自行車自動(dòng)存取立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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1、自行車立體車庫(kù)設(shè)計(jì) 33 摘 要 本文主要對(duì)自行車自動(dòng)存取立體車庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)——多層回轉(zhuǎn)立體車庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)目前停車場(chǎng)管理系統(tǒng)存在的系統(tǒng)管理介質(zhì)落后、集成自動(dòng)化程度低、安全性差、人性化和運(yùn)行效率低下的不足，結(jié)合目前科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，設(shè)計(jì)了一種技術(shù)較先進(jìn)、性能可靠、自動(dòng)化程度較高的停車場(chǎng)智能管理系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想立足于提高停車場(chǎng)管理系統(tǒng)的可靠性、安全性和高效性，對(duì)目前我國(guó)各大中城市所面臨的“停車難”問(wèn)題的解決，具有一定的促進(jìn)作用。本系統(tǒng)所采用的PLC技術(shù)，射頻卡

2、技術(shù)對(duì)其它交通收費(fèi)系統(tǒng)也有一定的借鑒意義。 本文針對(duì)停車場(chǎng)只能控制系統(tǒng)中存在的問(wèn)題，把PLC可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于停車場(chǎng)只能控制系統(tǒng)上，并進(jìn)行了較深入的研究。 本文闡述了智能停車場(chǎng)系統(tǒng)的PLC控制、收費(fèi)、計(jì)費(fèi)和安全的一些基本思路和方法，并介紹了著重介紹了PLC工作特點(diǎn)及運(yùn)行原理，還介紹PLC控制器主要功能模塊及應(yīng)用，不僅編程簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，抗干擾能力強(qiáng)，可靠性高，而且具有易于操作及維護(hù)，設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短等優(yōu)點(diǎn)。本文主要是對(duì)停車場(chǎng)進(jìn)行智能化設(shè)計(jì)，通過(guò)采取PLC技術(shù)對(duì)停車場(chǎng)管理的設(shè)計(jì)，達(dá)到停車場(chǎng)智能化、高效化。 關(guān)鍵字： PLC 停車 立體車庫(kù) 控制系統(tǒng) 鋼結(jié)構(gòu)。

3、 目 錄 1緒論 3 1．1課程的背景和意義 3 1．2課題的關(guān)鍵技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 8 1．2．1國(guó)外研究現(xiàn)狀 8 1．2．2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 8 2自行車自動(dòng)存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫(kù)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 8 2．1自動(dòng)存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫(kù)的基本結(jié)構(gòu) 9 2．1．1基本結(jié)構(gòu) 9 2．1．2主要參數(shù) 10 2．2立體車庫(kù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10 2．2．1機(jī)械手的介紹 13 2．2．2機(jī)械手分析 13 2．2．3機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖 14 2．3升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 2．4設(shè)計(jì)計(jì)算 17 2．4．1設(shè)計(jì)V帶和帶輪 17 2．4

4、．2齒輪的設(shè)計(jì) 19 2．4．3傳動(dòng)軸承和軸的設(shè)計(jì) 27 2．4．4鍵的設(shè)計(jì)和計(jì)算 28 2．4．5聯(lián)軸器的設(shè)計(jì) 29 3立體車庫(kù)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 29 3．1電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 30 3．2電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì) 30 3．3 PLC控制程序設(shè)計(jì) 30 3．4電動(dòng)機(jī)的選擇和計(jì)算 31 4結(jié)論與展望 31 4．1 結(jié)論 32 4．2 展望 32 參考文獻(xiàn) 32 1緒論 1.1 課題的背景和意義 自行車無(wú)處停放或隨處亂停的問(wèn)題是城市的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，立體停車設(shè)備的發(fā)展在國(guó)外，尤其在日本已有近30-40年

5、的歷史，無(wú)論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗(yàn)上均已獲得了成功。 　　機(jī)械車庫(kù)與傳統(tǒng)的自然地下車庫(kù)相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機(jī)械車庫(kù)具有突出的節(jié)地優(yōu)勢(shì)。以往的地下車庫(kù)由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40平方米的面積，而如果采用雙層機(jī)械車庫(kù)，可使地面的使用率提高80％-90％，如果采用地上多層（21層）立體式車庫(kù)的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開(kāi)發(fā)成本 　　機(jī)械車庫(kù)與地下車庫(kù)相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫(kù)內(nèi)或車不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個(gè)設(shè)備便不會(huì)運(yùn)轉(zhuǎn)。應(yīng)該說(shuō)，機(jī)械車庫(kù)從管理上可以做到徹底的人車分流。 　　在地

