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畢業(yè)設(shè)計 論文 任務書 專業(yè) 班級 機械 姓名 下發(fā)日期 題目 1t 座式焊接變位機設(shè)計 專題 1t 座式焊接變位機設(shè)計 主 要 內(nèi) 容 及 要 求 主要內(nèi)容 完成 1t 座式焊接變位機設(shè)計 編寫設(shè)計說明書 繪制裝配圖及部分 零件圖 要求 必須以負責的態(tài)度對待自己所做的技術(shù)決定 數(shù)據(jù)和計算結(jié)果 在教師指導下 獨立完成設(shè)計任務 培養(yǎng)較強的創(chuàng)新意識和學習能力 獲得機械 工程師的基本訓練 整個設(shè)計在技術(shù)上是先進的 在經(jīng)濟上是合理的 在生產(chǎn)上是可 行的 計算步驟清晰 計算結(jié)果正確 圖面整潔 視圖齊全 布局合理 線條 文字 及尺寸標注符合國家標準 使用計算機設(shè)計 計算和繪圖 設(shè)計說明書要求內(nèi)容完整 文字通順 語言簡練 圖示清晰 重要計算公式和數(shù)據(jù)應注明出處 設(shè)計說明書不少于 2 萬字 查閱文獻 15 篇以上 翻譯與課題有關(guān)的英文資料 2 篇 譯文字數(shù)不少于 5 千漢字 繪制圖紙折合總量不少于 5 張 A1 主要技 術(shù)參數(shù) 載重量 1000kg 最大回轉(zhuǎn)力矩 1500Nm 最大傾斜力矩 1500Nm 工作臺回轉(zhuǎn)速 度 0 1 0 6 r min 工作臺傾斜速度 0 5 r min 工作臺傾斜角度 0 120 進 度 及 完 成 日 期 3 月 23 日 4 月 12 日 3 周 課題調(diào)研 理解熟悉設(shè)計任務 借閱資料 翻譯 英文文獻 制訂設(shè)計計劃 4 月 13 日 4 月 26 日 2 周 方案設(shè)計 選擇確定機器總體方案及部件方案 4 月 27 日 5 月 31 日 5 周 技術(shù)設(shè)計 在草圖的基礎(chǔ)上完成裝配圖和零件圖 的繪制 6 月 1 日 6 月 14 日 2 周 技術(shù)文件編制 編寫完成畢業(yè)設(shè)計說明書 打印圖 紙 上交說明書和圖紙 6 月 15 日 6 月 21 日 1 周 教師審閱畢業(yè)設(shè)計 學生準備答辯 教學院長簽字 日 期 教研室主任簽字 日 期 指導教師簽字 日 期 指 導 教 師 評 語 指導教師 年 月 日 指 定 論 文 評 閱 人 評 語 評閱人 年 月 日 答 辯 委 員 會 評 語 指導教師給定 成績 30 評閱人給定 成績 30 答辯成績 40 總 評 答辯委員會主席 簽字 評 定 成 績 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 V 摘要 在我國 焊接變位機也已悄然成為制造業(yè)的一種不可缺少的設(shè)備 近十年來 這 一產(chǎn)品在我國工程機械行業(yè) 有了較大的發(fā)展 并獲得了廣泛的應用 使用焊接變位 機可縮短焊接輔助時間 提高勞動生產(chǎn)率 減輕工人勞動強度 保證和改善焊接質(zhì)量 并可充分發(fā)揮各種焊接方法的效能 隨著計算機技術(shù)不斷向智能化發(fā)展 自動控制和 信息技術(shù)在制造業(yè)中的廣泛應用 焊接變位機也朝著智能化 多功能化 大型化 集 成化 高精度 高可靠度方向發(fā)展 本文主要論述了焊接變位機的組成 結(jié)構(gòu)及工作 原理 其中它的回轉(zhuǎn)機構(gòu)和傾斜機構(gòu)是本次設(shè)計的核心部分 直流電動機通過帶輪傳 動 渦輪蝸桿減速器傳動 使回轉(zhuǎn)工作臺達到要求回轉(zhuǎn)速度 傾斜機構(gòu)則通過二級齒 輪傳動實現(xiàn)工作臺翻轉(zhuǎn) 主要涉及到齒輪傳動設(shè)計及軸的設(shè)計與校核等 關(guān)鍵詞 焊接變位機械 回轉(zhuǎn)機構(gòu) 減速器 傾斜機構(gòu) 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 VI Abstract In our country welding positioner has quietly become an indispensable manufacturing equipment Over the past decade the product has made significant development and access to a wide range of applications in the field of construction machinery industry in China The application of welding positioner can reduce the time and raise labor productivity reduce labor intensity of workers to assure and improve the welding quality and give full play to the performance of various welding methods As computer technology continues to become intelligent and a wide range of applications of automatic control and information technology in manufacturing Industry welding positioner also towards to become intelligent multi functional and large scale integrated high precision high reliability This article focuses on the composition structure and working principle of the welding positioner The design of turning gear and the tilting mechanism is the core DC motor through the belt driving worm gear reducer to drive rotary table to meet the required speed The tilted mechanism through the spur gear reducer to make rotary table to flip Mainly related to the design of gear and shaft and it s verification etc Key words welding posioner turning gear retarder tilting mechanism 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 VII 目錄 摘要 Abstract 目錄 第 1 章 緒論 1 1 1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 