【正文】 課程設(shè)計(jì)寵物自動(dòng)喂食機(jī)設(shè)計(jì)書(shū)課程設(shè)計(jì)的目的：掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)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(guò)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)。訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖，PLC，運(yùn)用設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)等。設(shè)計(jì)要求：：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(shuō)明書(shū)；：定時(shí)投放飼料，具有開(kāi)機(jī)自檢功能，可以設(shè)定開(kāi)啟關(guān)閉時(shí)間的長(zhǎng)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；，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(kāi)環(huán)控制。（一）、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(kāi)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(jiǎn)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)。（二）、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。（三）、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(zhǎng)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(jiǎn)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(guò)通過(guò)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。（四）、主軸參數(shù)計(jì)算：：由設(shè)計(jì)題目中要求可知：《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》。1）估取主軸的長(zhǎng)度和直徑:i. 12段軸用于安裝聯(lián)軸器，故取直徑為5mm。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(guò)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(zhǎng)度1. 12段為安裝聯(lián)軸器為30mm2. 23段為安裝活動(dòng)擋片長(zhǎng)度為60mm。3. 34段為為分隔長(zhǎng)度為10mm4. 45段用于安裝旋轉(zhuǎn)件長(zhǎng)度為6mm。5. 56段安裝旋轉(zhuǎn)件長(zhǎng)度為10（五）、軸上力的校合 66 精確校核軸的疲勞強(qiáng)度判斷危險(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)截面截面IV右側(cè)的 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為由于軸選用40cr，調(diào)質(zhì)處理，所以。（[2]P355表151）a）綜合系數(shù)的計(jì)算由，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，（[2]P37附圖31）故有效應(yīng)力集中系數(shù)為查得尺寸系數(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，則綜合系數(shù)值為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)為故軸的選用安全。（六）、行程開(kāi)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(guò)行程開(kāi)關(guān)輸出的信號(hào)的不同來(lái)分辨料口的開(kāi)合處于什么樣的狀態(tài)，然后通過(guò)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(lái)控制料口的開(kāi)合。料口的狀態(tài)有完全關(guān)閉和完全打開(kāi)兩種狀態(tài)，（1）兩行程開(kāi)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(kāi)關(guān)有一個(gè)閉合輸出信號(hào)時(shí)，料口處于完全打開(kāi)狀態(tài)。（七）、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(jiǎn)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(zhǎng):51mm 伸出軸長(zhǎng):10mm 扭力:13KG（八）、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(kāi)環(huán)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其開(kāi)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(guò)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(guò)聯(lián)軸器把力矩傳到主軸。帶動(dòng)料口的開(kāi)關(guān)。單片機(jī)的選用本設(shè)計(jì)選用ATS9S51芯片，片內(nèi)無(wú)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（地址鎖存控制）、EA（片外存儲(chǔ)器選擇）、RESET（復(fù)位控制）。（3）電源和時(shí)鐘。ATS9S51最小應(yīng)用系統(tǒng)。ATS9S51內(nèi)部不帶ROM，需要外接EPROM作為外部程序存儲(chǔ)器。又因?yàn)?031在外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)地址的低8位信息和數(shù)據(jù)信息分時(shí)送出，故還需要采用一片74LS373來(lái)鎖存低8為地址信息。這樣，一片2764EPROM和一片74LS373組成了一個(gè)最小的計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。如圖MCS51的程序存儲(chǔ)器空間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。用戶可最多擴(kuò)展到64kb的程序存儲(chǔ)器幾64kb的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為0000H~FFFFH。片內(nèi)8kb單元地址要求地址線13根（A0~A12）。~ 組成。地址鎖存器的鎖存信號(hào)為ALE。程序存儲(chǔ)器的取地址消耗為PSEN。由于程序存儲(chǔ)器芯片只有一片，所以其片選端（31）直接接地。8031芯片本身的連接31必須接地來(lái)表明選擇外部存儲(chǔ)器外，還必須有復(fù)位和時(shí)鐘電路。在此系統(tǒng)中有PP3口作為用戶I/O口使用；74LS373為地址鎖存器，他是一片三態(tài)輸出8D觸發(fā)器，當(dāng)OE=1時(shí)三態(tài)門導(dǎo)通，輸出線上為8為鎖存器的狀態(tài)。當(dāng)OE=1時(shí)輸出為高住抗轉(zhuǎn)臺(tái)。G為鎖存信號(hào)輸入線，G=1時(shí)鎖存器輸出等于D端輸入，G輸入短跳變將輸入信息鎖存到8為鎖存器中。當(dāng)8031在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸入高8為地址：P6口分時(shí)傳送底8為地址和指令字節(jié)。在ALE為高電平時(shí)，P0口輸出的地址有效，并由ALE的下降沿鎖存到地址鎖存器中，此時(shí)外部程序存儲(chǔ)器宣統(tǒng)信號(hào)線PSEN出現(xiàn)低電平，選通相應(yīng)的外部。EPROM存儲(chǔ)器；相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在EPROM的數(shù)據(jù)線（O0~O7）上，輸入到P0口，CPU將指令字節(jié)讀入指令寄存器。（九）、程序編寫連線圖：程序設(shè)計(jì)：AT89S51,F=6MHz影響第0組的R1,R2,R3,R4,R5,R6,R720H,21H,30H,31H,32H,35H,36H,37H,38H,39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH。 ORG 00H 。程序從這里開(kāi)始 SJMP MAIN 。主程序 ORG 0BH 。定時(shí)器0中斷入口 LJMP GOTO ORG 40H 。初始化 MAIN:MOV SP,5FH 。設(shè)堆棧 MOV 30H,12H 。存放小時(shí),設(shè)初值 MOV 31H,00H 。存放分鐘,設(shè)初值 MOV 32H,00H 。存放秒,設(shè)初值 MOV 35H,06H 。第一個(gè)鬧鐘的小時(shí)位,設(shè)初值 MOV 36H,30H 。第一個(gè)鬧鐘的分鐘位,設(shè)初值 MOV 37H,09H 。第二個(gè)鬧鐘的小時(shí)位,設(shè)初值 MOV 38H,00H 。第二個(gè)鬧鐘的分鐘位,設(shè)初值 MOV 39H,06H 。存放年 MOV 3AH,11H 。存放月 MOV 3BH,05H 。存放日 MOV 3CH,00H 。顯示緩存,第1，2位 MOV 3DH,00H 。顯示緩存,第3，4位 MOV 3EH,00H 。顯示緩存,第5，6位 CLR 00H 。秒閃爍暫存 SETB 01H 。鬧鐘1輸出位 SETB 02H 。鬧鐘2輸出位 CLR 03H 。按鍵2是否有效標(biāo)致位 CLR 04H 。按鍵3是否有效標(biāo)致位 CLR 05H 。按鍵2是否有效標(biāo)致位 CLR 06H 。鬧鐘開(kāi)關(guān)標(biāo)致 0為開(kāi)1為關(guān) SETB 07H 。顯示緩存,小數(shù)點(diǎn)1 SETB 08H 。顯示緩存,小數(shù)點(diǎn)2 SETB 09H 。時(shí)鐘加減標(biāo)致位 0為小時(shí),1為分鐘 SETB 0AH 。鬧鐘1加減標(biāo)致位0為小時(shí),1為分鐘 SETB 0BH 。鬧鐘2加減標(biāo)致位0為小時(shí),1為分鐘 MOV R2,2 。設(shè)定時(shí)次數(shù) MOV R3,50 MOV R4