自行車自動存取立體車庫系統(tǒng)設(shè)計說明

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1、摘 要本文主要對自行車自動存取立體車庫系統(tǒng)設(shè)計多層回轉(zhuǎn)立體車庫系統(tǒng)進行設(shè)計。針對目前停車場管理系統(tǒng)存在的系統(tǒng)管理介質(zhì)落后、集成自動化程度低、安全性差、人性化和運行效率低下的不足，結(jié)合目前科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的最新研究成果，設(shè)計了一種技術(shù)較先進、性能可靠、自動化程度較高的停車場智能管理系統(tǒng)。本設(shè)計的指導(dǎo)思想立足于提高停車場管理系統(tǒng)的可靠性、安全性和高效性，對目前我國各大中城市所面臨的“停車難”問題的解決，具有一定的促進作用。本系統(tǒng)所采用的PLC技術(shù)，射頻卡技術(shù)對其它交通收費系統(tǒng)也有一定的借鑒意義。本文針對停車場只能控制系統(tǒng)中存在的問題，把PLC可編程序控制器和變頻器應(yīng)用于停車場只能控制系統(tǒng)上，并進行了較

2、深入的研究。本文闡述了智能停車場系統(tǒng)的PLC控制、收費、計費和安全的一些基本思路和方法，并介紹了著重介紹了PLC工作特點與運行原理，還介紹PLC控制器主要功能模塊與應(yīng)用，不僅編程簡單，通用性強，抗干擾能力強，可靠性高，而且具有易于操作與維護，設(shè)計、施工、調(diào)試周期短等優(yōu)點。本文主要是對停車場進行智能化設(shè)計，通過采取PLC技術(shù)對停車場管理的設(shè)計，達到停車場智能化、高效化。關(guān)鍵字：PLC 停車 立體車庫 控制系統(tǒng) 鋼結(jié)構(gòu)。目 錄1緒論311課程的背景和意義312課題的關(guān)鍵技術(shù)與其國外研究發(fā)展現(xiàn)狀8121國外研究現(xiàn)狀8122國研究現(xiàn)狀82自行車自動存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫機械部分設(shè)計821自動存取多層回轉(zhuǎn)

3、立體車庫的基本結(jié)構(gòu)9211基本結(jié)構(gòu)9212主要參數(shù)1022立體車庫機械手的結(jié)構(gòu)設(shè)計10221機械手的介紹13222機械手分析13223機械手結(jié)構(gòu)圖1423升降機構(gòu)的設(shè)計1424設(shè)計計算17241設(shè)計V帶和帶輪17242齒輪的設(shè)計19243傳動軸承和軸的設(shè)計27244鍵的設(shè)計和計算28245聯(lián)軸器的設(shè)計293立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計2931電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計3032電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計3033PLC控制程序設(shè)計3034電動機的選擇和計算314結(jié)論與展望3141 結(jié)論3242 展望32參考文獻321緒論1.1 課題的背景和意義自行車無處停放或隨處亂停的問題是城市的社會、經(jīng)濟、交通發(fā)展到一定程度產(chǎn)

4、生的結(jié)果，立體停車設(shè)備的發(fā)展在國外，尤其在日本已有近30-40年的歷史，無論在技術(shù)上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫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，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80-90，如果采用地上多層（21層）立體式車庫的話，50平方米的土地面積上便可存放40輛車，這可以大節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫或車不停準(zhǔn)位置，由電子控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。應(yīng)該說，機械車庫從管理

5、上可以做到徹底的人車分流。在地下車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風(fēng)設(shè)施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設(shè)立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。12課題的關(guān)鍵技術(shù)與其國外研究發(fā)展現(xiàn)狀目前各國都大力倡導(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)的停放問題成為一道技術(shù)難題, 為解決這一難題, 人們開發(fā)出各種各樣的自行車停放裝置。介紹了國外幾種具有代表性的、實用性強的自行車停放裝置,重點對比、分析了

6、它們的結(jié)構(gòu)、功能、使用與適用場合。指出未來城市的自行車停放裝置將向自動化、智能化、立體化, 以與海量存儲、存取快捷、美觀防盜等多功能方向發(fā)展, 全自動地下自行車車庫將在未來大都市中占據(jù)主導(dǎo)作用。自行車停車架與停車棚具有成本低廉、可轉(zhuǎn)移性好、普與性強的特點, 適合于自行車停放量較少、停放面積充足、停放時間短的場合, 如小區(qū)街道、學(xué)校會所等; 雙層自行車停放裝置與直立式自行車停車架具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約空間的特點, 適合于自行車停放量較大、停放面積有限的場合, 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, 適合于對自行車保護要求較高、停放時間長的場合, 如附

