電動(dòng)?jì)雰捍苍O(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　?</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目 電動(dòng)?jì)雰捍苍O(shè)計(jì) </p><p>　　院 系 機(jī)械工程學(xué)院 </p><p>　　

2、專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 </p><p>　　年 級 2009級 </p><p>　　組員姓名 </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>

3、;　　完成課程設(shè)計(jì)時(shí)間 2013 年 4 月</p><p><b>　　目 錄 </b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p><b>　　引 言I</b></p><p>　　一、整體方案設(shè)計(jì)（各功能）1</p><

4、;p>　　二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)1</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)分析1</b></p><p>　　2.2相關(guān)參數(shù)計(jì)算1</p><p>　　2.2.1曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中最小傳動(dòng)角γmin的計(jì)算2</p><p>　　2.2.2計(jì)算極位夾角2</p><p>　　2.2.3.設(shè)計(jì)變

5、量 X的取值范圍3</p><p>　　2.2.4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸4</p><p>　　三、傳感部分設(shè)計(jì)4</p><p><b>　　3.1聲控部分4</b></p><p>　　3.1.1駐極體話筒4</p><p>　　3.1.2 ADC0804芯片5</p>

6、;<p>　　四、PLC控制設(shè)計(jì)5</p><p>　　4.1 PLC控制設(shè)計(jì)分析5</p><p>　　4.1.1現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號的對照表6</p><p>　　4.1.2 PLC與現(xiàn)場器件的實(shí)際安裝接線圖6</p><p>　　4. 1.3梯形圖7</p><p>&l

7、t;b>　　五、三維模擬圖7</b></p><p><b>　　六、總結(jié)8</b></p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)8</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　嬰兒睡覺時(shí)常會醒來哭，可能在在深夜、也可能在父母做飯

8、或其他繁忙時(shí)刻，讓父母疲憊不堪，既不能休息好也不能做很好的照顧孩子。隨著智能機(jī)器的行業(yè)的不斷發(fā)展，電動(dòng)?jì)雰捍苍桨l(fā)受到小孩父母的歡迎。</p><p>　　為此，我們設(shè)計(jì)了基于PLC控制的電動(dòng)?jì)雰捍玻?dāng)嬰兒睡覺哭醒時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)嬰兒床的自動(dòng)搖晃和播放催眠曲。同時(shí)，我們設(shè)計(jì)的嬰兒床還加有教學(xué)模塊和娛樂模塊，有助于嬰兒智力的發(fā)展。此設(shè)計(jì)，主要涉及到機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、電工學(xué)、傳感器等方面的知識。</p>&

9、lt;p><b>　　引 言</b></p><p>　　隨著科技越來越發(fā)達(dá)，智能的嬰兒床也開始越來越多地受到人們的青睞。搖床精美的外觀設(shè)計(jì)和流暢的線條，帶給人質(zhì)的美感，優(yōu)質(zhì)全木的結(jié)構(gòu)與顏色的和諧搭配，加上環(huán)保油漆的精心烤制，盡顯購買者的檔次與品位，完美的功能和簡單方便的操作，給初為父母的你輕松生活的享受，也給寶寶帶來一個(gè)溫馨而舒適的睡眠環(huán)境。嬰兒常半夜啼哭，父母們往往為了照顧嬰兒而疲

10、憊不堪．針對上述問題，我們組準(zhǔn)備通過設(shè)計(jì)一個(gè)簡單又實(shí)用的的搖擺床來減輕父母的負(fù)擔(dān)，該設(shè)計(jì)主要由一個(gè)可調(diào)速的電動(dòng)機(jī)和滑塊曲柄機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)下面介紹系統(tǒng)的主要研究思路。</p><p>　　整體方案設(shè)計(jì)（各功能）</p><p>　　圖 1 搖擺及教學(xué)控制電路</p><p>　　遙控嬰兒床主要由曲柄滑塊機(jī)構(gòu)、傳感部分、PLC控制器、電動(dòng)機(jī)、教學(xué)娛樂部分組成。其控制電路如

