畢業(yè)論文-頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)（送全套CAD圖紙 資料打包）

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下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) (論 文 )頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)THE DESIGN OF THE AUTOMATIC DETECTING SYSTEM FOR MANDRIL摘要在鋼管生產(chǎn)過程中，需要實(shí)時(shí)了解每根頂桿的長(zhǎng)度、外徑、使用次數(shù)等信息。本論文介紹了通過在頂桿尾部開槽的方式，實(shí)現(xiàn)頂桿的識(shí)別與信息跟蹤，基于 PLC 的控制系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的檢測(cè)原理，系統(tǒng)構(gòu)成及軟件程序。本課題主要研究工作：第一章綜合敘述了鋼管的工藝生產(chǎn)流程及 API 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)；說明了國(guó)內(nèi)頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的開發(fā)現(xiàn)狀及存在的問題并闡述了頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的工作原理及流程；陳述了課題的來源和論文的主要工作和意義。第二章提出了系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)要求；根據(jù)鋼管的具體參數(shù)和工作要求對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)的整個(gè)機(jī)架部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。第三章主要是對(duì)組成機(jī)架所需要的主要機(jī)械零部件（氣缸和滾珠絲杠副）進(jìn)行選型，并對(duì)選擇過程做出相應(yīng)說明，以及這些零部件相關(guān)的力學(xué)和強(qiáng)度校核計(jì)算。第四章簡(jiǎn)述了 PLC 編程的方式和 S7 400 的組成；提出了 PLC 程序的測(cè)試策略；介紹了傳感器的選型，信號(hào)轉(zhuǎn)換和安裝。第五章總結(jié)了頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)開發(fā)過程所做的工作，并對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)方向進(jìn)行了展望。下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763關(guān)鍵詞 ：頂桿；檢測(cè)；機(jī)架；氣缸；傳感器；PLCAbstractIn the expansion of production, it is necessary to understand the real-time each mandril length, diameter, frequency of use and other information. Introduced through the mandril slotting the tail, and push to achieve the identification and tracking information; PLC-based control system, the system is the detection principle, the system and software program. The main research topics: The first chapter synthesis narrated the steel pipe craft production process and the API international standard; Explained the domestic roof bar automatic diagnosis system development present situation and the existence question and elaborated the roof bar automatic diagnosis system principle of work and the flow; Stated the topic origin and the paper prime task and the significance. The second chapter set the system overall design request; To examine the system according to the steel pipe concrete parameter and the work requirement the entire rack section to carry on the design. Third chapter mainly is to composes the main mechanical spare part which the rack needs (air cylinder and ball bearing guide screw vice) carries on the shaping, and to chooses the process to make the corresponding explanation, as well as these spare part correlation mechanics and intensity examination computation.下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763下載論文就送你全套 CAD 圖紙，Q 咨詢 414951605 或 1304139763The fourth chapter to summarize the PLC programming way and the S7 400 compositions; Proposed the PLC procedure test strategy; Introduced the sensor shaping and the signal transformation. Fifth chapter summarized the work which the roof bar automatic diagnosis system and the software system performance history does, and has carried on the forecast to the system improvement direction. Keywords ： mandril detection rack beams sensor PLC- 1目 錄1 緒論 ...............................................................................................................................................................11．1 引言 ......................................................................................................................................................21．