机械毕业设计（论文）-一种停车场用电动栏杆设计【说明书+cad+solidworks】 29页

本科生毕业论文（设计）一种停车场用电动栏杆的设计学院：专业：班级：学生姓名：指导老师： 完成曰期:商丘工学院本科生毕业论文（设计）摘要机械工业是一个国家的重要产业，机械工业的发展无时不刻都在影响着国家经济的发展，人类的进步离不开机械工业的发展。在全球经济发展的大环境下，中国各个行业被其他国家的先进技术影响的同时，越来越多的外国企业和品牌传播到中国己经成为现实。在新的市场需求的推动不，对一种停车场用电动栏杆进行改良和优化是当务之急。生产一种停车场用电动栏杆的企业，必须充分考虑到在一种停车场用电动栏杆运行中可能出现的问题，尽量使一种停车场用电动栏杆的自动化程度越高越好，从面减少人工时间，国内一种停车场用电动栏杆的研发及制造要与全球号召的高效经济、安全稳定主题保持一致。目前，国内一种停车场用电动栏杆的研发也在向朝着运行高速化、功能复合化、控制智能化的方向发展，廉价，简单，方便成了一种停车场用电动栏杆发展的主题。木次设计在题目是一种停车场用电动栏杆的设计，通过初期的制定该电动栏杆的方案，然后进行细化，对标准件例如电动缸、轴承进行选型计算，然后对该电动栏杆里而的关键零部件例如机架和轴等进行校核计算分析，通过这一系列的论证，从而来证明该电动栏杆的可行性和可借鉴性。 关键i司：一种停车场用电动栏杆，方案，校核，分析 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）AbstractMachineryindustryisanimportantindustryofacountry，thedevelopmentofthemachineryindustryhasbeenaffectingthedevelopmentofthenationaleconomy，human’sprogresscannotbeseparatedfromthedevelopmentofthemechanicalindustry.Intheglobaleconomicdevelopmentenvironment,China’svariousindustriesareaffectedbytheadvancedtechnologyofothercountriesatthesametime，moreandmoreforeignenterprisesandbrandspreadtoChinahasbecomeareality.Inthepromotionofthenewmarketdemand，theproductionlineofthecarferryforimprovementandoptimizationisapressingmatterofthemoment.Productionlineferrycarenterprisesmustgivefullconsiderationtotheproblemsthatmayariseintheproductionlineferrycarrunning,trytomaketheautomationofproductionlinecarferry,thehigherthebetter,soastoreducethetimeofmanualhandlingproducts，domesticproductionlineferrycarresearchandmanufacturingtoandcallforaglobal，economic，safeandstablethemeconsistent.Atpresent，theresearchanddevelopmentofdomesticproductionlineferrycaralsototowardhigh-speedoperation,multiplefunctions,controlthedirectionofthedevelopmentofintelligent，cheap,simpleandconvenienttothethemeoftheproductionlineferrycardevelopment.Thisdesigntopicisferrycarproductionlinedesign，throughtheearlyestablishmentoftheferrycarschemeandrefinement,ofstandardpartssuchasbearingmotorsandmadetheselectionandcalculation,thenontheferrycarkeypartssuchastheframeandtheaxleandcheckingcalculationandfiniteelementanalysis,throughthisaseriesofprooftoprovethefeasibilityofthisproductionline，theswingcarandreference.Keywords；productionlineferrycar;scheme;check;finiteelementanalysis 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）、Caxa工程图文档⑻A3-电順A3-顶板.A3-孚蛇.^S.dwgdwgdwgA3•竖板.图纸合集.dwgDWG』JPEG图像（1）三雜图.JPG——I"MicrosoftWord97•2003*^(1)说明书.doc-文件夹WSW三维图 全套设计，请加12401814目录LIAbstractIIU者i仑11.1研究的目的和意义11.2国内外研宂现状21.3主要内容21.4单片机控制系统简介31.5单片机的组成和特点42—种停车场用电动栏杆总体结构的设计52.1停车场用的电动栏杆的总体方案图52.2停车场用电动栏杆的工作原理82.3机械传动部分的设计计算112.3.1电机的设计计算132.3.2键的选择152.3.3螺栓的计算162.3.4转轴的设计172.3.5曲柄摇杆机构的设计183零部件强度的校核183.1轴承强度的校核183.1.1滚动轴承的选择193.1.2寿命校核194设计总结205停车场用电动栏杆控制电路的设计225.1系统电路的设计23 5.2传感器的设计26賤28義29301绪论1.1研宄的目的和意义工业的发展带来了一场新的革命，继西方资本主义国家生产研发出第一款停车场用电动栏杆之后，德国的施耐辞公司也看到了电动栏杆的利润所在，投入了相当大的人力和精力来开发研制电动栏杆，并且与二十世纪中期投入到了世界各国等市场。当前，全世界各大电动栏杆生产厂商为了提高产品的竞争力，都大力进行电动栏杆的研发工作。现在国外等著名电动栏杆的品牌中，都有电动栏杆的销售，全世界电动栏杆的应用越来越广泛。有一点值得注意的是，电动栏杆的市场，由最初的日本，欧洲，已经渗透到北美市场，因此电动栏杆是当今生产加工企业比配的设备己经成为主要趋势。西方资本主义国家有巨大的电动栏杆销售市场，电动栏杆生产工业是西方资本主义国家的机械工业之一。机械研宄领域的发展与时俱进，一些专业知识是必不可少的。但是过度的专业知识分割，使视野狹隘，可以多多参加技术交流，和参加科研项目，缩小范围，提升新技术的进步和整个块的技术，提高外部条件变化的适应能力。封闭的专业知识的太狭隘，考虑的问题太特殊，在工作中协调困难，不利于自我提高。因此，自上世纪第二十年代末，出现了一体化的趋势。人们越来越重视基础理论，拓宽领域，对专业合并的分化。机械工程可以增加产量，提高劳动生产率，提高生产的经济效益为H标，并研制和发展新的机械产品。在未来，新产品的开发，降低资源消耗，清洁的可再生能源，成本的控制，减少或消除环境污染作为一个超级经济目标和任务。电动栏杆自从上世纪九十年代开始就陆续地被应用在农业方面，但传统的电动栏杆由于传动精度不高，速度缓慢，有好多工厂仍然采用人工升降的方式，这种人工升降的方式劳动效率低下，所以此次设计的电动栏杆，在传统的电动栏杆的基础上进行改进创新，应用合理的结构以及动力机构，从而来克服以往的电动栏杆所不能克服的问题，对后续的电动栏杆的设计制造有一定的参考意义和价值。 