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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 本科畢業(yè)設計說明書 題 目：立體自行車庫設計 院 （部）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械工程及自動化 班 級： 機械112 姓 名： 江治國 學 號： 指導教師： 劉輝 完成日期： 2015年6月15日 目 錄 專心---專注---專業(yè) 摘要 隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交

2、通工具。但是，自行車的存放成為一個大的問題，怎樣把自行車存放到一個安全而且占用空間小的地方成為一個急需解決的問題。立體車庫已經(jīng)出現(xiàn)了一段時間，效果比較好，仿照立體車庫的設計，占地面積小、存取方便的立體自行車庫也隨之出現(xiàn)。這對于自行車的存放有著重大意義。 本文主要介紹了立體自行車庫通過控制系統(tǒng)控制機械手抓取自行車，升降旋轉(zhuǎn)存取的工作過程。 關鍵詞：自行車庫；控制系統(tǒng)；機械手；升降旋轉(zhuǎn)； Stereo bicycle garage ABSTRACT With the development of economy, the traditional fuel car's fuel c

3、onsumption increase increases, the energy crisis problem become increasingly serious, the bicycle as a kind of green transport. But the bike store into a big problem, how to store your bike to a safe and small footprint place become a urgent problem. Three-dimensional garage there have been a period

4、 of time, the effect is better, like the design of the stereo garage, cover an area of an area small, easy to access the stereo garage itself also emerged. This has great significance for bike store. This article mainly introduced the three-dimensional garage itself through control system control m

5、anipulator grabbing bicycle, lifting the working process of the rotating access. Key words: automatic garage; Control system; Manipulator; Lifting rotation; 1前言 1.1選題背景及意義 交通車輛尾氣排放使得環(huán)境污染已成為嚴重的世界性問題，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交通工具，既保留了非機動車的輕便，又融入機動車的方便，而且車身占用車位小，大大提高了非機動車道的通行效

6、率，非常適合城市內(nèi)短程出行，具有其他交通工具無法比擬的優(yōu)勢，所以自行車作為一種環(huán)保交通工具越來越受到人們的青睞。然而，自行車的存放卻成為一個急需解決的問題。當我們騎行自行車上班、購物、游玩時都需存放自行車，而現(xiàn)在基本就是在指定地點順序存放。這樣存放雖然方便，但是很不安全。與汽車停放相比占用車位小，可是在商場等人流較大的場所仍然占據(jù)很大的空間，不方便人們的生活。所中以需要設計一種占地面積小，存放方便而且安全的自行車車庫。作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，。目前我國進行環(huán)保建設，自行車停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體自行車車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設置，還能與地面停

7、車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停自行車難的最有效的手段，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。 伴隨人類社會從高碳向低碳的轉(zhuǎn)型，自行車的使用日漸頻繁，故而實現(xiàn)自行車的方便存放是必須的。而且可以通過自行車的立體存放節(jié)約更多的空間來進行其余的建設。21世紀是“綠色環(huán)?！钡氖兰o，環(huán)境保護和能源節(jié)約問題已成為新世紀最為突出的兩大主題。這兩大問題成為了“綠色交通工具”研究開發(fā)和推廣應用的積極因素。隨著各種各樣自行車的出現(xiàn)，立體自行車車庫將擁有著較為廣闊的市場前景。 1.2國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 現(xiàn)階段，國內(nèi)外常見的大多都是立體車庫，立體自行車庫基本沒有出現(xiàn)。日本出現(xiàn)了為自行車設計的停車庫

8、。這款日本的立體自行車庫就給我們提供了一種很好的思路，它的空間都位于地下，采用全自動的設計，你只要將自行車放到平臺上，按下按鈕，自行車就會被存儲到地下車庫。而需要取車的時候只需要將特定的取車卡在掃描儀上刷一下，您的自行車就會在半分鐘內(nèi)被自動調(diào)出。一套這樣的車庫可以存儲9400輛自行車，每部車每天的花費也僅需100日元。 我們現(xiàn)在的自行車停放狀況都是雜亂無章，而且占用空間大。 圖1-1停車場 這種自行車停車場自行車擺放隨意，自行車安全也沒有保障，遇到陰天下雨的情況自行車還容易損壞。雖然現(xiàn)在有些專門看管自行車的，也有一些自行車棚，但是仍然改變不了停自行車不方便的現(xiàn)狀。 下面就是日本設計

9、的自行車庫， 圖1-2日本立體自行車庫 這種自行車車庫可以停放200多輛自行車，運作效率非常的高，十幾秒內(nèi)就可以取到自己的車。存取只要輕輕刷一下卡就可以了，方便簡潔不需多余的步驟，存取系統(tǒng)自動運作，你的車子就上來了。放在這地下車庫里就不需要擔心被偷了，而且不怕風吹日曬和雨淋。 1.3本研究課題總體方案設計 本說明書主要是先通過計算確定立體自行車庫各運行機構(gòu)正常工作時所承受的負載和扭力來選擇合適型號的步進電機以及各運行機構(gòu)的控制元件，著重點在分析、設計各執(zhí)行機構(gòu)相應的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)總體方案分析設計、控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)分析設計、控制系統(tǒng)的硬件設計和軟件設計等。

