喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請放心下載，，有疑問咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== XX大學 畢業(yè)設計（論文） 快速輪胎充氣機設計 系 別： 專 業(yè)： 學 生 姓 名： 學 號： 設計(論文)題目： 起 迄 日 期: 設計(論文)地點: 指 導 教 師: 專業(yè)教研室負責人: 2013年 月 日 摘 要 本設計是通過對快速輪胎充氣機工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點進行分析，并結合實際，在進行細致觀察后，對快速輪胎充氣機的整體結構進行了設計，對組成的各元件進行了選型、計算和校核。 關鍵詞：快速輪胎充氣機，設計，結構設計 39 Abstract The design is based on metal nail-making machine working principle, the working environment and the working characteristics of the analysis, and combined with the practice, the careful observation, the metal nail-making machine structure of the overall design, the various parts of the selection, calculation and checking. Key Words: metal nail-making machine, design, structural design 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 概述 6 1.1 輪胎充氣機發(fā)展概況 6 1.2 液壓傳動的工作原理及組成部分 6 1.2.1 液壓傳動的工作原理 6 1.2.2 液壓傳動的組成部分 7 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 7 1.4 液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 8 1.4.1 設計步驟 9 1.4.2 明確設計要求 9 第2章 快速輪胎充氣機總體結構設計 10 2.1主機的功能結構 10 2.2 工作原理 10 2.3課題設計要求 11 第3章 快速輪胎充氣機工作機構設計 12 3.1 液壓缸的主要主要參數(shù) 12 3.2活塞桿強度計算 12 3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計算 13 3.4活塞桿最大容許行程 14 3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 15 3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算 15 3.5.2液壓缸壁厚計算 15 3.6液壓缸筒與缸底的連接計算 16 3.7 缸體結構材料設計 17 3.7.1缸體端部連接結構 17 3.7.2缸體材料 17 3.7.3缸體技術條件 17 3.8 活塞結構材料設計 17 3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 17 3.8.2活塞的密封 18 3.8.3活塞的材料 18 3.8.4活塞的技術要求 18 3.9活塞桿結構材料設計 19 3.9.1端部結構 19 3.9.2端部尺寸 19 3.9.3活塞桿結構 19 3.9.4活塞桿的技術要求 19 3.10活塞桿的導向、密封和防塵 20 3.10.1導向套 20 3.10.2活塞桿的密封與防塵 20 3.11 缸蓋的材料 21 3.12 自動定心裝置 21 第4章 快速輪胎充氣機機架的設計 23 4.1 機架的基本尺寸的確定 23 4.2 架子材料的選擇確定 23 5.3 主要梁的強度校核 23 第5章 快速輪胎充氣機電路控制設計 26 5.1系統(tǒng)分析與設計 26 5.2 總體設計流程 26 5.3 單片機控制模塊的設計 27 5.4 氣壓檢測及A/D、D/A模塊的設計 30 5.4.1氣壓檢測 30 5.4.2方案選擇 30 5.4.3電路設計與分析 31 5.5 軟件設計 33 5.5.1 A/D模塊軟件設計 33 5.5.2 D/A模塊軟件設計 35 參考文獻 36 總 結 38 致 謝 39 第1章 概述 1.1 輪胎充氣機發(fā)展概況 隨著時代的發(fā)展，汽車已經(jīng)進入了尋常百姓家，汽車工業(yè)也經(jīng)歷了有史以來最高速的發(fā)展期，同時也對汽車制造業(yè)提出了更高的要求?？焖佥喬コ錃鈾C正是基于這樣的狀況下而產(chǎn)生的提高汽車輪胎裝配效率的一種新型工具。該課題的研究對于提高學生的工程能力，拓展生存空間有著非常重要的意義，以及為今后進一步研究快速充氣機的研究做一個前期的準備工作，具有重要的社會意義。 自動充氣機是通過微處理器和壓力傳感器自動調(diào)節(jié)輪胎氣壓的尖端科技產(chǎn)品，一次性完成對輪胎的充氣/放氣/檢驗，精度高、速度快、經(jīng)久耐用、操作簡單，帶給輪胎更好的保護。它的出現(xiàn)完全替代手動氣壓表消除誤差、更好的保護輪胎。 1.2 液壓傳動的工作原理及組成部分 1.2.1 液壓傳動的工作原理 驅(qū)動的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動機帶動旋轉后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進入液壓泵，當它從泵中輸出進入壓力管后，將換向閥手柄、開停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過開停閥、節(jié)流閥、換向閥進入液壓缸左腔，推動活塞和工作臺向右移動。這時，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。 如果將換向閥手柄方向轉換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過開停閥、節(jié)流閥和換向閥進入液壓缸右腔，推動活塞和工作臺向左移動，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。 