2 背景及原理介紹 ..................................................................................................................................31．3 檢測(cè)系統(tǒng)的組成 ..................................................................................................................................51．4 系統(tǒng)開發(fā)的必要性 ..............................................................................................................................91．5 論文的主要工作和意義 ....................................................................................................................102 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ...........................................................................................................112．1 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求 ........................................................................................................112．2 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) ........................................................................................................113 機(jī)械部分的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................................163．1 氣缸部分 ............................................................................................................................................163.1.1 氣缸和閥的選型 ........................................................................................................................163.1.2 氣缸的力學(xué)計(jì)算及校核 ............................................................................................................163.1.3 氣缸的圖形及說明 ....................................................................................................................183.1.4 系統(tǒng)的氣動(dòng)回路 ........................................................................................................................193．2 導(dǎo)軌部分 ............................................................................................................................................203.2.1 滾珠絲杠副的選型 ....................................................................................................................203.2.2 滾珠絲杠副的力學(xué)計(jì)算 ............................................................................................................203.2.3 滾珠絲杠的圖形及說明 ............................................................................................................223．3 本章小結(jié) ............................................................................................................................................234 電氣部分的設(shè)計(jì) .......................................................................................................................................244．1 系統(tǒng)的配電圖及說明 ........................................................................................................................244．2 傳感器的選擇，安裝及數(shù)據(jù)處理 ....................................................................................................244．3 PLC 的組成及編程 ............................................................................................................................274．4 S7-400 編程方式 ................................................................................................................................294．