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商 丘
工學(xué)院
2015-JXLW
專業(yè)代碼-編號
本科畢業(yè)論文（設(shè)計）開題報告
一種彈簧配重的電動欄桿的設(shè)計
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
學(xué) 號
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
提交日期
2016年1月5日
商丘工學(xué)院本科畢業(yè)論文(設(shè)計)開題報告
學(xué) 院
機(jī)械工程
專 業(yè)
機(jī)械設(shè)計制造及其自動化
班 級
12級 1 班
論文(設(shè)計)題目
一種彈簧配重的電動欄桿的設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
楊三序
職 稱
教授
課題類型
設(shè)計
課題來源
指導(dǎo)教師命題
選題背景(含國內(nèi)外相關(guān)研究綜述及評價)與意義
近年來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽車的數(shù)量不斷增加。截至2003年底，我國個人汽車保有量為12427672輛。其中，個人轎車4890387輛，比2002年增加1462441輛，增長率為42.7%。伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展汽車數(shù)量整在急劇增加，停車場作為交通設(shè)施的一部分，合理的停車場設(shè)計不僅解決了城市的額市容、交通、收費問題，也是小區(qū)加強(qiáng)安全和正常運營必不可少的一部分。由于科技的發(fā)展，社會文明的進(jìn)步人們已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)的停車場管理，更加安全，高效的停車大門系統(tǒng)和工作人員，是保證小區(qū)居民財產(chǎn)安全的一道屏障。
電動欄桿的工作原理：欄桿控制系統(tǒng)通過驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)動，再靠減速系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)把電機(jī)轉(zhuǎn)動變?yōu)闄跅U在垂直與水平之間的循環(huán)擺動。電動欄桿應(yīng)具備自鎖、反饋、防護(hù)等功能，并有與多項附屬設(shè)備的接口。
電動欄桿的使用現(xiàn)狀:在公路的收費站處以及小區(qū)的入口處我們都能看見一個會自動升起和降落的類似閘門一樣的東西，這個就是電動欄桿。電動欄桿的發(fā)明大大方便了收費站的工作人員，他們只需要按下一個開關(guān)，就可以自由的控制電動欄桿的抬起和降落進(jìn)而控制車輛的通過了，而不需要像以前那樣人工搬運阻礙物，既浪費時間又耗費體力。伴隨著城市化進(jìn)程的加快，中國的基礎(chǔ)設(shè)施和小區(qū)建設(shè)越來越多，需要與之相配應(yīng)的停車收費欄桿越來越多。
防撞車功能的電動欄桿：在欄桿臂下落至水平夾角大于15°的范圍內(nèi)，如有車輛駛?cè)刖€圈感應(yīng)區(qū)，欄桿臂將自動抬起防止砸車。
必要性：停車場的自動電桿，由于使用頻繁會出現(xiàn)不同程度的損壞，從而影響它自身的使用壽命。其中防撞的要求日益需要解決。無論什么類型的停車場都有電動欄桿大門，電動欄桿大門不僅適用停車場各種小區(qū)，公寓門口都可以。其中，撞擊問題日益需要解決以增加其使用壽命，使其更好，更長時間的為我們服務(wù)。
2.發(fā)展前景
電動欄桿機(jī)是機(jī)械、電氣、控制有機(jī)結(jié)合的小型機(jī)電一體化設(shè)備，廣泛用于公路、橋梁、隧道、口岸、場區(qū)的禁行管理。電動欄桿系統(tǒng)設(shè)計的技術(shù)水平對產(chǎn)品的消耗功率、壽命次數(shù)、可靠性指標(biāo)影響很大，所以設(shè)計開發(fā)時，對相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計必須有充分的理論依據(jù)。有了這種電動欄桿機(jī)可以減少工作人員的勞動強(qiáng)度，減少服務(wù)人員的勞動時間，提高車輛的通行效率，而且還可以避免車輛擁擠發(fā)生的撞車事故，可以避免因為人工操作不當(dāng)導(dǎo)致的意外事故，
減少人與人之間的矛盾和摩擦，促進(jìn)社會和諧進(jìn)步。
3.選題的主要任務(wù)及目標(biāo)
主要任務(wù)：
在電動欄桿的使用中，欄桿水平封閉位置時必須有自鎖功能防止人為抬升欄桿。國外先進(jìn)的Magnetic欄桿產(chǎn)品采用的是單相可堵轉(zhuǎn)力矩電機(jī)，電機(jī)可在任意位置堵轉(zhuǎn)工作不會損壞電機(jī)，而且內(nèi)有導(dǎo)熱良好的導(dǎo)熱脂，既可以把熱很快傳到外殼散熱，又能保證電機(jī)線圈不生銹?？看撕诵募夹g(shù)實現(xiàn)了其堵轉(zhuǎn)下持續(xù)工作鎖緊欄桿。原理是：電動機(jī)驅(qū)動欄桿轉(zhuǎn)到水平位置后，電機(jī)繼續(xù)延時加電l-2s，使連桿在水平鎖緊位置充分到位，而電機(jī)在此時輸出額定轉(zhuǎn)矩持續(xù)堵轉(zhuǎn)，之后控制電機(jī)輸入電流減小為額定電流的1／2，繼續(xù)維持?jǐn)[桿向下的轉(zhuǎn)動力矩，電機(jī)還是堵轉(zhuǎn)工作只是功率減小，其力矩足以鎖定欄桿不被輕易抬起，其發(fā)熱量會通過電機(jī)殼散熱達(dá)到平衡，不會燒壞電機(jī)和影響壽命。欄桿處于水平鎖定位置時，如果設(shè)備斷電電機(jī)鎖緊力矩失去，欄桿被內(nèi)部預(yù)先調(diào)緊的平衡彈簧拉起。國內(nèi)一般水平的欄桿采用曲柄在連桿機(jī)構(gòu)死點位置自鎖欄桿抬起，由于受機(jī)構(gòu)精度和穩(wěn)定性影響，有時不可靠；而采用蝸輪蝸桿減速器的反向自鎖功能是很有效的方案。但缺點是停電后要靠人工回轉(zhuǎn)復(fù)位。如采用電機(jī)的制動裝置鎖緊，其體積大且可靠性、穩(wěn)定性要求高，一般較少采用。所以，可堵轉(zhuǎn)力矩電機(jī)的技術(shù)應(yīng)用決定了欄桿自鎖技術(shù)水平，而這種電機(jī)設(shè)計尤為特殊且技術(shù)難度大。
高可靠高智能的防護(hù)功能為防止車輛水平?jīng)_撞欄桿時，破壞沖力傳遞到設(shè)備內(nèi)的主要部件，損壞欄桿機(jī)主體，欄桿本身應(yīng)有抗撞緩沖裝置，為防止欄桿誤動作后砸車或下落過程中傷人，在欄桿臂上安裝超聲波測距傳感器，實現(xiàn)轉(zhuǎn)動中緊?；蚍崔D(zhuǎn)來保護(hù)車輛或行人。也可采用高密聚氨脂材料做欄桿，既減輕了欄桿阻力和慣量，也緩沖了砸擊力量。
選題目標(biāo)：
此畢業(yè)設(shè)計題目來源于生產(chǎn)實際，主要完成對確定彈簧配重的電動欄桿機(jī)構(gòu)設(shè)計。對于生產(chǎn)的順利進(jìn)行及生產(chǎn)效率、產(chǎn)品的精度保證起著至關(guān)重要的作用。因此，設(shè)計一種高精度的電動欄桿機(jī)具有較大的實用價值。設(shè)計的產(chǎn)品應(yīng)達(dá)到GB/T 24973—2010《收費用電動欄桿》的技術(shù)要求。
4.選題研究的主要內(nèi)容及擬解決的主要問題
主要內(nèi)容：
彈簧平衡系統(tǒng)是在內(nèi)部輸出軸上設(shè)計彈簧儲能機(jī)構(gòu)——擺臂和彈簧裝置，靠內(nèi)部平衡機(jī)構(gòu)動態(tài)平衡欄桿升降時的阻力矩，使任意位置系統(tǒng)總力矩近似為零，充分利用動能和勢能的轉(zhuǎn)換，最大限度地減小驅(qū)動功率、滿足系統(tǒng)抗外加干擾載荷、延長機(jī)體壽命。因為欄桿阻力矩與轉(zhuǎn)動時的垂直轉(zhuǎn)角成正弦比例變化，所以，彈簧平衡系統(tǒng)也應(yīng)跟蹤產(chǎn)生近似正弦比例的力矩。由于拉簧隨欄桿轉(zhuǎn)角變化，其拉力和力臂的大小方向都在變化，故力矩的動態(tài)變化無簡單規(guī)律可循。因而設(shè)計中出現(xiàn)了多個連續(xù)變量的理論計
算，必須采用有效的優(yōu)化設(shè)計思路。
