畢業(yè)論文定稿-基于PLC的DVD盒自動定型輸送線設計

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原版文檔，無刪減，可編輯，歡迎下載詳細圖紙可扣扣咨詢 414951605 或 1304139763分類號密級‘寧畢 業(yè) 設 計 (論 文 )基于 PLC 的 DVD 盒自動定型輸送線設計所 在 學 院專 業(yè)班 級姓 名學 號指 導 老 師年 月 日誠信承諾我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《基于 PLC 的 DVD 盒自動定型輸送線設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。承諾人（簽名）：年月日I摘 要DVD 盒自動生產線主要有取盒，翻折、堆放、冷卻、傳輸?shù)葞椎乐匾ば?。剛由注塑機注塑成型的一個 DVD 盒塑料制品形狀扁平，經過 DVD 盒氣動折疊合蓋裝置的自動折疊合蓋，并由搬運將 DVD 盒子轉移到輸送帶上，并同時在輸送帶上完成冷卻定型過程。本課題即要求完成對該 DVD 盒自動定型輸送線的設計。使用自動化設備實現(xiàn)生產自動化一方面可以大大減輕工人勞動負擔，另一方面使得整個工作過程可控性更強，產品品質更一致。介紹了 DVD 盒的手工生產流程,利用 PLC 和觸摸屏進行軟硬件設計,實現(xiàn) DVD 盒自動化生產,給出 DVD 盒自動化生產線控制系統(tǒng)的部分觸摸屏界面,工作時序圖和流程圖。實踐證明,系統(tǒng)運行穩(wěn)定,操作簡便,滿足設計的要求,值得推廣應用。關鍵詞：DVD 盒，PLC ，IIAbstractAutomaticDVDboxproductionaremainlyfromtheboxline,folding,stacking,cooling,transmissionofseveralimportantprocedures.JustbyaDVDboxplasticinjectionmoldingmachine,flatshape,afterautomaticfoldinglidofDVDboxpneumaticfoldingliddevice,andtheconveyingmanipulatorDVDboxtotheconveyorbelt,andatthesametimetocompletecoolingprocessontheconveyorbelt.ThisprojectisrequiredtocompletetheautomaticdesignoftransmissionlineontheDVDbox.Theuseofautomationequipmenttoachieveproductionautomationcangreatlyreducethelaborburden,ontheotherhand,makesthewholeprocessmorecontrollable,moreconsistentproductquality.IntroducedtheDVDboxmanualproductionprocess,theuseofPLCandtouchscreendesignofhardwareandsoftwareimplementationofDVDbox,automaticproduction,partoftouchscreeninterfaceisthecontrolsystemoftheDVDboxofautomaticproductionline,theworksequencediagramandflowchart.Practicehasproved,stableoperation,simpleoperation,meetthedesignrequirements,itisworthyofpopularizationandapplication.KeyWords: DVDbox, PLC, mechanicalhandIII目錄摘 要 .IAbstract II目錄 .III第 1 章 緒論.11.1 課題介紹 .11.2 PLC 介紹 21.2.1 PLC 的基本概念 .21.2.2 構成 .21.2.3 PLC 的工作原理 .31.2.4 PLC 的技術原理 .51.3 本章小結 5第 2 章 方案論證.62.1 自動化輸送線定義 .62.2 自動化輸送線生產的基本原理 .62.4 自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點 .62.5 本章小結 .7第 3 章 DVD 盒自動定型輸送線結構設計 93.1 傳送帶的設計 .93.2 同步帶的概述 .93.2.1 同步帶介紹 93.2.2 同步帶的特點 103.2.5 同步帶分類 113.3 同步帶傳動計算 .113.3.1 同步帶計算選型 113.3.2 同步帶的主要參數(shù)（結構部分） 143.3.3 同步帶的設計 163.3.4 