10、 由于設計內(nèi)容要滿足本課題的功能要求，要完成的立體自行車庫主要是單片機編寫程序通過各種芯片控制各執(zhí)行機構(gòu)達到功能要求的正常的功能運轉(zhuǎn)。通過人們按下存、取車功能按鈕，單片機接到指令后按照內(nèi)部設定程序一步步運行將信息傳送給步進驅(qū)動器，利用步進驅(qū)動器的變頻調(diào)速控制各執(zhí)行機構(gòu)的平移、旋轉(zhuǎn)、升降等功能，并且可以通過步進驅(qū)動器的反接相線控制步進電機正反轉(zhuǎn)改變各機構(gòu)運行方向，控制步進驅(qū)動器對步進電機步距角的細分功能改變各執(zhí)行機構(gòu)的運行速度。更人性化的方面在于，單片機將各種信息形象地傳輸給顯示模塊，，例如升降機構(gòu)限位指示燈，步進驅(qū)動器正常工作指示燈及不同機構(gòu)步進電機故障指示燈。一旦出現(xiàn)故障，立即顯示出來，工作

11、人員及時處理，避免不必要的財產(chǎn)損失。 本次設計所采用的單柱式升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)與單柱式舉升機結(jié)構(gòu)相似，簡圖如圖1.1所示。 圖1-3單柱式舉升機三維簡圖 2立體自行車庫運輸系統(tǒng)機構(gòu)設計 2.1立體自行車庫運輸系統(tǒng)方案選擇 本設計的運輸系統(tǒng)為升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的組合。利用升降旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)把自行車存入不同分層、不同位置車庫的任務。我們需要考慮到多方面的需求，比如運輸效率、承重、穩(wěn)定性等。我分別對升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行了不同的方案設計。 2.1.1升降機構(gòu)方案選擇 設計升降機構(gòu)考慮的問題有:(1)速度曲線:立體自行車庫的總體機械結(jié)構(gòu)，采用升降機和平移存取構(gòu)型。自行車存取時間限制在20s，

12、要求傳動裝置可高速度運行。要求升降機構(gòu)具有很高的平層精度,以減小撞擊。為了保證安全、低噪聲、起制動平穩(wěn)，要求傳動裝置具有自動加減速功能，升降機構(gòu)的驅(qū)動裝置采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。(2)負載機械特征:升降機構(gòu)是頻繁起制動設備,其運行中的大量時間處在加減速的過程中,升降機構(gòu)帶有對重，因此它的負載機械特征分布于坐標系的四個象限內(nèi)。當升降平臺靜止或勻速運動時，表現(xiàn)為靜態(tài)負載機械特性。當其加減速運動時，表現(xiàn)為動態(tài)負載機械特性(除含靜態(tài)特性外，還含加速度造成的慣性轉(zhuǎn)矩)。 這里我們找到三種升降機構(gòu)，滾珠絲杠、剪叉式升降機、鋼絲繩曳引這三種方式。分別對三種機構(gòu)進行分析： 一、滾珠絲杠 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)

13、運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機械和精密機械上經(jīng)常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器。 圖2-1 滾珠絲杠 滾珠絲杠具有以下特點： 1、摩擦損失小、傳動效率高 由于的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到1/3以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、精度高 滾珠絲杠副是一

14、般是用世界最高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。 3、高速進給和微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。 4、軸向剛度高 滾珠絲杠副可以加與預壓，由于預壓力可使達到負值，進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。 5、不能自鎖、具有傳動的可逆性 綜合立體自行車庫的設計需求，在垂直方向的升降運動需要比較大的進給，而且滾珠絲杠機構(gòu)

15、的承載能力較低，工作環(huán)境的要求比較高，不太適合 立體自行車庫的升降運動。 二、剪叉式升降機 剪叉式升降機是用途廣泛的高空作業(yè)專用設備。它的剪叉機械結(jié)構(gòu)，使升降臺起升有較高的穩(wěn)定性。產(chǎn)品主要用各種工作層間貨物上下運送；立體車庫和地下車庫層高間汽車舉升等。產(chǎn)品液壓系統(tǒng)設置防墜、超載安全保護裝置，各樓層和升降機工作臺面均可設置操作按鈕，實現(xiàn)多點控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護簡單方便，是經(jīng)濟實用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設備。 圖2-2剪叉式升降機 剪叉式升降機特點： 剪叉式升降機采用高強度錳鋼鉅形管制作。設有防止升降機超載的安全保護裝置。設有防止液壓管路破裂的安

