電動控制器的設計.doc

圖書分類號：密 級：畢業(yè)設計(論文)電動控制器的設計the design of electric controller 學生姓名學院名稱專業(yè)名稱指導教師20*年5月27日 徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)摘要這篇課程設計的論文主要闡述的是一套系統(tǒng)的關于閥門的電動控制器的設計，這是實現(xiàn)對開環(huán)系統(tǒng)中的閥門的開關閉合的控制實現(xiàn)閥門自控，程控和遙控不可缺少的驅動設備。本文借鑒國內(nèi)外閥門電動執(zhí)行機構及其控制器的有效的成功經(jīng)驗,在此基礎上，遵循“安全、可靠、簡便、先進”的設計原則。在論文中，首先，根據(jù)要求對該系統(tǒng)提出了傳動系統(tǒng)的方案設計，接著通過查閱資料確定選用電動機的型號，接著對主要參數(shù)進行分析計算選擇確定合適的傳動部件。然后對其結構粗設計，接著就按設計準則和設計理論進行尺寸的計算和校核。最后是對電氣控制部分的電路設計。由于閥門的應用非常廣泛，手工機械調(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用。本設計能夠在較安全的情況下工作，而且效率提高幾倍，故設計閥門電動控制器具有實際意義。電動控制器是工業(yè)過程控制系統(tǒng)中一個十分重要的現(xiàn)場驅動裝置 ，有體積小、接線方便、精度高、操作簡單、智能化的優(yōu)點, 是一種經(jīng)濟實用的產(chǎn)品, 具有廣闊的市場開發(fā)前景。關鍵詞 閥門；聯(lián)軸器；電動控制器；蝸輪蝸桿減速器；plcabstract this article mainly elaborates the course design of the paper was a system about elctric controller of valve.this is an indispensable drive device to achieve the self-control and remote control valve of an open loop. in the paper, i use the success of valve actuators controller from home and abroad as an reference.on this basis ,followed by the rules ofsafe 、reliable、simple、advanced.firstly, upon request made to the system,i came up with the idea of transmission system design, followed by access to information used to determine the motor type, and then calculatethe main parameters are analysis to determine the appropriate transmission components selected. then rough design of its structure, then according to the design criteria for the size and design theory calculation and verification. the last part of the design is about electric control. as the valve is widely used, manual mechanical adjustment of the way in many cases no longer apply, the design can work under safer conditions, and efficiency many times, so the design of electric valve controller has practical significance. motor controllers for industrial process control system a very important field drive, a compactand easy to wire, high precision, simple operation, the advantages of intelligence, isan economical and practical products, and has broad market prospects of development. keywords valve coupling electric controller worm reducer plci徐州工程學院畢業(yè)設計(論文)目 錄摘要iabstractii1 緒論12 傳動裝置總體設計22.1 傳動機構整體設計23 電動機的選擇及傳動比33.1 電動機類型的選擇33.2 電動機功率選擇33.3 傳動比的分配34傳動零件的設計計算44.1選擇蝸輪蝸桿材料及精度等級44.2初選幾何參數(shù)44.3 計算和校核44.4 按齒面接觸疲勞強度設計64.