便捷式自動晾衣架設計（太原）
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便捷式自動晾衣架設計
摘要：傳統(tǒng)的晾衣架就是一固定的晾衣桿，掛取衣物非常麻煩吃力，現(xiàn)今，家用的晾衣架越來越趨于自動化，出現(xiàn)了手搖式晾衣架和電動式晾衣架，其中，電動晾衣架因具有占用空間小、操作省力、使用便捷等優(yōu)點，受到越來越多家庭的青睞。電動晾衣架包括有晾衣桿、晾衣桿兩端的繩索和用以控制繩索繞卷的控制裝置，其中，為防止輸超出移位，兩端一般都放置行程開關，電機帶動絲杠轉動，晾衣桿就自動的前進、后退：智能晾衣架的機械部分是在普通拉桿式晾衣架兩支撐桿的端部各安裝一個滑輪?；瑒訔U與最前外面的晾衣桿固定連接?；瑒訔U的另一端連接到與直流電動機相連的轉軸上，通過電動機的正反轉達到晾衣架的伸縮效果。其控制部分的電路CPU采用89C2051單片機。利用溫度、雨水、光敏等傳感器，達到下雨時自動收回，雨后自動伸展；氣溫高于設定值時自動收回，低于設定值時自動伸展；夜晚自動收回，白天自動伸展的功能。
關鍵詞：智能衣架，單片機
Design of Portable automatic clothes hanger
Abstract：Traditional dryer is a fixed airing, hanging clothes very difficult trouble, today, the home of the dryer is more and more tend to automation, a wind-up dryer and electric type dryer, the electric dryer because of has a small footprint, easy operation, the advantages of convenient use, favored by more and more families. Electric dryer consists of airing, airing on both ends of the rope and a rope around the volume control device to control, among them, in order to prevent lost out of shift, both ends are generally placed travel switch, the motor drive screw rotation, automatically put forward and backward: intelligent clothes-horse mechanical part is in ordinary lever type dryer two end of support bar on each install a pulley. Sliding rod and the top outside the airing of fixed connection. On the other side of the sliding rod connected to the connected to the dc motor shaft, motor through positive and negative to convey to the scale effect of dryer. The control part of the circuit USES the 89 c2051 single chip microcomputer CPU. Using, such as temperature, rain, photosensitive sensor to automatically when it rains, the rain automatic tension; The temperature is higher than the set value automatically withdraw, below the set value automatically extend; Night back automatically, automatic stretch during the day.
Keywords：intelligent hangers, chip microcomputer
目 錄
1 緒論 1
1.1 智能衣架研究的目的及意義 1
1.2 智能系統(tǒng)的材料選擇 2
2 自動晾衣架的機械部分設計 3
2.1 自動晾衣架的機械原理 3
2.2 滾珠絲杠的選擇 3
2.2.1滾珠絲杠的特點 4
2.2.2滾珠絲杠的支撐 4
