【正文】 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 機(jī)電 系統(tǒng) 綜合課程設(shè)計(jì) 任務(wù)書 一、課程設(shè)計(jì)的目的 本次設(shè)計(jì)是機(jī)電一體化和計(jì)算機(jī)控制課程結(jié)束之后進(jìn)行的一個(gè)重要的綜合性、實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，課程設(shè)計(jì)的基本目的是： 掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和方法，包括參數(shù)的選擇、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制等培養(yǎng)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的能力。 綜合應(yīng)用過去所學(xué)的理論知識(shí)，提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。 機(jī) 電一體化課程設(shè)計(jì) ii 訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖，運(yùn)用設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，編寫技術(shù)文件（說明書）等。 二、設(shè)計(jì) 任務(wù)及要求 設(shè)計(jì)題目： 寵物自動(dòng)喂食機(jī)的設(shè)計(jì) ：總體設(shè)計(jì)，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； ： 定時(shí)投放飼料，具有開機(jī)自檢功能，可以設(shè)定開啟關(guān)閉時(shí)間的長短，適應(yīng)不同寵物食量的需要 ； ： 零件圖，裝配示意圖 ； ：控制系統(tǒng)接口圖一張； 直流減速電機(jī) 驅(qū)動(dòng)， MCS51或單片機(jī) FX2NPLC 控制系統(tǒng)，軟件環(huán)分，由鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制。 1份。 摘 要 本次設(shè)計(jì) 寵物自動(dòng)喂食機(jī) 的基本功能和設(shè)計(jì)思路，根據(jù)給定的規(guī)定動(dòng)作順序，綜合運(yùn)用所學(xué)的基本理論、基本知識(shí)和相關(guān)的機(jī)械設(shè)計(jì)專業(yè)知識(shí)，完成寵物自動(dòng)喂食機(jī)理論方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并繪制必要的零部件圖，其中包括裝置的原理方案構(gòu)思和擬定；原理方案的實(shí)現(xiàn)、傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)，主要結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)簡圖；設(shè)計(jì)計(jì)算與說明。 寵物自動(dòng)喂食機(jī)設(shè)計(jì)要求： 定時(shí)投放飼料，具有開機(jī)自檢功能，可以設(shè)定開啟關(guān)閉時(shí)間的長短，適應(yīng)不同寵物食量的需要， 使用電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，其電源應(yīng)為安機(jī) 電一體化課程設(shè)計(jì) iii 全電源。 寵物自動(dòng)喂食機(jī)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)關(guān)鍵問題為：飼料的定時(shí)投放，料口的開合角度的確定，定時(shí)長短的設(shè) 計(jì)，時(shí)間設(shè)定模塊的組合。 關(guān)鍵字：單片機(jī) 設(shè)計(jì)計(jì)算 定時(shí) 機(jī)構(gòu) 目 錄 任務(wù)書 ............................................................................................................................................... i 摘 要 ................................................................................................................................................ii 目 錄 ........................................................................................................................................... iii 1 主軸的設(shè)計(jì) ................................................................................................................................... 4 2 主軸材料的選擇 ............................................................................................................................ 2 3 主軸加工方法的選擇 ................................................................................................................... 2 4 主軸參數(shù)計(jì)算： ........................................................................................................................... 2 5 減速電動(dòng)機(jī)的選擇： ................................................................................................................... 5 6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) ............................................................................................................................... 6 7 程序編寫 ..................................................................................................................................... 7 機(jī) 電一體化課程設(shè)計(jì) iv 設(shè)計(jì)心得 ......................................................................................................................................... 29 參考文獻(xiàn) ......................................................................................................................................... 29 1 主軸的設(shè)計(jì) 在寵物自動(dòng)喂食機(jī)上采用直接由電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，控制料口的開啟和關(guān)閉，由于電機(jī)選用的是具有自鎖 功能的直流減速電機(jī)，中間不采用減速裝置，簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡量的緊湊。