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摘 要
手機(jī)電池在線檢測及分揀，是對手機(jī)電池的電壓、內(nèi)阻進(jìn)行實(shí)時在線監(jiān)視、檢測、來進(jìn)行設(shè)計。
本設(shè)計主要就電池檢測分揀系統(tǒng)的檢測部分進(jìn)行設(shè)計，針對工人上料之后，對電池的分離檢測各部件進(jìn)行合理的設(shè)計，達(dá)到要求。
現(xiàn)階段，在手機(jī)鋰電池的檢測分揀過程中，主要是以人工操作為主，由于日生產(chǎn)量大，導(dǎo)致工人日勞動量變大，同時也增加了生產(chǎn)成本。該設(shè)計便是通過對手機(jī)電池的參數(shù)進(jìn)行在線檢測、輕了勞動量，降低了勞動力成本。
本設(shè)計對手機(jī)鋰電池的電壓參數(shù)進(jìn)行檢測，檢測范圍為0~10V，分為五級后經(jīng)過分揀裝置將電池按照不同等級輸出。
關(guān)鍵字：手機(jī)電池，參數(shù)，在線檢測。
ABSTRACT
The battery of the mobile phone online detecting and sorting, real-time online monitoring, testing and to the design of mobile phone battery voltage, resistance.
This design mainly designs the detection part of the battery detection and sorting system. According to the workers, the separation and detection of the battery is reasonable and the design can meet the requirements..
At this stage, in the cell phone lithium battery detection sorting process is mainly dominated by manual operation, due to the large production capacity, resulting in workers, labor quantity, but also an increase of production costs.?The design is through the parameters of the mobile phone battery detection, light labor, and reduce labor costs.
The design of the battery voltage parameters of the mobile phone battery detection, detection range of 0~10V, divided into five after the sorting device will battery according to different levels of output.
Keywords: mobile phone battery, parameters, on-line detection.
目 錄
前 言 - 1 -
第一章 設(shè)計總方案 - 2 -
1.1 選題目的 - 2 -
1.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計 - 2 -
1.2.1 檢測部分 - 2 -
1.2.2 分揀部分 - 3 -
1.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 - 4 -
第二章 檢測轉(zhuǎn)盤 - 5 -
2.1 主要組成部分 - 5 -
2.1.1 步進(jìn)電機(jī) - 5 -
2.1.2 檢測轉(zhuǎn)盤 - 11 -
2.1.3 支架 - 12 -
2.1.4 電磁鐵定位裝置 - 13 -
2.2 功能實(shí)現(xiàn) - 14 -
2.2.1 功能簡介 - 14 -
2.2.2 功能實(shí)現(xiàn) - 14 -
2.3 設(shè)計難點(diǎn) - 14 -
第三章 電池盒 - 15 -
3.1 主要組成部分 - 15 -
3.2 功能實(shí)現(xiàn) - 16 -
3.2.1 檢測之前 - 16 -
3.2.2 檢測過程中 - 16 -
3.2.3 檢測之后 - 17 -
3.3 設(shè)計難點(diǎn) - 17 -
第四章 參數(shù)檢測裝置 - 18 -
4.1 主要組成部分 - 18 -
4.1.1 分離齒輪 - 18 -
4.1.2 步進(jìn)電機(jī)型號選擇 - 19 -
4.1.3 嚙合齒輪的設(shè)計 - 21 -
4.1.4 氣缸 - 30 -
4.1.5 滑塊 - 30 -
4.1.6 參數(shù)采集觸頭 - 30 -
4.2 功能實(shí)現(xiàn) - 30 -
4.3 設(shè)計難點(diǎn) - 31 -
第五章 檢測部分運(yùn)行總結(jié) - 32 -
5.1 檢測部分硬件運(yùn)行介紹 - 32 -
5.2 檢測部分軟件設(shè)計 - 33 -
5.2.1 檢測部分流程框圖 - 33 -
5.2.2 PLC端口設(shè)置 - 34 -
第六章 總體介紹 - 35 -
6.1 分揀部分 - 35 -
6.1.1 自動分揀技術(shù)的發(fā)展及其現(xiàn)狀 - 35 -
6.1.2 分揀部分流程框圖 - 37 -
6.1.3 總流程框圖 - 38 -
6.2 總體設(shè)計圖 - 39 -
參考文獻(xiàn) - 44 -
致 謝 - 45 -
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計
第一章 背景介紹
從鎳鎘電池到鎳氫電池再到鋰離子以及今天的聚合物鋰離子電池。電池的發(fā)展一直都在向著更加環(huán)保、續(xù)航能力更強(qiáng)的路線前進(jìn)著。在手機(jī)應(yīng)用繁多的今天，如果沒有更好的電力支持、真的不能為用戶帶來更好的智能時代體驗(yàn)。先不提一些概念化的燃料電池或者太陽能電池等新型能源。就目前來看，手機(jī)用的電池主要以鋰離子電池為主。同時，近期手機(jī)電池的發(fā)展主要是圍繞兩方面來進(jìn)行。接下來就介紹一下目前主流的鋰離子電池發(fā)展情況。
圖1.1 市面上各種各樣的鋰電池
首先是傳統(tǒng)的液體鋰離子電池在正、負(fù)極材料、電解液方面的改進(jìn)。手機(jī)功能的日趨多樣化對電池性能提出了更高的要求，不斷推出新型電極材料電池將是今后一段時間各鋰離子電池廠商的競爭焦點(diǎn)。目前，日本三洋和索尼公司已利用Ni、Co、Mn三組分材料生產(chǎn)出4.4V的高容量電池；而正極活性材料Li(NiCoMn)1/3O2已由日本本莊公司商業(yè)化。筆者認(rèn)為：這些材料的成本相對低廉，因而它們的應(yīng)用將使鋰電池特別是鋰動力電池的價格降低一個檔次
其次就是聚合物鋰離子電池在手機(jī)中的應(yīng)用比例會逐步上升，并會逐步取代傳統(tǒng)鋰電池。目前聚合物鋰離子電池在能量密度和充放電次數(shù)方面與傳統(tǒng)液體鋰電池基本一致，其優(yōu)勢主要體現(xiàn)在尺寸和形狀的可任意性。然而手機(jī)電池的設(shè)計正在趨向內(nèi)置式和標(biāo)準(zhǔn)化，對電池尺寸和形狀多元化的要求越來越少，聚鋰電池難以在性能和價格上對普通鋰電池造成有力沖擊。但隨著各廠商的不斷加入，聚合物鋰電池的價格持續(xù)下降，這為其徹底取代液態(tài)鋰離子電池正在奠定成本優(yōu)勢。