同步帶輪的設計 16IV3.4 電機的選擇 .173.4.1 電機的分類 173.4.2 步進電機的選擇 183.5 氣缸的選擇 .193.6 初步確定氣缸參數(shù) .21第 4 章 DVD 盒自動定型輸送線 PLC 控制系統(tǒng)的設計 .234.1 I/O 點數(shù)分配 264.2 PLC 外部接線圖 274.3 控制原理 .274.4 PLC 程序設計 294.4.1 總體程序框圖 294.4.2 初始化及報警程序 314.4.3 手動控制程序 324.4.4 自動控制程序 33總結.36致謝.37參考文獻.38VVIVIIVIII寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）1第 1 章 緒論1.1 課題介紹制造業(yè)歷來是國民經濟的重要組成部分為了提高制造業(yè)的技術水平，制造業(yè)在其發(fā)展歷程中一直在進行著不同水平、不同類型的自動化。進人 8 十年代后，隨著微電子技術和通信技術的吃速發(fā)展，制造業(yè)自動化進人到一個新的姍代一基于計算機的集成制造時代，并且正在向基于人工智能，人—機協(xié)調，人—自然協(xié)調的生態(tài)工廠時代邁進。促使制造業(yè)自動化發(fā)展的 3 個技術因素是:自動化單元技術 :自動化的方法學或哲理; 與制造業(yè)自動化有關的基礎技術。工業(yè)自動化技術是一種運用控制理論、儀器儀表、計算機和其他信息技術，對工業(yè)生產過程實現(xiàn)檢測、控制、優(yōu)化、調度、管理和決策，達到增加產量、提高質量、降低消耗、確保安全等目的綜合性高技術，包括工業(yè)自動化軟件、硬件和系統(tǒng)三大部分。工業(yè)自動化技術作為 20 世紀現(xiàn)代制造領域中最重要的技術之一，主要解決生產效率與一致性問題。無論高速大批量制造企業(yè)還是追求靈活、柔性和定制化企業(yè)，都必須依靠自動化技術的應用。自動化系統(tǒng)本身并不直接創(chuàng)造效益，但它對企業(yè)生產過程起著明顯的提升作用：（1）提高生產過程的安全性；（2）提高生產效率；（3）提高產品質量；（4）減少生產過程的原材料、能源損耗。據(jù)國際權威咨詢機構統(tǒng)計，對自動化系統(tǒng)投入和企業(yè)效益方面提升產出比約 1：4至 1：6 之間。特別在資金密集型企業(yè)中，自動化系統(tǒng)占設備總投資 10%以下，起到“四兩撥千金”的作用。傳統(tǒng)的工業(yè)自動化系統(tǒng)即機電一體化系統(tǒng)主要是對設備和生產過程的控制，即由機械本體、動力部分、測試傳感部分、執(zhí)行機構、驅動部分、控制及信號處理單元、接口等硬件元素，在軟件程序和電子電路邏輯的有目的的信息流引導下，相互協(xié)調、有機融合和集成，形成物質和能量的有序規(guī)則運動，從而組成工業(yè)自動化系統(tǒng)或產品。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）2在工業(yè)自動化領域，傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)經歷了繼基地式氣動儀表控制系統(tǒng)、電動單元組合式模擬儀表控制系統(tǒng)、集中式數(shù)字控制系統(tǒng)和集散式控制系統(tǒng) DCS 的發(fā)展歷程。近年來，隨著控制技術、計算機、通信、網絡等技術的發(fā)展，信息交互溝通的領域正迅速覆蓋從工廠的現(xiàn)場設備層到控制、管理各個層次。工業(yè)控制機系統(tǒng)一般是指對工業(yè)生產過程及其機電設備、工藝裝備進行測量與控制的自動化技術工具(包括自動測量儀表、控制裝置)的總稱。今天，對自動化最簡單的理解也轉變?yōu)椋河脧V義的機器（包括計算機）來部分代替或完全取代或超越人的體力。1.2 PLC 介紹1.2.1 PLC 的基本概念早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制（Programmable Logic Controller, PLC） ，它主要用來代替繼電器實現(xiàn)邏輯控制。隨著技術的發(fā)展，這種采用微型計算機技術的工業(yè)控制裝置的功能已經大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡稱 PC。但是為了避免與個人計算機（Personal Computer）的簡稱混淆，所以將可編程序控制器簡稱 PLC,PLC 自 1969 年美國數(shù)據(jù)設備公司（DEC）研制出現(xiàn)，現(xiàn)行美國，日本，德國的可編程序控制器質量優(yōu)良，功能強大。1.2.2 構成a、電源PLC 的電源在整個系統(tǒng)中起著十分重要的作用。如果沒有一個良好的、可靠的電源系統(tǒng)是無法正常工作的，因此 PLC 的制造商對電源的設計和制造也十分重視。