大学毕业设计---自动发牌机的设计.doc

山东淄博职业学院毕业设计装订线 毕 业 设 计课题名称 自动发牌机的设计 姓 名 王谦 学 号 201201130192所 在 系 机电工程学院专业年级 P12机制五班指导教师 曲振华、赵娟 职 称 讲师 二零一五 年 五 月 二十三 目 录摘要1第一章 自动发牌机的研究现状和意义21.1 自动发牌机的研究现状21.2 自动发牌机的研究意义3第二章 机电系统的总体方案设计与选材 42.1 机电系统的方案设计42.2 机电系统的选材4第三章 机电系统机械本体各部分设计 53.1 直齿锥齿的设计53.2 圆柱齿轮的设计63.3 轴的设计7 3.3.1基座上轴的尺寸设计 7 3.3.2转盘上轴的尺寸设计 93.4 轴承的设计 11 3.4.1 基座上轴承的设计 11 3.4.2 转盘上轴承的设计 123.5 基座的设计 133.6 转盘的设计 133.7 储牌机构的设计 14四、机电一体化系统伺服驱动部分设计与校正 154.1 发牌直流电机的选择 154.2 基座直流电机的选择 16五、 传感与检测部分设计 175.1 红外感应光电开关原理 175.2 漫反射光电开关 17六、功能与实用性分析 196.1 功能分析 196.2 实用性分析 196.3 发牌机的零件图及最终效果 19七、能源的选择 22八、结束与展望 23致谢 24参考文献 25摘 要随着时代的发展，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、事、工业等方面。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.发牌机主要由牌套室、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，实现了高可靠性、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，大大提高了发牌效率。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。关键词：发牌机、传送机构、步进电动机、高效率、照亮灯。 第 1 页 共 27 页第一章 自动发牌机的研究现状和意义1.1 自动发牌机的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、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。我国自动发牌机市场发展迅速，产品产出持续扩张，国家产业政策鼓励自动发牌机产业向高技术产品方向发展，国内企业新增投资项目投资逐渐增多。投资者对自动发牌机市场的关注越来越密切，这使得自动发牌机市场越来越受到各方的关注。本报告侧重行业宏观发展研究分析，从行业现状、产品市场、技术水平、产业链运行、产业政策、企业竞争、产品进出口、行业投资等角度对自动发牌机市场的发展进行细致研究。我们通过专家访谈定性分析和统计数据定量分析来揭示自动发牌机市场当前发展的规律、特点、存在问题，在此基础上提出相应的建议。 1.2 自动发牌机的研究意义 随着中国当前的经济形势的日趋好转，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。在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。而且近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。第二章 机电系统的总体方案设计2.1 机电系统的方案设计 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2.2 机电系统的选材 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。第三章 机电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，HB236，齿轮按 7等级精度制造。锥齿轮是圆锥齿轮的简称，它用来实现两相交轴之间的传动,两轴交角S称为轴角，其可根据传动需要确定，一般多采用90。锥齿轮的轮齿排列在截圆锥体上，轮齿由齿轮大端到小端逐渐收缩变小，如下图所示。由于这一特点，对应于圆柱齿轮中的各有关圆柱在锥齿轮中就变成了圆锥，如分度锥、节锥、基锥、齿顶锥等。锥齿轮的轮齿有直齿、斜齿和曲线齿等形式。直齿和斜齿锥齿轮设计、制造及安装均较简单，但噪声较大，用于低速传动（5m/s）；曲线齿锥齿轮具有传动平稳、噪声小及承载能力大等特点，用于高速重载的场合。本节只讨论S=90的标准直齿锥齿轮传动。 （1）直齿锥齿轮齿廓曲面的形成与圆柱齿轮类似。如下图所示，发生平面1与基锥2相切并作纯滚动，该平面上过锥顶点O的任一直线OK的轨迹即为渐开锥面。渐开锥面与以O为球心，以锥长R为半径的球面的交线AK为球面渐开线，它应是锥齿轮的大端齿廓曲线。但球面无法展开成平面，这就给锥齿轮的设计制造带来很多困难。为此产生一种代替球面渐开线的近似方法。 （2）基本参数由于直齿锥齿轮大端的尺寸最大，测量方便。因此，规定锥齿轮的参数和几何尺寸均以大端为准。大端的模数m的值为标准值，按下表选取。在GB12369-90中规定了大端的压力角a=20，齿顶高系数ha*=1，顶隙系数c*=0.2。 （3）当量齿数 当量齿轮的齿数zv称为锥齿轮的当量齿数。zv与锥齿轮的齿数z的关系可由上图求出，由图可得当量齿轮的分度圆半径rv 而 则有 式中：d为锥齿轮的分度锥角。zv一般不是整数，无须圆整。3.2 圆柱齿轮的设计（1）设计要求 根据异步轧制的研究内容，需要对轧机齿轮座的齿轮传动进行改造。在已经完成的阶梯轧辊，可以实现异径轧制的基础上，改变齿轮座齿轮的传动比，实现异转速轧制，这两种方法相结合，以扩大异步轧制的速比范围。（2） 齿轮形状参数计算 根据设计要求和现场轧机条件限制，原有齿轮座中心距为224mm，中间垫块后64.9mm，则齿轮座中心距最小为159.1mm。也即齿轮座中心距可调范围是：159.1mm224mm。