1 課程設(shè)計(jì)寵物自動(dòng)喂食機(jī)設(shè)計(jì)書 課程設(shè)計(jì)的目的： 1、掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程和方法，包括參數(shù)的選擇、傳動(dòng)設(shè)計(jì)、零件計(jì)算、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)控制等培養(yǎng)系統(tǒng)分析及設(shè)計(jì)的能力。 2、綜合應(yīng)用過去所學(xué)的理論知識(shí)，提高聯(lián)系實(shí)際和綜合分析的能力，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。 3、訓(xùn)練和提高設(shè)計(jì)的基本技能，如計(jì)算，繪圖， 運(yùn)用設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)等。 設(shè)計(jì) 要求： 體設(shè)計(jì)，機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)，編寫設(shè)計(jì)計(jì)算說明書； 定時(shí)投放飼料，具有開機(jī)自檢功能，可以設(shè)定開 啟關(guān)閉時(shí)間的長短，適應(yīng)不同寵物食量的需要 ； 零件圖，裝配示意圖 ； 制系統(tǒng)接口圖一張； 2 流減速電機(jī) 驅(qū)動(dòng)， 制系統(tǒng)，軟件環(huán)分，由鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)開環(huán)控制。 份。 （一）、主軸的設(shè)計(jì) 在寵物自動(dòng)喂食機(jī)上采用直接由電機(jī)帶動(dòng)主軸旋轉(zhuǎn)，控制料口的開啟和關(guān)閉，由于電機(jī)選用的是具有自鎖功能的直流減速電機(jī)，中間不采用減速裝置，簡化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)盡量的緊湊。所以直接用電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸，省去中間的減速環(huán)節(jié)。 （ 二 ）、 主軸材料 的選擇 : 主軸的選用 45 鋼， 45鋼的加工性能較為理想，材料的價(jià)格比較低廉， 但是這是一種中碳鋼，淬火性能并不好， 45 號(hào)鋼可以淬硬至 6。所以如果需要表面硬度，又希望發(fā)揮 45鋼優(yōu)越的機(jī)械性能，常將 45鋼表面滲碳淬火，這樣就能得到需要的表面硬度。 調(diào)質(zhì)處理后零件具有良好的綜合機(jī)械性能，廣泛應(yīng)用于各種重要的結(jié)構(gòu)零件，特別是那些在交變負(fù)荷下工作的連桿、螺栓、齒輪及軸類等。 （ 三 ）、 主軸加工方法 的選擇 : 3 由于主軸是間歇回轉(zhuǎn)類零件，不需要長時(shí)間的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，所以加工的精度不需要很高，在普通的車床 上既可以加工。又因?yàn)橹鬏S的外形相對簡單，不需要經(jīng)常的換刀，所以加工的時(shí)間教短。在加工主軸時(shí)，需要注意的是徑向尺寸的控制，不過通過合理的安排加工工藝可以解決。最后的端部的鉆孔是需要控制空之間的距離，所以在單件試制的時(shí)候可以不用專用的夾具，在大量生產(chǎn)的時(shí)候需要安排專用的夾具，提高生產(chǎn)效率。尤其需要注意的是孔中心的確定，因?yàn)槭呛罄m(xù)安裝旋轉(zhuǎn)件的，所以要控制中心的偏差。 （ 四 ）、 主軸 參數(shù)計(jì)算： 寸的確定： 由設(shè)計(jì)題目中要求可知： 下料口的孔直徑為 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 表 軸的直徑為 51） 估取 主軸的長度和直徑 : i. 1軸用于安裝聯(lián)軸器，故取直徑為 5 4 2安裝活動(dòng)擋片，外徑 5 3分隔段，直徑為 5 4為過度段，直徑為 16 v. 5安裝旋轉(zhuǎn)件，直徑為 40 2） 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段長度 1. 1為安裝聯(lián)軸器為 30. 2為安裝活動(dòng)擋片長度為 60 3. 3為為分隔長度為 10. 4用于安裝旋轉(zhuǎn)件長度為 6 5. 5安裝旋轉(zhuǎn)件長度為 10 （五）、軸上力的校合 66 5 1、精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1、判斷危險(xiǎn)截面 由于截面 受的載荷較大，直徑較小，所以判斷為危險(xiǎn)截面 2、截面 側(cè)的 M P 截面上的轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 M P 由于軸選用 40質(zhì)處理，所以 35 ， ， 。 （ 2 15 a）綜合系數(shù)的計(jì)算 由 6.1道因軸肩而形成的理論應(yīng)力集中為 ， ， （ 2表 3直線插入） 軸的材料敏感系數(shù)為 q， q， （ 2圖 3 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 (1 (1 查得尺寸系數(shù)為 ，扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)為 ， 6 （ 2圖 3 2圖 3 軸采用磨削加工，表面質(zhì)量系數(shù)為 ， （ 2圖 3 軸表面未經(jīng)強(qiáng)化處理，即 1q ，則綜合系數(shù)值為 碳鋼系數(shù)的確定 碳鋼的特性系數(shù)取為 ， c)、安全系數(shù)的計(jì)算 軸的疲勞安全系數(shù)為 SS 故軸的選用安全。 （六）、行程開關(guān)旋轉(zhuǎn)件的設(shè)計(jì) 7 由示意圖可知，兩旋轉(zhuǎn)件在旋轉(zhuǎn)時(shí)有一個(gè) 90 度角的角度差，通過 行程開關(guān)輸出的信號(hào)的不同來分辨料口的開合處于什么樣的狀態(tài)，然后通過單片機(jī)系統(tǒng)的處理，輸出相應(yīng)的信號(hào)，帶動(dòng)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)，來控制料口的開合。料口的狀態(tài)有完全關(guān)閉和完全打開兩種狀態(tài)，（ 1）兩行程開關(guān)都輸出信號(hào)時(shí)，料口處于關(guān)閉狀態(tài)，（ 2）兩行程開關(guān)有一個(gè)閉合輸出信號(hào)時(shí)，料口處于完全打開狀態(tài)。 （七） 、 減速 電動(dòng)機(jī)的選擇： 直流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)由于其結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，故選擇 直流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)。 流齒輪減速 電動(dòng)機(jī)產(chǎn)品數(shù)據(jù)： 用電壓 : 轉(zhuǎn)速： 20 外徑 :25 總長 :51 伸出軸長 :10 扭力 :1八） 、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1、 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)構(gòu)成 本系統(tǒng)包括機(jī)械部分和伺服電機(jī)控制兩部分。根據(jù)所給的要求，擬用開環(huán)控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案，其開環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理如圖 1。 8 單片機(jī) 光電 耦合 驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行 機(jī)構(gòu) 具體原理：編寫單片機(jī)指令，通過掃描鍵盤輸入的數(shù)字記錄需要轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，然后計(jì)算需要輸出的脈沖，用軟件的方法實(shí)現(xiàn)脈沖的輸出，然后由光電耦合電路減小外部的干擾，由功率放大電路實(shí)現(xiàn)功率的放大，然后接 減速 電動(dòng)機(jī)，通過聯(lián)軸器把力矩傳到 主軸 。 帶動(dòng)料口的開關(guān)。 2、單片機(jī)的選用 本設(shè)計(jì)選用 片，片內(nèi)無 用時(shí)必須配置外部的程序存儲(chǔ)器 設(shè)計(jì)選用了 2764 擴(kuò)展其空間，8031的引腳分 3 大功能： （ 1） I/O 口線 1,3 共 4 個(gè)八位口。 9 （ 2）控制口線 外取指控制 )、 址鎖存控制）、 外存儲(chǔ)器選擇）、 位控制）。 （ 3）電源和時(shí)鐘。 部不帶 要外接為外部程 序存儲(chǔ)器。又因?yàn)?8031 在外接程序存儲(chǔ)器或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)地址的低 8 位信息和數(shù)據(jù)信息分時(shí)送出，故還需要采用一片 74為地址信息。這樣，一片 27644圖 程序存儲(chǔ)器空間與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間是相互獨(dú)立的。用戶可最多擴(kuò)展到 64程序存儲(chǔ)器幾 64數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，編址為 0000H內(nèi) 83 根（ 12）。 它由 成。地址鎖存器的鎖存信號(hào)為 序存儲(chǔ)器的取地 址消耗為 于程序存儲(chǔ)器芯片只有一片，所以其片選端（ 31）直接接地。 8031芯片本身的連接 31必須接地來表明選擇外部存儲(chǔ)器外，還必須有復(fù)位和時(shí)鐘電路。在此系統(tǒng)中有 ； 74地址鎖存器，他是一片三態(tài)輸出 8D 觸發(fā)器，當(dāng) 時(shí)三態(tài)門導(dǎo)通，輸出線上為 8為鎖存器的狀態(tài)。