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本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）
一種停車場用電動欄桿的設(shè)計
學(xué) 院：
專 業(yè)：
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停車場用電動欄桿
摘要
機(jī)械工業(yè)是一個國家的重要產(chǎn)業(yè)，機(jī)械工業(yè)的發(fā)展無時不刻都在影響著國家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類的進(jìn)步離不開機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。在全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展的大環(huán)境下，中國各個行業(yè)被其他國家的先進(jìn)技術(shù)影響的同時，越來越多的外國企業(yè)和品牌傳播到中國已經(jīng)成為現(xiàn)實。在新的市場需求的推動下，對一種停車場用電動欄桿進(jìn)行改良和優(yōu)化是當(dāng)務(wù)之急。生產(chǎn)一種停車場用電動欄桿的企業(yè)，必須充分考慮到在一種停車場用電動欄桿運行中可能出現(xiàn)的問題，盡量使一種停車場用電動欄桿的自動化程度越高越好，從而減少人工時間，國內(nèi)一種停車場用電動欄桿的研發(fā)及制造要與全球號召的高效經(jīng)濟(jì)、安全穩(wěn)定主題保持一致。目前，國內(nèi)一種停車場用電動欄桿的研發(fā)也在向朝著運行高速化、功能復(fù)合化、控制智能化的方向發(fā)展，廉價，簡單，方便成了一種停車場用電動欄桿發(fā)展的主題。
本次設(shè)計在題目是一種停車場用電動欄桿的設(shè)計，通過初期的制定該電動欄桿的方案，然后進(jìn)行細(xì)化，對標(biāo)準(zhǔn)件例如電動缸、軸承進(jìn)行選型計算，然后對該電動欄桿里面的關(guān)鍵零部件例如機(jī)架和軸等進(jìn)行校核計算分析，通過這一系列的論證，從而來證明該電動欄桿的可行性和可借鑒性。
關(guān)鍵詞：一種停車場用電動欄桿，方案，校核，分析
I
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, human's progress can not be separated from the development of the mechanical industry. In the global economic development environment, China's 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.
本次設(shè)計在題目是生產(chǎn)線擺渡小車的設(shè)計，通過初期的制定該擺渡小車的方案，然后進(jìn)行細(xì)化，對標(biāo)準(zhǔn)件例如電機(jī)、軸承進(jìn)行選型計算，然后對該擺渡小車?yán)锩娴年P(guān)鍵零部件例如車架和軸等進(jìn)行校核計算并進(jìn)行有限元分析，通過這一系列的論證，從而來證明該生產(chǎn)線擺動小車的可行性和可借鑒性。
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.
關(guān)鍵詞：生產(chǎn)線擺渡小車；方案；校核；有限元分析
Keywords: production line ferry car; scheme; check; finite element analysis
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
1緒論 1
1.1研究的目的和意義 1
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 2
1.3主要內(nèi)容 2
1.4單片機(jī)控制系統(tǒng)簡介 3
1.5單片機(jī)的組成和特點 4
2一種停車場用電動欄桿總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 5
2.1停車場用的電動欄桿的總體方案圖 5
2.2停車場用電動欄桿的工作原理 8
2.3機(jī)械傳動部分的設(shè)計計算 11
2.3.1電機(jī)的設(shè)計計算 13
2.3.2鍵的選擇 15
2.3.3螺栓的計算 16
2.3.4轉(zhuǎn)軸的設(shè)計 17
2.3.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計 18
3零部件強(qiáng)度的校核 18
3.1軸承強(qiáng)度的校核 18
3.1.1滾動軸承的選擇 19
3.1.2壽命校核 19
4設(shè)計總結(jié) 20
5停車場用電動欄桿控制電路的設(shè)計 22
5.1系統(tǒng)電路的設(shè)計 23
5.2傳感器的設(shè)計 26
結(jié)論 28
致謝 29
參考文獻(xiàn) 30
IV
1 緒論
1.1研究的目的和意義
