2層立體車庫三維造型及PLC控制

1、洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2層立體車庫的三維造型及PLC控制摘 要立體車庫是現(xiàn)代解決停車難的問題的主要方法之一。本次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就是針對立體車庫進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有：針對兩層立體車庫進(jìn)行整體結(jié)構(gòu)和控制程序的設(shè)計(jì)。具體方案的設(shè)計(jì)，包括標(biāo)準(zhǔn)零件的選型與計(jì)算。對部分零件進(jìn)行工藝性分析，包括材料的選取，工藝性計(jì)算，確定整體的工藝方案。使用三維軟件進(jìn)行零件造型設(shè)計(jì)、裝配體繪制、二維工程圖繪制。并編寫PLC控制程序還要進(jìn)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動模擬仿真。設(shè)計(jì)的方法是首先是進(jìn)行一系列的市場調(diào)研，然后根據(jù)市場調(diào)研和實(shí)際的需求來確定具體的實(shí)施方案。確定好實(shí)施方案以后，就按部就班的進(jìn)行設(shè)計(jì)和計(jì)算。然后根據(jù)初步的設(shè)計(jì)和計(jì)

2、算建立三維模型，然后對關(guān)鍵的受力零件進(jìn)行強(qiáng)度的校核。如果校核成功則繼續(xù)計(jì)算，校核失敗則需要修改尺寸或者材料等。校核完成后就進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)件的選型，選型完成后再完善各個零件的三維模型，最后建立完整的三維裝配體。接下來需要根據(jù)設(shè)計(jì)要求和立體車庫的結(jié)構(gòu)來編寫PLC控制程序，并驗(yàn)證其可行性。PLC程序編寫完成后再進(jìn)行立體車庫的運(yùn)動仿真。設(shè)計(jì)完成的立體車庫，是可以自動進(jìn)行平行四邊形機(jī)構(gòu)的展開和回收。并且可以自動將汽車從第二層轉(zhuǎn)移到地面上。關(guān)鍵詞：立體車庫，三維造型，PLC控制，運(yùn)動仿真3D Modeling and PLC Control of Stereo GarageABSTRACTThe stereo

3、garage is one of the methods to solve the parking problem. The graduation project is designed for two-layer stereo garage.The main contents of the design include two-layer stereo garage structure and program design. Design of the specific project, including the selection and calculation of standard

4、parts. Process analysis of parts, including the selection of materials, process calculation, to determine the overall process. Part 3D modeling design and assembly drawing using three dimensional software. Two-dimensional engineering drawings. And write PLC control program, but also the movement sim

5、ulation of the mechanism.First of all market research is necessary, based on market research and demand to determine the specific implementation plan. Determined after implementation, design and calculation on step by step. Then, based on the preliminary design and calculation of three-dimensional m

6、odel, and then to check the strength of the critical stress components. If the check is successful then continue to run check fails you will need to modify the size or material. Checking is done, the parts selection, after selection is complete and perfect each part of the model, finally set up the

7、complete assembly drawings. You need according to the design requirements and the parking structure to write your PLC control procedures, and to test its feasibility. The motion simulation after the PLC control program has been completed.The stereo garage has been designed, the utility model can aut

8、omatically carry out the expansion and the recovery of the parallelogram mechanism. And automatically transfer the cars from the second floor to the ground.KEY WORDS: Stereo garage，3D modeling，PLC control，Motion simulation目錄前言1第1章 立體車庫市場調(diào)研及方案確定21.1 產(chǎn)品的調(diào)研21.1.1 市場上主要類型立體車庫特點(diǎn)分析21.1.2 市場上主要類型立體車庫的實(shí)景照片3

9、1.2 方案的確定5第2章 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及三維造型62.1 抬升結(jié)構(gòu)確定62.1.1 平行四邊形機(jī)構(gòu)62.1.2 升降平臺機(jī)構(gòu)62.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維造型8第3章 零件選型及強(qiáng)度校核123.1 關(guān)鍵受力零件的強(qiáng)度校核123.1.1 汽車托板的強(qiáng)度校核123.1.2 車庫框架的強(qiáng)度校核133.1.3 平行四邊形機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核153.1.4 D點(diǎn)傳動軸的強(qiáng)度校核193.1.5 汽車托板滾輪軸的強(qiáng)度校核203.2 標(biāo)準(zhǔn)零件的選型213.2.1 D點(diǎn)處旋轉(zhuǎn)電機(jī)的選型213.2.2 D點(diǎn)電機(jī)聯(lián)軸器的選型223.2.3 滾珠絲杠選型233.2.4 滾珠絲杠電機(jī)選擇233.2.5 C點(diǎn)旋轉(zhuǎn)電機(jī)選型243

