汽車(chē)變速箱裝配自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

蔚哲

摘 要：汽車(chē)變速箱是汽車(chē)動(dòng)力傳輸系統(tǒng)中重要的一部分，汽車(chē)變速箱的質(zhì)量會(huì)直接影響汽車(chē)的質(zhì)量，提高變速箱的裝配質(zhì)量也會(huì)相應(yīng)的提高汽車(chē)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：汽車(chē)變速箱裝配;自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng);設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

0 引言

本文基于汽車(chē)變速箱的裝配過(guò)程中零部件分裝的測(cè)量問(wèn)題設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)變速箱裝配自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)。目的是將計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)結(jié)合，運(yùn)用到汽車(chē)變速箱裝配測(cè)量過(guò)程，通過(guò)提高變速箱零部件裝配過(guò)程測(cè)量技術(shù)，提高變速箱的裝配質(zhì)量和效率，同時(shí)為變速箱裝配技術(shù)的數(shù)字化與自動(dòng)化提供一定的思路。

1 汽車(chē)變速箱作用和工作狀態(tài)

手動(dòng)變速箱的齒輪組可以分為主動(dòng)齒輪和從動(dòng)齒輪。主動(dòng)齒輪負(fù)責(zé)帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。主動(dòng)齒輪為小直徑齒輪，從動(dòng)齒輪為大直徑齒輪的情況下，車(chē)輪的轉(zhuǎn)動(dòng)速度較慢，但是可以輸出較多大的轉(zhuǎn)矩。比如在汽車(chē)起步的時(shí)候，需要克服輪胎與地面的靜摩擦力，需要較大的轉(zhuǎn)矩，這種情況下就需要小齒輪帶動(dòng)大齒輪，也即大齒輪比。隨著從動(dòng)齒輪直徑的減小，轉(zhuǎn)矩也會(huì)隨之減小，車(chē)速會(huì)隨之增加，比如二擋或者三檔的齒輪組，比較適用于交通狀況較為復(fù)雜的行駛情況。當(dāng)從動(dòng)齒輪直徑縮小到與主動(dòng)齒輪直徑相同時(shí)與速度都比較理想并且能量利用率較高此時(shí)的齒輪比為1，這種狀態(tài)下的扭矩也稱(chēng)為直接擋，適合日常行駛。齒輪直徑小于主動(dòng)齒輪直徑的時(shí)候，齒輪比大于1，此時(shí)會(huì)產(chǎn)生小的轉(zhuǎn)矩當(dāng)從動(dòng)，較大的速度，適合在路況好的情況下行駛，并且這種行駛狀態(tài)下會(huì)比較節(jié)省燃油。

2 測(cè)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介

測(cè)量系統(tǒng)硬件主要包括PLC、電源模塊、ET200X模塊、5120驅(qū)動(dòng)器、RFID、人機(jī)界面、測(cè)量機(jī)等。測(cè)量系統(tǒng)功能包括，各部分協(xié)調(diào)控制，信息傳遞，數(shù)據(jù)傳遞，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算，信號(hào)量轉(zhuǎn)換等功能，下面介紹相應(yīng)功能用到的硬件設(shè)備。

其中HMI（Human Machine Interface）為人機(jī)界面，用于操作人員與測(cè)量系統(tǒng)之間的信息交互，主要進(jìn)行測(cè)量任務(wù)的選擇。PLC （Programmable LogicController）為可編程邏輯控制器，用于自動(dòng)化控制的數(shù)字運(yùn)算控制器，可將控制指令載入內(nèi)存進(jìn)行存儲(chǔ)與執(zhí)行。測(cè)量機(jī)是可以運(yùn)行測(cè)量軟件的Windows計(jì)算機(jī)，具有能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)處理能力。傳感器采集盒的作用是將傳感器采集到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可處理了的數(shù)據(jù)，本次測(cè)量系統(tǒng)中使用的傳感器采集盒為16通道的NH 111數(shù)據(jù)采集器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器將傳感器信號(hào)轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠處理的數(shù)據(jù)信號(hào)，方便計(jì)算機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)后續(xù)的分析整理以及存儲(chǔ)。

3 自動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)簡(jiǎn)介

PROFIBUS總線(xiàn)是全球化的總線(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)，使用、安裝都不依賴(lài)于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，適應(yīng)性比較強(qiáng)，在車(chē)間級(jí)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控和電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域都有廣泛的使用。PROFIBUS總線(xiàn)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)從間級(jí)的監(jiān)控到現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的分散控制，解決了車(chē)間級(jí)的電器設(shè)備的管理控制問(wèn)題。PROFIBUS總線(xiàn)適用性強(qiáng)、傳輸效率高，傳輸里程遠(yuǎn)。