16、全保護閥。設有停電情況下的應急下降裝置。該產(chǎn)品適用于各行業(yè)高空設備安裝、檢修等可移動性高空作業(yè)。根據(jù)不同要求可選擇不同動力形式（如：三相交流電源、單相交流電源、直流電源和內(nèi)燃動力等），加配上手動液壓裝置，可在停電或無電源場所照常升降工作，并可加伸縮平臺，在平臺長度不足時可延伸至所需位置，從而提高工作效率。 剪叉式升降機常見的用于高空作業(yè)，在這里我們打算用于車庫工作平臺的升降，但是立體自行車庫的層數(shù)較多。剪叉式升降機大多用在凈升高度低的場所，不適合立體自行車庫的多層結(jié)構(gòu)。 三、鋼絲繩曳引 鋼絲繩曳引指的是利用步進電機帶動平臺升降的，平臺沿固定導軌完成升降。相比于電梯的曳引系統(tǒng)，本方案比較簡

17、單，電動機轉(zhuǎn)動帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動平臺沿導軌豎直運動。 圖2-3絞車（鋼絲繩曳引） 鋼絲繩曳引機構(gòu)通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，能夠滿足立體自行車庫升降機構(gòu)的需求。 2.1.2旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方案選擇 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的方案選擇為電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動，圓盤上固定上述的升降機構(gòu)。 電動機與圓盤之間的傳動方式選用兩種方案帶傳動和齒輪傳動。 一、 帶傳動 帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。 帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和

18、多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點，在近代機械傳動中應用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準確（滑動率在2%以下）；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進行零件的整列等。 傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。若有多種傳動帶滿足傳動需要時，則可根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運轉(zhuǎn)費用，以及市場的供應等因素，綜合選定最優(yōu)方案。 但是考慮到電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，圓盤的轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速相差較大，即所需的傳動比必須要大，所以帶傳動方案不合適

19、。 二、齒輪傳動 齒輪傳動是機械傳動中應用最廣的一種傳動形式。它的傳動比較準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。 齒輪傳動特點：瞬時傳動比恒定。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比能按需要的變化規(guī)律來設計。傳動比范圍大，可用于減速或增速。速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40m/s），中速和低速（v<25m/s）的傳動；功率從小于1W到105KW。傳動效率高。一對高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達99%以上結(jié)構(gòu)緊湊，適用于近距離傳動。制造成本較高。某些具有特殊齒形或精度很高的齒輪，因需要專用的或高精度的機床，刀具和量儀等，故制造工藝復雜，成本高。精度不高的齒輪，傳動時的噪聲

20、，振動和沖擊大，污染環(huán)境。無過載保護作用 齒輪傳動類型有 1.圓柱齒輪傳動 用于平行軸間的傳動，一般傳動比單級可到8，最大20，兩級可到45，最大60，三級可到200，最大300。傳遞功率可到10萬千瓦，轉(zhuǎn)速可到10萬轉(zhuǎn)/分，圓周速度可到300米/秒。單級效率為0.96～0.99。直齒輪傳動適用于中、低速傳動。斜齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于中、高速傳動。人字齒輪傳動適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動。圓柱齒輪傳動的嚙合形式有3種：外嚙合齒輪傳動，由兩個外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反；內(nèi)嚙合齒輪傳動，由一個內(nèi)齒輪和一個小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條傳動，可將齒輪的轉(zhuǎn)動變?yōu)辇X條的直線移動，

21、或者相反。 2.錐齒輪傳動 用于相交軸間的傳動。單級傳動比可到6，最大到8，傳動效率一般為0.94～0.98。直齒錐齒輪傳動傳遞功率可到370千瓦，圓周速度5米/秒。斜齒錐齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應用較少。曲線齒錐齒輪傳動運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，傳遞功率可到3700千瓦，圓周速度可到40米/秒以上。 3.雙曲面齒輪傳動 用于交錯軸間的傳動。單級傳動比可到10，最大到100，傳遞功率可到750千瓦，傳動效率一般為0.9～0.98，圓周速度可到30米/秒。由于有軸線偏置距，可以避免小齒輪懸臂安裝。廣泛應用于汽車和拖拉機的傳動中。 4.螺旋齒輪傳動 用于交錯間的傳動，傳動比可到

22、5，承載能力較低，磨損嚴重，應用很少。 5.蝸桿傳動 交錯軸傳動的主要形式，軸線交錯角一般為90°。蝸桿傳動可獲得很大的傳動比，通常單級為8～80，用于傳遞運動時可達1500；傳遞功率可達4500千瓦；蝸桿的轉(zhuǎn)速可到3萬轉(zhuǎn)/分；圓周速度可到70米/秒。蝸桿傳動工作平穩(wěn)，傳動比準確，可以自鎖，但自鎖時傳動效率低于0.5。蝸桿傳動齒面間滑動較大，發(fā)熱量較多，傳動效率低，通常為0.45～0.97。 6.圓弧齒輪傳動 用凸凹圓弧做齒廓的齒輪傳動?？蛰d時兩齒廓是點接觸，嚙合過程中接觸點沿軸線方向移動，靠縱向重合度大于1來獲得連續(xù)傳動。特點是接觸強度和承載能力高，易于形成油膜，無根切現(xiàn)象，齒面磨損

