接插件自动检测上料机构设计

本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 36 页1 绪论在自动化生产线上，工件按一定的节拍和方位送到工作位置，经过加工，装配或包装后再取下。如果工件的供送和取下采用手工操作，不仅体力劳动繁重，而且生产效率也不可能提高。本文介绍的接插件自动检测上料机构生产设备系统，是在电机驱动下通过皮带（同步带）传动将接插件原料输送到汽缸前，在汽缸的推力下进入下料槽，在前面工件进入料槽的同时，后面工件陆续进入料槽，于是实现连续供料。 工件必须按要求停放在规定位置，等待搬运站机械手取走工件，于是这里采用了气动装置运送工件。即在工件进入上料装置后，气动推至指定位置，当料被取走后，上料装置复位，等待下一工件进入，如此往复循环完成上料。本动作过程中，工件检测通过光电传感器来实现，位置的控制是依靠行程开关，整个系统由 PLC 控制。这种上料装置不仪生产率高，且通用性广，适用于各种的接插件例如 RJ45 等零件的自动上料。该课题来源于生产实际，主要解决生产中人工检测接插件效率低、劳动强度大、误判等问题，为企业设计接插件的自动检测装置，实现接插件检测上料自动化，实现不良品的自动判别和剔除，提升企业生产技术水平，并为同类问题的解决提供参考方案。11 自动检测上料现状自动化生产的产品常常是成批大量的，在生产过程中要把工件按一定的节拍和方位送到工作位置。文中针对各种小型柱、套、盖、片等物料的自动上料，如型号为RJ45的接插件，设计完成了上料站总体结构、气动控制系统原理图、PLC控制程序。具有一定的实用价值。为了检测这些产品或者检测生产这些产品的设备，那么急需设计出成本较低，测量精度相对较高，测量速度较快的测量装置。如此才可以满足快速发展的自动化生产线对测量技术的更高要求。国外西欧美日等国家在这方面已经有了长足的发展，各种检测设备已投入市场。但是此类设备成本昂贵，且是针对某一检测范围的各种零件的检测。自动化的迅速进展，广大用户要求快速测量工件的整体形状精度，这已成为该领域近期的发展趋势。所以，高价购买的国外检测设备实属浪费。而我国在检测技术上已达到国际先进水平，只是没有将先进的技术转化为生产力。为解决我国中小企业在检测方面遇到的问题，设计了检测精度、效率都较高的自动检测装 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 2 页 共 36 页置。12 自动检测上料的意义目前，我国散状原料的上料系统多采用人工目测上料量及手工操作方式，作业条件差、劳动强度大、生产效率和设备利用率低，生产过程的可靠性、稳定性和精确性都较差，这与许多企业已实现的后段工序生产过程自动化状况极不适应因此应用微机技术对上料系统实现自动控制是极为重要的。据资料介绍，德国、日本等工业发达国家已率先研制出微机控制的冲量式流量计，并广泛应用于冶金、矿山等行业自动检测上料系统模块化技术是制造业由传统的单一品种大批量加工模式向多品种、中小批量方式发展的关键技术之一。该项技术研究开创了一种模块化、组合化的自动检测系统, 即将整个系统分为几个独立而又互相关联的模块, 各个模块具有自身的运动精度和位置精度, 它可缩短自动检测系统研制周期及降低设计成本, 及时为企业提供所需的自动检测设备。该项目以检测难度大、检测项目多、检测精度要求高、检测批量大等为特点, 以油泵油嘴行业的三大精密偶件检测为代表, 进行了应用研究。自动检测系统由自动上料定位系统, 全自动分选下料系统等五个部分组成, 被测工件从上料测量直至下料, 皆通过高精度的机械及定位系统准确地传送到指定位置。并在测量工位上全自动测量系统又通过二次定位结构, 保证了测量系统的定位精度, 同时为根据需求更换测量模块提供了极大方便。模块化自动检测系统适用于小型零件或偶件的自动检测分选, 工件或偶件的尺寸范围在303080mm 以内可直接应用, 有些做少许改动也能适用。应用自动检测模块化技术, 研制的小尺寸精密零件及偶件全自动检测与分选设备, 发挥了机、电、气、光与计算机一体化的优越性, 设计起点高, 智能化程度高, 使得多种几何量参数或多种综合性能参数能同时自动进行高精度测量并自动分选, 该项技术属国内领先水平。并可推广到汽车、轴承、压缩机、液压、气动等行业应用。为某电子接插件产品设计自动检测装置，实现自动上料、卸料，完成对该产品的OPEN检测，完成LED通断检测，并将相应不良品分别剔除。2 上料检测机构的构造及其工艺分析21 被检测元件的介绍 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 36 页211 RJ45 型网卡接口RJ45 接 口 通 常 用 于 数 据 传 输 ， 最 常 见 的 应 用 为 网 卡 接 口 。 RJ45 是 各 种 不 同 接 头 的 一 种 类 型 （ 例 如 ： RJ11 也 是 接 头 的 一 种 类 型 ， 不 过它 是 电 话 上 用 的 ） ； RJ45 头 跟 据 线 的 排 序 不 同 的 法 有 两 种 ， 一 种 是 橙 白 、 橙 、 绿白 、 蓝 、 蓝 白 、 绿 、 棕 白 、 棕 ； 另 一 种 是 绿 白 、 绿 、 橙 白 、 蓝 、 蓝 白 、 橙 、 棕 白 、棕 ； 因 此 使 用 RJ45 接 头 的 线 也 有 两 种 即 ： 直 通 线 、 交 插 线 。 