【導(dǎo)讀】實(shí)際需要而進(jìn)行研究的。本文主要對(duì)自動(dòng)門的氣動(dòng)開(kāi)閉系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其。通過(guò)對(duì)自動(dòng)門功能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定了自動(dòng)門氣動(dòng)控制系。統(tǒng)原理圖、編制了PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)門的工作過(guò)程。Pro/E軟件進(jìn)行自動(dòng)門結(jié)構(gòu)三維建模、虛擬裝配和工作過(guò)程的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)擊 “ 打開(kāi) ” 選項(xiàng)，系統(tǒng) 將 彈出放置對(duì)話框，按系統(tǒng)自身 默認(rèn)的 “ 用戶定義 ” 、 “ 自動(dòng) ” 放置第一個(gè) 組 件，單擊確定按鈕即可；或者直接點(diǎn)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(gè)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(dòng)門 零件，在 系統(tǒng) 彈出的對(duì)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(fù)上述步驟，直到完全約束即可單擊確定按鈕，完成兩個(gè)零件的裝配； (6)重復(fù)上述步驟，依次裝配好各個(gè)單元， 裝配圖如圖 (8a)、 (8b)所示。 需要強(qiáng)調(diào)的是在裝備門框時(shí)，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(shí)保持門框的固定。 (a) 門正面 (b) 門背面 圖 8 門的裝配圖 自動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)仿真及結(jié)果分析 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可以完成各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，在運(yùn)動(dòng)分析 過(guò)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(jī)構(gòu) 的 運(yùn)動(dòng)，并測(cè)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(yùn)動(dòng)軌跡和包絡(luò)圖 等 。本次 自動(dòng)門的 設(shè)計(jì)中 使用 了 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模擬 自動(dòng)門自動(dòng)開(kāi)閉 功 能 的基本過(guò)程，由于 自動(dòng)門 組件模型 的 建立已經(jīng)在裝配 過(guò)程 中完成， 所以 接下來(lái)需要討論的 剩余過(guò)程主要包括連接設(shè)置、伺服電動(dòng)機(jī) 的 定義、建立運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量、定義并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 以及 查看運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果等 內(nèi)容 。 (1)連接設(shè)置 完成自動(dòng)門的 元 件裝配后，接下來(lái)是進(jìn)入機(jī)構(gòu)（ Mechanism）環(huán)境進(jìn)行連接設(shè)置，主要是對(duì)連接位置的設(shè)定、裝配的檢測(cè)及建立快照，其中連接位置可以再組件下完成，也可在機(jī)構(gòu)下重新設(shè)置。在此次設(shè)計(jì)中采用用齒輪副連接，齒輪副連接用于定義兩個(gè)連接軸的速度約束， Mechanism 包括標(biāo)準(zhǔn)齒輪副和齒條與齒輪兩種形式。 此次設(shè)計(jì)中采用齒條與齒 輪 傳動(dòng)方式，齒輪與齒條副可以將平行移動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，模型中必須包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸和一個(gè)平行運(yùn)動(dòng)軸。定義齒條與齒輪副過(guò)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(duì)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(rèn)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(yùn)動(dòng)軸，此運(yùn)動(dòng)軸為帶動(dòng)門轉(zhuǎn)動(dòng)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(biāo)位置” 欄為節(jié)線選取一個(gè)偏移的位置量 ； 接著在 “ 齒條 ” 欄中 單擊 按鈕 選取一個(gè)平移運(yùn)動(dòng)軸，此運(yùn)動(dòng)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(huì)自動(dòng)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(jī)的定義 伺服電機(jī)是動(dòng)力學(xué)分析的動(dòng)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(jī)構(gòu)以特定方式運(yùn)轉(zhuǎn)。