自動化晾衣架設計

學生畢業(yè)設計題目：自動化晾衣架設計設計方案產(chǎn)品（作品）設計軟件文化藝術(shù)作品√類型：所屬二級院：專業(yè)：班級：姓名：學號：校內(nèi)指導教師：企業(yè)指導教師：教務處制年月目錄11170摘要 34775前言 432062第1章緒論 5116371.1自動晾衣架介紹 582071.2晾衣架的發(fā)展及未來 582071.3本晾衣架的特點 51266第2章自動晾衣架的機械與電氣設計 632952.1自動晾衣架的機械原理 6192702.2控制要求 6192702.3PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試 6245012.3.1I/O地址分配表 7319822.3.2外部接線圖 8310752.3.3梯形圖 85773第3章電氣元件及機械元件的選用 99208603.2滾珠絲桿的選擇 103083.2.1滾珠絲桿的特點 10237043.2.2滾珠絲桿的支撐 10277643.3軸承的選擇 11291063.4框架、橫桿、伸縮條、架條材料的選擇 12129793.5電動機的選擇 12286603.5.1確定電動機型號 1382173.6V帶輪的的設計計算 13240303.6.1帶傳動比的分配 13266543.6.2各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 13133473.6.3傳動方案的確定 14121513.5.4傳動設計計算 15653.6.5帶輪的結(jié)構(gòu)設計 16252833.7雨滴傳感器 18致謝10089 2128823參考文獻 22246974.2.5濕度傳感器 2714849結(jié)論 3020373附錄 313906參考文獻 3323088致謝 34摘要本自動晾衣架，它具有智能收衣功能，適用于較舊式公寓和農(nóng)村家庭，本晾衣架制造成本較低且使用方便。晾衣架通過調(diào)試PLC來控制晾衣架的電動伸出與縮回和各項功能，選用PLC控制的原因是可靠性高、抗干擾能力強，在PLC系統(tǒng)程序中設有故障檢測和自診斷程序，能對系統(tǒng)硬件電路等故障實現(xiàn)檢測和判斷；當有外界干擾引起故障時，能立即將當前重要信息加以封存，禁止任何不穩(wěn)定的讀寫操作，一旦外界環(huán)境穩(wěn)定后，便可恢復到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。本設計的創(chuàng)意是雨滴傳感器加入電氣電路，這使晾衣架反應靈敏度加強。關(guān)鍵詞：晾衣架PLC自動收衣；前言本設計思路跟據(jù)現(xiàn)實生活中例子引發(fā)的，現(xiàn)實生活中人們外出工作在下雨時不能及時回家收衣服，導致曬干的衣服被淋濕，為解決這個問題，又不影響正常的工作，設計一款智能自動收衣的機械裝置。本設計在生活中為眾多中低收入的人群提供了便利，又沒有太多的增加經(jīng)濟負擔，在技術(shù)上實現(xiàn)了自動化，順應時代潮流。緒論1.1自動晾衣架介紹目前市場上晾衣架分自動、手動兩種，手動較為普及，自動之所以未能普及推廣，這是由于整個行業(yè)上技術(shù)的不成熟以及售后服務的局限，畢竟是鑲在天花板上的不像其他家電一樣容易搬移去維修保養(yǎng)。因而目前，還是手動為市場主導。隨著技術(shù)的日臻完善和性價比的提高，自動晾衣架將成為市場的主導產(chǎn)品。自動晾衣架大約是10年前出現(xiàn)的一種晾衣服的工具。這種產(chǎn)品剛出來時晾桿是不銹鋼管做的，款式單一，只是作為一種方便晾曬衣服的工具，但隨著時間的推移，生產(chǎn)晾衣架的廠家越來越多，競爭越來越大，廠家各出奇謀，款式大同小異，功能日臻完善，外觀也越來越漂亮，晾衣架如今已不僅僅是一種晾曬工具了，更演變成一種裝飾品，點綴現(xiàn)代家庭陽臺。