家用小型自動(dòng)澆花器的設(shè)計(jì)報(bào)告

1、機(jī)械機(jī)電一體化設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)題目： 家用小型自動(dòng)澆花器 院 系： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí)： 11級(jí)機(jī)械2班 學(xué) 號(hào)： 姓 名： 指導(dǎo)老師： 楊 咸 啟 1 家用小型自動(dòng)澆花器設(shè)計(jì)的基本原理、要求和尺寸選擇。1. 設(shè)計(jì)的前提背景： 離家出差或者旅行的時(shí)候，家中的花兒無人照看，很容易死掉，基于這種現(xiàn)象，我萌發(fā)了設(shè)計(jì)一種小型的家用自動(dòng)澆花器，來解決無人照看的花花草草的澆灌問題。2. 設(shè)計(jì)基本原理與整體結(jié)構(gòu)圖： 我所設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆花器是利用微型家用水泵和土壤濕度傳感器和單片機(jī)等元件組成的，主要原理是通過土壤濕度傳感器去感知花盆中土壤的濕度，給單片機(jī)設(shè)定一個(gè)初始值，當(dāng)土壤傳感

2、器的濕度值低于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)下達(dá)命令給電機(jī)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)微型水泵吸水澆花，這時(shí)土壤是傳感器的濕度值在升高，當(dāng)高于設(shè)定值時(shí)，單片機(jī)指示電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)，水泵也會(huì)隨后停止吸水澆水。3. 設(shè)計(jì)要求：由于本產(chǎn)品是面對(duì)家庭盆栽植物的，所以整套設(shè)備要盡量低價(jià)實(shí)用；由于一盆植物一次的澆水量不大，所以泵選擇微型泵，電機(jī)的功率比較??；由于本產(chǎn)品是有關(guān)水的吸入排出問題，故對(duì)泵與吸水管和排水管間的連接的密封性有一定要求。4.主要結(jié)構(gòu)的尺寸選擇： 微型水泵尺寸選擇 我所設(shè)計(jì)的自動(dòng)澆花器是采用單作用葉片轉(zhuǎn)子泵作為吸水澆花器的主體的，一下根據(jù)我所定的排量等要求，進(jìn)行該水泵的尺寸設(shè)計(jì)： 根據(jù)估計(jì)將設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù)定為：額定流量3-4L

3、/min 額定轉(zhuǎn)速240r/min （1)轉(zhuǎn)子尺寸的設(shè)計(jì) 轉(zhuǎn)子半徑: 轉(zhuǎn)子作為與軸的連接部分，主要是力的承受著，葉片鑲嵌在轉(zhuǎn)子里，它承載著葉片，帶動(dòng)葉片做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，葉片同時(shí)在其中做伸縮運(yùn)動(dòng)，轉(zhuǎn)子半徑r應(yīng)根據(jù)花鍵軸孔尺寸和葉片長度L考慮，取花鍵軸直徑 初選 再根據(jù)初選值計(jì)算得到的葉片長度L調(diào)整r的大小。初選轉(zhuǎn)子半徑計(jì)算得到葉片泵葉片的長度L為，由后面的（1）式得 L=10.0mm由于葉片鑲嵌在轉(zhuǎn)子內(nèi)，且嵌入葉片的槽長度略等于葉片的長度L,根據(jù)葉片長度和轉(zhuǎn)子強(qiáng)度考慮，調(diào)整轉(zhuǎn)子半徑為 轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾龋恨D(zhuǎn)子葉片和定子都有一個(gè)共同的軸向?qū)挾菳，B增加可減少端面泄漏的比例，使容積效率增加，但B增加會(huì)加大油窗