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與尺寸74.6 校核齒根彎曲疲勞強度85 輸出軸的設計95.1選擇軸的材料和確定許用應力95.2 按扭轉強度估算軸徑95.3 設計軸的結構并繪制結構草圖96 滾動軸承的選擇及校核計算156.1滾動軸承的選型原則156.2 主傳動軸上軸承的選擇計算156.3 蝸桿兩端軸承的選擇計算166.4 電機轉子軸承的選擇177 聯(lián)軸器的選擇和計算188離合器的選擇和計算199 減速器的潤滑與密封以及箱體的設計209.1潤滑方式209.2密封209.3控制器箱體的結構設計2110 電動控制器控制系統(tǒng)部分的設計2310.1引言2310.2 控制系統(tǒng)總體方案的設計2410.3 正反轉換向控制電路2510.4 反饋裝置的選擇2710.4.1 編碼器的選擇2810.4.2編碼器的安裝使用3010.4.3 plc的選擇3110.4.4 plc程序編寫3110.4.5 操作說明32結論34致謝35參考文獻36謝謝朋友對我文章的賞識，充值后就可以下載此設計說明書（不包含cad圖紙）。我這里還有一個壓縮包，里面有相應的word說明書（附帶：外文翻譯）和cad圖紙。需要壓縮包的朋友聯(lián)系qq客服1：1459919609或qq客服2：1969043202。需要其他設計題目直接聯(lián)系！ 61 緒論 在閥門的各個類型中，自動控制調(diào)節(jié)閥所占比例最大，將近占市場總份額的20%以上，隨著工業(yè)自動化的發(fā)展，傳統(tǒng)的手工機械調(diào)節(jié)的方式在許多場合已不再適用。但閥門電動控制器的主要傳動機構的減速器多以齒輪傳動、蝸桿傳動為主，但普遍存在著功率與重量比小，或者傳動比大而機械效率過低的問題。另外，材料品質(zhì)和工藝水平上還有許多弱點。由于在傳動的理論上、工藝水平和材料品質(zhì)方面沒有突破，因此，沒能從根本上解決傳遞功率大、傳動比大、體積小、重量輕、機械效率高等這些基本要求。獨立控制器的主要優(yōu)點是在維修控制器時不需要拆卸閥門。缺點是其閥門總高度高于其他結構。國外電動控制器，以德國、丹麥和日本處于領先地位，特別在材料和制造工藝方面占據(jù)優(yōu)勢，工作可靠性好，使用壽命長。但其傳動機構形式仍以定軸齒輪傳動為主，體積和重量問題，也未解決好。電氣控制部分的反饋裝置的方法大多數(shù)以限位機構來實現(xiàn)的，精度不高。當今的減速器是向著大功率、大傳動比、小體積、高機械效率，智能化以及使用壽命長的方向發(fā)展。本設計可主要分為兩個大方面的設計，第一為機械傳動部分的設計，第二為電動控制部分的設計。設計主要針對傳動機構的運動，plc自動控制程序以及編碼器的反饋應用與設計。為了達到要求的運動精度和生產(chǎn)率，必須要求傳動系統(tǒng)具有一定的傳動精度并且各傳動元件之間應滿足一定的關系，以實現(xiàn)各零部件的協(xié)調(diào)動作。該設計均采用新國標，運用模塊化設計，設計內(nèi)容包括傳動件的設計，執(zhí)行機構的設計及設備零件等的設計。2 傳動裝置總體設計2.1 傳動機構整體設計本設計所研究的電動控制器，是對開環(huán)控制系統(tǒng)中最終控制元件（如閥門）的運行進行控制的一種裝置，使用于對截止閥、閘閥、節(jié)流閥、水閥等的控制。主要在開和關位置上操作?？紤]到電動控制器結構的特殊性，通過查閱大量資料后，我初步?jīng)Q定選用蝸輪、蝸桿傳動作為電動控制器的減速機構，因為它可以用于交錯軸間傳遞運動及動力。而且傳動比大，工作平穩(wěn)，結構緊湊。圖2.1.1傳動裝置總體結構圖本設計主要展開傳動部分、控制部分以及布局。設計在此我將電動控制器的設計計算部分分為機械傳動部分（電動機，減速器，連接部分）和控制系統(tǒng)部分，首先是機械部分的設計計算。3 電動機的選擇及傳動比3.1 電動機類型的選擇電動機已經(jīng)標準化、系列化，應按照工作機的要求，根據(jù)選擇的傳動方案，選擇電動機的類型、容量和轉速，并在產(chǎn)品目錄中查出其型號。因為是短時工作且供電電源是：380v 50hz,按工作要求和條件，選擇全封閉自散冷式籠型三相異步電動機，電壓380，型號選擇y系列三相異步電動機。3.2 電動機功率選擇電動機的功率選擇直接影響到電動機工作性能和經(jīng)濟性能的好壞。如果所選電動機的功率小于工作要求的話，則不能保證工作機正常工作，使電動機經(jīng)常過載而提前損壞；如果所選電動機的功率過大，則電動機經(jīng)常不能滿載運行，功率因素和效率較低，從而增加電能消耗，造成浪費。因此在設計中一定要選擇合適的電動機的功率。