母导线参数检测机气压传动系统及步进驱动电路设计.doc

海量机械毕业设计，请联系Q99872184 本科毕业设计（论文）题目： 母导线参数检测机气压传动 系统及步进驱动电路设计 专 业： 自动化（数控技术应用） 班 级： 学 号：学生姓名： 指导教师： 起迄日期： 设计地点： Graduation Design (Thesis)The design of Pneumatic system and step motor Driver for the Bus bar test machineByWU MinjunSupervised byAssociate Prof. HUA MaofaDepartment of Automation EngineeringNanjing Institute of TechnologyJune，2007南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）摘 要母导线的主要技术参数是指绝缘强度和导线电阻。测量这两个技术参数的检测系统包括控制电路部分和气压传动部分，本论文主要介绍母导线技术参数自动检测机运动机构控制中气压运动控制系统的设计和步进电机驱动电路的设计。本运动控制机构共有六个动作用气压传动装置控制，总共需要八只气缸，两只气缸控制测量头横向定位；两只控制测量头的伸缩；两只气缸控制母导线长度方向定位；两只气缸控制母导线的升降。文中另外还分别计算了各个气缸及辅助元件的相关尺寸，选择了控制回路中的各种气压元件，并设计了一只气缸结构，以及计算了其各个参数值。本设计中除了设计了气缸以外，还设计了一个用于五相步进电动机的五相十拍驱动电路与运动控制系统相匹配。该步进电机驱动电路选择硬件环形分配，选择89C2051作为环形分配器，这种环行分配电路具有电路简单，可靠性高，柔性好的特点。功率器件选用VMOS管，设计成恒流斩波电路，以保持电机绕组电流恒定。该电路经过进一步完善具有一定的实用价值。关键词：母导线；气压传动系统；驱动电路设计IV南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）ABSTRACTMain technical parameters of the Bus bar include insulation strength and resistance. The parameter tester is consisted of two parts: control system and pneumatic apparatus. Design of the two parts is introduced in this paper.Six movements need to be controlled by Pneumatic system with eight cylinders. Two cylinders are used for the detection of the width. Another two are used for controlling the length. The last two are used for controlling the up and down of the Bus duct. The size of Cylinders and auxiliary pneumatic elements are also calculated. Elements of Cylinders control system are chosen. One of the Cylinders is designed and the parameters are calculated.Besides Cylinders control system，a driver of 5 phase 10 pat step motor are designed to match the motion control system. An 89C2051 microprocessor was used to realize the phase order conversion of the step motor so that the Loop allotter circuit is easy and flexible. The VMOS is adopted as power elements of the design. It is designed as a constant current circuit, so the current of