1、钱方杰 机械手夹持器设计中文摘要本次设计是以三菱 FX2n 为核心的电梯控制系统的硬件组成及软件设计，采用 PLC 来控制轿箱提升电机的起、停和正、反转。这里主要是对电梯牵引机的参数进行设计、计算、 （包括电动机、减速器、轴、轴承、联轴器、制动器）以及工艺的编排和相关图形的绘制，另外对 PLC 控制系统的设计，主要是 PLC 控制电路图、程序流程图以及 PLC 编程。其中对牵引机的设计重点是减速器的选择和箱体零件的设计和加工。减速器选择的是蜗杆减速器，轴承是调心滚子轴承，联轴器选择的是弹性柱销联轴器。PLC 控制程序设计是考虑到电梯的上升和下降逻辑，以及楼层显示，运作时的加速和减速。现在电梯都
2、采用传统的继电器群的控制方法，由于所用的继电器较多，控制柜体积庞大，控制系统成本高，而且众多继电器的动作会产生较大的噪音，污染环境。采用 PLC配合接口进行控制，可将传统的继电器控制逻辑变为计算机程序控制逻辑，去掉所有用于逻辑控制的中间继电器，使电梯系统的成本和噪音大大降低，控制柜的体积也可大大缩小。关键词 PLC 牵引机 电动机 减速器 联轴器 制动器钱方杰 机械手夹持器设计IAbstractThis design is take FX2n as the core elevator control system hardware composition and the software de
3、sign, uses the PLC integrated circuit to control the sedan box to promote the electrical machinery, to stop with, the reverse. Here mainly is carries on the design, the computation to the elevator tractor parameter, (including electric motor, reduction gear, axis, bearing, shaft coupling, brake) as
4、well as the craft arrangement and the correlation graph plan, moreover to the PLC integrated circuit control system design, mainly is the PLC integrated circuit control circuit diagram, the program flow diagram as well as the PLC integrated circuit programming.The most important of this design is ch
5、anged huge parts of contents. The new version increases plenty of new technical contents and new calculation method.PLC integrated circuit control system design. Besides a few parts are changed according to the Chinse lift situations, this revised version is basically compliantNow the elevator all u
6、ses the method of traditional the relay group control, because of many relay have been used, control the cabinet volume huge, the cost of control system is high, most of the multitudinous relay movement have the big noise, the pollution environment. Uses the PLC integrated circuit coordination conne
7、ction to carry on the control, may become the traditional black-white control logic the computer program control logic, removes all uses in the logical control intermediate relay, causes the cost of the elevator system and the noise reduces greatly, controls the cabinet the volume also to be possibl
