基于三菱PLC控制的双质量飞轮检测系统.pdf

基于三菱 P L C控制的双质量飞轮检测系统 口侯浪 口朱启庚 口马志颖 武汉理工大学 机电学 院武汉4 3 0 0 7 0 摘要设计 了一套双质量飞轮扭转检测装置 ， 利用三菱 P L C进行控制和数据处理 ， 应用 M C G S 进 行组 态和界 面编 程 ， 最后利 用工控机、 打印机显示及打印输 出扭转特性的检 测结果 。 关键词 双质量飞轮扭转 特性Q 系列 P L C 中图分类号 T H 8 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 4 9 9 8 2 0 0 8 0 2 0 0 6 1 0 2 1 概 述 每个 人 都 想乘 坐 一 辆舒 适 安 静 的汽 车 ， 而 汽 车传 动 系统属 于 多 自由度扭 转振 动 系统 ， 发 动机 、 离 合器 和 变 速器轴 系 的扭振 及其 产生 的 噪声是 影 响汽车 乘坐舒 适 性 的重 要 因 素 。 为 了能 使 汽 车在 各 种行 驶工 况 下减 少 振 动 、 降低 噪声 ， 提 高 汽车 的乘 坐舒 适性 ， 采用 有扭 转 减 振 作 用 的 双 质 量 飞 轮 十 分 重 要 ， 它 能 够 通 过 调 节 系统 固有频 率 ， 将 系统 主要 的低 阶共振 临界 转 速移 出 常用 车速范 围 ， 利 用 阻尼减 小振 幅 ， 降低 传动 系统 的怠 速噪 声 ， 缓 和特殊 工 况下 的冲 击载荷 。 装 备 了双质 量飞 轮 式 扭 转 减 振 器 的 德 国 B MW3 2 4 D汽 车 曾 被 称 为 是 “ 世 界 上 最 安 静 的 柴 油 车 ” 。 双 质 量 飞 轮 式 扭 转 减 振 器 的 基 本 结 构 有 3 大 部 分 见 图1 第 1 质量 第 1 飞 轮 、 第2 质 量 第2 飞轮 和两 质量 飞轮 之 间 的减振 器 。 第 1 质 量 与发动机 曲轴 输 出 端 法 兰盘 相联 接 ； 第 2 质 量 通 过轴 承 一般 为深 沟 球轴 承 安 装在 第 1 质 量 上 ， 第 2 质 量 上 又安 装有 离合 器 等 ； 第 1 、 第2 质量 之 间通过 减振器 相 联 ， 减 振器 由弹性 元 件 和 阻尼元 件组 成 ， 它们 之间可 以相 对转 动 。 收稿 日期 2 0 0 7 年9 月 a b 机 械 制 造 4 6 卷 第 5 2 2 期 双 质 量 飞 轮 一 般 采 用 粘 性 油 脂 阻 尼 ， 润 滑 螺 旋 弹 簧 ， 使 飞 轮 两 质 量 间 可 有 较 大 的 相 对 扭 转 角 2 0～ 4 5 。 ， 可传 递 较 大 转矩 0～5 0 0 Nm 。 在 双 质 量 飞 轮开 发 生产 过程 中 ， 产 品 的质 量 仅 靠理 论 分 析 和经 验 指导 是不够 的 ， 最终 还是要 进 行试 验 ， 汽 车零 部件 试 验通 常 在 台 架 上 进 行 ， 试 验 可 以 模 拟 在 车 行 中 的任 何 情 况 。 双 质 量 飞 轮 的 质 量 检 测 也 要 进 行 台 架 式 试 验 。 双 质量 飞 轮 的扭 转 特性 最 为 重要 ， 主 要 参 数有 极 限 转 角0 ⋯极 限 转 矩 一 角 刚 度 等 ， 所 以 本 试 验 检 测 系 统 主 要 检 测 双 质 量 飞 轮 的 扭 转 特 性 并 绘 制 出 特性 曲线 图 ， 得 出我 们需要 的检验参 数 以供 分析 。 2 试验机械系统设计 模 拟 发 动 机 提 供 动 力 的 为 三菱 变 频 调 速伺 服 电 机 。 型 号 HC ． S Y S 3 5 2， 额 定输 出转 矩 为 1 1 ． 1 Nm， 而双质 量飞 轮极 限转 矩最 大 可达4 0 0 Nm， 所 以应 考 虑变 速 以 提高 转矩 。 双质量 飞 轮角 刚度 的检 测对 转速 要求 很低 ， 蜗 轮蜗 杆 传动 适 合低 速 场 合 ， 而 且 可 以获 得很 大 的传 动 比， 传 动部分 采用 蜗轮 蜗杆 一级 变 速 即可满 足要求 ， 取 蜗轮 蜗杆传 动 比 i 41 、 模数 5 mm、 蜗 杆齿 数 1 。 整 个 系统 的结 构 布 置 见 图 2 。 2 0 0 8／2 回 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 整个 传 动 系统 对 同轴 度要 求 比较 高 ， 用 两组 轴 承 来支 撑轴 ， 一端 轴承 支撑 靠 近蜗 轮 ， 另一 端轴 承支撑 靠 近 双 质 量 飞 轮 。 