【正文】 荷 Fm 的計(jì)算滾珠絲杠副的最大工作載荷 Fm 是指滾珠絲杠副在驅(qū)動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給力。由圖 12 可知，絲杠只受進(jìn)給方向載荷F=G=100N。所以Fm=*100=115N。滾珠絲杠的最大動(dòng)載荷 C 可用以下公式計(jì)算：C= *fm*Fm (28)3L式中：L——滾珠絲杠副的工作壽命，單位為 106r； fm——運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)系數(shù)，無(wú)沖擊狀態(tài)取 1~，一般狀態(tài)取 ~，有沖擊振動(dòng)取 ~，此處取 fm=； Fm——滾珠絲杠副最大工作載荷，單位為 N； 其中：L=60nt/10 6 (29) 式中：n——絲杠轉(zhuǎn)速，n=1000v/L 0(v 為最大載荷下的進(jìn)給速度，可取最高速度的 1/3~1/2；L 0 為絲杠的基本導(dǎo)程，單位為 mm)，計(jì)算時(shí)，可根據(jù)快進(jìn)速度 vmax 和絲杠最大轉(zhuǎn)速 nmax 初選一個(gè)數(shù)值(L0=1000vmax/nmax)，待剛度驗(yàn)算后再確定；12 t——額定使用壽命，單位為 h，可取 t=15000h；將以上數(shù)值代入式(29)得 L=60*(1000*6/)*15000/106=1080(106r)。3108 額定動(dòng)載荷 Ca 的校核 滾珠絲杠的型號(hào)為 ，其額定動(dòng)載荷 Ca=10kN，遠(yuǎn)大于C=，所以滿足要求。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。由于轉(zhuǎn)矩 M 一般較小，所以式中第 2 項(xiàng)在計(jì)算時(shí)可以忽略不計(jì)，因此有 σ 1=(115*500)/(*105*20)=。13絲杠總變形量 σ=σ 1+σ 2。 滾動(dòng)軸承的選擇如今滾動(dòng)軸承多為已標(biāo)準(zhǔn)化的構(gòu)件。 絲杠滾動(dòng)軸承的選擇由于絲杠滾動(dòng)軸承主要受軸向力，所以選擇角接觸軸承。所以軸承的壽命為：Lh10= = =*105h。14 滾筒滾動(dòng)軸承的選擇綜前所述，選用角接觸軸承，選軸承 GB/T 2921994，角接觸軸承7004AC，其主要參數(shù)：內(nèi)徑：20mm； 外徑：42mm； 寬：12mm； 極限轉(zhuǎn)速：19000r/min；基本額定動(dòng)載荷：；基本額定靜載荷：； 聯(lián)軸器的選擇 聯(lián)軸器的選用，首先按工作條件選則合適的類型，然后再根據(jù)轉(zhuǎn)矩、軸徑及轉(zhuǎn)速查有關(guān)手冊(cè)選擇尺寸。參照現(xiàn)有的水箱尺寸，定其長(zhǎng)寬高分別為：900mm，500mm，200mm。 總體方案分析本次自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線是根據(jù)六口自動(dòng)飲料灌裝系統(tǒng)生產(chǎn)線的原理來(lái)設(shè)計(jì)的，其工作流程及原理如下：首先，人工將飲料瓶放置在自動(dòng)化生產(chǎn)線上（自動(dòng)化生產(chǎn)線的寬度僅夠一個(gè)瓶身通過(guò)，且兩端空隙不超過(guò) 2 毫米，瓶與瓶之間無(wú)空隙，傳送帶前后端各有一鐵桿攔住所有瓶子，并且兩端各有一光電傳感器計(jì)瓶數(shù)） 。計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，后光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制后攔截桿，后攔截桿攔截第 7 個(gè)瓶子，后光電傳感器清零。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)流量計(jì)顯示流量達(dá) 500ml 時(shí)，流量計(jì)傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 關(guān)斷噴口電磁閥，噴口停止注水。此后 PLC 控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶16子移動(dòng)，前光電傳感器開(kāi)始計(jì)滿瓶數(shù)。