5 本章小結(jié) ............................................................................................................................................31結(jié)論 ....................................................................................................................................................................32致謝 ....................................................................................................................................................................34參考文獻(xiàn) ...........................................................................................................................................................35附錄 ....................................................................................................................................................................36附錄 1.........................................................................................................................................................36附錄 2.........................................................................................................................................................43- 2買文檔送全套圖紙 扣扣 4149516051 緒論1．1 引言鋼管廣泛地應(yīng)用于機(jī)械、建筑和石化等行業(yè)，又是國(guó)防工業(yè)的重要材料，用于制造槍管、炮筒以及其他武器。 鋼管的生產(chǎn)工藝種類繁多，生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，生產(chǎn)設(shè)備也很龐大，以 163 機(jī)組為例，熱軋鋼管生產(chǎn)流程如圖 1－1 所示。圖 1－1 熱軋鋼管生產(chǎn)流程按照工藝流程，管坯進(jìn)入車間后按照工藝要求鋸成定尺長(zhǎng)度，然后依次經(jīng)過環(huán)形爐加熱、三輥穿孔機(jī)穿孔、連軋機(jī)軋鋼、定徑機(jī)定徑。加工成的鋼管需要減徑的再加熱后送至減徑機(jī)上減徑。從定徑或減徑機(jī)軋出的成品管，送至鏈?zhǔn)嚼浯采侠鋮s，冷卻后鋸成定尺長(zhǎng)度的鋼管（有的需要熱處理)輸送到斜輥式矯直機(jī)上矯直，矯直后依次經(jīng)過超聲波探傷，水壓機(jī)試驗(yàn)，隨后進(jìn)行其他各項(xiàng)精整工序。精整后的成品管經(jīng)過感應(yīng)加熱爐后進(jìn)行涂油打捆入庫。 根據(jù) GB2102-88 規(guī)定，外徑不小于 36mm 的鋼管應(yīng)在每根鋼管一端的端部有噴印、滾印、鋼印或粘貼印記。印記應(yīng)清晰明顯，不易脫落。印記內(nèi)容應(yīng)包括鋼的牌號(hào)、產(chǎn)品規(guī)格、產(chǎn)品標(biāo)號(hào)和供方印記或注冊(cè)商標(biāo)。具體不同類型的管子有不同的印記內(nèi)容。 隨著我國(guó)加入 WTO，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)和國(guó)際市場(chǎng)的接軌，鋼管市場(chǎng)同樣面臨一系列的問題。國(guó)內(nèi)鋼管進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)，必須遵守國(guó)際的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。比如無縫鋼管要遵守國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) API SPEC 5CT（見表一所示） 。 過去，大部分的鋼管廠家采用人工的方式進(jìn)行測(cè)量和標(biāo)記。人工測(cè)定鋼管的長(zhǎng)度和重量，并把相關(guān)的內(nèi)容根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，用涂料寫在鋼管上。有的鋼管廠由工人隨意手寫，字跡不統(tǒng)一，有的用刷模的方式，字跡相對(duì)工整。這種做法沿用了很長(zhǎng)一段時(shí)間，部分廠家目前仍在使用。很明顯，這些方法存在測(cè)量精- 3度低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低、字跡不清楚等缺點(diǎn)。表 1—1 為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) API SPEC 5CT 標(biāo)準(zhǔn)摘錄：表 1—1 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn) API SPEC 5CT 標(biāo)準(zhǔn)摘錄GB/T 8162 尺寸偏差從上個(gè)世紀(jì) 90 年代開始，國(guó)內(nèi)一些大型的鋼鐵公司的產(chǎn)品為了參與國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)，耗巨資引進(jìn)國(guó)外的整條流水線。這些進(jìn)口的設(shè)備測(cè)量精度高、生產(chǎn)效率高、勞動(dòng)強(qiáng)度低、字跡統(tǒng)一規(guī)范。但是進(jìn)口設(shè)備成本高、要求工人素質(zhì)高、維護(hù)成本也高。落后的傳統(tǒng)方法與高成本的進(jìn)口設(shè)備都難適應(yīng)國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求。因此，開發(fā)研制同類產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。1．2 背景及原理介紹擴(kuò)管是指經(jīng)穿孔機(jī)穿孔后的荒管加熱以后在軋機(jī)的兩個(gè)錐形輥的作用下，沿頂桿高速旋轉(zhuǎn)前進(jìn)，把管徑擴(kuò)大的過程。擴(kuò)管過程中頂桿的定位精度要求很高，每根頂桿在軋制之前必須調(diào)整到恰當(dāng)?shù)奈恢?，才能在軋制過程中避免前卡、中卡、后卡等現(xiàn)象的發(fā)生。為此每根頂桿需要事先編號(hào)，把頂桿長(zhǎng)度、外徑等參數(shù)保存到上位機(jī)的數(shù)據(jù)庫中。每次軋制前檢測(cè)裝置通過檢測(cè)獲取編號(hào)，并上傳給上位機(jī)，上位機(jī)依據(jù)編號(hào)從數(shù)據(jù)庫中讀取參數(shù)進(jìn)行處理，然后把最終處理完成的數(shù)據(jù)發(fā)送給 PLC，PLC 根據(jù)此數(shù)據(jù)調(diào)整頂桿的位置。目前識(shí)別、輸入編碼的方式有 3 種：人工識(shí)別和輸入的方式、一維條形碼識(shí)別方式、- 4二維編碼識(shí)別方式。但是這 3 種檢測(cè)方式并不適合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際需求 ，原因如下： （1）現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境惡劣，所以要求系統(tǒng)在無人干涉下能自動(dòng)完成檢測(cè)。