Motor Winding can be kept constant. With further more improvement, the circuit developed could find its value in factual application.Key words：Bus bar；Pneumatic system；Driver 南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）目 录第一章 绪论1 1.1 引言1 1.2 选题的背景及意义2 1.3 研究现状2 1.4 本文结构2第二章 检测系统的组成及控制流程42.1 母导线简介42.2 检测内容52.3 自动检测系统的组成及控制流程6第三章 气压传动系统设计与计算113.1 气压传动系统控制对象113.2 总气压传动系统回路设计113.2.1 选择总气压回路的控制方式113.2.2 选择执行元件113.2.3 选择控制元件133.2.4 设计总气压传动回路153.3 测量头动作控制气压传动回路设计与计算163.3.1 回路设计163.3.2 回路计算163.3.3 元件选择173.4 检测台侧向定位装置气压传动回路设计与计算183.4.1 回路设计183.4.2 回路计算183.4.3 元件选择203.5 检测台与包装台纵向定位装置气压传动回路设计与计算213.5.1 回路设计213.5.2 回路计算213.5.3 元件选择223.6 包装台升降机构气压传动回路设计与计算233.6.1 回路设计233.6.2 回路计算243.6.3 元件选择253.7 气缸设计25第四章 驱动电路设计284.1 步进电机的种类以及工作原理284.1.1 步进电机的种类284.1.2 步进电机的工作原理284.2 控制方案拟定294.3 步进电动机相序分配电路304.3.1 相序分配电路304.3.2 相序分配软件324.4 步进电机驱动电路设计34第五章 结论37致谢39参考文献40附录A：英文资料41附录B：英文资料翻译49附录C：驱动电路原理图和PCB图55附录D：总气压传动图57附录E：气缸装配图58附件： 毕业论文光盘资料南京工程学院自动化学院本科毕业设计（论文）第一章 绪论 1.1 引言母导线是一种在低压供电系统中用于传输电能、分配电能的设备，也是一种应用在变压器和配电柜之间的连接以及由配电中心（配电盘、柜）开始至负载呈树干式布线方式的供电系统。母导线产品结构发展经历过三代：第一代空气型，从上世纪50年代中期起，将导电排用绝缘衬垫支撑在壳体内，靠空气介质绝缘，其特点是加工工艺简单、成本较低，用出线盒可以很方便地进行分接，其最大的缺点是相间距大（一般为50mm），因而导致阻抗大、载流量低、损耗大、散热差、温升高、不适用于大电流的传输，而且体积大、笨重、安装不方便。第二代密集型，从上世纪80年代中期开始，将导电排用绝缘材料覆盖后再与两侧紧固在一起，其优点是体积小、电抗小、散热好、温升低、热稳定性好，载流量大（在同等规格的导电排条件下，密集型比空气型约大一个电流等级），具有良好的节能效果。但密集型也有制作工艺较复杂，绝缘要求比较高等缺点；第三代-复合绝缘型从1995年开始，母导线除了导电排本身具有绝缘层外，各相线之间还有一定的空气绝缘；由于是复合绝缘方式，因此防潮性能、绝缘可靠性散热性能、比空气型和密集型都要好。母导线经过半个多世纪的发展过程，已经得到了充分的发展。母导线的主要技术参数是指绝缘强度和导线电阻。这两个技术参数的检测，目前在国内还是由人工完成，其自动检测技术在国内还是个空白。但是在国外这项技术已经应用于实际的生产过程当中。随着中国经济的不断发展发展，人工检测技术远远不能满足社会对生产率的要求，很多生产母导线的企业都希望采用自动检测技术来提高企业的生产率，减少人员的投入，这样势必会给企业带来广阔的市场前景和显著的社会效益。正是由于这些原因，设计一套自动检测母导线技术参数的设备十分必要。我这次主要设计的是母导线参数检测机运动机构气压传动系统和步进电机驱动电路。1.2 选题背景与意义本次毕业设计中所设计的母导线技术参数检测仪主要是用于检测母导线内部导电部分的电阻以及导电体之间绝缘材料的绝缘强度。母导线内部一般用铜片作为导体。铜片的电阻是影响母导线导电能力的重要因素。电阻越大，母导线在电传输过程中消耗就会越大，传输的效率就会越低。母导线作为导线，知道其内部导电体的电阻是非常必要的。而母导线内部导电体之间的绝缘填充物的绝缘强度则是影响安全性的重要因素。但是在实际应用过程中并不是母导线内导电体的电阻越小越好，绝缘填充物的绝缘强度越大越好。