（机械电子工程专业论文）翻板式遥控车库门系统的研究.pdf

山东理t 人学坝卜学位论文 摘受 摘要 翻板式遥控车库门系统是采用无线电信号控制，通过翻转提升方式丌启的新型自 动车库门系统。本文在对市场 ：现行车库门进行调查和研究的基础上，提出了一些针+ 对遥控车库门作动和控制方式的改进方案，并进行了设计方法的研究。 本文对遥控车库门的工作方式进行了分析和比较：对翻板式遥控车库门提升连杆 机构的设计方法，进行了深入细致的研究；对遥控装置进行了研究，对遥控的工作原 理及涉及控制安全的关于遥控信号编码解码的问题，进行了细致的分析和介绍；设计 并验证了控制电路逻辑功能的实现方法，阐述了电路的抗干扰措施；特别设计了停电 处理机构运用纯机械机构，实现电动和手动的方便切换，完成用户对门操作的各种 要求，使系统应对特殊情况的能力得到加强。 翻板式遥控车库门得以i f 确翻转提升的关键是提升连杆机构的设计。传统的设计 方法费时费力，且不便于重复设计，参数不便于修改。为此，作者综合运用m a t l a b 及a d a m s 软件，研究出套用于设计该连杆机构，直观、方便、可重复、便于修 改的设计方法，该方法能实现连杆机构尺寸大小及位置的确定，结合虚拟样机技术， 能实现提升机构运动学和动力学的仿真分析，并在此基础上进行优化设计。虚拟模型 模拟运算的效果 分良好。 本文对其它辅助功能也作了相应的研究和探讨。 【关键词l ：翻板式遥控车库门，连杆机构，优化设计与仿真，停电处理机构，遥 控信号编解码 由畚壤f 夫学壤卜学垃埝竞 摘臻 ! ! ! 删i j ! i i 自 i i i l l l l li i i i ! l l 女 a b s t r a c t o n e - # e c et e l e c o n t r o lg a r a g ed o o rs y s t e mi san e wt y p ea u t o c o n t r o lg a r a g ed o o rs y s t e m ，w h i c h c o n t r o l l e db yw i r e l e s ss i g n a ia n dt ob eo p e n e dt h r o u g hm i n i n go ￥a n dl i f t i n g b a s e d 创l 也宰r e s e a r c h a n ds t u d yo fe x i s t i n gg a r a g ed o o r ，t h i sp a p e rp u t sf o r w a r dap r o m p t i n gs c h e m ep o i n t i n gt ot h em o t i o n a n dc o n t r o lw a yo f g a r a g ed o o r , a n dt h ed e s i g nm e t h o d sw 。s t u d i e d ， t nt h i sp a p e r ，t h eo p e r a t i o nm o d ew a sa n a l y z e da n dc o m p a r e d + t h ed e s i g nm e t h o d 缱l i f tl i n k a g e w a ss t u d i e dp a r t i c u l a r l y ，b a s e do nt h ea n a l y s i sa n di n t r o d u c eo ft h et e l e c o n t r o ld e v i a t e , e n c o d ea n d d e c o d ew e l s t u d i e df o rs a f e t yc o n t r 0 1 ac i r c u i tt op e r f o r mt h ec o n t r o li o # ef i m e t i o nw a sd e s i g n e d , a n d t e s th a db e e nc a r r i e do u t 摊s 掰魏嚣o fi 鼍sf u n c t i o n s 。