工作臺的移動速度是由節(jié)流閥來調(diào)節(jié)的。當節(jié)流閥開大時，進入液壓缸的油液增多，工作臺的移動速度增大；當節(jié)流閥關小時，工作臺的移動速度減小。 為了克服移動工作臺時所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個足夠大的推力，這個推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預緊力時，油液才能頂開溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。 如果將開停手柄方向轉換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥?，這時工作臺就停止運動。 從上面的例子中可以得到： 1） 動是以液體作為工作介質(zhì)來傳遞動力的。 2）液壓傳動用液體的壓力能來傳遞動力，它與利用液體動能的液力傳 動是不相同的。 3）壓傳動中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進行工作的， 因此液壓傳動和液壓控制常常難以截然分開。 1.2.2 液壓傳動的組成部分 液壓傳動裝置主要由以下四部分組成： 1）能源裝置——把機械能轉換成油液液壓能的裝置。最常見的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。 2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉換成機械能的裝置。它可以是作直線運動的液壓缸，也可以是作回轉運動的液壓馬達。 3)制調(diào)節(jié)裝置——對系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動方向進行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。 4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。 1.3 液壓傳動的優(yōu)缺點 液壓傳動有以下一些優(yōu)點： 1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動力，因為 液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結構緊湊。液壓馬達的體積和重量只有同等功率電動機的12%左右。 2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應快，液壓裝置 易于實現(xiàn)快速啟動、制動和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實現(xiàn)往復回轉運動時可達500次/min，實現(xiàn)往復直線運動時可達1000次/min。 3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實現(xiàn)無級調(diào)速（調(diào)速范圍可達2000），它還 可以在運行的過程中進行調(diào)速。 4） 液壓傳動易于自動化，這是因為它對液體壓力、流量或流動方向易 于進行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動控制結合起來使用時，整個傳動裝置能實現(xiàn)很復雜的順序動作，接受遠程控制。 5） 液壓裝置易于實現(xiàn)過載保護。液壓缸和液壓馬達都能長期在失速狀 態(tài)下工作而不會過熱，這是電氣傳動裝置和機械傳動裝置無法辦到的。液壓件能自行潤滑，使用壽命較長。 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了標準化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設計、 制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機動性。 7） 用液壓傳動來實現(xiàn)直線運動遠比用機械傳動簡單。 液壓傳動的缺點是： 1） 液壓傳動不能保證嚴格的傳動化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄 漏等原因造成的。 2） 液壓傳動在工作過程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失 等），長距離傳動時更是如此。 3） 液壓傳動對油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影 響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。 4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價 較貴，而且對油液的污染比較敏感。 5） 液壓傳動要求有單獨的能源。 6） 液壓傳動出現(xiàn)故障時不易找出原因。 總的說來，液壓傳動的優(yōu)點是突出的，它的一些缺點有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學技術的發(fā)展而進一步得到克服。 1.4 液壓系統(tǒng)的設計步驟與設計要求 液壓傳動系統(tǒng)是液壓機械的一個組成部分，液壓傳動系統(tǒng)的設計要同主機的總體設計同時進行。著手設計時，必須從實際情況出發(fā)，有機地結合各種傳動形式，充分發(fā)揮液壓傳動的優(yōu)點，力求設計出結構簡單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡單、維修方便的液壓傳動系統(tǒng)。 1.4.1 設計步驟 ????液壓系統(tǒng)的設計步驟并無嚴格的順序，各步驟間往往要相互穿插進行。一般來說，在明確設計要求之后，大致按如下步驟進行。 ????1）確定液壓執(zhí)行元件的形式； ????2）進行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)； ????3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖； ????4）選擇液壓元件； ????5）液壓系統(tǒng)的性能驗算； 1.4.2 明確設計要求 ????設計要求是進行每項工程設計的依據(jù)。