畢業(yè)論文 塑料拉絲機(jī)輔機(jī)無級(jí)變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p>　　論文題目 塑料拉絲機(jī)輔機(jī)無級(jí)變速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　?。ㄓ?文） Design on speed stepless mechanism </p><p>　　for plastic drawbench of auxiliary e</p>&l

2、t;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本課題主要研究塑料拉絲機(jī)輔機(jī)無級(jí)變速機(jī)構(gòu)。拉絲機(jī)由于技術(shù)比較落后，不能保證收絲的卷筒實(shí)現(xiàn)無級(jí)變速，從而使塑料絲的線速度不斷增大，最終導(dǎo)致塑料絲被拉斷，極大地影響了拉絲的質(zhì)量。所以，為了提高拉絲質(zhì)量和生產(chǎn)效率，完善拉絲機(jī)整機(jī)的配置，使之在同類產(chǎn)品中具有較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，我們必須設(shè)計(jì)出與主機(jī)相匹配的塑料拉絲機(jī)輔機(jī)和無級(jí)變速裝置。&l

3、t;/p><p>　　本次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)象是塑料拉絲機(jī)變速機(jī)構(gòu)，該裝置主要要實(shí)現(xiàn)塑料拉絲機(jī)的收絲卷筒無極變速。本裝置主要由測(cè)量裝置通過電壓、電阻發(fā)生變化，從而使步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)滾珠從而帶動(dòng)主電機(jī)上下移動(dòng)使帶輪中心距發(fā)生變化，從而壓縮帶輪的錐輪使它線速度發(fā)生變化，起到改變卷筒速度，最終達(dá)到無級(jí)變速目的。帶傳動(dòng)具有以下特點(diǎn)：傳動(dòng)帶具有撓性，能緩和沖擊，吸收震動(dòng)傳動(dòng)平穩(wěn)噪音小，過載時(shí)傳動(dòng)帶在輪緣上打滑，可以避免其他零件破壞，起到保

4、護(hù)整體的作用；機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造安裝精度要求低，制造成本低維護(hù)方便。</p><p>　　這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：系統(tǒng)的響應(yīng)速度較快，精度較高，步進(jìn)電機(jī)可取δ=0.01~0.02mm。而且光電傳感器解決了以往用位移傳感器而帶來的傳感器以及塑料絲的磨損問題，增加了傳感器的使用壽命的同時(shí)也解決了塑料絲因與位移傳感器摩擦而使絲拉斷這一技術(shù)難題，使拉出的塑料絲質(zhì)量更好。</p><p><b>

5、　　Abstract</b></p><p>　　The main topic of plastic wire drawing machine Auxiliary Variable institutions. Backward because of technical drawing machine, wire reel can not guarantee to achieve continuousl

6、y variable income, so that plastic wire speed is increasing, eventually leading plastic wire pulled off, which greatly affect the quality of the drawing. Therefore, in order to improve drawing quality and production effi

7、ciency, improve the configuration of machine drawing machine, making similar products with strong marke</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1緒論.............................................

8、.....................1</p><p>　　1．1課題及課題意義.....................................................1</p><p>　　1．2國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的研究方向.........................................2</p><p>　　3設(shè)計(jì)思路...

9、........................................................3</p><p>　　2、總體方案設(shè)計(jì)......................................................5</p><p>　　2．1無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)........................................

10、....5</p><p>　　2．2檢測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì).................................................5</p><p>　　2．3伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì).....................................................5</p><p>　　3、分析與計(jì)算.............

11、............................................7</p><p>　　3．1無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算....................................7</p><p>　　3．1．1確定變速機(jī)構(gòu)的變速范圍................................7</p><p>　　3．1．2

12、分離錐輪尺寸的計(jì)算........................................7</p><p>　　3．1．3皮帶周長(zhǎng)L的計(jì)算...........................................8</p><p>　　3．1．4加壓彈簧的計(jì)算..............................................9</p&g

13、t;<p>　　3．1．5寬三角皮帶強(qiáng)度計(jì)算.......................................11</p><p>　　3．1．6最大值的計(jì)算...............................................12</p><p>　　3．2進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算...........................

14、....13</p><p>　　3．2．1導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型..........................................13</p><p>　　3．2．2滾珠絲杠螺母的選型.......................................15</p><p>　　3．2．3滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)............

15、.........17</p><p>　　3．2．4滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)........................17</p><p>　　3．2．5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算.....................................17</p><p>　　3．3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算............................

16、.............19</p><p>　　3．3．1檢測(cè)與信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì).................................19</p><p>　　3．3．2閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)....................................27</p><p>　　4、總結(jié)與展望.......................

17、.................................29</p><p>　　5、致謝................................................................31</p><p><b>　　1.緒論</b></p><p>　　1．1課題及課題意義</p>&

18、lt;p>　　隨著中國(guó)加入WTO，我國(guó)與世界的交流日益增多、產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，這不光是價(jià)格的競(jìng)爭(zhēng)，更重要的是產(chǎn)品質(zhì)量、科技含量以及售后服務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)。在我國(guó)塑料加工業(yè)中，幾乎1/3~1/2 的塑料制品是通過拉制成型來完成。作為塑機(jī)的第二大類產(chǎn)品，拉制成型機(jī)組的產(chǎn)量和銷售額約占塑料機(jī)械的20%~25%，其生產(chǎn)廠家分布在機(jī)械、輕工、化工、石化、建材、軍工等行業(yè)，在地域上多集中在塑料加工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，如江浙、遼寧、山東、廣東等東南沿海地區(qū)

19、。全國(guó)124 家主要塑機(jī)企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值為38.7 億，東南沿海就占了70%以上；全國(guó)生產(chǎn)拉絲機(jī)的廠家超過百家，多數(shù)為民營(yíng)或鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，約占塑機(jī)行業(yè)廠家的60%，拉絲機(jī)的品種占塑料機(jī)械品種的20%，這個(gè)比例還有逐年上升趨勢(shì)。全國(guó)每年能夠生產(chǎn)300 臺(tái)(套)以上拉絲機(jī)機(jī)組的廠家僅有3~4 家，大部分企業(yè)只能生產(chǎn)低檔次的老產(chǎn)品，難以達(dá)到經(jīng)濟(jì)規(guī)模，尤其在控制水平、效率、精度、可靠性和成套性等方面與發(fā)達(dá)國(guó)家相比差距較大。由于專業(yè)水平和產(chǎn)品技術(shù)含量低

20、，決定了產(chǎn)品的附加值低，從而使企業(yè)的整體效益不高，在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中處于劣勢(shì)。因此，要在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地，必須提高企業(yè)的科技創(chuàng)新能力，使企業(yè)</p><p><b>　　圖1-1塑料拉絲機(jī)</b></p><p>　　1．2國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的研究方向</p><p>　　1、江蘇常州江南塑料機(jī)械廠研制成功新型塑料平膜拉絲機(jī)。該機(jī)組由SJ--65B

21、擠出機(jī)主機(jī)、平模頭、冷卻水箱、剖絲牽伸加熱烘箱、五輥牽伸裝置、定型加熱烘箱和分絲卷繞機(jī)等組成，以聚乙烯、聚丙烯等為原料生產(chǎn)塑料扁絲。其主機(jī)為擠塑膜專用擠出機(jī)。長(zhǎng)徑比大，塑化性能好，控溫精度高，有較完善的控制系統(tǒng)，能準(zhǔn)確無誤、協(xié)調(diào)地控制擠出機(jī)的各種動(dòng)作，使擠出機(jī)的溫度、壓力和流量等控制在工藝條件所規(guī)定的范圍內(nèi)， 從而生產(chǎn)出高質(zhì)量的產(chǎn)品。這一設(shè)備的料筒螺桿采用38 鉻鉬氮化鋼，輔機(jī)的電動(dòng)機(jī)采用電磁調(diào)速電機(jī)進(jìn)行無級(jí)調(diào)速，操作簡(jiǎn)便靈活，能保證牽