4、孔的過流速度，轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾菳與流量成正比。在系列設(shè)計(jì)中，確定徑向尺寸后，取不同的寬度B，可獲得一組排量規(guī)格不同的泵。對(duì)于徑向尺寸相同的泵，B增大會(huì)使配油窗口的過流速度增大，流動(dòng)阻力增大。據(jù)統(tǒng)計(jì)資料可略取 式中 定子小半徑。由式(5-2)，最終確定，取 （2）葉片尺寸選擇及數(shù)量：葉片安放角可選取0°。葉片數(shù)量及長度：我選擇了葉片個(gè)數(shù)為4個(gè)，為使葉片在轉(zhuǎn)子槽內(nèi)運(yùn)動(dòng)靈活，葉片伸縮式留在槽內(nèi)的最小長度應(yīng)不小于葉片總長的2/3，即 則 （1） 故葉片長度選擇10mm。 葉片厚度應(yīng)保證在最大壓力下工作時(shí)具有足夠的抗彎強(qiáng)度和鋼度。在強(qiáng)度和轉(zhuǎn)子槽制造工藝條件允許的前提下應(yīng)盡量減薄，以減小葉片根部承受

5、壓力作用的面積，減輕對(duì)定子的壓緊力。葉片厚度，一般取此處，取 葉片寬度與定子軸向?qū)挾纫恢聻?5mm。葉片倒角查材料取。故，葉片的總體結(jié)構(gòu)是（3） 定子尺寸估選：定子軸向?qū)挾龋哼x擇為25mm，與轉(zhuǎn)子軸向?qū)挾纫恢?。定子半徑：由轉(zhuǎn)子半徑為29，再根據(jù)單作用葉片轉(zhuǎn)子泵的排量公式V=4BzResin（/4）,在把B=0.25dm，z=4，V=3/240代入得Re=44（平方毫米），取定子半徑R=35mm，則估算出偏心距離e=1.25mm這里取偏心距離為1.3mm.再代入驗(yàn)算，發(fā)現(xiàn)沒有超過額定流量的取值范圍，故定子半徑為35mm，轉(zhuǎn)子定子間的偏心距為1.3mm。定子厚度：取2mm。定子上的孔徑：根據(jù)定子大

6、小，可以將其定為10mm的直徑。（4） 泵體尺寸選擇：泵體的主要尺寸見圖：泵體下部支撐架的局部俯視圖：由圖見泵體上部分的內(nèi)圓半徑為定子的外圓半徑37mm，泵體上部分最大外圓半徑在右視圖中可以看出為94mm其余見圖。（6）泵蓋尺寸：由于泵蓋是直徑類的物件，所以只顯示其俯視圖，便可知道其具體尺寸,圖如下： （6） 其余尺寸： 吸水口直徑：10mm 出水口直徑：10mm 螺母內(nèi)徑：6mm 螺栓直徑：6mm 噴頭尺寸結(jié)構(gòu)：能與排水管配合，外徑等于水管內(nèi)徑8mm（7）軸的尺寸：直徑為19mm，長度為105mm，鍵槽長度為25mm，寬度為8mm，深度為4mm。鍵槽離軸最左端10mm。 儲(chǔ)水箱結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)：

7、 由于是家用小型自動(dòng)澆灌器，所以儲(chǔ)水箱不必太大，我根據(jù)估計(jì)，確定了儲(chǔ)水箱為圓柱水桶狀，其尺寸為：內(nèi)徑400mm，壁厚3mm，高度400mm。并且儲(chǔ)水箱上蓋留有一個(gè)四分之三圓的平臺(tái)用來防止電機(jī)與微型水泵的。進(jìn)水管與排水管尺寸：選用軟管，外徑10mm，內(nèi)徑8mm。適用花盆尺寸類型：一般的家用大、中、小型花盆均可二家用自動(dòng)澆花器的主要零件圖與繪圖步驟1. 泵體外殼繪圖步驟：（1）打開proe5.0，新建零件圖，不勾選缺省鼠標(biāo)，進(jìn)入畫圖界面，單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，點(diǎn)放置，選擇FRONT平面作為截面繪制平面，然后進(jìn)入草繪界面，繪制如右草繪截面：勾選對(duì)勾后，推出草繪界面，點(diǎn)擊軸向旋轉(zhuǎn)360°，就形成了如