6、下車庫(kù)中采用機(jī)械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運(yùn)行中的耗電量比工人管理的地下車庫(kù)低得多。機(jī)械車庫(kù)一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺(tái)集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢(shì)，在住宅區(qū)的每個(gè)組團(tuán)中或每棟樓下都可以隨機(jī)設(shè)立機(jī)械停車樓。這對(duì)眼下車庫(kù)短缺的小區(qū)解決停車難的問(wèn)題提供了方便條件。 1．2課題的關(guān)鍵技術(shù)及其國(guó)內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀 目前各國(guó)都大力倡導(dǎo)使用綠色環(huán)保的自行車作為出行的交通工具。但是, 大量的自行車在市區(qū)的停放問(wèn)題成為一道技術(shù)難題, 為解決這一難題, 人們開(kāi)發(fā)出各種各樣的自行車停放裝置。介紹了國(guó)內(nèi)外幾種具有代表性的、實(shí)用性強(qiáng)的自行車停放裝置,重點(diǎn)對(duì)比、分析了它們的結(jié)構(gòu)、功能

7、、使用及適用場(chǎng)合。指出未來(lái)城市的自行車停放裝置將向自動(dòng)化、智能化、立體化, 以及海量存儲(chǔ)、存取快捷、美觀防盜等多功能方向發(fā)展, 全自動(dòng)地下自行車車庫(kù)將在未來(lái)大都市中占據(jù)主導(dǎo)作用。 自行車停車架及停車棚具有成本低廉、可轉(zhuǎn)移性好、普及性強(qiáng)的特點(diǎn), 適合于自行車停放量較少、停放面積充足、停放時(shí)間短的場(chǎng)合, 如小區(qū)街道、學(xué)校會(huì)所等; 雙層自行車停放裝置及直立式自行車停車架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約空間的特點(diǎn), 適合于自行車停放量較大、停放面積有限的場(chǎng)合, 如商貿(mào)中心街道、人流量大的街道等; 隔間式自行車停放裝置具有防盜、防止車輛間摩擦的特點(diǎn), 適合于對(duì)自行車保護(hù)要求較高、停放時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合, 如附近機(jī)關(guān)、商鋪

8、、社區(qū)等; 懸掛式自行車停放裝置具有安全防盜、方便、美化環(huán)境的特點(diǎn), 適合于城市發(fā)展較成熟的商業(yè)中心地段、社區(qū)街道等。全自動(dòng)地下自行車車庫(kù)具有全自動(dòng)化、海量存儲(chǔ)、存取快捷、防盜的特點(diǎn), 適應(yīng)于新時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)城市不斷擴(kuò)大、人口持續(xù)增加, 自行車使用量遞增, 以及人們生活質(zhì)量不斷提高。特別適合于北京、上海、廣州等這些人均地面積少、出行人口密集、自行者擁有量極大的中心城市。 1．2．1國(guó)外研究現(xiàn)狀 隨著人們生活質(zhì)量的提高, 省心、省力、安全是人們對(duì)自行車停放裝置提出的新要求。因此,人們開(kāi)發(fā)出一些機(jī)械電子一體化的自行車停放裝置, 懸掛式自行車停放裝置即屬于其中有代表性的一種, 如圖1。它主要由滑輪

9、升降機(jī)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)卷筒、控制電路以及固定車架等構(gòu)成, 自行車被自動(dòng)放置到空中停放區(qū)域?？罩型７艆^(qū)域的外體由鐵架搭建, 可在鐵架外表做廣告招牌, 達(dá)到了一物兩用的功能。存車者把自行車放入停車架, 按存車按鈕, 自行車通過(guò)滑輪升降機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置自動(dòng)升入空中停放。 圖1.1 取車者通過(guò)停放憑據(jù)認(rèn)證后, 按取車按鈕便可取走自行車。這種停放裝置使用了類似隔間式自行車停放裝置的防盜措施, 它主要由電控鎖電路(類似于超市的存包柜的控制電路)來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)非法取車或存放車輛遇到破壞時(shí), 防盜報(bào)警系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)報(bào)警, 管理人員可及時(shí)處理。 在瑞士日內(nèi)瓦市出現(xiàn)了一種類似于懸掛式自行車停放裝置Biketree,

