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范文一：机械专业毕业设计
毕业设计（论文）
题目：动力稳定车的作业与故障检查
专 业： 工程机械运用与维护
班 级： 机械3124
学 号： 06303120407
姓 名： 吕攀龙
指导老师： 温银萍
起止日期： 2014.11.24 －2015.1.16
诚 信 承 诺
本毕业设计（论文）是本人独立完成，没有任何抄袭行为，
如有不实，一经查出，本人自愿承担一切后果。
承诺人：
年 月 日
陕西铁路工程职业技术学院
毕业设计（论文）总成绩评定表
摘 要
随着我国国民经济的飞速发展，铁路作为国民经济大动脉，其发展也日新月异，修建了高速和重载铁路，出现了有砟轨道和无砟轨道。为保障高速重载列车的安全运行，确保线路质量是重要手段之一。因此，铁路线路主要修理设备------大型养路机械得到了快速装备。大型养路机械的广泛应用，成为中国铁路科技进步十大标志之一。 大型养路机械品种系列繁多、结构复杂、性能优异，既具有自行和连挂运行性能又能满足线路修理规范和标准的要求，是集机械、电气、液压、气动、激光、计算机和自动控制等专业先进技术于一体的高新技术产品。如何用好、管好、修好大型杨路机械，人的因素是最关键的。为此，对动力稳定车做一些简单的介绍，介绍动力稳定车的功能、结构、操作、运用、作业方法以及故障检查与排除等方面的内容。
关键字：动力稳定车；作业方法；故障诊断
In this paper
With the rapid development of China's national economy, railway as the artery of national economy, its development is rapid, built a high-speed and heavy-load railway, with and without frantic jumble frantic jumble rail track. In order to guarantee the safety of the high-speed heavy-duty train running, ensure the quality of the line is one of the important means. Railway line, therefore, major repair equipment -- -- shortages of large mechanical equipment has been achieved. Widely used in machinery, railway scientific and technological progress in China one of the top ten marks.
In machinery series of varieties and complex structure, excellent
performance, has both themselves and even hang running performance and can meet the requirements of line repair norms and standards, is a collection of mechanical, electrical, hydraulic, pneumatic, laser, professional advanced technology such as computer and automatic control in the integration of high-tech products. How to use and manage well, fix large Yang machinery, human factors is the key. Therefore, dynamic stability of a car do some simple introduction, this paper introduces the function of dynamic stability car, structure, operation, use, operation method and fault inspection and eliminate the aspects of content.
The keyword: Dynamic stability car, method, Fault diagnosis.
目 录
第1章 绪 论 ......................................................... 1
1.1 中国铁路的发展史 ························· 1
第2章 动力稳定车的概述 .............................................. 3
2.1 简介 ······························· 3
2.2 组成与工作原理 ·························· 3
2.3 动力稳定车系统组成 ························ 4
2.4 动力稳定车的技术参数 ······················· 5
第三章 动力稳定车的作业。 ............................................ 7
3.1 作业前准备工作 ·························· 7
3.2 作业方法 ····························· 8
3.3 作业时注意的问题 ························· 8
3.4 作业后的工作 ··························· 9
3.4.1 收车 ···························· 9
3.4.2 返回驻地后工作 ······················· 9
第四章 WD-32动力稳定车检查保养 . ..................................... 10
4.1 日常检查保养 ··························· 10
4.2 定期检查保养 ··························· 11
4.2.1一级检查保养 ························· 11
4.2.2 二级检查保养 ························ 13
4.2.3 三级检查保养 ························ 14
4.3针对检查保养 ···························· 15
4.3.1机械临时停放时的检查保养 ··················· 16
4.3.2 工地转移时的检查保养 ···················· 16
4.3.3 长期封存机械的检查保养 ··················· 16
4.3.4 机械磨合期的检查保养 ···················· 16
第五章 动力稳定车故障检查与排除 ..................................... 18
5.1 柴油机故障与排除 ························· 18
5.2 电气系统故障与排除 ························ 19
5.3 液压系统故障与排除 ························ 19
第六章 结论与建议 ................................................... 21
致 谢 . ............................................................... 22
参考文献 ............................................................. 23
第1章 绪 论
1.1 中国铁路的发展史
上世纪60年代以前，铁路线路养护基本上靠的是人力。养路工人的工作量极
其繁重，最主要的原因是铁路线路养护的工作对象过于笨重粗大。人力养护线路劳动强度大，工作效率低，作业质量不高。随着铁路事业的发展，铁路养护工作在上世纪60年代之后，迈出了艰难的步伐，中国铁路迄今已有100多年的历史：从其第一条营业铁路——上海吴淞铁路——1876年通车之时算起，是138年；从其自办的第一条铁路——唐胥铁路——1881年通车之时算起，也有133年了。
铁路是国家的重要基础设施，是交通运输系统的骨干企业，是国民经济的大
动脉。它对国家的政治、经济、文化及国防建设与发展都起到重要作用。铁路运输与水路、公路、航空和管道等运输方式相比较，具有速度快、运量大、成本低、适应性强等优点。目前，我国内地的大宗货物和长途货物的运输，主要依靠铁路来承担。据统计，铁路每年完成的旅客和货物周转量，在各种交通运输方式中占有很大的比重，在国民经济中，铁路有力地发挥着大动脉的作用。
为了确保列车安全、平稳、快速运行, 延长线路各组成部分的使用寿命, 必须
加强线路的养护和维修工作, 使线路设备经常保持良好状态。线路石碴的捣固密实是一项极为重要的工作, 现在主要靠铁路大型养路机械中的捣固车完成。捣固车主要用于铁路线路的新线施工、既有线路大中修清筛作业后和运营线路维修作业, 对轨道进行自动起道抄平、拨道和对道碴进行捣固夯实作业, 消除轨道的方向偏差, 左、右水平偏差和前、后高低偏差, 提高道床石碴的密实度, 增加轨道的稳定性, 使轨道线路达到线路设计标准和线路维修规则的要求, 保证列车的安全运行。
所谓的大型养路机械主要是相对于以前使用的小型养路机械和中型养路机械
而言, 铁路线路的养护、维修、整修的大型机械设备。捣固车是非常重要的一类也是最为复杂的一类。它具有独立的动力装置, 可以自行也可以连挂运行, 是一种高科技的复杂机械设备, 集机械、电气、液压、气动、激光、计算机和自动控制等专业技术于一体, 使用其维护线路后能够满足线路修理规范标准的要求。
轨道最早是由两根木轨条组成，后改用铸铁轨，再发展为工字形钢轨，20世
纪80年代，世界上多数铁路采用的标准轨距(见铁路轨道几何形位) 为1435毫米（4英尺8(1/2)英寸）。较此窄的称窄轨铁路，较此宽的称宽轨铁路。轨道自上而
下由钢轨、轨枕、碎石道床组成。钢轨、轨枕、道床 是一些不同力学性质的材料，以不同的方式组合起来的。轨枕一般为横向铺设，用木、钢筋混凝土或钢制成。道床采用碎石、卵石、矿渣等材料。钢轨以连接零件扣紧在轨枕上；轨枕埋在道床内；道床直接铺在路基面上。轨道承受着多变化的垂直、横向、纵向的静荷 载和动荷载，荷载从钢轨通过轨枕和道床传递到路基。通过力学理论，分析研究在各种荷载条件下，轨道各组成部分所产生的应力和应变，而确定其承载能力和稳定性。 下面介绍铁路轨道的结构；道砟铺设于路基上，轨枕下，用以藏护轨枕的对象。依铺设的位置可分上下两层，上层为顶层道砟，下层为底层道砟。在重量大的轨道，两层的厚度各应为30公分。道砟的功用如下：1. 承受轨枕所传下的压力，并将此压力平均分布在路基上。2. 固定轨枕位置，维持轨道正确的线型和坡度。3. 排除轨枕周围及下方雨水，防止路基的土壤因湿软变形。4. 增加轨道的弹力，使受列车碾压后的钢轨迅速回复原来正确位置。5. 防止轨道生长杂草。 现代轨道工程为了减少道砟的维护，并且提高路基的强度，以混凝土地基取代道砟、枕木及路基，称之为“无道砟轨道”，可以降低维修时间，维持良好的质量及行车安全。
第2章 动力稳定车的概述
2.1 简介
动力稳定车在铁道线路的新建、旧线大修和运营线路维修作业中，能够迅速
提高线路横向阻力和道床稳定性，保证列车运行安全。动力稳定车是我国铁道大型养路机械作业机组中的重要配套设备之一。
WD-320型动力稳定车是线路修理、提速改造和新线建设作业机组中重要的配
套设备。该车通过两个激振装置，强迫轨排及道床产生横向水平振动并向道床传递垂直静压力，使道碴流动重新排列，互相填充达到密实，实现轨道在振动状态下有控制的均匀下沉而不改变线路原有的几何形状和精度，以提高作业线路的横向阻力和道床的整体稳定性，可有效降低线路维修作业后列车限速运行的限定条件。
2.2 组成与工作原理
组成：动力稳定车是集机、电、液、气和微机控制于一体的自行式大型线路
机械。它的主要结构由动力与走行系统、稳定装置、单弦与双弦测量系统，液压系统、电气系统、制动系统、气动系统和车钩缓冲装置、转向架、车架与顶棚、前后司机室、空调与采暖设备等十二部分组成。
动力稳定车的工作原理：动力稳定车是模拟列车运行对轨道产生的压力和振动等综合作用而工作的。
在作业前，首先将单双弦测量系统中的各测量小车降落到钢轨上，并给各测
量小车和中间测量小车的测量杆施加垂直载荷，将单弦测量系统中的三个测量小车同一侧的走行轮顶紧基准钢轨的内侧，张紧单弦和双弦。然后再将稳定装置降
落到钢轨上，使稳定装置与轨排成为一个整体，使动力稳定车处于作业状态。
激振器使轨排产生水平振动的同时，再由稳定装置的垂直油缸对每条钢轨自
动地施加不要的下压力，轨道在水平振动力和垂直下压力和垂直下压力的共同作用下，道砟重新排列达到密实，并使轨道有控制地均匀下沉。动力稳定车一次作业后，线路的横向阻力值便恢复到作业前的80%以上，从而有效地提高了捣固作业后的线路质量，为列车的安全运行创造了必要的条件。动力稳定车在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ挡的运行速度分别为25km/h、50km/h、80km/h，最高运行速度不允许超过80km/h。在连挂被牵引时，动力换挡变速箱的输出轴必须由离合器脱开；最高连挂速度为
100km/h。动力稳定车换向运行必须在停车后操纵。
为了保证动力稳定车运行安全，作业结束后，必须将稳定装置提起，并用锁定机构牢固地锁定在车架上。
2.3 动力稳定车系统组成
动力与走行系统：柴油机与动轮之间的传动部分总称为走形传动系统，动力稳定车走形系统，是将柴油机的输出功率通过液压传动装置、动力换挡变速箱、分动箱、车轴齿轮箱和传动轴等传动部件传递给动轮。
测量系统：是指单弦、双弦、电子摆等三套相互独立的测量系统的总称。这三套测量系统又分被称为单弦测量系统，双弦测量系统的电子摆。作业时，它们分别测量线路的方向、高低、水平。检测原理：线路方向检测系统是测量作业后曲线曲线率的变化，即正矢的变化，用记录仪记录下来，作为线路进行大中修作业后的最终参数。从理论上讲，线路的几何形状并不会因为动力稳定车的作业而改变，只是使轨道均匀下沉，道砟排列密实，增加线路的稳定性。
液压系统：是以液体为工作介质传递机械能，实现各种机械传动和和自动控制的机械组成部分。动力稳定车的液压系统包括两个部分，一部分是液体的压力能来进行能量传递和控制传动方式，称为液压传动；另一部分是利用液体的动能来进行能量传递的传动方式，称为液力传动。
电气系统：是稳定车运行及作业的控制核心，它既保证稳定车在区间的正常运行，又保证在作业准确地控制和精密的测量，包括了柴油机和液力变矩器控制系统、信号联锁与显示系统、模拟抄平系统、程序控制系统等几部分。
制动系统: 制动系统在大型养路机械中属于A 类总成，是危及行车安全的重要装置。为保持大型养路机械制动系统技术状态良好，应按铁道部有关检修规程、规则的规定对YZ-1型空气制动机进行定期检修和机能试验等工作。机能试验包括对YZ-1型空气制动机组成中各主要零部件的性能试验；YZ-1 型空气制动机综合的性能试验；以及大型养路机械制动系统的单机性能试验。对制动机主要零部件的性能试验及综合性能试验是在YZ-1型制动机试验台上进行的，而单机性能试验则在大型养路机械上进行。单机性能试验是综合检查、验收大型养路机械制动系统是否合格的依据。
YZ-1型制动机试验台的用途
YZ-1 型制动机试验台是专供YZ-1型空气制动机进行综合性能测试及其对空
气制动阀、分配阀、中继阀、遮断阀、紧急放风阀、安全阀等主要零部件进行性能测试的装备。为了确保大型养路机械制动系统的正常运行，铁道部专门给各铁路局使用大型养路机械的机械化段及大型养路机械制造厂家配置了YZ-1型制动机试验台。
凡新造或修理的YZ-1型空气制动机，均须在试验台上按技术条件逐项试验，确认合格后方可装车使用。各主要部件在新造车或检修后也均须在本试验台上试验，不合格者不得装车，以免造成不必要的返修。
气动系统：动力稳定车的气动系统是利用压力空气为工作介质。通过气缸、电磁器阀等气动原件对测量系统中测量小车的升降、加载、锁定以及稳定装置的锁定等进行控制，所以气动系统是动力稳定车的作业辅助控制系统。
2.4 动力稳定车的技术参数
主要技术参数
大型养路机械介绍——WD-320动力稳定车。
产品说明:
WD-320型动力稳定车是线路修理、提速改造和新线建设作业机组中重要的配套设备。该车通过两个激振装置，强迫轨排及道床产生横向水平振动并向道床传递垂直静压力，使道碴流动重新排列，互相填充达到密实，实现轨道在振动状态下
有控制的均匀下沉而不改变线路原有的几何形状和精度，以提高作业线路的横向阻力和道床的整体稳定性，可有效降低线路维修作业后列车限速运行的限定条件。 主要技术参数：
轨距： 1435 mm
外型尺寸： 18942×2700×3970mm
转向架芯盘距： 12000mm
转向架轴距：
轮距：
整机质量：
最大双向自行速度：
作业效率（最大）：
发动机功率：
震动频率：
激震力：
传动方式：
1500mm 840mm 60T 80Km/h 2.5Km/h 348 KW 0～45Hz 0～320kN 高速走行 液力传动 作业走行 液压传动
第三章 动力稳定车的作业。
3.1 作业前准备工作
一、运行前的准备工作
1 检查各液面，如：发动机的机油、柴油箱的柴油、变速箱与分动箱的齿轮油、液压油箱的液压油等应符合规定要求，不足要补充。
.2 检查蓄电池电量应充足。
3 撤除铁鞋，松开手制动。
4 检查后驾驶室的所有开关、手柄等是否处于运行前的正确位置，否则要处理好方可启机动车。
5 检查所有液压泵在发动机末启动前，必须处在“离”的位置，最终驱动离合器必须置于“合”位置。
二、放车
当动力稳定车从运行工况转换到作业工况时，应作以下准备工作：
1、在预定位置停车，将发动机降至怠速状态运转，施加空气制动。
2、将换档手柄置于空档位，关闭变矩器开关。
3、按下停机按钮，熄灭发动机。
4、点动，使二号位将各液压泵接合上，重新启动发动机。
5、打开作业主开关，检查驱动主、从动转向架的液压马达离合器是否接合上，若没有全部接合上，可打开变矩器开关，挂一档，缓解并点动短时驱动按钮，使离合器接合，再施加空气制动。
6、将从动转向架的支撑油缸处于作业位置。
7、按下作业驱动停止按钮。
8、缓解空气制动(大、小闸置于运转位) ，提升发动机转速至1500r ／min 左右。
9、按提升—解锁—下降程序依次放下正矢小车、前小车、后小车和中间小车，最后放下稳定装置。
10、各工作装置放好后，看二号位手势，施加垂直预加载，张紧正矢及抄平弦线，夹轮闭合，选择各测量小车靠轨方向，稳定头加载。
11、将垂直预加载增益调整旋钮置于“0”位。
12、将振动频率调到30Hz 左右，在机器不动时，可将选择开关旋到" TEST"(试验)
位置，检查振动频率的数值。
13、将五路数字显示开关旋到“频率”位置。
14、调整预定下沉量到“0”位。
3.2 作业方法
1、提升发动机转速至2000r ／min 。
2、选择作业方向。
3、打开记录仪开关，记录线路作业后的状况（具体操作见记录仪的使用说明书）。
4、缓解作业驱动停止自锁按钮，并按作业驱动按钮。
5、根据需要，利用速度电位计调整作业速度（将显示选择开关拨至“作业速度”位，在数字显示器上可显示作业速度）。
6、当作业走行速度大于0.2km ／h 时，打开振动开关，稳定装置开始振动，并能自动地达到所调定的振动频率值，根据需要，可利用频率电位计调整振动频率（新线25～28Hz, 既有线路29～30 Hz）。
7、根据线路需要，调节预定下沉量，并检查比例减压阀的各指示仪表。
8、根据需要调整垂直预加载荷压力，以完成预定的下沉量。
9、起车顺坡作业：打开抄平系统，调整振动频率到30～35Hz ，将预定下沉量定为“0”，按作业驱动按钮，并使作业速度达到最高作业速度，逐渐增加下沉量，在根据作业条件降低作业速度，以便获得良好的作业效果。
10、横向水平操纵
a) 将显示选择开关拨至“左右水平”位置。
b) 在横向水平较差的情况下，分别针对两侧的钢轨，调整其预定下沉量和垂直预加载荷压力。
11、当将要达到作业终点或需要暂时停止作业时，应进行“顺坡”收车作业：作业将要结束时的顺坡作业长度为15～30m 。顺坡作业时，应慢慢地降低振动频率直至15Hz ，并慢慢地降低垂直预加载荷和逐渐地提高作业速度，将各调整值逐渐降至“0”，关闭振动开关(一般顺坡作业的最大坡度为1：1000) 。
3.3 作业时注意的问题
1、要更换作业方向时，要先按下作业驱动停止按钮，停止作业后再改变作业方向，在机器未停稳之前，不得更换作业方向。
2、过道岔前要关闭所有加载并提升中间小车和稳定装置。
3、作业中与二、三号位保持联系，确保施工顺利进行。
4、作业中发现问题，及时停机进行处理，恢复正常后方可重新开始作业。
5、作业时若进行了紧急停车，应将垂直预加载荷和振动频率都降低至“0”位，并关闭抄平系统。机器停稳后，再反向倒车。重新作业时，应检查轨道几何形状，必要时应进行“顺坡”作业。
3.4 作业后的工作
3.4.1 收车
1、将作业速度降至“0”，按下作业停止按扭。
2、将发动机转速降至1500r ／min 左右，再施加空气制动。
3、松开单弦和双弦，使稳定装置的走行轮复位，打开夹钳轮，提起稳定装置并锁定在车架上。
4、撤除测量小车的水平预加载，按提升—锁闭—下降程序依次收起正矢小车、前小车、后小车、中间小车，并确认各作业装置锁定锁定牢靠，指示灯显示正确。
5、将支撑油缸复位。