要测 双 质 量 飞轮 两 个 质 量之 间的 相对 转 动 ， 必 须 先把 副 飞轮 第 2 质 量 周 向 固定 ， 相 当于 负载 ， 伺 服 电 机 模 拟 汽 车发 动 机带 动轴 使 主 飞 轮 第 1 质 量 摆 动 。 所 以 把 副 飞 轮 安 装 在 支 撑 板 上 ， 用 周 向 均 布 的 螺 栓 紧 固 。 3 试验 测控系统设计 利用 _-- 菱 MRJ 2 S伺服 放 大器 控 制伺 服 电机 ， 可 实 现变 频调 速 ， MRJ 2 S伺 服放 大 器 与三菱 P L C连接 通 信 。 见 图2 ， 系统最 右 端轴 上装 有 电位计 式角 位移 传感 器 ， 用来 测量 双质 量 飞轮两 质量 之 间 的相 对转 角 。 系统 中 间 部 分 有 一 薄 壁 圆 筒 ， 材 料 为 4 0 Cr ， 上 面 贴 4 组 电 阻 应 变片 ， 组成 一个 电阻应变 式扭 矩 传感器 ， 本 传感 器采 用 等 臂 全 桥 差 动 电路 如 图3 ， 电 桥 输 出 电压 为 带 一 系统采 用 三菱 Q6 4 AD模 块进 行模 数转 换 ， 要 求 接 收 电压在 0～5 V之 间 ， 所 以此 传感 器 采集 的 电压 信 号 还不 符 合 转换 要 求 ， 应 采 用 了一 级 正 向放 大 电路 进 行 放大 ， 放大 到要 求范 围 。 传 感 器 收 集 到 的 信 号 经 过 A／ D 转 换 输 入 三 菱 Q 0 2 H C P U进行 处理 ， 测控 系统 框 图如 图4 所 示 。 HC S F S 3 5 2 伺 服 电机 由 MR J 2 S伺 服 放 大 器 控 制 变 频 调 速 ， 而 Q D7 5 P 1 定 位 模 块 则 主要 控 制 伺 服 电机 2 0 1 1 8／ 2 转 动 的位 置 。 例 如 设 定 伺 服 电机 转 动 一 周 3 6 0 0 0 个 脉 冲 ， 设定 起始 位 置的定 位 数据 ， 根据 以后 发 脉冲个 数 的 多 少 可 以 准 确 了解 伺 服 电机 转 过 的 角 度 。 三 菱 电 源 模 块 、 Q0 2 H C P U模 块 、 Q 6 4 AD模 块 、 QD7 5 P 1 定 位模 块 通过 基板 电路 相连 接 ， Q0 2 H C P U再 通 过一根 R S 2 3 2 串 口线 与工 业计 算机 通信 。 4 智能监控输出实现 出 于 安 全 和 抗 干 扰 考 虑 ， 试 验 检 测 系 统 配 置 高 性 能 工 控 机 一 台 ， 喷 墨 打 印 机 一 台 ， 监 控 系 统 开 发 平 台 为 Wi n d o w s XP操作 系统 ， 上 位监 控 软件 采用 MC G S 5 ． 5 组 态 ， 所 编 辑 的功 能 界 面 主要 包括 数 据 显示 、 报 警处 理 、 组态维 护3 个方 面的 内容 ， 试验 监控 系 统人机 界 面流程 见图 5 。 5 结束语 双 质量 飞轮 对 汽车 振 动 的减 少 、 噪声 的降 低 有着 重 要作 用 ， 作 为行 车 中使 用最 频繁 的部 件 之一 ， 双质 量 飞 轮 的检测 研究 意义 重大 。 本 系统 可 以根据 实 际需要 ， 对 双 质 量 飞轮 的 摆动 频 率 、 转 动 角位 移 以及 摆动 次 数 进 行设 定 ， 以满 足不 同工 况时 扭转 性能 的 检验 ， 如果把 摆 动 次数 设 为 5l 0 s 以上 ， 还 可 以进 行 双 质 量 飞 轮 的 扭转 疲 劳试 验 。 另 外 由于 采用 了 三菱 Q系列 P LC进 行 控制 和数据 处 理 ， 使 得本 系统 与传 统试 验 机相 比 ， 无 论 是从 稳定性 还 是可靠 性 、 精 确性 方 面都 有显 著 的提高 。 参 考 文 献 1 蒋和生． 基于虚拟仪器的汽车离合器从动盘总成性能试验机 的开发【 J 】 ． 机床与液压， 2 0 0 6 ， 8 ． 2 徐石安， 江发潮． 汽车离合器【 M】 ． 北京 清华大学出版社， 2 00 5． 3 三菱 Q系列 P L C用户手册【 z 】 ． △ 编 辑 禾 禾 机械制造4 6 卷 g 5 2 2 维普资讯 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m