2.3軸承的選擇 5
2.3.1直線軸承 5
2.3.2深溝球軸承 6
3自動晾衣架的機械部分計算及校核 8
3.1 設計思想 8
3.2 初選電機減速器系統(tǒng)方案 8
3.3電動機類型選擇 8
3.4 電動機功率的選擇 8
3.5 確定電動機型號 9
3.6 V帶的設計計算 9
3.6.1 傳動比的分配 9
3.6.2各軸的轉速、功率和轉矩 9
3.7 帶傳動方案的確定 10
3.8帶傳動設計計算 11
3.9帶輪的結構設計 12
3.10機械部分的校核 14
4電氣部分設計 17
4.1自動晾衣架的電路圖及簡介 17
4.2各元件的介紹及編程 17
4.2.1壓力繼電器 17
4.2.2 PLC的原理介紹及編程 19
4.2.3 行程開關 21
4.2.4光敏傳感器 23
4.2.5 濕度傳感器 26
結論 29
參考文獻 30
致謝 31
I
太原工業(yè)學院畢業(yè)設計
1.緒論
1.1 智能衣架研究的目的及意義
近十年來隨著國內經濟高速發(fā)展及房地產的快速擴張，直接促進了裝修家居行業(yè)飛速發(fā)展，其中晾衣架市場已順勢脫穎而出，十年間得以迅猛發(fā)展。
由于手搖晾衣架本身存在構造簡陋，使用壽命短、保養(yǎng)繁瑣等種種缺陷，無法滿足消費者日益發(fā)展的家居智能化需求。原始的晾衣架是只有一根繩子或者鐵絲到穿一根鋼管，之后出現(xiàn)了尼龍繩拉著升降，后來又發(fā)明了尼龍繩式手搖晾衣架，八九十年代，晾衣架進化到了鋼絲手搖式。以廣東好太太為首的手搖晾衣架迅速占領了整個國內市場。
到二十世紀初，南京屋之秀，在2003年的廣州家居五金展覽會上首次展覽了電動晾衣機，這標著電動晾衣架橫空出世。從此，晾衣架市場風云再起。南京屋之秀作為電動晾衣機的開山鼻祖，時光荏苒，由于種種原因，已經銷聲匿跡。取而代之的是好易點智能晾衣架，一路升級換代。近幾年來，好易點智能晾衣機以其不斷創(chuàng)新的技術，人性化的晾衣體驗，逐步被消費者認可，一時引領了智能晾衣機市場的潮流！
可是，這種智能衣架在晾曬衣物的過程中還有一個最大的不便始終沒有得到解決，那就是天象萬變，而我們又不可能每時每刻都在家，（即使在家也不能時時盯著天空），衣服曬在室內，得不到足夠的陽光的照射，不容易干透；曬到室外，如果突然降雨，而我們又不能及時趕回家，則又要面臨重新洗滌的艱辛與勞累。相信這個問題每個人都遇到過，十分令人煩惱。所以，當我們因工作、學習、交際、娛樂等等事情出門在外時，對于家中已經曬出去的大量衣物，自然是牽腸掛肚的，一看到天氣有變，即不能再安心從事眼前的事務，緊急趕到家時，衣物往往已經被淋成了“落湯雞”，所以能不能發(fā)明一種東西能自己感知天氣的變化，感光、感濕材料等組成，智能感應部件被安裝在戶外，當感應到陽光時，即發(fā)出指令，電機自動驅動，將晾曬在金屬支架上的衣物撐出戶外；當濕度感應器（應做成面積較大的凹盤狀，即能有效的儲存到雨水）感應到有雨水時，即發(fā)出另一指令，電機即把金屬支架回縮，衣物即被自動收回室內避雨。從此，衣物的晾曬有了一個全天候保架護航的能手，人們不必再為這種小事而憂心了。因有時是大雨，衣物即使回收至室內，仍然會遭到飄雨的侵襲，故完美的設計就是再加裝一套防水隔層，比如卷軸式的塑料雨簾，當衣物被收回室內，雨簾即自動放下，將衣物完全遮擋。能不能以一種簡捷有效的方式來解決這個問題呢？答案當然是肯定的。我設想，能不能設計一種以電力驅動，具備可以智能感應天晴與下雨，并及時做出反應的裝置？姑且把它命名為：“自動晴雨伸縮衣架”。當天晴時，卷軸轉動，將雨簾自動收起，然后將衣物自動撐出戶外。當然也可以和窗戶聯(lián)動，衣物收回，和該系統(tǒng)掛接的電動窗戶自動閉合。另外應再加入兩個監(jiān)測器：1.風力監(jiān)測器——當風力過大，從而易使衣物脫鉤墜地時，可協(xié)助把衣物收回；2.溫度感應器－－當室外氣溫降到零度左右，而光照度又嚴重不足時，為防止降雪，溫度感應器協(xié)助把衣物收回（盛夏中午，室外氣溫高過35度，烈日當頭，光照度過強時，為保護衣物不被曬壞，而將衣物回收）如果有了它，除了可以免受突然降雨而糟蹋衣物外，還可以實現(xiàn)自動收、曬衣物的功能。特別是在冬季，衣物需要連曬數(shù)日的情況下，我們不必再每天傍晚將衣物收回，次日晨又曬出去，入夜，光線暗淡，該裝置的光照度感應器感受不到充足的光線，即自動把衣物收回，次日早晨光線充足時，又自動曬出。當然，也可以加入程控芯片，由人們自由設定幾點鐘曬出，幾點鐘收回。
這種裝置真的可以極大的方便人們的生活，定會得到廣泛的喜愛。所以，我認為研究設計這么一款便捷式自動晾衣架是非常有意義的。
1.2 智能系統(tǒng)的材料選擇