10 100base tx RJ45 接 口 是 常 用 的 以 太 网 接 口 ， 支 持 10 兆 和 100 兆 自 适 应 的 网 络 连 接 速 度 ，网 卡 上 以 及 Hub 上 接 口 的 外 观 为 8 芯 母 插 座 ， 如 图 1：、图 1 接 口RJ45 接 口 pc 端 的 ， 网 线 为 8 芯 公 插 头2 1 2 RJ45 型 网 线 插 头RJ45 型 网 线 插 头 又 称 水 晶 头 ， 共 有 八 芯 做 成 ， 广 泛 应 用 于 局 域 网 和 ADSL 宽 带 上 网 用 户 的 网 络 设 备 间 网 线 （ 称 作 五 类 线 或 双 绞 线 ） 的 连 接 。 在 具 体 应 用 时 ，RJ45 型 插 头 和 网 线 有 两 种 连 接 方 法 （ 线 序 ） ， 分 别 称 作 T568A 线 序 和 T568B 线 序 。 如 图 2：图 2 接 头RJ45 型 网 线 插 头 引 脚 号 的 识 别 方 法 是 ： 手 拿 插 头 ， 有 8 个 小 镀 金 片 的 一 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 36 页端 向 上 ， 有 网 线 装 入 的 矩 形 大 口 的 一 端 向 下 ， 同 时 将 没 有 细 长 塑 料 卡 销 的 那 个 面对 着 你 的 眼 睛 ， 从 左 边 第 一 个 小 镀 金 片 开 始 依 次 是 第 1 脚 、 第 2 脚 、 、 第 8 脚 。2 1 3 RJ45 型 网 卡 接 插 件 规 格 参 数图 3 接 插 件 规 格22 上料检测机构的构造 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 36 页图 4 整体结构整个机构的构造如图 4 所示，主要包括：电机，同步带（轮） ，汽缸，传动轴，卡槽，检测电路，支撑架和底板等。23 工艺分析231 原始数据及技术要求1.装置的设计以某一接插件为例，如 RJ45；2.检测要求：OPEN 检测，不良品剔除；SHORT 检测，不良品剔除；LED 通断检测，不良品剔除。3.合格产品直接流入生产流线，装置的总体外形尺寸尽量小。232 自动上料模块、下料分选模块的主要技术指标为某电子接插件产品设计自动检测装置，实现自动上料、卸料，完成对该产品的OPEN 检测，完成LED通断检测，并将相应不良品分别剔除。(1) 定位精度: 0. 1mm(2) 下料分组数: 6 组(3) 效率: 每件2 秒(4) 无划伤、碰伤、工件无分离233 外部控制 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 36 页(1) 同步带要求顺着到所上料仓的上料方向逆起顺停。 (2) 同步带控制从属于流程选择方式:自动、手动、非常手动。 (3) 当同步带带工作机在自动方式时，汽缸、卡槽及推杆根据需要可以工作在 手动或非常手动方式。 234 连锁控制(1)汽缸在自动、手动、非常手动等上位操作方式下，只要皮带未运行，汽缸不运行。(2) 当所设定的上料量完成后，自动停机。 (3) 汽缸在自动、手动操作方式下，当所选择的上料料仓到达汽缸位或卡槽位时，汽缸自动停止。 3 自动检测上料机构设计方案由以上分析可知，从接插件的运送到自动检测再到最后的判断（合格品流入生产线 不合格品被剔除） ，需要两大条件：1.理论上的工作节拍。其中包含多个工位，每个工位之间必须紧密联系，相互配合。2.实际上的传输系统。这就包含多个传动和输送单元，例如电机，同步带轮，汽缸，卡槽等。以下对各个部分进行具体分析。3.1 拟定设计方案本机构的目的是为了达到接插件检测的自动化，同时又要保证检测，上料，剔除等工序的连续进行，因此必须从电气和力学两方面入手。开始时同步带轮被电机带动，进行匀速转动，从而带动同步带向前移动。被检测的 RJ45 型接口由人工放置于同步带上。在此，切记一重要步骤：即让接口的口部面向着正方向。后面会提到为什么需要这么做。在这里选择同步带结构，如图 5 所示。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 36 页图 5 同步带主要考虑到工件的匀速前进，以及工序的连续性。工件通过同步带到达第一个工位，即等待工位。即进入一个横向的流道，这个流道与同步带处于同一平面但互相垂直。这时第一个进入的工件被流道挡板挡住，气缸在 PLC 电路系统的控制下，把工件推入横向流道，一直推到流道末端，被挡板挡住。此时就进入了第二个工位。即待检测工位。横向流道如图 6 所示。图 6 通道接着气缸回复到原位，而同步带在同一时刻把第二个工件已经输送到第一工位，工件同样被挡板挡住，由气缸推入第二工位。而刚才的第一个零件，被一个带有 6个等宽和等高槽的卡板卡起，这里槽的宽度与深度，都和工件自身的尺寸相匹配。卡板如图 7 所示。图 7 卡板为一带有滑块的薄板。而这块卡板，为整个机构的一个核心运动部件。机构的设计目的，就是要让卡板在同一平面内，作 X 轴方向的水平运动，以及作 Y 轴方向的竖直运动。