多層回轉(zhuǎn)式自動車停車系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計-立體自行車庫【含6張CAD圖】
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請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609I多層回轉(zhuǎn)式自動車停車系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計-立體自行車庫摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交通工具。但是，自行車的存放成為一個大的問題，怎樣把自行車存放到一個安全而且占用空間小的地方成為一個急需解決的問題。立體車庫已經(jīng)出現(xiàn)了一段時間，效果比較好，仿照立體車庫的設(shè)計，占地面積小、存取方便的立體自行車庫也隨之出現(xiàn)。這對于自行車的存放有著重大意義。本文主要介紹了立體自行車庫通過控制系統(tǒng)控制機械手抓取自行車，升降旋轉(zhuǎn)存取的工作過程。關(guān)鍵詞：自行車庫；控制系統(tǒng)；機械手；升降旋轉(zhuǎn)； 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609IIStereo bicycle garageABSTRACTWith the development of economy, the traditional fuel car's fuel consumption increase increases, the energy crisis problem become increasingly serious, the bicycle as a kind of green transport. But the bike store into a big problem, how to store your bike to a safe and small footprint place become a urgent problem. Three-dimensional garage there have been a period of time, the effect is better, like the design of the stereo garage, cover an area of an area small, easy to access the stereo garage itself also emerged. This has great significance for bike store.This article mainly introduced the three-dimensional garage itself through control system control manipulator grabbing bicycle, lifting the working process of the rotating access.Key words: automatic garage; Control system; Manipulator; Lifting rotation; 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609目 錄摘 要 ...........................................................IABSTRACT.......................................................II1前言 ..........................................................11.1 選題背景及意義 ........................................................11.2 國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................11.3 本研究課題總體方案設(shè)計 ................................................32立體自行車庫運輸系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計 ........................................42.1 立體自行車庫運輸系統(tǒng)方案選擇 ..........................................42.1.1 升降機構(gòu)方案選擇 ...................................................42.1.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方案選擇 ...................................................72.1.3 平移機構(gòu)方案選擇 ...................................................92.2 立體自行車庫運輸系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇 .....................................112.2.1 升降機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................112.2.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................162.2.3 平移機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................172.3 立體自行車庫運輸系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................192.3.1 升降機構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計計算 ............................................202.3.2 升降機構(gòu)帶動的工作平臺設(shè)計 ........................................222.3.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)圓盤設(shè)計 ..................................................232.3.4 平移機構(gòu)絲杠機構(gòu)設(shè)計 ..............................................233立體自行車庫運輸系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計 .............................253.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 .....................................................253.2 立體型車庫運輸系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計 .................................263.2.1 控制系統(tǒng)各部分步進電機控制方案設(shè)計 ................................263.2.2 單片機選型及 I/O 口分配 ............................................273.2.3 步進電機控制程序 ..................................................27 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196094總 結(jié) ........................................................30謝 辭 ..........................................................31參考文獻 .......................................................32 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960911 前言1.1 選題背景及意義交通車輛尾氣排放使得環(huán)境污染已成為嚴重的世界性問題，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交通工具，既保留了非機動車的輕便，又融入機動車的方便，而且車身占用車位小，大大提高了非機動車道的通行效率，非常適合城市內(nèi)短程出行，具有其他交通工具無法比擬的優(yōu)勢，所以自行車作為一種環(huán)保交通工具越來越受到人們的青睞。然而，自行車的存放卻成為一個急需解決的問題。