工業(yè)的發(fā)展帶來了一場新的革命，繼西方資本主義國家生產(chǎn)研發(fā)出第一款停車場用電動欄桿之后，德國的施耐辭公司也看到了電動欄桿的利潤所在，投入了相當(dāng)大的人力和精力來開發(fā)研制電動欄桿，并且與二十世紀(jì)中期投入到了世界各國等市場。當(dāng)前，全世界各大電動欄桿生產(chǎn)廠商為了提高產(chǎn)品的競爭力，都大力進(jìn)行電動欄桿的研發(fā)工作?，F(xiàn)在國外等著名電動欄桿的品牌中，都有電動欄桿的銷售，全世界電動欄桿的應(yīng)用越來越廣泛。有一點值得注意的是，電動欄桿的市場，由最初的日本，歐洲，已經(jīng)滲透到北美市場，因此電動欄桿是當(dāng)今生產(chǎn)加工企業(yè)比配的設(shè)備已經(jīng)成為主要趨勢。西方資本主義國家有巨大的電動欄桿銷售市場，電動欄桿生產(chǎn)工業(yè)是西方資本主義國家的機(jī)械工業(yè)之一。
機(jī)械研究領(lǐng)域的發(fā)展與時俱進(jìn)，一些專業(yè)知識是必不可少的。但是過度的專業(yè)知識分割，使視野狹隘，可以多多參加技術(shù)交流，和參加科研項目，縮小范圍，提升新技術(shù)的進(jìn)步和整個塊的技術(shù)，提高外部條件變化的適應(yīng)能力。封閉的專業(yè)知識的太狹隘，考慮的問題太特殊，在工作中協(xié)調(diào)困難，不利于自我提高。因此，自上世紀(jì)第二十年代末，出現(xiàn)了一體化的趨勢。人們越來越重視基礎(chǔ)理論，拓寬領(lǐng)域，對專業(yè)合并的分化。機(jī)械工程可以增加產(chǎn)量，提高勞動生產(chǎn)率，提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，并研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來，新產(chǎn)品的開發(fā)，降低資源消耗，清潔的可再生能源，成本的控制，減少或消除環(huán)境污染作為一個超級經(jīng)濟(jì)目標(biāo)和任務(wù)。
電動欄桿自從上世紀(jì)九十年代開始就陸續(xù)地被應(yīng)用在農(nóng)業(yè)方面，但傳統(tǒng)的電動欄桿由于傳動精度不高，速度緩慢，有好多工廠仍然采用人工升降的方式，這種人工升降的方式勞動效率低下，所以此次設(shè)計的電動欄桿，在傳統(tǒng)的電動欄桿的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)創(chuàng)新，應(yīng)用合理的結(jié)構(gòu)以及動力機(jī)構(gòu)，從而來克服以往的電動欄桿所不能克服的問題，對后續(xù)的電動欄桿的設(shè)計制造有一定的參考意義和價值。
1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
國外的電動欄桿技術(shù)始于六十年代，到七十年代已經(jīng)發(fā)展成熟，八十年代中期，大部分電動欄桿都可以實現(xiàn)欄桿的自動升降，泰國金衫公司的臥式電動欄桿，升降高度可調(diào)。八十年代中期后的一、兩年，電動欄桿的研發(fā)技術(shù)發(fā)展到了鼎盛時期，從而誕生了世界上一些著名的電動欄桿廠家，1987年，日本最大的電動欄桿加工公司把電動欄桿投放市場，獲得成功。美洲的BDJE 公司也將新開發(fā)的電動欄桿投入亞洲市場取得了巨大的成功。電動欄桿自1795年被發(fā)明以來，經(jīng)過兩個世紀(jì)的發(fā)展，已被世界各國的電動欄桿加工行業(yè)廣泛采用。特別是第三次工業(yè)革命帶來了新材料、新技術(shù)的應(yīng)用，使電動欄桿的發(fā)展步入了一個新紀(jì)元。隨著時代的發(fā)展，電動欄桿在國外將會得到越來越廣泛的應(yīng)用和發(fā)展。目前國內(nèi)外常見的電動欄桿有以下幾種，下圖1-1、1-2即為電動欄桿的圖片：
2-1 電動欄桿
2-2 電動欄桿
1.3主要內(nèi)容
本次設(shè)計的電動欄桿適用于公路用，主要內(nèi)容包括電動欄桿的整機(jī)設(shè)計和主要零部件的設(shè)計以及控制電路的設(shè)計。該產(chǎn)品為左側(cè)型，適合使用溫度為A級，橫桿長度為5m，欄桿生氣時間為6s，無故障起落次數(shù)不小于500000次，能手動升起欄桿。
1.4 單片機(jī)控制系統(tǒng)簡介
STC89C51是一種使用兼容8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，其可以工作的時鐘頻率在幾MHz到幾十MHz內(nèi)，其內(nèi)部的FLASH存儲器是專用的程序存儲器，大小根據(jù)不同的系列是有所不同的，器件完全兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)及C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，在使用專用的單片機(jī)程序下載程序通過TTL電平方式就可以將程序下載到單片機(jī)中，8051單片機(jī)的時鐘周期有12T和6T現(xiàn)在新型的還有1T的。但是時鐘周期并不影響單片機(jī)的算術(shù)和邏輯兼容性。只是處理器的單周期時間不一樣而已。
STC89C51單片機(jī)的實物如下圖1-3所示：
圖1-3 STC89C51的DIP40封裝實物圖
1.5單片機(jī)的組成和特點
目前主流單片機(jī)主要由以下幾個部分組成：
運算器
