汽車車位鎖設(shè)計(jì)

1、汽車車位鎖設(shè)計(jì)摘要：隨著中國汽車數(shù)量的增多，汽車停車場車位鎖應(yīng)運(yùn)而生。這種裝置既可應(yīng)用于公共停車場，也可應(yīng)用于住宅小區(qū)，現(xiàn)代化的無人停車場已開始采用這種裝置，前景廣闊。設(shè)計(jì)制作的汽車車位鎖，分為機(jī)械部分、電路部分和蓄電池，機(jī)械部分和電路部分之間有導(dǎo)線相連。電路設(shè)計(jì)得較為完善，對于各種情況都有應(yīng)對的措施，機(jī)械方面我們設(shè)計(jì)的車位鎖能夠既在外力下退讓，又能在外力撤掉后自動恢復(fù)。關(guān)鍵字：無人停車場 繼電器 遙控 節(jié)電設(shè)計(jì) 隨著中國汽車數(shù)量的增多，汽車停車場車位鎖應(yīng)運(yùn)而生。它固定于停車位前方的地面上，結(jié)構(gòu)分為底座和活動擋圈，用戶通過遙控器控制其活動擋圈的升降：當(dāng)擋圈升起時，汽車既無法開進(jìn)也無法開出，這就

2、鎖住了車位和汽車；當(dāng)活動擋圈降下時，汽車可自由進(jìn)出。這種裝置既可應(yīng)用于公共停車場，也可應(yīng)用于住宅小區(qū)，現(xiàn)代化的無人停車場已開始采用這種裝置，前景廣闊。1. 主體設(shè)計(jì)我們查閱了文獻(xiàn)、采購材料、設(shè)計(jì)電路和機(jī)械結(jié)構(gòu)、加工零件、組裝以及調(diào)試，最終研究成果為實(shí)物形式設(shè)計(jì)制作的汽車車位鎖，分為機(jī)械部分、電路部分和蓄電池，機(jī)械部分和電路部分之間有導(dǎo)線相連。車位鎖基本性能簡介:1. 本品系遙控裝置，可以在遙控器的控制下完成擋圈正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和任意位置的停轉(zhuǎn)。2. 擋圈、底板和軸等基本零件都是由不銹鋼制成，保證了基本強(qiáng)度要求，并且不銹鋼能適應(yīng)室外的工作環(huán)境。3. 擋圈在運(yùn)動到設(shè)定位置時，觸動行程開關(guān)，從而自動斷開電

3、路使電動機(jī)失電并且讓遙控電路復(fù)位，準(zhǔn)備接收下一次的遙控信號。4. 在擋圈豎起的狀態(tài)下，可以壓下?lián)跞?，但力一旦撤走，由于彈簧的拉力，擋圈恢?fù)原位。這一設(shè)計(jì)可以防止車位鎖遭到惡意破壞，同時仍然起到鎖住車位的作用。5. 在擋圈停止運(yùn)動的狀態(tài)下，只有接收遙控信號部分的電路在耗電，擋圈升起、降下的時間均是5秒鐘左右，可見本裝置的耗電是比較小的。6. 相比同類產(chǎn)品用到螺紋傳動等傳動形式，本作品結(jié)構(gòu)相對簡單、加工比較容易。7. 電路經(jīng)過多次改進(jìn)，布線比較簡潔，為了用戶使用得方便，機(jī)械部分和電路部分的導(dǎo)線連接采用插頭連接的方式。8. 本品采用蓄電池供能，符合車位鎖工作環(huán)境的條件。2. 實(shí)物照片Solidwor