首先為你介紹一下移動充電的概念。移動電源概念是隨著目前數(shù)碼產(chǎn)品的普及和快速增長而發(fā)展起來的，其定義就是方便易攜帶的大容量隨身電源。目前數(shù)碼產(chǎn)品功能日益多樣化，使用也更加頻繁，如何提高數(shù)碼產(chǎn)品使用時間，發(fā)揮其最大功用的問題就尤為重要了。移動電源，就是針對并解決這一問題的最佳方案。擁有一塊電源，就可以在移動狀態(tài)中隨時隨地為多種數(shù)碼產(chǎn)品提供電能
?以往，人們對于手機(jī)續(xù)航能力不足采取的措施多為隨身攜帶一款備用電池為主。讓人非常郁悶的是，手機(jī)所謂的標(biāo)準(zhǔn)配置，其“一電一充”的規(guī)格已經(jīng)多年未改。在黑白機(jī)的時代，在只需要保障通話時間、待機(jī)時間的年代，這樣的配置確實(shí)已經(jīng)夠用。就像飛利浦在不斷更新其待機(jī)王手機(jī)的同時，并沒有添加更多的功能進(jìn)去?，F(xiàn)在的手機(jī)，傳統(tǒng)的“一電”只能讓用戶體驗(yàn)“天天充電”的無奈感覺。
中國市場智能手機(jī)的熱賣，直接推動了鋰離子電池需求的高速增長。2013年中國手機(jī)市場對鋰離子電池的需求量高達(dá)292.79萬kWh，較上年的183.32萬kWh增長了59.71%。其中，智能手機(jī)用鋰離子電池需求量為263.10萬kWh，同比增長123.28%；傳統(tǒng)功能手機(jī)用鋰離子電池需求量為29.69萬kWh，同比下降54.66%。
圖1.2 2010年～2013年中國市場手機(jī)銷量統(tǒng)計
在此背景下，設(shè)計一個自動檢測電池電壓內(nèi)阻的機(jī)構(gòu)很有意義
第二章 總體設(shè)計方案及電機(jī)選型
1.1 選題目的
手機(jī)電池作為手機(jī)的必要配件，直接影響手機(jī)的使用性能，而生產(chǎn)過程中由于各種因素導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不一，因此需要對其進(jìn)行質(zhì)量參數(shù)檢測和分級，目前大都為人工操作，分揀效率和精度都不高；有部分采用檢測裝置自動檢測和分揀，但亦存在如下不足：1、電池供料一般采用傳送帶，需要人工連續(xù)上料，因此檢測效率受人工熟練程度等的影響；2、電池檢測過程中，一般采用直線式或轉(zhuǎn)盤式檢測臺，電池需要裝夾和推送，有的工序還需短暫停頓，影響檢測效率；3、這題目能夠充分利用“機(jī)械設(shè)計制造及其自動化”專業(yè)的知識，對我而言是一次實(shí)踐運(yùn)用專業(yè)知識的機(jī)會。
1.2 系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計
該系統(tǒng)全稱為“手機(jī)鋰電池在線檢測分揀系統(tǒng)”，顧名思義，就是對手機(jī)鋰電池的參數(shù)進(jìn)行在線實(shí)時檢測、分揀。
其工作原理為：通過相應(yīng)的檢測機(jī)構(gòu)，對手機(jī)鋰電池的電壓參數(shù)進(jìn)行檢測，然后對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、分析，再對經(jīng)過檢測的鋰電池進(jìn)行分級。經(jīng)過分級之后的鋰電池，運(yùn)輸至分揀機(jī)構(gòu)，通過分揀機(jī)構(gòu)的部件，在確定的級數(shù)輸出通道進(jìn)行輸出。這樣，根據(jù)對各電池進(jìn)行檢測的參數(shù)數(shù)據(jù)的分析處理，參數(shù)不同的鋰電池，就會被分為不同的級別并在不同級別的輸出通道里輸出。
該系統(tǒng)主要分為：硬件跟軟件兩大部分。其中，硬件部分又分為檢測部分跟分揀部分。軟件部分主要是對硬件的檢測、分揀兩部分相應(yīng)機(jī)構(gòu)的控制。
1.3 系統(tǒng)的組成及工作原理
該系統(tǒng)由檢測裝置和分揀裝置構(gòu)成，如下圖所示
圖1.31，總裝正視圖
1-導(dǎo)向桿 2-分揀氣缸 3-斜面滑道 4-翻版機(jī)構(gòu) 5-分揀聯(lián)軸器 6- 分揀主軸組件 7-軸 8-伺服電機(jī) 9-步進(jìn)電機(jī)1 10-檢測聯(lián)軸器 11-軸 12-檢測上盤 13-檢測下盤 14-電池盒 15-分離齒輪 16-步進(jìn)電機(jī)2 17出頭氣缸 18-底座
檢測部分包括檢測轉(zhuǎn)臺，包括機(jī)架、電磁定位裝置、檢測步進(jìn)電機(jī)、檢測主軸組件和上、下檢測盤等。電磁定位裝置是由電磁鐵和帶緩沖彈簧的定位珠組成，檢測盤具有多工位，當(dāng)檢測盤待檢工位需要轉(zhuǎn)到檢測工位時，電磁鐵通電將定位珠拉起脫離上檢測盤，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動檢測盤轉(zhuǎn)動，當(dāng)檢測盤待檢工位轉(zhuǎn)到檢測工位時，電磁鐵失電，定位珠在緩沖彈簧作用下，嵌入上檢測盤相應(yīng)位置的定位凹坑中，確定檢測轉(zhuǎn)臺的檢測工位；上、下檢測盤與電池周轉(zhuǎn)盒配合，使周轉(zhuǎn)盒內(nèi)的電池處于待測位置。
每個電池盒里能夠盛放五十只手機(jī)鋰電池，在檢測裝置將電池盒里的五十只手機(jī)鋰電池全部檢測并分級之后，檢測裝置通過大氣缸，向遠(yuǎn)離檢測轉(zhuǎn)盤的方向運(yùn)動，從而使得檢測轉(zhuǎn)盤在轉(zhuǎn)動的時候，電池盒不會受到檢測裝置的影響。
之后，檢測轉(zhuǎn)盤再通過步進(jìn)電機(jī)1，轉(zhuǎn)過90度角，將第二個裝滿電池的電池盒運(yùn)送至上一個電池盒的位置。此外，為了能夠保證檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)過的角度的精確性，特設(shè)計添加了一個電磁鐵定位裝置，以確保經(jīng)過檢測的電池準(zhǔn)確釋放進(jìn)下方的分揀轉(zhuǎn)盤中，以便進(jìn)行分揀。觸頭機(jī)構(gòu)，包括分離齒輪、檢測觸頭、電磁驅(qū)動裝置、轉(zhuǎn)軸組件、齒輪、滑動臺板、步進(jìn)電機(jī)、觸頭氣缸等。分離齒輪的齒槽橫截面與電池兩側(cè)橫截面形狀相適應(yīng)，且兩分離齒輪轉(zhuǎn)動中心平面相對應(yīng)的內(nèi)空齒槽間距與電池寬度相適應(yīng)，兩個分離齒輪由步進(jìn)電機(jī)通過兩個相同齒輪聯(lián)系的轉(zhuǎn)軸組件驅(qū)動相向轉(zhuǎn)動；電磁驅(qū)動裝置控制檢測觸頭伸縮，使其壓向電池觸點(diǎn)，因觸頭帶有壓力緩沖彈簧，能保證觸頭與電池觸點(diǎn)可靠接觸，檢測信號傳輸給檢測分析儀；滑動臺板置于滑道架的滑道內(nèi)，觸頭氣缸的兩端分別與滑動臺板和滑道架的橫梁鉸接，控制滑道臺板及其安裝其上的分離齒輪、檢測觸頭等同步在滑道內(nèi)直線移動電池盒用來盛放電池，將電池盒安裝至檢測轉(zhuǎn)盤上之后，檢測裝置便對鋰電池進(jìn)行逐個檢測、確定級數(shù)，然后，通過檢測裝置上的分離齒輪將已經(jīng)檢測完畢的電池與沒有經(jīng)過檢測的電池分離出來，并送至檢測轉(zhuǎn)盤上。
然后，檢測裝置通過大氣缸向前推進(jìn)，通過檢測裝置上的分離齒輪將電池盒里的電池托住，然后小氣缸向前推進(jìn)，使得觸頭裝置接觸到電池的觸點(diǎn)上，對電池電壓參數(shù)進(jìn)行檢測。檢測所得數(shù)據(jù)經(jīng)過PLC控制系統(tǒng)進(jìn)行分析處理，從而將檢測的鋰電池進(jìn)行分級。觸頭通過小氣缸，向遠(yuǎn)離電池的方向運(yùn)動。
經(jīng)過分級后的電池通過檢測裝置上的分離齒輪分離出來，下落到位于檢測轉(zhuǎn)盤下方的分揀轉(zhuǎn)盤上。然后小氣缸將觸頭裝置向前推進(jìn)，對下一只鋰電池的電壓參數(shù)進(jìn)行檢測。由是運(yùn)動，對每一只鋰電池進(jìn)行電壓參數(shù)檢測