（2） 頂桿工作在高溫狀態(tài)下，軋制過程中頂桿的表面溫度可能達(dá)高達(dá) 800℃，即使經(jīng)過冷卻裝置冷卻后其表面殘留的余溫也在 100℃以上。一維條形編碼檢測(cè)需要用到的涂料在如此高溫下很容易脫落，所以用傳統(tǒng)的一維條形編碼方式并不合適。（3） 頂桿是圓柱形的物件，不容易在上面打上二維碼。況且二維碼編碼區(qū)域很小，即使打上了二維碼，檢測(cè)時(shí)定位也很困難，所以用檢測(cè)二維碼的方式也不合適。（4） 頂桿在運(yùn)行過程中經(jīng)常滾動(dòng)，頻繁跟其他設(shè)備碰撞，一般的編碼方式其編碼表面很容易磨損,造成檢測(cè)的失敗。因此，研發(fā)適合現(xiàn)場(chǎng)工作條件的頂桿檢測(cè)裝置十分必要。我們從實(shí)際出發(fā)，參照相關(guān)的檢測(cè)方式，設(shè)計(jì)了一套符合現(xiàn)場(chǎng)要求的頂桿檢測(cè)系統(tǒng)。頂桿檢測(cè)裝置必須滿足以下功能要求:能在高溫下工作，能檢測(cè)不同管徑的頂桿，能克服因?yàn)轫敆U磨損而造成的誤差。為此，采用了在頂桿尾部開槽的方式。具體原理如下：每個(gè)十進(jìn)制的數(shù)都可以轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)來表示。例如 33 可以表示為 100001 B,而二進(jìn)制數(shù)又可以通過實(shí)際的開關(guān)量來表示，100001 B 就可以用 6 個(gè)傳感器的狀態(tài)來表示，這樣任何一個(gè)十進(jìn)制的數(shù)都可以通過傳感器的狀態(tài)來表示。在頂桿檢測(cè)的過程中，傳感器感應(yīng)不到頂桿開槽的部分，則這個(gè)傳感器的狀態(tài)就是 0；傳感器能感應(yīng)到開槽的部分，則傳感器的狀態(tài)就為 1。這樣通過傳感器檢測(cè)頂桿尾部開的槽的狀態(tài)就可以獲取頂桿編號(hào)，達(dá)到檢測(cè)的目的。系統(tǒng)的檢測(cè)原理圖 ,如圖 1 所示。每根頂桿的尾部刻槽 ,槽的寬度是傳感器陣列 （ 6 ×6 傳感器陣列）中每單元傳感器的寬度。傳感器選用歐姆龍公司方型 NL 系列接近傳感器，傳感器陣列分為 6 組，安裝在樹脂制造的安裝架內(nèi)，分別用來檢測(cè) A、B 、C、D 、E、F 6 道槽的狀態(tài)。每組有 6 個(gè)傳感器并聯(lián)，以提高工作的可靠性，這 6 個(gè)傳感器中只要有一個(gè)感應(yīng)到，則這組傳感器狀態(tài)為 1。以圖 1—2 為例，傳感器的狀態(tài)為：A =0, B =1, C =0, D =1, E =0，F(xiàn)=1。以上的數(shù)字轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制就等于 21（010101B ） 。那么此頂桿就是第二十一號(hào)頂桿。- 5圖 1—2 檢測(cè)正視圖1．3 檢測(cè)系統(tǒng)的組成頂桿檢測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，如圖 1—4 所示，系統(tǒng)包括檢測(cè)頭、檢測(cè)頭對(duì)齊擋板、支撐板、升降氣缸、機(jī)身、對(duì)齊氣缸、頂桿對(duì)齊板、頂桿編碼部分、頂桿到位檢測(cè)傳感器、頂桿等 10 個(gè)部分。整個(gè)系統(tǒng)的工作流程可以分為 5 個(gè)步驟：（1） 傳感器檢測(cè)頂桿是否到位。（2） 對(duì)齊氣缸推出。頂桿到位后，氣缸先把頂桿推到檢測(cè)的位置。氣缸裝有前位傳感器，PLC 輸出電磁閥控制信號(hào)后延時(shí) 2s 后若還沒檢測(cè)到前位傳感器信號(hào)，說明氣壓系統(tǒng)存在故障，PLC 輸出相應(yīng)的報(bào)警信號(hào)并在上位機(jī)上顯示報(bào)警信息，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)情況做出相應(yīng)處理。（3） 氣缸下降，對(duì)齊氣缸后退。氣缸向前推到位后（前位傳感器觸發(fā)） ，升降氣缸下降，同時(shí)氣缸后退。因?yàn)轫敆U的直徑變換范圍很大 （ 32mm～ 256mm） ，所以相應(yīng)?的氣缸升降距離也不一樣，所以無法安裝氣缸下位傳感器，只有程序上通過延時(shí)來設(shè)定。氣缸后退的控制跟前進(jìn)過程的控制一樣，采用后位傳感器來檢測(cè)是否到位。下圖可以直觀的看出系統(tǒng)是怎樣工作的，該圖的視角為正對(duì)橫梁前端，由圖可知?dú)飧缀蜐L珠絲杠副并沒有安裝于同一平面內(nèi)，所以設(shè)計(jì)安裝時(shí)該考慮到兩平面之間的平行度問題，由于檢測(cè)頭下方的傳感器是 6×6 方形陣列，所以鋼管的放置方向?qū)z測(cè)沒有任何影響。氣缸還安裝了附件（前法蘭） ，這樣氣缸緩沖裝置可以得到定位，檢測(cè)頭上方的平板通過 Y 型銷桿連接器和氣缸連接在一起，此外系統(tǒng)還在連接板上安裝了一對(duì)可調(diào)節(jié)撐腳（實(shí)際上就是一對(duì)可調(diào)螺栓螺母）這樣可以保護(hù)檢測(cè)頭不受損。當(dāng)電源接通后，PLC發(fā)出指令通過控制電磁閥來控制兩個(gè)氣缸的運(yùn)行，當(dāng)水平和豎直方向上的位置都滿足檢測(cè)要求后，系統(tǒng)開始正常工作。 圖 1—4 為系統(tǒng)的工作圖，對(duì)齊氣缸安裝位置和 V 架同一高度，它通過連接在活塞桿上的推板推動(dòng)鋼管以達(dá)到對(duì)齊的作用，機(jī)架立柱旁邊是控制柜，系統(tǒng)中所用到的電，氣，液總導(dǎo)管均從這里引出。由于視角的原因，調(diào)節(jié)豎直方向上距離的手柄在圖 1—4 中看不到，圖 1—3 為整個(gè)系統(tǒng)機(jī)架的俯視圖，該圖可以清楚的看出手柄的安裝位置。圖 1—3 機(jī)架俯視圖（4）檢測(cè)頭檢測(cè)。檢測(cè)頭到位即是檢測(cè)頭對(duì)齊擋板和頂桿對(duì)齊擋板緊靠在一起，其目的是為了讓檢測(cè)傳感器和頂桿上的槽相互對(duì)齊，這樣傳感器處于最佳工作位置。然后PLC 讀取傳感器陣列的狀態(tài)，并根據(jù)傳感器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換化為十進(jìn)制數(shù)值傳給上位機(jī)。上- 6位機(jī)根據(jù)此數(shù)值從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)、處理完數(shù)據(jù)后，上位機(jī)發(fā)給 PLC 一個(gè)檢測(cè)成功的信號(hào)，PLC 就開始運(yùn)行下步動(dòng)作。如果上位機(jī)用 PLC 上傳的編碼不能從數(shù)據(jù)庫中讀取數(shù)據(jù)，上位機(jī)會(huì)在監(jiān)控界面中報(bào)錯(cuò)，同時(shí)通知 PLC 重新檢測(cè)一次。本系統(tǒng)的原理就是根據(jù)PLC 接受到現(xiàn)場(chǎng)的信息然后對(duì)頂桿的位置做出實(shí)時(shí)調(diào)整，由于鋼管間直徑相差較大，因此頂桿的規(guī)格也會(huì)相差較大，而本系統(tǒng)精度要求較高，所以 PLC 現(xiàn)場(chǎng)對(duì)頂桿做出的調(diào)整很重要。- 7檢 測(cè) 頭 控 制 柜水 泥 臺(tái)推 板圖 1—4 系統(tǒng)工作外形圖（5） 氣缸上升。檢測(cè)成功后，氣缸上升，直到上位傳感器信號(hào)觸發(fā)停止，如果 2s內(nèi)氣缸沒有上升到指定位置，系統(tǒng)就會(huì)報(bào)警，PLC 會(huì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況做出調(diào)整。