从而形成一个整体运动，这个运动相当于一个往复回路，运动轨迹是一个矩形。而卡板的起始位置，就是这个坐标轴的零点。其运动如图 8。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 36 页图 8 运动简图要实现这个设想，就必须放置一根横向导轨和一根纵向导轨。其中横向导轨的一端，连接另一个纵向滑块，而纵向导轨直接与地面相连接。这样，卡板上的滑块就能在横向导轨上水平方向移动，同时横向导轨上的滑块在纵向导轨上竖直方向移动，就达到了所预期的四方位往复运动。两根导轨如图 9 所示图 9 导轨为了让滑块移动，我们在这里采用了 2 个型号相同的气缸做控制单元。一个设置在横向滑块上，推动滑块进行横向运动。一个设置在纵向滑块上，推动滑块进行纵向运动。气缸的缸头推进部分用螺钉与滑块进行紧固，另一端缸体固定于地面。气缸推动的节拍也全程由 PLC 系统控制。气缸如图 10 所示 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 36 页图 10 气缸刚才进入卡板的第一个工件，此时被卡板卡住，向 Y 轴方向进给一个单位，再向 X 轴方向进给一个单位。此时的工件进入第三个工位，即检测工位。因为卡板上设置了 6 个卡槽，我们在这规定，第 1，3，5 号槽为检测槽，分别进行接插口的OPEN 检测，SHORT 检测，LED 通断检测。第 2，4，6 号槽为剔除槽，与 1，3，5 号槽分别对应。在每个槽的缺口处，各用一个气缸与之匹配。其中 1，3，5 号气缸头安装上检测用 RJ45 水晶插头，2，4，6 号气缸则为剔除气缸。另外，1，3，5 号气缸的运作是同步进行的，这样的目的是为了使检测时间缩短，可以同时检测 3 个接口，从而提高了生产效率。例如：第 1 号槽检测接插口的 OPEN 为合格，则由卡板运至 2号卡槽停留一下再运送到 3 号卡槽，进行 SHORT 检测。如果 OPEN 检测不合格，则运送至 2 号卡槽后，剔除气缸工作，对工件进行剔除。待 3 号卡槽检测 SHORT 为合格，再由卡板运至 4 号卡槽，停留下再运至 5 号卡槽进行 LED 通断检测。若 SHORT 检测不合格，则在 4 号卡糟处，由气缸进行剔除。如果 LED 通断检测为不合格，则在 6号卡槽处进行剔除。待 3 道检测程序都结束后，合格接插口由卡板运送至检测系统末端，直接流入生产线。值得注意的是，卡板在 2 个控制运动气缸的作用下，全程做着往复运动，使下一个工件也经过刚才的一道道工序，达到完全一样的效果。并且每个工件间是紧密而连续的，其中的检测气缸和剔除气缸的节拍，都由 PLC 系统负责控制。32 设计方案论证为达到从上料到检测再到不合格品的剔除最后到合格品直接流入生产线这一系列的工作，我们必须将整个机构划分为几个大的部分。其相互之间的联系与配合如图 11 所示，这个框图直接阐明了机构运作的过程。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 36 页接插件同步带助推气缸卡板OPEN 检测SHORT 检测LED 通断检测检测气缸合格品不合格品X，Y 轴方位气缸控制图 11 框图4 主要零件的选择及计算41 电机的选择为 了 解 决 几 个 工 位 节 拍 和 配 合 的 问 题 ， 本 机 构将 选 用 步 进 电 机 。 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 。 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 ， 当 步进 驱 动 器 接 收 到 一 个 脉 冲 信 号 ， 它 就 驱 动 步 进 电 机按 图 12 步 进 电 机 设 定 的 方 向 转 动 一 个 固 定 的 角 度 ， 称 为 “步 距角 ”， 它 的 旋 转 是 以 固 定 的 角 度 一 步 一 步 运 行 的 。 可 以 通 过 控 制 脉 冲 个 数 来 控 制角 位 移 量 ， 从 而 达 到 准 确 定 位 的 目 的 ； 同 时 可 以 通 过 控 制 脉 冲 频 率 来 控 制 电 机 转动 的 速 度 和 加 速 度 ， 从 而 达 到 调 速 的 目 的 。 由 于 脉 冲 信 号 数 与 步 距 角 的 线 性 关 系， 加 上 步 进 电 机 只 有 周 期 性 的 误 差 而 无 累 积 误 差 等 特 点 ， 使 得 在 速 度 、 位 置 等 控制 领 域 用 步 进 电 机 来 控 制 变 的 非 常 的 简 单 。 步 进 电 机 是 一 种 感 应 电 机 ， 它 的 工 作 原 理 是 利 用 电 子 电 路 ， 将 直 流 电 变 成 分时 供 电 的 ， 多 相 时 序 控 制 电 流 ， 用 这 种 电 流 为 步 进 电 机 供 电 ， 步 进 电 机 才 能 正 常生产线剔除气缸剔除 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 36 页工 作 ， 驱 动 器 就 是 为 步 进 电 机 分 时 供 电 的 ， 多 相 时 序 控 制 器 虽 然 步 进 电 机 已 被 广 泛 地 应 用 ， 但 步 进 电 机 并 不 能 象 普 通 的 直 流 电 机 ， 交流 电 机 在 常 规 下 使 用 。 