10、.2.6 電動缸選型計(jì)算253.2.7 錐齒輪換向器選型27第4章 PLC控制程序的編寫284.1 簡介284.2 PLC控制方案設(shè)計(jì)284.2.1 輸入輸出元件及控制功能284.2.2 電路設(shè)計(jì)304.2.3 PLC控制指令324.2.4 控制原理34第5章 機(jī)構(gòu)運(yùn)動仿真355.1 Solidworks Motion 運(yùn)動仿真介紹355.2 關(guān)于立體車庫的運(yùn)動仿真355.2.1 裝配體的建立355.2.2 運(yùn)動仿真求解36結(jié) 論38謝 辭39參考文獻(xiàn)40前言改革開放以后，國民經(jīng)濟(jì)進(jìn)入發(fā)展的快車道，國民生活水平大幅度的提高，伴隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展人們的出行也日益頻繁，為了方便很多人都購買了家

11、庭轎車。而近幾年私家車的增長速度越來越快，而土地資源是有限的。所以很快就出現(xiàn)了停車難的問題，很多人在街上找一個停車位的時間要很長，嚴(yán)重降低了辦事效率，也加重了城市的擁擠。停車難的問題是社會經(jīng)濟(jì)、交通發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物，可以說是必然的。所以立體車庫越來越得到人們的青睞。相對于地下車庫來講，機(jī)械式立體車庫將人與車分離開來，可以很大程度上的保證人身安全。同時機(jī)械式立體車庫還能降低管理上的費(fèi)用，從而降低整體成本。而在農(nóng)村和人口密集度較低的地方可以使用單臺式的立體車庫，既能減少占地面積又方便使用。很適合現(xiàn)在城市和農(nóng)村的實(shí)際情況。立體車庫英文名稱為Stereo Garage最早出現(xiàn)于1918年，是一家美

12、國賓館的停車庫。經(jīng)過了這么多年，立體車庫行業(yè)已經(jīng)有了長足的發(fā)展。比如，在日本立體車庫行業(yè)已經(jīng)發(fā)展了近40年，不論是技術(shù)還是經(jīng)驗(yàn)上都已經(jīng)給了我們很大的借鑒。我國的立體停車設(shè)備與上世紀(jì)90年代開始研究，距今也有二十多年的歷史了。在現(xiàn)如今一個房價很高的年代，每一寸土地都具有很高的商業(yè)價值。而普通的地下車庫或者地上車庫占用了很大的土地資源，而機(jī)械式立體停車設(shè)備就能很好的解決這一問題。現(xiàn)在立體停車設(shè)備已經(jīng)被廣泛運(yùn)用到實(shí)際生活中過。不管是普通住宅小區(qū)或者是酒店賓館亦或者是大型商場都出現(xiàn)了立體車庫的身影，可以說立體車庫的出現(xiàn)不僅解決了人們的停車難的問題，而且對公共環(huán)境的管理起到了促進(jìn)作用。洛陽理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)

13、計(jì)（論文）第1章 立體車庫市場調(diào)研及方案確定1.1 產(chǎn)品的調(diào)研1.1.1市場上主要類型立體車庫特點(diǎn)分析市面上常見的立體車庫種類有：升降橫移式、垂直循環(huán)式和多層圓盤旋轉(zhuǎn)式等等。下面就幾種常見的立體車庫進(jìn)行介紹和比較。表1-1立體車庫的種類、特點(diǎn)、及市場占有率立體車庫的種類優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)市場占有率升降橫移類機(jī)械立體車庫形式具有多變性，規(guī)模也很靈活，可以適應(yīng)不同的環(huán)境，是現(xiàn)在使用最多的立體車庫。 每一個單元至少保留一個空車位，來進(jìn)行調(diào)度。水平牽引過程中過，不具有防止側(cè)翻的能力。70%垂直循環(huán)類機(jī)械立體車庫土地利用率比較高，可以很大程度降低成本。車庫結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，沒有完善的安全系統(tǒng)和檢測裝置。易出現(xiàn)故障，高

