畢業(yè)設(shè)計(jì)__自動(dòng)門氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真.doc

河南科技學(xué)院2012屆本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)） 論文題目：自動(dòng)門氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及運(yùn)動(dòng)仿真 學(xué)生姓名: 所在院系： 所學(xué)專業(yè)：導(dǎo)師姓名：完成時(shí)間：摘 要自動(dòng)門是自動(dòng)化進(jìn)程中的一個(gè)典型代表，此設(shè)計(jì)就是運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，結(jié)合實(shí)際需要而進(jìn)行研究的。本文主要對(duì)自動(dòng)門的氣動(dòng)開閉系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，并對(duì)其運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了仿真。通過對(duì)自動(dòng)門功能、結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，確定了自動(dòng)門氣動(dòng)控制系統(tǒng)原理圖、編制了PLC控制程序，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)門的工作過程。在此基礎(chǔ)上利用Pro/E軟件進(jìn)行自動(dòng)門結(jié)構(gòu)三維建模、虛擬裝配和工作過程的運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞： 自動(dòng)門，氣動(dòng)系統(tǒng)，PLC自動(dòng)控制，Pro/E建模仿真Automatic door Pneumatic system Design and motion SimulationAbstractThe automatic door is the automation in the process of a typical representative, this design is the use of learned knowledge, combined with the actual needs and make a study of. This paper focuses on the automatic door opening and closing s pneumatic system was designed, and its motion simulation. Through analyzed the automatic doors function and structure to identified the automatic pneumatic control system diagram, and compiled the PLC control procedures, to achieve the automatic door working process. On this basis, using Pro / E software for automatic door structure of 3D modeling, virtual assembly and motion simulation of the working process. Keywords: Automatic door, Automatic Control of Pneumatic System, PLC, Pro / E Modeling and Simulation 目 錄1 前言11.1 自動(dòng)門的概述11.2 國內(nèi)自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀11.3自動(dòng)門的發(fā)展趨勢22 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案22.1 自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的主要構(gòu)成裝置22.2 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念32.3 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)功能分析32.4 自動(dòng)門的控制要求32.5氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案32.6自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案43 氣壓傳動(dòng)53.1 氣壓傳動(dòng)的原理及組成53.2 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)54 氣動(dòng)系統(tǒng)的選擇64.1氣泵的選擇74.2 氣缸的選擇74.2.1 氣缸主要尺寸的設(shè)計(jì)84.2.2 氣缸的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)94.2.3 氣缸的選擇104.3 其它氣動(dòng)元件的選擇125 可編程控制器（PLC）的選擇125.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展125.2 PLC的特點(diǎn)135.3 PLC的工作原理135.4 PLC的選型135.5 控制功能145.6 程序設(shè)計(jì)155.7 自動(dòng)門的開閉方式分析165.8 PLC的硬件選擇175.8.1 傳感器的功能與選擇175.8.2 PLC的硬件接線176 自動(dòng)門的模擬186.1自動(dòng)門主要部分的三維建模186.1.1 自動(dòng)門主要部件圖186.1.2 自動(dòng)門主要部件的裝配186.2自動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)仿真及結(jié)果分析207 設(shè)計(jì)總結(jié)22致謝24參考文獻(xiàn)25 1 前言1.1 自動(dòng)門的概述在現(xiàn)代社會(huì)生活中，人們的生活節(jié)奏越來越快，對(duì)效率的要求也越來越高，這體現(xiàn)在各個(gè)方面，而自動(dòng)門控制系統(tǒng)正是基于這個(gè)社會(huì)背景產(chǎn)生的，自動(dòng)門控制系統(tǒng)是一個(gè)應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，已廣泛應(yīng)用于酒店、銀行、超市、停車場或公共建筑等地方。自動(dòng)門就是能通過感應(yīng)自動(dòng)開閉的門：其將人或其他物體接近門的動(dòng)作識(shí)別為開門信號(hào)的控制單元，并通過驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將門開啟，在人或其他物體離開后再將門自動(dòng)關(guān)閉，并對(duì)開啟和關(guān)閉的過程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的系統(tǒng)。自動(dòng)門的性能優(yōu)劣主要取決于它的控制裝置，早期的自動(dòng)門控制系統(tǒng)采用繼電器邏輯裝置，這造成安裝繁瑣、體積大、不穩(wěn)定、不易維修、易出故障等缺點(diǎn)已逐漸被淘汰。