由于受到成本因素的限制，母导线制造商必须制造出适合不同场合应用的母导线，这就需要准确知道母导线的两个参数指标。检测技术是产品检验和质量控制的重要手段，只有有了好的检测技术才能保证产品的质量。检测技术在最近这几年的大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用，检测技术和装置是自动化系统中不可缺少的组成部分，正是因为检测技术得到了这么广泛的应用，所以有必要大力发展自动检测技术。在国内检测母导线技术参数都是采用人工检测，但是自动参数检测机在国外已经得到应用。人工检测就会带来很多的人为因素而造成检测结果的不精确。并且由于测量母导线绝缘参数时是采用高压测量，所以如果还是采用人工检测势必会给工人的人身安全造成威胁，采用了自动检测技术就能有效的保障工人的人身安全。1.3 研究现状目前，检测技术已经进入了以微处理器为核心的微机化和智能化检测技术阶段，传统的检测技术是包含两个方面，即为测量非电参数的传感器技术和应用电测量方法。但是随着自动化技术以及信息技术的发展以及其在工业控制中的应用，检测技术已经发生了深刻的变革。传统的检测技术起到产品验收和废品剔出的作用传统检测技术基础发展起来的主动检测技术或称之为在线检测技术，使检测和生产加工同时进行，及时地用检测结果对生产工程主动地进行控制，使之适应生产条件的变化或自动地调整到最佳状态。这样检测的作用已经不只是单纯的检查产品的最终结果而且要过问和干预造成这些结果的原因，从而进入质量控制的领域。1.4 本文结构本文以气压传动和步进驱动在母导线技术参数自动检测机构中应用作为背景，对气压运动控制系统以及步进电机驱动电路进行了研究。全文共分为五章，各章的主要内容如下：第一章扼要地介绍了本课题的所研究的检测技术的概念、特点与相关研究背景；第二章简单介绍了母导线的一些基本类型，以及对最近工业生产中应用比较广泛的母导线做一些简单的描述，还有对最近检测技术的发展以及在当今工业生产中的应用做了简要的说明，然后对检测系统的组成和工作流程也做了介绍；第三章对气压传动系统进行了分析，给出了气压传动系统的控制方案，并讨论了气缸的设计方法，以及如何设计整个气压传动系统；第四章介绍了步进电机的驱动电路设计，分析了驱动电路的设计思路，设计出了驱动电路，并根据所设计的驱动电路原理图生成PCB图；第五章总结了全文的研究工作，给出了存在的问题和进一步研究的方向。 第二章 检测系统的组成与控制流程2.1 母导线简介母导线是一种新型的输配电设备，是替代传统的电缆和电缆桥架输配电系统的更新换代产品，尤其在大电流输送电方面母导线居于主导地位。在近几年的电气设计以及施工现场配合工作中，母导线都已经成为了极其重要的一种输配电的设备。与传统的电缆配电方式比较，母导线具有体积小、输送电流大、安全可靠、拆装方便、基建与配电施工互不相扰，一次投资可反复使用等优点，是一种理想的配电产品。图1.1就是共箱封闭母导线的示意图。母导线主要的类型有三相三线制、三相四线制和三相五线制，其中母导线 又有单通道和双通道之分。其按制造工 图1.1 共箱式母导线 艺和用途，又可以分为：密集型母导线、空气型母导线、高性能型母导线、耐火型母导线、防水型母导线、绝缘型母导线等。一般的母导线都是用于高层建筑、多层工业工房、机床密集的车间、产品工艺多变的车间、老车间和厂房的改造，以及各种实验室、展览馆、体育馆等对于输配电电流比较大的场所。其中低压封闭母导线，其盖板和侧板用特制的槽形铝合金型材制作，在盖板槽底外侧面的纵向附设24根加强筋，侧板横截面中间呈大槽形，两头呈小槽形，且两个小槽形槽口与大槽形槽口的朝向相反。母导线的隔相块用耐高温的聚碳酸酯制作，上下隔相块为两两相向插接，每块隔相块呈矩形中空状，其顶部前后侧面设有瓦楞形眉帘。在最近的工业生产过程中，用的比较多的是封闭式母导线。封闭式母导线与传统低压动力输配电方式的技术比较，传统的中小容量低压电气动力输配电方式以电缆为主，还要借助电缆沟、电缆桥架、钢管等设施。目前制造的电缆截面最大为500 ，因此，电缆的载流量最大为800A（IEC标准也有此规定）。由于大截面电缆长度过长重量很大，为了不损伤电缆绝缘层，在垂直布置时中间固定装置的机械力不可过强，所以在高层建筑大截面电缆垂直敷设时，其超重滑脱及电缆截面变形一直是难以解决的施工问题。封闭式母导线则不存在这种问题，因其本身是刚性的，所以机械固定方式可以做得非常牢固。另外，封闭式母导线内导体的最大截面可超过1000 ，双导体可超过2000 。加上母导线为矩形，表面积大，其集肤效应较弱，散热面积较大，温升较低，这就意味着比同等截面的电缆载流量要高得多（可超过1000A）。对于单机负荷较小、分布均匀的大型厂房，如纺织企业的织布车间、针织车间，机械加工企业的小件加工车间等，可以利用封闭式母导线、插接箱的组合进行供电。