衣架的材料采用最常用的304不銹鋼，他的優(yōu)點有：作為一種不銹鋼的材料，有得天獨厚的優(yōu)勢，其無毒、質輕、耐壓且耐腐蝕。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構的完整性或不透水性，表面不很干凈也可以。在干燥的室內環(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、側墻、屋頂及其它建筑用途?，F(xiàn)在，人們已充分認識到了在結構應用中使用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。
2.自動晾衣架的機械部分設計
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。在晾衣架機構的最上層兩側裝有兩個軌道，并與電動機相連，電動機帶動絲杠旋轉，拐彎處裝有滑輪；兩側支撐桿的一端分別與墻體相連，另一端伸出，支撐桿內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，一根支撐桿的前端裝有行程開關。通過外界濕度及光線變化，能自動收攏衣物并用雨布裹住，這樣使衣物不在因為各種原因被弄濕，給人們生活帶來方便。工作原理如下圖：
電機
絲杠
晾衣架
滑槽
4個行程開關
圖 2.1
2.2 滾珠絲杠的選擇
滾珠絲杠是把旋轉的運動轉化成高精度的直線運動。滾珠絲杠螺母副是數(shù)控機床中回轉運動轉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見下圖2.2：
7 e0 c. g+ J( M, G( g
圖2.2 滾珠絲杠螺母副的結構原理圖
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，并在滾道內裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經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。
2.2.1 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)質合金材料，表面經熱處理后獲得高的硬度。
2.2.2 滾珠絲杠的支撐
滾珠絲杠的支撐形式有很多種，最常用的如下圖2.3所示：
圖2.3 滾珠絲杠兩端支撐形式
2.3 軸承的選擇
2.3.1 直線軸承
直線運動球軸承其結構是在外圈之內裝有保持器，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。 直線運動軸承，目前被越來越廣泛的運用到電子、機械、儀器、機器人、工具機械、食品機械、包裝機械、醫(yī)療機械、印刷機械、紡織機械、數(shù)控機床、汽車等一般或特殊機械行業(yè)之中。使用直線運動球軸承的優(yōu)點：1.由于流動接觸可使起動磨擦阻力及動磨擦阻力為極小，因此可以節(jié)省能源，容易得到較高運動速度。2.對負荷增大，但磨擦系數(shù)無敏感變化，因此重負荷下，磨擦系數(shù)極小，并且長期保持精度不變，可得機械使用壽命長期保持。3.直線運動軸承互換性好，安裝使用方便省時，并使機械結構新穎，小型，量輕之特點。4.節(jié)省給油手續(xù)，達到簡化潤滑保養(yǎng)的目的。5.兩側附加油封的軸承還適用與灰塵較多或 異物容易侵入的場所。直線運動球軸承的分類，標準型使用最廣泛的系列有三種不同尺寸系列： LM系列、公制尺寸系列（東南亞國家用）、 LME系列、公制尺寸系列（美國用）。 L微型適應輕、薄、短小，時代需求之系列，超小直徑尺寸，內徑有：3、4、5mm。L不銹鋼型外圈、鋼球兩端封蓋均為不銹鋼，保持器采用塑料制造。S、SL開放型切除一列鋼球，而對應外圈，可獲得高剛性，并防止軸翹曲的引導機構，同時可得到間隙可調性，無松動配合狀態(tài)。LM、LME間隙調整型在外圈上沿長軸向開有一單縫型式，以調整固定軸承的外殼達到配合，無松動狀態(tài)。
2.3.2 深溝球軸承
深溝球軸承（Deep Groove Ball Bearings）是滾動軸承中最為普通的一種類型?；拘偷纳顪锨蜉S承由一個外圈、一個內圈、一組鋼球和一組保持架構成，深溝球軸承類型代號為6。深溝球軸承主要用于承受純徑向載荷，也可同時承受徑向載荷和軸向載荷。當其僅承受純徑向載荷時，接觸角為零。當深溝球軸承具有較大的徑向游隙時，具有角接觸軸承的性能，可承受較大的軸向載荷 。深溝球軸承的摩擦系數(shù)很小，極限轉速也很高，特別是在軸向載荷很大的高速運轉工況下，深溝球軸承比推力球軸承更有優(yōu)越性。
深溝球軸承結構簡單，與別的類型相比易于達到較高的制造精度，所以便于成系列大批量生產，制造成本也較低，使用極為普遍。深溝球軸承除基本型外，還有各種變型結構，如：帶防塵蓋的深溝球軸承；帶橡膠密封圈的深溝球軸承；有止動槽的深溝球軸承；有裝球缺口的大載荷容量的深溝球軸承；雙列深溝球軸承。
