基于直线伺服驱动的汽车排档器总成测试的研制.docx
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基于直线伺服驱动的汽车排档器总成测试的研制
基于直线伺服驱动的汽车排档器总成测试的研制
中文摘要
随着汽车制造业的不断发展，制造分工细化，汽车排档器的制造已经与变速箱分开，独立进行专业化生产。
对排挡器总成测试这一关键工序的控制要求也越来越严格，由此推动了汽车排档器性能测试设备的研发。
在具体设备的开发过程中，关键问题在于设计出合理的机构来模拟驾驶者的换档操作，使被测换档器完成测试要求。
本文设计了一种两轴直线电机联动机构，能够很好地带动被测排档器完成二维运动。
直线电机的结构简单，重量轻体积小，易于装配，在精密测量行业的应用优势逐渐显现。
整套机构通过伺服电机完成X/Y方向上的二维运动，同时垂直方向上依靠轴承导向机构提供升降的自由度来得到联动效果，达到优化机构，节约成本，提高效率的目的。
机构采用满足实时监控要求的PLC作为下位机进行控制。
与其他方式相比，本文设计制造的汽车排档器测试设备结构简单、操作简便、制造与维护成本较低并且完全可以满足测试精度要求。
工控机在数据采集处理和存储方面的优势，使其在测试测量系统中应用广泛，配合PLC下位机的实时监控性能，能够满足更高的要求；采用VISUALBASIC编程软件可以缩短开发周期，兼容性更强，数据库存储方便，更加直观，易于操作；采用RS232串行通讯，硬件成本低廉，协议简单，传输速度亦能满足要求。
本论文首先在第一章中介绍了汽车排挡测试的基本要求，对所要进行测试的参数概念作出详细的解释，指出其作用和关键控制要素；第二章从整体电气结构和机械结构方面入手，介绍了系统使用的元器件及其在使用方法；第三章开始重点介绍直线电机的工作原理和其硬件软件控制方式；第四章从软件流程图入手，着重阐述上位机和下位机的控制流程；第五章对系统研制过程中出现的疑难问题给出了解决方式；第六章总结了技术方面的收获及设备在客户端使用的效果。
关键词：
直线伺服电机，工控PC机，PLC，RS232，汽车排挡器
作者：
张建锋
指导教师：
陈小平
TheDevelopmentofGearAssemblyTestingSystemBasedonLinearMotorTechnology
Abstract
Astheautomotiveindustrycontinuestodevelop,manufactureshowsmorerefineddivision.Shifterhasbeenseparatedfromgeartransmissiondevicetomakeindependentspecializedproduction.Assemblyandendoftesttocontrolthiscriticalprocessrequirementsarealsobecomingmorestringent,thuspromotingtheautomobileshiftertestingequipment’sresearchanddevelopment.Inthedevelopmentprocessofthisspecificequipment,thekeyissueistodesignareasonablebodytosimulatethedriver'sgearshiftoperation.
Thispaperdesignedatwo-axislinearmotorlinkage,thedeviceisabletobringshiftertocompletetwo-dimensionalmovement.Linearmotor’sstructureissimple,sightweight,smallsize,andeasytoassembleintheprecisionmeasurementindustryapplication.TheshiftercompleteX/Ydirectionofthetwo-dimensionalmovementthroughservomotor,whileintheverticaldirectiontheshiftermovesthroughbearingmovementsoffreedom-orientedorganizations.Sowegetthelinkageeffectstoreducecostsandincreaseefficiency.ThecontrolsystemadoptsPLCasbasecontrolcentretomeettherequirementsofreal-timemonitoring.Comparedwithothermethods,theapplicationofthismethodissimpleandeasytooperate.Manufacturingandmaintenancecostsarelowerandthesystemcanalsomeetthetestprecision.
Industrialcomputerhasmoreadvantagesindatastorageandprocessingmonitor,soitiswidelyusedinthetestandmeasurementsystems.ItcouldmeetthehigherrequirementsworkingtogetherwithPLC.ByusingVisualBasicsoftwareandusedatabaseitalsomakestheoperationeasierandcompatiblefordataanalyzer;RS232isacommonprotocolwithlow-cost,itstransmissionspeedcanalsomeettherequirements.