在制定基本方案并進一步著手液壓系統(tǒng)各部分設計之前，必須把設計要求以及與該設計內(nèi)容有關的其他方面了解清楚。 ????1）主機的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等； ????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動作，動作順序及彼此聯(lián)鎖關系如何； ????3）液壓驅(qū)動機構的運動形式，運動速度； ????4）各動作機構的載荷大小及其性質(zhì)； ????5）對調(diào)速范圍、運動平穩(wěn)性、轉換精度等性能方面的要求； ????6）自動化程序、操作控制方式的要求； ????7）對防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求； 8）對效率、成本等方面的要求。 第2章 快速輪胎充氣機總體結構設計 2.1主機的功能結構 隨著汽車工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的輪胎充氣工藝遠不能適應現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的要求。研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的，機械化、自動化、節(jié)能高效的充氣設備是現(xiàn)代化汽車生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實際問題。 設備由本體臺架、液壓傳動系統(tǒng)、氣動系統(tǒng)、微機測控系統(tǒng)等4部分組成。其中本體臺架又由工作臺、車輪傳送機構、車輪定位機構、車輪卡緊機構、輪胎充氣裝置等5部分組成。 圖2.1 快速輪胎充氣機的結構示意圖 2.2 工作原理 本公開了一種與現(xiàn)用打氣筒操作方式完全不同并裝有安全閥的新型式輪胎打氣機。它操作更省力、簡便，工作效率提高，可避免輪胎打爆，適用于各種 輪胎打氣。其特點是：兩個氣筒內(nèi)各放置一特制活塞體，并由一根推桿連接兩活塞體，兩個氣筒的另一端，分別通過一個內(nèi)裝單向氣門的彎管與一個過渡裝氣筒密封 連接，在推桿的中點安裝一個固定軸及軸套，與操作桿下端的開口滑頭相配合，過渡裝氣筒上裝設有安全閥。使用時，在安全閥上設定輪胎的最大充氣量，翻開并腳 踩踏板，前后扳動手柄，當安全閥排氣時，即完成充氣。 2.3課題設計要求 (1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。 第3章 快速輪胎充氣機工作機構設計 快速輪胎充氣機的工作機構主要是通過液壓缸來進行實現(xiàn)的。 3.1 液壓缸的主要主要參數(shù) 課題的主要技術要求： (1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。 快進時采用差動聯(lián)接，并取無桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在滑臺突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。最大工作壓力：1Mpa； 初選最大負載工進階段的負載F=15000N，按此計算則 (3.4) 液壓缸直徑 由可知活塞桿直徑 按GB/T2348-1993將所計算的D與d值分別圓整到最相近的標準直徑，以便采用標準的密封裝置。圓整后得 按標準直徑算出 3.2活塞桿強度計算 活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡單強度計算公式進行計算， 活塞桿應力 (3.5) 或 (3.6) 式中P—活塞桿所受的軸向載荷 d—活塞桿直徑 —活塞桿制造材料的許用應力 根據(jù)以上公式可知 液壓缸 可見，活塞桿的強度均滿足要求。 3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計算 液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對于一般單邊活塞桿液壓缸來說，當活塞桿前進時的推力： (3.7) 當活塞桿后退時的拉力： (3.8) 當活塞桿差動前進時（即活塞的兩側同時進壓力相同的壓力油）的推力： (3.9) 式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm d—活塞桿直徑 cm -液壓缸的工作壓力 當活塞桿前進時的推力： 當活塞桿后退時的拉力： 當活塞桿差動前進時（即活塞的兩側同時進壓力相同的壓力油）的推力： 液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關計算中查出；大部分也可以從《機械設計手冊》表11-133中直接讀出。 表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。 圖3.1 液壓缸活塞的受力 3.4活塞桿最大容許行程 根據(jù)《機械設計手冊》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。 兩個液壓缸均采用如圖固定—自由模式進行安裝。 圖3.2 安裝型式簡圖 根據(jù)長度公式 (3.12) (3.13) 可知切斷液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為 ==52.54cm =52.54-6=46.5cm 液壓缸活塞桿計算長度l和實際行程S分別為 = =72.78-5.5=67.28cm 3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 3.5.1液壓缸內(nèi)徑計算 當P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得： (3.14) 式中 P—活塞桿上的總作用力，N p—液壓油的工作壓力，KN 液壓缸的內(nèi)徑為63mm。 3.5.2液壓缸壁厚計算 一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計算： (3.15) 式中，—缸壁厚度，m p—液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa [σ]—剛體材料的許用應力 D—液壓缸內(nèi)徑，cm 當額定壓力Pn≤16MPA時，Pp=Pn×150/100 當額定壓力Pn＞16MPA時，Pp=Pn×125/100 (3.16) —缸體材料的抗拉強度，Pa n—安全系數(shù)，一般可取n=5 應當注意，當計算出的液壓缸壁較薄時，要按結構需要適當加厚。 