1.2国内外研宄现状国外的电动栏杆技术始于六十年代，到七十年代己经发展成熟，八十年代中期，大部分电动栏杆都可以实现栏杆的自动升降，泰国金衫公司的卧式电动栏杆，升降高度可调。八十年代中期后的一、两年，电动栏杆的研发技术发展到了鼎盛时期，从而诞生丫世界上一些著名的电动栏杆厂家，1987年，口本最大的电动栏杆加工公司把电动栏杆投放市场，获得成功。美洲的BDJE公司也将新开发的电动栏杆投入亚洲市场取得了巨大的成功。电动栏杆自1795年被发明以来，经过两个世纪的发展，己被世界各国的电动栏杆加工行业广泛采用。特别是第三次工业革命带来了新材料、新技术的应用，使电动栏杆的发展步入了一个新纪元。随着时代的发展，电动栏杆在国外将会得到越来越广泛的应用和发展。目前国内外常见的电动栏杆有以下几种，下图1-1、1-2即为电动栏杆的图片：2-1电动栏杆 2-2电动栏杆1.3主要内容木次设计的电动栏杆适用于公路用，主要内容包括电动栏杆的整机设计和主要零部件的设计以及控制电路的设计。该产品为左侧型，适合使用温度为A级，横杆长度为5m，栏杆生气时间为6s，无故障起落次数不小于500000次，能手动升起栏杆。1.4单片机控制系统简介STC89C51是一种使用兼容8051核的ISP（InSystemProgramming）在系统可编程芯片，其可以工作的时钟频率在几MHz到几十MHz内，其内部的FLASH存储器是专用的程序存储器，大小根据不同的系列是有所不同的，器件完全兼容标准的MCS-51指令系统及C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和TSPFlash存储单元,具有在系统可编程（ISP）特性，在使用专用的单片机程序下载程序通过TTL电平方式就可以将程序下载到单片机中，8051单片机的时钟周期有12T和6T现在新型的还有1T的。但是时钟周期并不影响单片机的算术和逻辑兼容性。只是处理器的单周期时间不一样而已。STC89C51单片机的实物如下图1-3所示： 图1-3STC89C51的DIP40封装实物图1.5单片机的组成和特点目前主流单片机主要由以下几个部分组成：运算器运算器由运算部件算术逻辑单元(Arithmetic&LogicalUnit,简称ALU)、算术累加器和结果寄存器等组成。算术逻辑单元ALU的作用是将传入算术逻辑单元的数据根据需求进行数据的运算,这个运算可以是常见的加减乘除算术操作，也可以是单片机里面所有的移位和循环操作，也可以是数据的比较例如大小比较。相等比较等。这个运算器和我们常规理解的运算器不是一个概念。运算器有两个功能：(1)执行各种算术运算。(2)执行各种逻辑运算，并进行逻辑测试，如零值测试或两个值的比较。单片机当中运算器的全部操作都是由单片机的控制器CPU发出的控制信号来进行指挥的。控制信号可以是运算控制，也可以是判决控制。控制器控制器包括指令寄存器、程序计数器、指令译码器、操作控制器和时序发生器等部分，控制器是单片机当中发布命令的机构，负责整个单片机系统的所有操作控制，不管是运算还是决策，都是由控制进行的。其主要功能有：(1)从内存中取出一条指令，并指出下一条指令在内存中的位置。(2)对指令进行译码和测试，并产生相应的操作控制信号，以便于执行规定的动作。(3)指挥并控制CPU、内存和输入输出设备之间数据流动的方向。单片机当中有三种总线：控制总线，数据总线和地址总线。这三个总线通过内部特有的线路和微处理器相互连接起来，其中，微处理器可以通过三个总线和外部接口相互 连接起来，还可以实现微处理对各个算术器和存储器的信息交流。主要寄存器(1)累加器八单片机当中的累加器是一个高频使用的寄存器，其主要是负责临时的数据存储，包括运算前的存储和运算完成之后的结果都可以保存在这个寄存器当中。(2)数据寄存器DR数据寄存器器，从名字上就可以知道，此寄存器主要是数据暂时存储的寄存器，但是数据寄存器不但有数据的缓存功能，还可以是指令的暂吋存储，在翻译出来的指令在送往处理的时候，可以放在这个寄存器中进行暂时存储。(3)指令寄存器1R和指令译码器1D指令包括操作码和操作数。单片机要执行程序给定的指令。就必须要知道这条指令对应的操作码，所以单片机屮有了指令译码器和指令操作寄存器。