根據(jù)設計要求可知：輸出轉矩t=50n*m，蝸輪轉速n=48r/min由t=9550*p/n 代入數(shù)據(jù)：50=9550*p/48 可得工作機的功率p=0.25kw查閱機械設計手冊中機械傳動效率可知：雙頭蝸桿蝸輪的傳動效率為=0.75，軸承的傳動效率 =0.99，聯(lián)軸器的傳動效率 =0.99所以傳動系統(tǒng)總效率=* =0.75*0.99*0.99*0.97 =0.713022則電動機功率 p1=p / =0.25/0.713022 =0.35kw查閱資料，初選電機型號為閥門專用單相電機yjc4/370其額定功率為0.37kw,額定轉速 =1190r/min3.3 傳動比的分配所選電動機額定功率為0.37kw,額定轉速 =1190r/min 所以傳動比 i=n/ =1190/48=24.8 因選用的是單級渦輪蝸桿減速，所以取取蝸輪蝸桿傳動比為24.8 （單級減速器合理）查閱機械設計手冊，取i=254傳動零件的設計計算4.1選擇蝸輪蝸桿材料及精度等級蝸桿：由于蝸桿轉速較高、環(huán)境溫度高，但功率不大，故選用蝸桿材料為45鋼表面淬火，硬度hrc。蝸輪：采用抗膠合性能好的鑄錫青銅。zcnsnpb5zn5砂型鑄造，精度為gb10089-88 8級。4.2初選幾何參數(shù)查閱機械設計手冊，取i=25當公稱傳動比i值為25時，取蝸桿頭數(shù)=2則蝸輪齒數(shù)=*i=25*2=50 查閱實用機械設計手冊初選。環(huán)境溫度系數(shù)=1.87。小時載荷率系數(shù)=0.57（先計算得jc=25%）。嚙合質(zhì)量系數(shù)=1。綜上，載荷系數(shù)載荷系數(shù)1.17。4.3 計算和校核查閱機械設計手冊圖12-1 查得=0.85。以估算的蝸輪圓周速度,確定采用浸油潤滑，查得潤滑速度影響系數(shù)=0.87=123 =1230.850.87=90.958按閉式傳動接觸強度計算 = =8.6查表122得，初選4，40， 10 200 a= ( d1 +d2 )/2=120取標準中心距 125查表124得 則 514204 0.530.53 所以取 31由表122，123得查得 10 校核 88.9990.958蝸輪輪齒彎曲強度計算 4 =20 蝸桿軸撓度驗算 軸承慣性矩 125600 0.004m=0.016 蝸桿軸撓度 4.6 溫度計算 傳動效率計算 2.53m/s查表1212得 得當量摩擦角 0.97 =0.97 =0.84散熱表面積計算 a90。729箱體工作溫度 20 28.8296潤滑油粘度核潤滑的方法 潤滑油粘度 根據(jù)2.53m/s 查閱機械設計由表137選取 320 潤滑方法 由表137可以采用浸油潤滑圓柱蝸桿蝸輪基本尺寸： 取齒頂高m=4 徑向間隙c=0.2m=0.8 蝸桿軸向齒距3.144=12.56 蝸桿導程 =3.1442=25.12 蝸桿齒頂直徑=4.8 蝸桿齒根圓直徑=30.4蝸桿節(jié)圓直徑=46齒寬=57.69基圓直徑=19.5 蝸輪喉圓直徑=214 蝸輪齒根圓直徑=196.4 外徑=218 咽喉母圓半徑=13節(jié)圓直徑=200齒寬角=101.61 以上為蝸輪蝸桿的設計計算，下面進入輸出軸部分的設計4.4 按齒面接觸疲勞強度設計傳動中心距：（1） 蝸桿上的轉矩t2=9.55106p2/n2=9.551063.22/54.61=563100 nmm（2） 載荷系數(shù)k：因為工作時輕微振動，故查表11-5知載荷分布不均勻系數(shù)為=1，=1.15，由于轉速不高，沖擊不大，動載系數(shù)=1.05故k=1.15*1*1.05=1.21（3） 彈性影響系數(shù)鑄錫磷青銅蝸輪與鋼蝸桿相配，故=160（4） 接觸系數(shù)先假設蝸桿分度圓直徑和傳動中心距a的比值=0.3，查圖11-18可查得=3.1（5） 許用接觸應力蝸輪材料：鑄錫磷青銅zcusn10p1。金屬模鑄造。蝸桿螺旋齒面硬度45hrc,表11-7知渦輪的基本許用應力=268mpa應力循環(huán)系數(shù)：=60*1*54.61*10*300*16=壽命系數(shù)： =0.7088則=0.7088x268=189.96mpa（6）、計算中心距a=166.854mm取中心距a=200mm,因=2，故從機械設計第八版表11-2中取模數(shù)m=6.3,蝸桿分度圓直徑=63mm，這時=0.315，從機械設計第八版表11-18中可查的接觸系數(shù),因此以上計算結果都可以用。4.5 蝸桿與蝸輪的主要參數(shù)與尺寸蝸桿：軸向齒距 =19.782mm直徑系數(shù) =10齒頂圓直徑 75.6mm齒根圓直徑 47.88mm分度圓導程角=111836 蝸桿軸向齒厚9.891mm蝸輪：蝸輪齒數(shù)=53變位系數(shù)+0.246驗算傳動比：i= = =26.5傳動比誤差為%=0.5%5%,滿足條件允許蝸輪分度圓直徑=333.9mm蝸輪喉圓直徑 349.5996mm 蝸輪齒根圓直徑 321.2244mm蝸輪咽喉母圓半徑=25.2112mm4.6 校核齒根彎曲疲勞強度 當量齒數(shù)： =56.21 根據(jù)=0.246，56.21。