，所以平台不可能通过一次加工而将整个正六边形插满引线。通过研究，确定将正六边形的加工分成三个同等的平行四边形进行加工，所以通过三次加工，可以将正六边形全部插满引线。起点终点图2-1 饼状炮筒分解图由图可知，一个饼状鞭炮筒必须分三次插引，才能完全插满。从图所示的起点开始插引，通过电机的控制水平平台移动，达到终点后，控制电机反转将水平平台回到起点，同时控制圆形平台的另一个电机顺时针转动120 ，然后继续插引，所以，通过水平平台和圆形平台的控制，将正六边形的饼状炮筒全部插满。 (1)水平送料板：由水平送料板的工艺动作分解可知水平送料机构需要实现间歇性的单向进给运动，插完十二行炮筒后回到起点位置，重新工作。所以这个运动过程靠步进电机带动丝杆转动，进而使丝杆上的滑座左右移动，带动连接滑座上的水平送料板移动，实现送料板的水平进给。 (2)圆形转台：由工艺分析，圆形转台也是间歇运动，在水平送料板完成十二行插引退后起点过程的时候，圆形转台就转动，顺时针转动120 。这个过程由步进电机与圆形转台的连接带动旋转来实现。2.2 鞭炮插引机插引部分机构工作原理以及工艺动作分解鞭炮插引机上面插引部分包括双胶辊、引线导向板、切引刀、压引板大三部分组成。双胶辊负责引线的牵动与输送，引线导向板负责将引线的位置确定，切引刀负责将引线切断，压引板负责夹住引线，插入炮心。双胶辊：每一个工作周期的开始转动一些角度将引线进给35mm，做间歇运动，它的运动规律如图4示：双胶辊 0 90 180 270 360 图4 双胶辊运动图（2）切引刀：引线向下输送到达指定位置的时候，由压引板负责夹紧，然后切引刀切断引线，之后压引板压紧引线插入炮心。其运动规律如图5所示：切引刀 1 0 90 180 270 360 图5 切引刀运动图（3）压引板：引线向下输送后，压引板在水平方向进给5mm将引线夹紧，随后切引刀切断引线后，切引板竖直向下进给10mm，将引线插入炮心，之后水平负方向退回5mm，再竖直向上退回10mm，完成一个周期，运动图如图6所示。压引板竖直 10 5 水平 0 90 180 270 360 图6 压引板运动图2.3 鞭炮插引机执行机构选型由各机构工艺动作分解可知该机器共有四个执行机构双胶辊、压引板、切引刀和送料平台。根据运动分析拟定各执行机构的方案如下：2.3.1 鞭炮插引机双胶辊的机构方案由双胶辊的工艺动作分解可知双胶辊机构需要实现间歇性的旋转运动，根据要求，可以选择不完全齿轮来完成这个动作。如图7所示：图7 不完全齿轮2.3.2 鞭炮插引机压引板的机构方案由压引板的工艺动作分解可知压引板机构需要实现水平和竖直方向的间歇性的矩形运动轨迹，所以必须设计两个运动方案，才能完成这个过程。如图所示。 C B A图 9 曲柄滑块机构图2.3.3 鞭炮插引机切引刀的机构方案由以上切引刀的工艺动作分解可知切引刀机构需要实现间歇性的往复摆动运动，根据要求拟定如下两种方案，如图11机构所示。图11 凸轮机构2.4 鞭炮插引机切引刀凸轮机构的尺寸设计（1）凸轮机构的组成凸轮是一个具有曲线轮廓或凹槽的构件。凸轮通常作等速转动，但也有作往复摆动或移动的。推杆是被凸轮直接推动的构件。因为在凸轮机构中推杆多是从动件，故又常称其为从动件。凸轮机构就是由凸轮、推杆和机架三个主要构件所组成的高副机构。（2）凸轮机构中的作用力直动尖顶推杆盘形凸轮机构在考虑摩擦时，其凸轮对推杆的作用力 F 和推杆所受的载荷(包括推杆的自重和弹簧压力等) G 的关系为 F = G /cos(+1)-(l+2b/l)sin(+1)tan2 （1）（3）凸轮机构的压力角推杆所受正压力的方向(沿凸轮廓线在接触点的法线方向)与推杆上作用点的速度方向之间所夹之锐角，称为凸轮机构在图示位置的压力角，用表示在凸轮机构中，压力角是影响凸轮机构受力情况的一个重要参数。在其他条件相同的情况下，压力角愈大，则分母越小，作用力 F 将愈大；如果压力角大到使作用力将增至无穷大时，机构将发生自锁，而此时的压力角特称为临界压力角c ，即 arctan1/(1+2b/l)tan2-1 （2）为保证凸轮机构能正常运转，应使其最大压力角max小于临界压力角c 。