機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-電動(dòng)閥門控制器的設(shè)計(jì)【全套圖紙】

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1、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 電動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)電動(dòng)控制器的設(shè)計(jì) THE DESIGN OF ELECTRIC CONTROLLER 全套圖紙，加 153893706 學(xué)生姓名 學(xué)院名稱機(jī)電工程學(xué)院 專業(yè)名稱機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 指導(dǎo)教師 2011 年月日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) I 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明： 所呈交的學(xué)位論文，是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研 究工作所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外，本論文不含任何 其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果。對(duì)本文的研究做出重要貢 獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)注。 本人完全意識(shí)到本聲明的法律結(jié)果由本人

2、承擔(dān)。 論文作者簽名： 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院學(xué)位論文版權(quán)協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學(xué)院關(guān)于收集、保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即： 本校學(xué)生在學(xué)習(xí)期間所完成的學(xué)位論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸徐州工程學(xué)院所擁有。 徐州工程學(xué)院有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交學(xué)位論文的紙本復(fù)印件 和電子文檔拷貝，允許論文被查閱和借閱。徐州工程學(xué)院可以公布學(xué)位論文的 全部或部分內(nèi)容，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫進(jìn) 行發(fā)布和檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 論文作者簽名： 導(dǎo)師簽名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) I 摘要 這

3、篇課程設(shè)計(jì)的論文主要闡述的是一套系統(tǒng)的關(guān)于閥門的電動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)，這 是實(shí)現(xiàn)對(duì)開環(huán)系統(tǒng)中的閥門的開關(guān)閉合的控制實(shí)現(xiàn)閥門自控，程控和遙控不可缺少的 驅(qū)動(dòng)設(shè)備。 本文借鑒國內(nèi)外閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其控制器的有效的成功經(jīng)驗(yàn),在此基礎(chǔ)上， 遵循“安全、可靠、簡便、先進(jìn)”的設(shè)計(jì)原則。在論文中，首先，根據(jù)要求對(duì)該系統(tǒng) 提出了傳動(dòng)系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)，接著通過查閱資料確定選用電動(dòng)機(jī)的型號(hào)，接著對(duì)主要 參數(shù)進(jìn)行分析計(jì)算選擇確定合適的傳動(dòng)部件。然后對(duì)其結(jié)構(gòu)粗設(shè)計(jì)，接著就按設(shè)計(jì)準(zhǔn) 則和設(shè)計(jì)理論進(jìn)行尺寸的計(jì)算和校核。最后是對(duì)電氣控制部分的電路設(shè)計(jì)。 由于閥門的應(yīng)用非常廣泛，手工機(jī)械調(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用。本設(shè)計(jì) 能

4、夠在較安全的情況下工作，而且效率提高幾倍，故設(shè)計(jì)閥門電動(dòng)控制器具有實(shí)際意 義。電動(dòng)控制器是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個(gè)十分重要的現(xiàn)場驅(qū)動(dòng)裝置 ，有體積小、 接線方便、精度高、操作簡單、智能化的優(yōu)點(diǎn), 是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的產(chǎn)品, 具有廣闊的 市場開發(fā)前景。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞 閥門；聯(lián)軸器；電動(dòng)控制器；蝸輪蝸桿減速器；PLC 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) II Abstract This article mainly elaborates the course design of the paper was a system about elctric controller of valve.This is

5、an indispensable drive device to achieve the self-control and remote control valve of an open loop. In the paper, i use the success of valve actuators controller from home and abroad as an reference.On this basis ,followed by the rules of“safe 、reliable、simple、advanced“.Firstly, upon request made to

6、 the system,i came up with the idea of transmission system design, followed by access to information used to determine the motor type, and then calculatethe main parameters are analysis to determine the appropriate transmission components selected. Then rough design of its structure, then according

7、to the design criteria for the size and design theory calculation and verification. The last part of the design is about electric control. As the valve is widely used, manual mechanical adjustment of the way in many cases no longer apply, the design can work under safer conditions, and efficiency ma

8、ny times, so the design of electric valve controller has practical significance. Motor controllers for industrial process control system a very important field drive, a compactand easy to wire, high precision, simple operation, the advantages of intelligence, isan economical and practical products,

9、and has broad market prospects of development. Keywords valve coupling electric controller worm reducer PLC 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) I 目目 錄錄 摘要I AbstractII 1 緒論.1 2 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì).2 2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)整體設(shè)計(jì)2 3 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比.3 3.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇3 3.2 電動(dòng)機(jī)功率選擇3 3.3 傳動(dòng)比的分配3 4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算4 4.1 選擇蝸輪蝸桿材料及精度等級(jí).4 4.2 初選幾何參數(shù).4 4.3 計(jì)算和校核4 4.4 按齒面接

10、觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)6 4.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與尺寸7 4.6 校核齒根彎曲疲勞強(qiáng)度8 5 輸出軸的設(shè)計(jì).9 5.1 選擇軸的材料和確定許用應(yīng)力.9 5.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑9 5.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖9 6 滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算.15 6.1 滾動(dòng)軸承的選型原則.15 6.2 主傳動(dòng)軸上軸承的選擇計(jì)算15 6.3 蝸桿兩端軸承的選擇計(jì)算16 6.4 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的選擇17 7 聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算.18 8 離合器的選擇和計(jì)算19 9 減速器的潤滑與密封以及箱體的設(shè)計(jì).20 9.1 潤滑方式.20 9.2 密封.20 9.3 控制器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).21 10 電動(dòng)控制器控制系統(tǒng)

11、部分的設(shè)計(jì).23 10.1 引言.23 10.2 控制系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)24 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) II 10.3 正反轉(zhuǎn)換向控制電路25 10.4 反饋裝置的選擇27 10.4.1 編碼器的選擇.28 10.4.2 編碼器的安裝使用30 10.4.3 PLC 的選擇31 10.4.4 PLC 程序編寫31 10.4.5 操作說明.32 結(jié)論.34 致謝.35 參考文獻(xiàn).36 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 1 1 1 緒論 在閥門的各個(gè)類型中，自動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥所占比例最大，將近占市場總份額的 20%以上， 隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機(jī)械調(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用。但閥門電

12、動(dòng)控制器的主要傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的減速器多以齒輪傳動(dòng)、蝸桿傳動(dòng)為主，但普遍存在著功率與 重量比小，或者傳動(dòng)比大而機(jī)械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許 多弱點(diǎn)。由于在傳動(dòng)的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本 上解決傳遞功率大、傳動(dòng)比大、體積小、重量輕、機(jī)械效率高等這些基本要求。獨(dú)立控 制器的主要優(yōu)點(diǎn)是在維修控制器時(shí)不需要拆卸閥門。缺點(diǎn)是其閥門總高度高于其他結(jié)構(gòu)。 國外電動(dòng)控制器，以德國、丹麥和日本處于領(lǐng)先地位，特別在材料和制造工藝方面 占據(jù)優(yōu)勢，工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式仍以定軸齒輪傳動(dòng)為主，體 積和重量問題，也未解決好。電氣控制部分的反饋裝置的方法大

