毕业设计（论文）S7200PLC手机电池参数在线监测分拣.doc

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1、摘 要手机电池在线检测及分拣，是对手机电池的电压、内阻进行实时在线监视、检测、数据采集、数据处理、控制、数据输出驱动等环节功能而进行设计。本文分为两个设计模块：硬件设计与软件设计。硬件设计是针对人工上料之后，对电池的分离检测、参数数据采集、分拣等的各硬件部分设计，又分为检测、分拣两部分；软件设计是在分析处理数据以及输出控制过程中的软件部分进行的设计。本文侧重点为手机电池的检测部分。本文的软件设计是基于西门子S7200PLC控制系统进行设计的。关键字：手机电池，参数，在线检测，PLC。ABSTRACTThe system of the battery of cell phones online

2、testing and sorting is to do some surveillance、detection、data acquisition、data processing、control and drive the data output about the battery of cell phone . This paper is divided into two designing modules : hardware part and software part . The hardware part is to separate and detect the batteries

3、 one by one and to gather parameters and select the ones which are superior in quality after put the products by manual work . In addition , the hardware part is consist of detection-part and sorting-part . The software part is made for analyzing and handling the output-data in order to control the

4、hardware-part . This paper is introducing the detection-part of the system , not including the sorting-part of it .Key words : battery of cell phone , parameters , online detection , PLC .目 录前 言- 1 -第一章 设计总方案- 2 -1.1 选题目的- 2 -1.2 系统硬件设计- 2 -1.2.1 检测部分- 2 -1.2.2 分拣部分- 3 -1.3 系统软件设计- 4 -第二章 检测转盘- 5 -2

5、.1 主要组成部分- 5 -2.1.1 步进电机- 5 -2.1.2 检测转盘- 11 -2.1.3 支架- 12 -2.1.4 电磁铁定位装置- 13 -2.2 功能实现- 14 -2.2.1 功能简介- 14 -2.2.2 功能实现- 14 -2.3 设计难点- 14 -第三章 电池盒- 15 -3.1 主要组成部分- 15 -3.2 功能实现- 16 -3.2.1 检测之前- 16 -3.2.2 检测过程中- 16 -3.2.3 检测之后- 17 -3.3 设计难点- 17 -第四章 参数检测装置- 18 -4.1 主要组成部分- 18 -4.1.1 分离齿轮- 18 -4.1.2 步进

6、电机型号选择- 19 -4.1.3 啮合齿轮的设计- 21 -4.1.4 气缸- 30 -4.1.5 滑块- 30 -4.1.6 参数采集触头- 30 -4.2 功能实现- 30 -4.3 设计难点- 31 -第五章 检测部分运行总结- 32 -5.1 检测部分硬件运行介绍- 32 -5.2 检测部分软件设计- 33 -5.2.1 检测部分流程框图- 33 -5.2.2 PLC端口设置- 34 -第六章 总体介绍- 35 -6.1 分拣部分- 35 -6.1.1 自动分拣技术的发展及其现状- 35 -6.1.2 分拣部分流程框图- 37 -6.1.3 总流程框图- 38 -6.2 总体设计图-

7、 39 -6.3 PLC简介- 39 -6.3.1 基本结构- 39 -6.3.2 工作原理- 40 -6.3.3 功能特点- 41 -6.3.4 选型规则- 41 -参考文献- 44 -致 谢- 45 -附 录- 46 -附录A 检测部分装配图- 46 -附录B 电池盒部件图- 46 -附录C 检测部分零件图- 46 -附录D 检测、分拣总装配图- 46 -附录E PLC梯形图- 46 -前 言移动电话(Mobile)，通常称为手机，最早由日本IT巨头摩托罗拉公司发明出来。随着科学技术的发展，手机技术也不断改进，逐渐趋向于智能化、小型化、人性化。作为关键配件的锂电池，由于其具有的可反复充电使

