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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。靠此核心技術(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)動中緊停或反轉(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) [1] 王安岑，武吉梅.畫法幾何與機(jī)械制圖[M].西安:陜西科學(xué)技術(shù)出版社[M]，2001 [2] 尚久浩. 《自動機(jī)械設(shè)計》[M]. 北京：中國輕工業(yè)出版社,2006． [3] 顧曉勤.工程力學(xué)ⅠⅡ[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008． [4] 盧秉恒.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)[M] ．北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2008． [5] 單輝祖. 材料力學(xué)[M]．北京：高等教育出版社， 2010． [6] 吳琰琨. 液壓與氣動技術(shù)[M] ．北京：人民郵電出版社,2008． [7] 張建民.機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計[M].高等教育出版社，2001（2）：45～49. 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Ltd.，1982：114-136. 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。