7、近機關(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, 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。全自動地下自行車車庫具有全自動化、海量存儲、存取快捷、防盜的特點, 適應(yīng)于新時代發(fā)展特點􀀁城市不斷擴大、人口持續(xù)增加, 自行車使用量遞增, 以與人們生活質(zhì)量不斷提高。特別適合于、廣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。121國外研究現(xiàn)狀隨著人們生活質(zhì)量的提高, 省心、省力、安全是人們對自行車停放裝置提出的新要求。因此,人們開發(fā)出一些機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

8、要由滑輪升降機、電機驅(qū)動卷筒、控制電路以與固定車架等構(gòu)成, 自行車被自動放置到空中停放區(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, 自行車通過滑輪升降機和電機驅(qū)動裝置自動升入空中停放。圖1.1取車者通過停放憑據(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)來實現(xiàn)。當(dāng)非法取車或存放車輛遇到破壞時, 防盜報警系統(tǒng)會自動報警, 管理人員可與時處理。在瑞士日瓦市出現(xiàn)了一種類似于懸掛式自行車停放裝置Biketree, 它們原理相

9、似,但外形有差異, 如圖2所示(放大部分為磁卡感應(yīng)器)。一個Biketree一般能停放6 8輛自行車, 存車者通過感應(yīng)器掃描磁卡來停放自行車。近年來人們開發(fā)出一種海量存放、全自動化、安全防盜、避免摩擦、方便快捷的自行車停放裝置全自動地下自行車車庫，如圖1.3。該車庫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。整個圓柱形構(gòu)架的中心空余部分用于安裝車庫的核心部分機械手升降導(dǎo)軌、機械手行走導(dǎo)軌和控制電路, 以保證機械手臂進行自行車的控制、升降、夾取、檢測與安全保護等。該車庫的磁卡感應(yīng)裝置未使用傳統(tǒng)的CH IP卡, 而是選用標(biāo)準(zhǔn)的智能型EC-

10、卡(類似國的借記卡), 這種卡不僅反應(yīng)靈敏而且使用壽命較長。這種安全防盜技術(shù)加上整個車庫的地下圓柱形結(jié)構(gòu), 車庫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, 停放裝置的機械手臂會自動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, 自行車就會自動被機械手臂傳送到取車者的面前。整個存取車過程只需30 s 35 s。目前, 日本、荷蘭、西班牙、德國的一些城市已經(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與使用。歐洲的停車庫圓柱直徑為7. 5m, 高度為5. 25m, 能容納92輛自行車; 日本東京的Kasai車站所建的停車庫可容納下180輛自行

11、車, 并已經(jīng)建有36個圓柱狀的停車空間, 總共能停放6 000多輛自行車。這種全自動地下自行車車庫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。圖1.3122國研究現(xiàn)狀減少交通工具氣體排放量成為當(dāng)今社會綠色環(huán)保的主題之一, 為此, 各國大力倡導(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了一系列問題, 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)計重疊,阻礙交通; 停放點監(jiān)管不嚴(yán), 盜竊頻率高等。自行車停放帶來的問題越來越受人們關(guān)注。針對以上問題以與不同場合

12、的停放特點, 人們相繼開發(fā)出如保證自行車穩(wěn)定與安全并充分利用空間等多種功能的自行車停放裝置。并且隨著機械電子技術(shù)的發(fā)展、人們生活質(zhì)量的提高, 全自動、方便快捷、存儲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, 或者通過兩桿間的間隙夾持住車輪來保證自行車停放的穩(wěn)定。這類停放裝置安裝簡便、成本低、可轉(zhuǎn)移性較好。但當(dāng)自行車存入量增加時, 因車架間隙小, 造成自行車之間相互阻礙和摩擦。圖1.5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

13、影響, 不能達到對自行車的有效保護。為彌補自行車停車架的這一缺陷, 自行車停車棚應(yīng)運而生。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,棚安裝有一些自行車停放架以達到停放自行車的目的,有密閉式車棚和敞門式車棚兩種主要形式, 如圖1.6所示。它的結(jié)構(gòu)簡單、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與停車棚的防盜措施, 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禁裝置, 只有通過自行車車主專屬的電子鑰匙或者磁卡才能開啟車棚門存放或提取自行車。這種車棚不僅擁有普通停車棚的優(yōu)點, 而且