它 必 须 由 双 环 形 脉 冲 信 号 、 功 率 驱 动 电 路 等 组 成 控 制 系 统方 可 使 用 。 因 此 用 好 步 进 电 机 却 非 易 事 ， 它 涉 及 到 机 械 、 电 机 、 电 子 及 计 算 机 等许 多 专 业 知 识 。 步 进 电 机 作 为 执 行 元 件 ， 是 机 电 一 体 化 的 关 键 产 品 之 一 , 广 泛 应 用 在 各 种自 动 化 控 制 系 统 中 。 随 着 微 电 子 和 计 算 机 技 术 的 发 展 ， 步 进 电 机 的 需 求 量 与 日 俱增 ， 在 各 个 国 民 经 济 领 域 都 有 应 用 。 4 1 1 分 类现 在 比 较 常 用 的 步 进 电 机 包 括 反 应 式 步 进 电 机 （ VR） 、 永 磁 式 步 进 电 机 （ PM） 、 混 合 式 步 进 电 机 （ HB） 和 单 相 式 步 进 电 机 等 。 永 磁 式 步 进 电 机 一 般 为 两 相 ， 转 矩 和 体 积 小 ， 步 进 角 为 7.5 度 或 15 度 ； 反 应 式 步 进 电 机 一 般 为 三 相 ， 可 实 现 大 转 矩 输 出 ， 步 进 角 一 般 为 1.5 度 ，但 噪 声 和 振 动 都 很 大 。 反 应 式 步 进 电 机 的 转 子 磁 路 由 软 磁 材 料 制 成 ， 定 子 上 有 多相 励 磁 绕 组 ， 利 用 磁 导 的 变 化 产 生 转 矩 。 混 合 式 步 进 电 机 是 指 混 合 了 永 磁 式 和 反 应 式 的 优 点 。 它 又 分 为 两 相 和 五 相 ：两 相 步 进 角 为 1.8 度 而 五 相 步 进 角 为 0.72 度 。 这 种 步 进 电 机 的 应 用 最 为 广 泛 。4 1 2 基 本 原 理通 常 电 机 的 转 子 为 永 磁 体 ， 当 电 流 流 过 定子 绕 组 时 ， 定 子 绕 组 产 生 一 矢 量 磁 场 。 该 磁场 会 带 动 转 子 旋 转 一 角 度 ， 使 得 转 子 的 一 对磁 场 方 向 与 定 子 的 磁 场 方 向 一 致 。 当 定 子 的矢 量 磁 场 旋 转 一 个 角 度 。 转 子 也 随 着 该 磁 场转 一 个 角 度 。 每 输 入 一 个 电 脉 冲 ， 电 动 机 转动 一 个 角 度 前 进 一 步 。 它 输 出 的 角 位 移 与 输入 的 脉 冲 数 成 正 比 、 转 速 与 脉 冲 频 率 成 正 比。 改 变 绕 组 通 电 的 顺 序 ， 电 机 就 会 反 转 。 所以 可 用 控 制 脉 冲 数 图 13 内 部 结 构 量 、 频 率 及 电 动 机 各 相 绕 组的 通 电 顺 序 来 控 制 步 进 电 机 的 转 动 。 4 1 3 步 进 电 机 的 一 些 基 本 参 数 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 36 页电 机 固 有 步 距 角 ： 它 表 示 控 制 系 统 每 发 一 个 步 进 脉 冲 信 号 ， 电 机 所 转 动 的 角 度 。 电 机 出 厂 时 给出 了 一 个 步 距 角 的 值 ， 如 86BYG250A 型 电 机 给 出 的 值 为 0.9/1.8（ 表 示 半 步工 作 时 为 0.9、 整 步 工 作 时 为 1.8） ， 这 个 步 距 角 可 以 称 之 为 电 机 固 有 步距 角 ， 它 不 一 定 是 电 机 实 际 工 作 时 的 真 正 步 距 角 ， 真 正 的 步 距 角 和 驱 动 器 有 关 。 步 进 电 机 的 相 数 ： 是 指 电 机 内 部 的 线 圈 组 数 ， 目 前 常 用 的 有 二 相 、 三 相 、 四 相 、 五 相 步 进 电 机 。电 机 相 数 不 同 ， 其 步 距 角 也 不 同 ， 一 般 二 相 电 机 的 步 距 角 为 0.9/1.8、 三相 的 为 0.75/1.5、 五 相 的 为 0.36/0.72 。 在 没 有 细 分 驱 动 器 时 ， 用 户主 要 靠 选 择 不 同 相 数 的 步 进 电 机 来 满 足 自 己 步 距 角 的 要 求 。 如 果 使 用 细 分 驱 动 器 ，则 相 数 将 变 得 没 有 意 义 ， 用 户 只 需 在 驱 动 器 上 改 变 细 分 数 ， 就 可 以 改 变 步 距角 。 保 持 转 矩 （ HOLDING TORQUE） ： 是 指 步 进 电 机 通 电 但 没 有 转 动 时 ， 定 子 锁 住 转 子 的 力 矩 。 它 是 步 进 电 机 最 重要 的 参 数 之 一 ， 通 常 步 进 电 机 在 低 速 时 的 力 矩 接 近 保 持 转 矩 。 由 于 步 进 电 机 的 输出 力 矩 随 速 度 的 增 大 而 不 断 衰 减 ， 输 出 功 率 也 随 速 度 的 增 大 而 变 化 ， 所 以 保 持 转矩 就 成 为 了 衡 量 步 进 电 机 最 重 要 的 参 数 之 一 。 