基于PLC的切管机设计毕业论文

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1、河北化工医药职业技术学院毕业论文基于plc的切管机设计第一章前言此次设计的切管机，主要用于机车车辆上所用通风、通水管。因此，下料所要求的精度不高。车辆厂平时需要切削大量的3/8和4/8英寸的金属管。如果用手工切断，劳动强度大，生产效率低，产品质量差。因此，需要一台，通用性好，耐用以及抗磨损的切管机。切管机的主要参数为，滚珠转速70r/min,圆盘刀片的直径为80mm,加工管件的直径范围为3/8-4/8英寸，电动机的额定功率为1.5千瓦，满载转速1400r/min，每天工作十小时，工作载荷变动小。切管机的工作原理如下：动力由电动机经过三角带输出，涡轮减速箱，开始齿轮传动传到一对磙子。从而带动工件

2、的旋转。实现切削时的主运动。与此同时，操作手轮，通过螺旋传动，将圆环刀片向下运动，并在不断增加刀片对管子的压力过程中，实现管子的切割工作。为了顺利实现上面的运动，要对传动系统中的电动机做出选择，拟定传动方案，并且对于各轴的转速、功率和转矩以及各主要传动件的参数（包括带传动的设计、齿轮模数的确定以及蜗杆蜗轮模数的确定和齿数的确定）进行设计与计算，对于各轴的最小直径，各主要传动件的尺寸，包括（三角带轮，齿轮，蜗杆蜗轮），也要给出相应的计算。接着，对各数值进行校核。最后再由经过计算的数值来绘制装配图，完成设计。由于产品较大，大致可以分为五个部分：刀头架，滚子，机柜，电器和减速箱。而各部分时分开设计的

3、，因此要注意考虑各部分的装配关系。其中减速箱部分需要着重进行设计，由于这里结构众多且结构复杂，而整个箱体又时在整体焊接后需要进行装配密封的部件，所以需要详细标注。切管机的运用，主要是为了降低劳动强度，节省人力，提高产品质量。当然，保证性价比也是这次设计的重要考虑项目之一。由于切管机在实际生产中早已广泛应用，在使用与制造方面，已有一定的经验，本次设计中有关切管机的一些参数，都采用已有的规定。因水平有限，论文中不免有疏忽与错误的地方，敬请批阅老师指正。第二章切管机控制方法与控制系统的确定切割机控制系统有继电器控制、单片机控制、PLC控制等。现将几种控制系统作出分析比较选取最优的控制系统来实现其功能

4、。（1）PLC与继电器控制的比较1.功能强，性能价格比高2.硬件配套齐全，用户使用方便，适应性强3.可靠性高，抗干扰能力强4.系统的设计、安装、调试工作量少5.编程方法简单6.维修工作量少，维修方便7.体积小，能耗低（2）PLC与单片机的比较1 对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。 2对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。2.1 PLC的特点1.高可

5、靠性：所有的I/O接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为1020ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。采用性能优良的开关电源。对采用的器件进行严格的筛选。良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。2.丰富的I/O接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：交流或直流；开关量或模拟量；电压或电流；脉冲或电位；强电或弱电等。有相应的I/O模块与工业现场的器件或设备，如：按

6、钮；行程开关；接近开关；传感器及变送器；电磁线圈；控制阀等直接连接。另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块; 为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。PLC的各个部件，包括CPU，电源，I/O等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。4.编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。5.安装简单，维修方便PL

7、C不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的I/O端相连接，即可投入运行。各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。6. PLC的功能：(1) 逻辑控制。(2) 定时控制。(3) 计数控制。(4) 步进(顺序)控制。(5) PID控制。(6) 数据控制：PLC具有数据处理能力。(7) 通信和联网。(8) 其它：PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：定位控制模块，CRT模块。第三章 切管机传动装置的设计计算传动装置的