在生产实际中，为了提高机构的效率、改善其受力情况，通常规定凸轮机构的最大压力角max应小于某一许用压力角。其值一般为：推程对摆动推杆取 3545 ；回程时通常取 7080。凸轮的轮廓主要尺寸是根据四杆机构推头所要达到的工作行程和推头工作速度来确定的，初步定基圆半径r0=20m，凸轮厚25mm, ,滚子半径r=4mm。凸轮的理论轮廓曲线的坐标公式为：，（3）（4）求凸轮理论轮廓曲线：a）推程阶段 = b）远休阶段 7.5 c)回程阶段 d) 近休阶段 e)推程段的压力角和回程段的压力角（4）将以上各相应值代入式（A）计算理论轮廓曲线上各点的坐标值。在计算中时应注意：在推程阶段取，在远休阶段取，在回程阶段取，在近休阶段取。根据推瓶机构原理，推瓶机构所需达到的工作要求来设计凸轮，凸轮的基本尺寸在近休时尺寸为20mm,达到最远距离时尺寸为38mm。(5)求工作轮廓曲线：有公式的（5）其中：（6）（7）a）推程阶段（8） = （9）a)远休阶段 b)回程阶段 c)近休阶段（10）（11）从动件为滚子从动件，滚子与凸轮轮廓间为滚动摩擦，磨损较小，也可用来传递较大动力，对于切引刀这种中高速机构比较合适。滚子半径根据基圆半径确定，其大小为rr=（0.10.15）r0 。系数取1.33计算得rr=6mm 。2.5 鞭炮插引机机械结构受力分析与计算机架采用Q235钢铸造而成，杆件均采用45钢机加工制造，该鞭炮插引机整机重30KG。2.5.1 鞭炮插引机轴用键受力计算(1）输入轴上键的选择及校核输入轴伸出的输出端与小带轮联结需用键实现周向固定。输入轴传递的转矩为T=8Nmm,与轴的周向定位可用A型普通平键联接, 按d=8mm进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=338 , 为保证输入轴有较好的对中性,取配合为 H7/r6。键联接选择计算,普通平键在轴上传递转矩T时,键的工作面受到压力N的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。当键用45钢制造时，主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是：（12）键的受力简图如下图所示：图12 轴键设计参数示意图其中k是键与轮毂（或轴槽）的接触高度，mm，k=h/2 ,查设计手册得到 k=7 mm,L为键的工作长度，b为键的宽度。查手册得到45钢在冲击载荷静联接下键的许用挤压应力为60100。此时联结带轮和输入轴的键的挤压强度为（13）从上面计算可得出输入轴键的强度能够满足强度要求。输出轴上键的选择及校核输入轴上有两处需布键以实现动力的传输：输入端的带轮与轴以及输出端的轴与齿轮。键材料用#45钢，其=60100。（1）输入轴即带轮轴上的转矩T=8Nmm,带轮与轴的周向定位可用A型普通平键联接, 按d=8mm进而从相关手册中查得到平键的尺寸为: bhl=338。键的选择计算,与上面的一样，普通平键在轴上传递转矩T时,键的工作面受到压力N的作用,工作面受挤压,键受剪切,失效形式是键、轴槽和轮毂槽三者中最弱的工作面被压溃和平键被剪坏。带轮与轴的连接的键可采用45钢，所以它的主要失效形式为压溃，所以通常只进行挤压强度计算。假定挤压应力在键的接触面上是均匀分布的，此时挤压强度条件是：（14）将已知数据代入挤压强度公式得：（15）从上面计算可得出带轮处轴上键的强度能够满足强度要求。与输入轴上小齿轮配合的轴直径d10mm，查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=338,为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度公式，有：（16）由上述计算得到单个平键的强度不够，但差得不多，故采用双键联接。