8、用、轻巧便捷等功能，成为手机电源能量的首选载体，成了与和手机密切相关的话题。随着科学技术的不断进步，移动电话越来越普及，人们对于手机的购买能力也不断提高，从而导致手机电池使用量大大增加。锂电池的生产过程简单，但是目前为止，在电池的成产过程中，由于各种因素，使得产品不能保证100%均为合格品，故而，对初步生产出来的电池成品进行相关参数检测、分拣成了很有必要的步骤。现阶段，在手机锂电池的检测分拣过程中，主要是以人工操作为主，由于日生产量大，导致工人日劳动量变大，同时也增加了生产成本。该设计便是通过对手机电池的参数进行在线检测、分拣，减轻了劳动量，降低了劳动力成本。本文主要针对手机锂电池的电压参数进

9、行检测，检测范围为010V，分为五级后经过分拣装置将电池按照不同等级输出。本文主要侧重于对“手机电池在线检测分拣系统”的检测部分进行阐述。第一章 设计总方案1.1 选题目的由于科学技术的进步，手机的制造技术迅速发展，从而导致手机的使用量大大增加，手机电池作为手机的必要配件，其需求量也大大增加。但是由于手机的生产过程中总会由于各种因素导致产品质量参差不齐，甚至有的产品根本就不合格，因而就需要对其进行质量参数检测，然而，目前对手机电池的检测分拣程序均为人工操作，没有自动化操作系统，这就使得工人的日劳动量大，且分拣效率不高，从而影响手机锂电池的生产效率。介于以上原因，设计一种手机锂电池的在线检测分拣

10、系统，对于减少工人的劳动量、提高产品的生产效率、降低生产成本，具有十分重要的意义。最重要的是，此项设计能够充分利用“测控技术与仪器”专业的各知识点，对我而言是一次实践运用专业知识的绝佳机会。1.2 系统硬件设计该系统全称为“手机锂电池在线检测分拣系统”，顾名思义，就是对手机锂电池的参数进行在线实时检测、分拣。其工作原理为：通过相应的检测机构，对手机锂电池的电压参数进行检测，然后对检测数据进行采集、分析，再对经过检测的锂电池进行分级。经过分级之后的锂电池，运输至分拣机构，通过分拣机构的部件，在确定的级数输出通道进行输出。这样，根据对各电池进行检测的参数数据的分析处理，参数不同的锂电池，就会被分为

11、不同的级别并在不同级别的输出通道里输出。该系统主要分为：硬件跟软件两大部分。其中，硬件部分又分为检测部分跟分拣部分。软件部分主要是对硬件的检测、分拣两部分相应机构的控制。1.2.1 检测部分本设计检测的产品为诺 基 亚 BL-4C，电池的相关参数如下表：表 1.1电池相关参数触 点 Lynx触点宽度 3 mm 触点间距 2 mm电池尺寸 53 *34 *5 mm 电池容量 860 mAh 电池重量 19.5g检测部分的主要部件为：检测转盘（共两个，上下各一个）、电池盒、检测装置三部分。电池盒用来盛放电池，将电池盒安装至检测转盘上之后，检测装置便对锂电池进行逐个检测、确定级数，然后，通过检测装置

12、上的分离齿轮将已经检测完毕的电池与没有经过检测的电池分离出来，并送至检测转盘上。每个电池盒里能够盛放五十只手机锂电池，在检测装置将电池盒里的五十只手机锂电池全部检测并分级之后，检测装置通过大气缸，向远离检测转盘的方向运动，从而使得检测转盘在转动的时候，电池盒不会受到检测装置的影响。之后，检测转盘再通过步进电机1，转过90度角，将第二个装满电池的电池盒运送至上一个电池盒的位置。此外，为了能够保证检测转盘转过的角度的精确性，特设计添加了一个电磁铁定位装置，以确保经过检测的电池准确释放进下方的分拣转盘中，以便进行分拣。然后，检测装置通过大气缸向前推进，通过检测装置上的分离齿轮将电池盒里的电池托住，然