一般交流電壓波動在+10%(+15%）范圍內，可以不采取其它措施而將 PLC 直接連接到交流電網上去b.中央處理單元（CPU)中央處理單元（CPU）是 PLC 的控制中樞。它按照 PLC 系統(tǒng)程序賦予的功能接收并存儲從編程器鍵入的用戶程序和數(shù)據(jù)；檢查電源、存儲器、I/O 以及警戒定時器的狀態(tài)，并能診斷用戶程序中的語法錯誤。當 PLC 投入運行時，首先它以掃描的方式接收現(xiàn)場各輸入裝置的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并分別存入 I/O 映象區(qū)，然后從用戶程序存儲器中逐條讀取用戶程序，經過命令解釋后按指令的規(guī)定執(zhí)行邏輯或算數(shù)運算的結果送入 I/O寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）3映象區(qū)或數(shù)據(jù)寄存器內。等所有的用戶程序執(zhí)行完畢之后，最后將 I/O 映象區(qū)的各輸出狀態(tài)或輸出寄存器內的數(shù)據(jù)傳送到相應的輸出裝置，如此循環(huán)運行，直到停止運行。為了進一步提高 PLC 的可靠性，近年來對大型 PLC 還采用雙 CPU 構成冗余系統(tǒng)，或采用三 CPU 的表決式系統(tǒng)。這樣，即使某個 CPU 出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)仍能正常運行。c、存儲器存放系統(tǒng)軟件的存儲器稱為系統(tǒng)程序存儲器。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器。d、輸入輸出接口電路 1．現(xiàn)場輸入接口電路由光耦合電路和微機的輸入接口電路，作用是 PLC 與現(xiàn)場控制的接口界面的輸入通道。2．現(xiàn)場輸出接口電路由輸出數(shù)據(jù)寄存器、選通電路和中斷請求電路集成，作用 PLC 通過現(xiàn)場輸出接口電路向現(xiàn)場的執(zhí)行部件輸出相應的控制信號。e、功能模塊如計數(shù)、定位等功能模塊。f、通信模塊如以太網、RS485、Profibus-DP 通訊模塊等。1.2.3 PLC 的工作原理一.掃描技術當 PLC 投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。在整個運行期間，PLC的 CPU 以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。（一）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC 以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入 I/O 映象區(qū)中的相應的單元內。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O 映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會改變。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。(二）用戶程序執(zhí)行階段，在用戶程序執(zhí)行階段，PLC 總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序（梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據(jù)邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在 I/O 映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在 I/O 映象區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會發(fā)寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）4生變化，而其他輸出點和軟設備在 I/O 映象區(qū)或系統(tǒng) RAM 存儲區(qū)內的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即 I/O 指令則可以直接存取 I/O 點。即使用 I/O 指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會被更新，程序直接從 I/O 模塊取值，輸出過程影像寄存器會被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。（三）輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC 就進入輸出刷新階段。