從機械設計第八版圖11-1中可查的齒形系數(shù)=2.2。螺旋角系數(shù)：=0.9192許用變應力：從機械設計第八版表11-8中查得由zcusn10p1制造的蝸輪的基本許用應力為=56mpa。壽命系數(shù)：=0.570 =56x0.570mpa=31.92mpa =15.907mpa0.8因此不用重算。5 輸出軸的設計5.1選擇軸的材料和確定許用應力考慮到減速器為普通中用途中小功率減速傳動裝置，軸主要傳遞蝸輪的轉矩。所以對其材料沒有特殊的要求，所以選用45鋼，并對其進行調(diào)質(zhì)處理。圖5-1 輸出軸 查表可得=650，=360。5.2 按扭轉強度估算軸徑因軸上作用力以及軸承位置尚未確定，軸上的 支反力以及彎矩無法求得，所以按轉矩來計算，但是許用扭轉應力予以降低，以此降低彎矩的 影響。查表162可得 軸強度計算公式的 系數(shù)c106118（106118）18.420.5 考慮到軸的最小直徑處還需要安裝離合器，會有鍵槽存在，所以將估算直徑加大到37%,所以取為18.921.9由機械設計手冊得，取標準值225.3 設計軸的結構并繪制結構草圖（1）確定軸上零件的 位置和固定方式由題意可得，蝸輪應該布置在箱體內(nèi)部中央，蝸輪上端安裝離合器，軸的最上端安裝軸承，還要確定軸的結構形狀，必須先確定軸上零件的 拆裝順序和固定方式。為此確定蝸輪從軸的的 上端裝入，蝸輪的上端用套筒固定，軸承在加上套筒的 基礎上再采用過盈配合（2）確定各軸段的直徑a.支承采用單列向心球軸承206（gb27682），取右端軸頸直徑為22，中間再加上墊塊，同時過盈配合。b.為了 便于拆裝離合器和不 損傷右端軸頸表面，安裝離合器的軸段直徑為24。c.在軸上安裝蝸輪的 軸度直徑為26。d.在最后傳動鏈取軸段直徑為28。（3）確定各個軸段的長度1、已知計算可得蝸輪寬度312、為了保證蝸輪固定可靠軸段的長度應該長于蝸輪寬度，所以取為50，蝸輪端面于箱體內(nèi)壁之間應該保證一定的間距，所以軸長度應該取為32。軸長度為303、右端軸頸長度取為36。4、查閱機械手冊表143，可以取肩自由表面的 過渡圓角半徑為1，離合器于軸同導向平鍵連接。鍵槽寬度8。槽深4，槽長應該小于離合器的輪駁寬度，取18。畫出軸的 受力圖:a 示意圖：圖5-2b 結構圖：圖5-3c 垂直面受力圖：圖5-4d 垂直彎矩圖：圖5-5e 水平面受力圖：圖5-6計算蝸輪受力：蝸輪受力轉矩為 =500nm=5圓周力 500n 徑向力 182n軸向力 106.5n=27所以 法向力 543.5計算支承反力和繪制彎矩圖以及扭矩圖：1 垂直面內(nèi)支撐點反力為：250n 250n2 計算-處的彎矩250n=21250 計算-處的彎矩250n=212503 水平平面的支撐點a的支反力 28.4 =153.6水平面內(nèi)剖面處的 彎矩13056106502406n 13056n水平面內(nèi)剖面-處的 彎矩241428121065010250n作彎矩圖如下：圖5-7合成彎矩計算： 截面：= -截面:= 作合成彎矩圖如下：圖5-84 轉矩圖： n圖5-9 許用應力 查表163 mta mta 應力校正系數(shù) 0.59 當量轉矩 m 當量彎矩： 截面： -截面: 當量彎矩圖：圖5-10校核軸頸：最細軸的直徑 為22 所以綜上所述：設計的軸有足夠的強度，并有一定的余量6 滾動軸承的選擇及校核計算6.1滾動軸承的選型原則（1）載荷條件軸承承受載荷的大小、方向和性質(zhì)是選擇軸承類型的主要依據(jù)。載荷較大時應該選用線接觸的滾子軸承；受純軸向載荷時通常選用推力軸承；主要承受徑向載荷時應該選用深溝球軸承；同時承受徑向和軸向載荷時應該選用角接觸軸承；當軸向載荷比徑向載荷大很多時，常用推力軸承和深溝軸承的 組合結構；承受沖擊載荷時宜選用滾子軸承。應該注意推力軸承不能承受徑向載荷，圓柱滾子軸承不能承受軸向載荷。（2）轉速條件選擇軸承類型時應該注意其的允許極限轉速。當轉速較高而且旋轉精度較高時，應該選用球軸承；當工作轉速較高，但是軸向載荷不大時，可以采用角接觸球軸承或者深溝球軸承；為減小滾動體施加于外圈滾動的 離心力，應該選用外徑和滾動體直徑較小的軸承；若工作轉速超過軸承的極限轉速，可以通過提高軸承的公差等級，適當加大其徑向游隙等措施來滿足要求?。?）裝調(diào)性能3類（圓錐滾子軸承）和圈n類（圓柱滾子軸承）的內(nèi)外可以分離，便于裝拆。為方便安裝在長軸上軸承的 拆裝和緊固，可以選用帶內(nèi)錐孔和緊固套的 軸承。（4）調(diào)心性能 軸承內(nèi)外圈軸線間的 偏位角應該控制在極限值之內(nèi)，否則會增加軸承 的附加載荷而降低其壽命。對于剛度差或安裝精度較差的軸承系，宜選用調(diào)心軸承，如類（調(diào)心球軸承）、類（調(diào)心滾子軸承）等等。（5）經(jīng)濟性在滿足使用性能要求的 情況下優(yōu)先選用價格低廉的 軸承，一般球軸承的 價格低于滾子軸承，軸承的 精度越高價格就越高。在同精度的 軸承中，深溝球軸承的 價格最低。