机械设计报告

中国计量学院《机械设计基础》课程设计题目：电源插头插拔可靠性检测装置的设计组长：组员：班级：专业：指导老师：2011 年9 月27 日摘要本次设计旨在设计出一套可对电源插头可靠性进行检测的实验方案。

方案的基本构思是：通过电机带动曲柄滑块机构做相对于插座的往复垂直运动，实现插头的插拔过程。

同时，通过霍尔传感器和计数器，将电机的转动情况和插头的插入的情况联系起来，将整个过程通过单片机紧密地联系起来，实现整个过程的自动控制，从而实现对插头插拔可靠性的检测。

我们首先依据这一基本思想利用PROE软件做出了这一机构各模块的零件图，然后将其组装为整体的机构，对各零件及其参数进行检查之后，通过PROE软件对机构进行动画仿真，一方面观察机构的动态效果，另一方面对机构进行检查，检查其是否可靠、能否完成预期的设计目标。

然后根据仿真结果对机构进行调整，然后如此循环几次，经过修正使机构能够精确持续地实现预期的设计目标。

关键词：电源插头；插拔次数；曲柄滑块机构；可靠性；传感器；计数器目录前言 (4)第一节设计任务 (5)第二节方案设计分析 (5)第三节方案的简单概述 (7)第四节方案的具体实施....... .. (7)4.1 尺寸计算 (7)4.2 使用PROE作图 (9)4.3 仿真 (9)第五节仿真结果及其分析 (10)5.1 插头可靠性高低的判定依据 (10)5.2 电源插头可靠性检测装置可靠性分析.10 第六节心得体会 (12)第七节参考资料....... .. (13)前言电源插头又叫电源线插头，英文是power plug.使用在各种领域，各个国家。

一般的电源插头只有连接上电源线就可以使用，根据电源插头的用途不一样，电源线插头可以使用在250V、125V、36V的电压上，根据电流的不同有可以使用在16A、13A、10A、5A 、2.5A。

电源插头的用途很广泛，大大小小的行业都可能需要电源插头，“哪里需要电，哪里就有电源插头”这句话如今十分盛行，可见，电源插头的用途以及遍及我们生活的各个角落。

简单的说下几个主要行业：家用电器，和我们生活最贴近的就是家用电器上的电源插头了，电视机、电冰箱、电风扇、空调等等都需要使用而且必须使用电源插头。

通讯领域，平常我们的各种通讯领域也会使用到电源插头，如电话，电线接受塔，航空设备等等。

金融危机以来，国家围绕“保增长、调结构”采取了一系列调控政策，为我国电源线连插头行业提供了较为宽松的国内发展环境，使电源线连插头行业从2008年下半年以来的困境中得到了缓解和恢复。

我国电源线连插头行业也在加快产业结构调整、转变发展方式，为行业持续发展提供了动力和支撑。

在全球经济不景气、国际市场持续低迷的情况下，我国电源线连插头行业仍然呈现出了企稳回升、发展逐渐向好的良好局面。

虽然电源线连插头行业发展很快，但是市场存在的一些问题不容忽视，如市场无序竞争、产品质量下降、创新乏力等。

而其中产品质量一词，如今已受到各行各业的关注。

近年来，可靠性也逐渐成为规范产品质量的重要指标，在国内外发展迅速。

基于上述内容，本次设计着眼于电源插头的可靠性测试，以电源插头和可靠性为角度深入，选取电源插头插拔次数为切入点，意在设计出可以检测电源插头插拔可靠性的实验装置。

通过测试，判别电源插头是否符合可靠性测试标准。

据此，找出电源插头尚需改进的地方及有待创新的方面。

同时，国内外市场的需求及科技日新月异的发展，也为电源插头可靠性测试注入了无限的生机。

第一节设计任务电源插头质量涉及多项指标，本次设计方向为电源插头插拔可靠性。

可靠性是指产品在规定的条件下，规定的时间内，完成规定功能的能力。

电源插头插拔的可靠性是预测寿命期中插头插拔功能连续性和重复性的能力。

电源插头插拔可靠性检测装置的设计即完成电源插头连续性重复插拔动作并同时检验插座功能，需设计一个做往复运动的机构，能够让插头连续性的在插座中做插拔动作，同时利用一套检测装置来判断每次插拔的有效性。

电源插头插拔可靠性基本性能指标：若在规定的电源插头插拔次数极限值范围内，检测出某一次插拔失效，即时传播反馈信号，同时停止电机的运动，据此判断该插头不符合本次可靠性检测标准；若插拔动作进行到了设定的极限值时，插头仍能有效，则判定该插头符合本次可靠性测试标准。

以下为实验流程图：第二节 方案设计分析一、往复运动装置的选择要求：实现电源插头插拔动作的重复性在机械设计基础中我们学习了多种往复运动的装置，如：凸轮机构，气缸机构。

但是经过小组成员的讨论分析，大家认为凸轮机构的稳定性不够好，而气缸机构的构造太过复杂。

最后选择了曲柄滑块机构为基础来实现往复运动-------通过曲柄带动摇杆，摇杆带动滑块在槽内做往复运动。

图2 曲柄滑块机构二、元件尺寸的设计要求：设计合理，符合国家标准 往复运动系统 插头插拔系统 电流型计数器 霍尔传感器单片机系统电动机图1 实验流程图在插头和插座的设计中，我们查阅了插头国家标准GB 2099.1-2008，单相插头插座型式、基本参数和尺寸国家标准GB 1002-2008，三相插头插座型式、基本参数和尺寸国家标准 GB1003-2008，最后选择了三芯插头，参照国家标准确定好了芯片，外观的各项尺寸(如图所示)。