在本次設(shè)計中，擬應(yīng)用到的文獻(xiàn)涉及機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計類，機(jī)械繪圖類，機(jī)械工程控制類，機(jī)械工程材料和力學(xué)以及彈簧配重的電動欄桿的資料，在設(shè)計過程中這些材料可以首先幫我們從整體上了解與彈簧配重的電動欄桿相關(guān)的技術(shù)以及現(xiàn)在國內(nèi)外的發(fā)展趨勢；其次，利用這些資料，可以在設(shè)計過程中進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計方案的初步制定；最后，機(jī)器人臂設(shè)計過程中的所需材料的選擇，設(shè)計與校核計算，運動過程的控制以及其他的注意事項，都可以在相關(guān)文獻(xiàn)資料中得到一些指導(dǎo)與幫助。
擬解決的主要問題:在前期得做好各項準(zhǔn)備，要查閱大量的文獻(xiàn)了解彈簧配重的電動欄桿的的結(jié)構(gòu)，并在CAD，上畫出這個零件，認(rèn)真去了解它的結(jié)構(gòu)，這當(dāng)中就需要一些工具書比如機(jī)械手冊，以及有關(guān)教材及參考資料，最后如果有需要還可以選擇去工廠調(diào)研，以上條件具備完成本課題所需的工作條件。
5.主要參考文獻(xiàn)(須包括書名、作者、出版年和出版社名稱等)
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6.在規(guī)定時間段內(nèi),論文(設(shè)計)內(nèi)容進(jìn)度計劃
2015.12.11—2016.1.6 完成開題報告。
2016.01.7—2016.02.20 進(jìn)行課題研究或項目開發(fā)與設(shè)計，完成具體設(shè)計任務(wù)，并繪制相關(guān)設(shè)計圖紙，撰寫畢業(yè)論文。
2016.02.21—2016.04.14 中期檢查，內(nèi)容包括：《選題表》、《任務(wù)書》、《開題報告》、《畢業(yè)論文（設(shè)計）進(jìn)度表》、《文獻(xiàn)綜述》、《外文資料翻譯》和《畢業(yè)論文（設(shè)計）中期檢查表》。
2016.04.16—2016.05.05 完成提交畢業(yè)設(shè)計。
2016.05.06—2016.05.25 答辯。
指導(dǎo)教師意見
指導(dǎo)教師簽字:
年 月 日
教研室意見
教研室主任簽字:
年 月 日
備注: 1.課題類型分為論文、設(shè)計。
2.課題來源分為自擬、指導(dǎo)教師命題、教育廳項目等等。
商 丘
工學(xué)院
2015-JXLW
專業(yè)代碼-編號
本科畢業(yè)論文（設(shè)計）
彈簧配重的電動欄桿的設(shè)計
學(xué) 院
小三號黑體居中（下同）
專 業(yè)
學(xué) 號
學(xué)生姓名
指導(dǎo)教師
提交日期
年 月 日
III
誠 信 承 諾 書
本人鄭重承諾和聲明:
我承諾在畢業(yè)論文撰寫過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)論文(設(shè)計)中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。
畢業(yè)論文（設(shè)計）作者簽名：
年 月 日
摘 要
電動欄桿機(jī)在道路，橋梁，隧道，港口，場區(qū)的禁行管理大規(guī)模使用的設(shè)備小型機(jī)電一體化的有機(jī)結(jié)合，機(jī)械，電氣，控制。其被設(shè)計為產(chǎn)品倍的壽命的功率消耗的技術(shù)水平電動欄桿系統(tǒng)，可靠性很大的影響，這樣的設(shè)計和時代的發(fā)展，所討論的測試，必須具有足夠的技術(shù)設(shè)計的理論依據(jù)。
勁量的工作原理：圍欄系統(tǒng)通過驅(qū)動發(fā)動機(jī)控制，然后靠制度或機(jī)制上要慢于欄桿發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)在垂直和橫向擺動之間的循環(huán)。電動欄桿應(yīng)該有一個自鎖，反饋，保護(hù)等功能，并已與多家配套設(shè)備的接口。
彈簧秤系統(tǒng)是電動欄桿機(jī)產(chǎn)品設(shè)計能力的關(guān)鍵技術(shù)之一，直接決定指標(biāo)欄桿設(shè)備，產(chǎn)品的可靠性和壽命大大。為了解決這一關(guān)鍵技術(shù)，產(chǎn)品，平衡欄桿正弦規(guī)律將拖累扭矩彈簧平衡系統(tǒng)，優(yōu)化設(shè)計，目標(biāo)函數(shù)，遺傳算法的數(shù)學(xué)模型來同步高電位，適應(yīng)性廣。
關(guān)鍵詞：彈簧秤;遺傳算法，優(yōu)化設(shè)計;電動欄桿
VII
Abstract
Electric fence machine is a mechanical, electrical, control organic combination of small electromechanical integration equipment, widely used in the forbidden line management of roads, bridges, tunnels, ports, field area. Electric fence systems designed for the technical level of the power consumption of the product life times, reliability great impact, so the design and development time, the corresponding key technical design must have an adequate theoretical basis.
? ???Electric fence works: railing system by driving the motor rotation control, and then rely on a system or mechanism to decelerate the motor rotation into a railing in a loop between the vertical and horizontal swing. Electric fence should have a self-locking, feedback, protection and other functions, and has an interface with a number of ancillary equipment.
Spring balance system is one of the key technologies of electric fence machine product design directly determines the power consumption indicators railing machines, product reliability and service life greatly. To solve this critical technology, this article will be able to synchronize balance railing sine law drag torque spring balance system, a mathematical model of optimization design, the objective function, genetic optimization algorithm has strong ability and wide adaptability.
Key Words：spring balance; genetic algorithms; optimization design; electric fence
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 選題背景與意義 1
1.2 電動欄桿的使用現(xiàn)狀及發(fā)展前景 1
1.3 主要內(nèi)容 3
1.4 擬解決的主要問題 3
第2章 彈簧配重的電動欄桿結(jié)構(gòu)方案設(shè)計 4
2.1概述 4
2.2結(jié)構(gòu)方案 4
第3章 彈簧配重的電動欄桿連桿傳動裝置設(shè)計 6
3.1內(nèi)部彈簧平衡系統(tǒng)的優(yōu)化 6
3.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的速度和加速度特性 8
3.3 電機(jī)及減速系統(tǒng)選型 9
3.4 系統(tǒng)自鎖方案 10
3.5 高可靠高智能的防護(hù)功能 11
3.6 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計 12
3.6.1確定設(shè)計變量 18
3.6.2建立目標(biāo)函數(shù) 18
3.6.3確定約束條件 19