1 1 2 論文主要研究內(nèi)容 1 第 2 章 焊接變位機械概述 2 2 1 焊接變位機械的分類 2 2 2 焊接變位機械的組成 4 2 3 焊接變位機械的工作原理 4 2 4 焊接變位機國家行業(yè)標準 5 第 3 章 座式焊接變位機的設(shè)計 9 3 1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 9 3 2 傾斜機構(gòu)的設(shè)計 29 3 3 底座和箱體的簡單設(shè)計 32 結(jié)論 33 參考文獻 34 致謝 35 附件 1 36 附件 2 59 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 1 第1章 緒論 1 1 課題研究的意義及現(xiàn)狀 伸臂式 傾翻回轉(zhuǎn)式和雙立柱單回轉(zhuǎn)式等普通焊機變位機械在我國已經(jīng)廣泛 應用 國外大型結(jié)構(gòu)件的焊接一般應用機械手 從國內(nèi)目前的工藝現(xiàn)狀及設(shè)備投 入情況 全用焊接機器人代替手工焊接作業(yè)條件還不成熟 但是如果沒有焊接變 位機 對于復雜結(jié)件內(nèi)的一些立焊縫 仰焊縫等單純靠人工調(diào)整至容易焊接的平 焊或船焊位置是不可能的 人無法按焊接工藝執(zhí)行 焊接質(zhì)量也無法保證 因此 近年來人工焊接變位機得到國內(nèi)工程機械行業(yè)的廣泛共識 都在加大這方面的投 入 而本次論文處于對大學四年所學的知識進行的一次綜合性的梳理及應用 對 學生的綜合能力進行的一次較為實質(zhì)性的鍛煉 1 2 論文主要研究內(nèi)容 本論文主要對焊接變位機械的分類以及應用進行闡述 并從整體上對座式焊接變 位機進行設(shè)計 全文的主要內(nèi)容包括以下幾個方面 1 焊接變位機械分類 2 焊接變位機械的組成 3 焊接變位機械的工作原理 4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中減速器 轉(zhuǎn)軸 軸承等的設(shè)計 5 傾斜機構(gòu)中齒輪 滑動軸承等的設(shè)計 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 2 第2章 焊接變位機械概述 2 1 焊接變位機械的分類 焊接變位機械是改變焊件 焊機或焊接空間位置來完成機械化 自動化焊接的各 種機械設(shè)備 焊接變位機械的分類及各類所屬設(shè)備如下 通常焊接變位機械可分為變位機 翻轉(zhuǎn)機 滾輪架 升降機等四大類 一 焊接變位機 是通過工作臺的旋轉(zhuǎn)和翻轉(zhuǎn)運動 使工件所有焊縫處于最理想的位置進行焊接 使焊縫質(zhì)量的提高有了可靠的保證 它是焊接各種軸類 盤類 筒體等回轉(zhuǎn)體零件的 理想設(shè)備 同時也可用來焊接機架 機座 機殼等非長形工件 二 焊接翻轉(zhuǎn)機 是將工件繞水平軸翻轉(zhuǎn) 使之處于有利施焊位置的機械 適用于梁 柱 框架 橢圓容器等長形工件的裝配焊接 焊接翻轉(zhuǎn)機種類繁多 常見的有框架式 頭尾架式 鏈式 環(huán)式等 三 滾輪架 是借助焊件與主動滾輪間的摩擦力帶動圓筒形焊件旋轉(zhuǎn)的機械裝置 主要應用于 回轉(zhuǎn)體工件的裝配與焊接 其載重可從幾十千克到千噸以上 按其結(jié)構(gòu)形式可分為三 大類 1 自調(diào)式滾輪架 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 3 2 長軸式焊接滾輪架 3 組合式焊接滾輪架 四 升降機 是用來將工人及裝備升降到所需的高度的裝置 主要用于高大焊件的手工焊和 自動焊及裝配作業(yè) 其主要結(jié)構(gòu)形式有 1 管結(jié)構(gòu)肘臂式 2 管筒肘臂式 3 板結(jié)構(gòu)肘臂式 4 立柱式 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 4 圖 2 1 伸臂式焊接變位機 2 2 焊接變位機械的組成 本次設(shè)計的座式焊接變位機由回轉(zhuǎn)機構(gòu) 傾斜機構(gòu)及其機架三大部分組成 其中 回轉(zhuǎn)機構(gòu)由工作臺 回轉(zhuǎn)主軸 二級蝸輪蝸桿減速器 帶輪 電動機 箱體等組成 傾斜機構(gòu)由扇形齒輪 傳遞齒輪 小齒輪 帶制動電動機的擺線針輪減速機等組成 2 3 焊接變位機械的工作原理 焊接變位機械主要為達到和保持焊接位置的最佳狀態(tài) 本次設(shè)計的座式焊接變位 機是通過改變焊件的位置達到相應要求 其具體的實現(xiàn)過程是 回轉(zhuǎn)機構(gòu)由電動機拖 動 電動機輸出一定的轉(zhuǎn)速 經(jīng)過帶輪一次減速后 然后經(jīng)過二級蝸輪蝸桿減速器兩 次減速 最后由回轉(zhuǎn)主軸 經(jīng)過工作臺輸出焊件所需要的焊接速度 以期達到所需要 的焊縫要求 傾斜機構(gòu)通過整個回轉(zhuǎn)機構(gòu)的傾斜實現(xiàn)回轉(zhuǎn)工作臺的傾斜 座式焊接變位機的結(jié)構(gòu)特點是工作臺連同回轉(zhuǎn)機構(gòu)支承在兩邊的傾斜 軸上 工作臺以焊速回轉(zhuǎn) 傾斜軸通過機構(gòu)傳動或液壓缸多在 140 范圍內(nèi)恒速傾斜 此種變位機對生產(chǎn)的適應性較強 承載能力可達 50t 再焊接結(jié)構(gòu)生產(chǎn)中應用最為廣 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 5 泛 2 4 焊接變位機 Positioner 國家行業(yè)標準 2 4 1 范圍 本標準規(guī)定了焊接變位機的型號 參數(shù) 技術(shù)要求 檢驗及驗收規(guī)則 包裝及標 志等方面的內(nèi)容 本標準適用于各種類型的焊接變位機 2 4 2 引用 標準列標準所包含的條文 通過在本標準中引用而構(gòu)成為本標準的條文 本標準 出版時 所示版本均為有效 所有標準都會被修訂 使用本標準的各方應探討使用下 列標準最新版本的可能性 GB T 4064 1983 電氣設(shè)備安全設(shè)計導則 2 4 3 術(shù)語 2 4 3 1 最大負荷 Q 變位機所允許承載的工件最大重量 kg 2 4 3 2 偏心距 A 工作臺面處于鉛垂位置時 最大負荷 工件 的重心距工作臺回轉(zhuǎn)軸線的距離 mm 2 4 3 3 重心距 B 工作臺面處于鉛垂位置時 最大負荷 工件 的重心距工作臺面的距離 mm 2 4 3 4 回轉(zhuǎn)速度 n1 工作臺繞其回轉(zhuǎn)軸 圖 1 中 z 軸 回轉(zhuǎn)的速度 r min 2 4 3 5 傾斜速度 n2 工作臺繞其傾斜轉(zhuǎn)軸 圖 2 2 中 y 軸 傾斜的速度 min 2 4 3 6 傾斜角度 工作臺可傾斜的角度 見圖 1 2 4 3 7 臺面高度 H 工作臺在最低水平位時 其臺面距地面的距離 見圖 1 mm 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 6 2 4 4 型號與參數(shù) 2 4 4 1 型號表示方法 變位機型號用漢語拼音字母和阿拉伯數(shù)字表示 HB HB 焊接變位機名稱代號 H 和 B 分別為 焊 字和 