PROFIBUS總線(xiàn)組成有ProfiBus-FMS，ProfiBus-DP，ProfiBus-PAo ProfiBus-FMS總線(xiàn)周期小于100ms，適用于車(chē)間級(jí)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。ProfiBus-FMS總線(xiàn)通常采取主從方式，主要用于完成主控制器與現(xiàn)場(chǎng)電氣設(shè)備的數(shù)據(jù)通訊。ProfiBus-DP總線(xiàn)使用首層通訊協(xié)議和接口，能夠保證數(shù)據(jù)快速性、有效性的傳輸。ProfiBus-DP總線(xiàn)速度快、成本低，較多地用于系統(tǒng)設(shè)備層與分布式模塊之間的通訊。ProfiBus-PA總線(xiàn)模型可使傳感器模塊和任務(wù)執(zhí)行模塊連接到同一條總線(xiàn)，較多地用于過(guò)程控制。

3.2 STEP編程語(yǔ)言

（1）梯形圖（LAD）：表現(xiàn)形式借鑒了電器控制電路的形式，在繼電器和接觸邏輯控制基礎(chǔ)上演變而來(lái)。梯形圖程序表示邏輯直觀(guān)、形象、易于問(wèn)題查找判斷。梯形圖實(shí)用性高，是應(yīng)用最廣泛的圖形編程語(yǔ)言之一。

（2）語(yǔ)句表（STL）：語(yǔ)句表的形式和匯編語(yǔ)言的文本語(yǔ)句相似。語(yǔ)句表的程序是由多條語(yǔ)句組成。當(dāng)有梯形圖或者功能塊表達(dá)不清楚的邏輯的時(shí)候，會(huì)使用語(yǔ)句表表示，語(yǔ)句表會(huì)比較方便表達(dá)。

（3）功能塊（FBD）：通常控制邏輯圖通過(guò)邏輯符號(hào)表示，當(dāng)有復(fù)雜的功能時(shí)，需要指令框表示指令。在功能塊中使用符號(hào)編輯器定義全局變量，數(shù)據(jù)類(lèi)型，也有注釋功能，可注釋定義的符號(hào)的意義。全局變量可應(yīng)用于所有程序，并且在參數(shù)變化時(shí)會(huì)自動(dòng)識(shí)別。

3.3 測(cè)量系統(tǒng)主控制邏輯程序塊

每個(gè)測(cè)量工位的測(cè)量任務(wù)不同，但基本的主控制邏輯是相似的基本的控制流程有，傳感器原位檢測(cè)、母件傳感器到位檢測(cè)、工件傳感器到位檢測(cè)、標(biāo)定工件、基礎(chǔ)母件測(cè)量啟動(dòng)、最大母件測(cè)量啟動(dòng)、工件測(cè)量啟動(dòng)。

3.4 PLC與測(cè)量機(jī)通訊模塊

PLC與測(cè)量機(jī)的通訊通過(guò)功能塊FB405和DB405實(shí)現(xiàn)。其中，PLC與測(cè)量機(jī)交互的輸入和輸出數(shù)據(jù)存放到功能塊DB406中，PLC接收測(cè)量機(jī)的數(shù)據(jù)存放到DB407。同樣以SA100工位通訊實(shí)現(xiàn)為例，SA100工位實(shí)現(xiàn)的是輸出軸總成與差速器總成的測(cè)量。SA100工位PLC和測(cè)量機(jī)定義了16個(gè)字節(jié)的I/O變量區(qū)，32個(gè)字的數(shù)據(jù)區(qū)。

在測(cè)量結(jié)束后PLC將測(cè)量機(jī)數(shù)據(jù)寫(xiě)到MOBY中，由于PLC與測(cè)量機(jī)交互的輸入和輸出數(shù)據(jù)存放到功能塊DB406中，需要在FB405功能塊中通過(guò)接口IN/OUT變量，將DB405中與測(cè)量機(jī)的I/O信號(hào)先映射到FB405的IN/OUT中，最終再賦值到DB406中。

4 結(jié)語(yǔ)

汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)零件的質(zhì)量將會(huì)影響汽車(chē)行駛過(guò)程的表現(xiàn)，因此汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)零件的裝配質(zhì)量很重要。保證汽車(chē)傳動(dòng)系統(tǒng)零部件的制造精度以及整體的裝配質(zhì)量能夠提高汽車(chē)行駛的舒適性以及平穩(wěn)性。作為協(xié)助汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)工作的重要部分，汽車(chē)變速箱的工作表現(xiàn)同樣能夠直接影響汽車(chē)行駛的表現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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