晴雨自動晾衣架

1、任務分配總體方案設計： 衣架結構設計：圖紙：控制電路設計：軟件編程：傳感器選擇：附上整體效果圖【圖片】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

2、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采用三菱PLC。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；PLC目 錄任務分配1摘要1目 錄2第1章 緒論11.1 智能衣架的發(fā)展11.2 智能系統(tǒng)的材料選擇2第2章 自動晾衣架的機械部分設計32.1 自動晾衣架的機械原理32.2 滾珠絲杠的選擇42.2.1滾珠絲杠的特點：42.2.2滾珠絲杠的支撐52.3軸承的選擇52.3.1直線軸承52.3.2深溝球軸承6第3章自動晾衣架的機械部分

3、計算及校核83.1 設計思想83.2 初選電機減速器系統(tǒng)方案83.3電動機類型選擇83.4 電動機功率的選擇83.5 確定電動機型號93.6 V帶的設計計算93.6.1 傳動比的分配93.6.2各軸的轉速、功率和轉矩103.7 帶傳動方案的確定113.8帶傳動設計計算113.9帶輪的結構設計133.10機械部分的校核15第4章 電氣部分設計184.1自動晾衣架的電路圖及簡介184.2各元件的介紹及編程184.2.1壓力繼電器184.2.2 PLC的原理介紹及編程204.2.4光敏傳感器244.2.5 濕度傳感器27結 論30附錄31參 考 文 獻33致 謝34第1章 緒論1.1 智能衣架的發(fā)展

4、90年代以后，各種戶內(nèi)手搖或電動式的曬衣架開始誕生并普及，市場上各種品牌的晾衣架如雨后春筍般悄然步入千家萬戶，很大的方便了人們的日常生活?？墒牵藗冊诹罆褚挛锏倪^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(nèi)，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(jīng)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，

5、緊急趕到家時，衣物往往已經(jīng)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(nèi)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(nèi)，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(nèi)，雨簾即自動放下，將衣物完全遮擋，防止

6、這真的是一個非常普遍的問題，帶給人們太多的煩惱與不便。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”。它由金屬可伸縮支架、電動馬達、滑輪組、以及被雨水濺濕；當天晴，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：。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；。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；

7、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。所以自動晾衣架得到了飛速的發(fā)展，也取得了很好的經(jīng)濟效益。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，

8、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(nèi)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

9、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(jīng)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。第2章 自動晾衣架的機械部分設計2.1 自動晾衣架的機械原理電機 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(nèi)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

10、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2.14個行程開關滑槽晾衣架絲杠圖2.1工作原理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：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

11、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(nèi)裝滿滾珠。而滾珠則沿滾道滾動，并經(jīng)回珠管作周而復始的循環(huán)運動。回珠管兩端還起擋珠的作用，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(jīng)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(jīng)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，最常用的如下圖所示圖2.3滾珠絲杠兩

12、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(nèi)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(nèi)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

13、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(nèi)徑有：3、4、 5MM。 l不銹鋼型外圈 、鋼球兩端封蓋均為不銹鋼，保

14、 持器采用塑料制造。 S，SLUU l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(diào)性，無松動配合狀態(tài)。 LMOP LMEOP l間隙調(diào)整型在外圈上沿長軸向開有一單縫型式，以 調(diào)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。基本型的深溝球軸承由一個外圈，一個內(nèi)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

15、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(chǎn)， 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(jīng)常維護。該類軸承摩擦系數(shù)小，極限轉速高， 結構簡

16、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(nèi)，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(diào)心能力，當相對于外殼孔傾斜210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，

17、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(nèi)燃機、交通車輛、農(nóng)業(yè)機械、建筑機械、工程機械等。二條滾道的內(nèi)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(diào)心球軸承同樣的調(diào)心功能。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調(diào)整，不增加軸承負擔。調(diào)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(nèi)圈內(nèi)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。 第3章自動晾衣架的機械部分計算及校核3

18、.1 設計思想本課題是以機器經(jīng)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 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，=0.9

19、6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i1Y2-90S-80.37750700503.6 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、功率和轉矩轉速： 功率：KW 扭矩： 轉速： 功率：扭矩：=轉速：功率： 扭矩

20、：轉速：功率：= 扭矩： 表3.1 各軸的運動與動力參數(shù)軸號轉速（r/min）功 率(KW)扭 矩（Nm）1233.330.08263.8246.660.07815.963140.07450.4784140.0747.753.7 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

21、3-6得 取2、確定中心距 （1）、初定中心距a和帶長 式（4.3） ?。?）、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(diào)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-

22、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=50mm300mm，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(jīng)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=（1.52）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.

23、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 小帶輪結構簡圖2、大帶輪設計 因為基準直徑=150mm3800-42003030310-115-35GD-66000-11000800010001030810-115-35GD-73000-8500450045100810-114.2.5 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)

24、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：圖4.10濕敏元件頻率轉換電路圖4.11濕敏元件阻頻轉換波形把信號輸送到顯示器圖4.12濕敏傳感器原理圖圖4.13濕度傳感器實物圖?“?g*?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(chǎn)效率高，勞動強度低，產(chǎn)品質量好，經(jīng)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(nèi)容: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。完成電機的選擇，帶傳動設計，減速機構的設計，帶傳動等結構設計。進行機械系統(tǒng)部分計算及選取相關的機械零件