燈箱式多幅畫面自動展示設(shè)備

1、1 緒論燈箱是一種常見的廣告裝置，其主要型式有單面燈箱和雙面燈箱兩種。為增加信息量，少數(shù)場所使用多面燈箱。隨著廣告業(yè)的迅速發(fā)展，大容量的燈箱廣告將會逐步被采用。滾動式自動換畫燈箱，就是能自動進(jìn)行燈箱內(nèi)卷軸畫面切換的燈箱。該燈箱自帶系統(tǒng)時(shí)間，可以進(jìn)行人機(jī)交互，燈箱內(nèi)畫面停頓的時(shí)間可以人為地修改。滾動式 自動換畫燈箱既可以做廣告宣傳的工具，也可以作為室內(nèi)裝潢的裝飾品。隨著商品經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)品競爭日益激烈，單位和企業(yè)越來越意識到主動推銷產(chǎn)品的重要性，戶外廣告在推銷中起到了一個(gè)重要的作用。利用有限的場地，實(shí)現(xiàn)對多個(gè)產(chǎn)品的廣告宣傳在近年得到了迅速的發(fā)展。滾動式可變畫面廣告機(jī)即實(shí)現(xiàn)了此項(xiàng)功能，其畫面可自動

2、變換，從而提高了宣傳場地和廣告機(jī)的經(jīng)濟(jì)效益，對廣告商和客戶均有利，而且便于群眾在同一時(shí)間、同一地點(diǎn)獲得更多的信息。廣告展示設(shè)備主要包括以下種類：滾動式自動換畫燈箱、插片式多畫面廣告機(jī)、透光式燈箱廣告、翻轉(zhuǎn)式廣告燈箱等。滾動式自動換畫燈箱有以下功能：.畫面自動切換：畫卷是有許多幅的畫面連接起來組成的，各個(gè)畫面可以隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動而自動切換。.畫面停頓：畫卷內(nèi)的畫面可以按照用戶的設(shè)定時(shí)間停頓，也可以按照系統(tǒng)缺省的時(shí)間停頓。.系統(tǒng)的時(shí)鐘功能：系統(tǒng)自帶的時(shí)鐘功能，既可以做為系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的計(jì)時(shí)，用來記錄系統(tǒng)本次運(yùn)行的時(shí)間，也可做為實(shí)際時(shí)間來使用。不過作為實(shí)際時(shí)間來使用的時(shí)候，需要用戶預(yù)先校準(zhǔn)時(shí)間。.設(shè)置時(shí)

3、間和畫面停頓時(shí)間：無論是實(shí)際時(shí)間，還是記錄燈箱的運(yùn)行時(shí)間，用戶都可以通過鍵盤來設(shè)定時(shí)間或是計(jì)時(shí)的值。插片式多畫面廣告機(jī)的設(shè)計(jì)是根據(jù)機(jī)電一體化技術(shù)設(shè)計(jì)而成。采用雙支點(diǎn)凸輪機(jī)構(gòu)傳動，微電腦控制運(yùn)動部件的往復(fù)、間歇運(yùn)動和照明開關(guān)，每幅畫面由若干條帶有插槽的畫片單元（簡稱插片）組成，畫與畫之間按一定順序插在一起，通過插片的運(yùn)動實(shí)現(xiàn)畫面的切換。透光燈箱式廣告機(jī)具有制作周期短、效果好、色彩絢麗、大方、美觀結(jié)實(shí)等特點(diǎn)。翻轉(zhuǎn)式廣告燈箱的機(jī)構(gòu)包括翻轉(zhuǎn)體、殼體動力傳動機(jī)構(gòu)、定時(shí)控制器、燈等部件。翻轉(zhuǎn)體由數(shù)個(gè)空心的等邊三角柱體組成，兩端分別與傳動機(jī)構(gòu)連接。他的每個(gè)等邊三角柱體的兩端中心處，開有一孔與柱體內(nèi)連通，與孔

4、同心的柱體兩端分別安裝空心軸，軸外表面分別與軸承相配合，軸承分別安裝在殼體上的支承板上。每個(gè)柱體相同一端的空心軸上同心分別安裝有空心齒輪。其中第一個(gè)空心齒輪與安裝在電機(jī)輸出軸上的齒輪嚙合，其它相鄰的空心齒輪與其上的從動齒輪相嚙合。1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)依據(jù)通過對鄭州市多個(gè)公交站點(diǎn)以及路邊廣告展示設(shè)備的調(diào)研，了解其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及其運(yùn)行方式，并通過網(wǎng)絡(luò)查閱了多種樣式廣告機(jī)分析對比選優(yōu)的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在此次設(shè)計(jì)過程中，本著廣告機(jī)的基本原理和外支架的布局安排進(jìn)行了改進(jìn)設(shè)計(jì)，使得廣告機(jī)的功能更加完善，并力求在經(jīng)濟(jì)性方面取得最佳效果。同時(shí)，力求使設(shè)計(jì)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化，通用化，符合用戶的要求。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)書燈箱式滾動展