13、后小气缸向前推进，使得触头装置接触到电池的触点上，对电池电压参数进行检测。检测所得数据经过PLC控制系统进行分析处理，从而将检测的锂电池进行分级。触头通过小气缸，向远离电池的方向运动。经过分级后的电池通过检测装置上的分离齿轮分离出来，下落到位于检测转盘下方的分拣转盘上。然后小气缸将触头装置向前推进，对下一只锂电池的电压参数进行检测。由是运动，对没一只锂电池进行电压参数检测。1.2.2 分拣部分分拣部分主要是分拣转盘。当经过检测、确定级数的锂电池经过检测装置上的分离齿轮与其他电池分离开并输送至检测转盘上时，检测转盘便在软件程序控制下，将该电池输送至相应的输出通道口进行输出。分拣转盘是匀速转动的。

14、当某一只电池运动至相对应的级数输出口的时候，输出口对应的竖直运动的汽缸便将分拣转盘上承载电池的翻板顶起，形成一个斜坡。从而使电池落到相应的输出通道，最后运送出来。1.3 系统软件设计本设计的软件部分是通过可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，来实现对各部分进行控制的。西门子S7系列PLC体积小、速度快、标准化，具有网络通信能力，功能更强，可靠性更高。S7系列PLC产品可分为微型PLC（如S7-200），小规模性能要求的PLC（如S7-300）和中、高性能要求的PLC（如S7-400）等。该设计是通过西门子公司生产的S7-200来进行设计的。

15、其程序分为两大部分“检测部分”、“分拣部分”。其流程图详见第五章，程序详见附录D。第二章 检测转盘 2.1 主要组成部分2.1.1 步进电机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元步进电机件。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，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它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”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。2. 基本原理

16、步进电机分三种：永磁式（PM） ，反应式（VR）和混合式（HB）永磁式步进一般为两相，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。在欧美等发达国家80年代已被淘汰；混合式步进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。通常电机的转子为永磁体，当电流流过定子绕组时，定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度，使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输

17、入一个电脉冲，电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序，电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。国内外对细分驱动技术的研究十分活跃，高性能的细分驱动电路，可以细分到上千甚至任意细分。目前已经能够做到通过复杂的计算使细分后的步距角均匀一致，大大提高了步进电机的脉冲分辨率，减小或消除了震荡、噪声和转矩波动，使步进电机更具有“类伺服”特性。对实际步距角的作用：在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己对步距角的要求。如果使用细分驱动器，则用户只需在驱动器上改变细分数，就

18、可以大幅度改变实际步距角，步进电机的“相数”对改变实际步距角的作用几乎可以忽略不计。3. 基本参数（1）电机固有步距角。它表示控制系统每发一个步进脉冲信号，电机所转动的角度。电机出厂时给出了一个步距角的值，如86BYG250A型电机给出的值为0.9/1.8（表示半步工作时为0.9、整步工作时为1.8），这个步距角可以称之为电机固有步距角，它不一定是电机实际工作时的真正步距角，真正的步距角和驱动器有关。通常步进电机步距角的一般计算按下式计算：=360/（ZmK）。式中 步进电机的步距角；Z转子齿数；m步进电动机的相数；K控制系数，是拍数与相数的比例系数。（2）步进电机的相数。是指电机内部的线圈组

19、数，目前常用的有二相、三相、四相、五相步进电机。电机相数不同，其步距角也不同，一般二相电机的步距角为0.9/1.8、三相的为0.75/1.5、五相的为0.36/0.72 。在没有细分驱动器时，用户主要靠选择不同相数的步进电机来满足自己步距角的要求。如果使用细分驱动器，则相数将变得没有意义，用户只需在驱动器上改变细分数，就可以改变步距角。（3）转矩。HOLDING TORQUE（保持转矩）。是指步进电机通电但没有转动时，定子锁住转子的力矩。它是步进电机最重要的参数之一，通常步进电机在低速时的力矩接近保持转矩。由于步进电机的输出力矩随速度的增大而不断衰减，输出功率也随速度的增大而变化，所以保持转矩