當(dāng) 10 時(shí)輸出為高住抗轉(zhuǎn)臺(tái)。 G=1 時(shí)鎖存器輸出等于 D 端輸入， 為鎖存器中。 當(dāng) 8031 在訪問外部程序存儲(chǔ)器時(shí)， 為地址： 為地址和指令字節(jié)。在 高電平時(shí)， 由 下降沿鎖存到地址鎖存器中，此時(shí)外部程序存儲(chǔ)器宣統(tǒng)信號(hào)線 通相應(yīng)的外部。儲(chǔ)器；相應(yīng)的指令字節(jié)出現(xiàn)在 7）上，輸入到 ， 指令字節(jié)讀入指令寄存器。 （九） 、程序編寫 連線圖： 程序設(shè)計(jì)： =611 影響第 0組的 2,4,6,0H,21H,30H,31H,32H,35H,36H,37H,38H,39H,3 00H ;程序從這里開始 ;主程序 0 ;定時(shí)器 0 中斷入口 40H ;初始化 5 ;設(shè)堆棧 30H,#12H ;存放小時(shí) ,設(shè)初值 31H,#00H ;存放分鐘 ,設(shè)初值 32H,#00H ;存放秒 ,設(shè)初值 35H,#06H ;第一個(gè)鬧鐘的小時(shí)位 ,設(shè)初值 36H,#30H ;第一個(gè)鬧鐘的分鐘位 ,設(shè)初值 37H,#09H ;第二個(gè)鬧鐘的小時(shí)位 ,設(shè)初值 38H,#00H ;第二個(gè)鬧鐘的分鐘位 ,設(shè)初值 39H,#06H ;存放年 311H ;存放月 305H ;存放日 12 300H ;顯示緩存 ,第 1， 2 位 300H ;顯示緩存 ,第 3， 4 位 300H ;顯示緩存 ,第 5， 6 位 00H ;秒閃爍暫存 01H ;鬧鐘 1 輸出位 02H ;鬧鐘 2 輸出位 03H ;按鍵 2是否有效標(biāo)致位 04H ;按鍵 3是否有效標(biāo)致位 05H ;按鍵 2是否有效標(biāo)致位 06H ;鬧鐘開關(guān)標(biāo)致 0為開1為關(guān) 07H ;顯示緩存 ,小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;顯示緩存 ,小數(shù)點(diǎn) 2 09H ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 0為小時(shí) ,1為分鐘 0 ;鬧鐘 1 加減標(biāo)致位 0為小時(shí) ,1為分鐘 0 ;鬧鐘 2 加減標(biāo)致位 0為小時(shí) ,1為分鐘 13 2 ;設(shè)定時(shí)次數(shù) 50 25 02H ;設(shè)定時(shí)器 0 工作方式為方式 2 56 ;設(shè)初始值 56 ;啟動(dòng)定時(shí)器和中斷 程序 ;時(shí)鐘主程序 ;顯示 ;按鍵秒清零 ;是否顯示年月日 ;定時(shí)器 ;鬧鐘開關(guān) ;按鍵有效 ;時(shí)鐘調(diào)整 14 30H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 30H 31H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 31H 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 t 07H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 2 ;顯示菜單 1 ;按鍵加一分鐘 ;按鍵加一小時(shí) ;減一分鐘 /一小時(shí) ;日期調(diào)整 39H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 39H 3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 3 3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 3 07H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 2 15 ;顯示菜單 2 ;年份 +1 ;月份 +1 ;+1 日 ;鬧鐘 1 35H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 35H 36H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 36H 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 1 07H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 2 ;顯示菜單 3 ;鬧鐘 1 分鐘 +1 ;鬧鐘 1 小時(shí) +1 ;鬧鐘 1 減 1 小時(shí) /1 分鐘 16 ;鬧鐘 2 37H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 37H 38H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 38H 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 2 