【導讀】實際需要而進行研究的。本文主要對自動門的氣動開閉系統(tǒng)進行了設(shè)計，并對其。通過對自動門功能、結(jié)構(gòu)進行分析，確定了自動門氣動控制系。統(tǒng)原理圖、編制了PLC控制程序，實現(xiàn)了自動門的工作過程。Pro/E軟件進行自動門結(jié)構(gòu)三維建模、虛擬裝配和工作過程的運動仿真。

　　

【正文】 (f) 軸 圖 7 門的主要部件圖 (3)調(diào)入插入的零件。點擊 “ 打開 ” 選項，系統(tǒng) 將 彈出放置對話框，按系統(tǒng)自身 默認的 “ 用戶定義 ” 、 “ 自動 ” 放置第一個 組 件，單擊確定按鈕即可；或者直接點擊右側(cè)插入元件按鈕 ，插入需要裝配的零件； (4)定義需要裝配的零件 之間的裝配約束關(guān)系并確定這 些 約束關(guān)系的定義，完成兩零件間的裝配 ，約束的確定可以保證每個組件之間具有正確的位置關(guān)系 ； (5)選擇 其他 需要裝配 的 自動門 零件，在 系統(tǒng) 彈出的對話框中 選擇 “ 用戶定20 義 ” 和合適的裝配方式，單擊放置按鈕，依次選擇兩零件 將 要 配合的部分，即可將其裝配一起， 重復上述步驟，直到完全約束即可單擊確定按鈕，完成兩個零件的裝配； (6)重復上述步驟，依次裝配好各個單元， 裝配圖如圖 (8a)、 (8b)所示。 需要強調(diào)的是在裝備門框時，應(yīng)該選擇的裝配環(huán)境是 “使用缺省模板” 的環(huán)境，這樣才能在仿真時保持門框的固定。 (a) 門正面 (b) 門背面 圖 8 門的裝配圖 自動門的運動仿真及結(jié)果分析 機構(gòu)運動學分析可以完成各種機構(gòu)的運動仿真，在運動分析 過程 中，可以在不考慮模型系統(tǒng)的作用力 及質(zhì)量 情況下分析機構(gòu) 的 運動，并測量主體位置、速度和加速度的改變 情況 ，檢查 元 件之間的關(guān)系， 輸出運動軌跡和包絡(luò)圖 等 。本次 自動門的 設(shè)計中 使用 了 機構(gòu)運動分析模擬 自動門自動開閉 功 能 的基本過程，由于 自動門 組件模型 的 建立已經(jīng)在裝配 過程 中完成， 所以 接下來需要討論的 剩余過程主要包括連接設(shè)置、伺服電動機 的 定義、建立運動特性測量、定義并執(zhí)行運動學分析 以及 查看運動分析結(jié)果等 內(nèi)容 。 (1)連接設(shè)置 完成自動門的 元 件裝配后，接下來是進入機構(gòu)（ Mechanism）環(huán)境進行連接設(shè)置，主要是對連接位置的設(shè)定、裝配的檢測及建立快照，其中連接位置可以再組件下完成，也可在機構(gòu)下重新設(shè)置。在此次設(shè)計中采用用齒輪副連接，齒輪副連接用于定義兩個連接軸的速度約束， Mechanism 包括標準齒輪副和齒條與齒輪兩種形式。 此次設(shè)計中采用齒條與齒 輪 傳動方式，齒輪與齒條副可以將平行移動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動，模型中必須包括一個旋轉(zhuǎn)運動軸和一個平行運動軸。定義齒條與齒輪副過程如下： 選擇 “ 插入 ” /“ 齒 輪副 ” 命令，或單擊 按鈕彈出 “ 齒輪副定義 ” 對話框；在 21 “ 名稱 ” 欄輸入名稱或接受內(nèi)定名 稱 ； 接著 從 “ 類型 ” 列表中選取默認的 “ 齒輪與齒條 ” 類型齒輪副； 在 “ 小齒輪 ” 欄中單擊 按鈕 選取旋轉(zhuǎn)運動軸，此運動軸為帶動門轉(zhuǎn)動的軸。然后在 “ 節(jié)圓 ” 欄中輸入直徑值，節(jié)圓的值為 mm120 ；在 “圖標位置” 欄為節(jié)線選取一個偏移的位置量 ； 接著在 “ 齒條 ” 欄中 單擊 按鈕 選取一個平移運動軸，此運動軸為氣缸活塞的軸線 ； 其余按照相同的操作完成齒條的定義。在 “ 屬性 ” 欄中會自動顯示齒條的比值，最后單擊確定按鈕即可完成齒輪齒條副的定義。 (2)伺服電機的定義 伺服電機是動力學分析的動力源，它可以為連接接頭設(shè)定各種位置、速度和加速度，使機構(gòu)以特定方式運轉(zhuǎn)。服電機施加位置、速度和加速度的方式是以時間函數(shù)的形式表達的，通過定義時間函數(shù)，如常數(shù)、線性函數(shù)、自定義函數(shù)等，可以得出每一時間各個主體的位置（輪廓）。 