本科畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 題 目：立體自行車庫設(shè)計(jì) 院 （部）： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 班 級(jí)： 機(jī)械 112 姓 名： 江治國 學(xué) 號(hào)： 2011071154 指導(dǎo)教師： 劉輝 完成日期： 2015 年 6 月 15 日 目 錄 摘 要 .I ABSTRACT.II 1 前言 .1 1.1 選題背景及意義 .1 1.2 國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 .1 1.3 本研究課題總體方案設(shè)計(jì) .3 2 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .4 2.1 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)方案選擇 .4 2.1.1 升降機(jī)構(gòu)方案選擇 .4 2.1.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案選擇 .7 2.1.3 平移機(jī)構(gòu)方案選擇 .9 2.2 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇 .11 2.2.1 升降機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 .11 2.2.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 .16 2.2.3 平移機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 .17 2.3 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .19 2.3.1 升降機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 .20 2.3.2 升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的工作平臺(tái)設(shè)計(jì) .22 2.3.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圓盤設(shè)計(jì) .23 2.3.4 平移機(jī)構(gòu)絲杠機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) .23 3 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .25 3.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) .25 3.2 立體型車庫運(yùn)輸系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) .26 3.2.1 控制系統(tǒng)各部分步進(jìn)電機(jī)控制方案設(shè)計(jì) .26 3.2.2 單片機(jī)選型及 I/O 口分配 .27 3.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序 .27 4 總 結(jié) .30 謝 辭 .31 參考文獻(xiàn) .32 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 I 摘要 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機(jī)問題變得日益嚴(yán)峻，自 行車成為一種綠色交通工具。但是，自行車的存放成為一個(gè)大的問題，怎樣把自行車存 放到一個(gè)安全而且占用空間小的地方成為一個(gè)急需解決的問題。立體車庫已經(jīng)出現(xiàn)了一 段時(shí)間，效果比較好，仿照立體車庫的設(shè)計(jì)，占地面積小、存取方便的立體自行車庫也 隨之出現(xiàn)。這對(duì)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(jī)械手抓取自行車，升降旋轉(zhuǎn)存取 的工作過程。 關(guān)鍵詞：自行車庫；控制系統(tǒng)；機(jī)械手；升降旋轉(zhuǎn)； 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 II Stereo bicycle garage ABSTRACT With the development of economy, the traditional fuel cars fuel consumption 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 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 manipulator grabbing bicycle, lifting the working process of the rotating access. Key words: automatic garage; Control system; Manipulator; Lifting rotation; 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 1 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(yán)重的世界性問題，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng) 燃油車的耗油量加劇增加，能源危機(jī)問題變得日益嚴(yán)峻，自行車成為一種綠色交通工具， 既保留了非機(jī)動(dòng)車的輕便，又融入機(jī)動(dòng)車的方便，而且車身占用車位小，大大提高了非 機(jī)動(dòng)車道的通行效率，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(shì)， 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(gè)急需解決的問題。當(dāng)我們騎行自行車上班、購物、游玩時(shí)都需存放自行車，而現(xiàn)在 基本就是在指定地點(diǎn)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(chǎng)等人流較大的場(chǎng)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(shè)計(jì)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(biāo) 志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，。目前我國進(jìn)行環(huán)保建設(shè)，自行車停車產(chǎn)業(yè) 市場(chǎng)前景廣闊。機(jī)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(shè)置，還能 與地面停車場(chǎng)、地下車庫和停車樓組合實(shí)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(huì)從高碳向低碳的轉(zhuǎn)型，自行車的使用日漸頻繁，故而實(shí)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(jìn)行其余的建設(shè)。 21 世紀(jì)是“綠色環(huán)保”的世紀(jì)，環(huán)境保護(hù)和能源節(jié)約問題已成為新世紀(jì)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(yīng)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(chǎng)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(shè)計(jì)的停車庫。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(dòng)的設(shè)計(jì)，你只要將自行車放到平臺(tái)上，按下按鈕，自 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 行車就會(huì)被存儲(chǔ)到地下車庫。而需要取車的時(shí)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(huì)在半分鐘內(nèi)被自動(dòng)調(diào)出。