13、多數(shù)以限位機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn) 的，精度不高。當(dāng)今的減速器是向著大功率、大傳動(dòng)比、小體積、高機(jī)械效率，智能化 以及使用壽命長的方向發(fā)展。 本設(shè)計(jì)可主要分為兩個(gè)大方面的設(shè)計(jì)，第一為機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，第二為電動(dòng)控 制部分的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)主要針對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，PLC 自動(dòng)控制程序以及編碼器的反饋應(yīng)用 與設(shè)計(jì)。為了達(dá)到要求的運(yùn)動(dòng)精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動(dòng)系統(tǒng)具有一定的傳動(dòng)精度并 且各傳動(dòng)元件之間應(yīng)滿足一定的關(guān)系，以實(shí)現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動(dòng)作。該設(shè)計(jì)均采用新國 標(biāo)，運(yùn)用模塊化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)內(nèi)容包括傳動(dòng)件的設(shè)計(jì)，執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及設(shè)備零件等的設(shè) 計(jì)。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 2 2 傳動(dòng)裝置總體設(shè)計(jì) 2.1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

14、整體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)所研究的電動(dòng)控制器，是對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)中最終控制元件（如閥門）的運(yùn)行進(jìn)行 控制的一種裝置，使用于對(duì)截止閥、閘閥、節(jié)流閥、水閥等的控制。主要在開和關(guān)位置 上操作。考慮到電動(dòng)控制器結(jié)構(gòu)的特殊性，通過查閱大量資料后，我初步?jīng)Q定選用蝸輪、 蝸桿傳動(dòng)作為電動(dòng)控制器的減速機(jī)構(gòu)，因?yàn)樗梢杂糜诮诲e(cuò)軸間傳遞運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力。而且 傳動(dòng)比大，工作平穩(wěn)，結(jié)構(gòu)緊湊。 圖 2.1.1 傳動(dòng)裝置總體結(jié)構(gòu)圖 本設(shè)計(jì)主要展開傳動(dòng)部分、控制部分以及布局。設(shè)計(jì)在此我將電動(dòng)控制器的設(shè)計(jì)計(jì) 算部分分為機(jī)械傳動(dòng)部分（電動(dòng)機(jī)，減速器，連接部分）和控制系統(tǒng)部分，首先是機(jī)械 部分的設(shè)計(jì)計(jì)算。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 3 3

15、 電動(dòng)機(jī)的選擇及傳動(dòng)比 3.1 電動(dòng)機(jī)類型的選擇 電動(dòng)機(jī)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，應(yīng)按照工作機(jī)的要求，根據(jù)選擇的傳動(dòng)方案，選擇電動(dòng)機(jī) 的類型、容量和轉(zhuǎn)速，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號(hào)。因?yàn)槭嵌虝r(shí)工作且供電電源是： 380V 50HZ,按工作要求和條件，選擇全封閉自散冷式籠型三相異步電動(dòng)機(jī)，電壓 380，型號(hào)選擇 Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)。 3.2 電動(dòng)機(jī)功率選擇 電動(dòng)機(jī)的功率選擇直接影響到電動(dòng)機(jī)工作性能和經(jīng)濟(jì)性能的好壞。如果所選電動(dòng)機(jī)的功 率小于工作要求的話，則不能保證工作機(jī)正常工作，使電動(dòng)機(jī)經(jīng)常過載而提前損壞；如 果所選電動(dòng)機(jī)的功率過大，則電動(dòng)機(jī)經(jīng)常不能滿載運(yùn)行，功率因素和效率較低，從而增 加電能消耗，

16、造成浪費(fèi)。因此在設(shè)計(jì)中一定要選擇合適的電動(dòng)機(jī)的功率。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求可知： 輸出轉(zhuǎn)矩 T=50N*M，蝸輪轉(zhuǎn)速 n=48r/min 由 T=9550*P/n 代入數(shù)據(jù)：50=9550*P/48 可得工作機(jī)的功率 P=0.25kw 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中機(jī)械傳動(dòng)效率可知：雙頭蝸桿蝸輪的傳動(dòng)效率為=0.75，軸承 1 的傳動(dòng)效率 =0.99，聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率 =0.99 23 所以傳動(dòng)系統(tǒng)總效率=* 1223 =0.75*0.99*0.99*0.97 =0.713022 則電動(dòng)機(jī)功率 P1=P / =0.25/0.713022 =0.35kw 查閱資料，初選電機(jī)型號(hào)為閥門專用單相電機(jī) YJC4/370

17、其額定功率為 0.37Kw,額定轉(zhuǎn)速 =1190r/min 1 n 3.3 傳動(dòng)比的分配 所選電動(dòng)機(jī)額定功率為 0.37Kw,額定轉(zhuǎn)速 =1190r/min 1 n 所以傳動(dòng)比 I=n/ =1190/48=24.8 1 n 因選用的是單級(jí)渦輪蝸桿減速，所以取取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為 24.8 （單級(jí)減速器合理）查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取 I=2510 40i 減速器 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 4 4 傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 4.1 選擇蝸輪蝸桿材料及精度等級(jí) 蝸桿：由于蝸桿轉(zhuǎn)速較高、環(huán)境溫度高，但功率不大，故選用蝸桿材料為 45 鋼表面 淬火，硬度HRC。 蝸輪：采用抗膠合性能好的鑄錫青銅。ZCnSn

18、Pb5Zn5 砂型鑄造，精度為 GB10089-88 8 級(jí)。 4.2 初選幾何參數(shù) 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取 I=25 當(dāng)公稱傳動(dòng)比 I 值為 25 時(shí)，取蝸桿頭數(shù)=2 1 Z 則蝸輪齒數(shù)=*I=25*2=50 2 Z 1 Z 查閱實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)初選。1,1.11 QVA KKK 環(huán)境溫度系數(shù)=1.87。 1 K 小時(shí)載荷率系數(shù)=0.57（先計(jì)算得 Jc=25%） 。 2 K 嚙合質(zhì)量系數(shù)=1。 3 K 綜上，載荷系數(shù)載荷系數(shù)1.17。K K 123QVA KKKKKK 4.3 計(jì)算和校核 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)圖 12-1 查得=0.85。 n Z 以估算的蝸輪圓周速度,確定采用浸油潤滑，查得潤

19、滑速度影響系數(shù)=0.87 s V s K =123 hp s K n Z =1230.850.87 =90.958 按閉式傳動(dòng)接觸強(qiáng)度計(jì)算 3 m q 3 150015001.1 50 5050 =3 2 22 1500 1500 HPHP KT zz =8.6 查表 122 得，初選4，40， 10m 1 d q 200 22 dmz a= ( d1 +d2 )/2=120 取標(biāo)準(zhǔn)中心距 125a 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 5 查表 124 得 1 2 21 d bm m 1122 4,40,2510.75mdxzz 則 514204 2 d m 2 z 0.530.53 所以取 31

20、 2 b 由表 122，123 得查得 2 11 1500KT dd 10 qv , 10 1836 校核 88.9990.958 H 蝸輪輪齒彎曲強(qiáng)度計(jì)算 4 F 2 22 2 A K T mb d 2 1.0 50000 4 204 31 F =20 F 28 1.4 蝸桿軸撓度驗(yàn)算 軸承慣性矩 125600 4 1 64 d I lim lim F F S 0.004m=0.016 蝸桿軸撓度 22 22 tantan 48 ttv F d EI 22 3 tan 20tan 2500000 204 20448 15600206 10 4.6 8 10 溫度計(jì)算 傳動(dòng)效率計(jì)算 s v 1