服電機(jī)施加位置、速度和加速度的方式是以時(shí)間函數(shù)的形式表達(dá)的，通過(guò)定義時(shí)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(shí)間各個(gè)主體的位置（輪廓）。 在 Mechanism 中伺 服電機(jī)包括運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)和幾何伺服電機(jī)， 運(yùn)動(dòng)軸伺服電動(dòng)機(jī)用于建立某一方向上的明確定義的運(yùn)動(dòng)。 本設(shè)計(jì)中采用的是運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)。建立伺服電機(jī)的過(guò)程如下： 點(diǎn)擊 選擇 “ 插入 ” /“ 伺服電動(dòng)機(jī) ” 命令，彈出 “ 伺服電動(dòng)機(jī)定義 ” 對(duì)話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入伺服電動(dòng)機(jī)的名稱； 在 “ 類型 ”“ 從動(dòng)圖元” 欄選伺服電動(dòng)機(jī)的類型 “ 運(yùn)動(dòng)軸 ” 。確定電動(dòng)機(jī)類型后， 在 “ 輪廓 ” 欄中定義運(yùn)動(dòng)的類型為 “ 速度 ” ，建立施加轉(zhuǎn)速的伺服電機(jī)。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(guò)程后單擊確定按鈕退出伺服電動(dòng)機(jī)定義。 (3)建立運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量 建立運(yùn)動(dòng)結(jié)果測(cè)量可以將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析得到的結(jié)果不僅使用動(dòng)畫的方式表現(xiàn)出來(lái)，而且還可以使用圖表的形式獲取每一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用者可以準(zhǔn)確的捕獲用來(lái)改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)信息，以便以完成機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立結(jié)果測(cè)量的具體步驟如下： 選擇 “分析” /“測(cè)量” 命令， 系統(tǒng)彈出 “ 測(cè)量結(jié)果 ” 對(duì)話框；單擊 “ 新建測(cè)量 ” 按鈕彈出 “ 測(cè)量定義 ” 對(duì)話框；在 “ 名稱 ” 欄輸入測(cè)量名稱或接受內(nèi)定名稱；在 “ 類型 ” 欄下拉列表選擇測(cè)量結(jié)果的類型為 “ 速度 ” ；在 “ 點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸 ”欄單擊按鈕，并在組件中選擇要定義測(cè)量的點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸；重復(fù)上邊的步 驟操作，依次選取二軸，在 “ 評(píng)估方法 ” 欄選擇評(píng)估方法為每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)度，單擊確定按鈕即可以完成測(cè)量 定義； (4)定義并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 通過(guò)設(shè)置機(jī)構(gòu)建模圖元定義機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式之后，建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中主體的各種運(yùn)動(dòng)特性。使用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊可以建立位置分析22 和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)不需要考慮力和質(zhì)量，因此，不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn)動(dòng)分析可以計(jì)算幾何圖元和連接的速度、加速度以及 作為捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)。