一套這樣的車庫可以存儲(chǔ) 9400 輛自行車， 每部車每天的花費(fèi)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(chǎng) 這種自行車停車場(chǎng)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(shè)計(jì)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(yùn)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 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 3 動(dòng)運(yùn)作，你的車子就上來了。放在這地下車庫里就不需要擔(dān)心被偷了，而且不怕風(fēng)吹日 曬和雨淋。 1.3 本研究課題總體方案設(shè)計(jì) 本說明書主要是先通過計(jì)算確定立體自行車庫各運(yùn)行機(jī)構(gòu)正常工作時(shí)所承受的負(fù)載 和扭力來選擇合適型號(hào)的步進(jìn)電機(jī)以及各運(yùn)行機(jī)構(gòu)的控制元件，著重點(diǎn)在分析、設(shè)計(jì)各 執(zhí)行機(jī)構(gòu)相應(yīng)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(shè)計(jì)、控制系統(tǒng) 電氣控制系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)等。 由于設(shè)計(jì)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(jī)編寫 程序通過各種芯片控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)達(dá)到功能要求的正常的功能運(yùn)轉(zhuǎn)。通過人們按下存、 取車功能按鈕，單片機(jī)接到指令后按照內(nèi)部設(shè)定程序一步步運(yùn)行將信息傳送給步進(jìn)驅(qū)動(dòng) 器，利用步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的變頻調(diào)速控制各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的平移、旋轉(zhuǎn)、升降等功能，并且可以 通過步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器的反接相線控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)改變各機(jī)構(gòu)運(yùn)行方向，控制步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 對(duì)步進(jìn)電機(jī)步距角的細(xì)分功能改變各執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行速度。更人性化的方面在于，單片 機(jī)將各種信息形象地傳輸給顯示模塊， ，例如升降機(jī)構(gòu)限位指示燈，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器正常工 作指示燈及不同機(jī)構(gòu)步進(jìn)電機(jī)故障指示燈。一旦出現(xiàn)故障，立即顯示出來，工作人員及 時(shí)處理，避免不必要的財(cái)產(chǎn)損失。 本次設(shè)計(jì)所采用的單柱式升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)與單柱式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)相似，簡圖如圖 1.1 所 示。 圖 1-3 單柱式舉升機(jī)三維簡圖 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 2 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)方案選擇 本設(shè)計(jì)的運(yùn)輸系統(tǒng)為升降機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組合。利用升降旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)把自行車 存入不同分層、不同位置車庫的任務(wù)。我們需要考慮到多方面的需求，比如運(yùn)輸效率、 承重、穩(wěn)定性等。我分別對(duì)升降機(jī)構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了不同的方案設(shè)計(jì)。 2.1.1 升降機(jī)構(gòu)方案選擇 設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)考慮的問題有:(1)速度曲線:立體自行車庫的總體機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用升 降機(jī)和平移存取構(gòu)型。自行車存取時(shí)間限制在 20s，要求傳動(dòng)裝置可高速度運(yùn)行。要求 升降機(jī)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(dòng)平穩(wěn)，要 求傳動(dòng)裝置具有自動(dòng)加減速功能，升降機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)裝置采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。(2) 負(fù)載機(jī)械特征:升降機(jī)構(gòu)是頻繁起制動(dòng)設(shè)備,其運(yùn)行中的大量時(shí)間處在加減速的過程中, 升降機(jī)構(gòu)帶有對(duì)重，因此它的負(fù)載機(jī)械特征分布于坐標(biāo)系的四個(gè)象限內(nèi)。當(dāng)升降平臺(tái)靜 止或勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為靜態(tài)負(fù)載機(jī)械特性。當(dāng)其加減速運(yùn)動(dòng)時(shí)，表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)負(fù)載機(jī)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(jī)構(gòu)，滾珠絲杠、剪叉式升降機(jī)、鋼絲繩曳引這三種方式。 分別對(duì)三種機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析： 一、滾珠絲杠 滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，或者將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的理想的 產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機(jī)械和精密機(jī)械上經(jīng)常使用的傳動(dòng)元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)轉(zhuǎn)換成線性運(yùn)動(dòng)，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時(shí)兼具高精度、可逆性和高效 率的特點(diǎn)。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 5 圖 2-1 滾珠絲杠 滾珠絲杠具有以下特點(diǎn)： 1、摩擦損失小、傳動(dòng)效率高 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)，所以能得到較 高的運(yùn)動(dòng)效率。與過去的滑動(dòng)絲杠副相比驅(qū)動(dòng)力矩達(dá)到 1/3 以下，即達(dá)到同樣運(yùn)動(dòng)結(jié)果 所需的動(dòng)力為使用滑動(dòng)絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。 2、精度高 滾珠絲杠副是一般是用世界最高水平的機(jī)械設(shè)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(duì)溫度、濕度進(jìn)行了嚴(yán)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(jìn)給和微進(jìn)給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運(yùn)動(dòng)，所以啟動(dòng)力矩極小，不會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)那樣的爬 行現(xiàn)象，能保證實(shí)現(xiàn)精確的微進(jìn)給。 