最新版基于PLC的切管机设计毕业设计文档格式.docx
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（2）PLC与单片机的比较
1．对单项工程或重复数极少的项目，采用PLC方案是明智、快捷的途径，成功率高，可靠性好，但成本较高。
2．对于量大的配套项目，采用单片机系统具有成本低、效益高的优点，但这要有相当的研发力量和行业经验才能使系统稳定、可靠地运行。
最好的方法是单片机系统嵌入PLC的功能，这样可大大简化单片机系统的研制时间，性能得到保障，效益也就有保证。
2.1PLC的特点
1.高可靠性：
所有的IO接口电路均采用光电隔离，使工业现场的外电路与PLC内部电路之间电气上隔离。
各输入端均采用R-C滤波器，其滤波时间常数一般为10～20ms.各模块均采用屏蔽措施，以防止辐射干扰。
采用性能优良的开关电源。
对采用的器件进行严格的筛选。
良好的自诊断功能，一旦电源或其他软，硬件发生异常情况，CPU立即采用有效措施，以防止故障扩大。
大型PLC还可以采用由双CPU构成冗余系统或有三CPU构成表决系统,使可靠性更进一步提高。
2.丰富的IO接口模块PLC针对不同的工业现场信号，如：
交流或直流；
开关量或模拟量；
电压或电流；
脉冲或电位；
强电或弱电等。
有相应的IO模块与工业现场的器件或设备，如：
按钮；
行程开关；
接近开关；
传感器及变送器；
电磁线圈；
控制阀等直接连接。
另外为了提高操作性能，它还有多种人-机对话的接口模块;
为了组成工业局部网络，它还有多种通讯联网的接口模块，等等。
3.采用模块化结构为了适应各种工业控制需要，除了单元式的小型PLC以外，绝大多数PLC均采用模块化结构。
PLC的各个部件，包括CPU，电源，IO等均采用模块化设计，由机架及电缆将各模块连接起来，系统的规模和功能可根据用户的需要自行组合。
4.编程简单易学PLC的编程大多采用类似于继电器控制线路的梯形图形式，对使用者来说，不需要具备计算机的专门知识，因此很容易被一般工程技术人员所理解和掌握。
5.安装简单，维修方便PLC不需要专门的机房，可以在各种工业环境下直接运行。
使用时只需将现场的各种设备与PLC相应的IO端相连接，即可投入运行。
各种模块上均有运行和故障指示装置，便于用户了解运行情况和查找故障。
由于采用模块化结构，因此一旦某模块发生故障，用户可以通过更换模块的方法，使系统迅速恢复运行。
6.PLC的功能：
（1）逻辑控制。
（2）定时控制。
（3）计数控制。
（4）步进（顺序）控制。
（5）PID控制。
（6）数据控制：
PLC具有数据处理能力。
（7）通信和联网。
（8）其它：
PLC还有许多特殊功能模块，适用于各种特殊控制的要求，如：
定位控制模块，CRT模块。
第三章切管机传动装置的设计计算
传动装置的设计与动力的选择有关，在动力选择好之后就可以拟定传动方案，进行运动学的计算。
方案说明：
用碾压的方法切断金属管，需要金属旋转的切削运动和圆盘刀片向下的进给运动。
这种方法是连续切削的。
生产效率高，机器的结构不太复杂。
但是这种传动方案的一大缺点是，在切削时的挤压过程中，管子的内径会缩小。
一般用于对管子要求不高的场合。
2.1电动机的选择
2.1.1电动机功率的选择
电动机工作环境为连续工作，变化很少，并且载荷稳定的场合。
一般Pm＞Pr10%
此处：
Pm已经给出
所以：
Pm＝1.5kw
2.1.2电动机转速的选择
此处电动机的转速已经给出n＝1400rmin
2.1.3电动机类型的选择
经查表，得同一功率的三相异步电动机有以下三种型号、转速的选择：
Y90S-22840rmin
Y90L-41400rmin
Y100L-6940rmin
根据要求，最终选定三相异步电动机的型号是：
Y90L-4
2.2传动方案的拟定
总的传动比ｉ的确定：
综合考虑各方面要求，确定传动方案如下：
初定传动比：
2.3计算各轴的转速、功率和转矩
已知电动机的数据如下：
查表可知各级传动效率如下：
（1）计算各轴转速如下：
（2）各轴功率计算如下：
（3）各轴传递的转矩计算如下：
注：
轴3为设计上特别增加的惰轮，所以，轴3不承受转矩，只承受弯矩。
2.4进行传动机构的设计与计算
2.4.1带传动的设计与计算
工况系数查表得
计算功率
选择带的型号查表得A型
小带轮直径查表得取
大带轮直径
大带轮转速
（2）计算带长
求
初取中心距
带长
由V带基准长度图表，可得
（3）求中心距与包角
中心距
小带轮包角>
（4）求带的根数
带速
传动比
带的根数由查表得由查表得
由查表得由查表得
所以
（5）求轴上载荷
张紧力
轴上载荷
V带轮的尺寸计算
（1）小带轮
小带轮直径
查表得mm
轮宽
外径
孔径此处的孔径依据电机的输出轴为准
由查表
（2）大带轮
大带轮直径
查表得mm
