【溫馨提示】 dwg后綴的文件為CAD圖，可編輯，無(wú)水印，高清圖，，壓縮包內(nèi)文檔可直接點(diǎn)開(kāi)預(yù)覽，需要原稿請(qǐng)自助充值下載，請(qǐng)見(jiàn)壓縮包內(nèi)的文件，所見(jiàn)才能所得，下載可得到【資源目錄】下的所有文件哦--有疑問(wèn)可咨詢QQ:1304139763 或 414951605
XX大學(xué)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
快速輪胎充氣機(jī)設(shè)計(jì)
系 別：
專 業(yè)：
學(xué) 生 姓 名：
學(xué) 號(hào)：
設(shè)計(jì)(論文)題目：
起 迄 日 期:
設(shè)計(jì)(論文)地點(diǎn):
指 導(dǎo) 教 師:
專業(yè)教研室負(fù)責(zé)人:
2013年 月 日
摘 要
本設(shè)計(jì)是通過(guò)對(duì)快速輪胎充氣機(jī)工作原理、工作的環(huán)境和工作的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并結(jié)合實(shí)際，在進(jìn)行細(xì)致觀察后，對(duì)快速輪胎充氣機(jī)的整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，對(duì)組成的各元件進(jìn)行了選型、計(jì)算和校核。
關(guān)鍵詞：快速輪胎充氣機(jī)，設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
39
Abstract
The design is based on metal nail-making machine working principle, the working environment and the working characteristics of the analysis, and combined with the practice, the careful observation, the metal nail-making machine structure of the overall design, the various parts of the selection, calculation and checking.
Key Words: metal nail-making machine, design, structural design
目 錄
摘 要 I
Abstract II
目 錄 III
第1章 概述 6
1.1 輪胎充氣機(jī)發(fā)展概況 6
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成部分 6
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理 6
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成部分 7
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn) 7
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求 8
1.4.1 設(shè)計(jì)步驟 9
1.4.2 明確設(shè)計(jì)要求 9
第2章 快速輪胎充氣機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
2.1主機(jī)的功能結(jié)構(gòu) 10
2.2 工作原理 10
2.3課題設(shè)計(jì)要求 11
第3章 快速輪胎充氣機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
3.1 液壓缸的主要主要參數(shù) 12
3.2活塞桿強(qiáng)度計(jì)算 12
3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算 13
3.4活塞桿最大容許行程 14
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定 15
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算 15
3.5.2液壓缸壁厚計(jì)算 15
3.6液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算 16
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 17
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu) 17
3.7.2缸體材料 17
3.7.3缸體技術(shù)條件 17
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 17
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式 17
3.8.2活塞的密封 18
3.8.3活塞的材料 18
3.8.4活塞的技術(shù)要求 18
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì) 19
3.9.1端部結(jié)構(gòu) 19
3.9.2端部尺寸 19
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu) 19
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求 19
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵 20
3.10.1導(dǎo)向套 20
3.10.2活塞桿的密封與防塵 20
3.11 缸蓋的材料 21
3.12 自動(dòng)定心裝置 21
第4章 快速輪胎充氣機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì) 23
4.1 機(jī)架的基本尺寸的確定 23
4.2 架子材料的選擇確定 23
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核 23
第5章 快速輪胎充氣機(jī)電路控制設(shè)計(jì) 26
5.1系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 26
5.2 總體設(shè)計(jì)流程 26
5.3 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì) 27
5.4 氣壓檢測(cè)及A/D、D/A模塊的設(shè)計(jì) 30
5.4.1氣壓檢測(cè) 30
5.4.2方案選擇 30
5.4.3電路設(shè)計(jì)與分析 31
5.5 軟件設(shè)計(jì) 33
5.5.1 A/D模塊軟件設(shè)計(jì) 33
5.5.2 D/A模塊軟件設(shè)計(jì) 35
參考文獻(xiàn) 36
總 結(jié) 38
致 謝 39
第1章 概述
1.1 輪胎充氣機(jī)發(fā)展概況
隨著時(shí)代的發(fā)展，汽車(chē)已經(jīng)進(jìn)入了尋常百姓家，汽車(chē)工業(yè)也經(jīng)歷了有史以來(lái)最高速的發(fā)展期，同時(shí)也對(duì)汽車(chē)制造業(yè)提出了更高的要求?？焖佥喬コ錃鈾C(jī)正是基于這樣的狀況下而產(chǎn)生的提高汽車(chē)輪胎裝配效率的一種新型工具。該課題的研究對(duì)于提高學(xué)生的工程能力，拓展生存空間有著非常重要的意義，以及為今后進(jìn)一步研究快速充氣機(jī)的研究做一個(gè)前期的準(zhǔn)備工作，具有重要的社會(huì)意義。
自動(dòng)充氣機(jī)是通過(guò)微處理器和壓力傳感器自動(dòng)調(diào)節(jié)輪胎氣壓的尖端科技產(chǎn)品，一次性完成對(duì)輪胎的充氣/放氣/檢驗(yàn)，精度高、速度快、經(jīng)久耐用、操作簡(jiǎn)單，帶給輪胎更好的保護(hù)。它的出現(xiàn)完全替代手動(dòng)氣壓表消除誤差、更好的保護(hù)輪胎。
1.2 液壓傳動(dòng)的工作原理及組成部分
1.2.1 液壓傳動(dòng)的工作原理
驅(qū)動(dòng)的液壓系統(tǒng)，它由油箱、濾油器、液壓泵、溢流閥、開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥、液壓缸以及連接這些元件的油管組成。它的工作原理：液壓泵由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)后，從油箱中吸油。油液經(jīng)濾油器進(jìn)入液壓泵，當(dāng)它從泵中輸出進(jìn)入壓力管后，將換向閥手柄、開(kāi)停手柄方向往內(nèi)的狀態(tài)下，通過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥、換向閥進(jìn)入液壓缸左腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向右移動(dòng)。這時(shí)，液壓缸右腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油箱。
如果將換向閥手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，則壓力管中的油將經(jīng)過(guò)開(kāi)停閥、節(jié)流閥和換向閥進(jìn)入液壓缸右腔，推動(dòng)活塞和工作臺(tái)向左移動(dòng)，并使液壓缸左腔的油經(jīng)換向閥和回油管排回油管。
工作臺(tái)的移動(dòng)速度是由節(jié)流閥來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)節(jié)流閥開(kāi)大時(shí)，進(jìn)入液壓缸的油液增多，工作臺(tái)的移動(dòng)速度增大；當(dāng)節(jié)流閥關(guān)小時(shí)，工作臺(tái)的移動(dòng)速度減小。
為了克服移動(dòng)工作臺(tái)時(shí)所受到的各種阻力，液壓缸必須產(chǎn)生一個(gè)足夠大的推力，這個(gè)推力是由液壓缸中的油液壓力產(chǎn)生的。要克服的阻力越大，缸中的油液壓力越高；反之壓力就越低。輸入液壓缸的油液是通過(guò)節(jié)流閥調(diào)節(jié)的，液壓泵輸出的多余的油液須經(jīng)溢流閥和回油管排回油箱，這只有在壓力支管中的油液壓力對(duì)溢流閥鋼球的作用力等于或略大于溢流閥中彈簧的預(yù)緊力時(shí)，油液才能頂開(kāi)溢流閥中的鋼球流回油箱。所以，在系統(tǒng)中液壓泵出口處的油液壓力是由溢流閥決定的，它和缸中的油液壓力不一樣大。
如果將開(kāi)停手柄方向轉(zhuǎn)換成往外的狀態(tài)下，壓力管中的油液將經(jīng)開(kāi)停閥和回油管排回油箱，不輸?shù)揭簤焊字腥?，這時(shí)工作臺(tái)就停止運(yùn)動(dòng)。
從上面的例子中可以得到：
1） 動(dòng)是以液體作為工作介質(zhì)來(lái)傳遞動(dòng)力的。
2）液壓傳動(dòng)用液體的壓力能來(lái)傳遞動(dòng)力，它與利用液體動(dòng)能的液力傳
動(dòng)是不相同的。
3）壓傳動(dòng)中的工作介質(zhì)是在受控制、受調(diào)節(jié)的狀態(tài)下進(jìn)行工作的，
因此液壓傳動(dòng)和液壓控制常常難以截然分開(kāi)。
1.2.2 液壓傳動(dòng)的組成部分
液壓傳動(dòng)裝置主要由以下四部分組成：
1）能源裝置——把機(jī)械能轉(zhuǎn)換成油液液壓能的裝置。最常見(jiàn)的形式就是液壓泵，它給液壓系統(tǒng)提供壓力油。
2）執(zhí)行裝置——把油液的液壓能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的裝置。它可以是作直線運(yùn)動(dòng)的液壓缸，也可以是作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的液壓馬達(dá)。
3)制調(diào)節(jié)裝置——對(duì)系統(tǒng)中油液壓力、流量或流動(dòng)方向進(jìn)行控制或調(diào)節(jié)的裝置。例如溢流閥、節(jié)流閥、換向閥、開(kāi)停閥等。這些元件的不同組合形成了不同功能的液壓系統(tǒng)。
4)輔助裝置——上述三部分以外的其它裝置，例如油箱、濾油器、油管等。它們對(duì)保證系統(tǒng)正常工作也有重要作用。
1.3 液壓傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)
液壓傳動(dòng)有以下一些優(yōu)點(diǎn)：
1） 在同等的體積下，液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生出更多的動(dòng)力，因?yàn)?