4、軸向剛度高 滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達(dá)到負(fù)值，進(jìn)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(shí)際用于機(jī)械裝置等時(shí)，由于滾珠的斥力可使 絲母部的剛性增強(qiáng))。 5、不能自鎖、具有傳動(dòng)的可逆性 綜合立體自行車庫的設(shè)計(jì)需求，在垂直方向的升降運(yùn)動(dòng)需要比較大的進(jìn)給，而且滾 珠絲杠機(jī)構(gòu)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 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 運(yùn)動(dòng)。 二、剪叉式升降機(jī) 剪叉式升降機(jī)是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機(jī)械結(jié)構(gòu)，使升降臺(tái)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(yùn)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(shè)置防墜、超載安全保護(hù)裝置，各樓層和升降機(jī)工作臺(tái)面均 可設(shè)置操作按鈕，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護(hù)簡單 方便，是經(jīng)濟(jì)實(shí)用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設(shè)備。 圖 2-2 剪叉式升降機(jī) 剪叉式升降機(jī)特點(diǎn)： 剪叉式升降機(jī)采用高強(qiáng)度錳鋼鉅形管制作。設(shè)有防止升降機(jī)超載的安全保護(hù)裝置。 設(shè)有防止液壓管路破裂的安全保護(hù)閥。設(shè)有停電情況下的應(yīng)急下降裝置。該產(chǎn)品適用于 各行業(yè)高空設(shè)備安裝、檢修等可移動(dòng)性高空作業(yè)。根據(jù)不同要求可選擇不同動(dòng)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(dòng)力等） ，加配上手動(dòng)液壓裝置， 可在停電或無電源場(chǎng)所照常升降工作，并可加伸縮平臺(tái)，在平臺(tái)長度不足時(shí)可延伸至所 需位置，從而提高工作效率。 剪叉式升降機(jī)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(tái)的升降，但 是立體自行車庫的層數(shù)較多。剪叉式升降機(jī)大多用在凈升高度低的場(chǎng)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(jìn)電機(jī)帶動(dòng)平臺(tái)升降的，平臺(tái)沿固定導(dǎo)軌完成升降。相比 于電梯的曳引系統(tǒng)，本方案比較簡單，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)曳引輪轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)鋼絲繩，拖動(dòng) 平臺(tái)沿導(dǎo)軌豎直運(yùn)動(dòng)。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 7 圖 2-3 絞車（鋼絲繩曳引） 鋼絲繩曳引機(jī)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(jī)構(gòu)的 需求。 2.1.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)方案選擇 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的方案選擇為電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤上固定上述的升降機(jī)構(gòu)。 電動(dòng)機(jī)與圓盤之間的傳動(dòng)方式選用兩種方案帶傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)。 一、 帶 傳動(dòng) 帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的柔性帶進(jìn)行運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力傳遞的一種機(jī)械傳動(dòng)。根據(jù)傳 動(dòng)原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動(dòng)的摩擦型帶傳動(dòng)，也有靠帶與帶輪上的齒 相互嚙合傳動(dòng)的同步帶傳動(dòng)。 帶傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動(dòng)平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動(dòng) 力，且其造價(jià)低廉、不需潤滑、維護(hù)容易等特點(diǎn)，在近代機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用十分廣泛。摩 擦型帶傳動(dòng)能過載打滑、運(yùn)轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確（滑動(dòng)率在 2%以下） ；同步帶 傳動(dòng)可保證傳動(dòng)同步，但對(duì)載荷變動(dòng)的吸收能力稍差，高速運(yùn)轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動(dòng)除用 以傳遞動(dòng)力外，有時(shí)也用來輸送物料、進(jìn)行零件的整列等。 傳動(dòng)帶的種類通常是根據(jù)工作機(jī)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(dòng)帶滿足傳動(dòng)需要時(shí)，則可根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 用，以及市場(chǎng)的供應(yīng)等因素，綜合選定最優(yōu)方案。 但是考慮到電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，圓盤的轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相差較大，即所需的 傳動(dòng)比必須要大，所以帶傳動(dòng)方案不合適。 二、齒輪傳動(dòng) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中應(yīng)用最廣的一種傳動(dòng)形式。它的傳動(dòng)比較準(zhǔn)確，效率高，結(jié) 構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。 齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)：瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定。非圓齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比能按需要的變化規(guī)律 來設(shè)計(jì)。傳動(dòng)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(dòng)；功率從小于 1W 到 105KW。傳動(dòng)效率高。一對(duì)高精度的漸開線圓柱齒輪，效率可達(dá) 99%以上結(jié)構(gòu)緊湊，適 用于近距離傳動(dòng)。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(jī)床，刀具和量儀等，故制造工藝復(fù)雜，成本高。精度不高的齒輪，傳動(dòng)時(shí) 的噪聲，振動(dòng)和沖擊大，污染環(huán)境。無過載保護(hù)作用 齒輪傳動(dòng)類型有 1.圓柱齒輪傳動(dòng) 用于平行軸間的傳動(dòng)，一般傳動(dòng)比單級(jí)可到 8，最大 20，兩級(jí)可到 45，最大 60， 三級(jí)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(jí)效率為 0.960.99。