因此，根據(jù)上述公式可得， 切斷液壓缸 液壓缸 故切斷液壓缸的壁厚為18mm，液壓缸的壁厚為15mm。 關于液壓缸的安全系數(shù)，在設計液壓缸時通常取n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強度有些余量；相反，假如工作條件為動載荷或沖擊壓力超過超耐壓力時，有時會出現(xiàn)危險狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應根據(jù)實際使用條件選取。 3.6液壓缸筒與缸底的連接計算 缸體法蘭連接螺栓計算 缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時，螺栓或拉桿的強度計算如下： 圖3.3 缸體聯(lián)接 螺紋處的拉應力 (3.17) 螺紋處的剪應力 (3.18) 合成應力 (3.19) 式中 Z—螺栓或拉桿的數(shù)量 —材料為45鋼時，=30 3.7 缸體結構材料設計 3.7.1缸體端部連接結構 采用簡單的焊接形式，其特點：結構簡單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時應小心注意。主要用于活塞式液壓缸。 3.7.2缸體材料 液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號無縫鋼管。因20號鋼的機械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應用較少。當缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時，則應采用焊接性能比較號的35號鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號鋼，并應調(diào)質(zhì)到241~285HB。 缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個牌號或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。 3.7.3缸體技術條件 a. 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當活塞采用橡膠密封圈時，Ra為0.1~0.4，當活塞用活塞環(huán)密封時，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。 b. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241~285。 c. 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級精度選取，圓柱度公差值應按8級精度選取。 d. 缸體端面T的垂直度公差可按7級精度選取。 e. 當缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時，螺紋應取為6級精度的公制螺紋。 f. 當缸體帶有耳環(huán)或銷軸時，孔徑或軸徑的中心線對缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應按9級精度選取。 g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。 3.8 活塞結構材料設計 3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 表3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 聯(lián)接方式 備注說明 整體聯(lián)接 用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況 螺紋聯(lián)接 常用的聯(lián)接方式 半環(huán)聯(lián)接 用于工作壓力、機械振動較大的情況下 這里采用螺紋聯(lián)接。 3.8.2活塞的密封 活塞與缸體的密封結構，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結構見下表 表3.2常用的密封結構 密封形式 備注說明 間隙密封 用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封 活塞環(huán)密封 適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長的活塞密封 O型密封圈密封 密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運動密封 Y型密封圈密封 用在20MPa下、往復運動速度較高的液壓缸密封 結合本設計所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。 3.8.3活塞的材料 液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號鋼。 3.8.4活塞的技術要求 a. 活塞外徑D對內(nèi)孔的徑向跳動公差值，按7、8級精度選取。 b. 端面T對內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應按7級精度選取。 c. 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級精度選取。 圖3.3 活塞 3.9活塞桿結構材料設計 3.9.1端部結構 活塞桿的端部結構分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設計的結構，為了便于拆卸維護，可選用內(nèi)螺紋結構。 3.9.2端部尺寸 如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡圖。查表11-148，按照本設計要求，選用直徑螺距-螺紋長=。 圖3.2 螺紋聯(lián)接簡圖 3.9.3活塞桿結構 活塞桿有實心和空心兩種，如下圖。實心活塞桿的材料為35、45號鋼；空心活塞桿材料為35、45號無縫鋼管。本設計采用實心活塞桿，選用45號鋼。 