机电一体化方向综合课程设计说明书 学 院 嘉兴学院机电工程学院 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机械101 指导教师 胡红生 李伟荣 学生姓名 _ 潘赞赞 胡文聪 吴灵艳 日 期 2013.12.03 一、绪论 1.1家用自动发牌机国内研究现状31.2家用自动发牌机的研究目标与意义3二、机电一体化系统总体方案设计3三、机电一体化系统机械本体各部分设计43.1直齿锥齿的设计43.2圆柱齿轮的设计93.3轴的设计123.3.1基座上的轴的尺寸设计123.3.2转盘上的轴的尺寸设计153.4 轴承的设计173.4.1 基座上轴承的设计173.4.2 转盘上轴承的设计183.5 基座的设计183.6 转盘的设计183.7储牌机构的设计18四、机电一体化系统伺服驱动部分设计与校正194.1 发牌直流电机的选择194.2 基座直流电机的选择20五、 传感与检测部分设计205.1红外感应光电开关原理205.2漫反射光电开关20六、PLC控制部分设计226.1 PLC的选择226.2 软件流程图的设计236.3 接触器的选择236.3.1直流接触器的选用方式236.4PLC程序图246.5 PLC硬件接线图24七 能源的选择25八、 .参考文献25一、绪论1.1家用自动发牌机国内研究现状随着时代的发展，我们的生活水平普遍有了很大提高，科技发展，作为一项重要的国家发展战略，逐渐取得了重大进步。在过去的几十年里，科技发展多数都着重于社会建设、军事、工业等方面。在人们对生活质量有了更大要求的时代，我们的社会将越来越需要“科技服务于生活”。目前我们在家庭清洁、家具、家庭装饰等方面都已经有了很多突破，家居生活用品的科技上升空间越来越少，而家庭娱乐却存在着许多空白。目前的与家庭娱乐有关的科技产品都有各自的限制，如家庭机器人，原理复杂、开发成本过高，虽然投入大并且已经发展多年但是娱乐效果很有限；健身器、跳舞毯，由于适用年龄层很低，在家庭中并不普遍，而且不够耐用；家庭影院、智能家电等，也都价格高昂，并非所有家庭都能拥有的。从经济、技术上，我们国家与发达国家有着不小差距，因此在家庭娱乐上依然处于落后状态。综合起来，现在国内市场上缺乏适合家庭的实用、低廉、娱乐效果明显的产品。1.2家用自动发牌机的研究目标与意义在我们国家，最常见，最方便的家庭游戏便是纸牌游戏了。针对我国家庭普遍都会参与并热衷的游戏纸牌。我们团队特地设计并制作了机械式家用发牌机，尽管现在市场上已经有了类似产品，目前，我们了解到，全自动发牌机和全自动麻将机类似,都是为了降低人的工作强度而产生的一种工具.发牌机主要由储牌室、分牌室、识牌装置、拨牌机构、传牌机构、分牌机构、牌套传送机构和控制电路组成，其中识牌装置主要由摄像头和照亮灯组成；本实用新型基于计算机图像识别技术，对要识别的扑克牌无特别要求，能够把识别出的扑克牌按预定要求迅速准确地发放到指定位置，以实现高可靠性、高效率的发牌；自动推入和推出牌套盒，实现了真正意义上的连续自动发牌。但普遍成本高，机构复杂，所受的限制较多，是专为赌场或棋牌社设计的，不适合家庭使用。除此之外，现今还出现了多种新型的纸牌和玩法，如：“斗地主”需要三人参与，则许多设置为四人的发牌机不能适应；“打滚子”需要使用四副纸牌，部分发牌机储存空间不够，或者发牌速度不够，而人们玩时，在发牌上就会消耗很多时间；“三国杀”是一款需要2至10人参与的游戏，且是一次取一张，既对发牌的对象人数有灵活度的要求，有对发牌次数有要求，如果只发明一次发一张的发牌机就是没有实际意义的了。根据对各方面的思考，我们从使用方法、发牌效果、家用功能上对现有发牌机进行了创新改进，解决了目前市场上针对家庭的发牌机的空缺问题。本发牌机发牌时不受限于所玩的牌的种类，不受限于参与人数，运用了机电结合，装有红外感应装置，操作和控制轻松简便。二、机电一体化系统总体方案设计参数：PLC型号的选择，两个直流电机型号的选择，轴承的设计，转轴（100*45mm）的设计,红外线传感器G18-3A30NA型号漫反射光电开关。机械本体：发牌机构和储牌机构。发牌机构能够发牌到玩家位置，储牌机构能够存放纸牌。传感检测装置:红外线传感器G18-3A30NA型号漫反射光电开关检测玩家位置能源部分:直流电源驱动与执行部分:直流电机。信息处理与控制部分：PLC根据红外线光电开关的信号控制直流电机的转动，其中一个直流电机通过直齿锥齿带动齿轮轴转动，从而带动转盘转动，另外一个直流电机通过齿轮带动转轴转动实现发牌功能。