直齒輪傳動(dòng)適用于中、低速傳動(dòng)。斜齒輪傳動(dòng)運(yùn) 轉(zhuǎn)平穩(wěn)，適用于中、高速傳動(dòng)。人字齒輪傳動(dòng)適用于傳遞大功率和大轉(zhuǎn)矩的傳動(dòng)。圓柱 齒輪傳動(dòng)的嚙合形式有 3 種：外嚙合齒輪傳動(dòng)，由兩個(gè)外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相反； 內(nèi)嚙合齒輪傳動(dòng)，由一個(gè)內(nèi)齒輪和一個(gè)小的外齒輪相嚙合，兩輪的轉(zhuǎn)向相同；齒輪齒條 傳動(dòng)，可將齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)變?yōu)辇X條的直線移動(dòng)，或者相反。 2.錐齒輪傳動(dòng) 用于相交軸間的傳動(dòng)。單級(jí)傳動(dòng)比可到 6，最大到 8，傳動(dòng)效率一般為 0.940.98。直齒錐齒輪傳動(dòng)傳遞功率可到 370 千瓦，圓周速度 5 米/秒。斜齒錐齒輪傳 動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，齒輪承載能力較高，但制造較難，應(yīng)用較少。曲線齒錐齒輪傳動(dòng)運(yùn)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(dòng) 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 9 用于交錯(cuò)軸間的傳動(dòng)。單級(jí)傳動(dòng)比可到 10，最大到 100，傳遞功率可到 750 千瓦， 傳動(dòng)效率一般為 0.90.98，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(yīng)用于汽車和拖拉機(jī)的傳動(dòng)中。 4.螺旋齒輪傳動(dòng) 用于交錯(cuò)間的傳動(dòng)，傳動(dòng)比可到 5，承載能力較低，磨損嚴(yán)重，應(yīng)用很少。 5.蝸桿傳動(dòng) 交錯(cuò)軸傳動(dòng)的主要形式，軸線交錯(cuò)角一般為 90。蝸桿傳動(dòng)可獲得很大的傳動(dòng)比， 通常單級(jí)為 880，用于傳遞運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá) 1500；傳遞功率可達(dá) 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(dòng)工作平穩(wěn)，傳動(dòng)比準(zhǔn)確，可以自鎖， 但自鎖時(shí)傳動(dòng)效率低于 0.5。蝸桿傳動(dòng)齒面間滑動(dòng)較大，發(fā)熱量較多，傳動(dòng)效率低，通 常為 0.450.97。 6.圓弧齒輪傳動(dòng) 用凸凹圓弧做齒廓的齒輪傳動(dòng)?？蛰d時(shí)兩齒廓是點(diǎn)接觸，嚙合過程中接觸點(diǎn)沿軸線 方向移動(dòng)，靠縱向重合度大于 1 來獲得連續(xù)傳動(dòng)。特點(diǎn)是接觸強(qiáng)度和承載能力高，易于 形成油膜，無根切現(xiàn)象，齒面磨損較均勻，跑合性能好；但對(duì)中心距、切齒深和螺旋角 的誤差敏感性很大，故對(duì)制造和安裝精度要求高。 7.擺線齒輪傳動(dòng) 用擺線作齒廓的齒輪傳動(dòng)。這種傳動(dòng)齒面間接觸應(yīng)力較小，耐磨性好，無根切現(xiàn)象， 但制造精度要求高，對(duì)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(dòng) 具有動(dòng)軸線的齒輪傳動(dòng)。行星齒輪傳動(dòng)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(dòng)，少齒差行星齒輪傳動(dòng)，擺線針輪傳動(dòng)和諧波傳動(dòng)等。行星齒輪傳 動(dòng)一般是由平行軸齒輪組合而成，具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn)，輸入軸和輸出軸可在同 一直線上。其應(yīng)用愈來愈廣泛。 根據(jù)電動(dòng)機(jī)與圓盤的傳動(dòng)需求，暫定選擇圓柱齒輪。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 2.1.3 平移機(jī)構(gòu)方案選擇 平移機(jī)構(gòu)選擇的機(jī)構(gòu)是滾珠絲杠絲杠和導(dǎo)軌機(jī)構(gòu)，聯(lián)軸器的一端與平移步進(jìn)電機(jī) 軸固接，另一端與絲杠一端固接，步進(jìn)電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械手在絲杠上橫向移動(dòng)， 光軸作為導(dǎo)軌控制方向。 按照國標(biāo) GB/T17587.3-1998 及應(yīng)用實(shí)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(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)；或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的執(zhí)行元件， 并具有傳動(dòng)效率高，定位準(zhǔn)確等。 滾珠絲杠軸承為適應(yīng)各種用途，提供了標(biāo)準(zhǔn)化種類繁多的產(chǎn)品。廣泛應(yīng)用于機(jī)床， 滾珠的循環(huán)方式有循環(huán)導(dǎo)管式、循環(huán)器式、端蓋式。預(yù)壓方式有定位預(yù)壓（雙螺母方式、 位預(yù)壓方式） 、定壓預(yù)壓。 可根據(jù)用途選擇適當(dāng)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(gè)等級(jí)）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(gè)等級(jí)） 。另外，為應(yīng)付用戶急需交貨的情況，還有已對(duì)軸端部進(jìn)行了加工的 成品，可自由對(duì)軸端部進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)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(chǔ)，從材料、熱處理、制造、檢查至出 貨，都是以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠繁Ｖ贫葋砑右怨芾?，因此具有高信賴性?山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 11 圖 2-5 絲杠導(dǎo)軌 2.2 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)主要包括了升降機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、平移機(jī)構(gòu)。升降機(jī)構(gòu)主要 有步進(jìn)電機(jī)、鋼絲繩、卷筒、減速器及制動(dòng)器等。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)電機(jī)、帶輪、圓 盤、皮帶等。平移機(jī)構(gòu)主要有步進(jìn)電機(jī)、絲杠、導(dǎo)軌、聯(lián)軸器等 。 