8、e to reduce greatly. Key words PLC integrated circuit Tractor Electricmotor Reduction gear Shaft coupling Brake钱方杰 机械手夹持器设计0目 录中文摘要 Abstract1 绪 论 .11.1 引 言 .11.2 电梯简介 .21.2.1 电梯的分类 .21.2.2 电梯(垂直梯)的工作原理 .21.2.3 电梯的组成 .31.3 牵引机的技术要求 .51.4 牵引机的总体设计 .61.4.1 牵引机的组成 .61.4.2 牵引机构的减速器 .62 电梯牵引力有关参数的计算 .82.1
9、 牵引比与牵引力 .82.1.1 牵引传动与牵引传动形式 .82.2 作用在牵引轮上的静力 .82.3 牵引轮两侧静拉力计算 .92.4 牵引轮上的静转矩 .102.4.1 静摩擦转矩 .102.5 静转矩的计算 .112.5.1 牵引轮承受的静转矩变化 .112.5.2 设计载荷 .112.5.3 牵引机驱动转矩的计算 .113.牵引机的设计 .123.1 牵引机的额定载重量 .133.1.1 额定速度 .133.1.2 牵引机减速器的中心距 .133.1.3 交流电动机 .133.1.4 电动机的选用 .134 牵引机主传动机构的设计与计算 .144.1 普通圆柱蜗杆副几何参数搭配方案是
10、.144.2 蜗杆传动的受力分析 .164.2.1 普通圆柱蜗杆副的正确啮合条件 .16钱方杰 机械手夹持器设计14.2.2.蜗杆传动的承载能力计算 .164.3 牵引机轴的结构设计 .194.4 制动机构位置的讨论 .234.4.1 传动比 i12 .234.4.2 牵引轮 .234.4.3 牵引比的应用 .244.5 轴承的设计与计算 .244.6 联轴器的设计与计算 .264.6.1 联轴器选择应考虑的问题 .274.6.2 联轴器的理论转矩： .274.6.3 主要尺寸计算： .274.7 制动器的设计与计算 .284.8 牵引轮的设计与计算 .295 牵引机箱体的设计 .305.1
11、整体方案讨论 .305.2 箱体结构设计的讨论 .305.3 箱体尺寸的确定 .305.4 箱体设计的对称性 .315.5 箱体设计应合理处理的几个问题 .316 控制系统设计 .326.1 电机电气接线图的设计 .326.2 可编程控制器的设计 .326.2.1 PLC 的基本工作如下 : .326.2.2 输入/输出口的分配 .346.2.3 程序设计思路 .366.2.4 PLC 控制系统程序设计的步骤 .366.2.5 梯形图 .386.26 语句表： .406.2.7 梯形图原理分析 .456.2.8 电梯的运行过程简述 .457 结 论 .47致 谢 .48参考文献 .49钱方杰
12、机械手夹持器设计0第一章 绪 论1.1 引言电 梯 进 入 人 们 的 生 活 已 经 150 多 年 了 。 1854 年 ， 在 纽 约 水 晶 宫 举 行 的 世 界 博 览 会 上 ， 美 国 人 伊 莱 沙 格 雷 夫 斯 奥 的斯 第 一 次 向 世 人 展 示 了 他 的 发 明 。 他 站 在 装 满 货 物 的 升 降 梯 平 台 上 ， 命 令 助 手 将 平 台拉 升 到 观 众 都 能 看 得 到 的 高 度 ， 然 后 发 出 信 号 ， 令 助 手 用 利 斧 砍 断 了 升 降 梯 的 提 拉 缆绳 。 令 人 惊 讶 的 是 ， 升 降 梯 并 没 有 坠 毁
13、， 而 是 牢 牢 地 固 定 在 半 空 中 奥 的 斯 先 生发 明 的 升 降 梯 安 全 装 置 发 挥 了 作 用 。 “一 切 安 全 ， 先 生 们 ”站 在 升 降 梯 平 台 上 的 奥的 斯 先 生 向 周 围 观 看 的 人 们 挥 手 致 意 。 谁 也 不 会 想 到 ， 这 就 是 人 类 历 史 上 第 一 部 安 全升 降 梯 。第二章 电梯牵引力有关参数的计算2.1 牵引比与牵引力2.1.1 牵引传动与牵引传动形式2.1.1.1 牵引比和机械效益牵引比：牵引机上牵引轮的圆周速度与轿厢速度之比称为牵引比，用 i12 表示。机械效益：令牵引机中牵引轮上钢丝绳承受的