5、示廣告機(jī)采用雙棍子往復(fù)、連續(xù)的方式進(jìn)行畫面的展示，具有快速裝卸，全封閉、耐風(fēng)雨、美觀大方的特點(diǎn)。給定的條件和要求：設(shè)備幅面尺寸：3000mm(長)1000mm（寬）布面運(yùn)行速度：0.10.3m/s每幅展示時(shí)間：10600s可調(diào)設(shè) 備 總 重：250kg最大組件重量：40kg本課題要求設(shè)計(jì)燈箱式滾動展示廣告機(jī)的機(jī)械部分，結(jié)構(gòu)符合快速拆卸的特點(diǎn)，要考慮支架的設(shè)計(jì)；運(yùn)動控制部分，完成plc控制的基本原理設(shè)計(jì)。做課題時(shí)，需要查閱機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、plc等資料，綜合分析使用，進(jìn)行設(shè)計(jì)。1.3設(shè)計(jì)資料的準(zhǔn)備為了掌握充分的設(shè)計(jì)資料，在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下對鄭州多個(gè)公交站點(diǎn)以及路邊廣告進(jìn)行了深入的調(diào)研，對現(xiàn)有的

6、相關(guān)廣告機(jī)有了一個(gè)初步的認(rèn)識，為設(shè)計(jì)的開展奠定了一定的基礎(chǔ)。通過查閱大量書籍和網(wǎng)絡(luò)上相關(guān)資料，收集到多篇與設(shè)計(jì)相關(guān)的文獻(xiàn)，為電機(jī)的選擇，傳動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，軸承的選擇等提供了有力的論據(jù)。進(jìn)而形成了初步的設(shè)計(jì)思路，為設(shè)計(jì)的深入創(chuàng)造可行的條件。1.4方案選擇在設(shè)計(jì)準(zhǔn)備階段，進(jìn)行了廣泛深入的調(diào)查現(xiàn)役的燈箱式多幅畫面自動展示設(shè)備和查閱相關(guān)的的文獻(xiàn)資料等。如上文中所述，其工作原理和控制過程基本相同，以下是方案的選擇情況：方案一，是利用同步帶傳動裝置作為傳動機(jī)構(gòu)，帶動卷輥運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)展示過程。如圖1.1所示，此為燈箱式多幅畫面展示裝置工作原理示意圖。其中，電動機(jī)m1順時(shí)針方圖1.1燈箱式多幅畫面展示裝置工作原理

7、示意圖如右圖旋轉(zhuǎn)，帶動與帶輪相連的廣告畫布自下往上運(yùn)動。同樣，電動機(jī)m2逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，帶動廣告畫布從上往下運(yùn)動。為獲得畫面較低的移動速度，上下卷輥由電動機(jī)通過離合器再經(jīng)減速器帶動，實(shí)現(xiàn)自動展示的目的。再利用plc控制兩離合器的狀態(tài)。當(dāng)上面離合器與電動機(jī)m1接觸時(shí)，電動機(jī)m1帶動帶動帶輪轉(zhuǎn)動。此時(shí)，下面離合器與相應(yīng)的電動機(jī)m2是未接觸狀態(tài)。同樣，當(dāng)自下向上轉(zhuǎn)的時(shí)候控制過程剛好相反。當(dāng)廣告布自下而上運(yùn)動時(shí)，通過光電傳感器1檢測每幅廣告畫面的位置，以實(shí)現(xiàn)精確展示的目的。當(dāng)光電傳感器2檢測到信號時(shí)，說明卷輥上的幅面已到了最后一幅，plc發(fā)出指令使上面的離合器斷開，控制下面離合器的解除狀態(tài)。同樣，廣告

8、負(fù)面自上而下運(yùn)動控制過程也是相同的。方案二，是利用齒輪機(jī)構(gòu)作為減速裝置，如圖1.2所示為此燈箱式多幅面展示裝置工作原理示意圖。1-上卷輥；2-畫布；3、6-齒輪；4-制動機(jī)構(gòu)；5-正向電機(jī)；7、8、9-廣告部上檢測孔圖1.2 多幅面廣告展示裝置示意圖多幅面廣告裝置完整的工作過程如下：電動機(jī)5通過齒輪減速機(jī)構(gòu)帶動卷輥1轉(zhuǎn)動，把廣告布卷繞在卷輥上，此時(shí)廣告畫面自下而上運(yùn)動。當(dāng)廣告布移動的距離接近一幅畫面的高度時(shí)，紅外線檢測發(fā)出指令使電動機(jī)5轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行；當(dāng)廣告布移動的距離等于一幅廣告畫面的高度時(shí)，紅外線檢測裝置通過檢測孔8檢測到這一位置，控制裝置發(fā)出指令使電動機(jī)斷電同時(shí)啟動制動器。這時(shí)要展示的廣告