分揀機(jī)構(gòu)，包括底座、導(dǎo)向桿、分揀氣缸、斜面滑道、分揀轉(zhuǎn)盤、翻板機(jī)構(gòu)、分揀主軸組件、分揀聯(lián)軸器、伺服電機(jī)等。其中轉(zhuǎn)盤部分由底座、分揀轉(zhuǎn)盤、分揀主軸組件、分揀聯(lián)軸器和伺服電機(jī)組成，由伺服電機(jī)驅(qū)動分揀轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動；由導(dǎo)向桿、分揀氣缸、斜面滑道和翻板機(jī)構(gòu)組成卸料機(jī)構(gòu)，其中翻板機(jī)構(gòu)由限位板、滾珠組件、翻板、耳座、轉(zhuǎn)軸組成。分別固定在翻板和分揀轉(zhuǎn)盤相應(yīng)位置的四個耳座與轉(zhuǎn)軸將翻板和分揀轉(zhuǎn)盤組成鉸接副，限位板固定在分揀轉(zhuǎn)盤上，保證翻板與分揀轉(zhuǎn)盤的相對位置不變；
滾珠組件固定在翻板上。斜面滑道的傾斜方向是沿分揀轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動方向上升，由分揀氣缸驅(qū)動升降，由導(dǎo)向桿與氣缸共同作用保證其升降中傾斜方向不變。在分揀轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動運(yùn)行中，當(dāng)不需要分揀卸料時，翻板機(jī)構(gòu)的滾珠組件與斜面滑道不相交，翻板無動作；當(dāng)需要分揀卸料時，分揀氣缸進(jìn)氣驅(qū)動斜面滑道上升，滑道斜面的最低點(diǎn)與滾珠組件滾珠的外圓面最低點(diǎn)一致，隨分揀轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動，滾珠組件的滾珠隨分揀轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動并沿斜面向上運(yùn)行，托起翻板后部上升形成自溜傾角，放置在翻板上的電池自溜滑出翻板，落入相應(yīng)的容器中，隨后滾珠組件在斜面最高點(diǎn)離開斜面滑道自重下落，帶動翻板回復(fù)初始位置，完成卸料
1.4 步進(jìn)電機(jī)的選型
1.41步進(jìn)電機(jī)1的選擇
1. 步進(jìn)電機(jī)簡介
步進(jìn)電機(jī)是將電脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元步進(jìn)電機(jī)件。
在非超載的情況下，電機(jī)的轉(zhuǎn)速、停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而不受負(fù)載變化的影響，當(dāng)步進(jìn)驅(qū)動器接收到一個脈沖信號，它就驅(qū)動步進(jìn)電機(jī)按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度，稱為“步距角”，它的旋轉(zhuǎn)是以固定的角度一步一步運(yùn)行的?？梢酝ㄟ^控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達(dá)到準(zhǔn)確定位的目的；同時可以通過控制脈沖頻率來控制電機(jī)轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達(dá)到調(diào)速的目的。
2. 基本原理
步進(jìn)電機(jī)分三種：永磁式（PM） ，反應(yīng)式（VR）和混合式（HB）永磁式步進(jìn)一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進(jìn)角一般為7.5度 或15度；反應(yīng)式步進(jìn)一般為三相，可實(shí)現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進(jìn)角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達(dá)國家80年代已被淘汰；混合式步進(jìn)是指混合了永磁式和反應(yīng)式的優(yōu)點(diǎn)。它又分為兩相和五相：兩相步進(jìn)角一般為1.8度而五相步進(jìn)角一般為 0.72度。這種步進(jìn)電機(jī)的應(yīng)用最為廣泛。
通常電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體，當(dāng)電流流過定子繞組時，定子繞組產(chǎn)生一矢量磁場。該磁場會帶動轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一角度，使得轉(zhuǎn)子的一對磁場方向與定子的磁場方向一致。當(dāng)定子的矢量磁場旋轉(zhuǎn)一個角度。轉(zhuǎn)子也隨著該磁場轉(zhuǎn)一個角度。每輸入一個電脈沖，電動機(jī)轉(zhuǎn)動一個角度前進(jìn)一步。它輸出的角位移與輸入的脈沖數(shù)成正比、轉(zhuǎn)速與脈沖頻率成正比。改變繞組通電的順序，電機(jī)就會反轉(zhuǎn)。所以可用控制脈沖數(shù)量、頻率及電動機(jī)各相繞組的通電順序來控制步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)動。
國內(nèi)外對細(xì)分驅(qū)動技術(shù)的研究十分活躍，高性能的細(xì)分驅(qū)動電路，可以細(xì)分到上千甚至任意細(xì)分。目前已經(jīng)能夠做到通過復(fù)雜的計算使細(xì)分后的步距角均勻一致，大大提高了步進(jìn)電機(jī)的脈沖分辨率，減小或消除了震蕩、噪聲和轉(zhuǎn)矩波動，使步進(jìn)電機(jī)更具有“類伺服”特性。
對實(shí)際步距角的作用：在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己對步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以大幅度改變實(shí)際步距角，步進(jìn)電機(jī)的“相數(shù)”對改變實(shí)際步距角的作用幾乎可以忽略不計。
3. 基本參數(shù)
（1）電機(jī)固有步距角。它表示控制系統(tǒng)每發(fā)一個步進(jìn)脈沖信號，電機(jī)所轉(zhuǎn)動的角度。電機(jī)出廠時給出了一個步距角的值，如86BYG250A型電機(jī)給出的值為0.9°/1.8°（表示半步工作時為0.9°、整步工作時為1.8°），這個步距角可以稱之為‘電機(jī)固有步距角’，它不一定是電機(jī)實(shí)際工作時的真正步距角，真正的步距角和驅(qū)動器有關(guān)。
通常步進(jìn)電機(jī)步距角β的一般計算按下式計算：β=360°/（Z·m·K）。式中 β―步進(jìn)電機(jī)的步距角；Z―轉(zhuǎn)子齒數(shù)；m―步進(jìn)電動機(jī)的相數(shù)；K―控制系數(shù)，是拍數(shù)與相數(shù)的比例系數(shù)。
（2）步進(jìn)電機(jī)的相數(shù)。是指電機(jī)內(nèi)部的線圈組數(shù)，目前常用的有二相、三相、四相、五相步進(jìn)電機(jī)。電機(jī)相數(shù)不同，其步距角也不同，一般二相電機(jī)的步距角為0.9°/1.8°、三相的為0.75°/1.5°、五相的為0.36°/0.72° 。在沒有細(xì)分驅(qū)動器時，用戶主要靠選擇不同相數(shù)的步進(jìn)電機(jī)來滿足自己步距角的要求。如果使用細(xì)分驅(qū)動器，則‘相數(shù)’將變得沒有意義，用戶只需在驅(qū)動器上改變細(xì)分?jǐn)?shù)，就可以改變步距角。