在此期間，CPU 按照 I/O 映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。這時，才是 PLC 的真正輸出。4、PLC 內部運作方式雖然 PLC 所使用之階梯圖程式中往往使用到許多繼電器、計時器與計數(shù)器等名稱，但PLC 內部并非實體上具有這些硬件，而是以內存與程式編程方式做邏輯控制編輯，并借由輸出元件連接外部機械裝置做實體控制。因此能大大減少控制器所需之硬件空間。實際上 PLC 執(zhí)行階梯圖程式的運作方式是逐行的先將階梯圖程式碼以掃描方式讀入CPU 中并最后執(zhí)行控制運作。在整個的掃描過程包括三大步驟， “輸入狀態(tài)檢查”、 “程式執(zhí)行”、 “輸出狀態(tài)更新”說明如下：步驟一“輸入狀態(tài)檢查 ”：PLC 首先檢查輸入端元件所連接之各點開關或傳感器狀態(tài)（1 或 0 代表開或關） ，并將其狀態(tài)寫入內存中對應之位置 Xn。步驟二“ 程式執(zhí)行” ：將階梯圖程式逐行取入 CPU 中運算，若程式執(zhí)行中需要輸入接點狀態(tài)，CPU 直接自內存中查詢取出。輸出線圈之運算結果則存入內存中對應之位置，暫不反應至輸出端 Yn。步驟三“輸出狀態(tài)更新”：將步驟二中之輸出狀態(tài)更新至 PLC 輸出部接點，并且重回步驟一。此三步驟稱為 PLC 之掃描周期，而完成所需的時間稱為 PLC 之反應時間，PLC 輸入訊號之時間若小于此反應時間，則有誤讀的可能性。每次程式執(zhí)行后與下一次程式執(zhí)行前，輸出與輸入狀態(tài)會被更新一次，因此稱此種運作方式為輸出輸入端“程式結束再生” 。5、PLC 的特點plc 具有以下鮮明的特點。 （1）系統(tǒng)構成靈活，擴展容易，以開關量控制為其特長；也能進行連續(xù)過程的 PID 回路控制；并能與上位機構成復雜的控制系統(tǒng)，如 DDC 和寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）5DCS 等，實現(xiàn)生產過程的綜合自動化。 （2）使用方便，編程簡單，采用簡明的梯形圖、邏輯圖或語句表等編程語言，而無需計算機知識，因此系統(tǒng)開發(fā)周期短，現(xiàn)場調試容易。另外，可在線修改程序，改變控制方案而不拆動硬件。 （3）能適應各種惡劣的運行環(huán)境，抗干擾能力強，可靠性強，遠高于其他各種機型。6、PLC 目前的主要品牌美國 AB，比利時 ABB，松下，西門子，匯川，三菱，歐姆龍，臺達，富士，施耐德，信捷創(chuàng)研等。1.2.4 PLC 的技術原理PLC 利用1.6M 到30M 頻帶范圍傳輸信號。在發(fā)送時，利用 GMSK 或 OFDM 調制技術將用戶數(shù)據(jù)進行調制，然后在電力線上進行傳輸，在接收端，先經過濾波器將調制信號濾出，再經過解調，就可得到原通信信號。目前可達到的通信速率依具體設備不同在4.5M~45M 之間。PLC 設備分局端和調制解調器，局端負責與內部 PLC 調制解調器的通信和與外部網絡的連接。在通信時，來自用戶的數(shù)據(jù)進入調制解調器調制后，通過用戶的配電線路傳輸?shù)骄侄嗽O備，局端將信號解調出來，再轉到外部的 Internet。1.3 本章小結本章主要對機械自動化輸送線等知識的相關內容進行介紹，然后介紹了一些 PLC的相關知識。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）6第 2 章 方案論證2.1 自動化輸送線定義自動化輸送線生產是生產組織的一種形式。把生產過程劃分為在時間上相等或成倍比的若干工序，并將其分別固定于按工藝過程順序排列的各工作地，勞動對象按一定的節(jié)拍或速度，順次流過各工作地進行加工。對不能或不便移動的操作對象（如建筑物，大型船舶，大型機器及其部件） ，也可由執(zhí)行各工序的工人，按規(guī)定速度在勞動對象上順序連續(xù)進行各工序加工。誕生于第二次工業(yè)革命時期。亨利.福特(Henry Ford)于 1913 年在密歇根州的 Highland Park，建立的生產系統(tǒng)。輸送線生產通過一系列的生產方法，包括使用通用的設備，使生產線上的每項任務都有穩(wěn)定的周期時間，并按照加工工序的順序，使產品能夠迅速、平穩(wěn)的由一個工位“流動”到下一個工位。經由生產控制系統(tǒng)，使產品的生產率與最終裝配線上的使用率相符合。輸送線生產進一步加大了工人的勞動強度，它要求工人進行高強度，高密度作業(yè)，因此它剛誕生時飽受爭議。但時間證明，它是一種極其有效的生產組織。由于勞動單位不用移動，輸送線生產有極高的效率，它使大規(guī)模批量化生產成為可能。同時，因為生產單位只用對勞動對象進行一部分操作，而無須像以前對勞動對象整體負責，因此使工人技術進一步專業(yè)化。