4、ks做的初始設(shè)計(jì)圖和按實(shí)物做的圖。3. 設(shè)計(jì)過程1 查找現(xiàn)有產(chǎn)品的資料、專利等信息，構(gòu)思大體的外形并用Solidworks三維作圖，初步構(gòu)想節(jié)電方案，購置了實(shí)驗(yàn)研究所需的蓄電池、行程開關(guān)、遙控裝置等器材。2 電路設(shè)計(jì)階段：用繼電器等電子器材自行搭接電路，添加二極管和電解電容使繼電器能控制遙控電路部分，實(shí)現(xiàn)了電路設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵的一步。在此基礎(chǔ)上，一步步完善電路，使車位鎖的電路能夠應(yīng)對可能出現(xiàn)的各種意外情況，最后在面包板上連接完成了電路。3 機(jī)械加工階段：摒棄了復(fù)雜的外形，采用以不銹鋼板材為底座、用螺栓連接的簡單易行的方案，購置了所需的板材、棒材，完成了板材的折彎、棒材的切斷、螺栓孔的加工，找到了

5、合適的波紋管做成擋圈，最后我們用鋸條、螺絲刀等工具完成了機(jī)械零件的連接，至此，機(jī)械加工部分告竣。4 組裝整合階段：在這一階段我們把機(jī)械部分和電路部分組裝成為一體，其中包括行程開關(guān)的安裝定位、電路部分的焊接與固定以及機(jī)械部分和電路部分的接線，我們努力做到了接線簡潔。車位鎖的設(shè)計(jì)至此就基本完成。曾經(jīng)全天24小時開啟電路、每天遙控?fù)跞ι舷逻\(yùn)動十次以試驗(yàn)產(chǎn)品的可靠性及耗電情況。4. 機(jī)械和電路部分設(shè)計(jì)1. 機(jī)械方面：我們設(shè)計(jì)的車位鎖能夠既在外力下退讓，又能在外力撤掉后自動恢復(fù)。但遺憾之處在于我們的這種設(shè)計(jì)只能讓擋圈可以向一個方向被壓下，如果外力是作用在相反方向則仍然會造成機(jī)構(gòu)被損壞，我們構(gòu)思的解決方案

6、是采用三個行程開關(guān)（目前是兩個），使車位鎖向兩個方向都能被壓下，這樣就可以真正意義上做到車位鎖不被壓壞。另外，由于經(jīng)費(fèi)和我們自身能力有限，作品外觀較為粗糙，擋圈的剛性不夠，在力的作用下會產(chǎn)生塑性變形，不過如果采用剛性較大的材料，由于設(shè)備和我們的能力所限，較難加工。還有，外殼沒有制作，電動機(jī)、軸、彈簧等零件完全暴露在外。電路方面：電路設(shè)計(jì)得較為完善，對于各種情況都有應(yīng)對的措施，對于這方面我們是相當(dāng)滿意的。但我們?nèi)匀粵]有達(dá)到我們目標(biāo)節(jié)電設(shè)計(jì)。原先我們在電路方面的目標(biāo)是突破市面上該產(chǎn)品的蓄電池3個月后就要充電的瓶頸，設(shè)計(jì)出節(jié)電的方案，但在這一點(diǎn)上我們沒能做出什么成績。不過我們的蓄電池是在暑假購買的，

7、一直到SRTP結(jié)題時都有電，從4月20日起的24小時性能測試也證明了我們的作品是比較節(jié)電的。這里，我們具體陳述電路部分設(shè)計(jì)情況。說明：遙控電路系購買的成品，遙控電路需用12V直流電源供電，遙控電路板上的繼電器A、B實(shí)際上為兩個單刀雙擲開關(guān)，1、3、4、6要接12V電源，2和5是遙控電路板的輸出端，輸出12V直流電壓。遙控器上有三個按鈕，其中兩個是使繼電器A、B通電，2、5輸出正、負(fù)12V電壓，另一個是使繼電器A、B斷電，2、5不輸出電壓。電路圖中電容旁正負(fù)號表示電解電容正負(fù)極。圖一：擋圈運(yùn)動到特定位置時，觸動行程開關(guān)由常通轉(zhuǎn)變?yōu)槌ｉ_使電路斷開，之所以加二極管是因?yàn)?，在壓住行程開關(guān)后遙控電路在遙

