【正文】 本體、位置傳感器和電子換相器組成，下面就無刷直流電機這幾個組成部分進行介紹。同時，伴有著新型永磁材料欽鐵姍的實用化，電機轉子結構越來越多樣化，使無刷直流電機正朝著高力矩、高精度、微型化和耐環(huán)境等多用途方向發(fā)展。而在開關換相期間，隨著電流從一相轉移到另一相，定子磁場隨之跳躍了一個電角度。 位置傳感器在無刷直流電動機中起著檢測轉子磁 極位置的作用，將轉子磁極的位置信號轉換成電信號，經(jīng)位置信號處理電路處理后控制定子繞組換相，為功率開關電路 電路提供正確的換相信息。這種方式結構簡單 ，輸出電平高，適用于大中開支電動機。這種方法信號較弱，且精度易受溫度影響，但體積較小，多用于中小型電動機。 它是由發(fā)光二極管和光敏晶體管等光電元件組成的電路，利用有槽口的旋轉圓盤的第 3 章 構件材料的選擇及論證 13 位置進行通斷變化。 因此，所謂直流無刷電動機，就其基本結構而言，可以認為是一臺由電子開關電路、永磁式同步電動機以及位置傳感器三者組成的“電動機系統(tǒng)”，其原理框圖如圖 所示。借助于安裝在電機軸上的旋轉遮光板（也稱為截光器）的作用，使得從光源 射來的光線依次照射在各個光電器件上，并依照某一光電器件是否被照射到光線來判斷轉子磁極的位置。 上述過程可以看成是按一定順序換相通電的過程，或者說是磁場旋轉的過程。 茂名學院本科畢業(yè)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 14 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1 1 12 13 14 、氣缸 、氣缸的工作原理、分類及安裝形式 圖 普通雙作用氣缸 3－緩沖柱塞 2－活塞 4－缸筒 5－導向套 6－防 塵圈 7－前端蓋 8－氣口 9－傳感器 10－活塞桿 11－耐磨環(huán) 12－密封圈 13－后端蓋 14－緩沖節(jié)流閥 以氣動系統(tǒng)中最常使用的單活塞桿雙作用氣缸為例來說明，氣缸典型結構如圖 所示。 當從無桿腔輸入壓縮空氣時，有桿腔排氣，氣缸兩腔的壓力差作用在活塞上所形成的力克服阻力負載推動活塞運動，使活塞桿伸出；當有桿腔進氣，無桿腔排氣時，使活塞桿縮回。按結構特征，氣缸主要分為活塞式氣缸和膜片式氣缸兩種。 3）回轉式氣缸 缸體固定在機床主軸上，可隨機床主軸作高速旋轉運動。如雙作用單活塞桿氣缸推力計算如下： 理論推力（活塞桿伸出） Ft1＝ A1p （ 131） 理論拉力（活塞桿縮回） Ft2＝ A2p （ 132） 式中 Ft Ft2—— 氣缸理論輸出力（ N）； A A2—— 無桿腔、有桿腔活塞面積（ m2）； P—— 氣缸工作壓力（ Pa）。 2）負載率β 從對氣缸運行特性的研究可知，要精確確定氣缸的實際輸出力是困難的。 3）氣缸耗氣量 氣缸的耗氣量是活塞每分鐘移動的容積，稱這個容積為壓縮空氣耗氣量，一般情況下，氣缸的耗氣量是指自由空氣耗氣量。它能真實地反映氣缸的工作性能。根據(jù)氣缸負載力的大小來確定氣缸的輸出力，由此計算出氣缸的缸徑。氣缸的安裝形式根據(jù)安裝位置和使用目 的等因素決定。有特殊要求時，應選用相應的特種氣缸。當氣動系統(tǒng)采用電氣控制方式時，可選用帶磁性開關的氣缸。 氣缸直徑計算 氣缸直徑的設計計算需根據(jù)其負載大小、運行速 度和系統(tǒng)工作壓力來決定。 