14、可以明顯減少停放自行車被盜的現(xiàn)象。2.自行車自動存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫機械部分設(shè)計21自動存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫的基本結(jié)構(gòu)211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。整個圓柱形構(gòu)架的中心空余部分用于安裝車庫的核心部機械手升降導(dǎo)軌、機械手行走導(dǎo)軌和控制電路, 以保證機械手臂進行自行車的控制、升降、夾取、檢測與安全保護等。（如圖2.1，2.2，所示）圖2.1圖2.2212主要參數(shù)自動存取多層回轉(zhuǎn)立體車庫的基本結(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7500mm22立體車庫機械手的結(jié)

15、構(gòu)設(shè)計221機械手的介紹工業(yè)機器人的手又稱為末端執(zhí)行器，它使機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）進行操作的部件。它具有模仿人手動作的功能，并安裝于機器人手臂的前端。由于被握工件的形狀、尺寸、重量、材質(zhì)與表面狀態(tài)等不同，因此工業(yè)機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）專用操作器與轉(zhuǎn)換器（4）仿生多指靈巧手222機械手分析手指是直接與工件接觸的部件。手指松開和夾緊工件，是通過手指的開與閉合來實現(xiàn)的。圖2.6 機械手機構(gòu)簡圖在圖2.6中，O為電機輸出軸，曲柄OA、連桿AB、滑塊B和支架構(gòu)成曲柄滑塊機構(gòu)

16、；滑塊B、連桿BC、搖桿CE和支架構(gòu)成滑塊搖桿機構(gòu)。通過兩個機構(gòu)串聯(lián)，使電機最終驅(qū)動DE的來回擺動，從而實現(xiàn)手指的開合運動。圖2.6中的黑線和藍線表示機構(gòu)運行的兩個極限位置。為便于手指的順利合攏，可以在兩個手指之間設(shè)置一個彈簧，這樣還可以提供適當(dāng)?shù)膴A緊力。另外，在選用電機的時候，要使電機的功率足以克服彈簧的收縮和開，并且提供足夠加緊物體的力。223機械手結(jié)構(gòu)圖傳動機構(gòu)是向手指傳遞運動和動力，以實現(xiàn)夾緊和松開動作的機構(gòu)。根據(jù)手指開合的動作特點分為回轉(zhuǎn)型和平移形。采用回轉(zhuǎn)型傳動機構(gòu)。圖2.7為初步設(shè)計的機械手機構(gòu)圖。圖2.723升降機構(gòu)的設(shè)計減速裝置和鋼絲繩拽引輪對稱安置。設(shè)計升降機構(gòu)考慮的問題有

17、:(1) 速度曲線:立體車庫的總體機械結(jié)構(gòu),采用電梯提升機和平移存取構(gòu)型。車輛存取時間限制在30s左右,要求傳動裝置可高速度運行。平移機構(gòu)存取車輛時,要求起升機構(gòu)具有很高的平層精度,以減小撞擊。為了保證安全、低噪聲、平移起制動平穩(wěn),要求傳動裝置具有自動加減速功能,升降機構(gòu)的驅(qū)動裝置采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。(2) 負載機械特征:升降機構(gòu)是頻繁起制動設(shè)備,其運行中的大量時間處在加減速的過程中,升降機構(gòu)帶有對重,因此它的負載機械特征分布于坐標(biāo)系的四個象限。當(dāng)升降平臺靜止或勻速運動時,表現(xiàn)為靜態(tài)負載機械特性。當(dāng)其加減速運動時,表現(xiàn)為動態(tài)負載機械特性(除含靜態(tài)特性外,還含加速度造成的慣性轉(zhuǎn)矩)。（如圖2

18、.8）圖2.8立體車庫的主要任務(wù)是在最短的時間安全地完成車輛的存取，而立體車庫中升降電梯的速度已定，因此設(shè)計一套合理而安全的存取機構(gòu)將成為車庫設(shè)計的重要任務(wù)。設(shè)計合理可縮短存取車輛的時間，增加車輛存取的安全性。設(shè)計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)的完成機械的自由升降。以便更好的使用放線機。本人的想法是想用液壓驅(qū)動不想用規(guī)的螺桿升降，要解決這些問題必須解決升降系統(tǒng)和驅(qū)動系統(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，這樣會大大的降低工作效率，所以選用液壓升降會大大節(jié)省人力物力，還有就是因為剛卷質(zhì)量非常大，單靠鋼絲

