便捷式自動晾衣架設(shè)計(jì)（太原）,便捷,自動,晾衣架,設(shè)計(jì),太原 便捷式自動晾衣架設(shè)計(jì) 摘要：傳統(tǒng)的晾衣架就是一固定的晾衣桿，掛取衣物非常麻煩吃力，現(xiàn)今，家用的晾衣架越來越趨于自動化，出現(xiàn)了手搖式晾衣架和電動式晾衣架，其中，電動晾衣架因具有占用空間小、操作省力、使用便捷等優(yōu)點(diǎn)，受到越來越多家庭的青睞。電動晾衣架包括有晾衣桿、晾衣桿兩端的繩索和用以控制繩索繞卷的控制裝置，其中，為防止輸超出移位，兩端一般都放置行程開關(guān)，電機(jī)帶動絲杠轉(zhuǎn)動，晾衣桿就自動的前進(jìn)、后退：智能晾衣架的機(jī)械部分是在普通拉桿式晾衣架兩支撐桿的端部各安裝一個(gè)滑輪。滑動桿與最前外面的晾衣桿固定連接?；瑒訔U的另一端連接到與直流電動機(jī)相連的轉(zhuǎn)軸上，通過電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)達(dá)到晾衣架的伸縮效果。其控制部分的電路CPU采用89C2051單片機(jī)。利用溫度、雨水、光敏等傳感器，達(dá)到下雨時(shí)自動收回，雨后自動伸展；氣溫高于設(shè)定值時(shí)自動收回，低于設(shè)定值時(shí)自動伸展；夜晚自動收回，白天自動伸展的功能。 關(guān)鍵詞：智能衣架，單片機(jī) Design of Portable automatic clothes hanger Abstract：Traditional dryer is a fixed airing, hanging clothes very difficult trouble, today, the home of the dryer is more and more tend to automation, a wind-up dryer and electric type dryer, the electric dryer because of has a small footprint, easy operation, the advantages of convenient use, favored by more and more families. Electric dryer consists of airing, airing on both ends of the rope and a rope around the volume control device to control, among them, in order to prevent lost out of shift, both ends are generally placed travel switch, the motor drive screw rotation, automatically put forward and backward: intelligent clothes-horse mechanical part is in ordinary lever type dryer two end of support bar on each install a pulley. Sliding rod and the top outside the airing of fixed connection. On the other side of the sliding rod connected to the connected to the dc motor shaft, motor through positive and negative to convey to the scale effect of dryer. The control part of the circuit USES the 89 c2051 single chip microcomputer CPU. Using, such as temperature, rain, photosensitive sensor to automatically when it rains, the rain automatic tension; The temperature is higher than the set value automatically withdraw, below the set value automatically extend; Night back automatically, automatic stretch during the day. Keywords：intelligent hangers, chip microcomputer 目 錄 1 緒論 1 1.1 智能衣架研究的目的及意義 1 1.2 智能系統(tǒng)的材料選擇 2 2 自動晾衣架的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 3 2.1 自動晾衣架的機(jī)械原理 3 2.2 滾珠絲杠的選擇 3 2.2.1滾珠絲杠的特點(diǎn) 4 2.2.2滾珠絲杠的支撐 4 2.3軸承的選擇 5 2.3.1直線軸承 5 2.3.2深溝球軸承 6 3自動晾衣架的機(jī)械部分計(jì)算及校核 8 3.1 設(shè)計(jì)思想 8 3.2 初選電機(jī)減速器系統(tǒng)方案 8 3.3電動機(jī)類型選擇 8 3.4 電動機(jī)功率的選擇 8 3.5 確定電動機(jī)型號 9 3.6 V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 9 3.6.1 傳動比的分配 9 3.6.2各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 9 3.7 帶傳動方案的確定 10 3.8帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 11 3.9帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 3.10機(jī)械部分的校核 14 4電氣部分設(shè)計(jì) 17 4.1自動晾衣架的電路圖及簡介 17 4.2各元件的介紹及編程 17 4.2.1壓力繼電器 17 4.2.2 PLC的原理介紹及編程 19 4.2.3 行程開關(guān) 21 4.2.4光敏傳感器 23 4.2.5 濕度傳感器 26 結(jié)論 29 參考文獻(xiàn) 30 致謝 31 I 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1.