在这种场合母导线与常规供电方式（电缆供电）相比，其优越性为：对用电负荷的均衡分布性要求不高，因此对负荷很不均衡的情况适应性强。即使在封闭式母导线线路已经完成设计或已安装完毕的情况下，也可以根据最新的负荷变动方案进行简单的调整，这一点常规供电方式（电缆供电）是无法与之相比的。另外，价格低廉的插接箱取代了昂贵的低压配电柜及动力箱，可以降低投资。同时插接箱内动力开关更接近用电设备，停、送电操作非常简便。母导线虽然在目前的电传输领域应用广泛，但同样也存在着一些缺陷，例如依靠螺钉联接的部位过多，安装施工复杂；同时维护量大、维护费用高。在运行过程中常遇到电磁振动、热胀冷缩、膨胀系数及外力等因素的影响，这些都会造成螺钉的松动。如果一只螺钉出现松动，就会出现故障点发热、高温等现象，影响整条母导线的运行稳定性。尤其是对五线母导线的不当使用，还会造成PE线接触电阻增大违反国家规定。但母导线在大容量的情况下，还是存在着其自身的优势的。因为当电流达到数千安培时，如果采用电缆，即使是单芯电缆也要多根进行敷设，否则达不到相应的大电流容量，此时母导线就体现出自身的优势。2.2 检测内容检测技术是产品检验和质量控制的重要手段。在人类的各项生产活动和科学实验中，为了了解和掌握整个过程的进程的进展及其最后结果，经常需要对各种基本参数或物理量进行检查和测量，从而获得必要的信息，作为分析判断和决策的依据，可以说检测技术是人们为了对被检测对象所包含的信息进行定性的了解和定量的掌握所采取的一系列技术措施。随着人类社会进入信息时代，以信息的获取、转换、显示和处理为主要内容的检测技术已经发展成为一门完整的技术科学，在促进生产发展和科技进步的广阔内发挥着重要的作用。检测技术在大型设备安全经济运行监测中得到广泛应用。电力、石油、化工、机械等行业的一些大型设备通常在高温、高压、高速和大功率状态下运用，保证这些关键设备安全运行在国民经济中具有重大意义。为此，通常设置故障监测系统以对温度、压力、流量、转速、振动和噪声等多种参数进行长期动态监测，以便及时发现异常情况，加强故障预防，达到早期诊断的目的。这样做可以避免严重的突发事故，保证设备和人员安全，提高检修质量。另外，在日常运行中，这种连续监测系统可以及时发现设备故障前兆，采取预防性检修。随着计算机技术的发展，这种监测系统已经发展到故障自诊断并自动报警。或采取相应的对策。这次所设计的检测装置的检测对象是母导线的两个技术参数。母导线内部一般用铜片作为导体。本次设计的母导线技术参数检测控制机就是控制检测装置检测母导线内每一个导电铜片的电阻及导电铜片之间的绝缘强度。铜片的电阻是关乎母导线导电能力的一个重要的技术参数。不管对于何种类型的母导线，其检测过程都是一样的。在检测绝缘强度时，其中一个检测头固定于第一片导电片上，另外一个检测头从第二片导电片开始按照次序依次移动到各片导电片上。如此类推，对母导线内部导电片之间绝缘强度进行两两检测。在移动到每一片导电片上时，绝缘强度检测仪会检测出两个检测头所检测的两片导电片之间的绝缘强度。检测导电片电阻则比检测绝缘强度简单的多，只要控制两个检测头同时移动到同一片导电片的两端，微欧计即可测出此导电片的电阻。测得的导电片电阻和绝缘强度自动传送到上位机。绝缘强度和电阻的检测过程如图2.1所示。PC机打印机微欧计绝缘强度检测仪待测母导线待测母导线气缸1气缸2气缸3气缸4标签图2.1 绝缘度和电阻测量示意图2.3 自动检测系统的组成及控制流程母导线自动检测系统主要由一个上位机（PC）、运动控制系统（或称下位机）、母导线参数检测系统、贴标机、气压系统、辅助动作执行结构、包装机构、定位机构、步进驱动系统等组成，并配备了相关的传输机构、打印机等，上位机控制下位机，下位机控制辅助动作控制系统，其执行辅助动作执行结构，再经过包装机构，对标签对象实行包装。下位机启动运动控制系统，其控制运动启动结构，从而控制测试台/母导线，辅助动作执行机构通过定位机构同样控制测试台/母导线，把得到的数据通过测试系统传送到上位机。上位机通过打印机把检测到的数据打印出来，贴标机通过机械手粘贴标签，母导线技术参数自动检测系统组成如图2.2所示。打印机PC机贴标机运动机构控制系统（下位机）测试系统母导线包装机构定位机构检测台母导线辅助动作控制电路辅助动作执行机构（气压传动）功率放大系统 运动驱动机构图2.2 母导线技术参数自动检测系统组成上位机（PC）主要负责母导线自动检测系统的总体控制，控制下位机、接收检测系统检测数据、打印检测结果及控制贴标机贴标。下位机由8031单片机构成，主要控制气缸传动系统和步进驱动系统，相应执行机构单元根据控制系统发出的控制信号动作。