机电一体化扑克牌发牌机说明书完整版Word下载.docx
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5.2漫反射光电开关.13
六、PLC控制部分设计.14
6.1PLC的选择.14
6.2软件流程图的设计15
6.3接触器的选择15
6.3.1直流接触器的选用方式15
6.4PLC程序图.15
6.5PLC硬件接线图.15
七能源的选择15
八、.参考文献15
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——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”——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”——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”——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
计算公式
算
载荷系数
K=1.5
齿数比
估算时的齿轮许用接
触应力
HP=
Hlim
830
SH
几何尺寸估算结果
d1
1951
KT1
47.86mm
HP
齿数
取z1
16,z2
16
分锥角
大端模数
d
47.86
2.99mm,取m=3mm
m=
z1
大端分度圆直径
外锥距
R=d1/2sin133.9mm
齿宽系数
取R0.3
齿宽
b=RR=10.17mm,取b=10mm
实际齿宽系数R=b/R0.29
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）
大端齿顶高
ha1
ha2
（1
x1）m
3mm
大端齿根高
hf1
hf2
（1c*x1）m4.8mm
齿全高
齿根角
齿顶角
顶锥角
50326
a1
a2
1
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
当量齿轮分度圆直径
当量齿轮顶圆直径
当量齿轮根圆直径
当量齿轮传动中心距
当量齿轮基圆齿距
啮合线长度
端面重合度
齿中部接触线长度
齿中部接触线的投影
长度
齿面接触计算公式
疲劳强度中点分度圆上的切向
校核力
使用系数
动载系数
齿向载荷分布系数
端面载荷系数
节点区域系数
中点区域系数
弹性系数
螺旋角系数
锥齿轮系数
载荷分配系数
gva1（dva21dvb21dva22dvb22）avsinvt2.49
2bv1
lbm7mm
v
Ft
2000T1=147.92N
dm1
vm
dm1n1
0.20,查表3—49中图（a）
60
100
查表3—49中表2取KHe
1.00，有效工作齿宽
be
0.85b，
按式（3-15）KH
1.5KH
e1.5
/be
Ft/b
147.92/7
21.13<
100N/mm,由表3
—49中表3，K
ZM
B
tanv
（dva1）2
F1
（dva2）21
F2
dvb1
zv1
dvb2
zv2
=1.032
ZE
189.8N/MM
表3-39
中表4
直齿轮，Z
由式（3-19
），ZK
0.8
由式（3-20
），ZLS
计算接触应力
许用接触应力
实验齿轮的接触疲劳
极限
寿命系数
润滑油影响系数
工作硬化系数
尺寸系数
最小安全系数
许用接触应力值
齿面接触强度校核结
果
4.齿根弯计算公式
曲疲劳强复合齿形系数
度校核重合度系数
齿根弯曲应力计算值
齿根许用弯曲应力
齿根弯曲疲劳强度基
本值
相对齿根圆角敏感系
数
相对齿根表面状况系
许用弯曲应力值
齿根弯曲强度校核结
3.2圆柱齿轮的设计
H569.54N/mm2
Llim1300N/mm2,表3-47中图（h）
ZN1,长期工作，取为无限寿命设计
ZLVR0.95，表3—49中图（e），v40100mm2/s
HP1123N/mm2
Y0.250.75/V0.625
YLS
Z2
LS=1
F1
F231.8N/mm
表3-50中图（d）
FE=630N/mm,
YX1YX21,表3—50中图（f）
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K=1.3
11—4
取：
区域系数ZH=2.5弹性系数ZE=188.0
11—6
H1
Hlim1
580
580MPa
SHlim
由
（3）按齿面接触强度设计计算
齿数取Z1=17，则Z2=17×
2=34。
34
故实际传动比i2
17
模数
25
1.47
m
bd
d10.82520.00，
取b2=40mm，b1=20mm
按表4-1取m=1.5，实际的
d1zm=171.5mm=26mm，d2341.5mm=52mm
中心距
d1d2
2651
a
=38.5mm
（4）验算齿轮弯曲强度
齿形系数YFa1=2.56，YSa1=1.63
YFa2=2.24，YSa2=1.76
由式（11-5）
，安全。
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48~55HBC，
σHlim11150~1210MPa，σFE1
700~740MPa
大齿轮：
40Cr表面淬火
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：
S=1.0，S=1.25；
H
F
σHlim1
1150~1210
因此[σH1][σH2]
1.0
1150~1210MPa
（1）小齿轮上的转矩
（2）确定各种参数
K=1.5Z2.5Z189.8φ0.8
HEd
（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YFa12.56YFa22.25
图11—9得YSa11.63YSa21.73
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4—1：
取mn1.5mm
2KT1
u
HZEZHZ2
b2d12
（4）
验算齿面接触强度189.82.5
cos19
21.5
242980
（2.7561）
2.
