机电系统综合课程设计.docx

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机电系统综合课程设计

机电系统综合课程设计

任务书

一、课程设计的目的

本次设计是机电一体化和计算机控制课程结束之后进行的一个重要的综合性、实践性教学环节，课程设计的根本目的是：

1、掌握机电一体化系统的设计过程和方法，包括参数的选择、传动设计、零件计算、结构设计、计算机控制等培养系统分析及设计的能力。

2、综合应用过去所学的理论知识，提高联系实际和综合分析的能力，进一步稳固、加深和拓宽所学的知识。

3、训练和提高设计的根本技能，如计算，绘图，运用设计资料、标准和标准，编写技术文件〔说明书〕等。

二、设计任务及要求

设计题目：

宠物自动喂食机的设计

1.设计内容包括：

总体设计，机械系统的设计与计算，计算机控制系统设计，编写设计计算说明书；

2.设计要求包括：

定时投放饲料，具有开机自检功能，可以设定开启关闭时间的长短，适应不同宠物食量的需要；

3.机械局部的设计：

零件图，装配示意图；

4.计算机控制的设计：

控制系统接口图一张；

5.控制装置采用直流减速电机驱动，MCS-51或单片机FX2N-PLC控制系统，软件环分，由键盘输入实现开环控制。

6.编写设计计算说明书1份。

摘要

本次设计宠物自动喂食机的根本功能和设计思路，根据给定的规定动作顺序，综合运用所学的根本理论、根本知识和相关的机械设计专业知识，完成宠物自动喂食机理论方案的创新设计，并绘制必要的零部件图，其中包括装置的原理方案构思和拟定；原理方案的实现、传动方案的设计，主要结构的设计简图；设计计算与说明。

宠物自动喂食机设计要求：

定时投放饲料，具有开机自检功能，可以设定开启关闭时间的长短，适应不同宠物食量的需要，使用电动机驱动，其电源应为平安电源。

宠物自动喂食机设计的主要技术关键问题为：

饲料的定时投放，料口的开合角度确实定，定时长短的设计，时间设定模块的组合。

关键字：

单片机设计计算定时机构

1主轴的设计

在宠物自动喂食机上采用直接由电机带动主轴旋转，控制料口的开启和关闭，由于电机选用的是具有自锁功能的直流减速电机，中间不采用减速装置，简化结构设计，使系统的结构尽量的紧凑。

所以直接用电机驱动主轴，省去中间的减速环节。

2主轴材料的选择

主轴的选用45钢，45钢的加工性能较为理想，材料的价格比拟低廉，但是这是一种中碳钢，淬火性能并不好，45号钢可以淬硬至HRC42~46。

所以如果需要外表硬度，又希望发挥45钢优越的机械性能，常将45钢外表渗碳淬火，这样就能得到需要的外表硬度。

调质处理后零件具有良好的综合机械性能，广泛应用于各种重要的结构零件，特别是那些在交变负荷下工作的连杆、螺栓、齿轮及轴类等。

3主轴加工方法的选择

由于主轴是间歇回转类零件，不需要长时间的连续运转，所以加工的精度不需要很高，在普通的车床上既可以加工。

又因为主轴的外形相对简单，不需要经常的换刀，所以加工的时间教短。

在加工主轴时，需要注意的是径向尺寸的控制，不过通过合理的安排加工工艺可以解决。

最后的端部的钻孔是需要控制空之间的距离，所以在单件试制的时候可以不用专用的夹具，在大量生产的时候需要安排专用的夹具，提高生产效率。

尤其需要注意的是孔中心确实定，因为是后续安装旋转件的，所以要控制中心的偏差。

4主轴参数计算：

1.主轴尺寸确实定：

由设计题目中要求可知：

下料口的孔直径为5mm.由?

机械设计手册?