8、设计与动力的选择有关，在动力选择好之后就可以拟定传动方案，进行运动学的计算。方案说明： 用碾压的方法切断金属管，需要金属旋转的切削运动和圆盘刀片向下的进给运动。这种方法是连续切削的。生产效率高，机器的结构不太复杂。但是这种传动方案的一大缺点是，在切削时的挤压过程中，管子的内径会缩小。一般用于对管子要求不高的场合。2.1电动机的选择2.1.1电动机功率的选择电动机工作环境为连续工作，变化很少，并且载荷稳定的场合。一般PmPr10%此处：Pm已经给出所以：Pm1.5kw2.1.2电动机转速的选择此处电动机的转速已经给出 n1400r/min2.1.3电动机类型的选择经查表，得同一功率的三相异步电动

9、机有以下三种型号、转速的选择：Y90S-2 2840r/minY90L-4 1400r/minY100L-6 940r/min根据要求，最终选定三相异步电动机的型号是： Y90L-42.2 传动方案的拟定总的传动比的确定： 综合考虑各方面要求，确定传动方案如下：初定传动比： 2.3计算各轴的转速、功率和转矩已知电动机的数据如下： 查表可知各级传动效率如下： （1）计算各轴转速如下：（2）各轴功率计算如下： （3）各轴传递的转矩计算如下：注：轴3为设计上特别增加的惰轮，所以，轴3不承受转矩，只承受弯矩。2.4进行传动机构的设计与计算2.4.1带传动的设计与计算工况系数 查表得 计算功率 选择带的

10、型号 查表得 A型小带轮直径 查表得 取大带轮直径 大带轮转速 （2）计算带长求 求 初取中心距 带长 由V带基准长度图表，可得 （3）求中心距与包角中心距 小带轮包角 (4)求带的根数带速 传动比 带的根数 由查表得 由查表得 由查表得 由查表得 所以（5）求轴上载荷张紧力 轴上载荷 V带轮的尺寸计算（1）小带轮小带轮直径 查表 得 mm 轮宽 外径 孔径 此处的孔径依据电机的输出轴为准 由查表 （2）大带轮大带轮直径 查表 得 mm 外径 （3）结构选择选择辐板式结构轮缘直径 轮毂直径 mm辐板孔圆周定位尺寸 2.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算查表选取：蜗杆采用45钢、表面硬度45HRC。

11、 蜗轮的材料选用ZCuSn10P1、砂型铸造初选【】的值当量摩擦系数 设 由查表 取最大值 【】 、 、 、（2）中心距的计算蜗轮转矩 使用系数 查表 得 转速系数 弹性系数 根据蜗轮副材料查表 得 寿命系数 接触系数 由查表 得 接触疲劳极限 由查表 得 接触疲劳最小安全系数 自定 中心距 （3）传动基本尺寸蜗杆头数 由查图表 得 、 蜗轮齿数 模数 蜗杆分度圆直径 取蜗轮分度圆直径 蜗杆导程角 蜗轮宽度 蜗杆圆周速度 相对滑动速度 当量摩擦系数 经查表 得 （4）齿面接触疲劳强度计算许用接触应力 最大接触应力 应为105MPa173MPa 所以 合格（5）齿轮弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳强

12、度极限 由查表 得 弯曲疲劳最小安全系数 自取 许用弯曲疲劳应力 齿轮最大弯曲应力 应为 所以 合格（6）蜗杆轴挠度验算轴的惯性距 允许蜗杆挠度 蜗杆轴挠度 合格2.4.3齿轮传动的设计与计算 第一对齿轮（齿轮2为惰轮）齿轮材料选择小齿轮材料：40Gr 、采用调制处理，硬度241HB-086HB 、取平均260HB大齿轮材料：45钢、 采用调制处理，硬度 229HB-286HB 、 取平均240HB齿面接触疲劳强度计算初步计算转矩 齿宽系数 由查表 得 接触疲劳极限 由查图 得 初步计算得许用接触应力 值 由查表 得 初步计算小齿轮直径 取初步齿宽b 取2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表

