自動(dòng)化晾衣架設(shè)計(jì)

學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)題目：自動(dòng)化晾衣架設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)方案產(chǎn)品（作品）設(shè)計(jì)軟件文化藝術(shù)作品√類型：所屬二級(jí)院：專業(yè)：班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：校內(nèi)指導(dǎo)教師：企業(yè)指導(dǎo)教師：教務(wù)處制年月目錄11170摘要 34775前言 432062第1章緒論 5116371.1自動(dòng)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(diǎn) 51266第2章自動(dòng)晾衣架的機(jī)械與電氣設(shè)計(jì) 632952.1自動(dòng)晾衣架的機(jī)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(jī)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(diǎn) 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(dòng)機(jī)的選擇 12286603.5.1確定電動(dòng)機(jī)型號(hào) 1382173.6V帶輪的的設(shè)計(jì)計(jì)算 13240303.6.1帶傳動(dòng)比的分配 13266543.6.2各軸的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩 13133473.6.3傳動(dòng)方案的確定 14121513.5.4傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 15653.6.5帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16252833.7雨滴傳感器 18致謝10089 2128823參考文獻(xiàn) 22246974.2.5濕度傳感器 2714849結(jié)論 3020373附錄 313906參考文獻(xiàn) 3323088致謝 34摘要本自動(dòng)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(dòng)伸出與縮回和各項(xiàng)功能，選用PLC控制的原因是可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，在PLC系統(tǒng)程序中設(shè)有故障檢測(cè)和自診斷程序，能對(duì)系統(tǒng)硬件電路等故障實(shí)現(xiàn)檢測(cè)和判斷；當(dāng)有外界干擾引起故障時(shí)，能立即將當(dāng)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(fù)到故障發(fā)生前的狀態(tài)，繼續(xù)原來的工作。本設(shè)計(jì)的創(chuàng)意是雨滴傳感器加入電氣電路，這使晾衣架反應(yīng)靈敏度加強(qiáng)。關(guān)鍵詞：晾衣架PLC自動(dòng)收衣；前言本設(shè)計(jì)思路跟據(jù)現(xiàn)實(shí)生活中例子引發(fā)的，現(xiàn)實(shí)生活中人們外出工作在下雨時(shí)不能及時(shí)回家收衣服，導(dǎo)致曬干的衣服被淋濕，為解決這個(gè)問題，又不影響正常的工作，設(shè)計(jì)一款智能自動(dòng)收衣的機(jī)械裝置。本設(shè)計(jì)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(jì)負(fù)擔(dān)，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化，順應(yīng)時(shí)代潮流。緒論1.1自動(dòng)晾衣架介紹目前市場上晾衣架分自動(dòng)、手動(dòng)兩種，手動(dòng)較為普及，自動(dòng)之所以未能普及推廣，這是由于整個(gè)行業(yè)上技術(shù)的不成熟以及售后服務(wù)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(dòng)為市場主導(dǎo)。隨著技術(shù)的日臻完善和性價(jià)比的提高，自動(dòng)晾衣架將成為市場的主導(dǎo)產(chǎn)品。自動(dòng)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(shí)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(shí)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(diǎn)綴現(xiàn)代家庭陽臺(tái)。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(shí)用性很強(qiáng)外，更是一個(gè)頗具裝飾性的產(chǎn)品，它是陽臺(tái)一道主要的風(fēng)景線，除了買來晾衣服消費(fèi)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(fèi)者的認(rèn)可，已經(jīng)形成一個(gè)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(shí)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(rèn)可，晾衣架將會(huì)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(diǎn)（1）本晾衣架結(jié)構(gòu)簡單成本低，只需兩個(gè)小功率電機(jī)、兩個(gè)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(dòng)按鈕就能自動(dòng)伸出陽臺(tái)外，下雨時(shí)自動(dòng)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(dòng)晾衣架的機(jī)械與電氣設(shè)計(jì)2.1自動(dòng)晾衣架的機(jī)械原理自動(dòng)晾衣架顧名思義就是能自動(dòng)的收晾衣服，本發(fā)明是一種自動(dòng)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)絲桿軌道，并與電動(dòng)機(jī)相連，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(gè)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(tái)外墻上安裝雨滴傳感器，通過外界濕度變化，能自動(dòng)收回衣物，這樣使衣物不在因?yàn)橄掠陼r(shí)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(dòng)按鈕SB2，接觸器KM1線圈得電，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)M1、M2停止轉(zhuǎn)動(dòng)，晾衣架停止運(yùn)行。按下啟動(dòng)按鈕SB4或下雨時(shí)雨滴傳感器感應(yīng)到雨水輸入電信號(hào)，接觸器線圈KM2得電，電動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)M1、M2停止運(yùn)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(hào)輸出信號(hào)SB1停止按鈕X0KM1接觸器線圈Y0SB2啟動(dòng)按鈕X1KM2接觸器線圈Y1SB3停止按鈕X2SB4啟動(dòng)按鈕X3SQ1行程開關(guān)X4SQ2行程開關(guān)X5FR1過載保護(hù)X6FR2過載保護(hù)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(jī)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(shí)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(shí)物圖行程開關(guān)介紹：直動(dòng)式行程開關(guān)，其結(jié)構(gòu)原理,其動(dòng)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／mi的場所。直動(dòng)式行程開關(guān)組成：

1-推桿

2-彈簧

3-動(dòng)斷觸點(diǎn)