變 字的漢語拼音第一個字母 最大負荷 Q 值 kg 變位機工作臺調(diào)高功能代號 用 1 或 2 表示 1 表示工作臺高度固定 2 表示工 作臺高度可調(diào) 標記示例 HB500 2 表示最大負荷為 500kg 工作臺高度可調(diào)的焊接變位機 2 4 4 2 參數(shù) 焊接變位機的型號及參數(shù)要求如下 表 2 1 焊接變位機的型號及參數(shù) 型號 最大負 荷 Q KG 偏心距 A MM 重心距 B MM 臺面高 度 H MM 回轉(zhuǎn)速度 N1 R MIN 焊接額 定電流 A MA 傾斜角 度 HB25 25 40 63 0 50 16 00 315 135 HB25 25 50 80 0 25 8 00 500 135 HB100 100 63 100 0 10 3 15 500 135 HB250 250 160 400 1000 0 05 1 60 630 135 HB500 500 160 400 1000 0 05 1 60 1000 135 HB1000 1000 250 400 1250 0 05 1 60 1000 135 HB2000 2000 250 400 1250 0 03 1 00 1250 135 HB3150 3150 250 400 1600 0 03 1 00 1250 135 HB4000 4000 250 400 1600 0 03 1 00 1250 135 HB5000 5000 250 400 1600 0 025 0 80 1250 135 HB8000 8000 200 400 1600 0 025 0 80 1600 135 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 7 HB1000 0 10000 200 400 2000 0 025 0 80 1600 135 HB1600 0 16000 200 500 2000 0 016 0 50 1600 120 HB2000 0 20000 200 630 2500 0 016 0 50 2000 120 HB3150 0 31500 200 800 2500 0 016 0 50 2000 120 HB4000 0 40000 160 800 3150 0 010 0 315 2000 105 HB5000 0 50000 160 1000 3150 0 010 0 315 2000 105 HB8000 0 80000 160 1000 3150 0 010 0 315 2000 105 圖 2 2 焊接變位機示意圖 2 4 5 技術(shù)要求 2 4 5 1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動 2 4 5 1 1 回轉(zhuǎn)驅(qū)動應實現(xiàn)無級調(diào)速 并可逆轉(zhuǎn) 2 4 5 1 2 在回轉(zhuǎn)速度范圍內(nèi) 承受最大載荷時轉(zhuǎn)速波動不超過 5 2 4 5 2 傾斜驅(qū)動 2 4 5 2 1 傾斜驅(qū)動應平穩(wěn) 在最大負荷下不抖動 整機不得傾覆 最大負荷 Q 超過 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 8 25kg 的 應具有動力驅(qū)動功能 2 4 5 2 2 應設(shè)有限位裝置 控制傾斜角度 并有角度指示標志 2 4 5 2 3 傾斜機構(gòu)要具有自鎖功能 在最大負荷下不滑動 安全可靠 2 4 5 3 其他 2 4 5 3 1 變位機控制部分應設(shè)有供自動焊用的聯(lián)動接口 2 4 5 3 2 變位機應設(shè)有導電裝置 以免焊接電流通過軸承 齒輪等傳動部位 導電 裝置的電阻不應超過 1m 其容量應滿足焊接額定電流的要求 2 4 5 3 3 電氣設(shè)備應符合 GB T 4064 的有關(guān)規(guī)定 2 4 5 3 4 工作臺的結(jié)構(gòu)應便于裝卡工件或安裝卡具 也可與用戶協(xié)商確定其結(jié)構(gòu)形 式 2 4 5 3 5 最大負荷與偏心距及重心距之間的關(guān)系 應在變位機使用說明書中說明 2 4 6 檢驗項目及驗收規(guī)則 2 4 6 1 檢測輸出軸 工作臺 轉(zhuǎn)速 結(jié)果應符合表 2 1 和 2 4 5 1 的要求 2 4 6 2 首次生產(chǎn)時 應進行變位機的空轉(zhuǎn)及負荷試驗 結(jié)果應符合表 2 1 及 2 4 5 1 和 2 4 5 2 的要求 2 4 6 3 變位機應備有產(chǎn)品合格證書和使用說明書 2 4 7 標志與包裝 2 4 7 1 變位機應涂敷防銹底漆及表層漆 涂層應牢固 其中表層涂漆色彩應協(xié)調(diào)美 觀 2 4 7 2 變位機應在標牌上標明名稱 型號 最大負荷 工作電壓 電機功率 出廠日 期 制造廠家等 2 4 7 3 變位機的包裝應牢固可靠 符合運輸部門的有關(guān)規(guī)定 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 9 第 3 章 座式焊接變位機的設(shè)計 3 1 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 3 1 1 工作臺及其工件總質(zhì)量 回轉(zhuǎn)主軸的危險斷面位于軸承處 所受的Kgm130 彎曲力矩為 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 10 圖 3 1 回轉(zhuǎn)主軸受力分析示意圖 3 1 sincosi2cosin22hGehMw 其中 綜和質(zhì)量 偏心距e 臺面高度 h 回轉(zhuǎn)軸傾斜角 回轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角 根據(jù)焊接變位機國家行業(yè)標準 me250 h7 其中重心距取 600 其軸承處的扭矩 3 2 cosin eGMn 按第三強度理論折算的當量彎矩為 3 3 2nwxd 22sincosi eh 該式在滿足 條件時才出現(xiàn)最大值 其值為 sinhectg 3 4 Gxd2ma 對于指定的變位機 該數(shù)據(jù)由文獻 10 表 7 11 查得 3 0 e 3 5 74 1in hectg 3 6 62min1max t 因此回轉(zhuǎn)主軸的強度可選在 的范圍內(nèi)任意位置進行計算 inax 主軸材料用 45 號鋼 調(diào)制處理 61 1 3 7 Kn1 5 270 Mpa 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 11 d 3 8 m1 810 625 72410ehG103632 取 d 120mm 校驗主軸 3 9 MpaehdGeh62232 583 10 其中 Mpa 6 初步確定主軸的結(jié)構(gòu)尺寸如下圖 圖 3 2 主軸的結(jié)構(gòu)與裝配 3 1 2 減速器的設(shè)計 3 1 2 1 二級渦輪蝸桿的設(shè)計 3 1 2 1 1 二級渦輪蝸桿尺寸的計算 總傳動比 初選電機為滿載轉(zhuǎn)速 1440r min 的直流電動機 工作臺設(shè)計回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為 