3.6.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型 20
3.7 機(jī)構(gòu)受力分析 21
3.8 齒輪傳動計算 22
3.9 軸的設(shè)計計算 24
3.9.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算 24
3.9.2按彎扭合成強(qiáng)度計算 25
3.9.3軸的剛度計算概念 25
3.9.4軸的設(shè)計步驟 25
3.10各軸的計算 26
3.10.1高速軸計算 26
3.10.2中間軸設(shè)計 28
3.10.3低速軸設(shè)計 31
3.11軸的設(shè)計與驗證 34
3.11.1高速軸設(shè)計 34
3.11.2中間軸設(shè)計 34
3.11.3 低速軸設(shè)計 34
3.11.4高速軸的驗證 35
3.12 軸承的設(shè)計及驗證 35
3.12.1軸承種類的選擇 35
3.12.2深溝球軸承結(jié)構(gòu) 35
3.12.3軸承計算 37
第4章 離合器的設(shè)計計算 39
4.1 離合器型選擇 39
4.2 離合器牙齒數(shù)的選擇 39
4.3 離合彈簧參數(shù)選設(shè)出 39
4.4 欄桿臂外端部砸車力的計算 40
4.5離合器材料選設(shè)出 40
第5章 彈簧配重裝置設(shè)計 41
5.1 彈簧的設(shè)計計算 41
5.2 電路部分設(shè)計（單片機(jī)） 44
5.2.1 簡介 44
5.2.2 系統(tǒng)工作原理 45
5.2.3 控制電機(jī)的軟件設(shè)計 46
5.2.4 本章小結(jié) 47
總結(jié)與展望 48
致 謝 49
參 考 文 獻(xiàn) 51
第1章 緒論
1.1 選題背景與意義
這幾年來，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展很快，中國的城市化水平也加大步伐發(fā)展，以提高人民生活水平的提高，汽車的數(shù)量正在增加。截至2003年底，中國的個人汽車的所有權(quán)是12427672。在這些中，對于比一個個人汽車4890387,2002更增加了1462441，增加了42.7％。汽車數(shù)量是由于整體經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，隨著交通基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，同時顯著在停車場的設(shè)計，合理的解決城市交通量，不僅給城市的充電，安全，必須加強(qiáng)正常運作的重要組成部分，提高了停車場的小區(qū)。技術(shù)的發(fā)展，社會的文明和人民的進(jìn)步，已經(jīng)不能滿足傳統(tǒng)停車場管理，更安全，更高效的停車場門系統(tǒng)和工作人員，小區(qū)物業(yè)的阻隔居民的它是為了確保安全。通過驅(qū)動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)控制，然后，在垂直和水平擺動的欄桿系統(tǒng)中，為了減速的電動機(jī)旋轉(zhuǎn)到循環(huán)的欄桿上，是依賴于系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)上：電動欄桿作品。電動欄桿，自鎖，反饋，有保護(hù)等功能，你需要有一個具有大量外圍設(shè)備的接口。
1.2 電動欄桿的使用現(xiàn)狀及發(fā)展前景
我們是同一種門的自動增加，在收費站的入口處并由此可以看出秋天鱒魚同樣的事情化合物的道路，這是電動欄桿。電動欄桿的發(fā)明，來緩解顯著的收費站工作人員的任務(wù)，沒有他們需要人工唯一的障礙，你以同樣的方式和以前一樣自由，吊裝，它是由車輛控制下降后，就可以控制電動?xùn)艡?，你需要按時間和稅收開關(guān)浪費。城市化速度加快，在中國基礎(chǔ)設(shè)施和住房建設(shè)，越來越多的需求是通過增加停車扶手的數(shù)量相匹配。
車禍功能電動?xùn)艡冢很囕v感應(yīng)線圈面積，如果你能防止汽車爆炸欄桿臂自動抬起欄桿將在比水平臂角度15°以下的范圍。
需要：自動泊車極，因為你經(jīng)常使用，這樣一來，影響到自己的生活，你會被不同程度的損壞。該碰撞要求，您將需要越來越多地處理。不管怎么樣的停車場的具有電動欄桿的入口，電動欄桿是，不僅是有可能，有門的公寓，不適合停車門的各種細(xì)胞。其中，為了提高它，以改善自己的生活，為了實現(xiàn)長期我們，您將需要處理的影響的問題日益嚴(yán)重。
發(fā)展前景：
電動欄桿是為了解決停車問題，大城市的有效途徑。土地資源的限制，在全市亞洲特別顯示，因為在大城市的狀態(tài)下，更廣泛的機(jī)械式停車設(shè)備在亞洲使用，亞洲大部分地區(qū)顯示當(dāng)前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，日本，韓國，中國停車市場，和其他地點。
該技術(shù)在亞洲的電動欄桿，從20世紀(jì)60年代機(jī)電動欄桿的研發(fā)，生產(chǎn)，銷售，開始從事服務(wù)，已通過40多年的歷史日本發(fā)源地。日本目前，該公司生產(chǎn)的200家企業(yè)，約生產(chǎn)，一直從事機(jī)械車庫和設(shè)備的開發(fā)約100或更多的機(jī)器電動欄桿，和大型企業(yè)的新，你有IHI，日精，三菱重工。今年以來日本的作業(yè)機(jī)停車場，90年超過10萬輛。目前日本3000000，傳送主提升和電動欄桿已放置待上面使用一個機(jī)械式停車。日本，多級提升和垂直升降型，循環(huán)型，垂直循環(huán)類，其它產(chǎn)品級便于升降的優(yōu)點。機(jī)械電動欄桿技術(shù)的韓國協(xié)會是日本技術(shù)的衍生物。自從開始在20世紀(jì)80年代到70年代中期，在行業(yè)內(nèi)，消化和本地化生產(chǎn)后，在上世紀(jì)90年代，它開始推出開始進(jìn)入使用階段，日本技術(shù)。這些階段為了得到政府近年來非常重要的，各種機(jī)械和電子圍欄普遍發(fā)展和使用，因為它加入到韓國，增速在30％左右。目前，韓國是電動欄桿行業(yè)已進(jìn)入穩(wěn)步發(fā)展階段。
此前歐洲，德國，從事意大利電網(wǎng)和其他歐洲國家的開發(fā)和生產(chǎn)。好公司：我喜歡意大利Sotefin，國際米蘭，巴黎德國。對于歐洲的土地資源相對豐富，但表現(xiàn)并不在停車場的問題十分突出，電動?xùn)艡诘膽?yīng)用量不是很大。此外，通路，是非常好的大多數(shù)應(yīng)用程序的多個產(chǎn)品被轉(zhuǎn)移到解除堆疊產(chǎn)物。德國，歐洲國家如意大利，胡同的主要產(chǎn)品優(yōu)勢。中國在80年代初的發(fā)展，它開始使用機(jī)器電動欄桿。在80年代初的階段，尤其是汽車的家庭后，逐步擴(kuò)大電動欄桿的應(yīng)用，在汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和建筑行業(yè)，90年代以來，有，??形成了引進(jìn)，開發(fā)，一個新的電動欄桿行業(yè)在制造業(yè)利用有電動欄桿相結(jié)合，開發(fā)的初始階段，已涉及約100號，生產(chǎn)承載目前超過50家制造商的公司。
目前，逐漸重視國內(nèi)研究電動欄桿，技術(shù)研究機(jī)構(gòu)和眾多domestic've高校進(jìn)行投資的工作，它已成為電動欄桿的各個方面。這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計，控制系統(tǒng)，訪問策略，可靠性分析，研究和生產(chǎn)技術(shù)，我們已經(jīng)設(shè)出得了一系列的成果。與此同時，國家也提高了，這是關(guān)系到進(jìn)一步發(fā)展和停車法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)劃指導(dǎo)，加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化，我們已經(jīng)制定了一些行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的電動欄桿。在另一方面，中央政府和地方政府，法律的規(guī)定，出臺了一系列停車場經(jīng)營計劃管理的發(fā)展。自2004年以來，國家工商總局檢疫質(zhì)量監(jiān)督檢驗和許可審核工作的電動欄桿的公司，而不是在2005年3月31日，規(guī)定，不得從事生產(chǎn)的企業(yè)的電動欄桿工作生產(chǎn)許可證被收購。