同型號不同公差等級的 軸承價格比有以下關系： 。 另外選用高精度的 軸承時應該進行性能價格比的分析。6.2 主傳動軸上軸承的選擇計算轉速48，由前面的 計算可以知道，軸頸直徑24， 徑向載荷， 軸向載荷要求壽命 取為6000，工作溫度60（1） 考慮到我所設計的 控制器的 特殊結構，初選6208型軸承。查閱機械設計手冊表1518額定動載荷，額定靜載荷極限轉速9500（脂潤滑）。（2）按額定動載荷計算： （球軸承） 由 查表1518得 查表15-11 得 取 0.561822.0106.5 =315n （3）按額定靜載荷校核: 查表1513得 取 由 查表1518得 時， 得 所以滿條件。（4）按極限轉速校核： 由 查圖155得 查圖得 所以滿足條件。6.3 蝸桿兩端軸承的選擇計算蝸桿軸頸直徑，mm;轉速，徑向載荷,軸向載荷,使用壽命，工作溫度（2060），初選6204型， 6202型，計算校核同上。 經(jīng)過校核，滿足條件要求. 6.4 電機轉子軸承的選擇根據(jù)電機的特性，型號選為6206 計算校核同上。 經(jīng)過校核，滿足條件要求. 7 聯(lián)軸器的選擇和計算聯(lián)軸器是傳動裝置的連接用，在選定聯(lián)軸器的類型時，主要考慮其使用要求和工作條件，聯(lián)軸器的承載能力、緩沖和減振性能應與工作轉矩的大小和載荷的性質(zhì)（沖擊、振動）相適應。其最高轉速應滿足工作轉速的要求。此外，工作轉速高時，還應考慮所選聯(lián)軸器外緣的離心應力或彈性元件的變形及聯(lián)軸器的動平衡精度。聯(lián)軸器所具有的補償兩軸相對位移的能力，包括能補償兩軸由受載和溫升產(chǎn)生的變形和部件間的相對位移以及因聯(lián)軸器自身制造和安裝誤差引起的兩軸相對位移。從安裝、調(diào)整和維修方面考慮，聯(lián)軸器和結構外形尺寸應能適應給定的操作空間。對大型設備和不便檢修的場合，還應能在不需軸向移動的情況下裝拆聯(lián)軸器或更換易損件。 此外，選擇聯(lián)軸器時還應考慮聯(lián)接的可靠性，工作環(huán)境、使用壽命、潤滑和密封以及成本等方面的要求。目前，常用的聯(lián)軸器都已經(jīng)標準化或規(guī)格化了，在一般的情況下，選定聯(lián)軸器的類型后，可按轉矩、軸徑和轉速等條件確定標準聯(lián)軸器的型號和主要尺寸。必要時應對聯(lián)軸器中易損的薄弱環(huán)節(jié)進行承載能力等的校核計算。 選擇或校核時的主要依據(jù)是聯(lián)軸器實際所需傳遞的轉矩，由于各種機械的轉矩變化規(guī)律常較復雜，不易精確確定，通?？砂从嬎戕D矩來選擇或校核。-聯(lián)軸器傳遞的理論轉矩-聯(lián)軸器的工作情況系數(shù)查閱簡明機械設計手冊 表17-2，取k=1.3，所以 = 查表17-1，選用凸緣聯(lián)軸器。其圖如下：圖7-1 聯(lián)軸器示意圖8離合器的選擇和計算 離合器是用來聯(lián)接兩軸，但是可以在機器運轉過程中隨時進行接合或分離。離合器按其工作原理可分為牙嵌式、摩擦式和電磁式三類；按控制方式可分為操縱式和自動式兩類；操縱式離合器需要借助于人力或動力（如液壓、氣壓、電磁等）進行操縱；自動式離合器不需要外來操縱，可在一定條件下實現(xiàn)自動分離和接合。對于已標準化的離合器，其選擇步驟和計算方法與聯(lián)軸器相同。對于非標準化或不按標準制造的離合器，可先根據(jù)工作情況選擇類型，在進行具體的設計計算，具體的計算方法及計算內(nèi)容可查閱有關資料。本次設計所選用的離合器為牙嵌式離合器，它由兩個端面帶牙的半離合器組成，從動半離合器用導向平鍵與軸聯(lián)接，另一半離合器用平鍵與軸聯(lián)接，對中環(huán)用來使兩軸對中，滑環(huán)可操縱離合器的分離或接合。牙嵌式離合器的常用牙型有矩形、梯形和鋸齒形等。矩形齒接合、分離困難，牙的強度低，磨損后無法補償，僅用于靜止狀態(tài)的手動接合；梯形齒牙根強度高，接合容易，且能自動補償牙的磨損與間隙，因此應用較廣；鋸齒形牙根強度高，可傳遞較大轉矩，但只能單向工作。為減小齒間沖擊、延長齒的壽命，牙嵌式離合器應在兩軸靜止或轉速差很小時接合或分離。由于本次設計的電動控制器其輸出轉速較低，而且強度也比較低，用矩形牙嵌式離合器即可。查閱機械設計手冊，選定型號為端面離合器其示意圖如下：圖8-1離合器示意圖9 減速器的潤滑與密封以及箱體的設計9.1潤滑方式潤滑的主要作用是減小摩擦和磨損，降低工作表面的溫度。液體潤滑劑還能帶走摩擦產(chǎn)生的熱量，對降溫更為有效。此外，潤滑劑有防銹、傳遞動力、消除污物、減振、密封等作用。潤滑方式有液體潤滑、半固體潤滑、氣體潤滑、和固體潤滑四大類，查閱機械設計手冊，在本控制器中，選擇潤滑方式為液體潤滑方式中的油潤滑，具體由可劃分為以下三種：（1）飛濺潤滑由傳動帶的傳動帶起潤滑油直接濺入軸承內(nèi)，或先濺到箱壁上，順著內(nèi)壁流入箱體的油槽中，再沿油槽流入軸承內(nèi)。此時端蓋端部必須開槽，并將端蓋端部的直徑取小些，以免油路堵塞。