0 1 0 6r min 2400 3 10 nim 總 6 014 平均傳動比 初選帶傳動的傳動比 1 4 帶i 3 11 平 均i4 1 2 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 12 取實際蝸桿頭數(shù) Z 1 1 蝸輪齒數(shù) Z Z 41 4 3 12 21 平 均i 則 Z 412 查文獻 3 表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配 GB10085 88 取 Z 41 10 90 022m1d2x 根據(jù)蝸輪蝸桿工作情況 選取蝸桿特性系數(shù) q 9 蝸桿模數(shù) 10 12 則蝸桿尺寸 90 3 12 1dqm 2 90 20 110 3 13 aah 2 90 24 66 3 14 1f1f 蝸輪尺寸 分度圓直徑 Z 10 41 410 3 15 2dm 2m 齒頂圓直徑 d 2 430 3 16 2a 齒根圓直徑 d 2 1 2 386 3 17 2fm 渦輪齒寬 0 75 82 5 3 18 B1a 3 1 2 1 2 蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核 蝸輪蝸桿材料選用 蝸輪選用鑄造錫青銅 zCuSn10P1 蝸桿選用 20Cr 蝸輪蝸桿中心矩 3 19 2qZma m2509410 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 13 接觸疲勞強度 Z Z 3 20 H E 32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù) E 對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時取 Z 155EMpa21 Z 兩材料的接觸系數(shù) 由文獻 1 表 11 18 查得 Z 2 6 K 工作載荷系數(shù) A VK 機械使用系數(shù) A 由文獻 1 表 10 2 得 1 15A 齒面載荷分布系數(shù) K 由文獻 1 表 10 4 得 K 動載系數(shù) V 由文獻 1 表 10 8 得 1V 齒間載荷分配系數(shù)系數(shù) K 由文獻 1 表 10 3 得 1 K tan 3 21 91 qZ 得 6 34 12740 3 22 2TGemN 31852 0 滑動速度 3 23 sndVs 02 34 6cos10694 cos106co21 查表蝸桿傳動的當量摩擦角 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 14 6 5v 3 24 53 0 6 34 tan 91 tan v 3 25 8056 總 其中軸承效率 0 99 攪油效率 0 98 3 26 NiT3 152 04321 總 所以接觸疲勞強度 3 27 MpaH 2681 9525 0 8 3 6 21053 其中 蝸桿螺旋面硬度 268Mpa 3 1 2 1 3 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度校核 根據(jù)公式 3 28 FFaFYmdKT 2153 其中 Y 蝸輪齒形系數(shù) 2Fa 可由蝸輪的當量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定 2V2 可由文獻 1 圖 11 19 查得 Y 2 4Fa Y 螺旋角影響系數(shù) 1 1 0 955 3 29 140 3 6 2 4 0 955 3 59 3 30 F 099 8355 1 410Mpa 1 37 56 76 72 3 31 FNKH 其中 可由文獻 1 表 11 8 查得 56H pa 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 15 為壽命系數(shù) FNK N 為應力循環(huán)系數(shù) N 60 j n L 60 1 0 6 21900 788400 3 32 2h J 蝸輪每轉(zhuǎn)一次 每個輪齒的嚙合次數(shù) 這里取 j 1 n 蝸輪轉(zhuǎn)速 0 6 22nmi r L 工作壽命 h L 365 6 10 21900 3 33 h h 1 37 3 34 FNK 8710 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件 F 3 1 2 1 4 蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過得變形 就會造成輪齒上的載荷集中 影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合 所以需進行蝸桿的剛度校核 其校核剛度條件為 3 35 y yLEIFrt 2148 其中 y 蝸桿材料許用的最大撓度 3 36 y10d9m0 其中 d 為蝸桿分度圓直徑 1 E 蝸桿材料的彈性模量 E 2 07 Mpa50 I 蝸桿危險截面的慣性矩 3 37 I641fd 其中 d 為蝸桿的齒根圓直徑 1f 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 16 d 66mm1f 5 958 10 3 38 I64 7 L 蝸桿兩端支撐點間的跨距 L 0 9 0 9 369 3 39 2d10m 蝸桿所受的圓周力 1tF 3384 4 3 40 1tFdT09 35 N 蝸桿所受的徑向力 1rF tan20 5828 5 3 41 1r2tF ant2dT41 09835 N 其中 為蝸輪齒形角 20 0 369 0 073 3 42 64 01307 2485825 y 3 y 0 073 0 09 y 蝸桿的剛度滿足使用條件 3 1 2 1 5 選取蝸桿傳動的潤滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對滑動速度 V 0 02 s s 載荷類型為重型載荷 故可采用油池潤滑 3 1 2 1 6 二級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置 1000 1 s 3 43 0ta P d 其中 周圍空氣的溫度 常溫情況下可取 at 蝸桿蝸輪的傳動效率 0 53 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 可取 8 15 17 45 w m d d 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 17 當周圍空氣流動良好時 可取偏大值 這里取 17d d P 輸入功率 157 41 0 404kw 3 44 PwT 2602 t 20 20 53 2 73 2 3 45 350174 73 2 80 其中 80 為其臨界溫度 故在通風良好的情況下 不需要加散熱裝置 3 1 2 2 一級蝸輪蝸桿的設(shè)計 3 1 2 2 1 一級渦輪蝸桿尺寸的計算 選取實際蝸桿頭數(shù) Z 1 蝸輪齒數(shù) 1 Z i Z 3 46 2 1 Z 412 查文獻 3 表蝸桿渦輪參數(shù)的匹配 GB10085 88 選取 5 