10、它們?cè)硐嗨?但外形有差異, 如圖2所示(放大部分為磁卡感應(yīng)器)。一個(gè)Biketree一般能停放6~ 8輛自行車, 存車者通過(guò)感應(yīng)器掃描磁卡來(lái)停放自行車。 近年來(lái)人們開(kāi)發(fā)出一種海量存放、全自動(dòng)化、安全防盜、避免摩擦、方便快捷的自行車停放裝置全自動(dòng)地下自行車車庫(kù)，如圖1.3。該車庫(kù)只有入口部分露出地面, 地下部分為圓柱形結(jié)構(gòu), 形似冰山, 自行車停放架沿著圓柱形結(jié)構(gòu)一層層搭建起來(lái)。整個(gè)圓柱形構(gòu)架的中心空余部分用于安裝車庫(kù)的核心部分機(jī)械手升降導(dǎo)軌、機(jī)械手行走導(dǎo)軌和控制電路, 以保證機(jī)械手臂進(jìn)行自行車的控制、升降、夾取、檢測(cè)及安全保護(hù)等。該車庫(kù)的磁卡感應(yīng)裝置未使用傳統(tǒng)的CH IP卡, 而是選用標(biāo)準(zhǔn)

11、的智能型EC- 卡(類似國(guó)內(nèi)的借記卡), 這種卡不僅反應(yīng)靈敏而且使用壽命較長(zhǎng)[。這種安全防盜技術(shù)加上整個(gè)車庫(kù)的地下圓柱形結(jié)構(gòu), 車庫(kù)的防盜能力得到很大提高。存車者只需將自行車放在指定位置, 按下按鈕, 停放裝置的機(jī)械手臂會(huì)自動(dòng)把自行車存放至停放裝置的空閑位置; 取車者也只需按一下按鈕, 自行車就會(huì)自動(dòng)被機(jī)械手臂傳送到取車者的面前。整個(gè)存取車過(guò)程只需30 s~ 35 s。 目前, 日本、荷蘭、西班牙、德國(guó)的一些城市已經(jīng)使用這種停車裝置, 并受到了廣泛的歡迎, 打算在其他城市也普及使用。歐洲的停車庫(kù)圓柱直徑為7. 5m, 高度為5. 25m, 能容納92輛自行車; 日本東京的Kasai車站所建的

12、停車庫(kù)可容納下180輛自行車, 并已經(jīng)建有36個(gè)圓柱狀的停車空間, 總共能停放6 000多輛自行車。這種全自動(dòng)地下自行車車庫(kù)特別適用于某些未規(guī)劃完整的交通線路, 停放自行車的空間預(yù)留地少、居民生活密集的區(qū)域建造自行車車庫(kù)。 圖1.3 1．2．2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 減少交通工具氣體排放量成為當(dāng)今社會(huì)綠色環(huán)保的主題之一, 為此, 各國(guó)大力倡導(dǎo)使用自行車作為出行的交通工具。然而, 自行車使用量的增加卻給其在城市停放方面帶來(lái)了一系列問(wèn)題, 如停放空間狹小, 易破壞自行車外表; 自行車亂停亂放, 影響市容市貌; 在人行道與自行車車道設(shè)計(jì)重疊,阻礙交通; 停放點(diǎn)監(jiān)管不嚴(yán), 盜竊頻率高等。自行車停放帶來(lái)

13、的問(wèn)題越來(lái)越受人們關(guān)注。針對(duì)以上問(wèn)題以及不同場(chǎng)合的停放特點(diǎn), 人們相繼開(kāi)發(fā)出如保證自行車穩(wěn)定及安全并充分利用空間等多種功能的自行車停放裝置。并且隨著機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展、人們生活質(zhì)量的提高, 全自動(dòng)、方便快捷、存儲(chǔ)量大的新型自行車停放裝置也逐步受到重視。 目前最普遍的自行車停放裝置是樣式各異的自行車停車架, 如圖1.5所示 。自行車停車架是用普通的金屬制成的形狀各異的欄桿, 依靠車鎖把自行車固定在欄桿上, 或者通過(guò)兩桿間的間隙夾持住車輪來(lái)保證自行車停放的穩(wěn)定。這類停放裝置安裝簡(jiǎn)便、成本低、可轉(zhuǎn)移性較好。但當(dāng)自行車存入量增加時(shí), 因車架間隙小, 造成自行車之間相互阻礙和摩擦。 圖1.5

14、自行車停車架屬于露天式的停放裝置, 易受到雨淋、日曬和外界行為的影響, 不能達(dá)到對(duì)自行車的有效保護(hù)。為彌補(bǔ)自行車停車架的這一缺陷, 自行車停車棚應(yīng)運(yùn)而生。自行車停車棚是在一塊固定區(qū)域上建立密閉或半密閉的遮蔽棚,棚內(nèi)安裝有一些自行車停放架以達(dá)到停放自行車的目的,有密閉式車棚和敞門(mén)式車棚兩種主要形式, 如圖1.6所示。它的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本較低。它還能有效避免自行車受外界因素的影響、保證停放自行車的穩(wěn)定性、減少胡亂停車行為。 圖1.6 為增加自行車停車架及停車棚的防盜措施, 人們發(fā)明了智能自行車棚。這種自行車車棚是在密閉式自行車車棚的入口安裝上一種門(mén)禁裝置, 只有通過(guò)自行車車主專屬的電子鑰匙或

