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商 丘 工學院 2015-JXLW 專業(yè)代碼-編號 本科畢業(yè)論文（設計）開題報告 一種彈簧配重的電動欄桿的設計 學 院 機械工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 學 號 學生姓名 指導教師 提交日期 2016年1月5日 商丘工學院本科畢業(yè)論文(設計)開題報告 學 院 機械工程 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 12級 1 班 論文(設計)題目 一種彈簧配重的電動欄桿的設計 學生姓名 學 號 指導教師 楊三序 職 稱 教授 課題類型 設計 課題來源 指導教師命題 選題背景(含國內外相關研究綜述及評價)與意義 近年來，隨著經濟的發(fā)展，我國的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車的數(shù)量不斷增加。截至2003年底，我國個人汽車保有量為12427672輛。其中，個人轎車4890387輛，比2002年增加1462441輛，增長率為42.7%。伴隨著經濟的發(fā)展汽車數(shù)量整在急劇增加，停車場作為交通設施的一部分，合理的停車場設計不僅解決了城市的額市容、交通、收費問題，也是小區(qū)加強安全和正常運營必不可少的一部分。由于科技的發(fā)展，社會文明的進步人們已經遠遠不能滿足傳統(tǒng)的停車場管理，更加安全，高效的停車大門系統(tǒng)和工作人員，是保證小區(qū)居民財產安全的一道屏障。 電動欄桿的工作原理：欄桿控制系統(tǒng)通過驅動電機轉動，再靠減速系統(tǒng)或機構把電機轉動變?yōu)闄跅U在垂直與水平之間的循環(huán)擺動。電動欄桿應具備自鎖、反饋、防護等功能，并有與多項附屬設備的接口。 電動欄桿的使用現(xiàn)狀:在公路的收費站處以及小區(qū)的入口處我們都能看見一個會自動升起和降落的類似閘門一樣的東西，這個就是電動欄桿。電動欄桿的發(fā)明大大方便了收費站的工作人員，他們只需要按下一個開關，就可以自由的控制電動欄桿的抬起和降落進而控制車輛的通過了，而不需要像以前那樣人工搬運阻礙物，既浪費時間又耗費體力。伴隨著城市化進程的加快，中國的基礎設施和小區(qū)建設越來越多，需要與之相配應的停車收費欄桿越來越多。 防撞車功能的電動欄桿：在欄桿臂下落至水平夾角大于15°的范圍內，如有車輛駛入線圈感應區(qū)，欄桿臂將自動抬起防止砸車。 必要性：停車場的自動電桿，由于使用頻繁會出現(xiàn)不同程度的損壞，從而影響它自身的使用壽命。其中防撞的要求日益需要解決。無論什么類型的停車場都有電動欄桿大門，電動欄桿大門不僅適用停車場各種小區(qū)，公寓門口都可以。其中，撞擊問題日益需要解決以增加其使用壽命，使其更好，更長時間的為我們服務。 2.發(fā)展前景 電動欄桿機是機械、電氣、控制有機結合的小型機電一體化設備，廣泛用于公路、橋梁、隧道、口岸、場區(qū)的禁行管理。電動欄桿系統(tǒng)設計的技術水平對產品的消耗功率、壽命次數(shù)、可靠性指標影響很大，所以設計開發(fā)時，對相應的關鍵技術設計必須有充分的理論依據。有了這種電動欄桿機可以減少工作人員的勞動強度，減少服務人員的勞動時間，提高車輛的通行效率，而且還可以避免車輛擁擠發(fā)生的撞車事故，可以避免因為人工操作不當導致的意外事故， 減少人與人之間的矛盾和摩擦，促進社會和諧進步。 3.選題的主要任務及目標 主要任務： 在電動欄桿的使用中，欄桿水平封閉位置時必須有自鎖功能防止人為抬升欄桿。國外先進的Magnetic欄桿產品采用的是單相可堵轉力矩電機，電機可在任意位置堵轉工作不會損壞電機，而且內有導熱良好的導熱脂，既可以把熱很快傳到外殼散熱，又能保證電機線圈不生銹?？看撕诵募夹g實現(xiàn)了其堵轉下持續(xù)工作鎖緊欄桿。原理是：電動機驅動欄桿轉到水平位置后，電機繼續(xù)延時加電l-2s，使連桿在水平鎖緊位置充分到位，而電機在此時輸出額定轉矩持續(xù)堵轉，之后控制電機輸入電流減小為額定電流的1／2，繼續(xù)維持擺桿向下的轉動力矩，電機還是堵轉工作只是功率減小，其力矩足以鎖定欄桿不被輕易抬起，其發(fā)熱量會通過電機殼散熱達到平衡，不會燒壞電機和影響壽命。欄桿處于水平鎖定位置時，如果設備斷電電機鎖緊力矩失去，欄桿被內部預先調緊的平衡彈簧拉起。國內一般水平的欄桿采用曲柄在連桿機構死點位置自鎖欄桿抬起，由于受機構精度和穩(wěn)定性影響，有時不可靠；而采用蝸輪蝸桿減速器的反向自鎖功能是很有效的方案。但缺點是停電后要靠人工回轉復位。如采用電機的制動裝置鎖緊，其體積大且可靠性、穩(wěn)定性要求高，一般較少采用。所以，可堵轉力矩電機的技術應用決定了欄桿自鎖技術水平，而這種電機設計尤為特殊且技術難度大。 高可靠高智能的防護功能為防止車輛水平沖撞欄桿時，破壞沖力傳遞到設備內的主要部件，損壞欄桿機主體，欄桿本身應有抗撞緩沖裝置，為防止欄桿誤動作后砸車或下落過程中傷人，在欄桿臂上安裝超聲波測距傳感器，實現(xiàn)轉動中緊?；蚍崔D來保護車輛或行人。也可采用高密聚氨脂材料做欄桿，既減輕了欄桿阻力和慣量，也緩沖了砸擊力量。 選題目標： 此畢業(yè)設計題目來源于生產實際，主要完成對確定彈簧配重的電動欄桿機構設計。對于生產的順利進行及生產效率、產品的精度保證起著至關重要的作用。因此，設計一種高精度的電動欄桿機具有較大的實用價值。設計的產品應達到GB/T 24973—2010《收費用電動欄桿》的技術要求。 4.