從1980年代末，中國的停車產(chǎn)業(yè)在城市地區(qū)后，經(jīng)過10多年的發(fā)展，已形成了現(xiàn)在了一定的規(guī)模，在發(fā)展的初期階段，車庫建設(shè)剛剛開始，在一些在車庫中的機(jī)器的城市它仍是空白。停車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也有一些問題還是：第一，大部分電動欄桿公司其他都是中小型企業(yè)，具有一定規(guī)模，發(fā)展不平衡，以及有關(guān)大型20大中型骨干企業(yè)弱形成的，技術(shù)，缺乏自主開發(fā)能力，依靠引進(jìn)國外技術(shù)圖紙，。第二，產(chǎn)品的范圍內(nèi)增加，是質(zhì)量，可靠性，安全性，耐久性是一個很大的問題，有一種技術(shù)水平，很難保證產(chǎn)品的質(zhì)量。三，停車產(chǎn)業(yè)的市場開始發(fā)展，競爭是殘酷的，目前整體產(chǎn)能過剩，價格低，且部分產(chǎn)品，已經(jīng)跌破行業(yè)平均成本你。
1.3 主要內(nèi)容
當(dāng)提起扶手，使總的時刻是哪里接近零系統(tǒng)，以利用運動和勢能的全額，通過電阻的動態(tài)平衡時刻的內(nèi)部平衡機(jī)構(gòu)，臂和彈簧裝置 - 彈簧平衡系統(tǒng)，輸出軸彈簧能量儲存機(jī)構(gòu)的房子被設(shè)計轉(zhuǎn)換，以延長和填充系統(tǒng)的抗干擾加負(fù)荷壽命的主體的驅(qū)動力最小化。由于角度的旋轉(zhuǎn)成比例的垂直扶手阻力矩和正弦變化，彈簧平衡系統(tǒng)，所以將需要產(chǎn)生一個近正弦波跟蹤扭矩的百分比。扶手的角度被改變，因為該張力和變化的臂的方向的大小，因為簡單的規(guī)則和張力彈簧必須遵循轉(zhuǎn)矩的動態(tài)變化。因此，設(shè)計一種理論認(rèn)為存在著必須采設(shè)出有效的優(yōu)化設(shè)計的想法連續(xù)變量的計算一個以上的。
在本設(shè)計中，包括可以成為第一個機(jī)械原理機(jī)械設(shè)計類，機(jī)械拉絲級，機(jī)械工程控制，機(jī)械工程材料和機(jī)械，以及彈簧配重電動欄桿在這些材料的設(shè)計過程中的信息它會在我們了解了整個春天重電動欄桿相關(guān)技術(shù)，發(fā)展趨勢，現(xiàn)在的文學(xué)被應(yīng)用，一些國內(nèi)外;第二，利用這一信息是合理的，你設(shè)計過程初步結(jié)構(gòu)分析，并能夠開發(fā)一種設(shè)計方案;在最后，電選擇，設(shè)計，計算和動作控制，根據(jù)需要在臂設(shè)計處理材料以檢查扶手的其它注釋，我們，你可以得到一些相關(guān)文獻(xiàn)的指導(dǎo)和幫助。
1.4 擬解決的主要問題
在早期的日子里做準(zhǔn)備跟很多文獻(xiàn)，以了解重電動欄桿的彈簧結(jié)構(gòu)，在CAD，將需要一些工具，比如自己喜歡的書，精心繪制上部分機(jī)器手冊理解它的結(jié)構(gòu)，以及相關(guān)的材料和引用，而且，當(dāng)有必要能夠選擇的植物的研究，最后，在上述條件下，該項目它已經(jīng)以完成必要的操作條件得到滿足。
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第2章 彈簧配重的電動欄桿結(jié)構(gòu)方案設(shè)計
2.1概述
通常情況下，電動欄桿是具有機(jī)械傳動，電機(jī)，皮帶驅(qū)動機(jī)構(gòu)，減速曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動機(jī)構(gòu)。馬達(dá)驅(qū)動蝸輪通過皮帶傳動的工作，通過一個曲柄機(jī)構(gòu)，用于驅(qū)動該搖臂電梯扶手減速齒輪的輸出軸。因為在一個水平或垂直位置的扶手。一些電動欄桿低速電機(jī)，直驅(qū)電機(jī)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
2.2結(jié)構(gòu)方案
示意圖如圖2.1曲柄搖桿機(jī)構(gòu)表示，經(jīng)營主體結(jié)構(gòu)和工作原理如下。曲軸由一整周的一個點減速齒輪在轉(zhuǎn)動A的中心，以搖擺驅(qū)動,;，繞點D，齒條4 3儲物柜90度角;鏈路2連接到硬盤搖桿5扶手臂; 6通常扶手的平衡的平衡驅(qū)動臂后，已經(jīng)由生產(chǎn)商，張力彈簧，以便采設(shè)出平衡指定的扶手臂的重量是不大于幾個5N?米的時刻。曲柄下限位置的AC'，升高至豎直位置逆時針帳戶扶手臂，逆時針旋轉(zhuǎn)以定位光盤搖桿擺動，
曲柄儲物柜到水平位置，順時針打開扶手的胳膊把最好的極端立場，將繼續(xù)在船上的位置旋轉(zhuǎn)到“逆時針旋轉(zhuǎn)。
圖2.1 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的示意圖
基于上述，這種類型的電動欄桿的是，它產(chǎn)生了大量的人員傷亡，它打破了屋頂造成的經(jīng)濟(jì)損失，一旦分手擋風(fēng)玻璃，爆出誰住扶手手臂秋車輛，我們沒有機(jī)械安全裝置。上電動欄桿滑動，桿，減速和其它連接機(jī)械變形或損壞，主軸（圖在D 1）為的另一方面，汽車運動傳動件，當(dāng)阻塞引起搖桿。
我們，該裝置的缺點，以簡單的結(jié)構(gòu)，以克服通過使用低成本，適應(yīng)機(jī)電動欄桿的安全裝置而設(shè)計的。在主軸喬電動欄桿安裝，是3乳溝之間的結(jié)合，行客，因為通過當(dāng)你打破了汽車離合器的下降過程中扶手的手臂，沒有粘合在一起圖的如此升：有一個重要的結(jié)構(gòu)特征扶手的手臂不在于它是壞的，打破了車，掉下來，它會自動返回到正常位置。您可以以此為極大地提高了安全使用電動欄桿?；虬l(fā)生電源故障，當(dāng)電動欄桿，欄桿是在與文獻(xiàn)要求，因為汽車的流量，所以可以人為地提高所述臂處于垂直位置[3] 5,4,7條。圖2.2是示意機(jī)械的安全裝置。圖1是，主軸，是在左側(cè)和框架的滾動軸承的右端，圖2是一個雙圓螺母，彈簧保持與3滾珠螺母接觸，這是一個;圖4是一個彈簧座，5的離合器，其中圖搖桿3升，同一構(gòu)件，主軸，其在左抵抗彈簧座，圖之間形成間隙6是右離合器，它主要聯(lián)軸器并且，以形成具有在所述主軸轉(zhuǎn)軸的肩部的右端面的鍵接觸。左側(cè)離合器的端部，和臂的6.的彈簧懸掛配重，7扶手5臂對應(yīng)于該圖中一升，最右側(cè)已被連接到固定心軸。
圖2.2 機(jī)械式安全裝置的結(jié)構(gòu)示意圖
離合器，如果剩余在圖1中，1搖桿主片是由在如下圖2擺動所示，用于驅(qū)動扶手臂下降時，連接離合器轉(zhuǎn)矩傳遞齒在右離合器坡度箭頭的方向驅(qū)動它顯示之間的摩擦。當(dāng)扶手吊桿降低的障礙，阻擋相當(dāng)于施加到與在相反方向的擺動臂扶手，以顯示對夫妻的時刻，在此時刻對夫妻的制作的，以推動該離合器的左側(cè)，滑動牙產(chǎn)生一斜面，所述離合器被釋放扶手臂停止下降。此時，電動機(jī)仍然更衣室光盤的時鐘圖1是上限位置CD被放置在反時針方向，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，該扶手的擺動和繼續(xù)工作，以便擺動釋放下巴下限位置RD所以驅(qū)動臂，也是在該圖中，直工作時與離合器的齒相結(jié)合。 2在相反的方向，被阻止并返回到原來的直立位置扶手臂。被用于減少旋轉(zhuǎn)過程中的摩擦離合器圖2彈簧座，左側(cè)的左側(cè)。自由升降臂扶手，因為這兩個離合器的被截止砸車，圓螺母用于調(diào)整工作的彈簧載荷以改變兩個部件之間的摩擦離合器后釋放。
第3章 彈簧配重的電動欄桿連桿傳動裝置設(shè)計
第3章 彈簧配重的電動欄桿連桿傳動裝置設(shè)計
3.1內(nèi)部彈簧平衡系統(tǒng)的優(yōu)化
彈簧平衡系統(tǒng)是在內(nèi)部輸出軸上設(shè)計彈簧儲能機(jī)構(gòu)---擺臂和彈簧裝置，靠內(nèi)部平衡機(jī)構(gòu)動態(tài)平衡欄桿升降時的阻力矩，使任意位置系統(tǒng)總力矩近似為零，充分利用動能和勢能的轉(zhuǎn)換，最大限度地減小驅(qū)動功率、滿足系統(tǒng)抗外加干擾載荷、延長機(jī)體壽命。因為欄桿阻力矩與轉(zhuǎn)動時的垂直轉(zhuǎn)角成正弦比例變化，所以，彈簧平衡系統(tǒng)也應(yīng)跟蹤產(chǎn)生近似正弦比例的力矩。由于拉簧隨欄桿轉(zhuǎn)角變化，其拉力和力
臂的大小方向都在變化，故力矩的動態(tài)變化無簡單規(guī)律可循。因而設(shè)計中出現(xiàn)了多個連續(xù)變量的理論計算，必須采用有效的優(yōu)化設(shè)計思路。