目前自動(dòng)門的控制裝置大多采用可編程控制器（PLC），PLC采用可以編制程序的存儲(chǔ)器，用來在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行順序運(yùn)算、邏輯運(yùn)算、算術(shù)運(yùn)算、計(jì)數(shù)和計(jì)時(shí)等操作的指令，控制各種類型的機(jī)械運(yùn)動(dòng)或自動(dòng)化生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程，PLC可靠性非常高，抗干擾能力特備強(qiáng)，功能也日趨完善，適用性很強(qiáng)，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制造工作量較小，維護(hù)方便，調(diào)試簡單，容易進(jìn)行創(chuàng)新改造，體積很小，重量輕，能耗低等，這也特點(diǎn)使PLC在現(xiàn)代社會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用 1 ?；诳删幊炭刂破鳎≒LC）控制的自動(dòng)門由于故障率低、可靠性高、維修調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，因而得到廣泛的應(yīng)用。在此設(shè)計(jì)中，以PLC為控制系統(tǒng)的核心元件，作信號(hào)的處理工作。而感應(yīng)部分，采用光電傳感器，實(shí)現(xiàn)人或物體進(jìn)出時(shí)的信號(hào)轉(zhuǎn)換裝置。另外在實(shí)現(xiàn)門的開與關(guān)的方面，不再采用以往采用電機(jī)正反轉(zhuǎn)來控制門的開閉，而是采用氣壓傳動(dòng)來控制門的開閉。以實(shí)現(xiàn)該功能，因?yàn)闅鈮涸谏钪蟹浅Ｈ菀踪徺I，且價(jià)格適宜，同時(shí)也便于維護(hù)，非常適合廣泛生產(chǎn)應(yīng)用，并且可以就地取材空氣。本課題所研究的自動(dòng)門控制系統(tǒng)，主要通過PLC作為控制基礎(chǔ)，加上對(duì)光電傳感器，以及氣壓傳動(dòng)的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)了門的“自動(dòng)”功能。1.2 國內(nèi)自動(dòng)門的發(fā)展現(xiàn)狀(1)最近幾年來， 自動(dòng)門在國內(nèi)有了快速的發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前國內(nèi)生產(chǎn)自動(dòng)門的廠家已有幾十家，但普遍生產(chǎn)規(guī)模小，自主研發(fā)能力差。從新產(chǎn)品開發(fā)能力和質(zhì)量穩(wěn)定性方面還不具備和進(jìn)口產(chǎn)品競爭的實(shí)力。(2)專業(yè)化分工趨勢顯現(xiàn)，近兩年來，出現(xiàn)了專門生產(chǎn)主要部件的廠家，這些廠家只生產(chǎn)其中的某個(gè)部件，這一趨勢使生產(chǎn)的門檻降低，導(dǎo)致廠家進(jìn)一步增多，競爭更加激烈，這在一定程度上推動(dòng)了自動(dòng)門的發(fā)展。 (3)競爭壓力日益增加，競爭有來自國際和國內(nèi)兩個(gè)方面，尤其是進(jìn)口產(chǎn)品借助質(zhì)量和品牌優(yōu)勢，占據(jù)了高端市場，雖然目前國內(nèi)廠家的產(chǎn)品基本上也都具備了比較完善的功能，但生產(chǎn)工藝略嫌粗糙，質(zhì)量水平參差不齊，整體檔次較低，主要集中在低端市場。這使國內(nèi)市場的競爭更加殘酷。 (4)自動(dòng)門產(chǎn)品的種類呈多樣化趨勢，加之自動(dòng)門產(chǎn)品往往是開發(fā)商而非最終用戶在選擇產(chǎn)品，所以價(jià)格因素加劇了市場競爭。競爭導(dǎo)致多廠家一味地降低價(jià)格，導(dǎo)致生產(chǎn)自動(dòng)門的利潤微薄。同時(shí)，由于價(jià)格普遍較低，使產(chǎn)品的持續(xù)改進(jìn)和發(fā)展受到嚴(yán)重的限 1 。1.3自動(dòng)門的發(fā)展趨勢(1)智能化：自動(dòng)門運(yùn)用各種編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)其智能話，其中PLC編程技術(shù)最為簡便與快捷，目前常用的PLC編程技術(shù)來實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)化。(2)易維護(hù)：在設(shè)計(jì)的過程中采取多種措施，以盡量減少在使用過程中的維護(hù)工作。(3)個(gè)性化：將會(huì)有越來越多的不同外觀和功能的產(chǎn)品出現(xiàn)，這將滿足用戶的不同需要。(4)安全性能高：隨著用戶安全意識(shí)的不斷提高，安全性將成為生產(chǎn)商和用戶都非常注重的一項(xiàng)指標(biāo)，這也將是一項(xiàng)基本要求 1 。2 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的主要構(gòu)成裝置自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：(1)氣泵氣源裝置，為系統(tǒng)提供壓縮空氣；(2)氣缸執(zhí)行元件，將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能；(3)單向二位四通電磁換向閥控制元件，控制壓縮空氣流的流動(dòng)方向，以便使執(zhí)氣缸完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律；(4)光電傳感器感應(yīng)元件，通過感應(yīng)來傳遞信號(hào)給PLC；(5)可編程控制器（PLC）控制換向閥的換向，從而控制氣缸有規(guī)律的運(yùn)動(dòng)。2.2 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念目前市場上的自動(dòng)門幾乎都通過PLC控制電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)門的開啟與閉合，這種控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜， PLC的編程也較繁瑣，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)不便檢測和維修。因此，本設(shè)計(jì)中不再采用電動(dòng)機(jī)控制，而是采用氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)來控制自動(dòng)門的開閉。此控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和原理簡單，便于檢測和維修。PLC編程也簡單，便于調(diào)試。此系統(tǒng)的工作介質(zhì)是空氣，空氣是取之不盡、用之不竭，所以此設(shè)計(jì)可節(jié)省能源，且氣體的排放無污染。總之，自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可以很好地滿足社會(huì)的需求。2.3 自動(dòng)門自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)功能分析(1)自動(dòng)控制方式 當(dāng)光電傳感器檢測到有人或其他物體接近門口且門未打開或者檢測到已無人接近門口且門未關(guān)閉時(shí)，PLC輸出信號(hào)控制氣缸活塞伸出或者保持活塞伸出狀態(tài)，從而使門處在開啟狀態(tài)。當(dāng)光電傳感器未檢測到信號(hào)時(shí)，活塞縮回，使門處在關(guān)閉狀態(tài)。 (2)手動(dòng)控制方式 當(dāng)光電傳感器發(fā)生故障，未檢測到信號(hào)時(shí)可以按手動(dòng)開啟按鈕來實(shí)現(xiàn)門的開啟，人通過門后，按手動(dòng)關(guān)閉按鈕后門自動(dòng)閉合。2.4 自動(dòng)門的控制要求(1)當(dāng)有人通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器檢測到信號(hào)并將信號(hào)傳給PLC，通過PLC控制電磁換向閥換向，氣缸的活塞伸出，從而推動(dòng)門的開啟。(2)自動(dòng)門在開門位置停留10秒后，當(dāng)光電傳感器未檢查到信號(hào)時(shí)，電磁換向閥復(fù)位，氣缸縮回，從而自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程。(3)在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器檢測到信號(hào)時(shí)，門立即停止關(guān)閉，并處在開啟狀態(tài)從而使人安全通過自動(dòng)門。 (4)在門打開后的10秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器檢測到信號(hào)，須重新開始等待10秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。(5)若光電傳感器出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人可以按下手動(dòng)按鈕使電磁閥換向，從而控制門的開閉。2.5氣動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案根據(jù)自動(dòng)門自動(dòng)開閉系統(tǒng)的組成、功能和控制要求，設(shè)計(jì)自動(dòng)門氣動(dòng)系統(tǒng)原理圖，如圖1所示。其中雙作用氣缸的活塞桿與齒條聯(lián)接，來推動(dòng)門的開閉。通過調(diào)節(jié)單向節(jié)流閥來控制流量，從而控制門的開閉速度。通過電磁換向閥換向控制氣缸的運(yùn)動(dòng)，從而控制門的開閉。 圖1 自動(dòng)門氣動(dòng)系統(tǒng)原理A、B雙作用氣缸；1、2、3、4單向節(jié)流閥；5、6二位四通電磁換向閥；7、8消聲器；9氣泵；10FRL單元。圖2 自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)簡圖2.6自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案采用齒條與齒輪結(jié)合的傳動(dòng)方式來實(shí)現(xiàn)門的自動(dòng)開啟與閉合，具體方式為：當(dāng)光電傳感器感應(yīng)到信號(hào)時(shí)，將信號(hào)傳給PLC，通過PLC控制二位四通電磁閥換向，從而使氣缸伸出，推動(dòng)齒條平行移動(dòng)，再由齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)氣缸完全伸出時(shí)，使自動(dòng)門完全打開，門開啟時(shí)間為10秒，10秒之后，若光電傳感器未檢測到信號(hào)，氣缸開始縮回，縮回至最大位置時(shí)，從而實(shí)現(xiàn)門的關(guān)閉。若光電傳感器出現(xiàn)故障，人只需按下手動(dòng)按鈕來控制二位四通電磁閥換向，從而控制門的開閉，這一過程門的開閉方式與傳感器控制門的開閉方式完全一下所以不再重述。自動(dòng)門的結(jié)構(gòu)簡圖如圖2所示。3 氣壓傳動(dòng)3.1 氣壓傳動(dòng)的原理及組成氣壓傳動(dòng)又簡稱氣動(dòng)，是指以壓縮空氣作為工作介質(zhì)來傳遞動(dòng)力和控制信號(hào)，控制和驅(qū)動(dòng)各種機(jī)械和設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程機(jī)械化、自動(dòng)化的一門技術(shù)。氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)的工作原理完全相同，都是以密封容積中的受壓工作介質(zhì)來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。它先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后通過各種元件組成的控制回路來實(shí)現(xiàn)能量的調(diào)控，最終再將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。(1)氣源裝置是將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣體壓力能的一種裝置，它的作用是為系統(tǒng)提供壓縮空氣。 (2)執(zhí)行元件是將壓縮空氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的能量轉(zhuǎn)換裝置。主要包括作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的氣缸，作連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的氣馬達(dá)和作不連續(xù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)馬達(dá)等元件。(3)控制元件又是用來控制壓縮空氣流的壓力、流量和流動(dòng)方向等，以便使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成預(yù)定運(yùn)動(dòng)規(guī)律的元件。包括各種壓力閥、方向閥、流量閥、邏輯元件、射流元件、行程閥、轉(zhuǎn)換器和傳感器等。(4)輔助元件是使壓縮空氣凈化、潤滑、消聲以及元件間連接所需要的一些裝置。主要包括包括分水濾氣器、油霧器、消聲器以及各種管路附件等。 3.2 氣壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)氣壓傳動(dòng)有許多其他傳動(dòng)方式所不具有優(yōu)點(diǎn)，氣壓傳動(dòng)的工作介質(zhì)是空氣，空氣是取之不盡、用之不竭。與其他傳動(dòng)方式相比，氣壓傳動(dòng)能節(jié)約資源。氣壓傳動(dòng)工作環(huán)境適應(yīng)性能好，對(duì)工作環(huán)境幾乎沒有特殊要求。特別是在易燃、易爆、強(qiáng)磁、輻射、多塵埃、振動(dòng)等惡劣環(huán)境中，比其他傳動(dòng)更可靠；氣動(dòng)裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)較簡單，且成本低，維護(hù)方便，過載能自動(dòng)實(shí)現(xiàn)保護(hù)。但是氣壓傳動(dòng)也有自身的不足，空氣的可壓縮性較大，氣動(dòng)裝置的動(dòng)作穩(wěn)定性和連續(xù)性較差，當(dāng)外載發(fā)生變化時(shí)，對(duì)工作速度的影響比較大；氣壓傳動(dòng)裝置工作時(shí)沒有潤滑液，所以采用氣壓傳動(dòng)時(shí)一般都需要加油霧器裝置潤滑，傳動(dòng)系統(tǒng)的噪聲較大，因此往往需要在系統(tǒng)中設(shè)置消聲裝置。氣壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)方式性能的比較如表1所示 2 。