自动伸缩门机头设计.doc

自动伸缩门机头设计

一般意义上讲机头可分为机械部分和电器部分，按其各部分性能，又可分为动力部分，传动部分，和操纵控制部分。本设计重点讲机头的一些机械方面的知识。
首先是动力部分————主要为机械提供动力（电机，气泵等）
传动部分————改变力的方向。大小等作用。
操纵控制部分----用以控制机械的状态，起到监视检测的效果。
一． 电机的选择。
1.1电机的工作原理。

　电动机是把电能转换成机械能的设备。在机械、冶金、石油、煤炭、化学、航空、交通、农业以及其他各种工业中，电动机被广泛地应用着。随着工业自动化程度不断提高，需要采用各种各样的控制电机作为自动化系统的元件人造卫星的自动控制系统中，电机也是不可缺少的。此外在国防、文教、医疗及日常生活中(现代化的家电工业中)电动机也愈来愈广泛地应用起来。
　　一般电动机主要由两部分组成：固定部分称为定子，旋转部分称为转子。另外还有端盖、风扇、罩壳、机座、接线盒等。
　　电动机的工作原理是建立在电磁感应定律、全电路欧姆定律、和电磁力定律等基础上的。当磁极沿顺时针方向旋转，磁极的磁力线切割转子导条，导条中就感应出电动势。电动势的方向由右手定则来确定。因为运动是相对的，假如磁极不动，转子导条沿逆时针方向旋转，则导条中同样也能感应出电动势来。在电动势的作用下，闭合的导条中就产生电流。该电流与旋转磁极的磁场相互作用,而使转子导条受到电磁力（安培力），电磁力的方向可用左手定则确定。由电磁力进而产生电磁转矩，转子就转动起来。
在该设计中电动机是用来带动电动伸缩门的开与关，完成对电动伸缩门的控制

1.2.电机的构成，

· 直流电动机结构
o 直流电机由定子(磁极)、转子电枢)和机座等部分构成。
1. 磁极
永磁式: 由永久磁铁做成。
励磁式: 磁极上绕线圈，线圈中通过直流电，形成电磁铁。
励磁: 磁极上的线圈通以直流电产生磁通，称为励磁。
2.   转子( 电枢 )
由铁心、绕组（线圈）、换向器组成。
电枢铁心：由硅钢片叠装而成。
电枢绕组：单个绕组元件组成。
· 1.3直流电动机特点
o 1.优良的调速特性，调速范围宽广、调速平滑、方便。
2.过载能力大，能承受频繁冲击负载，而且能设计成与负载机械相适应的各种机械特性。
3.现快速起动、制动和逆向运转。
4.能适应生产过程自动化所需要的各种特殊运行要求。
以上这些特点，是交流电机（特别是大功率交流电机）比较难的。所以到目前为止，功率较大要求较高的现代化自动控制系统中，一般采用直流电动机驱动。电机图如下‘

2.1小车的设计
2．1小车的结构
2.11．1方案选择
移动机构小车由车架和蓄电池、电机、减速部分、车轮等所组成，它是整
个自动伸缩门的基础部分。我们知道移动机构运动方式有轮式、履带式和步行
方式。轮式和履带式适于条件较好的路面，而步行方式则适于条件较差的路面。
为了适应各种路面的情况，可采用轮、腿、履带并用。本课题中的设计思想是
作为在路面环境较好的场合中工作使用，所以采用轮式结构。其机械结构如下
图所示：

轮式移动机构一般有三轮、四轮或六轮，其转向装置的结构通常有两种方
式：
1)铰轴转向式：转向轮(万向轮)装在转向铰轴上，转向电机通过减速器和机
械连杆机构控制铰轴从而控制转向轮的转向。
2)差速转向式：在小车的左右轮上分别装上两个独立的驱动电机，通过控制
左右轮的速度比来实现车体的转向。在这种情况下，非驱动轮应为自由轮。