6、关闭作业控制主开关。
7、将发动机转速降至怠速，按停机按钮，熄灭发动机。
8、若液压马达的离合器未全部脱开，可点动作业控制主开关使其处于“离”的状态。
9、全面检查，确认所有小车和工作装置均处于正确锁定位置后，方可启机运行。
10、作业完毕后负责向司机汇报作业及机械运转情况。
3.4.2 返回驻地后工作
1、拧紧手制动（方法：小闸上200Kpa 以上制动，顺时针拧手制动机，直至拧紧），设置好铁鞋。
2、按照《WD-320型动力稳定车检查保养作业指导书》要求，负责对前后司机室、发动机、电器系统、液压系统进行检查保养工作。
3、与二、三号位共同擦拭机械，坚持文明生产、文明保养。
4、完成司机长交办的其它任务。
第四章 WD-32动力稳定车检查保养
4.1 日常检查保养
WD-320动力稳定车日常检查保养在每天作业前后由操作人员按规定项目进行，并应做到“四勤”，即：勤清洗、勤检查、勤紧固、勤调整。各操作工在司机长统一分配下完成各自的日常检查保养内容，完毕后经过司机长验收合格方可。 司机长按以下原则分配保养任务：
a) 一号位负责前后司机室、发动机、电器系统、液压系统的检查保养工作，并与
二、三号位共同擦拭机械，坚持文明生产，文明保养；
b) 二号位左右夹钳工作位置，稳定装置的保养检查工作，并与一号位密切配合完成其他保养检查工作；
c) 三号位负责稳定装置以后部分的保养检查工作，包括变矩器、差速箱、手制动等，并与一号位密切配合完成其他保养检查工作。
4.2定期检查保养
工作装置、传动系统等总成定期检查保养分类
发动机定期检查保养分类
4.2 定期检查保养
4.2.1 一级检查保养
1、发动机每工作100h 后，进行以下检查保养：
a) 取样化验发动机机油。若需更换机油，必须在热机状态下进行。放油时，待全部机油流出后再将放油塞拧紧。加注新机油时必须保证加油口及新机油的清洁，必要时可采取有效的过滤清洗措施。当油面达到油尺上部的点刻度时，停止加油。加油后，发动机经短时间运转后应再次检查油面；
b) 按操作要求清洗燃油滤清器的滤芯和滤体，装配时要注意滤体和密封圈的正确状态；
c) 清洗发动机、变矩器油散热器和中冷器的外表面(若施工环境灰尘较多，应经常清洗) ，特别应注意风冷发动机散热片、气缸盖垂直散热片间通道的通畅和清洁。检查进气管上的橡胶管及气缸盖上的排气管的密封状态是否良好。清洗的方法可根据现场情况采用金属丝刷、压缩空气吹洗、蒸汽喷嘴吹洗及用柴油或洗涤剂清洗等方法。当采用吹洗方法时，应从排气侧开始。当采用柴油或洗涤剂时，应经足够的浸润时间后，再用高压水冲洗，并迅速启动发动机，使残留的水分蒸发，以防零部件表面生锈。清洗时，要注意遮盖保护高压油泵、发电机、起动马达、调节器等，严防水或污物进入。如洗涤剂为易燃物质，要注意不得使其与发动机排气管总成已有的绝热材料接触，以免当发动机运转时产生燃烧事故）； d) 检查发动机紧急停车装置的作用是否灵活可靠。
2、发动机每工作200h 后进行以下检查保养：
a) 完成1条规定的检查保养工作；
b) 按操作要求更换机油滤筒或机油滤清器的滤芯（更换滤筒时，要注意清洗滤清器托架的密封面，严禁用工具拧紧滤筒。装好滤筒后，启动发动机，注意检查机油压力是否正常和滤筒的密封是否良好。如机油滤清器为纸质滤芯，发动机工作20～30h 须进行更换。若滤芯为金属网，发动机每工作200h 清洗一次。清洗时发现金属网有损坏，必须更换滤芯；
c) 按操作要求清洗冷却风扇液力偶合器的机油滤清罩（安装时要注意O 形密封圈的位置，切忌损伤O 形密封圈）；
d) 检查并拧紧发动机上的各紧固螺栓。
3、走行传动系统与制动系统的保养；
a) 检查分动箱、动力换档变速箱和车轴齿轮箱的油位，不足时补充；
b) 润滑柴油机输出传动轴的十字轴；
c) 检查车轴齿轮箱轴端盖的密封情况；
d) 检查主动转向架传动轴中间支撑，并注润滑油。
4、液压系统的保养。
a) 检查各橡胶软管、管接头有无泄漏和外表面的磨损情况；
b) 检查吸油滤油器及回油滤油器的指示仪表工作是否正常；
c) 检查油泵、油马达工作是否正常；
d) 检查各压力阀、方向阀和流量阀的安装、连接是否牢固。清洁阀体外表面。
5、测量系统的保养。
a) 清洗测杆下端的基准承台并加润滑油；
b) 对测杆导套加注润滑油；
c) 检查各种传感器工作是否正常。
6、稳定装置的保养。
a) 润滑激振器传动轴的十字轴；
b) 对夹钳轮和走行轮加润滑脂；
c) 给夹钳轮销轴和夹钳油缸销轴加润滑油；
d) 给走行轮导套加润滑油；
e) 检查拉杆的松紧度，使各拉杆受力一致；
f) 检查鼓形橡胶减振器；
g) 检查锁定机构的可靠性；
h) 检查激振器齿轮箱油位。
7、电气控制系统的检查保养
a) 清除各电气箱内的灰尘；
b) 检查各线路板的插装是否可靠；
c) 检查各继电器、接触器的安装是否牢固；
d) 检查各接线端子板上线头的联接是否可靠；
e) 保养各限位开关；
f) 检查蓄电池电解液的比重，保养蓄电池各接线端子；
g) 检查各指示灯的显示是否正确；
h) 检查各照明灯、信号灯。
8、车体及其他部件的检查保养
a) 彻底清洁车体及司机室内外；
b) 检查清洁空调及取暖器；
c) 检查雨刷装置和喇叭的工作状态；
d) 检查各焊接部位、连接部位状态是否良好。
4.2.2 二级检查保养
1、发动机每工作300小时后，进行以下检查保养：
a) 完成一级保养的各项检查保养工作；
b) 在冷机状态下，用厚度为0.2～0.3mm 塞尺检查气门间隙，不符合要求的要进行调整；若外界工作环境灰尘较大时，其检查周期应缩短为200h 。
2、发动机每工作600h 后，进行以下检查保养：
a) 完成第1条的各项检查保养工作；
b) 检查气缸盖温度报警器的外观状态，并拆下进行动作值的测试；其测试方法为：将温度传感器(用于温度表的指示) 和温度报警开关(用于温度报警灯) 拆下后浸入170～175℃的热油内，这时温度表的指针应指向红色区域，报警灯应发亮； c) 检查直流发电机的状态；按要求清洁整流子并更换到限碳刷；
d) 检查进气、排气总管的紧固情况；
e) 检查进气、排气管与气缸盖的连接密封状态，必要时应进一步紧固连接螺栓。
3、动力传动系统的检查保养（每工作200h ）
a) 完成一级保养的各项检查保养工作；
b) 更换ZF 动力换挡变速箱液力传动油的滤清器，化验液力传动油；
c) 更换分动齿轮箱的润滑油；
d) 更换车轴齿轮箱的润滑油；
e) 向车轴齿轮箱悬挂销轴处加注润滑油；
f) 向各种连接杆件的连接铰接处加注润滑油；
g) 向手制动齿轮箱加注润滑油；
h) 向液压油缸、气缸的安装和连接铰接处加注润滑油脂。
4、液压系统的检查保养（每工作200h ）
a) 完成一级保养的各项检查保养工作；
b) 检查液压蓄能器的氮气压力，不足时补充氮气；
c) 更换伺服油路的高压滤清器芯子；
d) 检查调整各液压回路的压力；
e) 检查各电磁阀动作状况，必要时按要求进行部分解体清洗；
f) 检查各液压油缸的密封状况。
5、电气控制系统的检查保养（每工作200h ）
a) 完成一级保养的各项检查保养工作；
b) 清除各限位开关上的油污，检查各限位开关的动作是否正确，必要时按操作要求进行调整；
c) 用酒精清洗各继电器的触脚。
6、车体及其他部件的检查保养
a) 完成一级保养的各项检查保养工作；
b) 检查车钩、缓冲器和风管等；
c) 紧固各部分螺栓；
d) 检查随车工具及应急救援器材。
7、稳定装置的保养。
a) 完成稳定装置一级定期检查保养的各项工作；
b) 更换激振器齿轮箱的油；
c) 检查夹钳轮的磨损情况；
d) 校正激振器振动频率和作业走行速度显示仪。
4.2.3 三级检查保养
一、发动机每工作1200h 后，进行以下检查保养：
1、完成二级保养的各项检查保养工作。
2、更换柴油滤筒。若使用中出现发动机功率下降的情况，应检查柴油滤芯是否堵塞。更换滤筒应严格按操作要求进行。新滤筒装好后，应将放气螺塞松开2～3圈，并用手动输油泵泵油，直至放气螺塞处外溢柴油无泡沫时，方可拧紧放气螺塞。
3、检查进、排气管道的紧固和密封状态是否符合要求。带有涡轮增压器的发动机，对其增压空气管道、排气管道以及增压器的机油管道也应进行紧固和密封状态的检查。
4、按操作要求检查火焰加热塞的功能及其燃油的供给情况。检查火焰加热塞的功能时，预热约达1min ，其加热指示灯必须发亮。进行上述检查时，应注意发动机油门必须置于停车位置。当火焰加热塞的功能良好时，在发动机启动过程中，触摸火焰加热塞附近的进气管应是热的。
5、检查发电机，并注意以下几点：
a) 发动机运转时，蓄电池、发电机和调节器之间的连接线不许断开。当没有蓄电池而发动机又确实必须启动和运转时，需按要求外接直流电源启动。启动前，必须将发电机与调节器开关之间的导线断开；
b) 蓄电池的接线不得接错；
c) 充电指示灯损坏或发生其他故障时，应立即更换或处理好；
d) 清洗发动机时，应对发电机和调节器加以遮盖；
e) 绝对禁止和交流发电机连接的导线与地相碰；
f) 检查起动电机；
g) 按要求清洗废气涡轮增压器(仅限于增压发动机) 。
2、发动机每工作2400h 后，进行以下检查保养：
a) 完成1条的各项检查保养工作；
b) 按操作要求更换曲轴箱通气阀的阀芯；
c) 拆下喷油嘴并在喷油嘴检验仪上进行检查。检查时，喷油嘴检验仪应按发动机的要求调到正确的工作压力；
d) 对带有涡轮增压器的发动机，清洗增压器脏污，可以按操作要求拆下增压器，在柴油或无腐蚀性的洗涤液中清洗增压器外壳和叶轮。重新安装后，应仔细检查各相关部分的紧固情况；
3、动力传动及走行系统的检查保养（每工作400h ）：
a) 完成动力传动及走行系统二级保养的各项检查保养工作；
b) 化验各齿轮箱的润滑油，润滑油质量指标不符合要求的要进行更换，必要时清洗齿轮箱内部；
c) 对各传动轴进行探伤检查，尤其要仔细检查传动轴；
d) 更换车轴轴承箱的润滑油脂，检查轴承有无损伤，必要时进行探伤； e) 对车轴进行超声波探伤检查；
f) 向转向架心盘中心销轴加注润滑脂，每两年对中心销轴进行一次探伤检查； g) 对液压减振器和橡胶减振器进行性能试验；
h) 检查车轮踏面有无超限擦伤和磨损，同轴的两轮踏面直径差不得超过11mm ，同一转向架上的车轮踏面直径差不得超过2mm ，必要时需旋修车轮；
i) 对空气制动系统按检修规范进行检修。
4.3 针对检查保养
针对性检查保养包括机械的临时停放、工地转移、长期封存及磨合期的检查保养。
4.3.1 机械临时停放时的检查保养
1、每周进行一次全面的日常检查保养工作。
2、起动发动机并运转15～20min 。
3、在作业工况状态下，使各工作装置在空载状态下运转，直至各摩擦零件表面保持有一定的油膜为止。
4.3.2 工地转移时的检查保养
1、工地转移前按下列内容进行检查保养：
a) 机组人员应对动力传动及制动系统按50h 检查保养所规定的项目进行一次检查保养；
b) 检查闸瓦状态，并按要求调整闸瓦间隙；
c) 进行单车制动试风和连挂制动试风；
d) 对工作装置和各检测小车装置的锁定机构进行加固。
2、工地转移后，按下列内容进行检查保养：
a) 解除各工作装置和各检测小车锁定机构的加固设施；
b) 检查轨道偏差检测系统的的检测精度，必要时重新进行标定；
c) 根据将要进行施工作业区段的钢轨类型调整夹轨轮的伸出长度。
4.3.3 长期封存机械的检查保养
对长期封存的机械，需由机组留守人员每月进行一次检查保养，其工作内容同于机械临时停放时的检查保养。
4.3.4 机械磨合期的检查保养
1、启动发动机，怠速运转不少于10min ，待机体温度上升后，带负荷运转。所带负荷不得超过额定负荷的75～80％，最高自行速度不得超过50km/h.
2、应经常检查各连接部分的松紧程度是否符合要求，传动部件的润滑状态及运转是否正常。
3、新发动机或大修后的发动机，工作50h 后必须更换机油，在更换机油的同时应进行下列检查保养工作：
a) 更换机油滤筒；
b) 检查缸盖上进排气管的紧固状态；
c) 检查空气滤清器的橡胶管和卡箍是否连接紧密；
d) 再次拧紧机油的放油螺塞和发动机支架固定螺栓。
第五章 动力稳定车故障检查与排除
5.1 柴油机故障与排除
产生故障的原因：违章操作、使用维护不当、装配和调整错误、
柴油机故障判断的一般方法：听诊法、部分停止法、比较法、探试法。
一、柴油机不能起动；
1、故障特征：电起动系统故障：按下起动按钮后起动电机不转；
产生原因：电路接线错误或接触不良；蓄电池电力不足；起动电机炭刷与整流器流子接触不良；
排除方法：检查线路是否正确与牢固；重新充电或更换蓄电池；修正更换炭刷，用木砂纸清理整流子表面并吹净灰尘。
2、故障特征：燃油系统故障：柴油机被起动电机带动不发火，回油管无回油； 产生原因：燃油箱无油；油路开关未打开；燃油管路堵塞；燃油滤清器阻塞；在冬天燃油滤由于石腊析出被堵塞；燃油系统中有空气燃油管不密封；
排除方法：加油并排气；打开油路开关；检查油路是否畅通；清洗滤清器或调换滤芯；更换燃油滤清器并排出空气，使用冬季燃油；检查所有的燃油管接头的密封性；需要拧紧管接头，排除燃油系统中的空气；
3、故障特征：气缸内压缩压力不足：喷油正常但不发火，排气管内有燃油； 产生原因：活塞环过度磨损：气门漏气；
排除方法：更换活塞环，视磨损情况更换气缸套；检查气门间隙，气门弹簧，气门导管及气门座的密封不好应修理或研磨；
4、故障特征：柴油机太冷，环境温度太低：起动时间长不发火；
排除方法：采取低温起动措施；
二。柴油机起动困难：
1、故障特征：电起动系统故障：电动机转动无力；
产生原因：线路接触不良，松动或氧化；
蓄电池电力不足；
排除方法：检查线路并紧固；充电更换新电池；
5.2 电气系统故障与排除
一、蓄电池的故障与排除：蓄电池在使用过程中，常出现各种故障。外部故障有容器或盖子产生裂纹，封口胶破裂，接线松脱，接触不良和电桩腐蚀等。内部故障有极板硫化，极板活性物质脱落，自行放点。
二、硅整流发电机的故障与排除：
1、发电机不发电，原因有二极管击穿内部整流结脱开，不起整流作用；碳刷在碳刷架内卡住，发电机不激磁；激磁绕组不通电；定子绕组搭铁。
2、电流表指示有时有电，有时没有电，很不稳定。
3、充电电流很小，低速时不充电。
5.3 液压系统故障与排除
一、常用液压件故障原因与排除。
液压泵常见故障分析与排除方法。
故障现象：不出油、输油量不足、压力上不去。故障分析 ：1、电动机转向不对。
2、吸油管或过滤器堵塞。3、轴向间隙或径向间隙过大。4、连接处泄漏，混入空气。5、油液粘度太大或油液温升太高 。
排除方法：1、检查电动机转向。2、疏通管道，清洗过滤器，换新油。3、检查更换有关零件。
4、紧固各连接处螺钉，避免泄漏，严防空气混入。5、正确选用油液，控制温升噪音严重压力波动厉害
故障现象：1、吸油管及过滤器堵塞或过滤器容量小。2、吸油管密封处漏气或油液中有气泡。
3、泵与联轴节不同心。4、油位低。5、油温低或粘度高。6、泵轴承损坏。
排除方法： 1、清洗过滤器使吸油管通畅，正确选用过滤器。2、在连接部位或密封处加点油，如噪音减小，拧紧接头或更换密封圈；回油管口应在油面以下，与吸油管要有一定距离。3、调整同心。4、加油液。5、把油液加热到适当的温度。
6、检查(用手触感) 泵轴承部分温升。
泵轴颈油封漏油 漏油管道液阻达大，使泵体内压力升高到超过油封许用的耐压值 检查柱塞泵泵体上的泄油口是否用单独油管直接接通油箱。若发现把几台柱塞泵的泄漏油管并联在一根同直径的总管后再接通油箱，或者把柱塞泵的泄油管接到
总回油管上，则应予改正。最好在泵泄漏油口接一个压力表，以检查泵体内的压力，其值应小于0.08MPa 。
结论与建议
随着铁路事业的快速发展，铁路作为国民经济大动脉，是一个国家发展和进步的体现，其发展也日新月异，修建了高速和重载铁路，也经过了多次大提速，出现了有砟轨道和无砟轨道。为保障高速重载列车的安全运行，确保线路质量是重要手段之一。因此，铁路线路主要修理设备------大型养路机械得到了快速装备。大型养路机械为铁路行业的线路维护有着十分重要的位置，大型养路机械的广泛应用，线路大修和日常维护大部分靠大型养路机械完成，成为中国铁路科技进步十大标志之一。
一个多月的时间很快的过去了，在这一个多月的时间里在图书馆查阅资料，上网查阅资料，终于完成了我的毕业论文，我的毕业论文主要讲述了铁路大型养路机械动力稳定车的日常作业和故障检查，动力稳定车是线路修理、提速改造和新线建设作业机组中重要的配套设备，动力稳定车是集机、电、液、气和微机控制于一体的自行式大型线路机械。它的主要结构由动力与走行系统、稳定装置、单弦与双弦测量系统，液压系统、电气系统、制动系统、气动系统和车钩缓冲装置、转向架、车架与顶棚、前后司机室、空调与采暖设备等部分组成。还讲述了大机日常的作业，作业前的准备工作，以及应该注意的问题事项等，一些简单故障的检查、故障现象、排除方法。和日常保养、定期检查保养和特殊检查保养。经过了这么长时间完成毕业论文，让我对大机—动力稳定车有了更深的了解。
毕业论文当中讲述的内容也十分有限，还有许多内容没有讲述到，还有待于完善和细化，希望谅解。三年的大学时光匆匆，转眼间就到了毕业季，感谢老师这三年来的谆谆教诲，我学到了如何为人处事和许多专业知识和专业技能，感谢这三年来朝夕相处的同学们，是在同学们的帮助下有了我今天的成长，希望同学们在毕业后都能扬帆远航。
致 谢
我的毕业论文是在温老师的精心指导和大力支持下完成的，我完成的毕业论文是有关动力稳定车作业、检查保养、简单故障诊断方面的内容，主要讲述了动力稳定车如何作业和作业前后应该注意的问题，以及大型机械的日常保养、定期保养等内容，以前对铁路上的大型养路机械比较陌生，经过在图书馆查资料，网上查资料才完成了毕业论文。通过这次完成毕业论文，让我对铁路行业有了更加深刻地认识，尤其是对大型养路机械有了更深的了解，了解了大机如何作业，以及日常中注意的问题和一些简单故障检查，感谢老师的精心指导和同学的帮助，。感谢陕西铁路工程职业技术学院机电工程系的老师对我专业思维及专业技能的培养，让我在校的两年多的时间里学习到了许多知识，掌握了许多专业技能，也锻炼了自己的能力。感谢班主任周老师这一年的精心管理。感谢3年来一起学习、生活的同学们，三年里我们一起生活共同学习，是在同学们的帮助下才慢慢的进步，希望同学们毕业后都有一个美好的未来。
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出版社，1998.
陕西铁路工程职业技术学院毕业设计（论文）
范文二：机械专业毕业设计
毕业设计（论文）
题 目 基于AutoCAD 电缆桥架图形库管理系统的设计与开发
姓 名 王彦冬
学 号 31203387
专业班级 机自1203
所在学院 工程学院
指导教师（职称） 文和平（副教授）
二○一六 年 五 月 二十五 日
基于AutoCAD 电缆桥架图形库管理系统的
设计与开发
【摘要】 本文针对机械生产中大批量生产效率低下，AutoCAD 系统不能很好地适应各类生产情况等问题。深入了解电缆桥架设计制造企业工作流程；利用开发语言VB 和mdb 格式的数据库设计与开发电缆桥架图形库管理原型系统。通过对电缆桥架型号和参数的研究调查，结合对AutoCAD 进行的二次开发。设计了图形库系统，其中包含了需求分析、功能设计、系统结构图、数据库设计、代码编写、系统测试等。写出支持系统开发的理论知识。系统通过VB 编辑器和数据库实现了数据的新建，添加，删除，修改等功能。借助了其参数化绘图功能，大大减少了生产中重复性的动作。达到提高效率，减少生产成本的作用。
【关键词】 CAD ，数据库，VBA ，二次开发，参数化绘图
Research and Development of Cable Tray
Drawing Library Management System
Based on AutoCAD
【Abstract 】 In this paper, In order to solve the problem about low effectiveness in machinery production and AutoCAD system is not well adapted to various types of production and other issues. We investigate the cable tray design and manufacturing enterprise workflow. Use development language VB and mdb format, database design and development of cable tray graphical database management system prototype. Through the cable tray types and parameters of survey research, combined with the secondary development of AutoCAD, We designed graphics library system. This system includes requirements analysis, functional design, the system structure, database design, coding, testing system. We write support system development theory. System through the VB Editor and database achieve a new function which can add data, delete data, modify data, and other functions. With its parametric drawing function, Greatly reducing the production of repetitive movements. To improve efficiency and reduce the role of the production costs.