21、 cos v 11 60cos dn 40 1190 100060cos10 18 36 2.53m/s 查表 1212 得 得當(dāng)量摩擦角 v 1 43 0.97 123 tan tan v =0.97 0.1819 0.2130 =0.84 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 6 散熱表面積計(jì)算 A90。729 51.88 10 a 箱體工作溫度 1 10 10001 w p tt A 20 10000.3510.84 8.7.729 28.8296 潤滑油粘度核潤滑的方法 潤滑油粘度 根據(jù)2.53m/s 查閱機(jī)械設(shè)計(jì) s v 由表 137 選取 320 40 v C 2 mm s 潤滑方法 由

22、表 137 可以采用浸油潤滑 圓柱蝸桿蝸輪基本尺寸： 取齒頂高m=4 徑向間隙 c=0.2m=0.8 a h 蝸桿軸向齒距3.144=12.56 x pm 蝸桿導(dǎo)程 =3.1442=25.12 21 pmZ 蝸桿齒頂直徑=4.8 11aa dd h 蝸桿齒根圓直徑=30.4 11 2 fa ddhc 蝸桿節(jié)圓直徑=46 11 2ddxm 齒寬=57.69 12 21bmz 基圓直徑=19.5 111 tan/tan/tan bbb ddmZ coscoscos bn 22.41 b 蝸輪喉圓直徑=214 22 2 aa ddhxm 蝸輪齒根圓直徑=196.4 22 2 fa ddhxmc 外徑

23、=218 22ea ddm 咽喉母圓半徑=13 2 2 2 a g d ra 節(jié)圓直徑=200 2 d 齒寬角=101.61 2 1 2arcsin b d 以上為蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)計(jì)算，下面進(jìn)入輸出軸部分的設(shè)計(jì) 4.4 按齒面接觸疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 傳動(dòng)中心距： 2 3 2 E Z Z aKT （1） 蝸桿上的轉(zhuǎn)矩 2 T 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 7 T2=9.55106P2/n2=9.551063.22/54.61=563100 Nmm （2） 載荷系數(shù) K：因?yàn)楣ぷ鲿r(shí)輕微振動(dòng)，故查表 11-5 知載荷分布不均勻系數(shù)為=1，K =1.15，由于轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，動(dòng)載系數(shù)=1.05 A K

24、N K 故 K=1.15*1*1.05=1.21K A K N K （3） 彈性影響系數(shù) E Z 鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故=160 E Z 1 2 MP （4） 接觸系數(shù)Z 先假設(shè)蝸桿分度圓直徑和傳動(dòng)中心距 a 的比值=0.3，查圖 11-18 可查得=3.1 1 d 1 d a Z （5） 許用接觸應(yīng)力H 蝸輪材料：鑄錫磷青銅 ZCuSn10P1。金屬模鑄造。蝸桿螺旋齒面硬度45HRC,表 11-7 知渦輪的基本許用應(yīng)力=268MpaH 應(yīng)力循環(huán)系數(shù)：=60*1*54.61*10*300*16= 2 60 h Njn L 8 1.57 10 壽命系數(shù)： =0.7088 7 8 10 H

25、N K N 則=0.7088x268=189.96MpaH HN KH （6） 、計(jì)算中心距 a =166.854mm 2 3 2 E Z Z aKT 2 3 160 3.1 1.21 563100 189.96 取中心距 a=200mm,因=2，故從機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 11-2 中取模數(shù) m=6.3,蝸桿 1 Z 分度圓直徑=63mm，這時(shí)=0.315，從機(jī)械設(shè)計(jì)第八版表 11-18 中可查的接觸系 1 d 1 d a 數(shù)0.8 因此不用重算。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 9 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 10 5 輸出軸的設(shè)計(jì) 5.1 選擇軸的材料和確定許用應(yīng)力 考慮到減速器為普通中用

26、途中小功率減速傳動(dòng)裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉(zhuǎn)矩。 所以對(duì)其材料沒有特殊的要求，所以選用 45 鋼，并對(duì)其進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理。 圖 5-1 輸出軸 查表可得=650，=360。 B Pa S mPa 5.2 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度估算軸徑 因軸上作用力以及軸承位置尚未確定，軸上的 支反力以及彎矩?zé)o法求得，所以按轉(zhuǎn) 矩來計(jì)算，但是許用扭轉(zhuǎn)應(yīng)力予以降低，以此降低彎矩的 影響。 查表 162 可得 軸強(qiáng)度計(jì)算公式的 系數(shù) C106118 : （106118）18.420.5 3 p dC m :3 0.25 48 考慮到軸的最小直徑處還需要安裝離合器，會(huì)有鍵槽存在，所以將估算直徑加大到 37%,所以取為 18.921.9

27、 由機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得，取標(biāo)準(zhǔn)值22 1 d 5.3 設(shè)計(jì)軸的結(jié)構(gòu)并繪制結(jié)構(gòu)草圖 （1）確定軸上零件的 位置和固定方式 由題意可得，蝸輪應(yīng)該布置在箱體內(nèi)部中央，蝸輪上端安裝離合器，軸的最上端安 裝軸承，還要確定軸的結(jié)構(gòu)形狀，必須先確定軸上零件的 拆裝順序和固定方式。為此確 定蝸輪從軸的的 上端裝入，蝸輪的上端用套筒固定，軸承在加上套筒的 基礎(chǔ)上再采用 過盈配合 （2）確定各軸段的直徑 a.支承采用單列向心球軸承 206（GB27682） ，取右端軸頸直徑為 22，中間再加 上墊塊，同時(shí)過盈配合。 b b.為了 便于拆裝離合器和不 損傷右端軸頸表面，安裝離合器的軸段直徑為 24。 c c.在軸上安裝

28、蝸輪的 軸度直徑為 26。 d d.在最后傳動(dòng)鏈取軸段直徑為 28。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 11 （3）確定各個(gè)軸段的長度 1、已知計(jì)算可得蝸輪寬度31 2 b 2、為了保證蝸輪固定可靠軸段的長度應(yīng)該長于蝸輪寬度，所以取為 50，蝸輪端 面于箱體內(nèi)壁之間應(yīng)該保證一定的間距，所以軸長度應(yīng)該取為 32。軸長度為 30 3、右端軸頸長度取為 36。 4、查閱機(jī)械手冊(cè)表 143，可以取肩自由表面的 過渡圓角半徑為 1，離合器 于軸同導(dǎo)向平鍵連接。鍵槽寬度8。槽深 4，槽長應(yīng)該小于離合器的輪駁blL 寬度，取18。L 畫出軸的 受力圖: a示意圖： 圖 5-2 b結(jié)構(gòu)圖： 圖 5-3 c垂直面