2.2 自動化輸送線生產的基本原理生產輸送線的基本原理是把一個生產重復的過程分解為若干個子過程，前一個子過程為下一個子過程創(chuàng)造執(zhí)行條件，每一個過程可以與其它子過程同時進行。簡而言之，就是“功能分解，空間上順序依次進行，時間上重疊并行” 。2.4 自動化輸送線的特征及優(yōu)缺點生產輸送線的特征是每一道工序都有特定的人去完成，一步一步地加工．每個人做一個特定的工作．寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）7圖 1-1 生產輸送線優(yōu)點是這樣生產起來會比較快，因為每個人只需要做一樣事，對自己所做的事都非常熟悉．缺點是工作的人會很覺得很乏味．常用的生產輸送線可分為以下幾種：1）板鏈式裝配輸送線特點：承載的產品比較重，和生產線同步運行，可以實現(xiàn)產品的爬坡；生產的節(jié)拍不是很快；以鏈板面作為承載，可以實現(xiàn)產品的平穩(wěn)輸送。2）滾筒式輸送線特點：承載的產品類型廣泛，所受限制少；與阻擋器配合使用，可以實現(xiàn)產品的連續(xù)、節(jié)拍運行以及積放的功能；采用頂升平移裝置，可以實現(xiàn)產品的離線返修或檢測而不影響整個輸送線的運行。3）皮帶式輸送線特點：承載的產品比較輕，形狀限制少；和生產線同步運行，可以實現(xiàn)產品的爬坡轉向；以皮帶作為載體和輸送，可以實現(xiàn)產品的平穩(wěn)輸送，噪音小；可以實現(xiàn)輕型物料或產品較長距離的輸送。4）差速輸送輸送線特點：差速輸送輸送線采用倍速鏈牽引，工裝板可以自由傳送，采用阻擋器定位使工件自由運動或停止，工件在兩端可以自動頂升，橫移過渡。還可以在線可設旋轉、專機、檢測設備、等。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）82.5 本章小結本章主要對幾種進行比較和分析,最終我們選取目前切實可行的一種方案.我們將在今后的篇幅當中重點介紹。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）9第 3 章 DVD 盒自動定型輸送線結構設計3.1 傳送帶的設計排隊機構將 DVD 盒推到傳送帶上后，傳送帶轉動將 DVD 盒送至平臺上，等待夾持。傳送帶由如圖 4-1 所示部件組成。傳送帶(6)采用高強低伸化纖材料，具有強度大、伸縮性小、耐弱酸弱堿、易于加工的特點。張緊裝置(8)由螺柱、緊固螺絲和折板組成，螺柱首先穿到滾動軸承的螺紋孔內，再穿過折板上的光孔，折板固定在工作臺上，當旋轉螺柱上折板外側的螺絲時，與滾動軸承固定在一起的支架向外移動，將傳送帶拉緊。為防止培養(yǎng)瓶向左右傾倒，在傳送帶兩側加裝了上下?lián)醢?。傳送帶寬度應稍大于DVD 盒直徑，太寬 DVD 盒容易傾斜，這里取傳送帶.圖 3-1 傳送帶實物圖1.電機支架 2.步進電機 3.傳送帶支撐架4 一卜擋板 5.上擋板.6 傳送帶 7 滾動軸承 8.張緊裝置3.2 同步帶的概述3.2.1 同步帶介紹同步帶是綜合了帶傳動、鏈條傳動和齒輪傳動的優(yōu)點而發(fā)展起來的新塑傳動帶。它由帶齒形的一工作面與齒形帶輪的齒槽嚙合進行傳動，其強力層是由拉伸強度高、寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）10伸長小的纖維材料或金屬材料組成，以使同步帶在傳動過程中節(jié)線長度基本保持不變，帶與帶輪之間在傳動過程中投有滑動，從而保證主、從動輪間呈無滑差的間步傳動。同步帶傳動（見圖 3-1）時，傳動比準確，對軸作用力小，結構緊湊，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用溫度-20℃―80℃，v50m/s，P300kw,i10,對于要求同步的傳動也可用于低速傳動。圖3.1同步帶傳動同步帶傳動是由一根內周表面設有等間距齒形的環(huán)行帶及具有相應吻合的輪所組成。它綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動各自的優(yōu)點。轉動時，通過帶齒與輪的齒槽相嚙合來傳遞動力。同步帶傳動具有準確的傳動比，無滑差，可獲得恒定的速比，傳動平穩(wěn)，能吸振，噪音小，傳動比范圍大，一般可達 1:10。允許線速度可達 50M/S，傳遞功率從幾瓦到百千瓦。傳動效率高，一般可達 98%，結構緊湊，適宜于多軸傳動，不需潤滑，無污染，因此可在不允許有污染和工作環(huán)境較為惡劣的場所下正常工作。本產品廣泛用于紡織、機床、煙草、通訊電纜、輕工、化工、冶金、儀表儀器、食品、礦山、石油、汽車等各行業(yè)各種類型的機械傳動中。同步帶的使用，改變了帶傳動單純?yōu)槟Σ羵鲃拥母拍?，擴展了帶傳動的范圍，從而成為帶傳動中具有相對獨立性的研究對象，給帶傳動的發(fā)展開辟了新的途徑。3.2.2 同步帶的特點(1)、傳動準確，工作時無滑動，具有恒定的傳動比；(2)、傳動平穩(wěn)，具有緩沖、減振能力，噪聲低；(3)、傳動效率高，可達0.98，節(jié)能效果明顯；(4)、維護保養(yǎng)方便，不需潤滑，維護費用低；(5)、速比范圍大，一般可達10，線速度可達50m/s ，具有較大的功率傳遞范圍，可達幾瓦到幾百千瓦；(6)、可用于長距離傳動，中心距可達10m以上。寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）113.2.5 同步帶分類同步帶齒有梯形齒和弧齒兩類，弧齒又有三種系列：圓弧齒(H系列又稱HTD 帶)、平頂圓弧齒(S系列又稱為STPD 帶) 和凹頂拋物線齒（ R系列)。梯形齒同步帶梯形齒同步帶分單面有齒和雙面有齒兩種，簡稱為單面帶和雙面帶。雙面帶又按齒的排列方式分為對稱齒型（代號DA)和交錯齒型(代號DB 〕 。梯形齒同步帶有兩種尺寸制：節(jié)距制和模數(shù)制。我國采用節(jié)距制，并根據(jù)ISO5296制訂了同步帶傳動相應標準GB/T11361～11362-1989 和GB/T11616-1989 ?；↓X同步帶弧齒同步帶除了齒形為曲線形外，其結構與梯形齒同步帶基本相同，帶的節(jié)距相當，其齒高、齒根厚和齒根圓角半徑等均比梯形齒大。帶齒受載后，應力分布狀態(tài)較好，平緩了齒根的應力集中，提高了齒的承載能力。故弧齒同步帶比梯形齒同步帶傳遞功率大，且能防止嚙合過程中齒的干涉。弧齒同步帶耐磨性能好，工作時噪聲小，不需潤滑，可用于有粉塵的惡劣環(huán)境。已在食品、汽車、紡織、制藥、印刷、造紙等行業(yè)得到廣泛應用。3.3 同步帶傳動計算3.3.1 同步帶計算選型設計功率是根據(jù)需要傳遞的名義功率、載荷性質、原動機類型和每天連續(xù)工作的時間長短等因素共同確定的，表達式如下： dAmPK?式中 ——需要傳遞的名義功率——工作情況系數(shù)，按表2工作情況系數(shù) 選取 =1.7；AK表3-3.工作情況系數(shù)寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）12WPKAd 63.07.1???確定帶的型號和節(jié)距可根據(jù)同步帶傳動的設計功率Pd'和小帶輪轉速n1，由同步帶選型圖中來確定所需采用的帶的型號和節(jié)距。其中Pd=0.63kw ，n1=61rpm。查表3-4表3-4寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）13選同步帶的型號為H：，節(jié)距為：Pb=8.00mm選擇小帶輪齒數(shù)z1 ，z2可根據(jù)同步帶的最小許用齒數(shù)確定。查表3-3-3得。查得小帶輪最小齒數(shù)14。實際齒數(shù)應該大于這個數(shù)據(jù)初步取值z1=34故大帶輪齒數(shù)為：z2=i ×z1=1×z1=34。故z1=34，z2=34。確定帶輪的節(jié)圓直徑d1，d2小帶輪節(jié)圓直徑d1=Pbz1/π=8.00 ×34/3.14≈86.53mm大帶輪節(jié)圓直徑d2=Pbz2/π=8.00 ×34/3.14≈86.53mm驗證帶速v由公式v= πd1n1/60000 計算得，s﹤vmax=40m/s，確定帶長和中心矩mdn/276.016053.84.160?????根據(jù)《機械設計基礎》得 )()(. 2101dad???所以有： am2.34614.20?現(xiàn)在選取軸間間距為取 224mm?0a10、同步帶帶長及其齒數(shù)確定= ( )0L2??a21d= 2/)53.86.4.3??=719.7mm11、帶輪嚙合齒數(shù)計算有在本次設計中傳動比為1，所以嚙合齒數(shù)為帶輪齒數(shù)的一半，即 =17。mz寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）1412、基本額定功率 的計算0P查基準同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量表4-3可以知道1)(20vmTPa??=2100.85N，m=0.448kg/m 。a所以同步帶的基準額定功率為= =0.21KW0P101.)48.52(2??表3-5基準寬度同步帶的許用工作壓力和單位長度的質量13、計算作用在軸上力 rF=rFvPd10=71.6N3.3.2 同步帶的主要參數(shù)（結構部分）1、同步帶的節(jié)線長度同步帶工作時，其承載繩中心線長度應保持不變，因此稱此中心線為同步帶的節(jié)線，并以節(jié)線周長作為帶的公稱長皮，稱為節(jié)線長度。在同步帶傳動中，帶節(jié)線長度是一個重要參數(shù)。當傳動的中心距已定時，帶的節(jié)線長度過大過小，都會影響帶齒與輪齒的正常嚙合，因此在同步帶標準中，對梯形齒同步帶的各種哨線長度已規(guī)定公差值，要求所生產的同步帶節(jié)線長度應在規(guī)定的極限偏差范圍之內（見表3-6） 。