【Key Words 】 CAD ，Data Base ，VBA ，Secondary Development ，Parametric Drawing
目录
第1章 绪论 . .......................................................................................................................... 1
1.1 研究的背景和意义 . ................................................................................................. 1
1.1.1 研究的背景 . .................................................................................................. 1
1.1.2 研究的意义 . .................................................................................................. 2
1.1.3 二次开发的发展和趋势 . .............................................................................. 2
1.2 国内外研究现状 . ..................................................................................................... 3
1.2.1 国内研究现状 . .............................................................................................. 3
1.2.2 国外研究现状 . .............................................................................................. 4
1.3 研究内容 . ................................................................................................................. 5
第2章 电缆桥架组成 . .......................................................................................................... 7
2.1 电缆桥架的结构及种类 . ......................................................................................... 7
2.2 电缆桥架的功能及参数 . ........................................................................................ 11
第3章 AutoCAD 二次开发技术 ....................................................................................... 17
3.1 二次开发的必要性及功能 . ................................................................................... 17
3.2 二次开发VBA 语言 ............................................................................................. 17
3.2.1 VBA的功能 ................................................................................................ 18
3.2.2 VBA工程和宏 ............................................................................................ 18
3.3 块功能和块属性 . ................................................................................................... 18
3.3.1 块功能 . ........................................................................................................ 19
3.3.2 块属性 . ........................................................................................................ 20
3.4 参数化绘图技术 . ................................................................................................... 20
第4章 数据库图形库管理系统 . ........................................................................................ 22
4.1 数据库的建立 . ....................................................................................................... 22
4.2 数据库的连接 . ....................................................................................................... 23
4.3 数据库的意义和功能 . ........................................................... 错误！未定义书签。
第5章 电缆桥架原型系统 . ................................................................................................ 27
5.1 系统概述 . ............................................................................................................... 27
5.2 系统功能分析 . ....................................................................................................... 31
5.2.1 数据库连接功能 . ........................................................................................ 29
5.2.2 块功能 . ........................................................................................................ 30
5.2.3 参数化绘图功能 . ........................................................................................ 30
结论 . ...................................................................................................................................... 32
参考文献 . .............................................................................................................................. 33
附录 . ...................................................................................................................................... 34
致谢 . ...................................................................................................................................... 35
图目录
图2.1 电缆桥架结构流程图 . ........................................................................................ 7
图2.2 托盘式电缆桥架 . ................................................................................................ 8
图2.3 XQJ-T-01A梯式桥架 . ......................................................................................... 8
图2.4 XQJ-T-02梯式水平弯通 . .................................................................................... 9
图2.5 XQJ-C-01A槽式桥架 ......................................................................................... 9
图2.6 XQJ-C-02A水平弯通 ....................................................................................... 10
图2.7 XQJ-C-05C异径接头 ....................................................................................... 10
图2.8 XQJ-C-05D异径接头 ....................................................................................... 10
图2.9 防火电缆桥架 . ................................................................................................... 11
图2.10 热镀锌梯式桥架 . ............................................................................................. 11
图2.11 XQL-T-01梯级直通桥架 ................................................................................ 13
图2.12 XQL-T-02梯式水平弯通 . ............................................................................... 14
图2.13 XQL-C-1A槽式直通桥架 .............................................................................. 15
图2.14 XQL-C-2A水平弯通 ...................................................................................... 16
图3.1 块功能程序CAD 展示 .................................................................................... 19
图3.2 参数化绘图实现程序 . ...................................................................................... 21
图3.3 参数化绘图实现展示 . ...................................................................................... 21
图4.1 数据库建立 . ...................................................................................................... 22
图4.2 数据库 . .............................................................................................................. 23
图5.1 系统功能分析 . .................................................................................................. 31
表目录
表2.1 A型托盘式大跨距直通桥架参数表 ............................................................... 12
表2.2 XQL-T-01梯级直通桥架................................................................................. 13
表2.3 XQL-T-02梯式水平弯通参数表 . .................................................................... 14
表2.4 XQL-C-1A槽式直通桥架参数表 ................................................................... 15
表2.5 XQL-C-2A水平弯通参数表 ........................................................................... 16
第1章 绪论
1.1 研究的背景和意义
1.1.1 研究的背景
电缆桥架是由托盘或梯架的直线段、弯通、组件、托臂（臂式支架）、吊架等构成具有密接支撑电缆的刚性结构系统的总称，是应用在水平布线和垂直布线系统的安装通道。由于电缆桥架生产量较大，不同种类的结构和尺寸也所不同，在用计算机辅助设计电缆桥架时，不同类型的电缆桥架就需要反复绘图、设计。耗费了大量劳动成本。
进入21世纪以来，当代科技不断发展，随着制造业的崛起，劳动成本不断提高的前提下，工程设计领域面临着巨大的挑战。手工设计方法逐渐被计算机辅助设计（CAD ）所替代。而AutoCAD 作为我国最流行的CAD 软件之一，在我国有着非常广泛的应用。
AutoCAD 软件是由美国开发的绘图软件，其二维绘图设计的功能十分强大。但仍旧有许多不足。例如对于一些特殊的线条绘制较为困难，从结构上看一些标准件和常用件虽然较为相似，但是在AutoACD 平台上却难以使用一些基本命令（如旋转、镜像、复制、阵列等）来实现转换。
对于某些相似零件的绘制处理，就只能通过绘图员自己手动画出而非通过计算机辅助绘制。这样就显得有些费时费力。例如对于设计汽车发动机模型的设计，就需要根据其参数来计算各类尺寸，再利用CAD 中各类命令根据要求一笔一画的绘制。然而当其参数改变时或者有类似不用参数的发动机模型需要绘制时，就需要重复一遍上述操作来完成类似的事情。这点让计算机辅助制造体现不出其智能化的优点。而对于电缆桥架的设计中的重复性的任务其实完全可以由计算机代替完成以提高生产工作效率。所以，电缆桥架设计和生产效率低下的问题就急需对于AutoCAD 的二次开发来解决。
1.1.2 研究的意义
为了适应制造业中各个设计领域和整个行业的协调发展，充分发挥AutoCAD 的强大设计功能，针对生产设计效率低下的问题，对软件进行二次开发设计出适合某一特定领域特定设计人员的CAD 系统，是一项十分重要的任务，能够大大提高绘图效率，节约生产成本和劳动力成本。
对于这类工程问题，美国Autodesk 在推出AutoCAD 软件之初，为了增强软件的适用性和开放性，推出了二次开发语言，这是一种嵌入在AutoCAD 内部的编程语言。任何一个语句键入后就能马上执行，它对交互式的程序开发非常方便。这种突破性的创举使得二次开发成为可能，它允许用户和开发者使用高级语言对其进行扩充和修改，从而最大程度的满足用户的特殊要求[6] [8]。
设计人员通过对软件的二次开发，探索出参数化绘图设计，用一组变量定义尺寸约束参数，用赋值语句表达了图形变量和尺寸约束参数的关系，运行时只需输入尺寸约束参数就可以自动绘制形状图形。参数化绘图能够为电缆桥架设计绘图环节节省下大量的时间，最大程度上的减少了重复的任务，对于不同型号零件的批量制造和相似零件制造方面提供了很大的便利。于是很快被应用到设计领域[9]
[10] [13]。
1.1.3 二次开发的发展和趋势
AutoCAD 技术目前已经相当成熟，且在各个行业中得到广泛使用，并极大地提高了企业生产力。其二次开发技术的发展趋势主要有以下几个方面：标准化、开放式、集成化、智能化。
1) 标准化：AutoCAD 软件一般都集成在一个异构的工作平台上，为了支持跨平 台，就需要一个标准，现在所使用的标准主要有两类：国家或国际标准和行业标 准。
2) 开放式：用户可以利用AutoCAD 的二次开发的特点和本行业相结合，开发出适合自己的CAD 系统。
3) 集成化：AutoCAD 进行二次开发时，可以把最适合的功能进行集成，为以后的开发节省人力物力。
4) 智能化：为了产生更高效的CAD 系统，人工智能在AutoCAD 的二次开发中将会有越来越重要的作用
1.2 国内外研究现状
AutoCAD 是美国AutoDesk 公司开发的一种计算机辅助绘图软件。因为其强大的功能，人性化的设计和便利性，目前已经成为流行于世界的绘图软件。尤其是在机械行业发挥了巨大的作用[3]。
距今三十年前AutoCAD 2.18版本提供了Auyo Lisp程序设计方法，可以支持在一个通用平台添加特殊功能的能力。从此开始，基于AotoCAD 的二次开发功能不断创新，功能也日益强大。
1.2.1 国内研究现状 AutoCAD 作为国内最受欢迎的计算机辅助软件之一，广泛应用于机械、电子、电气、建筑、土木、服装等领域。是众多工程设计人员二维设计的不二选择。
AutoCAD 之所以能进入中国并且快速普及，主要是一大批国内二次开发商的功劳。其中包括浩辰、圆方、大恒、天正等。因为二次开发软件根据行业特点和专业设计需要用一系列CAD 命令集成起来，比直接用CAD 画图更简单，因此在90年代中期，计算机还不太普及，很多人连开机都不会的情况下，简单易用、傻瓜式的国产二次开发软件对AutoCAD 在国内的普及起到非常重要的作用。但随后的十年时间里，这些二次开发商只有少数还坚持只做二次开发，例如天正，而有些厂商被AutoCAD 推出的同类应用软件打垮，转而成为Autodesk 的代理商，例如大恒等，还有一些开始开发自主的CAD 平台，并提供了类似的二次开发接口，例如浩辰CAD 、中望CAD 等[7]。
目前国内基于AutoCAD 的二次开发主要集中在设计环节，参数化绘图和模块功能的设计也日益成熟，为相关行业的模型设计工作提供了很大的方便。如在建筑设计领域中的中望CAD 、天正CAD 软件。机械设计领域中的大恒CAD 系统。这些系统都是用AutoCAD 系统进行二次开发来得以实现的。此类软件侧重于绘图，并兼顾结构计算子程序[12]。国产CAD 现在从功能到二次开发接口，都仍在学习
AutoCAD ，并努力保证跟AutoCAD 兼容，这是目前市场状况下不得以而为之，但如果一直维持现状，是永远也无法实现对AutoCAD 超越的。
1.2.2 国外研究现状
AutoCAD 是一款应用十分广泛的二维制造软件，由美国最初研发。如今已经流行于全世界，为各个行业提供计算机辅助设计制造支持。
1986年美国AutoDesk 公司提供的Auto LISP程序设计方法支持在其平台上添加特殊能力的能力。使得开发集成与AutoCAD 系统的参数化功能成为可能。1987年 V2.6对其又作出了较大的修改。1988年AutoCAD R10使Auto LISP程序可以在扩展内存中运行，使得大规模的编程成为可能。1990年AutoCAD R11在PC 版中提供了C 语言开发的支持，我们又称之为ADS 开发。1992年AutoCAD R12增强了ADS 开发环境，实现了能与AutoCAD 系统风格一致的对话框。1994年AutoCAD R13实现了支持C++语言的开发环境。虽然R13的ObjectARX 本身并不完善，但在1997年7月，AutoCAD R14 for Windows95/NT对ObjectARX 的支持更加稳定，AutoCAD 此时已经融入了Microsoft Windows操作系统中，操作界面也和Windows 完全类似。此后R14配备了Internet 工具，支持DWG 文件在网上的浏览和传送。1998年5月，Autodesk 公司为适应中国用户，推出了简体汉字的AutoCAD R14中文版，还增加了对JA V A 开发环境的支持。1999年美国Autodesk 公司推出了AutoCAD2000，优化了ObjectARX 并支持Microsoft 公司的Microsoft Founded Class（MFC ）[3] [6] [11]。
21世纪以来，参数化绘图功能的实用性和智能型不断被应用于各个领域。微软与2000年6月发布C#语言，他和Delphi 语言的特点一样，与COM(组件对象模型) 是直接集成的，并且新增了许多功能及语法，而且它是微软公司.NET windows网络框架的主角。而Delphi 语言具有简单，高效，功能强大特点，一直是程序员至爱的编程工具。2010.8.30 Embarcadero 发布 Delphi XE（又名Delphi 2011，代号为Fulcrum ）2011.1.27 Embarcadero公司宣布成立一个新的精简版Delphi Starter Edition 。这些二次开发语言使得参数化绘图功能不断强大，并且不断应用于各个领域。
至今，美国Autodesk 公司不断优化AutoCAD 软件，提供了创建、展示、记
录和共享所需的所有功能。将惯用的AutoCAD 命令和更加亲人的用户界面以及设计结合起来。实现了构建一个更加自由化智能化的计算机辅助软件的探索。
1.3 研究内容和方法
1.3.1 研究内容
本课题的主要内容是深入了解电缆桥架设计制造企业工作流程，利用开发语言VBA 和数据库设计与开发电缆桥架图形库管理原型系统。了解并针对每个模块进行分析并对关键程序进行说明。
深入了解电缆桥架设计制造企业工作流程；利用开发语言VB 和mdb 格式的数据库设计与开发电缆桥架图形库管理原型系统。需求分析、功能设计、系统结构图、数据库设计、代码编写、系统测试。要求对每一个功能模块进行分析，对关键程序进行说明，并写出支持系统开发的理论知识。
利用VB 语言进行编程；详细设计系统所具有的各项功能，包含需求分析，系统设计，系统结构图，相关流程图，数据库设计等详细材料；详细介绍系统的实现过程及相关解释；对系统的测试方法及过程。系统主要包括用户注册与登陆、基本数据、参数化绘图、图形库、图形信息库、数据库管理、编辑、行业标准图形库、行业规范库、批量导出、信息统计和报表等模块；自建2D 图块（含元素图块、组件图块、成员图块等）和必要属性。
1.3.2 研究方法
本课题设计需要运用多种专业知识，以及相关辅助工具。其中的原理、技术和方法来源于查阅的文献和对程序的验证测试。
（1）涉及的相关课程
本课题运用到许多专业知识，归纳如下：
工程图学，机械设计，机械原理。这些课程是设计的基本，也是设计的先决条件。为我提供了工程绘图与计算机辅助绘图技能。
工程图学实践，计算机辅助设计与制造，C 程序设计基础与试验。这些课程是
课题的核心。基于AutoCAD 的二次开发和重要内容就是计算机辅助设计（CAD ）和程序的编写。课程为我提供了很好的软件基础和编程思维方式和对于数据库的理解，参数化绘图的理论。对以后的设计会有很大的帮助。
机械几何精度与设计，工程材料及成形技术基础，机械工程测试基础。这些课程帮助我整理设计思路，选择合适的参数，以达到设计要求。
（2）设计的主要方法
首先查阅大量文献，了解计算机辅助设计和二次开发的内容和进展情况，为自己的设计打下基础。然后根据所学的知识，利用计算机辅助设计与分析，编写程序，完成数据库设计与参数化建模。通过计算机数据处理和分析后反馈成果，测试，修改，撰写设计说明。
（3）设计的主要工具
在本课题中，运用到的工具主要有AutoCAD 、Word 、Excel 、Access 、CAJViewer 等。其中Word 用于撰写论文，Excel 用于报表输出，AutoCAD 用于二次开发研究与编程，Access 用于数据库整理，CAJViewer 用于阅览和整理文献。
第2章 电缆桥架组成
2.1 电缆桥架的结构及种类
电缆桥架种类繁多，为了适应不同环境和不同的要求。电缆桥架被做成各种不同的结构来满足用户的各种要求。
图2.1 电缆桥架结构流程图
电缆桥架之间在同一维度进行连接时，通常用到的是直通型桥架，而在和其他维度桥架相连的时候，通常用到的是弯通型桥架。通常包括水平弯通型桥架、三通型桥架和四通型桥架。
1、托盘式电缆桥架：其表面处理分为镀锌和喷漆两种，在重腐蚀环境中可特殊防腐处理。托盘式电缆桥架备有护罩，需要护罩可在订货时注明或按照护罩型号订货，其所有配件与梯级式、槽式桥架通用。托盘式电缆桥架在不同跨距下最大允许均布载荷及变量。它具有重量轻、载荷大、造型美观、结构简单、安装方便等优点。
图2.2 托盘式电缆桥架
2、梯级式电缆桥架：梯形式电缆桥架具有重量轻、成本低、造型别具、安装方便、散热、透气性好等优点，电缆桥架水平敷设时，宜按荷载曲线选取最佳跨距进行支撑，跨距一般为1.5～3.0m 。垂直敷设时，其固定间距不宜大于2m 。电缆桥架在穿越易受外来机械损伤的地区和露天，应选用防护盖板。电缆槽或梯架在分支时，可采用各种弯通连接。
图2.3 XQJ-T-01A梯式桥架
图2.4 XQJ-T-02梯式水平弯通
3、槽式电缆桥架：是一种全封闭型电缆桥架，槽式电缆桥架是用整张钢板弯制而成的槽式部件，其概念上与盘架的区别是高、宽比不同，盘架浅而宽，槽式电缆桥架具有一定的深度和封闭性。考虑槽式直通作屏蔽时、表面处理用镀锌。
图2.5 XQJ-C-01A槽式桥架
图2.6 XQJ-C-02A水平弯通
图2.7 XQJ-C-05C异径接头
图2.8 XQJ-C-05D异径接头
4、特种桥架：按表面处理不同又分为热镀锌桥架，热镀锌板桥架，电热镀锌
桥架，静电喷塑桥架， 防火漆（涂料）桥架，防锈漆桥架，防火阻燃桥架等。以防火电缆桥架为例，防火电缆桥架是在普通桥架上喷涂了一层防火涂料，以达到防火阻燃的作用。工艺上使用静电喷涂，加热烘烤。热镀锌电缆桥架又称热浸锌电缆桥架，是将除锈后的钢 构件浸入600℃左右高温融化的锌液中，使钢构件表面附着锌层，锌 层厚度对于5mm 以下薄板不得小于65um, 对厚板不小于86um, 从而起到防腐蚀的目的。其锌层厚度一般为65-85微米。
图2.9 防火电缆桥架
图2.10 热镀锌梯式桥架
2.2 电缆桥架的功能及参数
电缆桥架允许最小板厚：当桥架宽度B 800时2.5mm 。
1、托盘式电缆桥架是石油、化工、轻工、电视、电讯等方面应用最广泛的一种。它既适合用于动力电缆的安装，也适用于控制电缆的敷设。是石油、化工、电力、轻工、电视、电讯等方面应用最广泛的一种。
托盘式电缆桥架参数为宽度b 、高度h 、长度L 和厚度D 组成
表2.1 A型托盘式大跨距直通桥架参数表
2、梯级式电缆桥架，梯形式电缆桥架具有重量轻、成本低、造型别具、安装方便、散热、透气性好等优点，它适用于一般直轻大电缆的敷设，特别适用于高、低动力电缆的敷设。电缆桥架在穿越易受外来机械损伤的地区和露天，应选用防护盖板。电缆槽或梯架在分支时，可采用各种弯通连接。
梯式电缆桥架参数由宽度b 、高度h 、长度L 和厚度D 组成
图2.11 XQJ-T-01梯级直通桥架 表2.2 XQJ-T-01梯级直通桥架
图2.12 XQJ-T-02梯式水平弯通 表2.3 XQJ-T-02梯式水平弯通参数表
3、槽式电缆桥架最适用于敷设计算机电缆、通信电缆、热电偶电缆及其它高灵敏系统的控制电缆的屏蔽干扰和重腐蚀环境中电缆的防护都有较好的效果。
图2.13 XQJ-C-1A槽式直通桥架 表2.4 XQJ-C-1A槽式直通桥架参数表
图2.14 XQJ-C-2A水平弯通 表2.5 XQJ-C-2A水平弯通参数表
4、特种桥架：特种桥架是在普通架桥上经过各种特殊处理，达到了各种特殊环境下的要求。如防火，抗腐蚀等。
第3章 AutoCAD 二次开发技术
3.1 二次开发的必要性及功能
电缆桥架是使电线、电缆、管缆铺设达到标准化、系列化、通用化的电缆铺设装置。电缆桥架在工程中被广泛应用。由于需求量大和结构简单，为保证其生产效率和质量，使用二次开发后能大大提高其适用性。
AutoCAD 的二次开发主要涉及以下内容： 编写各种用户自定义函数并形成若干文件。
建立符合自己要求的菜单文件，一般可在AutoCAD 原菜单文件内添加自己的内容，然后经交互方式加入到系统中去。
在系统文件中加入某些内容以便进行各种初始化操作，如在启动时立即装入一些文件等。
通过系统对话框设置某些路径。这些操作在程序开发成功后向其他AutoCAD 系统上安装应用，特别是需要大批安装时，需要进行很多文献检索、内容删减、子目录创建、文件拷贝、系统设置等繁琐工作。
AutoCAD 的二次开发使得二次开发者可以充分利用AutoCAD 的开放结构，直接访问AutoCAD 数据库结构、图形系统以及CAD 几何造型核心，以便能在运行期间实时扩展AutoCAD 的功能，因此, 要想让AutoCAD 真正使用于某一具体领域，或让其经常完成一些重复性的工作，则必须利用AutoCAD 的开发系统对其进行二次开发。