比 如 ， 当 人 们 说 2N.m 的 步 进 电 机 ，在 没 有 特 殊 说 明 的 情 况 下 是 指 保 持 转 矩 为 2N.m 的 步 进 电 机 。 DETENT TORQUE： 是 指 步 进 电 机 没 有 通 电 的 情 况 下 ， 定 子 锁 住 转 子 的 力 矩 。 DETENT TORQUE 在 国 内 没 有 统 一 的 翻 译 方 式 ， 容 易 使 大 家 产 生 误 解 ； 由 于 反 应 式 步 进 电 机 的 转 子不 是 永 磁 材 料 ， 所 以 它 没 有 DETENT TORQUE。 4 1 4 步 进 电 机 特 点1 一 般 步 进 电 机 的 精 度 为 步 进 角 的 3-5%， 且 不 累 积 。 2 步 进 电 机 外 表 允 许 的 最 高 温 度 。 步 进 电 机 温 度 过 高 首 先 会 使 电 机 的 磁 性 材 料退 磁 ， 从 而 导 致 力 矩 下 降 乃 至 于 失 步 ， 因 此 电 机 外 表 允 许 的 最 高 温 度 应 取 决 于 不同 电 机 磁 性 材 料 的 退 磁 点 ； 一 般 来 讲 ， 磁 性 材 料 的 退 磁 点 都 在 摄 氏 130 度 以 上 ，有 的 甚 至 高 达 摄 氏 200 度 以 上 ， 所 以 步 进 电 机 外 表 温 度 在 摄 氏 80-90 度 完 全 正常 。 3 步 进 电 机 的 力 矩 会 随 转 速 的 升 高 而 下 降 。 当 步 进 电 机 转 动 时 ， 电 机 各 相 绕 组 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 36 页的 电 感 将 形 成 一 个 反 向 电 动 势 ； 频 率 越 高 ， 反 向 电 动 势 越 大 。 在 它 的 作 用 下 ， 电机 随 频 率 （ 或 速 度 ） 的 增 大 而 相 电 流 减 小 ， 从 而 导 致 力 矩 下 降 。 4 步 进 电 机 低 速 时 可 以 正 常 运 转 ,但 若 高 于 一 定 速 度 就 无 法 启 动 ,并 伴 有 啸 叫 声 。步 进 电 机 有 一 个 技 术 参 数 ： 空 载 启 动 频 率 ， 即 步 进 电 机 在 空 载 情 况 下 能 够 正 常 启动 的 脉 冲 频 率 ， 如 果 脉 冲 频 率 高 于 该 值 ， 电 机 不 能 正 常 启 动 ， 可 能 发 生 丢 步 或 堵转 。 在 有 负 载 的 情 况 下 ， 启 动 频 率 应 更 低 。 如 果 要 使 电 机 达 到 高 速 转 动 ， 脉 冲 频率 应 该 有 加 速 过 程 ， 即 启 动 频 率 较 低 ， 然 后 按 一 定 加 速 度 升 到 所 希 望 的 高 频 （ 电机 转 速 从 低 速 升 到 高 速 ） 。 步 进 电 动 机 以 其 显 著 的 特 点 ， 在 数 字 化 制 造 时 代 发 挥 着 重 大 的 用 途 。 伴 随 着不 同 的 数 字 化 技 术 的 发 展 以 及 步 进 电 机 本 身 技 术 的 提 高 ， 步 进 电 机 将 会 在 更 多 的领 域 得 到 应 用 。4 1 5 电 机 的 参 数 计 算功率，扭矩与转速计算：P= M=2n/60P=2nM/60 其 P 为功率单位为瓦， 为每秒角速度，单位为弧度，n 为每分钟转速，M 为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作） 其中 f 为每秒脉冲数（简称 PPS)42 同步带传动设计同步带传动早在 1900 年已有人研究并多次提出专利，但其实用化却是在二次世界大战以后。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件，随着二次大战后工业的发展而得到重视，于 1940 年由美国尤尼罗尔 (Unirayal)橡胶公司首先加以开发。1946 年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传动上。同步带传动的开发和应用，至今仅 60余年，但在各方面已取得迅速进展。421 分类1按用途分(1) 一般工业用同步带传动 即梯形齿同步带传动（图 14）。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。(2) 高转矩同步带传动 又称 HTD 带(High Torque Drive)或 STPD 带传动(Super 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 36 页Torque Positive Drive)。由于其齿形呈圆弧状(图 6-2)，在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中，如运输机械(飞机、汽车)、石油机械和机床、发电机等的传动。图 14 带轮结构(3) 特种规格同步带传动 这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动，如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。