07H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;不顯示小數(shù) 點(diǎn) 2 ;顯示菜單 4 ;鬧鐘 2 分鐘 +1 ;鬧鐘 2 小時(shí) +1 ;鬧鐘減 2 小時(shí) /1分鐘 斷處理 A ;保護(hù)現(xiàn)場 17 50 25 00H ;用于秒閃爍 02H ;配合定時(shí)器定時(shí)一秒 A,32H ;秒位是否為 59 秒，是：秒清零，分鐘 +1，判斷分鐘 . A,#59H, ;否：跳轉(zhuǎn)到秒+1 32H,#00H A,31H ;分鐘位同上 A,#59H, 31H,#00H A,30H ; 小時(shí)位同上 A,#23H, 30H,#00H 18 1: A,#01 ;秒 +1 A 32H,A 2: A,#01 ;分鐘 +1 A 31H,A 3: A,#01 ; 小時(shí) +1 A 30H,A A ;恢復(fù)現(xiàn)場 鐘顯示專用子程序 A,32H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 19 A B,#10H ;示秒位 0 A,B 0 A,31H ;將暫存的數(shù) 轉(zhuǎn)成字形 A B,#10H ;示分鐘位 C,00H ;秒閃爍 20 0 ; 取消顯示小 數(shù)點(diǎn) A,B 0 A,30H ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 A B,#10H ;示小時(shí)位 ;顯示小數(shù)點(diǎn) 0 ;取消顯示小數(shù)點(diǎn) A,B 21 0 0 ;延時(shí) 1 19H 2 1 H: ;字形轉(zhuǎn)換 A,A+ 0 ;消影 B 09H,92H,82H,00H,90H ;字形 09 07H,06H,8字形 A= ,B=t,C=n,F=F,22 B 30H,31H,28H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H ;每個(gè)月的天數(shù) ,平年 B 30H,31H,29H,31H,30H,31H,30H,31H,31H,30H,31H,30H,31H ;每個(gè)月的天數(shù) ,閏年 顯示子程序結(jié)束 菜單顯示子程序 A,3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 A B,#10H ;示 5,6 位 0 A,B 023 A,3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 A B,#10H ;示 3,4 位 C,08H ;是否顯示小數(shù)點(diǎn) 2 0 ; 取消顯示小數(shù)點(diǎn) A,B 0 A,3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 A 24 B,#10H ;示 1,2 位 C,07H ;是否顯示小數(shù)點(diǎn) 1 0 ; 取消顯示小數(shù)點(diǎn) A,B 0 鍵子程序開始 0 ;秒清零 10111111B 32H,#00H 25 0 ;加一分鐘 10111111B 03H ;按鍵 2 是否有效 B 03H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 03H ;按鍵 2 是否有效 09H ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 A,31H ;分鐘 +1 A,#59H, 31H,#00H 21: A,#01 26 A 31H,A 0 ;加一小時(shí) 10111111B 04H ;按鍵 3是否有效 B 04H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 04H ;按鍵 3是否有效 09H ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 A,30H ; 小時(shí) +1 A,#23H,27 30H,#00H 31: A,#01 A 30H,A 0 ;減一分鐘 /一小時(shí) 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 B 05H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 28 09H, A,31H ;分鐘 A,#00H, 31H,#59H 31H,A A,30H ;小時(shí) A,#00H, 30H,#23H 30H,A 進(jìn)制減法子程序 A,#10H, ;運(yùn)算范圍為 150 29 A,#09H A,#20H, A,#19H A,#30H, A,#29H A,#40H, A,#39H A,#50H, A,#49H A 鐘按鍵 子程序 0 ;鬧鐘 1 加一分鐘 10111111B 130 03H ;按鍵 2 是否有效 B 03H,B 1 ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 1 03H ;按鍵 2 是否有效 0 ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 A,36H ;分鐘 +1 A,#59H, 36H,#00H 