如圖3.1、3.2所示，起始位置時擺臂OA與彈簧原長PA的夾角為a ；轉(zhuǎn)動時，由于擺臂與欄桿同固定在輸出軸上始終成y夾角，所以擺臂從OA轉(zhuǎn)到OB時，欄桿由OC轉(zhuǎn)到OC’位置，擺臂轉(zhuǎn)角和欄桿轉(zhuǎn)角均為θ，θ的設(shè)出值范圍是0—90。。擺臂OA=OB=R、彈簧原長PA=L、彈簧伸長后長PB=L1，彈簧 、欄桿長度OC=Lo為定值。
圖3.1 電動欄桿內(nèi)部機(jī)構(gòu)示意圖
圖3.2 彈簧平衡系統(tǒng)簡化示意圖
彈簧的伸長量δL=PB—PA=L。一L，將彈簧的伸長量分解后，與OB垂直方向上的伸長量為：
M=K×δL ×R=K×(Ll—L)×sinβ ×R (3)
由式(1)、(2)、(3)分析，得出與力矩M有關(guān)的參數(shù)為：K 、R、L、a 、θ。
因為K為定值，設(shè)出R為定值，θ為函數(shù)變量；只有L、 a為需要優(yōu)化的設(shè)計變量。
本設(shè)計的目的是使拉簧產(chǎn)生的力矩曲線M(θ)逼近欄桿的阻力矩曲線θ)=MgLosinθ，去掉常量因素MgLo、K就是使M(θ)曲線逼近F(θ) sinθ曲線。所以得出優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)為：
本優(yōu)化設(shè)計采用遺傳算法進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
試算過程中選設(shè)出的選擇概率sP=0．3；交叉概率CP=0．6；變異概率MP=0．1；擺臂OA=R=150 naIn。
程序經(jīng)調(diào)試運行，解算結(jié)果為：
L =100．008533497748(mm)
A== 132．486983199487(。)
平衡后偏差結(jié)果：統(tǒng)計偏差平均值為2．36％ ；最大偏差發(fā)生在轉(zhuǎn)角為51。的位置，偏差值為7．08％。平衡力矩曲線與阻力矩曲線的比較如圖3所示。平衡后偏差結(jié)果：統(tǒng)計偏差平均值為2．36％ ；最大偏差發(fā)生在轉(zhuǎn)角為51。的位置，偏差值為7．08％。平衡力矩曲線與阻力矩曲線的比較如圖3.3所示。
圖3.3 平衡力矩曲線與阻力矩曲線比較圖
利用優(yōu)化后的L、 a可以確定彈簧相對于擺臂的初始固定位置，彈簧平衡機(jī)構(gòu)的幾何尺寸就精確得出。再通過L、K、δLmax就可確定彈簧的設(shè)計參數(shù)。實際應(yīng)用中適當(dāng)預(yù)緊彈簧使其有一定初拉力，對克服機(jī)構(gòu)和傳動系統(tǒng)摩擦阻力很有必要，從理論上對彈簧的力矩曲線形狀沒有影響，為整體動態(tài)平衡欄桿阻力矩提供了一定余度。根據(jù)欄桿材質(zhì)長度調(diào)整彈簧并聯(lián)根數(shù)以適應(yīng)平衡效果。
本平衡優(yōu)化的最大偏差值作為電機(jī)選型時的負(fù)載阻力矩條件為:
3.2 曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的速度和加速度特性
上的仔細(xì)分析負(fù)載特性電動欄桿，扶手由內(nèi)部阻力轉(zhuǎn)矩平衡彈簧，最終傳動輸出軸的負(fù)載電阻扭矩較小的情況下。但是，您將無法忽視的轉(zhuǎn)動慣量的扶手。對于扶手轉(zhuǎn)動的1.5?3米的半徑，當(dāng)系統(tǒng)啟動到停止的慣性的影響，并順暢一個顯著效果。因此，使用的屏障的最終傳動的齒輪的一部分，執(zhí)行慣性先前接近關(guān)閉停止位到端部位置，必須內(nèi)，以便吸收橡膠彈簧的沖擊能量它已被設(shè)計。這是，能夠當(dāng)運行停止位置抖動扶手，影響，從而影響的可靠性和壽命，無法避免。您可以使用一個更好的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。使用最終驅(qū)動曲柄搖桿設(shè)計執(zhí)行停止位率接近本身為零，因此它可以充分利用系統(tǒng)的鏈接速度快的特點優(yōu)勢，[2]內(nèi)部基本對系統(tǒng)的慣性影響，而外欄桿有些愕然顫動最終將顯著改善。你需要考慮到加速的慣性帳戶更衣室的變化，當(dāng)你啟動系統(tǒng)時，為了克服電機(jī)的轉(zhuǎn)動是由主要因素消耗的負(fù)載功率加快。通過的速度和加速度的分析連鎖分析，然后確定在啟動角加速度軸的最大速度和最大負(fù)荷。如圖3.4。
圖3.4 連桿機(jī)構(gòu)圖
設(shè)曲柄欄桿機(jī)構(gòu)的主動件L1的角位移Φ1，角速度Φ1和角加速度Φ1 。
擺桿L3的速度分析公式：
根據(jù)以上公式可求出輸出軸角速度和角加速度，為電機(jī)選型提供理論參考。
3.3 電機(jī)及減速系統(tǒng)選型
電機(jī)功率計算不僅要滿足克服負(fù)載阻力矩，還要有足夠的功率使負(fù)載作加速運動。選型時電機(jī)功率式子列得：為：
式子里，---電機(jī)的額定功率，w；
---傳動效率；
---負(fù)載軸上的阻力矩，Nm；
---負(fù)載軸最大角速度，;
---負(fù)載軸最大角加速度，；，
---負(fù)載軸上的總轉(zhuǎn)動慣量， 。
根據(jù)電機(jī)額定功率計算預(yù)選電機(jī)型號后，還需進(jìn)行電機(jī)過載能力的驗證。
式子里，---電機(jī)和負(fù)載總摩擦力矩，Nm；
---減速器效率；
---負(fù)載軸上的阻力矩，Nm；
---負(fù)載軸最大角速度， ；
---負(fù)載軸最大角加速度，；
---負(fù)載軸上的總轉(zhuǎn)動慣量，；
---轉(zhuǎn)動慣量，；
Z---傳動比；
---電動機(jī)力矩過載系數(shù)；
---電機(jī)的額定力矩，Nm；
---折合到電動機(jī)軸上的最大負(fù)載力矩，Nm。
如果電機(jī)選用的不是減速力矩電機(jī)，那么，減速器應(yīng)選擇傳動效率高、噪聲低、溫升小、體積緊湊型。建議選用圓弧齒圓柱蝸桿減速器，其特點為：
① 由于蝸輪和蝸桿凸凹齒合，降低了齒面應(yīng)力，增強(qiáng)了齒面強(qiáng)度；
② 接觸線與圓周速度夾角大部分在40。一90。之間，容易形成液體潤滑，齒面摩擦系數(shù)小，所以效率高、溫升低；
③該齒形合理減薄了蝸桿齒厚，增強(qiáng)了蝸輪齒根厚，因此蝸輪抗彎強(qiáng)度大。
前面已初步估計出了驅(qū)動力矩，電機(jī)的功率。
在實際的操作中，電動欄桿的驅(qū)動，使用的電機(jī)類型主要有力矩電機(jī)、直流伺服電機(jī)、交流伺服電機(jī)等。考慮到力矩電機(jī)通過改變脈沖頻率來調(diào)速。能夠快速啟動、制動，有較強(qiáng)的阻礙偏離穩(wěn)定的抗力。又由于這里的位置精度要求并不高，而力矩電機(jī)在電動欄桿無位置反饋的位置控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。
這里選定力矩電機(jī)為驅(qū)動電機(jī)，考慮到在實際的選擇中應(yīng)考慮到一定的裕度。
這里選用的是杭州日升生產(chǎn)的永磁感應(yīng)子式力矩電機(jī)：
型號：130BYG2501；
步距角：0.9/1.8度；
電壓：120-310v
相數(shù)：2 ；
電流：6 A;
靜轉(zhuǎn)矩：270；
空載運行頻率：；
轉(zhuǎn)動慣量：；
3.4 系統(tǒng)自鎖方案
在使用電動欄桿的，扶欄的水平方向，它必須有一個自鎖功能，以防止人體升降扶手關(guān)閉位置。 ，可以停止扭矩，在單相電動機(jī)中使用磁性欄桿高級國外產(chǎn)品，電機(jī)不會損壞電機(jī)，可能會中斷在任何位置工作，并且，不僅有導(dǎo)熱油脂的熱傳導(dǎo)性良好擴(kuò)散到任何殼熱熱量迅速，以確保電機(jī)線圈不生銹。為了實現(xiàn)檔位鎖扶手下正在進(jìn)行的工作，它依賴于這一核心技術(shù)。其原理是，在電機(jī)驅(qū)動的扶手，以水平位置后，電機(jī)繼續(xù)延遲鎖定桿，功率-1?2S以便到位完全水平，此時，電機(jī)額定值的轉(zhuǎn)矩輸出，其控制電動機(jī)的輸入，后電流繼續(xù)失速減小到額定電流的1/2，向下擺錘或電機(jī)失速工作僅功率的降低延續(xù)的旋轉(zhuǎn)扭矩，通過馬達(dá)殼體，不能轉(zhuǎn)矩扶手容易地釋放，并且達(dá)到足以熱平衡鎖定發(fā)熱，電動機(jī)，它不影響燒傷和壽命。如果在鎖定時設(shè)備斷電緊固力矩電機(jī)，扶手在水平位置，扶手被拉緊內(nèi)部預(yù)處理游絲。
國內(nèi)一般水平，有時穩(wěn)定，機(jī)構(gòu)不可信扶手的準(zhǔn)確性，提高曲柄連桿機(jī)構(gòu)的自鎖扶手死點位置;以及利用蝸輪蝸桿減速機(jī)是非常自鎖功能，逆轉(zhuǎn)是一種有效的方案。缺點是即使在功率是依賴于手動旋轉(zhuǎn)復(fù)位。這種一般性馬達(dá)鎖制動系統(tǒng)，該系統(tǒng)很少使用的，體積大，可靠性，高穩(wěn)定性的要求，如使用的。因此，失速扭矩電機(jī)技術(shù)，以確定扶手的自鎖的技術(shù)，這是一個特別專用電機(jī)設(shè)計和技術(shù)問題。
