齿轮齿条机构的建模与控制系统的设计(附件)
摘 要摘 要伴随着产业自动化程度的快速提升，在产品生产过程中计算机正被普遍使用，本次课题主要探讨的是齿轮齿条机构的建模及控制系统的设计。本次设计包含了齿轮齿条机构的设计、齿轮齿条模型的建立、设计机构的运动仿真、控制系统的设计以及监控软件的添加。本次课题中的齿轮齿条机构的三维模型的建立是采用UG10.0完成的，该课题运用UG软件绘制了齿轮齿条机构的三维模型，并且生成了运动动画的视频，机构运动的情况是通过运动仿真的分析来实现的，齿轮齿条传动的特点是构造简易以及传动功能高，齿轮拥有传动安稳，传动比精确，工作可靠、工作效能高、使用时间长，还有利用的功率、速率及尺寸限度大等特质;并且利用PLC实现对齿轮齿条机构运动的控制;行驶组态软件达成对机构运动监督的效果，透过直接、明了的实时运动状况的显示界而，十分简单直接的监督本次设计中的机构每时每刻的运动状况，并且即刻落实操控记录、趋向曲线等监督功能，并生成历史数据文件。关键词：齿轮齿条；建模；运动仿真；PLC；组态王 目 录
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究意义 2
1.3 研究内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 齿轮齿条的设计与校核 4
2.1 齿轮齿条的材料选择 4
2.2 齿轮齿条的设计 4
2.2.1 各项系数的选定 5
2.2.2 齿轮传动的设计参数、许用应力的选择 6
2.2.3 齿轮的设计计算 7
2.3 齿轮齿条的校核 9
2.3.1 齿面接触疲劳强度校核 9
2.3.2 齿根弯曲疲劳强度校核 11
2.4 本章小结 12
第三章 齿轮齿条机构的建模与仿真 13
3.1 UG软件概述 13
3.2 齿轮齿条机构三维模型的建立 13
3.2.1 齿轮的建模 13
3.2.2 齿条以及其余部件的建模 15
3.2.3 齿轮齿条机构的装配 18
3.3 齿轮齿条机构的运动仿真 21
3.4 本章小结 22
第四章 控制系统的设计 23
4.1 PLC
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3.1 UG软件概述 13
3.2 齿轮齿条机构三维模型的建立 13
3.2.1 齿轮的建模 13
3.2.2 齿条以及其余部件的建模 15
3.2.3 齿轮齿条机构的装配 18
3.3 齿轮齿条机构的运动仿真 21
3.4 本章小结 22
第四章 控制系统的设计 23
4.1 PLC控制概述 23
4.1.1 PLC简介 23
4.1.2 工作原理 23
4.1.3 程序设计 23
4.2 组态软件的监控 25
4.2.1 组态王建立应用工程 25
4.2.2 工程的建立与设计画面 26
4.2.3 创建组态画面 27
4.2.4 定义外部设备 28
4.2.5 构造数据库 29
4.2.6 建立动画连接 30
4.2.7 画面命令语言 32
4.3 本章小结 33
总结与展望 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景
齿轮齿条机构的构造简易，传动能力较强，普遍使用在电梯、吊装船升降系统、天窗制作以及起床制造等行业。齿轮齿条的连接操作性好，相互之间运动稳定性好，操作灵活、简便，链接可靠性强，传动效率好、精确程度较高，使用时间长，速读调节也很方便，可调速度范围较大。因此，齿轮齿条机构被广泛的运用。
能源是众生生存的根本，每个人的生活都离不开能源的消耗，比如家用电器需要消耗电，比如机动车辆需要消耗石油，能源关乎着国计民生，能源的充足与否关乎着国家发展。而中国作为世界上人口最多的国家，能源得消耗也是十分巨大的，石油的资源是有限的，故而，新能源得开发利用迫在眉睫，其中，风能吸引了大家的目光，陆地上的风能利用已经技术相当成熟，但是，海洋占据了地球的百分之七十，而且海洋上的风能比立地上的风能更强，海上风能是一块巨大的宝藏，但是海上风能源的收集难度远远高出陆地风能源的利用难度。风力发电需要安装风电机组，海上风电机组的安装难度颇高，而风电机组又是风电基地建设的关键技术，目前还没有一个非常适合安装海上风电机组的设施，都是依靠大吨位的浮吊还有起重船来进行机组的安装，但是代价很高，而现在最先进的海上风电机组安装设施是自升式安装船，即可以航行又可以定位在某一处，通过升降装置将船体移出水面。其升降装置是它的关键，而它的升降装置原理以及结构与海洋风电吊装船升降机构相同，而升降机构的主题就是齿轮齿条机构，海洋风电吊装船是我国海上风电技术发展的主体，其中齿轮齿条式吊装船的优点是升降速度较快，操作简明易了，易于对位。