液壓系統(tǒng)中的壓力可以比電樞磁場(chǎng)中的磁力大出30~40倍。在同等的功率下，液壓裝置的體積小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。液壓馬達(dá)的體積和重量只有同等功率電動(dòng)機(jī)的12%左右。
2） 液壓裝置工作比較平穩(wěn)。由于重量輕、慣性小、反應(yīng)快，液壓裝置
易于實(shí)現(xiàn)快速啟動(dòng)、制動(dòng)和頻繁的換向。液壓裝置的換向頻率，在實(shí)現(xiàn)往復(fù)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)500次/min，實(shí)現(xiàn)往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)時(shí)可達(dá)1000次/min。
3） 液壓裝置能在大范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速（調(diào)速范圍可達(dá)2000），它還
可以在運(yùn)行的過(guò)程中進(jìn)行調(diào)速。
4） 液壓傳動(dòng)易于自動(dòng)化，這是因?yàn)樗鼘?duì)液體壓力、流量或流動(dòng)方向易
于進(jìn)行調(diào)節(jié)或控制的緣故。當(dāng)將液壓控制和電氣控制、電子控制或氣動(dòng)控制結(jié)合起來(lái)使用時(shí)，整個(gè)傳動(dòng)裝置能實(shí)現(xiàn)很復(fù)雜的順序動(dòng)作，接受遠(yuǎn)程控制。
5） 液壓裝置易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。液壓缸和液壓馬達(dá)都能長(zhǎng)期在失速狀
態(tài)下工作而不會(huì)過(guò)熱，這是電氣傳動(dòng)裝置和機(jī)械傳動(dòng)裝置無(wú)法辦到的。液壓件能自行潤(rùn)滑，使用壽命較長(zhǎng)。
6） 由于液壓元件已實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化，液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、
制造和使用都比較方便。液壓元件的排列布置也具有較大的機(jī)動(dòng)性。
7） 用液壓傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)直線運(yùn)動(dòng)遠(yuǎn)比用機(jī)械傳動(dòng)簡(jiǎn)單。
液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：
1） 液壓傳動(dòng)不能保證嚴(yán)格的傳動(dòng)化，這是由液壓油液的可壓縮性和泄
漏等原因造成的。
2） 液壓傳動(dòng)在工作過(guò)程中常有較多的能量損失（摩擦損失、泄漏損失
等），長(zhǎng)距離傳動(dòng)時(shí)更是如此。
3） 液壓傳動(dòng)對(duì)油溫變化比較敏感，它的工作穩(wěn)定性很易受到溫度的影
響，因此它不宜在很高或很低的溫度條件下工作。
4） 為了減少泄漏，液壓元件在制造精度上的要求較高，因此它的造價(jià)
較貴，而且對(duì)油液的污染比較敏感。
5） 液壓傳動(dòng)要求有單獨(dú)的能源。
6） 液壓傳動(dòng)出現(xiàn)故障時(shí)不易找出原因。
總的說(shuō)來(lái)，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是突出的，它的一些缺點(diǎn)有的現(xiàn)已大為改善，有的將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而進(jìn)一步得到克服。
1.4 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟與設(shè)計(jì)要求
液壓傳動(dòng)系統(tǒng)是液壓機(jī)械的一個(gè)組成部分，液壓傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要同主機(jī)的總體設(shè)計(jì)同時(shí)進(jìn)行。著手設(shè)計(jì)時(shí)，必須從實(shí)際情況出發(fā)，有機(jī)地結(jié)合各種傳動(dòng)形式，充分發(fā)揮液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，力求設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠、成本低、效率高、操作簡(jiǎn)單、維修方便的液壓傳動(dòng)系統(tǒng)。
1.4.1 設(shè)計(jì)步驟
????液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟并無(wú)嚴(yán)格的順序，各步驟間往往要相互穿插進(jìn)行。一般來(lái)說(shuō)，在明確設(shè)計(jì)要求之后，大致按如下步驟進(jìn)行。
????1）確定液壓執(zhí)行元件的形式；
????2）進(jìn)行工況分析，確定系統(tǒng)的主要參數(shù)；
????3）制定基本方案，擬定液壓系統(tǒng)原理圖；
????4）選擇液壓元件；
????5）液壓系統(tǒng)的性能驗(yàn)算；
1.4.2 明確設(shè)計(jì)要求
????設(shè)計(jì)要求是進(jìn)行每項(xiàng)工程設(shè)計(jì)的依據(jù)。在制定基本方案并進(jìn)一步著手液壓系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)之前，必須把設(shè)計(jì)要求以及與該設(shè)計(jì)內(nèi)容有關(guān)的其他方面了解清楚。
????1）主機(jī)的概況：用途、性能、工藝流程、作業(yè)環(huán)境、總體布局等；
????2）液壓系統(tǒng)要完成哪些動(dòng)作，動(dòng)作順序及彼此聯(lián)鎖關(guān)系如何；
????3）液壓驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)形式，運(yùn)動(dòng)速度；
????4）各動(dòng)作機(jī)構(gòu)的載荷大小及其性質(zhì)；
????5）對(duì)調(diào)速范圍、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性、轉(zhuǎn)換精度等性能方面的要求；
????6）自動(dòng)化程序、操作控制方式的要求；
????7）對(duì)防塵、防爆、防寒、噪聲、安全可靠性的要求；
8）對(duì)效率、成本等方面的要求。
第2章 快速輪胎充氣機(jī)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1主機(jī)的功能結(jié)構(gòu)
隨著汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展，傳統(tǒng)的輪胎充氣工藝遠(yuǎn)不能適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)規(guī)模的要求。研制與輪胎流水作業(yè)生產(chǎn)線配套的，機(jī)械化、自動(dòng)化、節(jié)能高效的充氣設(shè)備是現(xiàn)代化汽車(chē)生產(chǎn)企業(yè)亟待解決的實(shí)際問(wèn)題。
