自动化晾衣架设计

学生毕业设计题目：自动化晾衣架设计设计方案产品（作品）设计软件文化艺术作品√类型：所属二级院：专业：班级：姓名：学号：校内指导教师：企业指导教师：教务处制年月目录11170摘要 34775前言 432062第1章绪论 5116371.1自动晾衣架介绍 582071.2晾衣架的发展及未来 582071.3本晾衣架的特点 51266第2章自动晾衣架的机械与电气设计 632952.1自动晾衣架的机械原理 6192702.2控制要求 6192702.3PLC控制系统的调试 6245012.3.1I/O地址分配表 7319822.3.2外部接线图 8310752.3.3梯形图 85773第3章电气元件及机械元件的选用 99208603.2滚珠丝杆的选择 103083.2.1滚珠丝杆的特点 10237043.2.2滚珠丝杆的支撑 10277643.3轴承的选择 11291063.4框架、横杆、伸缩条、架条材料的选择 12129793.5电动机的选择 12286603.5.1确定电动机型号 1382173.6V带轮的的设计计算 13240303.6.1带传动比的分配 13266543.6.2各轴的转速和转矩 13133473.6.3传动方案的确定 14121513.5.4传动设计计算 15653.6.5带轮的结构设计 16252833.7雨滴传感器 18致谢10089 2128823参考文献 22246974.2.5湿度传感器 2714849结论 3020373附录 313906参考文献 3323088致谢 34摘要本自动晾衣架，它具有智能收衣功能，适用于较旧式公寓和农村家庭，本晾衣架制造成本较低且使用方便。晾衣架通过调试PLC来控制晾衣架的电动伸出与缩回和各项功能，选用PLC控制的原因是可靠性高、抗干扰能力强，在PLC系统程序中设有故障检测和自诊断程序，能对系统硬件电路等故障实现检测和判断；当有外界干扰引起故障时，能立即将当前重要信息加以封存，禁止任何不稳定的读写操作，一旦外界环境稳定后，便可恢复到故障发生前的状态，继续原来的工作。本设计的创意是雨滴传感器加入电气电路，这使晾衣架反应灵敏度加强。关键词：晾衣架PLC自动收衣；前言本设计思路跟据现实生活中例子引发的，现实生活中人们外出工作在下雨时不能及时回家收衣服，导致晒干的衣服被淋湿，为解决这个问题，又不影响正常的工作，设计一款智能自动收衣的机械装置。本设计在生活中为众多中低收入的人群提供了便利，又没有太多的增加经济负担，在技术上实现了自动化，顺应时代潮流。绪论1.1自动晾衣架介绍目前市场上晾衣架分自动、手动两种，手动较为普及，自动之所以未能普及推广，这是由于整个行业上技术的不成熟以及售后服务的局限，毕竟是镶在天花板上的不像其他家电一样容易搬移去维修保养。因而目前，还是手动为市场主导。随着技术的日臻完善和性价比的提高，自动晾衣架将成为市场的主导产品。自动晾衣架大约是10年前出现的一种晾衣服的工具。这种产品刚出来时晾杆是不锈钢管做的，款式单一，只是作为一种方便晾晒衣服的工具，但随着时间的推移，生产晾衣架的厂家越来越多，竞争越来越大，厂家各出奇谋，款式大同小异，功能日臻完善，外观也越来越漂亮，晾衣架如今已不仅仅是一种晾晒工具了，更演变成一种装饰品，点缀现代家庭阳台。1.2晾衣架行业的发展及未来晾衣架发展到今天，已经不仅仅是晾衣服的工具，除了实用性很强外，更是一个颇具装饰性的产品，它是阳台一道主要的风景线，除了买来晾衣服消费者也许更注重心理上的需求和满足。目前晾衣架的功能已经得到普遍消费者的认可，已经形成一个行业，回归产品本身--走质量、特色路线，不断改良创新，引领行业重新重视质量，实用的产品质量才是永恒的，只有质量被大众接受，行业才可持续健康发展。