贴标机系统由8031及外围电路组成，接收上位机控制信号，控制贴标机械手，抓取打印机打印的标签并粘贴到母导线的外壳上。定位机构是由气缸驱动的。这次所设计内容就是下位机气压传动部分，以及控制运动机构的驱动电路。下位机的主要工作是对母导线内每一片导电材料的电阻的检测以及导电材料之间的绝缘强度的检测。下面具体描述下位机的工作过程：当检测平台传送电机启动时，母导线从生产线平移到检测台上，左右端侧向此处删减NNNNNNNNNNNNNNNN字 需要整套设计请联系q：99872184。a：减压阀 b：换向阀 c：单向节流阀 d：压力表 e：压力继电器图3.7 总气压回路3.3 测量头动作控制气压传动回路设计与计算3.3.1 回路设计图3.8所示是其中一个测量头的动作控制气压传动回路。两个测量头动作控制气压传动回路是完全相同的，图3.8所示是其中一个测量头的动作控制气压传动回路。1气源；2雾化器；3减压阀；4单向阀；5二位四通换向阀；6单向节流阀；7压力表；8气缸 图3.8 测量头动作控制气压传动回路3.3.2 回路计算1.初选气压缸的工作压力气源装置的压力。 减压阀的调压范围分为五档：； 。气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围为。设定气压缸的压力。 2.计算气压缸的尺寸气缸克服的负载主要为摩擦力和测量头的惯性力。根据厂方提供的数据，负载，取负载。按下式计算气缸的内径：按标准取气缸的内径。按下式计算活塞杆直径： 按照标准取活塞杆直径。普通单活塞双作用气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（）： 普通单活塞双作用气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积（）： 3.求气压缸的最大流量已知检测头气缸活塞杆伸出速度与退回速度分别为和，由此得进入无杆腔的流量（）： 进入有杆腔的流量（）： 取最大流量。4.确定管道内径根据气压系统管道内允许流速推荐值，选取流速（）：按下式计算管道内径： 取。3.3.3 元件选择1）选择气缸型号：为了使气缸在行程终点不发生冲击，系统采用了缓冲气缸。缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果很明显。对于这个系统来说，气缸的速度要求不高，因此采用缓冲气缸，是合理的。系列气缸为单活塞杆双作用可调双向缓冲气缸，具有结构简单，重量轻，工作压力低，反应快，冲击力小等特点。系列中为普通缓冲气缸，为无缓冲气缸，为无缓冲双向调速气缸。根据系统计算的结果，选用气缸型号为，内径为，杆径为，接管螺纹尺寸为。2）选择管道参数：当气缸选定后，可根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸查表对应气缸供气口的通径。此通径即为管道的通径。根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸，查表得气缸供气口的通径是和，选择气缸供气口通径为，即管道的通径为。在气压传动中，常选用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据系统的实际要求，选择胶管的公称通径为，外径为，最小弯曲半径为。3）选择单向节流阀型号：根据查表，选用单向节流阀型号为，通径为，联结螺纹为。4）选择单向阀型号：根据查表，选用单向阀型号为，公称通径为，联结螺纹为。5）选择减压阀型号：根据查表，选用减压阀型号为，公称通径为，接口螺纹为。6）选择换向阀型号：根据查表，选用换向阀型号为，二位四通直动滑阀式电磁控制阀，单电控型，公称通径为。7）选择油雾器型号：根据查表，选用油雾器型号为，公称通径，接管为，最高工作压力，起雾流量为。3.4 检测台侧向定位装置气压传动回路设计与计算3.4.1 回路设计两个检测台侧向定位装置气压传动回路是完全相同的，图3.9是其中一个检测台侧向定位装置气压传动回路。 1气源；2雾化器；3减压阀；4单向阀；5二位四通换向阀；6单向节流阀；7-压力继电器；8压力表；9气缸图3.9 检测台侧向定位装置气压传动回路3.4.2 回路计算 1.初选气压缸的工作压力气源装置的压力 。 减压阀的调压范围分为五档：；。 气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围为。 设定气压缸的压力。 2.计算气压缸的尺寸根据气压缸活塞杆受力情况分析，两活塞杆在横向上负载之和应该小于母导线受到的静摩擦力，保证横向定位时活塞杆不会因为受力过大而导致母导线移动影响测量精度。