22、引和卷繞速度一致，比同類產(chǎn)品實(shí)用，投放市場(chǎng)后深受中小企業(yè)歡迎。</p><p>　　2、國(guó)產(chǎn)拉絲機(jī)收線張力控制技術(shù)比較落后，小型拉絲機(jī)控制的成品線徑在0.2mm左右，拉制過程中斷線頻繁，一次斷線的收線容量一般不超過1.0公斤，這與發(fā)達(dá)國(guó)家的同類設(shè)備相比差距甚大。國(guó)產(chǎn)拉絲設(shè)備在機(jī)械性能方面與進(jìn)口設(shè)備的差距并不太大，最大的差距是表現(xiàn)在電氣控制方面。改進(jìn)原機(jī)張力控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)大容量收線一直是線材生產(chǎn)行業(yè)追求的目標(biāo)，并為

23、此作了不少工作，取得一定的成效。作者與山東新太漆包線廠合作，在分析了原機(jī)控制系統(tǒng)存在的主要問題之后，結(jié)合實(shí)際研制出一種新型的收線張力控制系統(tǒng)，為國(guó)產(chǎn)老設(shè)備的技術(shù)改造提供了一種新的途徑。、</p><p>　　3、近幾年來做為水泥、化肥、蔬菜、礦產(chǎn)品、防洪、軍用物資包裝用的塑料編織袋的發(fā)展十分迅速, 對(duì)所用的拉制扁絲的質(zhì)量要求越來越高, 從而不但對(duì)拉絲設(shè)備的單機(jī)性能, 而且對(duì)整機(jī)組合的工藝配套性提出了更高, 更嚴(yán)格

24、的要求。有些小型工廠, 在工藝配套性方面往往沒有能力或者重視不夠, 造成設(shè)備安裝后運(yùn)轉(zhuǎn)不正常, 導(dǎo)致不能生產(chǎn)或者生產(chǎn)不穩(wěn)定。到目前為止, 還未發(fā)現(xiàn)有文章系統(tǒng)地對(duì)這種情況進(jìn)行分析, 和提出改進(jìn)方法。本文結(jié)合一廠家的典型情況, 對(duì)其引進(jìn)的拉絲機(jī)進(jìn)行系統(tǒng)的分析, 并將改進(jìn)的方法和結(jié)果作出闡述。2# 拉絲機(jī)組的主機(jī)、牽伸機(jī)、收卷機(jī)三大部分分別由三個(gè)不同的廠家購(gòu)進(jìn), 該機(jī)經(jīng)安裝調(diào)試生產(chǎn)后, 發(fā)現(xiàn)它們之間存在一些問題。1. 第二牽伸轉(zhuǎn)速同主機(jī)轉(zhuǎn)速不

25、匹配、機(jī)組不能高速運(yùn)轉(zhuǎn)。即主機(jī)采用20KW 的直流電機(jī)拖動(dòng), 由于電源部份的主電路采用三相橋式半控整流, 以雙閉環(huán)自動(dòng)控制系統(tǒng)控制速度, 因而主機(jī)轉(zhuǎn)速能根據(jù)工藝要求從0~90r/min 可調(diào), 并能穩(wěn)定在給定的轉(zhuǎn)速上。牽伸機(jī)的第一牽伸因工藝要求轉(zhuǎn)速低, 能適應(yīng)主機(jī)高速運(yùn)轉(zhuǎn), 但第二牽伸基于工藝要求轉(zhuǎn)速高, 而實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)中的最大轉(zhuǎn)速只能和主機(jī)的70r/m</p><p>　　4、SPL-90 -162 塑料平膜拉絲機(jī)

26、組</p><p>　　該機(jī)組為融合國(guó)際先進(jìn)技術(shù)之結(jié)晶，采用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)自行設(shè)計(jì)制造．具有速度高、產(chǎn)量高、能耗低、原材料消耗低、運(yùn)行平穩(wěn)、操作調(diào)整方便、控制靈敏可靠等特點(diǎn)，達(dá)到國(guó)際同類產(chǎn)品水平。被國(guó)家確定為替代進(jìn)口信得過產(chǎn)品。榮獲輕工部?jī)?yōu)秀新產(chǎn)品科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和首屆全國(guó)輕工業(yè)博覽會(huì)銀獎(jiǎng)。用途：適用于以聚丙烯，高密度聚乙烯，線性低密度聚乙烯為原料，生產(chǎn)編織機(jī)所需的各種標(biāo)準(zhǔn)扁絲。主要特點(diǎn)為主機(jī)采用新型高效擠出部件

27、，擠出量80-280kg/h。長(zhǎng)效過濾器三班運(yùn)行，一周換網(wǎng)一次，年增加產(chǎn)量110 噸．減少?gòu)U絲12 噸。配有自動(dòng)上料，邊絲閉路回收，廢絲回收，靜電消除等裝置；電器件由日本富士和法國(guó)TE 公司提供．整進(jìn)采用進(jìn)門微機(jī)系統(tǒng)控制，靈敏可靠，加熱溫度，牽引速度，螺桿轉(zhuǎn)速和溶體壓力均由數(shù)字儀表顯示。收卷機(jī)配用張力自調(diào)裝置，繞絲質(zhì)量好。主要技術(shù)規(guī)格：l 、擠出螺桿：φ90mm/ 33 : 12 、模頭寬度：1050mm3 、生產(chǎn)速度：100

28、-200m / min 4 、扁絲產(chǎn)量：100-200kg / h 5 、扁絲規(guī)格：84 -266Tex 6 、收卷綻數(shù)：162 綻</p><p><b>　　1．3設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　為了解決這一技術(shù)難題，我們準(zhǔn)備通過閉環(huán)控制系統(tǒng)來控制卷筒的轉(zhuǎn)速。方法如下：在卷筒上增設(shè)一法蘭，法蘭上開1×L的矩形孔（L為卷絲的最大半徑）。使用光電

29、池來測(cè)量入射光面積的大小，從而得到卷絲的瞬時(shí)半徑，經(jīng)計(jì)算可得其瞬時(shí)線速度。由于在光的照度一定時(shí)，光電池的短路電流ISC與受光面積是線性關(guān)系，那么在光強(qiáng)相同的條件下，受光面積=電池感光面積-拉絲擋光面積：ISC=K×S擋，故可實(shí)時(shí)檢測(cè)拉絲擋光面積。</p><p>　　拉絲半徑R=L，R0=R+r。帶輪的轉(zhuǎn)速為n,故線速度V=2πn(R+r)/60</p><p><b>

30、;　　=πnR0/30</b></p><p>　　可見，當(dāng)卷筒的角速度n為常數(shù)時(shí)，線速度就為常數(shù)。我們可以利用帶輪無級(jí)變速裝置，然后將驅(qū)動(dòng)帶輪的電機(jī)與滾珠絲杠相連接，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠。當(dāng)光電池測(cè)量到的信號(hào)經(jīng)過數(shù)、模轉(zhuǎn)換與后續(xù)電路的放大、整形、調(diào)制，將信號(hào)輸入微機(jī)（單片機(jī)），然后使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)裝在絲杠上的普通電機(jī)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)卷筒的無級(jí)變速。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于：系統(tǒng)的響應(yīng)速度較快，精

31、度較高，步進(jìn)電機(jī)可取δ=0.01~0.02mm。而且光電傳感器解決了以往用位移傳感器而帶來的傳感器以及塑料絲的磨損問題，增加了傳感器的使用壽命的同時(shí)也解決了塑料絲因與位移傳感器摩擦而使絲拉斷這一技術(shù)難題，使拉出的塑料絲質(zhì)量更好。</p><p>　　圖1-2 無極變數(shù)機(jī)構(gòu) </p><p><b>　　2.總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p>