2.2.1 升降機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 一、升降電動(dòng)機(jī)的選擇 1、機(jī)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(jī)械 效率 加減速時(shí)間 比 A 75kg 0.15m 1kg 0.9 0.5 運(yùn)動(dòng)距 離 L 減速機(jī) 減速比 i 每次定位時(shí) 間 t 外力 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 機(jī)械效率 G 6.5m 0.7 1 0.2s 0 表 2-1 機(jī)械結(jié)構(gòu)參數(shù) 1) 速度曲線 加速時(shí)間 Att*0=0.1s 2) 步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)速 減速機(jī)輸出軸角加速度 02)/(tDL=195rad/s 2 減速機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速 N=100rpm 步進(jìn)電機(jī)輸出軸角加速度 iM=195rad/s 2 步進(jìn)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速 N100rpm 3) 計(jì)算負(fù)載轉(zhuǎn)矩 減速機(jī)軸向負(fù)載 F=Mg=73.5N 減速機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩 MNFDTL1.62 步進(jìn)電機(jī)軸負(fù)載轉(zhuǎn)矩 iGM7.8 4) 步進(jìn)電機(jī)軸加速轉(zhuǎn)矩計(jì)算 鋼絲繩及工作物慣量 084.21DJMkg 2m 滾筒的慣量 2.8kg 折合到減速機(jī)軸的負(fù)載慣量 21087.JML 步進(jìn)電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)矩 mNTG3.4 步進(jìn)電機(jī)功率計(jì)算 VgN 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 13 通過上網(wǎng)查閱資料：選擇三相混合式步進(jìn)電機(jī)，型號(hào)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(dòng)時(shí)間計(jì)算 啟動(dòng)時(shí)間為： 201212.38iDGQcMntjqq （2-5） 其中： 2222124.03.087.mkgGDzid 靜力矩為： mNiQMj 17.085.3126020 有效啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： eq 64.5.1stq 347.085.31260.157.064.82.3 2 工業(yè)領(lǐng)域一般要求升降機(jī)構(gòu)啟動(dòng)時(shí)間為 1s5s，計(jì)算 qt<1s，在電氣設(shè)計(jì)方面，可 以適當(dāng)增加啟動(dòng)電阻，來增長啟動(dòng)時(shí)間，因此，此處所選電動(dòng)機(jī)合適。 4.制動(dòng)時(shí)間計(jì)算 制動(dòng)時(shí)間計(jì)算公式： 20212.38iDGQcMnt ljezz 式中： mNiDGQhj 126.085.3126020 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 s iDGQcMnt ljezz34.0 5.3128.061042.15.7.65.1820. 2221 當(dāng)起升速度小于 min時(shí)， .zt， zt，故經(jīng)計(jì)算驗(yàn)證該電機(jī)滿足要 求。 二、鋼絲繩的選擇 鋼絲繩斷裂拉力計(jì)算公式為： bibi Fnds42max 式中： a鋼絲繩所許可的最大斷裂拉力，N； id單根鋼絲線的直徑，mm； n鋼絲繩中鋼絲線的總根數(shù)；b 單根鋼絲線的抗拉強(qiáng)度，Pa； iF鋼絲繩的橫截面面積， 2m； 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(fù)載高達(dá) 800N，所以鋼絲繩所能承受的斷裂拉力應(yīng)大于最大負(fù)載 800N。選擇 鋼絲繩結(jié)構(gòu) IWS76，結(jié)構(gòu)簡圖： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 15 圖 2-6 鋼絲繩結(jié)構(gòu)簡圖 單根鋼絲的直徑為 4mm,鋼絲繩中鋼絲的總根數(shù) n 為 49 根，鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度 為 1670Pa。 IWS76型鋼絲繩破斷拉力為： N8.424.01679104.3323max ； 通過計(jì)算得知，選用 IWS型鋼芯鋼絲繩合適，因?yàn)榇虽摻z繩的斷裂拉力大 于所承受的負(fù)載，鋼絲多且細(xì)，且鋼絲繩的撓性好。 三、滾筒的選擇 滾筒直徑設(shè)定為：D=0.15m 選取滾筒時(shí)應(yīng)當(dāng)注意不宜選取長度太長的滾筒，原因是滾筒提升負(fù)載時(shí)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(xiàn)：張質(zhì)文等.起 重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：北京鐵道出版社，2001：201253.附表 13 選用 mD15.0，滾筒 容納鋼絲繩工字槽尺寸由附表 14-3 查得， mT13，槽底半徑 R6。 2.滾筒尺寸為： mLZDiHLh4181603426.3500 取整得 L； 公式中每個(gè)參數(shù)的意義及取值 附加安全系數(shù)0Z滾槽不切槽部 分長度 1L 滾筒計(jì)算時(shí)所 取直徑 0D 鋼絲繩倍率hi 2 160mm 161mm 1 表 2-2 公式中每個(gè)參數(shù)的意義及取值 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 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(jì)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(jì)算方法計(jì)算： mD139)06(1502.)6(02. 經(jīng)計(jì)算滾筒體壁厚取 m； 4.滾筒壁壓應(yīng)力校核： MPaTSy 32.401.5.8maxa 選用灰鑄鐵 HT200，最小抗拉強(qiáng)度 195bs=，許用壓應(yīng)力為：anby1305.9yymax 所以，抗壓強(qiáng)度是足夠的； 5.滾筒的抗拉強(qiáng)度的轉(zhuǎn)鼓強(qiáng)度。因?yàn)闈L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： mNLSMw 2.10872648.)2(1max 滾筒斷面系數(shù)為： 344 65105.1.0DWi 式中：D滾筒外徑， m； i滾筒內(nèi)徑， mdi 1202；MPaWMwl 32.0654187 合成應(yīng)力為： PaylL 50.13240.5.max 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 17 式中： l許用拉應(yīng)力為 MPanbl 5.3.19 綜上， ll 所以，該滾筒抗拉強(qiáng)度滿足要求； 因此，該滾筒參數(shù)設(shè)定為 滾筒直徑 mD150 滾筒長度 L48 滾筒槽形槽底半徑 R6 滾筒繩槽尺寸 T13 倍率 hi 2.2.2 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 旋轉(zhuǎn)步進(jìn)電機(jī)的選擇 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)考慮到旋轉(zhuǎn)平臺(tái)最多一次旋轉(zhuǎn)一周，所以，應(yīng)通過皮帶減速，旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 重量為 100kg，半徑為 1.5m，利用下面所給公式計(jì)算減速裝置所承受的轉(zhuǎn)矩： mNRFT14705.8910 減速裝置輸出功率計(jì)算 由公式： nP 計(jì)算得： kwT42.0957140減 減速裝置效率： ；95.01 電機(jī)功率： kwP4.0.2減 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：選 Y 系列（IP44）三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào) 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(jī)身重 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 量 0.75Kw 2.3A 910r/min 2 mN23kg 表 2-3 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)規(guī)格 電機(jī)與旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的總傳動(dòng)比為： ；152690總i 設(shè)計(jì)皮帶減速機(jī)構(gòu)，選擇合適的傳動(dòng)比。 2.2.3 平移機(jī)構(gòu)執(zhí)行元件選擇 一、平移步進(jìn)電機(jī)的選擇 聯(lián)軸器的一端與平移步進(jìn)電機(jī)軸固接，另一端與絲杠一端固接，步進(jìn)電機(jī)通電轉(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)帶動(dòng)機(jī)械手在絲杠上橫向移動(dòng)，光軸作為導(dǎo)軌控制方向。 