另一限制尺寸是齿轮座箱体内部的宽度274mm，该尺寸限制了齿轮的最大齿顶圆直径，不能超过274mm。 由于受齿轮最小齿数17及中心距的限制，齿数和模数可选的范围如表：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170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa2、 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 P=3.12x0.95x0.95=2.8 W n=14 r/min T=9550P/n=1.91N.m最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 =110）选择标准直径 d=20mm对轴材料要求：轴的强度和刚度足够；材料的热处理性能和加工工艺性好；材料来源广，价格适中。 1、碳素钢：30、35、45、50(正火或调质)，45应用最广。价廉，对应力集中不敏感，良好的加工性。2、 合金钢：40Cr、40MnB、20CrMnTi等，强度高、寿命长，对应力集中敏感，价格较贵。用于重载、小尺寸的轴。3、合金铸铁、QT：铸造成形，吸振，可靠性低，品质难控制，常用于凸轮轴、曲轴。3、 注意：钢材种类热处理对钢材弹性模量E影响很小，用热处理合金钢不能提高轴的刚度。(4)、轴设计的主要问题设计的主要问题：(1)、合理的结构设计 保证轴上零件有可靠的工作位置，装配、拆卸方便，周向、轴向固定可靠，便于轴上零件的调整；(2)、工作能力计算a、有足够的强度 疲劳强度、静强度；b、有足够的刚度 防止产生大的变形；c、有足够的稳定性 防止共振 稳定性计算。转轴的设计特点：不能首先通过精确计算确定轴的截面尺寸。轴的设计步骤选用合适的材料-结构设计-强度和刚度计算-轴的结构形状和尺寸(3)、轴的结构设计设计任务： 使轴的各部分具有合理的形状和尺寸。设计要求： 1.轴和轴上零件应有确定的位置和可靠固定； 2.轴上零件应便于安装、拆卸和调整； 3.轴应具有良好的加工工艺性； 4.应有利于提高轴的强度和刚度。3.3.2 转盘上的轴的尺寸设计 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170217HBS,抗拉强度=600MPa，屈服强度=355MPa。=55MPa初步计算各轴段直径 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 P=3.12x0.95x0.95=2.8 W n=21 r/min T=9550P/n=1.4N.m最小直径计算（查机械设计基础教材表142 取 =110）选择标准直径 d=40mm 3、计算轴各段长度 （1）计算 L=100强度校核部分具体步骤如下：计算齿轮受力圆周力：径向力： 轴向力：因为是直齿轮，所以按许用应力校核轴的弯曲强度轴的受力简图 （图A）（L =120m）作弯矩图水平弯矩（图B）垂直弯矩（图C）求合成弯矩，作出合成弯矩图（图D）作扭矩图（图E）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 45号优质碳素钢调质处理时，查机械设计基础教材111 剖面的轴径 故：强度足够图：轴受力简图校核分析为了能够带动纸牌，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326附录C101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/mmdDB6005254712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=计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-12 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数轴承寿命合格。3.4.2 转盘上轴承的设计 根据轴径值查机械制图教材326附录C101深沟球轴承各部分尺寸，选择6207（GB/T276-1994）型深沟球轴承2个。各部分尺寸如下表：轴承代号尺寸/mmdDB600010268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=计算选用轴承寿命 查机械零件设计手册P810表311-12 基本额定动负荷 动载荷系数 当量动载荷 温度系数 载荷系数 对球轴承寿命系数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。如图：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。如图：3.7储牌机构的设计储牌机构材料为塑料，形状如下图所示第四章 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10.7Kg.mm额定电流0.93A4.2 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：电压12V马达型号48H减速比1/39齿轮箱长度25.5mm空载转速100Rpm额定转速85Rpm额定力矩9.5Kg.cm额定电流1.36 A第五章 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，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。（人手掌心的反射率75%） 图7 光电开关原理图本发牌机采用G18-3A30NA型号漫反射光电开关，范围为0-30cm，如图8所示 。 图8 本组使用的G18-3A30NA型号漫反射光电开关(常开型)第六章 功能与实用性分析6.1 功能分析1、适合各地主流打法：各地扑克打法各有不同,主要以斗地主扣撒金花等为主,智赢牌友全自动发牌机则非常适合这类打法、2、操作简便：智赢牌全自动发牌机使用起来非常方便，只需将机器内置的电脑程序设置好，就可以开始自动进行洗牌发牌，整个过程中一般无须在按任何键。