14、峰期間依次取車時間較長。3%-5%水平循環(huán)類機(jī)械立體車庫建于狹窄長條形地區(qū)，可以提高空間利用率，降低成本。多層使用可以作為大型停車場。大多數(shù)情況下只有一個出入口，所以存車、取車時間都比較長。3%-5%多層循環(huán)類機(jī)械立體車庫不需要建立坡道，提高土地使用率，存取車都是自動進(jìn)行。 車庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易發(fā)生故障。最遠(yuǎn)處的車位取車時間過長。1%-2%平面移動類機(jī)械式立體車庫可以設(shè)計(jì)在地下，提高土地使用率，降低成本。地面層一般停放大型車輛。車庫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易出現(xiàn)故障，高峰期間存車、取車時間很長。 2%-3%堆垛類機(jī)械式立體車庫立體車庫封閉式較好，可以用于大型密集式停車庫。車庫結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，安全性不高，高峰期間存

15、、取車時間很長。3%-5%簡易升降類機(jī)械式立體車庫結(jié)構(gòu)簡單，可以用于小規(guī)模或者單臺使用，可以有效的增加停車位數(shù)量。整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不科學(xué)，當(dāng)層數(shù)較高時擺動幅度過大，具有一定安全問題。5%-8%多層圓盤旋轉(zhuǎn)式立體車庫可以同時實(shí)現(xiàn)多輸入多輸出，全自動計(jì)算角度，停車位置計(jì)算準(zhǔn)確。造價合理，維修費(fèi)用不高可以安裝在人口密集繁華區(qū)域。 系統(tǒng)過于龐大笨重，噪聲較大，所需驅(qū)動力較大。如果出現(xiàn)故障則整個系統(tǒng)癱瘓，連鎖反應(yīng)較大。2%-8%1.1.2市場上主要類型立體車庫的實(shí)景照片（1）升降橫移式立體車庫如圖1-1： 圖1-1 升降橫移式立體車庫（2）垂直循環(huán)式立體車庫如圖1-2所示：圖1-2 垂直循環(huán)式立體車庫（3）

16、 平面移動式立體車庫如圖1-3所示：圖1-3 平面移動式立體車庫1.2 方案的確定根據(jù)以上的分析升降橫移類機(jī)械式立體車庫在市場上占據(jù)最多的份額，也是現(xiàn)在最為普遍的解決方案。而其他的機(jī)械式立體車庫則是比較小眾但都是存在的，像在市場上占據(jù)2%-3%份額的立體車庫就有六七種，所以說沒有嚴(yán)格意義上的優(yōu)劣之分。而是根據(jù)情況不同采取不同的解決方式。就像在市區(qū)或者人口較為密集的地方就適合采取升降橫移式立體車庫。在一些狹長的地帶就適合采取水平循環(huán)類機(jī)械立體車庫。而我們這次考慮到的主要是在公路兩旁的停車問題。公路上的土地不會被長時間占據(jù)，而一輛車一個車位的傳統(tǒng)停車模式占地面積太大，所以我們就要利用公路上的閑暇的

17、面積來停車或者取車，而其它時間又不會占據(jù)公路面上的面積，以此來提高土地的使用效率。就想到在公路兩旁放置一個長方形立體框架，框架下層可以停車，上層也可以停車。使用一個托舉機(jī)構(gòu)將上層汽車從地面上托舉到空中，再使用電機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)將汽車?yán)介L方形立體框架之上，達(dá)到兩層停車的效果，再將托舉機(jī)構(gòu)回收起來，不能占據(jù)公路面積。第2章 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及三維造型2.1 抬升結(jié)構(gòu)確定根據(jù)市場調(diào)研和實(shí)用性分析，采取托舉機(jī)構(gòu)將上層汽車從地面上托舉到空中，再使用電機(jī)帶動傳動機(jī)構(gòu)將汽車?yán)介L方形立體框架之上，再將托舉機(jī)構(gòu)回收起來，不占據(jù)公路面積。關(guān)于托舉機(jī)構(gòu)主要有下面幾種考慮。2.1.1 平行四邊形機(jī)構(gòu)如圖2-1所示的平行

18、四邊形機(jī)構(gòu)，A、D兩個點(diǎn)固定在地面上，從而可以保證線段BC始終平行于地面。驅(qū)動CD桿在平面內(nèi)做轉(zhuǎn)動將地面上的車輛抬升 至空中。 平行四邊形機(jī)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn):優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)用性強(qiáng)，易于回收。 缺點(diǎn)：當(dāng)平行四邊形的四條桿處于同一直線時，從動件的運(yùn)動不能確定。就是當(dāng)CD為主動件時當(dāng)四條桿處于同一直線時，CD桿順時針轉(zhuǎn)動，BC桿一種可能是繼續(xù)平行于地面上升，另一種可能是B點(diǎn)下降C點(diǎn)上升AB桿運(yùn)動到平面以下。圖2-1 平行四邊形機(jī)構(gòu) 圖 2-2 升降平臺機(jī)構(gòu)2.1.2 升降平臺機(jī)構(gòu)升降臺是一種用于垂直方向上抬升重物或者人的機(jī)構(gòu)。升降臺一般采用液壓驅(qū)動，故稱液壓升降臺。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應(yīng)用