在 Mechanism 中伺 服電機包括運動軸伺服電機和幾何伺服電機， 運動軸伺服電動機用于建立某一方向上的明確定義的運動。 本設(shè)計中采用的是運動軸伺服電機。建立伺服電機的過程如下： 點擊 選擇 “ 插入 ” /“ 伺服電動機 ” 命令，彈出 “ 伺服電動機定義 ” 對話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入伺服電動機的名稱； 在 “ 類型 ”“ 從動圖元” 欄選伺服電動機的類型 “ 運動軸 ” 。確定電動機類型后， 在 “ 輪廓 ” 欄中定義運動的類型為 “ 速度 ” ，建立施加轉(zhuǎn)速的伺服電機。在 “ 規(guī)范 ” 下拉列表選擇速度， “ 模 ” 下拉列表選擇常數(shù)，并 選擇 轉(zhuǎn)速值 為 2； 完成上訴過程后單擊確定按鈕退出伺服電動機定義。 (3)建立運動特性測量 建立運動結(jié)果測量可以將機構(gòu)運動分析得到的結(jié)果不僅使用動畫的方式表現(xiàn)出來，而且還可以使用圖表的形式獲取每一時間點的數(shù)據(jù)，使用者可以準確的捕獲用來改進機構(gòu)設(shè)計的有關(guān)信息，以便以完成機構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。建立結(jié)果測量的具體步驟如下： 選擇 “分析” /“測量” 命令， 系統(tǒng)彈出 “ 測量結(jié)果 ” 對話框；單擊 “ 新建測量 ” 按鈕彈出 “ 測量定義 ” 對話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入測量名稱或接受內(nèi)定名稱；在 “ 類型 ” 欄下拉列表選擇測量結(jié)果的類型為 “ 速度 ” ；在 “ 點或運動軸 ”欄單擊按鈕，并在組件中選擇要定義測量的點或運動軸；重復上邊的步 驟操作，依次選取二軸，在 “ 評估方法 ” 欄選擇評估方法為每個時間步長度，單擊確定按鈕即可以完成測量 定義； (4)定義并執(zhí)行運動學分析 通過設(shè)置機構(gòu)建模圖元定義機構(gòu)的運動方式之后，建立一個運動分析計算機構(gòu)運動過程中主體的各種運動特性。使用機構(gòu)運動學分析模塊可以建立位置分析22 和運動學分析。進行運動分析時不需要考慮力和質(zhì)量，因此，不必為機構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運動分析可以計算幾何圖元和連接的速度、加速度以及 作為捕獲機構(gòu)運動的包絡(luò)。定義運動分析的操作過程如下： 選擇 “ 分析 ” /“ 機構(gòu)分析 ” 命令，單擊 按鈕彈出 “ 分析定義 ” 對話 框；在名稱欄輸入分析的名稱或接受內(nèi)定名稱；在“類型”欄下拉列表中選擇分析類型 “ 運動學 ” ； 在 “ 優(yōu)先選項 ” 欄中選取 “ 長度和幀頻 ” ， 輸入開始時間 0 終止時間為 96，幀頻為 50； 在 “ 電動機 ” 欄中選擇使用的驅(qū)動電機；直接單擊 “ 運行 ” 按鈕執(zhí)行運動分析，完成后單擊確定按鈕。 (5)查看運動分析結(jié)果 Mechanism 的結(jié)果查看主要是通過使用圖形顯示測量結(jié)果 和結(jié)果回放 的方式完成的。在 “ 測量結(jié)果 ” 對話框上使用 “ 圖形工具 ” 窗口，可以顯示測量結(jié)果的圖形及定義電動機和力輪廓函數(shù)。在此次設(shè)計中，只測量運動結(jié)果并查看運動結(jié)果 ，過程 如下： 結(jié)果回放： 在播放結(jié)果集時可以通過設(shè)置 “ 沖突檢測設(shè)置 ” 、 “ 影片進度表 ” 、“ 顯示箭頭 ” 等操作在影片播放時檢測軟件之間的干涉，顯示時間和進度及在播放的過程中顯示測量值和方向。選擇 “ 分析 ” /“ 回放 ” 命令，彈出 “ 回放 ” 對話框。單擊 按鈕進入動畫播放窗口，然后單擊 按鈕開始播放動畫，按照上訴步驟即可以完成結(jié)果回放，從而觀察門的開閉情況。 7 設(shè)計 總結(jié) 設(shè)計完成了自動門開閉氣動 系統(tǒng) 理論 設(shè)計和仿真 要求。 