23、較均勻，跑合性能好；但對中心距、切齒深和螺旋角的誤差敏感性很大，故對制造和安裝精度要求高。 7.擺線齒輪傳動 用擺線作齒廓的齒輪傳動。這種傳動齒面間接觸應力較小，耐磨性好，無根切現(xiàn)象，但制造精度要求高，對中心距誤差十分敏感。僅用于鐘表及儀表中。 8.行星齒輪傳動?　 具有動軸線的齒輪傳動。行星齒輪傳動類型很多，不同類型的性能相差很大，根據(jù)工作條件合理地選擇類型是非常重要的。常用的是由太陽輪、行星輪、內(nèi)齒輪和行星架組成的普通行星傳動，少齒差行星齒輪傳動，擺線針輪傳動和諧波傳動等。行星齒輪傳動一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點，輸入軸和輸出軸可在同一直線上。其應用愈來愈廣

24、泛。 根據(jù)電動機與圓盤的傳動需求，暫定選擇圓柱齒輪。 2.1.3平移機構(gòu)方案選擇 平移機構(gòu)選擇的機構(gòu)是滾珠絲杠絲杠和導軌機構(gòu)，聯(lián)軸器的一端與平移步進電機軸固接，另一端與絲杠一端固接，步進電機通電轉(zhuǎn)動時帶動機械手在絲杠上橫向移動，光軸作為導軌控制方向。 按照國標GB/T17587.3-1998及應用實例，滾珠絲杠（已基本取代梯形絲桿，俗稱絲桿）是用來將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動；或?qū)⒅本€運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動的執(zhí)行元件，并具有傳動效率高，定位準確等。 滾珠絲杠軸承為適應各種用途，提供了標準化種類繁多的產(chǎn)品。廣泛應用于機床，滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導管式、循環(huán)器式、端蓋式。預壓方式有定位預壓（雙螺母

25、方式、位預壓方式）、定壓預壓。? 可根據(jù)用途選擇適當類型。絲桿有高精度研磨加工的精密滾珠絲杠（精度分為從CO-C7的6個等級）和經(jīng)高精度冷軋加工成型的冷軋滾珠絲杠軸承（精度分為從C7-C10的3個等級）。另外，為應付用戶急需交貨的情況，還有已對軸端部進行了加工的成品，可自由對軸端部進行追加工的半成品及冷軋滾珠絲杠軸承。作為此軸承的周邊零部件，在使用所必要的絲杠支撐單元、螺母支座、鎖緊螺母等也已被標準化了，可供用戶選擇使用。 滾珠絲杠軸承以多年來所累積制品技術(shù)為基礎，從材料、熱處理、制造、檢查至出貨，都是以嚴謹?shù)钠繁Ｖ贫葋砑右怨芾?，因此具有高信賴性? 圖2-5 絲杠導軌 2.2立

26、體自行車庫運輸系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇 立體自行車庫運輸系統(tǒng)主要包括了升降機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、平移機構(gòu)。升降機構(gòu)主要有步進電機、鋼絲繩、卷筒、減速器及制動器等。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)主要有步進電機、帶輪、圓盤、皮帶等。平移機構(gòu)主要有步進電機、絲杠、導軌、聯(lián)軸器等 。 2.2.1升降機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 一、升降電動機的選擇 1、機械結(jié)構(gòu)參數(shù) 鋼絲繩及工作物總質(zhì)量M 滾筒直徑D 滾筒質(zhì)量m 滾筒的機械效率η 加減速時間比A 75kg 0.15m 1kg 0.9 0.5 運動距離L 減速機機械效率 減速比i 每次定位時間t

27、 外力 6.5m 0.7 1 0.2s 0 表2-1機械結(jié)構(gòu)參數(shù) 1) 速度曲線 加速時間 =0.1s 2) 步進電機轉(zhuǎn)速 減速機輸出軸角加速度??? =195rad/sp 減速機輸出軸轉(zhuǎn)速 N=100rpm 步進電機輸出軸角加速度 =195rad/sp 步進電機輸出軸轉(zhuǎn)速 100

28、rpm 3) 計算負載轉(zhuǎn)矩 減速機軸向負載 F=Mg=73.5N 減速機軸負載轉(zhuǎn)矩 步進電機軸負載轉(zhuǎn)矩 4) 步進電機軸加速轉(zhuǎn)矩計算 鋼絲繩及工作物慣量 kg 滾筒的慣量 折合到減速機軸的負載慣量 步進電機輸出軸轉(zhuǎn)矩