表1 氣壓傳動(dòng)與其它傳動(dòng)方式性能的比較類 型操作力動(dòng)作快慢環(huán)境要求構(gòu)造負(fù)載變化影響操作距離無級(jí)調(diào)速工作壽命維護(hù)價(jià)格氣壓傳動(dòng)中等較快適應(yīng)性好簡單較 大中距離較好長一般便宜液壓傳動(dòng)最大較慢不怕振動(dòng)復(fù)雜有一些短距離良好一般要求高稍貴電傳動(dòng)電氣中等快要求高稍復(fù)雜幾乎沒有遠(yuǎn)距離良好較短要求較高稍貴電子最小最快要求特高最復(fù)雜沒有遠(yuǎn)距離良好短要求更高最貴機(jī)械傳動(dòng)較大一般一般一般沒有短距離較困難一般簡單一般通過表1我們可以看出本設(shè)計(jì)采用氣壓傳動(dòng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，例如，對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性好，構(gòu)造簡單，工作壽命長，維修簡單，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。但我們同時(shí)也應(yīng)注意到氣壓傳動(dòng)的不足：氣壓傳動(dòng)受負(fù)載的影響較大，所以在設(shè)計(jì)中，應(yīng)該特別注意。4 氣動(dòng)系統(tǒng)的選擇氣壓傳動(dòng)與液壓傳動(dòng)的工作原理完全相同，都是以密封容積中的受壓工作介質(zhì)來傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的。它先將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成壓力能，然后通過各種元件組成的控制回路來實(shí)現(xiàn)能量的調(diào)控，最終再將壓力能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)預(yù)定的運(yùn)動(dòng)。典型的氣壓傳動(dòng)系統(tǒng)由氣源裝置、執(zhí)行元件、控制元件和輔助元件四個(gè)部分組成。本次設(shè)計(jì)中，同樣選擇典型氣動(dòng)系統(tǒng)的四個(gè)組成部分來控制門的自動(dòng)開閉，包括氣泵、氣缸、節(jié)流閥、二位四通電磁閥等元件。設(shè)計(jì)中選擇的氣動(dòng)元件都來自于SMC(中國)有限公司生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)氣動(dòng)元件。 4.1氣泵的選擇 氣泵是氣動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力源，它把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成氣壓能輸送給氣動(dòng)系統(tǒng)。氣壓傳動(dòng)的壓力一般都在范圍內(nèi)，因?yàn)镃Q2系列的氣缸最高使用壓力為并且此次設(shè)計(jì)中所需要的使用的壓力為，所以此次選用的氣泵輸出的最高壓力必須大于，并小于，這樣既能滿足設(shè)計(jì)要求，又能保證即使壓力達(dá)到最大時(shí)也不會(huì)對(duì)氣缸造成損害。4.2 氣缸的選擇 氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)的執(zhí)行元件之一。除幾種特殊氣缸外，普通氣缸其種類及結(jié)構(gòu)形式與液壓缸基本相同。目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。氣缸是氣動(dòng)系統(tǒng)中使用最多的一種執(zhí)行元件，根據(jù)使用條件不同，其結(jié)構(gòu)、形狀也有多種形式，氣缸也有不同的分類方式。結(jié)合本次設(shè)計(jì)的需要，重點(diǎn)討論以一下兩種分類：(1)按壓縮空氣對(duì)活塞端面作用力的方向分1)單作用氣缸 單作用氣缸只有一個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)是氣壓傳動(dòng)，活塞的復(fù)位靠彈簧力或自重和其他外力。2)雙作用氣缸 雙作用氣缸的往返運(yùn)動(dòng)全靠壓縮空氣來完成。(2)按氣缸的功能分1)普通氣缸 包括單作用式和雙作用式氣缸。常用于無特殊的場合。 2)緩沖氣缸 氣缸一端或兩端帶有緩沖裝置，以防止和減少活塞運(yùn)動(dòng)到端點(diǎn)時(shí)對(duì)氣缸缸蓋的沖擊。 3)氣液阻尼缸 氣缸與液壓缸串聯(lián)，可控制氣缸活塞的運(yùn)動(dòng)速度，并使其速度相對(duì)穩(wěn)定。 4)擺動(dòng)氣缸 用于要求氣缸葉片軸在一定角度內(nèi)繞軸線回轉(zhuǎn)的場合，如夾具轉(zhuǎn)為、閥門的啟閉等。 5)沖擊氣缸 是一種以活塞桿高速運(yùn)動(dòng)形成沖擊力的高速缸，可以用于沖壓、切斷等。 6)進(jìn)步氣缸 是一種根據(jù)不同的控制信號(hào)，使活塞桿伸出不同的相應(yīng)位置的氣缸 3 。 本次設(shè)計(jì)中需要使用氣缸活塞的往返運(yùn)動(dòng)來控制門的自動(dòng)開閉，由于氣壓傳動(dòng)受負(fù)載的影響較大，為了實(shí)現(xiàn)門的平穩(wěn)開啟，所選用的氣缸需要帶有緩沖裝置。所以此次設(shè)計(jì)選擇雙作用緩沖氣缸。在此次設(shè)計(jì)中，由于自動(dòng)門分為左右兩扇相同的玻璃門，因此需要選用兩個(gè)相同的氣缸。自動(dòng)門的材質(zhì)為玻璃，門的高為；寬為；厚為；每扇門的重量為。門與固定支座之間的摩擦因數(shù)為。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)齒輪的齒數(shù)為，模數(shù)為。根據(jù)以上的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。4.2.1 氣缸主要尺寸的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)氣缸氣缸時(shí)，只有保證氣缸的下邊幾個(gè)主要尺寸，才能實(shí)現(xiàn)氣缸的功能。 (1)氣缸的直徑氣缸的直徑也就是氣缸的內(nèi)徑，可根據(jù)外負(fù)載的大小來確定，當(dāng)氣源提供氣壓為時(shí)，氣缸的內(nèi)徑為 （41）所求的D值，一般要提高再圓整到系列標(biāo)準(zhǔn)值。氣缸的內(nèi)徑系列如表2所示。表2 氣缸的內(nèi)徑系列氣缸直徑3240506380100125160200250320400500630活塞桿直徑12141618202532405063708090100 在此設(shè)計(jì)中氣缸的活塞與齒條聯(lián)接，通過齒條帶動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使自動(dòng)門實(shí)現(xiàn)開閉。齒輪的齒數(shù)為；模數(shù)為；則由此可以計(jì)算出分度圓的直徑為；又易知齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)便可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的完全開閉，自動(dòng)門與固定支座間的摩擦力為： 令齒輪的傳動(dòng)力為，則根據(jù)理論力學(xué)中有關(guān)力矩的知識(shí)可得出從而求得；那么氣缸的推動(dòng)力至少應(yīng)為，考慮到氣缸運(yùn)功過程中的誤差的存在，取；取氣源的供氣壓力為；根據(jù)公式（41）可知?dú)飧椎闹睆綉?yīng)滿足；所求的D值，一般要提高再圓整到系列標(biāo)準(zhǔn)值。即；經(jīng)圓整查表2可得氣缸的直徑為；活塞桿直徑；(2)活塞的行程活塞的行程一般根據(jù)實(shí)際需要來確定，通常的值取。 (3)氣缸進(jìn)、排氣口直徑的大小，直接決定了氣缸進(jìn)氣速度，亦決定了活塞的運(yùn)動(dòng)速度。設(shè)計(jì)中，應(yīng)予以充分的重視，直徑的確定可根據(jù)空氣流經(jīng)排氣口的速度來計(jì)算，一般取，因而為 （42）式中，為工作壓力下輸入氣缸的空氣量。一般情況下進(jìn)氣口直徑根據(jù)氣缸的內(nèi)徑的大小來選取。如表3所示。表3 排氣口直徑與氣缸內(nèi)徑的關(guān)系氣缸內(nèi)徑進(jìn)排氣口直徑4050，6380,100,125140,160,1808101520因?yàn)楦椎闹睆綖?，所以查?可得進(jìn)排氣口的直徑。4.2.2 氣缸的主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)氣缸各部分機(jī)械結(jié)構(gòu)時(shí)，主要要確定各部分的結(jié)構(gòu)形式及主要尺寸。氣缸的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)氣缸筒的的主要作用是提供壓縮空氣的儲(chǔ)存與膨脹空間及對(duì)活塞實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，從而通過活塞將壓力能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。氣缸筒均為圓筒形狀，要確定的主要尺寸為：(1)氣缸的直徑 已求出。 (2)氣缸筒的壁厚 壁厚可利用薄壁圓筒的強(qiáng)度計(jì)算公式來確定 （43）式中：氣缸工作壓力；氣缸內(nèi)徑；氣缸材料的許用拉應(yīng)力；，缸體材料的抗拉強(qiáng)度，安全系數(shù)，一般??；考慮到剛度、加工制造、腐蝕等要求所加的裕量。氣缸的材料的許用拉應(yīng)力通常取下來數(shù)據(jù)；鑄鐵和，；鋼管，；45鋼管，；鑄造鋁合金，。常用氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系如表4所示。表4 氣缸直徑、材料和壁厚的關(guān)系材 料氣缸直徑5080100125160200250320壁厚鑄鐵78101012141616鋼，Q235 5788991112鋁合金ZL203本次設(shè)計(jì)中材料選用；缸的直徑為，查表4可得缸的壁厚為。4.2.3 氣缸的選擇目前最常選用的是標(biāo)準(zhǔn)氣缸，其結(jié)構(gòu)和參數(shù)都已系列化、標(biāo)準(zhǔn)化、通用化。本設(shè)計(jì)中所使用的氣缸選擇SMC(中國)有限公司生產(chǎn)的氣缸系列 5 。(1)氣缸系列的選擇 SMC氣缸的部分系列如表5所示。表5 SMC氣缸的部分系列氣缸系列氣缸缸徑 mm6810121620253240506380100CJ2系列小型不銹鋼缸筒系列CM2系列輕型不銹鋼缸筒系列CG1系列鋁制缸筒、輕型CA2系列拉桿型中缸系列MB系列C85符合CETOP標(biāo)準(zhǔn)的氣缸C95CQ2系列薄壁CQS系列緊湊，薄型因?yàn)樗x用的氣缸的直徑應(yīng)為；所以查表5中確定本設(shè)計(jì)選用系列的氣缸。(2)氣缸安裝的形式選擇不同氣缸有不同的安裝形式，而各系列亦有多種不同的安裝形式可供選擇，應(yīng)根據(jù)氣缸的不同用途來選擇安裝形式。安裝形式可分為：普通型、腳座型、法蘭型、耳環(huán)型、耳軸型。本設(shè)計(jì)中氣缸選擇腳座型安裝形式。(3)氣缸的緩沖方式選擇 本設(shè)計(jì)中需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)門的平穩(wěn)開閉，故選擇橡膠緩沖的形式。 氣缸的緩沖方式選擇如表6所示。表6 氣缸的緩沖方式氣缸系列緩沖形式CJ2CM2CG1CA2MBC95CQ2CQS無緩沖橡膠緩沖氣緩沖液壓緩沖(4)活塞桿端配件的選擇活塞桿端的接頭形式如表7所示。表7 活塞的接頭形式肘接頭I型單肘節(jié)頭 Y型雙肘節(jié)頭浮動(dòng)接頭標(biāo)準(zhǔn)型 法蘭型 腳座型浮動(dòng)接頭可避免工件與活塞軸向偏心的問題，故選用浮動(dòng)接頭的法蘭型。(5)CQ氣缸的選擇根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)，可確定本設(shè)計(jì)中選用的氣缸型號(hào)為，其中表示氣缸的系列，表示氣缸的安裝方式為腳座式，50表示缸的直徑，125表示氣缸的行程，D表示氣缸的動(dòng)作方式為雙作用方式，C表示緩沖方式為添加緩沖墊。4.3 其它氣動(dòng)元件的選擇(1)控制元件的選擇1)二位四通電磁換向閥的選擇選用SMC(中國)有限公司生產(chǎn)的單電控二位四通電磁換向閥，其型號(hào)為：；為單體式直接配管型；2)排氣節(jié)流閥的選擇節(jié)流閥依靠改變閥口的通流面積的大小或通流通道的長短來控制空氣流量的。SMC(中國)公司生產(chǎn)的節(jié)流閥和氣缸是配套使用的，因此根據(jù)氣缸的型號(hào)便可以選出節(jié)流閥的型號(hào)。設(shè)計(jì)中選用SMC(中國)有限公司生產(chǎn)的排氣節(jié)流閥，其型號(hào)為：。(2)其他氣動(dòng)元件的選擇其它氣動(dòng)元件也全部選擇SMC(中國)有限公司生產(chǎn)的系列產(chǎn)品。消聲器選用消聲效果為30分貝的消聲器；氣動(dòng)三元件FRL單元空氣組合元件；配管選用外徑為的配管；選用浮動(dòng)接頭的型號(hào)為。5 可編程控制器（PLC）的選擇5.1 PLC的產(chǎn)生與發(fā)展PLC是一種數(shù)字運(yùn)算的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采用可編程序的存儲(chǔ)器，用來在內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過數(shù)字式、模擬式的輸入和輸出，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)設(shè)備，都應(yīng)按易于與工業(yè)控制系統(tǒng)聯(lián)成一個(gè)整體，易于擴(kuò)充的原則設(shè)計(jì)。PLC的產(chǎn)生可追溯到上世紀(jì)70年代，1969年美國數(shù)據(jù)設(shè)備公司（DEC）研制出世界上第一臺(tái)可編程控制器，并成功地應(yīng)用在GM公司的生產(chǎn)線上。其后日本、原聯(lián)邦德國等相繼引入，使其迅速發(fā)展起來。但這一時(shí)期它主要用于順序控制，雖然也采用了計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)思想，但當(dāng)時(shí)只能進(jìn)行邏輯運(yùn)算，故稱為可編程邏輯控制器，簡稱PLC（programmable logic controller）。PLC從誕生至今，其發(fā)展大體經(jīng)歷了三個(gè)階段：從20世紀(jì)70年代至80年代中期，以單機(jī)為主發(fā)展硬件技術(shù)，為取代傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制系統(tǒng)而設(shè)計(jì)各種型號(hào)的PLC。到80年代末期，為適應(yīng)柔性制造系統(tǒng)的(FMS)的發(fā)展，在提高單片機(jī)功能的同時(shí)，加強(qiáng)軟件的開發(fā)，提高同通信能力。90年代以來，為適應(yīng)計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)（CIMS）的發(fā)展，采用多CPU的PLC系統(tǒng)，不斷提高運(yùn)算速度和數(shù)據(jù)處理能力。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)顯示，1987年世界PLC的銷售額為25億美元，此后每年以20%左右的速度遞增。