運算器由運算部件——算術(shù)邏輯單元（Arithmetic & Logical Unit，簡稱ALU）、算術(shù)累加器和結(jié)果寄存器等組成。算術(shù)邏輯單元ALU的作用是將傳入算術(shù)邏輯單元的數(shù)據(jù)根據(jù)需求進(jìn)行數(shù)據(jù)的運算,這個運算可以是常見的加減乘除算術(shù)操作，也可以是單片機(jī)里面所有的移位和循環(huán)操作，也可以是數(shù)據(jù)的比較例如大小比較。相等比較等。這個運算器和我們常規(guī)理解的運算器不是一個概念。
運算器有兩個功能：
(1) 執(zhí)行各種算術(shù)運算。
(2) 執(zhí)行各種邏輯運算，并進(jìn)行邏輯測試，如零值測試或兩個值的比較。
單片機(jī)當(dāng)中運算器的全部操作都是由單片機(jī)的控制器CPU發(fā)出的控制信號來進(jìn)行指揮的?？刂菩盘柨梢允沁\算控制，也可以是判決控制。
控制器
控制器包括了：指令寄存器、程序計數(shù)器、指令譯碼器、操作控制器和時序發(fā)生器等部分，控制器是單片機(jī)當(dāng)中發(fā)布命令的機(jī)構(gòu)，負(fù)責(zé)整個單片機(jī)系統(tǒng)的所有操作控制，不管是運算還是決策，都是由控制進(jìn)行的。其主要功能有：
(1) 從內(nèi)存中取出一條指令，并指出下一條指令在內(nèi)存中的位置。
(2) 對指令進(jìn)行譯碼和測試，并產(chǎn)生相應(yīng)的操作控制信號，以便于執(zhí)行規(guī)定的動作。
(3) 指揮并控制CPU、內(nèi)存和輸入輸出設(shè)備之間數(shù)據(jù)流動的方向。
單片機(jī)當(dāng)中有三種總線：控制總線，數(shù)據(jù)總線和地址總線。這三個總線通過內(nèi)部特有的線路和微處理器相互連接起來，其中，微處理器可以通過三個總線和外部接口相互連接起來，還可以實現(xiàn)微處理對各個算術(shù)器和存儲器的信息交流。
主要寄存器
（1）累加器A
單片機(jī)當(dāng)中的累加器是一個高頻使用的寄存器，其主要是負(fù)責(zé)臨時的數(shù)據(jù)存儲，包括運算前的存儲和運算完成之后的結(jié)果都可以保存在這個寄存器當(dāng)中。
（2）數(shù)據(jù)寄存器DR
數(shù)據(jù)寄存器器，從名字上就可以知道，此寄存器主要是數(shù)據(jù)暫時存儲的寄存器，但是數(shù)據(jù)寄存器不但有數(shù)據(jù)的緩存功能，還可以是指令的暫時存儲，在翻譯出來的指令在送往處理的時候，可以放在這個寄存器中進(jìn)行暫時存儲。
（3）指令寄存器IR和指令譯碼器ID
指令包括操作碼和操作數(shù)。
單片機(jī)要執(zhí)行程序給定的指令。就必須要知道這條指令對應(yīng)的操作碼，所以單片機(jī)中有了指令譯碼器和指令操作寄存器。其中指令翻譯由指令譯碼器進(jìn)行，在翻譯完成之后就將數(shù)據(jù)交給指令寄存器進(jìn)行存儲，然后通過數(shù)據(jù)控制總線將操作指令送到相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)當(dāng)中。這個操作是一條一條進(jìn)行的。
（4）程序計數(shù)器PC
單片機(jī)運行的程序需要使用一個單獨的計數(shù)器進(jìn)行存儲，這樣才可以保證單片機(jī)的運行有序的進(jìn)行。在單片機(jī)復(fù)位的時候就將這個存儲器復(fù)位從0開始，逐步進(jìn)行加一。在每一個指令操作結(jié)束之后，這個計數(shù)器就自動加1，然后到指令存儲器中去取對應(yīng)的下一步操作就可以了，所以程序計數(shù)器保證了單片機(jī)的有序運行。
（5）地址寄存器AR
地址再單片機(jī)中是很重要的一個概念，不但是每個存儲器有地址，每個數(shù)據(jù)有地址，甚至每個外部接口都是有對應(yīng)的地址的，在我們使用匯編進(jìn)行程序設(shè)計的時候，我們就需要查手冊了解每個有效資源的地址，所以在我們進(jìn)行操作的時候，地址寄存器是很有必要的。通過這個寄存器就可以將需要的地址數(shù)據(jù)發(fā)送到對應(yīng)的存儲器中。
STC89C51是一種使用兼容8051核的ISP（In System Programming）在系統(tǒng)可編程芯片，其可以工作的時鐘頻率在幾MHz到幾十MHz內(nèi)，其內(nèi)部的FLASH存儲器是專用的程序存儲器，大小根據(jù)不同的系列是有所不同的，器件完全兼容標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令系統(tǒng)及C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8位中央處理器和ISP Flash存儲單元，具有在系統(tǒng)可編程（ISP）特性，在使用專用的單片機(jī)程序下載程序通過TTL電平方式就可以將程序下載到單片機(jī)中，8051單片機(jī)的時鐘周期有12T和6T現(xiàn)在新型的還有1T的。但是時鐘周期并不影響單片機(jī)的算術(shù)和邏輯兼容性。只是處理器的單周期時間不一樣而已。
1、STC89C51單片機(jī)特點
(1)增強(qiáng)型1T 流水線/精簡指令集結(jié)構(gòu)8051 CPU
(2)（5V單片機(jī)）/ 2.0V-3.8V （3V 單片機(jī)
(3)，相當(dāng)于普通8051 的0～420MHz.實際工作頻率可達(dá)48MHz.