32、　　2.1無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　由于自動(dòng)機(jī)的工作特征，要求自動(dòng)機(jī)的變速機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足如下幾點(diǎn)：</p><p>　　自動(dòng)機(jī)能在運(yùn)轉(zhuǎn)中變速，這和一般機(jī)床的變速有明顯區(qū)別；</p><p>　　自動(dòng)機(jī)在調(diào)速時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，且仍能正常工作；</p><p>　　調(diào)速范圍盡可能大，理想的調(diào)速范圍是從0至最大工作速度，且能任意連續(xù)可調(diào)；&

33、lt;/p><p>　　調(diào)速方便，調(diào)速精度高、速度穩(wěn)定性好；</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易，成本低廉。</p><p>　　綜合以上的要求，我們選擇帶輪式無級(jí)變速機(jī)構(gòu)。帶輪式無級(jí)變速機(jī)構(gòu)是由一對(duì)或兩對(duì)可分離的錐輪組成，利用較寬的三角形膠帶進(jìn)行轉(zhuǎn)矩傳送。從幾種機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)中我們選取單向分離錐式結(jié)構(gòu)作為我們的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2

34、.2檢測(cè)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)</p><p>　　檢測(cè)系統(tǒng)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中的一個(gè)重要組成部分，用于實(shí)現(xiàn)計(jì)測(cè)功能。機(jī)電一體化對(duì)檢測(cè)系統(tǒng)在性能方面的基本要求是：精度、靈敏度和分辨率高；線性和重復(fù)性能好；抗干擾能力強(qiáng)；靜、動(dòng)態(tài)特征好。除此之外，為了適應(yīng)機(jī)電一體化產(chǎn)品的特點(diǎn)并滿足機(jī)電一體化的需要，還對(duì)傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)提出了一些特殊要求：如體積小、價(jià)格便宜、便于安裝與維修、耐環(huán)境性好等。</p><p&g

35、t;　　通過調(diào)研，結(jié)合上幾屆畢業(yè)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，我們初步選取了兩種傳感器：位移傳感器與光電傳感器，它們的優(yōu)點(diǎn)是：都具備較高的精度與靈敏度且在實(shí)際檢測(cè)中廣泛應(yīng)用，體積小、價(jià)格便宜、便于安裝與維修。但是位移傳感器有一個(gè)較大的缺點(diǎn)是：必須與所測(cè)量的物體接觸，這對(duì)于塑料絲這種不耐磨的產(chǎn)品是一個(gè)很大的缺陷。</p><p>　　它直接影響了產(chǎn)品的質(zhì)量，也使傳感器的壽命大打折扣。而光電傳感器解決了以往用位移傳感器而帶來的傳感器以

36、及塑料絲的磨損問題，增加了傳感器的使用壽命的同時(shí)也解決了塑料絲因與位移傳感器摩擦而使絲拉斷這一技術(shù)難題，使拉出的塑料絲質(zhì)量更好。</p><p>　　2.3伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于系統(tǒng)精度要求較高，開環(huán)伺服系統(tǒng)滿足不了要求，所以我們采用閉環(huán)控制的伺服系統(tǒng)。利用帶輪無級(jí)變速裝置，然后將驅(qū)動(dòng)帶輪的電機(jī)與滾珠絲杠相連接，用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)滾珠絲杠。滾珠絲杠帶動(dòng)工作臺(tái)上的交流電機(jī)運(yùn)動(dòng)又

37、與帶輪無級(jí)變速裝置連接。當(dāng)光電池測(cè)量到的信號(hào)經(jīng)過數(shù)、模轉(zhuǎn)換與后續(xù)電路的放大、整形、調(diào)制，將信號(hào)輸入微機(jī)（單片機(jī)），然后使步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)裝在絲杠上的普通電機(jī)作往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)卷筒的無級(jí)變速。（見圖1-2）</p><p><b>　　3.分析與計(jì)算</b></p><p>　　3.1無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　3.1.1確

38、定變速機(jī)構(gòu)的變速范圍</p><p>　　根據(jù)湖北煤炭機(jī)械廠生產(chǎn)的0.3SL型塑料拉絲輔機(jī)的技術(shù)參數(shù)，牽伸輥筒的直徑為：215mm，聚乙烯圓絲直徑：0.15~0.3mm，選取單向分離錐式結(jié)構(gòu)，帶輪式無級(jí)變速機(jī)構(gòu)的變速范圍為：</p><p>　　第Ⅰ類單分離錐輪 =2.6</p><p>　　3．1．2分離錐輪尺寸的計(jì)算</p><p

39、>　　下圖是皮帶截面與錐輪的集合尺寸的關(guān)系圖。圖中膠帶截面處于上下兩個(gè)極限位置時(shí)錐輪半徑為和；為了使兩個(gè)錐輪端面不相碰（即有間隙，其最小間隙為Δ。）</p><p>　　圖3-1膠帶的截面尺寸</p><p>　　膠帶的截面尺寸如圖所示：</p><p>　　a0: 膠帶形心層的寬度；</p><p>　　y0:

40、 膠帶形心層至頂面的距離；</p><p>　　h: 膠帶的高度； </p><p>　　Φ: 膠帶的楔形角；</p><p>　　l: 膠帶的長(zhǎng)度；</p><p>　　由圖中ΔABC可知：</p><p><b>　　BC=</b&

41、gt;</p><p>　　因?yàn)?</p><p><b>　　代入化簡(jiǎn)得</b></p><p>　　式中Δ一般取0.05 a0</p><p>　　從公式中可以看出，增加變速機(jī)構(gòu)變速范圍的方法有：</p><p><b>　?。?）增大的比值</b><

42、;/p><p>　　無級(jí)變速皮帶應(yīng)該比普通標(biāo)準(zhǔn)皮帶寬。但是，如果比值太大，會(huì)引起膠帶橫向剛度的不足，使工作穩(wěn)定性下降。目前普通標(biāo)準(zhǔn)三角皮帶的=1.33~1.42，而寬三角皮帶的=2.2~4.9。在設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)傳遞功率較小，而要求變速范圍較大時(shí)，值可選大值；反之選取小值。 </p><p><b>　　（2）減少值</b></p><p>　　減少值，

43、也可增加，但同時(shí)會(huì)增加皮帶的彎曲應(yīng)力，降低其壽命。因此，為了減少值，采用帶齒形的寬三角皮帶。這樣可使皮帶的彎曲應(yīng)力增加。</p><p>　?。?）減小皮帶楔形角</p><p>　　減小皮帶楔形角也可以增加。皮帶的楔形角和皮帶輪的槽角間的關(guān)系為式中一般取。</p><p>　　減少皮帶輪槽角，不但可以增大變速范圍，還可以增加所傳遞的圓周力，但是皮帶的橫向變形會(huì)增大

44、。所以對(duì)較大的寬三角皮帶，角不宜取得過小。從上海地區(qū)使用的情況來看，角一般取。從國(guó)外資料看角為。</p><p>　　綜上分析，為了擴(kuò)大變速范圍，皮帶應(yīng)寬些，楔形角應(yīng)小些，皮帶縱向柔性和橫向剛度應(yīng)好些。經(jīng)查表分析得：</p><p>　　a0=29.7 mm , h=13mm , Φ= 。此時(shí)帶輪的小徑為：=100mm，大徑為=260mm。</p><p>

45、　　3.1.3皮帶周長(zhǎng)L的計(jì)算</p><p>　　皮帶長(zhǎng)度L的計(jì)算公式與普通三角皮帶一樣，即</p><p>　　對(duì)寬三角皮帶長(zhǎng)度進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可采用i=1, 即</p><p><b>　　進(jìn)行初算</b></p><p>　　所以 </p><p>　　A