圖3.3 空心活塞桿 圖3.4 實心活塞桿 3.9.4活塞桿的技術要求 a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為HB229~285，必要時，再經(jīng)過高頻淬火，硬度達HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到HB230即可。 b. 活塞桿的圓度公差值，按9~11級精度選取。這里取10級精度。 c. 活塞桿的圓柱度公差值，應按8級精度選取。 d. 活塞桿的徑向跳動公差值，應為0.01mm。 e. 端面T的垂直度公差值，則應按7級精度選取。 f. 活塞桿上的螺紋，一般應按6級精度加工（如載荷較小，機械振動也較小時，允許按7級或8級精度制造）。 g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進行衍磨或拋光。 3.10活塞桿的導向、密封和防塵 3.10.1導向套 a. 導向套的導向方式、結構 表3.3 導向套的導向方式 導向方式 備注說明 缸蓋導向 減少零件數(shù)量，裝配簡單，磨損相對較快 管通導套 可利用壓力油潤滑導向套，并使其處于密封狀態(tài) 可拆導向套 容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導向套的場合 球面導向套 導向套自動調(diào)整位置，磨損比較均勻 本設計采用缸蓋導向。 b. 導向套材料 導向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。 c. 導向套的技術要求 導向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。 3.10.2活塞桿的密封與防塵 這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。 3.11 缸蓋的材料 液壓缸的缸蓋可選用35、45號鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級精度選取。 3.12 自動定心裝置 氣動帶動滑動體，然后帶動平行四邊形連桿體，氣缸上升或下降，實現(xiàn)平行四邊形連桿體松開或擰緊。 第4章 快速輪胎充氣機機架的設計 4.1 機架的基本尺寸的確定 機架是支撐及其所有附件的可移動機構。要保證拆裝方便、安全；重量要輕，便于移動；架子要有足夠的空間安裝。而且每個總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長高。這樣架子的地面的結構就確定了。支撐的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機架上。 為了使機架能夠方便移動，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個側面通過螺栓各連接兩個輪子，使得架子和輪子連接牢固。靠近轉盤這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。 4.2 架子材料的選擇確定 架子的結構確定后，就需要準備材料，買材料時要考慮鋼材的性能，同時也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過到市場調(diào)查分析后，臺架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。 受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉架就用60㎜的方鋼制作。在轉架與支撐板的固定處需要用軸連接。 表5-1 鋼材的尺寸 規(guī)格 60㎜×60㎜ 50㎜×50㎜ 橫截面圖 長度 500㎜ 567㎜ 材料 Q235 Q235 5.3 主要梁的強度校核 估算支撐的質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進行校核。支承軸160㎜，查機械工程材料 P105頁表5-2得，Q235鋼材的屈服強度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a 解：和軸一樣建立如圖所示的坐標系。 以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖6.1所示的平面直角坐標系。 因為：FRD =600N ，把RDE從D點移到E后的受力情況如圖6.1所示。 圖5.1 得到一個F和一個力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m 計算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因為材料和軸的是一樣的， 所以σ b=375 MP a , Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以 σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a 也設安全系數(shù)：K=5 故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a 因此：也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。 所以可以進行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點為圓點建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡圖如圖2.2.1-b所示。通過受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點之間。 把F從C點移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。 得到一個F和一個力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m 因為：Fba+Fde=2F=1200N 由于軸的受力完全對稱，故Fba=Fde=F=600N B點和F點的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m 受力情況如圖2.2.1所示. 