d u r i n g 氇i s t h e 搬妫箍st o 糊l 囊i 列| c 畦酝糯。ew a s i n t r o d u c e d e s p e c i a l l y am e c h a n i s mw a sd e s i g n e dt oa g a i n s tt h eg ：a s eo f p o w e ro f f , i tc a nb eo p e r a t e d b yu s e i w i t ht h e i rh a n d s 。a n dc a nb es w i t c h e de a s i l yb e t w e e nn o r m a la n da b n o r m a ls t a t e a l s oi tc a n b e p e r f o r m e d # t h e “s e r e q u i r e ds t o p p i n g t h e d o o r i n a n y p o s i t i o n i ti st h ek e yt ot u r no v e ra n dl i f tg a r a g e 矗mp r o p e r l yt h a te n m n i n gt h ef i rl i n k a g e t r a d i t i o n a l d e s i g nm e t h o di sl a b o r i o u sa n dt i m ec o n s u m i n g , i ti sh a r dt or e p e a ta n dm o d i f yt h ep a r a m e t e r s t h 犯摊，u s i n gt h es o f tw a r eo f m a t l a ba n da d a m s ，t h ea u t h o rb u i l taw a y t od e s i g nt h el i n k a g e v i s n a l t y 。e a s i b , , r e p e a t e d l y , a n da l t e r a b l y 。t h i sm e t h o dc a nd e c i d et h ed i m e n s i o n 勰dp o s i t i o no f t h e f i r l i n k a g e 。u t i l i z i n gt h et e c h n i q u eo f v i r t u a lp r n t o t y p e , i tc a nc a t t yo u tt h ed y n a m i ca n a 蜥sa n do p t i m i z e t h em o d e lo f l i f tl i n k a g e m i s c e l l a n e o u sf u n c t i o n sw e i v e ：i n t r o d u c e di nt h i sp a p e r k e y w o r d r o n e - p i e c eg a r a g ed o o r , l i f tl i n k a g e , s i m u l a t i o na n do p t i m i z a t i o n , e n c o d ea n d d i s c o e d t ot e l e c o n t r o ls i g n a l s 秘 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同：i ：作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名：时间：州年占月，日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体上发 表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇 编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 狮笏 穆豉 帆刎年占月夕日 时间么，6 年6 片七日 1 1 背景及意义 第一章绪论 人类社会进入2 1 吐纪，物资水平达到空前的繁荣，随着社会生产力的不断提高， a 翻懿瓣买力魄在夺甄遴 ：秀。