3.2 二次开发VBA 语言
本次设计中使用到的二次开发语言为VBA 语言。直到20世纪90年代初期，使应用程序自动化还是充满挑战性的领域。对于每个需要自动化的应用程序，人们不得不学习一种不同的自动化语言。于是，微软决定让它开发出来的应用程序
共享一种通用的自动化语言——VBA （visual basic for application）。可以认为VBA 是非常流行的应用程序开发语言visual basic 的子集。它是一种自动化语言，它可以使常用的程序自动化，并可以创建自定义的解决方案。
3.2.1 VBA的功能
1. 与AutoCAD 系统协调工作：VBA 技术所带来的一个最明显的优势表现在其对象模型方面。在采用VBA 技术的AutoCAD 系统中，客户不仅可以通过对象浏览器查看对象，还可以方便的了解在AutoCAD 的类型库中定义的对象。即使没有专业的程序员，通过VBA 强大的定制功能，也可以与AutoCAD 系统协调工作。
2. 与数据库连接：由于VBA 完全支持高级数据对象（ADO ）和OLEDB 的高级对象模型，所以采用VBA 技术的系统能够与其他数据库很好地集成。用户可从系统中取出数据，并将其进一步分析和显示；同时，用户也可以从别的数据库系统中读取数据，使其为AutoCAD 所用。本文将在第四章做出进一步解释。
3.2.2 VBA工程和宏
AutoCAD VBA工程是代码模块、类模块和窗体的集合，它们组合起来以执行给予的功能。工程可保存在AutoCAD 图形中，或者作为独立的文件保存。
所谓宏，就是一些命令组织在一起，作为一个单独命令完成一个特定任务。AutoCAD 中对宏定义为：宏就是能组织到一起作为一独立的命令使用的一系列CAD 命令，它能使日常工作变得更容易。CAD 使用宏语言VBA 将宏作为一系列指令来编写。
宏对话框允许用户运行、编辑、删除和创建宏。宏是公用VBA 子程序，是个操作过程。而且每个VBA 工程通常至少包含一个宏。
3.3 块功能和块属性
块是图形对象的集合，它将多个图形对象组织到一起，形成单一的对象组件。输入块，就是创建了块参照。用户利用AutoCAD 提供的块功能，可以组织和管理许多对象，使它们称为一个组件。块属性则是与图形中块对象相关联的信息项目。
3.3.1 块功能
块功能对提高绘图的效率和图形的规范性非常有用，通常可以使用块来执行下面的操作：
（1）将经常使用的符号、元件或者标准的组件创建成块，然后将其组织成为一个标准图形库。
（2）以块的方式插入、重新定位和复制对象可以更加有效的编辑图形。 （3）将所有的参照存储到相同的块中，自然图形文件占用的存储空间比较小。 建立块的程序如下 Sub creatblock()
angular = ThisDrawing.Utility.GetOrientation(, "在直线上选取两点:") Set blockobject = ThisDrawing.Blocks.Add(blockinspoint, "王彦冬创建的块") circlepoint(0) = 50 circlepoint(1) = 50 circlepoint(2) = 0 radius = 50
Set circleobject = blockobject.AddCircle(circlepoint, radius)
Set blockrefobj = ThisDrawing.ModelSpace.InsertBlock(inspoint, "王彦冬创建的块", 1, 1, 1, 0)
End Sub
程序实现的功能为建立一个直径为100的圆，并新建块将圆加入到块中。在坐标（100,100）中插入块。
图3.1 块功能程序CAD 展示
3.3.2 块属性
块属性是一种可以与块对象相关联的文字对象，它在块对象中给用户提供一种交互式的标识或者标签。块属性常常是与图形对象相关联的一些信息。
用户可以将多个属性参照与图形中的块关联，使得每个属性参照都有不用的标签。
对于已经定义好的属性，让然是可以编辑的。这时候，用户可以使用attribute 对象的属性和方法来编辑属性定义。如一段如下的程序：
attheight = 10（指定属性的高度）
attmode = acAttributeModeVerify（指定属性的模式） attprompt = "new prompt"（指定属性的提示字符串） attinspoint(0) = 100（指定属性的插入点） attinspoint(1) = 100 attinspoint(2) = 0
atttag = "tst"（指定属性的标签字符串） attvalue = "王彦冬" （指定插入字符值） Set attriobject = blockobject.AddAttribute _
(attheight, attmode, attprompt, attinspoint, atttag, attvalue)
3.4 参数化绘图技术
程序参数化绘图的基本原理是以图形的坐标值为变量，用一组参数来约 定图形的尺寸关系（称这组参数为尺寸约束参数），根据图形顶点的连接关系，可方便地确定变量和尺寸约束参数之间的数学关系。
传统的交互绘图软件系统都用固定的尺寸值定义几何元素，输人的每一条线都有确定的坐标位置。若图形的尺寸有变动，则必须删除原图重画。而在机械产品中系列化的产品占有相当比重。对系列化的机械产品，其零件的结构形状基本相同，仅尺寸不同，若采用交互绘图，则对系列产品中的每一种产品均需重新绘制，重复绘制的工作量极大。参数化绘图适用于结构形状比较定型，并可以用一
组参数来约定尺寸关系的系列化或标准化的图形绘制。参数化绘图有两大类型：程序参数化和交互参数化绘图。
在电缆桥架参数化绘图中，以A 型梯级式大跨距直通桥架为例，其参数化程序如下图：
图3.2 参数化绘图实现程序
图3.3 参数化绘图实现展示
第4章 数据库图形库管理系统
4.1 数据库
数据库（Database ）是按照数据结构来组织、存储和管理数据的仓库，它产生于距今六十多年前，随着信息技术和市场的发展，特别是二十世纪九十年代以后，数据管理不再仅仅是存储和管理数据，而转变成用户所需要的各种数据管理的方式。数据库有很多种类型，从最简单的存储有各种数据的表格到能够进行海量数据存储的大型数据库系统都在各个方面得到了广泛的应用。
4.1.1 数据库的建立
在信息化社会，充分有效地管理和利用各类信息资源，是进行科学研究和决策管理的前提条件。数据库技术是管理信息系统、办公自动化系统、决策支持系统等各类信息系统的核心部分，是进行科学研究和决策管理的重要技术手段。
早期CAD 软件设计中使用数据库的场合并不多，但是随着CAD 技术的发展，在CAD 软件中使用数据库的场合越来越多。本次设计中将电缆桥架的数据输入数据库中，使得桥架的型号，参数可以直接在CAD 中调用。并可以在CAD 中实现数据的修改，添加，删除等操作。
图4.1 数据库建立
4.1.2 数据库的连接
电缆桥架型号数据库建立好后，需要实现其与AutoCAD VBA 程序的连接才能实现数据的共享。
在编程过程中使用ADO 的一个典型的存取数据的步骤为：
（1）连接数据源。可以使用连接对象的OPEN 方法打开数据库对象，例如 adoCon.Open "Provider=Microsoft.Jet.OLEDB.4.0;Data Source=" & _ Left(strPath, Len(strPath) - 8) & "电缆桥架数据库.mdb;"
（2）打开记录集对象。可以使用记录对象的OPEN 方法打开记录集对象，例如：
adoRs.Open "A 型梯级式大跨距直通桥架", adoCon, adOpenDynamic, adLockOptimistic
其中，数据库对象名称要与编程中语句一致。记录对象表名称也要与编程语句一致。并且放在同一个文件夹下。
图4.2 数据库
4.1.3 数据库的意义和功能
Access 是一个基于关系数据模型的数据库管理系统软件。它不仅可以帮助用
户组织和共享数据库信息，而且给用户提供了数据处理工具。还可以在在Access 数据库管理系统环境下编写相应的应用程序，形成满足应用需求的应用系统。简而言之Access 也可以进行二次开发。Access 数据库系统不仅具有传统的数据库管理系统的功能，同时还进一步增强了自身的特性。
1. 完备的数据库窗口
Access 数据库窗口中可以容纳并显示多种数据库操作对象，增强Access 数据
库的易用性，并与Office 软件其他软件界面保持一致。
2. 具有子数据表功能
Access 支持子数据表功能，并提供嵌套视图模式，方便了在同一窗口中专注
某些特定数据，对其进行编辑处理。
3. 提供名称自动更正功能
Access 能够解决重新定义数据库对象名称所引发的关联影响。一旦用户重新
定义某个数据库对象名称，系统将自动更正与其相关对象中该对象的名称。
4. 具有数据访问页功能
Access 允许创建能同WEB 数据进行交互的数据访问页，用户可以通过HTML
页将数据库应用扩展到企业内部网络Internet 上来提高信息的效率。
5. 提供不同软件间的信息共享
可以将Access 数据导出到word 和excel 中，不仅为数据共享提供了便利，同
时也为数据分析提供了更多的方法和渠道。
6. 与AQL Server协同
用户可以直接访问SQL Server 后台数据库，把数据库应用扩展到客户机和服
务器环境。
4.1 图形库
为了完善二维模型，方便电缆桥架的装配图绘制。在设计中使用了电缆桥架
正二轴测简图的方式来表示电缆桥架的装配图。在简图中，每段电缆桥架都用一段如下线段来表示：
表4.1 图形库样例
间结构。同时，各个图元均用块来表示，绘制时快捷方便。节省用户大量的绘制时间。
图4.3 电缆桥架轴测简图图例
第5章 电缆桥架原型系统
原型系统的意义是指当前系统的原始形态。
在系统架构时经常会采用原型系统来使得跟系统相关的所有成员对系统初步
达成一致的理解。
5.1 电缆桥架三视图块绘制
系统包含了需求分析、功能设计、系统结构图、数据库设计、代码编写、系
统测试等。系统通过VB 编辑器和数据库实现了对数据库中数据的新建，添加，删除，修改等功能。借助了其参数化绘图功能，用编程在AutoCAD 中绘制电缆桥架的三视图并新建成块。大大减少了生产中重复性的动作。达到提高效率，减少生产成本的作用。
本次设计旨在设计图形库管理系统，和数据库的连接，从而实现数据的共享
和修改等功能。并且运用参数化绘图功能，目的是为生产设计减少重复动作。
5.1.1 数据库连接功能
通过上文中语言实现了对数据库的连接后，就能够实现了对电缆桥架数据的
调用，添加，删除，修改等功能。从而能在界面中通过型号数据直接绘制电缆桥架图。
1. 数据调用：程序可以通过在界面中双击电缆桥架的型号数据，直接在
AutoCAD 中绘制好相应型号的三视图。
2. 数据添加：程序可以通过在界面中单击添加按钮，输入相应的型号和对应的
参数即可新建一种型号的电缆桥架并直接添加到数据库中。
3. 数据删除：程序可以通过在界面中单击电缆桥架型号，然后点击删除按钮实
现删除数据库中相应型号的电缆桥架数据。
4. 数据修改：程序可以通过点击电缆桥架型号，点击修改按钮，修改相应型号
的参数。并在数据库中更新参数。
5.1.2 块功能
程序实现了新建块的功能。此功能可以满足在画出电缆桥架三视图后，将其
添加到块中。并在以后需要的时候调用出来。减少了以后需要使用时的麻烦。为了方便使用，每个型号都新建了包括主视图块，俯视图块，左视图块和界面图块四种图块。可以在插入块中直接插入相应型号的各类视图。
5.1.3 参数化绘图功能
参数化绘图功能是程序的核心功能之一。可以实现输入电缆桥架相应参数即
可直接生成其三视图。其利用的原理就是将圆，矩形等参数化为圆心和半径，中点和长宽之间的关系。达到提高效率的作用。
5.2 电缆桥架装配轴测简图绘制
图5.1 系统功能分析
结论
本次设计是基于AutoCAD 的图形库管理系统的研究，针对这种开发技术我们设计了电缆桥架图形库。在设计中我们充分利用了AutoCAD 强大的二次开发能力，采用了一些全新的视角对AutoCAD 的二次开发进行了探讨。设计期间我运用工程图学，机械设计，机械原理工程图学实践，计算机辅助设计与制造等课堂中学到的知识加上自己的钻研和导师的指导，循序渐进完成了各项工作，具体概括如下：
（1）图形库、数据库管理系统的结构设计：图形库的设计管理就是将对象的各相关内容转换为机器存贮而言最优的数据方式。图形库不同结构内涵决定着不同查询方式，查询方式又影响到查询效率。
（2）用户界面设计：用户界面是软件进行人机交互的平台，采用友好且丰富的参数化界面可以大大加快设计的速度设计者在一个宽松自如的环境下快速地进行产品设计。使用对话框一方面可以使应用程序与宿主保持一致，一方面对回答一系列问题更容易，更自然更快速。为减少操作者记忆，使界面更友好，直观，尽可能少嵌套。
（3）功能模块的设计与开发：广义的图形库管理系统主要设计了三大基本模块，其中查询设计模块为核心模块，可对整个系统快速检索，查询和浏览并进行图形的编辑和修改。用户工作模块使快速实现用户所设计图形的存储、查询、删除、恢复和打开。查询编辑模块是系统辅助模块，仅允许特定操作员增删系统内部记录。
（4）基于AutoCAD 电缆桥架原型系统设计与开发：设计出原型系统是软件开发的关键，使得所有成员、用户、开发人员等对系统达成初步一致的理解。
通过系统设计和实现得到了一些有用的经验和成果。可以利用VB 语言进行编程；能详细设计系统所具有的各项功能，包含需求分析，系统设计，系统结构图，相关流程图，数据库设计等；完成了最终的数据库管理系统，系统功能包括用户注册与登陆、基本数据、参数化绘图、图形库、图形信息库、数据库管理、编辑、行业标准图形库、行业规范库、批量导出、信息统计和报表等；系统还可以实现自建2D 图块（含元素图块、组件图块、成员图块等）和必要属性。
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附录
34
致谢
本文是在导师文和平副教授精心指导下完成的。从研究方法、设计的构想、程序的启蒙和最终预期的效果等等，每一个环节都凝结着导师的辛勤劳动。毕业设计着几个月来，无论是在学习科研上，还是思想生活上。都得到了导师的深切关怀。感谢导师在这段时间给予我的帮助。同时，导师认真严谨的科学态度给我留下了深刻的印象并且激励着我前行。
同时，也感谢毕业设计中同组同学的陪伴和给予的技术支持。
在此，谨对以上各位致以最衷心的感谢！同时也感谢我的家人给予的大力支持！
35
范文三：机械专业毕业设计
摘 要
随着高精密加工技术的不断发展，人们对工作台的加工精度提出了越来越高的要求。而工作台的定位精度是影响其加工精度的主要因素之一，所以如何方便实用的提高对工作台的精确定位成为现在各个方面都在研究的重要课题。而对于开环和半闭环控制系统，由于开环环节的存在，使得我们在本次研究过程中的定位精度受到了一定的限制，对于工作台的定位精度主要取决于电机的控制精度以及程序控制误差的双重影响，为了达到最大限度的满足两自由度工作台X-Y 的精确定位，本设计主要从基于高速脉冲的精确定位出发，以满足和提高现代机床的定位操作，从而满足人们两自由度工作台越来越高的要求。
为了在一定场合取代高成本的定位控制，实现精确定位控制系统最优的性价比，采用西门子S7-200系列PLC 作为控制器，通过驱动器控制步进电机运行以实现准确定位。本设计采用PLC 基于高速脉冲的两自由度工作台精确定位控制系统，得出了精确定位控制系统设计与实施的关键，并给出了实现精确定位的控制方案及PLC 程序。这种使用PLC 实现的定位方法具有快速、精确、成本低、易于实现的特点，在工业生产中十分实用。
关键词：工作台 精确定位 PLC 步进电机
引 言
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的; 同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。
可编程序控制器（PLC ）是专为在工业环境下应用而设计的一种工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。通过对步进电机定位与PLC 的深入研究，本文提出了利用PLC 的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC 实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值
第一章 设计的目的
1.1两自由度X-Y 工作台精确定位的背景与发展
随着现代微科技技术的发展，研制定位精度高、测量范围大、 运动平面度高的二自由度工作台，即X-Y 移动工作台具有重要现实的意义。精确定位技术的发展，不仅在精密测量、半导体光刻方面需要十分精确的定位和非常精细的运动，其他如微型机械、超精密加工、微型装配、生物细胞操纵和纳米技术等领域都需要精密工作台的协同运动，因此研究两自由度X-Y 工作台精确定位成为当务之急。在电机驱动工作台精确定位的系统中，可以利用现代控制理论的新发展，选择合适的控制方法，在不断更新设备的情况下同时提高对工作台的精确定位。
1.2设计的意义和目的
随着现代技术的发展，特别是微型计算机的普及和应用，使现代机械加工技术发生了深刻的变化，这种变化主要涵盖两个方面，一是想着提高产品加工的生产效率为主的高度自动化的方向发展，另一个是向着提高产品质量为主的精度化的方向发展。而由于现代机电设备结构的复杂化，融机、电、光、液等技术于一体，功能也越来越复杂，越来越完善，在这种情况下如何提高产品的加工质量成为机械行业迫切需要解决的问题，而精确定位两自由度X-Y 工作台作为加工机床的关键部分，具有它广泛的研究范围和经济的研究价值，对于提高生产效率和生产精度等提高生产的方面的发展具有深刻的意义。基于高速脉冲对两自由度X-Y 工作台的精确定位，是一种方便、实用、和低成本的有效方法，这也是本设计研究目的之所在。
1.3设计的主要原理及方案要点
1.3.1主要原理
本设计主要以两自由度X-Y 工作台的精确定位作为研究对象，通过PLC 可编程控制器与接口电路相连接，发送高速脉冲指令，通过驱动装置驱动步进电机带动XY 工作台的动作。工作原理图如下所
示：
1.3.2方案要点
（1）两自由度X-Y 工作台控制系统的设计。PLC 可编程控制器作为本设计的关键部分，必须有合理精确的程序作为控制指令。
（2）
（3）
第二章 系统方案总体设计
2.1设计思想
利用PLC 的高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位，目前世界上主要的PLC 厂家生产的PLC 均有专门的高速脉冲输出指令，可以很方便地和步进电机构成运动定位控制系统。由PLC 高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位的实质是PLC 通过高速脉冲输出指令PTO/PWM输出高速脉冲信号，经步进电机脉冲细分驱动器控制步进电机的运行，从而推动工作台移动到达指定的位置，实现准确定位。 工作台移动的距离与PLC 脉冲数之间的关系为：
式中：N 为PLC 发出的控制脉冲的个数;n 为步进电机驱动器的脉冲细分数(如果步进电机驱动器有脉冲细分驱动); θ为步进电机的布距角，即步进电机每收到一个脉冲变化，轴所转过的角度;d 为丝杠的螺纹距，它决定了丝杠每转过一圈，工作台面前进的距离; δ为脉冲当量(定位精度);i 为传动速比;L 为工作台移动的距离。 显然，利用PLC 控制步进电机实现准确定位的关键是对PLC 产
生的脉冲数的设定。而脉冲数与脉冲当量、传动速比、步进电机驱动器的细分数以及脉冲频率等都有关。
2.2设计要求
假设以货物仓储系统中的对直线导轨的定位控制设计为例加以说明。在仓储系统中，要求由步进电机拖动直线导轨将料块送到指定的仓库门口。假设从起点到终点的运送距离为100 mm ，即要求由步进电机带动导轨作直线运动，定位距离为100 mm 。为实现准确定位，本设计应注意以下要求
2．2.1对PTO 的要求
系统采用西门子S7-200系列CPU224型PLC 、四通57BYG250C 混合式步进电机和森创SH-20403步进电机驱动器等设备。其中CPU226型PLC 的CPU 有两个脉冲发生器，分别是Q0.0端子和Q0.1端子。这两个端子均可输出PTO/PWM高速脉冲信，脉冲频率可达20 kHz。根据控制要求，系统拟采用高速脉冲串输出PTO 功能，PTO 功能可输出一定脉冲个数和占空比为50%的方波信号。输出脉冲的周期以μs 或ms 为增量单位。PTO 功能允许多个脉冲串排队输出，从而形成流水线。流水线分为两种：单段流水线和多段流水线。
2.2.2对步进电机的要求
为了消除电机的低频振荡，提高分辨率，采用了步进电机细分驱动器，驱动步距角为0.9°/1.8°，脉冲细分数设定为4。为保证速度和定位精度要求，步进电机运行一般要经历三个过程，即启动加速、恒速运行和接近定位点时的减速运行。为了维护步进电机以及驱动设备，要求驱动脉冲频率也线性增大，所以，本定位控制系统采用多管线操作，控制电机的运行过程。设直线导轨起始位置在A 点，现欲从A 点移至D 点，其中AD=100 mm。定位精度只与步进电机脉冲当量有关，取脉冲当量为0.11 mm/脉冲，则需要900个脉冲完成定位。步进电机运行过程中，要从A 点加速到B 点后恒速运行，又从C 点开始减速到D 点完成定位过程用200个脉冲完成升频加速，
500个脉冲恒速运行，200个脉冲完成降频减速。如图2所示。
2.3设计步骤（总体到局部，小到大，软件到硬件）
2.3设计组成部分的选择
(1)PLC类型的选择。首先，PLC 必须是可以输出高速脉冲的晶体管输出形式。其次，PLC 输出最高脉冲频率大小必须满足控制要求。
(2)步进电机脉冲细分驱动器的选择及参数设置。
(3)步进电动机的选择。首先考虑的是步进电动机的类型选择，其次才是品种选择，根据系统要求，确定步进电动机的电压值、电流值以及有无定位转矩和使用螺栓机构的定位装置，从而就可以确定步进电动机的相数和拍数。在进行步进电动机的品种选择时，要综合考虑速比i 、轴向力F 、负载转矩Ti 、额定转矩TN 和运行频率fy ，以确定步进电机的具体规格和控制装置。
(4)脉冲当量的计算。
第三章设计方案论证
3.1方案选择的多样性
当今世界，随着计算机和微机电系统的快速发展以及对生产加工的要求，实现对工作台精确定位的方法也越来越多，如：基于传感器换向的两自由度工作台的精确定位、利用PLC 的PID 指令及软、硬件配合实现准确定位、利用PLC 的EM253模块实现的准确定位等。这些方案对工作台的精确定位都从某一角度作出了比较好的诠释。
3．2方案选择的优越性
然而在本设计中，利用PLC 的高速脉冲指令控制步进电机实现准确定位，基于高速脉冲对两自由度X-Y 工作台的精确定位，是一种方便、实用、和简单的有效方法，加之我们通过的这种控制方式属于对步进电机的一种开环控制，其优点是结构简单、成本低、定位准确、易于实现等。这也是本设计选择其作为两自由度X-Y 工作台精确定位的方案之所在。
第四章硬件设计
4.1PLC
4．1.1PLC 简介
PLC 即可编程控制器（Programmable logic Controller，是指以计算机技术为基础的新型工业控制装置。在1987年国际电工委员会（International Electrical Committee）颁布的PLC 标准草案中对PLC 做了如下定义：PLC 是一种专门为在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。它采用可以编制程序的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令，并能通过数字式或模拟式的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。PLC 及其有关的外围设备都应该按易于与工业控制系统形成一个整体，易于扩展其功能的原则而设计。
PLC 具有通用性强、使用方便、适应面广、可靠性高、抗干扰能力强、编程简单等特点。可以预料：在工业控制领域中，PLC 控制技术的应用必将形成世界潮流。
PLC 程序既有生产厂家的系统程序，又有用户自己开发的应用程序，系统程序提供运行平台，同时，还为PLC 程序可靠运行及信息与信息转换进行必要的公共处理。用户程序由用户按控制要求设计。
4.1.2PLC 的工作原理
PLC 有两种工作状态，即运行（RUN ）状态和停止（STOP ）状态。 在运行状态，PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控
制功能。为了使PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC 停机或切换到STOP 工作状态。
除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC 不还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为5 个阶段，如图4-6所示。 PLC的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
图4-6 扫描工作方式
2. 扫描工作周期
在工作状态下，执行一次图4-6所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1-100ms 。
1输入采样阶段。 ○
PLC 首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入影响寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
2程序执行阶段。 ○
根据 PLC 梯形图程序”先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时， PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件 ( “软继电器” ) 的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对元件映像寄存器来说，每一个元件 ( “软继电器” ) 的状态会随着程序执行过程而变化。
3输出刷新阶段。 ○
在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通 / 断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定方式输出，驱动外部负载。
3. 输入输出滞后时间
输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC 的外部输入信号发生变化的时间到它的控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路的滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式的滞后时间三部分组成。
滞后时间与模块的类型有关。继电器输出电路的滞后时间一般在10ms 左右，双向可控硅型输出电路在负载接通时的滞后时间为1ms ，负载断开时的最大滞后时间为10ms ，晶体管型输出电路的滞后时间一般在1ms 左右。
由扫描工作方式引起的滞后时间最长可达2个扫描周期。
4.2 PTO指令
脉冲列(PTO)功能提供周期与脉冲数目可以由占空比控制的占空比为50%的方波脉冲输出。其图形如图4-7所示。
图4-7 方波脉冲串
1. 周期和脉冲数
周期：单位可以是微秒μs 或毫秒ms ；为16位无符号数据，周期变化范围是50~65535μs 或2~65535ms，通常应设定周期值为偶数，若设置为奇数，则会引起输出波形占空比的轻微失真。如果编程时设定周期单位小于2，系统默认按2进行设置。
脉冲数：用双字长无符号数表示，脉冲数取值范围是1~4294967295之间。如果编程时指定脉冲数为0，则系统默认脉冲数为1个
2. 中断事件类型
高速脉冲串输出可以采用中断方式进行控制，各种型号的PLC 可用的高速脉冲串输出的中断事件有两个，如表4.1所示。
表4.1 中断事件
3. PTO 的使用
使用高速脉冲串输出时，要按以下步骤进行：
1确定脉冲发生器及工作模式 ○
2 设置控制字节 ○
3写入周期值、周期增量值和脉冲数 ○
4装入包络的首地址 ○
5设置中断事件并全局开断 ○
6执行PLS 指令 ○
4.3驱动器 4.3.1驱动器概述
1.由于本设计中选用了两相混合式步进电机，故此采用细分型两相混合式步进电机驱动器DQ542. 其实物如图4-5所示
图4-5 驱动器DQ542
DQ542型细分型两相混合式步进电机驱动器，采用直流18～50V 供电，适合驱动电压18V ～50V ，电流小于4.0A 外径42～86毫米的两相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细分控制，电机的转矩波动很小，低速运行很平稳，几乎没有振动和噪音。高速时力矩也大大高于其它二相驱动器，定位精度高。广泛适用于雕刻机、数控机床、包装机械等分辩率要求较高的设备上。
2. 主要特点
(1) 平均电流控制，两相正弦电流驱动输出 (2) 直流18～50V 供电 (3 )光电隔离信号输入/输出
(4) 有过压、欠压、过流、相间短路保护功能 (5) 十五档细分和自动半流功能 (6) 八档输出相电流设置 (7) 具有脱机命令输人端子
(8) 电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关 (9) 高启动转速 (10).高速力矩大
4.3.2接口定义 1、控制信号定义
PUL+(+5V)： 步进脉冲信号输入正端或正向步进脉冲信号输入正端
PUL-(PUL)： 步进脉冲信号输入负端或正向步进脉冲信号输入负端
DIR+(+5V)： 步进方向信号输入正端或反向步进脉冲信号输入正端
DIR-(DIR)： 步进方向信号输入负端或反向步进脉冲信号输入负端
ENBL+(+5V)： 脱机使能复位信号输入正端 ENBL-(ENB： 脱机使能复位信号输入负端
脱机使能信号有效时复位驱动器故障，禁止任何有效的脉冲，驱动器的输出功率元件被关闭，电机无保持扭矩。 2、功能选择（SW1-SW8的定义） (1)设置电机每转步数
驱动器可将电机每转的步数分别设置为400、800、1600、3200、6400、12800、25600、1000、2000、4000、5000、8000、10000、20000、25000步。用户可以通过驱动器正面板上的拨码开关的SW5、SW6、SW7、SW8位来设置驱动器的步数（如表1）： 表1
2500
O F F
O F F
O F F
O F F
(2)控制方式选择
拨码开关SW4位可设置成两种控制方式： 当设置成“OFF”时，为有半流功能。 当设置成“ON”时，为无半流功能。 (3)设置输出相电流
为了驱动不同扭矩的步进电机，用户可以通过驱动器面板上的拨码开关SW1、SW2、SW3位来设置驱动器的输出相电流（有效值）单位安培，各开关位置对应的输出电流，不同型号驱动器所对应的输出电流值不同。具体见表2。
表2
(4)半流功能
半流功能是指无步进脉冲500ms 后，驱动器输出电流自动降为额定输出电流的70%，用来防止电机发热。
3、功率接口 (1)连接驱动器电源
DC+：直流电源正级，电源电压直流16～55V 。最大电流是5A 。 DC-：直流电源负级。
(2)A+ A- B+ B-：连接两相混合式步进电机