13、得 选取八级精度齿数z与模数m初取齿数 取则 使用系数 由查表 得 动载系数 由查表 得 齿间载荷分配系数 先求 由此 得 齿向载荷分布系数 由查表 得 载荷系数 弹性系数 由查表 得 节点区域系数 由查表 得 接触最小安全系数 由查表 得 总工作时间 接触寿命系数 由查表 得 许用接触应力 MPa验算 因为小于690MPa 合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（2）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （2）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 齿间载荷分布系数 载荷系数 齿形系数 由图表 得 应力修正系数 由图表 得 弯曲疲劳极限 由

14、图表 得 弯曲最小安全系数 由图表 得 应力循环次数 由查表 得 弯曲寿命系数 由查表 得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表 得 验算 第二对齿轮的计算齿轮2 为惰轮，即此处的大齿轮。材料为45钢，调制处理，硬度为229HB-286HB。平均取 240HB（主动）。齿轮3 为小齿轮，材料选择40Gr，调制处理，硬度值为241HB286HB,平均取260HB.(1)齿面接触疲劳强度计算1)初步计算转矩 齿宽系数 由查表 得 接触疲劳极限 由查图 得 初步齿宽b 取（2）校核计算圆周速度 精度等级 由查表 得 选取八级精度齿数z与模数m 已知 使用系数 由查表 得 动载系数 由查表 得 齿间载荷分配

15、系数 先求 由此 得 齿向载荷分布系数 由查表 得 载荷系数 弹性系数 由查得 节点区域系数 由查表 得 接触最小安全系数 由查表 得 总工作时间 接触寿命系数 由查表 得 许用接触应力 验算 因为小于884MPa 所以合格计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。（3）确定传动主要尺寸实际分度圆直径 mm 中心距 齿宽 （2）齿根弯曲疲劳强度验算重合度系数 齿间载荷分配系数 经查表 载荷系数 齿形系数 由图表 得 应力修正系数 由图表 得 弯曲疲劳极限 由图表 得 弯曲最小安全系数 由图表 得 弯曲寿命系数 由查表 得 许用弯曲应力 弯曲寿命 由查表 得 验算 第三章 结构计算3

16、.1各传动轴尺寸的计算与校核3.1.1蜗杆轴的尺寸计算与校核（1）估计轴的基本直径。材料选用 45钢、正火处理。 查表 得：硬度（HBS）17.217强度极限， 屈服极限， 弯曲疲劳极限查表 取（2）初估直径 应为最小处开有键所以直径增大 （3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩 2.蜗杆上圆周力 蜗杆上径向 蜗杆上轴向力 画出受力图（b）3.计算支反力水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力图 见图（c）垂直面（xz）受力图 见图（e）4.画轴的弯矩图水平面弯矩图 见图（d） 图垂直面弯矩图 见图（f） 图合成弯矩图 见图（g） 5.画轴的转矩图轴受转矩 转矩图 见图（h）6.许用应力许用应

17、力值 查表 得 7.画当量弯矩图当量转矩 当量弯矩 蜗轮中间截面处 右轴颈中间截面处 3.1.2蜗轮轴的尺寸计算与校核（1）估计轴的基本直径。材料选用 45钢、正火处理。 查表 得：硬度（HBS）170-217强度极限， 屈服极限， 弯曲疲劳极限查表 取（2）初估直径 应为最小处开有键所以直径增大 （3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩 2.蜗杆上圆周力 蜗杆上径向 蜗杆上轴向力 画出受力图（b）3.计算支反力水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力图 见图（c）垂直面（xz）受力图 见图（e）4.画轴的弯矩图*99水平面弯矩图 垂直面弯矩图 合成弯矩图 见图（g） 5.画轴的转矩图轴受转矩