緒論 1.1 智能衣架研究的目的及意義 近十年來隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展及房地產(chǎn)的快速擴(kuò)張，直接促進(jìn)了裝修家居行業(yè)飛速發(fā)展，其中晾衣架市場已順勢脫穎而出，十年間得以迅猛發(fā)展。 由于手搖晾衣架本身存在構(gòu)造簡陋，使用壽命短、保養(yǎng)繁瑣等種種缺陷，無法滿足消費(fèi)者日益發(fā)展的家居智能化需求。原始的晾衣架是只有一根繩子或者鐵絲到穿一根鋼管，之后出現(xiàn)了尼龍繩拉著升降，后來又發(fā)明了尼龍繩式手搖晾衣架，八九十年代，晾衣架進(jìn)化到了鋼絲手搖式。以廣東好太太為首的手搖晾衣架迅速占領(lǐng)了整個(gè)國內(nèi)市場。 到二十世紀(jì)初，南京屋之秀，在2003年的廣州家居五金展覽會上首次展覽了電動晾衣機(jī)，這標(biāo)著電動晾衣架橫空出世。從此，晾衣架市場風(fēng)云再起。南京屋之秀作為電動晾衣機(jī)的開山鼻祖，時(shí)光荏苒，由于種種原因，已經(jīng)銷聲匿跡。取而代之的是好易點(diǎn)智能晾衣架，一路升級換代。近幾年來，好易點(diǎn)智能晾衣機(jī)以其不斷創(chuàng)新的技術(shù)，人性化的晾衣體驗(yàn)，逐步被消費(fèi)者認(rèn)可，一時(shí)引領(lǐng)了智能晾衣機(jī)市場的潮流！ 可是，這種智能衣架在晾曬衣物的過程中還有一個(gè)最大的不便始終沒有得到解決，那就是天象萬變，而我們又不可能每時(shí)每刻都在家，（即使在家也不能時(shí)時(shí)盯著天空），衣服曬在室內(nèi)，得不到足夠的陽光的照射，不容易干透；曬到室外，如果突然降雨，而我們又不能及時(shí)趕回家，則又要面臨重新洗滌的艱辛與勞累。相信這個(gè)問題每個(gè)人都遇到過，十分令人煩惱。所以，當(dāng)我們因工作、學(xué)習(xí)、交際、娛樂等等事情出門在外時(shí)，對于家中已經(jīng)曬出去的大量衣物，自然是牽腸掛肚的，一看到天氣有變，即不能再安心從事眼前的事務(wù)，緊急趕到家時(shí)，衣物往往已經(jīng)被淋成了“落湯雞”，所以能不能發(fā)明一種東西能自己感知天氣的變化，感光、感濕材料等組成，智能感應(yīng)部件被安裝在戶外，當(dāng)感應(yīng)到陽光時(shí)，即發(fā)出指令，電機(jī)自動驅(qū)動，將晾曬在金屬支架上的衣物撐出戶外；當(dāng)濕度感應(yīng)器（應(yīng)做成面積較大的凹盤狀，即能有效的儲存到雨水）感應(yīng)到有雨水時(shí)，即發(fā)出另一指令，電機(jī)即把金屬支架回縮，衣物即被自動收回室內(nèi)避雨。從此，衣物的晾曬有了一個(gè)全天候保架護(hù)航的能手，人們不必再為這種小事而憂心了。因有時(shí)是大雨，衣物即使回收至室內(nèi)，仍然會遭到飄雨的侵襲，故完美的設(shè)計(jì)就是再加裝一套防水隔層，比如卷軸式的塑料雨簾，當(dāng)衣物被收回室內(nèi)，雨簾即自動放下，將衣物完全遮擋。能不能以一種簡捷有效的方式來解決這個(gè)問題呢？答案當(dāng)然是肯定的。我設(shè)想，能不能設(shè)計(jì)一種以電力驅(qū)動，具備可以智能感應(yīng)天晴與下雨，并及時(shí)做出反應(yīng)的裝置？姑且把它命名為：“自動晴雨伸縮衣架”。當(dāng)天晴時(shí)，卷軸轉(zhuǎn)動，將雨簾自動收起，然后將衣物自動撐出戶外。當(dāng)然也可以和窗戶聯(lián)動，衣物收回，和該系統(tǒng)掛接的電動窗戶自動閉合。另外應(yīng)再加入兩個(gè)監(jiān)測器：1.風(fēng)力監(jiān)測器——當(dāng)風(fēng)力過大，從而易使衣物脫鉤墜地時(shí)，可協(xié)助把衣物收回；2.溫度感應(yīng)器－－當(dāng)室外氣溫降到零度左右，而光照度又嚴(yán)重不足時(shí)，為防止降雪，溫度感應(yīng)器協(xié)助把衣物收回（盛夏中午，室外氣溫高過35度，烈日當(dāng)頭，光照度過強(qiáng)時(shí)，為保護(hù)衣物不被曬壞，而將衣物回收）如果有了它，除了可以免受突然降雨而糟蹋衣物外，還可以實(shí)現(xiàn)自動收、曬衣物的功能。特別是在冬季，衣物需要連曬數(shù)日的情況下，我們不必再每天傍晚將衣物收回，次日晨又曬出去，入夜，光線暗淡，該裝置的光照度感應(yīng)器感受不到充足的光線，即自動把衣物收回，次日早晨光線充足時(shí)，又自動曬出。當(dāng)然，也可以加入程控芯片，由人們自由設(shè)定幾點(diǎn)鐘曬出，幾點(diǎn)鐘收回。 這種裝置真的可以極大的方便人們的生活，定會得到廣泛的喜愛。所以，我認(rèn)為研究設(shè)計(jì)這么一款便捷式自動晾衣架是非常有意義的。 1.2 智能系統(tǒng)的材料選擇 衣架的材料采用最常用的304不銹鋼，他的優(yōu)點(diǎn)有：作為一種不銹鋼的材料，有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，其無毒、質(zhì)輕、耐壓且耐腐蝕。管子之間完全融合到了一起，所以一旦安裝打壓測試通過，可以達(dá)到不結(jié)垢、不生銹、不滲漏。是綠色高級的不銹材料。非常適合一般家庭裝修使用。304不銹鋼典型用途大多數(shù)的使用要求是長期保持建筑物的原有外貌。主要考慮的是所要求的審美標(biāo)準(zhǔn)、所在地大氣的腐蝕性以及要采用的清理制度。然而，其它應(yīng)用越來越多的只是尋求結(jié)構(gòu)的完整性或不透水性，表面不很干凈也可以。在干燥的室內(nèi)環(huán)境中使用304不銹鋼效果相當(dāng)好。但要獲得戶外環(huán)境中的審美效果，就需采用含鎳304不銹鋼板。所以，304不銹鋼板廣泛用于幕墻、側(cè)墻、屋頂及其它建筑用途?，F(xiàn)在，人們已充分認(rèn)識到了在結(jié)構(gòu)應(yīng)用中使用304不銹鋼板的優(yōu)越性。