毕业设计（论文）-一种停车场用的电动栏杆设计（全套图纸三维）.pdf

本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ）本 科 生 毕 业 论 文 （ 设 计 ） 一种停车场用电动栏杆的设计一种停车场用电动栏杆的设计 学学 院：院： 专专 业：业： 班班 级：级： 学生姓名：学生姓名： 指导老师：指导老师： 完成日期：完成日期： 商丘工学院本科生毕业论文（设计） I 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已经 成为现实。在新的市场需求的推动下，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 而减少人工时间，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。 本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 里面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。 关键词：一种停车场用电动栏杆，方案，校核，分析 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 商丘工学院本科生毕业论文（设计） II 商丘工学院本科生毕业论文（设计） II Abstract Machinery industry is an important industry of a country, the development of the machinery industry has been affecting the development of the national economy, humans progress can not be separated from the development of the mechanical industry. In the global economic development environment, Chinas various industries are affected by the advanced technology of other countries at the same time, more and more foreign enterprises and brand spread to China has become a reality. In the promotion of the new market demand, the production line of the car ferry for improvement and optimization is a pressing matter of the moment. Production line ferry car enterprises must give full consideration to the problems that may arise in the production line ferry car running, try to make the automation of production line car ferry, the higher the better, so as to reduce the time of manual handling products, domestic production line ferry car research and manufacturing to and call for a global, economic, safe and stable theme consistent. At present, the research and development of domestic production line ferry car also to toward high- speed operation, multiple functions, control the direction of the development of intelligent, cheap, simple and convenient to the theme of the production line ferry car development. This design topic is ferry car production line design, through the early establishment of the ferry car scheme and refinement, of standard parts such as bearing motors and made the selection and calculation, then on the ferry car key parts such as the frame and the axle and checking calculation and finite element analysis, through this a series of proof to prove the feasibility of this production line, the swing car and reference. Keywords: production line ferry car; scheme; check; finite element analysis 商丘工学院本科生毕业论文（设计） IV 目目 录录 摘要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1 研究的目的和意义 . 1 1.2 国内外研究现状 . 2 1.3 主要内容 . 2 1.4 单片机控制系统简介 . 3 1.5 单片机的组成和特点 . 4 2 一种停车场用电动栏杆总体结构的设计 . 5 2.1 停车场用的电动栏杆的总体方案图 . 5 2.2 停车场用电动栏杆的工作原理 . 8 2.3 机械传动部分的设计计算 . 11 2.3.1 电机的设计计算 . 13 2.3.2 键的选择 . 15 2.3.3 螺栓的计算 . 16 2.3.4 转轴的设计 . 17 2.3.5 曲柄摇杆机构的设计 . 18 3 零部件强度的校核 . 18 3.1 轴承强度的校核 . 18 3.1.1 滚动轴承的选择 . 19 3.1.2 寿命校核 . 19 4 设计总结 . 20 5 停车场用电动栏杆控制电路的设计 . 22 5.1 系统电路的设计 . 23 5.2 传感器的设计 . 26 结论 . 28 致谢 . 29 参考文献 . 30 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 1 1 绪论绪论 1.1 研究的目的和意义研究的目的和意义 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已经成为主要趋 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。 机械研究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，使视野狭隘，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目标， 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。 