19、繩的拉力是遠遠不夠的，想要正常的自由旋轉(zhuǎn)就必須要有一個可靠的驅(qū)動系統(tǒng)，現(xiàn)在一般用的驅(qū)動系統(tǒng)都是電機驅(qū)動，因為它有許多優(yōu)點，可以根據(jù)線卷的拉力大小來調(diào)節(jié)他的轉(zhuǎn)速，還可以進行一般的正反轉(zhuǎn)，還有就是在電機上安裝一個變頻器，可以無限調(diào)速，可以得到任何想要得轉(zhuǎn)速。驅(qū)動裝置則是用液壓驅(qū)動，它可以避免由于螺桿滑絲而引起的不必要的工程事故，而且力大可以迅速提升到指定高度。24設(shè)計計算241設(shè)計帶輪確定計算功率查課本表9-9得：,式中為工作情況系數(shù)， 為傳遞的額定功率,既電機的額定功率.選擇帶型號根據(jù)，,查課本表8-8和表8-9選用帶型為A型帶選取帶輪基準(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

20、準(zhǔn)直徑,式中為帶傳動的滑動率，通常?。?%2%），查課本表8-7后取。驗算帶速v在525m/s圍，帶充分發(fā)揮。確定中心距a和帶的基準(zhǔn)長度由于,所以初步選取中心距a：，初定中心距，所以帶長,=.查課本表8-2選取基準(zhǔn)長度得實際中心距取驗算小帶輪包角，包角合適。確定v帶根數(shù)z因，帶速，傳動比,查課本表8-5a或8-5c和8-5b或8-5d,并由插值法得.查課本表8-2得=0.96.查課本表8-8,并由插值法得=0.96由公式8-22得故選Z=5根帶。計算預(yù)緊力查課本表8-4可得,故:單根普通帶緊后的初拉力為計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)計齒輪材料，熱處理與精度考慮此

21、減速器的功率與現(xiàn)場安裝的限制，故大小齒輪都選用硬齒面漸開線斜齒輪（1） 齒輪材料與熱處理 材料：高速級小齒輪選用鋼調(diào)質(zhì)，齒面硬度為小齒輪 280HBS 取小齒齒數(shù)=40高速級大齒輪選用鋼正火，齒面硬度為大齒輪 240HBS Z=iZ=540=200 取Z=200. 齒輪精度按GB/T100951998，選擇7級，齒根噴丸強化。初步設(shè)計齒輪傳動的主要尺寸按齒面接觸強度設(shè)計確定各參數(shù)的值: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 則由課本公式10-13計算應(yīng)力值環(huán)數(shù)N=60nj =60626.091（283008）=1.442510hN= =4.4510h

22、#(3.25為齒數(shù)比,即3.25=)查課本 10-19圖得：K=0.93 K=0.96齒輪的疲勞強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 查課本由表10-6得： =189.8MP 由表10-7得: =1T=95.510=95.5103.19/626.09=4.8610N.m3.設(shè)計計算小齒輪的分度圓直徑d=計算圓周速度計算齒寬b和模數(shù)計算齒寬b b=49.53mm計算摸數(shù)m 初選螺旋角=14=計算齒寬與高之比齒高h=2.25 =2.252.00=4.50 = =11.01計算縱向重合度=0.318=1.

23、903計算載荷系數(shù)K使用系數(shù)=1根據(jù),7級精度, 查課本由表10-8得動載系數(shù)K=1.07,查課本由表10-4得K的計算公式: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: K=1.2故載荷系數(shù):KK K K K =11.071.21.42=1.82按實際載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑d=d=49.53=51.73計算模數(shù)=4. 齒根彎曲疲勞強度設(shè)計由彎曲強度的設(shè)計公式 確定公式各計算數(shù)值 小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩48.6kNm 確定齒數(shù)z因為是硬齒面，故取z24，zi z3.242477.