深溝球軸承是最具代表性的滾動軸承，用途廣泛。適用于高轉速甚至極高轉速的運行，而且非常耐用，無需經常維護。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉速高， 結構簡單，制造成本低，易達到較高制造精度。尺寸范圍與形式變化多樣，應用在精密儀表、低噪音電機、汽車、摩托車及一般機械等行業(yè)，是機械工業(yè)中使用最為廣泛的一類軸承。主要承受徑向負荷，也可承受一定量的軸向負荷。
選取較大的徑向游隙時軸向承載能力增加，承受純徑向力時接觸角為零。有軸向力作用時，接觸角大于零。一般采用沖壓浪形保持架，車制實體保持架，有時也采用尼龍架。
深溝球軸承裝在軸上后，在軸承的軸向游隙范圍內，可限制軸或外殼兩個方向的軸向位移，因此可在雙向作軸向定位。此外，該類軸承還具有一定的調心能力，當相對于外殼孔傾斜2′～10′時，仍能正常工作，但對軸承壽命有一定影響。深溝球軸承保持架多為鋼板沖壓浪形保持架，大型軸承多采用車制金屬實體保持架。用途：深溝球軸承可用于變速箱、儀器儀表、電機、家用電器、內燃機、交通車輛、農業(yè)機械、建筑機械、工程機械等。
二條滾道的內圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。外圈滾道面的曲率中心與軸承中心一致，所以具有與自動調心球軸承同樣的調心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調整，不增加軸承負擔。調心滾子軸承可以承受徑向負荷及二個方向的軸向負荷。徑向負荷能力大，適用于有重負荷、沖擊負荷的情況。內圈內徑是錐孔的軸承，可直接安裝?；蚴褂镁o定套、拆卸筒安裝在圓柱軸上。保持架使用鋼板沖壓保持架、聚酰胺成形保持架及銅合金車制保持架。
3.自動晾衣架的機械部分計算及校核
3.1 設計思想
本課題是以機器經濟性好、人性化設計、環(huán)境友好性好、可靠性高、壽命長、結構簡單、易于維修等為設計思想。
3.2 初選電機減速器系統(tǒng)方案
系統(tǒng)方案圖如下圖3.1所示：
圖3.1 電機減速器系統(tǒng)方案
3.3 電動機類型選擇
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。
3.4 電動機功率的選擇
根據(jù)傳輸機構的布置由已知條件帶傳動機構承受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 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，同步轉速為750 ,對應額定功率為0.37KW，外伸軸直徑24mm，如下表3.1
表3.1
8
太原工業(yè)學院畢業(yè)設計
方案
電動機型號
額定功率
（KW）
同步轉速
（r/min）
滿載轉速
（r/min）
總傳動比
i
1
Y2-90S-8
0.37
750
700
50
3.6 V帶的設計計算
3.6.1 傳動比的分配
1.計算總的傳動比i===50
2.傳動比的分配取,=16.66
3.低速級傳動比：
3.6.2 各軸的轉速、功率和轉矩
軸1：轉速：
功率：KW
扭矩：
軸2：轉速：
功率：
扭矩：=
軸3：轉速：
功率：
扭矩：
軸4：轉速：
功率：=
扭矩：
表3.2 各軸的運動與動力參數(shù)
軸號
轉速（r/min）
功 率
(KW)
扭 矩
（N．m）
1
233.33
0.0826
3.8
2
46.66
0.078
15.96
3
14
0.074
50.478
4
14
0.07
47.75
3.7 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。
3.8 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）
取
（2）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/m
6.計算對軸的壓力，得：
式（4.10）
3.9 帶輪的結構設計
1.小帶輪設計
因為小帶輪基準直徑=50mm<300mm，故可采用實心式結構。
由文獻[9]圖8-12中帶輪結構參數(shù)經驗公式：
帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+2 10=35mm 式（4.11）
式中：e為槽間距，查文獻[9]表8-10取e=15mm
f為第一槽對稱面至端面的距離，查文獻[9]表8-10取e=10m