46、為兩輪中心距，D為傳動(dòng)比i=1時(shí)的錐輪直徑。</p><p>　　3.1.4加壓彈簧的計(jì)算</p><p>　　活動(dòng)錐輪在彈簧的直接作用下，當(dāng)皮帶處于時(shí)，錐輪壓緊彈簧，當(dāng)皮帶處于時(shí)，彈簧就放松一些，彈簧的壓縮和放松，主要決定與皮帶所引起的軸向力K和皮帶所傳遞的圓周力P，其關(guān)系如下：</p><p><b>　　K=cos</b></p&g

47、t;<p>　　式中： f－摩擦系數(shù)；</p><p><b>　　β－貯備系數(shù)；</b></p><p>　　當(dāng)f=0.3時(shí)主動(dòng)輪β=1.7-2.2，從動(dòng)輪β=1.2-1.4。當(dāng)皮帶在處時(shí)的軸向力為，扭矩為；相應(yīng)的皮帶在處時(shí)的軸向力為，扭矩為，則</p><p><b>　　=·cos</b>&l

48、t;/p><p><b>　　=</b></p><p>　　考慮到傳動(dòng)的恒扭矩特點(diǎn)，即</p><p>　　則可得 （1）</p><p>　　根據(jù)彈簧特性，有如下關(guān)系</p><p>　　式中，x為錐輪的位移量。</p

49、><p><b>　　代上式得</b></p><p><b>　　（2）</b></p><p>　　將式（1）和式（2）平衡，可得</p><p>　　式中： ——皮帶在處時(shí)彈簧變形量；</p><p>　　——皮帶在處時(shí)彈簧變形量。</p>&

50、lt;p>　　如果彈簧作用于主動(dòng)錐輪，則</p><p>　　這時(shí)，輸入軸的扭矩不變，轉(zhuǎn)速不變，故稱之為恒功率傳動(dòng)。</p><p>　　如果彈簧作用于從動(dòng)錐輪，則</p><p>　　這時(shí)，輸出軸的扭矩不變，故稱之為恒扭矩傳動(dòng)。若在調(diào)速時(shí)兩個(gè)錐輪作大小相等方向相反的軸向移動(dòng)，則</p><p>　　這樣，已知、、及值，就可在《機(jī)械零件

51、手冊(cè)》中選擇彈簧形式和尺寸等參數(shù)。</p><p>　　經(jīng)過查表，彈簧的參數(shù)為：</p><p>　　d=5mm；D=85mm；；</p><p><b>　　軸向間距；</b></p><p><b>　　展開長(zhǎng)度：</b></p><p>　　螺旋角：,對(duì)于螺旋壓簧，&l

52、t;/p><p>　　彈簧的材料為65Mn，根據(jù)圖3-1可知：當(dāng)傳動(dòng)比最大時(shí)，帶被拉伸，此時(shí)彈簧的變形量為最大：λ=42.7mm。圓柱螺旋彈簧受載后的軸向變形量λ，可根據(jù)材料力學(xué)關(guān)于圓柱螺旋彈簧變形量的公式求得，即： </p><p>　　可知此時(shí)彈簧所受載荷為：</p><p>　　其中，n為彈簧的有效圈數(shù)，G為彈簧的切變模量。</p><p>

53、;　　由彈簧的變形所引起的帶的拉力如下圖所示：</p><p>　　圖3-2彈簧變形引起帶的拉力原理</p><p>　　可知：帶輪所受的摩擦力f與帶輪所受的正壓力N的合力F’與彈簧的張力F平衡，故：</p><p>　　f、N分別投影到豎直方向：那么帶所收的拉力</p><p>　　3.1.5寬三角皮帶強(qiáng)度計(jì)算</p><

54、;p>　　寬三角皮帶強(qiáng)度餓計(jì)算與普通三角皮帶一樣，他所傳遞的功率N為</p><p><b>　　··</b></p><p>　　式中 z——皮帶根數(shù)，無級(jí)變速傳動(dòng)時(shí)，z=1；</p><p>　　——單根皮帶在包角為180°平穩(wěn)工作時(shí)能傳遞的功率</p><

55、p><b>　　(kW)</b></p><p>　　式中 P——圓周力，P=[k]·F（）;</p><p>　　F——皮帶截面積，（）</p><p>　　[k]——皮帶許用有效應(yīng)力，對(duì)單根皮帶</p><p><b>　　（）；</b></p

56、><p>　　V——皮帶速度（）。</p><p>　　當(dāng)輸入轉(zhuǎn)速 、皮帶在最小直徑初作恒功率傳動(dòng)時(shí)，單根皮帶所能傳遞的功率可按上式計(jì)算。</p><p>　　所以皮帶的許用有效應(yīng)力</p><p><b>　　小輪的包角：</b></p><p><b>　　故最大有效拉力為：</b

57、></p><p>　　為了保證帶傳動(dòng)的穩(wěn)定性，取=，當(dāng)緊邊拉力為時(shí)，有：</p><p><b>　　A為帶的橫截面積。</b></p><p>　　3.1.6 最大值的計(jì)算</p><p>　　當(dāng)卷筒上的塑料絲卷到最厚時(shí)，其半徑為最大值。知道了此最大值就可以得到塑料絲的最大半徑，從而可以得到光電池檢測(cè)系統(tǒng)的通光

58、口徑。</p><p>　　初選電動(dòng)機(jī)，該電動(dòng)機(jī)為工作臺(tái)上固定的電動(dòng)機(jī)（見圖1-2）。其作用為：以恒定的速度輸出轉(zhuǎn)矩，通過無級(jí)變速機(jī)構(gòu)和帶傳動(dòng)來帶動(dòng)工作機(jī)上的卷筒進(jìn)行圓周運(yùn)動(dòng)，自己本身隨工作臺(tái)在滾珠絲杠的帶動(dòng)下作往復(fù)運(yùn)動(dòng)。初選電動(dòng)機(jī)的型號(hào)為：Y801-4型三相異步電動(dòng)機(jī)，其額定功率P=0.55KW，=1390r/min。由：</p><p>　　可知：=534.6r/min</p&g

59、t;<p><b>　　線速度：</b></p><p><b>　　當(dāng)最大時(shí)，</b></p><p>　　那么我們可以取法蘭直徑為Φ570mm，通光孔的長(zhǎng)度為</p><p>　　3.2進(jìn)給傳動(dòng)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　3.2.1導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)與選型</p>

60、<p>　　導(dǎo)軌主要用來支撐和引導(dǎo)運(yùn)動(dòng)部件沿一定的軌道運(yùn)動(dòng)。在導(dǎo)軌副中，運(yùn)動(dòng)的一方稱為動(dòng)導(dǎo)軌；不動(dòng)的一方稱為支承導(dǎo)軌。動(dòng)導(dǎo)軌相對(duì)于支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)，通常作直線運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。</p><p><b>　　對(duì)導(dǎo)軌的要求：</b></p><p><b>　　導(dǎo)向精度高</b></p><p>　　導(dǎo)向精度主要是指導(dǎo)

61、軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度和圓度。影響導(dǎo)向精度的主要因素有導(dǎo)軌的幾何精度、導(dǎo)軌的接觸精度、導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式、動(dòng)導(dǎo)軌及支承導(dǎo)軌的剛度和熱變形，還有裝備質(zhì)量。</p><p><b>　　耐磨性好及壽命長(zhǎng)</b></p><p>　　導(dǎo)軌的耐磨性決定了導(dǎo)軌的精度保持性。動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)引起導(dǎo)軌的不均勻磨損，破壞導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度，從而影響機(jī)床的加工精度。例如：臥式車床的

62、鑄鐵導(dǎo)軌，若結(jié)構(gòu)欠佳，潤(rùn)滑不良或維修不及時(shí)，則靠近床頭箱一段的前導(dǎo)軌，每年磨損量達(dá)，這樣就降低了刀架移動(dòng)的直線度對(duì)主軸的平行度，加工精度也就下降了。與此同時(shí)，也增強(qiáng)了溜板箱中開合螺母與絲杠的同軸度誤差，加劇了螺母與絲杠的磨損。</p><p><b>　　3、足夠的剛度</b></p><p>　　導(dǎo)軌要有足夠的剛度，保證在載荷作用下不產(chǎn)生過大的變形，從而保證各部件間