小齿轮轴键的选择及校核小齿辊轴上共有两处需布键：齿轮与小齿辊轴的周向固定以及齿环与小齿辊轴的周向固定。键材料用#45钢，其=60100 。小齿辊轴上的扭矩：T8 N.mm。（1）与齿轮配合的轴直径d10mm，查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=338,为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度计算公式，有（17）从上面计算可得出小齿辊上齿轮处轴上键的强度能够满足强度要求。（2）与齿环配合的轴直径d10mm。查相关手册，选用A型普通平键，其尺寸为：bhl=3310。为了确保证齿轮与轴具有合适的对中性,取齿轮与轴的公差配合为 H7/r6。将已知数据代入挤压强度公式，有：（18）从上面计算可得出齿环处轴上键的强度能够满足强度要求。2.5.2 鞭炮插引机齿轮受力计算及校核由于整个鞭炮插引机功率及载荷都比较小，齿轮的设计关键在于设计其齿数。根据动作循环要求整个机构除不完全齿轮外传动比均为1，齿数为20，不完全齿轮齿数为7，模数为2，材料为45号钢,根据载荷类型选用渐开线直齿圆柱齿轮。设计主要参数为：m=220d=mZ=40=（Z+2）m=44=（Z+2-2）m=43s=p=3.142.5.3 鞭炮插引机切引刀转动拉伸弹簧设计计算该圆柱螺旋拉伸弹簧设计（1）圆柱螺旋拉伸弹簧结构尺寸选取计算接下来，设计一普通圆柱螺旋拉伸弹簧，中径，外径。当弹簧拉伸变形量时，拉力。弹簧直径d/mm 由强度计算公式确定弹簧中径/mm =Cd =2.75mm弹簧内径/mm =-d =2.5mm弹簧外径D/mm D=+d =12mm弹簧指数C C=/d=5一般4C6 螺旋升角g/ 对压缩弹簧，推荐g59 ，取为g6有效圈数n 由变形条件计算确定 n=10圈总圈数压缩n(22.5)=12自由高度或长度H0/mm 两端圈不磨平n2=12时，np+3d=15mm LI型(n+1)d+ L型 (n+1)d+2 L型(n+1.5)d+2工作高度或长度Hn/mm Hnln =12mm Hn+ln，ln变形量节距p/mm p1mm间距 d/mm dpd =0.5 d0.5压缩弹簧高径比b b=5展开长度L/mm L=/cosgg L=250mm该圆柱螺旋拉伸弹簧材料为II级热处理弹簧钢带，其硬度不小于48-53HRC，承受。（2）圆柱螺旋拉伸弹簧强度刚度校核依据圆柱螺旋拉伸弹簧强度计算公式得：（19）所选弹簧。满足强度要求。（20）式中，K 为曲度系数，F 为载荷；C 为弹簧指数（亦称旋绕比），C = D2/d=5mm；为弹簧材料的许用扭转应力。由此可计算弹簧丝直径d=0.5mm。（2）刚度计算公式（21）式中，n 为弹簧的有效圈数G 为弹簧的切变模量；G=200000 为弹簧变形量；D2 为弹簧圈中径；其它符号意义同前。综上所述，圆柱螺旋拉伸弹簧选为AWY12-250，可以满足设计要求。2.5.4 鞭炮插引机主轴的设计计算及其校核本次主轴的设计主要采用验证性的设计。该鞭炮插引机采用的是手摇式，功率约为500W，T为。（22） (23)根据轴上零部件的安装要求设计主轴示意图如下：图13 主轴示意图轴上EC与GH处所受的剪力大小为,E处所受的水平和竖直压力大小为100N。综合分析得E处为危险截面，此处的总剪力为：总弯矩为：所以：（24）经过校核原设计轴符合强度和刚度要求。3 步进电机的选择3.1步进电机本设计选用45BF008。相数是三相、步距角1.5/3度。电压24V、相电流0.2A、保持转距0.118NM(1.2kg.cm)、空载启动频率500， D为45； D1为25；高H为2.5； d为4；E为14.5；L为58； D2为33；MS为4-M3。图 3-1 45BF三相反应式步进电机实物图图 15 45BF三相反应式步进电机尺寸3.2 PLC驱动步进电机三菱PLC本身带有高速脉冲计数器和高速脉冲发生器，其发出的频率最大为10KHz，能够满足步进电动机的要求。对PLC提出两个特性要求。