304不銹鋼有著特別高的抗?jié)B碳能力和抗熱震性。由于衣架經(jīng)常置于戶外，而且有風(fēng)吹雨淋，如果生銹還有可能把銹水滴到衣服上既不衛(wèi)生也不干凈，所以材料選擇了304不銹鋼。 2.自動晾衣架的機(jī)械部分設(shè)計(jì) 2.1 自動晾衣架的機(jī)械原理 自動晾衣架顧名思義就是能自動的收晾衣服，本發(fā)明是一種自動感應(yīng)伸縮的晾衣架。在晾衣架機(jī)構(gòu)的最上層兩側(cè)裝有兩個(gè)軌道，并與電動機(jī)相連，電動機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，拐彎處裝有滑輪；兩側(cè)支撐桿的一端分別與墻體相連，另一端伸出，支撐桿內(nèi)部有供掛衣橫桿滑動的滑槽，支撐桿滑槽之間裝有掛衣橫桿，支撐桿滑槽外端分別裝有電動銷，支撐架分別位于各自支撐桿下面，支撐架的一端與墻體相連，支撐架的另一端分別與各自支撐桿相連，一根支撐桿的前端裝有行程開關(guān)。通過外界濕度及光線變化，能自動收攏衣物并用雨布裹住，這樣使衣物不在因?yàn)楦鞣N原因被弄濕，給人們生活帶來方便。工作原理如下圖： 電機(jī) 絲杠 晾衣架 滑槽 4個(gè)行程開關(guān) 圖 2.1 2.2 滾珠絲杠的選擇 滾珠絲杠是把旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動轉(zhuǎn)化成高精度的直線運(yùn)動。滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動常用的傳動裝置。它以滾珠的滾動代替絲桿螺母副中的滑動，摩擦力小，具有良好的性能。滾珠絲杠的組成及工作原理見下圖2.2： 7 e0 c. g+ J( M, G( g 圖2.2 滾珠絲杠螺母副的結(jié)構(gòu)原理圖 滾珠絲杠的組成：主要由絲桿、螺母、滾珠和滾道（回珠器）、螺母座等組成。 滾珠絲杠的工作原理：在絲桿和螺母上加工有弧行螺旋槽，當(dāng)它們套裝在一起時(shí)便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。 2.2.1 滾珠絲杠的特點(diǎn) 傳動效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%~98%。 摩擦力?。褐饕怯脻L珠的滾動代替了普通絲桿螺母副的滑動。 軸向間隙可消除：也是由于滾珠的作用，提高了系統(tǒng)的剛性。經(jīng)預(yù)緊后可消除間隙。 使用壽命長、制造成本高：主要采用優(yōu)質(zhì)合金材料，表面經(jīng)熱處理后獲得高的硬度。 2.2.2 滾珠絲杠的支撐 滾珠絲杠的支撐形式有很多種，最常用的如下圖2.3所示： 圖2.3 滾珠絲杠兩端支撐形式 2.3 軸承的選擇 2.3.1 直線軸承 直線運(yùn)動球軸承其結(jié)構(gòu)是在外圈之內(nèi)裝有保持器，保持器裝有多個(gè)鋼球，并作無限循環(huán)運(yùn)動。保持器的兩端以內(nèi)彈簧擋圈固定，在各鋼球受力工作的直線軌道方設(shè)有缺口窗。此部分是使受載荷的鋼球與軸作滾動接觸。用非常低的磨擦系數(shù)相對移動，因此直線運(yùn)動球軸承為機(jī)械設(shè)備、自動化設(shè)備、節(jié)能設(shè)備等最合適選用的軸承。 直線運(yùn)動軸承，目前被越來越廣泛的運(yùn)用到電子、機(jī)械、儀器、機(jī)器人、工具機(jī)械、食品機(jī)械、包裝機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械、印刷機(jī)械、紡織機(jī)械、數(shù)控機(jī)床、汽車等一般或特殊機(jī)械行業(yè)之中。使用直線運(yùn)動球軸承的優(yōu)點(diǎn)：1.由于流動接觸可使起動磨擦阻力及動磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，容易得到較高運(yùn)動速度。2.對負(fù)荷增大，但磨擦系數(shù)無敏感變化，因此重負(fù)荷下，磨擦系數(shù)極小，并且長期保持精度不變，可得機(jī)械使用壽命長期保持。3.直線運(yùn)動軸承互換性好，安裝使用方便省時(shí)，并使機(jī)械結(jié)構(gòu)新穎，小型，量輕之特點(diǎn)。4.節(jié)省給油手續(xù)，達(dá)到簡化潤滑保養(yǎng)的目的。5.兩側(cè)附加油封的軸承還適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場所。直線運(yùn)動球軸承的分類，標(biāo)準(zhǔn)型使用最廣泛的系列有三種不同尺寸系列： LM系列、公制尺寸系列（東南亞國家用）、 LME系列、公制尺寸系列（美國用）。 L微型適應(yīng)輕、薄、短小，時(shí)代需求之系列，超小直徑尺寸，內(nèi)徑有：3、4、5mm。L不銹鋼型外圈、鋼球兩端封蓋均為不銹鋼，保持器采用塑料制造。S、SL開放型切除一列鋼球，而對應(yīng)外圈，可獲得高剛性，并防止軸翹曲的引導(dǎo)機(jī)構(gòu)，同時(shí)可得到間隙可調(diào)性，無松動配合狀態(tài)。LM、LME間隙調(diào)整型在外圈上沿長軸向開有一單縫型式，以調(diào)整固定軸承的外殼達(dá)到配合，無松動狀態(tài)。 2.3.2 深溝球軸承 深溝球軸承（Deep Groove Ball Bearings）是滾動軸承中最為普通的一種類型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個(gè)外圈、一個(gè)內(nèi)圈、一組鋼球和一組保持架構(gòu)成，深溝球軸承類型代號為6。深溝球軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時(shí)承受徑向載荷和軸向載荷。當(dāng)其僅承受純徑向載荷時(shí)，接觸角為零。當(dāng)深溝球軸承具有較大的徑向游隙時(shí)，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 。