设定母导线质量，则取负载。按下式计算气缸的内径： 按标准取气缸的内径。按下式计算活塞杆直径：按标准取活塞杆直径。普通单活塞双作用气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（）：普通单活塞双作用气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积（）： 3.求气压缸的最大流量已知侧向定位气缸活塞杆伸出定位速度与退回速度分别为和，由此得进入无杆腔的流量（）：进入有杆腔的流量（）：取最大流量。4.求管道内径根据气压系统管道内允许流速推荐值，选择流速（）：按下式计算管道内径：取。3.4.3 元件的选择1）选择气缸型号：为了使气缸在行程终点不发生冲击，系统采用了缓冲气缸。缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果很明显。对于这个系统来说，气缸的速度要求不高，因此采用缓冲气缸，是合理的。系列气缸为单活塞杆双作用可调双向缓冲气缸，具有结构简单，重量轻，工作压力低，反应快，冲击力小等特点。系列中为普通缓冲气缸，为无缓冲气缸，为无缓冲双向调速气缸。根据系统计算的结果，选用气缸为：型号为，内径为，杆径为，接管螺纹尺寸为。2）选择管道参数：当气缸选定后，可根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸查表对应气缸供气口的通径。此通径即为管道的通径。根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸，查表得气缸供气口的通径是和，选择气缸供气口通径为，即管道的通径为。在气压传动中，常选用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据系统的实际要求，选择钢管作为管路。钢管的特点是能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。常用钢管是无缝钢管。查表得，选择钢管公称通径为，钢管外径为，管接头连接螺纹，管子壁厚，推荐管道通过流量。3）选择单向节流阀型号：根据查表，选择单向节流阀型号为，通径为，联结螺纹为。4）选择单向阀型号：根据查表，选择单向阀型号为，公称通径，联结螺纹为。5）选择减压阀型号：根据查表，选择减压阀型号为，公称通径为，接口螺纹为。6）选择换向阀型号：根据查表，选用换向阀型号为，二位四通直动滑阀式电磁控制阀，单电控型，公称通径为。7）选择油雾器型号：根据查表，选用油雾器型号为，公称通径，接管为，最高工作压力，起雾流量为。8）选择压力继电器型号：查表得，选压力继电器型号为HED 20A 20 2.5 L220。3.5 检测台与包装台纵向定位装置气压传动回路设计与计算3.5.1 回路设计检测台与包装台纵向定位装置气压传动回路是完全相同的，图3.10是其中检测台纵向定位装置气压传动回路。1气源；2雾化器；3减压阀；4单向阀；5二位四通换向阀；6单向节流阀；7压力表；8气缸图3.10 检测台与包装台纵向定位装置气压传动回路3.5.2 回路计算1.初选气压缸的工作压力气源装置的压力=。 减压阀的调压范围分为五档：；。气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围为。设定气压缸的压力。 2.计算气压缸的尺寸考虑到气压缸活塞克服的负载有活塞、活塞杆、定位挡块的重力、惯性力及摩擦力。取负载。按下式计算气缸的内径：按标准取气缸的内径。按下式计算活塞杆直径：按标准取活塞杆直径。普通单活塞双作用气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（）：普通单活塞双作用气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积（）： 3.求气压缸的最大流量已知母导线纵向定位气缸活塞杆上升速度与下降速度分别为，由此得进入无杆腔的流量（）： 进入有杆腔的流量（）：取最大流量。4.求管道内径根据气压系统管道内允许流速推荐值，选择流速（）： 按下式计算管道内径：取。3.5.3 元件选择1）选择气缸型号：为了使气缸在行程终点不发生冲击，系统采用了缓冲气缸。缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果很明显。对于这个系统来说，气缸的速度要求不高，因此采用缓冲气缸，是合理的。系列气缸单活塞杆双作用可调双向缓冲气缸，具有结构简单，重量轻，工作压力低，反应快，冲击力小等特点。