其中指令翻译由指令译码器进行，在翻译完成之后就将数据交给指令寄存器进行存储，然后通过数据控制总线将操作指令送到相应的执行机构当中。这个操作是一条一条进行的。(4)程序计数器PC单片机运行的程序需要使用一个单独的计数器进行存储，这样才可以保证单片机的运行有序的进行。在单片机复位的吋候就将这个存储器复位从0开始，逐步进行加一。在每一个指令操作结束之后，这个计数器就自动加1,然后到指令存储器中去取对应的下一步操作就可以了，所以程序计数器保证了单片机的有序运行。(5)地址寄存器AR地址再单片机屮是很重要的一个概念，不但是每个存储器有地址，每个数据有地址，甚至每个外部接UI都是有对应的地址的，在我们使用汇编进行程序设计的吋候，我们就需要查手册了解每个有效资源的地址，所以在我们进行操作的时候，地址寄存器是很有必要的。通过这个寄存器就可以将需要的地址数据发送到对应的存储器中。STC89C51是一种使用兼容8051核的ISP(InSystemProgramming)在系统可编程芯片，其可以工作的时钟频率在几Mllz到几十Mllz内，其內部的FLASH存储器是专用的 程序存储器，大小根据不同的系列是有所不同的，器件完全兼容标准的MCS-51指令系统及C51引脚结构，芯片内集成了通用8位中央处理器和ISPFlash存储单元，具有在系统可编程(1SP)特性，在使用专用的单片机程序下载程序通过TTL电平方式就可以将程序下载到单片机屮，8051单片机的时钟周期有12T和6T现在新型的还有1T的。但是吋钟周期并不影响单片机的算术和逻辑兼容性。只是处理器的单周期吋间不一样而己。1、STC89C51单片机特点(1)增强型1T流水线/精简指令集结构8051CPU(2)(5V单片机)/2.0V-3.8V(3V单片机(3)，相当于普通8051的0〜420MHz.实际工作频率可达48MHz.(4)用户应用程序空间12K/10K/8K/6K/4K/2K字节(5)片上集成512字节RAM(6)通用I/O口(27/23个)，复位后为：准双向口/弱上拉(普通8051传统I/O口)单片机的通用10门有成四种模式可以选择分别为：弱上拉，强上拉，高阻，开漏这些标准输入输出U状态。每个通用T/OU驱动能力在单独使用的时候都可达到20mA,但是对于51系列单片机来说整个芯片的最大输入输出电流不应该超过55mA(7)1SP(在系统可编程)/1AP(在应用可编程)，无需专用编程器可通过串口(P3.0/P3.1)直接下载用户程序，数秒即可完成一片(8)EEPR0M功能(9)看门狗(10)内部集成MAX810专用复位电路(外部晶体20M以下时，可省外部复位电路)(11)时钟源：普通的8051单片机的外部时钟源可以是使用外部晶振，也可以是外部的时钟芯片提供(也可以是信号发生器提供)，在外部时钟信号通过单片的HAL1引脚送入单片机之后，单片机内部的反向放人器可以对信号进行放人整定。从而提供给单片的内部吋钟需求使用。(12)有2个16位定时器/计数器(13)外部中断2路，下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒 (1)P^(4路)/PCA(可编程计数器阵列)，也可用来再实现4个定时器或4个外部中断(上升沿中断/下降沿中断均可支持)(2)STC89Cc516AD具有ADC功能。10位精度ADC,共8路(3)通用异步串行口(UART)(4)SPI同步通信门，主模式/从模式(5)工作温度范围：0-75°C/-40-+85°C(6)封装:PDIP-28,SOP-28,PDIP-20,SOP-20,PLCC-32,TSS0P-20(超小封装，定货)STC89C51单片机的REST引脚为高电平复位使能端，在复位功能的设计中，我们主要考虑两个点：第一，在单片机上电的时候，单片机应该是可以自己复位的这样程序才会从地址0点开始进行运行，第二，在单片机的运行过程中，我们应该是可以通过手动的方式对单片机进行复位，因为单片机可能会在运行的过程中因为电源的不稳定或者是其他一些原因面出现错误，导致单片机无法在正常的状态下工作了。因此我们设计了两种方式对单片机进行复位操作，复位电路的设计如图5-1所示，其中S1是手动复位按键。