首先 ， 進行了自動門的氣動部分的設(shè)計 ，采用了典型的氣壓傳動系統(tǒng)，由氣源 裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個部分組成。所有氣動裝置都選擇 SMC（中國）有限公司生產(chǎn)的氣動元件，這樣的目的有一個，當其中某個氣動元件出現(xiàn)故障時，可以和容易的選擇同種型號的元件代替。再次，利用 PLC 技術(shù)來實現(xiàn)自動門的開閉，利用 PLC 控制二位四通電磁閥換向達到控制氣動系統(tǒng)的目的，從而實現(xiàn)門的自動開閉，具體過程如 下 ： 當光電傳感器感應(yīng)到信號時，將信號傳給 PLC，通過 PLC控制二位四通電磁閥換向，從而使氣缸伸出，推動齒條平行移動，再由齒條帶動齒輪轉(zhuǎn)動。當氣缸完全 伸出時，使自動門完全打開，門開啟時間為 10 秒， 10 秒之后，若光電傳感器未檢測到信號，氣缸開始縮回，縮回至最大位置時，從而實現(xiàn)門的關(guān)閉。另外設(shè)計了手動按鈕，當若光電傳感器出現(xiàn)故障，人只需按下手動按鈕來控制二位四通電磁閥換向，從而控制門的開閉。 由于實際條件的限制，無法 按照設(shè)計來來進行實際操作，故選擇 用 Pro/ENGINEER Wildfire 進行三 建模及維模擬來演示自動開閉氣動 系統(tǒng)的控制過程 ，模擬 主要包括連接設(shè)置、伺服電動 23 機的定義、建立運動特性測量、定義并執(zhí)行運動學分析以及查看運動分析結(jié)果等內(nèi)容。通過建模和模擬，達到了自動門自動開閉過程的要求。 本次設(shè)計中改 變了以往大多數(shù)自動門用電機控制的模式， 不再采用電動機控制，而是采用氣壓傳動系統(tǒng)來控制自動門的開閉， 簡化了自動門的控制過程， 使自動門的設(shè)計成本降低了 。另外， 此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理簡單，便于檢測和維修。PLC 編程也簡單，便于調(diào)試。 但是，大多數(shù)自動門都不采用此種技術(shù)，說明其存在著一定的確定，例如，氣壓傳動受負載的影響較大。希望在以后的學習中能得到更多的方法來解決氣壓傳動的不足。使此次設(shè)計在理論和實踐中都得到更大進步。 24 致謝 本論文是指導老師的悉心指導和幫助下 才 完成的 ， 在 軟件的學習 與運用 、結(jié)構(gòu)分析、 自動門部件 的設(shè)計及 建模 裝配 仿真 以及 動畫制作 的過程中指導老師都給予了殷切指導和關(guān)注， 提出許多中肯的建議， 并對設(shè)計審閱修正。指導老師學識淵博，治學嚴謹，責任心強。在 畢業(yè)設(shè)計期間，我除了學到許多專業(yè)知識外，還從導師身上學到對工作高度負責的精神和一絲不茍的 求知 態(tài)度。所有 的 這 一切 都將使我受益終生。 最后， 我要 衷心感謝我的指導老師，感謝他們在指導我做畢業(yè)設(shè)計期間對我們無私的 關(guān)懷和耐心細致的指導 。 但是我的能力有限，對于老師的一些好的指導與建議也沒有能深刻體會。但在以后的學習中我會不斷的去完 善此次設(shè)計。 同時也在此衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計期間關(guān)心、支持、幫助過我的全體同學。 25 參考文獻 [1]黎虎 . 基于 PLC和變頻器的直線電機驅(qū)動門控制系統(tǒng) [J]. 電機技術(shù) . 2020 (4) [2]左建民 .液壓與氣壓傳動 (第四版 )[M].北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [3]田勇，高長銀 .液壓與氣壓傳動技術(shù)及應(yīng)用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [4]張利平 . 液壓氣動技術(shù)速查手冊 .北京：化學工業(yè)出版社， [5]SMC（中國）有限公司 . 現(xiàn)代實用氣動 技術(shù) [M]. 北京：機械工業(yè)出版社， [6]SMC Bert pneumaltcr 中文第 5 版， [7]周美蘭，周封，王岳宇 . 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