29、 步進電機功率計算 通過上網(wǎng)查閱資料：選擇三相混合式步進電機，型號為130BYG350B-200，工作電壓：交流220V，額定電流：5.2A，轉(zhuǎn)速：500rpm, 轉(zhuǎn)矩：30-50NM。 2.啟動時間計算 啟動時間為： （2-5） 其中： 靜力矩為： 有效啟動轉(zhuǎn)矩為： 工業(yè)領域一般要求升降機構(gòu)啟動時間為1s～5s，計算<1s，在電氣設計方面，可以適當增加啟動電阻，來增長啟動時間，因此，此處所選電動機合適。 4.制動時間計算 制動時間計算公式： 式中： 當起升速度小于

30、時，，，故經(jīng)計算驗證該電機滿足要求。 二、鋼絲繩的選擇 鋼絲繩斷裂拉力計算公式為： 式中：—鋼絲繩所許可的最大斷裂拉力，N； —單根鋼絲線的直徑，mm； n—鋼絲繩中鋼絲線的總根數(shù)； —單根鋼絲線的抗拉強度，Pa； —鋼絲繩的橫截面面積，； —鋼絲繩中鋼絲線的不均勻搓捻所引起的受載不均勻的矯正系數(shù)； 由于負載高達800N，所以鋼絲繩所能承受的斷裂拉力應大于最大負載800N。選擇鋼絲繩結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡圖： 圖2-6鋼絲繩結(jié)構(gòu)簡圖 單根鋼絲的直

31、徑為4mm,鋼絲繩中鋼絲的總根數(shù)n為49根，鋼絲繩公稱抗拉強度為1670Pa。 型鋼絲繩破斷拉力為： ； 通過計算得知，選用 型鋼芯鋼絲繩合適，因為此鋼絲繩的斷裂拉力大于所承受的負載，鋼絲多且細，且鋼絲繩的撓性好。 三、滾筒的選擇 滾筒直徑設定為：D=0.15m 選取滾筒時應當注意不宜選取長度太長的滾筒，原因是滾筒提升負載時長度太長容易產(chǎn)生彎曲，可以選取較大直徑的滾筒。選用滾筒直徑由參考文獻：張質(zhì)文等.起重機設計手冊.北京：北京鐵道出版社，2001：201～253.附表13選用，滾筒容納鋼絲繩工字槽尺寸由附表14-3查得，，槽底半徑。 2.滾筒尺寸為：

32、 取整得； 公式中每個參數(shù)的意義及取值 附加安全系數(shù) 滾槽不切槽部分長度 滾筒計算時所取直徑 鋼絲繩倍率 2 160mm 161mm 1 表2-2公式中每個參數(shù)的意義及取值 滾筒體壁厚的確定 滾筒體壁厚的確定，至今還沒有比較精確的計算方法，只要是鋼絲繩在滾筒上的壓力分布難以確定，但是，可以用近似的計算方法計算： 經(jīng)計算滾筒體壁厚??； 4.滾筒壁壓應力校核： 選用灰鑄鐵HT200，最小抗拉強度，許用壓應力為： 所以，抗壓強度是足夠的； 5.滾筒的抗拉強度的轉(zhuǎn)鼓強度。

33、因為滾筒的長度不超過3d，鋼絲繩位于輥中間輥承受最大彎矩。滾筒承受最大彎矩： 滾筒斷面系數(shù)為： 式中：D—滾筒外徑，； —滾筒內(nèi)徑，； 合成應力為： 式中：——許用拉應力為 綜上， 所以，該滾筒抗拉強度滿足要求； 因此，該滾筒參數(shù)設定為 滾筒直徑 滾筒長度 滾筒槽形槽底半徑 滾筒繩槽尺寸 倍率 2.2.2旋轉(zhuǎn)機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 旋轉(zhuǎn)步進電機的選擇 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)考慮到旋轉(zhuǎn)平臺最多一次旋轉(zhuǎn)一周，所以，應通過皮帶減速，旋轉(zhuǎn)平臺重量為100kg，半徑為1.5

34、m，利用下面所給公式計算減速裝置所承受的轉(zhuǎn)矩： 減速裝置輸出功率計算 由公式： 計算得： 減速裝置效率：； 電機功率： 查閱機械設計手冊：選Y系列（IP44）三相異步電動機型號Y90S-6，技術(shù)規(guī)格見下表： 額定功率 額定電流 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速 額定轉(zhuǎn)矩 機身重量 0.75Kw 2.3A 910r/min 2 23kg 表2-3步進電機技術(shù)規(guī)格 電機與旋轉(zhuǎn)平臺的總傳動比為： ； 設計皮帶減速機構(gòu)，選擇合適的傳動比。 2.2.