上电复位的原理是：在系统上电的瞬间，电容因为不能电压突变。所以电容的两端就相当于短路状态，这个吋候RST引脚就为高电平，单片机处于一直在复位的状态。经过一段时间的电源对电容C3充电后，RST引脚的电压慢慢下降，电平开是变为低电平，这个时候单片机就开始正常的工作；按键复位的原理是：当S2被人手动按下之后，电容C3因为电压不能突变，所以会迅速的放电，这就会使RST引脚电平变为高电平，从而实现复位的目的。当S1松开之后，电源通过接地的10KQ的电阻R2对电容放电放电，REST引脚的电平重新冋到低电平，复位过程结束，单片机乂开始正常的工作状态。 2—种停车场用电动栏杆总体结构的设计2.1停车场用电动栏杆的总体方案图一种停车场用电动栏杆主要应用于高速公路收费处，当车辆进入安检站的时候,安检人员通过按钮控制电动栏杆落下来从而来挡住车辆进行缴费。通常传统的栏杆都是要靠人工来使它提升，而本次设计的电动栏杆即可以通过人工提升也可以通过电动提升，该停车场用电动栏杆主要由机架、栏杆，电机，曲柄摇杆机构组成，其总体方案图如下图2-1所示：2-1一种停车场用电动栏杆总体方案图2.2停车场用电动栏杆的工作原理该停车场用电动栏杆主要是靠电动缸驱动飞轮盘转动，从而通过曲柄摇杆机构带动电动栏杵升降，在断电的情况下，可以通过人工摇动手轮，从而来控制电动栏杆的升降。本次设计的电动栏杆重量较轻，安检人员可以很轻松地讲电动栏杆进行升降。 2.3机械部分的设计计算2.3.1电机的选型计算己知机架以及电动栏杆，轴承以及其他零部件的总重量60KG，栏杆升起时间为6s。即:G=mg=60X10=6007V；g=9.8n/kg,在这里我们选取g=10n/kg；具体的电机设计计算如下：1、确定运行时间/=W_（tt）本次设计加速时间+以负载速度（m/miri）0.0333+60=1.25有速度可知每秒上升50mm,电机转速_vi_Mu机pB_VI_2~~PB~0.005=400/7min3.负载转矩__0.3x10x200x0.005t_ox_TL=———-==1,13N.m2兀r/2;rx0.9式中：4.电机转矩启动转矩2tuNM(JM+儿、60^2;rx636.9UM+0.00032)60x1.21.25/V.m必须转矩■=（几+乃）S=2.36Mm 商丘工学院本科生毕业论文(设计)S为安全系数，这里取1.0。根据以上得出数据，我们选用电机型号为92BL-4020L1,此电机厂家为机电产品。根据计算和特性曲线以及电机基本参数表，我们选用电机型号为92BL-4020L1，电机额定功率为1.5KW,额定转矩为13.85N.rn，最大转矩为16.01N.m,额定转速为3000r/mirio2.3.2键的选择键联结是通过键实现轴和轴上零件的周向固定以传递运动和转矩。其屮有类型也可以实现轴向固定和传递轴向力，有些类型并能实现轴向动联结，于在圆锥筛的轴上主要通过键来实现传递转矩和轴向固定所以，只需选用常见的普通平键，键的类型可根据使用耍求、工作条件和联结的结构特点表5-3-15选定，键的长度根据轴毂的长度从标准中选取，键的bXh根据後來确定。轴和带轮的联结，d:70mm,参考资料2P5-194表5_3-18(GB/T1095-1979)选用B20X12，B18X11和B12X8的普通A型平键，键讼分别为90mm,70mm，30mm。螺栓的强度在机械联接中至关重要，特别是在重要的场合，其强度校核和计算尤其重要。其受力简图如上图所示，图中以合力P代替均匀分布的作用力假设应力在剪切面内是均匀分布的，若4为剪切面面积，则应力为：^与剪切面相切，故为剪应力。2、挤压实用计算在工程上也使用相似剪切的计算方法，假设挤压应力是均匀分布的，则 B3-53挤压面面积~为挤压面的正投影面积。对于平键接触面面积就是挤压面面积;对于螺栓挤压面面积~就是直径平面面积，其值为~。3、强度条件剪切和挤压的强度条件如下：剪切强度条件：挤压强度条件：式屮頰性材料：[O,卜G-7^0:o|脆性材料：W-CM-IW1 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）££JljS}先按剪切强度设计:嫩後1把MQVr"x^W?c相’彡M卜JaxiPxio3|<£<-17odU3IJ60再用挤压强度条件设计，挤压力为所以PIMzdO,d彡W石w最后得到螺栓的抗大强度和抗剪强度是合适的。