z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=1.8 24=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)，小帶輪結構簡圖如下圖3.2：
圖3.2 小帶輪結構簡圖
2.大帶輪設計
因為基準直徑=150mm<300mm，故可采用腹板式結構。
查文獻[9]圖8-12中帶輪結構參數(shù)經驗公式：
帶輪寬：B=(Z-1)e+2f=（2-1）15+2 10=35mm
輪轂寬：L=（1.5—2）d=1.8d=1.8 15=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)，大帶輪結構簡圖如下圖3.3：
圖3.3 大帶輪結構簡圖
30
3.10 機械部分的校核
本部分主要對晾衣桿的橫梁進行校核，因為他最有可能斷裂，具體的校核如下：
太原工業(yè)學院畢業(yè)設計
1.畫桿的空間受力圖
將所受載荷簡化為集中力，并通過輪轂中截面作用于軸上。桿的支點反力也簡化為集中力通過載荷中心作用于軸上；
2.作垂直平面受力圖和水平平面受力圖求出作用于桿上的載荷。并確定可能的危險截面。
圖3.4 晾衣桿的彎矩圖
將計算出的危險截面處的的值列入下表3.2：
表3.2 輸出軸各危險面處的載荷值
載荷
水平面H
垂直面V
支反力F
彎矩M
總彎矩
扭矩
3.按彎扭合成應力校核軸的強度
已知材料為304不銹鋼，由文獻[12]表15—1查得，由已知條件，對軸上承受最大彎矩和扭矩的截面的強度進行校核。
根據(jù)式15-5以上表中的數(shù)據(jù)，并取，軸的計算應力：
結論：按彎矩合成應力校核桿的強度，桿的強度足夠。
4.電氣部分設計
4.1 自動晾衣架的電路圖及簡介
本課題主要是設計一個自動控制系統(tǒng)，控制自動晾衣架，具體電路圖如下圖4.1：
圖4.1 電路圖
原理介紹：光敏傳感器，濕度傳感器采集到相應的信號傳給PLC，PLC控制電機轉動，通過電機的正反轉來實現(xiàn)衣服的收晾。當行走到尾部時活動桿觸動行程開關，行程開關把信號發(fā)給PLC，實現(xiàn)電機停止。電機用的是強電，PLC用的是弱電，不能實現(xiàn)控制，所以用PLC控制繼電器的開斷，來實現(xiàn)控制電機。
4.2 各元件的介紹及編程
4.2.1 壓力繼電器
由于電機用的是強電不能用PLC控制，所以要加個繼電器來實現(xiàn)自控控制，電路原理圖如下圖4.2：
圖4.2 電路原理圖
1主觸頭2自由脫扣器3過電流脫扣機器
4分勵磁脫扣器5熱脫扣器6失壓脫扣器7按鈕
繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應用于自動控制電路中，它實際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動開關”。故在電路中起著自動調節(jié)、安全保護、轉換電路等作用。
（1）電磁繼電器的工作原理和特性
電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）吸合。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。
①熱敏干簧繼電器的工作原理和特性
熱敏干簧繼電器是一種利用熱敏磁性材料檢測和控制溫度的新型熱敏開關。它由感溫磁環(huán)、恒磁環(huán)、干簧管、導熱安裝片、塑料襯底及其他一些附件組成。熱敏干簧繼電器不用線圈勵磁，而由恒磁環(huán)產生的磁力驅動開關動作。恒磁環(huán)能否向干簧管提供磁力是由感溫磁環(huán)的溫控特性決定的。
②固態(tài)繼電器（SSR）的工作原理和特性
固態(tài)繼電器是一種兩個接線端為輸入端，另兩個接線端為輸出端的四端器件，中間采用隔離器件實現(xiàn)輸入輸出的電隔離， 固態(tài)繼電器按負載電源類型可分為交流型和直流型。按開關型式可分為常開型和常閉型。按隔離型式可分為混合型、變壓器隔離型和光電隔離型，以光電隔離型為最多。
（2）繼電器主要產品技術參數(shù)
①額定工作電壓
是指繼電器正常工作時線圈所需要的電壓。根據(jù)繼電器的型號不同，可以是交流電壓，也可以是直流電壓。
②直流電阻
是指繼電器中線圈的直流電阻，可以通過萬能表測量。
③吸合電流
是指繼電器能夠產生吸合動作的最小電流。在正常使用時，給定的電流必須略大于吸合電流，這樣繼電器才能穩(wěn)定地工作。而對于線圈所加的工作電壓，一般不要超過額定工作電壓的1.5倍，否則會產生較大的電流而把線圈燒毀。
④釋放電流
是指繼電器產生釋放動作的最大電流。當繼電器吸合狀態(tài)的電流減小到一定程度時，繼電器就會恢復到未通電的釋放狀態(tài)。這時的電流遠遠小于吸合電流。
⑤觸點切換電壓和電流