9、畫面停留在展示窗內(nèi)進(jìn)行展示，展示時(shí)間由控制系統(tǒng)設(shè)定。當(dāng)展示時(shí)間達(dá)到設(shè)定值，電動機(jī)5再次啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)，重復(fù)上述各動作過程展示下一幅廣告。正向展示最后一幅廣告時(shí)控制系統(tǒng)通過檢測孔7檢測到此信息，完成最后一幅畫面展示后控制系統(tǒng)啟動反向電動機(jī)，此時(shí)廣告畫面自上而下運(yùn)動按照逆向順序展示各幅廣告的內(nèi)容。2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1主要零部件分析根據(jù)以上工作原理，為了進(jìn)一步確定設(shè)計(jì)方案，對其主要的零、部件及各設(shè)計(jì)要素進(jìn)行如下綜合對比確定：2.1.1 電動機(jī)類型的選擇在老師的指導(dǎo)以及通過查閱相關(guān)資料的情況下，根據(jù)本次設(shè)計(jì)任務(wù)，在滿足要求的前提下，選擇微型電動機(jī)。由于每臺電機(jī)只需帶動卷輥實(shí)現(xiàn)單向運(yùn)動，選擇單向運(yùn)動的電動機(jī)即

10、可實(shí)現(xiàn)展示的目的。另外，考慮到卷輥轉(zhuǎn)速要求控制在0.10.3m/s低速運(yùn)行，總傳動比比較大，因此，可以選擇帶有減速機(jī)構(gòu)的微型電動機(jī)，避免了采用多級減速機(jī)構(gòu)造成的眾多不利因素，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了經(jīng)濟(jì)性的考慮。綜上所述，使用帶有齒輪減速裝置的微特型電機(jī)分別帶上下卷輥實(shí)現(xiàn)往復(fù)、連續(xù)運(yùn)動，從而進(jìn)行多幅畫面的自動展示。另外，電機(jī)帶動卷輥運(yùn)動展示每幅畫面并不是一個(gè)勻速過程，而是一個(gè)加速勻速減速的過程，鑒于以上工作原理考慮，電動機(jī)必須帶有制動裝置。因此，最終選定帶有電磁制動機(jī)構(gòu)的微型齒輪減速電動機(jī)。2.1.2 減速機(jī)構(gòu)類型的確定從上面方案的傳動機(jī)構(gòu)對比中可知，同步帶傳動是一種綜合了帶傳動、鏈傳動和齒輪傳動等的優(yōu)點(diǎn)的

11、新型帶傳動。由于同步帶的工作面呈齒形，與帶輪的齒槽嚙合傳動，且同步帶的抗拉層受載后變形小，能保持其節(jié)線長度不變，故帶與帶輪間沒有相對滑動，能保證準(zhǔn)確的傳動比；其次同步帶傳動強(qiáng)度高，重量輕，代的厚度薄，撓性好，適于高速和較小的帶輪直徑，故傳動結(jié)構(gòu)緊湊，速度可達(dá)50m/s以上；另外，同步帶傳動不是摩擦傳動，不需要有很大的預(yù)緊力，因此可減少對軸和軸承的作用力。減速成本和噪音等原因，同時(shí)同步帶嚙合性能好，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的熱量小，故傳動效率高（可達(dá)98%99.5%）；同步帶傳動有傳動比大（達(dá)到10）、傳遞功率范圍大（從幾瓦到數(shù)千瓦）等優(yōu)點(diǎn)。另外，如果在此選用齒輪減速機(jī)構(gòu)傳動，那么必須選擇較大齒形的齒輪，以避

12、免電機(jī)安裝時(shí)與卷輥太近而影響工作，這樣齒輪的體積過大，將會影響整套設(shè)備的尺寸以及搬運(yùn)安裝和結(jié)構(gòu)的緊湊性等；另一方面齒輪運(yùn)行時(shí)，噪音過大。綜上所述，選用同步帶減速機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)減速目的。2.1.3 卷輥直徑d的確定卷輥為該設(shè)備的重要構(gòu)件之一，是卷繞廣告布的心軸。要求其具有組夠的剛度，重量輕，防腐蝕，故選用不銹鋼圓管制作。實(shí)驗(yàn)表明，卷輥的最大撓度不應(yīng)超過8mm，否則廣告布將走偏起皺。查閱相關(guān)資料，初選定卷輥直徑d=100mm。2.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.1 控制特點(diǎn)a)要求在任意位置停止后再啟動，系統(tǒng)能繼續(xù)之前的運(yùn)動；b)發(fā)生掉電時(shí)，來電后系統(tǒng)能繼續(xù)之前的運(yùn)動。即要求系統(tǒng)具有記憶功能；c)若停止于