當傳動件直徑較小，或者傳動件是斜齒輪或蝸桿（斜齒輪具有沿齒輪向排油的作用）時，會使過多的潤滑油沖向軸承而增加軸承的阻力，這種情況下，應在軸承前裝上擋油板。（2）浸油潤滑將軸承直接浸入箱內(nèi)油中進行潤滑，這種潤滑方式常用于下置式蝸桿減速器蝸桿軸承的潤滑，油面高度應不超過軸承最低滾動體的中心，以免加大攪油損失。若傳動件直徑小于軸承滾動體中心分布圓直徑時，可在軸上裝設濺油輪并使其浸入油中，傳動件不接觸油面而靠濺油潤滑，軸承人使用浸油潤滑。（3）刮油潤滑當傳動件圓周速度很低（v=2m/s）時，可利用裝在箱體內(nèi)的刮油板刮油潤滑軸承，刮油板和傳動件之間應留0.10.5mm的間隙。另外，潤滑油有粘度、閃點、凝點、酸值、殘?zhí)?、灰分、水分、機械雜質(zhì)等質(zhì)量指標，亦是影響潤滑油選擇的主要因素。在本控制器中，蝸輪蝸桿采用閉式傳動，其工作環(huán)境為：溫度 -20 60 濕度 90%查閱機械設計手冊，選定潤滑油為合成齒輪油（sy402483），其牌號為4403號，其運動粘度（100）為2629mm/s, 閃點（開口）230，凝點（傾點-35，酸值0.2mgkoh/g9.2密封軸伸端密封方式有接觸式和非接觸式兩種。橡膠油封是接觸式密封中的一種，密封效果好。橡膠油封中常用的密封件有v型橡膠油封、u型橡膠油封、y型橡膠油封、l型橡膠油封和j型橡膠油封等幾種。其中較為常用的是j 型橡膠油封，可用于脂潤滑和油潤滑的軸承中。安裝時應注意油封的安裝方向，當以防漏油為主時，油封的唇邊對著箱內(nèi)；當以防外界灰塵、雜質(zhì)為主時，油封的唇邊對著箱外；當兩油封相背放置時，則防漏防塵能力都好。為使油封安裝方便，軸上可做出斜角。氈圈密封是接觸式密封中壽命較低、密封效果相對較差的一種，但其結構簡單、價格低廉，適用于脂潤滑軸承中。氈圈的剖面為矩形，工作時將氈圈嵌入剖面為梯形的環(huán)形槽中并壓緊在軸上，以獲得密封效果。氈圈密封的接觸面易磨損，一般用于圓周速度小于45m/s 場合。為避免磨損可采用非接觸式密封，油溝密封是其中常用的一種，它是利用充滿潤滑脂的環(huán)形間隙來達到密封效果。油溝密封結構簡單、成本低，但不夠可靠，適用于脂潤滑的軸承中。若要求更高的密封性能，可采用迷宮式密封。采用迷宮式密封的轉動件和固定件之間存在著曲折的軸向間隙和徑向間隙，利用其間充滿的潤滑脂來達到密封效果，可用于脂潤滑和油潤滑，迷宮式密封的結構復雜，制造和裝配要求較高。選擇密封方式時要考慮軸的圓周速度、潤滑劑種類、環(huán)境條件和工作溫度。在本帶能動控制器中，采用o型密封圈比較合理。9.3控制器箱體的結構設計本課題所設計的減速器，其基本結構設計是在參照機械設計基礎課程設計圖10-8裝配圖的基礎上完成的，該項減速器主要由傳動零件（蝸輪蝸桿），軸和軸承，聯(lián)結零件（鍵，銷，螺栓，螺母等）。箱體和附屬部件以及潤滑和密封裝置等組成。 控制器箱體起著支承和固定軸系零件，保證傳動件的嚙合精度和良好潤滑以及軸系的可靠密封等重要作用，其質(zhì)量約占控制器總質(zhì)量的30%50%。設計箱體結構時必須綜合考慮傳動質(zhì)量、加工工藝及成本等因素?？刂破飨潴w可以采用鑄造的方法制造。進行控制器箱體的結構設計時應考慮以下幾方面的問題（1）箱體要具有足夠的剛度若箱體的剛度不夠，在加工和使用過程中會引起變形，使軸承孔中心線過度偏斜而影響傳動件的運動精度。設計箱體時首先要保證軸承座的剛度，使軸承座有足夠的壁厚，并在軸承座上加支承脛。（2）箱體應有可靠的密封且便于傳動件的潤滑和散熱為保證密封，箱體剖分面處的聯(lián)接凸緣應有足夠的寬度，聯(lián)接螺栓的間距也不應過大，以保證足夠的壓緊力。為提高密封性，可在剖分面上制出回油溝，使?jié)B出的油可沿回油溝的斜槽流回箱內(nèi)。為提高密封性有時也允許在剖分面間涂密封膠。由于蝸桿控制器工作時發(fā)熱量較大，其箱體的大小應考慮散熱面積的需要，并要進行熱平衡計算。若不能滿足熱平衡要求，則應適當增大箱體尺寸或增設散熱片和風扇，散熱片的方向應與空氣的流動方向一致。發(fā)熱嚴重時還可以在油池中設置蛇形冷卻水管，以降低油溫。（3）箱體結構要有良好的工藝性箱體結構工藝性的好壞對于提高加工精度和裝配質(zhì)量，提高生產(chǎn)效率以及便于檢修維護等方面有很大影響，主要應考慮以下兩方面的問題。a.鑄造工藝的要求在設計鑄造箱體時應考慮箱體的鑄造工藝特點，力求壁厚均勻、過渡平穩(wěn)，不要出現(xiàn)局部金屬積聚。鑄件的箱壁不可太薄，砂型鑄造圓角半徑可取r5mmb.機械加工工藝性的要求設計箱體的結構形狀時，應盡量減少機械加工的面積。設計時應盡量工件和刀具的調(diào)整。例如同一軸心線上兩軸承座孔的直徑應盡量一致，以便于鏜孔并保證鏜孔精度。同一方向上的平面應盡量能一次調(diào)整、加工完成。各軸承座端面應在同一平面上。（4）箱體形狀應力求均勻、美觀 箱體的外形應簡潔、整齊、盡量減少外凸形體。如采用“方形小圓角過渡”的造型比“曲線大圓角過渡”更美觀。10 電動控制器控制系統(tǒng)部分的設計10.1引言電動控制器是對開環(huán)控制系統(tǒng)中最終控制元件（如閥門）的運行進行控制的一種裝置，使用于對截止閥、閘閥、節(jié)流閥、水閥等的控制。