1.2晾衣架行業(yè)的發(fā)展及未來晾衣架發(fā)展到今天，已經(jīng)不僅僅是晾衣服的工具，除了實用性很強外，更是一個頗具裝飾性的產(chǎn)品，它是陽臺一道主要的風景線，除了買來晾衣服消費者也許更注重心理上的需求和滿足。目前晾衣架的功能已經(jīng)得到普遍消費者的認可，已經(jīng)形成一個行業(yè)，回歸產(chǎn)品本身--走質(zhì)量、特色路線，不斷改良創(chuàng)新，引領(lǐng)行業(yè)重新重視質(zhì)量，實用的產(chǎn)品質(zhì)量才是永恒的，只有質(zhì)量被大眾接受，行業(yè)才可持續(xù)健康發(fā)展。換言之，只要功能、質(zhì)量普遍被認可，晾衣架將會成為居民生活的必需品，而競爭激烈的未來，特色將是吸引顧客的重要因素。1.3本晾衣架特點（1）本晾衣架結(jié)構(gòu)簡單成本低，只需兩個小功率電機、兩個行程開關(guān)、滾珠絲桿兩根伸縮架、和框架材料等。（2）使用方便，只要按下啟動按鈕就能自動伸出陽臺外，下雨時自動收回。（3）選用無毒、質(zhì)輕、耐壓且耐腐蝕的架體材料。第二章自動晾衣架的機械與電氣設計2.1自動晾衣架的機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)明是一種自動感應伸縮的晾衣架。在晾衣架機構(gòu)的最上層兩側(cè)裝有兩個絲桿軌道，并與電動機相連，電動機帶動絲杠旋轉(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。托住絲桿軌道的托板上安裝兩個行程開關(guān)，行程開關(guān)限制晾衣架的最長伸出與縮回。陽臺外墻上安裝雨滴傳感器，通過外界濕度變化，能自動收回衣物，這樣使衣物不在因為下雨時被弄濕，給人們生活帶來方便。工作原理如下圖1-1圖1-1晾衣架工作原理圖2.2控制要求晾衣架工作前，處于最左端，按下啟動按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，電動機M1、M2正轉(zhuǎn)，晾衣架向外晾出衣服，碰到行程開關(guān)SQ1或按下停止按鈕SB1，電動機M1、M2停止轉(zhuǎn)動，晾衣架停止運行。按下啟動按鈕SB4或下雨時雨滴傳感器感應到雨水輸入電信號，接觸器線圈KM2得電，電動機M1、M2反轉(zhuǎn)，晾衣架向內(nèi)收回衣服，碰到行程開關(guān)SQ2或按下停止按鈕SB3，電動機M1、M2停止運行。硬件電器控制原理圖如下圖1-2圖1-2硬件電器控制原理圖2.3PLC控制系統(tǒng)的調(diào)試2.3.1I/O地址分配表輸入信號輸出信號SB1停止按鈕X0KM1接觸器線圈Y0SB2啟動按鈕X1KM2接觸器線圈Y1SB3停止按鈕X2SB4啟動按鈕X3SQ1行程開關(guān)X4SQ2行程開關(guān)X5FR1過載保護X6FR2過載保護X7SA雨滴傳感器X8表1-1I/O地址分配表2.3.2外部接線圖圖1-3外部接線圖2.3.3梯形圖圖1-4梯形圖電氣元件及機械元件的選用3.1行程開關(guān)的選用行程開關(guān)原理圖（圖3-1）與行程開關(guān)實物圖（圖3-2）圖3-1行程開關(guān)原理圖圖3-2行程開關(guān)實物圖行程開關(guān)介紹：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,但其觸點的分合速度取決于生產(chǎn)機械的運行速度,不宜用于速度低于0．4m／mi的場所。直動式行程開關(guān)組成：

