机械熨斗自动操作装置.doc

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除 目 录一调研及原理分析 1.1具在教育中的重要作用1.2电动机的原理1.3机正反转原理1.4前电动机正反转实验装置的评价1.5传送带原理1.6蜗杆传动原理1.7熨斗原理二设计与实现2.1设计定位2.2设计构思2.3方案优选2.4优选方案修改及最终方案形成2.5最终方案的效果图2.6最终方案造型分析2.7设计中的色彩，材质分析2.8功能使用分析2.9人机工程学分析总结附录 一调研及原理分析1.1具在教育中的重要作用教具就是在教育教学中，用来解决某种事物的实物标本、模型，挂图，仪器等的总称。 素质教取代应试教育的今天， 多媒体教学悄然走进课堂， 使教学步入现代化。 但它无法取代自制教具的作用。经常制作教具使用教具，在教学工作中能使复杂事物简单化，使隐藏的原因明朗化，使抽象的理论形象化，口头叙述直观化。制做教具、使用教具是一位合格教师的必备素质。使用教具能减少教师在教学中的赘述。教帅难以用语言表达清楚的地方，师生通过演示，可以目了然，学生能从中学到书本上没有的知识，扩大视野，,激发学生思维创造的兴趣，碰撞模仿创造的火花，比语言更直观 。1.2电动机的原理： 电动机是一种旋转式电动机器，它将电能转变为机械能，它主要包括一个用以产生磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。在定子绕组旋转磁场的作用下，其在电枢鼠笼式铝框中有电流通过并受磁场的作用而使其转动。这些机器中有些类型可作电动机用，也可作发电机用。它是将电能转变为机械能的一种机器。通常电动机的作功部分作旋转运动，这种电动机称为转子电动机；也有作直线运动的，称为直线电动机。电动机能提供的功率范围很大，从毫瓦级到千瓦级。机床、水泵、皮带机、风机等需要电动机带动；电力机车、电梯，需要电动机牵引。家庭生活中的电扇、冰箱、洗衣机，甚至各种电动机玩具都离不开电动机。电动机已经应用在现代社会生活中的各个方面。三相异步电动机工作原理：三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而感生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。按转子结构的不同，三相异步电动机可分为笼式和绕线式两种。笼式转子的异步电动机结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜，得到了广泛的应用，其主要缺点是调速困难。绕线式三相异步电动机的转子和定子一样也设置了三相绕组并通过滑环、电刷与外部变阻器连接。调节变阻器电阻可以改善电动机的起动性能和调节电动机的转速。变频电机工作原理： 变频电机采用“专用变频感应电动机+变频器”的交流调速方式，使机械自动化程度和生产效率大为提高设备小型化、增加舒适性，目前正取代传统的机械调速和直流调速方案。工作原理： 变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交直交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。前瞻网认为，电机制造企业应建立自主品牌，发力高端，拓展海外市场，保障产品质量和售后服务，向航空、航海、军工、核电以及特种电机等新领域发展，才能在严峻的市场竞争中立于不败之地。在全社会电能消耗中，有70%左右耗费在工业领域，而工业电机的耗电量又占据整个工业领域用电的70%。提高电机效率可以主要通过2种方式，通过一个频率转换器，提高运作效率的交流电机；二是使用高效电机。不同的频率转换器是主要的工业领域的节能，节能效率一般在30%以上，在某些行业甚至高达40%-50%。高效电机的市场应用比例仍然相对较低，但最低能源效率标准和补贴政策的支持，未来高效电机的市场应用比例将大幅上升。近年来，战略性新兴产业、合同能源管理政策、市场化节能环保服务体系建设、资源综合利用和再制造及节能产品惠民工程高效电机推广为电机行业发展带来重大机遇，与之相关的电机生产制造商和电机配套企业也迎来了产品更新换代的市场增长潜力。特别是为适应低碳经济时代的节能技术创新趋势，高效电机已逐渐成为未来市场的主流。我国电机年用电量目前超过2万亿千瓦时，约占全国用电量的60%和工业用电量的80%。高效电机能耗比普通电机低20%30%，但我国高效电机现在市场占有率只有10%，因此大力推广高效电机会对国家推进节能减排具有一定意义，其潜在的市场商机也初现端倪。1.3电动机正反转原理电机要实现正反转控制，将其电源的相序中任意两相对调即可（我们称为换相），通常是V相不变，将U相与W相对调节器，为了保证两个接触器动作时能够可靠调换电动机的相序，接线时应使接触器的上口接线保持一致，在接触器的下口调相。