756
20
262
7689.84[
H1]
故安全
（5）
计算齿轮圆周速度
v并选择齿轮精度
d1n2
3.145242
1000
0.114
60000
查表取齿轮等级为9级制造精度是合宜的。
3.3轴的设计
3.3.1基座上的轴的尺寸设计
1、电动机轴的材料选择、热处理方式，许用应力的确定。
选择45钢正火。
硬度达到170~217HBS,抗拉强度
b=600MPa，屈服强度e=355MPa。
[
1b]=55MPa
2、
初步计算各轴段直径
（1）按下列公式初步计算出轴的直径，输出轴的功率
P和扭矩T
T=9550P/n=1.91N.m
最小直径计算（查《机械设计基础》教材表
14—2
取A=110）
选择标准直径d=20mm
3、计算轴各段长度
（1）计算L1
L1
63mm,L244mm
强度校核部分具体步骤如下：
（1）计算齿轮受力
2T
圆周力：
1910N
径向力：
Fr
Fttan
695.18N
轴向力：
Fa
sin11910tan20o
sin45o
491.57N
（4）按许用应力校核轴的弯曲强度
1）轴的受力简图
（图A）（L=107mm）
2）作弯矩图
水平弯矩（图B）
F1107Fr=1071N
垂直弯矩（图D）
3）求合成弯矩，作出合成弯矩图（图E）
4）作扭矩图（图F）
C点左T'
0N.mm
C点右
5）作危险截面当量弯矩图（图H）
该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59
Mac（T）2MC2527342（0.59191002）53924N/mm
6）校核危险截面轴径
Q45号优质碳素钢调质处理时，查《机械设计基础》教材
11—1
剖面的轴径d20mm13.79mm故：
强度足够
图：
轴受力简图校核分析
3.3.2转盘上的轴的尺寸设计
b=600MPa，屈服强度
e=355MPa。
2、初步计算各轴段直径
P和扭矩
T
T=9550P/n=1.4N.m
取A0=110）
选择标准直径d=40mm
（1）计算L1
L=100
（1）计算齿轮受力
Ft
17.5N
Fr
Fttan6.37N
因为是直齿轮，所以FaFttansin10
1）轴的受力简图（图A）（L=120m）
水平弯矩（图B）垂直弯矩（图C）
3）求合成弯矩，作出合成弯矩图（图D）
4）作扭矩图（图E）
5）校核危险截面轴径
该轴单项工作，转矩产生的弯曲应力按脉动循环应力考虑，取=0.59
Mac（T）2MC210522（0.590.352）1052N/mm
Q45号优质碳素钢调质处理时，查《机械设计基础》教材11—1
剖面的轴径d40mm24.54mm故：
为了能够带动纸牌，在轴的外面包裹一层厚度为5MM,长度与轴相同的橡胶。
3.4轴承的设计
3.4.1基座上轴承的设计
根据轴径值查《机械制图》教材Ｐ326附录C10—1深沟球轴承各部分尺寸，选择6207
（GB/T276-1994）型深沟球轴承1个。
各部分尺寸如下表：
轴承代号
尺寸/mm
D
6005
47
寿命计划：
要求轴承寿命：
（工作
5年，按每年工作
300天，每天工作
4小时，）
L=53004
6000h
计算选用轴承寿命
查《机械零件设计手册》
P810表3．11-12
基本额定动负荷Cr5.85kN
动载荷系数
当量动载荷
X1Y0
PXFrYFa548N
温度系数ft1载荷系数fp1.5对球轴承寿命系数3
轴承寿命合格
3.4.2转盘上轴承的设计
（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个。
6000
26
8
基本额定动负荷Cr4.58kN
PXFrYFa476N
3.5基座的设计
基座材料为塑料，是一个直径为400mm,高24mm的圆盘。
3.6转盘的设计
转盘材料为塑料，是一个直径为300mm,高为20mm的圆盘。
3.7储牌机构的设计
储牌机构材料为塑料，形状如下图所示
四、机电一体化系统伺服驱动部分设计与校正
4.1
发牌直流电机的选择
根据所需启动力矩和转速我们选择
ZGA37RH直流电机，电机具体参数如下表所示
电压
12V
马达型号
37H
减速比
1/60
齿轮箱长度
26.5mm
空载转速
60Rpm
额定转速
42Rpm
额定力矩
额定电流
0.93A
4.2
基座直流电机的选择
根据所需启动转矩和转速我们选择ZGA37RH直流电机，电机具体参数如下表所示
48H
1/39
25.5mm
100Rpm
85Rpm
1.36A
五、传感与检测部分设计
5.1红外感应光电开关原理
光电开关（光电传感器）是光电接近开关的简称，它是利用被检测物对光束的遮挡或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体有无的。
物体不限于金属，所有能反射光线的物体均可被检
测。
光电开关将输入电流在发射器上转换为光信号射出，接收器再根据接收到的光线的强弱或有
无对目标物体进行探测。
多数光电开关选用的是波长接近可见光的红外线光波型。
图8是漫反射光电开关外观图。
5.2漫反射光电开关
漫反射光电开关是一种集发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过时，将光电开关发射器发射的足够量的光线反射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。
当被检测物体
的表面光亮或其反光率极高时，漫反射式的光电开
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