18、 转矩图 见图（h）6.许用应力许用应力值 查表 得 7.画当量弯矩图当量转矩 当量弯矩 蜗轮中间截面处 3.1.3滚轮轴的尺寸计算与校核（1）估计轴的基本直径。材料选用 45钢、正火处理。 查表 得：硬度（HBS）170-217强度极限， 屈服极限， 弯曲疲劳极限查表 取（2）初估直径 应为最小处开有键所以直径增大 （3）轴的受力分析1.求轴传递的转矩 2.蜗杆上圆周力 蜗杆上径向 蜗杆上轴向力 画出受力图（b）3.计算支反力水平面反力 垂直面支反力 水平面（xy）受力图 见图（c）垂直面（xz）受力图 见图（e）4.画轴的弯矩图水平面弯矩图 合成弯矩图 5.画轴的转矩图轴受转矩 转矩图 见

19、图（h）6.许用应力许用应力值 查表 得 7.画当量弯矩图当量转矩 当量弯矩 第五章 结论此次毕业设计的题目是金属切管机的设计，在整个设计的过程中，充分回顾了在大学四年里所学习的机械原理、机械设计、材料力学、理论力学、工程制图学等等的科目。从这一设计题目的综合运用中，更是把所学的这些知识有了一个大的融会与应用，从而所学的知识也不再是死的，有了一个比较全面的复习。在设计与计算的过程中，也遇到了许多的困难与问题。通过查找资料，将这些问题解决的这种独立的解决问题和思考的方法，是在这次设计中我得到的一个最大的收获。当然，从中也大致了解了一些产品设计的基本方法，这也将是一次宝贵的实践经验。相信在以后的工

20、作中，将会有很大帮助。第六章 致谢在此，最要感谢的是指导我这次毕业设计的老师。他不厌其烦的指导和帮助，以及其本人严谨而认真的工作研究态度，也给我留下了深刻的印象。最后，再次向在我的这次毕业设计中帮助、指导我的各位老师与同学，表达最真诚的谢意。第七章 参考文献1 邱宣怀. 机械设计（第四版）. 高等教育出版社， 1997：233-237、317-3192 纪名刚. 机械设计（第七版）. 高等教育出版社，2001：344-3763 黄纯颖机械创新设计高等教育出版社，2000：87-984 何珍秀机械系统设计哈尔滨工业大学出版社，2001：324-3545 孙桓. 机械原理（第七版）. 高等教育出版

21、社， 2006：217-233、345-4346 申永胜机械原理教程(第1版)清华大学出版社，1999：1-567 单辉祖. 材料力学（第二版）. 高等教育出版社， 2004：162-1788 徐祖茂. 机械工程图学. 上海交通大学出版社， 2005：1-109 张黎华. 新编机械设计手册. 人民邮电出版社， 2008：239-60110 成大先. 机械设计手册. 化学工业出版社， 2004：150-20011 龚溎义. 机械零件课程设计图册. 人民教育出版社， 1993：45-14912 徐灏机械设计手册机械工业出版社，2001：165-24313 孟宪源现代机构手册机械工业出版社，1994

22、：122-25614 Steven R.Schmid. Manufacturing Engineering and TechnologyMachining.机械工业出版社. 2004：256-280附录一 PLC外部接线图附录二 元件清单名称电气文字符号型号数量可编程控制器PLCFX2N-80MS1带锯电机M1Y2-112M-21刀架电机M4Y2-100L2-81磨刀电机M2 M3JY09B-21台面电机MZ2-421接触器KM1、KM3KM7NC6-09 106接触器KM2NC6-09 081接触器KM0NCH 8-201熔断器FU1RT16-00C3熔断器FU2RT16-00C2熔断器FU3RT16-00C3熔断器FU4RT18K-251闸刀开关QS0HD11-100/381闸刀开关QS1HD11-100/281热继电器FR1 FR2NR2(JR28)-11.52转换开关SALW5D16F/51接近开关SQ0E2E-X20DM81行程开关SQ1SQ4YBLX-K3/20HS/Z4拨盘开关DIPA7CN4信号指示灯L1ND16-22B/41附录三 总程序指令表31