3.5 高可靠高智能的防護(hù)功能
為防止車輛水平?jīng)_撞欄桿時，破壞沖力傳遞到設(shè)備內(nèi)的主要部件，損壞欄桿機(jī)主體，欄桿本身應(yīng)有抗撞緩沖裝置，目前常用緩沖裝置如圖3.5、3.6所示。
圖3.5 緩沖裝置分為轉(zhuǎn)動 圖6 應(yīng)力剪切欄桿壁
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圖3.6 應(yīng)力剪切欄桿壁形式
為了防止汽車爆炸時攻擊錯誤做法和下落，扶手，超聲波距離傳感器，它安裝在扶手的胳膊之后，實現(xiàn)了緊停或為了保護(hù)車輛和行人逆轉(zhuǎn)你有。此外，它可以被用來制造移動扶手的高密度聚氨酯材料，導(dǎo)軌，不僅降低了阻力和慣性，以及以減輕沖擊研磨力。
它是一個小的電動欄桿機(jī)電產(chǎn)品，光滑，最佳的可靠性，壽命長，但已經(jīng)與適應(yīng)性需要運行野外環(huán)境中，為了提供必要的條件，該產(chǎn)品的改進(jìn)我們需要注意的關(guān)鍵技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計理論計算來的。
3.6 四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計
圖3.7 四連桿機(jī)構(gòu)
結(jié)合，這樣的連接機(jī)構(gòu)的設(shè)計是在機(jī)械設(shè)計非常重要的，最優(yōu)化，最常見的機(jī)制，實施研究活動也被最廣泛使用的。許多文獻(xiàn)，如何為一個四桿連接，平五具尸體，靈活的連桿機(jī)構(gòu)，曲柄連桿機(jī)構(gòu)，滑輪連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化，有凸輪連桿組合機(jī)構(gòu)和齒輪聯(lián)動等機(jī)構(gòu)的描述。典型的四桿連接，融合提供再現(xiàn)優(yōu)化設(shè)計和部分四連桿機(jī)構(gòu)的職能，連桿機(jī)構(gòu)通常是手冊中包含的優(yōu)化方法和過程。
的二次鏈接參數(shù)設(shè)計優(yōu)化是優(yōu)化四連桿調(diào)整機(jī)構(gòu)，以使所述運動并以達(dá)到最小的運動提供的發(fā)動機(jī)之間的誤差。因此，四桿連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計優(yōu)化過程中，就是以這種方式找到的最小集合的四桿連桿運動誤差的機(jī)械設(shè)計參數(shù)。確定所述四連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計參數(shù)后，可能的是，以實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的最佳設(shè)計。
四連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計包括四連桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化模型和優(yōu)化模型來解決兩個主要過程。以確定優(yōu)化程序來確定給定的設(shè)計變量，目標(biāo)函數(shù)，和在相應(yīng)的約束寫入諸如棒長度的條件下，傳輸角度的條件下，在設(shè)計上的機(jī)構(gòu)的限制，諸如由四桿連桿機(jī)構(gòu)的分析，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計模型將創(chuàng)建一個機(jī)制。
以下描述了四連桿功能以再現(xiàn)設(shè)計模型的優(yōu)化。聯(lián)動主要是確定使用圖形方法或機(jī)制分析的運動參數(shù)，選擇對應(yīng)于輸入構(gòu)件的輸出構(gòu)件和多個位置和設(shè)計，以播放。圖3.7是平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)，、、和表示四個構(gòu)件的長度，桿AB是輸入構(gòu)件。假設(shè)圖1所示的平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)再現(xiàn)給定函數(shù)為，即，則機(jī)構(gòu)位置設(shè)出決于、、、鉸鏈A的位置、AD與機(jī)架x軸夾角以及輸人構(gòu)件轉(zhuǎn)角等七個變量。
為簡化問題，可令A(yù)的位置為，，構(gòu)件的長度為1(參考構(gòu)件)，由此可將問題維數(shù)降為四維，并不影響構(gòu)件輸入、輸出的函數(shù)關(guān)系。由此可以得到輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外與輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角之間的函數(shù)關(guān)系式：
1.
機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)就是使得輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角與給定值在，所有位置上的誤差最小。因此機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的目標(biāo)函數(shù)可用下式表示
2.
當(dāng)輸入構(gòu)件轉(zhuǎn)角為時，輸出構(gòu)件轉(zhuǎn)角外可由下式求得，
3.
式子里，
所以
4.
將上式代入式3.，并令代表設(shè)計變量、、及，機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計目標(biāo)函數(shù)可寫為：
5.
??機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計的約束條件應(yīng)根據(jù)機(jī)構(gòu)設(shè)計的實際情況確定。例如曲柄搖桿式四連桿機(jī)構(gòu)必須滿足如下關(guān)系式：
或
6.
????如果機(jī)構(gòu)要求傳動靈活可靠，則傳動角應(yīng)滿足：
或
其中
從上式可知，傳動角隨的變化而變化，當(dāng)為最大值時，為最小，為最小值時，為最大。要滿足上式條件，約束方程應(yīng)為：
曲柄搖桿機(jī)構(gòu)有，因此，約束方程為
7.
? 當(dāng)所選定的設(shè)計變量為構(gòu)件長度時，則構(gòu)件長度必須是正數(shù)，即約束方程為
式中是為了使構(gòu)件長度不小于而設(shè)的。
??此外，由于具體結(jié)構(gòu)尺寸的限制，往往對某些構(gòu)件的長度限定在某一范圍內(nèi)選設(shè)出，例如連桿BC的長度最短為的倍，最長為的倍，即
則約束方程為
8.
???下面介紹再現(xiàn)函數(shù)為的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。
???先變換給定函數(shù)為，并設(shè)輸人構(gòu)件初始角為，輸出構(gòu)件初始角為，選設(shè)出輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為,輸出構(gòu)件的轉(zhuǎn)角為。當(dāng)輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時，輸出構(gòu)件從轉(zhuǎn)到，輸入構(gòu)件從轉(zhuǎn)到時，輸出構(gòu)件則從回到。顯然有及，即及。代入函數(shù)式得：
設(shè)將輸入構(gòu)件的轉(zhuǎn)角均分成20等分，則，設(shè)出權(quán)因子，再令代表設(shè)計變量、、及，則由式5.得曲柄連桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為
????曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計約束條件如下：
????由式6.得：
要求傳動角滿足，由式7.得：
根據(jù)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)尺寸，要求各構(gòu)件長度相對機(jī)架的尺寸在給定的范圍內(nèi)，由式(8)得
因此曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型如下：
Min.
s.t.