一是在此应用的PLC最好是具有实时刷新技术的PLC，使输出信号的频率可以达到数千赫芝或更高。其目的是使环形脉冲分配能有较高的分配速度，充分利用步进电机的速度响应能力，提高整个系统的快速性。二是PLC本身的输出端口应该采用大功率晶体管，以满足步进电机各相绕组数十伏脉冲电压、数安培脉冲电流的驱动要求。如下图所示：图 16 PLC直接驱动电机环形分配程序对步进电机各相绕组的通电顺序进行环形脉冲分配，从而控制接到步进电机三相绕组的48V直流电源的依次通、断，形成旋转磁场，使步进电机转动。步进电机的转动，由于步进电机是电感性负载，直流电阻很小，故接限流电阻以免脉冲电流过大损坏，当步进电机各相绕组的通电顺序按：AABBBCCCAA导通断开时，步进电机正转。按AACCCBBBAA依次导通、断开时，步进电机反转，即步进电机可以按三相六拍工作。每当步进电机走一步，环形脉冲分配程序的步数减一，当步数减为零时，停止环形脉冲分配，等待下一次的脉冲输入。4 传感器的选择设计中需要用到位置传感器，位置传感器有时也被叫做接近开关，它所测量的不是一段距离的变化量，而是通过检测，确定是否已到达某一位置。因此，它不需要产生连续变化的模拟量，只需要产生能反映某种状态的开关量就可以了。这种传感器常用于数控机床换刀具、工件或工作台到位或行程限制等辅助机能的信号检测。位置传感器分接触式和接近式两种。接触式传感器是能获取两个物体是否接触之信息的一种传感器；而接近式传感器是用来判别在某一范围内是否有某一物体的一种传感器。1、接触式位置传感器这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成。它有以下两种：微动开关位置传感器它用于检测物体位置。二维矩阵式位置传感器它一般用于机械手掌内侧，在手掌内侧常安装有多个二值触觉传感器，用以检测自身与某一物体的接触位置。2、接近式位置传感器接近式位置传感器有几种：电磁式；光电式；静电容式；气压式；超声波式。这几种传感器的基本工作原理可用下图表示：检测时间差检测压力量检测电容量检测光通量检测电感量检测量传感媒介磁通光电场气体超声波被测物体涡流反射电荷阻力反射图 17 传感器工作原理图4.1 电磁（感）式传感器它的工作原理如下：当一个永久磁铁或一个通有高频电流线圈接近一个铁磁体时，它们的磁力线分布将发生变化。因此，可以用另一组线圈检测这种变化。当铁磁体靠或远离磁场时，它所引起的磁通量变化将在线圈感应出一个电流脉冲，其幅值正比于磁通的变化。线圈两端的电压随铁磁体进入磁场的速度而变化，其电压极性取决于物体进入磁场还是离开磁场。因此，对此电压进行积分便可得出一个二值信号，当积分值小于一定的阈值时，积分器输出低电平；反之，则输出高电平，此时表示某一物体己接近。显然，电磁感应传感器只能检测电磁材料，对其他非电磁材料则无能为力。为了克服此缺点，目前数控系统越来越多地使用光电检测器来检测位置。图 18 电磁式传感器4.2 光电式传感器这种传感器具有体积小、可靠性高、检测位置精度高、响应速度快、易与 TTL 及 CMOS 电路并容等优点。它分透光型和反射型两种。在透光型光电传感器中，发光器件和受光器件相对放置，中间留有间隙，当被测物体到达这一间隙时，发射光被遮住，从而接收器件 ( 光敏元件 ) 便可检测出物体已经达到。在反射型光电传感器中，发出的光经被测物体反射后再落到检测器件上。它的基本情况致与透光型传感器相似，但由于是检测反射光，所以得到的输出电流较小。另外，对于不同的物体表面，信噪比也不一样，因此，设定限幅电平就显得非常重要。它的电路与透光型传感器大致相同，只是接收器的发射极电阻用得较大，且为可调电阻。这主要是因为反射型光电传感器的光电流较小，且有很大分散性。图19 光电式传感器4.3 霍尔元件传感器霍尔元件是一种半导体磁电转换元件，一般由锗 (Ge) 、锑化铟 (InSb) 、砷化铟 (InAs) 等半导体材料制成。其工作原理

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