驱动器和两相混合式步进电机的连接采用四线制，有高转速和高转距两种接法。
高转速时A+：黑色 A-：黄色 B+：红色 B-：白色 高转矩时A+：黑色 A-：绿色 B+：红色 B-：蓝色
电机绕组有并联和串联接法，并联接法，高速性能好，但驱动器电流大(为电机绕组电流的1.73倍) ，串联接法时驱动器电流等于电机绕组电流。 4.4步进电机
4.4.1步进电机简介：
步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制组件。
在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号， 电机则转过一个步距角。
这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。
单相步进电机有单路电脉冲驱动，输出功率一般很小，其用途为微小功率驱动。多相步进电机有多相方波脉冲驱动，用途很广。使用多相步进 电机时，单路电脉冲信号可先通过脉冲分配器转换为多相脉冲信号，在经功率放大后分别送入步进电机各项绕组。每输入一个脉冲到脉冲分配器，电机各相的通电状态就发生变化，转子会转过一定的角度（称为步距角）。正常情况下，步进 电机转过的总角度和输入的脉冲数成正比；连续输入一定频率的脉冲时，电机的转速与输入脉冲的频率保持严格的对应关系，不受电压波动和负载变化的影响。在非超载的情况下， 电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。
步进电机按旋转结构分两大类：1是圆型旋转电机如下图A 2直线型电机，结构就象一个圆型旋转电机被展开一样，如下图B
4.4.2步进电机的分类和结构 步进电机的种类
现在，在市场上所出现的步进电机有很多种类，依照性能及使用目的等有各自不同的区分使用。
举个例子，各自不同的区分使用有精密位置决定控制的混合型，或者是低价格想用简易控制系构成的PM 型，由于电机的磁气构造分类， 因此就性能上来说就会有影响，其它的有依步进 电机的外观形状来分类，也有由驱动相数来分类，和驱动回路分类等。 以步进电机的转子的材料可以分为三大类。
〈1〉PM 型步进电机:永久磁铁型(permanent magnet type) 〈2〉VR 型步进电机:可变磁阻型(variable erluctance type) 〈3〉HB 型混合型步进电机，复合型(hybrid type) 1，PM 型
PM型步进电机的原理构造如图1所示，转子是永久磁铁所构成，更进一步的往这个周围配置了复数个的固定子。
在图2.2.1上，转子磁铁为N 、S 一对，而它的固定子线圈由4个构成，这些因为和步进角有直接关系，所以如需要较微细的步进角
时，转子磁铁的极数和发生驱动力的固定子线圈的数不能不对应的增加，还有在图1的构造步进角为90°。
图1 PM型步进电机的原理图(2相单极)
而且，PM 型的特征是因为在转子是永久磁铁构成的，所以就算在无激磁(固定子的任何线圈不通电时) 也需在一定程度上保持了转矩的发生，因而，依照利用这种的性质效果，可以构成省能积形的系统。
这种的步进电机，它的步进角种类很多，钐钴系磁铁的转子是用在45°或者90°上，而且这些也可以用氟莱铁(ferrite)磁铁作为多极的充磁，有3.75°、11.25°、15°、18°、22.5°等丰富的种类，但是从这些数字上看7.5°(转48步进) 是最为普及化的。 2， VR型
VR型步进电机的构造，如图2所示，转子是利用转子的突极吸引所发生的转力，因而VR 型在无激磁的时候，并不发生保持转矩。
图2 VR型步进电机的原理图(2相单极)
主要的用途适用在比较大的转矩上的工作机械，或者特殊使用的小型起动机的上卷机械上。其它也有用在出力为1W 以下的超小型电机上，总之，VR 型的数量是非常少的，在步进 电机的全部生产量上只有数%程度而已。
还有，步进角的种类有15°、7.5°、也有1.8°，但是在数量上以1.5°步进为最普及化。 3 ，HB 混合型
混合型步进电机，是由固定子磁(齿) 极以及和它对向的转子磁极所构成的，更近一步的它的转子有这多数的齿车状，在这些上是由转轴和在同方向被磁化的永久磁铁所组合而成，还有在构造上比前面的PM 型以及VR 型更复杂，基本上是可以考虑由VR 型和PM 型一体化的构造。
hybrid type 型有混合型的意思存在，这个刚好是VR 型和PM 型两者组合的情况，所以就有如此的称呼。
一般上混合型，因具有高精度、高转矩、微小步进角和数个优异的特征，所以刚开始在OA 关系，其它的分类上也大幅的被使用，特别是在生产量上大半是使用在盘片记忆关系的磁头转送上。 还有，在步进角上有0.9°、1.8°，其它的3.6°也有，比起其它的电机而言，具有极细的步进角。
图3为混合型步进电机的构造图，在此，在固定子上侧有8个激磁线圈部，更近一步的在磁极的先端上有复数的小齿(齿车状突极) ，这些是对于转子侧的齿车状磁极，还有步进电机的驱动机械装置。
图3混合型步进电机的构造图(2相单极)
2、两相混合式步进电机的结构
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进
电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供
电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电
机并不能象普通的直流电机，交流电机那样在常规下使用。步进电
机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
图4-7 混合式步进电机的定子(a)和转子(b)
在工业控制中采用如图4-7所示的定子磁极上带有小齿、
转子齿数很多的结构，其步距角可以做得很小。如图3-4两相混合
式步进电动机的结构图，和图4-8步进电机绕组接线图，A 、B 两相
绕组沿径向分相，沿着定子圆周有8个凸出的磁极，a 、c 磁极属于
A 相绕组，b 、d 磁极属于B 相绕组，定子每个极面上有5个齿、极
身上有控制绕组。转子由环形磁钢和两段铁芯组成环形磁钢和转子
中部、轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两端，使得转子轴向分
为两个磁极。转子铁芯上均匀分布50个齿，两段铁芯上的小齿相互
错开半个齿距，定、转子的齿距和齿宽相同。
图4-8 混合式步进电机绕组接线图
4.4.3步进电机的特点和缺点的克服
1、步进电机的特点
（1）．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。
（2) ．步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力
矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电
机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130
度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄
氏80-90度完全正常。
(3)．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动
势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或
速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
(4)．步进电机低速时可以正常运转, 但若高于一定速度就无法
启动, 并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载
情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不
能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率
应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，
即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。
2、克服缺点的方法
步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以
下方案来克服： A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避
开共振区；
B. 采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法；
C. 换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机；
D. 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高；
E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改
变较大。
4.4.4应用中的注意点
1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS) ，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减
速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。
2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
3、由于历史原因，只有标称为12V 电压的电机使用12V 外，其他电
机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压，当然
12伏的电压除12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要
考虑温升。
4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用
逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止
的定位精度。
6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度, 或采用高细分数的
驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。
7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。
8、电机在600PPS （0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。9、应遵循先选电机后选驱动的原则。
4.5硬件电路图（见附录）
第五章软件设计
5.1各功能块简介
5.2程序设计图（见附录）
第六章．测试及性能分析
6.1准备工作
6.1.1程序仿真
1仿真软件的介绍
2仿真过程及结果（显示说名）
6.1.2线路连接
硬件电路图（见附录）
6.2实行方案的测试（简单的调试过程）
6.3性能分析（测试结果的分析：设计和实际）
第七章．全文总结与课题展望
7.1全文总结
实践证明，本文提出的由PLC 、旋转编码器、伺服电机等组成
的准确定位控制系统具有结构简单、性价比高、易于实现等优点，可广泛地应用于工业生产及军事领域。如板材的精确定长切割、军用雷达定位系统，丝网印刷机停机控制、以及在数控机床、物料计
量、送膜包装等用异步电机或步进电机实现的定位控制领域有一定的实用和参考价值。
可编程序控制器（PLC ）是专为在工业环境下应用而设计的一种
工业控制计算机，具有抗干扰能力强、可靠性极高、体积小等显著优点，是实现机电一体化的理想控制装置。通过对步进电机定位与Siemens PLC的深入研究，本文提出了利用PLC 的高速脉冲输出实现步进电机位置控制功能的有关见解与方法，介绍了步进电机加减速控制原理以及用PLC 实现步进电机快速精确定位的方法，给出了位置控制系统方案及软件设计思路，在实验室内运行通过，对于工矿企业实现相关步进电机的精确定位控制具有较高的应用与参考价值
7.2课题展望（三自由度）
结束语
附录
参考文献
3. 硬件设计
3.1 可编程控制器（PLC)
3.1.1 PLC的选择
PLC 的选择应着重考虑PLC 的性能价格比，选择可靠性高，功
能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC 。在该设备整体方案选用了西门子S7—200系列PLC 。
3.1.2 PLC的工作原理
1、PLC 的基本结构如下图所示
图3-1 PLC的基本结构
PLC有两种工作状态，即运行（RUN) 状态和停止（STOP) 状态。在运行状态，PLC 通过执行反映控制要求的用户程序来实现控制功能。为了使PLC 的输出及时地响应随时可能变化的输入信号，用户程序不是只执行一次，而是反复不断地重复执行，直到PLC 停机或切换到STOP 工作状态。除了执行用户程序外，每次循环过程中，PLC 还要完成内部处理、通信处理等工作，一次循环可分为五个阶段，如图3-2所示。PLC 的这种周而复始的循环工作方式称为扫描工作方式。
图3-2 扫描工作方式
2、扫描周期
在工作状态下，执行一次图3-2所示的扫描操作所需的时间称为扫描周期。其典型值为1—100ms 。
(1)输入采样阶段
PLC首先扫描所有输入端子，并将各输入状态存入内存中各对应的输入映像寄存器中。此时，输入映像寄存器被刷新。接着进入程序执行阶段，此时输入映像寄存器与外界隔离，无论输入信号如何变化，其内容保持不变，直到下一个扫描周期的输入采样阶段，才重新写入输入端的新内容。
(2)程序执行阶段
根据PLC 梯形图程序“先左后右，先上后下”扫描原则进行逐句扫描。但遇到程序跳转指令，则根据跳转指令条件是否满足来决定程序的跳转地址。当指令中涉及输入、输出状态时，PLC 就从输入映像寄存器“读入”上一阶段采入的对应输入端子状态，从元件映像寄存器“读入”对应元件（“软继电器”）的当前状态。然后，进行相应的运算，运算结果再存入元件映像寄存器中。对于元件寄
存器来说，每一个元件的状态会随着程序执行过程而变化。
(3)输出刷新阶段
在所有指令执行完毕后，元件映像寄存器中所有输出继电器的状态（接通/断开）在输出刷新阶段转存到输出锁存器中，通过一定的方式输出，驱动外部负载。
3、输入输出滞后时间
输入输出滞后时间又称系统响应时间，是指PLC 的外部输入信号发生变化的时间到它的控制的有关外部输出信号发生变化的时刻之间的时间间隔，它由输入电路的滤波时间、输出电路的滞后时间和因扫描工作方式的滞后时间三部分组成。
3.1.3高速脉冲输出
脉冲宽度与脉冲周期之比称为占空比，脉冲列(PTO)功能提供周期与脉冲数目可以由占空比控制的占空比为50%的方波脉冲输出。脉冲宽度调制(PWM)功能提供连续的、周期与脉冲宽度可以由用户控制的输出。
每个CPU 有两个PTO/PWM发生器，分别通过数字量输出点Q0.0或Q0.1输出搞死脉冲列或脉冲宽度可调的波形。
PTO/PWM发生器与输出映像寄存器共同使用Q0.0及Q0.1。当Q0.0或Q0.1被设置为PTO 或PWM 功能时，TO/PWM发生器控制这些输出点，在该输出点禁止使用数字量输出功能，此时输出波形不受输出映像寄存器的状态、输出强制或立即输出指令的影响。不使用TO/PWM发生器时，Q0.0与Q0.1作为普通的数字输出使用。建议在启动PTO 或PWM 操作之前，用R 指令将Q0.0或Q0.1的映像寄存器置为0.
本次设计采用PTO 控制，Q0.0与Q0.1发脉冲控制两台步进电机的转动，Q0.2与Q0.3控制两台步进电机的方向。
3.2步进电机
步进电机是一种将电脉冲转化为角位移的执行机构。当步进驱动器接收到一个脉冲信号时就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度（称为“步距角”），其旋转以固定的角度运行。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量以达到准确定位的目的; 同时也可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度而达到调速的目的。步进电机作为一种控制用的特种电机，因其没有积累误差（精度为100%）而广泛应用于各种开环控制。步进电机实物图如图3-3所示。
图3-3 步进电机
3.2.1步进电机的分类和结构 1、步进电机的分类
现在比较常用的步进电机包括反应式步进电机（VR ）、永磁式步进电机（PM ）、混合式步进电机（HB ）和单相式步进电机等。
永磁式步进电机一般为两相，转矩和体积较小，步进角一般为
7.5度 或15度；
反应式步进电机一般为三相，可实现大转矩输出，步进角一般为1.5度，但噪声和振动都很大。反应式步进电机的转子磁路由软磁材料制成，定子上有多相励磁绕组，利用磁导的变化产生转矩。 混合式步进电机是指混合了永磁式和反应式的优点。它又分为两相和五相：两相步进角一般为1.8度而五相步进角一般为 0.72度。这种步进电机的应用最为广泛，也是本次细分驱动方案所选用的步
进电机。
3、两相混合式步进电机的结构
步进电机是一种感应电机，它的工作原理是利用电子电路，将直流电变成分时供电的，多相时序控制电流，用这种电流为步进电机供电，步进电机才能正常工作，驱动器就是为步进电机分时供电的，多相时序控制器。虽然步进电机已被广泛地应用，但步进电机并不能象普通的直流电机，交流电机那样在常规下使用。步进电机必须由双环形脉冲信号、功率驱动电路等组成控制系统方可使用。
图3-4 混合式步进电机的定子(a)和转子(b)
在工业控制中采用如图3-4所示的定子磁极上带有小齿、转子齿数很多的结构，其步距角可以做得很小。如图3-4两相混合式步进电动机的结构图，和图3-5步进电机绕组接线图，A 、B 两相绕组沿径向分相，沿着定子圆周有8个凸出的磁极，a 、c 磁极属于A 相绕组，b 、d 磁极属于B 相绕组，定子每个极面上有5个齿、极身上有控制绕组。转子由环形磁钢和两段铁芯组成环形磁钢和转子中部、轴向充磁，两段铁芯分别装在磁钢的两端，使得转子轴向分为两个磁极。转子铁芯上均匀分布50个齿，两段铁芯上的小齿相互错开半个齿距，定、转子的齿距和齿宽相同。
图3-5 混合式步进电机绕组接线图 3.2.2步进电机的特点和缺点的克服 1、步进电机的特点
（1）．一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积。 （2) ．步进电机外表允许的最高温度。
步进电机温度过高首先会使电机的磁性材料退磁，从而导致力矩下降乃至于失步，因此电机外表允许的最高温度应取决于不同电机磁性材料的退磁点；一般来讲，磁性材料的退磁点都在摄氏130度以上，有的甚至高达摄氏200度以上，所以步进电机外表温度在摄氏80-90度完全正常。
(3)．步进电机的力矩会随转速的升高而下降。
当步进电机转动时，电机各相绕组的电感将形成一个反向电动势；频率越高，反向电动势越大。在它的作用下，电机随频率（或速度）的增大而相电流减小，从而导致力矩下降。
(4)．步进电机低速时可以正常运转, 但若高于一定速度就无法启动, 并伴有啸叫声。
步进电机有一个技术参数：空载启动频率，即步进电机在空载情况下能够正常启动的脉冲频率，如果脉冲频率高于该值，电机不能正常启动，可能发生丢步或堵转。在有负载的情况下，启动频率
应更低。如果要使电机达到高速转动，脉冲频率应该有加速过程，即启动频率较低，然后按一定加速度升到所希望的高频（电机转速从低速升到高速）。 2、克服缺点的方法
步进电机低速转动时振动和噪声大是其固有的缺点，一般可采用以下方案来克服： A.如步进电机正好工作在共振区，可通过改变减速比等机械传动避开
共
振
区
；
B. 采用带有细分功能的驱动器，这是最常用的、最简便的方法； C. 换成步距角更小的步进电机，如三相或五相步进电机； D. 换成交流伺服电机，几乎可以完全克服震动和噪声，但成本较高； E.在电机轴上加磁性阻尼器，市场上已有这种产品，但机械结构改变较大。
3.2.3应用中的注意点
1、步进电机应用于低速场合---每分钟转速不超过1000转，（0.9度时6666PPS) ，最好在1000-3000PPS(0.9度）间使用，可通过减速装置使其在此间工作，此时电机工作效率高，噪音低。
2、步进电机最好不使用整步状态，整步状态时振动大。
3、由于历史原因，只有标称为12V 电压的电机使用12V 外，其他电机的电压值不是驱动电压伏值 ，可根据驱动器选择驱动电压，当然12伏的电压除12V 恒压驱动外也可以采用其他驱动电源， 不过要考虑温升。
4、转动惯量大的负载应选择大机座号电机。
5、电机在较高速或大惯量负载时，一般不在工作速度起动，而采用逐渐升频提速，一电机不失步，二可以减少噪音同时可以提高停止的定位精度。
6、高精度时，应通过机械减速、提高电机速度, 或采用高细分数的
驱动器来解决，也可以采用5相电机，不过其整个系统的价格较贵，生产厂家少，其被淘汰的说法是外行话。 7、电机不应在振动区内工作，如若必须可通过改变电压、电流或加一些阻尼的解决。
8、电机在600PPS （0.9度）以下工作，应采用小电流、大电感、低电压来驱动。9、应遵循先选电机后选驱动的原则。 3.3驱动器
3.3.1驱动器概述
1.由于本设计中选用了两相混合式步进电机，故此采用细分型两相混合式步进电机驱动器DQ542. 其实物如图3-4所示
图3-6 驱动器DQ542
DQ542型细分型两相混合式步进电机驱动器，采用直流18～50V 供电，适合驱动电压18V ～50V ，电流小于4.0A 外径42～86毫米的两相混合式步进电机。此驱动器采用交流伺服驱动器的电流环进行细
分控制，电机的转矩波动很小，低速运行很平稳，几乎没有振动和噪音。高速时力矩也大大高于其它二相驱动器，定位精度高。广泛适用于雕刻机、数控机床、包装机械等分辩率要求较高的设备上。 2. 主要特点
(1) 平均电流控制，两相正弦电流驱动输出 (2) 直流18～50V 供电 (3 )光电隔离信号输入/输出
(4) 有过压、欠压、过流、相间短路保护功能 (5) 十五档细分和自动半流功能 (6) 八档输出相电流设置 (7) 具有脱机命令输人端子
(8) 电机的扭矩与它的转速有关，而与电机每转的步数无关 (9) 高启动转速 (10).高速力矩大
3.2.2接口定义 1、控制信号定义
PUL+(+5V)： 步进脉冲信号输入正端或正向步进脉冲信号输入正端
PUL-(PUL)： 步进脉冲信号输入负端或正向步进脉冲信号输入负端
DIR+(+5V)： 步进方向信号输入正端或反向步进脉冲信号输入正端
DIR-(DIR)： 步进方向信号输入负端或反向步进脉冲信号输入负端
ENBL+(+5V)： 脱机使能复位信号输入正端 ENBL-(ENB： 脱机使能复位信号输入负端
脱机使能信号有效时复位驱动器故障，禁止任何有效的脉冲，驱动器的输出功率元件被关闭，电机无保持扭矩。 2、功能选择（SW1-SW8的定义） (1)设置电机每转步数
驱动器可将电机每转的步数分别设置为400、800、1600、3200、6400、12800、25600、1000、2000、4000、5000、8000、10000、20000、25000步。用户可以通过驱动器正面板上的拨码开关的SW5、SW6、SW7、SW8位来设置驱动器的步数（如表1）： 表1
O F F
O F F
O F F
O F F
2500
(2)控制方式选择
拨码开关SW4位可设置成两种控制方式： 当设置成“OFF”时，为有半流功能。 当设置成“ON”时，为无半流功能。 (3)设置输出相电流
为了驱动不同扭矩的步进电机，用户可以通过驱动器面板上的拨码开关SW1、SW2、SW3位来设置驱动器的输出相电流（有效值）单位安培，各开关位置对应的输出电流，不同型号驱动器所对应的输出电流值不同。具体见表2。
表2
(4)半流功能
半流功能是指无步进脉冲500ms 后，驱动器输出电流自动降为额定输出电流的70%，用来防止电机发热。
4、功率接口 (1)连接驱动器电源
DC+：直流电源正级，电源电压直流16～55V 。最大电流是5A 。 DC-：直流电源负级。
(2)A+ A- B+ B-：连接两相混合式步进电机
驱动器和两相混合式步进电机的连接采用四线制，有高转速和高转距两种接法。
高转速时A+：黑色 A-：黄色 B+：红色 B-：白色 高转矩时A+：黑色 A-：绿色 B+：红色 B-：蓝色
电机绕组有并联和串联接法，并联接法，高速性能好，但驱动器电流大(为电机绕组电流的1.73倍) ，串联接法时驱动器电流等于电机绕组电流。
3.4位置开关
1、位置开关的作用及分类
位置开关，又称限位开关，是一种将机器信号转换为电气信号，以控制运动部件位置或行程的自动控制电器。是一种常用的小电流主令电器。
在电气控制系统中，位置开关的作用是实现顺序控制、定位控制和位置状态的检测。用于控制机械设备的行程及限位保护。构造：由操作头、触点系统和外壳组成。
在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。 行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。
分类：一类为以机械行程直接接触驱动，作为输入信号的行程开关和微动开关；另一类为以电磁信号（非接触式）作为输入动作信号的接近开关。 2、位置开关的构造和原理 (1)行程开关
行程开关利用生产机械运动部件的碰撞使其触头动作来实现接通或分断控制电路，达到一定的控制目的。通常，这类开关被用来限制机械运动的位置或行程，使运动机械按一定位置或行程自动停
止、反向运动、变速运动或自动往返运动等。行程开关由操作头、触点系统和外壳组成。，按其结构，可分为直动式（按钮式）、滚动式（旋转式）、微动式和组合式。行程开关的外形、结构和符号如图3-7所示。其文字符号为SQ 。行程开关的动作原理示意图如图3-8所示。
(a) (b)
(c) (d)
(e)
图3-7 行程开关的外形、结构与电路符号
(a)按钮式行程开关；(b)单轮式行程开关；(c)双轮式行程开关；(d)结构；(e)符号
图3-8 限位开关动作原理图
直动式行程开关：动作原理同按钮类似，所不同的是：一个是手动，另一个则由运动部件的撞块碰撞。当外界运动部件上的撞块碰压按钮使其触头动作，当运动部件离开后，在弹簧作用下，其触头自动复位。
滚动式行程开关：当运动机械的挡铁(撞块) 压到行程开关的滚轮上时，传动杠连同转轴一同转动，使凸轮推动撞块，当撞块碰压到一定位置时，推动微动开关快速动作。当滚轮上的挡铁移开后，复位弹簧就使行程开关复位。这种是单轮自动恢复式行程开关。而双轮旋转式行程开关不能自动复原，它是依靠运动机械反向移动时，挡铁碰撞另一滚轮将其复原。
(2)接近开关
接近开关：又称无触头行程开关，它不仅能代替有触头行程开关来完成行程控制和限位保护，还可用于高额计数、测速、液
面控制、零件尺寸检测、加工程序的自动衔接等。由于它具有非接触式触发、动作速度快、可在不同的检测距离内动作、发出的信号稳定无脉动、工作稳定可靠、寿命长，重复定位精度高以及能适应恶劣的工作环境等特点，所以在机床、纺织、印刷、塑料等工业生产中应用广泛。
接近开关按工作原理来分：主要有高频振荡式、霍尔式、超声波式，电容式、差动线圈式、永磁式等，其中高频振荡式最为常用。
3.4硬件设计电路
由于PLC 的工作电压为24V
定位原理及方案
1.1步进电机加减速控制原理
步进电机驱动执行机构从一个位置向另一个位置移动时，要经历升速、恒速和减速过程。
当步进电机的运行频率低于其本身起动频率时，可以用运行频率直接起动并以此频率运行，需
要停止时，可从运行频率直接降到零速。当步进电机运行频率fb>fa(有载起动时的起动频率)
时，若直接用fb 频率起动会造成步进电机失步甚至堵转。同样在fb 频率下突然停止时，由于
}惯性作用，步进电机会发生过冲，影响定位精度。如果非常缓慢的升降速，步进电机虽然不会
产生失步和过冲现象，但影响了执行机构的工作效率。所以对步进电机加减速要保证在不失步
和过冲前提下，用最快的速度(或最短的时间) 移动到指定位置。 步进电机常用的升降频控制方法有2种:直线升降频(图1}和指数曲线升降频(图2) 。
指数曲线法具有较强的跟踪能力，但当速度变化较大时平衡性差。直线法平稳性好，适用于速
度变化较大的快速定位方式。以恒定的加速度升降，规律简练，用软件实现比较简单，本文即
采用此方法。
1.2定位方案
要保证系统的定位精度，脉冲当量即步进电机转一个步距角所移动的距离不能太大，而且
步进电机的升降速要缓慢，以防止产生失步或过冲现象。但这两个因素合在一起带来了一个突
出问题:定位时间太长，影响执行机构的工作效率。因此要获得高的定位速度，同时又要保证
定位精度，可以把整个定位过程划分为两个阶段:粗定位阶段和精定位阶段。粗定位阶段，采
用较大的脉冲当量，如0.1 mm/步或1 mm/步，甚至更高。精定位阶段，为了保证定位精度，换
用较小的脉冲当量，如0.01mm/步。虽然脉冲当量变小，但由于精定位行程很短(可定为全行
程的五十分之一左右) ，并不会影响到定位速度。为了实现此目的，机械方面可通过采用不同
变速机构实现。
工业机床控制在工业自动化控制中占有重要位置，定位钻孔是常用工步。设刀具或工作台
欲从A 点移至C 点，已知AC=200mm，把AC 划分为AB 与BC 两段，AB=196mm} BC=4mm}
AB 段为粗定位行程，采用0.1 mm/步的脉冲当量依据直线升降频规律快速移动，BC 段为精定
位行程，采用O.Olmm/步的脉冲当量，以B 点的低频恒速运动完成精确定位。在粗定位结束进
入精定位的同时，PLC 自动实现变速机构的更换。
定位程序设计
2.1 PLC脉冲输出指令
目前较为先进的PLC 不仅具有满足顺序控制要求的基本逻辑指令，而且还提供了丰富的功
能指令。Siemens 57-200系列PLC 的PLUS 指令在Q0.0和Q0.1输出PTO 或PWM 高速脉冲，
最大输出频率为20KHz 。脉冲串(C PTO) 提供方波输出(50%占空比) ，用户控制周期和脉冲
数。脉冲宽度可调制(PWM酮能提供连续、变占空比输出，用户控制周期和脉冲宽度。本文
采用PTO 的多段管线工作方式实现粗定位，PTO 的单段管线方式实现精定位，如图3
图3步进电机定位过程图
范文四：机械专业毕业设计
HBC6700方向机壳钻夹具设计
2009年7月1日
在机械制造各行业的工艺过程中广泛应用着各种不同的，用以固定加工对象，使之占有正确位置，以便接受施工
的一种工艺装备，统称为夹具。因此，无论是在机械加工，
装配，检验，还是在焊接，热处理等冷，热工艺中，以及运
输工作中都大量采用夹具。但在机械加工中应用最为广泛的
是金属切削机床上使用的夹具，我们称其为机床夹具。它在
保证产品优质，高产，低成本，充分发挥现有设备的潜力，
以便工人掌握复杂或精密零件加工技术，以减轻繁重的体力
劳动等诸方面起着巨大的作用。因此，机床夹具的设计和使
用是促进生产迅速发展的重要工艺措施之一。
夹具按专业化程度可分为通用夹具、专用夹具、可调夹具、组合夹具、成组夹具、标准夹具、随行夹具、组合机床
夹具等。我这次设计的是盖板式钻夹具。这是一种专用夹具，
专为一工件的一道工序而设计的夹具。钻夹具的主要任务是
保证刀具旋转轴线对工件定位表面有正确的相互位置，根据
工件的集合形状和尺寸结构及工艺特性，选择不同形式的钻
模以保证产品精度和生产率。
我在众多钻模夹具机床中设计的是盖板式钻模，一般用于加工小型工件上分布在一个面上的孔.