13、某一方向的終點(diǎn)，重啟動時(shí)，系統(tǒng)必須能改變運(yùn)轉(zhuǎn)方向以免卷幅撕破。2.2.2 系統(tǒng)主要功能 a).手動/自動運(yùn)行方式轉(zhuǎn)換-正常情況下，系統(tǒng)處于自動運(yùn)行狀態(tài)；系統(tǒng)調(diào)試。制作廣告時(shí)，設(shè)置為手動狀態(tài)；b).正/逆向展示轉(zhuǎn)換-主要用于系統(tǒng)調(diào)試；c)正向手動、逆向手動調(diào)試-在運(yùn)行方式手動狀態(tài)時(shí)，可操作此功能開關(guān)使廣告畫面正向或者逆向運(yùn)動；d）故障保護(hù)以及報(bào)警-防止幅面總長限位開關(guān)出現(xiàn)故障時(shí)，廣告布從卷輥上撕扯掉。2.2.3 plc的選擇及其系統(tǒng)組成依據(jù)系統(tǒng)功能要求及控制對象的數(shù)量，系統(tǒng)輸入信號有：自動/手動轉(zhuǎn)換信號，正向/逆向轉(zhuǎn)換信號，單幅畫面定位信號，幅面總長限位信號，正向手動調(diào)整信號，逆向手動調(diào)整信號。

14、系統(tǒng)輸出信號有：電機(jī)控制信號（自動控制2個(gè)，手動控制2個(gè)），電磁制動器控制信號2個(gè)，報(bào)警信號1個(gè)。上述信號均為開關(guān)量，其中輸入信號及報(bào)警輸出信號為24vdc，余下的輸出信號皆為220vac，系統(tǒng)i/o設(shè)備占用i/o點(diǎn)數(shù)為6點(diǎn)，輸出為7點(diǎn)，可選用siemens公司logo，系統(tǒng)列24rcl型可編程控制品，其輸入12點(diǎn)（24 vdc），輸出為8點(diǎn)（繼電器輸出），該型plc最大的特點(diǎn)是自帶操作及顯示單元，因此，用戶可方便地編輯和修改程序。如圖2.1為控制滾動式廣告機(jī)的plci/o分配圖圖2.1 plci/o分配圖2.2.4 程序設(shè)計(jì)24rcl型可編程控制器采用功能模塊式編程語言，以bf表示基本功能塊

15、，圖2.2為該廣告展示裝置控制系統(tǒng)的功能塊圖，分別依靠斷開延時(shí)功能塊sf01,脈沖觸發(fā)器功能塊sf02，加/減計(jì)數(shù)器功能塊sf03，實(shí)現(xiàn)展示時(shí)間的設(shè)定，正/逆向展示轉(zhuǎn)換，廣告畫面數(shù)量設(shè)定功能。圖2.2 控制系統(tǒng)模塊功能圖2.3 燈箱支架結(jié)構(gòu)的確定根據(jù)調(diào)查結(jié)果和相關(guān)資料，選用鋁型材方鋼形管配合腰角配合連接而成。在滿足剛度要求前提下，鍍鋅矩管不僅具有較強(qiáng)防銹能力，而且拆裝運(yùn)輸十分方便，提高了工作效率，也就提高了經(jīng)濟(jì)性。2.4總體方案的確定根據(jù)以上兩步綜合分析對比，現(xiàn)確定設(shè)計(jì)方案如下：1、采用浙江佳雪集團(tuán)的yyjr-m型系列帶制動器齒輪減速單相電動機(jī)，輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速達(dá)到傳動和減速要求，實(shí)現(xiàn)畫面自動展

16、示。2、采用方案一中的同步帶二級減速機(jī)構(gòu)減速傳動，而不采用方案二中齒輪減速機(jī)構(gòu)。同步帶的材料主要以澆注型聚氨酯合成橡膠為主。同步帶分為梯形齒和圓弧齒兩大類。目前梯形齒同步帶應(yīng)用較廣，圓弧齒同步帶因其承載能力和疲勞壽命高于梯形齒而應(yīng)用日趨廣泛。于此，由于展示的整個(gè)過程傳動力很小，且考慮到經(jīng)濟(jì)性，仍然選用梯形齒同步帶。3、為了實(shí)現(xiàn)快速拆卸的要求，在滿足支撐剛度要求前提下，把卷輥不銹鋼管內(nèi)兩端與軸端配合處。安裝時(shí)只需直接把軸端插入到焊好半圓的卷輥中，套上軸承，然后把軸承鎖緊在軸承座上即可，從而滿足設(shè)計(jì)要求。由任務(wù)書可知，卷輥的直徑d=100mm,長度l=3000mm。4、根據(jù)工作過程和總體設(shè)計(jì)方案可

