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1、 “迪瑞杯”第五届吉林省大学生机械创新设计大赛“幸福生活今天和明天”全自动窗帘设计说明书参赛者： QCR WZC ZLG RJX SSD 指导教师： ZZY CWL 二一二年四月前 言 如今伴随着信息时代的到来，人们的生活水平日益提高，方便、快捷、自动、智能成为时代的主题，在现代家庭生活环境中，居家环境早已不仅仅局限在物理空间上，人们更为关注的是一个安全、方便、舒适的环境，自动化的电子产品自然成为人们追求的目标。 窗是人心灵的眼睛，窗帘则是眼睛上的睫毛，窗帘在防止强光射入，帮助人们合理的安排时间，美化室内环境，保证个人隐私，增强居家环境方面有重要作用。随着人们生活节奏的加快，窗帘的自动化随之产
2、生。 本产品是在学习机械原理及设计和电工学等知识，通过实践，观察，思考的基础上设计而成的，且人性化的思想理念也体现了科学技术在人们生活中的作用。 通过几个月的努力，使我们深刻感受到了电学，力学，加工工艺，理论知识与实践相结合在机械设计中的重要性。加强和拓展这些方面的知识对机械学子们是很有必要的。 由于我们能力、经验以及一些方面的知识有限，许多地方未能深入的研究，如有误漏之处，敬请评委老师批评指正。 编者目 录薄 窗 帘一、薄窗帘传动示意图.1二、工作原理.1三、执行机构选定.2四、电动机的选择.3五、轴的设计计算.5六、轴承的校核.7七、轴承端盖与轴承支座8八、螺栓及连接件的选择与校核.9九、
3、薄窗帘电路图.10十、电学原件引脚的功能及使用方法10十一、程序流程图.14十二、ATmega16单片机程序.14厚 窗 帘一、厚窗帘传动示意图.20二、工作原理.21三、执行机构选定.21四、电动机的选择.23五、轴承的选择与校核.25六、厚窗帘电路图.26七、程序流程图.26八、电学原件引脚的功能及使用方法.28九、AT89C2051程序.29主要创新点32推广应用价值.32设计小结.33参考文献.34薄 窗 帘 薄窗帘属于智能窗帘，能够根据光照的强度，调节窗帘的自动升降。一、薄窗帘传动示意图：二、工作原理：1、由于光照强度的不同，光敏电阻的阻值发生变化；2、光敏电阻输出不同的电压，通过A
4、/D转换器将模拟信号转化成数字信号；3、将数字信号输入单片机（mega16），通过单片机内部程序，控制L298电机驱动板与74LS595显示驱动板；4、电动机驱动板，控制电动机正反转起停，从而实现根据光的强弱不同完成自动升降与数码管的显示；1三、执行机构选定：1、 连接装置方案一：键连接 由于键连接在细轴上不宜加工，费用高，所以不适合；方案二：过盈配合连接 由于过盈配合不宜拆装，所以不适合；方案三：销连接 由于容易加工，费用低，拆装方便，所以适合:实物如图2、 传动装置方案一：摩擦传动由于摩擦阻力大，对加工表面粗糙度要求高，易磨损，所以不适合；方案二：滑动轴承 由于滑动轴承摩擦力较滚动轴承大，
5、润滑维护较滚动轴承复杂，所以不适合；2方案三：滚动轴承 由于启动阻力小，润滑维护方便，在市场上容易买到，所以适合；四、电动机的选择 原始数据窗帘高度h（m）窗帘质量m（kg）滚筒直径D（mm）上升速度V（m/s）1 1 35 0.031、确定电动机转速 卷筒工作转速 nw=60*1000V/D =60*1000*0.03/3.14*35=16.4 r/min2、电动机容量选择： 工作所需Pw =FV =mgV =1*9.8*0.03 =0.294w m 窗帘重量 V 窗帘上升速度 电动机输出功率Pd3考虑滚动轴承的功率损耗，电动机的输出功率为 Pd=Pw/aa为从电动机到工作机主动轴之间的总效