8、控信號下輸出相反電壓，此時要能使電流從另一支路給電動機(jī)供電。這個電路有致命的缺陷：如果用戶不按遙控器上的斷電按鈕，遙控電路板上的繼電器一直會通電，不符合我們的節(jié)電目標(biāo)，且會影響遙控電路板的壽命。圖一圖二：我們?yōu)榱四軌蛟谟|動行程開關(guān)后做到電動機(jī)斷電且遙控電路復(fù)位，設(shè)計(jì)了由繼電器C在行程開關(guān)被觸動后得電，斷開遙控電路的12V供電，從而使遙控電路復(fù)位，這就不需要用戶按停止按鈕使遙控電路的繼電器A、繼電器B斷電了。待遙控電路復(fù)位后，就不再輸出電壓供給繼電器C，這樣繼電器C又不在吸合，主電路接通等待下一信號。看起來這個方案可行，但我們在實(shí)際試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，電路會“啪嗒啪嗒”剛斷開又通上，剛通上又?jǐn)嚅_，如此反

9、復(fù)，究其原因是因?yàn)槔^電器剛使電路斷開自己也沒了電，于是線圈失電，銜鐵松開，這下電路又得了電，接著繼電器線圈又得電，銜鐵重新吸合，又使電路斷開，如此反復(fù)。圖二圖三：請教了模電老師沈連豐，他提出了如圖三加入電解電容（因?yàn)樗璧碾娙萘恳容^大，所以選取電解電容）的解決方案。圖三圖四：加入電容，實(shí)現(xiàn)了重要的一步。加入電容的本質(zhì)其實(shí)是蓄能，在遙控電路不輸出電壓后由電容供能使繼電器C1或C2吸合足夠長的時間，待電容電量耗盡后繼電器C1或C2斷電，遙控電路的供電電路又接通，準(zhǔn)備接收下一遙控信號。從而解決了圖二中電路反復(fù)通斷的問題。不過這種方案帶來了新的問題：在擋圈運(yùn)動到設(shè)定位置觸動一個行程開關(guān)，一條支路上的

10、COM端和NO端相連，這時遙控電路復(fù)位，電動機(jī)失電，擋圈停止運(yùn)動，但如果用戶下一次不是按使擋圈向相反方向運(yùn)動的按鈕，而是仍舊按相同方向運(yùn)動的按鈕，與電動機(jī)并聯(lián)的兩條行程開關(guān)支路都斷路，就不能使電動機(jī)斷電，而此時擋圈已經(jīng)頂牢了行程開關(guān)，電機(jī)由于帶不動擋圈但又有電流通過，就會被燒掉。圖四圖五：與圖四相比進(jìn)一步簡化電路，采用一個繼電器。圖五圖六：為了解決圖四和圖五的問題，我們設(shè)計(jì)了圖六的電路結(jié)構(gòu)，其根本區(qū)別在于前面的電路都是在未觸動行程開關(guān)時就給電容充好電，觸動行程開關(guān)后電容放電。而圖六的根本改變就是在擋圈未觸動行程開關(guān)時電容不充電，而在擋圈觸動行程開關(guān)后電容立即充電，充到一定電量就足以使繼電器C1

11、或C2吸合。我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)這一充電放電的過程極短，擋圈在這段充放電時期內(nèi)轉(zhuǎn)動量極小，不會把機(jī)構(gòu)頂壞。這樣一來，用戶即使在擋圈到位后誤按了令擋圈繼續(xù)前進(jìn)的按鈕也無妨：COM端連接NO端，遙控電路剛一輸出電壓，電容就充電并很快放電給繼電器，繼電器斷開電路。而只有令擋圈向相反方向運(yùn)動才能使擋圈運(yùn)動：遙控電路輸出相反方向電壓，頂牢的那個行程開關(guān)支路因?yàn)槎O管單向?qū)ǖ淖饔枚鴽]有電流，繼電器C1或C2不會吸合，擋圈運(yùn)動，原本頂牢的行程開關(guān)的COM與NO脫開，直到碰到另一處行程開關(guān)使另一支路的COM與NO接觸。圖六圖七（2008年4月22日）：陸文杰想到用四支二極管組成橋式電路，從而進(jìn)一步簡化了電路結(jié)構(gòu)