29、受力圖： 圖 5-4 d垂直彎矩圖： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 12 圖 5-5 e水平面受力圖： 圖 5-6 計(jì)算蝸輪受力： 蝸輪受力轉(zhuǎn)矩為 =500NM=52T 4 10 圓周力 500N 2 2 2 t IT F d 5 1 10 200 N mm mm : 徑向力 182N 2 F 2t F tg 軸向力 106.5N 22tanatv FF =27 1 9500 0.350.97 T 所以 2 2270 40 F 法向力 543.5 2 500 coscos0.980.093 t n F F 計(jì)算支承反力和繪制彎矩圖以及扭矩圖： 1垂直面內(nèi)支撐點(diǎn)反力為： 250N 250N 2

30、 2 t V A F R 2 2 t V B F R 2計(jì)算-處的彎矩 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 13 250N=21250 V M 170 2 計(jì)算-處的彎矩 250N=21250 V M 170 2 3水平平面的支撐點(diǎn) A 的支反力 28.4 2 22 22 ra H A dl FF R l 182 85106.5 100 170 =153.6 2H BrH A RFR 水平面內(nèi)剖面處的 彎矩 13056106502406N 2 2 22 H IH Ba dl MRF: 13056N 2 H IH B l MR : 水平面內(nèi)剖面-處的 彎矩 241428121065010250N 2

31、2 22 222 HH Ara bdl MRFF : 作彎矩圖如下： 圖 5-7 合成彎矩計(jì)算： 截面： 22 H IV I MMM 22 2406 +21250 = 5788836451562500 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 14 =21385.8 22 HH I MMM 22 1305621250 = 170459130451562500 =24940.4 -截面: = 22 HV MMM 22 1025021250 105062500451562500 23593 作合成彎矩圖如下： 圖 5-8 4轉(zhuǎn)矩圖： N 3 9550 1049740 p T n 圖 5-9 許用應(yīng)力 查表

32、163 MTa MTa 0 102.5 b 1 60 b 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 15 應(yīng)力校正系數(shù) 0.59 1 0 60 102.5 b b 當(dāng)量轉(zhuǎn)矩 M0.594974029346.6T 當(dāng)量彎矩： 截面： 2 Ye MMT 622023552.2861222931.638513 -截面: 2 2 e MMT 556629649861222931.6 37654 當(dāng)量彎矩圖： 圖 5-10 校核軸頸：最細(xì)軸的直徑 為 22 3 1 18 22 0.1 e e b M d 3 1 18 22 0.1 e e b M d 所以綜上所述：設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的余量 徐州工程學(xué)

33、院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 16 6 滾動(dòng)軸承的選擇及校核計(jì)算 6.1 滾動(dòng)軸承的選型原則 （1）載荷條件 軸承承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時(shí)應(yīng)該選 用線接觸的滾子軸承；受純軸向載荷時(shí)通常選用推力軸承；主要承受徑向載荷時(shí)應(yīng)該選 用深溝球軸承；同時(shí)承受徑向和軸向載荷時(shí)應(yīng)該選用角接觸軸承；當(dāng)軸向載荷比徑向載 荷大很多時(shí)，常用推力軸承和深溝軸承的 組合結(jié)構(gòu)；承受沖擊載荷時(shí)宜選用滾子軸承。 應(yīng)該注意推力軸承不能承受徑向載荷，圓柱滾子軸承不能承受軸向載荷。 （2）轉(zhuǎn)速條件 選擇軸承類型時(shí)應(yīng)該注意其的允許極限轉(zhuǎn)速。當(dāng)轉(zhuǎn)速較高而且旋轉(zhuǎn)精度較高時(shí)， lim n 應(yīng)該選用球軸承；當(dāng)工作

34、轉(zhuǎn)速較高，但是軸向載荷不大時(shí)，可以采用角接觸球軸承或者 深溝球軸承；為減小滾動(dòng)體施加于外圈滾動(dòng)的 離心力，應(yīng)該選用外徑和滾動(dòng)體直徑較小 的軸承；若工作轉(zhuǎn)速超過軸承的極限轉(zhuǎn)速，可以通過提高軸承的公差等級(jí)，適當(dāng)加大其 徑向游隙等措施來滿足要求！ （3）裝調(diào)性能 3 類（圓錐滾子軸承）和圈 N 類（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外可以分離，便于裝拆。為方 便安裝在長軸上軸承的 拆裝和緊固，可以選用帶內(nèi)錐孔和緊固套的 軸承。 （4）調(diào)心性能 軸承內(nèi)外圈軸線間的 偏位角應(yīng)該控制在極限值之內(nèi)，否則會(huì)增加軸承 的附加載荷 而降低其壽命。對(duì)于剛度差或安裝精度較差的軸承系，宜選用調(diào)心軸承，如類（調(diào)心 球軸承） 、類（調(diào)心滾

35、子軸承）等等。 （5）經(jīng)濟(jì)性 在滿足使用性能要求的 情況下優(yōu)先選用價(jià)格低廉的 軸承，一般球軸承的 價(jià)格低于 滾子軸承，軸承的 精度越高價(jià)格就越高。在同精度的 軸承中，深溝球軸承的 價(jià)格最低。 同型號(hào)不同公差等級(jí)的 軸承價(jià)格比有以下關(guān)系： 。0:6:5:41:1.5:1.8:6PPPP 另外選用高精度的 軸承時(shí)應(yīng)該進(jìn)行性能價(jià)格比的分析。 6.2 主傳動(dòng)軸上軸承的選擇計(jì)算 轉(zhuǎn)速48，由前面的 計(jì)算可以知道，軸頸直徑24， 徑向載荷 2 n /minrd ， 軸向載荷182 r F 106.5F 要求壽命 取為 6000，工作溫度60 n Lh20 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 17 （1） 考慮

36、到我所設(shè)計(jì)的 控制器的 特殊結(jié)構(gòu)，初選 6208 型軸承。 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)表 1518 額定動(dòng)載荷，額定靜載荷14.91Ckw 0 10.01Ckw 極限轉(zhuǎn)速 9500（脂潤滑） 。/minr （2）按額定動(dòng)載荷計(jì)算： （球軸承） 6 60 10 h nL CP3 由 pra pfXFYF 0 106.5 0.0164 10010 a F C 106.5 0.585 182 a r F e F 查表 1518 得 0.22e 2.0Y 0.56X 查表 15-11 得 取1 p f pra pfXFYF 0.561822.0106.5 =315N 6 60 10 h nL CP 3 6 60

37、486000 315814.3714.91 10 kw （3）按額定靜載荷校核: 查表 1513 得 取 000 CS P 0 1S 由 000a PX FY F 000 10.01182CkwS PN0.585 a F F 查表 1518 得 時(shí)， 0.8 a F F 0 1X 0 0Y 得 0 182PFN 所以滿條件。 （4）按極限轉(zhuǎn)速校核： 由 12limnax nf f n 315 0.21 14910 P C 查圖 155 得 1 0.75f 0.585 a F F 查圖得 2 0.95f 0.750.95 95006768.75 nax n 所以滿足條件。 max 48 /min