（3）结构选择
选择辐板式结构
轮缘直径
轮毂直径mm
辐板孔圆周定位尺寸
2.4.2蜗杆蜗轮传动的设计与计算
查表选取：
蜗杆采用45钢、表面硬度>
45HRC。
蜗轮的材料选用ZCuSn10P1、砂型铸造
初选【】的值
当量摩擦系数设
由查表取最大值
【】、、、
（2）中心距的计算
蜗轮转矩
使用系数查表得
转速系数
弹性系数根据蜗轮副材料查表得
寿命系数
接触系数由查表得
接触疲劳极限由查表得
接触疲劳最小安全系数自定
（3）传动基本尺寸
蜗杆头数由查图表得、
蜗轮齿数
模数
蜗杆分度圆直径取
蜗轮分度圆直径
蜗杆导程角
蜗轮宽度
蜗杆圆周速度
相对滑动速度
当量摩擦系数经查表得
（4）齿面接触疲劳强度计算
许用接触应力
最大接触应力
应为105MPa<
173MPa所以合格
（5）齿轮弯曲疲劳强度验算
齿根弯曲疲劳强度极限由查表得
弯曲疲劳最小安全系数自取
许用弯曲疲劳应力
齿轮最大弯曲应力
应为<
所以合格
（6）蜗杆轴挠度验算
轴的惯性距
允许蜗杆挠度
蜗杆轴挠度
合格
2.4.3齿轮传动的设计与计算
第一对齿轮（齿轮2为惰轮）
齿轮材料选择
小齿轮材料：
40Gr、采用调制处理，硬度241HB-086HB、取平均260HB
大齿轮材料：
45钢、采用调制处理，硬度229HB-286HB、取平均240HB
齿面接触疲劳强度计算
初步计算
转矩
齿宽系数由查表得
接触疲劳极限由查图得
初步计算得许用接触应力
值由查表得
初步计算小齿轮直径
取
初步齿宽b
2）校核计算
圆周速度
精度等级由查表得选取八级精度
齿数z与模数m
初取齿数
则
使用系数由查表得
动载系数由查表得
齿间载荷分配系数
先求
由此得
齿向载荷分布系数由查表得
载荷系数
弹性系数由查表得
节点区域系数由查表得
接触最小安全系数由查表得
总工作时间
接触寿命系数由查表得
MPa
验算
因为小于690MPa合格
计算结果表明，接触疲劳强度较为合适，齿轮尺寸无需调整。
（2）确定传动主要尺寸
实际分度圆直径mm
齿宽
（2）齿根弯曲疲劳强度验算
重合度系数
齿间载荷分配系数经查表
齿间载荷分布系数
齿形系数由图表得
应力修正系数由图表得
弯曲疲劳极限由图表得
弯曲最小安全系数由图表得
应力循环次数由查表得
弯曲寿命系数由查表得
许用弯曲应力
弯曲寿命由查表得
第二对齿轮的计算
齿轮2为惰轮，即此处的大齿轮。
材料为45钢，调制处理，硬度为229HB-286HB。
平均取240HB（主动）。
齿轮3为小齿轮，材料选择40Gr，调制处理，硬度值为241HB~286HB,平均取
260HB.
（1）齿面接触疲劳强度计算
1）初步计算
转矩
齿宽系数由查表得
接触疲劳极限由查图得
初步齿宽b
（2）校核计算
圆周速度
精度等级由查表得选取八级精度
已知
使用系数由查表得
动载系数由查表得
由此得
弹性系数由查得
节点区域系数由查表得
接触最小安全系数由查表得
因为小于884MPa所以合格
（3）确定传动主要尺寸
第三章结构计算
3.1各传动轴尺寸的计算与校核
3.1.1蜗杆轴的尺寸计算与校核
（1）估计轴的基本直径。
材料选用45钢、正火处理。
查表得：
硬度（HBS）17.~217
强度极限，屈服极限，弯曲疲劳极限
查表取
（2）初估直径
应为最小处开有键所以直径增大
（3）轴的受力分析
1.求轴传递的转矩
2.蜗杆上圆周力
蜗杆上径向
蜗杆上轴向力
画出受力图（b）
3.计算支反力
水平面反力
垂直面支反力
水平面（xy）受力图见图（c）
垂直面（xz）受力图见图（e）
4.画轴的弯矩图
水平面弯矩图见图（d）图
垂直面弯矩图见图（f）图
合成弯矩图见图（g）
5.画轴的转矩图
轴受转矩
转矩图见图（R.Schmid.ManufacturingEngineeringandTechnology—Machining.
附录一PLC外部接线图
附录二元件清单
名称
电气文字符号
型号
数量
可编程控制器
PLC
FX2N-80MS
1
带锯电机
M1
Y2-112M-2
刀架电机
M4
Y2-100L2-8
磨刀电机
M2M3
JY09B-2
台面电机
M
Z2-42
接触器
KM1、KM3~KM7
NC6-0910
6
KM2
NC6-0908
KM0
NCH8-20
熔断器
FU1
RT16-00C
3
FU2
2
FU3
FU4
RT18K-25
闸刀开关
QS0
QS1
热继电器
FR1FR2
NR2（JR28）-11.5
转换开关
SA
LW5D16F5
接近开关
SQ0
E2E-X20DM8
行程开关
SQ1~SQ4
YBLX-K320HSZ
4
拨盘开关
DIP
A7CN
信号指示灯
L1
ND16-22B4
附录三总程序指令表
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