步進電機控制凸輪軸論文.doc

簡介發(fā)動機是汽車的心臟，其性能對汽車整車性能有決定性的影響。凸輪軸是發(fā)動機關(guān)鍵零部件之一，其產(chǎn)品質(zhì)量對發(fā)動機的性能特別是發(fā)動機功率、凸輪挺桿摩擦副的壽命、配氣機構(gòu)的工作狀態(tài)都有很大的影響。因此，解決凸輪軸檢測問題特別是凸輪升程測量問題，穩(wěn)定和提高凸輪軸生產(chǎn)質(zhì)量，一直是汽車生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重點之一。在現(xiàn)有工廠的實際凸輪檢測中，輪廓度的檢測主要使用通、卡規(guī)的方法，而對稱度主要適用打表法，這兩種測量方法都無法對凸輪的整個輪廓或部分敏感段進行精確而全面的測量。本論文提出用步進電機控制凸輪軸回轉(zhuǎn)，同時用高精度直線光柵尺采集主軸回轉(zhuǎn)時的徑向尺寸，直線光柵尺將由固定在豎直方向的滾珠導軌的滑塊帶動上下移動，用步進電機控制，實現(xiàn)不同凸輪徑向尺寸的測量。直線光柵尺測量的信號通過數(shù)據(jù)采集卡采集后由AD轉(zhuǎn)換，將采集到的數(shù)據(jù)輸入計算機處理。數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)采用LabVIEW制作的虛擬儀實現(xiàn)，從而描繪出凸輪實際升程曲線，用該曲線與凸輪軸凸輪的升程理想曲線進行對比，從而判斷出凸輪軸是否失效，是否可再制造。關(guān)鍵詞：凸輪軸；步進電機；數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)處理正文一引言1.凸輪軸檢測的意義凸輪軸是摩托車、汽車、飛機等發(fā)動機的核心部件,它的功能是保證發(fā)動機正確的配氣相位和按一定規(guī)律控制氣門組定時開、閉。凸輪軸上各凸輪的尺寸和形狀是影響氣門開閉間隙大小和配氣效率的主要因素。因此,凸輪軸的設(shè)計和加工質(zhì)量的好壞直接影響發(fā)動機的性能,而凸輪軸的測量精度是保證凸輪軸成品質(zhì)量的重要因素之一。但由于凸輪軸的測量項目多,數(shù)據(jù)處理量大,誤差分離困難,測量周期長,基準難以重合,一直是汽車生產(chǎn)企業(yè)關(guān)注的重點。2.近年來國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)從20世紀80年代初期開始有幾家單位研制過凸輪軸檢測儀，上海磨床研究所采用單片機控制的單側(cè)頭式凸輪軸測量儀；武漢工學院研制過采用分度頭、阿貝頭和底座等構(gòu)成的凸輪測量儀；第二汽車廠研制過用于檢測內(nèi)燃機上對稱和非對稱凸輪升程曲線的檢測儀，但是一直沒有成行的產(chǎn)品。在國外70年代末就推出了全自動的專用凸輪軸檢測儀：如美國ADCOLE公司的凸輪軸自動檢測儀，采用超高精密的機械裝置，高精度傳感器技術(shù)，處于國際領(lǐng)先水平，但是價格昂貴。此外，世界上工業(yè)發(fā)達的國家都進行了自動凸輪軸檢測設(shè)備的開發(fā)，國外的先進檢測設(shè)備普遍具有精度高、檢測速度快等優(yōu)點。但是由于這些設(shè)備的價格定位比較高，所以目前國內(nèi)廠家能夠引入這些設(shè)備的不是很多。二凸輪軸測試平臺自動控制設(shè)計1凸輪軸測試平臺控制基本方案根據(jù)設(shè)計要求，被測凸輪軸裝夾部件頂針的上下移動、被測試凸輪軸在凸輪軸測試平臺上的旋轉(zhuǎn)和凸輪升程曲線測試測頭的上下移動確定為通過步進電機控制。步進電機控制電路可以分為控制模塊、電源模塊、鍵盤模塊、電機驅(qū)動模塊、步進電機部分。步進電機控制電路基本模塊方框圖如圖2.1.1所示。鍵盤模塊電機驅(qū)動模塊步進電機電源模塊控制模塊圖2.1.1步進電機控制電路基本模塊方框圖2.系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)（一）步進電機介紹隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進步，在自動化控制、精密機械加工、航空航天技術(shù)及所有要求高精度定位等高新技術(shù)領(lǐng)域，步進電機的得到了廣泛的應(yīng)用。步進電機是一種將脈沖信號轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。若在其輸入端輸入有規(guī)律的脈沖信號,就能驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向移動一定的距離或轉(zhuǎn)動一個角度（稱為“步距角”）。從結(jié)構(gòu)上步進電機分為單相、雙相、三相、四相、五相、六相等多種。本次設(shè)計使用步進電機分為A、B、C、D四相繞組，每相通電一次稱為一拍。四相步進電機根據(jù)不同的通電規(guī)律可分為幾種工作模式：、四相單四拍：A-B-C-D；、四相雙四拍：AB-BC-CD-DA；、四相單八拍：A-AB-B-BC-C-CD-D-DA；、四相雙八拍：AB-ABC-BC-BCD-CD-CDA-DA-DAB。（二）步進電機驅(qū)動模塊步進電機的驅(qū)動電路采用常用的電動機驅(qū)動芯片L298，L298N為SGS-THOMSONMicroelectronics所出產(chǎn)的雙全橋步進電機專用驅(qū)動芯片(DualFull-BridgeDriver)，內(nèi)部包含4信道邏輯驅(qū)動電路，是一種二相和四相步進電機的專用驅(qū)動器，可同時驅(qū)動2個二相或1個四相步進電機，內(nèi)含二個H-Bridge的高電壓、大電流雙全橋式驅(qū)動器（其芯片引腳圖如圖2.2.1所示）。圖2.2.1L298芯片引腳圖L298能夠接受標準的TTL電平控制信號，驅(qū)動電機。L298操作時能提供的電壓能達到46V，直流電流4A，具有過熱保護功能，邏輯“0”的輸入電壓達到1.5V。L298在控制器的控制下驅(qū)動一個步進電動機，控制器產(chǎn)生L298所需的控制信號，以控制步進電機的運動狀態(tài)。為了防止定子繞組的電感作用，使得電流切換時產(chǎn)生過電壓，步進電機每相繞組兩端都須并聯(lián)一個在換相時起續(xù)流作用的肖基特二極管。步進電機驅(qū)動電路原理圖如圖2.2.2所示。123456789101112131415L298A?*D0DIODED1DIODED2DIODED3DIODED4DIODED5DIODED6DIODED7DIODEGND+5+5GND+24V+24VGNDP1.0P1.1P1.2P1.3ABCD圖2.2.2步進電機驅(qū)動電路在驅(qū)動電路中，如果采用L297和L298芯片組合驅(qū)動（如圖2.2.3所示）來作為步進電機的驅(qū)動電路可以節(jié)省了單片機IO端口的使用，但是這樣的話會降低整個驅(qū)動和控制電路的性價比，同時也使得電路復雜化，控制程序復雜化，所以本設(shè)計中采用兩個L298芯片來分別驅(qū)動兩個步進電機。圖2.2.3L297和L298的組合驅(qū)動圖3.硬件控制模塊本設(shè)計中采用的控制芯片是AT89C51，AT89C51是美國A