35、3平移機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 一、平移步進電機的選擇 聯(lián)軸器的一端與平移步進電機軸固接，另一端與絲杠一端固接，步進電機通電轉(zhuǎn)動時帶動機械手在絲杠上橫向移動，光軸作為導軌控制方向。 選擇絲杠作為水平移動的元件，絲杠參數(shù)為：有效導程長2m，絲杠重量為5kg，平移步進電機功率的計算公式可以根據(jù)參考文獻：璞良貴等.機械設計.北京：高等教育出版社，2006：84～86. 公式 ： 式中：—步進電機軸承受的負載，800N； —步進電機的轉(zhuǎn)速，； —步進電機所需靜功率，Kw；

36、 η—機械效率，0.952； 由公式2-3計算得， 查閱機械設計手冊：選擇110系列兩相混合式步進電機型號110HS12,技術(shù)規(guī)格見下表： 步距角 保持轉(zhuǎn)矩? 額定電流? 轉(zhuǎn)子慣量? 定位轉(zhuǎn)矩 電機重量 (°) N.M A Kg.cm2 g.cm Kg 1.8? 12 5 4 3 5 表2-4 步進電機技術(shù)規(guī)格 二、聯(lián)軸器的選擇 要使電機驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，聯(lián)軸器是不可避免的，選擇合適的力矩聯(lián)軸器，可以按照下面的式子計算得出： 式中:

37、 —所求聯(lián)軸器的摩擦力矩，； —平移步進電機的額定轉(zhuǎn)矩， —平移步進電機所能承受的最大轉(zhuǎn)矩，； —平移步進電機軸上電機轉(zhuǎn)子額定傳動慣量，； —平移步進電機銘牌上的額定轉(zhuǎn)速，； —平移步進電機軸至聯(lián)軸器的傳動比和傳動機械效率； t—起動、制動時間，s； 所以， 2.3立體自行車庫運輸系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設計 下圖是立體自行車庫運輸系統(tǒng)的機械機構(gòu)機構(gòu)簡圖。 圖2-7運輸系統(tǒng)機構(gòu)簡圖 2.3.1升降機構(gòu)導軌的設計計算 導軌應當滿足的基本要求有：導向精度和精度保持度、剛度和承載能力、摩擦力要小、運動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、制作要方便等。

38、本設計選用的是直線導軌，導軌的界面形式如下 表2-5直線導軌截面形狀 升降機構(gòu)的導軌需要承受水平和豎直的力矩的作用，并且需要一定大的承載能力，綜合考慮，選擇矩形導軌作設計方案。 這里我們選用導軌尺寸 表2-6導軌截面參數(shù) 導軌長度為2000mm 常用的導軌材料主要有鑄鐵、鋼和塑料等。這里我們選用的是鋼，鋼導軌使用的材料和其處理方式為：（1）45、40Cr、T8、T10、GCr15等，表面淬硬或全淬硬度為HRC52~58；（2）15、20Cr等，滲碳淬硬至HRC56~62。 以下是導軌面的受力計算： 導軌的損壞模式主要是磨損，磨損與導軌面所承受的壓強有很大關系。此外，

39、導軌面的接觸形變也與壓強近似的成正比。因此，在初選導軌尺寸以后，要根據(jù)尺寸計算導軌所受壓強，使其在可承受范圍內(nèi)。 1、受力分析 通常導軌受力比較復雜，力的作用點大多數(shù)不在導軌的中心。首先把這些力換算為作用在導軌中心的里P和力矩M。 圖2-8 導軌受力分析 2、壓強的計算 大多數(shù)情況下，導軌的剛度遠大于接觸剛度，可以只考慮變形對壓強分布的影響。沿導軌上的直線變形和壓強可視為線性分布，寬度上為均布。故在動導軌上的壓強為： 它們應該小于許用壓強。 2.3.2升降機構(gòu)帶動的工作平臺設計 工作平臺主要靠升降機構(gòu)帶動進行豎直方向上的升降運動，從而使平臺上的平移機構(gòu)可以帶動夾持機構(gòu)夾

40、持自行車。 工作平臺的尺寸初定為2000mm，寬度1000mm，厚度20mm的矩形鋼板。 平臺受力分析如圖： 圖2-9 平臺受力分析 假設平臺承受最大臨界力Fmax=M=50Kg在校核軸的危險截面時，由于平臺所受的彎矩可以忽略不計，只進行剪切強度的校核，軸的切應力： τmax=FA 因為軸的兩側(cè)受到對稱切應力，所以 τmax=Fmax2A=0.62MPa 查閱機械工程手冊得45#鋼調(diào)制處理的許用切應力為30-40MPa,所以平臺滿足強度要求。 2.3.3旋轉(zhuǎn)機構(gòu)圓盤設計 圓盤是承載整個升降平移機構(gòu)的機構(gòu)，而且還需要實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的功能。 初選為圓盤直徑為1000mm，厚度