計算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因為材料和軸的是一樣的，所以σ b=375 MP a , Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3 所以 σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a 也設安全系數(shù)：K=5 故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a 因此：也可以做出結論轉架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。 所以可以進行制作。 第5章 快速輪胎充氣機電路控制設計 5.1系統(tǒng)分析與設計 總體設計思路[1]：首先由壓力傳感器將檢測到的車輪胎內(nèi)部的當前氣壓參數(shù)， 傳輸?shù)侥?數(shù)轉換器ADC0832的一路模擬信號通道，轉換出八路數(shù)字信號傳給單片機AT89S52，接著單片機把計算氣壓值送給LCD1602并讓它顯示當前氣壓值。然后鍵盤輸入我們需要的氣壓值，經(jīng)單片機AT89S52鍵盤掃描程序讀出鍵值，并在LCD1602上顯示出來，接著通過控制核心(單片機)比較當前氣壓值與輸入的氣壓值：如果輸入值大于當前氣壓值時，通過單片機發(fā)出一個控制命令驅(qū)動電機工作，開始充氣，在充氣的同時繼續(xù)對氣壓進行采樣，當兩個值相等時，中斷驅(qū)動電路，停止充氣；而如果當前氣壓值大于輸入值時，單片機發(fā)送控制命令到電磁閥驅(qū)動器，開通電磁閥，放氣開始，與此同時仍然進行氣壓采樣，當兩值相等時，電磁閥斷開，停止放氣。在夜間，特別是在有車輛行駛的路邊加氣時，我們有照明燈和警示燈，通過特殊功能鍵可使照明燈發(fā)光工作或警示燈發(fā)出警示信號，給使用者的操作帶來方便，避免發(fā)生交通事故。 5.2 總體設計流程 本設計以AT89S52單片機為核心，對所有的數(shù)據(jù)進行處理。將掃描到的鍵盤輸入值在LCD1602上顯示，并運用ADC0832對氣壓傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)進行模數(shù)轉換，并將轉換后的數(shù)據(jù)傳送給單片機進行處理。同時用LCD1602來顯示外部采集到的氣壓值。如果檢測到的氣壓值小于設定的氣壓值，則單片機控制充氣工作，若檢測到的氣壓值大于設定的氣壓值，則TLV5616對單片機處理好的數(shù)據(jù)進行數(shù)模轉換再將轉換好的模擬信號傳送給電磁閥，電磁閥隨著放氣的進行，電磁閥的閥門慢慢變小，放氣的速度也隨著減慢，這樣可以減小誤差。系統(tǒng)的總流程圖如圖2-1所示 比較 相等 初始化 電流采樣（壓力傳感器） AD轉換 單片機 LCD顯示 鍵盤掃描 驅(qū)動電機充氣 電磁閥 放氣 停止電機 相等 大于 小于 是 是 否 否 圖2-1 總體流程圖 5.3 單片機控制模塊的設計 方案一：采用AT89S52 8位單片機 AT89S52[3]是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS?8位單片機，片內(nèi)含8k?bytes的可反復擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和256bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術生產(chǎn)，與標準MCS－51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89S52單片機適合于許多較為復雜控制應用場合。 AT89S52有40個引腳，32個外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時內(nèi)含2個外中斷口，3個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，2個讀寫口線，AT89S52可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲器結合在一起，特別是可反復擦寫的Flash存儲器可有效地降低開發(fā)成本。 AT89S52主要功能特性： 1、兼容MCS51指令系統(tǒng) 2、8k可反復擦寫(>1000次)Flash ROM 3、32個雙向I/O口等。 此單片機是小型電子產(chǎn)品普遍采用的微控芯片，性價比高。在控制領域應用也比較普遍。 方案二：采用高檔高位機——凌陽的61單片機 凌陽的16位單片機就是為適應這種發(fā)展而設計的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽最新推出的μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡稱μ’nSP?）。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機（以下簡稱μ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結構，它以μ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設接口部件。 具有以下等性能 ： ① 16位μ’nSP?微處理器； ②工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V ③ CPU時鐘：0.32MHz~49.152MHz ； ④ 內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32K FLASH； ⑤ 使用凌陽音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語音數(shù)據(jù)； ⑥ 32位通用可編程輸入/輸出端口； ⑦ 7通道10位電壓模-數(shù)轉換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉換器； 此類單片機功能更強，但是價格比較昂貴。 綜合本設計所要實現(xiàn)的各部分功能！僅需一片AT89S52單片機就可以滿足設計的需要，因此采用AT89S52作為主控芯片。 為了使電路更加緊湊，外部引線更加少，需合理設計整個系統(tǒng)的原理圖[2]，以便硬件規(guī)劃與設計。硬件總電路圖如圖3-1所示 圖3-1 硬件總體布局 整個系統(tǒng)的控制核心是AT89S52，因此對單片機的資源要合理分配與利用。 單片機的IO口資源分配。 