换言之，只要功能、质量普遍被认可，晾衣架将会成为居民生活的必需品，而竞争激烈的未来，特色将是吸引顾客的重要因素。1.3本晾衣架特点（1）本晾衣架结构简单成本低，只需两个小功率电机、两个行程开关、滚珠丝杆两根伸缩架、和框架材料等。（2）使用方便，只要按下启动按钮就能自动伸出阳台外，下雨时自动收回。（3）选用无毒、质轻、耐压且耐腐蚀的架体材料。第二章自动晾衣架的机械与电气设计2.1自动晾衣架的机械原理自动晾衣架顾名思义就是能自动的收晾衣服，本发明是一种自动感应伸缩的晾衣架。在晾衣架机构的最上层两侧装有两个丝杆轨道，并与电动机相连，电动机带动丝杠旋转，拐弯处装有滑轮；两侧支撑杆的一端分别与墙体相连，另一端伸出，支撑杆内部有供挂衣横杆滑动的滑槽，支撑杆滑槽之间装有挂衣横杆，支撑杆滑槽外端分别装有电动销，支撑架分别位于各自支撑杆下面，支撑架的一端与墙体相连，支撑架的另一端分别与各自支撑杆相连。托住丝杆轨道的托板上安装两个行程开关，行程开关限制晾衣架的最长伸出与缩回。阳台外墙上安装雨滴传感器，通过外界湿度变化，能自动收回衣物，这样使衣物不在因为下雨时被弄湿，给人们生活带来方便。工作原理如下图1-1图1-1晾衣架工作原理图2.2控制要求晾衣架工作前，处于最左端，按下启动按钮SB2，接触器KM1线圈得电，电动机M1、M2正转，晾衣架向外晾出衣服，碰到行程开关SQ1或按下停止按钮SB1，电动机M1、M2停止转动，晾衣架停止运行。按下启动按钮SB4或下雨时雨滴传感器感应到雨水输入电信号，接触器线圈KM2得电，电动机M1、M2反转，晾衣架向内收回衣服，碰到行程开关SQ2或按下停止按钮SB3，电动机M1、M2停止运行。硬件电器控制原理图如下图1-2图1-2硬件电器控制原理图2.3PLC控制系统的调试2.3.1I/O地址分配表输入信号输出信号SB1停止按钮X0KM1接触器线圈Y0SB2启动按钮X1KM2接触器线圈Y1SB3停止按钮X2SB4启动按钮X3SQ1行程开关X4SQ2行程开关X5FR1过载保护X6FR2过载保护X7SA雨滴传感器X8表1-1I/O地址分配表2.3.2外部接线图图1-3外部接线图2.3.3梯形图图1-4梯形图电气元件及机械元件的选用3.1行程开关的选用行程开关原理图（图3-1）与行程开关实物图（图3-2）图3-1行程开关原理图图3-2行程开关实物图行程开关介绍：直动式行程开关，其结构原理,其动作原理与按钮开关相同,但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度,不宜用于速度低于0．4m／mi的场所。直动式行程开关组成：

1-推杆

2-弹簧

3-动断触点

4-动合触点3.2滚珠丝杠的选择滚珠丝杠是把旋转的运动转化成高精度的直线运动。滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杆螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。滚珠丝杠的组成及工作原理：图3-3滚珠丝杠螺母副的结构原理图滚珠丝杠的组成：主要由丝杆、螺母、滚珠和滚道（回珠器）、螺母座等组成。

滚珠丝杠的工作原理：在丝杆和螺母上加工有弧行螺旋槽，当它们套装在一起时便形成螺旋滚道，并在滚道内装满滚珠。而滚珠则沿滚道滚动，并经回珠管作周而复始的循环运动。回珠管两端还起挡珠的作用，以防滚珠沿滚道掉出。3.2.1滚珠丝杠的特点：传动效率高：机械效率可高达92%~98%。摩擦力小：主要是用滚珠的滚动代替了普通丝杆螺母副的滑动。轴向间隙可消除：也是由于滚珠的作用，提高了系统的刚性。经预紧后可消除间隙。使用寿命长、制造成本高：主要采用优质合金材料，表面经热处理后获得高的硬度。