63、的相對(duì)位置和導(dǎo)向精度。</p><p><b>　　低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性</b></p><p>　　在低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行。進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的爬行將提高被加工表面的表面粗糙度值，故要求導(dǎo)軌低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不產(chǎn)生爬行，這對(duì)于高精度的機(jī)床尤其重要。</p><p><b>　　工藝性好</b></p>

64、<p>　　設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意到制造、調(diào)整和維護(hù)的方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝性好和經(jīng)濟(jì)性好。</p><p>　　滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的計(jì)算就是計(jì)算起距離額定壽命或時(shí)間額定壽命。而額定壽命主要與導(dǎo)軌的額定動(dòng)負(fù)荷和導(dǎo)軌上每個(gè)滑塊所承受的工作載荷F有關(guān)。額定動(dòng)負(fù)荷值可以從樣本上查到。每個(gè)滑塊所承受的工作載荷F則要根據(jù)導(dǎo)軌的安裝形式和受力情況進(jìn)行計(jì)算。</p><p>　　額定動(dòng)負(fù)荷是指導(dǎo)軌在一

65、定的載荷下行走一定的距離，的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕，這個(gè)載荷稱為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的額定動(dòng)負(fù)荷，這個(gè)行走距離稱為滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的距離額定壽命。如果把這個(gè)行走距離換算成時(shí)間，則得到時(shí)間額定壽命。</p><p>　　距離額定壽命H和時(shí)間額定壽命可以用以下公式計(jì)算：</p><p>　　式中： ——硬度系數(shù)，一般要求滾道的硬度不得低于58HRC，故通常可取=1；</p><p><

66、;b>　　——溫度系數(shù)；</b></p><p><b>　　——接觸系數(shù)；</b></p><p><b>　　——精度系數(shù)；</b></p><p><b>　　——載荷系數(shù)；</b></p><p><b>　　——額定動(dòng)負(fù)荷；</b&g

67、t;</p><p><b>　　——計(jì)算載荷。</b></p><p>　　由于導(dǎo)軌的載荷非常小，且運(yùn)動(dòng)速度低，其壽命必定滿足要求，那么我們只依據(jù)其安裝尺寸來確定其實(shí)際尺寸。</p><p>　　3.2.2滾珠絲杠螺母的選型</p><p>　　滾珠絲杠螺母副是直線運(yùn)動(dòng)與回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)能相互轉(zhuǎn)換的新型傳動(dòng)裝置，它的特點(diǎn)有：&

68、lt;/p><p>　　傳動(dòng)效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠螺母副的傳動(dòng)效率，比普通絲杠（梯形絲杠）高倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于普通絲杠的。</p><p>　　若給予適當(dāng)預(yù)緊，可以消除絲杠和螺母之間的螺紋間隙。反向時(shí)就可以消除空載死區(qū)。從而使絲杠的定位精度高，剛度好。</p><p>　　運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動(dòng)精度高。</p><p>　　具有

69、可逆性，既可以從旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動(dòng)，也可以直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。也就是說，絲杠和螺母都可以作為主動(dòng)件。</p><p>　　磨損小，使用壽命長(zhǎng)。</p><p>　　制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本較高。</p><p>　　不能自鎖。特別是對(duì)于垂直安裝的絲杠，由于其自重和慣性里的作用，下降時(shí)當(dāng)傳動(dòng)切斷后，不能

70、立即停止運(yùn)動(dòng)，故需要增加制動(dòng)裝置。</p><p>　　滾珠絲杠的精度等級(jí)：</p><p>　　國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 17587.3——1998將滾珠絲杠分為定位滾珠絲杠副（P）型和傳動(dòng)滾珠絲杠副（T）型兩大類。滾珠絲杠的精度等級(jí)共分為七個(gè)等級(jí)，即1、2、3、4、5、6、7、10級(jí)，1級(jí)精度最高，依次降低。</p><p>　　滾珠絲杠的精度指標(biāo)如下：</p&g

71、t;<p>　　行程內(nèi)允許的行程變動(dòng)量；</p><p>　　300mm行程內(nèi)允許的行程變動(dòng)量；</p><p>　　有效行程內(nèi)允許的行程變動(dòng)量；</p><p><b>　　目標(biāo)行程公差</b></p><p>　　有效行程內(nèi)補(bǔ)償值C。</p><p><b>　　滾珠絲

72、杠的精度選擇</b></p><p>　　根據(jù)JB/GQ1140——1989的規(guī)定，坐標(biāo)軸的反向值主要取決于該坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差值的大小，而定位誤差一是取決于滾珠絲杠自身的螺距誤差的影響，二是取決于由傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差的影響。因此，坐標(biāo)軸的摩擦死區(qū)誤差值，滾珠絲杠自身的螺距誤差和由傳動(dòng)系統(tǒng)剛度變化產(chǎn)生彈性變形而引起的定位誤差始終是滾珠絲杠的精度選擇的依據(jù)。而對(duì)滾珠絲杠選擇中

73、進(jìn)行的種種計(jì)算都是為了求、值而展開的。</p><p>　　由傳動(dòng)間隙所引起的工作臺(tái)等效死區(qū)誤差</p><p>　　式中，p是絲杠導(dǎo)程（mm）；是第i個(gè)傳動(dòng)副的間隙量（rad）；是第i個(gè)傳動(dòng)副至絲杠的傳動(dòng)比。</p><p>　　由摩擦力引起的死區(qū)誤差實(shí)質(zhì)上是在驅(qū)動(dòng)力的作用下，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為克服靜摩擦力而產(chǎn)生的彈性變形，包括拉壓彈性和扭轉(zhuǎn)彈性變形。由于扭轉(zhuǎn)彈性變形相對(duì)

74、拉壓彈性變形來說數(shù)值比較小，常被忽略不計(jì)，于是拉壓彈性變形所引起的摩擦死區(qū)誤差為</p><p>　　式中，是導(dǎo)軌靜摩擦力（N）；是絲杠螺母副的綜合拉壓剛度。</p><p>　　由電氣系統(tǒng)和執(zhí)行元件的啟動(dòng)死區(qū)所引起的工作臺(tái)死區(qū)與上述兩項(xiàng)相比很小，常被忽略。如果再采取消除間隙措施，則系統(tǒng)死區(qū)誤差主要取決于摩擦死區(qū)誤差。假設(shè)靜摩擦力主要有工作臺(tái)重力引起，則工作臺(tái)反向時(shí)的最大反向死區(qū)誤差（mm

75、）可按下式求得</p><p>　　式中，m是工作臺(tái)質(zhì)量（kg）；g是重力加速度，；是導(dǎo)軌靜摩擦系數(shù)；是絲杠——工作臺(tái)系統(tǒng)的縱振固有頻率（rad/s）。</p><p>　　由上式可見，為減小系統(tǒng)死區(qū)誤差，除應(yīng)消除傳動(dòng)間隙外，還應(yīng)采取措施減小摩擦，提高剛度和固有頻率。對(duì)于開環(huán)伺服系統(tǒng)為保證單脈沖進(jìn)給要求，應(yīng)將死區(qū)誤差控制在一個(gè)脈沖當(dāng)量以內(nèi)。</p><p>　　一般

76、情況下，滾珠絲杠的精度選擇按以下公式計(jì)算：</p><p>　　對(duì)于在開環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有</p><p><b>　　（定位精度-）</b></p><p>　?。?00mm定位精度-）</p><p>　　對(duì)于在半閉環(huán)系統(tǒng)或可以進(jìn)行行程補(bǔ)償?shù)拈_環(huán)系統(tǒng)中使用的滾珠絲杠，有：</p><p&g