而且功能键的设计非常简洁，简单易学，运行过程中有自锁保护功能，避免因误操作带来的困扰3、结构简单实用：全自动发牌机针对目标市场准确定位，将机器能够结构简单实用。相对其他功能复杂的机器，故障率更低。6.2实用性分析 扑克是大众喜欢娱乐的项目，因其玩法多种多样深受人们喜爱，但是扑克牌每玩完一次均要重新洗牌，这样很麻烦。而且人工洗牌容易作弊，造成不公平竞技。因此发明一种扑克牌自动发牌机以满足人们娱乐的需要。随着各种娱乐产品的发展，各种娱乐产品的洗牌机也陆续的出现。一般的洗牌机是由塑料制成，也有金属和木质的洗牌机。自动扑克洗牌机，属娱乐设备技术领域，具有左、右牌盒、中间牌盒及控制模块，中间牌盒与左、右牌盒之间的隔板上设有上、下过牌口，中间牌盒内有托牌架，该托牌架安装在升降机构上，左、右牌盒的底部安装有摩擦搓牌机构，左、右牌盒对称设置在中间牌盒的两侧，隔板上的下过牌口位于左、右牌盒与隔板的连接处，托牌架上安装有摩擦搓牌机构，左、右牌盒内底面、托牌架上表面以及托牌架侧面上设有传感器，托牌架侧面上的传感器与中间牌盒侧面上垂直方向布置的三个感应点相对应。本实用新型在洗牌过程中不会出现挂牌、卡牌现象，运行稳定、可靠，并可根据需要设定其多次连续洗牌的次数。现在随着扑克机逐渐的普及，也衍生出了许多牌子的扑克机，比如扑乐全自动扑克发牌机、大家乐、快乐之星等等，其中扑乐全自动扑克发牌机是在总结、研发、吸收多种纸牌机优点的基础上研制而成。是一款轻型、超薄、低噪声、高可靠性的全自动发牌机，用户可根据需要设置不同的玩法，把牌放入牌盒，扑克机会把洗牌、发牌等过程自动完成，能同时供多人玩牌，几乎涵盖了纸牌的所有玩法，操作简单易行，真正做到了人性化设计。6.3 发牌机的零件图及最终效果 第七章 能源的选择由于PLC输出端连接直流电机，所以需要直流开关电源提供稳定的电压，进过比较我们选择了S-35-24 直流开关电源直流开关电源就是用通过电路控制开关管进行高速的导通与截止将直流电转化为高频率的交流电提供给变压器进行变压，从而产生所需要的一组或多组电压.第八章 结束与展望经过紧张而辛苦的四周的课程设计结束了，看着我们六人小组的的设计。即高兴又担忧，高兴的是自己的设计终于完成啦，担忧的是自己的设计存在很多的不足。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础在这次实践的过程中学到了一些除技能以外的其他东西,领略到了别人在处理专业技能问题时显示出的优秀品质,更深切的体会到人与人之间的那种相互协调合作的机制,最重要的还是自己对一些问题的看法产生了良性的变化. 在社会这样一个大群体里面,沟通自然是为人处世的基本,如何协调彼此的关系值得我们去深思和体会.在实习设计当中依靠与被依靠对我的触及很大,有些人很有责任感,把这样一种事情当成是自己的重要任务,并为之付出了很大的努力,不断的思考自己所遇到的问题.而有些人则不以为然,总觉得自己的弱势.其实在生活中这样的事情也是很多的,当我们面对很多问题的时候所采取的具体行动也是不同的,这当然也会影响我们的结果.很多时候问题的出现所期待我们的是一种解决问题的心态,而不是看我们过去的能力到底有多强,那是一种态度的端正和目的的明确,只有这样把自己身置于具体的问题之中,我们才能更好的解决问题. 在这种相互协调合作的过程中,口角的斗争在所难免,关键是我们如何的处理遇到的分歧,而不是一味的计较和埋怨.这不仅仅是在类似于这样的协调当中,生活中的很多事情都需要我们有这样的处理能力,面对分歧大家要消除误解,相互理解,增进了解,达到谅解.也许很多问题没有想象中的那么复杂,关键还是看我们的心态,那种处理和解决分歧的心态,因为毕竟我们的出发点都是很好的。在此非常感谢曲老师与赵老师对我们的细心指导。总的来说，这次课程设计不仅在专业知识上有所收获，在团队合作方面也有很大的收获。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。致 谢在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关本设计方面的资料，请教工厂中极具经验的机械设计人员和工人师傅以及各位老师有本设计具方面的问题，特别是在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对设计的认识有了一个很大的飞跃。使我对设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺（如线切割、电火花加工、CNC 电脑数控加工），主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。机械设计在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握机械的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对机械设计的认识过程亦是如此。经过的努力，我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。在这次设计过程中得到了工人师傅和曲老师和赵老师以及许多同学的帮助，特别是曲老师和赵老师的悉心指导，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!参考文献【1】 尹志强 .机电一体化系统设计课程设计指导书 M. 北京：机械工业出版社, 2007. 【2】于骏一，邹青. 机械设计制造基础 M. 北京：机械工业出版社, 2004.【3】濮良贵. 机械设计 M. 7版. 北京:教育出版社， 2001. 【4】 张建民. 机电一体化设计 M. 2版. 北京:教育出版社， 2001.【5】杨帮文. 现代新潮传感器应用手册 M. 北京：机械工业出版社, 2006.【6】徐灏. 机械设计手册 M. 机械工业出版社.2001第 24 页 共 25 页