1、 本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 I 页 共 II 页全套图纸，加 153893706目 录1 绪论 .11.1 电子挡车器的现状 .11.2 本课题研究的意义 .21.3 本课题的主要任务 .31.3.1 设计条件及要求 .31.3.2 知识要求 .41.3.3 设汁任务 .42 防恐电子挡车器总体的设计 .52.1 机械部分 .52.1.1 机械部分的基本要求 .52.1.2 四杆机构的选用 .52.1.3 平面四杆机构的确定方法 作图法 62.1.4 液压传动的优缺点 .62.2 控制部分 .82.2.1 硬件系统的设计 .82.2.2 软件系统的设计 113 机
2、械部分的详细设计 .153.1 拟定机构方案 153.2 钢板的强度校核 .173.2.1 板的受力分析 173.2.2 板的厚度校核 183.2.3 板的剪切强度校核 183.2.4 板的拉伸强度校核 19本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 II 页 共 II页3.3 杆的强度校核 193.4 销的强度校核 204 液压缸的设计 234.1 确定液压系统方案 234.2 负载分析 234.3 初选工作压力 244.4 计算液压缸的主要尺寸 244.5 液压缸其他尺寸的确定 264.6 液压缸参数的校核 264.6.1 活塞杆直径强度校验 264.6.2 缸体壁厚 强度校核
3、 27结束语 .28致谢 .29参考文献 .30本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 1 页 共 30 页1 绪论1.1 电子挡车器的现状汽车挡车控制系统的研制智能交通系统的思想在 60 年代就被提出来了，并提出了一些探索性项目。从 80 年代开始智能交通系统受到广泛的重视。欧洲、日本、美以及澳大利亚等相继启动了以智能交通系统为目标的研究的开发项目。目前，一些相对成熟的智能交通系统项在得到推广应用，发展很快。发达国家正在完善各种已建立的局部智能交通系统，并连入国家整体网络，大力发展智能交通系统基础建设。近两年的应用热点和发展趋势为信息技术； GPS 应用技术；电子收费系统；高
4、速公路商业化。我国对智能交通系统的研究，开发处于起步阶段，应用项目很少，但己经认识到发展智能交通系统的意义，相关部门开展了一系列的工作。但我国智能交通技术的研究开发和应用的实质性工作仍然比较薄弱，在先进车辆控制技术方面，国内汽车企业目前无力关注并给予研究开发资助，在国家极少的科研资助下开展了一些理论性的或仿真性的研究工作。随着社会生产力的发展，科学技术的不断进步，我国的交通运输业也发生了日新月异的变化，各大高速公路如雨后春笋般地兴建，因此给电子挡车器的要求也越来越高。如今在公路、桥梁、隧道、停车场收费站甚至在高级住宅小区、机场、体育场和集会场都安装了栏杆机。本 科 毕 业 设 计 说 明 书
5、（ 论 文 ） 第 2 页 共 30 页图 1.1 住宅区栏杆式自动挡车器目前市场上有各式各样的挡车器。就切换的速度上看有：高速挡车器，动作时间一般为 1.2S2S；中速挡车器，动作的时间一般为 2.5S3S；低速挡车器，动作时间一般为 4.5S 以上。就外形来看，有直臂型，主要用于公路收费站、停车场、住宅、机关及学校等；曲臂型，主要用于受高度限制的区域；栏栅型，外形很优美，主要用于海关等防止从杆下通过的场所。就控制方式来看，有：手动控制，遥控控制和通讯控制。就机械传动上分有：液压传动，这种传动结构简单、传动快、声音轻，但维护成本高，栏杆不宜太长，撞击后损坏率高,停电后的释放简单；皮带传动，这
6、种传动成本低,但易拉伸磨损,声音响,传输平衡稳定性较差,要日常维护；减速箱传动，此种传动成本略低,机械结构复杂,机件多,调节维护复杂；复合一体化传动，此种传动电机和减速机构一体，根据不同的杆长选择不同的电机，无须调节减速机构，停电处理只需钥匙柄，卫生方便。图 1.2 栅栏式挡车器得益于切换的快速性以及外形的美观，挡杆类的挡车器应用得非常广泛，但是，各收费站使用的直杆类道闸，对违章司机形同虚设，车辆冲卡现象相当严重。更有甚者，撞伤、撞死执情人员，也时有发生。严重威胁收费站工作人员的人身安全，造成征费工作困难，直接影响我国公路事业的发展 1。1.2 本课题研究的意义本 科 毕 业 设 计 说 明