但是，由于知识的缺陷，设计时考虑的不够周全，还存在一些错误，请各位老师和同学指出，我将做到虚心接受，
努力提高自己。
一、钻床夹具的主要类型
钻床专用夹具一般通称为“钻模”。可按钻模有无夹
具体，以及夹具体是否可动，而分为下面几类：
（1）固定式钻模
这种钻模在使用时，是被固定在钻床工作台。用于在立
轴式钻床上加工较大的单孔或在摇臂钻床上加工平行孔系。
如果要在立式钻床上使用固定式钻模加工平行空系，则需要
在机床主轴上安装钻模时，一般先将装在主轴上的定尺刀具
伸入钻套中，以确定钻模的位置，然后将其紧固。这种加工
方式的钻孔精度比较高。
（2）回转式钻模
回转式钻模主要用于加工同一圆周面上的平行孔系，或
分布在圆周上的径向孔。有立轴、卧轴和斜轴回转等三种基
本形式。由于回转台已标准化，并作为机床附件由专门厂生
产供应，固回转式钻模的设计，大多数情况是设计专用的工
作夹具和标准回转台联合使用。
（3）翻转式钻模
主要用于加工小型工件不同表面上的孔。使用翻转式钻
模可减少减少工件装夹次数，提高工件上各孔之间的位置精
度。
（4）盖板式钻模
这种钻模无夹具体，其定位元件和夹紧装置直接装在钻
模板上。钻模板在工件上装夹，适合于体积大而笨重的工件
上的小孔加工。夹具、结构简单轻便，易清除切屑；但是每
次夹具需从工件上装卸，较费时，故此钻模的质量一般不宜
超过10 kg。
（5）滑柱式钻模
滑柱式钻模的结构已经标准化了
和规格化了，具有不同的系列。使用
时，只要根据工件的形状、尺寸和加
工要求等具体情况，专门设计制造相
应的定位、夹紧装置和钻套等，装在
夹具体的平台或钻模板上的适当位置，就可用于加工。此次
我设计的夹具工件是侧盖.如图为其中一部分 此设计针对
这四个孔设计盖板式钻孔夹具.
盖板式钻模的特点是没有夹具体。图所示为加工车床溜
板箱上多个小孔所用的盖板式钻模，它用圆柱销1和菱形销3
在工件两孔中定位，并通过3个支承钉4安放在工件上。盖板式钻模的优点是结构简单，多用于加工大型工件上的小孔。
如图
工件的定位
该套夹具采用的定位：
该套夹具采用“一销一孔”的定位.通过一个销及工件上
一个孔及其该工件的一个平面进行定位.
其中孔限制X,Y方向上移动，销限制绕Z旋转。
若定位销为长销.,则出现过定位.所以定位销为短定位
销.
定位销的选择
从上可知此套夹具选取的定位销为一圆柱销实现定位.
此销应可换
按表选取 D=13 H=18
根据尺寸选取的可换圆柱定位销为A型:A13n6*24 GB2204-80
在一销一孔定位方式中,销是限制Z旋转自由度的。
工件以“一销一孔”定位时的定位误差
设计中两销为垂直放置,孔和销皆为Ф13H7/n6
由公差和配合表可知,定位孔为Ф13+0.023/0.012,定位销为Ф13+0.018/0
ε01XW=δg1+δj1+Δ1=0.011+0.018+0=0.029
ΔD.W=ε01XW/2=0.0146
由上述分析可知,欲减少定位系统定位误差,可以采取:提高定位孔,定位销的精度或配合类别,采用消除间隙的结
构,选取孔距大的双孔定位等,
我选择的工件定位孔是Ф13,精度是7级
孔距公差为?0.015,定位平面的平面度为0.02.光洁度为7级.
为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保
持不变,就要用夹紧装置将工件夹紧.报纸工件的定位基准
与夹具上的定位表面可靠的接触,防止在加工过程中移动、
振动、或变形.
因为此套夹具加工的工件刚度较好,防止了切削力作用
是所引起的振动,侧面在加上移动压板的定位,免除夹紧力对加工表面几何形状精度的不利影响夹具的夹紧选用加工
表面的松态夹紧,夹紧力的作用线不通过加工表面的周围,
使加工表面的材料处在自由状态下.
1. 夹紧力方向
在保证安装的真确可靠,减少工件的变形,定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下,此套夹具的夹紧方向和工件重力方向和切削方向垂直.工件的定位工作面为水平
向上,则工件的夹紧通过工件的一个定位销与水平方向的移
动压块完成.夹紧力的方向为垂直重力方向水平夹紧.
为使工件在定位件上所占有的规定位置在加工过程中保
持不变,就要用夹紧装置将工件夹紧.保证工件的定位基准与夹具上的定位表面可靠的接触,防止在加工过程中移动、
振动、或变形.
因为此套夹具加工的工件刚度较好,防止了切削力作用是所引起的振动,侧面在加上移动压板的定位,免除夹紧力对加工表面几何形状精度的不利影响夹具的夹紧选用加工
表面的松态夹紧,夹紧力的作用线不通过加工表面的周围,
使加工表面的材料处在自由状态下.
夹紧力方向
在保证安装的真确可靠,减少工件的变形,定位方便和在可以减少所需夹紧力的大小的前提下,此套夹具的夹紧方向
和工件重力方向和切削方向垂直.工件的定位工作面为水平
向上,则工件的夹紧通过工件的一个定位销与水平方向的移
动压块完成.夹紧力的方向为垂直重力方向水平夹紧.
夹紧力的计算
夹紧力的大小重要取决于切削P和重力G,重力是可认为不变的,而切削力在切削的过程中是变化的.影响切削力的大小因素很多,如工件质量的不均匀,加工质量的不均匀,刀具磨损以及切削用量的变化等等.同时夹紧力也和其他因素
有关,如夹紧件和工件及工件与定位件间接触表面的光洁度,工艺系统的刚性等等,因此夹具夹紧力的设计只能对其作初
略的估算.
W:实际夹紧力 Wi:理论夹紧力 K:安全系数
安全系数:K=K1K2K3K4
式中: K1-基本安装系数 K2-加工安装系数
K3-刀具钝化系数 K4-切削特点系数
工件切削孔的位置如图:
其加工直径全部为12。5
此套夹具的夹紧力计算如表1:
表 1
孔孔坐标(毫米) 孔径 (毫走刀量 (毫号 米) 米/转)
x y
1 71.81 123.61 Φ12.5 0.10 2 126.61 129.56 Φ12.5 0.10 3 77.74 57.03 Φ12.5 0.10 4 132.67 61.82 Φ12.5 0.10
0.80.6 切削力P:P=2.6*D*S*HB
式中:D-钻孔直径 S-走刀量 HB-材料布氏硬度 HB=Hbmax-(Hbmax-Hbmin)/3=230
0.80.6P1=P2= P3= P4=2.6*12.5*0.10*230=134.6 (公斤力)
切削合力P=Σpi=4*P1
=538.3 (公斤力)
合力的位置:
x=Σpixi/Σpi ;
y=Σpiyi/Σpi
表 2
x px y py iiiiiii孔号 p
1 134.6 71.81 9665.626 123.61 16637.906
2 134.6 126.61 17041.70129.56 17438.776
6
3 134.6 77.74 10463.8057.03 7676.238
4
4 134.6 132.67 17857.3861.82 8320.972
2
X=102.21mm y=93.00mm
安全系数K:
K=K0*K*K*K*K1234
取: K0=1.5 K=1.0 K=1.5 K=1.2 K=1.3 1 234
得: K=1.5*1.0*1.5*1.2*1.3=3.51
夹紧力的计算
夹紧工件所需的夹紧力w
W=K*P =3.51*538.3
=1889.433(公斤力)
夹紧装置可以分为力源装置、中间传动装置和夹紧装置,在此套夹具中,中间传动装置和夹紧元件合二为一.力源为机动夹紧,通过螺栓夹紧移动压板.达到夹紧和定心作用. 工件通过定位销的定位限制了绕Z轴旋转,通过螺栓夹紧移
动压板,实现对工件的夹紧.并且移动压板的定心装置是与
工件外圆弧面相吻合的移动压板,通过精确的圆弧定位,实现定心.此套移动压板制作简单,便于手动调整.通过松紧螺栓实现压板的前后移动,以达到压紧的目的.压紧的同时,实现工件的定心,使其定位基准的对称中心在规定位置上.
在钻床上加工孔时,大都采用导向元件或导向装置,用以引导刀具进入正确的加工位置,并在加工过程中防止或减
少由于切削力等因素引起的偏移,提高刀具的刚性,从而保证零件上孔的精度,在钻床上加工的过程中,导向装置保证同轴各孔的同轴度、各孔孔距精度、各轴线间的平行度等,因此,导向装置如同定位元件一样，对于保证工件的加工精
度有这十分重要的作用.
导向元件包括刀杆的导向部分和导向套
在这套钻床夹具上用的导向套是钻套.
钻套按其结构可分为固定钻套,可换钻套,快换钻套及特殊钻套
因此套钻夹具加工量不大,磨损较小，孔距离精度要求较高,则选用固定钻套.如直接压入钻模板或夹具体的孔中.
钻模板与固定钻套外圆一般采用H7/p6的配合.且必须有很高的耐磨行,材料选择T10A.,淬火HRC60.我选择的钻套:12.5F7*22K6*35 GB2264-80.
相同的,为了防止定位销与模板之间的磨损,在模板定位孔之间套上两个固定衬套.选取的标准件代号为12*18 GB2263-80.材料仍选取T10A, 淬火HRC60.公差也采用H7/p6的配合.
钻套下端面与工件表面之间应留一定的空隙C,使开始钻孔时,钻头切屑刃不位于钻套的孔中,以免刮伤钻套内孔.如图
切屑间隙
工件加工钻孔为12.5mm深11mm
故
所以,取
在导向装置中,导套通常是安装在钻模板上,因此钻模板必须具有足够的刚度和强度,以防变形而影响钻孔精度.钻模板按其与夹具体连接的方式,可分为固定式钻模板、铰
链式钻模板、可卸式钻模板、滑柱式钻模板和活动钻模板等. 在此套钻模夹具中选用的是可卸式钻模板,在装卸工件时需从夹具体上装上或卸下,钻模板在夹具体上采用定位销一面
双孔定位,螺栓紧固,钻模精度较高.
经过两个月的时间，在指导老师和自己努力下，我的毕
业设计终于圆满完成了。
在设计过程中，我通过各种方式收集、查找相关资料。
同时，为了增加感性认识，也为了更好的进行设计。指导老
师亲自带我们曾多次深入南昌工厂进行实地考察。在考察参
观的过程中，我们仔细观察，虚心请教，不放过任何难点与
疑问。设计中的很多机器结构都参照工厂的现行设备结构。
通过这次完整的毕业设计，我们系统地回顾和复
习了大学四年所学的相关专业知识，同时也深刻体会到学习
的重要性并领会到设计也是一种学习的方式。在设计的过程
中，我们综合运用了系统的设计方法和相关设计软件（如
AutoCAD、Word等），且应用熟悉相关设计资料（包括手册、
标准和规范等）以及进行经验估算等方面有了一定程度的提
高，深刻的感受到计算机和工具书及手册在设计中带来的便
利和帮助。
1.林文焕主编 机床夹具设计 中国铁道出版局 1987 2.王秀伦主编 机床夹具设计 国防工业出版社 1983 3.编辑委员会编 机械工程手册 机械工业出版社 1979
4.李家宝编 夹具设计 机械工业出版社 1964 5.唐用中编 组合夹具组装技术 国防工业出版社 1979
6.长春第一汽车制造厂工装设计室编 机床夹具设计原理 1976
7.湖南大学机制教研室编 机床夹具 湖南人民出版社 1976
8.机床夹具零部件 第一机械工业部机床研究所 1965 9.吴克坚主编 机械原理 高等教育出版社 1989
10.刘鸿文主编 材料力学 高等教育出版社 1991
11.吴宗泽主编 机械设计高等教育出版社 1990
12、成大先 主编，机械设计手册 [M] 1994年4月第三版第五卷，化学工业出版社。
范文五：毕业设计-机械专业
摘 要
汽车的设计与生产涉及到许多的领域,其独有的安全性、经济性、舒 适性等众多指标, 也对设计提出了更高的要求。 汽车制动系统是汽车行驶 的一个重要主动安全系统,其性能的好坏对汽车的行驶安全有着重要影 响。随着汽车的行驶速度和路面情况复杂程度的提高,更加需要高性能, 长寿命的制动系统。
鉴于制动系统的重要性,本次设计的主要内容是轿车制动器结构设 计。 本文从制动系的功用及设计的要求出发, 依据给定的设计参数, 进行 了方案论证, 对各种形式制动器的优缺点进行了比较后, 在前盘后鼓的基 础上改为前后均为盘式制动器。 在此基础上选择了简单液压驱动机构和双 管路系统, 选用了间隙自动调节装置, 采用比例阀作为制动力的调节装置。 仿真结果表明, 轿车制动器结构的设计保持了制动力分配系数的稳定, 改 善了汽车的制动稳定性, 简化了汽车的制动装置, 减轻了整车质量, 从而 提高了汽车在行驶过程中的安全性与稳定性。
关键词:制动钳,制动盘,制动轮缸,制动衬片
ABSTRACT
Automobile design and production are involved in many fields, its unique safety, economy, comfort and so many indicators, also raised taller requirement to the design. Automobile braking system is an important vehicle active safety system, and its performance depends on car has an important influence on road safety. As the vehicle of the speed and pavement situation was complex degree rise, more require high-performance, long life of brake system.
In view of the importance of brake system, the design of the main content is a transport vehicles, the brake from brake system function and design, according to the requirement of design parameters, given the scheme comparison. On all forms of brake their advantages and disadvantages are discussed, based on HouGu have in QianPan instead of before and after are disc brakes, maintain braking force distribution coefficient, improves the stability of the braking stability and simplify the automobile braking device, reduce the vehicle quality, thereby improving the car while driving in the process of security and stability. Choose a simple hydraulic driving mechanism and double pipeline system, chose clearance automatic adjusting device, proportional valve as brake force adjusting device
Keywords: brake disc, Brake wheel cylinder, Brake caliper, Braking facings formulations
轿车盘式制动器结构设计
1、引言
1.1 汽车制动系概述
使行驶中的汽车减速甚至停车,使下坡行驶的汽车的速度保持稳定, 以及使已经停驶的汽车保持不动,这些作用统称为汽车制动。
对汽车起到制动作用的是作用在汽车上, 其方向与汽车行驶方向相反 的外力。 作用在行驶汽车上的滚动阻力, 上坡阻力, 空气阻力都能对汽车 起制动作用,但这外力的大小是随机的,不可控制的。因此,汽车上必须 设一系列专门装置, 以便驾驶员能根据道路和交通等情况, 借以使外界在 汽车上某些部分施加一定的力, 对汽车进行一定程度的强制制动。 这种可 控制的对汽车进行制动的外力, 统称为制动力。 这样的一系列专门装置即 成为制动系。
1. 制动系的功用:使汽车以适当的减速度降速行驶直至停车;在下 坡行驶时, 使汽车保持适当的稳定车速; 使汽车可靠的停在原地或坡道上。 2. 制动系的组成
任何制动系都具有以下四个基本组成部分:
(1)供能装置——包括供给、调节制动所需能量以及改善传能介质 状态的各种部件。其中,产生制动能量的部位称为制动能源。
(2)控制装置——包括产生制动动作和控制制动效果的各种部件。
(3)传动装置——包括将制动能量传输到制动器的各个部件。
(4)制动器——产生阻碍车辆的运动或运动趋势的力的部件,其中 也包括辅助制动系中的缓速装置。
较为完善的制动系还具有制动力调节装置以及报警装置、 压力保护装 置等附加装置。
3. 制动系的类型
(1)按制动系的功用分类
1) 行车制动系——使行使中汽车减低速度甚至停车的一套专门装置。
2)驻车制动系——是以停止的汽车驻留在原地不动的一套装置。
3)第二制动系——在行车制动系失效的情况下,保证汽车仍能实现 减速或停车的一套装置。 在许多国家的制动法规中规定, 第二制动系是汽 车必须具备的。
4)辅助制动系——在汽车长下坡时用以稳定车速的一套装置。 (2)按制动系的制动能源分类
1)人力制动系——以驾驶员的肢体作为唯一的制动能源的制动系。
2)动力制动系——完全靠由发动机的动力转化而成的气压或液压形 式的势能进行制动的制动系。
3)伺服制动系——兼用人力和发动机动力进行制动的制动系。 按照制动能量的传输方式, 制动系又可分为机械式、 液压式、 气压式 和电磁等。同时采用两种以上传能方式的制动系,可称为组合式制动系。 汽车制动系统是一套用来使四个车轮减速或停止的零件。 当驾驶员踩 下制动踏板时, 制动动作开始。 踏板装在顶端带销轴的杆件上。 踏板的运 动促使推杆移动,移向主缸或离开主缸。
主缸安装在发动机室的隔板上, 主缸是一个由驾驶员通过踏板操作的 液压泵。 当踏板被踩下, 主缸迫使有压力的制动液通过液压管路到四个车 轮的每个制动器。 液压管路由钢管和软管组成。 它们将压力液从主缸传递 到车轮制动器。
盘式制动器多用于汽车的前轮,有不少车辆四个车轮都用盘式制动 器。制动盘装在轮级上、与车轮及轮胎一起转动。当驾驶员进行制动时, 主缸的液体压力传递到盘式制动器。该压力推动摩擦衬片靠到制动盘上, 阻止制动盘转动。
图 1-1 汽车制动系统的基本部件
1. 液压助力制动器 2.主缸和防抱死装置 3.前盘式制动器 4.制动踏板 5.驻车制动杆 6. 防抱死计算机 7.后盘式制动器
防止制动时车轮被抱死有利于提高汽车在制动过程中的转向操纵性 和方向稳定性,缩短制动距离,所以近年来防抱死制动系统(ABS )在汽 车上得到了很快的发展和应用。 此外, 由于含有石棉的摩擦材料在石棉有 致癌公害问题已被淘汰,取而代之的各种无石棉型材料相继研制成功。 1.2 设计的意义
制动器是影响汽车安全性的一个重要部件。 因此, 能够设计, 制造出 具有高制动性、可靠性的制动器是改善汽车设计的一个重要环节。
本次设计遵循以下原则:首先满足制动器效能, 再考虑降低生产成本, 减少体积和质量,在选择材料和机械加工方法中还要考虑环保问题。 本制动系采用 X 型双回路系统以提高制动系的可靠性,在一个回路 失效时, 其制动效能仍可保持原制动效能的 50%。 采用真空助力器, 使操 纵更轻便, 减少驾驶员的疲劳。 在前、 后轮的制动力分配计算中采用了最 新计算公式,使制动力分配更合理,提高了汽车的制动稳定性。
总之, 通过本次设计, 使制动器性能得到改善、 成本降低, 与此同时, 还减少了制动器生产及使用过程中对周围环境的污染。
本次设计在于改善汽车的制动系统, 提高整车的制动性能, 保证人乘
的安全性。
2 制动器设计方案的论证和选择
2.1制动器设计要求
1.具有足够的制动效能。行车制动能力是用一定制动初速度下的制 动减速度和制动距离两相指标来评定的; 驻坡能力是以汽车在良好路面上 能可靠的停驻的最大坡度来评定的。详见 GB/T7258-2004
制动距离:是指机动车在规定的初速度下急踩制动时, 从脚接触制动 踏板(或手触动制动手柄)时起至机动车停住时止机动车驶过的距离。 制动减速度:是指机动车制动时车速对时间的导数。
制动稳定性要求:是指制动过程中机动车的任何部位 (不计入车宽的部位 除外)不允许超出规定宽度的试验通道的边缘线。
表(1)制动距离和制动稳定性要求
机动车类型 制动初速度
km/h
满载检验制
动距离要求
m
空载检验
制动距离
要求 m
试验通道 宽度 m
三轮汽车 20 ≤ 5.0 2.5 乘用车 50 ≤ 20.0 ≤ 19.0 2.5 总质量不大于 3500kg 的低速
货车
30 ≤ 9.0 ≤ 8.0 2.5 其它总质量不大于 3500kg 的
汽车
50 ≤ 22.0 ≤ 21.0 2.5 其它汽车、汽车列车 30 ≤ 10.0 ≤ 9.0 3.0 两轮摩托车 30 ≤ 7.0 —— 边三轮摩托车 30 ≤ 8.0 2.5 正三轮摩托车 30 ≤ 7.5 2.3 轻便摩托车 20 ≤ 4.0 —— 轮式拖拉机运输机组 20 ≤ 6.5 ≤ 6.0 3.0 手扶变型运输机 20 ≤ 6.5 2.3
表(2)制动减速度和制动稳定性要求
机动车类型 制动初
速度
km/h
分发出的平
均减速度
m/s2
分发出的平
均减速度
m/s2
试验通道宽 度 m
三轮汽车 20 ≥ 3.8 2.5
乘用车 50 ≥ 5.9 ≥ 6.2 2.5
总质量不大于 3500kg 的低速
货车
30 ≥ 5.2 ≥ 5.6 2.5
其它总质量不大于 3500kg 的
汽车
50 ≥ 5.4 ≥ 5.8 2.5
其它汽车、汽车列车 30 ≥ 5.0 ≥ 5.4 3.0
2. 工作可靠。行车制动装置至少有两套独立的驱动制动器的管路, 当其中一套管路失效时, 另一套完好的管路应保证汽车制动能力不低于没 有失效时规定值的 30%。行车和驻车制动装置可以有共同的制动器,而驱 动机构则各自独立。
3. 在任何速度下制动时,汽车都不应丧失操纵性和方向稳定性。
4. 防止水和泥进入制动器工作表面。
5. 制动能力的热稳定性良好。
6. 操作轻便,并具有良好的随动性。
7. 制动时,制动系产生的噪声应尽可能小,同时力求减少散发出对 人体有害的石棉纤维等物质,以减少公害。
8. 作用滞后性应尽可能好。作用滞后性是指制动反应时间,以制动 踏板开始动作至达到给定的制动效能所需的时间来评价。
9. 摩擦片应有足够的使用寿命。
10. 摩擦副磨损后, 应有能消除因磨损而产生间隙的机构, 且调整间 隙工作容易,最好设置自动调整间隙机构。
11. 当制动驱动装置的任何元件发生故障并使其基本供能遭到破坏 时,汽车制动系应有音响或光信号等报警装置。
2.2制动器设计的一般原则
1. 制动器效能,指在良好路面上,汽车以一定初速度制动到停车的 制动距离或制动时汽车的减速度。在评比不同结构形式的制动器效能时, 常用一种称为制动效能因数的无因次指标。 制动效能因数的定义为:在制 动鼓和制动盘的作用半径上所得到的摩擦利于输入力之比。