表3-6帶節(jié)線長度表寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）152、帶的節(jié)距Pb如圖3-4 所示，同步帶相鄰兩齒對應點沿節(jié)線量度所得約長度稱為同步帶的節(jié)距。帶節(jié)距大小決定著同步帶和帶輪齒各部分尺寸的大小，節(jié)距越大，帶的各部分尺寸越大，承載能力也隨之越高。因此帶節(jié)距是同步帶最主要參數(shù)．在節(jié)距制同步帶系列中以不同節(jié)距來區(qū)分同步帶的型號。在制造時，帶節(jié)距通過鑄造模具來加以控制。梯形齒標準同步帶的齒形尺寸見表3-5。3、帶的齒根寬度一個帶齒兩側齒廓線與齒根底部廓線交點之間的距離稱為帶的齒根寬度，以s表示。帶的齒根寬度大，則使帶齒抗剪切、抗彎曲能力增強，相應就能傳動較大的裁荷。圖3.7帶的標準尺寸表 3-7梯形齒標準同步帶的齒形尺寸寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）164、帶的齒根圓角帶齒齒根回角半徑rr的大小與帶齒工作時齒根應力集中程度有關t 齒根圓角半徑大，可減少齒的應力集中，帶的承載能力得到提高。但是齒根回角半徑也不宜過大，過大則使帶齒與輪齒嚙合時的有效接觸面積城小，所以設計時應選適當?shù)臄?shù)值。5、帶齒齒頂圓角半徑帶齒齒項圓角半徑的大小將影響到帶齒與輪齒嚙合時會否產生于沙。由于在同步帶傳動中，帶齒與帶輪齒的嚙合是用于非共扼齒廓的一種嵌合。因此在帶齒進入或退出嚙合時，帶齒齒頂和輪齒的頂部拐角必然會超于重疊，而產生干涉，從而引起帶齒的磨損。因此為使帶齒能順利地進入和退出嚙合，減少帶齒頂部的磨損，宜采用較大的齒頂圓角半徑。但與齒根圓角半徑一樣，齒頂圓角半徑也不宜過大，否則亦會減少帶齒與輪齒問的有效接觸面積。6、齒形角 ?梯形帶齒齒形角日的大小對帶齒與輪齒的嚙合也有較大影響。如齒形角霹過小，帶齒縱向截面形狀近似矩形，則在傳動時帶齒將不能順利地嵌入帶輪齒槽內，易產生干涉。但齒形角度過大，又會使帶齒易從輪齒槽中滑出，產生帶齒在輪齒頂部跳躍現(xiàn)象。3.3.3 同步帶的設計在這里，我們選用梯形帶。帶的尺寸如表3-8。帶的圖形如圖3-5。表3-8同步帶尺寸型號 節(jié)距 齒形角 齒根厚 齒高 齒根圓角半徑 齒頂圓半徑H 8 40。 6.12 4.3 1.02 1.02圖3.8同步帶3.3.4 同步帶輪的設計同步帶輪的設計的基本要求寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）171、保證帶齒能順利地嚙入與嚙出由于輪齒與帶齒的嚙合同非共規(guī)齒廓嚙合傳動，因此在少帶齒頂部與輪齒頂部拐角處的干涉，并便于帶齒滑入或滑出輪齒槽。2、輪齒的齒廊曲線應能減少嚙合變形，能獲得大的接觸面積，提高帶齒的承載能力即在選探輪齒齒廓曲線時，應使帶齒嚙入或嚙出時變形小，磨擦損耗小，并保證與帶齒均勻接觸，有較大的接觸面積，使帶齒能承受更大的載荷。3、有良好的加了工藝性加工工藝性好的帶輪齒形可以減少刀具數(shù)量與切齒了作員，從而可提高生產率，降低制造成本。4、具有合理的齒形角齒形角是決定帶輪齒形的重要的力學和幾何參數(shù)，大的齒形角有利于帶齒的順利嚙入和嚙出，但易使帶齒產生爬齒和跳齒現(xiàn)象；而齒形角過小，則會造成帶齒與輪齒的嚙合干涉，因此輪齒必須選用合理的齒形角。3.4 電機的選擇3.4.1 電機的分類1．按工作電源分類根據(jù)電動機工作電源的不同，可分為直流電動機和交流電動機。其中交流電動機還分為單相電動機和三相電動機。2．按結構及工作原理分類電動機按結構及工作原理可分為異步電動機和同步電動機。同步電動機還可分為永磁同步電動機、磁阻同步電動機和磁滯同電動機。異步電動機可分為感應電動機和交流換向器電動機。感應電動機又分為三相異步電動機、單相異步電動機和罩極異步電動機。交流換向器電動機又分為單相串勵電動機、交直流兩用電動機和推斥電動機。直流電動機按結構及工作原理可分為無刷直流電動機和有刷直流電動機。有刷直流電動機可分為永磁直流電動機和電磁直流電動機。電磁直流電動機又分為串勵直流電動機、并勵直流電動機、他勵直流電動機和復勵直流電動機。永磁直流電動機又分為稀土永磁直流電動機、鐵氧體永磁直流電動機和鋁鎳鈷永磁直流電動機。3．按起動與運行方式分類電動機按起動與運行方式可分為電容起動式電動機、電容盍式電動機、電容起動運轉式電動機和分相式電動機。4．按用途分類電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機。驅動用電動機又分為電動工具（包括鉆孔、拋光、磨光、開槽、切割、擴孔等工具）用電動機、家電（包括洗衣機、電風扇、電冰箱、空調器、錄音機、錄像機、影碟機、寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）18吸塵器、照相機、電吹風、電動剃須刀等）用電動機及其它通用小型機械設備（包括各種小型機床、小型機械、醫(yī)療器械、電子儀器等）用電動機。控制用電動機又分為步進電動機和伺服電動機等。5．