由于将两相相序对调，故须确保二个KM线圈不能同时得电，否则会发生严重的相间短路故障，因此必须采取联锁。为安全起见，常采用按钮联锁（机械）与接触器联锁（电气）的双重联锁正反转控制线路（如下图所示）；使用了按钮联锁，即使同时按下正反转按钮，调相用的两接触器也不可能同时得电，机械上避免了相间短路。另外，由于应用的接触器联锁，所以只要其中一个接触器得电，其长闭触点就不会闭合，这样在机械、电气双重联锁的应用下，电机的供电系统不可能相间短路，有效地保护了电机，同时也避免在调相时相间短路造成事故，烧坏接触器。图中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1和反转接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按UVW接入电动机。当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按WVU接入电动机，电动机就向相反方向转动。电路要求接触器KM1和接触器KM2不能同时接通电源，否则它们的主触头将同时闭合，造成U、W两相电源短路。为此在KM1和KM2线圈各自支路中相互串联对方的一对辅助常闭触头，以保证接触器KM1和KM2不会同时接通电源，KM1和KM2的这两对辅助常闭触头在线路中所起的作用称为联锁或互锁作用，这两正向启动过程对辅助常闭触头就叫联锁或互锁触头。正向启动过程：按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，与SB2并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KMl线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。停止过程按下停止按钮SB1，接触器KMl线圈断电，与SB2并联的KM1的辅助触点断开，以保证KMl线圈持续失电，串联在电动机回路中的KMl的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。5.目前的电动机正反转实验教具小车正反运动装置原理如图3.1所示电机点动及连续运动控制原理图。左边为主电路图，右边为控制电路图，其中熔断器FU1、FU2起短路保护作用，热继电器FR起过载保护作用，热继电器的热元件串接在主电路中，而其常闭触点串接在控制电路中，接触器KM具有欠压（零压）保护的功能。SB2为点动控制按钮，SB3为连续运动起动按钮，SB1为停止按钮。接触器KM的常开触点构成连续运动控制的自锁环节。如图3.2所示为异步电动机正反转控制原理图。接触器KM1和KM2分别控制电机正向和反向转动。控制电路中，接触器KM1的常闭触点与KM2的线圈串联，接触器KM2的常 闭触点与KM1的线圈串联，构成电气互锁，使KM1、KM2这两组主触点不能同时闭合。如果KM1、KM2这两组主触点同时闭合，会造成主电路电源短路，这是应该避免的。为了在正反转之间方便地进行切换操作，控制电路中还加入了起动按钮SB1和SB2的机械互锁环节。图3.1异步电动机的点动、连续运行电气原理图图3.2异步电动机的正反转电气原理图在正反转控制的基础上加入行程控制，可以实现电机的往返控制。行程控制，是当电机带动的运动部件到达一定行程位置时，采用行程开关来对电机进行自动控制。行程控制一般有两种形式：一是极限位置控制（终端保护），二是自动往返控制。如图3.3所示示意图，要求行车既能正向行驶又能反向行驶，到达A、B两终端位置时能自动停车，且在行车运行过程中任意时刻均可人为停车，这种情况就是限位控制。要实现这样的控制功能，在终端位置A、B两处分别安装行程开关SQA和SQB，在电机正反转控制电路的基础上增加行程开关即可。图3.3行程控制示意图如果当行车到达A、B两终端位置时，不停车而是能自动反方向行驶，这种情况就是往返控制，其控制电路图如图3.4所示。限位行程控制电路中的SQA、SQB触点为复合触点。SQA的常开触点与SB2并联，SQB的常开触点与SB1并联，这样就实现了自动往返运行，其工作原理简述如下：起动：按SB1KM1得电，电机正转，行车正向前进到位，碰SQA断开KM1,接通KM2,电机反转,小车逆向行驶（后退）,SQA复位后退到位,碰SQB断开KM2,接通KM1,电机再次正转,行车前进如此循环,实现往复运动。停车：按SB。图3.4三相异步电动机往返运动的控制电路【注意事项注意事项】1.要确定在断电后再进行接线操作，改接或拆线前也必须关闭电源。2.接线完毕后要经教师检查确认无误后，才能合闸通电。3.起动电流作用时间很短，测量时一人操作，一人读表，并应多操作几次，而每一次必须等电机停稳后再进行操作。