7、书 （ 论 文 ） 第 3 页 共 30 页近年来，交通运输事业发展迅速，将电子信息技术引入，便产生了智能交通系统(ITS 一 InielligentTransportationSystem)。ITS 是将先进的信息处理技术、数据通信技术、电子控制技术以及计算机处理技术等有效综合运用于整个运输管理体系，从而建立起大范围内、全方位发挥作用的实时、准确、高速的运输综合管理系统。目前市场上流行的挡杆类挡车器注重状态切换的快速性但忽视系统抗冲撞能力，只能作为一种意念上的关卡。在国际恐怖主义汽车炸弹等各种自杀式恐怖袭击越发猖獗的国际环境下，为了加强对海关、机场、重要政府机关进行有效的保护，迫切需要研制出
8、一种既具有快速性又有一定抗冲撞性的电子防恐挡车器。 电子防恐挡车器正可以解决当前的恐怖冲卡现象，适用于公路、桥梁、隧道、停车场、企事业单位、旅游区道口、车辆通行管理领域和收费出入口。电子挡车器的控制系统采用计算机控制，系统集成度高，逻辑功能强，具备高度智能化。系统控制设计有多种运行模式供用户选用；有与自动控制系统、环路感应器、报警器、车辆计数器的连接的专用接口；用户可通过选择不同的运行模式，通过不同的搭配组合，灵活组成人工控制、半自动控制、智能控制等各种不同类型的控制管理系统。本课题将对汽车挡车器的机械部分、控制部分和保护环节进行研究。其目的是通过对汽车挡车器的研究，发现挡车器设计中存在的不足
9、，进而改进挡车器的设计，以便使挡车器更好地在智能化交通系统中发挥作用。由于该设计具有广阔的应用领域，并且通过研究可以学习到许多相关知识，在当今讲求竞争，讲求效率与效益的时代，本课题就具有了较高的研究价值 1。1.3 本课题的主要任务本课题拟设定一种刚性挡车器，在重点进行抗冲撞设计的同时，充分发挥计算机控制技术的优势，实现系统的自动控制。其设计成果可望形成一种有实用价值的现代化防恐设备。1.3.1 设计条件及要求（1）路幅宽：5 米；（2）极限冲击力：1000KN；（3）动作时间：10s；本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 4 页 共 30 页（4）控制核心：单片机；（5）控
10、制方式：现场按钮控制、中央计算机集中控制、地感应智能控制1.3.2 知识要求具备机械原理与机械零件设计、机电一体化、数控技术等专业知识，掌握AutoCAD、Pro/E 等机械设计软件,有较好的结构设计的能力。1.3.3 设汁任务（1）总体方案设计与计算；（2）机械系统设计的装配图；（3）关键零件设计及液压系统的设计。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 5 页 共 30 页2 防恐电子挡车器总体的设计2.1 机械部分2.1.1 机械部分的基本要求机械部分是直接阻挡车冲击的部分，因此，必须具有以下基本要求：（1）空间上足够的大。挡车板在路的横向和高度方向能够阻挡住车。（2）强度
11、足够。当车以高速冲撞挡车板时，产生巨大的冲击力，整个系统必须具有足够的强度来承受巨大的剪切应力，挤压应力以及弯曲应力。（3）运动过程中不能干涉。为了便于整个系统的装拆，我们尽量的要减小坑的体积，尤其是坑的深度，但是不能导致系统在工作中出现干涉，如杆碰到坑的壁面，液压缸和杆相互阻挡等导致系统强烈震动甚至不能运动。（4）结构尽量简单。此系统主要是满足刚度要求，对灵敏性要求和精密性要求不高。减小结构的复杂性，可以提高系统的刚性，降低成本。（5）重量尽量小。尽量的减小系统的重量，可以减小启动液压系统的负荷，减小成本，便于装拆 2。2.1.2 四杆机构的选用（1）曲柄摇杆机构铰链四杆机构的两个连架杆中，
12、若一个为曲柄，另一个为摇杆，则称其为曲柄摇杆机构。在曲柄摇杆机构中，若以曲柄为原动件时，可将曲柄的连续运动转变为摇杆的往复摆动；若以摇杆为原动件时，可将摇杆的摆动转变为曲柄的整周运动。如图2.1所示的雷达天线俯仰搜索机构。.图2.1 雷达天线俯仰搜索机构本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 6 页 共 30 页（2）曲柄滑块机构曲柄滑块机构是由四杆机构的基本形式演化而来的。机构的演化，不仅是为了满足运动方面的要求，还往往是为了改善受力状况以及满足结构上的需要。如图2.2所示的自卸卡车车厢的举升机构ABC为例，其中摇杆3为油缸，用压力油推动活塞使车厢翻转。图2.2 自卸卡车车厢