2. 制动器效能恒定性,即汽车高速行使或下长坡连续制动时汽车制 动效能保持的程度。 如前所述, 影响摩擦因数的因素包括摩擦副材料、 摩 擦副表面温度和水湿程度。 因为制动过程是及时把汽车行驶的动能通过制 动器吸收转化为热能, 所以制动器温度升高后能否保持在冷状态时的制动 效能, 已成为设计汽车制动器时要考虑的一个重要问题。 由于领蹄的效能 因数大于从蹄, 稳定性却比从蹄差, 因此各种鼓式制动器的效能因数取决 于两蹄的效能因数, 故就整个鼓式制动器而言, 也在不同程度上存在着效 能本身与其稳定性的矛盾。而盘式制动器的制动效能最为稳定。
要求制动器的热稳定性好, 除选择其效能因数对摩擦系数敏感性较低 的制动器类型外, 还要求摩擦材料有较好的抗热衰退性和恢复性, 并且应 使制动鼓(制动盘)有足够的热容量和散热能力。
3. 制动器间隙调整,是汽车保养作业较为频繁的项目之一。故选择 调整装置的结构形式和安装位置必须保证调整操作方便。 最好采用间隙自 动装置。
4. 制动器的尺寸和质量。随着现代汽车车速的日益提高,处于汽车 行驶稳定性的考虑, 轮胎尺寸往往选择较小。 这样, 为了保证所要求的制 动力矩而确定的制动鼓(制动盘)直径就可能过大而难以在轮毂内安装。 因而应选择尺寸小而效能高的制动器形式。 对于高速轿车, 为提高制动时 的稳定性,在前悬架(独立悬架)设计中,一般采用较小的主销偏移距。 为此, 前制动器位置有时不得不外移到更靠近轮毂, 导致其布置困难。 车 轮制动器为非簧载质量,故应尽可能减轻其质量,以改善行驶平顺性。
5. 噪音的减轻。制动噪音的现象很复杂。大致来说,噪音分为低频 和高频 2种。 在低频噪音中, 常遇到的是制动时停车的喀擦声, 这主要是 由制动鼓或者制动钳的共振造成的。 高频噪声一般可通过制动蹄或制动盘 共振产生。或者是由于摩擦衬片或衬块弹性震动造成的。
影响的噪声的主要因素是摩擦材料的摩擦特性, 即动摩擦系数对摩擦 速度的变化关系。 动摩擦系数随速度的增高而减低的程度愈大, 愈易激发 震动而产生噪声。此外,制动器输入压力越大,噪声也越大,而压力高大 一定程度以后则不再有噪声。 制动温度对噪声也有影响。 在制动器的设计 中采取某种措施,可以在相当的程度上消除某种噪声,特别是低频噪声。 对高频的建交省的消除, 目前还比较困难。 应当注意, 为消除噪声而采取 的某种措施,有可能产生制动力矩的下降和踏板行程损失等副作用。 2.3制动器方案分析
1. 制动器分为车轮制动器和中央制动器两种,后者制动通过传动轴 或变速器输出轴。 所有汽车都通过车轮制动器来进行行车制动。 现在。 由 于车速提高,对应急制动的可靠性要求也更严。目前,在中、高级轿车及 部分轻型货车上已取消了中央制动器。 只有在少数重型车上还保留了气压 驱动中央制动器,借以提高制动系的可靠性。
因此,在轻型客车上亦取消了中央制动器,仅使用车轮制动器。 2. 耗散汽车能量方式的选择
就其耗散汽车能量的方式可分为:摩擦式、 液力式和电磁式几种。 电 磁式制动器虽有作用滞后小、 易于连接且接头可靠等优点, 但因成本高而 只在一部分重型汽车上用来做车轮制动器或缓速器。 液力式制动器只用作 缓速器。 目前广泛使用的仍为摩擦式制动器。 摩擦式制动器按摩擦副结构 形式不同,分为鼓式、盘式和带式三种。
2.4制动驱动机构的选择
液压式驱动机构:
优点:
a. 安全性强, 因为液压系统内系统内压力相等, 左右轮制动同时进行;
b. 保证制动力正确分配到前、后轮;
c. 车振或悬架变形不发生自行制动;
d. 不须润滑和时常调整;
缺点:
a 当管路一处泄漏,则系统失效;
b 低温油液变浓,高温则汽化;
c 不可长时间制动。
但综合来看,油压制动还是可取的,且得到了广泛的应用。
2.5制动管路的选择
出于取安全上的考虑, 汽车制动应至少有两套独立的驱动制动器的管 路。汽车的双回路制动系统有以下常见的五种分路型式:
1. 一轴对一轴(Ⅱ)型,(图 a ),前轴与后桥制动器各用一回路;
2. 交叉(X )型,前轴一侧车轮与后桥对侧车轮制动器同属一回路;
3. 一轴半对半轴(HI )型(图 c ),每侧前制动器的半数轮缸和全 部后制动器轮缸属于一个回路,其余的前轮缸则属于另一个回路;
4. 半轴一轮对半轴一轮(LL )型(图 d ),两个回路分别对两侧前 轮制动器的半数轮缸和一个后轮制动器作用;
5. 双半轴对双半轴(HH )型(图 e ),每个回路均只对每个前后制 动器的半数轮缸起作用。
图 2-1 不同的双管路系统布置
其中Ⅱ型的管路布置最为简单, 成本较低, 目前在各种汽车特别是在 货车上用的最广泛。 但这种型式后制动回路失效, 则一旦前轮抱死即极易 丧失转弯能力。
X 型的结构也很简单。直行制动时任何一回路失效,剩余总制动力都 能保持正常值的 50%。但一旦某一管路损坏则造成制动力不对称,使汽 车丧生稳定性。 因此该方案适用于主销偏移距为负值的汽车上, 以改善汽 车稳定性。
HI 、 HH 、 LL 型的结构都较为复杂,本次设计不予考虑。 X 型的布置方 案可适于本次设计。
2.6鼓式制动器与盘式制动器的比较分析
a. 鼓式制动器可分为:领从蹄式(a 图);双领蹄式(b 图);双向
双领蹄式(c 图);双从蹄式(d 图);单向增力式(e 图);双向增力 式(f 图):
双领蹄式制动器的缺点是由于制动鼓转向方向的改变, 使制动效能下 降很多;
双向双领蹄式制动器在前进、倒车制动时效能不变,故广泛用于中、 轻型货车及部分轿车的前、 后轮。 但用作后轮制动器时需另设中央制动器; 双领蹄式和双向双领蹄式制动器中有两个轮缸,适于双回路制动系, 但轮缸、管接头增多即造价高,且易发生泄漏及振动引起的破坏等现象。 领从蹄式制动器的阿效能及稳定性适中。 前进, 倒车时制动效能不变, 结构简单,造价低,普遍用于中、重型货车上前、后轮制动器;
增力式制动器, 制动力矩较大。 但其效能太不稳定, 且需选用摩擦性 能较稳定的摩擦衬片。 单项增力式制动器在倒车时效能大为降低, 只有少 数轻、中型货车,轿车上用于前轮制动器。
b. 盘式制动器依据其固定元件的结构型式大体上可以分为两大类。 一类是工作面积不大的摩擦块与其金属背板组成的制动块, 每个制动 器有 2— 4个。这个制动块及其促东装置都装在横跨制动盘两侧的夹钳形 支架上, 总称为制动钳。 这种由制动盘和制动钳组成的制动器称为钳盘是 制动器。
另一类固定元件的金属背板和摩擦片也呈圆盘形。使用这种固定元 件, 因其制动盘的全部工作面可同时与摩擦衬片接触的制动器称为全盘式 制动器。
目前。钳盘式制动器已愈来愈多的被各级轿车和货车用作车轮制动 器。 全盘式制动器主要用在重型汽车上用作车轮制动器。 故轻型客车的前 盘式制动器选用前盘式制动器。
钳盘式制动器主要有以下几种结构型式:
固定钳式制动器,如图(a )所示,制动盘两侧均有油缸。制动时,
仅两侧油缸中的活塞驱使两侧制动块向盘面移动。这种制动器主要优点:
1. 除活塞和制动块外无其它滑动件,易于保证钳的刚度;
2. 结构及制造工艺与一般的制动轮缸相差不多,容易实现从鼓式到 盘式的改型;
3. 很能适应分路系统的要求;
就目前汽车发展趋势来看, 随着汽车性能要求的提高, 固定钳结构上 的缺点也日益明显。主要有以下几个方面:
1. 固定钳式至少要有两个油缸分置于制动盘两侧,因而必须用跨越 制动盘的内部油道或外部油管 (桥管) 来连通, 这就使制动器的径向和轴 向的尺寸都比较大,因而在车轮中布置比较困难;
2. 在严酷的使用条件下,固定钳容易使制动液温度过高而汽化,从 而使制动器的制动效能受到影响;
3. 固定前盘式制动器为了要兼充驻车制动器,必须在主制动钳上另 外附装一套供驻车制动用的辅助制动钳, 或者采用盘鼓结合式制动器, 其 中用于驻车制动的鼓式制动器只能是双向增力式的, 但这种双向增力式制 动器的调整不方便。
浮动钳式制动器可分为滑动钳式(图 b )和摆动钳式(图 c )。与固 定钳式制动器相比较,其优点主要有以下几个方面:
1. 钳的外侧没有油缸,可以将制动器进一步移近轮毂。因此,在布 置时比较容易;
2. 浮动钳没有跨越制动盘的油管或油道,减少了受热机会,且单侧 油缸又位于盘的内侧, 受车轮遮蔽减少而冷却条件较好等原因, 所以其制 动液汽化可能性较小;
3. 浮动钳的同一组制动块可兼用于行车和驻车制动;
4. 采用浮动钳可将油缸和活塞等紧密件减去一半,造价大为降低。 这一点对大批量生产的汽车工业式十分重要的。
目前各类汽车所用的摩擦制动器可分为鼓式和盘式, 前者的摩擦幅中 的旋转元件为制动鼓, 其工作表面为圆柱面; 后者的旋转元件则为圆盘转 的制动盘,一段面为工作表面。
与鼓式制动器相比较,盘式制动器有如下优点:
1. 一般无摩擦助势作用,因而制动器效能受摩擦系数的影响较小, 即效能较稳定。
2. 浸水后效能降低较少,而且只须经一两次制动即可恢复正常。
3. 在输出制动力矩相同的情况下,尺寸和质量一般较小。
4. 制动盘沿厚度方向的热膨胀量极小,不会像制动鼓的热膨胀那样 使制动器间隙明显增加而导致制动踏扳行程过大。
5. 较易实现间隙自动调整,其他保养修理作业也较简便。
与鼓式制动器比较,盘式制动器有如下缺点:
1. 效能较低,故用于液压制动系时所需制动促动管路压力较高,一 班要用伺服装置。
2. 兼用于驻车制动时,需要加装的驻车制动传动装置较鼓式制动器 复杂,因而在后轮的应用受到限制。
2.7制动器间隙自动调整装置
图 2-4 盘式制动器的活塞密封圈
a) 制动状态 b) 不制动状态
1-活塞 2-制动钳 3-密封圈
最简单的间隙自调方式是利用制动钳中橡胶密封圈的极限弹性变形 量来保持制动时为消除设定间隙所需设定活塞行程△, 当衬块磨损而导致 所需的活塞行程大于△时, 活塞可在液压作用下克服密封圈的摩擦力继续 前移实现完全制动为止。 活塞与密封圈之间这一不可恢复的相对位移便衬 尝了过量间隙。
本章阐述了制动器设计的基本要求及一般原则要求。 液压驱动机构的 优点,制动管路有五种分路形式。
鼓式制动器可分为:领从蹄式; 双领蹄式; 双向双领蹄式; 双从蹄式; 单向增力式;双向增力式。
钳盘式制动器可分为:固定钳式;滑动钳式;摆动钳式,并介绍了各 自的优点。制动器间隙是通过橡胶密封圈的变形来调整。
3 制动系的主要参数及其选择
3.1制动力与制动力分配系数
准确称取 2.0g (精确至 0.01g )试样两份(供平行试验用),置于 40ml 样品瓶内,用衬有聚四氟乙烯(PTFE )隔垫的瓶塞封口。将样品放 置于 60℃烘箱内平衡 30min , 然后采用顶空方式进行固相微萃取。 固定好 样品瓶,调节 SPME 针头使其穿透样品隔垫。推手柄杆将纤维置于样品上 方 1mm 为宜。再放置在 60℃烘箱内平衡 15min ,完成吸附。
汽车制动时, 若忽略路面对车轮的滚动阻力矩和汽车回转质量的惯性 力矩,则对任一角速度 0?ω的车轮,其力矩平衡方程为
0=-e B r F Tf (3-1)
式中:f T ——制动器对车轮作用的制动力矩,即制动器的摩擦力矩,
其方向与车轮旋转方向相反, m ?N
B F ——地面作用于车轮上的制动力,即地面与轮胎之间的摩
擦力,又称为地面制动力。其方向与汽车行驶方向相反, N ;
e r ——车轮有效半径, m 。
令 e f f r T F = (3-2)
并称之为制动器制动力,它是轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的 力,因此又称为制动周缘力。 f F 与地面制动力 B F 的方向相反,当车轮角
速度 0?ω时,
大小亦相等,且 Ff 取决于制动器的结构形式、结构尺寸、摩擦副的 摩擦系数与车轮有效半径等, 并与制动踏板力成正比。 当加大踏板力以加 大 f T 时 B f F F 和 均随之增大。 但地面制动力 B F 受附着条件的限制, 其值不可
能大于
附着力,即 ΦΦZ=≤F F B (3-3)
式中:Φ——轮胎与地面间的附着系数
Z——地面对车轮的法向反力。
当制动器制动力和地面制动力达到附着力的值时,车轮即被抱死 并在地面上滑移。 此后制动力矩表现为静摩擦力矩, 而 f f e F T r =即成为与
地面制动力相平衡以阻止车轮再旋转的周缘力的极限值。 当制动到车轮角 速度为 0以后, 地面制动力达到附着力力后就不在增大, 而制动器制动力 由于踏板力的增大使摩擦力矩增大而继续上升。
如上图所示汽车在水平路面上制动时的受力情况。 对后轴车轮的接地 点取力矩,得平衡式为
g t u h d d m GL L ) (21+=Z (3-4)
对前轴车轮的接地点取力矩,得平衡式为 g t u h d d m GL L Z ) (12-= (3-5)
式中:1Z ——汽车制动时水平地面对前轴车轮的法向反力, N ; 2Z ——汽车制动时水平地面对后轴车轮的法向反力, N ; L ——汽车轴距, mm ;
1L ——汽车质心离前轴的距离, mm ;
2L ——汽车质心离后轴的距离, mm ;
g h
——汽车质心高度, mm ;
M——汽车质量, kg ;
G——汽车所受重力, N; t u d d ——汽车制动减速度, s ;
根据上述汽车制动时的整车受力分析, 考虑到汽车制动时的轴荷转移 及 G=mg,则可求得汽车制动时水平地面对前、后轴车轮的法向反力 Z1, Z2分别为 ???? ?
?+=t u g d d g h L L G Z 21 (3-6) ???? ??-=t u g d d g h L L G Z 12 (3-7) 令 qg d d t u =, q 称为制动强度,则汽车制动时水平地面对汽车前、后 轴车轮的法向反力 Z1, Z2又可表达为 ()()g g qh L L G Z qh L L G Z -=+=
1221 (3-8) 若在附着系数为 Φ的路面上制动,前、后轴车轮均抱死,此时汽车总 的 地 面 制 动 力 ()21B B B F F F +=等 于 汽 车 前 、 后 轴 车 轮 的 总 的 附 着 力
()21ΦΦΦ+=F F F , 亦等于作用于质心的制动惯性力,即有
Φ==ΦG F F B (3-9)
汽车总的地面制动力为
Φ=+=G F F F B B B 21=10815N
汽车在附着系数 Φ为任一确定值的路面上制动时, 各轴车轮附着力即 极限制动力并非常数, 而是制动强度 q 或总制动力的函数。 当汽车各车轮 制动器的制动力足够时,根据汽车前、后轴的轴荷分配,以及前、后车轮 制动器制动力的分配、 道路附着系数和坡度情况等, 制动过程可能出现的 情况有 3种,即
(1)前轮先抱死拖滑,然后后轮再抱死拖滑;
(2)后轮先抱死拖滑,然后前轮再抱死拖滑;
(3)前、后轮同时抱死。
在上述 3种情况中,显然是第(3)种情况的附着条件利用的最好。 由式(3-7),式(3-8)不难求得在任何附着系数 Φ的路面上,前、 后车轮同时抱死即前、后轴车轮附着力同时被充分利用的条件为
g F F F F B B f f Φ=+=+2121 (3-10)
式中:
1f F ——前轴车轮的制动力; 2f F ——后轴车轮的制动力;
1B F ——前轴车轮地面制动力;
2B F ——后轴车轮地面制动力;
前后制动器制动力的理想分配关系式为
???????????? ??+-+=1212222421f g f g g f F h GL F G L
h L h G F (3-11) 通常用前制动器制动力对汽车总制动器制动力之比来表明分配比例, 即制动器制动力分配系数 β,它可表示为
211f f f f F F F F ==β (3-12)
因为 21f f f F F F +=,所以
()f f f
f F F F F ββ-==121 (3-13)
整理式(3-4)得 ββ) 1(21-=f f F F (3-14)
3.2 同步附着系数
根据峰面积,样品中丙烯腈的含量按公式(3.1)计算,结果保留小 数点后两位。
具有固定的 β线与 I 线的交点处的附着系数 0?, 被称为同步附着系 数。 它表示具有固定 β线的汽车只能在一种路面上实现前、 后轮同时抱死。 同步附着系数时由汽车结构参数决定的,它是反应汽车制动性能的参数。
同步附着系数说明, 前后制动器制动力为固定比值的汽车, 只能在一 种路面上,即在同步附着系数的路面上才能保证前后轮同时抱死。
同步附着系数也可用解析方法求出。 设汽车在同步附着系数的路面上 制动,此时汽车前、后轮同时抱死。 ) 1() () (2221ββ-=Φ-Φ+=g g f f h L h L F F (3-15)
整理得: g h L L ) (20-=Φβ (3-16) L h L g 02Φ+=β (3-17)
初选 7. 00=Φ 则 =β0.69
3.3 制动器的制动扭矩
假定衬块的摩擦表面全部与制动盘接触,且各处单位压力分布均匀, 则制动器的制动力矩为 R F f M u 02= (3-18)
式中, f 为摩擦因数; Fo 为单侧制动块对制动盘的压紧力; R 为作用半径。
对于常见的具有扇形摩擦表面的衬块, 若其径向宽度不是很大, 取 R 等于 平均半径 Rm ,或有效半径 Re ,在实际上已经足够精确。
如图 3-1,平均半径为
Rm=( R1+ R2)/2 (3-19)
式中, R1和 R2为摩擦衬块扇形表面的内半径和外半径。
设衬块与制动盘之间的单位压力为户,则在任意微元面积 RdRd φ上的摩 擦力对制动盘中心的力矩为 fpR2dRd φ, 而单侧制动块加于制动盘的制动 力矩应为单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为
故有效半径为
Re=Mμ/2fFo=2(R23-R13)/3(R22-R12) (3-20)
可见,有效半径 Re 即是扇形表面的面积中心至制动盘中心的距离。 上式也可写成
Re=4/3[1- R1 R2/( R1+ R2)2]( R1+ R2)/2=4/3[1-m/(1+m)2] Rm 式中, m= R1/ R2
因为 m<1,><1 ,故="" re=""> Rm,且 m 越小则两者差值越大。 应当指出, 若 m 过小, 即扇形的径向宽度过大, 衬块摩擦面上各不同半径 处的滑磨速度相差太远, 磨损将不均匀, 因而单位压力分布均匀这一假设
条件不能成立,则上述计算方法也就不适用。 m 值一般不应小于 0.65。 制动盘工作面的加工精度应达到下述要求:平面度允差为 0.012mm , 表面粗糙度为 Ra0.7— 1.3μm , 两摩擦表面的平行度不应大于 0.05mm , 制 动盘的端面圆跳动不应大于 0.03mm 。通常制动盘采用摩擦性能良好的珠 光体灰铸铁制造。为保证有足够的强度和耐磨性能,其牌号不应低于 HT250。
3.4 线性关系、回收率和精度的分析 汽车制动减速度 zg d d t u =,其中 z 被称为制动强度。由前述可知,若 汽车在具有同步附着系数 0?的路面上制动, 汽车的前、 后轮将同时达到抱 死的工况,此时的制动强度 0?=z 。在其他路面上制动时,既不出现前轮 抱死也不发生后轮抱死的制动强度必然小于地面附着系数,即 0?
i =?, 2, 1=i (3-21)
设汽车前轮刚要抱死或前、 后轮同时刚要抱死时, 汽车产生的减速度 zg dt du =,则由式(3-21)得前轮地面法向反作用力为 ) (21g z zh L L mg F += (3-22)
前轮制动器制动力和地面制动力为 mgz dt du m F F xb ββμ===11 (3-23)
将式(3-11)和式 (3-12)代入式(3-8),则
) (1211·1g z xb zh L L z F F +==β? (3-24) 同理可推导出后轮利用附着系数。
后轮刚要抱死时,后轮地面制动力和地面法向反作用力
mgz dt du m F F bx ) 1() 1(22ββμ-=-== (3-25)
) (12g z zh L L mg F -= (3-26)
将式(3-14)和式 (3-15)代入,则
) (1) 1(1222g z xb zh L L z F F --==β? (3-27)
对于已知汽车总质量 m 、轴距 L 、质心位置 1L 、 2L 、 g h 等结构参数, 则可绘制出利用附着系数 i ?与制动强度 z 的关系曲线图。附着效率 i E 是制 动强度 z 和利用附着系数 i ?之比。
它是也用于描述地面附着条件的利用程度, 并说明实际制动力分配的 合理性。根据附着效率的定义,有
g h L L z
E 1121?β?-=
= (3-28)
g h L L z
E 2222) 1(?β?--== (3-29)
式中; 1E 和 2E 分别时前轴和后轴的附着效率。
本章主要分析了制动力与制动力分配系数, 同步附着系数, 利用附着 系数与制动效率。对制动器的制动力矩及平均有效半径进行了初步计算。
4 制动器的设计计算
4.1 原始数据及主要技术参数
表(3)
内容 数据
装备质量 1091kg
满载质量 1545kg
轴荷分配
满载时 前轴 818kg
满载时 后轴 727kg
质心高度
空载时 550mm
满载时 580mm
轴距 2471mm
前轮距 1429mm
后轮距 1422mm
总长 4415mm
总高 1415mm
质心距前轴距离 1112mm
质心距后轴距离 1359mm
4.2盘式制动器主要参数的确定
1.制动盘直径 D
制动盘直径 D 希望尽量大些, 这时制动盘的有效半径得以增大, 就可 以降低制动钳的夹紧力, 降低摩擦衬块的单位压力和工作温度。 但制动盘 直径 D 受轮辋直径的限制。 通常, 制动盘的直径 D 选择为轮辋直径的 70%~ 90%。初取 318mm 。
制动盘直径为 70%~79%轮辋直径,根据轮辋提供给制动器的可利用 空间, 并本着制动盘直径尽可能大的原则及运动时不发生干涉。 初选制动 盘的直径 d =240mm 。
2.制动盘厚度 h
制动盘的厚度直接影响着制动盘质量和工作时的温度。 为使质量不致
太大, 制动盘厚度应取的适当小些; 为了降低制动工作时的温升, 制动盘 厚度又不宜过小。 制动盘可以制成实心的, 而为了通风散热, 又可在制动 盘的两工作面之间铸出通风孔道。通常,实心制动盘厚度可取为 10mm ~20mm; 具有通风孔道的制动盘的两工作面之间的尺寸,即制动盘的厚度取 为 20 mm~50mm ,但多采用 20 mm~30mm 。
本次设计选择通风式制动盘 h=20㎜
3.摩擦衬块内半径 R1与外半径 R2
推荐摩擦衬块外半径与内半径的比值不大于 1.5。若此比值偏大,工 作时摩擦衬块外缘与内缘的圆周速度相差较大, 则其磨损就会不均匀, 接 触面积将减小,最终导致制动力矩变化大。
根据制动盘直径可确定外径 R2=112㎜
考虑到 R2/ R1<1.5,可选取 r1="76mm,则" r2/="" r1=""><>
4.摩擦衬块工作面积
推荐根据摩擦衬块单位面积占有的汽车质量在 1.6kg/c㎡ ~3.5kg/c㎡范围内选取。汽车满载质量为 1545kg 。
8
6. 1154585. 315452*??*A cm 所以 A 选 78cm 2
。初选摩擦系数 f =0.3,制动器间隙为 0.2mm.