定義運(yùn)動(dòng)分析的操作過(guò)程如下： 選擇 “ 分析 ” /“ 機(jī)構(gòu)分析 ” 命令，單擊 按鈕彈出 “ 分析定義 ” 對(duì)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(yùn)動(dòng)學(xué) ” ； 在 “ 優(yōu)先選項(xiàng) ” 欄中選取 “ 長(zhǎng)度和幀頻 ” ， 輸入開(kāi)始時(shí)間 0 終止時(shí)間為 96，幀頻為 50； 在 “ 電動(dòng)機(jī) ” 欄中選擇使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；直接單擊 “ 運(yùn)行 ” 按鈕執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析，完成后單擊確定按鈕。 (5)查看運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果 Mechanism 的結(jié)果查看主要是通過(guò)使用圖形顯示測(cè)量結(jié)果 和結(jié)果回放 的方式完成的。在 “ 測(cè)量結(jié)果 ” 對(duì)話框上使用 “ 圖形工具 ” 窗口，可以顯示測(cè)量結(jié)果的圖形及定義電動(dòng)機(jī)和力輪廓函數(shù)。在此次設(shè)計(jì)中，只測(cè)量運(yùn)動(dòng)結(jié)果并查看運(yùn)動(dòng)結(jié)果 ，過(guò)程 如下： 結(jié)果回放： 在播放結(jié)果集時(shí)可以通過(guò)設(shè)置 “ 沖突檢測(cè)設(shè)置 ” 、 “ 影片進(jìn)度表 ” 、“ 顯示箭頭 ” 等操作在影片播放時(shí)檢測(cè)軟件之間的干涉，顯示時(shí)間和進(jìn)度及在播放的過(guò)程中顯示測(cè)量值和方向。選擇 “ 分析 ” /“ 回放 ” 命令，彈出 “ 回放 ” 對(duì)話框。單擊 按鈕進(jìn)入動(dòng)畫播放窗口，然后單擊 按鈕開(kāi)始播放動(dòng)畫，按照上訴步驟即可以完成結(jié)果回放，從而觀察門的開(kāi)閉情況。 7 設(shè)計(jì) 總結(jié) 設(shè)計(jì)完成了自動(dòng)門開(kāi)閉氣動(dòng) 系統(tǒng) 理論 設(shè)計(jì)和仿真 要求。 首先 ， 進(jìn)行了自動(dòng)門的氣動(dòng)部分的設(shè)計(jì) ，采用了典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)，由氣源 裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。所有氣動(dòng)裝置都選擇 SMC（中國(guó)）有限公司生產(chǎn)的氣動(dòng)元件，這樣的目的有一個(gè)，當(dāng)其中某個(gè)氣動(dòng)元件出現(xiàn)故障時(shí)，可以和容易的選擇同種型號(hào)的元件代替。再次，利用 PLC 技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的開(kāi)閉，利用 PLC 控制二位四通電磁閥換向達(dá)到控制氣動(dòng)系統(tǒng)的目的，從而實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)開(kāi)閉，具體過(guò)程如 下 ： 當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到信號(hào)時(shí)，將信號(hào)傳給 PLC，通過(guò) PLC控制二位四通電磁閥換向，從而使氣缸伸出，推動(dòng)齒條平行移動(dòng)，再由齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)氣缸完全 伸出時(shí)，使自動(dòng)門完全打開(kāi)，門開(kāi)啟時(shí)間為 10 秒， 10 秒之后，若光電傳感器未檢測(cè)到信號(hào)，氣缸開(kāi)始縮回，縮回至最大位置時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)門的關(guān)閉。另外設(shè)計(jì)了手動(dòng)按鈕，當(dāng)若光電傳感器出現(xiàn)故障，人只需按下手動(dòng)按鈕來(lái)控制二位四通電磁閥換向，從而控制門的開(kāi)閉。 由于實(shí)際條件的限制，無(wú)法 按照設(shè)計(jì)來(lái)來(lái)進(jìn)行實(shí)際操作，故選擇 用 Pro/ENGINEER Wildfire 進(jìn)行三 建模及維模擬來(lái)演示自動(dòng)開(kāi)閉氣動(dòng) 系統(tǒng)的控制過(guò)程 ，模擬 主要包括連接設(shè)置、伺服電動(dòng) 23 機(jī)的定義、建立運(yùn)動(dòng)特性測(cè)量、定義并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及查看運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果等內(nèi)容。通過(guò)建模和模擬，達(dá)到了自動(dòng)門自動(dòng)開(kāi)閉過(guò)程的要求。 本次設(shè)計(jì)中改 變了以往大多數(shù)自動(dòng)門用電機(jī)控制的模式， 不再采用電動(dòng)機(jī)控制，而是采用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)控制自動(dòng)門的開(kāi)閉， 簡(jiǎn)化了自動(dòng)門的控制過(guò)程， 使自動(dòng)門的設(shè)計(jì)成本降低了 。