19、于高空的安裝、維修等作業(yè)。如圖2-2所示為升降平臺的結(jié)構(gòu)。升降平臺的優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：負(fù)載能力很強(qiáng)，可以承受較大載荷。運(yùn)動平穩(wěn)性好。缺點(diǎn)：大部分采用液壓驅(qū)動，需要定期的保養(yǎng)與維護(hù)。油污染較為嚴(yán)重。 針對這次的需求，平行四邊形機(jī)構(gòu)可以達(dá)到要求。因?yàn)檫@是實(shí)際項(xiàng)目四條邊運(yùn)動到一條直線上時正好是在最下方接觸地面時，當(dāng)CD桿順時針轉(zhuǎn)動時BC桿只有一種運(yùn)動方式就是平行地面向上運(yùn)動，不會出現(xiàn)理論上的兩種運(yùn)動方向。而平行四邊形機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，易于回收正好符合這個結(jié)構(gòu)的需要。將地面上A、D兩點(diǎn)的鉸鏈安裝在地面以下，當(dāng)汽車停好或者已經(jīng)成功取走后，A點(diǎn)鉸鏈松開將AB段從地面上解脫出來，在C點(diǎn)設(shè)置一臺電機(jī)使其帶動B

20、C桿順時針轉(zhuǎn)動CD桿也隨之轉(zhuǎn)動，當(dāng)BC桿轉(zhuǎn)動九十度時正好垂直于地面，CD桿也和BC桿重合。達(dá)到回收的目的。升降臺機(jī)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是，承受負(fù)載能力強(qiáng)。但是維修和保養(yǎng)比較頻繁。雖說也有升降平臺是采用電機(jī)傳動的，可以免去頻繁的維修與保養(yǎng)。但是升降平臺機(jī)構(gòu)回收起來比較麻煩。整體安裝到地面以下的話，安裝比較麻煩。因?yàn)槠脚_上面還需設(shè)置有汽車托板滑動導(dǎo)軌，如果將平臺回收，而將導(dǎo)軌放置在地面以上則會影響到車輛的正常通行。如果將平臺和導(dǎo)軌一并回收到地面以下，路面上將出現(xiàn)一個凹陷的區(qū)域，也會影響到正常的通行。另外將升降平臺回收到地面以下后，車輛在平臺上面通行也會給平臺帶來一定程度損害。綜上所述，雖然升降機(jī)構(gòu)性能和維護(hù)性都

21、可以滿足使用要求，但是回收起來比較麻煩，會有各種各樣的問題。所以這里不考慮使用升降機(jī)構(gòu)來作為立體車庫的抬升機(jī)構(gòu)。平行四邊形機(jī)構(gòu)，也符合此次的使用要求?；厥掌饋肀容^簡便，結(jié)構(gòu)也比較簡單。而平行四邊形機(jī)構(gòu)四邊重合時的有兩條邊的運(yùn)動不確定在此次實(shí)際工程中也不存在，平行四邊形機(jī)構(gòu)各方面都滿足使用要求，所以此次工程采用平行四邊形機(jī)構(gòu)作為立體車庫的抬升機(jī)構(gòu)。2.2 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和三維造型根據(jù)之前的市場調(diào)研和分析采用，平行四邊形機(jī)構(gòu)作為抬升機(jī)構(gòu)，現(xiàn)在對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。本次立體車庫按照市面上中型車的尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)。中型車的基本尺寸為：長度為5-5.5m,寬度為2.5m，高度為1.6m，重量為2000 kg?，F(xiàn)

22、在對立體車庫框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用長度為6m，寬度為3m，高度為2m。整體結(jié)構(gòu)采用100 mm100 mm方鋼焊接而成。具體結(jié)構(gòu)為下圖2-3所示： 圖2-3 車庫框架平行四邊形AB段和CD段采用120 mm100 mm2500 mm的矩形鋼管，材料是45鋼。這里沒有采用方鋼而是采用了空心的方鋼管是為了控制整體的重量，也是為了方便電機(jī)的選擇。其三維模型如下圖2-4所示：圖2-4 平行四邊形機(jī)構(gòu)AB桿平行四邊形BC段采用100 mm100 mm5000 mm的方鋼管，材料是45鋼。也是采用空心鋼管結(jié)構(gòu)來減輕重量。三維模型如下圖2-5所示：圖2-5 平行四邊形機(jī)構(gòu)BC桿汽車托板采用矩形板，為了盡量減輕重