15、者磁卡才能開(kāi)啟車棚門(mén)存放或提取自行車。這種車棚不僅擁有普通停車棚的優(yōu)點(diǎn), 而且可以明顯減少停放自行車被盜的現(xiàn)象。 2.自行車自動(dòng)存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫(kù)機(jī)械部分設(shè)計(jì) 2．1自動(dòng)存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫(kù)的基本結(jié)構(gòu) 2．1．1基本結(jié)構(gòu) 入口部分露出地面, 地下部分為圓柱形結(jié)構(gòu), 形似冰山, 自行車停放架沿著圓柱形結(jié)構(gòu)一層層搭建起來(lái)。整個(gè)圓柱形構(gòu)架的中心空余部分用于安裝車庫(kù)的核心部——機(jī)械手升降導(dǎo)軌、機(jī)械手行走導(dǎo)軌和控制電路, 以保證機(jī)械手臂進(jìn)行自行車的控制、升降、夾取、檢測(cè)及安全保護(hù)等。（如圖2.1，2.2，所示） 圖2.1 圖2.2 2．1．2主要參數(shù) 自動(dòng)存取多層回轉(zhuǎn)立體車

16、庫(kù)的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)： 1. 環(huán)形陣列； 2. 每層12輛； 3. 高度5層； 4. 每層間距1.5米。 5. 總長(zhǎng)7500mm 2．2立體車庫(kù)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2．2．1機(jī)械手的介紹 工業(yè)機(jī)器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機(jī)器人直接用于抓取和握緊（吸附）專用工具（如噴槍、扳手、焊具、噴頭等）進(jìn)行操作的部件。它具有模仿人手動(dòng)作的功能，并安裝于機(jī)器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)及表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機(jī)器人末端操作器是多種多樣的，大致可分為以下幾類：（如圖2.4） （1）夾鉗式取料手 （2）吸附式取料手 （3）專用操作器及轉(zhuǎn)換器 （4）仿生多指靈巧手 2

17、．2．2機(jī)械手分析 手指是直接與工件接觸的部件。手指松開(kāi)和夾緊工件，是通過(guò)手指的張開(kāi)與閉合來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 圖2.6 機(jī)械手機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 在圖2.6中，O為電機(jī)輸出軸，曲柄OA、連桿AB、滑塊B和支架構(gòu)成曲柄滑塊機(jī)構(gòu)；滑塊B、連桿BC、搖桿CE和支架構(gòu)成滑塊搖桿機(jī)構(gòu)。通過(guò)兩個(gè)機(jī)構(gòu)串聯(lián)，使電機(jī)最終驅(qū)動(dòng)DE的來(lái)回?cái)[動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)手指的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)。 圖2.6中的黑線和藍(lán)線表示機(jī)構(gòu)運(yùn)行的兩個(gè)極限位置。 為便于手指的順利合攏，可以在兩個(gè)手指之間設(shè)置一個(gè)彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。 另外，在選用電機(jī)的時(shí)候，要使電機(jī)的功率足以克服彈簧的收縮和張開(kāi)，并且提供足夠加緊物體的力。 2．2．3機(jī)械手結(jié)構(gòu)圖

18、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是向手指?jìng)鬟f運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力，以實(shí)現(xiàn)夾緊和松開(kāi)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)。根據(jù)手指開(kāi)合的動(dòng)作特點(diǎn)分為回轉(zhuǎn)型和平移形。采用回轉(zhuǎn)型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖2.7為初步設(shè)計(jì)的機(jī)械手機(jī)構(gòu)圖。 圖2.7 2．3升降機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 減速裝置和鋼絲繩拽引輪對(duì)稱安置。設(shè)計(jì)升降機(jī)構(gòu)考慮的問(wèn)題有: (1) 速度曲線:立體車庫(kù)的總體機(jī)械結(jié)構(gòu),采用電梯提升機(jī)和平移存取構(gòu)型。車輛存取時(shí)間限制在30s左右,要求傳動(dòng)裝置可高速度運(yùn)行。平移機(jī)構(gòu)存取車輛時(shí),要求起升機(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、平移起制動(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)

19、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(guò)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)。（如圖2.8） 圖2.8 立體車庫(kù)的主要任務(wù)是在最短的時(shí)間內(nèi)安全地完成車輛的存取，而立體車庫(kù)中升降電梯的速度已定，因此設(shè)計(jì)一套合理而安全的存取機(jī)構(gòu)將成為車庫(kù)設(shè)計(jì)的重要任務(wù)。設(shè)計(jì)合理可縮短存取車輛的時(shí)間，增加車輛存取的安全性。 設(shè)計(jì)研究的主要思路就是想把傳統(tǒng)的螺旋式升降改為液壓升降，這樣就可以大大的節(jié)省人力物力，而且也能精準(zhǔn)的完成機(jī)