三、机电一体化系统机械本体各部分设计3.1直齿锥齿的设计齿轮选用45号钢，调质处理，HB236，齿轮按 7等级精度制造计算项目计算和说明1.初步计算计算公式载荷系数K=1.5齿数比估算时的齿轮许用接触应力=几何尺寸估算结果47.86mm齿数取分锥角大端模数m=mm,取m=3mm大端分度圆直径外锥距R=mm齿宽系数取齿宽b=R=10.17mm,取b=10mm实际齿宽系数 =中点模数中点分度圆直径切向变位系数高位变位系数顶隙c=c*m=0.2x3=0.6mm (c*=0.2)大端齿顶高mm大端齿根高mm齿全高齿根角齿顶角顶锥角50根锥角大端齿顶圆直径安装距冠顶距大端分度圆弧齿厚大端分度圆弦厚大端分度圆弦齿高当量齿数当量齿轮分度圆直径当量齿轮顶圆直径当量齿轮根圆直径当量齿轮传动中心距当量齿轮基圆齿距啮合线长度2.49端面重合度齿中部接触线长度mm齿中部接触线的投影长度齿面接触疲劳强度校核计算公式中点分度圆上的切向力=147.92N使用系数动载系数,查表349中图（a）齿向载荷分布系数查表349中表2取，有效工作齿宽，按式（3-15）端面载荷系数100N/mm,由表349中表3， 1.2节点区域系数中点区域系数=1.032弹性系数表3-39中表4螺旋角系数直齿轮，锥齿轮系数由式（3-19），载荷分配系数由式（3-20），计算接触应力569.54N/mm许用接触应力实验齿轮的接触疲劳极限,表3-47中图（h)寿命系数,长期工作，取为无限寿命设计润滑油影响系数，表349中图（e)，工作硬化系数尺寸系数最小安全系数许用接触应力值1123 N/mm齿面接触强度校核结果4.齿根弯曲疲劳强度校核计算公式复合齿形系数重合度系数0.625锥齿轮系数载荷分配系数=1齿根弯曲应力计算值31.8 N/mm齿根许用弯曲应力齿根弯曲疲劳强度基本值= 630N/mm, 表3-50中图(d)寿命系数相对齿根圆角敏感系数相对齿根表面状况系数尺寸系数表350中图（f）最小安全系数许用弯曲应力值齿根弯曲强度校核结果3.2圆柱齿轮的设计闭式齿轮选用：直齿圆柱硬齿面齿轮（1）选择材料及确定需用应力小齿轮选用45号钢，调质处理，HB236 大齿轮选用45号钢，正火处理，HB190由机械零件设计手册查得 （2） 确定各种参数齿轮按 9等级精度制造查机械设计基础教材中表113得：取K=1.3查机械设计基础教材中表114取：区域系数 ZH=2.5 弹性系数 ZE=188.0查机械设计基础教材中表116取：齿宽系数 由 （3）按齿面接触强度设计计算齿数取Z1=17，则Z2=172=34。故实际传动比模数 齿宽 ，取b2=40mm，b1=20mm按表4-1 取m=1.5，实际的d1zm=171.5mm=26mm，d2341.5mm=52mm中心距 =38.5mm（4）验算齿轮弯曲强度 齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63 YFa2=2.24，YSa2=1.76由式（11-5） ，安全。齿轮结构设计：齿顶圆直径da 齿全高h（c=0.25）齿厚S计算及说明开式齿轮选用：斜齿圆柱硬齿面齿轮小齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 大齿轮：40Cr 表面淬火 硬度4855HBC， 对于一般工业用齿轮，采用一般可靠度计算取最小安全系数：=1.0，=1.25；因此 （1） 小齿轮上的转矩（2）（3） 确定各种参数齿轮按 9等级精度制造K=1.5 （4） 按齿轮弯曲强度设计计算 查机械设计基础教材图118得 图119得 因为：故：对小齿轮进行弯曲强度计算法向模数： 由机械设计基础教材表41：取（5） 验算齿面接触强度 故安全（6） 计算齿轮圆周速度v并选择齿轮精度查表取齿轮等级为9 级制造精度是合宜的。3.3轴的设计3.3.1基座上的轴的尺寸设计 1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。 选择45钢正火。硬度达到170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、 初步计算各轴段直径 （1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率P和扭矩T P=3.12x0.95x0.95=2.8 W n=14 r/min T=9550P/n=1.91N.m最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 =110）选择标准直径 d=20mm3、计算轴各段长度