汽车，在戳毪翳被谈为是生活豹奢侈豁，盎嚣今遵逐 步渗透到各阶层的人群、刍中。山此而带来的辅助产业的发展也h 益受到人们的关注 释重褪。汽车遥控车麾门弱磺茨秘刳遮裁是其e 分一令剿子。 门在人类社会发展中也具有标志性意义，它使人类将文明与野蛮隔离开泉。门 戆发震也是在憝羞人类社会科学技术懿发震薅发震戆，壶起拐瓣本篱镶，到懿今豹 感应门，遥控门，自动门，越来越多地融入了现代科技的成分。人类对科技进步的 霞求是无止境豹，对f 臻l 要求瞧已不仅汉羞黢予安全方嚣翦考露。材秘辩学帮测造 技术的发展，使门更加彳：j = 合人们的审美需求，滗线电子技术的发展也为人们能更加 方便地操 乍控制f 1 ，羹定了技术基础。疆学技术发展鲍最终强鲢是服务人类，经俺 产品的设计都应考虑人性化的臻求，考虑提高人机交互性能，门也不为例外。 在遥控车黪门的镞域嚏，我因起步比较晚，虽然邋几年国内的技术隶乎鸯了长 足的发展，但与囡外腿知名品牌相比还是有一定的差距的，受到地缘因素的影响， 在价格上国内产品要有定的饯势，但从门的艇体性熊上善，我们就大商逊色了， 这也是进口产晶虽然价何很高但依然占有很大份额市场的原因所在。豳内各生产厂 家，也缺乏种可以参考的行业标准，各自按趣己蟾路子设诗生产，这在狠大程度 上降低了产品的通用性和互换性。我幽于1 9 9 2 年筹划了上滑道车库门行业标准 ( 讨论稿) ，为我国各生产，一家提供了e 漏道式车库门的质量参照。f 缸场上现行的 车库门主要有上滑道式，卷帘式和翻板式三种，以上滑道式屠多，本课题着跟于翻 板式车摩门的掰f 究和设计，与上滑道式车库门相比，翻板式由它独特的优势，通过 对该形式车库门丌扁和控铜方式的研究，寻找翻板式车库门的设计准则，这将对行 业的发腥具有冀要意义。此外，没计出更加可靠，易了二操作，人机性能良好，其有 更高性价比的产品，将其有j “润的市场前景，带来可观的经济效益。 1 。2 现状与展望 我国的车淳门懿t j ：j 二| l 纪7 0 年代术，当时的环境下，我国的车库门主要楚本板 做成，丌启形式多以半丌和l ：翻门为主。上醚门两侧挂有重重的配重且只可以手 动操作t 这在当时以算得上比较好的车库门了。8 0 年代，我国与其他国家的交流逐 渐多了起来- 对国外该行业的了解和模仿也逐步展开，我国现代的车库门就是以 模仿丌始，并在模仿中不断理解吸收和创新。上滑道式车库门也是在这个时期出现 在国内产品市场上，虽然卷帘门在当时还垄断着车库门市场，但e 滑道车库门已初 步疑示出它的强劲竞争力。 目前，市场卜流行的车库门主要有三种方式，即卷帘式，翻板式和上滑道式， 都可以通过无线遥控方式来控制门的启闭，都具有相应的安全防撞功能，只是在开 启方式t 有所不同。翻板式车库门采用无线遥控式控制方式，利用一连杆机构，通 过电机驱动，将门上翻提升。 国内不少科研部门对车库门的一些功能模块进行了研究，比如，天津大学对车 库门的控制系统，进行了研究。郑州磨料磨具磨削研究所也作了一些关于翻板式车 库门连杆机构优化设计的研究。哈尔滨工程大学对车库门的遥控系统进行了不少的 研究和试验。 开门梳是整个车库f j 鹣关键技米部分，是整个f 1 静控澍中稻，国舞车痒门领域 内的技术多集中在开门机的研究上，包括控制方式，驱动方式，以及联结方式等方 覆。( 本谋踅基在车库f 1 梳猿及电气豁分豹磊舞究，对门的聿季震等其它方蟊筠不骰谨 述。) 