20、械的自由升降。以便更好的使用放線機(jī)。本人的想法是想用液壓驅(qū)動(dòng)不想用陳規(guī)的螺桿升降， 要解決這些問(wèn)題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，在常規(guī)的螺桿升降的前提下，要提升很大重量到指定高度是非常困難的，這樣會(huì)大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會(huì)大大節(jié)省人力物力，還有就是因?yàn)閯偩碣|(zhì)量非常大，單靠鋼絲繩的拉力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，想要正常的自由旋轉(zhuǎn)就必須要有一個(gè)可靠的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)都是電機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樗性S多優(yōu)點(diǎn)，可以根據(jù)線卷的拉力大小來(lái)調(diào)節(jié)他的轉(zhuǎn)速，還可以進(jìn)行一般的正反轉(zhuǎn)，還有就是在電機(jī)上安裝一個(gè)變頻器，可以無(wú)限調(diào)速，可以得到任何想要得轉(zhuǎn)速。驅(qū)動(dòng)裝置則是用液壓驅(qū)動(dòng)，它可以避免由于螺桿滑絲而引起的不

21、必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。 2．4設(shè)計(jì)計(jì)算 2．4．1設(shè)計(jì)帶輪 ⑴　確定計(jì)算功率 查課本表9-9得： ,式中為工作情況系數(shù)， 為傳遞的額定功率,既電機(jī)的額定功率. ⑵　選擇帶型號(hào) 根據(jù)，,查課本表8-8和表8-9選用帶型為A型帶． ⑶　選取帶輪基準(zhǔn)直徑 查課本表8-3和表8-7得小帶輪基準(zhǔn)直徑，則大帶輪基準(zhǔn)直徑,式中ξ為帶傳動(dòng)的滑動(dòng)率，通常?。?%～2%），查課本表8-7后取。 ⑷　驗(yàn)算帶速v 　　在5～25m/s范圍內(nèi)，Ｖ帶充分發(fā)揮。 ⑸　確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長(zhǎng)度 由于,所以初步選取中心距a：，初定中心距，所以帶長(zhǎng), =.

22、查課本表8-2選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度得實(shí)際中心距 取 ⑹　驗(yàn)算小帶輪包角 ，包角合適。 ⑺　確定v帶根數(shù)z 因，帶速，傳動(dòng)比, 查課本表8-5a或8-5c和8-5b或8-5d,并由內(nèi)插值法得. 查課本表8-2得=0.96. 查課本表8-8,并由內(nèi)插值法得=0.96 由公式8-22得 故選Z=5根帶。 ⑻　計(jì)算預(yù)緊力 查課本表8-4可得,故: 單根普通Ｖ帶張緊后的初拉力為 ⑼　計(jì)算作用在軸上的壓軸力 利用公式8-24可得: 2.4.2齒輪的設(shè)計(jì) 齒輪材料，熱處理及精度 考慮此減速器的功率及現(xiàn)場(chǎng)安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開(kāi)線斜

23、齒輪 （1） 齒輪材料及熱處理 ① 材料：高速級(jí)小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為小齒輪 280HBS 取小齒齒數(shù)=40 高速級(jí)大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為大齒輪 240HBS Z=iZ=540=200 取Z=200. ② 齒輪精度 按GB/T10095－1998，選擇7級(jí)，齒根噴丸強(qiáng)化。 ２．初步設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)的主要尺寸 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計(jì) 確定各參數(shù)的值: ①試選=1.6 查課本圖10-30 選取區(qū)域系數(shù) Z=2.433 由課本圖10-26 則 ②由課本公式10-13計(jì)算應(yīng)力值環(huán)數(shù) N=60nj =60626.09

24、1（283008） =1.442510h N= =4.4510h #(3.25為齒數(shù)比,即3.25=) ③查課本 10-19圖得：K=0.93 K=0.96 ④齒輪的疲勞強(qiáng)度極限 取失效概率為1%,安全系數(shù)S=1,應(yīng)用公式10-12得: []==0.93550=511.5 []==0.96450=432 許用接觸應(yīng)力 ⑤查課本由表10-6得： =189.8MP 由表10-7得: =1 T=95.510=95.5103.19/626.09 =4.8610N.m 3.設(shè)計(jì)計(jì)算 ①小齒輪的分度圓直徑d =