6、率，即 a=1 1为滚动轴承的传动效率0.98 Pd=FV/a =mgv/a =1*9.8*0.03/0.98 =0.31w根据计算得到的数据选电动机型号：37JB555 电动机数据： 型号：37JB555电压：DC12V空载转速: 20r/min负载转速：16r/min输出扭矩：23kg.cm输出功率：4.8w重量：0.35kg外形尺寸：4五、轴的设计计算1、轴上的功率P，转速n和转矩TP1= Pd*1 =4.8*0.98 =4.7 wnw= n=16r/minT=9.55*10* P1/ nw =9.55*10*4.7*10/16 =2.8 Nm 2、卷筒受力分析F薄窗帘和卷筒的总重力约为
7、15 N5根据简明机械零件设计手册初选0基本游隙组，标准精度等级的单列深沟球轴承6002，基本尺寸为d*D*B=15mm*25mm*10mm3、轴的结构设计：轴的材料选择聚甲醛1段和5段要安装轴承，根据轴承的基本数据d*D*B=15mm*25mm*10mm，则取d1=15mmd5=15mm，L1= L5=12 mm ；3段为薄窗帘位置，d3=35 mm，L3=958 mm6 1段与三段之间和3段与5段之间为轴肩，取该段d=30 mm，L=10 mm ； 确定轴上圆角和倒角尺寸取轴端倒角为2*45度，轴肩处的倒角可按R1.6R2适当选取4、求轴上的载荷（6002型的B=10 mm，所以两轴承之间
8、支点的距离为988 mm）载荷垂直面 V支反力FNV1=7.5NFNV2=7.5N弯矩MV=3705Nmm总弯矩M= MV=3705Nmm扭矩T =1660 Nmm5、按弯扭合成应力校核轴的强度 根据图可知中间点截面为危险截面，轴的计算应力为 ca=M/W=3705/0.1*35=0.86MPa. 前已选定轴的材料为聚甲醛，由机械设计计算手册查的-1=69MPa，caLh=175200h故合格.七、轴承端盖与轴承支座。如图所示:8八、螺栓及连接件的选择与校核1、螺栓将塑料的轴承支座固定顶板上，由于需要的螺栓比较细，粗选螺栓直径d=4mm,螺栓选用材料Q235，性能等级为3.6，B=300 MP
9、a . 螺栓的预紧力F0=2100N,螺栓的相对刚度Cb/(Cb+Cn)=0.3,螺栓所受拉力F=30N。计算螺栓的总拉力F2=F0+ Cb*F/(Cb+Cn)=2100+0.3*30=2109N校核螺栓直径d=(4*1.3 F2/B) =(4*1.3*2109/3.14/300)=3.4mm=4mm故合格92、塑料轴承支座较薄，容易产生塑性变形，故需要校核。轴承支座的强度取=140MPa.螺帽的D=6mm,螺栓的d=4mm.校核连接件强度ca=F2/(*D/4 +*d/4)= 2109/(3.14*36/4 +3.14*4/4)=134.3MPa=140 MPa故合格。九、薄窗帘电路图十、电
10、学原件引脚的功能及使用方法1、74LS595显示驱动板各个引脚的功能： 10Q17 是并行数据输出口，即储寄存器的数据输出口Q7 串行输出口，其应该接SPI总线的MISO接口STcp 存储寄存器的时钟脉冲输入口SHcp 移位寄存器的时钟脉冲输入口OE低电平有效 输出使能端MR低电平有效 芯片复位端Ds 串行数据输入端2、ATmega16 的引脚功能及使用方法11引脚说明VCC 数字电路的电源GND 地端口A(PA7.PA0) 端口A 做为A/D 转换器的模拟输入端。端口A 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口A 处于高阻状态。端口B(PB7.PB0) 端口B 为8 位双向I/O 口，具有可编程的内部上拉电阻。其输出缓冲器具有对称的驱动特性，可以输出和吸收大电流。作为输入使用时，若11内部上拉电阻使能，端口被外部电路拉低时将输出电流。在复位过程中，即使系统时钟还未起振，端口B 处于高阻状态。端口B 也可以