（3）轉(zhuǎn)矩。
HOLDING TORQUE（保持轉(zhuǎn)矩）。是指步進(jìn)電機(jī)通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一，通常步進(jìn)電機(jī)在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。由于步進(jìn)電機(jī)的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進(jìn)電機(jī)最重要的參數(shù)之一。比如，當(dāng)人們說2N.m的步進(jìn)電機(jī)，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2N.m的步進(jìn)電機(jī)。
DETENT TORQUE（無激磁保持轉(zhuǎn)矩）。是指步進(jìn)電機(jī)沒有通電的情況下，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。DETENT TORQUE 在國內(nèi)沒有統(tǒng)一的翻譯方式，容易使大家產(chǎn)生誤解；由于反應(yīng)式步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)子不是永磁材料，所以它沒有DETENT TORQUE。
4. 特點(diǎn)特性
（1）特點(diǎn)。一般步進(jìn)電機(jī)的精度為步進(jìn)角的3-5%，且不累積；步進(jìn)電機(jī)外表允許的最高溫度；步進(jìn)電機(jī)的力矩會隨轉(zhuǎn)速的升高而下降；步進(jìn)電機(jī)低速時可以正常運(yùn)轉(zhuǎn),但若高于一定速度就無法啟動,并伴有嘯叫聲。
步進(jìn)電動機(jī)以其顯著的特點(diǎn)，在數(shù)字化制造時代發(fā)揮著重大的用途。伴隨著不同的數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展以及步進(jìn)電機(jī)本身技術(shù)的提高，步進(jìn)電機(jī)將會在更多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。
（2） 特性。步進(jìn)電機(jī)必須加驅(qū)動才可以運(yùn)轉(zhuǎn)， 驅(qū)動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候，步進(jìn)電機(jī)靜止，如果加入適當(dāng)?shù)拿}沖信號，就會以一定的角度（稱為步角）轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動的速度和脈沖的頻率成正比；三相步進(jìn)電機(jī)的步進(jìn)角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成；步進(jìn)電機(jī)具有瞬間啟動和急速停止的優(yōu)越特性；改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉(zhuǎn)動的方向。
因此，目前打印機(jī)，繪圖儀，機(jī)器人，等等設(shè)備都以步進(jìn)電機(jī)為動力核心。
5. 步進(jìn)電機(jī)型號選擇
（1） 電機(jī)選型計算方法
*電機(jī)最大速度選擇。步進(jìn)電機(jī)最大速度一般在600~1000rpm。機(jī)械傳動系統(tǒng)要根據(jù)此參數(shù)設(shè)計。
*電機(jī)步距角選擇。機(jī)械傳動比確定后，可以根據(jù)控制系統(tǒng)的定位精度選擇步進(jìn)電機(jī)的步距角以及驅(qū)動器的細(xì)分等級。一班選電機(jī)的一個步距角對應(yīng)于系統(tǒng)定位精度的1/2或更小。注意：當(dāng)細(xì)分等級大于1/4后，步距角的精度不能保證。
*電機(jī)力矩選擇。
轉(zhuǎn)動慣量計算。在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動中，物體的轉(zhuǎn)動慣量J對應(yīng)于直線運(yùn)動中的物體質(zhì)量。要計算系統(tǒng)在加速過程中產(chǎn)生的動態(tài)載荷，就必須計算物體的轉(zhuǎn)動慣量J盒角加速度，然后得到慣性力矩Y=J。
物體的轉(zhuǎn)動慣量為
（2.1），
式中：為體積元，為物體密度，r為體積元與轉(zhuǎn)軸的距離。單位：。
以圓柱體為例：
（2.2）
式中：
L：長度，mm
D：直徑。Mm
：材質(zhì)密度，
表 2.1
常用材質(zhì)密度
銅
黃銅
不銹鋼
鐵
鋁
聚縮醛
將負(fù)載質(zhì)量換算成電機(jī)輸出軸上的轉(zhuǎn)動慣量，常見傳動機(jī)構(gòu)與公式如下
（1） 滾珠絲杠
（2.3）
W:可動部分總質(zhì)量[kg] Bp: 絲 杠 螺 距 [mm] GL:減速比（無單位）
（2）齒條和小齒輪·傳送帶·鏈條傳動
（2.4）
（3）旋轉(zhuǎn)體·轉(zhuǎn)盤驅(qū)動
（2.5）
:轉(zhuǎn)盤的慣性矩W:轉(zhuǎn)盤上物體的重量[kg]L:物體與旋轉(zhuǎn)軸的距離[mm]GL:減速比（無單位）
（4）加速度計算。控制系統(tǒng)要定位準(zhǔn)確，物體運(yùn)動必須有加減速過程已知加速時間、最大速度，很容易算出電機(jī)的角加速度
（2.6）
電機(jī)力矩計算。
（2.7）
其中：為系統(tǒng)外力折算到電機(jī)上的力矩；
為傳動系統(tǒng)的效率。
表 2.2
常用機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率
凸緣聯(lián)軸器 0.98~0.99
齒條盒齒輪 0.8
齒輪減速器 0.8~0.95
皮帶傳動 0.95
鏈條傳動 0.9
根據(jù)計算出的力矩T再加上一定的安全系數(shù)，即可選出電機(jī)型號。
（2） 計算步驟
轉(zhuǎn) 盤（2個）：直徑D1=500mm，厚度H=20mm 體積
電池盒（4個）：外部尺寸為65*55*250 （mm） 內(nèi)部尺寸為54*35*250（mm）
電 池：單個質(zhì)量 19.5g 每個電池盒盛放的50只電池的總質(zhì)量19.5*50=0.975kg
由公式2.2可得出上下兩個轉(zhuǎn)盤的慣性矩（轉(zhuǎn)動慣量）
4個電池盒加上盒子里的電池總質(zhì)量：
由公式2.5可得總轉(zhuǎn)動慣量
由公式2.6可得加速度
由公式2.7可得電機(jī)力矩
安全系數(shù)為1.2，故而要選取保持力矩不小于1.2T=0.72N·m的步進(jìn)電機(jī)。
比較之下，本文選取的是森創(chuàng)公司生產(chǎn)的型號為56BYG250C—0241的步進(jìn)電機(jī)，其相關(guān)參數(shù)如下：
表 2.3
相關(guān)參數(shù)
規(guī)格型號 56BYG250C—0241
相數(shù) 2
步距角 0.9/1.8
相電流 2.4
保持力矩 1.04
重量 260
外形尺寸 56*56*54
（3） 電機(jī)放置
為了便于處于上方的檢測裝置與處于下方的分揀裝置分別工作時互不干擾，將驅(qū)動轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)放在上方，而將驅(qū)動檢測轉(zhuǎn)盤的電機(jī)放在下方。
步進(jìn)電機(jī)是倒置向下，驅(qū)動檢測轉(zhuǎn)盤部分轉(zhuǎn)動。驅(qū)動分揀轉(zhuǎn)盤的電機(jī)是轉(zhuǎn)軸向上，以驅(qū)動分揀轉(zhuǎn)盤。兩個電機(jī)互不干擾，檢測與分揀裝置也互不影響。