据上所述，轮式移动小车通常有以下几种可选方案：
1) 三轮铰轴转向式：如图3-2(a)所示，轮l为铰轴转向轮，它同时也可以作
为驱动轮。如果轮1不作为驱动轮，可将轮2或轮3之一作为驱动轮。
2)z轮差动转向式：如图3-2(b)所示，轮1为随动轮，它可以自由转动，轮
2和轮3都是驱动轮。
3)四轮铰轴转向式：如图3-2(c)所示，轮1和轮2为转向轮，它们之问有
同步轮转向连杆，转向通过转向电机来实现，轮3或轮4为驱动轮。
4)四轮差动转向式：如图3-2(d)所示，轮1和轮2为自由轮，轮3和轮4
分别由不同的电机来驱动，以实现差动转向。
O)

四轮结构比较简单，能够满足一般的需要，应用也比较广泛。在本课题
中，移动小车有一定的总重量，且要移动平稳，所以采用四轮就能满足要求。
铰轴转向式控制简单，但精度不是太高。差动转向式控制复杂，但精度较高。
为了以后的轨迹规划打下一个良好的基础，其运动和转向的精度应该高，综
上所述，本课题采用四轮差动转向式。
3．1．2小车各部分构成
l。驱动电机
驱动电机采用直流力矩电机，这是因为直流力矩电机具有优良的速度控
制性能，具体来说，它具有以下优点：
(1)具有较大的转矩，以克服传动装置的摩擦转矩和负载转矩。

r21调速范围宽，且运行速度平稳。
f3)具有快速响应能力，可以适应复杂的速度变化。
41电机的负载特性硬，有较大的过载能力，确保运行速度不受负载冲击
的影响。
2．车架
车架要求从强度和刚度上满足车体运行和加速时的要求，同时又不能太
重，因而采用硬铝作为车架的材料。装有与驱动直接有关或重量较大的部
件(如蓄电池)以利于机械结构设计和降低车体重心，重心越低越有利于抗
倾翻。
3．减速装置。
电机和车轮之间采用蜗轮蜗杆传动，减速比为1：20。电机与蜗杆之间
通过联轴器相联，蜗轮与车轮装在同一个轴上，它们的转速相同。
4．万向轮机构组成
随动轮不产生驱动力矩，它只起支撑作用，在机器人转向时它可以自由
转动。为了转向灵活，车轮与转向轴中心线之间有一定的偏心距
2．2小车的运动学模型
为了实现移动小车运动状态控制，须建立四轮移动小车运动分析模型，因
此我们假设它的结构模型如下图：
图3—3移动小车尺寸示意图
其中：Q移动小车运动中心
2b驱动轮间距

.3电动机模型
2．3．1电动机控制模型
1)直流电机转矩平衡方程
小车移动机构的执行部分是直流电机。直流电机的电磁转矩丁为：
式中：，一电磁转矩
c。一转矩常数
毋一单极磁通
，。一电枢电流
电动机的输出转矩并不就是电磁转矩。因为电机本身的机械摩擦和电枢
铁心的涡流、磁滞损耗等都要引起阻转矩，如果把电机本身的阻转矩加

2.3．直流电机模型

2．4脉宽调制方式
目前，在直流电动机的调速控制中，以应用PWM调速控制方式为主。直
流电动机在一定电压下，转速与转矩成反比，若改变电压，则转速转矩关系连
线随着电压的升降而升降，如图所示，在负载一定的时候，即转矩一定的时候，
降低电压．对应的转速一，补：不同，从而可以实现通过改变电动机电压的方式
来调整电动机的转速。
N(转速)
转症一定时T(转矩)
图3—5转速，转矩与电压的关系图
本课题的无轨自动伸缩门采用的控制系统提供给电动机的信号是脉宽调
制PWM信号，所谓脉宽调制是指通过可控开关以一定的时间间隔重复地接通
和断开，使在电动机两端间得到的电压波形，如图3-6所示，其电压平均值U。
可以用下式表示：
u。。=导u。=GU， (3—16)
式中t。是开关每次接通的时间
，是开关通断的工作周期，即开关接通时间f。和关断时间哳之和
口是占空比，

二本设计采用链传动.，
.3.1-８—链传动的特点
1，能保证准确的平均传动比；
2，传递的功率大，且张紧力小，传动的效率高，一般达到0.95-0.98；
3，能在低速重载和高温条件及露天等不良环境中工作；
4，链条的铰链磨损后，使链条节距变大，链条易脱落。
赞同
一般的说。只要有中心距。还有齿轮的模数，就可以从标准件中选出来。
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链条与齿轮的结构形式大体来讲就是三个齿轮共用一个链条。