(4)用戶應(yīng)用程序空間12K / 10K / 8K / 6K / 4K / 2K字節(jié)
(5)片上集成512 字節(jié)RAM
(6)通用I/O 口（27/23個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口/ 弱上拉（普通8051 傳統(tǒng)I/O 口）
單片機(jī)的通用IO口有成四種模式可以選擇分別為：弱上拉，強(qiáng)上拉， 高阻，開漏這些標(biāo)準(zhǔn)輸入輸出口狀態(tài)。每個通用I/O 口驅(qū)動能力在單獨使用的時候都可達(dá)到20mA，但是對于51系列單片機(jī)來說整個芯片的最大輸入輸出電流不應(yīng)該超過55mA
(7)ISP（在系統(tǒng)可編程）/IAP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器
可通過串口（P3.0/P3.1）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片
(8)EEPROM?功能
(9)看門狗
(10)內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶體20M 以下時，可省外部復(fù)位電路）
(11)時鐘源：普通的8051單片機(jī)的外部時鐘源可以是使用外部晶振，也可以是外部的時鐘芯片提供（也可以是信號發(fā)生器提供），在外部時鐘信號通過單片的XTAL1引腳送入單片機(jī)之后，單片機(jī)內(nèi)部的反向放大器可以對信號進(jìn)行放大整定。從而提供給單片的內(nèi)部時鐘需求使用。
(12)有2個16 位定時器/ 計數(shù)器
(13)外部中斷2 路,下降沿中斷或低電平觸發(fā)中斷,Power Down 模式可由外部中斷低電平觸發(fā)中斷方式喚醒
(14)PWM( 4 路）/ P C A（可編程計數(shù)器陣列），也可用來再實現(xiàn)4個定時器或4個外部中斷(上升沿中斷/ 下降沿中斷均可支持)
(15)STC89Cc516AD具有ADC功能。10 位精度ADC，共8 路
(16)通用異步串行口(UART)
(17)SPI同步通信口，主模式/ 從模式
(18)工作溫度范圍：0 -75℃/ -40 -+85℃
(19)封裝：PDIP-28，SOP-28，PDIP-20，SOP-20，PLCC-32,TSSOP-20(超小封裝，定貨)
STC89C51單片機(jī)的REST引腳為高電平復(fù)位使能端，在復(fù)位功能的設(shè)計中，我們主要考慮兩個點：第一，在單片機(jī)上電的時候，單片機(jī)應(yīng)該是可以自己復(fù)位的這樣程序才會從地址0點開始進(jìn)行運行，第二，在單片機(jī)的運行過程中，我們應(yīng)該是可以通過手動的方式對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位，因為單片機(jī)可能會在運行的過程中因為電源的不穩(wěn)定或者是其他一些原因而出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致單片機(jī)無法在正常的狀態(tài)下工作了。因此我們設(shè)計了兩種方式對單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位操作，復(fù)位電路的設(shè)計如圖5-1所示，其中 S1是手動復(fù)位按鍵。上電復(fù)位的原理是：在系統(tǒng)上電的瞬間，電容因為不能電壓突變。所以電容的兩端就相當(dāng)于短路狀態(tài)，這個時候RST引腳就為高電平，單片機(jī)處于一直在復(fù)位的狀態(tài)。經(jīng)過一段時間的電源對電容C3充電后，RST引腳的電壓慢慢下降，電平開是變?yōu)榈碗娖剑@個時候單片機(jī)就開始正常的工作；按鍵復(fù)位的原理是：當(dāng)S2被人手動按下之后，電容C3因為電壓不能突變，所以會迅速的放電,這就會使RST引腳電平變?yōu)楦唠娖?，從而實現(xiàn)復(fù)位的目的。當(dāng)S1松開之后，電源通過接地的10KΩ的電阻R2對電容放電放電，REST引腳的電平重新回到低電平，復(fù)位過程結(jié)束，單片機(jī)又開始正常的工作狀態(tài)。