1.4前电动机正反转实验装置的评价(1)目前的电动机实验装置造型太过生硬粗糙，不能引起学生学习的兴趣(2)机构有时不合理，体积笨重(3)现有机械教具装置外形不够美观，缺少色彩搭配（4）功能单一，且缺乏使用功能（5）人机工程学分析不够到位，使用起来不够舒适，且又是产生危险。1.5传送带原理1.传动原理以张紧在至少两轮上带作为中间挠性件，靠带与轮接触面间产生摩擦力来传递运动与动力2.优点：1）有过载保护作用2）有缓冲吸振作用3）运行平稳无噪音4）适于远距离传动（amax=15m）5）制造、安装精度要求不高3.带传动的工作情况分析所以:紧边拉力F1=Fo+Fe/2松边拉力F2=FoFe/21.6蜗杆传动原理即一对相同模数（齿的形体）的齿轮相互啮合将动力由甲轴传送（递）给乙轴，完成动力传递的一种方式。1.7熨斗原理 由电能转化为热能的工具温度高低由其自身的功率和通电时间的长短来决定，瓦数大通电时间长，升温快温度就高，反之温慢，温度就低。电熨斗的发热元件，有云母骨架发热元件和金属管发热元件两种。云母骨架发热元件制成的电熨斗，结构简单、制造容易、发热比较均匀、维修方便，缺点是电热丝暴露在空气中，在高温下氧化的快，寿命短，易受潮湿空气影响，绝缘性能较差。金属管电热元件制成的电熨斗机械强度好、寿命长、热效率高、防潮性能好、安全可靠，但制造工艺比较复杂。二设计与实现2.1设计定位本次比赛属于机械创新，主题是教具设计，所以设计的初定位在（1）设计一款造型新颖美观、机构致密合理的机械装置（2）该机械装置可以演示机械课程上的某一机械原理（3）最好能带有一些较为实用的功能，不再是一个只能演示原理的装置思考过程：经过前面的调研分析，我发现演示电动机正反转的装置比较的少，且结构简单、制作粗糙，缺乏实用功能。电动机可以将电能转化成动能，与一些机械零件配合，可以实现物体的传动，电动机正反转装置更能实现物体的来回运动。再联想到现有的熨斗虽然不点添加新的功能，但是却始终无法解放人的双手，将熨衣服的过程自动化。因此，经过功能匹配，已经可实现度考量，我的最终定位定位在了设计一款新型的电动机正反转实验装置自动熨斗实用装置。2.2设计构思草图说明：2.21 设计方案方案一： 图2.21 双导轨方形桌式自动熨斗操纵装置优点：比较稳固，结构致密缺点：造型较为古板，缺乏新颖性方案二：优点：结构简洁，造型新颖，富有时尚感缺点：结构稳定性较差方案三：优点：造型优美适中，稳定性好 缺点：抗压性不好2.3方案优选方案标准方案一方案二方案三创意性243时尚性343易用性433人机合理性423可行性422设计针对性432综合评断211816经过对如上三款方案比较与优缺点的阐述，我最终选择方案一为最终优选方案。2.4优选方案修改及最终方案形成针对方案一的不足做出如下修改：（1）将熨斗大小放大，使一根导轨就能运行结构（2）将纵向双导轨改为横向单轨，简化装置结构（3）在桌子上穿孔，方便更好的实现熨衣服的使用功能（4）将连接熨斗和导轨的细杆改为有啮合齿的可活动吊抓2.5最终方案的效果图最终方案的名称：新型电动机正反转实验装置自动熨斗实用装置2.6最终方案造型分析一个产品给人的第一印象就是产品本身的造型，美观的外在形式会令人眼前一亮。产品的形式美包括尺度与比例、均衡与稳定、重复与韵律、统一与变化。有效运用几种形式美法则，是产品设计中必不可少的程序。该机械装置的造型线条较为流畅，造型上多次运用曲率比较的曲线，如装置中的桌面圆角就比较大，给人以时尚感，还有熨斗的熨面、机械导轨的支架等，都使用了曲线，使该装置造型时尚，富有美感。该装置上如上图所示的熨斗，该熨斗和普通的熨斗不同，长度接桌子的宽度，且熨面是曲面的，方便熨斗在熨到高低不平的衣物上，可以轻松的运动过去。其次，如图所示，桌面上有很多小孔，一方面节约了装置的材料，更重要的是可以和特制的定装置结合，能稳固的固定衣物，实现自动熨衣服功能。如上图，该装置的驱动装置同时也是核心的三相异步电动机安装在桌面的下方，通电带动皮带，运行的皮带再带动蜗杆是熨斗在衣物的运行。同时电动机正反转的2个控制按钮也安装在桌子下方人手容易触摸的位置。上图中介绍了连接熨斗和导轨的吊抓，该吊抓通过与支架里面的蜗杆的啮合带动熨斗前进。同时连接吊抓与熨斗的连杆是可活动构件，由个空心细杆活接构成，方便熨斗在不平整的衣物上前进。2.7设计中的色彩，材质分析该装置整体造型追求时尚新颖，故装置的色彩也是鲜艳绚烂。桌面 材质为轻型坚固铝合金，颜色为粉红色。桌腿为镀了鲜红色金属漆的钢管。其次，导轨、导轨与熨斗的部分为深绿色，给人以稳重感；熨斗的按钮等部分为浅绿色，给人以绚烂时尚感，造成强烈的视觉冲击。2.8功能使用分析（1）电动机正反转演示功能将电动机的插头电后，按下桌子下方的正转，就可实现电动机的正转，从而经皮带带动蜗杆使熨斗正转；反之，按下反转按钮，可以实现熨斗反转。（2）自动熨衣服功能将熨斗和电动机的插头接电，按下熨斗的启动按钮是熨斗预热，将需要熨的衣物平放在桌子上，用固定削固定，再按下电动机的正反