41、為40mm，旋轉(zhuǎn)孔徑直徑為20mm。 圓盤的受力非常簡單受力分析如圖： 圖2-10 圓盤受力分析 圓盤主要受力是來自升降系統(tǒng)的壓力，如圖2-10所示，圓盤所受最大力Fmax=F-f。圓盤所受應力σ=Fmax ∕A=3.78 MPa 查閱機械工程手冊得45#鋼調(diào)制處理的許用切應力為30-40MPa,所以圓盤滿足強度要求。 2.3.4平移機構(gòu)絲杠機構(gòu)設計 平移機構(gòu)的設計主要就是絲杠的設計計算，首先從絲杠的選型開始： 初步選取絲杠公稱直徑20mm，導程5mm。 滾珠絲杠的工作長度計算： 絲杠的工作載荷： F=400N 由于兩方向絲杠的公況為，每天開機十二小時，每年3

42、00個工作日。工作八年以上，依工作要求和工作條件，初選外循環(huán)插管式，預緊采用雙螺母型，圓螺母調(diào)隙，導珠管凸出式，3級精度，定位滾珠副，絲杠材料：鋼； 滾道硬度為58~62HRC，螺紋右旋，型號為CLT-2004-3.5-P3，。 絲杠的傳動精度為 絲杠的轉(zhuǎn)速： 絲杠的工作載荷： F=400N 絲杠的校核： 壽命計算： 滿足壽命要求。 式中 F――軸向載荷，取F＝800N; ――壽命系數(shù), ――工作壽命,取=15000 ――載荷系數(shù),取=1.2 ――動載荷硬度影響系數(shù),取=1.0 ――短行程系數(shù),取=1.0 ――轉(zhuǎn)速系數(shù),取=0.5107 靜載荷條

43、件計算: 滿足條件 螺母長度72mm, , 余程為 10mm X方向螺紋長度 取支撐跨矩 絲杠全長最大為780mm Y方向螺紋長度: L=500+350+20=870mm 取支撐跨矩: 絲杠全長最大為910mm F—F 支撐方式的絲杠不受壓縮力作用，不校核壓桿穩(wěn)定性 絲杠彎曲振動臨界轉(zhuǎn)速: 查表 ， 預拉深量：取溫升 螺紋深長量: 絲杠的全長深長量： 取預拉伸量： 預拉伸力： 所選絲杠預拉伸力滿足要求。 3立體自行車庫運輸系統(tǒng)控制系統(tǒng)設計 3.1控制系統(tǒng)總體設計 本設計的控制系統(tǒng)選用的是單片機控制。 自行

44、車立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，系統(tǒng)把可識別的控制信息通過輔助設備驅(qū)動執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成立體自行車庫現(xiàn)場的運作。 在立體自行車庫中，控制系統(tǒng)中主控單元的主要控制對象首先是車庫內(nèi)的橫移電機、旋轉(zhuǎn)電機和升降電機，控制系統(tǒng)就是使它們在不同的時間內(nèi)實現(xiàn)正反轉(zhuǎn);其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設施等。為了保證載工作平臺能橫移到預定位置以及載車板能上升或下降到指定位置，采用了行程開關。為了判斷載車板上有無車輛，采用了光電開關。本設計的自行車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作。同時在車庫中還采用了一些傳感器如煙

45、溫傳感器以及安全預警裝置，因本系統(tǒng)只有開關量輸入而無模擬量輸入，憑可編程序控制器本身的抗干擾能力和隔離變壓器就能滿足要求，因此可不必再另外增加其它抗干擾措施。 圖3-1單片機的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2立體型車庫運輸系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設計 3.2.1控制系統(tǒng)各部分步進電機控制方案設計 步進電機驅(qū)動器的接口接收一定頻率的脈沖信號，DIR接口接收到高電平信號，步進電機保持正轉(zhuǎn)，平移（旋轉(zhuǎn)、升降）機構(gòu)實現(xiàn)指定功能，到指定位置后，步進驅(qū)動器使能端ENA變?yōu)榈碗娖剑竭M電機軸抱死，實現(xiàn)制動。在其他部分實現(xiàn)一定功能后，間隔一定時間，步進驅(qū)動器使能端ENA變?yōu)楦唠娖?，步進電機軸自由，DIR接口

46、轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖叫盘枺竭M電機實現(xiàn)反轉(zhuǎn)，平移（旋轉(zhuǎn)、升降）機構(gòu)實現(xiàn)回縮恢復原位功能。 3.2.2單片機選型及I/O口分配 單片機I/O口是最為重要的控制端口，是單片機實現(xiàn)控制功能的基本要素，有控制高低電平輸入輸出的功能。根據(jù)本設計的需要，對單片機的型號是：英特爾公司的MCS-51系列單片機，128BRAM，16個2位定時器，計數(shù)器和5個中斷源，還有4個8位的I/O并行接口：P0、P1、P2、P3，完全能夠滿足控制系統(tǒng)設計要求。 以下是I/O分配表： 地 址 代表含義 地 址 代表含義 P1.0 平移步進電機脈沖接收端 P2.0 升降步進電機脈沖接收端 P1.1 平移步進電