設(shè)備由本體臺(tái)架、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、氣動(dòng)系統(tǒng)、微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)等4部分組成。其中本體臺(tái)架又由工作臺(tái)、車(chē)輪傳送機(jī)構(gòu)、車(chē)輪定位機(jī)構(gòu)、車(chē)輪卡緊機(jī)構(gòu)、輪胎充氣裝置等5部分組成。
圖2.1 快速輪胎充氣機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
2.2 工作原理
本公開(kāi)了一種與現(xiàn)用打氣筒操作方式完全不同并裝有安全閥的新型式輪胎打氣機(jī)。它操作更省力、簡(jiǎn)便，工作效率提高，可避免輪胎打爆，適用于各種 輪胎打氣。其特點(diǎn)是：兩個(gè)氣筒內(nèi)各放置一特制活塞體，并由一根推桿連接兩活塞體，兩個(gè)氣筒的另一端，分別通過(guò)一個(gè)內(nèi)裝單向氣門(mén)的彎管與一個(gè)過(guò)渡裝氣筒密封 連接，在推桿的中點(diǎn)安裝一個(gè)固定軸及軸套，與操作桿下端的開(kāi)口滑頭相配合，過(guò)渡裝氣筒上裝設(shè)有安全閥。使用時(shí)，在安全閥上設(shè)定輪胎的最大充氣量，翻開(kāi)并腳 踩踏板，前后扳動(dòng)手柄，當(dāng)安全閥排氣時(shí)，即完成充氣。
2.3課題設(shè)計(jì)要求
(1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。
第3章 快速輪胎充氣機(jī)工作機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
快速輪胎充氣機(jī)的工作機(jī)構(gòu)主要是通過(guò)液壓缸來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。
3.1 液壓缸的主要主要參數(shù)
課題的主要技術(shù)要求：
(1).最大鎖緊力：≥15000N；(2).下行速度：20mm/sec；(3).最大工作壓力：1Mpa；(4).總體尺寸：800X600X2000mm。
快進(jìn)時(shí)采用差動(dòng)聯(lián)接，并取無(wú)桿腔有效面積等于有桿腔有效面積的兩倍，即。為了防止在滑臺(tái)突然前沖，在回油路中裝有背壓閥，初選背壓。最大工作壓力：1Mpa；
初選最大負(fù)載工進(jìn)階段的負(fù)載F=15000N，按此計(jì)算則
(3.4)
液壓缸直徑
由可知活塞桿直徑
按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到最相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得
按標(biāo)準(zhǔn)直徑算出
3.2活塞桿強(qiáng)度計(jì)算
活塞桿在穩(wěn)定工作下，如果僅受軸向拉力或壓力載荷時(shí)，便可以近似的采用直桿承受拉、壓載荷的簡(jiǎn)單強(qiáng)度計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，
活塞桿應(yīng)力 (3.5)
或 (3.6)
式中P—活塞桿所受的軸向載荷
d—活塞桿直徑
—活塞桿制造材料的許用應(yīng)力
根據(jù)以上公式可知
液壓缸
可見(jiàn)，活塞桿的強(qiáng)度均滿足要求。
3.3 液壓缸活塞的推力及拉力計(jì)算
液壓油作用在液壓缸活塞上的作用力P，對(duì)于一般單邊活塞桿液壓缸來(lái)說(shuō)，當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：
(3.7)
當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：
(3.8)
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
(3.9)
式中 D—活塞直徑（即液壓缸內(nèi)徑）cm
d—活塞桿直徑 cm
-液壓缸的工作壓力
當(dāng)活塞桿前進(jìn)時(shí)的推力：
當(dāng)活塞桿后退時(shí)的拉力：
當(dāng)活塞桿差動(dòng)前進(jìn)時(shí)（即活塞的兩側(cè)同時(shí)進(jìn)壓力相同的壓力油）的推力：
液壓缸活塞的推力及拉力可以直接從附錄中的有關(guān)計(jì)算中查出；大部分也可以從《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-133中直接讀出。
表11-133為活塞桿直徑d采用速度比計(jì)算得出，不同液壓缸直徑D和壓力下液壓缸活塞上的推力及拉力數(shù)值。
圖3.1 液壓缸活塞的受力
3.4活塞桿最大容許行程
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》表11-141和表11-142即可以概略的求出液壓缸的最大容許行程。
兩個(gè)液壓缸均采用如圖固定—自由模式進(jìn)行安裝。
圖3.2 安裝型式簡(jiǎn)圖
根據(jù)長(zhǎng)度公式 (3.12)
(3.13)
可知切斷液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度l和實(shí)際行程S分別為
==52.54cm
=52.54-6=46.5cm
液壓缸活塞桿計(jì)算長(zhǎng)度l和實(shí)際行程S分別為
=
=72.78-5.5=67.28cm
3.5液壓缸內(nèi)徑及壁厚的確定
3.5.1液壓缸內(nèi)徑計(jì)算
當(dāng)P和p已知，則液壓缸內(nèi)徑D可按公式得：
(3.14)
式中 P—活塞桿上的總作用力，N
p—液壓油的工作壓力，KN
液壓缸的內(nèi)徑為63mm。
3.5.2液壓缸壁厚計(jì)算
一般，低壓系統(tǒng)用的液壓缸都是薄壁缸，薄壁可用下式計(jì)算：
(3.15)
式中，—缸壁厚度，m
p—液壓缸內(nèi)工作壓力，Pa
[σ]—?jiǎng)傮w材料的許用應(yīng)力
D—液壓缸內(nèi)徑，cm
當(dāng)額定壓力Pn≤16MPA時(shí)，Pp=Pn×150/100
當(dāng)額定壓力Pn＞16MPA時(shí)，Pp=Pn×125/100
(3.16)
—缸體材料的抗拉強(qiáng)度，Pa
n—安全系數(shù)，一般可取n=5
應(yīng)當(dāng)注意，當(dāng)計(jì)算出的液壓缸壁較薄時(shí)，要按結(jié)構(gòu)需要適當(dāng)加厚。
因此，根據(jù)上述公式可得，
切斷液壓缸
液壓缸
故切斷液壓缸的壁厚為18mm，液壓缸的壁厚為15mm。
關(guān)于液壓缸的安全系數(shù)，在設(shè)計(jì)液壓缸時(shí)通常取n=5。但是這在比較平穩(wěn)的工作條件下，強(qiáng)度有些余量；相反，假如工作條件為動(dòng)載荷或沖擊壓力超過(guò)超耐壓力時(shí)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)狀態(tài)。因此合理的安全系數(shù)，應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用條件選取。
3.6液壓缸筒與缸底的連接計(jì)算
缸體法蘭連接螺栓計(jì)算
缸體與端部用法蘭連接或拉桿連接時(shí)，螺栓或拉桿的強(qiáng)度計(jì)算如下：
圖3.3 缸體聯(lián)接
螺紋處的拉應(yīng)力
(3.17)
螺紋處的剪應(yīng)力
(3.18)
合成應(yīng)力
(3.19)
式中 Z—螺栓或拉桿的數(shù)量
—材料為45鋼時(shí)，=30
3.7 缸體結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.7.1缸體端部連接結(jié)構(gòu)
采用簡(jiǎn)單的焊接形式，其特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸小，重量輕，使用廣泛。缸體焊接后可能變形，且內(nèi)徑不易加工。所以在加工時(shí)應(yīng)小心注意。主要用于活塞式液壓缸。
