汽车车位锁设计12页

1、汽车车位锁设计摘要：随着中国汽车数量的增多，汽车停车场车位锁应运而生。这种装置既可应用于公共停车场，也可应用于住宅小区，现代化的无人停车场已开始采用这种装置，前景广阔。设计制作的汽车车位锁，分为机械部分、电路部分和蓄电池，机械部分和电路部分之间有导线相连。电路设计得较为完善，对于各种情况都有应对的措施，机械方面我们设计的车位锁能够既在外力下退让，又能在外力撤掉后自动恢复。关键字：无人停车场 继电器 遥控 节电设计 随着中国汽车数量的增多，汽车停车场车位锁应运而生。它固定于停车位前方的地面上，结构分为底座和活动挡圈，用户通过遥控器控制其活动挡圈的升降：当挡圈升起时，汽车既无法开进也无法开出，这就

2、锁住了车位和汽车；当活动挡圈降下时，汽车可自由进出。这种装置既可应用于公共停车场，也可应用于住宅小区，现代化的无人停车场已开始采用这种装置，前景广阔。1. 主体设计我们查阅了文献、采购材料、设计电路和机械结构、加工零件、组装以及调试，最终研究成果为实物形式设计制作的汽车车位锁，分为机械部分、电路部分和蓄电池，机械部分和电路部分之间有导线相连。车位锁基本性能简介:1. 本品系遥控装置，可以在遥控器的控制下完成挡圈正转、反转和任意位置的停转。2. 挡圈、底板和轴等基本零件都是由不锈钢制成，保证了基本强度要求，并且不锈钢能适应室外的工作环境。3. 挡圈在运动到设定位置时，触动行程开关，从而自动断开电

3、路使电动机失电并且让遥控电路复位，准备接收下一次的遥控信号。4. 在挡圈竖起的状态下，可以压下挡圈，但力一旦撤走，由于弹簧的拉力，挡圈恢复原位。这一设计可以防止车位锁遭到恶意破坏，同时仍然起到锁住车位的作用。5. 在挡圈停止运动的状态下，只有接收遥控信号部分的电路在耗电，挡圈升起、降下的时间均是5秒钟左右，可见本装置的耗电是比较小的。6. 相比同类产品用到螺纹传动等传动形式，本作品结构相对简单、加工比较容易。7. 电路经过多次改进，布线比较简洁，为了用户使用得方便，机械部分和电路部分的导线连接采用插头连接的方式。8. 本品采用蓄电池供能，符合车位锁工作环境的条件。2. 实物照片Solidwor

4、ks做的初始设计图和按实物做的图。3. 设计过程1 查找现有产品的资料、专利等信息，构思大体的外形并用Solidworks三维作图，初步构想节电方案，购置了实验研究所需的蓄电池、行程开关、遥控装置等器材。2 电路设计阶段：用继电器等电子器材自行搭接电路，添加二极管和电解电容使继电器能控制遥控电路部分，实现了电路设计中极为关键的一步。在此基础上，一步步完善电路，使车位锁的电路能够应对可能出现的各种意外情况，最后在面包板上连接完成了电路。3 机械加工阶段：摒弃了复杂的外形，采用以不锈钢板材为底座、用螺栓连接的简单易行的方案，购置了所需的板材、棒材，完成了板材的折弯、棒材的切断、螺栓孔的加工，找到了

5、合适的波纹管做成挡圈，最后我们用锯条、螺丝刀等工具完成了机械零件的连接，至此，机械加工部分告竣。4 组装整合阶段：在这一阶段我们把机械部分和电路部分组装成为一体，其中包括行程开关的安装定位、电路部分的焊接与固定以及机械部分和电路部分的接线，我们努力做到了接线简洁。车位锁的设计至此就基本完成。曾经全天24小时开启电路、每天遥控挡圈上下运动十次以试验产品的可靠性及耗电情况。4. 机械和电路部分设计1. 机械方面：我们设计的车位锁能够既在外力下退让，又能在外力撤掉后自动恢复。但遗憾之处在于我们的这种设计只能让挡圈可以向一个方向被压下，如果外力是作用在相反方向则仍然会造成机构被损坏，我们构思的解决方案