采用內(nèi)點懲罰函數(shù)法和POWELL法求解曲柄搖桿機(jī)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計模型。選擇初始懲罰參數(shù)，遞減函數(shù)e = 0.01，初始點，設(shè)出懲罰函數(shù)法收斂精度，POWELL法目標(biāo)函數(shù)值收斂精度，一維搜索精度。
3.6.1確定設(shè)計變量
根據(jù)設(shè)計要求，由機(jī)械原理知識可知，設(shè)計變量有L1、L2、L3、L4、。將曲柄的長度設(shè)出為一個單位長度1，其余三桿長可表示為L1的倍數(shù)。由圖1所示的幾何關(guān)系可知
為桿長的函數(shù)。另外，根據(jù)機(jī)構(gòu)在機(jī)器中的許可空間，可以適當(dāng)預(yù)選機(jī)架L4的長度，設(shè)出L4=100，經(jīng)以上分析，只剩下L2、L3兩個獨立變量，所以，該優(yōu)化問題的設(shè)計變量為
因此。本優(yōu)化設(shè)計為一個二維優(yōu)化問題。
3.6.2建立目標(biāo)函數(shù)
按軌跡的優(yōu)化設(shè)計，可以將連桿上M點與預(yù)期軌跡點坐標(biāo)偏差最小為尋優(yōu)目標(biāo)，其偏差為和，如圖3.2。為此，把搖桿運動區(qū)間2到5分成S等分，M點坐標(biāo)有相應(yīng)分點與之對應(yīng)。將各分點標(biāo)號記作，根據(jù)均方根差可建立其目標(biāo)函數(shù)，即
，S為運動區(qū)間的分段數(shù)
于是由以上表達(dá)式便構(gòu)成了一個目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對應(yīng)于每一個機(jī)構(gòu)設(shè)計方案（即給定），即可計算出均方根差。
圖 3.8 軌跡的優(yōu)化設(shè)計
3.6.3確定約束條件
根據(jù)設(shè)計條件，該機(jī)構(gòu)的約束條件有兩個方面：一是傳遞運動過程中的最小傳動角應(yīng)大于50度；二是保證四桿機(jī)構(gòu)滿足曲柄存在的條件。以此為基礎(chǔ)建立優(yōu)化線束條件。
①保證傳動角
圖 3.9 位置圖
按傳動條件，根據(jù)圖3.9可能發(fā)生傳動角最小值的位置圖，由余弦定理
（見圖3.9（a））
所以
（a）
（見圖3.9（b））
所以
（b）
式（a）、（b）為兩個約束條件，將，，，代入式（a）、（b），得
②曲柄存在的條件
按曲柄存在條件，由機(jī)械原理知識可知
，，
，
把它們寫成不等式約束條件（將，，，代入上式），得
經(jīng)過分析，上述七個約束條件式中，和為緊約束條件，為松約束條件，即滿足和的，必滿足不等式，所以本優(yōu)化問題實際起作用的只有和兩個不等式約束條件。
3.6.4寫出優(yōu)化數(shù)學(xué)模型
綜上所述，可得本優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)模型為
即本優(yōu)化問題具有兩個不等式約束的二維約束優(yōu)化問題。
圖3.10 主要結(jié)構(gòu)圖
3.7 機(jī)構(gòu)受力分析
該步行機(jī)構(gòu)的受力情況如圖3.10所示。由于該機(jī)構(gòu)中所有連桿均為二力桿，即只受軸向力作用。設(shè)圖中所有連桿所受的拉力為正，壓力為負(fù)。Ⅳ為地面對車輪的支撐力，月川為11個連桿的內(nèi)力，矽】、汐2分別為連桿9和連桿5與水平線的夾角， y1、r2分別為連桿10和連桿6與水平線的夾角，妒為曲軸11與水平線的夾角。由力的平衡條件可得方程組：
上面的等式5.的聯(lián)立方程式3.1和3-6，相應(yīng)的力Ⅳ的時間支持水平≯，能夠解決從腿行走機(jī)構(gòu)的曲軸11的角度在內(nèi)部力的大小的每一個環(huán)節(jié)。它假定恒定的車輪支撐力，當(dāng)曲軸11旋轉(zhuǎn)的面貌，也會改變各環(huán)節(jié)的內(nèi)部力量。模擬曲柄軸的旋轉(zhuǎn)。可以得到功率曲線的內(nèi)側(cè)，曲柄軸的一轉(zhuǎn)的腿的一個連桿。每個鏈路，以便優(yōu)化機(jī)制，其可以是橫截面面積的設(shè)計合理，根據(jù)每個環(huán)節(jié)的狀況的力的大小。
3.8 齒輪傳動計算
齒輪模數(shù)設(shè)出2，齒輪為50. 傳動比1：1
解：1. 選擇齒輪精度等級、材料、齒數(shù)
1）屬于一般機(jī)械，且轉(zhuǎn)速不高，故選擇8級精度。
2）因載荷平穩(wěn)，傳遞功率較小，可采用軟齒面齒輪。參考表11-1，小齒輪選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度217~255HBS，σHLim1=595MPa，σFE1=460MPa；大齒輪選用45鋼正火處理，齒面硬度162~217HBS，σHLim2=390MPa，σFE2=320MPa。
3）選小齒輪齒數(shù)z1=50，則z2=iz1=50，設(shè)出z2=50。故實際傳動比i=z2/z1=1，與要求的傳動比0%。齒數(shù)比u=i=1。
對于齒面硬度小于350 HBS的閉式軟齒面齒輪傳動，應(yīng)按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計，再按齒根彎曲強(qiáng)度驗證。
2. 按齒面接觸強(qiáng)度設(shè)計
設(shè)計公式11-3
1）找出表格11-3，原動機(jī)為電動機(jī)，工作機(jī)械是輸送機(jī)，且工作平穩(wěn)，設(shè)出載荷系數(shù)K=1.2。
2）小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩
3）找出表格11-6，齒輪為軟齒面，對稱布置，設(shè)出齒寬系數(shù)φd=1。
4）找出表格11-4，兩齒輪材質(zhì)都是鍛鋼，設(shè)出彈性系數(shù)ZE=189.8 MPa1/2。
5）兩齒輪為標(biāo)準(zhǔn)齒輪，且正確安裝，節(jié)點區(qū)域系數(shù)ZH=2.5。
6）計算許用接觸應(yīng)力
①應(yīng)力循環(huán)次數(shù)
小齒輪N1=60n1jLh=60×350×1×(2×8×300×10)=10.08×108
大齒輪N2= N1/i=10.08×108/3.58=2.82×108
②據(jù)齒輪材料、熱處理以及N1、N2，找到接觸疲勞壽命系數(shù)圖表，不允許出現(xiàn)點蝕，得接觸疲勞壽命系數(shù)ZN1=1，ZN2=1。
③找出表格11-5，設(shè)出安全系數(shù)SH=1.1。
④計算許用接觸應(yīng)力
設(shè)出小值[σH2]代入計算。
7）計算
3. 驗算輪齒彎曲強(qiáng)度
按式子11-5驗證
1）由z1=24，z2=86找到圖11-8，設(shè)出齒型系數(shù)YFa1=2.77，YFa2=2.23。
2）由z1=24，z2=86找到圖11-9，設(shè)出應(yīng)力集中系數(shù)YSa1=1.58，YSa2=1.77
3）算許用彎曲應(yīng)力
①據(jù)齒輪材料、熱處理以及N1、N2，找到彎曲疲勞壽命系數(shù)圖表格，設(shè)出彎曲疲勞壽命系數(shù)YN1=1，YN2=1。
②找出表格11-5，設(shè)出安全系數(shù)SF=1.25。
③算許用彎曲應(yīng)力
4）驗證計算
彎曲強(qiáng)度足夠。
4. 驗證齒輪的圓周速度
對照表11-2可知，選用9級精度較為合宜。
3.9 軸的設(shè)計計算
3.9.1按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度計算
此方法僅在軸的強(qiáng)度所受的軸扭矩計算。它還如果不是的時刻，是用來減少扭轉(zhuǎn)剪切應(yīng)力的方法是允許考慮它。它采用的計算方法，根據(jù)負(fù)載和壓力的條件下的具體軸的對應(yīng)集，應(yīng)適當(dāng)?shù)剡x擇，它給了允許應(yīng)力。
承載軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計，在很多情況下，你可以用這個方法來初步的軸直徑。對于如此重要的軸，以及，作為最終計算的結(jié)果。的軸條件扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度：
強(qiáng)度條件： Mpa
設(shè)計公式： （mm）
軸上有鍵槽： 放大：3~5%一個鍵槽；7~10%二個鍵槽。并且設(shè)出標(biāo)準(zhǔn)植
式子里，[τ]---許用扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力（N/mm2），
C為由軸的材料和承載情況確定的常數(shù)。
3.9.2按彎扭合成強(qiáng)度計算
軸的直徑，軸部的位置和被決定支撐位置角色一個軸的外部負(fù)載反應(yīng)和結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計，有可能獲得的軸向載荷（彎曲力矩和轉(zhuǎn)矩）已，因此，彎它可以在軸的強(qiáng)度的驗證計算扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的合成條件。
鋼軸，根據(jù)強(qiáng)度理論，對強(qiáng)度條件：
設(shè)計公式：（mm）
式子里，бe---當(dāng)量應(yīng)力，Mpa。 D---軸的直徑，mm;
為當(dāng)量彎矩；M為危險截面的合成彎矩；； MH---水平面上的彎矩；MV---垂直面上的彎矩；W---軸危險截面抗彎截面系數(shù)；---將扭矩折算為等效彎矩的折算系數(shù)