進(jìn)入20世紀(jì)90年代以來，世界PLC的平均銷售額在55億美元以上，其中我國約占1%。當(dāng)前PLC在國際市場上已成為最受歡迎的工業(yè)控制暢銷產(chǎn)品，用PLC設(shè)計(jì)自動(dòng)控制系統(tǒng)已成為世界潮流 7 。5.2 PLC的特點(diǎn)PLC工作的可靠性能高，抗干擾能力強(qiáng) ，它采用隔離、濾波、屏蔽、聯(lián)鎖等措施，這些措施提高PLC的可靠性；采用密封、防塵、抗震的外殼封裝結(jié)構(gòu)，以適應(yīng)工作現(xiàn)場的惡劣環(huán)境，已集成電路為基本元件，內(nèi)部處理不依賴機(jī)械觸電，以保證高可靠性。PLC的配套齊全，功能完善，適用性能強(qiáng) ，可實(shí)現(xiàn)三電一體化，即電控、電儀、電傳一體化，一臺(tái)控制裝置包括邏輯控制功能、過程控制功能、運(yùn)動(dòng)控制功能三種功能，可以方便、靈活地適應(yīng)各種工業(yè)需要。另外PLC技術(shù)易學(xué)易用，以繼電器邏輯梯形圖為編程語言，梯形圖符號(hào)和定義與常規(guī)的繼電器展開圖完全一致，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、調(diào)試、建造工作量較小，調(diào)試、維護(hù)方便容易，并且程序容易變更 7 。5.3 PLC的工作原理PLC則是采用循環(huán)掃描的工作方式。對(duì)每個(gè)程序，CPU從第一條指令開始執(zhí)行，按指令步序號(hào)做周期性的程序循環(huán)掃描，一個(gè)掃描周期主要可分為3個(gè)階段。(1)輸入刷新階段在輸入刷新階段，CPU掃描全部輸入端口，讀取其狀態(tài)并寫入輸入狀態(tài)寄存器。完成輸入端刷新工作后，將關(guān)閉輸入端口，轉(zhuǎn)入程序執(zhí)行階段。在程序執(zhí)行期間即使輸入端狀態(tài)發(fā)生變化，輸入狀態(tài)寄存器的內(nèi)容也不會(huì)改變，而這些變化必須等到下一工作周期的輸入刷新階段才能被讀入。(2)程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，根據(jù)用戶輸入的控制程序，從第一條開始逐步執(zhí)行，并將相應(yīng)的邏輯運(yùn)算結(jié)果存入對(duì)應(yīng)的內(nèi)部輔助寄存器和輸出狀態(tài)寄存器。當(dāng)最后一條控制程序執(zhí)行完畢后，即轉(zhuǎn)入輸入刷新階段。(3)輸出刷新階段當(dāng)所有指令執(zhí)行完畢后，將輸出狀態(tài)寄存器中的內(nèi)容，依次送到輸出鎖存電路（輸出映像寄存器），并通過一定輸出方式輸出，驅(qū)動(dòng)外部相應(yīng)執(zhí)行元件工作，這才形成PLC的實(shí)際輸出 8 。5.4 PLC的選型 本文選擇松下電工FP0系列PLC，F(xiàn)P0是日本松下電工株式會(huì)社繼小型機(jī)FP1系列之后又開放的小型PLC產(chǎn)品。它集CPU、I/O、通信等諸多功能模塊與一體，具有體積小、功能強(qiáng)和性能價(jià)格比高等特點(diǎn)，適用單機(jī)、小規(guī)?？刂疲跈C(jī)床、紡織、電梯控制等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別適合在我國的中小企業(yè)推廣應(yīng)用。其特點(diǎn)如下：(1)超小型尺寸，具有世界上最小的安裝面積，寬25mm高90mm長60mm；(2)輕松擴(kuò)展，擴(kuò)展單元可直接連接到控制單元上、不需任何電纜；(3)從I/O 10點(diǎn)到最大I/O 128點(diǎn)的選擇空間；(4)擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域?？刂葡到y(tǒng)有自動(dòng)門手動(dòng)開啟按鈕1個(gè)，自動(dòng)門手動(dòng)關(guān)閉按鈕1個(gè)，1個(gè)光電傳感器，1個(gè)繼電器。PLC需要3個(gè)輸入點(diǎn)和1個(gè)輸出點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)的I/O點(diǎn)數(shù)要求，選擇FP0系列PLC的C32型主機(jī)。其輸入點(diǎn)數(shù)為16，輸出點(diǎn)數(shù)為16，滿足控制要求，故不需要對(duì)控制單元進(jìn)行擴(kuò)展 8 。PLC的I/O點(diǎn)分配如表9所示。表9 PLC的I/O點(diǎn)分配PLC點(diǎn)名稱 連接外部設(shè)備 功能說明 X0 手動(dòng)開啟按鈕SB1 手動(dòng)開啟 X1 手動(dòng)關(guān)閉按鈕SB2 手動(dòng)關(guān)閉 X2 光電傳感器SE1 自動(dòng)開閉5.5 控制功能(1)當(dāng)有人通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)并將信號(hào)傳給PLC，通過PLC控制電磁換向閥換向，氣缸的活塞伸出，從而推動(dòng)門的開啟。(2)自動(dòng)門在開門位置停留10秒后，當(dāng)光電傳感器SE1未檢查到信號(hào)時(shí)，電磁換向閥復(fù)位，氣缸縮回，從而自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程。(3)在關(guān)門過程中，當(dāng)有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)時(shí)，門立即停止關(guān)閉，并處在開啟狀態(tài)從而使人安全通過自動(dòng)門。 (4)在門打開后的10秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)，須重新開始等待10秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。(5)若光電傳感器SE1出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人可以按下手動(dòng)按鈕使電磁閥換向，從而控制門的開閉。自動(dòng)門的開閉流程如圖3所示。 人通過信號(hào)活塞伸出開門手動(dòng)開按鈕YN延遲10s再次信號(hào)Y活塞縮回關(guān)門再次信號(hào)結(jié)束NNY手動(dòng)關(guān)按鈕圖3 自動(dòng)門的開閉流程5.6 程序設(shè)計(jì)(1)梯形圖語言PLC的梯形圖在形式上沿襲了傳統(tǒng)的繼電器接觸器控制圖，是在原繼電器接觸器控制系統(tǒng)的繼電器梯形圖基礎(chǔ)上演變而來的一種圖形語言。它將PLC內(nèi)部的各種編程元件（如繼電器的觸點(diǎn)、線圈、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等）和各種具有特定功能的命令用專用圖形符號(hào)、標(biāo)號(hào)定義，并按邏輯要求及連接規(guī)律組合和排列，從而構(gòu)成了表示PLC輸入、輸出之間控制關(guān)系的圖形。由于它在繼電器接觸器的基礎(chǔ)上加進(jìn)了許多功能強(qiáng)大、使用靈活的指令，并將計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)結(jié)合進(jìn)去，使邏輯關(guān)系清晰直觀、編程容易、可讀性強(qiáng)，所實(shí)現(xiàn)的功能大大超過了傳統(tǒng)的繼電接觸控制電路，所以很受用戶歡迎。它是目前用的最多的PLC編程語言。(2)梯形圖程序根據(jù)自動(dòng)門的控制要求以及自動(dòng)門的開閉流程圖3，編寫控制系統(tǒng)的PLC程序梯形圖，如圖4所示。