汽車變速箱裝配自動測量系統的設計與實現

蔚哲

摘 要：汽車變速箱是汽車動力傳輸系統中重要的一部分，汽車變速箱的質量會直接影響汽車的質量，提高變速箱的裝配質量也會相應的提高汽車質量。

關鍵詞：汽車變速箱裝配;自動測量系統;設計與實現

0 引言

本文基于汽車變速箱的裝配過程中零部件分裝的測量問題設計并實現變速箱裝配自動測量系統。目的是將計算機技術和自動化技術結合，運用到汽車變速箱裝配測量過程，通過提高變速箱零部件裝配過程測量技術，提高變速箱的裝配質量和效率，同時為變速箱裝配技術的數字化與自動化提供一定的思路。

1 汽車變速箱作用和工作狀態

手動變速箱的齒輪組可以分為主動齒輪和從動齒輪。主動齒輪負責帶動從動齒輪轉動。主動齒輪為小直徑齒輪，從動齒輪為大直徑齒輪的情況下，車輪的轉動速度較慢，但是可以輸出較多大的轉矩。比如在汽車起步的時候，需要克服輪胎與地面的靜摩擦力，需要較大的轉矩，這種情況下就需要小齒輪帶動大齒輪，也即大齒輪比。隨著從動齒輪直徑的減小，轉矩也會隨之減小，車速會隨之增加，比如二擋或者三檔的齒輪組，比較適用于交通狀況較為復雜的行駛情況。當從動齒輪直徑縮小到與主動齒輪直徑相同時與速度都比較理想并且能量利用率較高此時的齒輪比為1，這種狀態下的扭矩也稱為直接擋，適合日常行駛。齒輪直徑小于主動齒輪直徑的時候，齒輪比大于1，此時會產生小的轉矩當從動，較大的速度，適合在路況好的情況下行駛，并且這種行駛狀態下會比較節省燃油。

2 測量系統簡介

測量系統硬件主要包括PLC、電源模塊、ET200X模塊、5120驅動器、RFID、人機界面、測量機等。測量系統功能包括，各部分協調控制，信息傳遞，數據傳遞，數據存儲、計算，信號量轉換等功能，下面介紹相應功能用到的硬件設備。

其中HMI（Human Machine Interface）為人機界面，用于操作人員與測量系統之間的信息交互，主要進行測量任務的選擇。PLC （Programmable LogicController）為可編程邏輯控制器，用于自動化控制的數字運算控制器，可將控制指令載入內存進行存儲與執行。測量機是可以運行測量軟件的Windows計算機，具有能夠進行數據處理能力。傳感器采集盒的作用是將傳感器采集到的數字信號進行轉換為計算機可處理了的數據，本次測量系統中使用的傳感器采集盒為16通道的NH 111數據采集器，通過數據采集器將傳感器信號轉換為計算機能夠處理的數據信號，方便計算機對測量數據后續的分析整理以及存儲。

3 自動測量系統的設計與實現

3.1 現場總線技術簡介

PROFIBUS總線是全球化的總線標準，使用、安裝都不依賴于現場設備，適應性比較強，在車間級現場監控和電氣設備的數據通信領域都有廣泛的使用。PROFIBUS總線技術能夠實現從間級的監控到現場電氣設備的分散控制，解決了車間級的電器設備的管理控制問題。PROFIBUS總線適用性強、傳輸效率高，傳輸里程遠。

PROFIBUS總線組成有ProfiBus-FMS，ProfiBus-DP，ProfiBus-PAo ProfiBus-FMS總線周期小于100ms，適用于車間級的網絡結構。ProfiBus-FMS總線通常采取主從方式，主要用于完成主控制器與現場電氣設備的數據通訊。ProfiBus-DP總線使用首層通訊協議和接口，能夠保證數據快速性、有效性的傳輸。ProfiBus-DP總線速度快、成本低，較多地用于系統設備層與分布式模塊之間的通訊。ProfiBus-PA總線模型可使傳感器模塊和任務執行模塊連接到同一條總線，較多地用于過程控制。

3.2 STEP編程語言

（1）梯形圖（LAD）：表現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上演變而來。梯形圖程序表示邏輯直觀、形象、易于問題查找判斷。梯形圖實用性高，是應用最廣泛的圖形編程語言之一。

（2）語句表（STL）：語句表的形式和匯編語言的文本語句相似。語句表的程序是由多條語句組成。當有梯形圖或者功能塊表達不清楚的邏輯的時候，會使用語句表表示，語句表會比較方便表達。

（3）功能塊（FBD）：通常控制邏輯圖通過邏輯符號表示，當有復雜的功能時，需要指令框表示指令。在功能塊中使用符號編輯器定義全局變量，數據類型，也有注釋功能，可注釋定義的符號的意義。全局變量可應用于所有程序，并且在參數變化時會自動識別。

3.3 測量系統主控制邏輯程序塊

每個測量工位的測量任務不同，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、母件傳感器到位檢測、工件傳感器到位檢測、標定工件、基礎母件測量啟動、最大母件測量啟動、工件測量啟動。

3.4 PLC與測量機通訊模塊

PLC與測量機的通訊通過功能塊FB405和DB405實現。其中，PLC與測量機交互的輸入和輸出數據存放到功能塊DB406中，PLC接收測量機的數據存放到DB407。同樣以SA100工位通訊實現為例，SA100工位實現的是輸出軸總成與差速器總成的測量。SA100工位PLC和測量機定義了16個字節的I/O變量區，32個字的數據區。

在測量結束后PLC將測量機數據寫到MOBY中，由于PLC與測量機交互的輸入和輸出數據存放到功能塊DB406中，需要在FB405功能塊中通過接口IN/OUT變量，將DB405中與測量機的I/O信號先映射到FB405的IN/OUT中，最終再賦值到DB406中。

4 結語

汽車傳動系統零件的質量將會影響汽車行駛過程的表現，因此汽車傳動系統零件的裝配質量很重要。保證汽車傳動系統零部件的制造精度以及整體的裝配質量能夠提高汽車行駛的舒適性以及平穩性。作為協助汽車發動機工作的重要部分，汽車變速箱的工作表現同樣能夠直接影響汽車行駛的表現。

參考文獻：

[1]范國良，李愛平，劉雪梅，等.基于信息熵和Lempel-Ziv的生產線復雜性測度與線平衡[J].同濟大學學報（自然科學版），2018，46（02）：

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