表 31 輸入信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配名稱 代碼 地址編號(hào)啟動(dòng)按鈕 SF1 停止按鈕 SF2 噴頭上限位行程開(kāi)關(guān) BG1 噴頭下限位行程開(kāi)關(guān) BG2 前擋桿前限位行程開(kāi)關(guān) BG3 前擋桿后限位行程開(kāi)關(guān) BG4 后擋桿前限位行程開(kāi)關(guān) BG5 后擋桿后限位行程開(kāi)關(guān) BG6 后光電開(kāi)關(guān) KF1 前光電開(kāi)關(guān) KF2 1 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG7 2 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG8 3 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG9 4 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG10 5 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG11 6 號(hào)噴頭流量計(jì)信號(hào) BG12 17 輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配輸出信號(hào) I/O 點(diǎn)地址分配如表 所示。參照西門子 S7200 產(chǎn)品目錄及市場(chǎng)實(shí)際價(jià)格，選用主機(jī) CPU226 AC/DC/繼電器。 斷路器的選型斷路器選用原則:181）空開(kāi)額定工作電壓大于等于線路額定電壓2）空開(kāi)額定電流大于等于線路負(fù)載電流3）空開(kāi)電磁脫扣器整定電流大于等于負(fù)載最大峰值電流（負(fù)載短路時(shí)電流值達(dá)到脫扣器整定值時(shí)，空開(kāi)瞬時(shí)跳閘。 ）也就是說(shuō)短路跳閘而電機(jī)啟動(dòng)電流是可以避開(kāi)的。而高壓斷路器要開(kāi)斷 1500V，電流為 15002022A 的電弧，這些電弧可拉長(zhǎng)至 2m 仍然繼續(xù)燃燒不熄滅。 吹弧熄弧的原理主要是冷卻電弧減弱熱游離，另一方面通過(guò)吹弧拉長(zhǎng)電弧加強(qiáng)帶電粒子的復(fù)合和擴(kuò)散，同時(shí)把弧隙中的帶電粒子吹散，迅速恢復(fù)介質(zhì)的絕緣強(qiáng)度。如表 33 所示。通用接觸器可大致分以下兩類。主要有電磁機(jī)構(gòu)、觸頭系統(tǒng)、滅弧裝置等組成。2）直流接觸器，一般用于控制直流電器設(shè)備，線圈中通以直流電，直流接觸器的動(dòng)作原理和結(jié)構(gòu)基本上與交流接觸器是相同的。所以接觸器的額定電流為：4IN=36A 綜上所述，本系統(tǒng)選用 CJX209 接觸器：額定電壓為 220V。 行程開(kāi)關(guān)的選型行程開(kāi)關(guān)又稱限位開(kāi)關(guān)或位置開(kāi)關(guān)。行程開(kāi)關(guān)的動(dòng)作原理與控制按鈕相似，在機(jī)床設(shè)備中，事先將行程開(kāi)關(guān)根據(jù)工藝要求安裝在一定位置上，部件在運(yùn)行中，裝在其上撞塊壓下行程開(kāi)關(guān)頂桿，使行程開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)動(dòng)作而實(shí)現(xiàn)電路的切換，達(dá)到控制運(yùn)動(dòng)部件行程位置的目的。如表 33 所示。如表 33 所示。 流量計(jì)的選型根據(jù)系統(tǒng)整體要求，選用橢圓齒輪流量計(jì)，型號(hào)為 LWGY。橢圓齒輪流量計(jì)是容積式流量計(jì)的一種，用于緊密的連續(xù)或間斷的測(cè)量管道中液體的流量或瞬時(shí)流量，精度較高。因而，要經(jīng)常注意觀察，并定期拆下進(jìn)行檢查，若條件允許最好定期進(jìn)行標(biāo)定。本設(shè)計(jì)采用的主要是直動(dòng)式電磁閥。如表 33 所示。所有電機(jī)過(guò)載保護(hù)均采用熔斷器保護(hù)。設(shè)有電磁閥作為各種狀態(tài)的輸出，電磁閥的數(shù)量為 10 個(gè)。 傳送帶電機(jī)接線圖 如圖 32 所示，傳送帶由一個(gè)三相異步電機(jī)控制。QA03 的閉合與否可由啟動(dòng)按鈕和停止按鈕控制，也可由自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中 PLC 說(shuō)給的相應(yīng)型號(hào)來(lái)控制。