是指繼電器允許加載的電壓和電流。它決定了繼電器能控制電壓和電流的大小，使用時不能超過此值，否則很容易損壞繼電器的觸點。
4.2.2 PLC的原理介紹及編程
PLC起到中央控制的作用，類似CPU，是整個電路中的集中控制部分，PLC的實物圖如下圖4.3、圖4.4：
圖4.3 PLC的外觀結構
圖4.4 PLC的內部結構
可編程序控制器，英文稱Programmable Controller，簡稱PC。但由于PC容易和個人計算機（Personal Computer）混淆，故人們仍習慣地用PLC作為可編程序控制器的縮寫。它是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時/計數(shù)和算術運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產過程。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中的機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用了微處理器的優(yōu)點，又照顧到現(xiàn)場電氣操作維修人員的技能與習慣，特別是PLC的程序編制，不需要專門的計算機編程語言知識，而是采用了一套以繼電器梯形圖為基礎的簡單指令形式，使用戶程序編制形象、直觀、方便易學；調試與查錯也都很方便。用戶在購到所需的PLC后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序編制工作，就可地將PLC應用于生產實靈活方便。
現(xiàn)在以LG單片機為例子對本課題進行程序設計
（1）I/O端口賦值
①輸入分配：
序號 PLC輸入編號說明
1 P0000 行程開關
2 P0001 光敏傳感器
3 P0002 濕敏傳感器
4 P0003 電機繼電器
5 P0004 溫度度傳感器
?、谳敵龇峙洌?
序號 PLC輸入編號說明
1 P0040 行程開關
2 P0041 電機繼電器
3 P0042 喇叭報警
4.2.3 行程開關
何為行程開關呢？就是一種由物體的位移來決定電路通斷的開關，在日常生活中我們最易碰到的例子就是冰箱了。不知你注意到沒有，當你打開冰箱時，冰箱里面的燈就會亮了起來，而關上門就又熄滅了，這是因為門框上有個開關，被門壓緊時燈的電路斷開，門一開就放松了，于是就自動把電路閉合使燈點亮。這個開關就是行程開關。行程開關的實物如下圖4.5、圖4.6：
圖4.5 行程開關原理圖
圖4.6行程開關實物圖
行程開關的應用方面很多，很多電器里面都有它的身影。那這么簡單的開關能起什么作用呢？它主要是起連鎖保護的作用。
行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。
? （1）直動式行程開關? 其結構原理,其動作原理與按鈕開關相同,但其觸點的分合速度取決于生產機械的運行速度,不宜用于速度低于0．4m／min的場所。
? ? 直動式行程開關組成：1-推桿? 2-彈簧? 3-動斷觸點? 4-動合觸點
? （2）滾輪式行程開關? 其結構原理,當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時,撞桿轉向右邊,帶動凸輪轉動,頂下推桿,使微動開關中的觸點迅速動作。當運動機械返回時,在復位彈簧的作用下,各部分動作部件復位。
? ?滾輪式行程開關組成：1-滾輪? 2-上轉臂? 3、5、11-彈簧? 4-套架? 6-滑輪? 7-壓板? 8、9-觸點? 10-橫板
? ?滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(羊角式)非自動復位式,雙滾輪行移開關具有兩個穩(wěn)態(tài)位置,有“記憶”作用,在某些情況下可以簡化線路。
? （3）微動開關式行程開關的組成：? 常用的有LXW-11系列產品（1.推桿? 2.彈簧? 3.壓縮彈簧4.動斷觸點? 5.動合觸點）
4.2.4 光敏傳感器
光傳感器是利用光敏元件將光信號轉換為電信號的傳感器，它的敏感波長在可見光波長附近，包括紅外線波長和紫外線波長。光傳感器不只局限于對光的探測，它還可以作為探測元件組成其他傳感器，對許多非電量進行檢測，只要將這些非電量轉換為光信號的變化即可。光傳感器是目前產量最多、應用最廣的傳感器之一，它在自動控制和非電量電測技術中占有非常重要的地位。光敏傳感器的種類很多，但是原理大體相同，主要的原理如下圖4.7:
圖4.7 光敏傳感器原理圖
??? 光敏傳感器的種類繁多，主要有：光電管、光電倍增管、光敏電阻、光敏三極管、光電耦合器、太陽能電池、紅外線傳感器、紫外線傳感器、光纖式光電傳感器、色彩傳感器、CCD和CMOS圖像傳感器等.如表4.1：
第一種 光電管
?