由于起步比较早，技术投入比较大，不少国外的丌门机产品，性能指标均优 潮产j r f - i 梳，可靠牲，平稳桎黎达至l 一令较高翡承准，翔名的晶耱有：l i f t m a s t e r ， g e n i e ，f c l o p a y ) ，等他们在产品的品种上形成了系列，且宵相应的行业标准可以依 照参考。舅努，套虿维护壤和可调往卜遣蠢着较强豹竞争力。 我们与国外的产品从性能上是存在不少差异的，但这种差异不是由于技术上的 达不至l 造黢，嚣是袋乏系绞夔深入礤究。我霆改革玎藏蕾寒，蔷静产瑟瀑炸叛戆囊 外扩展，市场需求的过大与产品的相对较少，造成了我们的许多产品只要满足基本 霉襄裁霹苏投放泰绣，瑟鳐今，枣塌手逐步趋予娥菠，我们制造产瑟在满怒实爰戆 的媾础上熨要朝着精细化方向发展在“能用”的前提f 力求“好用”。这也是我 们要不懈努力豹方糍。 步发达国家之后，在未来不长的时间内，我国相当一部分公民也将开始过上“轮 “产。j 二豹生活”，搌殿匿家经贸委发毒蛇汽车工业“十五”( 2 0 0 0 2 0 0 5 ) 娥划：裂 2 0 0 5 年，汽车工业的产值就将达到阑内生产总值的百分之一强，而且以轿车为主的 私客车发疑速度瞧大夫毫予汽车工渡鲍甲均增长率。中国数府垮致力于汽车工业蛇 战略重组，优化资源配置，并将大力推进发展汽车e 业的相关环境。汽车工业的发 疑，为其辅助产业的发展剑造了广蛹的空阙，车瘁f 髓f 业墩垮噬煽一个挑战帮极遴 并行的高遽发展期，设计和制造符龠我国市场需求，为广大用户认可的车库门，将 为繁荣和捻占我国浚行业的市场，满足人民群众只箍增长的物质文化需求，体现出 幽东理f 入学硕l 学 奠论文 第一带绪论 獯大的意义。 1 。3 本课题所要做的工作 本课题基寸h 我国车库门发嶷之现状，旨在邋过对遥控车库门盼一些关键技术的 研究，握高我园车库门行业在占领f i 趋扩大的国内市场时的核心竞争力，并通过系 统的研究，掌握+ 整套的设计方法和设计流程，为技术改造和技术创新提供技术参 考，为扩夫再生产提供技术支持。归纳超来，其体需要完成的工作有以下几点： l 、翻板门提升机构的设计j 分机 研究提升机榆的运佟形式，确定最合适的尺寸，使机构能拔较好的运动轨逑， 和适当的运动速度提升门板。使门在提升过程中保持平稳，并尽量减小噪声。并以 藏为基点，磅究讨论税构优纯设；十的方法程途径。 2 、翻板门锁死与离含功能的设计 送行门锬静设计，确保门豹安全经。丽对，为了在静电情魏下能对车库门遥行 操作，设计合理的离合机构，通过手动的方式开启或关闭门，即，可以人为地 j j 合 躐颧开佼旗凝鞠j 驱动逛辊豹瞻合，弱时还要豫证停电情嚣下的车库门漪安全瞧。 3 、逻辑控制电路的设计弓分析 逶行控裁电路豹设跨籀努掰，磷究系统稳定豹方法，设诗控潮系统便其更其有 人性化控制性能。提高系统抗干扰能力，拟使用门电路或单片机柬完成系统的控制。 4 、各乖争零配俘静设计帮逸择 传动方式的选择与没计，综合考虑产品成本及传动的特点，选择适当的传动方 式。设圣 “务支絮缭擒，选铎合逶瓣材秘，蔽僳程系统静受力要求。 5 、降噪，减少误动作，提高平稳性的方法 这是一个系绫翊题，涉及到憨个系绞戆令方瑟，便各部分耱互配合，达翔较 好的协调。使机电接口、机电传动、输入输出等功能模块更好地融合在一起。 6 、f 1 戆安装 整个系统主器功能模块设计究毕之后，对门寂装方蕊的要求和注意事项进行阐 述，对嚣要在安装_ 过程中翅鞋解决懿翊题予以分褥鞠设诗。 第二章翻板式遥控车库门总体方案分析与确定 2 。 藏述 翻袄式溪控车露门是一个葵蘩懿搬宅一髂铯夺裂系统，魏蘑2 - 1 ，蕨功旋上亲浚 ；虿戳分为控镲环节、撬行环节和反禳环节，其中每个环节又可细分为若干予环节。较 籍环节毽耩矮控信号鹃产垒，逶控嵇学敬接收，戳及邂控臻擘翡憝攥等子环节。飘行 环节毯菇翻缀酌提释梳构，磷力转麓桃褥帮嶷全锬嚣概褐等予模块。反馈环节奔包禽 暂掇控蘩爱馈，魏摄懑遥是孬镪逶爱镄等予环节。 爨2 _ 1 遴控擎撵瓣系统 翻投式邋控车库门门缀爱一块 蘩侮鹣裂链教，门舞寝醚。逶避一 囊游提拜擞擒，将门援上翻，提势。 辍楚，撬辩瓣过程必矮潢避一定赞 特殊条嚣，f 1 板必矮有足蜗戆提舞 巍壤，门板终捧鲮疆襄氇不熊太大。 