11、圖1，接通電源后，當(dāng)嬰兒哭泣（哭聲頻率達(dá)到一定值）時(shí)，傳感器（駐極體話筒）接受轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)放大調(diào)理電路后使SB4，接通時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器設(shè)定一定時(shí)間（一般為5~10分鐘），控制搖擺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，嬰兒床開始搖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定時(shí)間后即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對嬰兒進(jìn)行英語教學(xué)時(shí)，按下英語教學(xué)開關(guān)SB1，使英語教學(xué)模塊的繼電器KM1接通，并使英語教學(xué)模塊通電。當(dāng)按下音樂播放開關(guān)SB2、故事教學(xué)開關(guān)SB3，其工作原理和英語教學(xué)原理相同。<

12、/p><p><b>　　二、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)</b></p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)分析</b></p><p>　　要實(shí)現(xiàn)嬰兒床的連續(xù)搖擺或移動(dòng)常用的機(jī)構(gòu)有曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，考慮到所選機(jī)構(gòu)的簡單性以及機(jī)構(gòu)傳力性能的好壞，在這里我們采用曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。曲柄滑塊機(jī)構(gòu)有一個(gè)重要特點(diǎn)是具有急回特性。故可按行程速比系數(shù)K

13、來設(shè)計(jì)具有最優(yōu)傳力性能的曲柄滑塊機(jī)構(gòu)。 </p><p><b>　　2.2相關(guān)參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　在這里我們設(shè)計(jì)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的滑塊行程H=18cm，行程速比系數(shù)K=1.3，待定設(shè)計(jì)參數(shù)為a、b和e。 </p><p>　　2.2.1

14、曲柄滑塊機(jī)構(gòu)中最小傳動(dòng)角γmin的計(jì)算</p><p>　　傳動(dòng)角是四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)性能的重要指標(biāo)之一，工程上常以γ值來衡量機(jī)構(gòu)的傳力性能。傳動(dòng)角越大，對機(jī)構(gòu)傳動(dòng)愈有利。</p><p>　　曲柄滑塊機(jī)構(gòu)如圖2所示，圖中AB為曲柄，長度為a，BC為連桿，長度為b，偏心距為e。</p><p>　　圖2 曲柄滑塊機(jī)構(gòu)原理圖</p><p>　　當(dāng)主

15、動(dòng)件為曲柄時(shí)，隨著其位置不同，γ值亦不同，最小傳動(dòng)角γ出現(xiàn)在曲柄與滑塊導(dǎo)路垂直的位置，其值為：</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　2.2.2計(jì)算極位夾角</p><p>　　如下圖b，現(xiàn)設(shè)AC1=X，將X作為設(shè)計(jì)變量，如果確定了A點(diǎn)的位置，a、b和e也就確定。下面找出a、b和e與設(shè)計(jì)變量X之間的關(guān)系，最終可求出最小

16、傳動(dòng)角與X的關(guān)系表達(dá)式：</p><p><b>　　圖3 機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)圖</b></p><p>　　如圖在△AC1C2中 </p><p><b>　　因?yàn)?</b></p><p><b>　　所以 </b></p><p><b>

17、;　　(2)</b></p><p><b>　　又因?yàn)?</b></p><p>　　所以 (3)</p><p>　　將 代入 (1)</p><p>　　可得 （4）</p><p>

18、;　　將式（2）、（3）代入式（4），γ的最小值僅為X的函數(shù)，然后對X求導(dǎo)使其導(dǎo)數(shù)等于0，進(jìn)而可求得γ的最小值。</p><p>　　2.2.3.設(shè)計(jì)變量 X的取值范圍</p><p>　　當(dāng)A點(diǎn)位于點(diǎn)時(shí)X最?。?lt;/p><p>　　當(dāng)A點(diǎn)位于M點(diǎn)時(shí)X取最大:</p><p>　　將已知數(shù)值代入以上各式可得：</p><p