8、下圖的旋轉(zhuǎn)體(2) 拉伸支撐座：以TOP平面作為基準(zhǔn)平面，向下方偏移62,后新建平面DIMI1，點(diǎn)擊放置，以DIMI1平面為草繪平面，繪制如下草繪圖： 退出草繪界面后點(diǎn)擊拉伸深度10，拉伸出底座，然后再點(diǎn)擊拉伸按鍵，以剛才拉伸出的底座的前端面為放置平面，進(jìn)入草繪界面，繪制如下圖： 拉伸深度為20，就形成了如下的立體圖： （3） 進(jìn)水口和排水口：同上，運(yùn)用拉伸畫出的出水、進(jìn)水孔，草繪界面如圖： 然后，再用拉伸去除材料，畫出直徑10mm的孔。（4） 在底座拉伸一個(gè)高于底座的平臺(tái)，并畫出孔，孔內(nèi)徑10mm，外徑15mm，圖 如下： （5） 鏡像：將第（3）（4）步畫出來的鏡像，鏡像參照平面為FRON

9、T平面。（6） 拉伸底座底下的槽（7） 拉伸孔，利用螺旋掃描畫出孔的螺紋，在對(duì)泵體前端面進(jìn)行拉伸去除材料，去除一個(gè)直徑為74、厚度為28的圓柱體，即形成泵殼。如圖（見下頁） （8） 倒完圓角后即繪圖完成，形成最終的零件圖，如下： 2.泵蓋繪圖步驟：（1）打開proe5.0，新建零件圖，不勾選缺省鼠標(biāo)，進(jìn)入畫圖界面，單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，點(diǎn)放置，選擇FRONT平面作為截面繪制平面，然后進(jìn)入草繪界面，繪制如下草繪截面： 點(diǎn)擊軸，旋轉(zhuǎn)360°，即形成旋轉(zhuǎn)體。（2） 拉伸：選擇上面的旋轉(zhuǎn)體的最大圓端面作為草繪平面，畫出草繪圖： 拉伸深度為3mm。（3） 旋轉(zhuǎn)去除材料畫出泵蓋上的軸孔： 旋轉(zhuǎn)的草繪界面

10、圖如下： （4） 最后，拉伸出一個(gè)直徑6mm的孔，陣列成3個(gè)，再倒圓角，即完成繪圖。圖如下： 3. 轉(zhuǎn)子的繪圖步驟：（1）旋轉(zhuǎn)出轉(zhuǎn)子主輪廓，旋轉(zhuǎn)的草繪界面圖如下： .選擇軸，360°旋轉(zhuǎn)，得到旋轉(zhuǎn)體。如下： （2） 拉伸（去除材料）得到葉片槽：拉伸時(shí)選擇上述旋轉(zhuǎn)體的端面為基準(zhǔn)面，進(jìn)入草繪界面，會(huì)出草繪圖，如下： ，形成葉片槽。（3） 拉伸（去除材料）得到鍵槽。（4） 陣列葉片槽，陣列數(shù)為4，陣列角度為90°，陣列方式為軸陣列，即完成繪圖，最終形成的轉(zhuǎn)子如下： 4、定子的繪圖步驟：（1） 單擊旋轉(zhuǎn)按鈕，點(diǎn)放置，選擇FRONT平面作為截面繪制平面，然后進(jìn)入草繪界面，繪制如下草繪