此外，由于步進(jìn)電機(jī)的輸出軸直徑小，帶動的轉(zhuǎn)盤加上所要檢測的電池的重量較大，加上軸較長。容易發(fā)生軸心偏移等情況，從而影響對產(chǎn)品進(jìn)行的檢測，故而，需要加上軸固定裝置。
電機(jī)實(shí)物圖如下
圖1.32 56BYG250C—0241步進(jìn)電機(jī)
本次計算確定帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī),命名為步進(jìn)電機(jī)1
2步進(jìn)電機(jī)2的選擇
（5） 計算步驟
電池質(zhì)量：19.5*50=975g=0.975kg；
由公式4.3可得分離齒輪的慣性轉(zhuǎn)矩：
由公式4.4分離齒輪的總轉(zhuǎn)動慣量：
由公式4.5可得加速度：
由公式4.6可得步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動力矩：
故而，選擇與帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)型號相同的步進(jìn)電機(jī)完全可以，為了與帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行區(qū)別，故，將帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)命名為“步進(jìn)電機(jī)1”，帶動分離齒輪的步進(jìn)電機(jī)命名為“步進(jìn)電機(jī)2”。
步進(jìn)電機(jī)2的相關(guān)參數(shù)如下表：
表 4.3
相關(guān)參數(shù)
規(guī)格型號 56BYG250C—0241
相數(shù) 2
步距角 0.9/1.8
相電流 2.4
保持力矩 1.04
重量 260
外形尺寸 56*56*54
第三章 檢測轉(zhuǎn)盤及電池盒的機(jī)構(gòu)設(shè)計
3.1.1.檢測轉(zhuǎn)盤
轉(zhuǎn)盤的相關(guān)尺寸參數(shù)如下：
表 2.4（b）
檢 測 轉(zhuǎn) 盤 1
位 置 上 方
轉(zhuǎn)盤外緣直徑 500 mm
厚 度 20 mm
材 質(zhì) 鐵
中心孔直徑 20 mm
電池卡槽數(shù)量 4 個
上方卡槽尺寸 65×55×10 mm
下方卡槽尺寸 54×35×10 mm
表 2.4（a）
檢 測 轉(zhuǎn) 盤 2
位 置 位于電池盒1下方
轉(zhuǎn)盤外緣直徑 500 mm
厚 度 20 mm
材 質(zhì) 鐵
中心孔直徑 20 mm
電池卡槽數(shù)量 4 個
電池卡槽尺寸 65×55×10 mm
此外，檢測轉(zhuǎn)盤上還設(shè)有卡槽，便于電磁鐵定位裝置對檢測轉(zhuǎn)盤進(jìn)行定位。
卡槽是圓形的，但是由于需要將電磁鐵上的擋塊卡住，故在卡槽內(nèi)設(shè)置了四個擋位。當(dāng)檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)至設(shè)定位置的時候，為了使其定位較為精確，電磁鐵定位裝置上的擋塊便在檢測轉(zhuǎn)盤上的卡槽內(nèi)將檢測轉(zhuǎn)盤進(jìn)行卡位，使得檢測轉(zhuǎn)盤停止旋轉(zhuǎn)，以便進(jìn)行下一步的檢測工作。
3.1.2 支架
支架，就是位于檢測、分揀兩個裝置一側(cè)的支柱以及橫梁部分，是與地面固定在一起的裝置。
由于支架是固定在地面上的，不會發(fā)生位移，故而，其主要作用是固定相關(guān)裝置的作用，并且不會影響檢測、分揀兩裝置的運(yùn)行。
按照設(shè)計，檢測裝置處在分揀裝置上方，檢測、分揀兩個裝置分工明確，而且不會互相影響，故而，檢測裝置需要被固定在分揀裝置上方。而檢測裝置的動力是來自步進(jìn)電機(jī)，所以，步進(jìn)電機(jī)就需要被固定在檢測裝置上方。
支架的功能之一，就是起到把步進(jìn)電機(jī)固定在分揀裝置的上方，同時還可以講步進(jìn)電機(jī)吊住，并吊住連在步進(jìn)電機(jī)軸上的檢測轉(zhuǎn)盤、待檢測電池等器件。
支架的功能之二，就是將定位檢測轉(zhuǎn)盤位置的電磁鐵定位裝置也固定住，以保證檢測轉(zhuǎn)盤每次的定位都一樣且不會影響分揀裝置的運(yùn)行。其具體功能介紹在下節(jié)介紹。
圖 3.1.1 支架
2.1.4 電磁鐵定位裝置
該裝置的主視圖下：
\
圖 3.1.2 電磁鐵定位裝置
雖然檢測轉(zhuǎn)盤是通過步進(jìn)電機(jī)帶動的，但是仍有適當(dāng)?shù)奈灰普`差，或者有可能發(fā)生其他位移不當(dāng)?shù)那闆r，為使得檢測轉(zhuǎn)盤的位移更為精準(zhǔn)，故設(shè)置此定位裝置。
該定位裝置是與支架固結(jié)在一起的，位于檢測轉(zhuǎn)盤上方，并且不會影響電池盒跟檢測轉(zhuǎn)盤的運(yùn)行。
為了使得此裝置輕便、廉價、運(yùn)行可靠、控制方便，本設(shè)計采用的是電磁鐵式定位裝置。
此定位裝置的運(yùn)行原理如下：
1、 電磁鐵通電，電磁鐵便有了磁性，之后原本卡在檢測轉(zhuǎn)盤上的擋塊被電磁鐵吸引向上運(yùn)動，檢測轉(zhuǎn)盤沒有擋塊的卡位作用，就會在步進(jìn)電機(jī)的帶動下進(jìn)行轉(zhuǎn)動。
2、 電磁鐵斷電之后，電磁鐵沒有了磁力，擋塊就會在重力的作用下落在檢測轉(zhuǎn)盤上，當(dāng)檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動到設(shè)定位置的時候，就被擋塊給卡住，從而保證轉(zhuǎn)盤的定位精確性。
3、 電磁鐵的默認(rèn)狀態(tài)為斷電狀態(tài)，只有在一個電池盒里的電池都檢測完畢之后，帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)即將動作的時候，該裝置才開始動作。
4、 當(dāng)電磁鐵定位裝置動作之后，帶動檢測轉(zhuǎn)盤的步進(jìn)電機(jī)才開始動作。等電磁鐵定位裝置上的擋塊過了檢測轉(zhuǎn)盤上的擋位的時候，電磁鐵因斷電而失去磁性，電磁鐵定位裝置上的擋塊便落到檢測轉(zhuǎn)盤上的卡槽，一直到下次電池盒里的電池都用檢測完畢，該定位裝置便再次進(jìn)行動作。
3.2 功能實(shí)現(xiàn)
3.2.1 功能簡介
檢測轉(zhuǎn)盤的功能主要是承載盛放有電池的電池盒，并且停止固定在設(shè)定位置上，以便于相關(guān)檢測裝置對該位置上的電池盒里的電池進(jìn)行電壓參數(shù)檢測，并且在每一塊電池間隙檢測完畢之后，通過檢測轉(zhuǎn)盤2上的卡槽，將該電池下放至位于檢測裝置下方的分揀轉(zhuǎn)盤上，以便進(jìn)行分揀工作。
3.2.2 功能實(shí)現(xiàn)
設(shè)計功能上，除了在硬件尺寸設(shè)計之外，還要通過軟件對相應(yīng)的硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制。此階段內(nèi)，軟件設(shè)計控制的對象包括：步進(jìn)電機(jī)、電磁鐵定位裝置。
3.3 設(shè)計難點(diǎn)
難點(diǎn)主要分為硬件設(shè)計難點(diǎn)與軟件設(shè)計難點(diǎn)。
硬件設(shè)計難點(diǎn)是在于硬件尺寸設(shè)計上。
軟件設(shè)計難點(diǎn)是在于輸送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖的控制與電磁鐵定位裝置與步進(jìn)電機(jī)的配合兩方面上。
電磁鐵定位裝置與步進(jìn)電機(jī)的配合上不夠。如果電磁鐵定位裝置上的擋塊不能及時將檢測轉(zhuǎn)盤上的擋位卡住，便會造成檢測轉(zhuǎn)盤的位置有可能不精準(zhǔn)，從而導(dǎo)致之后的檢測跟分揀無法進(jìn)行。