13、的举升机构本设计的挡车器机械部分与上述两例的原理相似，采用四杆机构作为机械部分 2 3。2.1.3 平面四杆机构的确定方法 作图法对于四杆机构来说，当其铰链中心位置确定后，各杆的长度也就确定了。用作图法进行设计，就是利用各铰链之间相对运动的关系，通过作图确定各铰链的位置，从而定出各杆的长度。作图法有直观，简单，快捷的优点。在本设计中我们采用这种方法 3。2.1.4 液压传动的优缺点（1）优点（a）传动平稳。在液压传动装置中，由于油液的压缩量非常小，在通常压力下可以认为不可压缩，依靠油液的连续流动进行传动。油液有吸振能力，在油路中还可以设置液压缓冲装置，故不像机械机构因加工和装配误差会引起振动扣
14、撞击，使传动十分平稳，便于实现频繁的换向；因此它广泛地应用在要求传动平稳的机械上，例如磨床几乎全都采用了液压传动。（b）质量轻体积小。液压传动与机械、电力等传动方式相比，在输出同样本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 7 页 共 30 页功率的条件下，体积和质量可以减少很多，因此惯性小、动作灵敏；这对液压仿形、液压自动控制和要求减轻质量的机器来说，是特别重要的。例如我国生产的 1m3 挖掘机在采用液压传动后，比采用机械传动时的质量减轻了 1t。（c）承载能力大。液压传动易于获得很大的力和转矩， 因此广泛用于压制机、隧道掘进机、万吨轮船操舵和万吨水压机等。（d）容易实现无级调速
15、。在液压传动中，调节液体的流量就可实现无级调速，并且调速范围很大，可达 2000：1，很容易获得极低的速度。（e）易于实现过载保护。液压系统中采取了很多安全保护措施，能够自动防止过载，避免发生事故。（f）液压元件能够自动润滑。由于采用液压油作为工作介质，使液压传动装置能自动润滑，因此元件的使用寿命较长。（g）容易实现复杂的动作。采用液压传动能获得各种复杂的机械动作，如仿形车床的液压仿形刀架、数控铣床的液压工作台，可加工出不规则形状的零件。（h）简化机构。采用液压传动可大大地简化机械结构，从而减少了机械零部件数目。（i）便于实现自动化。液压系统中，液体的压力、流量和方向是非常容易控制的，再加上电
16、气装置的配合，很容易实现复杂的自动工作循环。目前，液压传动在组合机床和自动线上应用得很普遍。（j）便于实现“三化”。液压元件易于实现系列比、标准化和通用化。也易于设计和组织专业性大批量生产，从而可提高生产率、提高产品质量、降低成本。（2）缺点（a）液压元件制造精度要求高。由于元件的技术要求高和装配比较困难，使用维护比较严格。（b）实现定比传动困难。液压传动是以液压油为工作介质，在相对运动表面间不可避免的要有泄漏，同时油液也不是绝对不可压缩的。因此不宜应用在在传动比要求严格的场合，例如螺纹和齿轮加工机床的传动系统。（c）油液受温度的影响。由于油的粘度随温度的改变而改变，故不宜在高本 科 毕 业
17、设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 8 页 共 30 页温或低温的环境下工作。（d）不适宜远距离输送动力。由于采用油管传输压力油，压力损失较大，故不宜远距离输送动力。（e）油液中混入空气易影响工作性能。油液中混入空气后，容易引起爬行、振动和噪声，使系统的工作性能受到影响。（f）油液容易污染。油液污染后，会影响系统工作的可靠性。（g）发生故障不易检查和排除 8。2.2 控制部分2.2.1 硬件系统的设计（1）单片机的基本结构随着大规模集成电路技术的发展，可以将 CPU、RAM、ROM、定时器/计数器以及输入/输出（I/O）接口电路等主要计算机部件，集成在一块电路芯片上。这样所组成的芯片级的微
18、型计算机称为单片微型计算机。本系统选用的是MCS51 系列的 89C51。如图 2.3 所示振 荡 器和时 序 电路程序存储器( 4 K B )数据存储器( 2 5 6 K B )8 9 C 5 1C U P两 个1 6 位定时器/ 计数器中 断控 制总线扩展控 制器并行 可 编 程和I / O可编程串行口外 部中断内部中断控制( 数据/ 地址)外时钟源外 部事件计数P 0P 1P 2P 3R I DT I D单 片机的 基本组成结 构图 2.3 单片机的基本组成结构本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 9 页 共 30 页（2）电气与单片机控制系统电气与单片机控制系统的总体