所以直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，省去中間的減速環(huán)節(jié)。 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 2 2 主軸材料 的選擇 主軸的選用 45 鋼， 45鋼的加工性能較為理想，材料的價(jià)格比較低廉， 但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好， 45號(hào)鋼可以淬硬至 HRC42~46。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮 45鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將 45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。 3 主軸加工方法 的選擇 由于主軸是間歇回轉(zhuǎn)類零件，不需要長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以加工的精度不需要很高，在普通的車床上既可以加工。又因?yàn)橹鬏S的外形相對(duì)簡單，不需要經(jīng)常的換刀，所以加工的時(shí)間教短。在加工主軸時(shí)，需要注意的是徑向尺寸的控制，不過通過合理的安排加工工藝可以解決。最后的端部的鉆孔是需要控制空之間的距離，所以在單件試制的時(shí)候可以不用專用的夾具，在大量生產(chǎn)的時(shí)候需要安排專用的夾具，提高生產(chǎn)效率。尤其需要注意的是孔中心的確定，因?yàn)槭呛罄m(xù)安裝旋轉(zhuǎn)件的，所以要控制中心的偏差。 4 主軸 參數(shù)計(jì)算： 尺寸的確定 ： 由設(shè)計(jì)題目中要求可知： 下料口的孔直徑為 《 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) 》表 取 主軸的直徑為 5mm。 估取 主軸的長度和直徑 : i. 12段軸用于安裝聯(lián)軸器，故取直徑為 5mm。 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 3 ii. 23段安裝活動(dòng)擋片，外徑 5mm。 iii. 34段分隔段，直徑為 5mm。 iv. 45段為過度段，直徑為 16mm。 v. 56段安裝旋轉(zhuǎn)件，直徑為 40mm。 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長度 1. 12 段為安裝聯(lián)軸器為 30mm 2. 23 段為安裝活動(dòng)擋片長度為 60mm。 3. 34 段為為分隔長度為 10mm 4. 45 段用于安裝旋轉(zhuǎn)件長度為 6mm。 5. 56 段安 裝旋轉(zhuǎn)件長度為 10 2． 軸上力的校合 66 3． 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1） 判斷危險(xiǎn)截面 由于截面 IV 處受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險(xiǎn)截面 2） 截面 IV 右側(cè)的 MP aWM mb ??? 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 MP aWT TT ??? 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 4 MP aTmb ???? ??? 由于軸選用 40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以 MPaB 735?? ， MPa3861 ??? ， MPa2601 ??? 。 （ [2]P355 表 151） a) 綜合系數(shù)的計(jì)算 由 ??dr ， ?dD 經(jīng)直線插入，知道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為 ??? ， ??? ， （ [2]P38 附表 32 經(jīng)直線插入） 軸的材料敏感系數(shù)為 ??q ， ??q ， （ [2]P37 附圖 31） 故有效應(yīng)力集中系 數(shù)為 )1(1 ???? ??? ?qk )1(1 ???? ??? ?qk 查得尺寸系數(shù)為 ??? ，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 ??? ， （ [2]P37 附圖 32）（ [2]P39 附圖 33） 軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 ?? ?? ?? ， （ [2]P40 附圖 34） 軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即 1?q? ，則綜合系數(shù)值為 ???? ???? ??kK ???? ???? ??kK b) 碳鋼系數(shù)的確定 碳鋼的特性系數(shù)取為 ??? ， ??? c) 安全系數(shù)的計(jì)算 軸的疲勞安全系數(shù)為 ??? ? maKS ??? ? ??? 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 5 ??? ? maKS ??? ? ??? SSS SSS ca ????? ???? 故軸的選用安全。 4． 行程開關(guān)旋轉(zhuǎn)件的設(shè)計(jì) 由示意圖可知，兩旋轉(zhuǎn)件在旋轉(zhuǎn)時(shí)有一個(gè) 90度角的角度 差，通過行程開關(guān)輸出的信號(hào)的不同來分辨料口的開合處于什么樣的狀態(tài)，然后通過單片機(jī)系統(tǒng)的處理，輸出相應(yīng)的信號(hào)，帶動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，來控制料口的開合。料口的狀態(tài)有完全關(guān)閉和完全打開兩種狀態(tài)，（ 1）兩行程開關(guān)都輸出信號(hào)時(shí)，料口處于關(guān)閉狀態(tài)，（ 2）兩行程開關(guān)有一個(gè)閉合輸出信號(hào)時(shí)，料口處于完全打開狀態(tài)。 5 減速 電動(dòng)機(jī)的選擇： 直流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，故選擇 直流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)。 ZGA25R310 式 直流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)： ZGA25R310 使用電壓 :DC6V 轉(zhuǎn)速： 20rpm 外徑 :25mm 總長 :51mm 伸出軸長 :10mm 扭力 :13KG 機(jī)電一體化課程設(shè)計(jì) 6 6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) （一）系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)成 本系統(tǒng)包括機(jī)械部分和伺服電機(jī)控制兩部分。根據(jù)所給的要求，擬用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖 1。 單片機(jī) 光電 耦合 驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 具體原理：編寫單片機(jī)指令，通過掃描鍵盤輸入的數(shù)字記錄需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，然后計(jì)算需要輸出的脈沖，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖的輸出，然后由光電耦合電路減小外部的干擾，由功率放大電路實(shí)現(xiàn)功率的放大，然后接 減速 電動(dòng)機(jī)，通過聯(lián)軸 器把力矩傳到 主軸 。 帶動(dòng)料口的開關(guān)。 （二）、單片機(jī)的選用 本設(shè)計(jì)選用 ATS9S51 芯片，片內(nèi)無 ROM 或者 EPROM，使用時(shí)必須配置外部的程序存儲(chǔ)器 EPROM。本設(shè)計(jì)選用了 2764擴(kuò)展其空間， 8031的引腳分 3大功能： （ 1） I/O口線 P0,P1,P2,P3共 4個(gè)八位口。 （ 2）控制口線 PSEN(片外取指控制 )、 ALE（地址