表6.2-3取主轴的直径为5mm;

估取主轴的长度和直径:

i.1-2段轴用于安装联轴器，故取直径为5mm。

ii.2-3段安装活动挡片，外径5mm。

iii.3-4段分隔段，直径为5mm。

iv.4-5段为过度段，直径为16mm。

v.5-6段安装旋转件，直径为40mm。

2）根据轴向定位的要求确定轴的各段长度

1.1-2段为安装联轴器为30mm

2.2-3段为安装活动挡片长度为60mm。

3.3-4段为为分隔长度为10mm

4.4-5段用于安装旋转件长度为6mm。

5.5-6段安装旋转件长度为10

2．轴上力的校合

66207.563.5

3．精确校核轴的疲劳强度

1）判断危险截面

由于截面IV处受的载荷较大，直径较小，所以判断为危险截面

2）截面IV右侧的

截面上的转切应力为

由于轴选用40cr，调质处理，所以

，，。

〔[2]P355表15-1〕

a）综合系数的计算

由，经直线插入，知道因轴肩而形成的理论应力集中为，，

〔[2]P38附表3-2经直线插入〕

轴的材料敏感系数为，，

〔[2]P37附图3-1〕

故有效应力集中系数为

查得尺寸系数为，扭转尺寸系数为，

〔[2]P37附图3-2〕〔[2]P39附图3-3〕

轴采用磨削加工，外表质量系数为，

〔[2]P40附图3-4〕

轴外表未经强化处理，即，那么综合系数值为

b）碳钢系数确实定

碳钢的特性系数取为，

c）平安系数的计算

轴的疲劳平安系数为

故轴的选用平安。

4．行程开关旋转件的设计

由示意图可知，两旋转件在旋转时有一个90度角的角度差，通过行程开关输出的信号的不同来分辨料口的开合处于什么样的状态，然后通过单片机系统的处理，输出相应的信号，带动电机的旋转，来控制料口的开合。

料口的状态有完全关闭和完全翻开两种状态，〔1〕两行程开关都输出信号时，料口处于关闭状态，〔2〕两行程开关有一个闭合输出信号时，料口处于完全翻开状态。

5减速电动机的选择：

直流齿轮减速电动机由于其结构简单，性能可靠，应选择直流齿轮减速电动机。

ZGA25R-310式直流齿轮减速电动机产品数据：

ZGA25R-310

使用电压:

DC6V     

转速：

20rpm

外径:

25mm    

总长:

51mm

伸出轴长:

10mm

扭力:

1-3KG

6控制系统设计

〔一〕系统方案设计构成

本系统包括机械局部和伺服电机控制两局部。

根据所给的要求，拟用开环控制结构设计方案，其开环系统结构原理如图1。

单片机  光电   耦合 驱动执行  机构

具体原理：

编写单片机指令，通过扫描键盘输入的数字记录需要转动的角度，然后计算需要输出的脉冲，用软件的方法实现脉冲的输出，然后由光电耦合电路减小外部的干扰，由功率放大电路实现功率的放大，然后接减速电动机，通过联轴器把力矩传到主轴。