3.7.2缸體材料
液壓缸缸體的常用材料為20、35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。因20號(hào)鋼的機(jī)械性能略低，且不能調(diào)質(zhì)，應(yīng)用較少。當(dāng)缸筒與缸底、缸頭、管接頭或耳軸等件需要焊接時(shí)，則應(yīng)采用焊接性能比較號(hào)的35號(hào)鋼，粗加工后調(diào)質(zhì)。一般情況下，均采用45號(hào)鋼，并應(yīng)調(diào)質(zhì)到241~285HB。
缸體毛坯可采用鍛鋼，鑄鐵或鑄鐵件。鑄剛可采用ZG35B等材料，鑄鐵可采用HT200~HT350之間的幾個(gè)牌號(hào)或球墨鑄鐵。特殊情況可采用鋁合金等材料。
3.7.3缸體技術(shù)條件
a. 缸體內(nèi)徑采用H8、H9配合。表面粗糙度：當(dāng)活塞采用橡膠密封圈時(shí)，Ra為0.1~0.4，當(dāng)活塞用活塞環(huán)密封時(shí)，Ra為0.2~0.4。且均需衍磨。
b. 熱處理：調(diào)質(zhì)，硬度HB241~285。
c. 缸體內(nèi)徑D的圓度公差值可按9、10或11級(jí)精度選取，圓柱度公差值應(yīng)按8級(jí)精度選取。
d. 缸體端面T的垂直度公差可按7級(jí)精度選取。
e. 當(dāng)缸體與缸頭采用螺紋聯(lián)接時(shí)，螺紋應(yīng)取為6級(jí)精度的公制螺紋。
f. 當(dāng)缸體帶有耳環(huán)或銷軸時(shí)，孔徑或軸徑的中心線對(duì)缸體內(nèi)孔軸線的垂直公差值應(yīng)按9級(jí)精度選取。
g. 為了防止腐蝕和提高壽命，缸體內(nèi)表面應(yīng)鍍以厚度為30~40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
3.8 活塞結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.8.1活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
表3.1 活塞與活塞桿的聯(lián)接型式
聯(lián)接方式
備注說(shuō)明
整體聯(lián)接
用于工作壓力較大而活塞直徑又較小的情況
螺紋聯(lián)接
常用的聯(lián)接方式
半環(huán)聯(lián)接
用于工作壓力、機(jī)械振動(dòng)較大的情況下
這里采用螺紋聯(lián)接。
3.8.2活塞的密封
活塞與缸體的密封結(jié)構(gòu)，隨工作壓力、環(huán)境溫度、介質(zhì)等條件的不同而不同。常用的密封結(jié)構(gòu)見(jiàn)下表
表3.2常用的密封結(jié)構(gòu)
密封形式
備注說(shuō)明
間隙密封
用于低壓系統(tǒng)中的液壓缸活塞的密封
活塞環(huán)密封
適用于溫度變化范圍大，要求摩擦力小、壽命長(zhǎng)的活塞密封
O型密封圈密封
密封性能好，摩擦系數(shù)??；安裝空間小，廣泛用于固定密封和運(yùn)動(dòng)密封
Y型密封圈密封
用在20MPa下、往復(fù)運(yùn)動(dòng)速度較高的液壓缸密封
結(jié)合本設(shè)計(jì)所需要求，采用O型密封圈密封比較合適。
3.8.3活塞的材料
液壓缸常用的活塞材料為耐磨鑄鐵、灰鑄鐵（HT300、HT350）、鋼及鋁合金等，這里采用45號(hào)鋼。
3.8.4活塞的技術(shù)要求
a. 活塞外徑D對(duì)內(nèi)孔的徑向跳動(dòng)公差值，按7、8級(jí)精度選取。
b. 端面T對(duì)內(nèi)孔軸線的垂直度公差值，應(yīng)按7級(jí)精度選取。
c. 外徑D的圓柱度公差值，按9、10或11級(jí)精度選取。
圖3.3 活塞
3.9活塞桿結(jié)構(gòu)材料設(shè)計(jì)
3.9.1端部結(jié)構(gòu)
活塞桿的端部結(jié)構(gòu)分為外螺紋、內(nèi)螺紋、單耳環(huán)、雙耳環(huán)、球頭、柱銷等多種形式。根據(jù)本設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)，為了便于拆卸維護(hù)，可選用內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)。
3.9.2端部尺寸
如圖，為內(nèi)螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖。查表11-148，按照本設(shè)計(jì)要求，選用直徑螺距-螺紋長(zhǎng)=。
圖3.2 螺紋聯(lián)接簡(jiǎn)圖
3.9.3活塞桿結(jié)構(gòu)
活塞桿有實(shí)心和空心兩種，如下圖。實(shí)心活塞桿的材料為35、45號(hào)鋼；空心活塞桿材料為35、45號(hào)無(wú)縫鋼管。本設(shè)計(jì)采用實(shí)心活塞桿，選用45號(hào)鋼。
圖3.3 空心活塞桿 圖3.4 實(shí)心活塞桿
3.9.4活塞桿的技術(shù)要求
a. 活塞桿的熱處理：粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為HB229~285，必要時(shí)，再經(jīng)過(guò)高頻淬火，硬度達(dá)HRC45~55。在這里只需調(diào)質(zhì)到HB230即可。
b. 活塞桿的圓度公差值，按9~11級(jí)精度選取。這里取10級(jí)精度。
c. 活塞桿的圓柱度公差值，應(yīng)按8級(jí)精度選取。
d. 活塞桿的徑向跳動(dòng)公差值，應(yīng)為0.01mm。
e. 端面T的垂直度公差值，則應(yīng)按7級(jí)精度選取。
f. 活塞桿上的螺紋，一般應(yīng)按6級(jí)精度加工（如載荷較小，機(jī)械振動(dòng)也較小時(shí)，允許按7級(jí)或8級(jí)精度制造）。
g. 活塞桿上工作表面的粗糙度為Ra0.63, 為了防止腐蝕和提高壽命，表面應(yīng)鍍以厚度約為40的鉻層，鍍后進(jìn)行衍磨或拋光。
3.10活塞桿的導(dǎo)向、密封和防塵
3.10.1導(dǎo)向套
a. 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式、結(jié)構(gòu)
表3.3 導(dǎo)向套的導(dǎo)向方式
導(dǎo)向方式
備注說(shuō)明
缸蓋導(dǎo)向
減少零件數(shù)量，裝配簡(jiǎn)單，磨損相對(duì)較快
管通導(dǎo)套
可利用壓力油潤(rùn)滑導(dǎo)向套，并使其處于密封狀態(tài)
可拆導(dǎo)向套
容易拆卸，便于維修。適用于工作條件惡劣、經(jīng)常更換導(dǎo)向套的場(chǎng)合
球面導(dǎo)向套
導(dǎo)向套自動(dòng)調(diào)整位置，磨損比較均勻
本設(shè)計(jì)采用缸蓋導(dǎo)向。
b. 導(dǎo)向套材料
導(dǎo)向套的常用材料為鑄造青銅或耐磨鑄鐵。由于選用的是和缸蓋一體的導(dǎo)向套，所以材料和缸蓋也是相同的，都選用耐磨鑄鐵。
c. 導(dǎo)向套的技術(shù)要求
導(dǎo)向套的內(nèi)徑配合一般取為H8/f9，其表面粗糙度則為Ra0.63~1.25。
3.10.2活塞桿的密封與防塵
這里仍采用O型密封圈，材料選擇薄鋼片組合防塵圈，防塵圈與活塞桿的配合可按H9/f9選取。薄鋼片厚度為0.5mm。
3.11 缸蓋的材料
液壓缸的缸蓋可選用35、45號(hào)鍛鋼或ZG35、ZG45鑄鋼或HT200、HT300、HT350鑄鐵等材料。在這里選擇ZG45鑄鋼。缸蓋按9、10或11級(jí)精度選取。
3.12 自動(dòng)定心裝置
氣動(dòng)帶動(dòng)滑動(dòng)體，然后帶動(dòng)平行四邊形連桿體，氣缸上升或下降，實(shí)現(xiàn)平行四邊形連桿體松開(kāi)或擰緊。