3.2.2滚珠丝杆的支撑滚珠丝杠的支撑形式有很多种，最常用的如下图所示图3-4滚珠丝杠两端支撑形式3.3轴承的选择直线轴承：直线运动球轴承其结构是在外圈之内装有保持器，保持器装有多个钢球，并作无限循环运动。保持器的两端以内弹簧挡圈固定，在各钢球受力工作的直线轨道方设有缺口窗。此部分是使受载荷的钢球与轴作滚动接触。用非常低的磨擦系数相对移动，因此直线运动球轴承为机械设备、自动化设备、节能设备等最合适选用的轴承。直线轴承是一种直线运动系统，用于直线行程与圆柱轴配合使用。由于承载球与轴承外套点接触，钢球以最小的摩擦阻力滚动，因此直线轴承具有摩擦小，且比较稳定，不随轴承速度而变化，能获得灵敏度高、精度高的平稳直线运动。直线轴承消耗也有其局限性，最主要的是轴承冲击载荷能力较差，且承载能力也较差，其次直线轴承在高速运动时振动和噪声较大。直线轴承快易优自动化选型有收录。直线轴承广泛应用于精密机床、纺织机械、食品包装机械、印刷机械等工业机械的滑动部件。由于承载球与轴承点接触，故使用载荷小。钢球以极小的摩擦阻力旋转，从而能获得高精度的平稳运动。直线轴承实物图（图3-5）图3-5直线轴承实物图3.4框架、横杆、伸缩条、架条材料的选择衣架的框架、横杆、伸缩条、架条材料采用最常用的304不锈钢，作为一种不锈钢的材料，有得天独厚的优势，其无毒、质轻、耐压且耐腐蚀，这也很符合本晾衣架的特点。管子之间完全融合到了一起，所以一旦安装打压测试通过，可以达到不结垢、不生锈、不渗漏，是绿色高级的不锈材料，非常适合一般家庭装修使用。304不锈钢典型用途大多数的使用要求是长期保持建筑物的原有外貌。主要考虑的是所要求的审美标准、所在地大气的腐蚀性以及要采用的清理制度。然而，其它应用越来越多的只是寻求结构的完整性或不透水性，表面不很干净也可以。在干燥的室内环境中使用304不锈钢效果相当好。但要获得户外环境中的审美效果，就需采用含镍304不锈钢板。所以，304不锈钢板广泛用于幕墙、侧墙、屋顶及其它建筑用途。现在，人们已充分认识到了在结构应用中使用304不锈钢板的优越性。304不锈钢有着特别高的抗渗碳能力和抗热震性。由于衣架经常置于户外，而且有风吹雨淋，如果生锈还有可能把锈水滴到衣服上既不卫生也不干净，所以材料选择了304不锈钢。3.5电动机的选择电动机类型：根据动力源和工作条件，选用交流电机，Y系列三相异步电动机。电动机功率：根据传输机构的布置由已知条件带传动机构承受10公斤力，即100N，带的运动速度为3m/min。由已知条件得电动机有效功率，式中为系统总的传动效率。电动机到带传动机构总传动效率式中：为V带的传动效率，为闭式齿轮的传动效率，为圆锥滚子轴承的传动效率，为联轴器的传动效率，为链传动效率。查表：，，，=0.99，=0.96代入上式：所以电动机的有效功率所选电动机的额定功率须满足。3.5.1确定电动机型号根据已知条件本装置的输送速度为：式中为节距，为小带轮齿数，取=17选取电动机型号为Y2-90S-8，同步转速为750,对应额定功率为0.37KW，外伸轴直径24mm方案电动机型号额定功率（KW）同步转速（r/min）满载转速（r/min）总传动比i1Y2-90S-80.37750700503.6V带轮的设计计算3.6.1传动比的分配1.计算总的传动比i===502.传动比的分配取,=16.663.低速级传动比：3.6.2各轴的转速、功率和转矩转速：功率：KW扭矩：转速：功率：扭矩：=转速：功率：扭矩：转速：功率：=扭矩：表3.1各轴的运动与动力参数轴号转速（r/min）功率(KW)扭矩（N．m）1233.330.08263.8246.660.07815.963140.07450.4784140.0747.753.6.3带传动方案的确定外传动带选为普通V带传动1.