带动料口的开关。

〔二〕、单片机的选用

本设计选用ATS9S51芯片，片内无ROM或者EPROM，使用时必须配置外部的程序存储器EPROM。

本设计选用了2764扩展其空间，8031的引脚分3大功能：

〔1〕I/O口线

P0,P1,P2,P3共4个八位口。

〔2〕控制口线

PSEN（片外取指控制）、ALE〔地址锁存控制〕、EA〔片外存储器选择〕、RESET〔复位控制〕。

〔3〕电源和时钟。

ATS9S51最小应用系统。

ATS9S51内部不带ROM，需要外接EPROM作为外部程序存储器。

又因为8031在外接程序存储器或数据存储器时地址的低8位信息和数据信息分时送出，故还需要采用一片74LS373来锁存低8为地址信息。

这样，一片2764EPROM和一片74LS373组成了一个最小的计算机应用系统。

如图

MCS-51的程序存储器空间与数据存储器空间是相互独立的。

用户可最多扩展到64kb的程序存储器几64kb的数据存储器，编址为0000H~FFFFH。

片内8kb单元地址要求地址线13根〔A0~A12〕。

它由P0和P2.0~P2.4组成。

地址锁存器的锁存信号为ALE。

程序存储器的取地址消耗为PSEN。

由于程序存储器芯片只有一片，所以其片选端〔31〕直接接地。

8031芯片本身的连接31必须接地来说明选择外部存储器外，还必须有复位和时钟电路。

在此系统中有P1、P3口作为用户I/O口使用；74LS373为地址锁存器，他是一片三态输出8D触发器，当OE=1时三态门导通，输出线上为8为锁存器的状态。

当OE=1时输出为高住抗转台。

G为锁存信号输入线，G=1时锁存器输出等于D端输入，G输入短跳变将输入信息锁存到8为锁存器中。

当8031在访问外部程序存储器时，P2口输入高8为地址：

P6口分时传送底8为地址和指令字节。

在ALE为高电平时，P0口输出的地址有效，并由ALE的下降沿锁存到地址锁存器中，此时外部程序存储器宣统信号线PSEN出现低电平，选通相应的外部。

EPROM存储器；相应的指令字节出现在EPROM的数据线〔O0~O7〕上，输入到P0口，CPU将指令字节读入指令存放器。

7程序编写

连线图：

程序设计：

AT89S51,F=6MHz

影响第0组的R1,R2,R3,R4,R5,R6,R7

20H,21H,30H,31H,32H,35H,36H,37H,38H,39H,3AH,3BH,3CH,3DH,3EH;;

ORG00H;程序从这里开始

SJMPMAIN;主程序

ORG0BH;定时器0中断入口

LJMPGOTO

ORG40H

;初始化

MAIN:

MOVSP,#5FH;设堆栈

MOV30H,#12H;存放小时,设初值

MOV31H,#00H;存放分钟,设初值

MOV32H,#00H;存放秒,设初值

MOV35H,#06H;第一个闹钟的小时位,设初值

MOV36H,#30H;第一个闹钟的分钟位,设初值

MOV37H,#09H;第二个闹钟的小时位,设初值

MOV38H,#00H;第二个闹钟的分钟位,设初值

MOV39H,#06H;存放年

MOV3AH,#11H;存放月

MOV3BH,#05H;存放日

MOV3CH,#00H;显示缓存,第1，2位

MOV3DH,#00H;显示缓存,第3，4位

MOV3EH,#00H;显示缓存,第5，6位

CLR00H;秒闪烁暂存20H.0

SETB01H;闹钟1输出位20H.1

SETB02H;闹钟2输出位20H.2

CLR03H;按键2是否有效标致位20H.3

CLR04H;按键3是否有效标致位20H.4

CLR05H;按键2是否有效标致位20H.5

CLR06H;闹钟开关标致20H.6"0"为开"1"为关

SETB07H;显示缓存,小数点1

SETB08H;显示缓存,小数点2

SETB09H;时钟加减标致位"0"为小时,"1"为分钟

SETB0AH;闹钟1加减标致位"0"为小时,"1"为分钟

SETB0BH;闹钟2加减标致位"0"为小时,"1"为分钟

MOVR2,#2;设定时次数

MOVR3,#50

MOVR4,#25

MOVTMOD,#02H;设定时器0工作方式为方式2

MOVTH0,#56;设初始值

MOVTL0,#56

SETBTR0;启动定时器和中断

SETBET0

SETBEA

主程序

MMAIN:

JNBP2.0,MMAIN;时钟主程序

MMAIN2:

LCALLXIAN;显示

LCALLCS;按键秒清零

LCALLDAT;是否显示年月日

LCALLDSQ;定时器

LCALLT1T2;闹钟开关

CLRP2.6;按键有效

JNBP2.0,MENU1

SJMPMMAIN2

MENU1:

JNBP2.0,$;时钟调整

SETBP1.0

MOV3CH,30H;将暂存的数转成字形显示30H

MOV3DH,31H;将暂存的数转成字形显示31H

MOV3EH,#0ABH;将暂存的数转成字形显示"t"