20、就成为了衡量步进电机最重要的参数之一。比如，当人们说2N.m的步进电机，在没有特殊说明的情况下是指保持转矩为2N.m的步进电机。DETENT TORQUE（无激磁保持转矩）。是指步进电机没有通电的情况下，定子锁住转子的力矩。DETENT TORQUE 在国内没有统一的翻译方式，容易使大家产生误解；由于反应式步进电机的转子不是永磁材料，所以它没有DETENT TORQUE。4. 特点特性（1）特点。一般步进电机的精度为步进角的3-5%，且不累积；步进电机外表允许的最高温度；步进电机的力矩会随转速的升高而下降；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。步进电动机以其显著

21、的特点，在数字化制造时代发挥着重大的用途。伴随着不同的数字化技术的发展以及步进电机本身技术的提高，步进电机将会在更多的领域得到应用。（2） 特性。步进电机必须加驱动才可以运转， 驱动信号必须为脉冲信号，没有脉冲的时候，步进电机静止，如果加入适当的脉冲信号，就会以一定的角度（称为步角）转动。转动的速度和脉冲的频率成正比；三相步进电机的步进角度为7.5 度，一圈360 度， 需要48 个脉冲完成；步进电机具有瞬间启动和急速停止的优越特性；改变脉冲的顺序， 可以方便的改变转动的方向。因此，目前打印机，绘图仪，机器人，等等设备都以步进电机为动力核心。5. 步进电机型号选择（1） 电机选型计算方法*电机

22、最大速度选择。步进电机最大速度一般在6001000rpm。机械传动系统要根据此参数设计。*电机步距角选择。机械传动比确定后，可以根据控制系统的定位精度选择步进电机的步距角以及驱动器的细分等级。一班选电机的一个步距角对应于系统定位精度的1/2或更小。注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。*电机力矩选择。转动惯量计算。在旋转运动中，物体的转动惯量J对应于直线运动中的物体质量。要计算系统在加速过程中产生的动态载荷，就必须计算物体的转动惯量J盒角加速度，然后得到惯性力矩Y=J。物体的转动惯量为 （2.1），式中：为体积元，为物体密度，r为体积元与转轴的距离。单位：。以圆柱体为例： （2.

23、2）式中：L：长度，mmD：直径。Mm：材质密度，表 2.1常用材质密度铜 黄铜 不锈钢 铁 铝 聚缩醛 将负载质量换算成电机输出轴上的转动惯量，常见传动机构与公式如下：1） 滚珠丝杠 （2.3）W:可动部分总质量kg Bp: 丝 杠 螺 距 mm GL:减速比（无单位）图 2.12）齿条和小齿轮传送带链条传动 （2.4）W:可动部分总质量kg D: 小齿轮直径mm 链轮直径mm GL:减速比（无单位） 图 2.23） 旋转体转盘驱动 （2.5）:转盘的惯性矩W:转盘上物体的重量kgL:物体与旋转轴的距离mmGL:减速比（无单位）图 2.3加速度计算。控制系统要定位准确，物体运动必须有加减速过

24、程，如下图所示。图 2.4已知加速时间、最大速度，很容易算出电机的角加速度 （2.6）电机力矩计算。 （2.7）其中：为系统外力折算到电机上的力矩； 为传动系统的效率。表 2.2常用机构的机械效率凸缘联轴器 0.980.99 齿条盒齿轮 0.8齿轮减速器 0.80.95 皮带传动 0.95 链条传动 0.9根据计算出的力矩T再加上一定的安全系数，即可选出电机型号。（2） 计算步骤转 盘（2个）：直径D1=500mm，厚度H=20mm 体积电池盒（4个）：外部尺寸为65*55*250 （mm） 内部尺寸为54*35*250（mm）电 池：单个质量 19.5g 每个电池盒盛放的50只电池的总质量1