17、以知道展示的時(shí)間占巨大部分，所以方案一中，把離合器與電機(jī)相連不符合總體設(shè)計(jì)要求，也有失于節(jié)能經(jīng)濟(jì)性。在方案二中，不需要離合器，而采用plc直接控制電機(jī)的起轉(zhuǎn)停畫面展示的完整過程，使設(shè)備達(dá)到能效合理利用和結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化作用，所以采用此方案中的設(shè)計(jì)。5、由零、部件對比可知，選用siemens公司的logo!24rcl型plc。 logo!24rcl型plc外形尺寸為1269055mm，輸入輸出總點(diǎn)數(shù)12個(gè)（i1i12），輸出點(diǎn)8個(gè)（q1q8），24vdc輸入，繼電器的觸點(diǎn)對電源和輸入都是隔離的。6、采用紅外線檢測裝置。當(dāng)廣告布移動的距離接近一幅畫面的高度時(shí)，紅外線檢測裝置通過檢測孔檢測到這一位置，

18、控制裝置發(fā)出指令使電動機(jī)轉(zhuǎn)入低速運(yùn)行；當(dāng)廣告布移動的距離等于一幅廣告畫面的高度時(shí)，紅外線檢測裝置通過另一檢測孔檢測到這一位置，控制裝置發(fā)出指令使電動機(jī)斷電同時(shí)啟動制動器。這時(shí)要展示的廣告畫面停留在展示窗內(nèi)進(jìn)行展示，展示時(shí)間由控制系統(tǒng)設(shè)定。當(dāng)展示時(shí)間達(dá)到設(shè)定值，電動機(jī)5再次啟動、運(yùn)轉(zhuǎn)，重復(fù)上述各動作過程展示下一幅廣告。正向展示最后一幅廣告時(shí)控制系統(tǒng)通過最末的檢測孔檢測到此信息，完成最后一幅畫面展示后控制系統(tǒng)啟動反向電動機(jī)，此時(shí)廣告畫面自上而下運(yùn)動按照逆向順序展示各幅廣告的內(nèi)容。7、由于要求最大組建重量小于40kg，設(shè)備總重小于250kg，燈箱支架在滿足強(qiáng)度、剛度要求的前提下，經(jīng)簡單計(jì)算，確定選用

19、50503mm鋁型材方鋼就可以滿足要求。由于燈箱式自動展示設(shè)備精度要求不高，在滿足要求的前提下，變壓器，線夾，螺釘，螺母等根據(jù)所需合理選定。3 設(shè)計(jì)計(jì)算3.1電機(jī)的確定根據(jù)所查閱的資料，如圖3.1所示，可知廣告布面的布面張緊力qf =43.6n/m ,卷輥的直徑d=100mm，長度l=3000mm。圖3.1 卷輥受力圖布面張力所產(chǎn)生的總轉(zhuǎn)矩tf ： tf =3lqf d/2=3343.60.12=19.62nm。在不計(jì)摩擦阻力時(shí)，作用于卷輥上的轉(zhuǎn)矩tm=tf ，即tm=19.62nm。電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速通常選用n=1500r/min，所以由布面運(yùn)行速度為0.10.3m/s,本次設(shè)計(jì)假定為0.2m/

20、s，并用此來計(jì)算功率。因?yàn)檎故具^程是一個(gè)變速運(yùn)動的過程，所以轉(zhuǎn)速。電動機(jī)同步轉(zhuǎn)速為n=1500r/min，估算的總傳動比i=n/nw=39.3。所以電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩t=tm/i=0.49nm.工作功率計(jì)算公式p= (3.1) 所以根據(jù)式（3.1）有p0 =77.0w。查yyjr-m系列帶制動器齒輪減速單相電動機(jī)參數(shù)，選用額定功率p=90w，電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速n=1300r/min,輸出軸轉(zhuǎn)速是n1 =50r/min,減速比i1 =30,最大使用轉(zhuǎn)矩為13.24nm大于0.49nm，滿足轉(zhuǎn)矩的要求。從總體上考量，選擇此電機(jī)既符合了經(jīng)濟(jì)性要求，而且尺寸合理，又有利于支架總體尺寸的設(shè)計(jì)和各個(gè)零部件的布局安

21、裝。3.2傳動比的確定和分配由上面電機(jī)的選擇可知，電機(jī)齒輪減速機(jī)構(gòu)的傳動比i1=30，輸出軸轉(zhuǎn)速是n1 =50r/min,所以帶輪減速機(jī)構(gòu)傳動比i2= n1/nw=1.3。3.3同步帶減速機(jī)構(gòu)參數(shù)確定1、確定計(jì)算功率pd按照傳動時(shí)的載荷性質(zhì)，考慮不同使用時(shí)間，將所傳遞的名義功率乘以工作情況系數(shù)ka，即為計(jì)算功率。 pd= kap （3.2）查表8-153 知ka =0.9，所以由公式（3.2）得出pd =81w。2、選擇帶的節(jié)距pb根據(jù)計(jì)算功率pd 和小帶輪的轉(zhuǎn)速n1 按圖8-183 選擇l型號的同步帶，查表8-123 得到同步帶的節(jié)距pb=9.525mm。3、 確定帶輪齒數(shù)z和帶輪節(jié)圓直徑d