确定计算功率：（1）、查文献[10]表9-6得工作情况系数（2）查得式（4.1）2、选择V带型号查文献[10]图3-12得：选A型V带。3.6.4带传动设计计算1、确定带轮直径（1）、查文献[10]表3-5得选取小带轮直径=82.5（电机中心高符合要求）（2）、验算带速，求得：式（4.2）（3）、从动带轮直径查文献[10]表3-6得取2、确定中心距（1）、初定中心距a和带长式（4.3）取（2）、带的计算长度式（4.4）由文献[10]表3-3，取带的基准长度Ld=1000mm(3)、确定中心距a式（4.5）(4)、确定中心距调整范围式（4.6）3、验算小带轮包角，根据文献[10]图3-13式（4.7）4、确定V带根数Z计算V带根数Z，由文献[11]表8-1-24式（4.8）式中：为单根V带的基本额定功率，为时单根V带额定功率增量，为带长修正系数，为小带轮包角修正系数。查文献[11]表8-1-33，，查表8-1-27，查表8-1-29，代入上式：取5、确定（单根带）初拉力式（4.9）由文献[11]表8-1-28查得0.06kg/m6、计算对轴的压力，得：式（4.10）3.6.5带轮的结构设计1、小带轮设计因为小带轮基准直径=50mm<300mm，故可采用实心式结构。由文献[9]图8-12中带轮结构参数经验公式：带轮宽：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+210=35mm式（4.11）式中：e为槽间距，查文献[9]表8-10取e=15mmf为第一槽对称面至端面的距离，查文献[9]表8-10取e=10mz为轮槽数，由前面设计可知道取Z=2轮毂宽：L=（1.5—2）d=1.8d=1.824=43.2mm式（4.12）轮毂外直径：=1.9d=1.924=45.6mm带轮外径：=+2=50+22.75=55.5mm式（4.13）式中为基准线下槽深，查文献[9]表8-10得=2.75轮缘宽：=8mm基准线下槽深：=10mm由以上数据，小带轮结构简图如下：图3-6小带轮结构简图2、大带轮设计因为基准直径=150mm<300mm，故可采用腹板式结构。查文献[9]图8-12中带轮结构参数经验公式：带轮宽：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+210=35mm轮毂宽：L=（1.5—2）d=1.8d=1.815=27mm轮毂外直径：=1.9d=1.915=28.5mm带轮外径：=+2=224+22.75=155.5mm轮缘宽：=8mm基准线下槽深：=10mm由以上数据，大带轮结构简图如下：图3-7大带轮结构简图3.7雨滴传感器产品介绍:1、传感器采用高品质FR-04双面材料，超大面积6.0×4.3CM；2、模块直接配大功率继电器，直接控制负载；3、配电位器调节灵敏度，控制在不同水份时，控制继电器的开启。功能介绍：接上电源，电源指示灯亮，感应板上没有水滴时，继电器不动作，开关指示灯灭，滴上一滴水，继电器吸合，启动相关设备，开关指示灯亮，擦掉上面的水滴，又恢复到原始状态。性能参数：模块供电：6-24V静态电流：5-12mA;继电器负载能力：250V10A（AC）30V10A（DC）雨滴传感器实物图如下：图3-8雨滴传感器实物图传感器加继电器模块接线说明图如下：图3-9传感器加继电器模块接线说明图图3-11继电器模块控制交流设备接线图和继电器模块控制交流设备接线图图3-12继电器输出接线引脚说明雨滴传感器与PLC的连接：此类雨滴传感器为感应开关传感器，当有数据输入时常开触点闭合常闭触点断开，在本设计中只用到了一对常开触点。故雨滴传感器与PLC的连接方式为：G1公共端、K1常开端一端与PLC的电源相连一端与I/O接口的输入端相连。总结（一）主要收获在学校经过两年时间的