23、量材料選擇為高強(qiáng)度鋁合金，為了運(yùn)動時的連續(xù)和穩(wěn)定將汽車托板兩頭的邊邊收窄，略窄于整體寬度，這樣托板不會因?yàn)榉较蛏系募?xì)微差別而卡在交界處。其結(jié)構(gòu)如圖2-6所示：圖2-6 汽車托板由于汽車是在托板之上，托板需要承受整個汽車的重量。托板是需要從平行四邊形機(jī)構(gòu)上面拉到車庫框架之上。這里就要考慮是采取滾動摩擦還是滑動摩擦了。如果采用滑動摩擦的話就要選擇摩擦系數(shù)較小和比較耐磨的材料，固定在汽車托板的下面兩側(cè)，當(dāng)材料磨損較為嚴(yán)重時，就換一個新的耐磨材料。如果采取滾動摩擦的話，就要在汽車托板兩側(cè)裝上輪子。很明顯滾動摩擦系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于滑動摩擦系數(shù)，而且滑動摩擦塊需要定期的更換比較麻煩。所以這里采用滾動摩擦。因?yàn)椴?/p>

24、取滾動摩擦，所以要考慮滾動輪的材料選取。主要考慮的材料有兩種：一種是最常見的橡膠材質(zhì)；另一種就是鋼材質(zhì)。因?yàn)槠囃邪逡惺苷麄€汽車的重量，有時候汽車是長時間停放橡膠材質(zhì)的輪子在長時間承受巨大的力時會發(fā)生形變，可能會影響輪子的壽命。還有就是橡膠滾輪的摩擦力較大，可能要選擇大功率的電機(jī)造成能源的浪費(fèi)。綜上所述，選擇鋼材質(zhì)的滾輪。在汽車托板下方兩側(cè)，均勻分布三組滾動輪，每組滾動輪為兩個。滾動輪直徑為60 mm。具體結(jié)構(gòu)如下圖2-7所示：圖2-7 汽車托板滾輪汽車托板的滾動導(dǎo)軌為角鐵形狀，采用鋁合金材質(zhì)，具體形狀見下圖2-8和圖2-9所示：圖2-8 長導(dǎo)軌圖2-9 短導(dǎo)軌以上是立體車庫部分零部件的設(shè)計(jì)

25、思路及各個零件的三維造型圖，下面將所有零件進(jìn)行裝配，裝配體如圖2-10所示：圖2-10 整體裝配圖第3章 零件選型及強(qiáng)度校核3.1 關(guān)鍵受力零件的強(qiáng)度校核 3.1.1 汽車托板的強(qiáng)度校核汽車托板的外形尺寸 長度4900 mm，寬度2800 mm，厚度8 mm材料：鋁合金2A12T3 b=420MPa s=275MPa，密度：2700 kg/m3?，F(xiàn)在對其受力情況進(jìn)行分析，汽車托板主要是承受汽車的重量，汽車的四個輪子分別位于下圖的A、B、C、D四處，已知汽車重量為2000kg。AB兩點(diǎn)為直接受力點(diǎn)所以A、B兩點(diǎn)也在危險截面上，現(xiàn)在取AB直線所在的截面來進(jìn)行研究。其受力情況如圖3-1所示：圖3-1

26、 汽車托板受力圖已知車重量為2000kg，F(xiàn)1與FA距離x為480mm，F(xiàn)2與FB距離也是x=480mm,AB兩點(diǎn)之間的間距y=1840mm。FA=FB=mg/4=20009.8/4=4900N,現(xiàn)在以A點(diǎn)截面以左來計(jì)算A面的剪力和彎矩。FA=FB=4900NF1-FA-FB+F2=0F10-FAx-FB(x+y)-F22x+y)=0求解得：FA=FB=4900N彎矩MA= F1X =4900(480/1000) =2352Nm整個截面的剪力圖和彎矩圖如圖3-2所示:圖3-2 汽車托板剪力圖和彎矩圖彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： max=MmaxW （3-1）Mmax ：最大彎矩W ：抗彎截面系數(shù)抗彎