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 2 1.2 国内外研究现状国内外研究现状 国外的电动栏杆技术始于六十年代，到七十年代已经发展成熟，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 诞生了世界上一些著名的电动栏杆厂家，1987 年，日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，已被 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 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 3 2-2 电动栏杆 1.3 主要内容主要内容 本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单片机控制系统简介 STC89C51 是一种使用兼容 8051 核的 ISP（In System Programming）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 ISP Flash 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： 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 4 图 1- 3 STC89C51 的 DIP40 封装实物图 1.5 单片机的组成和特点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 所以,筛的重力约为 3 0.2 7.85 101570mVpKg= 15709.8/15386GKgN KgN= 故取 G=G 4 1 =3846.5N。 轴径是按扭转强度初步设计的，所以要校核轴的弯曲强度，轴的强度校核也就 是找出危险截面，看危险截面是否满足轴径条件，如果危险截面满 足，那么别的轴 径肯定满足；根据轴的实际尺寸，承受的弯矩、扭矩图考虑应力集中，表面状态，尺 寸影响等因素，及轴材料的疲劳极限，计算危险截面的情况是否满足条件。我所校核 的轴是根据许用弯曲应力校核的，即由弯矩产生的弯曲应力 b 不超过许用弯曲应力 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 14 b ，一般计算顺序是先画出轴的空间受力图，将轴上作用力分解为水平面受力图和 垂直面受力图，并求出水平面上和垂直面上的支承点反作用力。然后作出水平面上的 弯矩和垂直面上的弯矩图， 作出合成弯矩图和转矩图应用公式 22 ()MMT=+绘出 当量弯矩图，式中是根据转矩性质而定的应力校正系数。对于不变的转矩，取 1 1 = b b + ；对于脉动的转矩，取 1 0 b b =；对于对称循环的转矩取1 =。 1 b +是材料在对称循环应力状态下的许用弯曲应力； 1 b 是材料在静应力状态下的许用弯曲应力； 0 b 是材料在脉动循环应力状态下的许用弯曲应力； 在锥筛的设计过程中，轴的材料为 45#钢，其基本参数为600 B MPa=， 1 200 b MPa+=， 1 55 b MPa=， 0 95 b MPa=；应满足 下列条件： 1 3 0.1 bb MM Wd = 或 3 1 0.1 b M d W 为轴的抗弯截面系数； 轴的受力，轴左端是锥筛对轴的力也就是锥筛的重力，右端是带轮对轴的压力。 具体受力情况如下图： 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 15 由材料力学的相关知识可得： ()295 5 . 187295 5 . 328 2 +=+FRG 5 . 48334.3100295 5 . 328 5 . 3846 2 =+R 解得：NR 6 . 787 2 = 由 21 RRFG+=+ 得：NR24.6159 1 = 可得轴的弯矩图则如下： 轴所受的转矩如下： MN n P T=257300 980 4 . 26 95499549 转矩图如下： 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 16 1 1 = b b + = 55 0.275 200 =； 所以， 22 ()MMT=+= 2 (0.275 257300)M=+ 所以当量弯矩图为： 可知轴承的危险截面在左边轴承支撑处，根据轴的校核条件可以算出： bb MPa W M 1 3 7 . 24 801 . 0 8 . 1265475 = =； 即： 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 17 mm M d b 28.61 551 . 0 8 . 1265475 1 . 0 3 3 1 = = 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 在实际工程中，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。基于上述原理，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）急回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，曲柄顺时针匀速转动，摇杆左右摆动（顺时针为正行程，逆时 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： 存在急回特性的条件是 不等于零。 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 一些有急回特性要求的机械，常根据 K 值按式(2- 2)算出 角，再确定各 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 18 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 C、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，则 =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 角。 3 零部件强度的校核零部件强度的校核 3.1 轴承强度的校核轴承强度的校核 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242 .39得862= r CKN， 1490= or CKN，83. 0=e，8 . 0 1 =Y。 3.1.2 寿命验算 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 19 轴承所受支反力合力 74.150502.136813.629 2222 =+=+= BZBYB RRRN （4.1） 对于双列圆锥滚子轴承，派生轴向力互相抵消。 0= Ba F，57.712= aCa FFN 由文献2表242 .39得， e R F B Ba ， 74.150508 . 074.1505 1 =+=+= BaBBr FYRPN （4.2） 按轴承 B 的受力大小验算 9 3 10 366 1078 . 4 74.1505 10862 55660 10 60 10 = = = Br h P C n Lh （4.3） 9 1078 . 4 = h Lh= 5 1046 . 5 年 由于此种停车场用电动栏杆的运转平稳，必须选择较大寿命的轴承，轴承能达到 所计算的寿命。 经审核后，此轴承合格。 4 设计总结设计总结 通过本次设计,让我学习到了许多知识，特别是对传动机构的应用方面，是我收 获最大的地方。本次的设计的传动机构包含了电动缸驱动钢丝绳轮这一最典型的机 构，通过查找与它相关的设计资料，到计算带动栏杆升降所需要在输出扭矩从而对该 机构进行设计， 包括传动轴的校核， 例如强度校核部分的设计， 都花费了我好多精力。 同时，也让我学到了好多知识。 在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。每 周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保 商丘工学院本科生毕业论文（设计） 20 质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提 高。这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起 到深远而长久的良好影响。也能为人生打下一个夯实地基础！ 在具