11、截面： 旋轉(zhuǎn)360°，得到旋轉(zhuǎn)體。（2） 拉伸：拉伸出一個(gè)直徑為10mm的圓柱，用去除材料，得到孔。（3） 拉伸：選擇端面為基準(zhǔn)面，草繪出如下圖： 再進(jìn)行去除材料拉伸。（4） 鏡像：將（2）（3）的拉伸鏡像，即完成繪圖，最終的定子圖如下： 5. 電動(dòng)機(jī)的放置裝置的繪制：(1) 拉伸下座：點(diǎn)擊，選擇FRONT面為草繪平面，畫出如下的草繪圖：拉伸深度為60 ，再拉伸出四個(gè)螺栓孔，再倒圓角等即形成如下的立體圖：（2） 同理，拉伸加陣列等，可以畫出上部分（3)這兩個(gè)部分配合：中間放電機(jī)。6.排水管、進(jìn)水管繪制步驟： 利用掃描伸出像，先草繪掃描軌跡，再草繪界面為一個(gè)內(nèi)經(jīng)8，外徑10 的圓環(huán)，即

12、可掃描出水管。7.其他：儲(chǔ)水箱采用拉伸畫法，噴頭采用拉伸加陣列畫的，螺母螺栓等是拉伸結(jié)合螺旋掃描畫出來的，聯(lián)軸器選用尼龍聯(lián)軸器，其他略。 3 驅(qū)動(dòng)電機(jī)選擇與計(jì)算（1)微型水泵電機(jī)理論功率計(jì)算： 水泵電機(jī)功率計(jì)算計(jì)算工式如下，并附上公式中各個(gè)部分包含的意義解釋。N=KP=KPe/=KgQH/1000 (KW)式中各符號(hào)意義如下：P：泵的軸功率(KW)，又叫輸入功率，即電動(dòng)機(jī)傳到泵軸上的功率;Pe：泵的有效功率(KW)。又叫輸出功率，即單位時(shí)間輸出介質(zhì)從泵中獲得的有效能量;：泵輸送介質(zhì)的密度(Kg/m3)。一般水的密度為1000Kg/m3(比重為1)，酸的密度為 1250Kg/m3(比重為1.25

13、);Q：泵的流量(m3/S)。當(dāng)流量單位為m3/h時(shí)，應(yīng)注意換算成m3/S;H：泵的揚(yáng)程(m); g：重力加速度(m/s2),為9.8 m/s2; K：電動(dòng)機(jī)的安全系數(shù)，一般取1.11.3; :泵的效率由V=4BzResin（/4）=4×0.025×4×0.035×0.0013×(1.414/2)=0.000129m3/r,又n=240r/min=4r/s,所以Q=nV=4×0.129=0.000516m3/s,水的密度=1000Kg/m3，假設(shè)H=0.8m，由于是家用工況較好且是微型泵，可假設(shè)=75%代入以上數(shù)據(jù)，可求出： 微型水泵

14、電機(jī)理論功率為N=1.1×1000×9.8×0.000516×0.8/(1000×0.75)=0.0059kw=5.9w（2）電機(jī)型號(hào)選擇：根據(jù)所求出的大致功率5.9w，和轉(zhuǎn)速240rpm，可以近似選擇額定功率為6w，減速比為5，輸入轉(zhuǎn)速為1200rpm的型號(hào)為5IK6RA-A的微型減速電機(jī)。額定電壓110v，額定電流0.22A，具體參數(shù)如下：（3）電動(dòng)機(jī)尺寸：如下圖： 可見，電動(dòng)機(jī)直徑70mm，長度為L1=60mm，其余見圖。4 傳感器與控制元件選擇（1） 傳感器選擇:選用HA2001.FDR型土壤濕度傳感器 土壤濕度傳感器簡介：又名：土壤水