2 一種停車場用電動欄桿總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計
2.1 停車場用電動欄桿的總體方案圖
一種停車場用電動欄桿主要應(yīng)用于高速公路收費處，當(dāng)車輛進(jìn)入安檢站的時候，安檢人員通過按鈕控制電動欄桿落下來從而來擋住車輛進(jìn)行繳費。通常傳統(tǒng)的欄桿都是要靠人工來使它提升，而本次設(shè)計的電動欄桿即可以通過人工提升也可以通過電動提升，該停車場用電動欄桿主要由機(jī)架、欄桿，電機(jī)，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)組成，其總體方案圖如下圖2-1所示：
2-1 一種停車場用電動欄桿總體方案圖
2.2 停車場用電動欄桿的工作原理
該停車場用電動欄桿主要是靠電動缸驅(qū)動飛輪盤轉(zhuǎn)動，從而通過曲柄搖桿機(jī)構(gòu)帶動電動欄桿升降，在斷電的情況下，可以通過人工搖動手輪，從而來控制電動欄桿的升降。本次設(shè)計的電動欄桿重量較輕，安檢人員可以很輕松地講電動欄桿進(jìn)行升降。
2.3 機(jī)械部分的設(shè)計計算
2.3.1電機(jī)的選型計算
已知機(jī)架以及電動欄桿，軸承以及其他零部件的總重量60KG,欄桿升起時間為6s。即：
；g=9.8n/kg,在這里我們選取g=10n/kg；
具體的電機(jī)設(shè)計計算如下:
1、確定運行時間
本次設(shè)計加速時間
負(fù)載速度（m/min）
有速度可知每秒上升50mm，
電機(jī)轉(zhuǎn)速
3.負(fù)載轉(zhuǎn)矩
式中：
4.電機(jī)轉(zhuǎn)矩
啟動轉(zhuǎn)矩
必須轉(zhuǎn)矩
S為安全系數(shù)，這里取1.0。
根據(jù)以上得出數(shù)據(jù)，我們選用電機(jī)型號為92BL-4020L1，此電機(jī)廠家為機(jī)電產(chǎn)品。根據(jù)計算和特性曲線以及電機(jī)基本參數(shù)表，我們選用電機(jī)型號為92BL-4020L1，電機(jī)額定功率為1.5KW，額定轉(zhuǎn)矩為13.85N.m，最大轉(zhuǎn)矩為16.01N.m，額定轉(zhuǎn)速為 3000r/min。
2.3.2鍵的選擇
鍵聯(lián)結(jié)是通過鍵實現(xiàn)軸和軸上零件的周向固定以傳遞運動和轉(zhuǎn)矩。其中有
類型也可以實現(xiàn)軸向固定和傳遞軸向力，有些類型并能實現(xiàn)軸向動聯(lián)結(jié)，
于在圓錐篩的軸上主要通過鍵來實現(xiàn)傳遞轉(zhuǎn)矩和軸向固定所以，只需選用
常見的普通平鍵，鍵的類型可根據(jù)使用要求、工作條件和聯(lián)結(jié)的結(jié)構(gòu)特點
表5-3-15選定，鍵的長度根據(jù)軸轂的長度從標(biāo)準(zhǔn)中選取，鍵的b×h根據(jù)
徑來確定。
軸和帶輪的聯(lián)結(jié)，d=70mm, 參考資料2P5-194表5-3-18 (GB/T1095-1979)
選用B20×12，B18×11和B12×8的普通A型平鍵，鍵長分別為90㎜，
70㎜，30㎜。
2.3.3螺栓的計算
螺栓的強(qiáng)度在機(jī)械聯(lián)接中至關(guān)重要，特別是在重要的場合，其強(qiáng)度校核和計算尤其重要。其受力簡圖如上圖所示，圖中以合力代替均勻分布的作用力假設(shè)應(yīng)力在剪切面內(nèi)是均勻分布的，若為剪切面面積，則應(yīng)力為：?
與剪切面相切，故為剪應(yīng)力。
2、擠壓實用計算
在工程上也使用相似剪切的計算方法，假設(shè)擠壓應(yīng)力是均勻分布的，則?
擠壓面面積為擠壓面的正投影面積。對于平鍵接觸面面積就是擠壓面面積；對于螺栓擠壓面面積就是直徑平面面積，其值為。?
3、強(qiáng)度條件?
剪切和擠壓的強(qiáng)度條件如下：?
剪切強(qiáng)度條件：≤
擠壓強(qiáng)度條件：≤
式中
塑性材料：
?
脆性材料：
?先按剪切強(qiáng)度設(shè)計：?
≤??≤
d≥
再用擠壓強(qiáng)度條件設(shè)計，擠壓力為，所以?