圖4 PLC程序梯形圖5.7 自動(dòng)門的開閉方式分析(1)自動(dòng)開閉1)當(dāng)有人員通過自動(dòng)門，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)時(shí)，電磁閥換向，氣缸的活塞伸出，從而推動(dòng)門的開啟。2)自動(dòng)門在開門位置停留10秒后，當(dāng)光電傳感器SE1未檢查到信號(hào)時(shí)，電磁閥復(fù)位，氣缸縮回，從而進(jìn)入自動(dòng)關(guān)門過程。3)在關(guān)門過程中，若有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)時(shí)，門立即停止關(guān)閉，并處在開啟狀態(tài)從而使人安全通過自動(dòng)門。4)在門打開后的10秒等待時(shí)間內(nèi)，若有人員通過自動(dòng)門時(shí)，光電傳感器SE1檢測到信號(hào)，須重新開始等待10秒后，再自動(dòng)進(jìn)入關(guān)門過程，以保證人員安全通過。(2)手動(dòng)開閉若光電傳感器SE1出現(xiàn)故障無法感應(yīng)信號(hào)實(shí)現(xiàn)電磁閥換向時(shí)，人員通過自動(dòng)門時(shí)可以按下手動(dòng)按鈕SB1使電磁閥換向，從而使自動(dòng)門開啟；通過自動(dòng)門后，按下手動(dòng)按鈕SB2使電磁閥復(fù)位，從而使自動(dòng)門關(guān)閉。這手動(dòng)的過程中，門的開閉仍然是通過PLC控制的。5.8 PLC的硬件選擇5.8.1 傳感器的功能與選擇(1)光電傳感器的簡單介紹傳感器就是能感知外界信息并能按一定規(guī)律將這些信息轉(zhuǎn)換成可用信號(hào)的裝置；簡單說傳感器是將外界信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置。所以它由敏感元器件（感知元件）和轉(zhuǎn)換器件兩部分組成。在這次設(shè)計(jì)中所采用的是傳感器是光電傳感器，光電傳感器是各種光電檢測系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件，它是把光信號(hào)（紅外、可見及紫外光輻射）轉(zhuǎn)變成為電信號(hào)的器件。光電檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光電式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。光電式傳感器是以光電器件作為轉(zhuǎn)換元件的傳感器。它可用于檢測直接引起光量變化的非電量，如光強(qiáng)、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測能轉(zhuǎn)換成光量變化的其他非電量，如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動(dòng)、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識(shí)別等。光電式傳感器具有非接觸、響應(yīng)快、性能可靠等特點(diǎn)，因此在工業(yè)自動(dòng)化裝置和機(jī)器人中獲得廣泛應(yīng)用 9 。(2)光電傳感器的接線方式自動(dòng)門的自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)采用光電傳感器來檢測信號(hào)的有無，其接線方法如圖5所示。 圖5 光電傳感器接線5.8.2 PLC的硬件接線此次自動(dòng)門的設(shè)計(jì)采用了自動(dòng)開閉氣動(dòng)系統(tǒng)，改變了以往自動(dòng)門的復(fù)雜編程設(shè)計(jì)，簡單實(shí)用，可用于各種場合，PLC的編程比以往自動(dòng)門的PLC編程要簡單，容易理解，便于調(diào)試。繪制PLC的硬件接線圖，如圖6所示。 圖6 PLC的硬件接線6 自動(dòng)門的模擬6.1自動(dòng)門主要部分的三維建模6.1.1 自動(dòng)門主要部件圖在自動(dòng)門的主要部件建模中，使用了一些常用的命令，如拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、矩陣等Pro/ENGINEER Wildfire常用的建模命令。對(duì)門的主要部件的建模如圖7所示。其中門的實(shí)際高度為，寬為，厚為，為了便于觀察門的運(yùn)動(dòng)，建模時(shí)門的高度，寬為，厚為。6.1.2 自動(dòng)門主要部件的裝配Pro/ENGINEER Wildfire不僅提供了提供了強(qiáng)大的零件設(shè)計(jì)工功能，同時(shí)也提供了強(qiáng)大的零件裝配功能。在Pro/ENGINEER Wildfire中，零件裝備是通過定義零件模型之間的裝配約束來實(shí)現(xiàn)的。裝配的主要步驟包括建立零件裝配模式和調(diào)入零件進(jìn)行裝配兩個(gè)部分。自動(dòng)門主要部件的裝配過程是將前面已經(jīng)建立好的各零部件模型組裝在一起的過程，為后面的運(yùn)動(dòng)仿真及分析做基礎(chǔ)。對(duì)自動(dòng)門的主要部件進(jìn)行裝配的大致過程如下所示。(1)打開Pro/ENGINEER Wildfire4.0后，首先新建裝配模型文件。單擊主菜單下拉欄中的“新建”選項(xiàng)，選擇類型中的“組件”選項(xiàng)，子類型仍然按系統(tǒng)默認(rèn)的“設(shè)計(jì)”選項(xiàng)，在名稱一欄輸入“menzhuangpei”，取消“使用缺省模板”復(fù)選框，單擊確定按鈕，在接下來出現(xiàn)的對(duì)話框中勾選“mns_asm_design”作為裝配模板，這樣就選取了零件裝配模式；(2)調(diào)入基準(zhǔn)零件。單擊主菜單欄中 “插入”選項(xiàng)的下拉菜單中的“元件”命令，然后在系統(tǒng)彈出的“元件”菜單中選擇“裝配”選項(xiàng)；或者直接點(diǎn)擊右側(cè)插入元件按鈕，即可依次選擇要裝配的各元件； (a) 門 (b) 門框 (c) 齒輪 (d) 軸承 (e) 支座 (f) 軸圖7 門的主要部件圖(3)調(diào)入插入的零件。點(diǎn)擊“打開”選項(xiàng)，系統(tǒng)將彈出放置對(duì)話框，按系統(tǒng)自身默認(rèn)的“用戶定義”、“自動(dòng)”放置第一個(gè)組件，單擊確定按鈕即可；或者直接點(diǎn)擊右側(cè)插入元件按鈕，插入需要裝配的零件；(4)定義需要裝配的零件之間的裝配約束關(guān)系并確定這些約束關(guān)系的定義，完成兩零件間的裝配，約束的確定可以保證每個(gè)組件之間具有正確的位置關(guān)系；(5)選擇其他需要裝配的自動(dòng)門零件，在系統(tǒng)彈出的對(duì)話框中選擇“用戶定義”和合適的裝配方式，單擊放置按鈕，依次選擇兩零件將要配合的部分，即可將其裝配一起，重復(fù)上述步驟，直到完全約束即可單擊確定按鈕，完成兩個(gè)零件的裝配；(6)重復(fù)上述步驟，依次裝配好各個(gè)單元，裝配圖如圖(8a)、(8b)所示。需要強(qiáng)調(diào)的是在裝備門框時(shí)，應(yīng)該選擇的裝配環(huán)境是“使用缺省模板”的環(huán)境，這樣才能在仿真時(shí)保持門框的固定。 (a) 門正面 (b) 門背面 圖8 門的裝配圖6.2自動(dòng)門的運(yùn)動(dòng)仿真及結(jié)果分析機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可以完成各種機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)仿真，在運(yùn)動(dòng)分析過程中，可以在不考慮模型系統(tǒng)的作用力及質(zhì)量情況下分析機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，并測量主體位置、速度和加速度的改變情況，檢查元件之間的關(guān)系，輸出運(yùn)動(dòng)軌跡和包絡(luò)圖等。