19、框架如下图 3.2 所示。主要包括 89C51 单片机主控制系统，输入部分包括：抬板、落板与停板按键开关，红灯、绿灯与雾灯按键开关，前后地感应按键开关，上、下限位开关，前后地感应模块控制拔码开关，抬板、落板最大时限设置拔码开关，定时自动落板设置拔码开关；输出部分包括：电机的开停，抬板、落板及停板，红灯、绿灯及雾灯，脉冲记数器。8 9 C 5 1单片机系统抬板 , 落板 ,停板开关红灯 , 绿灯 ,雾灯开关前 , 后地感应开关上 , 下限位开关抬板 , 落板 , 停板红灯 , 绿灯 , 雾灯电机开停控制脉冲计数器抬板 , 落板最大限时设置定时自动抬板设置前 , 后地感应模块抬落设置反向功率放大报
20、警器图 2.4 基本设计图此电气与单片机系统的主要特点：（a）采用单片机控制，简化了电路，提高了可靠性。（b）内含线圈检测器，仅需在车道上布埋线圈，即可实现车辆的自动检测与挡板的自动控制。（c）无触点光电开关，可靠耐用。（d）可外加车辆计数器。（e）防控装置，保护车辆与挡板 1114 。（3）中断系统中断：程序执行过程中，允许外部或内部事件通过硬件打断程序的执行，本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 10 页 共 30 页使其转向为处理外部或内部事件的中断服务程序中去；完成中断服务程序后，CPU 继续原来被打断的程序，这样的过程称为中断过程。外部中断触发方式：电平触发方式，低
21、电平有效；跳变触发方式，电平发生由高到低时触发。这两种触发方式可以设置 TCON 寄存器中的 和 中1INT0断触发申请触发方式控制位来选择：设置 IT1、IT0=0，选择电平触发方式；设置 、 ，选择跳变触发方式。1INT0中断优先级：几个中断源同时申请中断时，或者 CPU 正在处理某外部事件时，又有另一外部事件申请中断，CPU 必须区分哪个中断源更重要，从而确定优先处理谁的能力 1114 。（4） 80C51、87C51 及 89C51 型单片机的比较80C51、87C51 及 89C51 型单片机的特性比较如下表：表 2.1 单片机的特性比较型号 特性 80C51 87C51 89C51
22、ROM 4K 4K（EPROM ） 4K（ PROM）2ERAM 128K 128K 128KROM（片内、片外） 64K 64K 64KRAM（片内、片外） 64K 64K 64K16 位 C/T 2 2 2并行 I/O 口 32 32 32串行 I/O 口 1 1 1中断口 5 5 6最高时钟频率 12MHz 12MHz 24MHz80C51 单片机的程序在做单片机时写入，一次性固化，用户不能改写；在87C51 中为 4KB 的可编程、可改写的只读存储器是 EPROM；在 89C51 中为 4KB 的可骗程、可改写的只读存储器是 PROM；而 80C31 不设片内程序存储器，使用2E时必须
23、由片外扩展。89C51 单片机是 80C51 含 PROM 的产品，是当前最新的一种电擦写的 8 位2单片机，与 80C51 系列完全兼容，这种单片机有两级或三级程序存储器的保密系统，用于保护 E2PROM 中的程序，以防止非法拷贝，其片内的闪速存储器的编程和擦除完全用电实现，另外 89C51 单片机还可用智能法进行编程，可使每个本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 11 页 共 30 页字节编程的时间由 50MS 减少到 4MS，速度快、效率高；其片内有 4KB 的 PEROM代码存储器阵列，有低电压编程和高电压编程（12V）两种模式，低电压编程状态为用户在系统中编程 89
24、C51 提拱了一个方便的途径，而高电压编程（12V）模式与一般常规 FLASH 或 EPROM 编程兼容。由上可知，用电可擦除型的 ROM 给用户还来了更大的方便，特别是应用系统的现场调试，而且目前的市场体格已经下降得很快，所以被广泛采用。所以本次选用 89C51 单片机较优 12。2.2.2 软件系统的设计（1）软件主程序的描述主程序的流程见图 2.4 所示。从流程图可以看出，整个程序分为输入数据的扫描程序和数据的处理程序两部分，系统上电或复位之后，经系统初始化，首先判断 P1 口的状态：若为 FFH，继续扫描输入数据；若不为 FFH，则转入数据的处理程序。程序开始后首先进行程序的初始化，初