≤? ?≤
d≥
最后得到螺栓的抗大強(qiáng)度和抗剪強(qiáng)度是合適的。
2.3.4轉(zhuǎn)軸的設(shè)計
估算軸徑，選材料為45鋼，=650 MPa，=360MPa。取C=112，則
軸的最小直徑
≥ mm
該軸特點是：上端連接旋轉(zhuǎn)臺，下端敲入軸承，中間是齒輪傳動。所以用兩個軸承來支撐。
同上，該軸無須進(jìn)行強(qiáng)度計算，只須齒輪部分滿足傳動要求，而此項計算已在設(shè)計齒輪傳動時校核過。
軸的強(qiáng)度計算一般可分為三種：1）按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度或剛度計算；2）按彎扭合成強(qiáng)度計算；3）精確強(qiáng)度校核計算。
當(dāng)軸的支撐位置和軸所受的載荷大小、方向、作用點及載荷種類均已確定，支撐反力及彎矩可求得時，可按照彎曲或者彎扭合成強(qiáng)度進(jìn)行軸的強(qiáng)度計算。作用在軸上的載荷一般按集中載荷考慮，如本設(shè)計中的帶傳動對軸的力，其作用點取在輪緣寬度的中點。計算時，通常把軸當(dāng)作置于鉸鏈支座上的雙支點梁，一般軸的支點近似取為軸承寬度中點。
由于本設(shè)計所用軸主要是受彎曲強(qiáng)度，很少的扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度，是根據(jù)扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度設(shè)計，應(yīng)校核軸的彎曲強(qiáng)度，首先分析軸的受力，左端受的是圓錐篩的重力，右端是帶輪對軸的力，中間是軸承座的兩個支撐力。
左端的作用力包括篩自身的重力、物料的重力、物料旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力。所以考慮圓錐篩對軸產(chǎn)生作用力時，僅是一個經(jīng)驗數(shù)據(jù)。在這里，假設(shè)圓錐篩為實心，對軸的作用力取其重力的。 篩的材料為不銹鋼，密度是=7.38㎏/,錐篩大端直徑為D=，小端直徑是d=360，H=1140，h=510，所以錐篩的體積
即0.2;
所以,篩的重力約為
故取G==3846.5N。
軸徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度初步設(shè)計的，所以要校核軸的彎曲強(qiáng)度，軸的強(qiáng)度校核也就是找出危險截面，看危險截面是否滿足軸徑條件，如果危險截面滿 足，那么別的軸徑肯定滿足；根據(jù)軸的實際尺寸，承受的彎矩、扭矩圖考慮應(yīng)力集中，表面狀態(tài)，尺寸影響等因素，及軸材料的疲勞極限，計算危險截面的情況是否滿足條件。我所校核的軸是根據(jù)許用彎曲應(yīng)力校核的，即由彎矩產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力不超過許用彎曲應(yīng)力，一般計算順序是先畫出軸的空間受力圖，將軸上作用力分解為水平面受力圖和垂直面受力圖，并求出水平面上和垂直面上的支承點反作用力。然后作出水平面上的彎矩和垂直面上的彎矩圖，作出合成彎矩圖和轉(zhuǎn)矩圖應(yīng)用公式繪出當(dāng)量彎矩圖，式中是根據(jù)轉(zhuǎn)矩性質(zhì)而定的應(yīng)力校正系數(shù)。對于不變的轉(zhuǎn)矩，取；對于脈動的轉(zhuǎn)矩，?。粚τ趯ΨQ循環(huán)的轉(zhuǎn)矩取。
是材料在對稱循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力；
是材料在靜應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力；
是材料在脈動循環(huán)應(yīng)力狀態(tài)下的許用彎曲應(yīng)力；
在錐篩的設(shè)計過程中，軸的材料為45#鋼，其基本參數(shù)為，，，；應(yīng)滿足 下列條件：
或
W為軸的抗彎截面系數(shù)；
軸的受力，軸左端是錐篩對軸的力也就是錐篩的重力，右端是帶輪對軸的壓力。
具體受力情況如下圖：
由材料力學(xué)的相關(guān)知識可得：
解得：
由
得：
可得軸的彎矩圖則如下：
軸所受的轉(zhuǎn)矩如下：
轉(zhuǎn)矩圖如下：
=；
所以，=
所以當(dāng)量彎矩圖為：
可知軸承的危險截面在左邊軸承支撐處，根據(jù)軸的校核條件可以算出：
；
即：
所以：根據(jù)校核，截面強(qiáng)度足夠，其它截面也是足夠安全的。
2.3.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計
1）基礎(chǔ)理論知識
在實際工程中，提出了各種各樣的機(jī)構(gòu)運動性能的要求，并能滿足這些要求取決于機(jī)構(gòu)本身。以下對曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的特性進(jìn)行了討論和分析。我們都知道，曲柄存在的條件是：1）為短桿架桿或框架；2）短桿、長桿的長度小于或等于其他兩桿長度。如果四桿機(jī)構(gòu)的最短和最長的桿的長度和較大的其他兩個桿比，長度一樣的話，則曲柄存在的條件成立，否則則不成立?；谏鲜鲈?，短桿與長桿比短，并且比曲柄的回轉(zhuǎn)半徑相當(dāng)，則存在曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