光電管主要有以下幾點特性：
(1)光電管的光譜特性
??光電管的光譜特性是指光電管在工作電壓不便的條件下，入射光的波長與其絕對靈敏度（即量子效率）的關系。光電管的光譜特性主要取決于陰極材料，常用的陰極材料有銀氧銫光電陰極、銻銫光電陰極、鉍銀氧銫光電陰極及多鹼光電陰極等，前兩種陰極使用比較廣泛，圖3和圖4分別給出了它們的光譜特性曲線。
? 由光電管的光譜特性曲線可以看出，不同陰極材料制成的光電管有著不同的靈敏度較高的區(qū)域，應用時應根據(jù)所測光譜的波長選用相應的光電管。例如被測光的成分是紅光，選用銀氧銫陰極光電管就可以得到較高的靈敏度。
(2)光電管的伏安特性
光電管的伏安特性是指在一定光通量照射下，光電管陽極與陰極之間的電壓UA與光電流IΦ之間的關系。光電管在一定光通量照射下，光電管陰極在單位時間內發(fā)射一定量的光電子，這些光電子分散在陽極與陰極之間的空間，若在光電管陽極上施加電壓UA，則光電子被陽極吸引收集，形成回路中的光電流IΦ。當陽極電壓升高，陽極發(fā)射的光電子指引一部分被陽極收集，其余部分仍返回陰極。隨著陽極電壓的升高，陽極在單位時間內收集到的光電子數(shù)增多，光電流IΦ也增加。如果陽極電壓升高到一定數(shù)值時，陰極在單位時間內發(fā)射的光電子全部被陽極收集，稱為飽和狀態(tài)，以后陽極電壓升高，光電流IΦ也不會增加 。
??(3)光電管的光電特性
??光電管的光電特性是指光電管陽極電壓和入射光頻譜不便的條件下，入射光的光通量Φ與光電流IΦ之間的關系，在光電管陽極電壓足夠大，使光電管工作在飽和狀態(tài)條件下，入射光通量和光電流線性關系，參見圖6所示。
? (4)暗電流
??如果將光電管置于無光的黑暗條件下，當光電管施加正常的使用電壓時，光電管產生微弱的電流，此時電流稱為暗電流。暗電流的產生主要是由漏電流引起的。光電管常用在自動控制、無線電傳真、有聲電影及其它光電轉換設備上。
下表列出了一些國產光電管的技術特性。
表4.1 部分國產光電管的技術特性
型號
光譜響應范圍
Ao
最佳靈敏度波長
Ao
最小陰極靈敏度
(uA/lm)
陽極工作電壓
(V)
暗電流
(A)
環(huán)境溫度
(℃)
GD-5
2000-6000>
3800-4200
30
30
3×10-11
5-35
GD-6
6000-11000>
8000±1000
10
30
8×10-11
5-35
GD-7
3000-8500>
4500
45
100
8×10-11
4.2.5 濕度傳感器
濕敏元件是最簡單的濕度傳感器。濕敏元件主要有電阻式、電容式兩大類。
濕敏電阻的特點是在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性即可測量濕度。濕敏電容一般是用高分子薄膜電容制成的，常用的高分子材料有聚苯乙烯、聚酰亞胺、酪酸醋酸纖維等。當環(huán)境濕度發(fā)生改變時，濕敏電容的介電常數(shù)發(fā)生變化，使其電容量也發(fā)生變化，其電容變化量與相對濕度成正比。溫敏原件的一些特性如下圖4.8、圖4.9、圖4.10、圖4.11：
圖4.8 濕敏元件頻率轉換電路
圖4.9 濕敏元件阻頻轉換波形
把信號輸送到顯示器
圖4.10 濕敏傳感器原理圖
圖4.11 濕度傳感器實物圖]??“?g*??bbs.byf.comú??í–J?o2r
結 論
至此,自動晾衣架的設計成功,它是針對市場的需要而設計的，從而能有效地滿足當今市場上對自動晾衣架的需求,它具有如下的優(yōu)點:傳動平穩(wěn)、傳動效率高、生產效率高、勞動強度低、產品質量好、經濟性好、人性化等優(yōu)點。