選擇絲杠作為水平移動(dòng)的元件，絲杠參數(shù)為：有效導(dǎo)程長 2m，絲杠重量為 5kg， 平移步進(jìn)電機(jī)功率的計(jì)算公式可以根據(jù)參考文獻(xiàn)：璞良貴等.機(jī)械設(shè)計(jì).北京：高等教育 出版社，2006：8486. 公式 ： 60ejVFP 式中： 步進(jìn)電機(jī)軸承受的負(fù)載，800N；e 步進(jìn)電機(jī)的轉(zhuǎn)速， ；Vmin. 步進(jìn)電機(jī)所需靜功率，Kw； jP 機(jī)械效率，0.952； 由公式 2-3 計(jì)算得， WVFPej 8460 查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：選擇 110 系列兩相混合式步進(jìn)電機(jī)型號(hào) 110HS12,技術(shù)規(guī)格見 下表： 步距角 保持轉(zhuǎn) 額定電 轉(zhuǎn)子慣 定位轉(zhuǎn) 電機(jī)重 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 19 矩 流 量 矩 量 () N.M A Kg.cm2 g.cm Kg 1.8 12 5 4 3 5 表 2-4 步進(jìn)電機(jī)技術(shù)規(guī)格 二、聯(lián)軸器的選擇 要使電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，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(jì)算得出： cmc itnJT5.91.ax 式中: 所求聯(lián)軸器的摩擦力矩， ；cTN 平移步進(jìn)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩，n m 平移步進(jìn)電機(jī)所能承受的最大轉(zhuǎn)矩， ；max nTT)4.382(ax 平移步進(jìn)電機(jī)軸上電機(jī)轉(zhuǎn)子額定傳動(dòng)慣量， ；J kg 平移步進(jìn)電機(jī)銘牌上的額定轉(zhuǎn)速， ；mn minr 平移步進(jìn)電機(jī)軸至聯(lián)軸器的傳動(dòng)比和傳動(dòng)機(jī)械效率；ci, t起動(dòng)、制動(dòng)時(shí)間，s； mNnPTm5.310.9539503max 所以， mN itJTcmc65.34105.94.1. )4(max 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 2.3 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 下圖是立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)的機(jī)械機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)簡圖。 圖 2-7 運(yùn)輸系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖 2.3.1 升降機(jī)構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)計(jì)算 導(dǎo)軌應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求有：導(dǎo)向精度和精度保持度、剛度和承載能力、摩擦力要 小、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、制作要方便等。 本設(shè)計(jì)選用的是直線導(dǎo)軌，導(dǎo)軌的界面形式如下 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 21 表 2-5 直線導(dǎo)軌截面形狀 升降機(jī)構(gòu)的導(dǎo)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(dǎo)軌作設(shè)計(jì)方案。 這里我們選用導(dǎo)軌尺寸 表 2-6 導(dǎo)軌截面參數(shù) 導(dǎo)軌長度為 2000mm 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 常用的導(dǎo)軌材料主要有鑄鐵、鋼和塑料等。這里我們選用的是鋼，鋼導(dǎo)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 HRC5258；（2）15、20Cr 等，滲碳淬硬至 HRC5662。 以下是導(dǎo)軌面的受力計(jì)算： 導(dǎo)軌的損壞模式主要是磨損，磨損與導(dǎo)軌面所承受的壓強(qiáng)有很大關(guān)系。此外，導(dǎo)軌 面的接觸形變也與壓強(qiáng)近似的成正比。因此，在初選導(dǎo)軌尺寸以后，要根據(jù)尺寸計(jì)算導(dǎo) 軌所受壓強(qiáng)，使其在可承受范圍內(nèi)。 1、受力分析 通常導(dǎo)軌受力比較復(fù)雜，力的作用點(diǎn)大多數(shù)不在導(dǎo)軌的中心。首先把這些力換算為 作用在導(dǎo)軌中心的里 P 和力矩 M。 圖 2-8 導(dǎo)軌受力分析 2、壓強(qiáng)的計(jì)算 大多數(shù)情況下，導(dǎo)軌的剛度遠(yuǎn)大于接觸剛度，可以只考慮變形對(duì)壓強(qiáng)分布的影響。 沿導(dǎo)軌上的直線變形和壓強(qiáng)可視為線性分布，寬度上為均布。故在動(dòng)導(dǎo)軌上的壓強(qiáng)為： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 23 它們應(yīng)該小于許用壓強(qiáng)。 2.3.2 升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)的工作平臺(tái)設(shè)計(jì) 工作平臺(tái)主要靠升降機(jī)構(gòu)帶動(dòng)進(jìn)行豎直方向上的升降運(yùn)動(dòng)，從而使平臺(tái)上的平移機(jī) 構(gòu)可以帶動(dòng)夾持機(jī)構(gòu)夾持自行車。 工作平臺(tái)的尺寸初定為 2000mm，寬度 1000mm，厚度 20mm 的矩形鋼板。 平臺(tái)受力分析如圖： 圖 2-9 平臺(tái)受力分析 假設(shè)平臺(tái)承受最大臨界力 Fmax=M=50Kg 在校核軸的危險(xiǎn)截面時(shí)，由于平臺(tái)所受的彎 矩可以忽略不計(jì)，只進(jìn)行剪切強(qiáng)度的校核，軸的切應(yīng)力： = 因?yàn)檩S的兩側(cè)受到對(duì)稱切應(yīng)力，所以 0.62MPa = 2 = 查閱機(jī)械工程手冊(cè)得 45#鋼調(diào)制處理的許用切應(yīng)力為 30-40MPa,所以平臺(tái)滿足強(qiáng)度 要求。 2.3.3 旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)圓盤設(shè)計(jì) 圓盤是承載整個(gè)升降平移機(jī)構(gòu)的機(jī)構(gòu)，而且還需要實(shí)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的功能。 初選為圓盤直徑為 1000mm，厚度為 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： 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 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(yīng)力 =Fmax A=3.78 MPa 查閱機(jī)械工程手冊(cè)得 45#鋼調(diào)制處理的許用切應(yīng)力為 30-40MPa,所以圓盤滿足強(qiáng)度 要求。 2.3.4 平移機(jī)構(gòu)絲杠機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 平移機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要就是絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算，首先從絲杠的選型開始： 初步選取絲杠公稱直徑 20mm，導(dǎo)程 5mm。 滾珠絲杠的工作長度計(jì)算： 余 量行 程工 作 臺(tái) llLm740230 絲杠的工作載荷： F=400N 由于兩方向絲杠的公況為，每天開機(jī)十二小時(shí)，每年 300 個(gè)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(yù)緊采用雙螺母型，圓螺母調(diào)隙，導(dǎo)珠管 凸出式，3 級(jí)精度，定位滾珠副，絲杠材料： 鋼； 滾道硬度為 5862HRC，nrWMC 螺紋右旋， 型號(hào),5.0,1.3,381.2,4,20 DwkjmDPmd sWh 39 為 CLT-2004-3.5-P3， 。