27、截面系數(shù)的計(jì)算公式為 W=IZh/2=bh3/12h/2=b*h26 （3-2） b：截面寬度 h：截面高度b=2.8m，h=0.008m。所以帶入式3-2得： W=2.80.00826=2.98710-5 m3彎曲應(yīng)力代入式3-1得: max=MmaxW = 23522.987*10-5 =7.875107Pa =78.75Mpa s= 275MPa汽車托板強(qiáng)度滿足使用要求。按照理論的密度和體積進(jìn)行計(jì)算汽車托板的質(zhì)量m1=296kg。3.1.2 車庫框架的強(qiáng)度校核車庫框架的整體尺寸為：長度：6000mm，寬度：3000mm，高度：2000 mm，采用100mm10 mm的方鋼焊接而成。材料為

28、45鋼，s=355MPa。車庫框架承受的總重量（汽車+汽車托板+導(dǎo)軌）M=2000+296+200=2496kg，這里就按照2500kg進(jìn)行計(jì)算。汽車托板是放置在導(dǎo)軌上的，導(dǎo)軌只是鋪設(shè)在車庫框架的左右兩側(cè)，所以這里就針對做有兩條邊進(jìn)行強(qiáng)度的校核。具體的受力分析見下圖3-3: 圖3-3 車庫框架受力圖AB邊的受力情況如圖所示，現(xiàn)在計(jì)算AB邊所受的剪力和彎矩。總質(zhì)量 M=2500kg G=Mg =25009.8=24500N g：重力加速度，約為9.8m/s2 F=G/2=24500/2=12250N F1 + F2 = F F(X1-X2)-F2X1=0 F1 + F2 = 12250 1225

29、03-F26=0求解得：F1=F2=6125N 很明顯中間力F所在的中間點(diǎn)C變形最大，所以以中間點(diǎn)C左邊來計(jì)算彎矩 MC=F1(6-3) =61253 =18375Nm其剪力圖和彎矩圖如下圖3-4所示：圖3-4 車庫框架剪力圖和彎矩圖FS=6125N,MC=18375Nm彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： max=MmaxW （3-1）Mmax ：最大彎矩W ：抗彎截面系數(shù)抗彎截面系數(shù)的計(jì)算公式為:W=IZh/2=bh3/12h/2=bh26 (3-2) b：截面寬度 h：截面高度b=0.1m，h=0.1m所以帶入式3-2得： W=0.10.126 =16000 m3帶入式3-1得： max=MmaxW

30、= 183751/6000 =1.103108Pa =110.3Mpa s=355MPa車庫框架的強(qiáng)度滿足使用要求。3.1.3 平行四邊形機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度校核平行四邊形機(jī)構(gòu)的形狀如圖3-5所示，具體尺寸為：(1)BC桿長度：5000mm，截面為100mm100mm的方鋼管，材料為45鋼 。其截面形狀如圖3-6所示：S=8mmF(截面面積)=28.35 cm2G(理論質(zhì)量)=22.26 kg/mW(截面系數(shù))=81.78 cm3 =8.17810-5m3b=600MPas=355MPa圖3-5 平行四邊形結(jié)構(gòu)簡圖 圖3-6 方鋼管截面圖BC桿的受力情況如圖3-7所示：圖3-7 BC桿受力圖現(xiàn)在根據(jù)BC

31、桿受力圖計(jì)算BC桿所受的剪力和彎矩?？傎|(zhì)量 M=2500kg G=Mg =25009.8=24500N g：重力加速度，約為9.8m/s2 F=G/2=24500/2=12250N FB + FC = F F(X-X1)-FCX=0 F1 + F2 = 12250 122502.5-FC5=0求解得：FB=FC=6125N 很明顯中間力F所在的中間點(diǎn)變形最大，所以以中間點(diǎn)左邊來計(jì)算彎矩 MMAX=FB(5-2.5) =61252.5 =15312.5Nm其剪力圖和彎矩圖如下圖3-8所示：圖3-8 BC桿剪力圖和彎矩圖FS=6125 N, MC=15312.5 Nm彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： max

32、=MmaxWMmax ：最大彎矩W ：抗彎截面系數(shù)已知抗彎截面系數(shù)W=8.17810-5 m3帶入式3-1得： max=MmaxW = 15312.58.17810-5 =1.872108Pa =187.2Mpa s=355MPaBC桿的強(qiáng)度滿足使用要求。(2)CD桿長度：2500mm，截面為120mm80mm的矩形鋼管材料為45鋼其截面形狀如圖3-9所示：S=8mmF(截面面積)=28.34cm2G(理論質(zhì)量)=22.25kg/m W(截面系數(shù))=89.75cm3 =8.97510-5m3b=600MPas=355MPaCD桿的受力情況如圖3-10所示： 圖3-9 矩形鋼管截面圖圖3-10