主要參數(shù)如表 31所示： 表 31 品牌 ANIUEC 型號 LA1582BW35B1 最高電壓 380（ V） 額定發(fā)熱電流 10（ A） 用途 廣泛用于電控系 統(tǒng)中 頭部保護等級 IP20 產(chǎn)品認證 CCC,CE,UL 、傳動系統(tǒng) 本設計 采用 的傳動系統(tǒng)為 以橡膠為原材料制作的 三角 帶傳動， 帶傳動具有結構簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點，在近代機械傳動中應用十分廣泛。摩擦型傳動帶根據(jù)其截面形狀的不同又分 平帶 、 V 帶 和特殊帶（多楔帶、圓帶）等。傳動型式有開口傳動、交叉?zhèn)鲃雍桶虢徊鎮(zhèn)鲃拥?，分別適應主動軸與從動軸不同相對位置和不同旋轉方向的需要。它 強度 較高，傳遞功率范圍廣。高速環(huán)形帶薄而軟、撓性好、耐磨性好，且能制成無端環(huán)形，傳動平穩(wěn)，專用于高速傳動。三角帶傳動適用于中心距較短和較大傳動比(7 左右 )的場合 ,在垂直和傾斜的傳動中也能較好工作。三角膠帶的截面尺寸和長度都有標準規(guī)格。帶的工作面做成齒形，帶輪的輪緣表面也做成相應的齒形，帶與帶輪主要靠嚙合進行傳動。周節(jié) p 等于相鄰兩齒對應點間沿節(jié)線量得的尺寸，模數(shù) m＝ p/π 。 、 帶傳動 效率 帶傳動的功率損失有： （ 1）滑動 損失 摩擦型帶傳動工作時，由于帶輪兩邊的拉力差及其相應的變形差形成 彈性滑動 ，導致帶與從動輪的速度損失。 （ 2）內摩擦損失 帶在運行中的反復伸縮，在帶輪上的撓曲會使帶體內部產(chǎn)生摩擦引起功率損失。 茂名學院本科畢業(yè)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 20 （ 4）空氣阻力損失 高速運行時，運行風阻引起的功率損失。 綜合上述損失，帶傳動的效率約在 80%～ 98%范圍內，進行傳動設計時，根據(jù)帶的種類選取。 、 使用和維護 注意事項 ： （ 1）安裝：減小中心距，松開張緊輪，裝好后再調整。不同帶型、不同廠家生產(chǎn)、不同新舊程度 的 V帶不易同組使用 。 常用的灰口鑄鐵有兩種： HT200 適用于外形較簡單，單位壓力較大（ p5 公斤 /厘米2）的導軌，或彎曲應力較大的（ σ≥300 公斤 /厘米 2）床身等； HT150 的流動性較好，但機械性能稍差，適用于形狀復雜而載 荷不大的機座。 本設計的機座采用的是 45 鋼， 45 鋼屬于調質鋼，經(jīng)淬火加高溫回火后，具有良好的綜合力學性能，主要用于要求強度、塑性和韌性都較高的機械零件，如軸類零件。 時效處理就是在精加工之前，使機座充分變形，消除內應力，提高其尺寸的穩(wěn)定性。 圓形截面機座：結構簡單、緊湊，易于制造和造型設計，有較好的承載能力。 茂名學院本科畢業(yè)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 22 圖 機座 的 典型結構圖 二、 截面形狀的選擇 為保證機座的剛度和強度，減輕重量和節(jié)約材料，必須根據(jù)設備的受力情況，選擇經(jīng)濟合理的截面形狀。 在其它條件相同情況下，抗扭慣性矩 Ic 越大，扭轉變形越小，抗扭剛度越大。直形筋的鑄造工藝簡單，但剛度最?。幻鬃纸畹膭偠茸畲?，但鑄造工藝最復雜。 2）提高結合表面的光潔度和形狀精度，使結合表面上的接觸點增多，從而提高結合面的接觸剛度。 