25、 ②計(jì)算圓周速度 ③計(jì)算齒寬b和模數(shù) 計(jì)算齒寬b b==49.53mm 計(jì)算摸數(shù)m 初選螺旋角=14 = ④計(jì)算齒寬與高之比 齒高h(yuǎn)=2.25 =2.252.00=4.50 = =11.01 ⑤計(jì)算縱向重合度 =0.318=1.903 ⑥計(jì)算載荷系數(shù)K 使用系數(shù)=1 根據(jù),7級(jí)精度, 查課本由表10-8得 動(dòng)載系數(shù)K=1.07, 查課本由表10-4得K的計(jì)算公式: K= +0.2310b =1.12+0.18(1+0.61) 1+0.231049.53=1.42 查課本由表10-13得: K=1.35 查課本由表10-3 得

26、: K==1.2 故載荷系數(shù): K＝K K K K =11.071.21.42=1.82 ⑦按實(shí)際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑 d=d=49.53=51.73 ⑧計(jì)算模數(shù) = 4. 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì) 由彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 ≥ ⑴ 確定公式內(nèi)各計(jì)算數(shù)值 ① 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩＝48.6kNm 確定齒數(shù)z 因?yàn)槭怯昌X面，故取z＝24，z＝i z＝3.2424＝77.76 傳動(dòng)比誤差 i＝u＝z/ z＝78/24＝3.25 Δi＝0.032％5％，允許 ②計(jì)算當(dāng)量齒數(shù) z＝z/cos＝24/ cos14＝26.27 z＝z/cos＝78/

27、cos14＝85.43 ③ 初選齒寬系數(shù) 按對(duì)稱布置，由表查得＝1 ④ 初選螺旋角 初定螺旋角 ＝14 ⑤ 載荷系數(shù)K K＝K K K K=11.071.21.35＝1.73 ⑥ 查取齒形系數(shù)Y和應(yīng)力校正系數(shù)Y 查課本由表10-5得: 齒形系數(shù)Y＝2.592 Y＝2.211 應(yīng)力校正系數(shù)Y＝1.596 Y＝1.774 ⑦ 重合度系數(shù)Y 端面重合度近似為＝[1.88-3.2（）]＝[1.88－3.2（1/24＋1/78）]cos14＝1.655 ＝arctg（tg/cos）＝arctg（tg20/cos14）＝20.64690 ＝14.07609

28、 因?yàn)椋?cos，則重合度系數(shù)為Y＝0.25+0.75 cos/＝0.673 ⑧ 螺旋角系數(shù)Y 軸向重合度 ＝＝1.825, Y＝1－＝0.78 ⑨ 計(jì)算大小齒輪的 安全系數(shù)由表查得S＝1.25 工作壽命兩班制，8年，每年工作300天 小齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N1＝60nkt＝60271.471830028＝6.25510 大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2＝N1/u＝6.25510/3.24＝1.930510 查課本由表10-20c得到彎曲疲勞強(qiáng)度極限 小齒輪 大齒輪 查課本由表10-18得彎曲疲勞壽命系數(shù): K=0.86 K=0.93 取彎曲疲勞安

29、全系數(shù) S=1.4 []= []= 大齒輪的數(shù)值大.選用. ⑵ 設(shè)計(jì)計(jì)算 計(jì)算模數(shù) 對(duì)比計(jì)算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)m大于由齒根彎曲疲勞強(qiáng)度計(jì)算的法面模數(shù)，按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取m=2mm但為了同時(shí)滿足接觸疲勞強(qiáng)度，需要按接觸疲勞強(qiáng)度算得的分度圓直徑d=51.73來(lái)計(jì)算應(yīng)有的齒數(shù).于是由: z==25.097 取z=25 那么z=3.2425=81 ② 幾何尺寸計(jì)算 計(jì)算中心距 a===600 將中心距圓整為110 按圓整后的中心距修正螺旋角 =arccos 因值改變不多

30、,故參數(shù),,等不必修正. 計(jì)算大.小齒輪的分度圓直徑 d==200 d==1000 計(jì)算齒輪寬度 B= 圓整的 2.4.3傳動(dòng)軸承和傳動(dòng)軸的設(shè)計(jì) 1. 傳動(dòng)軸承的設(shè)計(jì) ⑴. 求輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩 P=2.70KW =82.93r/min =311.35N．m ⑵. 求作用在齒輪上的力 已知低速級(jí)大齒輪的分度圓直徑為 =143.21 而 F= F= F F= Ftan=4348.160.246734=1072.84N 圓周力F，徑向力F及軸向力F的方向如圖示: ⑶.