深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉(zhuǎn)速也很高，特別是在軸向載荷很大的高速運(yùn)轉(zhuǎn)工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。 　　深溝球軸承結(jié)構(gòu)簡單，與別的類型相比易于達(dá)到較高的制造精度，所以便于成系列大批量生產(chǎn)，制造成本也較低，使用極為普遍。深溝球軸承除基本型外，還有各種變型結(jié)構(gòu)，如：帶防塵蓋的深溝球軸承；帶橡膠密封圈的深溝球軸承；有止動槽的深溝球軸承；有裝球缺口的大載荷容量的深溝球軸承；雙列深溝球軸承。 　　深溝球軸承是最具代表性的滾動軸承，用途廣泛。適用于高轉(zhuǎn)速甚至極高轉(zhuǎn)速的運(yùn)行，而且非常耐用，無需經(jīng)常維護(hù)。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉(zhuǎn)速高， 結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低，易達(dá)到較高制造精度。尺寸范圍與形式變化多樣，應(yīng)用在精密儀表、低噪音電機(jī)、汽車、摩托車及一般機(jī)械等行業(yè)，是機(jī)械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。主要承受徑向負(fù)荷，也可承受一定量的軸向負(fù)荷。 　　選取較大的徑向游隙時(shí)軸向承載能力增加，承受純徑向力時(shí)接觸角為零。有軸向力作用時(shí)，接觸角大于零。一般采用沖壓浪形保持架，車制實(shí)體保持架，有時(shí)也采用尼龍架。 深溝球軸承裝在軸上后，在軸承的軸向游隙范圍內(nèi)，可限制軸或外殼兩個(gè)方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。此外，該類軸承還具有一定的調(diào)心能力，當(dāng)相對于外殼孔傾斜2′～10′時(shí)，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定影響。深溝球軸承保持架多為鋼板沖壓浪形保持架，大型軸承多采用車制金屬實(shí)體保持架。用途：深溝球軸承可用于變速箱、儀器儀表、電機(jī)、家用電器、內(nèi)燃機(jī)、交通車輛、農(nóng)業(yè)機(jī)械、建筑機(jī)械、工程機(jī)械等。 二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動調(diào)心球軸承同樣的調(diào)心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時(shí)，可以自動調(diào)整，不增加軸承負(fù)擔(dān)。調(diào)心滾子軸承可以承受徑向負(fù)荷及二個(gè)方向的軸向負(fù)荷。徑向負(fù)荷能力大，適用于有重負(fù)荷、沖擊負(fù)荷的情況。內(nèi)圈內(nèi)徑是錐孔的軸承，可直接安裝?；蚴褂镁o定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。保持架使用鋼板沖壓保持架、聚酰胺成形保持架及銅合金車制保持架。 3.自動晾衣架的機(jī)械部分計(jì)算及校核 3.1 設(shè)計(jì)思想 本課題是以機(jī)器經(jīng)濟(jì)性好、人性化設(shè)計(jì)、環(huán)境友好性好、可靠性高、壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、易于維修等為設(shè)計(jì)思想。 3.2 初選電機(jī)減速器系統(tǒng)方案 系統(tǒng)方案圖如下圖3.1所示： 圖3.1 電機(jī)減速器系統(tǒng)方案 3.3 電動機(jī)類型選擇 根據(jù)動力源和工作條件，選用交流電機(jī)，Y系列三相異步電動機(jī)。 3.4 電動機(jī)功率的選擇 根據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)的布置由已知條件帶傳動機(jī)構(gòu)承受10公斤力，即100N，帶的運(yùn)動速度為3m/min。 由已知條件得電動機(jī)有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動效率。 電動機(jī)到帶傳動機(jī)構(gòu)總傳動效率，式中：為V帶的傳動效率，為閉式齒輪的傳動效率，為圓錐滾子軸承的傳動效率，為聯(lián)軸器的傳動效率，為鏈傳動效率。 查表：，，，=0.99，=0.96 代入上式： 所以電動機(jī)的有效功率 所選電動機(jī)的額定功率須滿足。 3.5 確定電動機(jī)型號 根據(jù)已知條件本裝置的輸送速度為： 式中為節(jié)距，為小帶輪齒數(shù)，取=17 選取電動機(jī)型號為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750 ,對應(yīng)額定功率為0.37KW，外伸軸直徑24mm，如下表3.1 表3.1 8 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 方案 電動機(jī)型號 額定功率 （KW） 同步轉(zhuǎn)速 （r/min） 滿載轉(zhuǎn)速 （r/min） 總傳動比 i 1 Y2-90S-8 0.37 750 700 50 3.6 V帶的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.6.1 傳動比的分配 1.計(jì)算總的傳動比i===50 2.傳動比的分配取,=16.66 3.低速級傳動比： 3.6.2 各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩 軸1：轉(zhuǎn)速： 功率：KW 扭矩： 軸2：轉(zhuǎn)速： 功率： 扭矩：= 軸3：轉(zhuǎn)速： 功率： 扭矩： 軸4：轉(zhuǎn)速： 功率：= 扭矩： 表3.2 各軸的運(yùn)動與動力參數(shù) 軸號 轉(zhuǎn)速（r/min） 功 率 (KW) 扭 矩 （N．