22、d 根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1小于900r/min時(shí)，且?guī)л喿钌僭S用齒數(shù)zmin為12。再結(jié)合帶型號以及調(diào)查結(jié)果查表8-163 確定小帶輪齒數(shù)z1 =12。大帶輪齒數(shù)z2 =i2 z1 =15.6。同理，查表8-163 ，取z2=16，且經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證保證傳動比誤差在允許范圍之內(nèi)。以完成減速運(yùn)動，達(dá)到傳遞相應(yīng)轉(zhuǎn)矩的目的。大小帶輪節(jié)圓直徑按下式計(jì)算 （3.3）式中 pb 帶節(jié)距（mm）。由（3.3）式知dd1 =36.4mm、dd2 =48.5mm。然后按v=dn (601000) 易知，所以確保了帶輪運(yùn)行的平穩(wěn)、安全。 4、確定同步帶節(jié)長lp 、齒數(shù)zb 和傳動中心距a由于未給定中心距，所以按照下列范圍初

23、選中心距a0 。一般情況下，可以用下式進(jìn)行估算選定。0.7(dd1+dd2)a02(dd1+dd2) (3.4)由(3.4)式計(jì)算，當(dāng)然也可以按照結(jié)構(gòu)要求定。簡單計(jì)算知兩輪間的距離應(yīng)大于45.5mm，以避免兩帶輪運(yùn)動發(fā)生干涉。再綜合考慮電機(jī)的尺寸和卷輥間的距離，應(yīng)在允許范圍之內(nèi)盡量選大些，所以初選中心距a0 =170mm。選定a0 后，可按下式計(jì)算同步帶的節(jié)線長度lp ，即 (3.5)其中，a0 為初定中心距（mm）。 由(3.5)式求得節(jié)線長度lp0=473.6mm，查表8-133 選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)帶長lp =476.25mm，相應(yīng)的同步帶齒數(shù)zb =50。理論中心距a可按下中心距可調(diào)時(shí)的近

24、似公式計(jì)算 (3.6)由(3.6)式計(jì)算出a=171.3mm，中心距極限偏差。為了便于安裝和調(diào)整，在同步帶傳動設(shè)計(jì)時(shí)，最好采用上述選用的可以調(diào)節(jié)的結(jié)構(gòu)。但應(yīng)注意在同步帶傳動過程中必須保持中心距嚴(yán)格不變，以避免發(fā)生同步帶跳動和松弛等現(xiàn)象。5、驗(yàn)算小帶輪與同步帶的嚙合齒數(shù)zm嚙合齒數(shù)zm 可按下式計(jì)算 (3.7)由(3.7)式計(jì)算結(jié)構(gòu)小于6，為了取整zm =6。同步帶傳動時(shí)，若zm 過少時(shí)，則每個(gè)齒上承受的載荷過大，容易引起齒根剪斷或齒面過早磨損。故一般推薦小帶輪最少嚙合齒數(shù)不少于6，上面的選擇也符合此原則。6、選擇標(biāo)準(zhǔn)帶寬bs各種型號同步帶在基準(zhǔn)寬度（最大寬度）bs0 （查表8-173）下所能傳

25、遞的功率稱為基準(zhǔn)額定功率，可根據(jù)下式計(jì)算 (3.8)式中 ta 寬度為bs0 的帶的許用工作拉力（n），其值見表8-183 ; m 寬度bs0 的帶單位長度的質(zhì)量（kg/m）,其值也列于表8-183 中； v 帶速（m/s）。查表得ta =245n， m=0.096kg/m ，bs0=25.4mm，v=0.1905m/s，由(3.8)式計(jì)算得p0=46.7w。由于實(shí)際小帶輪嚙合齒數(shù)是小于6的且?guī)У膶挾炔皇腔鶞?zhǔn)寬度時(shí)，必須對p0進(jìn)行修正。所以根據(jù)以下兩公式和,其中kz 是小帶輪的嚙合齒數(shù)系數(shù)，查表8-193 知其值為1，kw 是帶寬系數(shù)，可得同步帶帶寬計(jì)算公式： (3.9)由(3.9)式求出bs

26、 =25.4mm查表8-123 取bs =25.4mm。7、確定作用在軸上的力fz（n） (3.10) 由(3.10)式計(jì)算可知作用于軸上的力fz 很小可以忽略不計(jì)。 同步帶的材料一般采用灰鑄鐵、鋼、輕合金或工程塑料，其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣泛。對于用金屬制成的帶輪齒面一般均需進(jìn)行硬化處理，以防止過早磨損。設(shè)計(jì)帶輪結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)盡量使其質(zhì)量分布均勻。另外，由于在小批量采購時(shí)，選用鑄件更為經(jīng)濟(jì)。為此，這里選用經(jīng)表面硬化處理的灰鑄鐵帶輪。3.4卷輥外徑d和內(nèi)徑d的確定q為卷輥所承受的均布載荷，大小為廣告布面的均布張力qf、卷輥每m(米)重量qj與廣告布的重量qb之和。對于兩端支撐且承受均布載荷的梁有2 :