38、nrn 6.3 蝸桿兩端軸承的選擇計(jì)算 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 18 蝸桿軸頸直徑，mm;轉(zhuǎn)速，徑向載50 1.365 C TKTNm 2 15d 1 1190 /minnr 荷,108.5F 軸向載荷,使用壽命，工作溫度（2060），182 a FN6000 h Lh 初選 6204 型， 6202 型，計(jì)算校核同上。 經(jīng)過校核，滿足條件要求. 6.4 電機(jī)轉(zhuǎn)子軸承的選擇 根據(jù)電機(jī)的特性，型號(hào)選為 6206 計(jì)算校核同上。 經(jīng)過校核，滿足條件要求. 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 19 7 聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算 聯(lián)軸器是傳動(dòng)裝置的連接用，在選定聯(lián)軸器的類型時(shí)，主要考慮其使用要求和工作條

39、 件，聯(lián)軸器的承載能力、緩沖和減振性能應(yīng)與工作轉(zhuǎn)矩的大小和載荷的性質(zhì)（沖擊、振 動(dòng)）相適應(yīng)。其最高轉(zhuǎn)速應(yīng)滿足工作轉(zhuǎn)速的要求。此外，工作轉(zhuǎn)速高時(shí)，還應(yīng)考慮所選 聯(lián)軸器外緣的離心應(yīng)力或彈性元件的變形及聯(lián)軸器的動(dòng)平衡精度。聯(lián)軸器所具有的補(bǔ)償 兩軸相對(duì)位移的能力，包括能補(bǔ)償兩軸由受載和溫升產(chǎn)生的變形和部件間的相對(duì)位移以 及因聯(lián)軸器自身制造和安裝誤差引起的兩軸相對(duì)位移。從安裝、調(diào)整和維修方面考慮， 聯(lián)軸器和結(jié)構(gòu)外形尺寸應(yīng)能適應(yīng)給定的操作空間。對(duì)大型設(shè)備和不便檢修的場合，還應(yīng) 能在不需軸向移動(dòng)的情況下裝拆聯(lián)軸器或更換易損件。 此外，選擇聯(lián)軸器時(shí)還應(yīng)考慮聯(lián)接的可靠性，工作環(huán)境、使用壽命、潤滑和密封以 及成本

40、等方面的要求。 目前，常用的聯(lián)軸器都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化或規(guī)格化了，在一般的情況下，選定聯(lián)軸器的類 型后，可按轉(zhuǎn)矩、軸徑和轉(zhuǎn)速等條件確定標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)軸器的型號(hào)和主要尺寸。必要時(shí)應(yīng)對(duì)聯(lián) 軸器中易損的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行承載能力等的校核計(jì)算。 選擇或校核時(shí)的主要依據(jù)是聯(lián)軸器實(shí)際所需傳遞的轉(zhuǎn)矩，由于各種機(jī)械的轉(zhuǎn)矩變化 規(guī)律常較復(fù)雜，不易精確確定，通常可按計(jì)算轉(zhuǎn)矩來選擇或校核。 C TKT -聯(lián)軸器傳遞的理論轉(zhuǎn)矩T -聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)K 查閱簡明機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 17-2，取 K=1.3，所以 = C TKT 查表 17-1，選用凸緣聯(lián)軸器。50 1.365Nm 其圖如下： 圖 7-1 聯(lián)軸器示意圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

41、(論文 ) 20 8 離合器的選擇和計(jì)算 離合器是用來聯(lián)接兩軸，但是可以在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)過程中隨時(shí)進(jìn)行接合或分離。 離合器按其工作原理可分為牙嵌式、摩擦式和電磁式三類；按控制方式可分為操縱 式和自動(dòng)式兩類；操縱式離合器需要借助于人力或動(dòng)力（如液壓、氣壓、電磁等）進(jìn)行 操縱；自動(dòng)式離合器不需要外來操縱，可在一定條件下實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分離和接合。 對(duì)于已標(biāo)準(zhǔn)化的離合器，其選擇步驟和計(jì)算方法與聯(lián)軸器相同。對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)化或不 按標(biāo)準(zhǔn)制造的離合器，可先根據(jù)工作情況選擇類型，在進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)計(jì)算，具體的計(jì) 算方法及計(jì)算內(nèi)容可查閱有關(guān)資料。 本次設(shè)計(jì)所選用的離合器為牙嵌式離合器，它由兩個(gè)端面帶牙的半離合器組成，從 動(dòng)半離合

42、器用導(dǎo)向平鍵與軸聯(lián)接，另一半離合器用平鍵與軸聯(lián)接，對(duì)中環(huán)用來使兩軸對(duì) 中，滑環(huán)可操縱離合器的分離或接合。 牙嵌式離合器的常用牙型有矩形、梯形和鋸齒形等。矩形齒接合、分離困難，牙的 強(qiáng)度低，磨損后無法補(bǔ)償，僅用于靜止?fàn)顟B(tài)的手動(dòng)接合；梯形齒牙根強(qiáng)度高，接合容易， 且能自動(dòng)補(bǔ)償牙的磨損與間隙，因此應(yīng)用較廣；鋸齒形牙根強(qiáng)度高，可傳遞較大轉(zhuǎn)矩， 但只能單向工作。 為減小齒間沖擊、延長齒的壽命，牙嵌式離合器應(yīng)在兩軸靜止或轉(zhuǎn)速差很小時(shí)接合 或分離。 由于本次設(shè)計(jì)的電動(dòng)控制器其輸出轉(zhuǎn)速較低，而且強(qiáng)度也比較低，用矩形牙嵌式離 合器即可。查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，選定型號(hào)為端面離合器 其示意圖如下： 圖 8-1 離合器

43、示意圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 21 9 減速器的潤滑與密封以及箱體的設(shè)計(jì) 9.1 潤滑方式 潤滑的主要作用是減小摩擦和磨損，降低工作表面的溫度。液體潤滑劑還能帶走摩 擦產(chǎn)生的熱量，對(duì)降溫更為有效。此外，潤滑劑有防銹、傳遞動(dòng)力、消除污物、減振、 密封等作用。 潤滑方式有液體潤滑、半固體潤滑、氣體潤滑、和固體潤滑四大類，查閱機(jī)械設(shè) 計(jì)手冊(cè) ，在本控制器中，選擇潤滑方式為液體潤滑方式中的油潤滑，具體由可劃分為以 下三種： （1）飛濺潤滑 由傳動(dòng)帶的傳動(dòng)帶起潤滑油直接濺入軸承內(nèi)，或先濺到箱壁上，順著內(nèi)壁流入箱體 的油槽中，再沿油槽流入軸承內(nèi)。此時(shí)端蓋端部必須開槽，并將端蓋端部的直徑取小些，

44、以免油路堵塞。當(dāng)傳動(dòng)件直徑較小，或者傳動(dòng)件是斜齒輪或蝸桿（斜齒輪具有沿齒輪向 排油的作用）時(shí)，會(huì)使過多的潤滑油沖向軸承而增加軸承的阻力，這種情況下，應(yīng)在軸 承前裝上擋油板。 （2）浸油潤滑 將軸承直接浸入箱內(nèi)油中進(jìn)行潤滑，這種潤滑方式常用于下置式蝸桿減速器蝸桿軸 承的潤滑，油面高度應(yīng)不超過軸承最低滾動(dòng)體的中心，以免加大攪油損失。若傳動(dòng)件直 徑小于軸承滾動(dòng)體中心分布圓直徑時(shí)，可在軸上裝設(shè)濺油輪并使其浸入油中，傳動(dòng)件不 接觸油面而靠濺油潤滑，軸承人使用浸油潤滑。 （3）刮油潤滑 當(dāng)傳動(dòng)件圓周速度很低（v=2m/s）時(shí)，可利用裝在箱體內(nèi)的刮油板刮油潤滑軸承， 刮油板和傳動(dòng)件之間應(yīng)留 0.10.5mm