表3-1 IO口分配 鍵盤控制模塊 P0.0-P0.7 設置比較的氣壓值 氣壓采集模塊 P2.4-P2.7 通過ADC0832采集氣壓 電機模塊(充氣) P3.3 控制電機的轉動 電磁閥（放氣） P2.1-P2.3 通過TLV5616控制電磁閥 LCD模塊 P1.0-P1.7 LCD數(shù)據(jù) P3.0-P3.2 LCD控制信號 照明燈控制 P3.4 控制燈的亮滅 在自動充氣機中的各個部分，并不是每一個部分都用到了單片機的控制。由于本文研究的是單片機在自動充氣機中應用，因此，對于沒有用到單片機的部分就不做過多的闡述，主要針對有用到單片機的重要部分做詳細地闡述。在自動充氣機中的氣壓檢測及模數(shù)轉換模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊和照明報警模塊都是由單片機來控制，下面將對這四個模塊的設計做詳細介紹。 5.4 氣壓檢測及A/D、D/A模塊的設計 5.4.1氣壓檢測 通過壓力傳感器檢測輪胎當前的氣壓參數(shù)并經(jīng)由ADC0832傳給單片機，由單片機給LCD1602送數(shù)據(jù)，讓其顯示當前的輪胎氣壓值。 5.4.2方案選擇 方案一：采用ADC0809 8路8位A／D轉換器，即分辨率8位，采樣頻率，數(shù)據(jù)并行傳輸，可對8路信號進行分時采樣。多用于對多路信號進行采樣的設計中。軟件編程比較簡單，ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，因此對它的硬件接線比較麻煩，同時也會加大硬件設計難度。 方案二：采用ADC0832 ADC0832為8位分辨率A/D轉換芯片，其最高分辨可達256級，可以適應一般的模擬量轉換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。8位2路AD轉換器即8位分辨率、采樣頻率、數(shù)據(jù)串行傳輸。此轉換器一般用于對少數(shù)信號進行采樣的電路中。外部只有8個引腳，連線簡單方便，但是相對而言軟件編程稍微復雜一點。 方案三：采用TLV5616 12位轉換器。 TLV5616是一個12位電壓輸出數(shù)模轉換器（DAC），帶有靈活的4線串行接口，可以無縫連接TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電，電壓范圍2.7～5.5V。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器，輸出放大器是AB類以提高穩(wěn)定性和減少建立時間。rail-to-rail輸出和關電方式非常適宜單電源、電池供電應用。通過控制字可以優(yōu)化建立時間和功耗比。精度高，數(shù)據(jù)是串行傳輸?shù)?。只?個引腳便于接線，軟件編程簡單。 方案四：采用DAC0832 8位轉換器。 DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉換芯片，集成電路內(nèi)有兩級輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉換等)。數(shù)據(jù)是進行并行傳輸，是以電流的形式輸出。有14個引腳，硬件連線較煩。軟件編程簡單。但是使用它并需外加外部轉換電路將電流轉換成電壓。 從軟件和硬件制作的角度考慮，采用8引腳的ADC0832對采集到的氣壓值進行AD轉化。采用TLV5616對數(shù)據(jù)進行DA轉化。 5.4.3電路設計與分析 ADC0832 是美國國家半導體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉換芯片。由于它體積小，兼容性強，性價比高而深受單片機愛好者及企業(yè)歡迎，目前已經(jīng)有很高的普及率。學習并使用ADC083可以使我們了解A/D轉換器的原理，有助于我們對單片機技術水平的提高。 1、ADC0832 具有以下5個特點： · 8位分辨率； · 雙通道A/D轉換； · 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； · 5V電源供電時輸入電壓在0～5V之間； · 工作頻率為250KHZ，轉換時間為32μS； 其引腳電路圖如圖4-1所示 圖4-1 ADC0832引腳圖 芯片轉換時間僅為32μS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉換速度快且穩(wěn)定性能強。獨立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實現(xiàn)通道功能的選擇。 正常情況下ADC0832與單片機的接口應為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI（如圖4-1）。但由于DO端與DI端在通信時并未同時有效且與單片機的接口是雙向的，所以電路設計時可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。 當ADC0832未工作時其CS輸入端應為高電平，此時芯片處于禁用狀態(tài)，CLK和DO/DI的電平可任意。當要進行A/D轉換時，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉換完全結束。此時芯片開始轉換工作，同時由處理器向芯片時鐘輸入端CLK輸入時鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號。在第1個時鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟始信號。在第2、3個脈沖下降沿之前DI端應輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時，只對CH0進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時，只對CH1進行單通道轉換。當2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負輸入端IN-進行輸入。當2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時，將CH0作為負輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進行輸入。