PLC是顺应新时代发展起来的一种产业控制装置，用来控制机械的自动化生产，伴随着微处理器技术的飞速发展，PLC的发展也十分的快速，在社会的各个生产领域之内，自动化生产所占比重也越来越多。PLC是特地为产业的生产提供控制功能的装置，在近四十年中，PLC的发展可谓是跨越性的发展，它将它的功能从弱到强，将它运用的范围也扩大了很多，现在，PLC正在向产业控制的主流进军，它将会施展出越来越大的作用。
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的涌现才逐渐被众多的工业生产自动化技术人员所熟知的。随着产业控制技术的发展与运用，PC的优点也日渐明朗，其优点如下：PC技术的发展趋势一直呈上升趋势，其各方面技术都渐渐完善；只要较低本钱就可以拥有PC的产业控制系统；PC各项资源都很充分，操作性好；PC系统简单快捷便于初学者学习与使用。组态软件作为一种监控软件，有效的保证了产品生产的安全与准确，可以实时观察机构的运行，还可以远距离控制，这在工业发展的过程中是非常有必要的，所以组态软件必然在工业的控制领域中占有者十分重要且特别的地位。
本次设计的主要内容就是齿轮齿条机构的设计校核与机构的建模仿真及其控制系统的设计。为使这个设计题目紧密结合实际，我准备借助海上风电吊装船上面的升降系统作为模型来进行齿轮齿条机构的设计。通过完成本次的设计，可以学习到很多的东西，可以锻炼自我分析与解决问题的能力，可以反思自己的不足，可以锻炼自己对软件的运用，可以提高自己的三维想象能力。
1.2 研究意义
齿轮齿条机构已经被普遍使用，在很多重要的机械设备中都起着至关重要的作用，比如吊装船的升降系统，吊装船对海上风电的发展有着很大的帮助，在能源紧缺的今天，若是海洋风电吊装船发展比较完善，那对海上风能源的开发将是一大助力，对我国的发展也有着至关重要的作用。而升降系统则是吊装船中的一个比较关键的系统，在此之中，齿轮齿条机构的传动择时升降系统的根本。因此齿轮齿条机构虽然简单，但它所起的作用则是意义重大的。
PLC可以说是一个数字运算电子系统，不过该系统是专门针对产业生产情况来设计的，它把计算机、通讯以及自动控制三大技能熔于一炉并得到升华，变成了少可至单机自动化多可至整个车间均为自动化的中枢设置，具有可靠程度高，工作效率强，配和变通，编程简易，修整便利等优点。随着工业技术的进步，PLC的控制功能也由最简单的逻辑控制以及顺序控制发展变成比较复杂的连续控制以及过程控制，成为了工业自动化领域内的三大技术支柱之一。
伴随着PLC与组态软件连接来控制并监控机械设备的技术的逐渐完善。PLC与组态软件相结合的控制系统正在慢慢占领控制系统的市场。PLC是控制系统的核心，但随着技术的发展与人们的
第一章 绪论 1
1.1 选题背景 1
1.2 研究意义 2
1.3 研究内容 3
1.4 本章小结 3
第二章 齿轮齿条的设计与校核 4
2.1 齿轮齿条的材料选择 4
2.2 齿轮齿条的设计 4
2.2.1 各项系数的选定 5
2.2.2 齿轮传动的设计参数、许用应力的选择 6
2.2.3 齿轮的设计计算 7
2.3 齿轮齿条的校核 9
2.3.1 齿面接触疲劳强度校核 9
2.3.2 齿根弯曲疲劳强度校核 11
2.4 本章小结 12
第三章 齿轮齿条机构的建模与仿真 13
3.1 UG软件概述 13
3.2 齿轮齿条机构三维模型的建立 13
3.2.1 齿轮的建模 13
3.2.2 齿条以及其余部件的建模 15
3.2.3 齿轮齿条机构的装配 18
3.3 齿轮齿条机构的运动仿真 21
3.4 本章小结 22
第四章 控制系统的设计 23
4.1 PLC
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
3.1 UG软件概述 13
3.2 齿轮齿条机构三维模型的建立 13
3.2.1 齿轮的建模 13
3.2.2 齿条以及其余部件的建模 15
3.2.3 齿轮齿条机构的装配 18
3.3 齿轮齿条机构的运动仿真 21
3.4 本章小结 22
第四章 控制系统的设计 23
4.1 PLC控制概述 23
4.1.1 PLC简介 23
4.1.2 工作原理 23
4.1.3 程序设计 23
4.2 组态软件的监控 25
4.2.1 组态王建立应用工程 25
4.2.2 工程的建立与设计画面 26
4.2.3 创建组态画面 27