14、拉力为 F，轿厢总重力为 Q，则机械效益式（2-1）FQA/定滑轮及动滑轮机构 Q 为重物，F 为拉力，动力臂与阻力臂都是滑轮的半径 r，所以 式（2-2） rFQ12i /定滑轮机构速度不变、力不变。R 不变， 12iA2.1.1.2 电梯的牵引传动形式牵引传动形式可由定滑轮、动滑轮、组合滑轮、差动滑轮机构组合而成。多年经验表明常用牵引传动形式见下 定滑轮机构的牵引传动 该传动形式的牵引比 i12=1，机械效益 A=1。增加一个过轮其目的是为了拉开轿厢与对重之间的距离。过轮使牵引轮与钢丝绳的包角减小。一般设计尽量使包角 大于 135。过轮使绳的弯曲次数增多，疲劳寿命减少。钱方杰 机械手夹持器
15、设计1 滑轮组机构牵引传动 在轿厢（或对重）上各有三股钢丝绳，有三个定轮。i12=3，A=3，亦即轿厢（或对重）的上升（或下降）速度是牵引轮圆周速度的1/3，牵引轮两侧钢丝绳承受的拉力分别为轿厢总重量、对重总重量的 1/3还有大牵引比牵引传动、复绕牵引传动、长绕牵引传动、双对重对牵引传动、具有补偿的牵引传动。综合分析之后，决定选择第一个方案，牵引比 i12 =1，机械效益 A=1。2.2 作用在牵引轮上的静力图 2-1 牵引轮上的静力图电梯是靠牵引轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在牵引机的驱下，牵引轿厢与对重上下运行的。在牵引轮两侧的钢丝绳分别系有轿厢及对重，轿厢与对重分别
16、在钢丝绳上产生拉力 Q 与 F。Q 与 F 是静止情况下的拉力，故称静力。静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉力。计算中用到的符号如下：Q1-轿厢的结构自重力（N） ； 取值为 2900kgQ2-电梯的额定载重力（N） ； 取值为 1000kgF-对重侧钢丝绳承受的总拉力（N） ；Q-轿厢侧钢丝绳承受的总拉力（N） ；R1-轿厢至牵引轮间钢丝绳所受的重力（N） ；R2-对重物至牵引轮间钢丝绳所受的重力（N） ；G1-牵引机两侧所受总拉力之差 G2-牵引机两侧钢丝绳重力之差（N） ；P-牵引机输出轴轴颈承受的静压力（N） ；i12-牵引机中减速器之传动比；i12-牵引传动的牵引比；钱方杰 机
17、械手夹持器设计2A-机械效益；1-牵引机中减速器的传动效率；2-电梯的总效率；f-接触面间相对运动时的摩擦因数；v-轿厢运行速度（m/s） ；2-牵引轮的转速（r/min） 。第三章 牵引机的设计为满足牵引条件，在设计牵引系数时应按下式进行12/sinfrTCe式（3-1） )/(1ag2-)9.8(.5按 GB7588-95 的电梯制造与安全规范中规定，C1 的最小允许值为 1.150.63m/s160mm 时多用分箱式.应特别指出，立式牵引机都应是整体式，而齿轮副牵引机都应采用分箱式。综合考虑后，决定选用分箱式。5.2 箱体结构设计的讨论牵引机设计中一般应采用卧式；我选用的是分体式。采用加
18、强肋和散热肋；箱体要有结构的对称性，要有较大的盛油量及良好的铸造工艺；结构尽量简化，紧凑、实用、美观、大方；箱体各部尺寸要尽量成比例。第六章 控制系统设计6.1 电机电气接线图的设计门电机的选择及原理：只要满足功率要求，门电机选用一般三相异步电动机即可。如图中所示电动机的正反转来实现门的开关，采用星角降压启动，KS 为速度继电器，用来对开关门到头时制动，防止轿，厅门的损坏钱方杰 机械手夹持器设计5结 论这次毕业设计，主要是用单片机作为控制系统来控制电梯的运动。机械部分主要是设计牵引机，包括对牵引机电动机的选择，牵引轴、轴承、减速器、联轴器、制动器的设计，其中轴的设计最为复杂，占的篇幅也最多。控
19、制部分主要是微机控制系统图、主程序流程图以及程序的编制。电梯设计中最重要的是牵引机构的设计，牵引绳两端分别连着轿厢和对重，缠绕在牵引轮和导向轮上，牵引电动机通过减其速器变速后带动牵引轮转动，靠牵引绳与牵引轮摩擦产生的牵引力，实现轿厢和对重的升降运动，达到运输目的。固定在轿厢上的导靴可以沿着安装在建筑物井道墙体上的固定导轨往复升降运动，防止轿厢在运行中偏斜或摆动。常闭块式制动器在电动机工作时松闸，使电梯运转，在失电情况下制动，使轿厢停止升降，并在指定层站上维持其静止状态，供人员和货物出入。轿厢是运载乘客或其他载荷的箱体部件，对重用来平衡轿厢载荷、减少电动机功率。补偿装置用来补偿牵引绳运动中的张力和重量变化，使牵引电动机负载稳定，轿厢得以准确停靠。电气系统实现对电梯运动的控制，同时完成选层、平层、测速、照明工作。指示呼叫系统随时显示轿厢的运动方向和所在楼层位置。安全装置保证电梯运行安全。