主要在開和關位置上操作。通常電動執(zhí)行機構和閥門連接起來，經(jīng)過安裝調(diào)試后成為電動閥。電動閥使用電能作為動力來接通電動執(zhí)行機構驅動閥門，實現(xiàn)閥門的開關、調(diào)節(jié)動作。從而達到對管道介質(zhì)的開關或是調(diào)節(jié)目的。閥門智能控制水平的提高，有助于提高國內(nèi)閥門電動執(zhí)行機構的產(chǎn)品水平，也有利于提高生產(chǎn)控制的自動化水平，最終實現(xiàn)生產(chǎn)過程的智能化，價值十分顯著。閥門電動控制機構廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)控制系統(tǒng)中，閥門電動控制器是閥門電動執(zhí)行機構的核心部件。在水利、電力及化工行業(yè)，不同種類的閥類，如截止閥、閘閥、蝶閥等得到了最廣泛的應用。在對閥門實現(xiàn)遠程控制、集中控制和自動控制的過程中，閥門電動執(zhí)行機構是一種必不可少的執(zhí)行部件。隨著能源、化工、鋼鐵、運輸和建筑等現(xiàn)代工業(yè)高速發(fā)展以及與其有密切聯(lián)系的水、氣(汽)、油等流體在工業(yè)上的應用，管道系統(tǒng)中的電動閥門在生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用，因而對閥門電動執(zhí)行機構的功能和使用要求也不斷提高，迫切需要智能化的新一代產(chǎn)品替代目前使用的產(chǎn)品，以提高生產(chǎn)效率。本設計的電動控制器的原理是首先通過加、減、調(diào)整三個按鈕手動調(diào)整好閥門的上限位和下限位，同時由編碼器把閥門在上限位和下限位時的門的驅動電機的脈沖數(shù)送入plc儲存記憶起來。在要開啟和關閉閥門時按開啟或關閉的按鈕，由帶機械離合器的直流電機驅動帶動閥桿正轉或反轉，在上升到plc記憶的上限位或下降到plc記憶的下限位時電機停轉，并由機械離合器抱閘制動。電動執(zhí)行器以ac220單相交流電為電源，接受來自dcs、plc系統(tǒng)和其他操作器的dc420ma，標準信號來控制執(zhí)行器進行開關閥門。電子控制模塊采用先進的混合集成電路，包含完整的保護功能，可現(xiàn)場控制或遠程控制，被設計成匣子形式，并用樹脂澆鑄密封。驅動采用高性能導電塑料電位器、精度高、壽命長等特點，可與各種角行程調(diào)節(jié)機構組合成高性能、高可靠性的電動調(diào)節(jié)閥。在對閥門實現(xiàn)遠程控制、集中控制和自動控制的過程中，閥門電動執(zhí)行機構是一種必不可少的執(zhí)行部件。隨著微電子技術、電力電子技術、微機控制技術及通訊技術等現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，國外許多相關廠家長期對電動閥門的研究開發(fā)和改進，形成了新一代智能電動閥門，增加了許多的功能，并擴展了它的應用領域，各項指標和性能也得到了提高，廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)。運用數(shù)字技術、電力電子技術等先進技術，開發(fā)研制性能先進、功能完善，尤其是可對閥門實現(xiàn)遠距離控制、現(xiàn)場操作、集中控制，以滿足國內(nèi)廣大用戶生產(chǎn)使用的要求，適合我國工業(yè)生產(chǎn)和發(fā)展需要的新型智能電動閥門執(zhí)行機構，具有十分重要的現(xiàn)實意義。現(xiàn)在的大多數(shù)plc都具有高速計數(shù)器功能，不需增加特殊功能單元就可以處理頻率高 達幾十或上百khz的脈沖信號，合理的選用編碼器，讓脈沖頻率即能在plc處理的范圍內(nèi)又可以滿足正反轉的精度要求。利用plc對驅動電機進行脈沖計數(shù)成為可能；而電動控制器對開啟，關閉系統(tǒng)的精度和響應速度要求不是很高?？梢酝ㄟ^plc對電動控制器開關系統(tǒng)驅動電機的上升和下降脈沖數(shù)的計算，在開關的過程中，讓plc對所接收的兩個脈沖數(shù)與設定好的兩個脈沖數(shù)值進行比較，根據(jù)比較結果確定是否到閥桿轉動圈數(shù)的上限，控制電機是否運轉。從而保證了閥桿的開啟和關閉的可行性；所有plc都具有可擦寫的軟元件，使軟元件中的內(nèi)容可根據(jù)要求隨時動態(tài)更新。在需要更改開啟和關閉所需要轉動的圈數(shù)的時侯可把手動調(diào)整的開啟和關閉的上下限位的的驅動電機分別的脈沖數(shù)存儲到plc的輔助繼電器中記憶起來，使用plc做電動控制器的電子定位也成為可能。在控制系統(tǒng)中，可以利用24v直流電源（電源部分的電容，二極管有配件，24v電源可修復）作為需要24v的控制系統(tǒng)和直流電機的供給電源。從而簡化了直流電源部分。還有可以利用簡單的四個輸入按鈕，不需另外增加輸入按鈕。