6、是采用三个行程开关（目前是两个），使车位锁向两个方向都能被压下，这样就可以真正意义上做到车位锁不被压坏。另外，由于经费和我们自身能力有限，作品外观较为粗糙，挡圈的刚性不够，在力的作用下会产生塑性变形，不过如果采用刚性较大的材料，由于设备和我们的能力所限，较难加工。还有，外壳没有制作，电动机、轴、弹簧等零件完全暴露在外。电路方面：电路设计得较为完善，对于各种情况都有应对的措施，对于这方面我们是相当满意的。但我们仍然没有达到我们目标节电设计。原先我们在电路方面的目标是突破市面上该产品的蓄电池3个月后就要充电的瓶颈，设计出节电的方案，但在这一点上我们没能做出什么成绩。不过我们的蓄电池是在暑假购买的，

7、一直到SRTP结题时都有电，从4月20日起的24小时性能测试也证明了我们的作品是比较节电的。这里，我们具体陈述电路部分设计情况。说明：遥控电路系购买的成品，遥控电路需用12V直流电源供电，遥控电路板上的继电器A、B实际上为两个单刀双掷开关，1、3、4、6要接12V电源，2和5是遥控电路板的输出端，输出12V直流电压。遥控器上有三个按钮，其中两个是使继电器A、B通电，2、5输出正、负12V电压，另一个是使继电器A、B断电，2、5不输出电压。电路图中电容旁正负号表示电解电容正负极。图一：挡圈运动到特定位置时，触动行程开关由常通转变为常开使电路断开，之所以加二极管是因为，在压住行程开关后遥控电路在遥

8、控信号下输出相反电压，此时要能使电流从另一支路给电动机供电。这个电路有致命的缺陷：如果用户不按遥控器上的断电按钮，遥控电路板上的继电器一直会通电，不符合我们的节电目标，且会影响遥控电路板的寿命。图一图二：我们为了能够在触动行程开关后做到电动机断电且遥控电路复位，设计了由继电器C在行程开关被触动后得电，断开遥控电路的12V供电，从而使遥控电路复位，这就不需要用户按停止按钮使遥控电路的继电器A、继电器B断电了。待遥控电路复位后，就不再输出电压供给继电器C，这样继电器C又不在吸合，主电路接通等待下一信号。看起来这个方案可行，但我们在实际试验中发现，电路会“啪嗒啪嗒”刚断开又通上，刚通上又断开，如此反

9、复，究其原因是因为继电器刚使电路断开自己也没了电，于是线圈失电，衔铁松开，这下电路又得了电，接着继电器线圈又得电，衔铁重新吸合，又使电路断开，如此反复。图二图三：请教了模电老师沈连丰，他提出了如图三加入电解电容（因为所需的电容量要比较大，所以选取电解电容）的解决方案。图三图四：加入电容，实现了重要的一步。加入电容的本质其实是蓄能，在遥控电路不输出电压后由电容供能使继电器C1或C2吸合足够长的时间，待电容电量耗尽后继电器C1或C2断电，遥控电路的供电电路又接通，准备接收下一遥控信号。从而解决了图二中电路反复通断的问题。不过这种方案带来了新的问题：在挡圈运动到设定位置触动一个行程开关，一条支路上的

10、COM端和NO端相连，这时遥控电路复位，电动机失电，挡圈停止运动，但如果用户下一次不是按使挡圈向相反方向运动的按钮，而是仍旧按相同方向运动的按钮，与电动机并联的两条行程开关支路都断路，就不能使电动机断电，而此时挡圈已经顶牢了行程开关，电机由于带不动挡圈但又有电流通过，就会被烧掉。图四图五：与图四相比进一步简化电路，采用一个继电器。图五图六：为了解决图四和图五的问题，我们设计了图六的电路结构，其根本区别在于前面的电路都是在未触动行程开关时就给电容充好电，触动行程开关后电容放电。而图六的根本改变就是在挡圈未触动行程开关时电容不充电，而在挡圈触动行程开关后电容立即充电，充到一定电量就足以使继电器C1