第4章 快速輪胎充氣機(jī)機(jī)架的設(shè)計(jì)
4.1 機(jī)架的基本尺寸的確定
機(jī)架是支撐及其所有附件的可移動(dòng)機(jī)構(gòu)。要保證拆裝方便、安全；重量要輕，便于移動(dòng)；架子要有足夠的空間安裝。而且每個(gè)總成之間要考慮它們之間的協(xié)調(diào)關(guān)系?？紤]到這些方面的因素后要確定的一些尺寸根據(jù)這些數(shù)據(jù)，大概確定架子的長(zhǎng)高。這樣架子的地面的結(jié)構(gòu)就確定了。支撐的部件是支撐板，支撐板固定在支承軸上，支承軸安裝在機(jī)架上。
為了使機(jī)架能夠方便移動(dòng)，須在架子上裝輪子，因此在架子的4個(gè)側(cè)面通過(guò)螺栓各連接兩個(gè)輪子，使得架子和輪子連接牢固?？拷D(zhuǎn)盤(pán)這端安裝有鎖止裝置，使得架子在任何位置都能停止固定。
4.2 架子材料的選擇確定
架子的結(jié)構(gòu)確定后，就需要準(zhǔn)備材料，買(mǎi)材料時(shí)要考慮鋼材的性能，同時(shí)也要考慮成本，再者還要考慮到其美觀，通過(guò)到市場(chǎng)調(diào)查分析后，臺(tái)架選用60㎜×60㎜的方鋼和50×50的角鋼組合制作。其規(guī)格如表一所示。
受力比較小的底架就用50㎜的角鋼制作，其他的受力大的轉(zhuǎn)架就用60㎜的方鋼制作。在轉(zhuǎn)架與支撐板的固定處需要用軸連接。
表5-1 鋼材的尺寸
規(guī)格
60㎜×60㎜
50㎜×50㎜
橫截面圖
長(zhǎng)度
500㎜
567㎜
材料
Q235
Q235
5.3 主要梁的強(qiáng)度校核
估算支撐的質(zhì)量為25㎏（250N），考慮到一些外在壓力，按照重量為600N進(jìn)行校核。支承軸160㎜，查機(jī)械工程材料 P105頁(yè)表5-2得，Q235鋼材的屈服強(qiáng)度σ b =375～460MPa，取σ b=375 MP a
解：和軸一樣建立如圖所示的坐標(biāo)系。
以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖6.1所示的平面直角坐標(biāo)系。
因?yàn)椋篎RD =600N ，把RDE從D點(diǎn)移到E后的受力情況如圖6.1所示。
圖5.1
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=Fab×Lbe=600×0.300N·M=180 N·m
計(jì)算軸的集慣性矩Ip和抗彎截面系數(shù)Wz，因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，
所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=180/（6773.69×10--6）P a=0.26MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.26MP a=1.5 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。解：以軸心為x軸，垂直上平面的直線為y軸，一端點(diǎn)為圓點(diǎn)建立如圖2.2.1所示的平面直角坐標(biāo)系。軸的受力分析。軸的軸心受力簡(jiǎn)圖如圖2.2.1-b所示。通過(guò)受力圖可以明顯看出軸的最大彎矩是在BE點(diǎn)之間。
把F從C點(diǎn)移到B 后的受力情況如圖2.2.1- b 所示。
得到一個(gè)F和一個(gè)力矩M=F×Lbe=600×0.3N·M=180 N·m
因?yàn)椋篎ba+Fde=2F=1200N
由于軸的受力完全對(duì)稱，故Fba=Fde=F=600N
B點(diǎn)和F點(diǎn)的彎矩為：MB=WF=Fba×Lde+M=600×0.01+180 N·m=601.8N·m
受力情況如圖2.2.1所示.
計(jì)算軸的極慣性矩Ip 和抗彎截面系數(shù)Wz因?yàn)椴牧虾洼S的是一樣的，所以σ b=375 MP a ,
Ip=∫y2dA =10.16cm4; W= Ip/y max=6773.6884×10--6m3
所以
σ max= M max / W=305/（6773.69×10--6）P a=0.45MP a
也設(shè)安全系數(shù)：K=5
故：K×σ max=5×0.45 MP a=2.25 MP a﹤σ b=375 MP a
因此：也可以做出結(jié)論轉(zhuǎn)架在安全系數(shù)為5的情況下也是安全的。
所以可以進(jìn)行制作。
第5章 快速輪胎充氣機(jī)電路控制設(shè)計(jì)
5.1系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)
總體設(shè)計(jì)思路[1]：首先由壓力傳感器將檢測(cè)到的車(chē)輪胎內(nèi)部的當(dāng)前氣壓參數(shù)， 傳輸?shù)侥?數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0832的一路模擬信號(hào)通道，轉(zhuǎn)換出八路數(shù)字信號(hào)傳給單片機(jī)AT89S52，接著單片機(jī)把計(jì)算氣壓值送給LCD1602并讓它顯示當(dāng)前氣壓值。然后鍵盤(pán)輸入我們需要的氣壓值，經(jīng)單片機(jī)AT89S52鍵盤(pán)掃描程序讀出鍵值，并在LCD1602上顯示出來(lái)，接著通過(guò)控制核心(單片機(jī))比較當(dāng)前氣壓值與輸入的氣壓值：如果輸入值大于當(dāng)前氣壓值時(shí)，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出一個(gè)控制命令驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，開(kāi)始充氣，在充氣的同時(shí)繼續(xù)對(duì)氣壓進(jìn)行采樣，當(dāng)兩個(gè)值相等時(shí)，中斷驅(qū)動(dòng)電路，停止充氣；而如果當(dāng)前氣壓值大于輸入值時(shí)，單片機(jī)發(fā)送控制命令到電磁閥驅(qū)動(dòng)器，開(kāi)通電磁閥，放氣開(kāi)始，與此同時(shí)仍然進(jìn)行氣壓采樣，當(dāng)兩值相等時(shí)，電磁閥斷開(kāi)，停止放氣。在夜間，特別是在有車(chē)輛行駛的路邊加氣時(shí)，我們有照明燈和警示燈，通過(guò)特殊功能鍵可使照明燈發(fā)光工作或警示燈發(fā)出警示信號(hào)，給使用者的操作帶來(lái)方便，避免發(fā)生交通事故。
5.2 總體設(shè)計(jì)流程
本設(shè)計(jì)以AT89S52單片機(jī)為核心，對(duì)所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。將掃描到的鍵盤(pán)輸入值在LCD1602上顯示，并運(yùn)用ADC0832對(duì)氣壓傳感器采集到的模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳送給單片機(jī)進(jìn)行處理。同時(shí)用LCD1602來(lái)顯示外部采集到的氣壓值。如果檢測(cè)到的氣壓值小于設(shè)定的氣壓值，則單片機(jī)控制充氣工作，若檢測(cè)到的氣壓值大于設(shè)定的氣壓值，則TLV5616對(duì)單片機(jī)處理好的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換再將轉(zhuǎn)換好的模擬信號(hào)傳送給電磁閥，電磁閥隨著放氣的進(jìn)行，電磁閥的閥門(mén)慢慢變小，放氣的速度也隨著減慢，這樣可以減小誤差。系統(tǒng)的總流程圖如圖2-1所示
比較
相等
初始化
電流采樣（壓力傳感器）
AD轉(zhuǎn)換
單片機(jī)
LCD顯示
鍵盤(pán)掃描
驅(qū)動(dòng)電機(jī)充氣