在這次的畢業(yè)設計中，我對現(xiàn)有的國內(nèi)外閥門電動執(zhí)行機構及其控制器進行了簡單的對比和分析，借鑒和傳承了它們的有效的成功經(jīng)驗，在此基礎上，設計出新型的閥門電動執(zhí)行機構的智能控制器。它以三菱公司的plc為控制的核心部件，不僅具有常規(guī)的控制調(diào)節(jié)功能，而且由于plc的可編程，使其更具智能化。根據(jù)“安全、可靠、簡便、先進”的設計原則，我對閥門電動執(zhí)行機構進行了總體方案的設計，前面已經(jīng)做了機械傳動部分的設計，在此基礎上進行整個控制系統(tǒng)的設計開發(fā)工作，同時，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，采取了一系列軟件、硬件抗干擾措施。力求使系統(tǒng)整體設計合理、性能可靠，并實現(xiàn)預期設計目標。10.2 控制系統(tǒng)總體方案的設計閥門電動裝置是實現(xiàn)閥門程控、自控和遙控不可缺少的驅動設備，其運動過程可由行程、轉矩或軸向推力的大小來控制。由設計說明書“電動控制器是對開環(huán)控制系統(tǒng)中最終控制元件（如閥門）的運行進行控制的一種裝置，使用于對截止閥、閘閥、節(jié)流閥、水閥等的控制。主要在開和關位置上操作?！痹俑鶕?jù)現(xiàn)場的工藝要求可知，該控制器為開關電氣控制方式。本設計的主要思路是用控制器驅動電動機轉動，然后經(jīng)過減速器減速，由連接減速器的軸將轉速，轉矩傳給閥桿。具體工作原理流程如下圖所示：圖10-1 閥門電動控制機構的工作原理對于該系統(tǒng)的起停方式，我準備采用定時器的方式，所設定的時間根據(jù)實際情況中閥桿所要轉動的圈數(shù)與轉速的比來確定，為防止扭矩過大，損壞閥桿，故在所得到的時間參數(shù)的基礎上乘以一個比例因子，這樣子就完成了對閥門的開關的精確控制并起到對閥桿的保護作用。在實際情況中，開關型的控制方式相對來說比較簡單，在本設計里我將把它設計成正反轉控制電路。電源供電方式可以根據(jù)電源板選擇，國內(nèi)基本上都是用380v，或220v.10.3 正反轉換向控制電路要實現(xiàn)電動機的正反轉就必須改變電動機定子三相繞阻所接電源任意兩相對調(diào)，改變電動機的定子電源相序，就可以改變電動機的轉動方向。圖10-2(a)相序為1-2-3 圖10-2(b)相序為3-2-1用km1，km2分別完成電動機的正反向控制，那么由正轉與反轉起動電路組合起來就成了最基礎的正反轉控制主電路圖10-3 三相異步電動機主電路圖由圖可知，若km1，km2分別閉合，則電動機的定子繞阻所接兩相電源對調(diào)，結果電動機轉向不同。接下來我們將研究控制電路部分如何工作圖10-4(a) 電動機正反轉控制電路1如圖，按下sb2，正轉接觸器km1得電工作；按下sb3，反轉接觸器km2得電工作。因為電路中把接觸器的動斷輔助觸點相互串聯(lián)在對方的控制回路中，就使兩者之間產(chǎn)生了制約關系：一方工作的時候切斷另一方的控制回路，使另一方的起動按鈕失去作用。正轉，反轉接觸器通過互鎖避免了同時接通造成電路的可能性。但在上圖中，我們不難發(fā)現(xiàn)正，反轉切換的過程中間要經(jīng)過 “?！保@然操作不方便，故設計出下圖圖10-4(b)電動機正反轉控制電路2上圖利用復合按鈕sb2，sb3就可直接實現(xiàn)由正轉變成反轉，反之亦然。如果取消上圖中兩接觸器間的互鎖觸點，只用按鈕進行連鎖是不可靠的。因為在實際工作中可能出現(xiàn)這種情況，由于負載短路或大電流的長期作用接觸器的主觸點被強烈的電弧“燒”焊在一起，或者接觸器的動作機構失靈，使銜鐵卡住總是處在吸合狀態(tài)，這都可能使主觸點不能斷開，這時如果另一接觸器線圈通電動作，其主觸點正常閉合就會造成電源短路事故。采用接觸器動斷輔助觸點進行互鎖，不論什么原因，只要一個接觸器的觸點（主觸點與輔助觸點在機械上保持動作一致）是吸合狀態(tài)，它的互鎖動斷觸點就必然將另一接觸器線圈電路切斷，這就能避免事故的發(fā)生。所以采用復合按鈕后，接觸器輔助動斷觸點的互鎖仍必不可少，電路安全可靠。10.4 反饋裝置的選擇方案一：選用定時器考慮到自動控制閥門的開啟，關閉到什么程度，電動機運行多久是上面的電路所沒有考慮到的。由于本任務書中未給出確定的閥門以及更具體的轉動圈數(shù)等參數(shù)，所以剛開始我設閥桿轉動圈數(shù)為n（具體參數(shù)視具體情況而定）。則完全開啟閥門所需時間t=nv其中v為閥桿的額定轉速所以在電路中必須加入時間繼電器，用時間繼電器的延時動斷觸點來斷開主電路，控制電動機正轉，反轉的時間即開啟閥門或閉合閥門的時間。但實際工作過程中因為各種摩擦損耗因素，實際情況并不是我們理論上所能精確控制的。方案二：在閥桿的輸出端用錐齒輪將運動導出，然后算出錐齒輪與閥桿之間的傳動比，這時候在錐齒輪的輸出軸上串聯(lián)一個凸輪，擰閥門的把手，分別到閥門完全開啟閉合的位置，記下兩處的位置，在兩處加上限位感應機構，當運動經(jīng)減速器傳到輸出軸的時候