12、。最后在電容的選擇上，我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)220微法的電容能夠使繼電器吸合一定時間，而如果用100微法的電容則又會出現(xiàn)圖二電路“啪嗒啪嗒”的問題，電容量越小自然有助于節(jié)電，故我們最后選擇了220微法的電容。圖七5. 設(shè)計(jì)總結(jié)整個車位鎖的設(shè)計(jì)我們基本上沒有照搬照抄現(xiàn)有產(chǎn)品：電路方面自行設(shè)計(jì)完成，機(jī)械方面我們參考了現(xiàn)有產(chǎn)品的外觀并做了簡化以便制作。在制作過程中，我們的創(chuàng)新點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：1. 在擋圈達(dá)到預(yù)定位置時即使再接收到讓擋圈繼續(xù)運(yùn)動的信號，電路也能保持開路的狀態(tài)。為了達(dá)到這樣的功能,我們在電路方面做了相當(dāng)多的努力，并且進(jìn)行了一次又一次的改進(jìn)，從原來最原始的電路雛形（僅能做到用繼電器控制電機(jī)

13、的得電與失電），到后來加入電容使繼電器既控制電動機(jī)的通斷電又控制接收遙控信號電路的復(fù)位，但在擋圈壓住行程開關(guān)的狀態(tài)下，車位鎖接收到讓擋圈繼續(xù)前進(jìn)的信號后擋圈會強(qiáng)行繼續(xù)轉(zhuǎn)動，造成機(jī)構(gòu)的破壞，于是我們對電路又進(jìn)行了改進(jìn)，使這一缺陷得到彌補(bǔ)，真正實(shí)現(xiàn)了車位鎖的各種運(yùn)動正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、觸到行程開關(guān)的停轉(zhuǎn)以及在擋圈運(yùn)動過程中發(fā)出遙控信號使之停轉(zhuǎn)；最后，為了進(jìn)一步簡化電路，陸文杰同學(xué)又引入了橋式電路，增加了兩個二極管，省去了一個電容、一個繼電器和不少導(dǎo)線。2. 實(shí)際車位鎖的擋圈難免會受到?jīng)_擊、被強(qiáng)行壓下等問題，如果擋圈設(shè)計(jì)成為完全剛性的結(jié)構(gòu)，很難做到擋圈能抵抗任意大的力且車位鎖不受破壞。在陶國良老師的指導(dǎo)下我

14、們加入了彈簧，這樣在受力后擋圈能夠被壓下從而起到裝置自我保護(hù)的作用；在力撤去后，擋圈能夠在彈簧的作用下恢復(fù)原來豎起的狀態(tài)，仍然將車位鎖住，防止外來車輛搶占車位。3. 在機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，我們力求簡單易行。動力由直流電動機(jī)輸入，以擋圈轉(zhuǎn)動的形式輸出，這之間究竟用什么傳動裝置相連，我們想了很多。機(jī)械設(shè)計(jì)課程中教過的傳動裝置有帶傳動、鏈傳動、齒輪傳動、蝸輪蝸桿傳動等，我們考慮到要簡單易行并且能夠?qū)崿F(xiàn)擋圈能被壓下又能彈起，選擇了齒輪傳動。在實(shí)際組裝的過程中，我們發(fā)現(xiàn)齒輪其實(shí)也可以省掉，采用電動機(jī)直接帶動擋圈轉(zhuǎn)軸的方式，這樣機(jī)構(gòu)進(jìn)一步被簡化。另外，原先設(shè)計(jì)的滾動軸承也被現(xiàn)在的滑動副所取代，一些螺栓也被去掉。機(jī)構(gòu)的簡化不僅可以使最后的成品簡潔，而且能有效地降低成本，減少加工量。4. 車位鎖在實(shí)際工作情況下，會在電池耗盡時無法使用遙控器讓擋圈降下，車主停的車就無法開出，如果這時再把電池取出充電顯然已來不及，我們的解決方案是把彈簧取下，這樣擋圈被壓下后就不會再彈起，車就可以開出。當(dāng)然，實(shí)際的產(chǎn)品彈簧部位應(yīng)該封