4-動(dòng)合觸點(diǎn)3.2滾珠絲杠的選擇滾珠絲杠是把旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成高精度的直線運(yùn)動(dòng)。滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機(jī)床中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)常用的傳動(dòng)裝置。它以滾珠的滾動(dòng)代替絲桿螺母副中的滑動(dòng)，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(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(dòng)，并經(jīng)回珠管作周而復(fù)始的循環(huán)運(yùn)動(dòng)?；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(diǎn)：傳動(dòng)效率高：機(jī)械效率可高達(dá)92%~98%。摩擦力小：主要是用滾珠的滾動(dòng)代替了普通絲桿螺母副的滑動(dòng)。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。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(yùn)動(dòng)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(dòng)。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(dòng)接觸。用非常低的磨擦系數(shù)相對(duì)移動(dòng)，因此直線運(yùn)動(dòng)球軸承為機(jī)械設(shè)備、自動(dòng)化設(shè)備、節(jié)能設(shè)備等最合適選用的軸承。直線軸承是一種直線運(yùn)動(dòng)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(diǎn)接觸，鋼球以最小的摩擦阻力滾動(dòng)，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(yùn)動(dòng)。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(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)和噪聲較大。直線軸承快易優(yōu)自動(dòng)化選型有收錄。直線軸承廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、紡織機(jī)械、食品包裝機(jī)械、印刷機(jī)械等工業(yè)機(jī)械的滑動(dòng)部件。由于承載球與軸承點(diǎn)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(yùn)動(dòng)。直線軸承實(shí)物圖（圖3-5）圖3-5直線軸承實(shí)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(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，其無毒、質(zhì)輕、耐壓且耐腐蝕，這也很符合本晾衣架的特點(diǎn)。管子之間完全融合到了一起，所以一旦安裝打壓測(cè)試通過，可以達(dá)到不結(jié)垢、不生銹、不滲漏，是綠色高級(jí)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。現(xiàn)在，人們已充分認(rèn)識(shí)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。3.5電動(dòng)機(jī)的選擇電動(dòng)機(jī)類型：根據(jù)動(dòng)力源和工作條件，選用交流電機(jī)，Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)功率：根據(jù)傳輸機(jī)構(gòu)的布置由已知條件帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)承受10公斤力，即100N，帶的運(yùn)動(dòng)速度為3m/min。由已知條件得電動(dòng)機(jī)有效功率，式中為系統(tǒng)總的傳動(dòng)效率。電動(dòng)機(jī)到帶傳動(dòng)機(jī)構(gòu)總傳動(dòng)效率式中：為V帶的傳動(dòng)效率，為閉式齒輪的傳動(dòng)效率，為圓錐滾子軸承的傳動(dòng)效率，為聯(lián)軸器的傳動(dòng)效率，為鏈傳動(dòng)效率。查表：，，，=0.99，=0.96代入上式：所以電動(dòng)機(jī)的有效功率所選電動(dòng)機(jī)的額定功率須滿足。3.5.1確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)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(dòng)機(jī)型號(hào)為Y2-90S-8，同步轉(zhuǎn)速為750,對(duì)應(yīng)額定功率為0.37KW，外伸軸直徑24mm方案電動(dòng)機(jī)型號(hào)額定功率（KW）同步轉(zhuǎn)速（r/min）滿載轉(zhuǎn)速（r/min）總傳動(dòng)比i1Y2-90S-80.37750700503.6V帶輪的設(shè)計(jì)計(jì)算3.6.1傳動(dòng)比的分配1.計(jì)算總的傳動(dòng)比i===502.傳動(dòng)比的分配取,=16.663.低速級(jí)傳動(dòng)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(yùn)動(dòng)與動(dòng)力參數(shù)軸號(hào)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(dòng)方案的確定外傳動(dòng)帶選為普通V帶傳動(dòng)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(hào)查文獻(xiàn)[10]圖3-12得：選A型V帶。3.6.4帶傳動(dòng)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(dòng)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）?。?）、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/m6、計(jì)算對(duì)軸的壓力，得：式（4.10）3.6.5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+210=35mm式（4.11）式中：e為槽間距，查文獻(xiàn)[9]表8-10取e=15mmf為第一槽對(duì)稱面至端面的距離，查文獻(xiàn)[9]表8-10取e=10mz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=1.824=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(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3-6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+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(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3-7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(fù)載；3、配電位器調(diào)節(jié)靈敏度，控制在不同水份時(shí)，控制繼電器的開啟。功能介紹：接上電源，電源指示燈亮，感應(yīng)板上沒有水滴時(shí)，繼電器不動(dòng)作，開關(guān)指示燈滅，滴上一滴水，繼電器吸合，啟動(dòng)相關(guān)設(shè)備，開關(guān)指示燈亮，擦掉上面的水滴，又恢復(fù)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(fù)載能力：250V10A（AC）30V10A（DC）雨滴傳感器實(shí)物圖如下：圖3-8雨滴傳感器實(shí)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(shè)備接線圖和繼電器模塊控制交流設(shè)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(yīng)開關(guān)傳感器，當(dāng)有數(shù)據(jù)輸入時(shí)常開觸點(diǎn)閉合常閉觸點(diǎn)斷開，在本設(shè)計(jì)中只用到了一對(duì)常開觸點(diǎn)。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(xué)校經(jīng)過兩年時(shí)間的