【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)進行了設計，并對其。通過對自動門功能、結構進行分析，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軟件進行自動門結構三維建模、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 之間的裝配約束關系并確定這 些 約束關系的定義，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果分析 機構運動學分析可以完成各種機構的運動仿真，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 的 運動，并測量主體位置、速度和加速度的改變 情況 ，檢查 元 件之間的關系， 輸出運動軌跡和包絡圖 等 。本次 自動門的 設計中 使用 了 機構運動分析模擬 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 查看運動分析結果等 內(nèi)容 。 (1)連接設置 完成自動門的 元 件裝配后，接下來是進入機構（ Mechanism）環(huán)境進行連接設置，主要是對連接位置的設定、裝配的檢測及建立快照，其中連接位置可以再組件下完成，也可在機構下重新設置。在此次設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定各種位置、速度和加速度，使機構以特定方式運轉(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 建立運動結果測量可以將機構運動分析得到的結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設計的有關信息，以便以完成機構的優(yōu)化設計。建立結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 通過設置機構建模圖元定義機構的運動方式之后，建立一個運動分析計算機構運動過程中主體的各種運動特性。使用機構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 作為捕獲機構運動的包絡。定義運動分析的操作過程如下： 選擇 “ 分析 ” /“ 機構分析 ” 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)查看運動分析結果 Mechanism 的結果查看主要是通過使用圖形顯示測量結果 和結果回放 的方式完成的。在 “ 測量結果 ” 對話框上使用 “ 圖形工具 ” 窗口，可以顯示測量結果的圖形及定義電動機和力輪廓函數(shù)。在此次設計中，只測量運動結果并查看運動結果 ，過程 如下： 結果回放： 在播放結果集時可以通過設置 “ 沖突檢測設置 ” 、 “ 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果回放，從而觀察門的開閉情況。 7 設計 總結 設計完成了自動門開閉氣動 系統(tǒng) 理論 設計和仿真 要求。 首先 ， 進行了自動門的氣動部分的設計 ，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)門的關閉。另外設計了手動按鈕，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， 使自動門的設計成本降低了 。另外， 此控制系統(tǒng)結構和原理簡單，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，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 、結構分析、 自動門部件 的設計及 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注， 提出許多中肯的建議， 并對設計審閱修正。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)設計期間對我們無私的 關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 善此次設計。 同時也在此衷心的感謝在畢業(yè)設計期間關心、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 . 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及應用 [M].北京：電子工業(yè)出版社， 2020 [4]張利平 . 液壓氣動技術速查手冊 .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 [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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