系列中为普通缓冲气缸，为无缓冲气缸，为无缓冲双向调速气缸。根据系统计算的结果，选用气缸型号为，内径为，杆径为，接管螺纹尺寸为。2）选择管道参数：当气缸选定后，可根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸查表对应气缸供气口的通径。此通径即为管道的通径。根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸，查表得气缸供气口的通径是和，选择气缸供气口通径为，即管道的通径为。在气压传动中，常选用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据系统的实际要求，选择钢管作为管路。钢管的特点是能承受较高的压力，价格低廉，但安装时弯曲半径不能太小，多用在装配位置比较方便的地方。常用钢管是无缝钢管。查表得，选择钢管道公称通径为，钢管外径为，管接头连接螺纹，管子壁厚，推荐管道通过流量。3）选择单向节流阀型号：根据查表，选择单向节流阀型号为：， 通径为，联结螺纹为。4）选择单向阀型号：根据查表，选择单向阀型号为，公称通径为，联结螺纹为。5）选择减压阀型号：根据查表，选择减压阀型号为，公称通径为，接口螺纹为。6）选择换向阀型号：根据查表，选择换向阀型号为，二位四通直动滑阀式电磁控制阀，单电控型，公称通径为。7）选择油雾器型号：根据查表，选择油雾器型号为，公称通径，接管为，最高工作压力，起雾流量为。3.6 包装台升降机构气压传动回路设计与计算3.6.1 回路设计两个包装台升降机构气压传动回路是完全相同的，图3.11是其中一个包装台升降机构气压传动回路。1气源；2雾化器；3减压阀；4单向阀；5二位四通换向阀；6、7单向节流阀；8压力表；9气缸图3.11 包装台升降机构气压传动回路3.6.2 回路计算 1.初选气压缸的工作压力 气源装置的压力 。 减压阀的调压范围分为五档：；。 气源装置的压力经减压阀减压后，选择调压范围。设定气压缸的压力。2.计算气压缸的尺寸根据气压缸活塞受力情况分析，气压缸活塞克服的负载有母导线重力、摩擦力与受力损失。设定母导线质量。 按下式计算气缸的内径：按标准取气缸的内径按下式计算活塞杆直径：按标准取活塞杆直径。普通单活塞双作用气压缸无杆腔（无活塞杆的腔）的面积（）： 普通单活塞双作用气压缸有杆腔（有活塞杆的腔）的面积（）： 3.求气压缸的最大流量已知气缸活塞杆上升速度与下降速度分别为和，由此得进入无杆腔的流量（）： 进入有杆腔的流量（）：取最大流量。4. 求管道内径根据气压系统管道内允许流速推荐值，选择流速（）： 按下式计算管道内径：取。3.6.3 元件选择1）选择气缸型号：为了使气缸在行程终点不发生冲击，系统采用了缓冲气缸。缓冲气缸在阻力载荷且速度不高时，缓冲效果很明显。对于这个系统来说，气缸的速度要求不高，因此采用缓冲气缸，是合理的。系列气缸为单活塞杆双作用可调双向缓冲气缸，具有结构简单，重量轻，工作压力低，反应快，冲击力小等特点。系列中为普通缓冲气缸，为无缓冲气缸，为无缓冲双向调速气缸。根据系统计算的结果，选用气缸型号为，内径为，杆径为，接管螺纹尺寸为。2）选择管道参数：当气缸选定后，可根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸查表对应气缸供气口的通径。此通径即为管道的通径。根据气缸的供气口的接管螺纹尺寸，查表得气缸供气口的通径是，即管道的通径为。在气压传动中，常选用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据系统的实际要求，选择钢管作为管路。查表得，选择管道公称通径为，钢管外径为，管接头连接螺纹，管子壁厚，推荐管道通过流量。3）选择单向节流阀型号：根据查表，选择单向节流阀型号为，通径为，联结螺纹为。4）选择单向阀型号：根据查表，选择单向阀型号为，公称通径，联结螺纹为。5）选择减压阀型号：根据查表，选择减压阀型号为，公称通径为，接口螺纹为。6）选择换向阀型号：根据查表，选择换向阀型号为，二位四通直动滑阀式电磁控制阀，单电控型，公称通径为。7）选择油雾器型号：根据查表，选择油雾器型号为，公称通径，接管为，最高工作压力，起雾流量为。3.7 气缸设计气缸的设计：在设计气缸的各个部分的机械结构时，主要是要确定各个部分的结构形式以及其主要尺寸。1.气缸筒的结构设计以及其尺寸设计气缸筒的主要作用是提供压缩空气的储存与膨胀的空间及对活塞实施导向，从而通过活塞将压力能转化为机械能。气缸筒一般为圆筒形状，主要尺寸为：1）气缸筒直径（即为气缸内径）D：F为活塞所受的外力；为气缸所受压力。2）气缸筒的长度：长度应为活塞的行程和活塞宽度之和。