本設計中,主要完成了以下幾個方面的內容:
(1)對現(xiàn)有的自動晾衣架進行分析，系統(tǒng)方案進行比較，選出最優(yōu)、最合理的方案。
(2)完成電機的選擇，減速機構的設計，帶傳動等結構設計。
(3)進行機械系統(tǒng)部分計算及選取相關的機械零件。
(4)畫出自動晾衣架的總體結構圖、裝配圖及相關零件圖。
當然,任何產品剛設計出來都不會是完善的,毫無缺陷的,必須在實踐之中發(fā)現(xiàn)它的不足,再來進行改進,如此反復,才能最終達到滿意的效果。經過客觀的分析后，本設計由于以經濟性為第一設計思想，可能存在不足等等。這些問題只有在實踐中采取相應的措施來不斷完善。
參 考 文 獻
[1] 何玉林，沈榮輝，賀元成．機械制圖．重慶：重慶大雪出版社，2000：1-37．
[2] 成大先.機械設計手冊:單行本,機械傳動.北京：化學工業(yè)出版社，2004：12-4．
[3] 周明衡.減速器選用手冊.北京：化學工業(yè)出版社，2002：23--45．
[4] 鄭志峰.鏈傳動設計與應用手冊.北京：機械工業(yè)出版社，1992：134-204．
[5] 羅善明.帶傳動理論與新型帶傳動.北京：國防工業(yè)出版社，2006：46-57．
[6] 張德泉,陳思夫.機械制造裝備及其設計.天津：天津大學出版社，2003：240--24
[7] 吳宗澤.機械零件設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社，2003：288-317，575-641．
[8] 席偉光,楊光,李波.機械設計課程設計.北京：高等教育出版社，2003．
[9] 李清新，電工技術，機械工業(yè)出版社2000．
[10] 劉繼承，電子技術基礎，科學出版社，1998．
[11] N.Acherkan.Machine tool design.vol1&2.Mir publishers.1982．
[12] Maris,etal.Analysis of plunge griding operations Annals of CIRP VOL.1979.
[13] Bhattacharyyask,Grindabibity study of CBN wheels proc of 19th MTDR CONF.1778.
[14] 曹民,王義斌,喻凡. 機械式車高自動調平裝置的研制[J]. 中國機械工程. 2008(15)
[15] 史鳳蘭. 機械結構優(yōu)化設計發(fā)展綜述[J]. 中國科技信息. 2010(22)
致 謝
本設計是在高麗紅老師的悉心指導下完成的，在我即將完成學習之際，衷心感謝高麗紅老師給我的關心和幫助。高麗紅老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度、平易近人的作風和認真負責的工作態(tài)度讓我們受益非淺。從高麗紅老師處我們學到了許多的專業(yè)知識和相關的設計方法。在此，謹向恩師表示最真誠的感謝。
此外，還要感謝所有給過我?guī)椭耐瑢W，他們也為我的畢業(yè)設計提供了不少的意見和建議，在此僅表示誠摯的謝意。
感謝答辯委員會的各位專家和老師，感謝你們在百忙之中抽出寶貴時間了批閱論文、出席答辯并不吝提出寶貴的指導性建議。
更要感謝我最敬愛的父母、親人和摯友，我的每一步成長都凝聚著你們的辛苦、汗水和希望。在我最困難的時候，你們陪我一起度過！
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