到第3個脈沖的下降沿之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開始利用數(shù)據(jù)輸出DO進行轉換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個脈沖的下降沿開始由DO端輸出轉換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個脈沖時發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開始輸出下一個相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個字節(jié)的下降沿輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個脈沖時數(shù)據(jù)輸出完成，也標志著一次A/D轉換的結束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉換后的數(shù)據(jù)進行處理就可以了。 在本設計中，我們只用到了一個CH0轉換口。故本設計的DO/DI兩端口的數(shù)據(jù)應為“1”、“0”。分別用P2.1和P2.2口控制。 CPU向TLV5616發(fā)送的串行數(shù)據(jù)每幀為16位，其中高4位為控制位，低12位為轉換的數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后。VREF為參考電壓輸入端（系統(tǒng)中接運放1的輸出），VOUT是電壓輸出端。片內(nèi)有一個2倍的輸出放大器，其轉換關系為： ??? VOUT＝2×VREF×Di／4096　 VREF參考電壓的范圍為0V-3.5V。所以我在設計時參考電壓的選擇是外接一個上拉電阻可選電壓為0V-5V。這樣可以方便選擇參考電壓。為硬件調(diào)試打下好的基礎。其與單片機的接口如圖4-2所示。 圖 4-2 TLV5616引腳接線 5.5 軟件設計 5.5.1 A/D模塊軟件設計 A/D模塊的軟件設計流程圖如圖4-3所示 圖4-3 AD轉換流程 其程序[5]如下: uchar adc0832(uchar channel) //讀ADC0832函數(shù),采集并返回 { uint dat2=0; uchar ndat=0,i=0,j; if(channel==0)channel=2; if(channel==1)channel=3; //通道選擇. AD_CS=0;_nop_(); //拉低CS端，AD片選 DI=1;_nop_(); //在第一個脈沖下降之前 DI 必須是高電平,表示啟始信號 SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_(); SCK=1; DI=channel&0x1;_nop_();//在第二和第三個脈沖下降之前 DI 輸入兩位表示通道 SCK=0;_nop_(); SCK=1; DI=(channel>>1)&0x1;_nop_(); SCK=0; //寫命令完成,DI失去輸入作用 DI=1;_nop_(); dat2=0; for(i=0;i<8;i++) //讀出8字節(jié)數(shù)據(jù) { dat2|=DO; SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_(); dat2<<=1; if(i==7)dat2|=DO; } for(i=0;i<8;i++) { j=0; j=j|DO; SCK=1;_nop_();SCK=0;_nop_(); j=j<<7; ndat=ndat|j; if(i<7)ndat>>=1; } AD_CS=1; SCK=0; DO=1; dat2<<=8; dat2|=ndat; return(dat2); //返回數(shù)據(jù) } A/D轉換的數(shù)據(jù)處理過程是用采樣兩次數(shù)據(jù)對比的方法。第一次數(shù)據(jù)采集是使用正向存儲的方式，就是高位在前低位在后。而第二次則是反向存儲的方法。低位在前，高位在后，所以在做數(shù)據(jù)對比時，必須把第二次數(shù)據(jù)反過來。當測得的兩次數(shù)值是一樣的時候，則返回數(shù)值，若不一樣則再次進行測試。這樣就保證了測得的值的準確性。 5.5.2 D/A模塊軟件設計 D/A轉換模塊是采用是TLV5616。對數(shù)值進行D/A轉換。其主要程序如下： void spiwrite(int temp) //寫數(shù)據(jù) { uint i; setcs(0); for(i=0;i<16;i++) { pindin=(bit)(temp&0x8000); setsclk(1); temp<<=1; nnop(1);setsclk(0);nnop(1); } setcs(1); } TLV5616的控制僅靠數(shù)據(jù)的第14，15位。所以一般情況下寫控制和數(shù)據(jù)是同時進行的。這樣的程序就簡潔了。TLV5616的數(shù)據(jù)傳送是串行發(fā)送的,因此對時序的要求很嚴，要嚴格按照時序來發(fā)送。 參考文獻 [1] 王世明 《機床與液壓》[J]上海海洋大學工程學院 1996,(08) [2] 楊華勇 周華 路甬祥 《中國機械工程》[M]浙江大學 2000,(12) [3] 楊爾莊 《液壓氣動與密封》[J] 中國液壓氣動密封件工業(yè)協(xié)會 1993,(04) [4] 范士娟 楊超 《液壓與氣動》[J] 華東交通大學,機電工程學院 2005,(08) [5] 司癸卯 李曉寧 《筑路機械與施工機械化》[J] 長安大學道路施工技術與裝備教育部重點實驗室 2009,[07] [6] 汪世益 方勇 滿忠偉 《工程機械》[J] 安徽工業(yè)學機械工程學院 2010,(09) [7] 楊爾莊《國液壓氣動技術的現(xiàn)狀及展望》 [M] 液壓與氣動 1998，（06） [8] 楊爾莊·液壓技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢-液壓氣動與密封，[J] 1998，（01） [9] 李運華，史維祥·流體動力技術的現(xiàn)狀與發(fā)展· [J] 機械與液壓 1994，（04） [10] 曹秉剛，郭卵應，中野和夫，史維祥錐閥流場的邊界元[J] 1991，（02） [11] 章本照編著·流體力學中的有限元法·[M] 機械工業(yè)出版社 1986 [12] H. 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