電磁閥
放氣
停止電機(jī)
相等
大于
小于
是
是
否
否
圖2-1 總體流程圖
5.3 單片機(jī)控制模塊的設(shè)計(jì)
方案一：采用AT89S52 8位單片機(jī)
AT89S52[3]是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS?8位單片機(jī)，片內(nèi)含8k?bytes的可反復(fù)擦寫(xiě)的只讀程序存儲(chǔ)器（PEROM）和256bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，與標(biāo)準(zhǔn)MCS－51指令系統(tǒng)及8052產(chǎn)品引腳兼容，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大AT89S52單片機(jī)適合于許多較為復(fù)雜控制應(yīng)用場(chǎng)合。
AT89S52有40個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入/輸出（I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含2個(gè)外中斷口，3個(gè)16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器,2個(gè)全雙工串行通信口，2個(gè)讀寫(xiě)口線，AT89S52可以按照常規(guī)方法進(jìn)行編程，也可以在線編程。其將通用的微處理器和Flash存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的Flash存儲(chǔ)器可有效地降低開(kāi)發(fā)成本。
AT89S52主要功能特性：
1、兼容MCS51指令系統(tǒng)
2、8k可反復(fù)擦寫(xiě)(>1000次)Flash ROM
3、32個(gè)雙向I/O口等。
此單片機(jī)是小型電子產(chǎn)品普遍采用的微控芯片，性價(jià)比高。在控制領(lǐng)域應(yīng)用也比較普遍。
方案二：采用高檔高位機(jī)——凌陽(yáng)的61單片機(jī)
凌陽(yáng)的16位單片機(jī)就是為適應(yīng)這種發(fā)展而設(shè)計(jì)的。它的CPU內(nèi)核采用凌陽(yáng)最新推出的μ’nSP?（Microcontroller and Signal Processor）16位微處理器芯片（以下簡(jiǎn)稱μ’nSP?）。圍繞μ’nSP?所形成的16位μ’nSP?系列單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱μ’nSP?家族）采用的是模塊式集成結(jié)構(gòu)，它以μ’nSP?內(nèi)核為中心集成不同規(guī)模的ROM、RAM和功能豐富的各種外設(shè)接口部件。
具有以下等性能 ：
① 16位μ’nSP?微處理器；
②工作電壓(CPU) VDD為2.4~3.6V (I/O) VDDH為2.4~5.5V
③ CPU時(shí)鐘：0.32MHz~49.152MHz ；
④ 內(nèi)置2K字SRAM；內(nèi)置32K FLASH；
⑤ 使用凌陽(yáng)音頻編碼SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容納210秒的語(yǔ)音數(shù)據(jù)；
⑥ 32位通用可編程輸入/輸出端口；
⑦ 7通道10位電壓模-數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和單通道聲音模-數(shù)轉(zhuǎn)換器；
此類單片機(jī)功能更強(qiáng)，但是價(jià)格比較昂貴。
綜合本設(shè)計(jì)所要實(shí)現(xiàn)的各部分功能！僅需一片AT89S52單片機(jī)就可以滿足設(shè)計(jì)的需要，因此采用AT89S52作為主控芯片。
為了使電路更加緊湊，外部引線更加少，需合理設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的原理圖[2]，以便硬件規(guī)劃與設(shè)計(jì)。硬件總電路圖如圖3-1所示
圖3-1 硬件總體布局
整個(gè)系統(tǒng)的控制核心是AT89S52，因此對(duì)單片機(jī)的資源要合理分配與利用。
單片機(jī)的IO口資源分配。
表3-1 IO口分配
鍵盤(pán)控制模塊
P0.0-P0.7
設(shè)置比較的氣壓值
氣壓采集模塊
P2.4-P2.7
通過(guò)ADC0832采集氣壓
電機(jī)模塊(充氣)
P3.3
控制電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)
電磁閥（放氣）
P2.1-P2.3
通過(guò)TLV5616控制電磁閥
LCD模塊
P1.0-P1.7
LCD數(shù)據(jù)
P3.0-P3.2
LCD控制信號(hào)
照明燈控制
P3.4
控制燈的亮滅
在自動(dòng)充氣機(jī)中的各個(gè)部分，并不是每一個(gè)部分都用到了單片機(jī)的控制。由于本文研究的是單片機(jī)在自動(dòng)充氣機(jī)中應(yīng)用，因此，對(duì)于沒(méi)有用到單片機(jī)的部分就不做過(guò)多的闡述，主要針對(duì)有用到單片機(jī)的重要部分做詳細(xì)地闡述。在自動(dòng)充氣機(jī)中的氣壓檢測(cè)及模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、顯示模塊、鍵盤(pán)輸入模塊和照明報(bào)警模塊都是由單片機(jī)來(lái)控制，下面將對(duì)這四個(gè)模塊的設(shè)計(jì)做詳細(xì)介紹。
5.4 氣壓檢測(cè)及A/D、D/A模塊的設(shè)計(jì)
5.4.1氣壓檢測(cè)
通過(guò)壓力傳感器檢測(cè)輪胎當(dāng)前的氣壓參數(shù)并經(jīng)由ADC0832傳給單片機(jī)，由單片機(jī)給LCD1602送數(shù)據(jù)，讓其顯示當(dāng)前的輪胎氣壓值。
5.4.2方案選擇
方案一：采用ADC0809
8路8位A／D轉(zhuǎn)換器，即分辨率8位，采樣頻率，數(shù)據(jù)并行傳輸，可對(duì)8路信號(hào)進(jìn)行分時(shí)采樣。多用于對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行采樣的設(shè)計(jì)中。軟件編程比較簡(jiǎn)單，ADC0809芯片有28條引腳，采用雙列直插式封裝，因此對(duì)它的硬件接線比較麻煩，同時(shí)也會(huì)加大硬件設(shè)計(jì)難度。
方案二：采用ADC0832
ADC0832為8位分辨率A/D轉(zhuǎn)換芯片，其最高分辨可達(dá)256級(jí)，可以適應(yīng)一般的模擬量轉(zhuǎn)換要求。其內(nèi)部電源輸入與參考電壓的復(fù)用，使得芯片的模擬電壓輸入在0～5V之間。8位2路AD轉(zhuǎn)換器即8位分辨率、采樣頻率、數(shù)據(jù)串行傳輸。此轉(zhuǎn)換器一般用于對(duì)少數(shù)信號(hào)進(jìn)行采樣的電路中。外部只有8個(gè)引腳，連線簡(jiǎn)單方便，但是相對(duì)而言軟件編程稍微復(fù)雜一點(diǎn)。
方案三：采用TLV5616 12位轉(zhuǎn)換器。
TLV5616是一個(gè)12位電壓輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC），帶有靈活的4線串行接口，可以無(wú)縫連接TMS320、SPI、QSPI和Microwire串行口。數(shù)字電源和模擬電源分別供電，電壓范圍2.7～5.5V。輸出緩沖是2倍增益rail-to-rail輸出放大器，輸出放大器是AB類以提高穩(wěn)定性和減少建立時(shí)間。rail-to-rail輸出和關(guān)電方式非常適宜單電源、電池供電應(yīng)用。通過(guò)控制字可以優(yōu)化建立時(shí)間和功耗比。精度高，數(shù)據(jù)是串行傳輸?shù)摹Ｖ挥?個(gè)引腳便于接線，軟件編程簡(jiǎn)單。