NCoaa24750 絲杠的傳動(dòng)精度為 .h8hT 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 25 絲杠的轉(zhuǎn)速： min/250rn 絲杠的工作載荷： F=400N 絲杠的校核： 壽命計(jì)算： 8501.4FKCnLHhoe 滿足壽命要求。 式中 F軸向載荷，取 F800N; 壽命系數(shù),hK1072.3)5/(/hL 工作壽命,取 =15000Lh 載荷系數(shù),取 =1.2FFK 動(dòng)載荷硬度影響系數(shù),取 =1.0H H 短行程系數(shù),取 =1.0LL 轉(zhuǎn)速系數(shù),取 =0.5107nKn 靜載荷條件計(jì)算: 2470960FKCHa 滿足條件 螺母長度 72mm, , 余程為 10mmmPh4 X 方向螺紋長度 mL74012300 取支撐跨矩 l761 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: ml8901 絲杠全長最大為 910mm FF 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(dòng)臨界轉(zhuǎn)速: 22291030cccr LdfKeAEILfn 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 查表 ，73.42f mDdw 0174.4.1738.202.102 LC 6.03in/250in/1.576.047.49122 rrncr 預(yù)拉深量：取溫升 o5.3 螺紋深長量: 6.045um7.5310.26utulta 絲杠的全長深長量： tu 91.8.5.6 取預(yù)拉伸量： um5.4 預(yù)拉伸力： NLEAFt 3801.74.001.215.460 所選絲杠預(yù)拉伸力滿足要求。 3 立體自行車庫運(yùn)輸系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)選用的是單片機(jī)控制。 自行車立體車庫的系統(tǒng)控制原理：操作者(人)要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(tái)(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(shí)別的控制信息通過輔助設(shè)備驅(qū)動(dòng) 執(zhí)行結(jié)構(gòu)，來完成立體自行車庫現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)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(duì)象首先是車庫內(nèi)的橫移電機(jī)、 旋轉(zhuǎn)電機(jī)和升降電機(jī)，控制系統(tǒng)就是使它們?cè)诓煌臅r(shí)間內(nèi)實(shí)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(shè)施等。為了保證載工作平臺(tái)能橫移到預(yù)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(guān)。為了判斷載車板上有無車輛， 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 27 采用了光電開關(guān)。本設(shè)計(jì)的自行車庫選用按鈕操作，界面清楚，易于操作。同時(shí)在車庫 中還采用了一些傳感器如煙溫傳感器以及安全預(yù)警裝置，因本系統(tǒng)只有開關(guān)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(jī)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 3.2 立體型車庫運(yùn)輸系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.2.1 控制系統(tǒng)各部分步進(jìn)電機(jī)控制方案設(shè)計(jì) 步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的接口接收一定頻率的脈沖信號(hào)，DIR 接口接收到高電平信號(hào)，步 進(jìn)電機(jī)保持正轉(zhuǎn)，平移（旋轉(zhuǎn)、升降）機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)指定功能，到指定位置后，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器 使能端 ENA 變?yōu)榈碗娖?，步進(jìn)電機(jī)軸抱死，實(shí)現(xiàn)制動(dòng)。在其他部分實(shí)現(xiàn)一定功能后，間 隔一定時(shí)間，步進(jìn)驅(qū)動(dòng)器使能端 ENA 變?yōu)楦唠娖?，步進(jìn)電機(jī)軸自由，DIR 接口轉(zhuǎn)變?yōu)榈?電平信號(hào)，步進(jìn)電機(jī)實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，平移（旋轉(zhuǎn)、升降）機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)回縮恢復(fù)原位功能。 3.2.2 單片機(jī)選型及 I/O 口分配 單片機(jī) I/O 口是最為重要的控制端口，是單片機(jī)實(shí)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(shè)計(jì)的需要，對(duì)單片機(jī)的型號(hào)是：英特爾公司的 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 MCS-51 系列單片機(jī)，128BRAM，16 個(gè) 2 位定時(shí)器，計(jì)數(shù)器和 5 個(gè)中斷源，還有 4 個(gè) 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(shè)計(jì)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(jìn)電機(jī)脈沖接收端 P2.0 升降步進(jìn)電機(jī)脈沖接收端 P1.1 平移步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向 P2.1 升降步進(jìn)電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)方向 P1.2 平移步進(jìn)電機(jī)使能端 P2.2 升降步進(jìn)電機(jī)使能端 表 3-1 I/O 分配表 3.2.3 步進(jìn)電機(jī)控制程序 (1)以下程序語句可以實(shí)現(xiàn)步進(jìn)電機(jī)的正反轉(zhuǎn)、電機(jī)抱死和脈沖頻率的控制； #include sbit mai=P10; sbit Forward=P11; sbit en=P12; unsigned int i=0,j=0; unsigned char Count=0 ; unsigned int Count2=0 ; void main() Time0_Init(); while(1) if(Count2=2) mai=1; Count=0; mai=0; else if(Count2>10000 Count=0; mai=0; Else en=0; 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 (2) 定時(shí)程序語句可以比較精確的控制步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，C 語言程序如下； void Time0_Init() TMOD = 0 x01; TH0 = 0 xFE; TL0 = 0 x33; IE = 0 x82; TR0 = 1; void Time0_Int() interrupt 1 TH0 = 0 xFE; TL0 = 0 x33; Count+; Count2+; 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 31 4 總 結(jié) 經(jīng)過近兩個(gè)月的設(shè)計(jì)工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)主要完成了以下任務(wù)： （1）完成了立體自行車庫總體方案的設(shè)計(jì)； （2）完成了自行車立體車庫零部件設(shè)計(jì)和繪制； （3）完成了控制部分的設(shè)計(jì)與原理圖的繪制； （4）撰寫了設(shè)計(jì)說明書； （5）完成了實(shí)物模型的加工、安裝。 