5.摩擦块磨损均匀性验证
假设衬块的摩擦表面全部于制动盘接触, 而且各处单位压力均匀, 则 制动器的制动力矩为
R fF M ομ2= (4-1)
f 为摩擦因素 ,F0为单侧制动块对制动盘的压紧力, R 作用半径 在实际的计算过程中, R 值我们取平均值 Rm 就可以了,设衬块的与 制动盘之间的单位压力为 p, 则在任意微元面积 RdRd φ 上的摩擦力对制 动盘的中心的力矩为 fpR2dRd φ, 而单侧制动块加于制动盘的制动力矩应
为:
?μθ
θdRd fpR R R 2212M ??-= (4-2)
单侧衬块加于制动盘的总摩擦力为:
??-=θ
θο?21R R fpRdRd fF (4-3)
所以有效半径:
mm R R R R fF M 95) () (2) 2/(R 21223132e =--==ομ
平均半径为:
mm R R R m 942) (21=+=
因为│ Re -Rm│ =1mm, Rm 和 Re 之间相差不大,所以可以得出摩擦 衬块和制动盘之间的单位压力分布均匀,摩擦块的磨损较为均匀。
三维模拟图(1)制动盘
4.3 制动力矩与盘的压力
假设摩擦盘完全接触, 而且各处的压力分布均匀。 那么盘式制动器制 动力矩为:e R F f M ??=021μ 单侧制动块对盘的压力:N===16772335322f F F ο
后轮制动器的制动力矩:
mm N F fR M m ?=???==8. 945821677943. 02202μ
同理前轮制动器的制动力矩为 210428.4mm N ?
4.4 制动轮缸直径的计算
制动轮缸对制动蹄 (块 ) 施加的张开力 Fo 与轮缸直径 d 和制动管路压 力 p 的关系为 ) /(40p F d = (4-4)
制动智路压力一般不超过 10— 12MPa ,对盘式制动器可更高。压力越 高, 对管路 (首先是制动软管及管接头 ) 的密封性要求越严格, 但驱动机构 越紧凑。轮缸直径 d 应在标准规定的尺寸系列中选取,详见 GB7524— 87附录 B 表 B2。油压选取:12MPa 所以 d=42mm
4.5 紧急制动时踏板力的计算 踏板力:η
π1p 21k 1p d 420p ?????=F (4-5) 其中:操纵机构传动比 7~4i p =,取 5i p =
制动主缸直径 mm d 280=,
总管路中油压 p =a P M ?82. 10
真空助力器的增力倍数 k=4-6,取 k =5。
效率 η=0.82-0.86,取 η=0.84 则 N F P 82. 394~72. 22684
. 017~41511082. 10) 028. 0(462=?????= π 可见踏板力符合法律要求(350-550范围)。符合法律的要求。而 且操纵较为轻便。
4.6 制动踏板行程的计算
制动踏板工作行程 ()02010δδδ++=p p i S (4-6)
其中:p i (操纵机构传动比) 取 4-7; 主缸活塞行程:=a S (0.8-1.2) 0d , 依 《机械设计手册》 (五) , 第七章, 液压缸。 表 37.7-3. 取 25a S cm =;
主缸推杆与活塞间隙:=01δ0.2mm ;
主缸活塞空行程:=
02
δ2mm ;
则:7.
189
~
8.
107
) 2
2. 0
25
(
) 7
~
4(=
+
+
?
=
P
S mm.
法规要求不大于 150-200mm ,故符合法规。
作用在制动手柄上最大的力,对于乘用车应不大于 400N ,对商用车 不大于 600N 。 制动手柄最大行程, 对乘用车不大于 160mm , 对商用车不大 于 220mm 。在这里,因为是乘用车,所以最大踏板形成取为 120mm ,作用 在制动手柄上最大的力取 300N ,制动手柄最大行程取 150mm 。
本章主要是对制动器的主要零部件的尺寸进行了计算, 同时又计算出 前、 后制动器的制动力矩, 又对紧急制动时的踏板力进行了审核, 制动踏 板的行程也进行了估算。
5 制动器主要零部件结构设计与强度计算
5.1 制动盘
制动盘一般用珠光体灰铸铁制成,或用添加 Cr , Ni 等的合金铸铁制 成。其结构形状有平板形(用于全盘式制动器)和礼帽形(用于钳盘式制 动器)两种。后一种的圆柱部分长度取决于布置尺寸。
制动盘在工作时不仅承受着制动块作用的法向力和切向力, 而且承受 着热负荷。 为了改善冷却效果, 钳盘式制动器的制动盘有的铸成中间有径 向通风槽的双层盘,这样可以大大地增加散热面积,降低温升约 20%~ 30%,但盘的整体较厚,一般在 20 mm ~30 mm 之间。而不带通风槽的轿车 制动盘,其厚度约在 10 mm~20 mm之间。
制动盘的工作表面应光洁平整, 制造时应严格控制表面的跳动量、 两 侧表面的平行度(厚度差)即制动盘的不平衡量。
5.2 制动钳
制动钳由可锻铸铁 KTH-370或 QT400-18制造, 也有用轻合金制造的, 例如用铝合金压铸。 可做成整体的, 也可做成两部分并由螺栓连接。 其外
缘留有开口, 以便不必拆下制动钳便可检查或更换制动块。 制动钳体应有 高的强度的刚度。 一般多在钳体中加工出制动油缸, 也有将单独制造的油 缸嵌入钳体中的。 为了减少传给制动液的热量, 多将杯形活塞的开口端顶 靠在制动块的背板。 有的将活塞开口端部切成阶梯状, 形成两个相对且在 同一平面内的小半圆环形端面。 活塞由铝合金制造或由刚制造。 为了提高 其耐磨性能,活塞的工作面进行镀铬处理。当制动钳体由铝合金制造时, 减少传给制动液的热量则成为必须解决的问题。 为此, 应减小活塞与制动 块背板的接触面积,有时也可采用非金属活塞。
制动钳在汽车上的安装位置可在车轴的前方或后方。 制动钳位于车轴 前可避免轮胎甩出来的泥、 水进入制动钳, 位于车轴后则可减小制动时轮 毂轴承的合成载荷。
5.3 制动块
制动块由背板和摩擦衬块构成, 两者直接牢固地压嵌或铆接或连接在 一起。衬块多为扇形,也有矩形、正方形或长圆形的。活塞应能压住尽量 多的制动块面积, 以免衬块发生卷角而引起尖叫声。 制动块背板由钢板制 成。 为了避免制动时产生的热量传给制动钳而引起制动液气化和减小制动 噪声, 可在摩擦衬块与背板之间或在背板后粘 (或喷涂) 一层隔热减震垫 (胶)。由于单位压力大和工作温度高等特点,摩擦衬块的磨损较快,因 此其厚度较大。一般情况下,轻型汽车的摩擦块厚度在 7.5 mm~16 mm之间,中、重型汽车的摩擦衬块的厚度在 14 mm~22 mm之间。许多盘式 制动器装有摩擦衬块达到磨损极限时的报警装置, 以便能及时更换摩擦衬 块。
三维模拟图(2)制动块
5.4 摩擦材料
制动摩擦材料应具有高且稳定的摩擦系数, 抗热衰退性能要好, 不应 在温升到某一数值后摩擦系数突然急剧下降, 材料应该有好的耐磨性, 低 的吸水(油、制动液)性,低的压缩率、低的热传导率和低的热膨胀率, 高的抗压、抗拉、抗剪切、抗弯曲性能和耐冲击性能;制动时应不产生噪 音、不产生不良气味,应尽量采用污染小和对人体无害的材料。
当前在制动器中广泛采用模压材料, 它是以石棉纤维为主并与树脂粘 合剂、 调整摩擦性能的填充剂与噪音消除剂等混合后, 在高温下模压而成。 模压材料的挠性较差, 故应按衬片或衬块的规格模压, 其优点是可以选用 各种不同的聚合树脂配料,使衬片或衬块具有不同摩擦性能及其他性能。 另一种为编织材料, 其挠性好, 剪切后可直接铆到任何半径的制动蹄 或制动块上。它有较高的摩擦系数,冲击强度比模压材料高 4~5倍,但 其耐热性差。
无石棉摩擦材料是以多种金属、 有机、 无机材料的纤维或粉末代替石 棉作为增强材料, 其他成分和制造方法与石棉模压材料大致相同。 若金属 纤维(多为钢纤维)和粉末的含量在 40%以上,则称为半金属材料,这种 材料在美、 欧各国用于轿车的盘式制动器上, 已成为制动摩擦材料的主流。 选用摩擦材料时应考虑到:通常, 摩擦系数愈高的材料其耐磨性愈差。
因此,通过比较,选择半金属材料作为本设计的摩擦材料。
5.5 制动器的热容量和温升的核算
应核算制动器的热容量和温升是否满足下列条件:
Q t hCh dCd ≥?M+M) ( (5-1)
式中:d m ──各制动盘的总质量,取 d m =12kg;
mh ──与各制动盘相连的受热金属件(如轮毂、轮辐、轮辋、 制动钳体等)的总质量,取 mh =24kg;
d c ──制动盘材料的比热容,对铸铁 c=482J;
h c ──与制动盘相连的受热金属件的比热容,取 Ch=482J; t ?──制动盘的温升(一次由 a v =30 km /h 到完全停车的强烈
制动,温升不应超过 15c ),取 t ?=14c ;
24292814) 2448212482() (=??+?=?M+Mt hCh dCd
Q──满载汽车制动时由动能转变的热能, 由于制动过程迅速, 可以认为制动产生的热能全部为前、 后制动器所吸收, 并按前、 后制动力 的分配比率分配给前、后制动器,即
β) 2(12Va a Q M= (5-2) ) 1)((22β-M=Va a Q (5-3)
式中:a m ──满载汽车总质量; Ma=1545
a v ──汽车制动时的初速度,可取 a v =20m/s
β──汽车制动器制动力分配系数。 69. 0=β 那么 2132102429282132102) 69. 0) 20(1545() (122?=??=M=而 βVa a Q 符合要求。
5.6 强度校核
在计算制动块的摩擦力后, 可求得连接支架与转向桥螺栓的剪切应力
[]22F
2fN 45983.54====76.22 MPa160MPa 3.14100
d n d 42ττ*≤=*
式中:f ──支架所受的力;
n ──螺栓的数量,此处 n=2;
d ──螺栓的直径。
因为 []ττ≤,所以螺栓的强度符合要求。
制动盘的材料为珠光体灰铸铁, 制动钳的材料为可锻铸铁, 制动块由 背板和摩擦成块组成, 现在的摩擦材料主要以石棉纤维为主并与树脂粘合 剂、 调整摩擦性能的填充剂与噪音消除剂等混合。 对制动器的热容量和温 升进行了核算其强度也符合标准要求。
三维模拟图(2)制动活塞
六、结束语
本次设计的主要内容是轿车制动器结构设计。 从制动系的功用及设计 要求出发,依据给定的设计参数,进行了方案论证,仿真结果表明,轿车 制动器结构的设计保持了制动力分配系数的稳定,简化了汽车的制动装 置,减轻了整车质量,从而提高了汽车在行驶过程中的安全性与稳定性。 但在此设计期间, 虽相关参数计算和验证比较全面, 但是因为没有进行实 物加工和验证, 可能在实际应用过程中还需要进一步地验证和调试。 在以 后要进一步增强实体物理模型的加工和验证。
参考文献
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附 录
设计图纸(1
)制动盘
设计图纸(2)活塞
设计图纸(2)制动块
设计图纸(3)装配图
译 文
众所周知, 驻车制动是汽车必备的制动装置之一。 依维柯二代产品的 驻车制动装置, 是由驻车制动机械操纵机构与后鼓式制动器组合而成。 这 样的结构, 使后鼓式制动器不仅是行车制动器, 而且还起到了驻车制动作 用。随着后轮盘式制动器的运用,都灵 -V 汽车的驻车制动器将会随着后 轮制动器动形式而变化。 若后轮采用鼓式制动器, 则基本维持原二代产品 的结构;若采用盘式制动器,则要配置专用的后轮驻车制动器。
就盘式制动器而言,存有带驻车制动结构的盘式制动器,其驻车制动 力也作用在制动盘两侧工作表面上, 这种制动器结构复杂, 可靠性相对稍 差。都灵 -V 汽车为配用双活塞滑动前盘式制动器须要,专门设置了后驻 车制动器。 使其驻车制动力作用在制动盘的内鼓工作表面上, 这样使制动 盘具有两种分开的摩擦表面,寿命可以提高,制动钳的结构也相应简化。 都灵 -V 汽车的后轮驻车制动装置, 由机械式操纵和专用候驻车制动器 两大部分组成(制动盘为行车、驻车制动器共用件) 。
1、 机械式操纵机构 基本维持原二代产品的结构, 主要组成件有手柄、 前钢丝拉索、棘齿板、调整螺套、锁紧螺母、后钢丝拉索及导盘等。 2、专用驻车制动器结构和原理 与后盘式制动器相配的专用驻车制动 器,专用后驻
车制动器通过底板支架上的八个孔,与后桥半轴凸缘用螺栓相固定。 前、 后摩擦蹄片上下端被回位弹簧紧拉靠在上调节销和下作用拉臂上, 中
间通过支承销与底板活络相接。 拨动上调节销上的齿轮可伸长或缩短调节 销的长度, 从而可调整摩擦蹄片与制动盘内鼓的间隙。 作用拉臂, 它受后 钢丝拉索的操纵, 当拉紧驻车制动手柄时, 作用拉臂将以中心轴销为支点, 撑开前后摩擦蹄片, 使与制动盘内鼓产生有效摩擦力矩, 从而起到驻车制 动作用在专用驻车制动器的制动底板支架上, 另有二只安装孔, 以便装置 后制动钳总成。 带内鼓的后制动盘将和轮毅、 后专用驻车制动器、 制动钳 总成等有序地组合在一起。
3、专用后驻车制动器的驻车分解与合成当拆
除了后轮毅、 后制动盘等若干零部件后, 即可对专用驻车制动器进行 分解与合成,基本工艺步骤如下 :
从前后摩擦蹄片卜,拆下回位弹簧,旋短调节销长度,拆下摩擦蹄片 中间的支承销夹 , 即可取下摩擦蹄片。
取下支承销, 松脱驻车制动后拉索与作用拉臂的连接, 拆下作用拉臂 二拆下车轮转速传感器固定支架,即可拆下传感器。
拆卸下与半轴套管凸缘的八只固定螺栓, 即可取下驻车制动器底板支 架。
可按对鼓式制动器的要求, 对拆下的零部件进行清洁检查, 弃用已超 差磨损件。
合成按分解的反向步骤进行。 合成完毕后, 用游标卡尺测量前、 后蹄 片直径,同时拨动调节销
1,使直径值比 172'0' ,小 0.4} 1 mm 。后驻车制动器的调整由于后驻 车制动器的制动间隙属非自动补偿式, 使用一段时间后, 制动间隙会逐步
增大,反映在手柄拉紧时的棘牙响数,将会超过规定数 (正常响牙数为 4}6), 这将影响后轮的驻车效能。 为此, 应及时进行后驻车制动器的调整。 调整的步骤如下 :
顶起汽车后部,并以支架支承车架,然后拆下后车轮;
拧松驻车制动拉索调整螺套的锁螺母;
取下后驻车制动器上面长孔内的像胶堵塞 , 利用专用工具 (99372249)拨动调节销齿轮,使前、后摩擦蹄片撑开,致使用手无法转动盘为止; 再次用专用工具拨松调节销齿轮,使制动盘能自由转动 (制动间隙约 为 0.2}0.5mrri ),重新在孔内装上橡胶堵塞,装复后轮;
在驾驶室内拉驻车制手柄至第三齿响位置, 拧紧调节螺套, 直至用手 不能扳动车轮旋转为止;
上下拉动和松开驻车制动手柄 3}4次, 对整个后驻车制动装置进行磨 合, 检查手柄最终拉紧时的最大行程为 6牙, 最后拧紧调节螺套的锁紧螺 母,并降下汽车。
原文说明
原文说明的内容是:汽车驻车制动器的结构类型及分解与装拆
题名:汽车必备的制动装置驻车制动器
作者:Josef Adolfsson
来源:杂志
Car rear parking brake is well known
characteristics and maintenance
parking brake, the car must have one of the braking device. Iveco second-generation products in vehicle brakes, parking brake is a mechanical control mechanism and the rear drum brake combination. Such a structure, so that not only after the brake drum brake and parking brake also played a role. With the use of rear disc brake, Turin-V vehicle parking brake with the rear brakes will be fixed in the form and change. If the rear wheels with drum brakes, while maintaining the basic structure of the original second-generation products; the use of a disc brake, rear wheel will have to configure a dedicated parking brake. On the disc brake is concerned, there is the structure with the parking brake disc brake, the parking braking force acts on the brake discs on both sides of the work surface, such a brake complex structure, relatively somewhat less reliable. Turin-V cars equipped with dual-piston sliding front disc brakes have specifically set up after the parking brake. The role of the parking brake force to the brake drum inner disk on the work surface, so that the brake disc has two separate friction surface, life can be improved, brake caliper is also simplified the structure. Turin-V car rear parking brake device manipulated by a mechanical parking brake and special climate of two parts (brake disc for the traffic, shared parking brake parts.)
1, mechanical control mechanism to maintain the basic structure of the original second-generation products, mainly composed of pieces with a handle, the first wire cable, ratchet plate, adjust the threaded sleeve, locking nut, after the wire cable and the guide disc and so on.
2, the special structure and principle of the parking brake disc brake
after the match with a special parking brake, parking brake after the special bottom bracket through eight holes, and the rear axle relative to the fixed axle shaft flange bolts. Before and after the friction shoe upper and lower ends are pulled tight against the return spring on the role of regulation under the pull pin and arm in the middle and the bottom through the active support underwriting phase. Slide the gear on the pin on the regulator can adjust the elongation or shortening the length of sales to adjust the friction inside the shoe and drum brake disc space. Role in pulling arm, it is subject to manipulation after the wire cable, when the pull the handbrake lever, the role will be the central axis of the pin pulling arm as a fulcrum, the friction shoe before and after distraction, so that the drum with an effective brake disc friction torque, and thus play a role in the private parking brake parking brake in the brake plate bracket, and another two holes for the installation of rear brake clamp assembly. After the band drum and wheel brake disc will be Yi, after the special parking brake, brake caliper assembly, and so orderly together.
3, special parking brake after the decomposition and synthesis in vehicle rear wheels when the removal of the Yi, a number of components such as rear brake disc, you can special parking brake on the decomposition and synthesis, the basic process steps are as follows: From the front Bu friction shoe, remove the return spring, spin off the short length adjustment, remove the friction between the support shoe underwriting folder, you can remove the friction shoe. Remove the branch underwriting, Hou Lasuo loose parking brake pull arm connected with the role, remove the effect of the second arm pull the wheel speed sensor mounting bracket removed, you can remove the sensor.
Remove the axle casing under the flange and the eight mounting bolts, then remove the parking brake bottom bracket.
according to the requirements of the drum brakes on the parts removed for cleaning checks, abandoned exceeded the difference of wear parts.
synthesis by decomposition of the reverse steps. After synthesis, measured with a vernier caliper before the hind piece diameter, while toggle adjustment pin 1, the diameter value than 172'0 ', a small 0.4} 1 mm. After the adjustment of parking brake parking brake because the brake after the non-automatic compensating clearance, the use of a period of time, the brake gap will gradually increase, reflecting the tension in the handle spine when the number of teeth affected, will exceed the number of (normal number of teeth affected 4} 6), which will affect the rear wheel in vehicle performance. To this end, promptly after the parking brake adjustment. Adjusted as follows:
from the top rear of the car, and to support the frame bracket, then remove
上海工程技术大学毕业设计(论文) 轿车盘式制动器结构设计 the rear wheels;
Loosen the parking brake cable adjusting screw lock nut sets;
Remove the top long after the parking brake hole rubber plug, the use of special tools (99,372,249) toggle adjustment pin gear, so that before and after the friction shoe distraction, resulting in hand can not turn the plate so far;
loose again with special tools to adjust the pin gear aside, the system Fixed disk free to rotate (brake gap of about 0.2} 0.5mrri), re-built the rubber plug in the hole, refitted the rear wheels;
Parking in the cab pulling teeth sound system to the third position of the handle and tighten the adjustment screw sets can not be pulled up by hand until the wheel rotates;
Pull down and release the parking brake lever 3} 4, on the whole device after the parking brake adjustments, and check the final tightening when the handle is 6 Maximum stroke teeth, and finally tighten the adjusting screw lock nut sets, and lowered cars.
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