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1、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 期一、绪论1.1 家用自动发牌机国内研究现状 21.2 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 33.1 直齿锥齿的设计 33.2 圆柱齿轮的设计 73.3 轴的设计 1010113.4 轴承的设计 123.4.1 基座上轴承的设计 123.4.2 转盘上轴承的设计 133.5 基座的设计 133.6 转盘的设计 133.7 储牌机构的设计 13四、机电一体化系统伺服驱动部分设
2、计与校正 134.1 发牌直流电机的选择 134.2 基座直流电机的选择 13五、传感与检测部分设计 145.1 红外感应光电开关原理 145.2 漫反射光电开关 14六、PLC控制部分设计 156.1 PLC的选择 156.2 软件流程图的设计 156.3 接触器的选择 156.3.1 直流接触器的选用方式 156.4 PLC程序图 166.5 PLC硬件接线图 16七 能源的选择 16八 、.参考文献 16一、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
3、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
4、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一一纸牌。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
5、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”一一需要三人参与，则许多设置为四人的发牌机不能适应；“打滚子”一一需要使用四副纸牌，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”一一是一款需要 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
6、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
7、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，HB= 236,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FhH H limoon仃 hp = 830SH几何尺寸估算结果d/1951 I. KT1= 47.86mm2 Mhp齿数取 z1 =16,z2 =16分锥角大端模数m= = 47.86 = 2.99 mm取 m=3m
8、m zi16大端分度圆直径外锥距R=d1/2sin61 =33.9 mm齿宽系数取“R =0.3b= *R R=10.17mm取 b=10mm实际齿宽系数*R = b/R = 0.29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)大瑞齿顶局ha1 = ha2 = (1 + x1) m = 3 mm大如四根tWjhf1 = hf2 =(1 +c* -x1)m = 4.8 mm的王同齿根角齿顶角顶锥角6a1 =几2 =&1 +a1 =50 326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
9、圆直径当里四轮顶圆直径当里凶车匕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gva=2(vd2ai dVbi +dW2d：b2)avSinUvt=2,9端的重0度齿中部接触线长度12bJ%a-171bm =7 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200CT1 Ft -1=147.92Ndml使用系数动载系数Vm = 71dmin1 = 0.20 ,查表 349 中图（a）60x100齿向载荷分布系数查表3-49中表2取KH伐=1.00,有效工作齿宽be 0.85b ,按式（3-15） KHp = 1.5KH修=1.5端面载荷系数Ft/be
10、两 Ft/b =147.92/7 = 21.13 i =02 =31.8 N/mm齿根许用弯曲应力齿根弯曲疲劳强度基 本值仃FE = 630N/mm2 ,表 3-50 中图（d）寿命系数相对齿根圆角敏感系 数相对M根表向状况系 数尺寸系数Yx1 =Yx2 =1,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，HB= 236大齿轮选用45号钢，正火处理，HB= 190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11 3得：取
11、K=1.3查机械设计基础教材中表11 4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= 0,8H lim1SH lim580=580MPa1a(3)按齿面接触强度设计计算齿数取 Z1=17,贝U Z2=17X2=34o34故实际传动比i=34 二217d.25模数 m =曳=25 =1.47Z117齿宽 b=%Md1 =0.8x25 =20.00,取 b2=40mm b1=20mm按表4-1取m=1.5,实际的d1 ;z m=17 1.5mm=26mm d2 : 34 1.5mm=52mmd1 d226 51中心距 a = =38.5mm22(4)
12、验算齿轮弯曲强度齿形系数 YFa1=2.56, YSa1=1.63YFa2=2.24, YSa2=1.76由式(11-5)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4855HBe即 lim1 =11501210MPa ,(tfei =700 740MPa大齿轮：40Cr表面淬火 硬度4855HBe(rH lim1 =11501210MPa ,(tfe1 =700 740MP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：SH =1.0 , SF =1.25 ;因此用1=(Th2 H2mL = 1150 1210 =1150 1210MPa SH1.0(1) 小齿轮上的转矩(2) 确定各种参数齿轮按9等级精度制造K=1.5 ZH =2.5 ZE =189.8 如=0.8(3) 按齿轮弯曲强度设计计算查机械设计基础教材图11 8得 %1=2.56 % = 2.25图 119 得 Ysa1 =1.63 Ysa2 =1.73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m