根据插头的形状，设计出可旋紧的活动夹具。

图3 插头插座二维图三、检测装置的设计要求：检测每次插拔实验的有效性为了实现每一次插拔是否有效的判断，我们选择了使用电流型计数器，并把其连接在插头上，当插头插入插座中，若有电流通过，则计数器自动加一，记为此次电源插头插拔实验有效。

但经过老师的指点，在自动反馈上，我们选择了更加简单快捷的霍尔传感器，通过它与电流型计数器在单片机的连接，判断出失效时的信号不同，从而反馈给电机并停止运动。

霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器。

在测试装置中，非磁性材料的圆盘边上附有一块磁钢，霍尔传感器则放在靠近圆盘边缘处，圆盘旋转一周，霍尔传感器就输出一个脉冲，并计入单片机内。

如图所示：图4 霍尔传感器示意图第三节方案的简单概述根据收集的资料以及掌握的知识，我们把各个分项拼接起来并手绘了整体草图，下面，也简单的把整体的机械运动过程描述一下：如上图所示，结构由用滑块带动夹具夹住插头连续做插拔运动，插头连接计数器。

电机、霍尔传感器、计数器均连接到单片机上。

此装置共产生两个信号，计数器和霍尔传感器，这两种信号均上传到单片机，再由单片机发出指令。

通过电机控制曲柄摇杆装置，使得插头不停的重复插拔运动，每插拔一次，若有电流通过则电流计数器自动加一。

与此同时，在固定曲柄的圆盘上一位置安装了霍尔传感器，设定时间当曲柄转至该位置，插头正好插入插座。

并把两个信号都发送到单片机上。

当某一次的插头插拔失效后，单片机接受的信号的不一致，从而发出反馈信号，使电动机停止转动。

该方案总体可行性较高，并简单有效。

对于应用的知识也是我们平时学习接触到的。

第四节方案的具体实施4.1 尺寸计算在经过一系列资料的搜集，原理方法的验证之后，经本组多次组织会议，进行一系列的商讨、实践、验证，最终确定了一套具体详细的实施方案。

本次电源插头插拔可靠性测试装置系统由机械与电学共同构造，两大模块相辅相成，既有其自身独立的运行方式，又相互联系密切。

简言之，机械结构使得单片机系统得以正常运作，而单片机系统则据反馈信号控制机械结构的运行。

下面将详细介绍机械与电学两大模块的具体构造：机械机构大体分为六个大板块，涉及各个小型连接零件：1、运动机构整体支架——其主要用途为支撑曲柄转动、安放滑块运动槽以及安置插板。

2、曲柄——通过电机进行360°完整转动来带动摇杆进行往复摆动。

3、摇杆——在曲柄作用下进行往复摆动运动，为滑块提供动力。

4、滑块槽——用以规定滑块的运动路线，以防进程偏差。

5、一端连接夹具的连杆——在摇杆的带动下能够夹住电源插头沿滑块槽进行直线往复运动。

（1）插头——固定于夹具之中，在连杆带动下重复对插板进行插入拔出动作。

（2）其余小型零件——支架与曲柄之间、曲柄与摇杆之间、摇杆与滑块之间各需组成一副转动副，滑块槽与底座需要两个固定键，夹具处需要三个固定用螺钉。

具体尺寸计算如下。

曲柄：60mm×10mm×10mm摇杆：200mm×10mm×10mm滑块：10mm×20mm×10mm连杆：301mm×8mm×8mm滑块槽：外围320mm×25mm×30mm 内槽320mm×20mm×10mm环形夹具：D=65mm，d=60mm，宽20mm，螺孔d'=10mm插板：28mm×56mm×56mm 插孔10mm×1mm×5mm螺栓：M10mm×30mm电学系统主要以单片机控制为主，分为四个阶段：第一阶段——由机械结构带动电源插头连续性做插拔动作，即时检查，插头所连接的电流计数器是否工作，将信号反馈到单片机内。

第二阶段——随着机械结构的运动，安装在用于固定曲柄的圆盘上的霍尔传感器将会产生信号变化，按照设计要求，在特定时间内将霍尔传感器产生的信号传送给单片机。

第三阶段——利用汇编语言，使单片机对电流计数器及霍尔传感器所产生的信号做出处理，由单片机判定结果控制电机的转动。

第四阶段——将本次测试所产生的数据，收集记录。

经过机械运动及单片机分析测试后，电源插头插拔可靠性测试基本完成。

此过程所产生的数据结果，需进行进一步的分析，从而获得更为全面、精准的测试结果，以便日后对电源插头性能的改进与完善。

4.2 使用pro/E作图本次设计所选用的绘图软件为pro/Engineer 5.0。

Pro/Engineer操作软件是美国参数技术公司（PTC)旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。

Pro/Engineer 软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，Pro/Engineer作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广。

是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。

本次设计使用这款软件，也是设计本身摆脱了繁琐而粗糙的纸上绘图，并且最终进行的仿真运动，也使本次设计得以更为直观展示。

下面介绍使用Pro/Engineer绘图的具体步骤：(1)在新建零件图中，选定一个基准面进行草绘。

先根据计算出的尺寸绘制结构整体支架的主视图，然后进行拉伸，形成立体的外形及沟槽等。

(2)重复如此步骤，在不同的新建图纸中做出不同零件的草绘，进行拉伸、打孔等操作，制作出所需的底盘、沟槽、孔洞等。

完成各个构件的大体形状。