(4) 特殊用途的同步带传动 即为适应特殊工作环境制造的同步带。2. 按规格制度分(1) 模数制 同步带主要参数是模数 m(与齿轮相同)，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数。在 60 年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。图 15 齿型Pb节距 ht齿厚 hs带厚(2) 节距制 即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。由于节距制来源于英、美，其计量单位为英制或经换算的公制单位。(3) DIN 米制节距 DIN 米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节距数值不同于 ISO 节距制，计量单位为公制。在我国， 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 36 页由于德国进口设备较多，故 DIN 米制节距同步带在我国也有应用。随着人们对齿形应力分布的解析，开发出了传递功率更大的圆弧齿同步带，紧接着人们根据渐开线的展成运动，又开发出了与渐开线相近似的多圆弧齿形，使带齿和带轮能更好的啮合，使得同步带传动啮合性能和传动性得到进一步优化，且传动变得更平稳、同步带精确、噪音更小。三种齿形传递能力、噪音水平、打滑扭矩的比较如图 图 16 比较图422 同步带传动的优缺点1工作时无滑动，有准确的传动比同步带传动是一种啮合传动，虽然同步带是弹性体，但由于其中承受负载的承载绳具有在拉力作用下不伸长的特性，故能保持带节距不变，使带与轮齿槽能正确啮合，实现无滑差的同步传动，获得精确的传动比。2传动效率高，节能效果好由于同步带作无滑动的同步传动，故有较高的传动效率，一般可达 0.98。它与三角带传动相比，有明显的节能效果。3传动比范围大，结构紧凑同步带传动的传动比一般可达到 l0 左右，而且在大传动比情况下，其结构比三角带传动紧凑。因为同步带传动是啮合传动，其带轮直径比依靠摩擦力来传递动力的三角带带轮要小得多，此外由于同步带不需要大的张紧力，使带轮轴和轴承的尺寸都可减小。所以与三角带传动相比，在同样的传动比下，同步带传动具有较紧凑的结构。4维护保养方便，运转费用低由于同步带中承载绳采用伸长率很小的玻璃纤维、钢丝等材料制成，故在运转过程中带伸长很小，不需要像三角带、链传动等需经常调整张紧力。此外，同步带在运转中也不需要任何润滑，所以维护保养很方便，运转费比三角带、链、齿轮要低得多。5恶劣环境条件下仍能正常工作 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 36 页尽管同步带传动与其它传动相比有以上优点，但它对安装时的中心距要求等方面极其严格，同时制造工艺复杂、制造成本高。423 同步带的结构和尺寸规格1同步带结构如图 6-5 所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。工业用同步带带轮及截面形状如图所示。图 17 同步带结构1带背 2承载绳 3带齿 4包布带图 18 常用同步带轮结构a)RPP 同步带b)梯形齿同步带c)圆弧齿同步带d)梯形齿双面同步带e)圆弧齿双面同步带f)交错双面齿同步带 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 36 页图 19 常用同步带结构2同步带规格型号根据国标 GB/T11616-1989、GB/T11362-1989,我国同步带型号及标记方法分别如表 6-1 和图 6-8 所示。424 同步带的设计计算1失效形式和计算准则同步带传动主要失效形式有：(1) 承载绳断裂 原因是带型号过小和小带轮直径过小等。表 1 同步带型号 节 距型 号 名 称mm inMXL(Minima Extra Light)XXL(Extra Extra Light)XL(Extra Light)L(Light)H(Heavy)XH(Extra Heavy)XXH(Double Extra Heavy)最轻型超轻型特轻型轻 型重 型特重型最重型2.0323.1755.0809.52512.70022.22531.7500.080.125(1/8)0.200(1/4)0.375(3/8)0.5(1/2)0.875(7/8)1.25(a) (b)图 20 同步带标记举例(a) 单面齿同步带标记 (b) 双面齿同步带标记(2) 爬齿和跳齿 原因是同步带传递的圆周力过大、带与带轮间的节距差值过大、带的初拉力过小等。 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 36 页(3) 带齿的磨损 原因是带齿与轮齿的啮合干涉、带的张紧力过大等。(4) 其他失效方式 带和带轮的制造安装误差引起的带轮棱边磨损、带与带轮的节距差值太大和啮合齿数过少引起的带齿剪切破坏、同步带背的龟裂、承载绳抽出和包布层脱落等。在正常的工作条件下，同步带传动的设计准则是在不打滑的条件下，保证同步带的抗拉强度。