77、t;<b>　?。ǘㄎ痪?）</b></p><p>　　（300mm定位精度-）</p><p>　　對(duì)于滾珠絲杠的選擇，我們選取國(guó)產(chǎn)FF型滾珠絲杠。 FF型微型滾珠絲杠副， 小導(dǎo)程的微型螺母，安裝尺寸特小。尺寸系列FF型 內(nèi)循環(huán)單螺母式滾珠絲杠副 徑向安裝尺寸小,安裝簡(jiǎn)便，無預(yù)緊。作為傳動(dòng)（T類）,應(yīng)用范圍最為廣泛。經(jīng)增大鋼球直徑預(yù)緊（FFZ)，也可用于低精度定

78、位（P類）。</p><p><b>　　圖3-3滾軸絲杠</b></p><p>　　3．2．3滾珠絲杠螺母副臨界壓縮載荷的校驗(yàn)</p><p>　　本工作臺(tái)的滾珠絲杠支撐方式采用預(yù)拉伸結(jié)構(gòu)，絲杠始終受拉而不受壓。因此，不存在壓桿不穩(wěn)定問題。</p><p>　　3.2.4滾珠絲杠螺母副臨界轉(zhuǎn)速的校驗(yàn)</p>

79、;<p>　　而本工作臺(tái)的運(yùn)動(dòng)極其緩慢，滾珠絲杠螺母副的最高轉(zhuǎn)速必定遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其臨界轉(zhuǎn)</p><p>　　由于其載荷小，運(yùn)動(dòng)緩慢，工作條件較好，故其壽命也肯定符合要求且機(jī)械系統(tǒng)的剛度也必定足夠。</p><p>　　3.2.5驅(qū)動(dòng)電機(jī)的選型與計(jì)算</p><p>　　1．計(jì)算折算到電動(dòng)機(jī)上的負(fù)載慣量</p><p><b&

80、gt;　　滾珠絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量</b></p><p>　　式中：ρ：材料密度,對(duì)于鋼，；</p><p>　　D：滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的直徑（cm）</p><p>　　L：滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的長(zhǎng)度（cm）</p><p>　　J：滾珠絲杠各段回轉(zhuǎn)體的序號(hào)。</p><p>　　2．計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量<

81、;/p><p><b>　　經(jīng)查表得：=</b></p><p>　　3．折算到電動(dòng)機(jī)軸上的移動(dòng)部件的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J</p><p>　　工作臺(tái)的重量為： </p><p>　　工作臺(tái)上電動(dòng)機(jī)的重量為：</p><p>　　故總重量 ： </p><p&g

82、t;　　故 </p><p>　　4．折算到電動(dòng)機(jī)軸上的負(fù)載力矩</p><p>　　摩擦負(fù)載力矩 ： </p><p>　　其中，取0.9，=1575N。</p><p>　　由滾珠絲杠的預(yù)緊而產(chǎn)生的附加負(fù)載力矩</p><p>　?。簼L珠絲杠螺母副的效率。取=0.9

83、4</p><p>　　為了使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的慣量達(dá)到較合理的匹配，系統(tǒng)的負(fù)載慣量與步進(jìn)電機(jī)的慣量之比一般應(yīng)滿足下式：</p><p>　　故選擇國(guó)產(chǎn)BF系列反應(yīng)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，其型號(hào)為：110BF003</p><p>　　3.3控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和計(jì)算</p><p>　　3.3.1檢測(cè)與信號(hào)處理電路的設(shè)計(jì)</p><p>

84、;　　我們選取國(guó)產(chǎn)2CR51硅光電池作為檢測(cè)器件，其光電特征曲線如下圖：</p><p>　　圖3-3國(guó)產(chǎn)3CR51硅電池光電特征</p><p><b>　　它的各項(xiàng)參數(shù)為：</b></p><p>　　開路電壓：450-600mV/E=1000W/</p><p>　　短路電流：36-60mA/E=1000W/<

85、;/p><p>　　輸出電流：35-45mA，取40mA。</p><p>　　尺寸大?。洪L(zhǎng)×寬=20mm×10mm</p><p>　　根據(jù)上面計(jì)算知道：透光孔的尺寸取160mm×10mm，那么需要8塊該型號(hào)的光電池并排連接。</p><p>　　光電池為模擬式傳感器，模擬式傳感器為目前應(yīng)用最多的傳感器，其輸出是與

86、被測(cè)物理量相對(duì)應(yīng)的連續(xù)變化的電信號(hào)。檢測(cè)系統(tǒng)如圖所示：</p><p>　　在圖3-4中，震蕩器用于對(duì)傳感器信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，并為解調(diào)提供參考信號(hào)；量程變換電路的作用是避免放大器飽和并滿足不同測(cè)量范圍的需要；解調(diào)器用于將已調(diào)制信號(hào)恢復(fù)成原有形式；濾波器可將無用的干擾信號(hào)濾除，并取出代表被測(cè)量的有效信號(hào)；運(yùn)算電路可對(duì)信號(hào)進(jìn)行各種處理，以正確獲得所需的物理量，其功能也可在對(duì)信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換后，由數(shù)字計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)；計(jì)算機(jī)

87、對(duì)信號(hào)進(jìn)行進(jìn)一步運(yùn)算處理后，可獲得相應(yīng)的控制信號(hào)起控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，而在不需要執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能化儀器中，計(jì)算機(jī)則將有關(guān)信息送去顯示或者打印輸出。</p><p>　　圖3-4光電池檢測(cè)系統(tǒng)</p><p><b>　　1、分壓電路：</b></p><p>　　根據(jù)光電池的工作原理，當(dāng)負(fù)載電阻R<時(shí)，光電池呈線性電壓輸出狀態(tài)。</p>

88、;<p>　　而光電池組的內(nèi)阻為：；</p><p>　　輸出總電壓為：（實(shí)際電壓在最后調(diào)試時(shí)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的光照強(qiáng)度來確定）</p><p><b>　　2、信號(hào)放大電路：</b></p><p>　　為了與傳感器電路或基本轉(zhuǎn)換電路相匹配，希望放大器具有較高的輸入阻抗。最簡(jiǎn)單和常用的高輸入阻抗放大器是同相輸入放大器，如圖所示，其輸出電

89、壓</p><p><b>　　圖3-5信號(hào)放大器</b></p><p>　　式中，是運(yùn)算放大器的差模放大倍數(shù)；是開環(huán)輸入阻抗。</p><p><b>　　線性化放大器：</b></p><p>　　線性化放大器是指通過放大器的作用，使包括傳感器及信號(hào)檢測(cè)電路在內(nèi)的整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)的輸出與輸入之間具

90、有良好的線性。在許多情況下，放大器前、后各環(huán)節(jié)都可能具有非線性特征，由于作為中間環(huán)節(jié)的放大器的特征最容易調(diào)節(jié)和控制，因而常要求其具有按定規(guī)律變化的增益特征，以補(bǔ)償或校正整個(gè)系統(tǒng)的線性。</p><p>　　下圖是采用帶有非線性反饋的放大器來補(bǔ)償傳感器非線性的原理框圖。設(shè)傳感器具有非線性特征，要求出入與輸出之間有線性關(guān)系，放大器的開環(huán)增益為，則根據(jù)下圖有：</p><p>　　圖3-6非線性

91、反饋補(bǔ)償傳感器非線性原理圖</p><p>　　當(dāng)足夠大時(shí)，上式可簡(jiǎn)化成：</p><p>　　顯然，只要反饋環(huán)節(jié)具有與傳感器相同形式的非線性特征，檢測(cè)系統(tǒng)能獲得良好的線性。實(shí)際上，要精確實(shí)現(xiàn)任意函數(shù)關(guān)系的反饋補(bǔ)償是很困難的，一般是先用一組折線來代替，然后再用分段折線反饋來實(shí)現(xiàn)線性化補(bǔ)償。其具體實(shí)現(xiàn)電路較復(fù)雜，這里不做研究。</p><p>　　3、信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)