每e 游邋戏霉疼门糖比，熟扳式零 露门无嘉游遵，避免了瀵遒裟潺轮 之间的硬馋摩擦，从藤，即使在熬 它传旗方籁辐弱懿情况下，翻叛式 簧i 七上滑邋式噪声簧低。蹦此，舶 果选择台攫鹣传动方式，翻舨式窜 摩门在降啜方面姆有 艮大缓毹。 除了翻扳式车露门戆特殊要求，其还必缀满足车库门的通用技术要求。肇麾门系 统簧谢必要的虑急措施。比如在闭门辩，如门下有物体，首先对此信息成能稔测出来， 然质系统必须对此徽如相盛的反应。比妇盎f 1 的启闭过程中突然动力中蟛( 婷电) ， 茸先要保证门不会漓f ，应青岛锁机构，将f 1 锁定谯该位鬻。其次殿能使用人工的方 法对门进行操佟，出于门在停电瞬蚓l 叮旋停在任一位置，必缀考虑是荫存在接制死点， 并尽鳖避免域克服之。 玛辨，门的，l ：扁时间可控制在3 8 秒之删，遥控距离皮大于2 0 米。 时隧卜涉发各搔标，参考车库门 ：、盈标准肇案潜l ，有l 鬟下参数w 供参毒； 1 ) 噪声要求：5 0 d b 4 m 东琏下 学碛 学能论文鹕：章翻扳式适稚苇库“总体方案分析，确定 2 ) 嶷闻速燧要求：o 2 l 酬s + 3 ) 手动启闭时的础闭力： 4 0 7 0 n 4 ) 车瘁f j 门板裹：2 。4 m ， 5 ) 车库门门板宽：3 0 m 2 2 提升机构的分耕与确定 本渫题所研究的车黪门为黼税式遥控车库门，提井机构所实现的功畿就是将门板 由竖直状态提势至水半域近似水平状念，姆车库门拇野。提势机构是主要螅实现桃梅， 概构酌设计要能实现畅遴的运动鞔迹，又要力求简单，同时还须满足力学上豹袋求， 满足安装：的要求。呵越的几社方案如图熟2 2 ： p 内 外 井 a f 论)c ；秘 图龄2 提升机构的几种方窳 l 、麴蓬2 - 2 ( 8 ) ，羧a 隽黩定铰接点，终力露瑶褒b 点，门援整绕a 点逆时锌 方向旋转提升。该方案安装方便，但整体平衡性能欠佳，由于门板a b 由内向上翻转， 势必占餍车瘴爽潞空趣，会造成门援b 媾与汽攀懿于涉。 2 、如图2 - 2 ( b ) ，以c 点为固定铰接点，遄过连卡f 与门板上f 点铰接，力作用 谯门攫基处，方肉竖妻秘，在掇舞力熟俸弱下门攫a b 按照时镑方趣懿转撵癸。浚 方案将施动机构发放在门板 卜j ：方，安装方便，但固定铰接点c 在门板外部，随着 门投蕺转，e 点会聪离竣柬寿彝，实理 | 二较困难，结攘掺不合攥。 3 、如图2 2 ( c ) ，阻c 为固定铰接点，通避连秆分剐与门板上f 、e 连接，提升 力作用东a 端，力作用时，门叛a b 按糕时针粼转提炙。 4 、如图2 。2 ( d ) ，d ( c ) 方案近似，只是将c 点分为两处，只要合理设臀c 、 转、e 、f 舞点鳆能置，镁蜒达到较好的效果，鼹个固定铰接点c 、d 安装于门浏两诞 山东理1 人学坝 学位论义 第一荦翻板式遥控车厍门总体方集分析与确定 的壁上，e 、f 安放在门板一侧，另一侧对称安装同规格各铰接点和连杆，机构稳定， 性能可靠。 综上几种方案的分析可知，( d ) 为比较理想的方案。此方案可通过运动学、动力 学方程，考虑各种约束条件，利用优化设计理论，借助计算机仿镇技术，通过计算找 出符合条件的c 、d 、e 、f 各点的位置，绘出门板运动的大致轨迹。在满足了门板的 运动要求的前提下，还要分析考虑施受力问题，将驱动力放于门板a 端，满足运动 需求但力不能超越电机的供应能力，为了保证运行的平稳，还必须保证力不应有太大 的波动。这些问题也需要通过计算仿真来加以解决。 2 3 控制系统的方案分析 控制系统是整体系统的中枢，其主要功能是负责信号的收发和处理，是整个系统 正常运行的保证。从广义上来讲，控制系统除包含对各种信号进行处理的电路板块外， 还包括提供动力的驱动元件、系统运行安全j 监测，和位置监测元件，以及辅助功能得 以实现的相关执行元件， 如电子锁、照明电灯、烟 雾报警设备等。如图2 3 所示，说明了控制系统的 整体结构。 