33、CD桿受力圖CD桿的受力情況如圖所示，現(xiàn)在計(jì)算CD桿所受的剪力和彎矩。有上一節(jié)得出 FC =6125N FC-FD=0 求解得：FD=FC=6125N 很明顯中間力F所在的中間點(diǎn)變形最大，所以以中間點(diǎn)左邊來計(jì)算彎矩 MMAX=FD(2.5) =61252.5 =15312.5Nm其剪力圖和彎矩圖如下圖3-11所示：圖3-11 CD桿剪力圖和彎矩圖FS=6125 N,MC=15312.5Nm彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： max=MmaxW Mmax ：最大彎矩W ：抗彎截面系數(shù)已知抗彎截面系數(shù)W=8.97510-5 m3帶入式3-1得： max=MmaxW = 15312.58.97510-5 =1.

34、706108Pa =170.6 Mpa s=355 MPaCD桿的強(qiáng)度滿足使用要求。3.1.4 D點(diǎn)傳動軸的強(qiáng)度校核 D點(diǎn)傳動軸通過聯(lián)軸器與旋轉(zhuǎn)電機(jī)相連接，軸徑為80 mm，材料為45鋼，s=355 MPa，=160MPa。傳動軸的受力情況是軸的兩端有一對大小相等，方向相反的扭矩?，F(xiàn)在對其抗扭強(qiáng)度進(jìn)行校核。兩對大小相等的扭矩為MD=15312.5Nm。 其最大切應(yīng)力MAX= MD Wt MD : 最大扭矩； Wt : 抗扭截面系數(shù)； Wt = D316 = (80/1000)316 =1.00510-4 m3 MAX=15312.51.00510-4m3 =1.52108 Pa =152 MP

35、a =160MPa D點(diǎn)傳動軸滿足使用要求。3.1.5 汽車托板滾輪軸的強(qiáng)度校核 汽車托板滾輪軸的基本參數(shù)為：直徑20mm，材料為45鋼。b=600MPa，s=355MPa。一共有12個滾輪共同支撐汽車托板，其受力情況如下圖3-12所示：圖3-12 滾輪軸受力圖滾輪軸的受力情況如圖所示，現(xiàn)在計(jì)算它受的剪力和彎矩。已知汽車和汽車托板的總質(zhì)量為M1=2300kg，所以 G= M1g=23009.8=22540N F=G/12=22540/12= 1878.3N FA+FB=F FAx-F（x-x1）=0求解得：FA=FB=939.17N下面求C點(diǎn)所在截面的彎矩： MC=FAx1=939.17（20

36、/1000） =18.78Nm 其剪力圖和彎矩圖如下圖3-13所示：圖3-13 滾輪軸剪力圖和彎矩圖FS=939.17N,MC=18.78Nm彎曲應(yīng)力的計(jì)算公式為： max=MmaxWMmax ：最大彎矩W ：抗彎截面系數(shù)截面為圓形所以抗彎截面系數(shù) W= d332 （3-3） = （20/1000）332 =7.8510-7 m3帶入式3-1彎曲應(yīng)力為： max=MmaxW = 18.787.8510-7 =2.391107 Pa =23.91Mpa MD=15312.5Nm符合要求。3.2.2 D點(diǎn)電機(jī)聯(lián)軸器的選型聯(lián)軸器主要用于連接軸與軸或者軸與其他回轉(zhuǎn)類的零件，聯(lián)軸器的作用是傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩

37、，聯(lián)軸器同時也可以作為安全裝置來使用，當(dāng)實(shí)際扭矩過大時，可以通過損壞聯(lián)軸器的方式來保證關(guān)鍵零件的安全。聯(lián)軸器的種類有很多種，比較常見的有：凸緣聯(lián)軸器、十字滑塊聯(lián)軸器、齒式聯(lián)軸器、滾子鏈聯(lián)軸器、十字軸式萬向聯(lián)軸器、彈性套柱銷聯(lián)軸器、輪胎式聯(lián)軸器等等。下面就來進(jìn)行聯(lián)軸器的選型計(jì)算。Tca=KATKA：工作情況系數(shù)；T： 公稱轉(zhuǎn)矩，Nm；查表得：KA=1.5 Tca=KAT （3-5） =1.515312.5 =22968.8Nm根據(jù)Tca MC = 7727.3 Nm符合使用要求。3.2.6電動缸選型計(jì)算電動缸是伺服電機(jī)和絲桿機(jī)構(gòu)結(jié)合起來的產(chǎn)物，電動缸和氣缸的作用類似，都是在一定行程范圍內(nèi)做往復(fù)運(yùn)