92、：</p><p>　　調(diào)制與解調(diào)方法被廣泛應(yīng)用于通信中，以便給不同的信號(hào)賦予不同的特征，將它們相互區(qū)別開來。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中也常用這種方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，以防止干擾信號(hào)對(duì)檢測(cè)精度的影響。例如，采用特定頻率的交流電源對(duì)電感傳感器供電，或者對(duì)由應(yīng)變片、熱敏電阻等組成的橋路供電，其目的都是為了對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。經(jīng)過調(diào)制的信號(hào)在經(jīng)過放大后，還需通過解調(diào)的方法將其還原成原始信號(hào)，以獲得被測(cè)物理量及其變化信息。信號(hào)調(diào)制的方

93、法有幅值調(diào)制、相位調(diào)制、頻率調(diào)制和脈寬調(diào)制等。</p><p>　　我們采用線性調(diào)制的方法，讓高頻振蕩信號(hào)的幅值為被測(cè)信號(hào)x的線性函數(shù)：</p><p>　　是載波信號(hào)角頻率，是載波信號(hào)幅度，x為調(diào)制信號(hào)，m為調(diào)制深度。</p><p>　　由于我們所用光電池檢測(cè)的信號(hào)是脈沖信號(hào)（因?yàn)楫?dāng)開有透光孔的法蘭轉(zhuǎn)過一圈時(shí)，光電池檢測(cè)到一個(gè)信號(hào)）且隨著塑料絲的增多，光電池的擋

94、光面積增大而受光面積減小，故輸入電壓是緩慢降低的，如圖所示：</p><p>　　圖3-7塑料絲增多和電壓的關(guān)系</p><p>　　可見通光時(shí)間是隨著法蘭的角速度緩慢變小而逐漸變大的。那么我們可以在內(nèi)讓檢測(cè)電路通過若干個(gè)檢測(cè)信號(hào)，即檢測(cè)若干次（檢測(cè)次數(shù)越多精度越高）每一次驅(qū)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)步距角。由此可知：當(dāng)法蘭的角速度變慢時(shí)卷絲的半徑變大而更加容易短，但是檢測(cè)的次數(shù)增多使得安全系數(shù)大

95、大增加。</p><p><b>　　圖3-8被調(diào)制信號(hào)</b></p><p>　　通過調(diào)制后的信號(hào)如下圖：</p><p>　　圖3-9調(diào)制后的信號(hào)</p><p><b>　　式中，</b></p><p><b>　　4、濾波器：</b><

96、/p><p>　　無源濾波器主要作為一階濾波器使用，其缺點(diǎn)是頻率選擇性較差。若將RC濾波器串聯(lián)起來，雖然可提高階次（傳遞函數(shù)分母中S的冪次），但受級(jí)間偶合的影響，效果較差。有源濾波器采用RC網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器組成，其中運(yùn)算放大器既可起到級(jí)間隔離作用，又可起到對(duì)信號(hào)的放大作用，而RC網(wǎng)絡(luò)則通常作為運(yùn)算放大器的負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)。圖3-8是一二階有源高通濾波器的電路原理圖，其中信號(hào)從運(yùn)算放大器的反向端輸入，并通過多路負(fù)反饋來抑制元

97、件參數(shù)變化的影響，保證在任何參數(shù)情況下阻尼比總是正值，濾波器總是工作在穩(wěn)定狀態(tài)。其中各參數(shù)應(yīng)該按下面的公式來確定。 </p><p>　　傳遞函數(shù)： </p><p>　　式中， </p><p>　　圖3-10求取信號(hào)峰值的電路</p><p>　　圖3-11一二階有源高通濾波器的

98、電路原理圖</p><p><b>　　5、運(yùn)算電路：</b></p><p>　　圖3-10是用于求取信號(hào)峰值的電路，該圖用于求取信號(hào)的正峰值。</p><p>　　在圖3-10中，信號(hào)從同相端輸入，接成跟隨器。在運(yùn)算開始時(shí)，瞬間接高電平，使場(chǎng)效應(yīng)管VF的柵極電位為零，開關(guān)導(dǎo)通，電容C通過VF放電，隨后降為低電平，VF截止。當(dāng)時(shí)，輸出為正，導(dǎo)

99、通，截止，使電容C迅速充電，直至。只要略小于，則截止，導(dǎo)通，C停止充電，從而將的正峰值保持在電容C上，并由跟隨輸出。</p><p><b>　　傳感器的非線性補(bǔ)償</b></p><p>　　許多實(shí)際傳感器的傳輸特性是非線性的，直接影響信號(hào)的檢測(cè)精度。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，常采用軟件方法對(duì)此非線性傳輸特性進(jìn)行補(bǔ)償，以降低對(duì)傳感器的要求。與本章第二節(jié)所介紹的硬件補(bǔ)償方法

100、相比，軟件補(bǔ)償方法靈活，不需要額外的硬件投資，因而應(yīng)用廣泛。軟件補(bǔ)償方法很多，概括起來有計(jì)算法和查表發(fā)兩大類，下面僅介紹計(jì)算法中的代數(shù)插值法。</p><p>　　代數(shù)插值法一多項(xiàng)式作為插值函數(shù)，因而又稱為多項(xiàng)式插值法。采用這種方法進(jìn)行非線性補(bǔ)償時(shí)，首先需要根據(jù)傳感器的標(biāo)定數(shù)據(jù)建立插值多項(xiàng)式，其具體方法如下：</p><p>　　設(shè)傳感器的輸入信號(hào)為y，輸出信號(hào)為x（x也就是被計(jì)算機(jī)采入的

101、數(shù)據(jù)），輸入與輸出的函數(shù)關(guān)系為,通過標(biāo)定可得到對(duì)應(yīng)于n+1個(gè)相異的輸出值的傳感器輸入值，（i=0,1,2…，n）。設(shè)法用一個(gè)多項(xiàng)式（x）去逼近,并使則就稱為的插值多項(xiàng)式，稱為插值節(jié)點(diǎn)。在確定后，可根據(jù)傳感器的輸出值x，用代替去計(jì)算傳感器的輸入值y，從而實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償。可見，代數(shù)插值法的關(guān)鍵是確定插值多項(xiàng)式。</p><p>　　設(shè)是次數(shù)不超過n的代數(shù)多項(xiàng)式，即</p><p>　　由于在（

102、i=0,1,…，n）處應(yīng)滿足，則將代入上式可得到關(guān)于系數(shù)（j=0,1,…，n）的n+1 元一次方程組。 </p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　解此方程組，可得到n+1個(gè)系數(shù)，從而得到插值多項(xiàng)式。</p><p>　　在實(shí)際應(yīng)用中，的階次n需根據(jù)要求的逼近精度來確定。一般來講，n值越大，逼近精度越高，但計(jì)算工作量也越大

103、。階次n還于逼近的函數(shù)的特性有關(guān)，若接近于線性，可取n=1，即用一次多項(xiàng)式逼近；若接近于拋物線，可取n=2，即用二次多項(xiàng)式逼近。為便于計(jì)算，實(shí)際中最常用的是線性多項(xiàng)式插值方法，這時(shí)，n=1</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　采用線性插值方法，相當(dāng)于在傳感器的兩個(gè)相鄰標(biāo)定點(diǎn)和之間用直線相連，在區(qū)間內(nèi)用代替去計(jì)算傳感器的輸入值y。若傳感器有n

104、+1個(gè)標(biāo)定點(diǎn)，則可建立n個(gè)區(qū)間（間長(zhǎng)度可相等，也可不等），各區(qū)間的線性插值多項(xiàng)式為</p><p>　　i=1,2,…，n （3）</p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　（4）</b></p><p><b>　?。?）</