2 3 1 电源的选用 考虑遥控车库门的 使用场所大多为居民生 活区或企事业等单位的 办公区，从方便使用的角 度分析，系统供电电源应 为民用照明电源，因此， 图2 3 遥控车库门控制系统 在电源选择上心首先考虑2 2 0 v ，5 0 h z 的标准电源，而控制电路及各执行元器件的供 电电源则由系统供电电源经过变压、整流等处理获得。另外，采用2 2 0 v 标准电源， 对后续设计t 作的丌展也将提供极大的方便。 6 出东理t 天举竣l j 学位论文 簿一章黼板式遥挣带库门总体方案分析g 确定 2 3 。2 鞑动捷 亏器捧豹逸择 麸生产成本戆翅度考虑，撑除选鬟滚压气动元器 譬俸为驱动嚣薛，泡壤应爰广泛， 价格低廉，故选择电机作为遥控车库门门板提升力的提供者。从方便调遮及正反转控 制等方瑟考惑，纛浚电动极其有钱受款姣动性戆巍谖逮谯整，曼爱反转掺割方馁，故 选用直流电动机作为遥控车库i 、j 驱动器件。 2 3 3 控翩模块的选择 在进行控制模块的遮择之前，我们酋先来分析一下熬个系统组成信号的性质。由 传感器或行程挎测开关传送的检测信号多为开关型低频傣号，控露售号不论控制电极 藏继电器等其它执行器件，都腾于低频储号，而遥控信号通常大于3 0 0 m h z ，属于高 频信号。对于信号的处理，大郡跫麓謦的逻辑判断，不存在复杂的计算或变换。一因 此，在选择控制模块时以简单实用为原则，通过数字门电路，来实现逻辑判断和控制。 邂控信号的产生、传送和接收，则可以设计为单独模块，德其它功能实现后，将其嵌 入整个电路板块中。 2 ，4 传动橇构的分斩 由电机输出转矩转化为拉动门板翻转提升力的中闻部件统称为传动机构，其闻可 包含减速和传动嬲部分。减速安放在电机与工作机之间作减速之用，电机经减速之后， 相应魄增大了转矩，使箕满足提升门板酌要求。减速器有以下几种类壅： 袭2 1 常用减速器的分类及特点 类型传动阮范圈特点与适用场合 级一级传动效率较赢，生产制造相对容易。传动 比小于8 的可选用单级齿轮减速器，大于8 齿轮减逮器l o对蚤宦选攀级，番则造成尺寸过大，大盏 轮承载能力不能充分利用。传动魄大时结 构不够紧凑。 缎二缀抟动效率较低，传动比大时结构紧凑，轮 廓尺寸小。不宜在长期连续作业的l ：况f 娲杼减速器 浮1 0 一7 0滓7 0 一2 5 0 0 使翊，只宜传递中等以下功率，通常彳i 超 过5 0 k w 。如需要，能实现自锁。 山泉埋f 天掌顿 j 学位荤龟史 第一章翻撤武遥控车痒门总体方案分析与确定 l 弦晕齿轮敞 一缴二级传动效率可以很高，传动比范围较广，传 i 速器 i = 2 1 2 i = 2 5 2 5 0 0 动功率范围也较大，结构紧凑，相对体积 小，但结构复杂，制造精度要求高。 遥控攀库门系统对传动提舞枧槌 的效率要求不是缀怒，f 1 板的提升速度一般在 0 2 i m s ，提升时闯。般为3 - 8 秒，由于门板材质不同，门的重量也会略有差异，以 5 0 k g 为例，提升离度为2 + 4 m ，所以提丹门的平均功率应在2 0 0 w 以下，同时机构的 工作频率也非常低。门板提升的邋程中，如出现辩常情况，应使门停在原处或上翻， 而小至下落对门f 方人或物体造成损伤。麟此，选择具备自锁功能的减速器。综上分 析，蜗轩减速器的特点与实际需求较为吻合，故选择蜗秆式减速器作为系统的减速装 置。另外，在门板提升的积个极限位置，遂行速度需要比中间位鬟略小，以增加运行 的稳定性，疆舞速度的调节可幽控制模块通过改变控制信号来加强实现。 翻板式遥控车库门整体结 a f 外 e b 图h 翻援式车库门整体缡构示蠢图 榴翔图2 - 4 ，开门电视启动蕊， 经减速装置，拉动滑块向右运 动，淆块经盘拉杼拯动门板翻 转提升。功率由减速器输出厝， 经国一定静佟动部传传递弼淆 块。此处传动机构的选用，将 影蛹强系统噪声静疆弱，影响 功率传递的效率，也会影响系 统逡莓亍豹乎稳经，蘩主要嚣豹 是为了传递动力，鼠传递躐离 较长，不麓瑟凌轮装条辊稼， 从大的方面来分，可选用带传 动袋链传动。对于豢搀动秘链 传动的各项性能参数的分析比较如衷2 2 。 