2）急回運動特性和行程運動速比K的關(guān)系
當(dāng)曲柄勻速轉(zhuǎn)動時， 搖桿作變速擺動，而且往復(fù)擺動的V均速度是不同的。 若將V均速度小的行程作為工作行程（正行程） ，將V均速度大的行程作為非 工作行程（反行程） ，那么，我們把曲柄搖桿機(jī)構(gòu)這種正、反行程V均速度不等的特性稱為急回特性。急回特性常用行程速比系數(shù) K（搖桿反、正行程V均速度之比）來度量。 如圖所示，曲柄順時針勻速轉(zhuǎn)動，搖桿左右擺動（順時針為正行程，逆時 針為反行程） 。我們把搖桿處于兩極限位置時連桿對應(yīng)位置所夾的銳角稱為極 位夾角，用 表示。根據(jù)行程速比系數(shù)的定義有：
① 存在急回特性的條件是 不等于零。 ② 因為 是銳角，即 小于等于 90°，故理論上 K 可以最大為 3。但由于 最小傳動角的限制，實用中 K 小于等于 1.4。 對一些有急回特性要求的機(jī)械，常根據(jù) K 值按式(2-2)算出 角，再確定各
桿尺寸。
3）壓力角和傳動角
用力和力作用點運動線速度方向之間所夾的銳角稱為壓力角，常用表示；壓力角的余角稱為傳動角，常用表示。曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的傳動角隨曲柄的轉(zhuǎn)動而變。傳動角越大則機(jī)械效率越高，動力傳動中一般要求傳動角最小值 有必要檢驗 應(yīng)大于 40°。 因此設(shè)計曲柄搖桿機(jī)構(gòu)時值。那么，最小傳動角在什么位置出現(xiàn)呢？分析如下：可以證明：若機(jī)架上 A、D 兩點位于 C'、C"連線的同一側(cè)，則當(dāng) =0°時， 最小，有機(jī)架上 A、D 兩點位于 C'、C"連線的兩側(cè)，則 =180°時的 最大(鈍角)，有 =180。不難看出，對于曲柄主動的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，最小傳動角就是連桿和搖桿所夾的最小銳角。
3 零部件強(qiáng)度的校核
3.1軸承強(qiáng)度的校核
3.1.1滾動軸承的選擇
滾動軸承為雙列圓錐滾子軸承6204，由文獻(xiàn)[2]表得KN，KN，，。
3.1.2壽命驗算
軸承所受支反力合力
N （4.1）
對于雙列圓錐滾子軸承，派生軸向力互相抵消。
，N
由文獻(xiàn)[2]表得， ，
N （4.2）
按軸承B的受力大小驗算
h （4.3）
h=年
由于此種停車場用電動欄桿的運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，必須選擇較大壽命的軸承，軸承能達(dá)到所計算的壽命。
經(jīng)審核后，此軸承合格。
4 設(shè)計總結(jié)
通過本次設(shè)計,讓我學(xué)習(xí)到了許多知識，特別是對傳動機(jī)構(gòu)的應(yīng)用方面，是我收獲最大的地方。本次的設(shè)計的傳動機(jī)構(gòu)包含了電動缸驅(qū)動鋼絲繩輪這一最典型的機(jī)構(gòu)，通過查找與它相關(guān)的設(shè)計資料，到計算帶動欄桿升降所需要在輸出扭矩從而對該機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，包括傳動軸的校核，例如強(qiáng)度校核部分的設(shè)計，都花費了我好多精力。同時，也讓我學(xué)到了好多知識。
在相關(guān)的實際問題的討論中，我的導(dǎo)師總是孜孜不倦的引導(dǎo)著我，幫助著我。每周一次的進(jìn)度檢查和問題討論，促使我在正確的道路上大步前進(jìn)，不僅工作的按時保質(zhì)保量的完成得到了保證，我本人的研究能力，工作的態(tài)度也得到了充分的鍛煉和提高。這些寶貴的品質(zhì)影響著我，毫無疑問，它們對我以后的工作，學(xué)習(xí)，生活都會起到深遠(yuǎn)而長久的良好影響。也能為人生打下一個夯實地基礎(chǔ)！
在具體的研究設(shè)計過程中，同學(xué)們也在平日的學(xué)習(xí)與生活中提供了無私與周到的幫助，充分用他們的工作熱情感染著我，鼓勵著我，讓我少走了很多彎路，再次一并致謝！另外也感謝我的父母，朋友和同學(xué)們的幫助。在做設(shè)計感覺受挫，枯燥與迷茫時，是他們在悉心的為我釋放壓力，鼓勵我不要氣餒，勇敢面對。每周一次和父母的通話，與朋友和同學(xué)的長談后都使我精神放松，斗志倍增，以飽滿的熱情重新投入到工作中去，感謝他們，正是他們的不懈支持和充分理解才能使我順利完成畢業(yè)設(shè)計。
最后，感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！
5 停車場用電動欄桿控制電路的設(shè)計
5.1 系統(tǒng)電路的設(shè)計
本次設(shè)計中所使用的STC89C51單片機(jī)的電壓要求為：直流5V電壓。液晶顯示屏LCD1620的要求電壓和DS18B20傳感器都要求5.0V到5.5V直流輸入，所以我們?yōu)榱耸沟迷O(shè)計取向簡單和可靠，我們都是用5V直流電源進(jìn)行供電，在前端的電壓供應(yīng)中我們使用USB和充電寶或者任何可以提供USB接口的地方相連接。為了系統(tǒng)電源的穩(wěn)定，在電壓接入之后，我們還要采用專用的開光型電源穩(wěn)壓芯片LM7805.這個芯片的穩(wěn)壓為5V直流輸出，滿足我的需求。同時我們還要采用電容對本機(jī)系統(tǒng)和外部系統(tǒng)的電壓進(jìn)行隔離，所以使用了C1和C2兩個電容。一個是穩(wěn)壓隔離，一個是濾波隔離。其中電源開關(guān)處使用的是帶開關(guān)功能的USB接口，這可以讓我們輕松的控制電壓的接入和斷開。具體的設(shè)計電路如下圖所示：