直到頂桿檢測(cè)完成。圖 1—5 是系統(tǒng)的 PLC 流程圖。該圖考慮到每個(gè)工作流程可能發(fā)生的狀況，并對(duì)可能發(fā)生的意外狀況進(jìn)行處理，能直觀的反映系統(tǒng)工作的全部流程。在本論文在第四章將說明現(xiàn)場(chǎng)的模擬信息是如何從傳感器傳出并被 PLC 識(shí)別的，系統(tǒng)中的所有用電部分經(jīng)過統(tǒng)計(jì)后，給出輸入，輸出端子圖。- 8初 始 狀 態(tài) 滿 足 ？ NN報(bào) 警 處 理Y結(jié) 束 Y報(bào) 警 處 理氣 缸 后 退 ， 檢 測(cè) 頭 下 降對(duì) 齊 氣 缸 到 位N報(bào) 警 處 理 YNPLC流 程 圖報(bào) 警 否 ？檢 測(cè) 頭 上 升檢 測(cè) 成 功 嗎 ？開 始 檢 測(cè)報(bào) 警 否 ？報(bào) 警 否 ？對(duì) 齊 氣 缸 推 出檢 測(cè) 位 置 有 無 頂 桿檢 測(cè) 頂 桿 開 始圖 1—5 PLC 流程圖頂桿檢測(cè)頭是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的部件，其作用為：檢測(cè)頭是一個(gè) 6 ×6 的傳感器陣列，固定在一塊安裝板上，安裝板通過安裝底板和整個(gè)檢測(cè)頭連為一體。平時(shí)生產(chǎn)的時(shí)候 ,有一副傳感器組作為備用，當(dāng)正在使用的傳感器發(fā)生故障時(shí)，只需要把安裝板拆下，換上備用傳感器組就行，保證生產(chǎn)節(jié)奏不受影響。圖 1—6 是頂桿檢測(cè)的正視圖。如圖所示，不同直徑的頂桿，傳感器在 X 軸的位置上存在著偏差。設(shè)臺(tái)架的角度為 ，臺(tái)架與水平2?面的夾角為 ，小圓 C1 的半徑為 r，大圓 C2 的半徑為 R， C1 與 C2 在 X 方向上的?偏差為 ΔX。則存在以下關(guān)系，見式（1.1）：式??cosinRx???????（1.1）由圖 1—6 可知，檢測(cè)頭在 X 方向上的變化范圍為 ΔX ，只有系統(tǒng)的傳感器 X 方向檢測(cè)距離 才能保證檢測(cè)成功?，F(xiàn)場(chǎng)頂桿的直徑變化范圍為 32 mm ～246 mm， xL??- 9為 60°, 為 10°。把數(shù)據(jù)代入上式可得 =84.5mm。??x?輸入PLCx傳 感 器 陣 列 654321臺(tái)架頂桿2頂桿1xyaBrRX圖 1—6 檢測(cè)正視圖所以，只要 ≥84.5mm 就能滿足檢測(cè)要求。傳感器選用歐姆龍 NL 系列方型傳感器，xL其截面為 40mm ×43mm,為探針接觸式檢測(cè)。因?yàn)?> 43mm，所以，如果在 X 方向只x?安裝一個(gè)傳感器，顯然不能滿足現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)的需要。按理論要求只要在 X 方向裝 3 個(gè)傳感器就能滿足需求，但考慮機(jī)械設(shè)計(jì)和現(xiàn)場(chǎng)安裝的方便，所以，在 X 軸上安裝了 6 個(gè)傳感器。1．4 系統(tǒng)開發(fā)的必要性現(xiàn)在國(guó)內(nèi)有近百家鋼管生產(chǎn)廠家，除了幾家最大型的鋼管公司具備雄厚的資金實(shí)力，能從國(guó)外引進(jìn)專業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備，其他企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備都很落后。有一些公司自己組織技術(shù)力量進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)也研制出了一些產(chǎn)品，能在一定的程度上解決問題，但產(chǎn)品大體上存在以下一些問題： （1） 設(shè)備大都只能完成單一的任務(wù)，不能在自動(dòng)生產(chǎn)線上和其他設(shè)備一起工作，使得生產(chǎn)效率依然低下，不能從根本上解決問題。 （2） 產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)水平還停留在二十世紀(jì)八十年代的水平。由于這些產(chǎn)品大多是工廠自己組織力量開發(fā)研制的，技術(shù)水平達(dá)不到國(guó)外的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)；開發(fā)設(shè)備的精度低、可靠性差。 （3） 產(chǎn)品的穩(wěn)定性不夠。由于這些產(chǎn)品的主要控制部件采用了單片機(jī)控制，在鋼管生產(chǎn)的惡劣環(huán)境中，各種干擾使得系統(tǒng)的故障率極高。 （4） 產(chǎn)品缺乏擴(kuò)展性。易擴(kuò)展性已成為現(xiàn)代產(chǎn)品的特征，缺乏擴(kuò)展性的產(chǎn)品將阻- 10礙自動(dòng)化的發(fā)展。 （5） 滿足不了企業(yè)日益增長(zhǎng)的企業(yè)管理功能。ERP、PDM 實(shí)現(xiàn)程度已經(jīng)成為企業(yè)現(xiàn)代化的重要標(biāo)志。企業(yè)的質(zhì)量管理已經(jīng)成為現(xiàn)代制造企業(yè)的管理核心。每根鋼管都有一系列的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)在鋼管的整個(gè)生命周期里都很重要。過去自行開發(fā)的系統(tǒng)只考慮到在生產(chǎn)中的功能，而忽略了在管理中的功能1．5 論文的主要工作和意義本系統(tǒng)涉及到多學(xué)科，多專業(yè)，是集光、機(jī)、電和計(jì)算機(jī)一體化的產(chǎn)品。本論文在老師的指導(dǎo)下主要完成以下工作： 1、通過對(duì)頂桿檢測(cè)系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)狀的分析，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了總體方案設(shè)計(jì)。 具體為機(jī)械組成框架部分的設(shè)計(jì)。2、根據(jù)總體方案進(jìn)行重要零部件選型，并做出說明和必要的力學(xué)計(jì)算。 3、通過對(duì)系統(tǒng)工作原理和 PLC 的研究，進(jìn)行了 PLC 流程設(shè)計(jì)，給出其接線圖。 4、將人機(jī)工程學(xué)運(yùn)用到系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)了上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。 本系統(tǒng)的研制成功填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)檢測(cè)行業(yè)空白，其檢測(cè)精度和標(biāo)識(shí)效果達(dá)到同類產(chǎn)品的先進(jìn)水平。- 112 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)2．1 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求如下： （1）工作范圍 鋼管外徑：φ48（32）～φ246mm ；鋼管重量：20Kg～1000Kg；鋼管長(zhǎng)度：6m～15m； （2）工作環(huán)境要求 系統(tǒng)能在惡劣的環(huán)境下工作，使用壽命長(zhǎng)；（3）氣缸速度要求 氣缸在下降的時(shí)候 2s 到達(dá)指定位置，上升時(shí) 1s 回到起始位置，對(duì)齊氣缸 2s 推到工作位置；（4）自動(dòng)化要求 具有自動(dòng)報(bào)警功能，急停，自鎖功能，半自動(dòng)、手動(dòng)功能；動(dòng)態(tài)顯示鋼管參數(shù)；。