45、 的間隙。 另外，潤滑油有粘度、閃點(diǎn)、凝點(diǎn)、酸值、殘?zhí)俊⒒曳?、水分、機(jī)械雜質(zhì)等質(zhì)量指 標(biāo)，亦是影響潤滑油選擇的主要因素。 在本控制器中，蝸輪蝸桿采用閉式傳動(dòng)， 其工作環(huán)境為：溫度 -20 60 濕度 90% 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，選定潤滑油為合成齒輪油（SY402483） ， 其牌號(hào)為 4403 號(hào)， 其運(yùn)動(dòng)粘度（100）為 2629mm/s, 閃點(diǎn)（開口）230，凝點(diǎn)（傾點(diǎn)-35， 酸值0.2mgKOH/g 9.2 密封 軸伸端密封方式有接觸式和非接觸式兩種。橡膠油封是接觸式密封中的一種，密封 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 22 效果好。橡膠油封中常用的密封件有 V 型橡膠油封、U 型橡膠油

46、封、Y 型橡膠油封、L 型橡膠油封和 J 型橡膠油封等幾種。其中較為常用的是 J 型橡膠油封，可用于脂潤滑和 油潤滑的軸承中。安裝時(shí)應(yīng)注意油封的安裝方向，當(dāng)以防漏油為主時(shí)，油封的唇邊對(duì)著 箱內(nèi)；當(dāng)以防外界灰塵、雜質(zhì)為主時(shí)，油封的唇邊對(duì)著箱外；當(dāng)兩油封相背放置時(shí)，則 防漏防塵能力都好。為使油封安裝方便，軸上可做出斜角。 氈圈密封是接觸式密封中壽命較低、密封效果相對(duì)較差的一種，但其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià) 格低廉，適用于脂潤滑軸承中。氈圈的剖面為矩形，工作時(shí)將氈圈嵌入剖面為梯形的環(huán) 形槽中并壓緊在軸上，以獲得密封效果。氈圈密封的接觸面易磨損，一般用于圓周速度 小于 45m/s 場合。 為避免磨損可采用非接觸式

47、密封，油溝密封是其中常用的一種，它是利用充滿潤滑 脂的環(huán)形間隙來達(dá)到密封效果。油溝密封結(jié)構(gòu)簡單、成本低，但不夠可靠，適用于脂潤 滑的軸承中。 若要求更高的密封性能，可采用迷宮式密封。采用迷宮式密封的轉(zhuǎn)動(dòng)件和固定件之 間存在著曲折的軸向間隙和徑向間隙，利用其間充滿的潤滑脂來達(dá)到密封效果，可用于 脂潤滑和油潤滑，迷宮式密封的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造和裝配要求較高。 選擇密封方式時(shí)要考慮軸的圓周速度、潤滑劑種類、環(huán)境條件和工作溫度。 在本帶能動(dòng)控制器中，采用 O 型密封圈比較合理。 9.3 控制器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 本課題所設(shè)計(jì)的減速器，其基本結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在參照機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 10- 8 裝配圖的基礎(chǔ)上完成

48、的，該項(xiàng)減速器主要由傳動(dòng)零件（蝸輪蝸桿） ，軸和軸承，聯(lián)結(jié)零 件（鍵，銷，螺栓，螺母等） 。箱體和附屬部件以及潤滑和密封裝置等組成。 控制器箱體起著支承和固定軸系零件，保證傳動(dòng)件的嚙合精度和良好潤滑以及軸系 的可靠密封等重要作用，其質(zhì)量約占控制器總質(zhì)量的 30%50%。設(shè)計(jì)箱體結(jié)構(gòu)時(shí)必須綜 合考慮傳動(dòng)質(zhì)量、加工工藝及成本等因素。 控制器箱體可以采用鑄造的方法制造。 進(jìn)行控制器箱體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾方面的問題 （1）箱體要具有足夠的剛度 若箱體的剛度不夠，在加工和使用過程中會(huì)引起變形，使軸承孔中心線過度偏斜而 影響傳動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)精度。設(shè)計(jì)箱體時(shí)首先要保證軸承座的剛度，使軸承座有足夠的壁厚，

49、并在軸承座上加支承脛。 （2）箱體應(yīng)有可靠的密封且便于傳動(dòng)件的潤滑和散熱 為保證密封，箱體剖分面處的聯(lián)接凸緣應(yīng)有足夠的寬度，聯(lián)接螺栓的間距也不應(yīng)過 大，以保證足夠的壓緊力。為提高密封性，可在剖分面上制出回油溝，使?jié)B出的油可沿 回油溝的斜槽流回箱內(nèi)。為提高密封性有時(shí)也允許在剖分面間涂密封膠。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 23 由于蝸桿控制器工作時(shí)發(fā)熱量較大，其箱體的大小應(yīng)考慮散熱面積的需要，并要進(jìn) 行熱平衡計(jì)算。若不能滿足熱平衡要求，則應(yīng)適當(dāng)增大箱體尺寸或增設(shè)散熱片和風(fēng)扇， 散熱片的方向應(yīng)與空氣的流動(dòng)方向一致。發(fā)熱嚴(yán)重時(shí)還可以在油池中設(shè)置蛇形冷卻水管， 以降低油溫。 （3）箱體結(jié)構(gòu)要有良好的

50、工藝性 箱體結(jié)構(gòu)工藝性的好壞對(duì)于提高加工精度和裝配質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率以及便于檢修 維護(hù)等方面有很大影響，主要應(yīng)考慮以下兩方面的問題。 a.鑄造工藝的要求 在設(shè)計(jì)鑄造箱體時(shí)應(yīng)考慮箱體的鑄造工藝特點(diǎn)，力求壁厚均勻、過渡平穩(wěn)，不要出 現(xiàn)局部金屬積聚。鑄件的箱壁不可太薄，砂型鑄造圓角半徑可取 r5mm b.機(jī)械加工工藝性的要求 設(shè)計(jì)箱體的結(jié)構(gòu)形狀時(shí)，應(yīng)盡量減少機(jī)械加工的面積。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量工件和刀具的 調(diào)整。例如同一軸心線上兩軸承座孔的直徑應(yīng)盡量一致，以便于鏜孔并保證鏜孔精度。 同一方向上的平面應(yīng)盡量能一次調(diào)整、加工完成。各軸承座端面應(yīng)在同一平面上。 （4）箱體形狀應(yīng)力求均勻、美觀 箱體的外形應(yīng)簡潔、整

