贝加莱学界联盟竞赛实验装置说明指导书.doc

[贝加莱学界联盟竞赛实验装置阐明书]

日期：2024年5月27日

版本信息：
版本
日期
作者
描述
0.00
-3-13
Zhouj
第一版

1概述 3
2部件简介 4
2.1模型硬件清单 4
B&R硬件 4
模型成品零件 5
模型加工零件 6
工具及配件 6
2.2模型零件 7
行星齿轮减速电机 7
分体式编码器 8
弹性联轴器 9
弹簧 9
底座及支撑脚 9
电机立式支撑 10
质量体立式支撑 11
轴承 12
转动块与转轴 12
2.2 B&R硬件 13
PLC模块 13
电源 15
3安装及阐明 16
3.1 模型安装 16
底座与底座支撑脚安装 16
轴承与转动块立式支撑组合 17
底座与转动块立式支撑固定 18
质量体转动块及转轴与支撑间安装 19
立式支撑上编码器安装 20
编码器安装 22
电机与电机安装板连接 25
电机与质量体转动块连接安装 26
拉簧安装 27
3.2 B&R安装 27
PLC模块安装 27
PLC接线图示 29
X20CP1484-1接线图 30
X20MM2436 32
X20DC1976 34

1概述

三块大小不一圆柱形质量体分别通过中心轴固定在立式支撑架上（支撑架固定在底座上），并且三个质量体中心轴线处在一条水平线上。质量体从左数起：第一块和第二块、第二块和第三块之间通过具备一定柔性弹簧连接（弹簧柔性和弹性可足以带动轴和质量体运动）。第一块质量体左端直接与直流电机（带减速器）连接，电机转动则可以驱动三块质量体转动。为了检测质量体状态（转动角度和速度），在第三块质量体右侧安装了编码器（上图第三块质量体右侧支撑架上黑色某些），此外在其他两块质量体右侧支撑架及电机左侧也留有编码器安装位置。

2部件简介
2.1模型硬件清单
B&R硬件
序号
订货号
描述
单台数量
0.01
X20CP1484
X20 CPU,
Celeron 266 compatible,
32 MB DRAM，1 MB SRAM,
exchangeable application memory:
CompactFlash,
1 insert slot for
X20 interface modules,
2 USB interfaces,
1 RS232 interface,
1 Ethernet interface 10/100 Base-T,
1 POWERLINK V1/V2 interface,
incl. power supply module,
TB12 terminal block and slot covers,
X20AC0SR1 X20 end plate right included,
order program memory separately.
CPU模块
1
0.02
5CFCRD.0512-06
CompactFlash 512 MB B&R
CF卡，系统及应用程序储存介质
1
0.03
X20MM2436
X20 PWM motor module,
module supply 24-39 VDC ±25%,
2 PWM motor bridges,
3 A continuous current,
3.5 A peak current,
4 digital inputs 24 VDC，sink,
can be configured as
incremental encoder
直流电机控制模块，与直流电机相连
1
0.04
X20BM31
X20 bus module
for double-width modules,
internal I/O supply is interconnected
X20MM2436模块底座
1
0.05
X20DC1976
X20 digital counter module,
1x ABR，5 V single ended,
250 kHz input frequency,
4x evaluation,
encoder monitoring,
NetTime module
编码器接受模块，编码器信号接入其中
2
0.06
X20BM11
X20 supply bus module,
internal I/O supply is interconnected
X20DC1976底座模块
2
0.07
X20TB12
X20 Terminal block 12-pin
X20端子排
3
0.08
0PS1050.1
24 VDC power supply，1-phase,
5 A，input 100 - 240 VAC,
wide range，DIN rail mounting
24V 5A开关电源
1
0.09
0FMB02.01
Flexible Mounting Board，2 DIN Rails
PLC安装板及导轨
1
0.10
0FMH00.01
Flexible Mounting Board Holder
导轨支撑脚
2