1-推桿

2-彈簧

3-動斷觸點

4-動合觸點3.2滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠是把旋轉(zhuǎn)的運動轉(zhuǎn)化成高精度的直線運動。滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機床中回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動常用的傳動裝置。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：圖3-3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，當它們套裝在一起時便形成螺旋滾道，并在滾道內(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復始的循環(huán)運動?；刂楣軆啥诉€起擋珠的作用，以防滾珠沿滾道掉出。3.2.1滾珠絲杠的特點：傳動效率高：機械效率可高達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。3.2.2滾珠絲桿的支撐滾珠絲杠的支撐形式有很多種，最常用的如下圖所示圖3-4滾珠絲杠兩端支撐形式3.3軸承的選擇直線軸承：直線運動球軸承其結(jié)構(gòu)是在外圈之內(nèi)裝有保持器，保持器裝有多個鋼球，并作無限循環(huán)運動。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，因此直線運動球軸承為機械設備、自動化設備、節(jié)能設備等最合適選用的軸承。直線軸承是一種直線運動系統(tǒng)，用于直線行程與圓柱軸配合使用。由于承載球與軸承外套點接觸，鋼球以最小的摩擦阻力滾動，因此直線軸承具有摩擦小，且比較穩(wěn)定，不隨軸承速度而變化，能獲得靈敏度高、精度高的平穩(wěn)直線運動。直線軸承消耗也有其局限性，最主要的是軸承沖擊載荷能力較差，且承載能力也較差，其次直線軸承在高速運動時振動和噪聲較大。直線軸承快易優(yōu)自動化選型有收錄。直線軸承廣泛應用于精密機床、紡織機械、食品包裝機械、印刷機械等工業(yè)機械的滑動部件。由于承載球與軸承點接觸，故使用載荷小。鋼球以極小的摩擦阻力旋轉(zhuǎn)，從而能獲得高精度的平穩(wěn)運動。直線軸承實物圖（圖3-5）圖3-5直線軸承實物圖3.4框架、橫桿、伸縮條、架條材料的選擇衣架的框架、橫桿、伸縮條、架條材料采用最常用的304不銹鋼，作為一種不銹鋼的材料，有得天獨厚的優(yōu)勢，其無毒、質(zhì)輕、耐壓且耐腐蝕，這也很符合本晾衣架的特點。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準、所在地大氣的腐蝕性以及要采用的清理制度。然而，其它應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。現(xiàn)在，人們已充分認識到了在結(jié)構(gòu)應用中使用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。3.5電動機的選擇電動機類型：根據(jù)動力源和工作條件，選用交流電機，Y系列三相異步電動機。電動機功率：根據(jù)傳輸機構(gòu)的布置由已知條件帶傳動機構(gòu)承受10公斤力，即100N，帶的運動速度為3m/min。由已知條件得電動機有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動效率。電動機到帶傳動機構(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：所以電動機的有效功率所選電動機的額定功率須滿足。3.5.1確定電動機型號根據(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選取電動機型號為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750,對應額定功率為0.37KW，外伸軸直徑24mm方案電動機型號額定功率（KW）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動比i1Y2-90S-80.37750700503.6V帶輪的設計計算3.6.1傳動比的分配1.計算總的傳動比i===502.傳動比的分配取,=16.663.低速級傳動比：3.6.2各軸的轉(zhuǎn)速、功率和轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)速：功率：KW扭矩：轉(zhuǎn)速：功率：扭矩：=轉(zhuǎn)速：功率：扭矩：轉(zhuǎn)速：功率：=扭矩：表3.1各軸的運動與動力參數(shù)軸號轉(zhuǎn)速（r/min）功率(KW)扭矩（N．m）1233.330.08263.8246.660.07815.963140.07450.4784140.0747.753.6.3帶傳動方案的確定外傳動帶選為普通V帶傳動1.確定計算功率：（1）、查文獻[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[10]圖3-12得：選A型V帶。3.6.4帶傳動設計計算1、確定帶輪直徑（1）、查文獻[10]表3-5得選取小帶輪直徑=82.5（電機中心高符合要求）（2）、驗算帶速，求得：式（4.2）（3）、從動帶輪直徑查文獻[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）?。?）、帶的計算長度式（4.4）由文獻[10]表3-3，取帶的基準長度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、驗算小帶輪包角，根據(jù)文獻[10]圖3-13式（4.7）4、確定V帶根數(shù)Z計算V帶根數(shù)Z，由文獻[11]表8-1-24式（4.8）式中：為單根V帶的基本額定功率，為時單根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[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[11]表8-1-28查得0.06kg/m6、計算對軸的壓力，得：式（4.10）3.6.5帶輪的結(jié)構(gòu)設計1、小帶輪設計因為小帶輪基準直徑=50mm<300mm，故可采用實心式結(jié)構(gòu)。由文獻[9]圖8-12中帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)驗公式：帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+210=35mm式（4.11）式中：e為槽間距，查文獻[9]表8-10取e=15mmf為第一槽對稱面至端面的距離，查文獻[9]表8-10取e=10mz為輪槽數(shù)，由前面設計可知道取Z=2輪轂寬：L=（1.5—2）d=1.8d=1.824=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）式中為基準線下槽深，查文獻[9]表8-10得=2.75輪緣寬：=8mm基準線下槽深：=10mm由以上數(shù)據(jù)，小帶輪結(jié)構(gòu)簡圖如下：圖3-6小帶輪結(jié)構(gòu)簡圖2、大帶輪設計因為基準直徑=150mm<300mm，故可采用腹板式結(jié)構(gòu)。查文獻[9]圖8-12中帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)經(jīng)驗公式：帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+210=35mm輪轂寬：L=（1.5—2）d=1.8d=1.815=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3-7大帶輪結(jié)構(gòu)簡圖3.7雨滴傳感器產(chǎn)品介紹:1、傳感器采用高品質(zhì)FR-04雙面材料，超大面積6.0×4.3CM；2、模塊直接配大功率繼電器，直接控制負載；3、配電位器調(diào)節(jié)靈敏度，控制在不同水份時，控制繼電器的開啟。功能介紹：接上電源，電源指示燈亮，感應板上沒有水滴時，繼電器不動作，開關(guān)指示燈滅，滴上一滴水，繼電器吸合，啟動相關(guān)設備，開關(guān)指示燈亮，擦掉上面的水滴，又恢復到原始狀態(tài)。性能參數(shù)：模塊供電：6-24V靜態(tài)電流：5-12mA;繼電器負載能力：250V10A（AC）30V10A（DC）雨滴傳感器實物圖如下：圖3-8雨滴傳感器實物圖傳感器加繼電器模塊接線說明圖如下：圖3-9傳感器加繼電器模塊接線說明圖圖3-11繼電器模塊控制交流設備接線圖和繼電器模塊控制交流設備接線圖圖3-12繼電器輸出接線引腳說明雨滴傳感器與PLC的連接：此類雨滴傳感器為感應開關(guān)傳感器，當有數(shù)據(jù)輸入時常開觸點閉合常閉觸點斷開，在本設計中只用到了一對常開觸點。故雨滴傳感器與PLC的連接方式為：G1公共端、K1常開端一端與PLC的電源相連一端與I/O接口的輸入端相連?？偨Y(jié)（一）主要收獲在學校經(jīng)過兩年時間的