10 x 0 5mq2 則蝸桿尺寸 50 3 47 1dqm 2 50 10 60 3 48 aah d 2 50 12 38 3 49 1f1f 蝸輪尺寸 分度圓直徑 Z 5 41 205 3 50 2m 2m 齒頂圓直徑 2 1 x 205 2 210 3 512ad 5 01 齒根圓直徑 2 1 2 x 205 2 188 3 52 2fhdm 5 021 m 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 18 渦輪齒寬 0 75 45 3 53 B 1adm 校核蝸輪的齒面接觸疲勞強度 蝸輪蝸桿材料選用 蝸輪選用鑄造錫青銅 zCuSn10P1 蝸桿選用 20Cr 3 1 2 2 2 蝸輪的齒面接觸疲勞強度校核 首先蝸輪蝸桿材料選用 蝸輪選用鑄造錫青銅 zCuSn10P1 蝸桿選用 20Cr 蝸輪蝸桿中心矩 a 125 3 54 21xmd 25 050 m 根據(jù)接觸疲勞強度公式 Z 3 55 H E 32aTK Z 材料的彈性影響系數(shù) 單位是 Mpa E 對于青銅或鑄鐵蝸輪與鋼蝸桿配對時取 155 EZMpa21 兩材料的接觸系數(shù) 由文獻 1 表 11 18 查得 Z 2 5 工作載荷系數(shù) K 3 56 KA V K 其中 機械使用系數(shù) A 由文獻 1 表 10 2 得 1 15AK 齒面載荷分布系數(shù) K 由文獻 1 表 10 4 得 動載系數(shù) V 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 19 由文獻 1 圖 10 8 得 1VK 齒間載荷分配系數(shù) K 由文獻 1 表 10 3 得 1 tan 3 57 10 qZ 得 5 71 3 58 2T579 803 mN 滑動速度 Vs 3 59 sndV 4 071 5cos1064 cos16cos1 查文獻 1 表 11 18 蝸桿傳動的當量摩擦角 25 3v 3 60 634 0 25 71tan tan v 3 61 98 0634 總 其中軸承效率 0 99 攪油效率 0 98 3 62 1TNi04 63 41572 總 所以接觸疲勞強度 155 3 63 H Mpa8 1725 015 21033 其中蝸桿螺旋面強度 268Mpa 鑄造錫青銅蝸輪的基本許用應力 由文獻 1 表 11 7 查得 H 268 pa K 0 86 268 231 4 3 64 H FN HMpa 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 20 其中 蝸輪蝸桿工作壽命系數(shù) FNK N 為應力循環(huán)系數(shù) N 60 j n L 60 1 0 6 41 21900 32324400 3 65 2h J 蝸輪每轉(zhuǎn)一次 每個輪齒的嚙合次數(shù) 這里取 j 1 n 蝸輪轉(zhuǎn)速 n 24 6 22min r L 工作壽命 h 365 6 10 21900h 3 66 hL 0 86 3 67 FNK 8710 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件 F 3 1 2 2 3 蝸輪的齒面彎曲疲勞強度校核 根據(jù)公式 3 68 F FFaYmdKT 2153 其中 Y 蝸輪齒形系數(shù) 2Fa 可由蝸輪的當量齒數(shù) Z 及蝸輪變位系數(shù) X 決定 2V2 可由文獻 1 圖 11 19 查得 Y 3 0Fa Y 螺旋角影響系數(shù) Y 1 1 0 959 3 69 140 7 5 3 0 0 959 1 55 3 70 F 25 03 1 410 Mpa 0 86 56 48 16 3 71 FNKH 其中 可由文獻 1 表 11 8 查得 56H pa 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 21 為壽命系數(shù) FNK 蝸輪的齒根彎曲疲勞強度滿足使用條件 3 1 2 2 4 蝸桿的剛度校核 蝸桿受力后如產(chǎn)生過得變形 就會造成輪齒上的載荷集中 影響蝸輪與蝸桿的正確嚙 合 所以需進行蝸桿的剛度校核 其校核剛度條件為 3 72 y yLEIFrt 2148 其中 y 蝸桿材料許用的最大撓度 0 05 3 73 y10d5m 其中 d 為蝸桿分度圓直徑 1 E 蝸桿材料的彈性模量 E 2 07 50 Mpa I 蝸桿危險截面的慣性矩 3 74 I641fd 其中 d 為蝸桿的齒根圓直徑 1f d 38mmf 1 02 10 3 75 I6438 5 L 蝸桿兩端支撐點間的跨距 L 0 9d 0 9 184 5 3 76 205m 蝸桿所受的圓周力 1tF 241 6 3 78 1tFdT05 46 N 蝸桿所受的徑向力 1rF 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 22 tan20 557 5 3 79 1rF2t ant2dT05 17 N 其中 為蝸輪齒形角 20 184 5 0 00375 3 80 64381 07 2485 2 y 3 0 00375 0 05 蝸桿的剛度滿足使用條件 y 3 1 2 2 5 蝸桿傳動的潤滑方法 根據(jù)蝸輪蝸桿的相對滑動速度 V 0 44 ssm 載荷類型為重型載荷 故可采用油池潤滑 3 1 2 2 6 一級蝸桿蝸輪傳動熱平衡計算校核及其選用冷卻裝置 3 81 0ta sPd 1 其中 周圍空氣的溫度 常溫情況下可取 20 at 蝸桿蝸輪的傳動效率 0 634 箱體的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù) 可取 8 15 17 45 w m d d 當周圍空氣流動良好時 可取偏大值 這里取 17d d P 輸入功率 6 04 41 41 0 637 3 82 PwT 2 602 kw 20 20 43 63 3 83 0t 3501746 63 80 其中 80 為其臨界溫度 故在通風良好的情況下 不需要加散熱裝置 3 1 2 2 7 一級渦輪蝸桿傳動渦輪軸的校核 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 23 圖 3 3 軸的結(jié)構(gòu)與裝配 按扭轉(zhuǎn)強度條件計算 1T2tF2a1rFt1a 59 2281 R 2R a 2tF1rF 59 2281 R 2R 220 4N m HM 59 2281 R 2R1tF M 2r r 826 4N m b c 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 24 132 6N m 482 0N m VM T 圖 3 4 軸的載荷分析圖 其中 3384 4 5828 5 1531 71tFN1rF1a2tFN 1531 7 3 84 2t dT 557 5 3 85 2rt an 956 7 3 86 1M 248 6 mN 131 1ca 224 WTM T22 32901 1057795 14 取 Z 20 Z 1 4 20 28 則 9 525mi12 bPm 3 1 2 3 計算帶輪節(jié)圓直徑 60 67 3 89 11Zdb 205 9 84 94 3 90 22Pb8 m 3 1 2 4 計算帶長 L 2 a cos 3 91 p0 21d 18012d 