24、76傳動比誤差 iuz/ z78/243.25i0.0325，允許計算當(dāng)量齒數(shù)zz/cos24/ cos1426.27zz/cos78/ cos1485.43 初選齒寬系數(shù) 按對稱布置，由表查得1 初選螺旋角 初定螺旋角 14 載荷系數(shù)KKK K K K=11.071.21.351.73 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)Y2.592 Y2.211 應(yīng)力校正系數(shù)Y1.596 Y1.774 重合度系數(shù)Y端面重合度近似為1.88-3.2（）1.883.2（1/241/78）cos141.655arctg（tg/cos）arctg（tg20/cos14）20.6469014

25、.07609因為/cos，則重合度系數(shù)為Y0.25+0.75 cos/0.673 螺旋角系數(shù)Y軸向重合度 1.825,Y10.78 計算大小齒輪的安全系數(shù)由表查得S1.25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)N160nkt60271.4718300286.25510大齒輪應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N2N1/u6.25510/3.241.930510查課本由表10-20c得到彎曲疲勞強度極限小齒輪 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 取彎曲疲勞安全系數(shù) S=1.4=大齒輪的數(shù)值大.選用. 設(shè)計計算 計算模數(shù)對比計算結(jié)果，由齒面接觸疲勞強度計算的法面模數(shù)

26、m大于由齒根彎曲疲勞強度計算的法面模數(shù)，按GB/T1357-1987圓整為標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),取m=2mm但為了同時滿足接觸疲勞強度，需要按接觸疲勞強度算得的分度圓直徑d=51.73來計算應(yīng)有的齒數(shù).于是由:z=25.097 取z=25那么z=3.2425=81 幾何尺寸計算計算中心距 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,故參數(shù),等不必修正.計算大.小齒輪的分度圓直徑d=200d=1000計算齒輪寬度B=圓整的 2.4.3傳動軸承和傳動軸的設(shè)計1. 傳動軸承的設(shè)計. 求輸出軸上的功率P，轉(zhuǎn)速，轉(zhuǎn)矩P=2.70KW =82.93r/min=311.35Nm.

27、 求作用在齒輪上的力已知低速級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與軸向力F的方向如圖示:. 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,故需同時選取聯(lián)軸器的型號查課本,選取因為計算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩,所以查機械設(shè)計手冊選取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. 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 為了滿足半聯(lián)軸器的要求的軸向定位要求

28、,-軸段右端需要制出一軸肩,故取-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)軸器上而不壓在軸端上, 故-的長度應(yīng)比 略短一些,現(xiàn)取 初步選擇滾動軸承.因軸承同時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)精度級的單列角接觸球軸承7010C型.2.4.4鍵的設(shè)計和計算選擇鍵聯(lián)接的類型和尺寸一般8級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校和鍵聯(lián)接的強度 查表6-2得 =110MP工

29、作長度 36-16=2050-20=30鍵與輪轂鍵槽的接觸高度 K=0.5 h=5K=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/T1096-19792.4.5聯(lián)軸器設(shè)計1.類型選擇.為了隔離振動和沖擊，選用彈性套柱銷聯(lián)軸器.2.載荷計算.公稱轉(zhuǎn)矩：T=95509550333.5查課本,選取所以轉(zhuǎn)矩 因為計算轉(zhuǎn)矩小于聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩,所以查機械設(shè)計手冊選取LT7型彈性套柱銷聯(lián)軸器其公稱轉(zhuǎn)矩為500Nm3立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計31電氣控制系統(tǒng)整體設(shè)計圖3.1圖3.232電氣系統(tǒng)關(guān)鍵部分設(shè)計圖3.333 PLC控制

30、程序設(shè)計圖3.4圖3.534電動機的選擇和計算1，機構(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（電機軸與帶輪直接相連）2，運轉(zhuǎn)模式移動距離 2m3，負載部分的慣量4，預(yù)選電機：步進電機型號：120BYG5501相書：5電壓：120310V電流;5A最大靜轉(zhuǎn)矩：20N*m空載起動頻率：1800Hz空載運行頻率：20000Hz由以上參數(shù)可選功率W=1000w5，慣量比6，最高速度Vmax由運轉(zhuǎn)模式圖可知1/2*加速時間*Vmax+勻速時間*Vmax+1/2*減速時間*Vmax=移動距離代入數(shù)據(jù)，知1/2*0.1*Vmax+1.2*Vma

31、x+1/2*0.1*Vmax=2m2.1Vmax=2m由步進電機參數(shù)可知步進電動機的起動轉(zhuǎn)速n=30000r/min則轉(zhuǎn)速滿足要求8，計算轉(zhuǎn)矩：加速時轉(zhuǎn)矩：減速時轉(zhuǎn)矩：Ta=18.04120（130BYG5501的最大轉(zhuǎn)矩）確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩:根據(jù)以上計算可選100BYG5501附：步進電機負載轉(zhuǎn)矩與最大靜轉(zhuǎn)矩的關(guān)系機械手和自行車的升價帶輪質(zhì)量：Wp=1kg聯(lián)軸器的慣量Jc=0（電機軸與帶輪直接相連）2，運轉(zhuǎn)模式3，負載部分的慣量由于此處有兩條同步帶分布在支架兩側(cè)來帶動機械手和自行車的升降。4，預(yù)選電機，選130BYG5501功率：P=1.5kw最大靜轉(zhuǎn)矩:20N*m5，計算6，最高轉(zhuǎn)速Vmax1/