51、齊、盡量減少外凸形體。如采用“方形小圓角過渡”的造型比 “曲線大圓角過渡”更美觀。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 24 10 電動(dòng)控制器控制系統(tǒng)部分的設(shè)計(jì) 10.1 引言 電動(dòng)控制器是對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)中最終控制元件（如閥門）的運(yùn)行進(jìn)行控制的一種裝 置，使用于對(duì)截止閥、閘閥、節(jié)流閥、水閥等的控制。主要在開和關(guān)位置上操作。通常 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門連接起來，經(jīng)過安裝調(diào)試后成為電動(dòng)閥。電動(dòng)閥使用電能作為動(dòng)力 來接通電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)閥門，實(shí)現(xiàn)閥門的開關(guān)、調(diào)節(jié)動(dòng)作。從而達(dá)到對(duì)管道介質(zhì)的開 關(guān)或是調(diào)節(jié)目的。閥門智能控制水平的提高，有助于提高國內(nèi)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的產(chǎn)品 水平，也有利于提高生產(chǎn)控制的自動(dòng)化水平，

52、最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化，價(jià)值十分顯 著。 閥門電動(dòng)控制機(jī)構(gòu)廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，閥門電動(dòng)控制器是閥門電動(dòng)執(zhí) 行機(jī)構(gòu)的核心部件。在水利、電力及化工行業(yè)，不同種類的閥類，如截止閥、閘閥、蝶 閥等得到了最廣泛的應(yīng)用。在對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、集中控制和自動(dòng)控制的過程中，閥 門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種必不可少的執(zhí)行部件。隨著能源、化工、鋼鐵、運(yùn)輸和建筑等現(xiàn) 代工業(yè)高速發(fā)展以及與其有密切聯(lián)系的水、氣(汽)、油等流體在工業(yè)上的應(yīng)用，管道系 統(tǒng)中的電動(dòng)閥門在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，因而對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的功能和使用要求 也不斷提高，迫切需要智能化的新一代產(chǎn)品替代目前使用的產(chǎn)品，以提高生產(chǎn)效率。 本設(shè)計(jì)的電動(dòng)控

53、制器的原理是首先通過加、減、調(diào)整三個(gè)按鈕手動(dòng)調(diào)整好閥門的上 限位和下限位，同時(shí)由編碼器把閥門在上限位和下限位時(shí)的門的驅(qū)動(dòng)電機(jī)的脈沖數(shù)送入 PLC 儲(chǔ)存記憶起來。在要開啟和關(guān)閉閥門時(shí)按開啟或關(guān)閉的按鈕，由帶機(jī)械離合器的直 流電機(jī)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)閥桿正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，在上升到 PLC 記憶的上限位或下降到 PLC 記憶的下限 位時(shí)電機(jī)停轉(zhuǎn)，并由機(jī)械離合器抱閘制動(dòng)。電動(dòng)執(zhí)行器以 AC220 單相交流電為電源，接 受來自 DCS、PLC 系統(tǒng)和其他操作器的 DC420mA，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)來控制執(zhí)行器進(jìn)行開關(guān)閥門。 電子控制模塊采用先進(jìn)的混合集成電路，包含完整的保護(hù)功能，可現(xiàn)場控制或遠(yuǎn)程控制， 被設(shè)計(jì)成匣子形式，并用樹脂澆

54、鑄密封。驅(qū)動(dòng)采用高性能導(dǎo)電塑料電位器、精度高、壽 命長等特點(diǎn)，可與各種角行程調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)組合成高性能、高可靠性的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。在對(duì)閥 門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制、集中控制和自動(dòng)控制的過程中，閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是一種必不可少的 執(zhí)行部件。隨著微電子技術(shù)、電力電子技術(shù)、微機(jī)控制技術(shù)及通訊技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù) 的發(fā)展，國外許多相關(guān)廠家長期對(duì)電動(dòng)閥門的研究開發(fā)和改進(jìn)，形成了新一代智能電動(dòng) 閥門，增加了許多的功能，并擴(kuò)展了它的應(yīng)用領(lǐng)域，各項(xiàng)指標(biāo)和性能也得到了提高，廣 泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。運(yùn)用數(shù)字技術(shù)、電力電子技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，開發(fā)研制性能先進(jìn)、功 能完善，尤其是可對(duì)閥門實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制、現(xiàn)場操作、集中控制，以滿足國內(nèi)廣大用戶 生產(chǎn)

55、使用的要求，適合我國工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展需要的新型智能電動(dòng)閥門執(zhí)行機(jī)構(gòu)，具有十 分重要的現(xiàn)實(shí)意義。 現(xiàn)在的大多數(shù) PLC 都具有高速計(jì)數(shù)器功能，不需增加特殊功能單元就可以處理頻率 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 25 高 達(dá)幾十或上百 KHz 的脈沖信號(hào)，合理的選用編碼器，讓脈沖頻率即能在 PLC 處理的范 圍內(nèi)又可以滿足正反轉(zhuǎn)的精度要求。利用 PLC 對(duì)驅(qū)動(dòng)電機(jī)進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)成為可能；而電 動(dòng)控制器對(duì)開啟，關(guān)閉系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度要求不是很高。可以通過 PLC 對(duì)電動(dòng)控制 器開關(guān)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的上升和下降脈沖數(shù)的計(jì)算，在開關(guān)的過程中，讓 PLC 對(duì)所接收的 兩個(gè)脈沖數(shù)與設(shè)定好的兩個(gè)脈沖數(shù)值進(jìn)行比較，根

56、據(jù)比較結(jié)果確定是否到閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù) 的上限，控制電機(jī)是否運(yùn)轉(zhuǎn)。從而保證了閥桿的開啟和關(guān)閉的可行性；所有 PLC 都具有 可擦寫的軟元件，使軟元件中的內(nèi)容可根據(jù)要求隨時(shí)動(dòng)態(tài)更新。在需要更改開啟和關(guān)閉 所需要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)的時(shí)侯可把手動(dòng)調(diào)整的開啟和關(guān)閉的上下限位的的驅(qū)動(dòng)電機(jī)分別的脈 沖數(shù)存儲(chǔ)到 PLC 的輔助繼電器中記憶起來，使用 PLC 做電動(dòng)控制器的電子定位也成為可 能。在控制系統(tǒng)中，可以利用24V 直流電源（電源部分的電容，二極管有配件，24V 電源 可修復(fù)）作為需要24V 的控制系統(tǒng)和直流電機(jī)的供給電源。從而簡化了直流電源部分。還 有可以利用簡單的四個(gè)輸入按鈕，不需另外增加輸入按鈕。 在這次的畢

57、業(yè)設(shè)計(jì)中，我對(duì)現(xiàn)有的國內(nèi)外閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及其控制器進(jìn)行了簡單 的對(duì)比和分析，借鑒和傳承了它們的有效的成功經(jīng)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出新型的閥門 電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的智能控制器。它以三菱公司的 PLC 為控制的核心部件，不僅具有常規(guī)的 控制調(diào)節(jié)功能，而且由于 PLC 的可編程，使其更具智能化。 根據(jù)“安全、可靠、簡便、先進(jìn)”的設(shè)計(jì)原則，我對(duì)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行了總體 方案的設(shè)計(jì)，前面已經(jīng)做了機(jī)械傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行整個(gè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 開發(fā)工作，同時(shí)，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采取了一系列軟件、硬件抗干擾措施。 力求使系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)合理、性能可靠，并實(shí)現(xiàn)預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。 10.2 控制系統(tǒng)總體方案的