38、動。它們的區(qū)別就是驅(qū)動方式的不同，氣缸是通過氣泵產(chǎn)生氣壓驅(qū)動，電動缸則是采用電力來驅(qū)動。它們的使用也不盡相同，氣缸在很多行業(yè)都在使用，尤其在機(jī)械行業(yè)很多地方都采用氣缸。比如：氣爪，氣缸壓緊機(jī)構(gòu)，等等。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，適合大面積使用。電動缸的使用現(xiàn)在也越來越普遍了，電動缸可以單個使用，只需要有電就可以運(yùn)動。其運(yùn)動的精度要比氣缸高，承受載荷能力也要優(yōu)于氣缸。但是電動缸的價格要高于氣缸，這也是他運(yùn)用并不廣泛的原因吧。這里屬于少量使用，所以選擇電動缸。需要電動缸帶動銷軸做往復(fù)運(yùn)動，將兩根桿件連接或者松開。具體要求如下：負(fù)載質(zhì)量為5kg，行程為150mm，速度為1m/s。接下來進(jìn)行電動缸的選型與計(jì)算。電

39、動缸的選型步驟如下圖3-14所示：圖3-14 電缸選型步驟（1）確定運(yùn)動環(huán)境表3-5 電缸運(yùn)動基本參數(shù)名稱符號單位負(fù)載質(zhì)量ML2千克（Kg）行程S150毫米（mm）最大運(yùn)行速度VM1米每秒（m/s）加速時間Ta0.1秒（s）勻速運(yùn)行時間Tb0秒（s）減速時間Tc0.1秒（s）周期時間T0.2秒（s）（2）預(yù)選定電動缸預(yù)選定EC-160Q型號的電動缸，其基本參數(shù)見表3-6：表3-6 EC-160Q型電動缸參數(shù)名稱符號單位持續(xù)推力F20N峰值推力FN80N動子質(zhì)量Mp0.35kg（3）計(jì)算驗(yàn)證穩(wěn)定運(yùn)行時推力計(jì)算 ：F1=（ML+Mp）g+Fn （3-7） ：摩擦系數(shù)，一般取0.01； g：重力加速

40、度，9.8m/s2； Fn：電纜推力損耗，F(xiàn)n=1N; 帶入式3-7 F1=0.01（2+0.35）9.8+1 =1.23N 加速時間計(jì)算： Ta=（ML+Mp）Vmk）（Fm-Fl） （3-8） k：安全系數(shù)，1.3； 帶入式3-8 Ta=（2+0.35）11.3）（80-1.23） =0.0388s 加速推力計(jì)算： Fa=（Vm（Ml+Mp）Ta+Fl =（1（2+0.35）0.0388+1.23 =61.80N 減速推力計(jì)算： Fd=（Vm（Ml+Mp）Ta-Fl =（1（2+0.35）0.0388-1.23 =59.34N實(shí)際推力計(jì)算： Fm=Fa2Ta+Fl2Tb+Fd2TcT （3

41、-9） =61.820.0388+59.3420.03880.0776 =60.58N 15312.5Nm所以該換向器滿足使用要求。27 第4章 PLC控制程序的編寫4.1 簡介PLC是專門為工業(yè)自動化控制開發(fā)的工具，其應(yīng)用也越來越廣泛，大到航空航天小到一臺機(jī)床都可以看到PLC控制的身影。其實(shí)PLC與電腦有很多相似之處，但是他們的工作方式卻很不一樣。電腦一般采用的是等待命令或者事件觸發(fā)的工作方式。PLC則采用的是循環(huán)掃描的工作方式。PLC系統(tǒng)很大一部分是代替?zhèn)鹘y(tǒng)繼電器控制系統(tǒng)。那么它們二者之間到底有什么不同呢？（1）采用元件不同繼電器電路中硬件元件就是各種繼電器，有中間繼電器、時間繼電器等等。而PLC控制程序當(dāng)中則是通過內(nèi)部的軟繼電器來實(shí)現(xiàn)上面的功能。（2）觸電數(shù)量也不一樣硬件繼電器的觸點(diǎn)數(shù)量一般是固定的，一般不超過8對，而軟繼電器中的觸點(diǎn)數(shù)量可以看作是無數(shù)個，就是在程序中一個觸點(diǎn)可以出現(xiàn)無數(shù)次。這就給我們帶來了很大的方便。（3）控制方式的不同繼電器控制系統(tǒng)是采取硬件層面的控制，就是通過硬件之間的接線來控制。而PLC控制系統(tǒng)則是采取內(nèi)