4.2.4 定义外部设备 28
4.2.5 构造数据库 29
4.2.6 建立动画连接 30
4.2.7 画面命令语言 32
4.3 本章小结 33
总结与展望 34
致 谢 35
参考文献 36
第一章 绪论
1.1 选题背景
齿轮齿条机构的构造简易，传动能力较强，普遍使用在电梯、吊装船升降系统、天窗制作以及起床制造等行业。齿轮齿条的连接操作性好，相互之间运动稳定性好，操作灵活、简便，链接可靠性强，传动效率好、精确程度较高，使用时间长，速读调节也很方便，可调速度范围较大。因此，齿轮齿条机构被广泛的运用。
能源是众生生存的根本，每个人的生活都离不开能源的消耗，比如家用电器需要消耗电，比如机动车辆需要消耗石油，能源关乎着国计民生，能源的充足与否关乎着国家发展。而中国作为世界上人口最多的国家，能源得消耗也是十分巨大的，石油的资源是有限的，故而，新能源得开发利用迫在眉睫，其中，风能吸引了大家的目光，陆地上的风能利用已经技术相当成熟，但是，海洋占据了地球的百分之七十，而且海洋上的风能比立地上的风能更强，海上风能是一块巨大的宝藏，但是海上风能源的收集难度远远高出陆地风能源的利用难度。风力发电需要安装风电机组，海上风电机组的安装难度颇高，而风电机组又是风电基地建设的关键技术，目前还没有一个非常适合安装海上风电机组的设施，都是依靠大吨位的浮吊还有起重船来进行机组的安装，但是代价很高，而现在最先进的海上风电机组安装设施是自升式安装船，即可以航行又可以定位在某一处，通过升降装置将船体移出水面。其升降装置是它的关键，而它的升降装置原理以及结构与海洋风电吊装船升降机构相同，而升降机构的主题就是齿轮齿条机构，海洋风电吊装船是我国海上风电技术发展的主体，其中齿轮齿条式吊装船的优点是升降速度较快，操作简明易了，易于对位。
PLC是顺应新时代发展起来的一种产业控制装置，用来控制机械的自动化生产，伴随着微处理器技术的飞速发展，PLC的发展也十分的快速，在社会的各个生产领域之内，自动化生产所占比重也越来越多。PLC是特地为产业的生产提供控制功能的装置，在近四十年中，PLC的发展可谓是跨越性的发展，它将它的功能从弱到强，将它运用的范围也扩大了很多，现在，PLC正在向产业控制的主流进军，它将会施展出越来越大的作用。
“组态”的概念是伴随着集散型控制系统的涌现才逐渐被众多的工业生产自动化技术人员所熟知的。随着产业控制技术的发展与运用，PC的优点也日渐明朗，其优点如下：PC技术的发展趋势一直呈上升趋势，其各方面技术都渐渐完善；只要较低本钱就可以拥有PC的产业控制系统；PC各项资源都很充分，操作性好；PC系统简单快捷便于初学者学习与使用。组态软件作为一种监控软件，有效的保证了产品生产的安全与准确，可以实时观察机构的运行，还可以远距离控制，这在工业发展的过程中是非常有必要的，所以组态软件必然在工业的控制领域中占有者十分重要且特别的地位。
本次设计的主要内容就是齿轮齿条机构的设计校核与机构的建模仿真及其控制系统的设计。为使这个设计题目紧密结合实际，我准备借助海上风电吊装船上面的升降系统作为模型来进行齿轮齿条机构的设计。通过完成本次的设计，可以学习到很多的东西，可以锻炼自我分析与解决问题的能力，可以反思自己的不足，可以锻炼自己对软件的运用，可以提高自己的三维想象能力。
1.2 研究意义
齿轮齿条机构已经被普遍使用，在很多重要的机械设备中都起着至关重要的作用，比如吊装船的升降系统，吊装船对海上风电的发展有着很大的帮助，在能源紧缺的今天，若是海洋风电吊装船发展比较完善，那对海上风能源的开发将是一大助力，对我国的发展也有着至关重要的作用。而升降系统则是吊装船中的一个比较关键的系统，在此之中，齿轮齿条机构的传动择时升降系统的根本。因此齿轮齿条机构虽然简单，但它所起的作用则是意义重大的。
PLC可以说是一个数字运算电子系统，不过该系统是专门针对产业生产情况来设计的，它把计算机、通讯以及自动控制三大技能熔于一炉并得到升华，变成了少可至单机自动化多可至整个车间均为自动化的中枢设置，具有可靠程度高，工作效率强，配和变通，编程简易，修整便利等优点。随着工业技术的进步，PLC的控制功能也由最简单的逻辑控制以及顺序控制发展变成比较复杂的连续控制以及过程控制，成为了工业自动化领域内的三大技术支柱之一。
伴随着PLC与组态软件连接来控制并监控机械设备的技术的逐渐完善。PLC与组态软件相结合的控制系统正在慢慢占领控制系统的市场。PLC是控制系统的核心，但随着技术的发展与人们的
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