另外， 此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理簡(jiǎn)單，便于檢測(cè)和維修。PLC 編程也簡(jiǎn)單，便于調(diào)試。 但是，大多數(shù)自動(dòng)門都不采用此種技術(shù)，說(shuō)明其存在著一定的確定，例如，氣壓傳動(dòng)受負(fù)載的影響較大。希望在以后的學(xué)習(xí)中能得到更多的方法來(lái)解決氣壓傳動(dòng)的不足。使此次設(shè)計(jì)在理論和實(shí)踐中都得到更大進(jìn)步。 24 致謝 本論文是指導(dǎo)老師的悉心指導(dǎo)和幫助下 才 完成的 ， 在 軟件的學(xué)習(xí) 與運(yùn)用 、結(jié)構(gòu)分析、 自動(dòng)門部件 的設(shè)計(jì)及 建模 裝配 仿真 以及 動(dòng)畫制作 的過(guò)程中指導(dǎo)老師都給予了殷切指導(dǎo)和關(guān)注， 提出許多中肯的建議， 并對(duì)設(shè)計(jì)審閱修正。指導(dǎo)老師學(xué)識(shí)淵博，治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)，責(zé)任心強(qiáng)。在 畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我除了學(xué)到許多專業(yè)知識(shí)外，還從導(dǎo)師身上學(xué)到對(duì)工作高度負(fù)責(zé)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(dǎo)老師，感謝他們?cè)谥笇?dǎo)我做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間對(duì)我們無(wú)私的 關(guān)懷和耐心細(xì)致的指導(dǎo) 。 但是我的能力有限，對(duì)于老師的一些好的指導(dǎo)與建議也沒(méi)有能深刻體會(huì)。但在以后的學(xué)習(xí)中我會(huì)不斷的去完 善此次設(shè)計(jì)。 同時(shí)也在此衷心的感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)期間關(guān)心、支持、幫助過(guò)我的全體同學(xué)。 25 參考文獻(xiàn) [1]黎虎 . 基于 PLC和變頻器的直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)門控制系統(tǒng) [J]. 電機(jī)技術(shù) . 2020 (4) [2]左建民 .液壓與氣壓傳動(dòng) (第四版 )[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 2020 [3]田勇，高長(zhǎng)銀 .液壓與氣壓傳動(dòng)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(dòng)技術(shù)速查手冊(cè) .北京：化學(xué)工業(yè)出版社， [5]SMC（中國(guó)）有限公司 . 現(xiàn)代實(shí)用氣動(dòng) 技術(shù) [M]. 北京：機(jī)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 . PLC 電氣控制與組態(tài)設(shè)計(jì)（第二版） [M].北京：科學(xué)出版社，2020 [8]田瑞庭 . 可編程控制器應(yīng)用技術(shù) [M]. 機(jī)械工業(yè)出版社 . ， 2020 [9]李寶仁 . 氣動(dòng)技術(shù) — 低成本綜合自動(dòng)化 [M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社， 1999. [10]戴勤 .PLC在氣動(dòng)機(jī)械手控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 .自動(dòng)化應(yīng)用 [J].2020第 4期 :3537 [11]徐江敏，孟慧亮，蘇石川 .漸開(kāi)線斜齒輪的參數(shù)化設(shè)計(jì)與應(yīng)用 [J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)，2020,35（ 11）： 3335 [12]沈鵬，李濱城，楊海陽(yáng) .基于 Matlab/Simulink 的干草壓縮機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真及動(dòng)態(tài)靜力分析 [J].制造業(yè)自動(dòng)化， 2020,32（ 11）： 9094 [13]萬(wàn)啟超 ,巍和田 .Pro/ENGINEER Wildfire 結(jié)構(gòu)、熱、運(yùn)動(dòng)分析基礎(chǔ)與典型范例 [M].電子工業(yè)出版社 ， 2020,317339 [14]寧松， 黃小龍 .計(jì)算機(jī)輔助技術(shù) [M].中國(guó)水利水電出版社 .2020 [15]曹巖 .曲面建模實(shí)例精 解 [M].機(jī)械工業(yè)出版社 .2020