本次自動(dòng)門的設(shè)計(jì)中使用了機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析模擬自動(dòng)門自動(dòng)開閉功能的基本過程，由于自動(dòng)門組件模型的建立已經(jīng)在裝配過程中完成，所以接下來需要討論的剩余過程主要包括連接設(shè)置、伺服電動(dòng)機(jī)的定義、建立運(yùn)動(dòng)特性測量、定義并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析以及查看運(yùn)動(dòng)分析結(jié)果等內(nèi)容。 (1)連接設(shè)置 完成自動(dòng)門的元件裝配后，接下來是進(jìn)入機(jī)構(gòu)（Mechanism）環(huán)境進(jìn)行連接設(shè)置，主要是對(duì)連接位置的設(shè)定、裝配的檢測及建立快照，其中連接位置可以再組件下完成，也可在機(jī)構(gòu)下重新設(shè)置。在此次設(shè)計(jì)中采用用齒輪副連接，齒輪副連接用于定義兩個(gè)連接軸的速度約束，Mechanism包括標(biāo)準(zhǔn)齒輪副和齒條與齒輪兩種形式。此次設(shè)計(jì)中采用齒條與齒輪傳動(dòng)方式，齒輪與齒條副可以將平行移動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，模型中必須包括一個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸和一個(gè)平行運(yùn)動(dòng)軸。定義齒條與齒輪副過程如下：選擇“插入”/“齒輪副”命令，或單擊按鈕彈出“齒輪副定義”對(duì)話框；在“名稱”欄輸入名稱或接受內(nèi)定名稱；接著從“類型”列表中選取默認(rèn)的“齒輪與齒條”類型齒輪副；在“小齒輪”欄中單擊按鈕選取旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸，此運(yùn)動(dòng)軸為帶動(dòng)門轉(zhuǎn)動(dòng)的軸。然后在“節(jié)圓”欄中輸入直徑值，節(jié)圓的值為；在“圖標(biāo)位置”欄為節(jié)線選取一個(gè)偏移的位置量；接著在“齒條”欄中單擊按鈕選取一個(gè)平移運(yùn)動(dòng)軸，此運(yùn)動(dòng)軸為氣缸活塞的軸線；其余按照相同的操作完成齒條的定義。在“屬性”欄中會(huì)自動(dòng)顯示齒條的比值，最后單擊確定按鈕即可完成齒輪齒條副的定義。(2)伺服電機(jī)的定義 伺服電機(jī)是動(dòng)力學(xué)分析的動(dòng)力源，它可以為連接接頭設(shè)定各種位置、速度和加速度，使機(jī)構(gòu)以特定方式運(yùn)轉(zhuǎn)。服電機(jī)施加位置、速度和加速度的方式是以時(shí)間函數(shù)的形式表達(dá)的，通過定義時(shí)間函數(shù)，如常數(shù)、線性函數(shù)、自定義函數(shù)等，可以得出每一時(shí)間各個(gè)主體的位置（輪廓）。在Mechanism中伺服電機(jī)包括運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)和幾何伺服電機(jī)，運(yùn)動(dòng)軸伺服電動(dòng)機(jī)用于建立某一方向上的明確定義的運(yùn)動(dòng)。本設(shè)計(jì)中采用的是運(yùn)動(dòng)軸伺服電機(jī)。建立伺服電機(jī)的過程如下：點(diǎn)擊選擇“插入”/“伺服電動(dòng)機(jī)”命令，彈出“伺服電動(dòng)機(jī)定義”對(duì)話框；在“名稱”欄輸入伺服電動(dòng)機(jī)的名稱；在“類型”“從動(dòng)圖元”欄選伺服電動(dòng)機(jī)的類型“運(yùn)動(dòng)軸”。確定電動(dòng)機(jī)類型后，在“輪廓”欄中定義運(yùn)動(dòng)的類型為“速度”，建立施加轉(zhuǎn)速的伺服電機(jī)。在“規(guī)范”下拉列表選擇速度，“?！毕吕斜磉x擇常數(shù)，并選擇轉(zhuǎn)速值為2；完成上訴過程后單擊確定按鈕退出伺服電動(dòng)機(jī)定義。(3)建立運(yùn)動(dòng)特性測量 建立運(yùn)動(dòng)結(jié)果測量可以將機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析得到的結(jié)果不僅使用動(dòng)畫的方式表現(xiàn)出來，而且還可以使用圖表的形式獲取每一時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使用者可以準(zhǔn)確的捕獲用來改進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的有關(guān)信息，以便以完成機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。建立結(jié)果測量的具體步驟如下：選擇“分析”/“測量”命令，系統(tǒng)彈出“測量結(jié)果”對(duì)話框；單擊“新建測量”按鈕彈出“測量定義”對(duì)話框；在“名稱”欄輸入測量名稱或接受內(nèi)定名稱；在“類型”欄下拉列表選擇測量結(jié)果的類型為“速度”；在“點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸”欄單擊按鈕，并在組件中選擇要定義測量的點(diǎn)或運(yùn)動(dòng)軸；重復(fù)上邊的步驟操作，依次選取二軸，在“評(píng)估方法”欄選擇評(píng)估方法為每個(gè)時(shí)間步長度，單擊確定按鈕即可以完成測量定義；(4)定義并執(zhí)行運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 通過設(shè)置機(jī)構(gòu)建模圖元定義機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方式之后，建立一個(gè)運(yùn)動(dòng)分析計(jì)算機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)過程中主體的各種運(yùn)動(dòng)特性。使用機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析模塊可以建立位置分析和運(yùn)動(dòng)學(xué)分析。進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析時(shí)不需要考慮力和質(zhì)量，因此，不必為機(jī)構(gòu)指定質(zhì)量屬性。運(yùn)動(dòng)分析可以計(jì)算幾何圖元和連接的速度、加速度以及作為捕獲機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的包絡(luò)。定義運(yùn)動(dòng)分析的操作過程如下：選擇“分析”/“機(jī)構(gòu)分析”命令，單擊按鈕彈出“分析定義”對(duì)話框；在名稱欄輸入分析的名稱或接受內(nèi)定名稱；在“類型”欄下拉列表中選擇分析類型“運(yùn)動(dòng)學(xué)”； 在“優(yōu)先選項(xiàng)”欄中選取“長度和幀頻”，輸入開始時(shí)間0終止時(shí)間為96，幀頻為50；在“電動(dòng)機(jī)”欄中選擇使用的驅(qū)動(dòng)電機(jī)；直接單擊“運(yùn)行”按鈕執(zhí)行運(yùn)動(dòng)分析，完成后單擊確定按鈕。(