25、始化主要完成的内容有：（a）输出端口；（b）示器的初始值；（c）断 0、外部中断 1、定时/计数器 T0 的初始化：外部中断 0、外部中断 1 的中断优先级设置为最高，并且设为边沿触发方式；设定定时/计数器 T0每 50ms 中断一次，其工作方式为 1，则需要作如下的计算：振荡器的频率 f =12MHzosc方式 1 计数器长度 L=16， =65536162定时时间 t=50ms= s305定时常数 TC= 65536-50000=15536120561236tfoscL定时常数 TC 转换成二进制数 TCB=11110010110000所以 TCH=3CH，TCL=0B0H由于与定时器 T
26、1 无关，故 M0=1，M1=0，C/T=0，GATE=0 不用门控控制字为#01H（2）输入数据的扫描程序本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 12 页 共 30 页抬板开关、落板开关、停板开关、红灯开关、绿灯开关、雾灯开关、前地感应开关与后地感应开关是与 P1 口连接的，当其中一个开关闭合时，则其对应的 P1 口的位将会变成低电平。扫描 P1 口的状态来判断是否有键按下，如果 P1口的各位都是高电平则说明此时没有键盘按下，就又返回不断地扫描 P1 口的状态，直到有键按下即 P1 口不全是高电平时才会转到数据处理程序当中来。（3） 数据处理程序此程序是整个软件系统主要的构成
27、部分。如果进入了数据处理程序，首先需判断是哪个键被按下了。如果是红灯开关、绿灯开关或雾灯开关中之一闭合了，就会转移到相应的处理子程序当中去，处理完后又回到输入数据扫描程序当中来。每按一次各灯开关，相应灯的状态是由亮变熄或由熄变亮这样交替亮熄。设定这样的控制各灯的开关键是用来检测各灯是否正常的。如果有前地感应或后地感应信号时，说明有车就在检测区内，为了保证车辆及挡车器的安全，会执行落板的动作，执行完落板后又会回到数据扫描程序当中来，如果停用前或后地感应模块时，程序会跳到下一个处理程序去，并且只要有前或后地感应输入时且这种模块有效程序就不会执行抬板和停板的，这样就保证了整个控制过程的安全。设定这种
28、模块是给挡车器增添了智能化，这种模块用户也可能过相应的拔码开关来选择开启或关闭的 13。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 13 页 共 30 页开始初始化有键按下吗？是落 板键吗 ？是抬板键吗？是 后地感 应信号吗？是 前 地感 应信 号 吗？是停板键吗？是 红灯开关吗？是 绿灯开 关吗？是 雾灯开 关吗？板 位最高 处吗？清最 低点标 志抬 板亮红灯设抬板计 数清落板计 数板 位最低 处吗？清最 高点标 志落 板设落板计 数清抬板计 数停 板清抬板计 数清落板计 数交替亮熄绿灯交替亮熄红灯交替亮熄雾灯清 等 待抬板计数置 等 待抬板计数清 等 待抬板计数清 等 待抬板计
29、数开 此功能吗 ?开 此功能吗 ?清 等 待抬板计数YYNYNYNYNYYNNNNYYYNNY亮红灯YNN图 2.5 流程图本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 14 页 共 30 页板在抬起或落下的过程中会一直亮红灯的，只有当挡板下落到地面时才会亮绿灯，以显示安全通过。程序中设置了最高标志和最低标志两个标志位。在抬板开始执行时会设置一个抬板计数值，并清除落板计数值、等待抬板计数值有最低标志；左落板开始时会设置落板计数值及等待抬板计数值，并清除抬板计数值和最高标志位；在执行停板时会清除这三个计数值。软件设计对于以单片机为微控核心的智能控制系统具有十分重要的作用，本设计通过模块
30、化、结构化设计，结合被测信号的特点，通过软件计时，合理安排各个模块程序，使其分模块合理、及时、准确监测、保护、显示和通讯等，利用软件的快速处理能力实现对干扰信号的滤波，节约了硬件开销，降低了控制系统的成本，达到了既定的功能要求 14。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 15 页 共 30 页3 机械部分的详细设计3.1 拟定机构方案根据任务书要求并结合实际，初步拟定如下四个方案：方案一：如图3.1所示此方案采用液压缸直接驱动，结构简单。但因液压缸直接承受负载，对液压缸强度、精度要求过高。图3.1 方案一方案二：如图3.2所示此方案液压缸不直接承受负载，所受阻力较小，方案结构