模型成品零件
序号
名称
型号
单台数量
阐明
1.01
空心杯直流电机
MAXON 144029+226806
1
减速器减速比14:1，电机额定扭矩27.1mMN，电机额定转速7680转
1.02
分体式编码器
瑞普HKT 3004-C03G-1000B-5E
2
孔径4mm，1000线每圈，5V，电缆50cm，盖子有10mm通孔，包括码盘一种、带电缆收发器一种、外壳、外壳底座一种、2个M2.5X6十字固定螺丝两枚
1.03
联轴器
瑞普BR-4X5-D20L25
1
外径20，长25，顾客孔径4及5，夹紧式，连接减速电机及转动中轴
1.04
轴承
624zz
6
双侧防尘盖，4X13X5规格为内径*外径*厚度(普通已安装在立式支撑中)
1.05
拉簧
-
2
0.8*10*45规格为丝径*外径*长度
模型加工零件
序号
名称
单台数量
2.01
底座
1
2.02
底座脚
2
2.03
电机立式支撑
1
2.04
质量体立式支撑
6
2.05
转动中轴
3
2.06
转动块42mm
1
2.07
转动块32mm
1
2.08
转动块24mm
1
底座及底座脚、转动块及转动中轴普通已互相固定安装完毕。
工具及配件
序号
名称
单台数量
描述
3.01
M1.2内六角扳手
1
用于编码器码盘M2.5紧定螺丝拆卸
3.02
M1.5内六角扳手
1
用于转动块M3紧定螺丝拆卸
3.03
M2内六角扳手
1
暂无使用
3.04
M2.5内六角扳手
1
用于联轴器及电机上M3内六角螺丝拆卸
3.05
M3内六角扳手
1
暂无使用
3.06
M4内六角扳手
1
用于底板上固定有关M5螺丝拆卸
3.07
M5内六角扳手
1
暂无使用
3.08
SM 2.5mm 2P连接器套
1
SM 2.5mm 2P连接器套，用于连接直流电机模块至电机电缆连接(已经安装)
3.09
内六角圆柱头螺钉M5X12
4
M5长度为12，固定底座脚及底座（已经安装）
3.10
内六角圆柱头螺钉M5X20
14
M5长度为20，固定电机安装板、转动轴支撑至底座
3.11
内六角圆柱头螺钉M3X12
4
M3长度为12，固定减速电机至电机安装板
3.12
内六角圆柱头螺钉M2X6
6
M2长度为4，固定编码器外壳至立式支撑(已经安装)
3.13
凹端紧定螺丝M3X3
6
M3长度为3顶丝，固定转动块至转动轴(已经安装)
3.14
平垫圈M5
14
M5螺钉用垫圈，配合内六角圆柱头螺钉M5X20使用
3.15
平垫圈M2
6
M2螺钉用垫圈，配合内六角圆柱头螺钉M2X6使用(已经安装)
3.16
平垫圈M3
4
M3螺钉用垫圈，配合内六角圆柱头螺钉M3X12使用
3.17
24V电源电缆
1
约40CM红黑线，连接24V电源至X20CP1484-1电源端子
3.18
电机电源电缆
1
约40CM红蓝线，一端带有SM2.5连接器母头，连接电机使用
3.19
CPU跳线
1
约4CM红线，用于X20CP1484-1电源端子内部跳线
3.20
电机模块跳线
1
约5CM红黑线，用于X20CP1484-1电源端子与电机模块X20MM2436端子跳线
2.2模型零件
行星齿轮减速电机

Maxon空心杯直流有刷电机及行星齿轮减速器组合（Maxon订货号144029+226806）
提供模型转动块动力来源，整个控制系统执行器重要某些。电机连接线电缆上安装了连接器，以便与PLC控制模块分离。
电机及减速器详细资料参数可参照附带文档。
分体式编码器

编码器安装于电机直连质量体（驱动端）以及末端质量体（负载端），分别检测驱动端和负载端位置变化或速度变化。
整套编码器包括码盘一种、带电缆编码器一种、外壳、外壳固定座一种、M2.5X6十字固定螺丝两枚，用于将收发器固定到外壳固定座上；
码盘孔径4mm，辨别率1000线每圈；
编码器工作电压及信号5V，电缆50cm；
外壳上有10mm通孔，以便转动轴从中穿出。
弹性联轴器

连接减速电机及第一块转动块，消除加工及安装引起电机输出轴及转动轴不同轴误差，传递电机输出扭矩。
弹簧

规格：0.8×10×45，用于连接转动块，构成弹性系统。实验室可以自行挑选适当弹簧。

底座及支撑脚

整个模型固定基座，用于固定电机安装板、转动质量体立式支撑。图中圈出位置为默认各支撑体安装位置，第二质量体左右两组螺纹孔为预留安装孔位。
本次竞赛原则上只使用两块质量体，可以将原本第三质量体安装位置调节到第二质量体位置，第二质量体不使用。

底座支撑脚。
电机立式支撑

用于电机固定。
质量体立式支撑

用于固定轴承，共有两种，两块配合可以支撑起一种质量体转动块。图中右侧支撑留有3个安装螺纹孔，用与固定分体式编码器外壳。

上图为安装了编码器固定座立式支撑
轴承

规格：内径4mm、外径13mm、厚度5mm，配合转轴能固定在立式支撑中，并能自由转动。
转动块与转轴

共有3块转动块，中间配有转轴，安装轴承后能自由转动，两头留有通孔，以便弹簧连接；此外也是联轴器、分体式编码器码盘安装载体。
2.2 B&R硬件

B&R硬件重要由CPU模块、直流电机控制模块、编码器模块、底板端子排，以及开关电源、导轨安装板等构成。
PLC模块
图中自左向右硬件分别为：X20CP1484-1、X20MM2436、X20DC1976、X20DC1976

电源

0PS1050.1，24V 5A开关电源。

3安装及阐明
3.1 模型安装
底座与底座支撑脚安装

如图所示，加以M5螺钉将底座与支撑脚安装固定在一起即可。
轴承与转动块立式支撑组合

直接将轴承按入立式支撑13mm孔中即可。

底座与转动块立式支撑固定

底座上留有螺纹位置孔，将立式支撑如图平放于地址之上，加以M5螺钉及垫片固定即可，立式支撑上腰孔给先后配合及组装增长一定灵活度。
注意，请将两个立式支撑与质量体转动块连接组合，调节到适当位置后，再固定支撑上M5螺钉。