27、fmax =5ql4 /(384ei) (3.11)這里最大撓度fmax =8mm；材料彈性模量e=206109 pa；q=qf +qj +qb ，qj =43.5n/m2 , qb =45n/m(實(shí)測值)；i為慣性矩。 由公式（3.11）導(dǎo)出i=5ql4 /(384efmax)=0.6810-6 m4 對于圓管2 有： 故：d=(d4 -10.186i)1/4=98.4mm查手冊，取d=100mm，d=98mm。事實(shí)上管徑參數(shù)d和d的確定是一個(gè)試算過程，應(yīng)通過調(diào)整圓管參數(shù)初值，使計(jì)算結(jié)果和初選值取得一致，并且選用的管徑參數(shù)符合最大組件重量小于40kg的設(shè)計(jì)要求。3.5電磁制動器制動力矩的確定

28、電機(jī)自帶有電磁制動器，其作用是在驅(qū)動電機(jī)的電源被切斷的瞬間，迅速制動，使卷輥立即停止轉(zhuǎn)動，從而保證廣告布面準(zhǔn)確定位和張緊。其制動力矩（不計(jì)摩擦阻力矩），電機(jī)、卷輥及傳動齒輪的轉(zhuǎn)動慣量，制動時(shí)間之間的關(guān)系，符合動量矩定理。1、計(jì)算卷輥的總轉(zhuǎn)動慣量js對空心圓柱體故：2、計(jì)算卷輥折算到電機(jī)軸上的轉(zhuǎn)動慣量jt3、計(jì)算電機(jī)轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量jd 4、求總轉(zhuǎn)動慣量j（各減速齒輪的轉(zhuǎn)動慣量折算后均小于10-7kgm2 ,因此略去不計(jì)） 5、計(jì)算制動力矩m 依據(jù)所查文獻(xiàn)1，電機(jī)所配電磁制動器的制動力矩為0.5nm，故滿足要求。3.6支撐軸形狀的確定考慮到安裝軸承和對卷輥的聯(lián)接，需要一支撐軸。在該支撐軸上一端安裝

29、軸承和帶輪，另一端聯(lián)接卷輥。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度。1、 確定支撐軸的最小直徑作用在軸上的轉(zhuǎn)距t求作用在帶輪輪齒上的力: 按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步估算軸的最細(xì)處直徑 (3.12)由(3.12)式導(dǎo)出(3.13)式 (3.13)式中 t軸傳遞的扭矩（nmm）； wt軸的抗扭截面系數(shù)（mm3）； p軸傳遞的功率（kw）；n軸的轉(zhuǎn)速（r/min）；許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（mpa），見表9-23；a由決定的系數(shù)，見表9-23；d計(jì)算截面處軸的直徑（ mm）。由(3.13)式計(jì)算有考慮到軸上鍵槽削弱,軸徑需要加大3%-7%，故d=10.5（1+5）=11.025 mm圓整后取d=12 mm。由于本機(jī)構(gòu)選

30、用的是直軸，并且安裝的時(shí)候大多設(shè)有尼龍?zhí)?，所以在進(jìn)行軸的直徑校核時(shí)可以有很大的可變系數(shù)，也就是說，軸的強(qiáng)度可以有一定的偏差，也能滿足軸的強(qiáng)度的需要。2、確定支撐軸各部分的直徑和長度支撐軸各部分安裝的零件不同，所以需要的直徑和長度也不同。根據(jù)實(shí)際計(jì)算，可以確定安裝軸承處直徑為25mm，長度l為40.8mm；安裝帶輪處直徑為30mm，長度為25.4mm；與卷筒相連接部分直徑98mm，長度為50mm。3、軸上的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì):擬定軸上零件的裝配方案：軸上的大部分零件帶輪、套筒、軸承和軸承座依次由左端裝配。同樣，右端軸承和軸承端蓋由右端裝配。根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度，軸是零件的周向固定：帶輪

31、的周向固定分別用平鍵聯(lián)接，同時(shí)為了保證帶輪與軸有良好的對中性，故采用h7/r6的配合，滾動軸承與軸的配合為為h7/k6。3.7軸承和軸承座的確定由于心軸傳遞的扭矩和所承受的的彎矩很小，所以可以根據(jù)調(diào)研結(jié)果選擇心軸各段的軸徑。考慮到16齒帶輪的大小，與帶輪安裝配合的軸段直徑為30mm。軸頸的直徑為25mm，據(jù)此選擇軸承。另外，考慮到軸承的固定要選擇相應(yīng)的軸承座，所以可以選擇在市場上容易購買的帶軸承座的軸承。在網(wǎng)上搜索查找符合要求的產(chǎn)品，確定選用無錫南安軸承有限公司的帶座外球面球軸承ucfc205。與單獨(dú)選配軸承和軸承座相比價(jià)格優(yōu)勢明顯。同時(shí)最重要是符合了快速裝卸的要求。同時(shí)，根據(jù)電機(jī)的選擇可知，