、 小結 本章介紹了旋蓋機的組成部分，并對其組成部分進行分析選型。 輸送帶； 定位氣缸； 光電傳感 器； 旋蓋頭； 電機； 6升降氣缸； 7控制面板； 圖 旋蓋機結構簡圖 第 4 章 旋蓋機原理及結構設計 25 、 旋蓋機的結構設計： 旋蓋機是飲料灌裝過程中旋緊瓶蓋的專用設備 ,工作時必須保證適宜的旋緊力矩。該設備 是 利用磁力傳動器傳遞扭力矩實現(xiàn)瓶蓋旋緊的旋蓋頭 ,能根據(jù)需要方便地設定、調整旋緊力矩的大小 ,并能保護瓶嘴和旋蓋頭。因此主動磁力旋盤 3與被動磁力旋盤 6構成一磁力傳動器 ， 在磁力作用下 ， 被動磁力旋盤和旋嘴獲得力矩 ， 將由旋嘴夾住的瓶蓋旋緊。對旋蓋機進行選型，完成了旋蓋機的機械基礎 的設計。 旋蓋頭磁力耦合傳動的設計這里的磁力耦合傳動屬平面軸向磁力耦合傳動 ， 其設計包括兩方面的內容 ： 磁路型式、磁性材料的選擇 ， 磁力耦合系統(tǒng)力學 性能的計算。 平面軸向磁力耦合傳動的傳遞力矩 M可用下式描述： ? ? ? ?2 2 221 sin c os2 1 / / c os0m r mg f r m gV B rLM L K K L L?? ???? ?????? ⑴ 式中， mV—— 主動、被動磁力旋盤上全部永磁體的體積 ? ?2m m mV A L?， 3m mL—— 永磁體平均軸向高度， m。當 Vm、 r、 Lm 一定時，調節(jié)氣隙Lg，即可改變傳遞的力矩 M。 圖 42 所示旋蓋頭之磁力傳動器中，主動、被動磁力旋盤上分別均布有 16塊（極性交錯排列）小磁體（進口鐵氧體）， Br＝ ， 10Am m??? ， Lm=01005m，Lm=，氣隙 Lg(即主動、被動磁力旋盤間的隔距 )實際使用時可在 ～ 間調整，則 ( / ) ( / ) / 2 ~ 1. 2f r m g m gP K K L L L L? ? ?，將此 P 代入式⑵可解得cosφ =～ ，再代入式⑴ 可解得此磁力耦合傳動器所能傳遞的最大力矩即瓶蓋旋緊力矩 M=～ 。例如，用此磁 力旋蓋頭處理某瓶蓋，要求旋緊力矩為 ，則主動、被動磁、被動旋盤的隔距 Lg 需調節(jié)至 。也方便工作人員使用本機器時，根據(jù)其需要進行有效的參數(shù)設置。用戶在購到所需的 PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可靈活方便地將 PLC應用于生產(chǎn)實踐。 （ 4）電子元、器件的溫度特性和電子路線的抗干擾能力較差，耐輻射能力也較差，如不采取有效措施，則工作可靠性低。 、 可編程序控制器的優(yōu)勢、特點及功能 可編程控制器以體積小功能強大所著稱 ,它不但可以很容易地完成順序邏輯、運動控制、定時控制、計數(shù)控制、數(shù)字運算、數(shù)據(jù)處理等功能 ,而且可以通過輸入輸出接口建立與各類生產(chǎn)機械數(shù)字量和模擬量的聯(lián)系 ,從而實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動控制 .特別是現(xiàn)在 ,由于信息、網(wǎng)絡時代的到來 ,擴展了 PLC的功能 ,使它具有很強的聯(lián)網(wǎng)通訊能力 ,從而更廣泛地應用于眾多行。大功率固體繼電器，由于需用散熱片，就進一步增加了所有空間和成本。 （ 2）半導體器件關斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實現(xiàn)理想的電隔離。該控制系統(tǒng)的核心部件選 用了日本三菱 FX2N系列的 可編程控制器。為保證工作可靠，設計值（即計算值）應比要求值略大（可大 5%～ 10%）。表 51 列出了此磁力旋蓋頭的隔距 Lg 取不同值時，所能施加的旋緊力矩（即最大傳遞力矩）的計算值 。 ⑴式表明，當此磁力耦合系統(tǒng)的尺寸（即 Vm、 Am、 Lm、 Lg）一定時，傳遞力矩 M是 φ 的函數(shù)，為此設 m=Lm/Lg，并令 /0M ?? ? ? ，可解得 32c o s 3 c o s 2 0P ? ? ? ? ⑵ 式中： ( / ) ( / )f r m gP K K L L? 對于小氣隙磁路，忽略漏磁的影響（即令 /1frKK? ）不會對傳遞力矩的計算結果帶來顯著影響，但可使計算大為簡化，故設計時在以上式中可令 /1frKK? 。 上式可作為設計此磁力耦合系統(tǒng)各參數(shù)的依據(jù)。 目前 ， 高性能稀土永磁材料的 開發(fā)和應用得到了很大發(fā)展 ， 如釹鐵硼、釤鈷等材料磁性能都非常高 ， 較宜制作磁力耦合機械 ， 能實現(xiàn)磁性材料用量少、磁力耦合機械體積小、重量 輕、能傳遞力矩大等目的 。 力矩過小，旋蓋旋不緊；力矩過 大，易損壞瓶嘴和瓶蓋。當瓶蓋已旋緊 ， 而主動磁力旋盤仍在回轉 ， 致使輸入扭力矩超過磁力傳動器所能傳遞的最大扭力矩時 ， 主動磁力旋盤 3 與被動磁力旋盤 6 產(chǎn)生滑脫 ， 前者可以繼續(xù)回轉 ， 而后者則與瓶蓋一起靜止不轉 ， 而旋蓋頭給瓶蓋施加的旋緊力矩即為磁力傳動器所能傳遞的極限力 矩，并不會因傳動輸入軸 4和主動磁力旋盤 3的繼續(xù)回轉而增加旋緊力矩，不會因此而損壞瓶嘴、瓶蓋和旋蓋頭。這些永磁體按極性相反相間分布。 總體的設計如圖 所示， 因為本 次 設計 是采用的是直線式旋蓋機， 總體的結構比較簡單， 而旋蓋頭 則是 旋蓋機的關鍵部件，直接影響作業(yè)效率和封口質量 ，所以本 次 設計的重點就放在旋蓋頭的設計 。 茂名學院本科畢業(yè)設計：某潤滑油小包裝生產(chǎn)線旋蓋機機械及控制系統(tǒng)設計 24 第 4 章 旋蓋機原理及結構設計 、 旋蓋機的選擇： 本設計 選用 半自動 直線式旋蓋機 ，其具 有結構簡單，工作穩(wěn)定，經(jīng)濟效益好地優(yōu)點。 五、 結構的工藝性 機座屬于箱體類零件，體積大，結構復雜，成本較高。 圖 隔板（左）與加強筋（右） 四、 連接剛度 為提高結合表面的連接剛度，可采取如下措施： 1）根據(jù)受力大小和方向，合理選擇緊固螺釘?shù)闹睆?、?shù)量及其位置。若單靠增加壁厚提高剛度，勢必使機座笨重、浪費材料，故常用增加隔板和加強筋來提高剛度。當受簡單拉、壓作用時，變形只和截面積有關，而與截面形狀無關，設計時主要是選擇合理的尺寸。它具有生產(chǎn)周期短、成本低以及簡化木模形狀和鑄造工藝等優(yōu)點。 、 結構設計 一、 典型結構 方形截面機座：結構簡單，制造方便，箱體內有較大的空間來安放其它部件；但剛度稍差，宜用于載荷較小的場合。 、 時效處理 制造機座時，鑄造（或焊接）、熱處理及機加工等都會產(chǎn)生高溫，因各部分冷卻速度不同而收縮不均勻，使金屬內部產(chǎn)生內應力。 鋼 用鋼材焊接成機架。 、 機座 設計要素： 、