（5）效率和速度要求 系統(tǒng)要求過管速度為 278 根/h ，每 12s 過一根管。2．2 頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)在對(duì)頂桿自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行總體分析再結(jié)合具體的工作要求后給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)總示意圖如下，圖 2—1 只是設(shè)計(jì)開始的構(gòu)思，只為示意。- 12臺(tái) 架檢 測(cè) 頭氣 缸 滾 珠 導(dǎo) 軌鋼 管 立 柱橫 梁控 制 柜 頂 桿 自 動(dòng) 識(shí) 別 系 統(tǒng) 的 總 體 設(shè) 計(jì) 外 形 圖圖 2—1 外形示意圖（1） V 型臺(tái)架 V 型臺(tái)架用來放置鋼管，由于鋼管長(zhǎng)度為 6m～15m，所以僅靠一個(gè)臺(tái)架顯然不行，本系統(tǒng)中在地面上放置了 5 個(gè)臺(tái)架，這樣可以根據(jù)鋼管的長(zhǎng)短來調(diào)整鋼管的放置，5 個(gè)臺(tái)架按一定距離安放，高度要統(tǒng)一，確保鋼管受力均勻，在臺(tái)架上帶有尼龍墊。尼龍墊起到兩方面作用：一是用來保護(hù)鋼管的表面在被推動(dòng)的過程中不被臺(tái)架劃傷；另一方面是用來增大鋼管與臺(tái)架之間的摩擦系數(shù)，增大兩者之間的摩擦力，增強(qiáng)鋼管在被推動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性。這里還涉及到“V ”槽夾角大小問題，如果夾角太小那鋼管的重心就會(huì)上移，這樣鋼管就容易滾動(dòng)，不利于傳感器的識(shí)別，但是夾角過大承載面就會(huì)趨于水平，這樣鋼管也容易滾動(dòng)，也不利于傳感器的識(shí)別，所以夾角一般選擇 120°~140°為了便于計(jì)算（這里選擇 120°） 。臺(tái)架的具體設(shè)計(jì)思想為一“V ”型板和兩個(gè)夾板通過兩個(gè)螺栓螺母組連接在一起，再通過兩個(gè)加強(qiáng)肋和底板焊接在一起，整個(gè)臺(tái)架采用螺栓和螺母與一承載機(jī)構(gòu)聯(lián)接，承載機(jī)構(gòu)的具體高度由具體工作要求決定，在承載臺(tái)上安裝的 V 架也可以設(shè)計(jì)成多排，本系統(tǒng)的具體設(shè)計(jì)思想如圖 2—2 所示。- 13圖 2—2 臺(tái)架設(shè)計(jì)（2）機(jī)架，橫梁和立柱 本系統(tǒng)中橫梁的材料為 35 號(hào)鋼，機(jī)架，立柱和底板的材料都為為 Q235 鋼（有一定強(qiáng)度，良好的鑄造性和韌性，焊接性好） ，橫梁和立柱都選用冷拔無縫方形鋼管，這樣便于在橫梁內(nèi)部安裝滾珠絲杠傳動(dòng)副，立柱先和一橫板焊接之后再與橫梁間通過 3 個(gè)螺栓，墊片螺母組連接，然后再和一加強(qiáng)肋板焊接緊固，立柱和底板通過 6 個(gè)螺栓螺母組連接，另外還加有四個(gè)加強(qiáng)肋板，恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置肋板有利于提高機(jī)架的剛度、強(qiáng)度，減小機(jī)架的重量。設(shè)置肋板使壁厚減小，對(duì)于焊接機(jī)架，設(shè)置肋板使焊件比較薄，有利于保證焊接質(zhì)量。在橫梁內(nèi)部有一套滾珠絲杠副通過一塊襯板安裝在一“凹”形滑臺(tái)上，由于絲杠的尾部沒有開螺紋，所以可以連接一個(gè)手動(dòng)搖柄裝置，因?yàn)闈L珠絲杠副可以將螺旋運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成直線運(yùn)動(dòng)，這樣整個(gè)橫移機(jī)構(gòu)就可以通過手動(dòng)控制橫梁尾部的搖柄而在橫梁上水平移動(dòng)，因?yàn)闈L珠絲杠副不能自鎖，所以在橫梁上安裝了壓緊裝置，通過壓緊壓板來限制滑板的移動(dòng)。（3）橫移機(jī)構(gòu) 橫移機(jī)構(gòu)的具體構(gòu)造為一升降氣缸和一對(duì)滾珠絲杠聯(lián)接裝置，在氣缸的活塞桿上安裝了氣缸附件（Y 型帶銷連接桿） ，該附件和一連接板用螺栓連接在一起，平板的下方就聯(lián)接了檢測(cè)頭部分。因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中鋼管規(guī)格為 Φ48mm~Φ246mm即鋼管間直徑相差 198mm，系統(tǒng)將氣缸部分和滾珠絲杠副連為一體，這樣鉛直方向上可以解決因氣缸行程不足而有一段距離無法達(dá)到的問題，在滾珠絲杠副后側(cè)還安裝了一個(gè)控制豎直方向的手柄裝置，他通過一對(duì)嚙合的錐齒輪傳動(dòng)改變旋轉(zhuǎn)方向，再通過滾珠絲杠副的螺旋運(yùn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)豎直方向的升降，在基準(zhǔn)面即水平面上配置有一承載水泥臺(tái)，設(shè)其高為 200 mm，整個(gè)橫梁和機(jī)架和底板用地腳螺栓連接在水泥臺(tái)上，氣缸的行程為 500 mm，整個(gè) V 形臺(tái)架高為 1500mm, 絲杠螺紋長(zhǎng)度為 300 mm，那么整個(gè)橫梁的高度就得大于 H H=500+1500+300 mm。取整為 2300 mm，圖 2—4 為橫移機(jī)構(gòu)剖視圖：- 14圖 2—3 橫移機(jī)構(gòu)剖視圖（3） 氣缸及氣路 因?yàn)樵诒鞠到y(tǒng)中無論豎直方向上的升降還是水平方向上的對(duì)齊，都需要由一個(gè)機(jī)構(gòu)來提供動(dòng)力，參考國(guó)內(nèi)大型鋼廠的鋼管生產(chǎn)線可知，很多設(shè)計(jì)在這一環(huán)節(jié)采用氣缸裝置，故氣缸的設(shè)計(jì)為本論文機(jī)械部分的重點(diǎn)，氣缸的型號(hào)主要根據(jù)所需的移動(dòng)距離和推力來確定。因?yàn)?FESTO 公司生產(chǎn)的氣缸結(jié)構(gòu)比其他廠家節(jié)省空間，附帶可調(diào)緩沖裝置，附件范圍廣（附 8 個(gè)連接螺栓，8 個(gè)圓片和螺母，一個(gè)法蘭，內(nèi)六角螺釘?shù)龋┒腋咨w上有溝槽使傳感器不突出表面，光滑，密封表面保護(hù)傳感器電纜，防止灰塵進(jìn)入。所以本系統(tǒng)選用 FESTO 氣動(dòng)元件系列的 DNC-40-500-PPV 型氣缸作為氣路的執(zhí)行元件，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)對(duì)精度要求很高，所以該氣缸上的緩沖裝置可以在氣缸快速升降的時(shí)候消除慣性力和運(yùn)動(dòng)殘余能量，分析氣缸的運(yùn)動(dòng)要求后選用 FESTO 系列 MN1H ISO5599-1 型的三位五通換向閥作為氣路的主要控制元件，當(dāng)閥作用在左工作位時(shí)，推桿回縮即氣缸上升，當(dāng)作用在右位時(shí)，推桿伸出，當(dāng)閥作用在中位時(shí)，五口全封閉，液壓泵不卸荷，氣缸閉鎖，這樣，若系統(tǒng)出現(xiàn)異常，使閥作用在中位，推桿能立即停止運(yùn)動(dòng)。對(duì)齊氣缸的型號(hào)為 FESTO 系列 DNC-40-800-PPV，與 FESTO 系列 JMFH - 15ISO5599-1 型二位五通閥相連，當(dāng)閥處于左位時(shí)，活塞推出，右位時(shí)活塞縮回。