32、電機(jī)軸的直徑為15mm，所以小帶輪的內(nèi)圓直徑為15mm。3.8控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)根據(jù)上述工作原理和方案對比知道，控制系統(tǒng)需要輸入的信號為：（1）幅面定位信號，當(dāng)廣告布移動距離接近一幅畫面高度；（2）幅面限位信號，當(dāng)廣告布移動距離等于一幅畫面高度；（3）正向/逆向轉(zhuǎn)換信號，當(dāng)廣告布移動到最后一幅畫面；（4）自動/點(diǎn)動轉(zhuǎn)動信號；（5）正向點(diǎn)動信號，自下向上；（6）逆向點(diǎn)動信號，自上向下；（7）安裝調(diào)整信號，?？刂葡到y(tǒng)需要輸出的信號為：（1）電動機(jī)控制信號4個(gè)（自動控制2個(gè)，手動控制2個(gè)）；（2）電磁制動信號2個(gè)；（3）報(bào)警信號1個(gè)；（4）自動開機(jī)關(guān)機(jī)信號1個(gè)。因此，i/o設(shè)備所需i/o點(diǎn)數(shù)7/8，選用

33、了siemens公司的logo!24rcl。如圖3.3是系統(tǒng)工作控制框圖。圖3.2 系統(tǒng)工作控制框圖根據(jù)輸入輸出點(diǎn)數(shù)，i/o地址分配及名稱定義，見表3.1。表3.1 i/o地址分配信號名稱定義信號端字號地址號信號地址輸入1234567i1i2i3i4i5i6i7光電幅面定位信號，上升沿有效 光電幅面限位信號，上升沿有效 點(diǎn)動控制信號，“1”有效 正向電動信號，“1”有效逆向電動信號，“1”有效 正、逆向轉(zhuǎn)換信號，上升沿有效 安裝調(diào)整信號，“1”有效輸出1234567q1q2q3q4q5q6q7電動機(jī)4起動電動機(jī)11起動電磁制動器5失動電磁制動器12失動電動機(jī)4起動電動機(jī)11起動報(bào)警器信號根據(jù)控

34、制要求以及上述分析，plc控制系統(tǒng)i/o端子連接圖如圖3.4所示。圖3.3 控制系統(tǒng)i/o端子連接圖控制系統(tǒng)功能塊圖如圖3.4所示。功能圖塊中用到三個(gè)特殊功能模塊：斷電延時(shí)繼電器、脈沖發(fā)生圖3.4 控制系統(tǒng)功能塊圖器、加法器。斷開演示繼電器用來設(shè)定每幅廣告展示時(shí)間，利用脈沖發(fā)生器實(shí)現(xiàn)正/逆向轉(zhuǎn)換，利用加計(jì)數(shù)器設(shè)定廣告的總幅數(shù)。另外，如果廣告機(jī)展示的時(shí)間有規(guī)律，可以利用特殊功能模塊中的時(shí)鐘功能來設(shè)定每天的開機(jī)、關(guān)機(jī)時(shí)間。如果需要夜間使用，可以配備燈管，利用時(shí)鐘功能實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制。當(dāng)然，還可以配備沒幅畫面的同步解說。但如果廣告機(jī)安置在街頭鬧市，由于外界環(huán)境嘈雜，起不到應(yīng)有的效果，所以可以根據(jù)實(shí)際選擇

35、相應(yīng)功能模塊，以取得最佳的廣告效果。結(jié)論在老師的指導(dǎo)下，完成了1張a0、1張a1、2張a2和1張a4的圖紙，并編寫完了開題報(bào)告，文獻(xiàn)翻譯，文獻(xiàn)綜述，設(shè)計(jì)說明書，達(dá)到了任務(wù)書要求。通過本次設(shè)計(jì)，讓掌握了設(shè)計(jì)的步驟是如何進(jìn)行的，對自己今后從事的工作必將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。在設(shè)計(jì)進(jìn)行過程中，尤其是電機(jī)和減速裝置的選用上，充分體會到查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)對設(shè)計(jì)的進(jìn)展起到的重要作用。微特電機(jī)和同步帶均是在課程中未涉零部件，經(jīng)過此次學(xué)習(xí)已經(jīng)有了較深的理解。還有在選擇符合要求的軸承時(shí)，通過網(wǎng)絡(luò)查看了許多類型的軸承，予以比較，最終選定了帶座外球面球軸承。此系列軸承具有自動調(diào)心功能，在設(shè)備展示過程中，可有效的使廣告展平進(jìn)行展示。另外，運(yùn)用制圖軟件和辦公軟件更加熟練。畢業(yè)論文是本科學(xué)習(xí)階段一次非常難得的理論與實(shí)際相結(jié)合的機(jī)會，通過這次比較完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我擺脫了單純的理論知識學(xué)習(xí)狀態(tài)，和實(shí)際設(shè)計(jì)的結(jié)合鍛煉了我的綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)知識