m） 1 233.33 0.0826 3.8 2 46.66 0.078 15.96 3 14 0.074 50.478 4 14 0.07 47.75 3.7 帶傳動方案的確定 外傳動帶選為普通V帶傳動 1.確定計(jì)算功率： （1）查文獻(xiàn)[10]表9-6得工作情況系數(shù) （2）查得 式（4.1） 2.選擇V帶型號 查文獻(xiàn)[10]圖3-12得：選A型V帶。 3.8 帶傳動設(shè)計(jì)計(jì)算 1.確定帶輪直徑 、 （1）查文獻(xiàn)[10]表3-5得選取小帶輪直徑 =82.5（電機(jī)中心高符合要求） （2）驗(yàn)算帶速，求得： 式（4.2） （3）從動帶輪直徑 查文獻(xiàn)[10]表3-6得 取 2.確定中心距 （1）初定中心距a和帶長 式（4.3） 取 （2）帶的計(jì)算長度 式（4.4） 由文獻(xiàn)[10]表3-3，取帶的基準(zhǔn)長度Ld =1000mm （3）確定中心距a 式（4.5） （4）確定中心距調(diào)整范圍 式（4.6） 3.驗(yàn)算小帶輪包角，根據(jù)文獻(xiàn)[10]圖3-13 式（4.7） 4.確定V帶根數(shù)Z 計(jì)算V帶根數(shù)Z，由文獻(xiàn)[11]表8-1-24 式（4.8） 式中：為單根V帶的基本額定功率，為時(shí)單根V帶額定功率增量，為帶長修正系數(shù)，為小帶輪包角修正系數(shù)。 查文獻(xiàn)[11]表8-1-33，， 查表8-1-27， 查表8-1-29， 代入上式：取 5.確定（單根帶）初拉力 式（4.9） 由文獻(xiàn)[11]表8-1-28查得0.06kg/m 6.計(jì)算對軸的壓力，得： 式（4.10） 3.9 帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1.小帶輪設(shè)計(jì) 因?yàn)樾л喕鶞?zhǔn)直徑=50mm<300mm，故可采用實(shí)心式結(jié)構(gòu)。 由文獻(xiàn)[9]圖8-12中帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式： 帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+2 10=35mm 式（4.11） 式中：e為槽間距，查文獻(xiàn)[9]表8-10取e=15mm f為第一槽對稱面至端面的距離，查文獻(xiàn)[9]表8-10取e=10m z為輪槽數(shù)，由前面設(shè)計(jì)可知道取Z=2 輪轂寬：L=（1.5—2）d=1.8d=1.8 24=43.2mm 式（4.12） 輪轂外直徑：=1.9d=1.924=45.6mm 帶輪外徑：=+2=50+22.75=55.5mm 式（4.13） 式中為基準(zhǔn)線下槽深，查文獻(xiàn)[9]表8-10得=2.75 輪緣寬：=8mm 基準(zhǔn)線下槽深：=10mm 由以上數(shù)據(jù)，小帶輪結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.2： 圖3.2 小帶輪結(jié)構(gòu)簡圖 2.大帶輪設(shè)計(jì) 因?yàn)榛鶞?zhǔn)直徑=150mm<300mm，故可采用腹板式結(jié)構(gòu)。 查文獻(xiàn)[9]圖8-12中帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)驗(yàn)公式： 帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+2 10=35mm 輪轂寬：L=（1.5—2）d=1.8d=1.8 15=27mm 輪轂外直徑：=1.9d =1.915=28.5mm 帶輪外徑：=+2=224+22.75=155.5mm 輪緣寬：=8mm 基準(zhǔn)線下槽深：=10mm 由以上數(shù)據(jù)，大帶輪結(jié)構(gòu)簡圖如下圖3.3： 圖3.3 大帶輪結(jié)構(gòu)簡圖 30 3.10 機(jī)械部分的校核 本部分主要對晾衣桿的橫梁進(jìn)行校核，因?yàn)樗钣锌赡軘嗔眩唧w的校核如下： 太原工業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 1.畫桿的空間受力圖 將所受載荷簡化為集中力，并通過輪轂中截面作用于軸上。桿的支點(diǎn)反力也簡化為集中力通過載荷中心作用于軸上； 2.作垂直平面受力圖和水平平面受力圖求出作用于桿上的載荷。并確定可能的危險(xiǎn)截面。 圖3.4 晾衣桿的彎矩圖 將計(jì)算出的危險(xiǎn)截面處的的值列入下表3.2： 表3.2 輸出軸各危險(xiǎn)面處的載荷值 載荷 水平面H 垂直面V 支反力F 彎矩M 總彎矩 扭矩 3.按彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 已知材料為304不銹鋼，由文獻(xiàn)[12]表15—1查得，由已知條件，對軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強(qiáng)度進(jìn)行校核。 根據(jù)式15-5以上表中的數(shù)據(jù)，并取，軸的計(jì)算應(yīng)力： 結(jié)論：按彎矩合成應(yīng)力校核桿的強(qiáng)度，桿的強(qiáng)度足夠。 4.電氣部分設(shè)計(jì) 4.1 自動晾衣架的電路圖及簡介 本課題主要是設(shè)計(jì)一個(gè)自動控制系統(tǒng)，控制自動晾衣架，具體電路圖如下圖4.1： 圖4.1 電路圖 原理介紹：光敏傳感器，濕度傳感器采集到相應(yīng)的信號傳給PLC，PLC控制電機(jī)轉(zhuǎn)動，通過電機(jī)的正反轉(zhuǎn)來實(shí)現(xiàn)衣服的收晾。當(dāng)行走到尾部時(shí)活動桿觸動行程開關(guān)，行程開關(guān)把信號發(fā)給PLC，實(shí)現(xiàn)電機(jī)停止。電機(jī)用的是強(qiáng)電，PLC用的是弱電，不能實(shí)現(xiàn)控制，所以用PLC控制繼電器的開斷，來實(shí)現(xiàn)控制電機(jī)。 