在灰尘杂质较多的条件下，则应保证带齿的一定耐磨性。同 步 带 是 以 钢 丝 绳 或 玻 璃 纤 维 为 强 力 层 ， 外 覆 以 聚 氨 酯 或 氯 丁 橡 胶 的 环 形 带 ，带 的 内 周 制 成 齿 状 ， 使 其 与 齿 形 带 轮 啮 合 。 同 步 带 传 动 时 ， 传 动 比 准 确 ， 对 轴 作 用 力 小 ， 结 构 紧 凑 ， 耐 油 ， 耐 磨 性 好 ，抗 老 化 性 能 好 ， 一 般 使 用 温 度 -20 80 ， v50m/s， P300kw,i10,对 于 要 求同 步 的 传 动 也 可 用 于 低 速 传 动 。 同 步 带 传 动 是 由 一 根 内 周 表 面 设 有 等 间 距 齿 形 的 环 行 带 及 具 有 相 应 吻 合 的 轮所 组 成 。 它 综 合 了 带 传 动 、 链 传 动 和 齿 轮 传 动 各 自 的 优 点 。 转 动 时 ， 通 过 带 齿 与轮 的 齿 槽 相 啮 合 来 传 递 动 力 。 同 步 带 传 动 具 有 准 确 的 传 动 比 ， 无 滑 差 ， 可 获 得恒 定 的 速 比 ， 传 动 平 稳 ， 能 吸 振 ， 噪 音 小 ， 传 动 比 范 围 大 ， 一 般 可 达 1:10。 允许 线 速 度 可 达 50M/S， 传 递 功 率 从 几 瓦 到 百 千 瓦 。 传 动 效 率 高 ， 一 般 可 达 98%，结 构 紧 凑 ， 适 宜 于 多 轴 传 动 ， 不 需 润 滑 ， 无 污 染 ， 因 此 可 在 不 允 许 有 污 染 和 工 作环 境 较 为 恶 劣 的 场 所 下 正 常 工 作 。 本 产 品 广 泛 用 于 纺 织 、 机 床 、 烟 草 、 通 讯 电缆 、 轻 工 、 化 工 、 冶 金 、 仪 表 仪 器 、 食 品 、 矿 山 、 石 油 、 汽 车 等 各 行 业 各 种 类 型的 机 械 传 动 中 。 4 2 5 同 步 轮 简 介 同 步 轮 ,一 般 由 材 料 45#钢 ,铝 合 金 ,铜 ， 尼 龙 等 ,材 料 加 工 而 成 . 广 泛 用 于 机 床 纺 织 印 刷 食 品 包 装 电 线 电 缆 仪 器 仪 表 石 油 化 工 烟 草 通 讯 等 各 行 业 的 新 型 机 械 带 传 动 中 。 同 步 轮 与 同 步 带 配 合 使 用 ! 图 21 同 步 轮 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 36 页同 步 轮 规 格 梯 形 齿 T 型 同 步 带 轮 HTD(STD) 同 步 带 轮 4 2 6 同 步 带 轮 的 计 算 公 式同 步 带 轮 的 节 圆 直 径 计 算 ： Dp=pZ/ Dp： 节 径 Z ： 齿 数 ： 圆 周 率 同 步 带 轮 实 际 外 圆 直 径 计 算 ： De= Dp-2 Dp： 节 径 ： 节 顶 距 同 步 带 轮 中 心 距 及 同 步 带 节 线 长 计 算 L ： 近 似 皮 带 节 线 长 C ： 两 轴 的 中 心 距 Dp ： 大 带 轮 的 节 径 dp ： 小 带 轮 节 径 中 心 距 的 确 定 B= L 1.57 (Dp + dp) L： 皮 带 节 线 长 43 气动控制系统设计431 气缸的介绍引 导 活 塞 在 其 中 进 行 直 线 往 复 运 动 的 圆 筒 形 金 属 机 件 。 工 质 在 发 动 机 气 缸中 通 过 膨 胀 将 热 能 转 化 为 机 械 能 ； 气 体 在 压 缩 机 气 缸 中 接 受 活 塞 压 缩 而 提 高 压力 。 涡 轮 机 、 旋 转 活 塞 式 发 动 机 等 的 壳 体 通 常 也 称 “气 缸 ”。 气 缸 的 应 用 领 域 ： 印 刷 （ 张 力 控 制 ） 、 半 导 体 （ 点 焊 机 、 芯 片 研 磨 ） 、 自 动 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 36 页化 控 制 、 机 器 人 等 等 。 因为系统承受负载不大，而且行程也不长，本装置选用轻巧型 CG1 系列双作用气缸，缸径为 20mm，结构简单，行程可以根据需要选择。采用气缓冲，缸筒为无杆缸盖压成一体，缸筒与杆盖为螺纹连接，缸筒、缸盖和活塞都采用铝合金，轴向尺寸短，重量比其它系列气缸轻 10一 50。4 3 2 气 缸 的 种 类气 压 传 动 中 将 压 缩 气 体 的 压 力 能 转 换 为 机 械 能 的气 动 执 行 元 件 。 气 缸 有 作 往 复 直 线 运 动 的 和 作 往 复摆 动 的 两 类 （ 见 图 ） 。 作 往 复 直 线 运 动 的 气 缸 又 可分 为 单 作 用 、 双 作 用 、 膜 片 式 和 冲 击 气 缸 4 种 。 单 作 用 气 缸 ： 仅 一 端 有 活 塞 杆 ， 从 活 塞 一 侧 供 气聚能 产 生 气 压 ， 气 压 推 动 活 塞 产 生 推 力 伸 出 ， 靠 弹 簧 图 22 气 缸 或 自 重 返 回 。 双 作 用 气 缸 ： 从 活 塞 两 侧 交 替 供 气 ， 在 一 个 或 两 个 方 向 输 出 力。 