25、9.5*50=0.975kg由公式2.2可得出上下两个转盘的惯性矩（转动惯量）4个电池盒加上盒子里的电池总质量：由公式2.5可得总转动惯量由公式2.6可得加速度由公式2.7可得电机力矩安全系数为1.2，故而要选取保持力矩不小于1.2T=0.72Nm的步进电机。比较之下，本文选取的是森创公司生产的型号为56BYG250C0241的步进电机，其相关参数如下：表 2.3相关参数规格型号 56BYG250C0241 相数 2 步距角 0.9/1.8 相电流 2.4 保持力矩 1.04 重量 260 外形尺寸 56*56*54（3） 电机放置为了便于处于上方的检测装置与处于下方的分拣装置分别工作时互不干

26、扰，将驱动转盘的步进电机放在上方，而将驱动检测转盘的电机放在下方。步进电机是倒置向下，驱动检测转盘部分转动。驱动分拣转盘的电机是转轴向上，以驱动分拣转盘。两个电机互不干扰，检测与分拣装置也互不影响。此外，由于步进电机的输出轴直径小，带动的转盘加上所要检测的电池的重量较大，加上轴较长。容易发生轴心偏移等情况，从而影响对产品进行的检测，故而，需要加上轴固定装置。电机实物图如下图2.5 56BYG250C0241步进电机2.1.2 检测转盘转盘的相关尺寸参数如下：表 2.4（b）检 测 转 盘 1位 置 上 方 转盘外缘直径 500 mm 厚 度 20 mm 材 质 铁 中心孔直径 20 mm 电池

27、卡槽数量 4 个 上方卡槽尺寸 65*55*10 mm 下方卡槽尺寸 54*35*10 mm表 2.4（a）检 测 转 盘 2 位 置 位于电池盒1下方 转盘外缘直径 500 mm 厚 度 20 mm 材 质 铁 中心孔直径 20 mm电池卡槽数量 4 个电池卡槽尺寸 65*55*10 mm此外，检测转盘上还设有卡槽，便于电磁铁定位装置对检测转盘进行定位。卡槽是圆形的，但是由于需要将电磁铁上的挡块卡住，故在卡槽内设置了四个挡位。当检测转盘转至设定位置的时候，为了使其定位较为精确，电磁铁定位装置上的挡块便在检测转盘上的卡槽内将检测转盘进行卡位，使得检测转盘停止旋转，以便进行下一步的检测工作。2.

28、1.3 支架支架，就是位于检测、分拣两个装置一侧的支柱以及横梁部分，是与地面固定在一起的装置。由于支架是固定在地面上的，不会发生位移，故而，其主要作用是固定相关装置的作用，并且不会影响检测、分拣两装置的运行。按照设计，检测装置处在分拣装置上方，检测、分拣两个装置分工明确，而且不会互相影响，故而，检测装置需要被固定在分拣装置上方。而检测装置的动力是来自步进电机，所以，步进电机就需要被固定在检测装置上方。支架的功能之一，就是起到把步进电机固定在分拣装置的上方，同时还可以讲步进电机吊住，并吊住连在步进电机轴上的检测转盘、待检测电池等器件。支架的功能之二，就是将定位检测转盘位置的电磁铁定位装置也固定住

29、，以保证检测转盘每次的定位都一样且不会影响分拣装置的运行。其具体功能介绍在下节介绍。支架的三维图如下：图 2.6 支架2.1.4 电磁铁定位装置该装置的三维图如下：图 2.7 电磁铁定位装置虽然检测转盘是通过步进电机带动的，但是仍有适当的位移误差，或者有可能发生其他位移不当的情况，为使得检测转盘的位移更为精准，故设置此定位装置。该定位装置是与支架固结在一起的，位于检测转盘上方，并且不会影响电池盒跟检测转盘的运行。为了使得此装置轻便、廉价、运行可靠、控制方便，本设计采用的是电磁铁式定位装置。此定位装置的运行原理如下：1、 电磁铁通电，电磁铁便有了磁性，之后原本卡在检测转盘上的挡块被电磁铁吸引向上

