多工位搬运机旋转系统设计(附件)【字数：10369】
摘 要 本设计主要设计的是多工位搬的旋转系统。本设计主要分为两部分，一部分是机械设计，一部分是控制部分。机械部分主要设计电机的选择、齿轮减速器的设计以及对选择工作平台和底座的设计。由设计要求我们知道，机械手加上负载大概有90kg，由负载我们可以将电机的转速、扭矩、输出功率，然后在松下官网通过条件筛选，可以将电机的型号给确定下来， 通过松下官网我们可以找到合适的电机驱动器，由于电机的输出转速过高，我们将电机与齿轮减速器相连，降低转速，由于减速器输出轴的转向和工作选择平台的转向不再一个面上，我就用两个圆锥齿轮的啮合来改变。控制部分主要有硬件的选型以及硬件连接图，本设计选用的plc为欧姆龙公司的plc，通过高速计数器来确保选择工作平台的转速达到设计的要求。在画好流程图，确定了程序的流程之后我把程序写了出来，并且加上了人机界面，方便用户自己去了解工作平台的实时位置和速度，当然，用户也可以根据自己的需要来改变工作平台的工位。
目录
第一章 绪论 4
1.1多工位搬运机概述、课题背景、国内外发展 4
第二章 总体方案设计 5
第三章 机械方案设计 6
3.1转架的设计 6
3.2驱动方案设计 7
3.2.1驱动方式的确定 7
3.2.2确定齿轮减速器的效率 7
3.2.3 算电动机容量 8
3.3 齿轮减速器的设计 8
3.3.1 计算出总传动比 8
3.3.2 计算出各轴的转速、功率和转矩 9
3.4减速器高速级齿轮传动设计计算 10
3.4.1确定齿轮的参数、材料和加工精度 10
3.4.2按齿面接触疲劳强度设计 11
3.4.3确定传动尺寸 12
3.4.4计算锥齿轮传动其它几何参数 13
3.5减速器低速级齿轮传动设计计算 15
3.5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 15
3.5.2 按齿面接触疲劳强度设计 15
3.5.3确定传动尺寸 17
3.5.4计算锥齿轮传动其它几何参数 18
表35 低速级齿轮参数 19
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/> 3.6 轴的设计 19
3.6.1高速轴的设计 19
3.6.2 中间轴的设计 24
3.6.3低速轴设计计算 28
3.7联轴器的选择 33
3.8 低速轴上的轴承校核 34
3.9 方案二： 34
3.9.1凸轮分解器的原理 35
第四章 控制系统 36
4.1.控制器的选择 36
4.2传感元件选择 37
4.3 伺服电机驱动器的选择 37
4.4 触摸屏型号的选择 37
4.5 控制系统软件设计 38
4.5.1流程图的设计 38
4.5.2 I/O口的分配 39
4.5.3 硬件连接图 39
4.5.4程序设计 40
4.5.5 HMI 46
结束语 50
致谢 51
参考文献 52
绪论
1.1多工位搬运机概述、课题背景、国内外发展
随着时间的推移，我国的工业化正在不断的发展当中，随之而来的，多工位搬运机也就开始不断的在工业发展中扮演着非常重要的角色，不断的在推动着工业自动化的发展。因为运输机省时省力，所以，不断的受到人们的青睐。由于我国社会该阶段人力报酬比较的贵，所以，搬运机在工厂等地方会随着增加它在生产中的分量各式各样的搬运机被设计制造了出来。但是，同时也会带来很多新的问题比如加大了对材料的选用和对机械结构的分析的难度以及对安全性难度的增加。在这个搬运机发展的关键时候，我们要在保持原有优势的基础上，不断的去学习，借鉴，创新出术语自己的风格。只有不断的进步、不断的创新，才能跟上时代的脚步，不会被时代淘汰掉。要知道，我国搬运机的发展时间是要远远短于西方的欧美国家的，三人行必有我师焉，在和西方国家一同走在搬运机发展的路上，他们肯定是有值得我们去借鉴学习的地方的。我们都知道万事开头难，前人们已经帮我们开了一个好头，作为国家的接班人，我们要在前人的基础上不断继承和创新，在工业化越来越要求效率的时代，人工的搬运已经跟不上时代的脚步，注定会被渐渐的淘汰掉，这就更加需要运输机的发展跟上时代。搬运机的先进程度往往衡量了一个国家的工业自动化发展的状况。可以说，搬运机在很大程度上大大的缩短了工业生产的时间，为企业创造了很多的财富。人类是在不断的进步当中的，随着而来的就是很多新的东西，前人们就在这样摸索着前进的。