31、 初步確定軸的最小直徑 先按課本15-2初步估算軸的最小直徑,選取軸的材料為45鋼,調(diào)質(zhì)處理,根據(jù)課本取 輸出軸的最小直徑顯然是安裝聯(lián)軸器處的直徑,為了使所選的軸與聯(lián)軸器吻合,故需同時(shí)選取聯(lián)軸器的型號(hào) 查課本,選取 因?yàn)橛?jì)算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩,所以 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 選取LT7型彈性套柱銷聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為500Nm,半聯(lián)軸器的孔徑 ⑷. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 ① 為了滿足半聯(lián)軸器的要求的軸向定位要求,Ⅰ-Ⅱ軸段右端需要制出一軸肩,故?、?Ⅲ的直徑;左端用軸端擋圈定位,按軸端直徑取擋圈直徑半聯(lián)軸器與 為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓

32、在軸端上, 故Ⅰ-Ⅱ的長(zhǎng)度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取 ② 初步選擇滾動(dòng)軸承.因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用,故選用單列角接觸球軸承.參照工作要求并根據(jù),由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組 標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列角接觸球軸承7010C型. 2.4.4鍵的設(shè)計(jì)和計(jì)算 ①選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸 一般8級(jí)以上精度的尺寸的齒輪有定心精度要求，應(yīng)用平鍵. 根據(jù) d=55 d=65 查表6-1?。? 鍵寬 b=16 h=10 =36 b=20 h=12 =50 ②校和鍵聯(lián)接的強(qiáng)度 查表6-2得

33、 []=110MP 工作長(zhǎng)度 36-16=20 50-20=30 ③鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 K=0.5 h=5 K=0.5 h=6 由式（6-1）得： ＜[] ＜[] 兩者都合適 取鍵標(biāo)記為： 鍵1：2816 A GB/T1096-1979 鍵2：2050 A GB/T1096-1979 2.4.5聯(lián)軸器設(shè)計(jì) 1.類型選擇. 為了隔離振動(dòng)和沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器. 2.載荷計(jì)算. 公稱轉(zhuǎn)矩：T=95509550333.5 查課本,選取 所以轉(zhuǎn)矩 因?yàn)橛?jì)算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩,所以 查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》

34、 選取LT7型彈性套柱銷聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為500Nm 3立體車庫(kù)電氣控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 3．1電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計(jì) 圖3.1 圖3.2 3．2電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計(jì) 圖3.3 3．3 PLC控制程序設(shè)計(jì) 圖3.4 圖3.5 3．4電動(dòng)機(jī)的選擇和計(jì)算 1，機(jī)構(gòu)手與自行車質(zhì)量：Wa=30kg 導(dǎo)軌的摩擦因數(shù) 帶輪質(zhì)量：Wp=1kg u=0.035 聯(lián)軸器的慣量Jc=0（電機(jī)軸與帶輪直接相連） 2，運(yùn)轉(zhuǎn)模式 移動(dòng)距離 2m 3，負(fù)載部分的慣量 4，預(yù)選電機(jī)：步進(jìn)電機(jī) 型號(hào)：120BYG5501

35、 相書(shū)：5 電壓：120~310V 電流;5A 最大靜轉(zhuǎn)矩：20N*m 空載起動(dòng)頻率：1800Hz 空載運(yùn)行頻率：20000Hz 由以上參數(shù)可選 功率W=1000w 5，慣量比 6，最高速度Vmax 由運(yùn)轉(zhuǎn)模式圖可知 1/2*加速時(shí)間*Vmax+勻速時(shí)間*Vmax+1/2*減速時(shí)間*Vmax =移動(dòng)距離代入數(shù)據(jù)，知 1/2*0.1*Vmax+1.2*Vmax+1/2*0.1*Vmax =2m 2.1Vmax=2m 由步進(jìn)電機(jī)參數(shù)可知 步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)轉(zhuǎn)速n=30000r/min 則轉(zhuǎn)速滿足要求 8，計(jì)算轉(zhuǎn)矩： 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩：

36、 減速時(shí)轉(zhuǎn)矩： Ta=18.041＜20（130BYG5501的最大轉(zhuǎn)矩） 確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩: 根據(jù)以上計(jì)算可選100BYG5501 附：步進(jìn)電機(jī) 負(fù)載轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系 機(jī)械手和自行車的升價(jià) 帶輪質(zhì)量：Wp=1kg 聯(lián)軸器的慣量Jc=0（電機(jī)軸與帶輪直接相連） 2，運(yùn)轉(zhuǎn)模式 3，負(fù)載部分的慣量 由于此處有兩條同步帶分布在支架兩側(cè)來(lái)帶動(dòng)機(jī)械手和自行車的升降。 4，預(yù)選電機(jī)，選130BYG5501 功率：P=1.5kw 最大靜轉(zhuǎn)矩:20N*m 5，計(jì)算 6，最高轉(zhuǎn)速Vmax 1/2*加速時(shí)間*Vmax+勻速時(shí)