按轉子的結構分類電動機按轉子的結構可分為籠型感應電動機（舊標準稱為鼠籠型異步電動機）和繞線轉子感應電動機（舊標準稱為繞線型異步電動機） 。6．按運轉速度分類電動機按運轉速度可分為高速電動機、低速電動機、恒速電動機、調速電動機。低速電動機又分為齒輪減速電動機、電磁減速電動機、力矩電動機和爪極同步電動機等。調速電動機除可分為有級恒速電動機、無級恒速電動機、有級變速電動機和無極變速電動機外，還可分為電磁調速電動機、直流調速電動機、PWM 變頻調速電動機和開關磁阻調速電動機。3.4.2 步進電機的選擇由于步進電機具有控制較容易，維修也較方便，而且控制為全數(shù)字化的優(yōu)點。根據(jù)設計要求及實際情況我們選擇步進電機，選擇參數(shù)為:額定電壓、輸出扭矩和電機轉速等。擬采用的 57 系列兩相混和式步進電機使用 24V 電壓，本系統(tǒng)提供的 24V 直流電源可以滿足步進電機的工作需要。輸出扭矩與傳送帶和支撐板的摩擦力有關，主要由DVD 盒的重量和傳送帶的摩擦系數(shù)來確定，此外，還與傳送帶與滾輪之間的滑動摩擦力的作用有關，但由于滑動摩擦系數(shù)很小，雖然傳送帶與滾輪之間的張緊力很大，因此而帶來的滑動摩擦力卻很小，故忽略不計。計算過程如下:F=mng M=FL?其中，F(xiàn) 為傳送帶須提供的牽引力，m 為 DVD 盒的質量， 為 DVD 盒與傳送帶?的摩擦系數(shù)，傳送帶的材料為高強低伸化纖材料，由表查得 =0.8。傳送帶最多可以放置 10 個 DVD 盒，則 n=10，每個 DVD 盒的質量約為.03kg，可得：F =23.52NmaxL 為牽引力作用在電機軸上得力臂，L=0.02m;則有:M=FL==nmg =0.4704?轉速與傳送帶的速度和輪的直徑有關，工作時傳送帶的速度約為:V=3.5m/min，輪寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）19直徑為 D=400mm，則根據(jù)公式計算得:n= =30r/minnDV步進電機的頻矩特性曲線如圖 4-3 所示：則由曲線可得:當 n=30r/min 時，f=100HZ。根據(jù)計算結果我們選擇電機型號為：57BYJ250C3.5 氣缸的選擇氣缸的選用要根據(jù)以下方面進行分析：1、類型的選擇根據(jù)工作要求和條件，正確選擇氣缸的類型。要求氣缸到達行程終端無沖擊現(xiàn)象和撞擊噪聲應選擇緩沖氣缸；要求重量輕，應選輕型缸；要求安裝空間窄且行程短，可選薄型缸；有橫向負載，可選帶導桿氣缸；要求制動精度高，應選鎖緊氣缸；不允許活塞桿旋轉，可選具有桿不回轉功能氣缸；高溫環(huán)境下需選用耐熱缸；在有腐蝕環(huán)境下，需選用耐腐蝕氣缸。在有灰塵等惡劣環(huán)境下，需要活塞桿伸出端安裝防塵罩。要求無污染時需要選用無給氣或無氣潤滑氣缸等。2、安裝形式寧波大紅鷹學院畢業(yè)設計（論文）20根據(jù)安裝位置、使用目的等因素決定。在一般情況下，采用固定式氣缸。在需要隨工作機構連續(xù)回轉時（如車床、磨床等） ，應選用回轉氣缸。在要求活塞桿除直線運動外，還需作圓弧擺動時，則選用軸銷式氣缸。有特殊要求時，應選擇相應的特殊氣缸。3、作用力的大小即缸徑的選擇。根據(jù)負載力的大小來確定氣缸輸出的推力和拉力。一般均按外載荷理論平衡條件所需氣缸作用力，根據(jù)不同速度選擇不同的負載率，使氣缸輸出力稍有余量。缸徑過小，輸出力不夠，但缸徑過大，使設備笨重，成本提高，又增加耗氣量，浪費能源。在夾具設計時，應盡量采用擴力機構，以減小氣缸的外形尺寸。4、活塞行程與使用的場合和機構的行程有關，但一般不選滿行程，防止活塞和缸蓋相碰。如用于夾緊機構等，應按計算所需的行程增加 10～20㎜的余量。5、活塞的運動速度主要取決于氣缸輸入壓縮空氣流量、氣缸進排氣口大小及導管內徑的大小。要求高速運動應取大值。氣缸運動速度一般為 50～800㎜/s。對高速運動氣缸，應選擇大內徑的進氣管道；對于負載有變化的情況，為了得到緩慢而平穩(wěn)的運動速度，可選用帶節(jié)流裝置或氣—液阻尼缸，則較易實現(xiàn)速度控制。選用節(jié)流閥控制氣缸速度需注意：水平安裝的氣缸推動負載時，推薦用排氣節(jié)流調速；垂直安裝的氣缸舉升負載時，推薦用進氣節(jié)流調速；要求行程末端運動平穩(wěn)避免沖擊時，應選用帶緩沖裝置的氣缸。圖 3.1 氣缸實物圖根 據(jù) 工 作 所 需 力 的 大 小 來 確 定 活 塞 桿 上 的 推 力 和 拉 力 。 由 此 來 選 擇 氣 缸 時 應 使 氣 缸 的 輸 出 力 稍有 余 量 。 若 缸 徑 選 小 了 ， 輸 出 力 不 夠 ， 氣 缸 不 能 正 常 工 作 ； 但 缸 徑 過 大 ， 不 僅 使 設 備 笨 重 、 成本 高 ， 同 時 耗 氣 量 增 大 ， 造 成 能 源 浪 費 。 在 夾 具 設 計 時 ， 應 盡 量 采 用 增 力 機 構 ， 以 減 少 氣 缸 的尺 寸 。氣 缸下 面 是 氣 缸 理 論 出 力 的 計 算 公 式 ：F： 氣 缸 理 論 輸 出 力 (kgf)