11、或C2吸合。我们通过实验发现这一充电放电的过程极短，挡圈在这段充放电时期内转动量极小，不会把机构顶坏。这样一来，用户即使在挡圈到位后误按了令挡圈继续前进的按钮也无妨：COM端连接NO端，遥控电路刚一输出电压，电容就充电并很快放电给继电器，继电器断开电路。而只有令挡圈向相反方向运动才能使挡圈运动：遥控电路输出相反方向电压，顶牢的那个行程开关支路因为二极管单向导通的作用而没有电流，继电器C1或C2不会吸合，挡圈运动，原本顶牢的行程开关的COM与NO脱开，直到碰到另一处行程开关使另一支路的COM与NO接触。图六图七（2008年4月22日）：陆文杰想到用四支二极管组成桥式电路，从而进一步简化了电路结构

12、。最后在电容的选择上，我们通过实验发现220微法的电容能够使继电器吸合一定时间，而如果用100微法的电容则又会出现图二电路“啪嗒啪嗒”的问题，电容量越小自然有助于节电，故我们最后选择了220微法的电容。图七5. 设计总结整个车位锁的设计我们基本上没有照搬照抄现有产品：电路方面自行设计完成，机械方面我们参考了现有产品的外观并做了简化以便制作。在制作过程中，我们的创新点主要体现在以下几点：1. 在挡圈达到预定位置时即使再接收到让挡圈继续运动的信号，电路也能保持开路的状态。为了达到这样的功能,我们在电路方面做了相当多的努力，并且进行了一次又一次的改进，从原来最原始的电路雏形（仅能做到用继电器控制电机

13、的得电与失电），到后来加入电容使继电器既控制电动机的通断电又控制接收遥控信号电路的复位，但在挡圈压住行程开关的状态下，车位锁接收到让挡圈继续前进的信号后挡圈会强行继续转动，造成机构的破坏，于是我们对电路又进行了改进，使这一缺陷得到弥补，真正实现了车位锁的各种运动正转、反转、触到行程开关的停转以及在挡圈运动过程中发出遥控信号使之停转；最后，为了进一步简化电路，陆文杰同学又引入了桥式电路，增加了两个二极管，省去了一个电容、一个继电器和不少导线。2. 实际车位锁的挡圈难免会受到冲击、被强行压下等问题，如果挡圈设计成为完全刚性的结构，很难做到挡圈能抵抗任意大的力且车位锁不受破坏。在陶国良老师的指导下我

14、们加入了弹簧，这样在受力后挡圈能够被压下从而起到装置自我保护的作用；在力撤去后，挡圈能够在弹簧的作用下恢复原来竖起的状态，仍然将车位锁住，防止外来车辆抢占车位。3. 在机构设计方面，我们力求简单易行。动力由直流电动机输入，以挡圈转动的形式输出，这之间究竟用什么传动装置相连，我们想了很多。机械设计课程中教过的传动装置有带传动、链传动、齿轮传动、蜗轮蜗杆传动等，我们考虑到要简单易行并且能够实现挡圈能被压下又能弹起，选择了齿轮传动。在实际组装的过程中，我们发现齿轮其实也可以省掉，采用电动机直接带动挡圈转轴的方式，这样机构进一步被简化。另外，原先设计的滚动轴承也被现在的滑动副所取代，一些螺栓也被去掉。机构的简化不仅可以使最后的成品简洁，而且能有效地降低成本，减少加工量。4. 车位锁在实际工作情况下，会在电池耗尽时无法使用遥控器让挡圈降下，车主停的车就无法开出，如果这时再把电池取出充电显然已来不及，我们的解决方案是把弹簧取下，这样挡圈被压下后就不会再弹起，车就可以开出。当然，实际的产品弹簧部位应该封