19、>　　X的取值范圍為0～41.437cm，X=10.256cm時(shí)，γmin的最大值為18.473°。</p><p>　　2.2.4.曲柄滑塊機(jī)構(gòu)各構(gòu)件尺寸</p><p><b>　　曲柄a=8.6cm</b></p><p>　　連桿 b=18.8cm</p><p>　　偏心距 e=5.6cm<

20、;/p><p><b>　　三、傳感部分設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　3.1聲控部分</b></p><p>　　聲控部分原理電路圖如圖4所示，主要由駐極體話筒、帶通濾波電路、調(diào)理放大電路、ADC0804組成。駐極體話筒相當(dāng)于傳感器，駐極體話筒檢測到小孩哭聲，產(chǎn)生電壓變化，經(jīng)過帶通濾波電路，使頻率在300HZ（小孩

21、的哭聲頻率）左右的的聲音通過，避免外部例如腳步、大人說話聲等一系列聲音的干擾，然后通過調(diào)理放大電路后將信號傳給ADC0804芯片進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，最后將信號傳給PLC處理，啟動(dòng)音樂模塊和搖動(dòng)模塊。</p><p>　　圖4聲控部分電路原理圖</p><p>　　3.1.1駐極體話筒</p><p>　　駐極體話筒應(yīng)用十分廣泛，具有體積小、結(jié)構(gòu)簡單、電聲性能好、價(jià)格低的特

22、點(diǎn)，廣泛用于盒式錄音機(jī)、無線話筒及聲控等電路中。由于輸入和輸出阻抗很高，所以要在這種話筒外殼內(nèi)設(shè)置一個(gè)場效應(yīng)管作為阻抗轉(zhuǎn)換器，為此駐極體電容式話筒在工作時(shí)需要直流工作電壓。</p><p>　　聲電轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件是駐極體振動(dòng)膜。它是一片極薄的塑料膜片，在其中一面蒸發(fā)上一層純金薄膜。然后再經(jīng)過高壓電場駐極后，兩面分別駐有異性電荷。膜片的蒸金面向外，與金屬外殼相連通。膜片的另一面與金屬極板之間用薄的絕緣襯圈隔離開。這

23、樣，蒸金膜與金屬極板之間就形成一個(gè)電容。當(dāng)駐極體膜片遇到聲波振動(dòng)時(shí)，引起電容兩端的電場發(fā)生變化，從而產(chǎn)生了隨聲波變化而變化的交變電壓。駐極體膜片與金屬極板之間的電容量比較小，一般為幾十pF。因而它的輸出阻抗值很高(Xc=1/2~tfc)，約幾十兆歐以上。這樣高的阻抗是不能直接與音頻放大器相匹配的。所以在話筒內(nèi)接入一只結(jié)型場效應(yīng)晶體三極管來進(jìn)行阻抗變換。場效應(yīng)管的特點(diǎn)是輸入阻抗極高、噪聲系數(shù)低。普通場效應(yīng)管有源極(S)、柵極(G)和漏極(

24、D)三個(gè)極。這里使用的是在內(nèi)部源極和柵極間再復(fù)合一只二極管的專用場效應(yīng)管。接二極管的目的是在場效應(yīng)管受強(qiáng)信號沖擊時(shí)起保護(hù)作用。場效應(yīng)管的柵極接金屬極板。這樣，駐極體話筒的輸出線便有三根。即源極S，一般用藍(lán)色塑線，漏極D，一般用紅色塑料線和連接金屬外殼的編織屏蔽線。</p><p>　　3.1.2 ADC0804芯片</p><p>　　ADC0804就是一種A/D轉(zhuǎn)換器，所謂 A/D 轉(zhuǎn)換