31、紧凑，满足设计要求。但此方案传动角较小，不利于机构运动。图 3.2 方案二本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 16 页 共 30 页方案三：如图3.3所示此方案结构简单，传动角较大，易于机构运动，各杆位置构成直角三角形，结构稳定。但尺寸较大，超过空间要求。图 3.3 方案三方案四：如图3.4所示此方案结构紧凑，满足空间要求。液压缸不直接承受负载，负载阻力小。各杆位置得当，满足刚度要求。机构传动角为45 0，利于机构运动。故采用此方案。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 17 页 共 30 页图 3.4 方案四3.2 钢板的强度校核3.2.1 板的受力分析
32、如图3.5所示.图3.5 机构受力分析由静力平衡方程 06sin45sin0DCFGMBD代入数据得 023.2106BC解得 N617.F以板的左端为坐标原点，选取坐标系如图 3.6 所示本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 18 页 共 30 页图 3.6 机构弯矩图3.2.2 板的厚度校核由图 3.6 解得最大弯矩 N mmaxM461023.107.CGBLF抗弯截面系数 62bhW式中 b 为截面宽度，h 为截面高度（即本设计中板的厚度，初取为 0.2m）代入数据解得 2350m6根据弯矩强度条件 4maxax62107120MPa.3MPaW故所取板的厚度 0.2
33、m 满足强度要求 4。3.2.3 板的剪切强度校核根据剪切强度条件 AFs本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 19 页 共 30 页式中 为截面上的内力（即剪力） ， 。A 为截面面积。sF045sinFs代入数据解得MPa4071.40.51266 MPa故板满足剪切强度要求 4。3.2.4 板的拉伸强度校核根据拉伸强度条件 AFN式中 为拉伸力， 。A 为截面面积，N 003sin45sinBCNFF bhA代入数据解得MPa1006.12.057166 MPa故板满足拉伸强度要求 4。3.3 杆的强度校核如图 3.7 受力分析可知，AB 杆所受压力大小即为 （本设计采
34、用 3 组BCF31四杆机构）图 3.7 AB 杆的受力分析A 为截面面积， ，其中 d 为截面的半径 600mm。24A本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 20 页 共 30 页由公式 MPa16083.0)160(47.331232 MPadFABC故 AB 杆的强度满足要求。BC 杆的受力分析如图 3.8 所示，其所受压力与 AB 杆相同，且 AB 杆的半径与 BC 杆相同，故 BC 杆所受的压缩强度与 AB 杆完全相同。即 AB 杆也满足强度要求 45。图 3.8 BC 杆的受力分析3.4 销的强度校核由图 3.9 所示受力分析可知，机构中最大的力为 DF 杆所受的
35、拉力N06sin45.71CDF根据剪切强度条件 As式中 为截面上的内力（即剪切力） ， NsF 61035.21CDsF本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 21 页 共 30 页图 3.9 机构受力分析而本设计采用三组四杆机构，故单组杆上的剪切力N，如下图 3.10 所示。A 为截面面积,66 102.35.0sFm 。332 9.)(4dA2本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 22 页 共 30 页图 3.10 销的受力分析代入数据解得MPa1206109.123 MPaAFs故板满足剪切强度要求 6。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文
36、 ） 第 23 页 共 30 页4 液压缸的设计4.1 确定液压系统方案根据条件及实际计算采用如图 4.1 系统方案图 4.1 液压系统4.2 负载分析由图 4.2 解得 N660 10.2317.6sinBCLF因为本系统采用 3 个液压缸，故单个液压缸承受的负载为本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 24 页 共 30 页N61102.3LF图 4.2 机构受力分析4.3 初选工作压力初选液压缸工作压力，参考液压传动表 10.3-1，结合本液压系统实际情况，初选系统压力 为 18MPa7。1P4.4 计算液压缸的主要尺寸正向行程（无杆腔进油）时121)FAPm其中 为有杆