15、分傳感器、土壤墑情傳感器、土壤含水量傳感器。主要用來測量土壤容積含水量，做土壤墑情監(jiān)測及農(nóng)業(yè)灌溉和林業(yè)防護(hù)目前常用到的土壤濕度傳感器有FDR型和TDR型，即頻域型和時(shí)域型。目前比較流行的是FDR型，常用型號(hào)HA2001.FDR(Frequency Domain Reflectometry)頻域反射儀是一種用于測量土壤水分的儀器，它利用電磁脈沖原理、根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播頻率來測量土壤的表觀介電常數(shù)()，從而得到土壤容積含水量(v)，F(xiàn)DR具有簡便安全、快速準(zhǔn)確、定點(diǎn)連續(xù)、自動(dòng)化、寬量程、少標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。是一種值得推薦的土壤水分測定儀器。 土壤濕度傳感器功能與特點(diǎn)：本傳感器體積小巧化設(shè)計(jì)，攜帶方便

16、，安裝、操作及維護(hù)簡單。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，不繡鋼探針保證使用壽命。外部以環(huán)氧樹脂純膠體封裝，密封性好，可直接埋入土壤中使用，且不受腐蝕。土質(zhì)影響較小，應(yīng)用地區(qū)廣泛。測量精度高，性能可靠，確保正常工作。響應(yīng)速度快，數(shù)據(jù)傳輸效率高。適用范圍廣泛應(yīng)用于節(jié)水農(nóng)業(yè)灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、科學(xué)試驗(yàn)等場領(lǐng)域。技術(shù)參數(shù)：測量參數(shù)：土壤容積含水率單 位：%( m3/m3)量 程：0100%探針長度：5.3cm探針直徑：3mm探針材料：不銹鋼密封材料：環(huán)氧樹脂測量精度：±3%工作溫度范圍：-4085工作電壓：512V或12-24V工作電流：2126mA，典型值21mA輸出信號(hào)

17、：02V DC或4-20mA測量穩(wěn)定時(shí)間：2秒響應(yīng)時(shí)間：<1秒測量區(qū)域：以中央探針為中心，圍繞中央探針的直徑為7cm、高為7cm的圓柱體(2) 控制元件選擇：選用AT89S52單片機(jī) 簡介： AT89S52 是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用Atmel 公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。 AT89S52具

18、有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，256字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時(shí)器，2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè)16 位 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口， 片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏 輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU 停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工 作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。（3）濕度傳感器與單片機(jī)合作的工作過程：先通過按鍵設(shè)定濕度，這里選用的濕度傳感器是LTM8901濕度傳感器，LTM8901是一款專門為用戶設(shè)計(jì)

19、自身產(chǎn)品而提供的數(shù)字化溫濕度探頭，其濕度測量量程為199RH，分辨率為05RH，測量精度為±30RH(典型值)；溫度測量范圍為-25+60，分辨率為0062 5，測量精度為±05；響應(yīng)時(shí)間典型值為5 s；工作電壓范圍為4555 V。LTM8901將測量結(jié)果直接輸出為數(shù)字信號(hào)，通過“一線式總線”串行傳送給單片機(jī)，不需要進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，減少了元件，簡單方便。利用LTM8901濕度傳感器檢測到濕度，傳送到單片機(jī)進(jìn)行處理，濕度顯示在數(shù)碼管上，當(dāng)濕度低于設(shè)定值時(shí)，給單片機(jī)一個(gè)指令，seth p20，繼電器線圈有電流經(jīng)過，對(duì)應(yīng)的常開觸點(diǎn)閉合，使電磁閥線圈得電，此時(shí)電磁閥門由閉合變成斷開，進(jìn)行澆花，當(dāng)?shù)扔诨蚋哂谠O(shè)定值時(shí)，clr p20，繼電器線圈失電，對(duì)應(yīng)常開觸點(diǎn)斷開，電磁閥線圈失電，閥門閉合，水無法流過，停止?jié)不ā? 家用小型澆花器的整體結(jié)構(gòu)圖和特點(diǎn)：（1)裝置裝配圖和局部放大圖：（2）裝置特點(diǎn)與可改進(jìn)點(diǎn)： 本澆花器用來給外出人照顧家內(nèi)的盆栽的，有一定可用性，且是微型的，故成本不會(huì)很貴，但由于水桶內(nèi)的水有限，故不能長年的澆水，大概可以