30、运动，检测转盘没有挡块的卡位作用，就会在步进电机的带动下进行转动。2、 电磁铁断电之后，电磁铁没有了磁力，挡块就会在重力的作用下落在检测转盘上，当检测转盘转动到设定位置的时候，就被挡块给卡住，从而保证转盘的定位精确性。3、 电磁铁的默认状态为断电状态，只有在一个电池盒里的电池都检测完毕之后，带动检测转盘的步进电机即将动作的时候，该装置才开始动作。4、 当电磁铁定位装置动作之后，带动检测转盘的步进电机才开始动作。等电磁铁定位装置上的挡块过了检测转盘上的挡位的时候，电磁铁因断电而失去磁性，电磁铁定位装置上的挡块便落到检测转盘上的卡槽，一直到下次电池盒里的电池都用检测完毕，该定位装置便再次进行动作。

31、2.2 功能实现 2.2.1 功能简介检测转盘的功能主要是承载盛放有电池的电池盒，并且停止固定在设定位置上，以便于相关检测装置对该位置上的电池盒里的电池进行电压参数检测，并且在每一块电池间隙检测完毕之后，通过检测转盘2上的卡槽，将该电池下放至位于检测装置下方的分拣转盘上，以便进行分拣工作。2.2.2 功能实现设计功能上，除了在硬件尺寸设计之外，还要通过软件对相应的硬件结构进行控制。此阶段内，软件设计控制的对象包括：步进电机、电磁铁定位装置。2.3 设计难点难点主要分为硬件设计难点与软件设计难点。硬件设计难点是在于硬件尺寸设计上。软件设计难点是在于输送给步进电机的脉冲的控制与电磁铁定位装置与步进

32、电机的配合两方面上。电磁铁定位装置与步进电机的配合上不够。如果电磁铁定位装置上的挡块不能及时将检测转盘上的挡位卡住，便会造成检测转盘的位置有可能不精准，从而导致之后的检测跟分拣无法进行。输送给步进电机的脉冲的控制上的精度。如输送给步进电机的脉冲数不对，则会造成步进电机与电磁铁定位装置配合度不够，也会影响检测转盘的位置精度，从而影响之后的检测、分拣工作。第三章 电池盒3.1 主要组成部分电池盒的主要组成部分是：盒体、托杆机构。由于本设计所采用的检测对象是诺基亚BL-4C电池，其尺寸为53 *34 *5mm，故而电池盒内部尺寸也应根据此尺寸进行设计，但是，考虑到要人工将电池放入电池盒里，如果电池盒

33、内部尺寸为53 *34 *5mm，则会因为电池盒与电池接触配过于紧密，会很难讲电池放入电池盒，故而，将电池盒内部尺寸设计为54 *35 *250mm，故而电池盒内的电池两侧都有1mm的盈余量，避免电池卡在电池盒里。电池盒外部尺寸设计为65*55 *250mm，以保证电池盒的结构坚固性。为了能够保证人工上料方便，在电池盒上方镂空处的设计是电池盒前端是电池盒内部宽度，但是左右两侧的镂空仍然要保证电池不会从电池盒的左右两侧掉出来。根据电池尺寸，由于电池厚度仅仅为5mm，故而，一个电池盒里可以盛放50只电池。电池盒底部设置的是两个光滑的杆子（托杆机构），以便托住电池盒里的电池，同时，为了能够保证在参数

34、检测装置对电池进行检测之前和在参数检测装置脱离电池盒之后，托杆机构能够在电池盒内部，托住电池，以确保电池不会在重力的影响下没有经过参数检测装置对其进行电压参数检测便下落至分拣装置里，即，托杆机构能够在没有外力影响的前提条件下，可以自动恢复原位，起到相应的承托作用，特在电池盒上设置了弹簧机构。托杆机构尺寸设计。托杆机构的两根杆子的直径是10mm，长度为50mm。为了能够使得检测装置的分离齿轮能够顺利运行并达到预期效果，还要在分离齿轮工作的部位对电池盒进行设计，以不影响检测过程的运行。检测装置上的分离齿轮的相关参数，将会在“第四章 参数检测装置”部分进行介绍。此外，电池盒不是封闭型的，而是以框架结