傳統(tǒng)的停車場(chǎng)如自行車停車架或者停車棚之類的存在太多缺點(diǎn)，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(chǎng)將會(huì)占用大范圍的 土地面積，本次設(shè)計(jì)的立體自行車庫充分參考了日本地下立體自行車庫的設(shè)計(jì)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(dāng)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(shè)計(jì)的自行車立體車庫機(jī)構(gòu)簡單，利用了簡單的升降、旋轉(zhuǎn)以及平移機(jī)構(gòu)，加工 簡單，安裝方便，適合應(yīng)用在各種自行車停車場(chǎng)所。存放簡單，只需要 20 多秒就可以 存取成功，省時(shí)省力。 在設(shè)計(jì)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(dǎo)老師的幫助，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。但是自己的動(dòng)手操作能力還是不足，設(shè)計(jì)方 案存在不合理之處，設(shè)計(jì)中還是有許多的不足之處，希望讀者們批評(píng)指正。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 32 謝辭 本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在劉輝老師的悉心指導(dǎo)下完成。從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題、查閱文獻(xiàn)、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(duì)我們很有幫助的建議。劉老師嚴(yán) 謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，淵博的學(xué)識(shí)，誨人不倦的教學(xué)精神，平易近人、寬以待人和豁達(dá)的胸懷， 在學(xué)術(shù)上和為人上都是我的楷模和榜樣，他實(shí)事求是的作風(fēng)，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(shè)計(jì)期間腳傷不能來校，但是還是在網(wǎng)上對(duì)我們進(jìn)行 設(shè)計(jì)指導(dǎo)，最后帶傷來到學(xué)校進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)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(shè)計(jì)對(duì)于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實(shí)際的設(shè)計(jì)思想訓(xùn)練綜合運(yùn)用機(jī)械設(shè)計(jì)和有 關(guān)先修課程的理論結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際關(guān)系和解決工程實(shí)際問題的能力鞏固、加深和擴(kuò)展有關(guān) 機(jī)械設(shè)計(jì)方面的知識(shí)等方面有重要的作用。 此外，我還要感謝我大學(xué)四年所有基礎(chǔ)課和專業(yè)課老師們，是他們傳授給我扎實(shí)的 基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)。 其次，我要感謝我的同學(xué)們，尤其同組的張圣賢同學(xué)、孫碩添 同學(xué)和郭長帥同學(xué)，彌補(bǔ)了我動(dòng)手能力上的不足，在設(shè)計(jì)加工的過程中，在孫碩添同學(xué) 的幫助下學(xué)會(huì)了很多工具的使用。實(shí)驗(yàn)室的其他小組的同學(xué)們也給了我們?cè)S多幫助。小 組同學(xué)通力合作，共同努力，才完成了本次畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后，我想對(duì)我所有的老師，我的同學(xué)們致以最誠摯的感謝，我的家人和朋友們幫 助我學(xué)習(xí)，我成功路上的每一步都源于你們的支持和幫助！ 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 33 參考文獻(xiàn) 1.濮良貴，紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì)M 北京：高等教育出版社 2.李正吾等編著.機(jī)電一體化技術(shù)及其應(yīng)用 M.機(jī)械工業(yè)出版社，1990 3. 高鐘毓. 機(jī)電控制工程. 北京：清華大學(xué)出版社 4. 張春雷.電機(jī)選用安裝與故障檢修，北京，中國電力出版社，2007 5. 成大先 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè).單行本.機(jī)械傳動(dòng)M 北京：化學(xué)工業(yè)出版社 6. 王芳卿.立體停車庫及其控制.電器傳動(dòng)，1998 7. 國家機(jī)械工業(yè)局，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)簡易升降類機(jī)械式停車設(shè)備1999 8. 梁庚煌.運(yùn)輸機(jī)械手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社. 1987 9. 張忠夫 機(jī)電傳動(dòng)與控制 2006 10. 陳位宮 工程力學(xué) 高等教育出版社 2000 11. 宋曼華等編，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算，機(jī)械與電子，2001 12. 中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部，機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械式停車設(shè)備類別、型式與基 本參數(shù)，1998 13. 中國重型機(jī)械工業(yè)協(xié)會(huì)，停車設(shè)備管理委員會(huì)編，機(jī)械式立體車庫，海洋出版 社， 2001 14. 付翠玉，關(guān)景泰，立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2005 第一章 建筑設(shè)計(jì) 本工程是根據(jù)西安建筑科技大學(xué)華清學(xué)院零四級(jí)土木工程專業(yè)畢 業(yè)設(shè)計(jì)“西安市高新區(qū)某科研辦公樓設(shè)計(jì)” 。設(shè)計(jì)組的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行 設(shè)計(jì)的。 1.1 工程概況 工程名稱：西安市高新區(qū)某科研辦公樓 第 2 頁 建設(shè)單位：某合資單位 建設(shè)場(chǎng)地：擬建建筑物位于西安市高新區(qū)，室外地坪設(shè)計(jì)標(biāo)高為 410.80m 建筑規(guī)模：總建筑面積約 9000 平方米，主體結(jié)構(gòu) 7 層，無地 下室 建筑類別：丙類 設(shè)計(jì)使用年限：50 年 抗震等級(jí)： 二級(jí) 抗震設(shè)防烈度：8 度; 1.2 氣象條件 1)冬季采暖室外計(jì)算溫度-5。 2)主導(dǎo)風(fēng)向：東北?；撅L(fēng)壓 0.35kN/ m2 3)基本雪壓：0.25kN/ m 2 4)年降雨量：632mm；日最大降雨量：92mm；時(shí)最大降雨量： 56mm；雨季集中在 9、10 月份。 5)土壤最大凍結(jié)深度 450mm 1.3 建筑設(shè)計(jì)說明 1.31 設(shè)計(jì)概要 本工程位于西安市高新區(qū)，擬建建筑物場(chǎng)地周圍有主次干道。 場(chǎng)地為 7000 平方米。建筑物四周進(jìn)行適當(dāng)?shù)木G化，并建有停車位、 第 3 頁 停車棚等。 本設(shè)計(jì)是科研辦公樓樓，應(yīng)根據(jù)建筑使用性質(zhì)、建設(shè)規(guī)模與標(biāo)準(zhǔn) 的不同，確定各類用房。主要由實(shí)驗(yàn)室、報(bào)告廳、資料室、辦公室、 開放辦公區(qū)、會(huì)議室、職