在现代工业车间里面，不管是单个的机械还是组合的机床以及现在已经普及了的流水线生产，都需要用到搬运机，可以这么说，一旦少掉了搬运机的存在，那么对这些生产线将会产生很大的负面影响。人工搬运是有弊端的，首先。人工需要休息，不能做到一直不停的工作，然后，人工有的时候会出错，没有机械来的精确。如今，国内外搬运机的发展状况如下，国外：搬运机不断的再往高性能，机械结构可重组化发张。从上世纪五十年代开始，许多西方国家在发张搬运机自动化方面取得了很大的进步；国内：很多企业越来越自动化，大量的购进搬运机，来较少人力。这更加促进了搬运机的发展。在二十世纪八十年代，我们国家才开始注重搬运机的发展，但是，在不断的吸收欧美国家搬运机设计上的一些有点在加上自身的创造，我国的搬运机在短短的时间内就有了质的飞跃。当然，随着搬运机的越来越普及，很多问题也就来了，比如安全问题，这就要求设计师在设计的时候付出更加多的心血和耐心。
总体方案设计
我做的这个设计主要是分成两个部分，一个部分是机械结构的设计，一个部分是控制的设计。外形尺寸为3600X3000X1600mm，完成运输机的旋转运动，工位数3，设备运行速度次数：610次/min，回转手臂最大速度120r/min，最大抓取重量为60kg。
方案一：本系统能实现的功能： 按下开启按钮时，PLC得到信号，将要走的角度转户为脉冲发出给步进电机驱动器。步进电机驱动器控制电动机启动，电动机持续提高转速，本设计选择步进电机，因为电机的输出转速比较高需要通过减速器将电机的转速降下来之后，通过两个圆锥齿轮的45°啮合来改变齿轮减速器输出轴的转向，然后在于旋转工作平台相连并在旋转轴上装一个位移传感器，确保轴的转速不会超过回转手臂所能达到的最大转速，而且有人机界面，可以实时的把握旋转工作平台转过的角度以及速度，该方案的三工位通过控制部分来实现，如图21所示。
图21 系统总体图
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第一章 绪论 4
1.1多工位搬运机概述、课题背景、国内外发展 4
第二章 总体方案设计 5
第三章 机械方案设计 6
3.1转架的设计 6
3.2驱动方案设计 7
3.2.1驱动方式的确定 7
3.2.2确定齿轮减速器的效率 7
3.2.3 算电动机容量 8
3.3 齿轮减速器的设计 8
3.3.1 计算出总传动比 8
3.3.2 计算出各轴的转速、功率和转矩 9
3.4减速器高速级齿轮传动设计计算 10
3.4.1确定齿轮的参数、材料和加工精度 10
3.4.2按齿面接触疲劳强度设计 11
3.4.3确定传动尺寸 12
3.4.4计算锥齿轮传动其它几何参数 13
3.5减速器低速级齿轮传动设计计算 15
3.5.1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 15
3.5.2 按齿面接触疲劳强度设计 15
3.5.3确定传动尺寸 17
3.5.4计算锥齿轮传动其它几何参数 18
表35 低速级齿轮参数 19
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/> 3.6 轴的设计 19
3.6.1高速轴的设计 19
3.6.2 中间轴的设计 24
3.6.3低速轴设计计算 28
3.7联轴器的选择 33
3.8 低速轴上的轴承校核 34
3.9 方案二： 34
3.9.1凸轮分解器的原理 35