輸送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖的控制上的精度。如輸送給步進(jìn)電機(jī)的脈沖數(shù)不對，則會造成步進(jìn)電機(jī)與電磁鐵定位裝置配合度不夠，也會影響檢測轉(zhuǎn)盤的位置精度，從而影響之后的檢測、分揀工作。
3.4 主要組成部分
電池盒的主要組成部分是：盒體、托桿機(jī)構(gòu)。
由于本設(shè)計所采用的檢測對象是諾基亞BL-4C電池，其尺寸為53 ×34 ×5mm，故而電池盒內(nèi)部尺寸也應(yīng)根據(jù)此尺寸進(jìn)行設(shè)計，但是，考慮到要人工將電池放入電池盒里，如果電池盒內(nèi)部尺寸為53 ×34 ×5mm，則會因?yàn)殡姵睾信c電池接觸配過于緊密，會很難講電池放入電池盒，故而，將電池盒內(nèi)部尺寸設(shè)計為54 ×35 ×250mm，故而電池盒內(nèi)的電池兩側(cè)都有1mm的盈余量，避免電池卡在電池盒里。
電池盒外部尺寸設(shè)計為65×55 ×250mm，以保證電池盒的結(jié)構(gòu)堅(jiān)固性。
為了能夠保證人工上料方便，在電池盒上方鏤空處的設(shè)計是電池盒前端是電池盒內(nèi)部寬度，但是左右兩側(cè)的鏤空仍然要保證電池不會從電池盒的左右兩側(cè)掉出來。
根據(jù)電池尺寸，由于電池厚度僅僅為5mm，故而，一個電池盒里可以盛放50只電池。
電池盒底部設(shè)置的是兩個光滑的桿子（托桿機(jī)構(gòu)），以便托住電池盒里的電池，同時，為了能夠保證在參數(shù)檢測裝置對電池進(jìn)行檢測之前和在參數(shù)檢測裝置脫離電池盒之后，托桿機(jī)構(gòu)能夠在電池盒內(nèi)部，托住電池，以確保電池不會在重力的影響下沒有經(jīng)過參數(shù)檢測裝置對其進(jìn)行電壓參數(shù)檢測便下落至分揀裝置里，即，托桿機(jī)構(gòu)能夠在沒有外力影響的前提條件下，可以自動恢復(fù)原位，起到相應(yīng)的承托作用，特在電池盒上設(shè)置了彈簧機(jī)構(gòu)。
托桿機(jī)構(gòu)尺寸設(shè)計。托桿機(jī)構(gòu)的兩根桿子的直徑是10mm，長度為50mm。
為了能夠使得檢測裝置的分離齒輪能夠順利運(yùn)行并達(dá)到預(yù)期效果，還要在分離齒輪工作的部位對電池盒進(jìn)行設(shè)計，以不影響檢測過程的運(yùn)行。檢測裝置上的分離齒輪的相關(guān)參數(shù)，將會在“第四章 參數(shù)檢測裝置”部分進(jìn)行介紹。
此外，電池盒不是封閉型的，而是以框架結(jié)構(gòu)為主，既減輕了電池盒的原料成本，有使得檢測轉(zhuǎn)盤上的承載重量減輕了，從而在選取步進(jìn)電機(jī)時，更加方便。在工作過程中，也能減輕步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)軸的力矩，提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性。
在計算過程中，是以封閉型進(jìn)行計算的，這樣既便于計算，同時也能使得計算結(jié)果在實(shí)際運(yùn)用中更加可靠，不會造成理論與實(shí)踐分家。電池盒的主視圖如下：
圖3.4.1 電池盒
3.5 功能實(shí)現(xiàn)
3.5.1 檢測之前
電池盒雖然是框架結(jié)構(gòu)，但是其設(shè)計前提是保證電池不會從旁邊的鏤空處掉出來。
在電池參數(shù)檢測裝置運(yùn)行之前，電池盒子里的電池是被托桿機(jī)構(gòu)托住的。該機(jī)構(gòu)是為了防止電池在沒有進(jìn)行檢測完之前就落至位于檢測轉(zhuǎn)盤下方的分揀機(jī)構(gòu)里。
3.5.2 檢測過程中
當(dāng)對手機(jī)鋰電池進(jìn)行電壓參數(shù)檢測時，通過相關(guān)機(jī)構(gòu)，使得參數(shù)檢測機(jī)構(gòu)運(yùn)動至電池盒內(nèi)部，開始對相應(yīng)電池盒里的電池進(jìn)行逐個電壓參數(shù)檢測。
在電壓參數(shù)檢測機(jī)構(gòu)運(yùn)動至電池盒之時，位于參數(shù)檢測機(jī)構(gòu)最前端的是分離齒輪。首先，分離齒輪先跟電池盒里的托桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行接觸，然后將托桿機(jī)構(gòu)向電池盒后部推動，使得托桿機(jī)構(gòu)撤出，同時，托桿機(jī)構(gòu)被分離齒輪替代，換為分離齒輪將位于電池盒底部的電池托住。
3.5.3 檢測之后
當(dāng)該電池盒里的電池檢測完畢之后，電池參數(shù)檢測機(jī)構(gòu)在相應(yīng)的機(jī)構(gòu)帶動下后撤，脫離開電池盒。
但是，在參數(shù)檢測機(jī)構(gòu)脫離開電池盒之后，在電池盒內(nèi)部仍需要托桿機(jī)構(gòu)將下次人工放上去的電池托住。
但是，這就需要托桿機(jī)構(gòu)自動恢復(fù)原位將新添加的手機(jī)鋰電池托住，而不是人工操作，故而，在設(shè)計托桿機(jī)構(gòu)的時候，配置的彈簧機(jī)構(gòu)會使得托桿機(jī)構(gòu)自動恢復(fù)原位。
托桿機(jī)構(gòu)恢復(fù)原位之后，當(dāng)人工重裝電池之后，便會重新再檢測轉(zhuǎn)盤的帶動下運(yùn)動至固定的檢測位置，重新依次進(jìn)行檢測、分揀程序。
3.3 設(shè)計難點(diǎn)
該設(shè)計不需要軟件程序進(jìn)行配合，只需要對硬件尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計即可。
其硬件設(shè)計的難點(diǎn)主要在托桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計以及電池盒左右兩側(cè)上的關(guān)于分離齒輪運(yùn)行的部分的尺寸設(shè)計。
托桿機(jī)構(gòu)設(shè)計難點(diǎn)在于，托桿機(jī)構(gòu)需要有彈簧裝置，以便于在參數(shù)檢測裝置退出工作狀態(tài)的時候，托桿機(jī)構(gòu)能夠自動恢復(fù)原位。彈簧裝置不能安裝在會影響其他裝置的運(yùn)行，故而只能設(shè)計在電池盒后端。
電池盒跟參數(shù)檢測裝置上的分離齒輪運(yùn)行相配合難點(diǎn)在于要考慮到在托桿機(jī)構(gòu)退出之時，分離齒輪會直接將處于電池盒下方的電池托住，并準(zhǔn)備對電池盒里的電池進(jìn)行檢測
第四章 分離齒輪和裂和齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
4.1.1 分離齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1） 分離齒輪功能。分離齒輪主要是用來將電池盒里的電池在經(jīng)過檢測之后與其他未經(jīng)過檢測的電池分離開來。
（2） 分離齒輪設(shè)計思路。分離齒輪的設(shè)計思路是根據(jù)其功能來設(shè)計的。由于分離齒的功能是在檢測過程中將電池進(jìn)行分離開來，而不是機(jī)械中用來進(jìn)行傳動的標(biāo)準(zhǔn)齒輪，故而，其設(shè)計只要能夠保證將電池進(jìn)行分離即可。同時還要滿足參數(shù)檢測裝置開始工作時，分揀齒輪位于電池中部左右，防止電池從一端滑落，影響參數(shù)檢測。此外，分離齒輪還要保證在將托桿裝置推出電池盒的同時將電池也托住。