25、器就是模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC），是將輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。信號輸入端可以是傳感器或轉(zhuǎn)換器的輸出，而ADC 的數(shù)字信號也可能提供給微處理器，以便廣泛地應(yīng)用。</p><p><b>　　四、PLC控制設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 PLC控制設(shè)計(jì)分析</p><p>　　根據(jù)搖擺及教學(xué)控制電路，PLC移位寄存器控制搖擺機(jī)構(gòu)的動(dòng)

26、力輸入、英語教學(xué)模塊的開關(guān)、音樂播放模塊的開關(guān)以及故事教學(xué)模塊的開關(guān)。圖中，SB1為英語教學(xué)模塊的啟動(dòng)開關(guān)，SB2為音樂播放模塊的啟動(dòng)開關(guān)，SB3為故事教學(xué)模塊的啟動(dòng)開關(guān)，SB4為傳感器接受嬰兒聲音的輸入信號，該信號使PLC控制搖擺機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)，SB為整個(gè)嬰兒床的總開關(guān)；KM1為控制英語教學(xué)模塊的繼電器，當(dāng)它通電后，觸發(fā)英語教學(xué)模塊的啟動(dòng)，KM2、KM3分別為音樂播放模塊、故事教學(xué)模塊的繼電器，KT為時(shí)間繼電器，它接受來自傳感器的輸出信號S

27、B4，控制搖擺機(jī)構(gòu)的啟動(dòng)。</p><p>　　打開總開關(guān)后，當(dāng)嬰兒哭泣（哭聲頻率達(dá)到一定值）時(shí)，傳感器（駐極體話筒）接受信號并發(fā)出信號SB4，接通時(shí)間繼電器KT，時(shí)間繼電器設(shè)定一定時(shí)間（一般為5~10分鐘），控制搖擺機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)，嬰兒床開始搖動(dòng)，運(yùn)動(dòng)到設(shè)定時(shí)間后即停止運(yùn)動(dòng)。當(dāng)需要對嬰兒進(jìn)行英語教學(xué)時(shí)，按下英語教學(xué)開關(guān)SB1，使英語教學(xué)模塊的繼電器KM1接通，并使英語教學(xué)模塊通電。當(dāng)按下音樂播放開關(guān)SB2、故事教學(xué)

28、開關(guān)SB3，其工作原理和英語教學(xué)原理相同。</p><p>　　4.1.1現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部等效繼電器地址編號的對照表</p><p>　　根據(jù)搖擺及教學(xué)控制電路選定與各開關(guān)、器件等現(xiàn)場器件相對應(yīng)的PLC內(nèi)部等效繼電器的地址編號，對照表1所示</p><p>　　表1 現(xiàn)場器件與PLC內(nèi)部繼電器對照表</p><p>　　4.1.2 PLC

29、與現(xiàn)場器件的實(shí)際安裝接線圖</p><p>　　根據(jù)表1，畫出PLC與現(xiàn)場器件的實(shí)際連接圖，如下圖所示。</p><p>　　圖5 PLC與現(xiàn)場器件的連接</p><p><b>　　4. 1.3梯形圖</b></p><p>　　滿足圖5搖擺及教學(xué)控制電路所示功能的移位寄存器件控制的梯形圖如下圖4所示。</p&

30、gt;<p>　　圖 6 PLC梯形圖</p><p><b>　　五、三維模擬圖 </b></p><p><b>　　圖7 總體部分</b></p><p><b>　　圖8 拆分圖</b></p><p><b>　　六、總結(jié)</b>

31、</p><p>　　多功能智能型嬰兒床系統(tǒng)的開發(fā)涉及到電子、機(jī)械、自動(dòng)控制等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，是一個(gè)綜合性的應(yīng)用研究課題。由于水平有限本文著重以簡單實(shí)用為前提，設(shè)計(jì)了具有多功能的嬰搖擺兒床。整個(gè)系統(tǒng)可靠性較高，比較實(shí)用，而且易于維護(hù)和擴(kuò)展。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】機(jī)電傳動(dòng)控制 張海根主編 高等