3）气缸筒的壁厚：壁厚可利用薄壁筒的强度计算公式来确定：为气缸所受压力；气缸筒直径 ；为活塞杆材料的许应力；C为考虑到刚度、加工制造、腐蚀等要求所加的裕量。2.活塞的结构设计活塞的功能是将压缩空气的压力能转变为机械能，因此，他要提供足够的换能面积。由于活塞要频繁的往复运动，又要间隔两腔空气，因而就必须保证其耐磨和密封，目前多采用铸铁活塞以及型或者型密封圈实现密封。活塞的外径即也是气缸的内径，两者的配合精度，取决于采用何种形式的密封圈，一般多采用配合，活塞表面粗糙度。活塞的宽度取决于密封圈的排数，一般采用两排密封圈。活塞上沟槽的深度和宽度根据所选用的密封圈来决定。3.活塞杆及其强度校核活塞杆的作用就是将活塞转换出的机械能以机械力的形式推动负载运动，对活塞杆，不仅仅要进行结构设计（与活塞和外接负载的连接方式等），还要进行强度校核。活塞杆在工作过程中，不仅要受到轴向力的拉伸，还要受到轴向压缩，因此要做强度校核和稳定性校核。对活塞杆的长度时，要进行强度校核，即活塞杆的直径为：F为活塞所受的外力；为活塞杆材料的许应力。4.气缸的缓冲结构为防止气缸在行程末端时，活塞以很大的速度（一般为左右）撞向端面，引起气缸震动的损坏，常常采用带有缓冲装置的缓冲气缸应用在工程实践中。5.气缸的其他设计在气缸的设计中，除了以上几个问题是特别要小心的以外，还有就是缸体与缸盖、活塞与活塞杆之间的连接。缸盖本身的结构等方面的问题在设计中都是需要充分考虑的几大因素。尤其要注意气缸内的几处密封结构的设计，不仅仅要保证其密封可靠，还要考虑到其使用寿命以及起动力等方面的因素。图3.12即是一只普通的单作用双活塞气缸的结构平面剖析图。单活塞双作用气缸由活塞分成两个腔室，有杆腔（简称头腔或前腔）和无杆腔（简称尾腔或后腔）。有活塞杆的称为有杆腔，无活塞杆的称为无杆腔。当压缩空气进入无杆腔时，压缩空气作用在活塞右端面上的力将克服各种反作用力，推动活塞前进，有杆腔内的空气排入大气，使活塞杆伸出；反之，当压缩空气进入有杆腔时，活塞便向右运动，活塞被退回。气缸无杆腔和有杆腔的交替进气和排气，使活塞杆伸出和退回，气缸实现往复直线运动。为了减缓运动冲击，在活塞端部设置缓冲柱塞，在端盖上开有相应的缓冲柱塞孔，并装上缓冲节流阀和缓冲密封圈，组成气缸的缓冲装置，当活塞运动接近行程末端，缓冲柱塞进入缓冲柱塞孔，主排气管通道被堵死，排气腔内的剩余空气只能通过缓冲节流阀排出。排气腔内气体压力升高，使活塞的运动逐渐减慢，达到缓冲的目的。调节缓冲节流阀开度，可控制活塞的缓冲速度。这种设置缓冲装置的气缸称为缓冲气缸。设计的气缸如图3.12所示。1-后缸盖；2-密封圈；3-缓冲密封圈；4-活塞密封圈；5-活塞；6-缓冲柱塞；7-活塞杆；8-缸筒；9-缓冲节流阀；10-导向阀；11-前缸盖；12-防尘密封圈；13-磁铁；14-导向阀图3.12 普通型单活塞双作用气缸结构图第四章 驱动电路设计4.1 步进电机的种类以及工作原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件，步进电机受驱动控制线路的控制，在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。步进电机的主要特性：1）步进电机必须加驱动才可以运转，驱动型号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比；2）步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；3）改变脉冲的顺序，可以方便的改变转动的方向。4.1.1 步进电机的种类步进电机的分类方式很多，常见的分类方式有按产生力矩的原理、按输出力矩的大小以及按定子和转子的数量进行分类等。根据不同的分类方式，可将步进电机分为多种类型，如表4.1所示。4.1.2 步进电机的工作原理步进电动机按其输出扭矩的大小，可分为快速步进电动机与功率步进电动机；按其励磁相数可分为三相、四相、五相、六相；按其工作原理可以分为磁电式和反应式两大类。1）步进电机定子绕组的通电状态每改变一次，它的转子便转过一个确定的角度，即步进电机的步距角； 2）改变步进电机定子绕组的通电顺序，转子的旋转方向随之改变； 3）步进电机定子绕组通电状态的改变速度越快，其转子旋转的速度越快，即通电状态的变化频率越高，转子的转速越高； 4）步进电机步距角与定子绕组的相数 m 、转子的齿数 z 、通电方式 k 有关，可用下式表示：式中m相m拍时，k=1 ；m相2m拍时， k=2；依此类推。若按五相十拍通电方式工作，则步距角为：表4.1 步进电机的分类分 类 方 式具 体 类 型力矩产生的原