膜 片 式 气 缸 ： 用 膜 片 代 替 活 塞 ， 只 在 一 个 方 向 输 出 力 ， 用 弹 簧 复 位 。 它 的 密封 性 能 好 ， 但 行 程 短 。 冲 击 气 缸 ： 这 是 一 种 新 型 元 件 。 它 把 压 缩 气 体 的 压 力 能转 换 为 活 塞 高 速 (10 20 米 秒 )运 动 的 动 能 ， 借 以 作 功 。 冲 击 气 缸 增 加 了 带 有喷 口 和 泄 流 口 的 中 盖 。 中 盖 和 活 塞 把 气 缸 分 成 储 气 腔 、 头 腔 和 尾 腔 三 室 。 它 广 泛用 于 下 料 、 冲 孔 、 破 碎 和 成 型 等 多 种 作 业 。 作 往 复 摆 动 的 气 缸 称 摆 动 气 缸 ， 由 叶片 将 内 腔 分 隔 为 二 ， 向 两 腔 交 替 供 气 ， 输 出 轴 作 摆 动 运 动 ， 摆 动 角 小 于 280。 此 外 ， 还 有 回 转 气 缸 、 气 液 阻 尼 缸 和 步 进 气 缸 等 。4 3 3 气 缸 的 作 用 与 分 类 将 压 缩 空 气 的 压 力 能 转 换 为 机 械 能 ， 驱 动 机 构 作 直 线 往 复 运 动 、 摆 动 和 旋 转运 动 。 直 线 运 动 往 复 运 动 的 气 缸 、 摆 动 运 动 的 摆 动 气 缸 、 气 爪 等 。 4 3 4 气 缸 的 结 构气 缸 是 由 缸 筒 、 端 盖 、 活 塞 、 活 塞 杆 和 密 封 件 组 成 ， 其 内 部 结 构 如 图 所 示 ： 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 36 页图 23 气 缸 的 结 构1） 缸 筒 缸 筒 的 内 径 大 小 代 表 了 气 缸 输 出 力 的 大 小 。 活 塞 要 在 缸 筒 内 做 平 稳 的 往 复 滑动 ， 缸 筒 内 表 面 的 表 面 粗 糙 度 应 达 到 Ra0.8um。 对 钢 管 缸 筒 ， 内 表 面 还 应 镀 硬 铬 ，以 减 小 摩 擦 阻 力 和 磨 损 ， 并 能 防 止 锈 蚀 。 缸 筒 材 质 除 使 用 高 碳 钢 管 外 ， 还 是 用 高强 度 铝 合 金 和 黄 铜 。 小 型 气 缸 有 使 用 不 锈 钢 管 的 。 带 磁 性 开 关 的 气 缸 或 在 耐 腐 蚀环 境 中 使 用 的 气 缸 ， 缸 筒 应 使 用 不 锈 钢 、 铝 合 金 或 黄 铜 等 材 质 。 SMC CM2 气 缸 活 塞 上 采 用 组 合 密 封 圈 实 现 双 向 密 封 ， 活 塞 与 活 塞 杆 用 压 铆 链接 ， 不 用 螺 母 。 2） 端 盖 端 盖 上 设 有 进 排 气 通 口 ， 有 的 还 在 端 盖 内 设 有 缓 冲 机 构 。 杆 侧 端 盖 上 设 有 密封 圈 和 防 尘 圈 ， 以 防 止 从 活 塞 杆 处 向 外 漏 气 和 防 止 外 部 灰 尘 混 入 缸 内 。 杆 侧 端 盖上 设 有 导 向 套 ， 以 提 高 气 缸 的 导 向 精 度 ， 承 受 活 塞 杆 上 少 量 的 横 向 负 载 ， 减 小 活塞 杆 伸 出 时 的 下 弯 量 ， 延 长 气 缸 使 用 寿 命 。 导 向 套 通 常 使 用 烧 结 含 油 合 金 、 前 倾铜 铸 件 。 端 盖 过 去 常 用 可 锻 铸 铁 ， 现 在 为 减 轻 重 量 并 防 锈 ， 常 使 用 铝 合 金 压 铸 ，微 型 缸 有 使 用 黄 铜 材 料 的 。 3） 活 塞 活 塞 是 气 缸 中 的 受 压 力 零 件 。 为 防 止 活 塞 左 右 两 腔 相 互 窜 气 ， 设 有 活 塞 密 封圈 。 活 塞 上 的 耐 磨 环 可 提 高 气 缸 的 导 向 性 ， 减 少 活 塞 密 封 圈 的 磨 耗 ， 减 少 摩 擦 阻力 。 耐 磨 环 长 使 用 聚 氨 酯 、 聚 四 氟 乙 烯 、 夹 布 合 成 树 脂 等 材 料 。 活 塞 的 宽 度 由 密 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 36 页封 圈 尺 寸 和 必 要 的 滑 动 部 分 长 度 来 决 定 。 滑 动 部 分 太 短 ， 易 引 起 早 期 磨 损 和 卡 死 。活 塞 的 材 质 常 用 铝 合 金 和 铸 铁 ， 小 型 缸 的 活 塞 有 黄 铜 制 成 的 。 4） 活 塞 杆 活 塞 杆 是 气 缸 中 最 重 要 的 受 力 零 件 。 通 常 使 用 高 碳 钢 ， 表 面 经 镀 硬 铬 处 理 ，或 使 用 不 锈 钢 ， 以 防 腐 蚀 ， 并 提 高 密 封 圈 的 耐 磨 性 。 5） 密 封 圈 回 转 或 往 复 运 动 处 的 部 件 密 封 称 为 动 密 封 ， 静 止 件 部 分 的 密 封 称 为 静 密 封 。缸 筒 与 端 盖 的 连 接 方 法 主 要 有 以 下 几 种 ： 整 体 型 、 铆 接 型 、 螺 纹 联 接 型 、 法 兰 型 、拉 杆 型 。 6） 气 缸 工 作 时 要 靠 压 缩 空 气 中 的 油 雾 对 活 塞 进 行 润 滑 。 也 有 小 部 分