要求 0 7 3 92 21d 0a 21d 即 102m0a 2 91m 取 a 2000 arcsin 3 48 3 93 ad21 則 L 2 3 14 2 3 14 180 p98 02 94 867 0 67 094 8 3 629 3m inv 3 14 14 92 3 94 12Zb 2086 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 26 5 86 實際中心距 198 8 3 95 cos210ZPab m 3 1 2 5 帶輪傳動額定功率 3 96 ZK0W 1 1 3 97 14 0 sb b 25 4mm b 估計為 25 4mm0ss 3 1 2 6 輪寬 b 25 4 24 42 98 s 0 14 0 PKZd 14 5 m 所以 可取為 25 4 sbm 3 1 3 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中標準件的校核 3 1 3 1 軸承校核 3 1 3 1 1 一級渦輪蝸桿傳動蝸桿軸軸承校核 選取 7009AC 角接觸球軸承正裝 241 6 557 5 1531 71tFN1r1aFN 1rF1tF1a 圖 3 5 軸承受力圖 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 27 求的軸承處支反力 303 81R2 225 76 41 N 軸向力 F 1531 7aeN 派生軸向力 0 68 206 61d 1R 0 68 206 622 F 1dFad 所以軸承 1 放松 軸承 2 壓緊 軸向力 206 6adN F 1738 32F1ae 0 68 0 71Ra8 306 則當量動載荷 206 61rPRN 2RFa7 083 則當量動載荷 0 41 0 85 0 41 1602 282rP 22aF5 1738 083 N 所以 2dFae1 所以軸承 1 壓緊 軸承 2 放松 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 29 軸向力 F 1290 1 2853 3 4143 41a2dae N 2853 3 N 0 966 0 7總1RFa8 453 則當量動載荷 0 41 0 85 5185 41rP 1R1aFN 總2RFa 7 068 493 則當量動載荷 4196 12rP總 N 所以 校核軸承 11r2 3 9 3 100 nL60 PC36 04 4 5180233510 h 符合要求 3 1 3 2 鍵的選擇與校核 3 1 3 2 1 一級渦輪蝸桿傳動 依據(jù)軸頸查文獻 1 表 6 1 取 l 22 63b h14m 校核 11 7 120 150 3 101 p kldT3210 8526345 07 Mpa Mpa 符合條件 3 1 3 2 2 二級渦輪蝸桿傳動 依據(jù)軸頸查文獻 1 表 6 1 取 l 32 80b h18m 校核 95 3 120 150 3 102 p kldT3210 128085 23 Mpa Mpa 符合條件 3 2 傾斜機構(gòu)的設(shè)計 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 30 3 2 1 傾斜軸的設(shè)計 3 2 1 1 傾斜軸尺寸計算 估計回轉(zhuǎn)工作臺及回轉(zhuǎn)機構(gòu)的總重量 2000 9 8 19600GKg N 其對傾斜軸的最大傾覆力矩 19600 15484 3 103 TM2eh 225 07 m 預估滑動軸承處軸頸 120mm 則 1 1 0 5 120 2 400 1 0225 3 104 fKRd2 主軸在 90 0 時 支反力 1C3 4096 9 0 5 031 2 45092 3 N 主軸在 90 時 K 支反力 K 21C1RG 2eh f 019 4 0962 33305 9 N C 取大值1 所以實心軸頸 76 7 3 105 d 315 lC 36102 459 m 取 120mm 符合條件d 3 2 1 2 傾斜軸的強度校核 傾斜軸強度校核 37 1 21234tFehWLG 4960 223201 4 591 Mpa 3 106 傾斜軸選用 45 號鋼調(diào)質(zhì) 60 Mpa 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 31 3 2 2 齒輪設(shè)計 扇形大齒輪選取 8 101mZ 傳遞齒輪選取 8 67 小齒輪選取 8 17 傾斜機構(gòu)齒輪為開式傳動 按齒根彎曲疲勞強度校核 傾斜機構(gòu)的齒輪為開式傳動 校核其齒根彎曲疲勞強度 公式為 3 107 F bmYKSat F 扇形大齒輪 38326 7tFdT 280 154N 1 0 1 518KVA 38 1 2 18FaY 1 79S 70bm 8 則 405 4F 6108779 2 35 1 Mpa 489 2 3 108 F SKNlim3 1502 pa 符合要求 F 傳遞齒輪 38326 7tdT 280 154N 1 0 1 529KVA 39 1 2 25FaY 1 74S 87bm 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 32 8m 則 329 6F 6108774 25 3529 1 Mpa 486 9 SKNlim 符合要求 F 小齒輪 38326 7tdT 2136 02N 1 0 2 244KA V K04 21 2 97FaY 1 52S b 110m m 8 則 441 2F 610852 97 324 Mpa 530 8 SKNlim 符合要求 F 3 2 底座和箱體的簡單設(shè)計 底座和箱體等零件工作能力的主要指標是剛度 其次是強度和抗振性能 當同時 用作滑道時 滑道部分還應具有足夠的耐磨性 此外 對具體的機械 還應滿足特殊 的要求 并力求具有良好的工藝性 底座和箱體的結(jié)構(gòu)尺寸和大小 決定于安裝在它的內(nèi)部或外部的零件和部件的形狀和 尺寸及其相互配置 受力與運動情況等 設(shè)計時應使所裝的零件和部件便于裝拆與操 作 底座和箱體的一些結(jié)構(gòu)和尺寸 如壁厚 凸緣寬度 肋板厚度等 對機座和箱體的工 作能力 材料消耗 質(zhì)量和成本 均有重大的影響 但是由于這些部位的形狀不規(guī)則 和應力的分布復雜性 基本上按照經(jīng)驗公式 經(jīng)驗數(shù)據(jù) 或比照現(xiàn)用的類似機件進行 設(shè)計 而略去強度和剛度等的分析與校核 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 33 此次論文設(shè)計采用的機座和箱體的設(shè)計采用經(jīng)驗公式和比照的方法進行設(shè)計 結(jié)論 本論文結(jié)合 1t 座式焊接變位機的基本要求和特點 對焊接變位機的設(shè)計進行了闡 述以及計算 所做的工作主要有以下幾個方面 1 焊接變位機械的分類 2 座式焊接變位機的組成 3 座式焊接變位機的工作原理 4 回轉(zhuǎn)機構(gòu)中減速器 轉(zhuǎn)軸 軸承等的設(shè)計 5 傾斜機構(gòu)中齒輪 滑動軸承等的設(shè)計 6 回轉(zhuǎn)機構(gòu)裝配圖的繪制 7 座式焊接變位機裝配圖的繪制 8 回轉(zhuǎn)機構(gòu)箱體零件的繪制 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 34 參考文獻 1 濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計 第八版 M 北京 高等教育出版社 2006 2 機械設(shè)計手冊 新版 3 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 3 朱龍根 簡明機械零件設(shè)計手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1997 4 周壽森 焊接機構(gòu)生產(chǎn)及裝備 M 北京 機械工業(yè)出版社 1999 5 中國機械工程學會 焊接學會 焊接手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1992 6 焦馥杰 焊接結(jié)構(gòu)分析基礎(chǔ) M 上海 上?？