37、腔压力，此处取 0， 为机械效率（ =0.880.95） ，2Pmm通常取 =0.95。m本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 25 页 共 30 页所以 即 1!1FAPm124FPDm其中 D 为液压缸内径mm295.018.3.461 m根据表 23.1-9 ，D 取标准值 125mm2故活塞杆直径 d 可由 求得其中 为速度比， ， 推荐值为 1.332，查表)(2212d4.8-1 取 1.33mm 623.125d根据表 23.1-10 ，d 取标准值 63mm液压缸具体如图 4.3图 4.3 液压缸m32321 10)105(4DA2则液压缸的有效面积本 科 毕
38、 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 26 页 共 30 页m 832221 10)(4dDA24.5 液压缸其他尺寸的确定活塞的宽度 B 按缸的工作压力和活塞的密封方式确定，一般为（0.61）D 故取mm7526.0.导向套滑动面的长度 ，当 D80mm 时，取（0.61）dl故取 mm,圆整为 B=38mm.83.dl液压缸的长度 S 按其最大行程确定，一般不大于（2030）DCHBLL:液压缸行程，本设计取 760mmH:最小导向长度，它的大小影响到液压缸的稳定性和初始扰度。要求mm10)2(C:其他长度，比如密封件长度故取 mm95S液压缸缸体的壁厚 缸体厚度 的取值由强度条件
39、决定，取 =24mm84.6 液压缸参数的校核4.6.1 活塞杆直径强度校验活塞杆直径强度 按下式校验强度14Fd式中 FL 为液压缸负载，单位为 N 为材料许用应力， ， 为材料抗拉强度，单位为 Pa，n 为安nbb全系数，一般取 n=1.4活塞杆采用 45 号钢，查表得，其材料强度为 =600MPabm063.024.14.60.32461 dmF本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 27 页 共 30 页所以活塞杆直径强度满足要求 9。4.6.2 缸体壁厚 强度校核由公式 162.54D故按照中等壁厚强度计算此时 cpy)3.2(式中 为强度系数，对于无缝钢管， =1。
40、c 为计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度，通常圆整到标准厚度值。为试验压力（MPa） ，当工作压力 时， （本系统 为yp 16ppy25.118MPa） 。 为缸体材料的许用应力（MPa） ，本缸体采用铸铁，故 为 60MPa。 代入数据解得= mmcpDy)3.2( 241)85.2603.(1c故缸体壁厚满足强度要求 10。本 科 毕 业 设 计 说 明 书 （ 论 文 ） 第 28 页 共 30 页参 考 文 献1 徐正和,蒋毓成.城市轨道交通线路终端防护设备DDCQ2 型滑移式缓冲挡车器J.城市轨道交通研究,2000.2 孙恒，陈作模，葛文杰.机械原理M.第七版,北京:高等教育出版社，20
41、06. 3 濮良贵，纪名刚.机械设计M.第八版,北京:高等教育出版社，2006.4 刘鸿文.材料力学M.第四版,北京:高等教育出版社，2004.5 哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.第六版,北京:高等教育出版社，2002.6 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.北京:高等教育出版社，2006.7 机械设计手册（液压传动与控制）M.北京:机械工业出版社，2007.8 贤良，王传礼.液压传动M.北京:国防工业出版社，2006.9 章宏甲,黄谊. 液压与气压传动M.第二版,北京:机械工业出版社，2005.10 苏启棠.液压传动设计中几个问题的合理选择J.液压与气动, 2000.11 陈云富，杨和梅.PLC 在液压传动设计型实验教学中的应用J.科学