當(dāng) QA05 接觸器閉合時(shí)，絲杠電機(jī)正轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠向下運(yùn)動(dòng)；當(dāng) QA06 接觸器閉合時(shí)，絲杠電機(jī)反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)絲杠向上運(yùn)動(dòng)。電磁閥不能直接連在 PLC 上，應(yīng)該使用中間繼電器來(lái)實(shí)現(xiàn)。23圖 34 電磁閥電氣圖 控制系統(tǒng)接線圖 如圖 35 所示，為控制系統(tǒng)接線圖?？刂葡到y(tǒng)選用CPU226 作為主電路板來(lái)驅(qū)動(dòng)整個(gè)電路。程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通過(guò)一個(gè)主程序調(diào)用其他子程序或中斷程序，保證了程序結(jié)構(gòu)的清晰；可以用語(yǔ)句表(STL)和梯型圖(LAD) 編程；可以進(jìn)行符號(hào)編程；通過(guò)符號(hào)表分配符號(hào)和絕對(duì)地址，并可打印輸出；支持三角函數(shù)，開(kāi)方，對(duì)數(shù)運(yùn)算功能；指令集易學(xué)，指令由容易記的縮寫組成。進(jìn)行 PLC 控制邏輯程序設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下幾個(gè)基本步驟。(2)建立功能規(guī)范寫出被控對(duì)象或機(jī)器的每部分的描述，它包括輸入/輸出點(diǎn)(I/O) 、操作的功能描述、每個(gè)執(zhí)行器(線圈、電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器等)的允許狀態(tài)(執(zhí)行前要滿足的狀態(tài))、操作接口的描述、與被控對(duì)象或機(jī)器的其他部分的接口。當(dāng)不希望的或不正確的機(jī)器操作會(huì)造成人身傷害或嚴(yán)重的財(cái)產(chǎn)損失時(shí)，應(yīng)該考慮采用和 CPU 獨(dú)立的機(jī)電冗余來(lái)防止不安全的操作。(4)詳細(xì)說(shuō)明操作站根據(jù)功能描述的要求建立操作站的配置圖，包括：與控制對(duì)象或機(jī)器有關(guān)的每個(gè)操作站的位置總圖、操作站的設(shè)備機(jī)械圖(顯示、開(kāi)關(guān)、指示燈等)、與CPU 或擴(kuò)展模塊有關(guān)的電氣圖。(6)建立符號(hào)名表如果選擇了符號(hào)名尋址，需要對(duì)絕對(duì)地址建立一個(gè)符號(hào)名表。為完成廣泛的自動(dòng)化任務(wù)，S7200CPU 提供許多類型的指令。 IEC 指令集不提供語(yǔ)句表編輯器。梯形圖程序讓CPU 仿真來(lái)自電源的電流通過(guò)一系列的輸入邏輯條件，根據(jù)結(jié)果決定邏輯輸出的允許條件。梯形圖用圖形符號(hào)表示的指令包括三個(gè)基本形式：觸點(diǎn)—代表邏輯“輸入”條件，例如，開(kāi)關(guān)，按鈕，內(nèi)部條件等；線圈—通常代表邏輯“輸出”結(jié)果，例如，燈，電機(jī)啟動(dòng)器，中間繼電器，內(nèi)部輸出條件等；盒—代表附加指令，例如，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器或數(shù)學(xué)運(yùn)算指令。利用功能塊圖編輯器可以可以查看到像普通邏輯門圖形的邏輯盒指令。程序邏輯由這些盒指令之間的連接決定。圖形邏輯門表示格式有利于程序流的跟蹤。啟動(dòng)機(jī)器，后攔截桿收回，傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。延時(shí) 2S 后，傳送帶停止工作。當(dāng)噴口下壓到下限位時(shí)，噴口下限位行程開(kāi)關(guān)打向另一側(cè)，使 PLC 傳輸信號(hào)給噴口上的電磁閥，電磁閥開(kāi)通，橢圓齒輪流量計(jì)開(kāi)始計(jì)流量，噴口開(kāi)始注水。隨后 PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)噴口上抬置頂，觸發(fā)噴口上限位行程開(kāi)關(guān)。