质量体转动块及转轴与支撑间安装

将转动轴插入轴承内孔即可。注意较短一头插入左边支撑，较长一头插入右边支撑。

立式支撑上编码器安装

立式支撑(右)上带有螺纹孔上先垫3个M2平垫圈（编码器读头安装螺钉拧入后也许会略顶出，因此需要用垫片垫出一定间隙）；

将编码器外壳底座某些平放于支撑上，对准三个螺纹孔，使用M2螺钉拧紧即可（塑料件，请勿使用过大扭力！）

将装配好立式支撑(右)与之前安装好某些组合在一起。（仅第一质量块和第三质量块）

编码器安装

先将编码器码盘安装至转动轴上，不必紧固。码盘取用时请务必小心，不要将表面划伤。

将编码器如图中所示，小心嵌入码盘，然后两者一同推向底板侧，将收发头上凸起与底板上相应孔对准后，使用编码器附带M2.5螺钉固定至底板上；再检查码盘，使其平面位于收发头凹槽之间，尝试转动使其不会遇到两端后，将码盘上紧定螺钉固定于转动轴上；

盖上编码器塑料外壳，完毕组装。

电机与电机安装板连接

将电机减速器凸台嵌入电机安装板后，使用4个M3螺钉及垫片固定之。

电机与质量体转动块连接安装

先将联轴器4mm侧套入转动块一侧。

再将电机安装板放于底板之上，小心将联轴器对准电机输出轴，并向左推至适当位置；将电机立式支撑固定至底板之上；将联轴器推至适当位置，使之能充分与两端轴连接；拧紧联轴器两端M3紧固螺钉。
连接完毕后，可以用手慢慢转动电机背后输出轴，感受旋转一圈时受到阻力与否均匀，如果在某些位置感觉阻力较大，普通是安装问题导致，可以略拧松电机及质量体转动块支撑，稍加调节使其均匀后再拧紧即可。
拉簧安装
借助尖嘴钳等工具将弹簧套入转动轴两头1.5mm通孔即可，安装后会导致拉簧两头圆圈略有变形，使用尖嘴钳调节即可。
注意，请勿贪图连接以便截断某些弹簧头部！
3.2 B&R安装

PLC模块安装
X20模块组合安装，可参照附带“X20_安装手册”中第二章内容，将模块依次组合完毕（X20CP1484-1、X20MM2436、X20DC1976、X20DC1976）

PLC接线图示

X20CP1484-1接线图

左下侧+24V CP/BUS GND连接24V电源，同步将上方+24V CP/BUS和+24V I/O用跳线连接；右侧+24V I/O 及GND引出线给背面X20MM2436供电。

X20MM2436

在本模型中，需要到是PWM 1+、PWM 1- 连接电机；24-39 VDC、GND为该模块供电接线端子，需从边上CPU模块引入24V供电。电机电缆反接不会导致损坏，只会影响电机正反转。

X20DC1976

A端连接编码器绿线，B端连接编码器白线；右侧5V+ Encoder连接编码器红线，GND连接编码器黑线；注意切勿接入左侧24V+电源，这样会损坏编码器。

各模块其她信息可以查阅Automation Studio协助内容。

4注意事项
1.使用螺钉固定各组件时，切忌一次将单个螺钉拧紧，这样会导致局部应力集中和金属变形。对的做法是先使用较小扭力稍拧紧后，交替拧紧螺丝；电机固定至支撑座时需要同步拧4个螺钉，宜采用对角线逐渐拧紧方式紧固。

2.各个机械零件加工难免有误差，因此装配时要注意调节，例如质量块转动体组合安装，需要在拧紧螺钉后验证转动与否顺畅，感觉阻力较大时，需要拧松螺钉，略微调节位置后再紧固。

3将电机输出轴通过联轴器与第一质量体连接时，要注意尽量保证电机输出轴与质量体转动轴保持同一轴心。联轴器虽然有一定调节能力但是也毕竟有限，偏差较大安装会导致联轴器甚至电机轴、质量体转轴断裂！

4.电机运营时，持续运营时间尽量不要超过5分钟。电机长时间运营会大大影响其寿命。禁止使用其她电源或者控制器直接连接电机运营。

5.为了保证安全，电机运营设定速度尽量不要超过额定转速60%。使用算法控制器控制电机运营时，由于不稳定控制也许导致弹簧谐振，严重状况下弹簧有也许从固定孔中飞出，对人导致伤害。因此在运营时禁止凑近观测，并且要在电机不运营时要随时检查弹簧状况。实验次数较多，运营时间较长时，建议购买某些弹簧备用，有条件者可以附加某些遮挡保护运营，避免人身伤害。

6.电机运营时，其背后输出轴也会高速旋转，请注意切勿用手触碰或者将其接触其她物体，这样会导致伤害或者损坏电机。对的做法是将模型放置在水平桌面上，模型整体保证不会接触到其她堆放物品。