選題研究的主要內容及擬解決的主要問題 主要內容： 彈簧平衡系統(tǒng)是在內部輸出軸上設計彈簧儲能機構——擺臂和彈簧裝置，靠內部平衡機構動態(tài)平衡欄桿升降時的阻力矩，使任意位置系統(tǒng)總力矩近似為零，充分利用動能和勢能的轉換，最大限度地減小驅動功率、滿足系統(tǒng)抗外加干擾載荷、延長機體壽命。因為欄桿阻力矩與轉動時的垂直轉角成正弦比例變化，所以，彈簧平衡系統(tǒng)也應跟蹤產生近似正弦比例的力矩。由于拉簧隨欄桿轉角變化，其拉力和力臂的大小方向都在變化，故力矩的動態(tài)變化無簡單規(guī)律可循。因而設計中出現(xiàn)了多個連續(xù)變量的理論計 算，必須采用有效的優(yōu)化設計思路。 在本次設計中，擬應用到的文獻涉及機械原理機械設計類，機械繪圖類，機械工程控制類，機械工程材料和力學以及彈簧配重的電動欄桿的資料，在設計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與彈簧配重的電動欄桿相關的技術以及現(xiàn)在國內外的發(fā)展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設計過程中進行合理的結構分析和設計方案的初步制定；最后，機器人臂設計過程中的所需材料的選擇，設計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關文獻資料中得到一些指導與幫助。 擬解決的主要問題:在前期得做好各項準備，要查閱大量的文獻了解彈簧配重的電動欄桿的的結構，并在CAD，上畫出這個零件，認真去了解它的結構，這當中就需要一些工具書比如機械手冊，以及有關教材及參考資料，最后如果有需要還可以選擇去工廠調研，以上條件具備完成本課題所需的工作條件。 5.主要參考文獻(須包括書名、作者、出版年和出版社名稱等) [1] 王安岑，武吉梅.畫法幾何與機械制圖[M].西安:陜西科學技術出版社[M]，2001 [2] 尚久浩. 《自動機械設計》[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社,2006． [3] 顧曉勤.工程力學ⅠⅡ[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2008． [4] 盧秉恒.機械制造技術基礎[M] ．北京：機械工業(yè)出版社,2008． [5] 單輝祖. 材料力學[M]．北京：高等教育出版社， 2010． [6] 吳琰琨. 液壓與氣動技術[M] ．北京：人民郵電出版社,2008． [7] 張建民.機電一體化系統(tǒng)設計[M].高等教育出版社，2001（2）：45～49. [8] 馮開平，左宗義.畫法幾何與機械制圖[M].華南理工大學出版社，200（3）：51～60. [9] 顧崇銜.機械制造工藝學[M].陜西科學技術出版社，1999（6）：11. [10] 哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室.理論力學[M].高等教育出版社，2002（4）：79～83. [11] 華東紡織工學院 哈爾濱工業(yè)大學 天津大學．機床設計圖冊[S]．上?？茖W技術出版社．1979（5）：15～21. [12] 康風清 ?電動欄桿系統(tǒng)設計的研究 [J]. 機械研究與應用. 2008(03) [13] 邱宣懷．機械設計[M]．高等教育出版社．2004（2）：49～51. [14] 李華，李煥峰．機械制造技術[M]．機械工業(yè)出版社出版．2003（5）：33～37 [15] 葉偉昌 ，林崗副．機械工程及自動化簡明設計手冊[S]．機械工業(yè)出版社出版．2008（2）：56～62. [16] ClavelR .Delta,a fast robot wth parallel geometry. TheInt. Symposium on in dustrial robots( ISIR),Sydney,Australia,1998,91-100. [17]SoedelW.Design and mechanics of compressor valves[M].Purdue University，West Lafayette，IN 47907，1984 [18]Graham T. Smith.CNC machining technology[M].London: Springer-Verlag， 1993：105-144. [19]Machine tool design handbook[M].New Delhi : Tata McGraw-Hill Publishing Co. Ltd.，1982：114-136. 6.在規(guī)定時間段內,論文(設計)內容進度計劃 2015.12.11—2016.1.6 完成開題報告。 2016.01.7—2016.02.20 進行課題研究或項目開發(fā)與設計，完成具體設計任務，并繪制相關設計圖紙，撰寫畢業(yè)論文。 2016.02.21—2016.04.14 中期檢查，內容包括：《選題表》、《任務書》、《開題報告》、《畢業(yè)論文（設計）進度表》、《文獻綜述》、《外文資料翻譯》和《畢業(yè)論文（設計）中期檢查表》。 2016.04.16—2016.05.05 完成提交畢業(yè)設計。 2016.05.06—2016.05.25 答辯。 指導教師意見 指導教師簽字: 年 月 日 教研室意見 教研室主任簽字: 年 月 日 備注: 1.課題類型分為論文、設計。 2.課題來源分為自擬、指導教師命題、教育廳項目等等。