105、b></p><p>　　在采用線性插值法對(duì)傳感器的非線性進(jìn)行補(bǔ)償時(shí)，應(yīng)先根據(jù)傳感器的標(biāo)定按（4）、（5）求出系數(shù)、，然后將、做成表格，編在程序里。程序運(yùn)行時(shí)，先判斷采樣值x位于哪個(gè)區(qū)間，然后取出該區(qū)間對(duì)應(yīng)的系數(shù)和，按式（2）即可求得對(duì)應(yīng)于x的傳感器輸入值（即被測(cè)量）y。</p><p>　　3．3．2閉環(huán)控制伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)</p><p><b>

106、　　系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型：</b></p><p>　　參照伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)的閉環(huán)伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，其中傳感器，速度控制放大器等都可以看作是比例環(huán)節(jié)，其比例系數(shù)（增益）分別設(shè)為、、、。機(jī)械系統(tǒng)可看作一個(gè)二階振蕩環(huán)節(jié)，其傳遞函數(shù)為</p><p>　　如下圖，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)出一個(gè)脈沖信號(hào)，經(jīng)過步進(jìn)電機(jī)將信號(hào)轉(zhuǎn)換成一個(gè)步距角。故可看成是一個(gè)比例環(huán)節(jié),然后經(jīng)過滾珠絲杠力學(xué)系統(tǒng)，其傳遞函數(shù)為：</

107、p><p>　　再轉(zhuǎn)到工作臺(tái)上的交流電機(jī)；與電機(jī)和卷筒聯(lián)結(jié)的帶傳動(dòng)系統(tǒng)可以看作一個(gè)比例環(huán)節(jié)（i為傳動(dòng)比）；整個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)都可以看成多個(gè)比例環(huán)節(jié)的疊加，設(shè)為。</p><p>　　圖3-12工作原理圖</p><p><b>　　4.總結(jié)與展望</b></p><p>　　作為重要的技術(shù)裝備，塑料加工機(jī)械廣泛應(yīng)用于建筑材料工業(yè)、

108、包裝工業(yè)、電器電子信息工業(yè)、農(nóng)業(yè)、汽車及交通業(yè)、輕工業(yè)、石油化學(xué)工業(yè)、機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門及人們生活的各個(gè)領(lǐng)域，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中日益顯示出極為重要的作用。2001年中國(guó)塑機(jī)行業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值81億元，利潤(rùn)5.9億元，利潤(rùn)率增長(zhǎng)遠(yuǎn)高于工業(yè)總產(chǎn)值的增長(zhǎng)。在全國(guó)機(jī)械工業(yè)的194個(gè)行業(yè)中，塑機(jī)行業(yè)的主要經(jīng)濟(jì)指標(biāo)均居前列。2002年中國(guó)塑機(jī)業(yè)產(chǎn)值大約為100億元左右，國(guó)內(nèi)巿場(chǎng)需求大約在200億元，還有很大的巿場(chǎng)空間。近十幾年來，中國(guó)塑機(jī)行

109、業(yè)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，年產(chǎn)各種塑料加工機(jī)械10萬余臺(tái)，基本上能滿足一般塑料原料加工與塑料制品加工、成型的要求。除幾十個(gè)大型塑料企業(yè)集團(tuán)擁有先進(jìn)設(shè)備外，絕大多數(shù)塑料加工企業(yè)均以國(guó)產(chǎn)設(shè)備為主。</p><p>　　但是,由于在大型、精密和高速設(shè)備方面，國(guó)產(chǎn)設(shè)備還存在很多不足，近年來中國(guó)進(jìn)口的塑料機(jī)械的數(shù)量也在迅速增長(zhǎng)，每年進(jìn)口各種塑機(jī)數(shù)萬臺(tái)套。2001年中國(guó)進(jìn)口塑料機(jī)械用匯11.2億美元，而出口塑料機(jī)械只有1.3億美元

110、。2002年進(jìn)口的塑料加工設(shè)備價(jià)值近20億美元，約為國(guó)內(nèi)塑料機(jī)械總產(chǎn)值的兩倍，這說明國(guó)外先進(jìn)的塑料機(jī)械制造商在技術(shù)上具有比較明顯的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。</p><p>　　在世界經(jīng)濟(jì)普遍疲軟的情況下,亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展卻呈現(xiàn)欣欣向榮的景象,而作為亞洲經(jīng)濟(jì)發(fā)展最快的中國(guó),已成為世界矚目的焦點(diǎn)。隨著國(guó)外投資的不斷增多，中國(guó)已成為世界級(jí)的制造工廠。我們?cè)谝M(jìn)外資的同時(shí)，更要學(xué)習(xí)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn)，為我們國(guó)家的快速騰飛打下堅(jiān)實(shí)的基

111、礎(chǔ)。</p><p>　　如對(duì)于本課題，在塑料拉絲機(jī)的機(jī)械部分方面，國(guó)內(nèi)早在上世紀(jì)80年代就已經(jīng)具有比較成熟的制造能力。但是在機(jī)械系統(tǒng)的柔性和檢測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性方面，仍然與國(guó)外有較大差距。發(fā)達(dá)國(guó)家的數(shù)字、智能控制和激光測(cè)試及伺服系統(tǒng)技術(shù)已成熟，擠出機(jī)組可在線檢測(cè)裝置相連，根據(jù)采集和儲(chǔ)存的信號(hào)實(shí)現(xiàn)反饋控制，保證了工藝條件的穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的精度。此外電器元件的可靠性研究也不容忽視，國(guó)產(chǎn)設(shè)備故障率高的一個(gè)重系</

112、p><p><b>　　統(tǒng)的可靠性太差。</b></p><p><b>　　本課題的優(yōu)點(diǎn)在于：</b></p><p>　?。?）、解決了傳統(tǒng)的搞齒輪箱來調(diào)速的方法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)拉絲機(jī)卷筒的柔性控制，不需要人工調(diào)節(jié)拉絲機(jī)卷筒的角速度，在解放了生產(chǎn)力的同時(shí)也大大提高了工作效率和產(chǎn)品的質(zhì)量。</p><p>

113、　　（2）、使用了光電傳感器，解決了以往用位移傳感器而帶來的傳感器以及塑料絲的磨損問題，增加了傳感器的使用壽命的同時(shí)也解決了塑料絲因與位移傳感器摩擦而使絲拉斷這一技術(shù)難題，使拉出的塑料絲質(zhì)量更好。</p><p>　　（3）、使用與維護(hù)方便，本機(jī)主要部分采用了數(shù)控機(jī)床的設(shè)計(jì)思想，技術(shù)比較成熟，精度較高，對(duì)工作環(huán)境的要求不必太高，如光電傳感器只需要現(xiàn)場(chǎng)的光照強(qiáng)度基本恒定，而光照強(qiáng)度的大小不必過多考慮，只需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)

114、的強(qiáng)度調(diào)節(jié)放大器的增益就足夠了。</p><p>　　由于本人水平限制，本課題也同樣存在諸多不足，主要有：</p><p>　　（1）、由于選擇步進(jìn)電機(jī)，使得拉絲機(jī)的工作機(jī)不是絕對(duì)的無級(jí)變速，但是可以通過對(duì)光電池受光時(shí)的信號(hào)采集次數(shù)的增多來彌補(bǔ)這一技術(shù)缺陷。而且由于步進(jìn)電機(jī)的精度較高，對(duì)于卷筒的恒定線速度控制我們還是比較有把握的。</p><p>　?。?）、在最初

115、選擇方案的時(shí)候，我們?cè)羞^這樣一個(gè)想法：可嘗試直接將帶輪連接到一變頻電機(jī)上，通過電氣控制來改變電機(jī)兩端電壓從而調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速n，這樣可以省略整個(gè)機(jī)械部分，使系統(tǒng)的響應(yīng)速度大大提高。在提高了精度的同時(shí)又節(jié)約了成本，可謂一舉兩得。但由于時(shí)間倉(cāng)促和我們的水平限制，我們不得不放棄這一最優(yōu)方法，望老師見諒！</p><p><b>　　5.致謝</b></p><p><b