2.3.4转轴的设计估算轴径选材料为45钢，^=650MPa,Js=360MPa。取0112,贝lj轴的最小直径,9.55x106P[Pt10.337,Af/^3=Q—=1123（=40mmV0.2[rT]nV/?v184该轴特点是：上端连接旋转台，下端敲入轴承，中间是齿轮传动。所以用两个轴 承来支撑。同上，该轴无须进行强度计算，只须齿轮部分满足传动要求，而此项计算己在设计齿轮传动吋校核过。轴的强度计算一般可分为三种：1）按扭转强度或刚度计算；2）按弯扭合成强度计算；3）精确强度校核计算。当轴的支撑位置和轴所受的载荷大小、方向、作用点及载荷种类均已确定，支撑反力及弯矩可求得时，可按照弯曲或者弯扭合成强度进行轴的强度计算。作用在轴上的载荷一般按集中载荷考虑，如本设计中的带传动对轴的力，其作用点取在轮缘宽度的中点。计算时，通常把轴当作置于铰链支座上的双支点梁，一般轴的支点近似取为轴承宽度中点。由于本设计所用轴主要是受弯曲强度，很少的扭转强度，是根据扭转强度设计，应校核轴的弯曲强度，首先分析轴的受力，左端受的是圆锥筛的重力，右端是带轮对轴的力，中间是轴承座的两个支撑力。此处删减NNNNNNNN字需全套设计请联系12401814J1265475.8V0.1x55=61.28mm所以：根据校核，截面强度足够，其它截面也是足够安全的。2.3.5曲柄摇杆机构的设计1）基础理论知识在实际工程屮，提出了各种各样的机构运动性能的要求，并能满足这些要求取决于机构本身。以下对曲柄摇杆机构的特性进行了讨论和分析。我们都知道，曲柄存在的条件是：1）为短杆架杆或框架；2）短杆、长杆的长度小于或等于其他两杆长度。如果四杆机构的最短和最长的杆的长度和较大的其他两个杆比，长度一样的话，则曲柄存在的条件成立，否则则不成立。棊于上述原理，短杆与长杆比短，并且比曲柄的回转半径相当，则存在曲柄摇杆机构。 2）急冋运动特性和行程运动速比K的关系当曲柄匀速转动时，摇杆作变速摆动，而且往复摆动的V均速度是不同的。若将V均速度小的行程作为工作行程（正行程），将V均速度大的行程作为非工作行程（反行程），那么，我们把曲柄摇杆机构这种正、反行程V均速度不等的特性称为急回特性。急回特性常用行程速比系数K（摇杆反、正行程V均速度之比）来度量。如图所示，曲柄顺吋针匀速转动，摇杆左右摆动（顺吋针为正行程，逆吋针为反行程）。我们把摇杆处于两极限位置时连杆对应位置所夹的锐角称为极位夹角，用表示。根据行程速比系数的定义有：①存在急回特性的条件是不等于零。②因为是锐角，即小于等于90°,故理论上K可以最大为3。但由于最小传动角的限制，实用中K小于等于1.4。对一些有急冋特性要求的机械，常根据K值按式（2-2）算出角，再确定各杆尺寸。3）压力角和传动角用力和力作用点运动线速度方向之间所夹的锐角称为压力角，常用表示；压力角的余角称为传动角，常用表示。曲柄摇杆机构的传动角随曲柄的转动而变。传动角越大则机械效率越高，动力传动中一般要求传动角最小值有必要检验应大于40°。因此设计曲柄摇杆机构时值。那么，最小传动角在什么位置出现呢？分析如下：可以证明：若机架上A、D两点位于C1、C"连线的同一侧，则当=0°时，最小，有机架上A、D两点位于C’、C"连线的两侧，贝IJ=180°时的最大（钝角），有=180。不难看出，对于曲柄主动的曲柄摇杆机构，最小传动角就是连杆和摇杆所夹的最小锐 商丘工学院本科生毕业论文（设汁）角。(4.1)(4.2)(4.3)3零部件强度的校核3.1轴承强度的校核3.1.1滚动轴承的选择滚动轴承为双列圆锥滚子轴承6204，由文献［2］表39.2-24得C、=862KN,C（>r=1490KX,e=0.83，f=0.8。3.1.2寿命验算轴承所受支反力合力Rb=V尺X=a/629.132+1368.022=1505.74N对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。么"0，/^=f>712.57N由文献［2］表39.2-24得，&