（3） 電池的厚度僅為5mm且電池是緊挨著的，故而分離齒輪上兩齒之間的距離要保證能夠?qū)蓚€緊挨著的電池進(jìn)行分離。由于手機(jī)鋰電池兩長邊邊緣是具有圓滑的倒角的，故而，分離齒兩齒之間距離可以保證在5~6mm之間，齒寬可以保證在0.1~0.5mm之間。此外，由于電池盒內(nèi)部尺寸是54×35×250 mm，故而分離齒的厚度設(shè)計為40mm，有14mm的尺寸間隙是防止分離齒輪與電池盒接觸過緊，從而影響電池檢測工序的進(jìn)行。
（4） 為了保證分離齒輪與托桿機(jī)構(gòu)能夠順利配合，本設(shè)計將分離齒輪托住電池時的位置定位水平位置，且與分離齒輪軸心線處在同一水平面上。
（5） 此外，在保證兩分離齒輪的兩齒與齒輪軸心線處在同一水平面上的前提下，還要保證即將要起作用的下一對齒不會與電池進(jìn)行過度接觸，因?yàn)檫^度接觸會造成電池刮傷、電池被卡住等問題，故而兩分離齒輪軸心距也要設(shè)計好。
分離齒輪的相關(guān)參數(shù)如下：
表 4.1
分離齒輪的相關(guān)參數(shù)
分離齒輪個數(shù) 2 個
齒輪外緣直徑 35 mm
齒根圓直徑 29 mm
齒輪內(nèi)孔直徑 10 mm
齒輪厚度 40 mm
兩齒輪軸心距 65 mm
每一個齒的角度 20 度
4.1.2 嚙合齒輪的設(shè)計
（1）受力分析
不計摩擦力，輪齒所受工作載荷即為沿嚙合線作用的法向力Fn。因?yàn)辇X向載荷的分布情況由Kβ考慮，所以認(rèn)為輪齒嚙合傳動時，F(xiàn)n沿接觸線均勻分布，并將其簡化為集中力。
圖 4.2
當(dāng)小齒輪傳遞的扭矩不變時，F(xiàn)n大小不變，方向沿嚙合線垂直于齒面。將Fn在分度圓上分解成兩個互相垂直的分力，即切于分度圓的圓周力Ft和徑向力Fr。
(4.7)
若已知P1、n1
N·m
圖4.3
主動輪上Ft1與圓周速度相反，從動輪上Ft2與圓周速度相同。外嚙合齒輪傳動Fr1 、Fr2指向各自輪心。
(2)齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算
1. 齒根彎曲應(yīng)力計算
圖4.4
因?yàn)辇X輪輪緣剛性較大，所以可將齒看成寬度為的懸臂梁，并以此作為推導(dǎo)齒根彎曲應(yīng)力計算公式的力學(xué)模型。
1).危險剖面及其位置 受載齒的危險剖面是一在輪齒根部的平剖面，位置在與齒廓對稱中線各成300的二直線與齒根過渡曲線相切處。
2) .載荷及其作用位置
圖4.5
的齒輪傳動，當(dāng)載荷作用于齒頂時，（力一定）力臂最大，但此時相鄰的一對齒仍在嚙合，載荷由兩對齒分擔(dān)，齒根彎矩不一定最大。當(dāng)輪齒在節(jié)線附近嚙合時，只有一對齒嚙合，但此時力臂不是最大，齒根彎矩不一定最大。齒根所受最大彎矩發(fā)生在輪齒嚙合點(diǎn)位于單對齒嚙合區(qū)最高點(diǎn)。
進(jìn)行彎曲疲勞強(qiáng)度計算時，對于制造精度較低（7級及以下）的齒輪傳動，因?yàn)橹圃煺`差較大，可認(rèn)為載荷的大部分甚至全部由在齒頂嚙合的輪齒承受，輪齒根部產(chǎn)生最大彎矩。為簡化計算，對于制造精度較低（7級及7級以下）的齒輪傳動，常將齒頂作為齒根彎曲強(qiáng)度計算時的載荷作用位置，并按全部載荷作用于一對輪齒進(jìn)行計算。對制造精度較高（6級及以上）的齒輪傳動，應(yīng)考慮重合度的影響，其計算方法參GB3480-83或有關(guān)資料。
3) .齒根彎曲應(yīng)力計算公式
圖 4.6
將分解成和，并將其簡化到危險截面上，--產(chǎn)生剪應(yīng)力τ，產(chǎn)生壓應(yīng)力，產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。分析表明其主要作用，若只用計算齒根彎曲疲勞強(qiáng)度，誤差很?。?5%），在工程計算允許范圍內(nèi)，所以危險剖面上只考慮。
單位齒寬（b=1）時齒根危險截面的理論彎曲應(yīng)力為：
(4.8)
令
(4.9)，
代入上式，得
(4.10)
令
(4.11)
--齒形系數(shù)，表示齒輪齒形對σF的影響。的大小只與輪齒形狀有關(guān)（z、h×a、c×、α）而與模數(shù)無關(guān)，其值查表10-5。
齒根危險截面理論彎曲應(yīng)力為
(4.12)
實(shí)際計算時，應(yīng)計入載荷系數(shù)及齒根危險剖面處的齒根過渡曲線引起的應(yīng)力集中的影響。
(4.13)
式中：--考慮齒根過渡曲線引起的應(yīng)力集中系數(shù)，其影響因素同，其值可查參考文獻(xiàn)[10]表10-5。
2. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計算
校核公式 ：
MPa (4.14)
令，--齒寬系數(shù)。
將代入上式
設(shè)計公式
(4.15)
由上式可知：在一定的使用條件和壽命下，當(dāng)b、z、齒輪材料及其熱處理規(guī)范一定時，齒根彎曲疲勞強(qiáng)度取決于模數(shù)。
配對二齒輪的、不同，、也不同。所以進(jìn)行校核時，應(yīng)分別對二齒輪進(jìn)行校核。設(shè)計時，應(yīng)將和中較大者代入設(shè)計公式。
3. 齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
圖 4.7
1.齒面接觸應(yīng)力計算
一對齒的嚙合過程，可近似看成二曲率半徑隨時間變化著的平行圓柱體的接觸。所以將赫茲公式作為推導(dǎo)齒面接觸應(yīng)力公式的基礎(chǔ)。
1).危險位置
由于變化的曲率半徑和齒間載荷分配的綜合影響，輪齒表面在不同嚙合位置的接觸應(yīng)力不同。因此，計算齒面的接觸強(qiáng)度時，應(yīng)同時考慮嚙合點(diǎn)所受的載荷及綜合曲率的大小。對端面重合度≤2的直齒輪傳動，以小齒輪單對齒嚙合的最低點(diǎn)（D點(diǎn)）產(chǎn)生的接觸應(yīng)力最大，與小齒輪嚙合的大齒輪，對應(yīng)的嚙合點(diǎn)是單對齒嚙合的最高點(diǎn)，位于大齒輪的齒頂面上。由前述可知，同一齒面往往齒根面先發(fā)生點(diǎn)蝕，然后才擴(kuò)展到齒頂面，即齒頂面比齒根面具有較高的接觸疲勞強(qiáng)度。因此，雖然此時接觸應(yīng)力大，但對大齒輪不一定會構(gòu)成威脅。由右圖可看出，大齒輪在節(jié)點(diǎn)處的接觸應(yīng)力較大，同時，大齒輪單對齒嚙合的最低點(diǎn)（D點(diǎn)）處接觸應(yīng)力也較大。按理應(yīng)分別對小齒輪和大齒輪節(jié)點(diǎn)與單對齒嚙合的最低點(diǎn)處進(jìn)行接觸強(qiáng)度計算。但按單對齒嚙合的最低點(diǎn)計算接觸應(yīng)力比較麻煩，并且當(dāng)小齒輪齒數(shù)z1≥20時，按單對齒嚙合的最低點(diǎn)計算所得的接觸應(yīng)力與按節(jié)點(diǎn)嚙合計算得的接觸應(yīng)力極為相近。為了計算方便，通常以節(jié)點(diǎn)嚙合為代表進(jìn)行齒面的接觸強(qiáng)度計算。
2).齒面接觸應(yīng)力計算
二齒輪在節(jié)點(diǎn)處嚙合，曲率半徑為
(4.16)
P點(diǎn)的當(dāng)量曲率為：
(4.17)
齒數(shù)比
(4.18)
與關(guān)系為：增速傳動
(4.19)
減速傳動
(4.20)
(4.21)
節(jié)點(diǎn)處只有一對齒嚙合，
將以上二式代入赫茲公式并考慮載荷系數(shù)
(4.22)
令
， (4.23)
MPa (4.24)
式中： --彈性系數(shù)，僅與齒輪材料特性有關(guān)，其值查表10-6。
--節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)，考慮節(jié)點(diǎn)位置的齒廓曲率半徑等因素對接觸應(yīng)力的影響，標(biāo)準(zhǔn)直齒輪時，=2.5。+--外嚙合；—--內(nèi)嚙合。
2.齒面接觸疲勞強(qiáng)度計算
校核公式
MPa (4.25)
將代入上式
設(shè)計公式
mm (4.26)