58、設(shè)計(jì) 閥門電動(dòng)裝置是實(shí)現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅(qū)動(dòng)設(shè)備，其運(yùn)動(dòng)過程可由 行程、轉(zhuǎn)矩或軸向推力的大小來控制。由設(shè)計(jì)說明書“電動(dòng)控制器是對(duì)開環(huán)控制系統(tǒng)中 最終控制元件（如閥門）的運(yùn)行進(jìn)行控制的一種裝置，使用于對(duì)截止閥、閘閥、節(jié)流閥、 水閥等的控制。主要在開和關(guān)位置上操作。 ”再根據(jù)現(xiàn)場的工藝要求可知，該控制器為開 關(guān)電氣控制方式。 本設(shè)計(jì)的主要思路是用控制器驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，然后經(jīng)過減速器減速，由連接減速 器的軸將轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩傳給閥桿。具體工作原理流程如下圖所示： 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 26 圖 10-1 閥門電動(dòng)控制機(jī)構(gòu)的工作原理 對(duì)于該系統(tǒng)的起停方式，我準(zhǔn)備采用定時(shí)器的方式，所設(shè)

59、定的時(shí)間根據(jù)實(shí)際情況中閥 桿所要轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)與轉(zhuǎn)速的比來確定，為防止扭矩過大，損壞閥桿，故在所得到的時(shí)間 參數(shù)的基礎(chǔ)上乘以一個(gè)比例因子，這樣子就完成了對(duì)閥門的開關(guān)的精確控制并起到對(duì)閥 桿的保護(hù)作用。 在實(shí)際情況中，開關(guān)型的控制方式相對(duì)來說比較簡單，在本設(shè)計(jì)里我將把它設(shè)計(jì)成正 反轉(zhuǎn)控制電路。 電源供電方式可以根據(jù)電源板選擇，國內(nèi)基本上都是用 380V，或 220V. 10.3 正反轉(zhuǎn)換向控制電路 要實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)就必須改變電動(dòng)機(jī)定子三相繞阻所接電源任意兩相對(duì)調(diào)，改變 電動(dòng)機(jī)的定子電源相序，就可以改變電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向。 圖 10-2(a)相序?yàn)?1-2-3 圖 10-2(b)相序?yàn)?3-2-1

60、用 KM1，KM2 分別完成電動(dòng)機(jī)的正反向控制，那么由正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)起動(dòng)電路組合起來就成 了最基礎(chǔ)的正反轉(zhuǎn)控制主電路 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 27 圖 10-3 三相異步電動(dòng)機(jī)主電路圖 由圖可知，若 KM1，KM2 分別閉合，則電動(dòng)機(jī)的定子繞阻所接兩相電源對(duì)調(diào)，結(jié)果電動(dòng) 機(jī)轉(zhuǎn)向不同。接下來我們將研究控制電路部分如何工作 圖 10-4(a) 電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 1 如圖，按下 SB2，正轉(zhuǎn)接觸器 KM1 得電工作；按下 SB3，反轉(zhuǎn)接觸器 KM2 得電工作。 因?yàn)殡娐分邪呀佑|器的動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)相互串聯(lián)在對(duì)方的控制回路中，就使兩者之間產(chǎn)生 了制約關(guān)系：一方工作的時(shí)候切斷另一方的控制回路，使另一

61、方的起動(dòng)按鈕失去作用。 正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)接觸器通過互鎖避免了同時(shí)接通造成電路的可能性。 但在上圖中，我們不難發(fā)現(xiàn)正，反轉(zhuǎn)切換的過程中間要經(jīng)過 “停” ，顯然操作不方便， 故設(shè)計(jì)出下圖 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 28 圖 10-4(b)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)控制電路 2 上圖利用復(fù)合按鈕 SB2，SB3 就可直接實(shí)現(xiàn)由正轉(zhuǎn)變成反轉(zhuǎn)，反之亦然。如果取消上圖中 兩接觸器間的互鎖觸點(diǎn)，只用按鈕進(jìn)行連鎖是不可靠的。因?yàn)樵趯?shí)際工作中可能出現(xiàn)這 種情況，由于負(fù)載短路或大電流的長期作用接觸器的主觸點(diǎn)被強(qiáng)烈的電弧“燒”焊在一 起，或者接觸器的動(dòng)作機(jī)構(gòu)失靈，使銜鐵卡住總是處在吸合狀態(tài)，這都可能使主觸點(diǎn)不 能斷開，這時(shí)如果另

62、一接觸器線圈通電動(dòng)作，其主觸點(diǎn)正常閉合就會(huì)造成電源短路事故。 采用接觸器動(dòng)斷輔助觸點(diǎn)進(jìn)行互鎖，不論什么原因，只要一個(gè)接觸器的觸點(diǎn)（主觸點(diǎn)與 輔助觸點(diǎn)在機(jī)械上保持動(dòng)作一致）是吸合狀態(tài)，它的互鎖動(dòng)斷觸點(diǎn)就必然將另一接觸器 線圈電路切斷，這就能避免事故的發(fā)生。所以采用復(fù)合按鈕后，接觸器輔助動(dòng)斷觸點(diǎn)的 互鎖仍必不可少，電路安全可靠。 10.4 反饋裝置的選擇 方案一：選用定時(shí)器 考慮到自動(dòng)控制閥門的開啟，關(guān)閉到什么程度，電動(dòng)機(jī)運(yùn)行多久是上面的電路所沒有考 慮到的。由于本任務(wù)書中未給出確定的閥門以及更具體的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)等參數(shù)，所以剛開始 我設(shè)閥桿轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)為 N（具體參數(shù)視具體情況而定） 。 則完全開啟閥門所

63、需時(shí)間 T=NV 其中 V 為閥桿的額定轉(zhuǎn)速 所以在電路中必須加入時(shí)間繼電器，用時(shí)間繼電器的延時(shí)動(dòng)斷觸點(diǎn)來斷開主電路，控制 電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)的時(shí)間即開啟閥門或閉合閥門的時(shí)間。但實(shí)際工作過程中因?yàn)楦鞣N摩 擦損耗因素，實(shí)際情況并不是我們理論上所能精確控制的。 徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文 ) 29 方案二：在閥桿的輸出端用錐齒輪將運(yùn)動(dòng)導(dǎo)出，然后算出錐齒輪與閥桿之間的傳動(dòng)比， 這時(shí)候在錐齒輪的輸出軸上串聯(lián)一個(gè)凸輪，擰閥門的把手，分別到閥門完全開啟閉合的 位置，記下兩處的位置，在兩處加上限位感應(yīng)機(jī)構(gòu)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)經(jīng)減速器傳到輸出軸的時(shí)候， 凸輪碰到限位機(jī)構(gòu)的擋塊，這時(shí)候?qū)⑦@個(gè)信號(hào)傳給 PLC 處理器，繼電器動(dòng)作，去驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)或停的狀態(tài)。 方案三：利用編碼器對(duì)輸出軸轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，將閥門的分開度顯示出來，送到控 制器 PLC,然后