豢转动骏链传动虽奁诲多方覆l 存在爨势，毽由于普逶繁转囊戆可靠毪爨裂过载努 滑性能的影响，不能很好地满足门板提升的要求，门板提升的过程中必须保证高的可 靠憾，门投在任秘绩援f 爨不是诌：囊于动力不是瑟下落，遮会对车痒门豹安全蛙遣残 威胁。故综合考虑，又结合实地考察，选择链传动作为提升门板的传动方式。 出袈理t 擘疆 。掌位跑吏 絷一章秘叛戏遥按事痒门蕊铬方案势辑j 确是 表 2 警传动秘镰撩磁性蓑参数跑较 要求 砖率传动诲爆傣凌工俸过载缓冲截造要求 ( k w )效率线速精度平稳保护吸振 及安润滑 度蛙装精条 争 游 链 = 0 00 ，9 6 = 翡孛等较整天无 函裹 传( 滚子 动 镰) v= | 0 0 0 9 6 = 2 5 繇 好有鸯诋习；需 鬻3 0 要 传 裁 平 = 2 00 9 7 o ：酣= w 1 + z e d f + 肋c 。 ( 3 3 ) ( 2 ) e 在上面的情况如图3 4 中( b ) 、( c ) 、( f ) 、( g ) ，计算得到f 点的坐标， 根据f 点的坐标町以得到直线f d 的斜率k f d ，这样可以得到： 口= 才2 一口t a n ( k ) 由东理 入学颁 j 学位论文鞯二荦提歼 传动彭l 构的蛙汁j 研咒 程序中作如下处理： s w i t c hf l a g c a s e l c e d = ( y d - y e ) 4 ( x e x d ) ( x d x o + y d y c ； i fc e d = o a l f a = w l e d f e d c ) ； e l s e 巅盎= w 1 + d f + 嚣d c ： e n d c a s e 0 i f x d = x e k e d = ( y d - y e ) ( x d x e ； k f d = t a n ( a t a n ( k e d l 十e d f ) ； e l s e k f d - l a a ( p i e d f ) ； e n d a l f a - p i 2 一a t a n ( k f d ) ； e n d 其中e d f 和e d c 分别表示角e d f 和角e d c ，k e d 和k f d 分别表示直线e d 和 囊线f d 的裁率，形如x c ，y a 等，分蹦表示c 点的x 坐标，d 点鲍y 坐标。c e d 为一 标记参数。 图3 - 5 是计算门板逡碘辕遮予程序的漉程嬲，框图中可以蓉到有一关于a 、b 坐 标是否合理的判断，这是耩于提商程序运行效率和保证结果正确而考虑的。如l i 所述， m a t l a b 语言执行的速度相对较慢，同时，由豳3 2 和图3 5 可知，循环语句嵌窑层 数多，涉及变量多，程序每前进一步都会伴随着庞大的讨算。困此，各点范围的设定， 以及约束祭僻的设计会在很大程度上影响整个程序运算过程完成的时间。 c 、d 、e 、f 各点范围的醴定可良剃用试验的方法域估算法，大致给出参考值， 然后通邀若于次试运行，从丽对其进行调整。在主程序中，绘定一个点组f cd ef 】， 有时可以撤据其它条件黢接判断其是否为合理解，而并不需要通过进一步带入求门板 运动轨迹柬加以判断，因此在进入砖算门板运动轨迹子糨序前对这些点i 拉行过滤，将 筏大大掇商程序效事。搿实i 二，主程序中，我们设计了个名为c o n s t r a i n t 的布尔型 向量，泼向量的每个元素均为一个针对某一约束条件的判断，只有当c o n s t r a i n t 的 德为真辩，曩麓避入门板运动鞔迹计算予程序。跑如，狰点筋y 坐标与d f 的莉应该 小于提升的j 二限高度，大于提升的卜限离度，否则包含d 点的向量f cdef 】必定不 山东理_ l _ 人学顺i j 学位论史第二二章提升与传动机构的设计与研咒 合理，因此可以表示为： c o n s t r a i n t ( 1 ) = ( h m i n = ( 9 2 + y d ) = h m a x ) 其中h m a x 和h m i n 分别表示提升的上下限，9 2 表示d f 的长度，y d 表示d 点 的y 坐标。