第四章 控制系统 36
4.1.控制器的选择 36
4.2传感元件选择 37
4.3 伺服电机驱动器的选择 37
4.4 触摸屏型号的选择 37
4.5 控制系统软件设计 38
4.5.1流程图的设计 38
4.5.2 I/O口的分配 39
4.5.3 硬件连接图 39
4.5.4程序设计 40
4.5.5 HMI 46
结束语 50
致谢 51
参考文献 52
绪论
1.1多工位搬运机概述、课题背景、国内外发展
随着时间的推移，我国的工业化正在不断的发展当中，随之而来的，多工位搬运机也就开始不断的在工业发展中扮演着非常重要的角色，不断的在推动着工业自动化的发展。因为运输机省时省力，所以，不断的受到人们的青睐。由于我国社会该阶段人力报酬比较的贵，所以，搬运机在工厂等地方会随着增加它在生产中的分量各式各样的搬运机被设计制造了出来。但是，同时也会带来很多新的问题比如加大了对材料的选用和对机械结构的分析的难度以及对安全性难度的增加。在这个搬运机发展的关键时候，我们要在保持原有优势的基础上，不断的去学习，借鉴，创新出术语自己的风格。只有不断的进步、不断的创新，才能跟上时代的脚步，不会被时代淘汰掉。要知道，我国搬运机的发展时间是要远远短于西方的欧美国家的，三人行必有我师焉，在和西方国家一同走在搬运机发展的路上，他们肯定是有值得我们去借鉴学习的地方的。我们都知道万事开头难，前人们已经帮我们开了一个好头，作为国家的接班人，我们要在前人的基础上不断继承和创新，在工业化越来越要求效率的时代，人工的搬运已经跟不上时代的脚步，注定会被渐渐的淘汰掉，这就更加需要运输机的发展跟上时代。搬运机的先进程度往往衡量了一个国家的工业自动化发展的状况。可以说，搬运机在很大程度上大大的缩短了工业生产的时间，为企业创造了很多的财富。人类是在不断的进步当中的，随着而来的就是很多新的东西，前人们就在这样摸索着前进的。
在现代工业车间里面，不管是单个的机械还是组合的机床以及现在已经普及了的流水线生产，都需要用到搬运机，可以这么说，一旦少掉了搬运机的存在，那么对这些生产线将会产生很大的负面影响。人工搬运是有弊端的，首先。人工需要休息，不能做到一直不停的工作，然后，人工有的时候会出错，没有机械来的精确。如今，国内外搬运机的发展状况如下，国外：搬运机不断的再往高性能，机械结构可重组化发张。从上世纪五十年代开始，许多西方国家在发张搬运机自动化方面取得了很大的进步；国内：很多企业越来越自动化，大量的购进搬运机，来较少人力。这更加促进了搬运机的发展。在二十世纪八十年代，我们国家才开始注重搬运机的发展，但是，在不断的吸收欧美国家搬运机设计上的一些有点在加上自身的创造，我国的搬运机在短短的时间内就有了质的飞跃。当然，随着搬运机的越来越普及，很多问题也就来了，比如安全问题，这就要求设计师在设计的时候付出更加多的心血和耐心。
总体方案设计
我做的这个设计主要是分成两个部分，一个部分是机械结构的设计，一个部分是控制的设计。外形尺寸为3600X3000X1600mm，完成运输机的旋转运动，工位数3，设备运行速度次数：610次/min，回转手臂最大速度120r/min，最大抓取重量为60kg。
方案一：本系统能实现的功能： 按下开启按钮时，PLC得到信号，将要走的角度转户为脉冲发出给步进电机驱动器。步进电机驱动器控制电动机启动，电动机持续提高转速，本设计选择步进电机，因为电机的输出转速比较高需要通过减速器将电机的转速降下来之后，通过两个圆锥齿轮的45°啮合来改变齿轮减速器输出轴的转向，然后在于旋转工作平台相连并在旋转轴上装一个位移传感器，确保轴的转速不会超过回转手臂所能达到的最大转速，而且有人机界面，可以实时的把握旋转工作平台转过的角度以及速度，该方案的三工位通过控制部分来实现，如图21所示。
图21 系统总体图
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