Inthisarticleweintroducethemethodfortheshiftertestingsystem.Firstchaptermakesadetailedexplanationoftheshiftertesting’stechnologystandardandrequirements,pointingoutitsroleandcriticalcontrolelements.Secondchapterintroducesthesystemcomponentsandtheirapplicationinthetestingfromtheoverallelectricalstructureandthemechanicalstructure.Thirdchaptersfocusesontheworkingprincipleoflinearmotoranditshardwareandsoftwarecontrol,theprogramsofcomputerandPLCwillbealsointroducedinchapterforth.Severalmajortechnologyproblemsinthedevelopingprogressarediscussedandthemethodstosolvethemareprovided.Isummarizethegainsintechnologyandeffectofequipmentusedontheclientsideinthefifthchapter.Refertotheappendixfortheelectricaldrawingsandthekeyprograms.
Keywords：
LINEARMOTOR,INDUSTRIALCOMPUTOR,PLC,RS232
WrittenbyZhangJianfeng
SupervisedbyChenXiaoping
目录
序言1
第一章汽车排挡测试基本要求及分析3
1.1选档和换档间隙测量3
1.2选档和换档行程测量4
1.3选档力和换档力测量5
1.4倒档下压的行程测量5
1.5倒档未下压时的行程测量6
第二章排档器总成测试系统组成7
2.1排档器总成测试电气组成7
2.2排档器总成测试机械组成9
第三章直线电机原理和伺服控制器应用10
3.1直线电机原理及其特点10
3.4伺服控制器基本控制命令说明15
第四章工控机和PLC的软件设计19
4.1PLC的软件设计19
4.2工控机的软件设计21
第五章解决实际设计调试中出现的问题27
5.1直线电机与排挡器旋转中心一致的解决方法27
5.2模拟量采集设备的抗干扰解决方法27
5.3传感器保护的方式28
5.4多种产品识别的简易方法28
5.5角度对位移测量影响的消除方法29
第六章小结30
主要参考文献31
在校期间发表论文32
附录133
附录237
致谢50
序言
在汽车行驶中，为适应道路和交通状况的变化而需改变行驶速度，排档器的操作是相当频繁的。
汽车排挡器的质量关系到对车辆的平稳控制，甚至于人身段安全。
因此，对于排挡器的设计制造有着极高的可靠性要求[1]。
过去汽车制造商通常将排挡器与变速器装配完成后统一测试，但随着制造分工的细化，排挡器与变速器的生产厂商相互独立，排挡器制造专业化，这就提出了对排挡器进行独立测试的要求。
目前所知，国外设备几乎全部采用ABB的机器人，体积小，精度高，但造价昂贵，动辄上百万元，而且订货周期较长，一般在8个月左右；通用性不强，当用户每次推出新结构的排档时都需要重新定制测试设备；在使用和维护方面非常不方便，技术支持常无法及时到位，零配件的更换也经常影响生产进度；当前只有部分外资工厂才有一些这类进口设备，而且也是通过母工厂转移到国内的。
国内的该种测试设备基本采用的是普通旋转伺服电机连接丝杠的结构，虽然价格低廉，但体积比较大，占用较多空间，元器件比较多，需经常进行维护；而且中间结构较繁琐，导致测试精度较差，调试调整的难度较大，重庆社平科技有限公司和上海大学推出过这种产品，客户端在使用中投诉较多，一直要求进行结构改进和优化。
康斯伯格（中国）汽车部件有限公司主要致力于汽车排挡器的设计制造，为一汽大众、上海大众、华晨公司以及国外的整车厂家提供零配件服务，主要产品有PQ34，PQ35以及PQ46等排挡器，公司原有一台ABB的机器人测试设备，但无法满足产能需求，并且经常因为维修而中断生产线，严重影响了生产计划。
我公司与康斯伯格（中国）汽车部件沈阳有限公司合作，根据排挡器的测试要求，在测试工艺不变的基础上研制出了基于直线电机的汽车排档器总成测试系统。
本排档器测试总成系统采用的直线电机可以认为是旋转电机在结构方面的一种变形，它可以看作是一台旋转电机沿其径向剖开，然后拉平演变而成。
近年来世界许多国家都在研究、发展和应用直线电机，使得直线电机的应用
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