引起的彎曲力矩應(yīng)力，有各種各樣的應(yīng)力，扭轉(zhuǎn)和通過常不對稱的周期性變化的應(yīng)力所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力的扭矩對稱周期:
與扭矩變化情況有關(guān)
---扭矩對稱循環(huán)變化
= ---扭矩脈動循環(huán)變化
---不變的扭矩
，，分別為對稱循環(huán)、脈動循環(huán)及靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力。
對于重要的軸，還要考慮影響疲勞強(qiáng)度的一些因素而作精確驗算。內(nèi)容參看有關(guān)書籍。
3.9.3軸的剛度計算概念
在負(fù)載軸，彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。如果變形超過容許極限，它會影響到軸部的正常運轉(zhuǎn)，甚至機(jī)械損耗是，它應(yīng)該工作的性能。彎曲的剛性或偏轉(zhuǎn)y軸，它是在偏轉(zhuǎn)角θ和扭曲角ф，以確保測量的表達(dá)：
y≤[y]; θ≤[θ]; ф≤[ф]。
式子里，[y]--- 軸的許用撓度、 [θ]--- 許用轉(zhuǎn)角、 [ф]--- 許用扭轉(zhuǎn)角。
3.9.4軸的設(shè)計步驟
為設(shè)計軸的一般程序：
1.工作要求，加工工藝性，經(jīng)濟(jì)性，并選擇合適的材料，然后選擇取決于熱處理工藝軸材料的軸。
2.首先，計算出軸的最小直徑部，它被鑒定為的軸的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度的直徑的式子列得：。
3.軸設(shè)計的要求：①軸和軸部應(yīng)當(dāng)準(zhǔn)確而可靠的工作位置，②軸類零件的組裝和拆卸，以方便調(diào)整，③軸，等等，良好的制造工藝有必要擁有。為了避免④應(yīng)力進(jìn)行集中，軸部，該軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的底層實現(xiàn)的主要部分繪制匯編程序，與序列相互作用，的第1規(guī)定方向的結(jié)構(gòu)特征對此，選擇后的最佳對比分析，你需要考慮的一些場景。
原理：從簡單合理的軸1）的結(jié)構(gòu); 2）組裝，合理，更更簡單。
3.10各軸的計算
3.10.1高速軸計算
1.從相關(guān)書本找出C=118（低速軸彎矩較大），從式子：
設(shè)出高速軸的直徑d=45mm。
2.算出齒輪上所受的力
齒輪分度圓：
齒輪所受的轉(zhuǎn)矩：
齒輪作用力圓周力：
徑向力 ：
軸向力：
3.畫軸的計算簡圖并計算支反力(圖 a)
水平支反力 垂直支反力
4.畫彎矩圖
a水平面內(nèi)彎矩圖M(b圖)
截面c
b垂直面內(nèi)彎矩圖MC（c圖）
截面c
C合成彎矩（d圖）
d 畫扭矩圖（e圖）
又根據(jù)
從相關(guān)書本找出
則
e 繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）
3.10.2中間軸設(shè)計
1.從相關(guān)書本找出C=118（低速軸彎矩較大），從式子
設(shè)出高速軸的直徑d=60mm。
2.算出齒輪上所受的力
齒輪分度圓直徑為
齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為
齒輪作用力 圓周力
徑向力
軸向力
3.畫軸的計算簡圖并計算支反力(圖 a)
水平支反力
垂直支反力
4.畫彎矩圖
a水平面內(nèi)彎矩圖M(b圖)
截面c
截面D
b垂直面內(nèi)彎矩圖MC（c圖）
截面c
截面D
C合成彎矩（d圖）
D合成彎矩
d 畫扭矩圖（e圖）
又根據(jù)
從相關(guān)書本找出
則
e 繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）
3.10.3低速軸設(shè)計
1.從相關(guān)書本找出C=118，從式子
設(shè)出高速軸的直徑d=75mm。
2.算出齒輪上所受的力
齒輪分度圓直徑為
齒輪所受的轉(zhuǎn)矩為
齒輪作用力 圓周力
徑向力
軸向力
3.畫軸的計算簡圖并計算支反力(圖 a)
水平支反力
垂直支反力
4.畫彎矩圖
a水平面內(nèi)彎矩圖M(b圖)
截面c
b垂直面內(nèi)彎矩圖MC（c圖）
截面c
C合成彎矩（d圖）
d 畫扭矩圖（e圖）
又根據(jù)
從相關(guān)書本找出
則
e 繪當(dāng)量彎矩圖（f圖）
3.11軸的設(shè)計與驗證
3.11.1高速軸設(shè)計
初定最小直徑，選用材料45δ鋼，調(diào)質(zhì)處理。設(shè)出A0=112（不同）
則Rmin=A0=16.56mm
最小軸徑處有鍵槽
Rmin’ = 1.07dmin = 17.72mm
最小直徑為安裝聯(lián)軸器外半徑，設(shè)出KA=1.7，同上所述已選用TL4彈性套柱聯(lián)軸器，軸孔半徑R=20mm。
設(shè)出高速軸的最小軸徑為R=20mm。
由于軸承同時受徑向和軸向載荷，故選用6300滾子軸承按國標(biāo)T297-94 D*d*T=17.25
軸承處軸徑d =36mm
高速軸簡圖如下：
設(shè)出L1=38+46=84mm,設(shè)出擋圈直徑D=43mm,設(shè)出d2=d4=54mm,d3=67mm,d1=d5=67mm。
聯(lián)軸器用鍵：圓頭普通平鍵。
B*h=6*6,長L=91 mm
齒輪用鍵：同上。B*h=6*6, 長L=10mm,倒角為2*45度。
3.11.2中間軸設(shè)計
中間軸簡圖如下：
初定最小直徑dmin=20mm
選用6303軸承，
d*D*T=25*62*18.25
d1=d6=25mm,設(shè)出 L1==26mm,
L2=19，L4=120mm,d2=d4=35mm,L3=12mm
D3=50mm,d5=30mm,L5=1.2*d5=69mm，L6=55mm
齒輪用鍵：圓頭普通鍵：b*h=12*8,長L=61mm
3.11.3 低速軸設(shè)計
初定最小直徑：
dmin=25mm
設(shè)出小軸徑處有鍵槽
dmin’=1.07dmin=36.915mm
設(shè)出d1=75mm,d2=90mm,d3=97mm,d4 =75mm
d5=65mm,d6=60mm,
L1=35mm,L2=94mm,L3=15mm,L4=28mm,L5=38mm,L6=40mm,L7=107mm
齒輪用鍵：圓頭普通鍵：b*h=16*6,長L=85mm
選用6300軸承：d*D*T=40*90*25.25mm,B=23mm,C=20mm
3.11.4高速軸的驗證
最容易出現(xiàn)損壞的軸為高速軸，故在進(jìn)行軸的校驗的時候，只需對高速軸進(jìn)行校驗。
高速軸的校驗計算如下所示：
P=3.105Kw,n=960r/min,T=30.89N.M
齒輪受力：Ft=1095N,Fr=370N,Fe=148N
支持力： Fv1=365N,Fv2=1460N,FH1=-66N,FH2=431N
Mr=Fv1*90=-33N.m
MH1=FH1*90=-5.94N.m
MH2=M=5.01N.m
T=30.89N.m
M=33.38N.m
óca=24.4Mpa
[ó-1]=60MPa>óca
所以軸安全。
3.12 軸承的設(shè)計及驗證
3.12.1軸承種類的選擇
找出相關(guān)書本找到因軸承采用兩端固定，所以選深溝球軸承。型號為6303和6300。
3.12.2深溝球軸承結(jié)構(gòu)
深溝球軸承，是一般的集合，這對戒指，一組保持架，鋼球。其結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，是最常見的，應(yīng)用最廣泛的生產(chǎn)被在軸承中使用的類。
這種類型的軸承是主要不僅用來承受徑向負(fù)荷，可承受軸向載荷的預(yù)定量中的任一方向。當(dāng)在一定范圍內(nèi)，以增加軸承的徑向間隙，如具有角軸承性能的軸承，可承受大的軸向載荷。
軸向或安裝深溝球在殼體在軸向方向位移后的軸的軸承可以被限制在一個范圍內(nèi)的徑向間隙軸承。靜止外殼孔與軸（或外圈的內(nèi)環(huán)）是當(dāng)可以正常運行，而（任何更如上述8 -16確定間隙）相對傾斜，但兩者傾斜的存在，勢必降低軸承的使用壽命。
深溝球軸承和最小的摩擦損失，與高速限，其他類型的同樣大小的軸承相比。不應(yīng)該被用于高速推力球軸承，這些軸承可用于承受純軸向載荷。提高制造精度，硬膠木，錫青銅，可以提高鋁和實體保持架應(yīng)加快采用其他材料。
圖3.5 深溝球軸承
表3.1深溝球軸承各型號參數(shù)表
型號
內(nèi)徑d
外徑D
寬度B
倒角r
額定負(fù)荷kN
鋼球
極限轉(zhuǎn)速rpm
重? 量
kg
mm
inch
mm
inch
mm
inch
mm
inch
動態(tài)
靜態(tài)
數(shù)量
大小
油脂
油
635
5
.1969
19
.7840
6
.2362
0.3
.012
2.34
0.885
9
2.381
34000
40000
0.008
6300
10
.3937
35
1.3780
11
.4331
0.6
.024
8.20
3.50
7
6.350
15000
21000
0.053
6301
12
.4724
37
1.4567
12
.4724
1.0
.039
9.70
4.20
6
7.938
14000
20000
0.060
6302
15
.5906
42
1.6535
13
.5118
1.0
.039
11.40
5.45
7
7.938
13000
18000
0.082
6303
17
.6693
47
1.8504
14
.5512
1.0
.039
13.50
6.55
7
8.731
12000
17000
0.115
6304
20
.7874
52
2.0472
1