37、間*Vmax+1/2*減速時(shí)間*Vmax=移動(dòng)距離 1/2*0.2*Vmax+2*Vmax+1/2*0.2*Vmax=12 2.1*Vmax=12 Vmax=12/2.1=5.714m/s 7,轉(zhuǎn)速：換算成N（r/min） 8，計(jì)算轉(zhuǎn)矩 移動(dòng)轉(zhuǎn)矩： 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩; 減速時(shí)轉(zhuǎn)矩 =6.441-1.67=4.771N*m 9,確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩 加速時(shí)轉(zhuǎn)矩 Ta=8.111N*m＜20N*m 10，確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩 11,根據(jù)以上計(jì)算可選130BYG5501 4結(jié)論與展望 4．1 結(jié)論 在前面介紹的幾種自行車停放裝置中, 自行車停

38、車架及停車棚具有成本低廉、可轉(zhuǎn)移性好、普及性強(qiáng)的特點(diǎn), 適合于自行車停放量較少、停放面積充足、停放時(shí)間短的場(chǎng)合, 如小區(qū)街道、學(xué)校會(huì)所等; 雙層自行車停放裝置及直立式自行車停車架具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)約空間的特點(diǎn), 適合于自行車停放量較大、停放面積有限的場(chǎng)合, 如商貿(mào)中心街道、人流量大的街道等; 隔間式自行車停放裝置具有防盜、防止車輛間摩擦的特點(diǎn), 適合于對(duì)自行車保護(hù)要求較高、停放時(shí)間長(zhǎng)的場(chǎng)合, 如附近機(jī)關(guān)、商鋪、社區(qū)等; 懸掛式自行車停放裝置具有安全防盜、方便、美化環(huán)境的特點(diǎn), 適合于城市發(fā)展較成熟的商業(yè)中心地段、社區(qū)街道等。全自動(dòng)地下自行車車庫(kù)具有全自動(dòng)化、海量存儲(chǔ)、存取快捷、防盜的特點(diǎn), 適應(yīng)

39、于新時(shí)代發(fā)展特點(diǎn)——城市不斷擴(kuò)大、人口持續(xù)增加, 自行車使用量遞增, 以及人們生活質(zhì)量不斷提高。特別適合于北京、上海、廣州等這些人均地面積少、出行人口密集、自行者擁有量極大的中心城市。 4．2 展望 目前, 各個(gè)城市人口、自行車等數(shù)量不同, 對(duì)各類自行車停放裝置都有需求, 各種裝置將并存發(fā)展和使用。而今后發(fā)展就是在各種裝置的基礎(chǔ)上, 更進(jìn)一步改善。如發(fā)展收縮或折疊型自行車停車架、可移動(dòng)式車棚與車架組合、無(wú)人值守式自行車停放裝置、地上全自動(dòng)自行車車庫(kù)等。但是總體說(shuō)來(lái), 具有智能化、自動(dòng)化、立體化, 以及海量存儲(chǔ)、存取快捷、美觀防盜等多功能的自行車停放系統(tǒng)是未來(lái)都市具有極具競(jìng)爭(zhēng)力和發(fā)展?jié)摿Φ?/p>

40、一種自行車停放裝置, 并可能將是未來(lái)城市自行車停放裝置的主流。 參考文獻(xiàn) [1] 尹志強(qiáng). 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [2] 尹志強(qiáng)等.《機(jī)電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū)》.機(jī)械工業(yè)出版社, 2009 [3] 張建民主編.《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》.高等教育出版社，2004 [4] 陳立德.《機(jī)械制造裝備設(shè)計(jì)》.高等教育出版社2006 [5] 張還.《三菱FX系列PLC設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)》. 機(jī)械工業(yè)出版社，2006，4 [6] 鄧星鐘主編.《機(jī)電傳動(dòng)控制》.華中科技大學(xué)出版社，2001，3 [7] 徐志毅主編.《機(jī)電一體化實(shí)用技術(shù)》上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)

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42、 機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì). 北京：高等教育出版社，2004. [16] 相關(guān)產(chǎn)品樣本手冊(cè) =86750 (h) 驗(yàn)算結(jié)果：合格。

43、

44、

45、 =40 Z=200

46、

47、 a=600mm d=200 d=1000 = 鍵1：2816 鍵2：

48、2050

49、 Vmax=0.909 m/s n=30000r/min Tf=0.42m/s Tms=5.71

50、 = 326*10kg*m Vmax= 5.714m/s Tf= 1.67（N*m） T a= 8.11N *m Ta=4.771N*m Tms=1.2 33 / 33文檔可自由編輯打印