1 A,#01 A 36H,A 1 0 ;鬧鐘 1 加一小時(shí) 31 10111111B 1 04H ;按鍵 3 是否有效 B 04H,B 1 ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 1 04H ;按鍵 3 是否有效 0 ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 A,35H ;小時(shí) +1 A,#23H, 35H,#00H 1 A,#01 A 35H,A 2 2 0 ;鬧鐘 2 加一分鐘 10111111B 2 03H ;按鍵 2 是否有效 B 03H,B 2 ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 2 03H ;按鍵 2 是否有效 0 ;時(shí)鐘加減標(biāo)致位 A,38H ;分鐘 +1 A,#59H, 38H,#00H 2 A,#01 A 38H,A 33 2 0 ;鬧鐘 2 加一小時(shí) 10111111B 2 04H ;按鍵 3 是否有效 B 04H,B 2 ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 2 04H ;按鍵 3 是否有效 0 ;時(shí)鐘加減 標(biāo)致位 A,37H ;小時(shí) +1 A,#23H, 37H,#00H 2 A,#01 A 34 37H,A 鐘1 0 ;減一分鐘 /一小時(shí) 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 B 05H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 0 A,36H ;分鐘 A,#00H, 36H,#59H 35 36H,A A,35H ;小時(shí) A,#00H, 35H,#23H 35H,A 鐘2 0 ;減一分鐘 /一小時(shí) 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 B 05H,36 ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 0 A,38H ;分鐘 A,#00H, 38H,#59H 38H,A A,37H ;小時(shí) A,#00H, 37H,#23H 37H,A 37 ; 鐘 開 關(guān)1 0 ;鬧鐘開關(guān) 10111111B 1 05H ;按鍵 2 是否有效 B 05H,B 1 05H ;按鍵 2 是否有效 06H ;鬧鐘開關(guān) 06H, 2 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示0N 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 38 07H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 2 100 1 1 1 2 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 F 30 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 07H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;不顯示小數(shù)點(diǎn) 2 100 2 239 示年月日按鍵子程序 0 10111111B 5 39H ;將暫存 的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 39H 3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 3 3 ;將暫存的數(shù)轉(zhuǎn)成字形 顯示 3 07H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 1 08H ;顯示小數(shù)點(diǎn) 2 100 0 0 ;年份加 1 10111111B 04H ;按鍵 3 是否有效 B 04H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 04H ;按鍵 3 是否有效 A,39H ;年份 +1 A,#50H, 39H,#01H A,#01 A 39H,A 41 ; 0 ;月份加 1 10111111B 03H ;按鍵 2 是否有效 B 03H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 03H ;按鍵 3 是否有效 A,3 ;月份 +1 A,#12H, 301H ;年份 +1 A,#01 A 42 3 0 ;加 1 日 10111111B 05H ;按鍵 1 是否有效 B 05H,B ;這四個(gè)為去抖動(dòng) 0 10111111B 05H ;按鍵 3 是否有效 A,39H ;判斷是否是閏年 B,#04H 43 A,B ;平年 ;閏年 A,3 ;用月份查表 A,A+ B,A A,3 ;+1 日 A,B, 301H ;月份 +1 A,#32H, 301H A,#01 A 3 44 鬧鐘子程序 A,35H ;判斷 30H 單元和 35H 單元是否相等 A,30H, ;是 :判斷 316