茖W技術(shù)文獻出版社 1991 7 曾樂 焊接工程學 M 北京 新時代出版社 1986 8 沈世瑤 焊接方法及設(shè)備 M 北京 機械工業(yè)出版社 1982 9 上海船舶工業(yè)設(shè)計研究院 機械工業(yè)部第五設(shè)計研究院 北京船舶工程第五設(shè)計 研究所 焊接設(shè)備選用手冊 M 北京 機械工業(yè)出版社 1984 10 美國焊接學會 韓鴻碩 張桂清 焊接新技術(shù) M 北京 宇航出版社 1981 11 薛迪目 焊接概論 M 北京 機械工業(yè)出版社 1987 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 35 12 機械設(shè)計手冊 第二版 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 13 劉鴻文 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2006 14 張海根 機電傳動控制 M 北京 高等教育出版社 2001 15 陳于萍 周兆元 互換性與測量技術(shù)基礎(chǔ) M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 16 李慶芬 朱世范 陳其廉 機電工程專業(yè)英語 M 哈爾濱 哈爾濱工程大學出版社 2007 致謝 本次論文是在終結(jié)大學四年學習的情況下進行的 力求對大學之所學能夠來一次 集中鞏固及其創(chuàng)新利用 它涵蓋面很廣 涉及了機械的所有內(nèi)容 是培養(yǎng)高級工程技 術(shù)人才的一次綜合訓練 經(jīng)過論文的選材 開題 構(gòu)思 設(shè)計等一系列的訓練 相信 自己對設(shè)計有了進一步的認識 在計算能力 英文文獻閱讀翻譯 查找相關(guān)信息等多 種能力得到了一次深刻的鍛煉 在整個過程中 可以說完成了工程師基本訓練和逐步 具有從事科學研究的工作能力 受益匪淺 相信對以后的學習工作會有很大幫助 本論文是在劉琨明老師及其院里老師的悉心幫助 指導下完成的 在此表示真誠 的謝意 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 36 附件 1 外文資料翻譯 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 37 外文資料翻譯 1 高精度數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn) 石 圩 樊 丁 陳 劍 虹 摘 要 研制弧焊機器人用數(shù)控焊接變位機對弧焊機器人柔性加工單元 WE MC 的設(shè) 計具有重要的意義 作者以基于數(shù)字信號處理器 DSP 的研華多軸運動控制卡 P C L 8 3 2卡為設(shè)計核心 采用基于模糊規(guī)則的智能雙模協(xié)調(diào)控制器 即采用比例積分微 分控制器 PID 和模糊控制器的加權(quán)合成算法 控制過程 中模糊控制器和PID控制器同 時輸出控制量 當控制誤差較大時模糊控制器的輸出權(quán)重較大 而當控制誤差較小時 PID控制器的輸出權(quán)重較大 有效避免了變結(jié)構(gòu)控制器切換過程中的震蕩 實現(xiàn)了焊接 變位機的高精度位置控制 作者對實時控制軟件的結(jié)構(gòu)設(shè)計和實時性要求進行了詳細 的理論分析 提出了基于DOS Disk operation system 系統(tǒng)下的高精度數(shù)控焊接變位 機多任務實時控制軟件的設(shè)計與實現(xiàn)方法 進行了多種工件的焊接試驗 試驗表明該 控制系統(tǒng)工作可靠 效果良好 關(guān)鍵詞 數(shù)控焊接變位機 智能雙模控制器 實時多任務控制系統(tǒng) 弧焊機器人 0 序言 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 38 近年來 為了適應快速變化的市場需求 生產(chǎn)商頻繁地更換產(chǎn)品的品種和批量 這就對生產(chǎn)設(shè)備的自動化程度和柔性化程度提出了很高要求 弧焊機器人柔性加工單 元正是一種具有柔性化特點的高度自動化焊接設(shè)備 它不僅能提高焊接生產(chǎn)率 產(chǎn)品 的焊接質(zhì)量和可靠性 加工柔性和制造精度 而且還能改善工人的勞動環(huán)境 降低勞 動強度 提高經(jīng)濟效益 目前 我國研制的焊接機器人尚未產(chǎn)業(yè)化 焊接柔性加工單元技術(shù)尚處于探索階 段 國內(nèi)生產(chǎn) 應用主要靠全套引進 弧焊機器人在國外已經(jīng)批量化 價格相對較低 而與機器人相配套的數(shù)控變位系統(tǒng) 卻因加工對象而異 多屬單件生產(chǎn) 因此價格往往 是機器人本身價格的3 7倍 作者的研究目的是在進口弧焊機器人的基礎(chǔ)上 再根據(jù) 特定產(chǎn)品 自行研制焊接變位機等機器人 的外 圍設(shè) 備及控制系統(tǒng) 可以節(jié)約大量外 匯 實現(xiàn)低成本焊接自動化 高精度數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)必須具有合理的體系結(jié) 構(gòu) 較強的數(shù)據(jù)運算和處理能力 良好的信息融合控制功能 以及開放的軟硬件接口 1 系統(tǒng)的硬件組成 根據(jù)設(shè)計要求 變位機載重500kg 能在兩旋轉(zhuǎn)軸所確定的空間旋轉(zhuǎn)并可在任意位 置定位 且要保持速度均勻 這就要求對電機實行速度和位置控制 作者選用了交流 伺服控制系統(tǒng) 并采用工業(yè)控制計 算機作為核心 應用全閉環(huán)控制方案 保證在惡劣條件下系統(tǒng)的控制精度與工作可靠 性 圖1為控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 39 2 控制結(jié)構(gòu)及算法 2 1 控制結(jié)構(gòu) 按伺服系統(tǒng) 的反饋控制方式來分 可分為開環(huán)控制 半閉環(huán)控制和全閉環(huán)控制三 種方式 由于全閉環(huán)結(jié)構(gòu)的位置檢測元件安裝于主軸上 理論上可以消除機械傳動誤 差如齒輪間隙等引起的控制誤 差 可以獲得很高的到位精度 因此數(shù)控焊接變位機控制系統(tǒng)采用全閉環(huán)控制方案 2 2 智能雙?？