方案四：采用DAC0832 8位轉(zhuǎn)換器。
DAC0832是采樣頻率為八位的D/A轉(zhuǎn)換芯片，集成電路內(nèi)有兩級(jí)輸入寄存器，使DAC0832芯片具備雙緩沖、單緩沖和直通三種輸入方式，以便適于各種電路的需要(如要求多路D/A異步輸入、同步轉(zhuǎn)換等)。數(shù)據(jù)是進(jìn)行并行傳輸，是以電流的形式輸出。有14個(gè)引腳，硬件連線較煩。軟件編程簡(jiǎn)單。但是使用它并需外加外部轉(zhuǎn)換電路將電流轉(zhuǎn)換成電壓。
從軟件和硬件制作的角度考慮，采用8引腳的ADC0832對(duì)采集到的氣壓值進(jìn)行AD轉(zhuǎn)化。采用TLV5616對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行DA轉(zhuǎn)化。
5.4.3電路設(shè)計(jì)與分析
ADC0832 是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的一種8 位分辨率、雙通道A/D轉(zhuǎn)換芯片。由于它體積小，兼容性強(qiáng)，性價(jià)比高而深受單片機(jī)愛(ài)好者及企業(yè)歡迎，目前已經(jīng)有很高的普及率。學(xué)習(xí)并使用ADC083可以使我們了解A/D轉(zhuǎn)換器的原理，有助于我們對(duì)單片機(jī)技術(shù)水平的提高。
1、ADC0832 具有以下5個(gè)特點(diǎn)：
· 8位分辨率；
· 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；
· 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容；
· 5V電源供電時(shí)輸入電壓在0～5V之間；
· 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32μS；
其引腳電路圖如圖4-1所示
圖4-1 ADC0832引腳圖
芯片轉(zhuǎn)換時(shí)間僅為32μS，具有雙數(shù)據(jù)輸出可作為數(shù)據(jù)校驗(yàn)，以減少數(shù)據(jù)誤差，轉(zhuǎn)換速度快且穩(wěn)定性能強(qiáng)。獨(dú)立的芯片使能輸入，使多器件掛接和處理器控制變的更加方便。通過(guò)DI數(shù)據(jù)輸入端，可以輕易地實(shí)現(xiàn)通道功能的選擇。
正常情況下ADC0832與單片機(jī)的接口應(yīng)為4條數(shù)據(jù)線，分別是CS、CLK、DO、DI（如圖4-1）。但由于DO端與DI端在通信時(shí)并未同時(shí)有效且與單片機(jī)的接口是雙向的，所以電路設(shè)計(jì)時(shí)可以將DO和DI并聯(lián)在一根數(shù)據(jù)線上使用。
當(dāng)ADC0832未工作時(shí)其CS輸入端應(yīng)為高電平，此時(shí)芯片處于禁用狀態(tài)，CLK和DO/DI的電平可任意。當(dāng)要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí)，須先將CS使能端置于低電平并且保持低電平直到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。此時(shí)芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換工作，同時(shí)由處理器向芯片時(shí)鐘輸入端CLK輸入時(shí)鐘脈沖，DO/DI端則使用DI端輸入通道功能選擇的數(shù)據(jù)信號(hào)。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)用于選擇通道功能。當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)，只對(duì)CH0進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，只對(duì)CH1進(jìn)行單通道轉(zhuǎn)換。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“0”時(shí)，將CH0作為正輸入端IN+，CH1作為負(fù)輸入端IN-進(jìn)行輸入。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“0”、“1”時(shí)，將CH0作為負(fù)輸入端IN-，CH1作為正輸入端IN+進(jìn)行輸入。到第3個(gè)脈沖的下降沿之后DI端的輸入電平就失去輸入作用，此后DO/DI端則開(kāi)始利用數(shù)據(jù)輸出DO進(jìn)行轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。從第4個(gè)脈沖的下降沿開(kāi)始由DO端輸出轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)最高位DATA7，隨后每一個(gè)脈沖的下降沿DO端輸出下一位數(shù)據(jù)。直到第11個(gè)脈沖時(shí)發(fā)出最低位數(shù)據(jù)DATA0，一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)輸出完成。也正是從此位開(kāi)始輸出下一個(gè)相反字節(jié)的數(shù)據(jù)，即從第11個(gè)字節(jié)的下降沿輸出DATD0。隨后輸出8位數(shù)據(jù)，到第19個(gè)脈沖時(shí)數(shù)據(jù)輸出完成，也標(biāo)志著一次A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束。最后將CS置高電平禁用芯片，直接將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理就可以了。
在本設(shè)計(jì)中，我們只用到了一個(gè)CH0轉(zhuǎn)換口。故本設(shè)計(jì)的DO/DI兩端口的數(shù)據(jù)應(yīng)為“1”、“0”。分別用P2.1和P2.2口控制。
CPU向TLV5616發(fā)送的串行數(shù)據(jù)每幀為16位，其中高4位為控制位，低12位為轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，高位在前，低位在后。VREF為參考電壓輸入端（系統(tǒng)中接運(yùn)放1的輸出），VOUT是電壓輸出端。片內(nèi)有一個(gè)2倍的輸出放大器，其轉(zhuǎn)換關(guān)系為：
??? VOUT＝2×VREF×Di／4096
VREF參考電壓的范圍為0V-3.5V。所以我在設(shè)計(jì)時(shí)參考電壓的選擇是外接一個(gè)上拉電阻可選電壓為0V-5V。這樣可以方便選擇參考電壓。為硬件調(diào)試打下好的基礎(chǔ)。其與單片機(jī)的接口如圖4-2所示。
圖 4-2 TLV5616引腳接線
5.5 軟件設(shè)計(jì)
5.5.1 A/D模塊軟件設(shè)計(jì)
A/D模塊的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖4-3所示
圖4-3 AD轉(zhuǎn)換流程
其程序[5]如下:
uchar adc0832(uchar channel) //讀ADC0832函數(shù),采集并返回
{
uint dat2=0;
uchar ndat=0,i=0,j;
if(channel==0)channel=2;
if(channel==1)channel=3; //通道選擇.