4.2 各元件的介紹及編程 4.2.1 壓力繼電器 由于電機(jī)用的是強(qiáng)電不能用PLC控制，所以要加個(gè)繼電器來實(shí)現(xiàn)自控控制，電路原理圖如下圖4.2： 圖4.2 電路原理圖 1主觸頭2自由脫扣器3過電流脫扣機(jī)器 4分勵(lì)磁脫扣器5熱脫扣器6失壓脫扣器7按鈕 繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關(guān)”。故在電路中起著自動調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 （1）電磁繼電器的工作原理和特性 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點(diǎn)簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點(diǎn)與靜觸點(diǎn)（常開觸點(diǎn)）吸合。當(dāng)線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點(diǎn)與原來的靜觸點(diǎn)（常閉觸點(diǎn)）吸合。這樣吸合、釋放，從而達(dá)到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點(diǎn)，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時(shí)處于斷開狀態(tài)的靜觸點(diǎn)，稱為“常開觸點(diǎn)”；處于接通狀態(tài)的靜觸點(diǎn)稱為“常閉觸點(diǎn)”。 ①熱敏干簧繼電器的工作原理和特性 熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關(guān)。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導(dǎo)熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵(lì)磁，而由恒磁環(huán)產(chǎn)生的磁力驅(qū)動開關(guān)動作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。 ②固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性 固態(tài)繼電器是一種兩個(gè)接線端為輸入端，另兩個(gè)接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實(shí)現(xiàn)輸入輸出的電隔離， 固態(tài)繼電器按負(fù)載電源類型可分為交流型和直流型。按開關(guān)型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。 （2）繼電器主要產(chǎn)品技術(shù)參數(shù) ①額定工作電壓 是指繼電器正常工作時(shí)線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。 ②直流電阻 是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。 ③吸合電流 是指繼電器能夠產(chǎn)生吸合動作的最小電流。在正常使用時(shí)，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產(chǎn)生較大的電流而把線圈燒毀。 ④釋放電流 是指繼電器產(chǎn)生釋放動作的最大電流。當(dāng)繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時(shí)，繼電器就會恢復(fù)到未通電的釋放狀態(tài)。這時(shí)的電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于吸合電流。 ⑤觸點(diǎn)切換電壓和電流 是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時(shí)不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點(diǎn)。 4.2.2 PLC的原理介紹及編程 PLC起到中央控制的作用，類似CPU，是整個(gè)電路中的集中控制部分，PLC的實(shí)物圖如下圖4.3、圖4.4： 圖4.3 PLC的外觀結(jié)構(gòu) 圖4.4 PLC的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個(gè)人計(jì)算機(jī)（Personal Computer）混淆，故人們?nèi)粤?xí)慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個(gè)以微處理器為核心的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用而設(shè)計(jì)，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運(yùn)算、順序控制、定時(shí)/計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機(jī)械或生產(chǎn)過程。PLC是微機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機(jī)械觸點(diǎn)的接線復(fù)雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點(diǎn)，充分利用了微處理器的優(yōu)點(diǎn)，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習(xí)慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計(jì)算機(jī)編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎(chǔ)的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學(xué)；調(diào)試與查錯(cuò)也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可地將PLC應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)靈活方便。 