當(dāng)計(jì)數(shù)至 6 個(gè)時(shí)，前光電傳感器傳輸信號(hào)給 PLC，PLC 控制前攔截桿伸出，后攔截桿收回，前光電傳感器清零，后光電傳感器繼續(xù)計(jì)數(shù)，而后往復(fù)循環(huán)。按下啟動(dòng)按鈕，則傳送帶啟動(dòng)；若不按停止按鈕，則狀態(tài)轉(zhuǎn)移使后攔截桿收回；若按下停止按鈕，則傳送帶停止。傳送帶將瓶子往前移，移至后光電傳感器下端時(shí)，后光電傳感器自動(dòng)計(jì)數(shù)。前光電傳感器程序結(jié)構(gòu)與后光電傳感器相同，這里不作贅述。此時(shí) PLC 傳輸信號(hào)給絲杠電機(jī)，絲杠電機(jī)帶動(dòng)絲杠使噴口向下運(yùn)動(dòng)。圖 45 灌裝過(guò)程控制程序如圖 46 所示，噴口開(kāi)始注水時(shí)，橢圓齒輪流量計(jì)開(kāi)始計(jì)流量。圖中為 1 號(hào)流量計(jì)控制程序，其他流量計(jì)控制程序與其類似。此后PLC 控制傳送帶電機(jī)帶動(dòng)傳動(dòng)帶，前攔截桿收回，瓶子移動(dòng)，前光電傳感器開(kāi)始計(jì)滿瓶數(shù)。用戶程序一般先在實(shí)驗(yàn)室模擬調(diào)試，實(shí)際的輸入信號(hào)可以用鈕子開(kāi)關(guān)和按鈕來(lái)模擬，各輸出量的通／斷狀態(tài)用 PLC 上有關(guān)的發(fā)光二極管來(lái)顯示，一般不用接 PLC 實(shí)際的負(fù)載 (如接觸器、電磁閥等)。對(duì)于順序控制程序，調(diào)試程序的主要任務(wù)是檢查程序的運(yùn)行是否符合功能表圖的規(guī)定，即在某一轉(zhuǎn)換條件實(shí)現(xiàn)時(shí)，是否發(fā)生步的活動(dòng)狀態(tài)的正確變化，即該轉(zhuǎn)換所有的前級(jí)步是否變?yōu)椴换顒?dòng)步，所有的后續(xù)步是否變?yōu)榛顒?dòng)步，以及各步被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載是否發(fā)生相應(yīng)的變化。發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后應(yīng)及時(shí)修改梯形圖和 PLC 中的程序，直到在各種可能的情況下輸入量與輸出量之間的關(guān)系完全符合要求。 　　在設(shè)計(jì)和模擬調(diào)試程序的同時(shí)，可以設(shè)計(jì)、制作控制臺(tái)或控制柜，PLC 之外的其他硬件的安裝、接線工作也可以同時(shí)進(jìn)行。從開(kāi)始接到論文題目到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，再到論文文章的完成，每走一步對(duì)我來(lái)說(shuō)都是自己所學(xué)知識(shí)的嘗試與挑戰(zhàn)，這也是我在大學(xué)期間完成的最大的項(xiàng)目。從中我也充分認(rèn)識(shí)到了 PLC 在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的重要性，以及它為我們生活帶來(lái)的便利。在整個(gè)過(guò)程中遇到了許多未接觸過(guò)的知識(shí)，全都需要自己查閱資料，自我學(xué)習(xí)，感覺(jué)自己學(xué)習(xí)到了很多新東西?？磥?lái)以后工了中還有許多需要學(xué)習(xí)的。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我的以后工作都有著重要意義。離校日期已日趨臨近，畢業(yè)論文的的完成也隨之進(jìn)入了尾聲。在做畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，過(guò)去四年中學(xué)過(guò)的東西如機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)械制圖、現(xiàn)代電氣控制及 PLC 應(yīng)用技術(shù)等得到了復(fù)習(xí)和鞏固。從開(kāi)始進(jìn)入課題到論文的順利完成，一直都離不開(kāi)老師、同學(xué)、朋友給我熱情的幫助，在這里請(qǐng)接受我誠(chéng)摯的謝意!同時(shí)四年寒窗，所收獲的不僅僅是愈加豐厚的知識(shí)，更重要的是在閱讀、實(shí)踐中所培養(yǎng)的思維方式、表達(dá)能力和廣闊視野。感恩之情難以用語(yǔ)言量度，謹(jǐn)以最樸實(shí)的話語(yǔ)致以最崇高的敬意