AD_CS=0;_nop_(); //拉低CS端，AD片選
DI=1;_nop_(); //在第一個(gè)脈沖下降之前 DI 必須是高電平,表示啟始信號(hào)
SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_(); SCK=1;
DI=channel&0x1;_nop_();//在第二和第三個(gè)脈沖下降之前 DI 輸入兩位表示通道
SCK=0;_nop_(); SCK=1;
DI=(channel>>1)&0x1;_nop_();
SCK=0; //寫(xiě)命令完成,DI失去輸入作用
DI=1;_nop_();
dat2=0;
for(i=0;i<8;i++) //讀出8字節(jié)數(shù)據(jù)
{
dat2|=DO;
SCK=1;_nop_(); SCK=0;_nop_();
dat2<<=1;
if(i==7)dat2|=DO;
}
for(i=0;i<8;i++)
{
j=0;
j=j|DO;
SCK=1;_nop_();SCK=0;_nop_();
j=j<<7;
ndat=ndat|j;
if(i<7)ndat>>=1;
}
AD_CS=1;
SCK=0;
DO=1;
dat2<<=8;
dat2|=ndat;
return(dat2); //返回?cái)?shù)據(jù)
}
A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理過(guò)程是用采樣兩次數(shù)據(jù)對(duì)比的方法。第一次數(shù)據(jù)采集是使用正向存儲(chǔ)的方式，就是高位在前低位在后。而第二次則是反向存儲(chǔ)的方法。低位在前，高位在后，所以在做數(shù)據(jù)對(duì)比時(shí)，必須把第二次數(shù)據(jù)反過(guò)來(lái)。當(dāng)測(cè)得的兩次數(shù)值是一樣的時(shí)候，則返回?cái)?shù)值，若不一樣則再次進(jìn)行測(cè)試。這樣就保證了測(cè)得的值的準(zhǔn)確性。
5.5.2 D/A模塊軟件設(shè)計(jì)
D/A轉(zhuǎn)換模塊是采用是TLV5616。對(duì)數(shù)值進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。其主要程序如下：
void spiwrite(int temp) //寫(xiě)數(shù)據(jù)
{
uint i;
setcs(0);
for(i=0;i<16;i++)
{
pindin=(bit)(temp&0x8000);
setsclk(1);
temp<<=1;
nnop(1);setsclk(0);nnop(1);
}
setcs(1);
}
TLV5616的控制僅靠數(shù)據(jù)的第14，15位。所以一般情況下寫(xiě)控制和數(shù)據(jù)是同時(shí)進(jìn)行的。這樣的程序就簡(jiǎn)潔了。TLV5616的數(shù)據(jù)傳送是串行發(fā)送的,因此對(duì)時(shí)序的要求很?chē)?yán)，要嚴(yán)格按照時(shí)序來(lái)發(fā)送。
參考文獻(xiàn)
[1] 王世明 《機(jī)床與液壓》[J]上海海洋大學(xué)工程學(xué)院 1996,(08)
[2] 楊華勇 周華 路甬祥 《中國(guó)機(jī)械工程》[M]浙江大學(xué) 2000,(12)
[3] 楊爾莊 《液壓氣動(dòng)與密封》[J] 中國(guó)液壓氣動(dòng)密封件工業(yè)協(xié)會(huì) 1993,(04)
[4] 范士娟 楊超 《液壓與氣動(dòng)》[J] 華東交通大學(xué),機(jī)電工程學(xué)院 2005,(08)
[5] 司癸卯 李曉寧 《筑路機(jī)械與施工機(jī)械化》[J] 長(zhǎng)安大學(xué)道路施工技術(shù)與裝備教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 2009,[07]
[6] 汪世益 方勇 滿忠偉 《工程機(jī)械》[J] 安徽工業(yè)學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2010,(09)
[7] 楊爾莊《國(guó)液壓氣動(dòng)技術(shù)的現(xiàn)狀及展望》 [M] 液壓與氣動(dòng) 1998，（06）
[8] 楊爾莊·液壓技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)-液壓氣動(dòng)與密封，[J] 1998，（01）
[9] 李運(yùn)華，史維祥·流體動(dòng)力技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展· [J] 機(jī)械與液壓 1994，（04）
[10] 曹秉剛，郭卵應(yīng)，中野和夫，史維祥錐閥流場(chǎng)的邊界元[J] 1991，（02）
[11] 章本照編著·流體力學(xué)中的有限元法·[M] 機(jī)械工業(yè)出版社 1986
[12] H. Hanafusa, Design of electro-hydraulic servo system for articulated robot,Journal of the Japan Hydraulics and Pneumatics Society 13 7 1982 1–8.
[13] [13]H.B. Kuntze et al., On the model-based control of a hydraulic large range- robot, IFAC Robot Control 1991 207–212.
[14] 張立科 單片機(jī)典型模塊設(shè)計(jì)實(shí)例導(dǎo)航[M] 人民郵電出版社，2004.
[15] 李群芳 肖看單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用—嵌入式系統(tǒng)技術(shù)基礎(chǔ)[M]清華大學(xué)出版社，2005.
[16] 孫涵芳 MCS-96、51系列單片機(jī)原理及應(yīng)用[M] 北京航空航天大學(xué)出版社．1994．
[17] 南建輝 熊鳴 王軍茹 MCS-51單片機(jī)原理及應(yīng)用實(shí)例[M] 清華大學(xué)出版社，2004.
[18] 劉文濤 單片機(jī)語(yǔ)言C51典型應(yīng)用設(shè)計(jì)[M]
[19] 范風(fēng)強(qiáng)，蘭嬋麗編著 單片機(jī)語(yǔ)言C51應(yīng)用實(shí)戰(zhàn)集錦[M]
[20] 李朝青主編 單片機(jī)&DSP外圍數(shù)字IC技術(shù)手冊(cè)[M]
[21] 李建忠.單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 西安:電子科技大學(xué)出版社,2002.
總 結(jié)
時(shí)間過(guò)得真快，轉(zhuǎn)眼間XX個(gè)月的畢業(yè)論文設(shè)計(jì)就要結(jié)束了。由于基礎(chǔ)薄弱，設(shè)計(jì)起來(lái)很困難，剛拿到課題時(shí)找資料是第一大難關(guān)，那時(shí)腦子里一片紊亂，無(wú)從下手，記得當(dāng)時(shí)在圖書(shū)館呆了幾個(gè)下午，挑了好多的書(shū)，但總是無(wú)法把那些片段串聯(lián)成一個(gè)方案，后來(lái)通過(guò)老師和同學(xué)們的幫忙，漸漸有了頭緒，確定了方案，正式著手設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)只有拿著書(shū)本慢慢學(xué)，參考書(shū)本，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的摸索和學(xué)習(xí)，把原本不清楚的東西都學(xué)會(huì)了，在這期間走過(guò)彎路，不知所措，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努力，同學(xué)的幫助，終于完成了設(shè)計(jì)。
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我以前學(xué)過(guò)的理論知識(shí)起到了很好的回顧作用，以前在校學(xué)習(xí)時(shí)不夠清楚如何應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)所學(xué)的課程不能很好的融會(huì)貫通。以前我們每學(xué)期都會(huì)有一些各個(gè)科目的課程設(shè)計(jì)，但那樣的設(shè)計(jì)都會(huì)在老師的不斷提醒下完成，這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就有所不同，它需要自己去查找資料，自己拿出方案，找出設(shè)計(jì)的突破口，經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的努力，這次設(shè)計(jì)才有了一個(gè)明確的思路。參考書(shū)本，經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的摸索和學(xué)習(xí)，把原本不清楚的東西都學(xué)會(huì)了，在這期間走過(guò)彎路，不知所措，經(jīng)過(guò)指導(dǎo)老師俞老師細(xì)心的講解加上自己的努力，同學(xué)的幫助，終于完成了設(shè)計(jì)
在設(shè)計(jì)中遇到很多困難卻令我難忘，特別在用AUTO CAD制圖在繪制液壓原理圖時(shí)，由于對(duì)AUTO CAD軟件應(yīng)用不熟練，還得邊翻書(shū)自學(xué)邊畫(huà)圖，畫(huà)一張簡(jiǎn)單的圖往往要花上幾天的時(shí)間，還要將畫(huà)好的原理圖復(fù)制到WORD中，進(jìn)行排版。雖然麻煩，但這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)AUTO CAD軟件有了進(jìn)一步的了解，并能較為熟練的應(yīng)用它。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我對(duì)液壓方面的知識(shí)有了更深一步的了解，也進(jìn)一步掌握了各類液壓元件的功能以及經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)的故障。為以后的工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
我們即將步入社會(huì)，我們面臨的將會(huì)是更多的困難和挑戰(zhàn)，只要我們努力學(xué)習(xí)，勇于實(shí)踐，勤學(xué)好問(wèn)，就會(huì)懂得以前不明白或不十分明白的道理，就會(huì)很快地成長(zhǎng)和成熟起來(lái)，我也相信，憑著我自強(qiáng)不息，勇于拼搏的精神，定能很快 適應(yīng)這個(gè)多變的社會(huì)，充分發(fā)揮長(zhǎng)處，朝我的方向不斷前進(jìn)，前進(jìn)，再前進(jìn)！
這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)就有所不同，它需要自己去查找資料，自己拿出方案，找出設(shè)計(jì)的突破口，經(jīng)過(guò)一個(gè)月左右的努力，這次設(shè)計(jì)才有了一個(gè)明確的思路。
總之，通過(guò)這次畢業(yè)