35、构为主，既减轻了电池盒的原料成本，有使得检测转盘上的承载重量减轻了，从而在选取步进电机时，更加方便。在工作过程中，也能减轻步进电机转轴的力矩，提高系统工作的稳定性。在计算过程中，是以封闭型进行计算的，这样既便于计算，同时也能使得计算结果在实际运用中更加可靠，不会造成理论与实践分家。电池盒的三维图如下：图3.1 电池盒托杆机构的三维图如下：图 3.2 托杆机构3.2 功能实现3.2.1 检测之前电池盒虽然是框架结构，但是其设计前提是保证电池不会从旁边的镂空处掉出来。在电池参数检测装置运行之前，电池盒子里的电池是被托杆机构托住的。该机构是为了防止电池在没有进行检测完之前就落至位于检测转盘下方的分拣

36、机构里。3.2.2 检测过程中当对手机锂电池进行电压参数检测时，通过相关机构，使得参数检测机构运动至电池盒内部，开始对相应电池盒里的电池进行逐个电压参数检测。在电压参数检测机构运动至电池盒之时，位于参数检测机构最前端的是分离齿轮。首先，分离齿轮先跟电池盒里的托杆机构进行接触，然后将托杆机构向电池盒后部推动，使得托杆机构撤出，同时，托杆机构被分离齿轮替代，换为分离齿轮将位于电池盒底部的电池托住。3.2.3 检测之后当该电池盒里的电池检测完毕之后，电池参数检测机构在相应的机构带动下后撤，脱离开电池盒。但是，在参数检测机构脱离开电池盒之后，在电池盒内部仍需要托杆机构将下次人工放上去的电池托住。但是，

37、这就需要托杆机构自动恢复原位将新添加的手机锂电池托住，而不是人工操作，故而，在设计托杆机构的时候，配置的弹簧机构会使得托杆机构自动恢复原位。托杆机构恢复原位之后，当人工重装电池之后，便会重新再检测转盘的带动下运动至固定的检测位置，重新依次进行检测、分拣程序。3.3 设计难点该设计不需要软件程序进行配合，只需要对硬件尺寸进行精准设计即可。其硬件设计的难点主要在托杆机构的设计以及电池盒左右两侧上的关于分离齿轮运行的部分的尺寸设计。托杆机构设计难点在于，托杆机构需要有弹簧装置，以便于在参数检测装置退出工作状态的时候，托杆机构能够自动恢复原位。弹簧装置不能安装在会影响其他装置的运行，故而只能设计在电池

38、盒后端。电池盒跟参数检测装置上的分离齿轮运行相配合难点在于要考虑到在托杆机构退出之时，分离齿轮会直接将处于电池盒下方的电池托住，并为了对电池盒里的电池进行检测做好准备。第四章 参数检测装置4.1 主要组成部分4.1.1 分离齿轮（1） 分离齿轮功能。分离齿轮主要是用来将电池盒里的电池在经过检测之后与其他未经过检测的电池分离开来。（2） 分离齿轮设计思路。分离齿轮的设计思路是根据其功能来设计的。由于分离齿的功能是在检测过程中将电池进行分离开来，而不是机械中用来进行传动的标准齿轮，故而，其设计只要能够保证将电池进行分离即可。同时还要满足参数检测装置开始工作时，分拣齿轮位于电池中部左右，防止电池从一

39、端滑落，影响参数检测。此外，分离齿轮还要保证在将托杆装置推出电池盒的同时将电池也托住。（3） 电池的厚度仅为5mm且电池是紧挨着的，故而分离齿轮上两齿之间的距离要保证能够将两个紧挨着的电池进行分离。由于手机锂电池两长边边缘是具有圆滑的倒角的，故而，分离齿两齿之间距离可以保证在56mm之间，齿宽可以保证在0.10.5mm之间。此外，由于电池盒内部尺寸是54*35*250 mm，故而分离齿的厚度设计为40mm，有14mm的尺寸间隙是防止分离齿轮与电池盒接触过紧，从而影响电池检测工序的进行。（4） 为了保证分离齿轮与托杆机构能够顺利配合，本设计将分离齿轮托住电池时的位置定位水平位置，且与分离齿轮轴心