由上式可知：在一定的使用條件和壽命下，當(dāng)b、u、齒輪材料及其熱處理規(guī)范一定時，齒輪傳動的接觸疲勞強(qiáng)度取決于d1(中心距a)。
配對齒輪的，但不一定等于，所以設(shè)計或校核時，應(yīng)以、中較小者代入上式。
由公式4.25可得一對標(biāo)準(zhǔn)鋼制齒輪
MPa
由公式4.26可得
mm
4. 齒輪傳動的強(qiáng)度計算說明
1.當(dāng)配對齒輪均為硬齒面時，兩輪的材料、熱處理方法及硬度均可取成一樣的。設(shè)計時，可分別按齒根彎曲疲勞強(qiáng)度及齒面接觸疲勞強(qiáng)度的設(shè)計公式進(jìn)行計算，并取其中較大者作為設(shè)計結(jié)果。
2.當(dāng)用設(shè)計公式初步計算齒輪的分度圓直徑d1（或模數(shù)mn）時，動載系數(shù)Kv、齒間載荷分布系數(shù)Kα及齒向載荷分布系數(shù)Kβ不能預(yù)先確定，此時可試選一載荷系數(shù)Kt，則計算出來的分度圓直徑（或模數(shù)）也是一個試算值d1t（或mnt），然后按d1t值計算齒輪的圓周速度，查取動載系數(shù)Kv、齒間載荷分布系數(shù)Kα及齒向載荷分布系數(shù)Kβ，計算載荷系數(shù)K。若算得的K值與試選的值Kt相差不多，就不必修改原計算；若二者相差較大時，應(yīng)按下式校正 試算所得的分度圓直徑d1t（或mnt）：
（4.27）
綜上所述，根據(jù)設(shè)計要求計算，嚙合齒輪選用m=1.25，z=52的標(biāo)準(zhǔn)齒輪。
4.1.4 氣缸
氣缸有采用單氣缸。
氣缸的作用：將整個參數(shù)檢測裝置向電池盒推進(jìn)，以便于進(jìn)行對電池的電壓參數(shù)檢測，同時也可以對檢測過的手機(jī)鋰電池進(jìn)行分揀。
4.1.5 滑塊
滑塊是為了固定整個參數(shù)檢測裝置并承受整個參數(shù)檢測裝置的重量，更有利于整個參數(shù)檢測裝置沿著設(shè)計軌道前行，防止參數(shù)檢測裝置因偏離運(yùn)行軌道而使得檢測工序無法完成。
4.1.6參數(shù)采集觸頭
參數(shù)采集觸頭屬于參數(shù)檢測裝置的一部分，需要在電磁鐵的作用下對手機(jī)鋰電池的電壓參數(shù)進(jìn)行檢測。
當(dāng)檢測完畢之后，參數(shù)采集觸頭便在電磁鐵的作用下脫離手機(jī)鋰電池，同時將電壓參數(shù)輸送給處理器，將剛檢測過的電池進(jìn)行分級，然后將相應(yīng)的級別信息傳遞給分揀機(jī)構(gòu)，以便于分揀機(jī)構(gòu)將其進(jìn)行分揀。
4.2 功能實(shí)現(xiàn)
參數(shù)檢測裝置的功能是對手機(jī)鋰電池進(jìn)行電壓參數(shù)檢測并將其與剩下的為進(jìn)行檢測的電池分離開。
首先，通過氣缸將整個參數(shù)檢測裝置向電池盒推進(jìn)，位于檢測裝置前端的分離齒輪將處于電池盒底部的托桿機(jī)構(gòu)推開，同時，分離齒輪替代托桿機(jī)構(gòu)將電池鋰電池托住。
其次，電磁鐵將參數(shù)采集觸頭向前推進(jìn)，使其與手機(jī)鋰電池進(jìn)行接觸并檢測出電池的電壓參數(shù)。
第三，在電壓參數(shù)采集之后，電磁鐵便將參數(shù)采集觸頭后撤，脫離開電池。
最后，當(dāng)小氣缸將參數(shù)采集觸頭后撤之后，步進(jìn)電機(jī)2便轉(zhuǎn)過20度角，將檢測過的手機(jī)鋰電池與其他電池分離開。
參數(shù)檢測裝置的三維圖如下：
圖 4.2
4.3 設(shè)計難點(diǎn)
這部分的設(shè)計難點(diǎn)包括硬件設(shè)計與軟件設(shè)計兩部分。
硬件設(shè)計的難點(diǎn)在于分離齒輪的設(shè)計、參數(shù)采集觸頭的設(shè)計。分離齒輪要恰好能夠?qū)⒑穸葹?mm的手機(jī)鋰電池進(jìn)行分離開且不對電池產(chǎn)生明顯的損毀；參數(shù)采集觸頭的設(shè)計要根據(jù)電池上的觸點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計。使得觸頭能夠在小氣缸的推動下順利推向電池并進(jìn)行電壓參數(shù)檢測。
軟件設(shè)計的難點(diǎn)在于兩個地方。一個是步距角的設(shè)定上，第二個就是大氣缸與小氣缸工作先后的分配上。由于選定的步進(jìn)電機(jī)的步距角是，而分離齒輪要想順利將電池進(jìn)行分離，就需要轉(zhuǎn)過角，這就需要對步進(jìn)電機(jī)的步距角進(jìn)行細(xì)分，經(jīng)過計算，需要進(jìn)行4細(xì)分，每個脈沖布局電機(jī)會轉(zhuǎn)過角，轉(zhuǎn)過角需要89個脈沖。
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分是指在步進(jìn)電機(jī)最小步進(jìn)角的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)步進(jìn)細(xì)分。
步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分技術(shù)實(shí)質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)，其主要目的是提高電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)精度，實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)步距角的高精度細(xì)分。其次，細(xì)分技術(shù)的附帶功能是減弱或消除步進(jìn)電機(jī)的低頻振動，低頻振蕩是步進(jìn)電機(jī)（尤其是反應(yīng)式電機(jī)）的固有特性，而細(xì)分是消除它的唯一途徑。
第五章 總結(jié)
5.1 檢測部分硬件運(yùn)行介紹
人工將手機(jī)鋰電池裝入電池盒里，電池盒底部的托桿機(jī)構(gòu)將電池托住，以備對電池進(jìn)行參數(shù)檢測。
之后將電池盒安裝到檢測轉(zhuǎn)盤的卡槽上。
按下啟動按鈕，確認(rèn)位于檢測位置的電池盒里裝有電池，然后大氣缸將整個參數(shù)檢測裝置推進(jìn)到電池盒內(nèi)部，將電池盒底部的托桿機(jī)構(gòu)推開并將電池托住。
小氣缸將參數(shù)采集觸頭向前推進(jìn)，對電池的電壓參數(shù)進(jìn)行檢測并進(jìn)行分析處理。采集完該電池的電壓參數(shù)之后，便將電池分成相應(yīng)的等級，將等級信號輸送給分揀系統(tǒng)。
采集完電池電壓參數(shù)之后，小氣缸便將參數(shù)采集觸頭向后撤，脫離開電池。
等參數(shù)采集觸頭撤離開電池之后，步進(jìn)電機(jī)2便驅(qū)動分離齒輪，將剛檢測完畢的電池與剩下沒有經(jīng)過檢測的電池分離開，并下落到位于檢測系統(tǒng)下方的分檢系統(tǒng)的分揀轉(zhuǎn)盤上，同時分離齒輪將剩下的手機(jī)鋰電池托住并準(zhǔn)備對下一塊電池進(jìn)行電壓參數(shù)檢測。
依次執(zhí)行以上步驟，每執(zhí)行依次，計數(shù)器計數(shù)器計數(shù)加1，等到計數(shù)器計數(shù)達(dá)到50之后，步進(jìn)電機(jī)2開始動作，帶動檢測轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動，將新的電池盒轉(zhuǎn)至檢測位置并開始進(jìn)行電池檢測程序。
檢測部分三維設(shè)計圖如下：
圖5.1
5.2 檢測部分軟件設(shè)計
5.2.1 檢測部分流程框圖
圖 5.2
6.1.3 總流程框圖
圖6.3
參考文獻(xiàn)
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