刂扑惴?在數(shù)控焊接變位機的位置控制中 由于系統(tǒng)傳動鏈中有的運動副如齒輪等存在間隙 或失動量 使得變位機的位移與指令之間出現(xiàn)非線性關(guān)系 同時當變位機工作臺傾斜運 動時 由于工件及工作臺的重心高及偏心矩不斷變化 造成電機的輸出轉(zhuǎn)矩不斷改變 而且焊接工件的形狀及重量多變 使得變位機的控制存在嚴重的非線性 再加上交流電 機是一個高階次 強耦合 參數(shù)時變的非線性控制對象 尤其是調(diào)速方式更增加了其 動態(tài)過程的復雜性 因此 被控的交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)具有很復雜的多重非線性關(guān)系 難 以建立起準確的數(shù)學模型 傳統(tǒng)的比例積分微分控制器 PID 智能化程度不高 其參數(shù)整定后就不再改變 自 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 40 適應能力差 對于高度非線性 時變的系統(tǒng)不能滿足控制要求 但PID控制器在小偏差 范圍內(nèi)有較高的控制精度 模糊控制是一種模仿人類思維方式的智能控制算法 它不 需要被控對象的精確模型 對非線性系統(tǒng)有很好的適應能力 但是由于缺少積分環(huán)節(jié) 穩(wěn)態(tài)靜差難以消除 結(jié)合二者優(yōu)點 作者采用了加權(quán)合成算法的智能雙模模糊 PID控 制器 控制過程中 采用 Fuzzy PID型的變結(jié)構(gòu)控制 或者采用其它類型的多控制器變 結(jié)構(gòu)控制時 對確定的系統(tǒng) 適當選取切換點可以解決變結(jié)構(gòu)控制問題 但切換點的 選取有時并不準確 而且不同控制器之間的切換 容易導致控制量的突變 常規(guī)的變 結(jié)構(gòu)控制是一個非 0即1的精確選擇 但實際上 不同控制器在不同誤差域都是有 定 效果的 差別僅在于控制性能的好壞而已 因此絕對地選擇控制器將會丟失有用的控 制信息 針對上述缺點 采用基于模糊規(guī)則的多控制器協(xié)調(diào)控制 控制器結(jié)構(gòu)如圖2所 示 把PID控制器稱為A 模糊控制器稱為B 把誤差大小依次分成七個等級 E 6 5 4 3 2 1 0 采用如下控制規(guī)則 當誤差很大時 完全由B控制 當誤差很小 時 完全由A控制 誤差較大時 B控制作用強 A作用弱 誤差較小時 A控制作用強 B作用弱 把總的控制作用最后通過對兩個控制器的加權(quán)合成來得到 用正態(tài)型模糊變量來描述模糊概念 因純正態(tài)函數(shù)是凸型函數(shù) 不滿足單調(diào)遞升 或單調(diào)遞減的需要 采取由正態(tài)函數(shù)變化而來的S型函數(shù) 其表達式如下 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 41 將所確定的隸屬函數(shù)在誤差論域點離散化 取 0 4 則不同誤差域控制器的作用 強度如表1所示 這樣 系統(tǒng)控制作用就由PID控制器U k 和模糊控制器U k 共同決定 即 AB 2 3 速度控制 在每一個控制循環(huán)中 電腦輸出脈沖給每一根軸 對于每一個脈沖輸出 伺服電 機驅(qū)動器比伺服電動機快一步 一個脈沖代表一個位置命令 脈沖頻率代表軸的移動 速度 脈沖數(shù)量代表位移量 在控制過程中 有兩個主要的影響位移速度的因素 第 一個是控制循環(huán)的時間間隔 第二個是每一個控制循環(huán)中的脈沖數(shù)量 根據(jù)控制精度 的要求 控制循環(huán)的時間間隔定為 5ms 所以 在系統(tǒng)中 影響位移速度的因素是在 每一個控制循環(huán)中的脈沖數(shù)量 脈沖循環(huán)的周期是非常短的 毫秒級 甚至在每一個 控制循環(huán)中 移動速度隨偏差不同 但是在顯微鏡中的執(zhí)行結(jié)果是平穩(wěn)的移動速度 3 控制系統(tǒng)的軟件結(jié)構(gòu) 數(shù)控變位機的軟件是在面向?qū)ο蟓h(huán)境中編程的 整個系統(tǒng)有初始化模塊 通信模 塊 誤差處理模塊 I O 控制模塊 顯示模塊 技術(shù)模塊 編輯和文本處理模塊 插補 計算和伺服電動機械控制模塊等等 這些不同的模塊有不同的任務 他們能劃分成兩 類 實時任務模塊和非實時任務模塊 實時任務模塊根據(jù)重要程度被劃分成不同的優(yōu) 先程度 圖 3 定義了模塊類型 在傳統(tǒng)的單任務控制系統(tǒng)機制中 單循環(huán)是主要的結(jié)構(gòu) 所有的模塊整體運作 但實際上每一個模塊有不同的執(zhí)行頻率 在這樣的結(jié)構(gòu)中去滿足復雜的時間協(xié)調(diào)要求 是非常困難的 考慮到數(shù)控變位機的控制系統(tǒng)必須劃分成多個模塊 他可以定義為子任務 多任 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 42 務機制應該用來執(zhí)行這些任務 在多任務控制系統(tǒng)中 每一個模塊在執(zhí)行完成后反饋 給系統(tǒng)安排 任務的執(zhí)行結(jié)果是可變的 他可以在執(zhí)行過程中動態(tài)的改變 每一個子 任務的優(yōu)先權(quán)決定他的執(zhí)行頻率 有高優(yōu)先權(quán)的的任務有高的執(zhí)行頻率 每一個任務 在他各自的時間中運行 控制系統(tǒng)中復雜的實時要求應該通過設(shè)定合理的時間和每一 個任務的優(yōu)先權(quán)實現(xiàn) 4 實驗結(jié)果 4 1 雙模控制器仿真控制結(jié)果 為了檢驗雙?？刂破鞯目刂菩?對其進行了仿真試驗 作為對照 把經(jīng)典 PID 控制 模糊控制和雙模協(xié)調(diào)控制都集中在一起 便于比較 圖 4 是系統(tǒng)階躍響應曲線的仿真結(jié) 果 從圖 4 中可以看出 P I D 控制有幾次超調(diào) 隨著輸入頻率的增大 超調(diào)量也增大 且過渡時間較長 導致指令在稍有變化后 響應不能及時跟蹤指令的變化 控制精度 低 模糊控制響應快 但穩(wěn)態(tài)精度低 只有雙模協(xié)調(diào)控制既超調(diào)很小 又達到很高的 穩(wěn)態(tài)精度 控制效果好 從計算機仿真的結(jié)論來看 文中提出的方法能有效地協(xié)調(diào)系統(tǒng)的動靜態(tài) 特性 之 間的矛盾 滿足了系統(tǒng)對位置控制的要求 4 2 位置控制的試驗結(jié)果 圖 5 為位置誤差測試曲線 誤差通過檢測光電編碼器位置反饋與給定量的差值得 到 光電編碼器選用 2500 個脈沖 轉(zhuǎn) 經(jīng) 4 倍頻后達 100 000 個脈沖 轉(zhuǎn) 從三條誤 青島理工大學本科畢業(yè)設(shè)計 論文 說明書 43 差曲線可看出 其共同趨勢是 在指令突變時 誤差曲線也變化劇烈 容易產(chǎn)生振 蕩 不同的是 模糊控制誤差曲線突變大 但能很