汽车变速箱装配自动测量系统的设计与实现

蔚哲

摘 要：汽车变速箱是汽车动力传输系统中重要的一部分，汽车变速箱的质量会直接影响汽车的质量，提高变速箱的装配质量也会相应的提高汽车质量。

关键词：汽车变速箱装配;自动测量系统;设计与实现

0 引言

本文基于汽车变速箱的装配过程中零部件分装的测量问题设计并实现变速箱装配自动测量系统。目的是将计算机技术和自动化技术结合，运用到汽车变速箱装配测量过程，通过提高变速箱零部件装配过程测量技术，提高变速箱的装配质量和效率，同时为变速箱装配技术的数字化与自动化提供一定的思路。

1 汽车变速箱作用和工作状态

手动变速箱的齿轮组可以分为主动齿轮和从动齿轮。主动齿轮负责带动从动齿轮转动。主动齿轮为小直径齿轮，从动齿轮为大直径齿轮的情况下，车轮的转动速度较慢，但是可以输出较多大的转矩。比如在汽车起步的时候，需要克服轮胎与地面的静摩擦力，需要较大的转矩，这种情况下就需要小齿轮带动大齿轮，也即大齿轮比。随着从动齿轮直径的减小，转矩也会随之减小，车速会随之增加，比如二挡或者三档的齿轮组，比较适用于交通状况较为复杂的行驶情况。当从动齿轮直径缩小到与主动齿轮直径相同时与速度都比较理想并且能量利用率较高此时的齿轮比为1，这种状态下的扭矩也称为直接挡，适合日常行驶。齿轮直径小于主动齿轮直径的时候，齿轮比大于1，此时会产生小的转矩当从动，较大的速度，适合在路况好的情况下行驶，并且这种行驶状态下会比较节省燃油。

2 测量系统简介

测量系统硬件主要包括PLC、电源模块、ET200X模块、5120驱动器、RFID、人机界面、测量机等。测量系统功能包括，各部分协调控制，信息传递，数据传递，数据存储、计算，信号量转换等功能，下面介绍相应功能用到的硬件设备。

其中HMI（Human Machine Interface）为人机界面，用于操作人员与测量系统之间的信息交互，主要进行测量任务的选择。PLC （Programmable LogicController）为可编程逻辑控制器，用于自动化控制的数字运算控制器，可将控制指令载入内存进行存储与执行。测量机是可以运行测量软件的Windows计算机，具有能够进行数据处理能力。传感器采集盒的作用是将传感器采集到的数字信号进行转换为计算机可处理了的数据，本次测量系统中使用的传感器采集盒为16通道的NH 111数据采集器，通过数据采集器将传感器信号转换为计算机能够处理的数据信号，方便计算机对测量数据后续的分析整理以及存储。

3 自动测量系统的设计与实现

3.1 现场总线技术简介

PROFIBUS总线是全球化的总线标准，使用、安装都不依赖于现场设备，适应性比较强，在车间级现场监控和电气设备的数据通信领域都有广泛的使用。PROFIBUS总线技术能够实现从间级的监控到现场电气设备的分散控制，解决了车间级的电器设备的管理控制问题。PROFIBUS总线适用性强、传输效率高，传输里程远。

PROFIBUS总线组成有ProfiBus-FMS，ProfiBus-DP，ProfiBus-PAo ProfiBus-FMS总线周期小于100ms，适用于车间级的网络结构。ProfiBus-FMS总线通常采取主从方式，主要用于完成主控制器与现场电气设备的数据通讯。ProfiBus-DP总线使用首层通讯协议和接口，能够保证数据快速性、有效性的传输。ProfiBus-DP总线速度快、成本低，较多地用于系统设备层与分布式模块之间的通讯。ProfiBus-PA总线模型可使传感器模块和任务执行模块连接到同一条总线，较多地用于过程控制。

3.2 STEP编程语言

（1）梯形图（LAD）：表現形式借鉴了电器控制电路的形式，在继电器和接触逻辑控制基础上演变而来。梯形图程序表示逻辑直观、形象、易于问题查找判断。梯形图实用性高，是应用最广泛的图形编程语言之一。

（2）语句表（STL）：语句表的形式和汇编语言的文本语句相似。语句表的程序是由多条语句组成。当有梯形图或者功能块表达不清楚的逻辑的时候，会使用语句表表示，语句表会比较方便表达。

（3）功能块（FBD）：通常控制逻辑图通过逻辑符号表示，当有复杂的功能时，需要指令框表示指令。在功能块中使用符号编辑器定义全局变量，数据类型，也有注释功能，可注释定义的符号的意义。全局变量可应用于所有程序，并且在参数变化时会自动识别。

3.3 测量系统主控制逻辑程序块

每个测量工位的测量任务不同，但基本的主控制逻辑是相似的基本的控制流程有，传感器原位检测、母件传感器到位检测、工件传感器到位检测、标定工件、基础母件测量启动、最大母件测量启动、工件测量启动。

3.4 PLC与测量机通讯模块

PLC与测量机的通讯通过功能块FB405和DB405实现。其中，PLC与测量机交互的输入和输出数据存放到功能块DB406中，PLC接收测量机的数据存放到DB407。同样以SA100工位通讯实现为例，SA100工位实现的是输出轴总成与差速器总成的测量。SA100工位PLC和测量机定义了16个字节的I/O变量区，32个字的数据区。

在测量结束后PLC将测量机数据写到MOBY中，由于PLC与测量机交互的输入和输出数据存放到功能块DB406中，需要在FB405功能块中通过接口IN/OUT变量，将DB405中与测量机的I/O信号先映射到FB405的IN/OUT中，最终再赋值到DB406中。

4 结语

汽车传动系统零件的质量将会影响汽车行驶过程的表现，因此汽车传动系统零件的装配质量很重要。保证汽车传动系统零部件的制造精度以及整体的装配质量能够提高汽车行驶的舒适性以及平稳性。作为协助汽车发动机工作的重要部分，汽车变速箱的工作表现同样能够直接影响汽车行驶的表现。

参考文献：

[1]范国良，李爱平，刘雪梅，等.基于信息熵和Lempel-Ziv的生产线复杂性测度与线平衡[J].同济大学学报（自然科学版），2018，46（02）：

228-234.