32、2*加速時間*Vmax+勻速時間*Vmax+1/2*減速時間*Vmax=移動距離1/2*0.2*Vmax+2*Vmax+1/2*0.2*Vmax=122.1*Vmax=12Vmax=12/2.1=5.714m/s7,轉(zhuǎn)速：換算成N（r/min）8，計算轉(zhuǎn)矩移動轉(zhuǎn)矩：加速時轉(zhuǎn)矩;減速時轉(zhuǎn)矩=6.441-1.67=4.771N*m9,確認(rèn)最大轉(zhuǎn)矩加速時轉(zhuǎn)矩加速時轉(zhuǎn)矩Ta=8.111N*m20N*m10，確認(rèn)有效轉(zhuǎn)矩11,根據(jù)以上計算可選130BYG55014結(jié)論與展望41 結(jié)論在前面介紹的幾種自行車停放裝置中, 自行車停車架與停車棚具有成本低廉、可轉(zhuǎn)移性好、普與性強的特點, 適合于自行車停放量較少

33、、停放面積充足、停放時間短的場合, 如小區(qū)街道、學(xué)校會所等; 雙層自行車停放裝置與直立式自行車停車架具有結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)約空間的特點, 適合于自行車停放量較大、停放面積有限的場合, 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, 適合于對自行車保護要求較高、停放時間長的場合, 如附近機關(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, 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。全自動地下自行車車庫具有全自動化、海量存儲、存取快捷、防盜的特點, 適應(yīng)于新時代發(fā)展特點城市不斷擴大、人口持續(xù)增加, 自行車使用量遞增, 以與人們生活

34、質(zhì)量不斷提高。特別適合于、廣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。42 展望目前, 各個城市人口、自行車等數(shù)量不同, 對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, 更進一步改善。如發(fā)展收縮或折疊型自行車停車架、可移動式車棚與車架組合、無人值守式自行車停放裝置、地上全自動自行車車庫等。但是總體說來, 具有智能化、自動化、立體化, 以與海量存儲、存取快捷、美觀防盜等多功能的自行車停放系統(tǒng)是未來都市具有極具競爭力和發(fā)展?jié)摿Φ囊环N自行車停放裝置, 并可能將是未來城市自行車停放裝置的主流。參考文獻1 志強. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)

35、計指導(dǎo)書. ：機械工業(yè)，2007.2 志強等.機電一體化系統(tǒng)課程設(shè)計指導(dǎo)書.機械工業(yè), 20093 建編.機電一體化系統(tǒng)設(shè)計.高等教育，20044 立德.機械制造裝備設(shè)計.高等教育20065 還.三菱FX系列PLC設(shè)計與開發(fā). 機械工業(yè)，2006，46 鄧星鐘主編.機電傳動控制.華中科技大學(xué)，2001，37 徐志毅主編.機電一體化實用技術(shù)科學(xué)技術(shù)文獻，19958 吳宗澤. 機械設(shè)計簡明手冊. ：化學(xué)工業(yè)，2000.9 王知行，鄧宗全. 機械原理. ：高等教育，2006.10 成大先. 機械設(shè)計手冊：第二卷. 第四版. ：化學(xué)工業(yè)，2002.11 成大先. 機械設(shè)計手冊：第三卷. 第四版. ：化

36、學(xué)工業(yè)，2002.12 成大先. 機械設(shè)計手冊：第五卷. 第四版. ：化學(xué)工業(yè)，2002.13 濮良貴. 機械設(shè)計. ：高等教育，2006.14 毅剛. 單片機原理與應(yīng)用. ：高等教育，2008.15 建民. 機電一體化系統(tǒng)設(shè)計. ：高等教育，2004.16 相關(guān)產(chǎn)品樣本手冊=86750 (h)驗算結(jié)果：合格。=40Z=200a=600mmd=200d=1000=鍵1：2816鍵2：2050Vmax=0.909 m/sn=30000r/minTf=0.42m/sTms=5.71=326*10kg*mVmax=5.714m/sTf=1.67（N*m）T a=8.11N *mTa=4.771N*mTms=1.231 / 31