圖5-4 系統(tǒng)的電源電路
5.2傳感器的設(shè)計
（1） 先將數(shù)據(jù)線置高電平“1”。
（2） 延時（該時間要求的不是很嚴(yán)格，但是盡可能的短一點）
（3） 數(shù)據(jù)線拉到低電平“0”。
（4） 延時750微秒（該時間的時間范圍可以從480到960微秒）。
（5） 數(shù)據(jù)線拉到高電平“1”。
（6） 延時等待（如果初始化成功則在15到60微秒時間之內(nèi)產(chǎn)生一個由DS18B20所返回的低電平“0”。據(jù)該狀態(tài)可以來確定它的存在，但是應(yīng)注意不能無限的進(jìn)行等待，不然會使程序進(jìn)入死循環(huán)，所以要進(jìn)行超時控制）。
（7） 若CPU讀到了數(shù)據(jù)線上的低電平“0”后，還要做延時，其延時的時間從發(fā)出的高電平算起（第（5）步的時間算起）最少要480微秒。
（8） 將數(shù)據(jù)線再次拉高到高電平“1”后結(jié)束。
其時序如圖4-1所示：
圖4-1 初始化時序圖
寫操作
（1） 數(shù)據(jù)線先置低電平“0”。
（2） 延時確定的時間為15微秒。
（3） 按從低位到高位的順序發(fā)送字節(jié)（一次只發(fā)送一位）。
（4） 延時時間為45微秒。
（5） 將數(shù)據(jù)線拉到高電平。
（6） 重復(fù)上（1）到（6）的操作直到所有的字節(jié)全部發(fā)送完為止。
（7） 最后將數(shù)據(jù)線拉高。
其時序如圖4-2所示：
圖4-2 寫數(shù)據(jù)時序圖
讀操作
（1）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。
（2）延時2微秒。
（3）將數(shù)據(jù)線拉低“0”。
（4）延時3微秒。
（5）將數(shù)據(jù)線拉高“1”。
（6）延時5微秒。
（7）讀數(shù)據(jù)線的狀態(tài)得到1個狀態(tài)位，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
（8）延時60微秒。
其時序如圖4-3所示：
圖4-3 讀數(shù)據(jù)時序圖
結(jié) 論
直到今天，我的畢業(yè)設(shè)計總算完成了，心里充滿感概和辛酸。這幾個月以來，我一直不斷地查詢與設(shè)計相關(guān)的各種資料和文獻(xiàn)，通過仔細(xì)分析和研究，我的論文總算完成了，再這里感到百感交集，今天，我的論文總算接近尾聲了，心里充滿了辛酸和苦辣，覺得自己大學(xué)四年所學(xué)的知識還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，有的必要的需要掌握的知識也沒有掌握好，只有希望以后自己更加努力工作，在工作中成長，在工作中學(xué)習(xí)，這樣自己才會不斷地進(jìn)步，不斷地提高自己，從而來實現(xiàn)自己的人身價值，讓自己成為一個對社會，對人們有用的人。
通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我懂得了許多知識，感謝大家。感謝學(xué)校各位領(lǐng)導(dǎo)與老師給了我在濱海學(xué)院學(xué)習(xí)生活四年以及參加這次畢業(yè)設(shè)計的寶貴的鍛煉機(jī)會，它使我深刻認(rèn)識到在知識的汪洋大海面前我是多么無知和微不足道。這是一個最好的時代，也是尊重知識，充分學(xué)習(xí)知識，掌握知識的時代。只有持續(xù)的不間斷地學(xué)習(xí)，才不會在激烈的競爭中落后于別人，也才能用自己的真才實學(xué)為社會做出自己應(yīng)有的貢獻(xiàn)。知識是無止境的，無價的，我愿在求真的道路上下而求索！
致 謝
四年的大學(xué)生活就要結(jié)束了，在大學(xué)的四年將會是我這一生的財富。從大一的懵懵懂懂。到畢業(yè)時的依依不舍。這四年我成長了，這四年是我人生的轉(zhuǎn)折點，今天借畢業(yè)論文之便，我想表達(dá)我對學(xué)校，對幫助過我的人表示誠摯的感謝。首先需要感謝就是我的母校和我的學(xué)院，是你提供給我學(xué)習(xí)的機(jī)會。然后是要感謝我的畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)老師，是你的不辭辛勞的指導(dǎo)，我才能順利的完成本次畢業(yè)設(shè)計的全部工作。在畢業(yè)設(shè)計的中間我給你帶來的不便，在此還希望你能夠海涵。然后是要感謝我的同學(xué)和學(xué)長們，正是你們的陪伴和幫助我走過了這幾年，在學(xué)習(xí)上的問題，很多都是同學(xué)給我解決的。沒有你們，我就不能成長到今天這么好。同時還要感謝我父母的養(yǎng)育之恩，是你們辛勤的工作給我換了了學(xué)習(xí)的機(jī)會。最后我還要感謝自己。感謝自己的堅持和努力。以后的生活將會是自己成長的另外一個階段了。今天完成這個畢業(yè)設(shè)計，我將會和我的母校說再見，但是在將來的學(xué)習(xí)和工作中，我一定拿出我們浙萬人的氣質(zhì)來。不給母校丟臉，在工作學(xué)習(xí)中勇為人先。幾年的大學(xué)生活：苦樂參半、一生留戀。
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