在实际的求解中可以任意地增加或解除约束，向量c o n s t r a i n t 的维数可以 变化，但只要其值为真，就可以进入求解门板运动轨迹的子程序。 圈3 - 5 计算门板运动轨迹程序流程 如前所述，图3 5 中程序是以w 驱动 的，其步长的增加是强制性的。而事实上， 给出一个点组 cdef ，由此确定的连杆 机构其运动范围未必一定能满足从w 0 到 1 2 5n ，因此就可能复数或其它形式错误的 a 、b 坐标值。对此，笔者采用了如下方法， 以过滤掉这些误解。 d s t = s q r t ( ( x a ( t ) x b ( t ) ) 2 + ( y a ( t ) y b ( t ) ) “2 ) ； c t r l l = ( i s r e a l ( x a ( t ) ) & i s r e a l ( y a ( t ) ) & i s r e a l ( x b ( t ) ) & i s r e a l ( y b ( t ) ) ) ； c t r l 2 = ( 2 3 9 = d s t l d s t = 2 4 1 ) ； i f ( 一e r t l & c r t 2 ) ) b r e a k ； e n d 布尔型变量c t r l l 用来判断求得的a 、 b 坐标值是否为实数。如果a 、b 值正确， 则算得a b 的长度应该是恒定的，c t r l 2 就 是用来判断a b 的长度。如果c t r l l 和c t r l 2 的值有一个为假，则退出循环。 得到了正确的a 、b 的坐标值，存储 之前还必须进行筛选，从中选出合理的解。 筛选条件手要考虑以下因素： a 、门板提升的最高点不能触及天花板，用m a x ( y b ) m a x b 表示( 其中m a x b 为允许岛度的上限) 。 b 、门板下端外仲的长度不能过大， ja b s ( m i n ( x a ) ) m i n b 表示( 其中m i n b 为最 小的提升高度) 。 出束瑾t 入学蟥 。学位论史 第 = 三蕈罐”j 传动飘输鹩设计，研艽 以上褥到的是在w 的驱动下，a 、b 点所经过的坐标馕，它怒以向量形式表示的， 为了更为矗观地了解门板的运动轨迹，可以绘出他们的图形，从而对门板的运动进行 分析仿真。 三、u g i 界面的设计 为了提高设汁的可熬复性及其直观性，在媳体的设计过程中编写 m a t l a b u g i 界面，这样，每一次设计计弊便可以图形莽颟的形式，将初始条件及计算结果展 现在我们丽前。如网3 - 6 所示。该界面允许设定一定初值并规定搜寻范围，单击 糯3 吨满l 赛褥 命令，将所没定德赋给内部变量，然后单击 ，程序玎始计算，并将计算结果显 示在右边的列表挺中。选中其中。条，荦击 就可潋在左边辍标图形框中绘制出 门板的运动轨迹嘲。设计汁算过摆中，有时可能需要设计者自定义一组点，列表框上 方的文本框就是束完成遮个功熊的，它允许用户掖一定准刚输入一点组f cdef 作 为铰接点，当单击 后，首先调用计算门板运动轨迹的程序，计算结果如能满足 预先设定条件，刘会在龟方图片框中绘蹴门板运溺轨迹黼，如不能满是潮系统会给出 相应的提示。咳界面也允许通过綮单对约束条件及各点搜寻的范围进行设定。 完袋了浚部分的内容后，餐可褥嚣一组可班满足运动要求静点缀两鬃，接下来就 般从动力学的角度进行分析，从而找出既满足运动要求，又符合动力方面需要的铰接 出末琏t 夫学谩 ：学位论殳第三章提升弓传动9 0 1 句构设计与研究 i i i i i i ii i i i i i ii i i i i i i i i i i i 点求。 3 2 2 连枰机构的动力学仿真与优化设计 连杆机构动力学仿真与优化设计主要运用的汁算机较馋是a d a m s ( a u t o m a t i c d y n a m i ca n a l y s i so f m e c h a n i c a ls y s t e m s ) ，它楚一款专门进行机械系统动力学分析的软 件，是由美圜m d i 公司开发的，幽于其卓越的分孝斥仿真能力，在机械系统动态仿嶷