汽车喇叭的小型螺钉自动拧紧系统研究

摘要

由于便于拆装、可重复使用大部分零部件均采用螺纹联接，尤其在汽车行业中应用广泛。目前，很多企业零部件的装配采用气动扳手或者电批，这些工具采用扭矩法，仅根据操作者的直观感觉进行控制预紧力，拧紧精度低，对螺栓材料的利用率也是非常低的，达不到轴向预紧力要求值，力分布也不均匀。针对这种状况，将采用精度更高、适用性更强的扭矩/转角控制法对拧紧系统进行设计，这对提升装配质量具有重要的意义。
　　小型螺钉拧紧系统融合了机械设计、检测以及控制技术，是机电一体化产品。本设计以机电一体化系统设计思想作为指导思想，站在系统的高度，采用系统功能分析法，对拧紧系统的工作原理进行了功能分析，依托现代设计方法和系统设计方法，通过“黑箱”法、模糊评价法对系统制定出总体方案。
　　本系统对二齿差行星传动采用有约束条件的优化方法，运用Matlab优化工具箱中的fmincon函数进行最佳的模数、变位系数以及齿厚运算求解，采用CATIA软件进行实体建模并运用ADAMS进行运动学和动力学仿真分析;对内外环伺服控制系统设计主要建立系统的数学模型，内环交流伺服电机采用矢量控制，外环采用模糊控制，并且运用SIMULINK模块进行系统仿真分析。
　　通过优化设计使传动机构达到体积减小，重量减轻的目的;运动学仿真分析得到该机构运行平稳，输出角速度准确;动力学仿真分析所受到的圆周力和法向力大小，与理论设计值一致。SIMULINK系统仿真分析结果显示内环响应速度快，外环无超调，系统具有很高的自适应性和稳定性。最后通过测量实际扭矩值，验证了此系统设计合理，拧紧精度高，达到了设计目标。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 拧紧机的发展现状

1．2．2 螺纹拧紧技术的发展

1．2．3 机电一体化技术的发展

1．3 课题研究的来源和主要内容

第2章 拧紧系统总体方案的设计

2．1 预紧力控制原理

2．2 自动拧紧系统构成与控制原理

2．3 拧紧系统的功能分析法

2．4 设计方案的确定

2．4．1 设计任务的抽象化以及功能结构分析

2．4．2 系统的评价与决策

2．5 本章小结

第3章 拧紧系统的机械系统设计

3．1 动力源的选型

3．2 传动机构设计

3．2．1 工作原理

3．2．2 传动机构的优化设计

3．2．3 运动学仿真分析

3．2．4 动力学仿真分析

3．3 拧紧装置设计

3．4 升降装置选型

3．5 扭矩传感器

3．6 本章小结

第4章 拧紧系统的控制系统设计

4．1 整体控制方案

4．2 转速环控制系统设计

4．2．1 永磁同步电机数学模型

4．2．2 永磁同步电机控制策略

4．3 扭矩环控制系统设计

4．3．1 减速机构和拧紧装置的数学模型

4．3．2 外环扭矩控制策略

4．4 控制系统仿真

4．5 PLC控制系统的硬件设计

4．6 拧紧系统的软件设计

4．7 拧紧系统的扭矩测量与结果分析

4．8 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