兩個(gè)氣缸并聯(lián)，由 PLC 一齊控制。由于氣缸是安裝在一個(gè)移動(dòng)支架上面，該支架又通過槽鋼和兩個(gè)滾動(dòng)導(dǎo)軌副接在一起，當(dāng)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，絲杠螺母就會(huì)升降，由于螺母通過螺母座和支架連接在一起，這樣整個(gè)升降機(jī)構(gòu)就可以上下升降（氣缸和滾珠絲杠副不在同一水平面，所以安裝時(shí)要特別注意兩平面之間的平行度問題） 。（4）手柄 因?yàn)槭謩?dòng)控制是系統(tǒng)的一個(gè)重要工作方式，每當(dāng)系統(tǒng)報(bào)警或是運(yùn)行不暢的時(shí)候都需要由手動(dòng)來調(diào)節(jié)，所以不論是在水平方向還是在豎直方向上都需要安裝一個(gè)手柄裝置，在手柄裝置里面主要由一對(duì)嚙合的錐齒輪（齒輪和傳動(dòng)軸之間用鍵連接）來實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)方向上的變化，再通過滾珠絲杠副將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)為精密檢測(cè)系統(tǒng)，所以當(dāng)系統(tǒng)在工作中必須要能自鎖，由于滾珠絲杠副不能自鎖，這里在手輪上加上一個(gè)壓緊裝置，當(dāng)此壓緊機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)安裝在傳動(dòng)軸上的斜楔機(jī)構(gòu)因?yàn)槁菁y配合就會(huì)向右擠，而右邊的間隙又是固定的，當(dāng)整個(gè)斜楔被擠到極限位置時(shí)，手輪就無法轉(zhuǎn)動(dòng)，這樣就可以實(shí)現(xiàn)豎直方向上的自鎖，當(dāng)這個(gè)調(diào)節(jié)裝置手柄搖動(dòng)時(shí)，整個(gè)檢測(cè)裝置就會(huì)上下升降，下圖中小錐齒輪的分度圓直徑 ，大錐齒輪的分度圓直徑142.8dm?（兩錐齒輪的選型設(shè)計(jì)過程略） ，因?yàn)閮慑F齒輪的傳動(dòng)比等于它們分度圓直263.dm?徑的反比，所以兩齒輪的傳動(dòng)比為 / =63.2/42.8=3/2,所以當(dāng)手輪轉(zhuǎn)過一圈時(shí)絲杠就會(huì)轉(zhuǎn)1i22/3 圈，因?yàn)楸鞠到y(tǒng)中絲杠的螺距為 6mm，所以此時(shí)絲杠螺母上升的距離為=4mm，鋼管間直徑相差 198 mm，手輪大概需要轉(zhuǎn) 50 轉(zhuǎn)，查手冊(cè)得人手搖的)/(?l速度為 100 ，所以鋼管管徑的差值通過手搖 30s 就可以解決，手動(dòng)裝置具體的構(gòu)造in/r如圖 2—5，該圖為手動(dòng)裝置的剖視圖。- 16圖 2—5 手動(dòng)裝置剖視圖（5） 檢測(cè)頭部分 頂桿檢測(cè)頭是一個(gè)特殊設(shè)計(jì)的部件，其作用為：檢測(cè)頭是一個(gè) 6×6 的傳感器陣列，固定在一塊安裝模架上，該安裝模架為根據(jù)傳感器安裝的具體數(shù)據(jù)用樹脂澆注而成，安裝模架和連接板用 4 個(gè) M8×20 的螺栓連接，由于氣缸的活塞桿長(zhǎng)度有限，為了將升降氣缸和整個(gè)檢測(cè)頭連為一體，采用在活塞桿上安裝附件，該附件為 Y型帶銷連接桿，通過此裝置將檢測(cè)機(jī)構(gòu)連接到氣缸上。當(dāng)系統(tǒng)正常工作的時(shí)候，有一副傳感器組作為備用，如果正在使用的傳感器發(fā)生故障時(shí)，只需要把安裝板拆下，換上備用傳感器組就行，保證生產(chǎn)節(jié)奏不受影響。圖 2-6 Y 型帶銷連桿- 173 機(jī)械部分的設(shè)計(jì)3．1 氣缸部分3.1.1 氣缸和閥的選型考慮到在這個(gè)系統(tǒng)中無論氣缸上升還是下降都是工作的一部分，所以采用雙作用標(biāo)準(zhǔn)氣缸，初步估計(jì)傳感器頭部分（傳感器陣列以及一些固定夾緊裝置）總質(zhì)量為 m (m<100Kg) 而氣缸行程為 500 mm ，因?yàn)橄到y(tǒng)要求氣缸 2s 下降到起始位置，1s 上升到工作位置，所以氣缸下降與上升的速度分別為 V1=250 mm／s ，V2=500 mm／s，氣缸要在2s 時(shí)間內(nèi)壓縮空氣趨動(dòng)質(zhì)量為 m 的裝置運(yùn)行 500mm 距離，即 F=P×S≥ G 計(jì)算得 D≥35 mm 故采用缸徑為 Φ40 mm 肯定能滿足工作要求。參考 FESTO 氣缸系列，選取標(biāo)準(zhǔn)氣缸型號(hào)為 DNC-40-500-PPV-A，氣缸在工作時(shí)要實(shí)現(xiàn)上升，下降，停止控制功能，所以系統(tǒng)還需要一個(gè)氣動(dòng)控制元件，這里選取 FESTO MN1H ISO5599-1 型號(hào)的三位五通電磁閥，當(dāng)閥處于中位時(shí)氣缸不工作，這一位置就為氣缸的原點(diǎn)，當(dāng)左邊的線圈得電時(shí)，閥處于左工作位時(shí)氣缸上升，右工作位下降。在頂桿右側(cè)還安裝有一個(gè)對(duì)齊氣缸，如果傳感器陣列和頂桿編碼部分有水平距離，對(duì)齊氣缸就會(huì)將頂桿推到應(yīng)有的位置。對(duì)齊氣缸與 159 687MN1H—5/2—D—FR—C 型二位五通閥相連，當(dāng)閥處于左位時(shí)，活塞推出，右位時(shí)活塞縮回。3.1.2 氣缸的力學(xué)計(jì)算及校核選好氣缸型號(hào)后還要確定氣缸安裝所需要的零件，附件如法蘭，螺栓，耳軸，腳架等，這里主要為氣缸端蓋上面的螺栓，本設(shè)計(jì)采用 M8 的 GB5780-86 ， 為 35 ~80 螺l栓，氣缸工作壓力為 1MPa，下面對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度校核：彈簧墊片 被聯(lián)接件螺母彈簧墊片墊片- 18圖 3—1 連接示意圖計(jì)算螺栓受力氣缸蓋最大壓力 N 22140156.QDFP?????螺栓工作載荷 N 12.0, 7.8Qz剩余預(yù)緊力 N'2.5.1.235.6F???螺栓最大拉力 N'097?相對(duì)剛度系數(shù) 采用銅皮石棉墊片 120.8c?預(yù)緊力 N' 102267cFF????螺栓拉力變化幅 N'02.85a計(jì)算螺栓應(yīng)力幅假設(shè)螺栓直徑 自定 dm?螺栓直徑和幾何尺寸 查手冊(cè)126.47,.18,.25,0.861.dmdpHpm???螺栓危險(xiǎn)截面面積 2213.474cAd?????????螺栓應(yīng)力幅 6.85.912aacFMP??確定許用應(yīng)力幅螺栓材料和性能等級(jí) 35 號(hào)鋼 5.8 級(jí) 50841BaSP???螺栓疲勞極限 10.326BaMP???極限應(yīng)力幅 lim19.5ua ak???- 19許用應(yīng)力幅 ??lim69.517.34aaMPS???校核螺栓變載荷強(qiáng)度 a?所以所選擇的螺栓完全能滿足工作要求。耗氣量的計(jì)算，氣缸單位時(shí)間內(nèi)消耗的壓縮空氣量為：當(dāng)活塞桿伸出時(shí) 式（3.1） 29V11Q04SDt????式中 D——?dú)飧赘讖? S——?dú)飧仔谐? t1——活塞伸出時(shí), 完成行程所需時(shí)間，由式（3.1）得 43V1.0/ms???當(dāng)活塞桿縮入時(shí) 式（3.2）??29V22Q104SDdt????式中 d----活塞桿直徑 t2----活塞桿縮入時(shí), 完成行程所需時(shí)間，由式（3.2）得因?yàn)閷?duì)齊氣缸和升降氣缸的內(nèi)徑相同，只是行程不一樣，所以同規(guī)43V2Q5.810/ms???