現(xiàn)在以LG單片機(jī)為例子對本課題進(jìn)行程序設(shè)計(jì) （1）I/O端口賦值 ?、佥斎敕峙洌? 　 序號 PLC輸入編號說明 　 1 P0000 行程開關(guān) 　 2 P0001 光敏傳感器 　 3 P0002 濕敏傳感器 　 4 P0003　 電機(jī)繼電器　 5 P0004　 溫度度傳感器　 ?、谳敵龇峙洌? 序號 PLC輸入編號說明 　　1 P0040 行程開關(guān) 　　2 P0041 電機(jī)繼電器 　　3 P0042 喇叭報(bào)警 4.2.3 行程開關(guān) 何為行程開關(guān)呢？就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關(guān)，在日常生活中我們最易碰到的例子就是冰箱了。不知你注意到?jīng)]有，當(dāng)你打開冰箱時(shí)，冰箱里面的燈就會亮了起來，而關(guān)上門就又熄滅了，這是因?yàn)殚T框上有個(gè)開關(guān)，被門壓緊時(shí)燈的電路斷開，門一開就放松了，于是就自動把電路閉合使燈點(diǎn)亮。這個(gè)開關(guān)就是行程開關(guān)。行程開關(guān)的實(shí)物如下圖4.5、圖4.6： 圖4.5 行程開關(guān)原理圖 圖4.6行程開關(guān)實(shí)物圖 　　行程開關(guān)的應(yīng)用方面很多，很多電器里面都有它的身影。那這么簡單的開關(guān)能起什么作用呢？它主要是起連鎖保護(hù)的作用。 行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。 ? （1）直動式行程開關(guān)? 其結(jié)構(gòu)原理,其動作原理與按鈕開關(guān)相同,但其觸點(diǎn)的分合速度取決于生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度,不宜用于速度低于0．4m／min的場所。 ? ? 直動式行程開關(guān)組成：1-推桿? 2-彈簧? 3-動斷觸點(diǎn)? 4-動合觸點(diǎn) ? （2）滾輪式行程開關(guān)? 其結(jié)構(gòu)原理,當(dāng)被控機(jī)械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時(shí),撞桿轉(zhuǎn)向右邊,帶動凸輪轉(zhuǎn)動,頂下推桿,使微動開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動作。當(dāng)運(yùn)動機(jī)械返回時(shí),在復(fù)位彈簧的作用下,各部分動作部件復(fù)位。 ? ?滾輪式行程開關(guān)組成：1-滾輪? 2-上轉(zhuǎn)臂? 3、5、11-彈簧? 4-套架? 6-滑輪? 7-壓板? 8、9-觸點(diǎn)? 10-橫板 ? ?滾輪式行程開關(guān)又分為單滾輪自動復(fù)位和雙滾輪(羊角式)非自動復(fù)位式,雙滾輪行移開關(guān)具有兩個(gè)穩(wěn)態(tài)位置,有“記憶”作用,在某些情況下可以簡化線路。 ? （3）微動開關(guān)式行程開關(guān)的組成：? 常用的有LXW-11系列產(chǎn)品（1.推桿? 2.彈簧? 3.壓縮彈簧4.動斷觸點(diǎn)? 5.動合觸點(diǎn)） 4.2.4 光敏傳感器 光傳感器是利用光敏元件將光信號轉(zhuǎn)換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進(jìn)行檢測，只要將這些非電量轉(zhuǎn)換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產(chǎn)量最多、應(yīng)用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術(shù)中占有非常重要的地位。光敏傳感器的種類很多，但是原理大體相同，主要的原理如下圖4.7: 圖4.7 光敏傳感器原理圖 ??? 光敏傳感器的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、光電耦合器、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等.如表4.1： 第一種 光電管 ? 光電管主要有以下幾點(diǎn)特性： (1)光電管的光譜特性 ??光電管的光譜特性是指光電管在工作電壓不便的條件下，入射光的波長與其絕對靈敏度（即量子效率）的關(guān)系。光電管的光譜特性主要取決于陰極材料，常用的陰極材料有銀氧銫光電陰極、銻銫光電陰極、鉍銀氧銫光電陰極及多鹼光電陰極等，前兩種陰極使用比較廣泛，圖3和圖4分別給出了它們的光譜特性曲線。 ? 由光電管的光譜特性曲線可以看出，不同陰極材料制成的光電管有著不同的靈敏度較高的區(qū)域，應(yīng)用時(shí)應(yīng)根據(jù)所測光譜的波長選用相應(yīng)的光電管。例如被測光的成分是紅光，選用銀氧銫陰極光電管就可以得到較高的靈敏度。 (2)光電管的伏安特性 光電管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光電管陽極與陰極之間的電壓UA與光電流IΦ之間的關(guān)系。光電管在一定光通量照射下，光電管陰極在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射一定量的光電子，這些光電子分散在陽極與陰極之間的空間，若在光電管陽極上施加電壓UA，則光電子被陽極吸引收集，形成回路中的光電流IΦ。當(dāng)陽極電壓升高，陽極發(fā)射的光電子指引一部分被陽極收集，其余部分仍返回陰極。隨著陽極電壓的升高，陽極在單位時(shí)間內(nèi)收集到的光電子數(shù)增多，光電流IΦ也增加。如果陽極電壓升高到一定數(shù)值時(shí)，陰極在單位時(shí)間內(nèi)發(fā)射的光電子全部被陽極收集，稱為飽和狀態(tài)，以后陽極電壓升高，光電流IΦ也不會增加 。 ??(3)光電管的光電特性 ??光電管的光電特性是指光電管陽極電壓和入射光頻譜不便的條件下，入射光的光通量Φ與光電流IΦ之間的關(guān)系，在光電管陽極電壓足夠大，使光電管工作在飽和狀態(tài)條件下，入射光通量和光電流線性關(guān)系，參見圖6所示。 ? (4)暗電流 ??如果將光電管置于無光的黑暗條件下，當(dāng)光電管施加正常的使用電壓時(shí)，光電管產(chǎn)生微弱的電流，此時(shí)電流稱為暗電流。暗電流的產(chǎn)生主要是由漏電流引起的。光電管常用在自動控制、無線電傳真、有聲電影及其它光電轉(zhuǎn)換設(shè)備上。 下表列出了一些國產(chǎn)光電管的技術(shù)特性。 表4.1 部分國產(chǎn)光電管的技術(shù)特性 型號 光譜響應(yīng)范圍 Ao 最佳靈敏度波長 Ao 最小陰極靈敏度 (uA/lm) 陽極工作電壓 (V) 暗電流 (A) 環(huán)境溫度 (℃) GD-5 2000-6000> 3800-4200 30 30 3×10-11 5-35 GD-6 6000-11000> 8000±1000 10 30 8×10-11 5-35 GD-7 3000-8500> 4500 45 100 8×10-11 4.2.5 濕度傳感器 　　濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。 濕敏電阻的特點(diǎn)是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當(dāng)空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時(shí)，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當(dāng)環(huán)境濕度發(fā)生改變時(shí)，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。溫敏原件的一些特性如下圖4.8、圖4.9、圖4.10、圖4.11： 圖4.8 濕敏元件頻率轉(zhuǎn)換電路 圖4.9 濕敏元件阻頻轉(zhuǎn)換波形 把信號輸送到顯示器 圖4.10 濕敏傳感器原理圖 圖4.11 濕度傳感器實(shí)物圖]??“?g*??bbs.byf.comú??í–J?o2r 結(jié) 論 至此,自動晾衣架的設(shè)計(jì)成功,它是針對市場的需要而設(shè)計(jì)的，從而能有效地滿足當(dāng)今市場上對自動晾衣架的需求,它具有如下的優(yōu)點(diǎn):傳動平穩(wěn)、傳動效率高、生產(chǎn)效率高、勞動強(qiáng)度低、產(chǎn)品質(zhì)量好、經(jīng)濟(jì)性好、人性化等優(yōu)點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)中,主要完成了以下幾個(gè)方面的內(nèi)容: (1)對現(xiàn)有的自動晾衣架進(jìn)行分析，系統(tǒng)方案進(jìn)行比較，選出最優(yōu)、最合理的方案。 (2)完成電機(jī)的選擇，減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，帶傳動等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 (3)進(jìn)行機(jī)械系統(tǒng)部分計(jì)算及選取相關(guān)的機(jī)械零件。 (4)畫出自動晾衣架的總體結(jié)構(gòu)圖、裝配圖及相關(guān)零件圖。 當(dāng)然,任何產(chǎn)品剛設(shè)計(jì)出來都不會是完善的,毫無缺陷的,必須在實(shí)踐之中發(fā)現(xiàn)它的不足,再來進(jìn)行改進(jìn),如此反復(fù),才能最終達(dá)到滿意的效果。經(jīng)過客觀的分析后，本設(shè)計(jì)由于以經(jīng)濟(jì)性為第一設(shè)計(jì)思想，可能存在不足等等。這些問題只有在實(shí)踐中采取相應(yīng)的措施來不斷完善。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 何玉林，沈榮輝，賀元成．機(jī)械制圖．重慶：重慶大雪出版社，2000：1-37． [2] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊:單行本,機(jī)械傳動.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004：12-4． [3] 周明衡.減速器選用手冊.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002：23--45． [4] 鄭志峰.鏈傳動設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992：134-204． [5] 羅善明.帶傳動理論與新型帶傳動.北京：國防工業(yè)出版社，2006：46-57． [6] 張德泉,陳思夫.機(jī)械制造裝備及其設(shè)計(jì).天津：天津大學(xué)出版社，2003：240--24 [7] 吳宗澤.機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003：288-317，575-641． [8] 席偉光,楊光,李波.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì).北京：高等教育出版社，2003． [9] 李清新，電工技術(shù)，機(jī)械工業(yè)出版社2000． [10] 劉繼承，電子技術(shù)基礎(chǔ)，科學(xué)出版社，1998． [11] N.Acherkan.Machine tool design.vol1&2.Mir publishers.1982． [12] Maris,etal.Analysis of plunge griding operations Annals of CIRP VOL.1979. 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