47、機運轉(zhuǎn)方向 P2.1 升降步進電機運轉(zhuǎn)方向 P1.2 平移步進電機使能端 P2.2 升降步進電機使能端 表3-1 I/O分配表 3.2.3步進電機控制程序 (1)以下程序語句可以實現(xiàn)步進電機的正反轉(zhuǎn)、電機抱死和脈沖頻率的控制； #include sbit mai=P1^0; sbit Forward=P1^1; sbit en=P1^2; unsigned int i=0,j=0; unsigned char Count=0 ; unsigned int Count2=0 ; void main() { Time0_Init();

48、 while(1) { if(Count2<=10000) { Forward=1; en=1; if(Count>=2) { mai=1; Count=0; mai=0; } } else if(Count2>10000&&Count2<20000) { Forward=1; en=0; } else if(Count2>=20000&&Count2<30000) { Forward=0; en=1; i

49、f(Count>=2) { mai=1; Count=0; mai=0; } } Else { en=0; } } } (2) 定時程序語句可以比較精確的控制步進電機的運轉(zhuǎn)時間，C語言程序如下； void Time0_Init() { TMOD = 0x01; TH0 = 0xFE; TL0 = 0x33; IE = 0x82; TR0 = 1; } void Time0_Int() interrupt 1 { TH0 = 0xFE; TL0 = 0x33; Count++

50、; Count2++; 4總 結(jié) 經(jīng)過近兩個月的設計工作，本次畢業(yè)設計主要完成了以下任務： （1）完成了立體自行車庫總體方案的設計； （2）完成了自行車立體車庫零部件設計和繪制； （3）完成了控制部分的設計與原理圖的繪制； （4）撰寫了設計說明書； （5）完成了實物模型的加工、安裝。 傳統(tǒng)的停車場如自行車停車架或者停車棚之類的存在太多缺點，建造成本雖然低廉，但只適合少量的自行車停放，若存放同樣多的自行車，傳統(tǒng)的停車場將會占用大范圍的土地面積，本次設計的立體自行車庫充分參考了日本地下立體自行車庫的設計理念，充分利用三維空間，有效地緩解了交通壓力，車庫內(nèi)間隔式車位有效的防止車輛

51、之間的碰撞，立體車庫不但美化城市，而且還具有防盜功能。當今世界，智能化越來越普及，智能化帶給人們高生活水平，節(jié)省人力、物力，智能化的立體自行車庫在未來的大都市中將具有重大作用。 本設計的自行車立體車庫機構(gòu)簡單，利用了簡單的升降、旋轉(zhuǎn)以及平移機構(gòu)，加工簡單，安裝方便，適合應用在各種自行車停車場所。存放簡單，只需要20多秒就可以存取成功，省時省力。 在設計過程中我們遇到了很多專業(yè)性的困難，通過查找專業(yè)書籍和網(wǎng)上查閱以及指導老師的幫助，終于完成了本次畢業(yè)設計。但是自己的動手操作能力還是不足，設計方案存在不合理之處，設計中還是有許多的不足之處，，希望讀者們批評指正。 謝辭

52、本畢業(yè)設計是在劉輝老師的悉心指導下完成。從畢業(yè)設計選題、查閱文獻、參考現(xiàn)狀、方案分析、系統(tǒng)分析到論文撰寫，老師都提供了對我們很有幫助的建議。劉老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，誨人不倦的教學精神，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，在學術(shù)上和為人上都是我的楷模和榜樣，他實事求是的作風，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。雖然老師在設計期間腳傷不能來校，但是還是在網(wǎng)上對我們進行設計指導，最后帶傷來到學校進行現(xiàn)場指導工作，真誠的向劉輝老師致以崇高的敬意和無限的感謝之情! 這次的畢業(yè)設計對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設計思想訓練綜合運用機械設計和有關先修課程的理論結(jié)合生產(chǎn)實際關系和解決工程實際問題的能

53、力鞏固、加深和擴展有關機械設計方面的知識等方面有重要的作用。 此外，我還要感謝我大學四年所有基礎課和專業(yè)課老師們，是他們傳授給我扎實的基礎知識和專業(yè)知識。 其次，我要感謝我的同學們，尤其同組的張圣賢同學、孫碩添同學和郭長帥同學，彌補了我動手能力上的不足，在設計加工的過程中，在孫碩添同學的幫助下學會了很多工具的使用。實驗室的其他小組的同學們也給了我們許多幫助。小組同學通力合作，共同努力，才完成了本次畢業(yè)設計。 最后，我想對我所有的老師，我的同學們致以最誠摯的感謝，我的家人和朋友們幫助我學習，我成功路上的每一步都源于你們的支持和幫助！ 參考文獻 [1].

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