格的螺栓也能滿足工作要求，強(qiáng)度校核略。3.1.3 氣缸的圖形及說明本氣缸為 FESTO 普通型雙作用標(biāo)準(zhǔn)氣缸 ,其部分性能參數(shù)為缸徑 40mm, 行程 圖 3—2 氣缸設(shè)計(jì)資料ZJ+G1/4- 2010mm~2000mm, 缸體具體重量為 0.8kg，行程每增加 10 mm 部件重量增加 0.046 kg ，軸襯蓋和端蓋的材料為壓鑄鋁，缸筒材料為陽極氧化鋁，活塞桿材料為高質(zhì)合金鋼，經(jīng)過回火處理，連接螺紋尺寸 G1/4， 由于本系統(tǒng)中對(duì)齊氣缸和升降氣缸的主要參數(shù)是一樣的，只是行程不一樣，所以可都選用 FESTO 系列氣缸。圖 3—2 為 FESTO 自動(dòng)化公司的設(shè)計(jì)圖紙。3.1.4 系統(tǒng)的氣動(dòng)回路結(jié)合系統(tǒng)的工作要求知道升降部分的氣缸和對(duì)齊部分的氣缸各自獨(dú)立工作，所以他們肯定是并聯(lián)關(guān)系，而氣缸都是外接氣源型，所以系統(tǒng)可采用同一氣源供氣，氣源由氣管引出經(jīng)過球閥 9543（與氣管連接螺紋為 G3/8）之后與氣源處理單元即三聯(lián)件（型號(hào)為FESTO 公司 氣源處理裝置 QE-10-0347-TZ 系列，與氣管連接螺紋為 G3/8）相連，然后皮管通過三通管接頭一分為二，各自與相應(yīng)的氣管連接，兩條支路各接一只過濾器，三位五通電磁閥與氣管的連接螺紋為 G3/8，二位五通閥與氣管的連接螺紋為 G1/4，兩個(gè)氣缸和氣管的連接螺紋都為 G1/4，這兩個(gè)電磁閥各接兩只消聲器，三通管前面的氣管選用Φ8mm，經(jīng)過三通管后換用 Φ10mm 氣管，通過上面的分析給出系統(tǒng)的氣動(dòng)回路如圖 3—3：圖 3—3 系統(tǒng)氣動(dòng)回路圖- 213．2 導(dǎo)軌部分3.2.1 滾珠絲杠副的選型在系統(tǒng)對(duì)工作方式的要求中，手動(dòng)調(diào)節(jié)是一種重要的工作方式，不管是在橫梁上還是在豎直方向上，為了讓傳感器頭處于最佳工作位置都要對(duì)橫移機(jī)構(gòu)或升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)，我們可以通過安裝手輪來實(shí)現(xiàn)手動(dòng)，這里主要涉及到運(yùn)動(dòng)方向上的轉(zhuǎn)換，能將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的裝置有螺旋傳動(dòng)裝置，在所有的螺旋傳動(dòng)裝置中由于滾珠絲杠裝置摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高可達(dá) 85%~95%，運(yùn)行平穩(wěn)無顫動(dòng)且低速不爬行，定位精度高，工作壽命長(zhǎng)不容易發(fā)生故障，所以本系統(tǒng)采用滾珠絲杠裝置來達(dá)到工作要求，其具體型號(hào)為 FFZD5006—5。由于絲杠的長(zhǎng)度一般都不會(huì)太長(zhǎng)（太長(zhǎng)剛度就會(huì)減弱） ，根據(jù)具體工作要求可以選擇選用幾根絲杠連接在一起，本系統(tǒng)中豎直方向上的絲杠螺紋長(zhǎng)度為 300mm 就可以達(dá)到要求,所以一根絲杠完全可以滿足工作要求，絲桿上面安裝一個(gè)銅螺母，該螺母通過螺母座和系統(tǒng)的橫移支架相連，當(dāng)手輪搖動(dòng)時(shí)運(yùn)動(dòng)傳遞到絲桿上，絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)螺母上升，螺母座帶動(dòng)橫移支架升降。3.2.2 滾珠絲杠副的力學(xué)計(jì)算根據(jù)工作要求可知以下數(shù)據(jù)：等效載荷 =2200N，絲杠有效行程 =300 ，等效轉(zhuǎn)mFuLm速 =100r/min，要求使用壽命 =15000 左右，可靠度 95%，精度為 3 等級(jí)。mn'hL求計(jì)算載荷： 1..620389cFaRtmKN????由手冊(cè)查得 .,.,1.,aRtK式''34.6710mhacnLCF??（3.3）由式（3.3）得 ，因?yàn)?，所以選用滾珠絲杠副型號(hào)為'1754aCN?'5aNFFZD5006—5，主要尺寸為：循環(huán)圈數(shù)為'0,6,,8.9,4.hwdmPDmdm???1.52?- 22280,160/acCNKm??螺旋導(dǎo)程角 '"06artnarct2150hPd?????。穩(wěn)定性計(jì)算，因?yàn)槁輻U較長(zhǎng)，應(yīng)驗(yàn)算螺桿的穩(wěn)定性，臨界載荷為??21acrEIFl?? 3.4式 （ ）式中 E——螺桿材料的彈性模量，E= 52.06/Nm?——螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩aI44541.9.10adI m????——長(zhǎng)度系數(shù)，查表得，按一端固定一端鉸支，? .7?—— 絲杠螺紋全長(zhǎng)，1l 1230uellm??由 得3.4式 （ ） ??25552.06.9.173crFN????故 ，通過驗(yàn)算。531.0.4~2crm?剛度驗(yàn)算按最不利情況考慮，即在螺距（應(yīng)為導(dǎo)程）內(nèi)受軸向力引起的彈性變形與受轉(zhuǎn)矩引起的彈性形變方向一致，此時(shí)變形量為最大，計(jì)算公式為214216hhTPFSGdE???? 3.5式 （ ）式中 ????01 50tan2tan'5"8'032mvdTF Nm???????（式中摩擦系數(shù) 按 0.0025 計(jì)，當(dāng)量摩擦角 = ）f v?'4剪切彈性模量 428.310/GNm則2244526060.390..5.9.14.9S m? ?????????每米螺桿長(zhǎng)度上的彈性變形 =3./PSS????????????15/本系統(tǒng)中滾珠絲杠副精度應(yīng)選擇 3 等級(jí)，由手冊(cè)查得 的一半為P/?- 233.2.3 滾珠絲杠的圖形及說明 89060°7160312865098.548.961防塵圈8圖 3—4 滾珠絲杠外形圖 12.5其 余倒 角 x4°主圖 3—4 為螺母的工作示意圖- 24圖 3—4 為螺母的工作示意圖。圖 3—5 為絲杠工作明細(xì)圖。該滾珠絲杠副為 FFZD 型內(nèi)循環(huán)浮動(dòng)返向器雙螺母墊片預(yù)緊型。其絲杠總長(zhǎng)為 445 mm，有效螺紋長(zhǎng)度為 300mm，螺距為 6mm,兩螺母總長(zhǎng)為 128 mm，鋼珠直徑為 4 mm，當(dāng)手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)傳遞到絲杠螺母實(shí)際上升距離為 4 mm。圖 3—5 為絲杠工作明細(xì)圖該滾珠絲杠副在安裝的時(shí)候要注意的事項(xiàng)，兩端支承方式盡可能采用“兩端固定”或“一端固定，一端鉸支”式兩端軸承和螺母要精確到軸心線重合，同軸度 6~7 級(jí)。本系統(tǒng)中的滾珠絲杠副安裝方式都是一端固定，一端自由，由于滾珠絲杠副不能自瑣，所以系統(tǒng)要配置相應(yīng)的具有自鎖功能的元件，水平放置的絲桿是通過壓緊托板和滑板以限制相互運(yùn)動(dòng)，豎直方向上的絲杠的自鎖是通過手動(dòng)調(diào)節(jié)裝置里面的斜楔機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)手輪上的手柄轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)通過螺紋配合將斜楔往右擠