40、线处在同一水平面上。（5） 此外，在保证两分离齿轮的两齿与齿轮轴心线处在同一水平面上的前提下，还要保证即将要起作用的下一对齿不会与电池进行过度接触，因为过度接触会造成电池刮伤、电池被卡住等问题，故而两分离齿轮轴心距也要设计好。分离齿轮的相关参数如下：表 4.1 分离齿轮的相关参数 分离齿轮个数 2 个 齿轮外缘直径 35 mm 齿根圆直径 29 mm 齿轮内孔直径 10 mm 齿轮厚度 40 mm 两齿轮轴心距 65 mm 每一个齿的角度 20 度4.1.2 步进电机型号选择*电机最大速度选择。步进电机最大速度一般在6001000rpm。机械传动系统要根据此参数设计。*电机步距角选择。机械传动

41、比确定后，可以根据控制系统的定位精度选择步进电机的步距角以及驱动器的细分等级。一班选电机的一个步距角对应于系统定位精度的1/2或更小。注意：当细分等级大于1/4后，步距角的精度不能保证。*电机力矩选择。转动惯量计算。在旋转运动中，物体的转动惯量J对应于直线运动中的物体质量。要计算系统在加速过程中产生的动态载荷，就必须计算物体的转动惯量J盒角加速度，然后得到惯性力矩Y=J （4.1）物体的转动惯量为 （4.2）式中：为体积元，为物体密度，r为体积元与转轴的距离。单位：。以圆柱体为例： （4.3）式中，L：长度，mm D：直径。Mm ：材质密度，表 4.2常用材质密度 铜 黄铜 不锈钢 铁 铝 聚

42、缩醛 4） 将负载质量换算成电机输出轴上的转动惯量，常见旋转体转盘驱动公式如下： （4.4）:转盘的惯性矩W:转盘上物体的重量kgL:物体与旋转轴的距离mmGL:减速比（无单位）图 4.1加速度计算。控制系统要定位准确，物体运动必须有加减速过程，如下图所示。已知加速时间、最大速度，很容易算出电机的角加速度 （4.5）电机力矩计算。 （4.6）其中：为系统外力折算到电机上的力矩； 为传动系统的效率。（5） 计算步骤电池质量：19.5*50=975g=0.975kg；由公式4.3可得分离齿轮的惯性转矩：由公式4.4分离齿轮的总转动惯量：由公式4.5可得加速度：由公式4.6可得步进电机转动力矩：故而

43、，选择与带动检测转盘的步进电机型号相同的步进电机完全可以，为了与带动检测转盘的步进电机进行区别，故，将带动检测转盘的步进电机命名为“步进电机1”，带动分离齿轮的步进电机命名为“步进电机2”。步进电机2的相关参数如下表：表 4.3相关参数规格型号 56BYG250C0241 相数 2 步距角 0.9/1.8 相电流 2.4 保持力矩 1.04 重量 260 外形尺寸 56*56*544.1.3 啮合齿轮的设计（1）受力分析不计摩擦力，轮齿所受工作载荷即为沿啮合线作用的法向力Fn。因为齿向载荷的分布情况由K考虑，所以认为轮齿啮合传动时，Fn沿接触线均匀分布，并将其简化为集中力。图 4.2当小齿轮传递的扭矩不变时，Fn大小不变，方向沿啮合线垂直于齿面。将Fn在分度圆上分解成两个互相垂直的分力，即切于分度圆的圆周力Ft和径向力Fr。 (4.7)若已知P1、n1 Nm 图4.3主动轮上Ft1与圆周速度相反，从动轮上Ft2与圆周速度相同。外啮合齿轮传动Fr1 、Fr2指向各自轮心。(2)齿根弯曲疲劳强度计算1. 齿根弯曲应力计算图4.4因为齿轮轮缘刚性较大，所以可将齿看成宽度为的悬臂梁，并以此作为推导齿根弯曲应力计算公式的力学模型。1).危险剖面及其位置