當我們騎行自行車上班、購物、游玩時都需存放自行車，而現(xiàn)在基本就是在指定地點順序存放。這樣存放雖然方便，但是很不安全。與汽車停放相比占用車位小，可是在商場等人流較大的場所仍然占據(jù)很大的空間，不方便人們的生活。所中以需要設(shè)計一種占地面積小，存放方便而且安全的自行車車庫。作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，。目前我國進行環(huán)保建設(shè)，自行車停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體自行車車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停自行車難的最有效的手段，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。伴隨人類社會從高碳向低碳的轉(zhuǎn)型，自行車的使用日漸頻繁，故而實現(xiàn)自行車的方便存放是必須的。而且可以通過自行車的立體存放節(jié)約更多的空間來進行其余的建設(shè)。21 世紀是“綠色環(huán)?！钡氖兰o，環(huán)境保護和能源節(jié)約問題已成為新世紀最為突出的兩大主題。這兩大問題成為了“綠色交通工具”研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的積極因素。隨著各種各樣自行車的出現(xiàn)，立體自行車車庫將擁有著較為廣闊的市場前景。 1.2 國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)階段，國內(nèi)外常見的大多都是立體車庫，立體自行車庫基本沒有出現(xiàn)。日本出現(xiàn)了為自行車設(shè)計的停車庫。這款日本的立體自行車庫就給我們提供了一種很好的思路，它的空間都位于地下，采用全自動的設(shè)計，你只要將自行車放到平臺上，按下按鈕，自 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196092行車就會被存儲到地下車庫。而需要取車的時候只需要將特定的取車卡在掃描儀上刷一下，您的自行車就會在半分鐘內(nèi)被自動調(diào)出。一套這樣的車庫可以存儲 9400 輛自行車，每部車每天的花費也僅需 100 日元。我們現(xiàn)在的自行車停放狀況都是雜亂無章，而且占用空間大。圖 1-1 停 車 場這種自行車停車場自行車擺放隨意，自行車安全也沒有保障，遇到陰天下雨的情況自行車還容易損壞。雖然現(xiàn)在有些專門看管自行車的，也有一些自行車棚，但是仍然改變不了停自行車不方便的現(xiàn)狀。下面就是日本設(shè)計的自行車庫，圖 1-2 日本立體自行車庫這種自行車車庫可以停放 200 多輛自行車，運作效率非常的高，十幾秒內(nèi)就可以取到自己的車。存取只要輕輕刷一下卡就可以了，方便簡潔不需多余的步驟，存取系統(tǒng)自 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196093動運作，你的車子就上來了。放在這地下車庫里就不需要擔心被偷了，而且不怕風吹日曬和雨淋。1.3 本研究課題總體方案設(shè)計本說明書主要是先通過計算確定立體自行車庫各運行機構(gòu)正常工作時所承受的負載和扭力來選擇合適型號的步進電機以及各運行機構(gòu)的控制元件，著重點在分析、設(shè)計各執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)總體方案分析設(shè)計、控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)分析設(shè)計、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等。由于設(shè)計內(nèi)容要滿足本課題的功能要求，要完成的立體自行車庫主要是單片機編寫程序通過各種芯片控制各執(zhí)行機構(gòu)達到功能要求的正常的功能運轉(zhuǎn)。通過人們按下存、取車功能按鈕，單片機接到指令后按照內(nèi)部設(shè)定程序一步步運行將信息傳送給步進驅(qū)動器，利用步進驅(qū)動器的變頻調(diào)速控制各執(zhí)行機構(gòu)的平移、旋轉(zhuǎn)、升降等功能，并且可以通過步進驅(qū)動器的反接相線控制步進電機正反轉(zhuǎn)改變各機構(gòu)運行方向，控制步進驅(qū)動器對步進電機步距角的細分功能改變各執(zhí)行機構(gòu)的運行速度。更人性化的方面在于，單片機將各種信息形象地傳輸給顯示模塊， ，例如升降機構(gòu)限位指示燈，步進驅(qū)動器正常工作指示燈及不同機構(gòu)步進電機故障指示燈。一旦出現(xiàn)故障，立即顯示出來，工作人員及時處理，避免不必要的財產(chǎn)損失。本次設(shè)計所采用的單柱式升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)與單柱式舉升機結(jié)構(gòu)相似，簡圖如圖 1.1 所示。圖 1-3 單柱式舉升機三維簡圖 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960942 立體自行車庫運輸系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計2.1 立體自行車庫運輸系統(tǒng)方案選擇本設(shè)計的運輸系統(tǒng)為升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的組合。利用升降旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)把自行車存入不同分層、不同位置車庫的任務(wù)。我們需要考慮到多方面的需求，比如運輸效率、承重、穩(wěn)定性等。我分別對升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行了不同的方案設(shè)計。2.1.1 升降機構(gòu)方案選擇設(shè)計升降機構(gòu)考慮的問題有:(1)速度曲線:立體自行車庫的總體機械結(jié)構(gòu)，采用升降機和平移存取構(gòu)型。自行車存取時間限制在 20s，要求傳動裝置可高速度運行。要求升降機構(gòu)具有很高的平層精度,以減小撞擊。為了保證安全、低噪聲、起制動平穩(wěn)，要求傳動裝置具有自動加減速功能，升降機構(gòu)的驅(qū)動裝置采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。(2)負載機械特征:升降機構(gòu)是頻繁起制動設(shè)備,其運行中的大量時間處在加減速的過程中,升降機構(gòu)帶有對重，因此它的負載機械特征分布于坐標系的四個象限內(nèi)。當升降平臺靜止或勻速運動時，表現(xiàn)為靜態(tài)負載機械特性。當其加減速運動時，表現(xiàn)為動態(tài)負載機械特性(除含靜態(tài)特性外，還含加速度造成的慣性轉(zhuǎn)矩)。這里我們找到三種升降機構(gòu)，滾珠絲杠、剪叉式升降機、鋼絲繩曳引這三種方式。分別對三種機構(gòu)進行分析：一、滾珠絲杠滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機械和精密機械上經(jīng)常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196095圖 2-1 滾珠絲杠滾珠絲杠具有以下特點：1、摩擦損失小、傳動效率高由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。2、精度高滾珠絲杠副是一般是用世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。3、高速進給和微進給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。4、軸向剛度高滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。5、不能自鎖、具有傳動的可逆性綜合立體自行車庫的設(shè)計需求，在垂直方向的升降運動需要比較大的進給，而且滾珠絲杠機構(gòu)的承載能力較低，工作環(huán)境的要求比較高，不太適合 立體自行車庫的升降 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196096運動。二、剪叉式升降機剪叉式升降機是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機械結(jié)構(gòu)，使升降臺起升有較高的穩(wěn)定性。產(chǎn)品主要用各種工作層間貨物上下運送；立體車庫和地下車庫層高間汽車舉升等。產(chǎn)品液壓系統(tǒng)設(shè)置防墜、超載安全保護裝置，各樓層和升降機工作臺面均可設(shè)置操作按鈕，實現(xiàn)多點控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護簡單方便，是經(jīng)濟實用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設(shè)備。圖 2-2 剪叉式升降機剪叉式升降機特點：剪叉式升降機采用高強度錳鋼鉅形管制作。設(shè)有防止升降機超載的安全保護裝置。設(shè)有防止液壓管路破裂的安全保護閥。設(shè)有停電情況下的應(yīng)急下降裝置。該產(chǎn)品適用于各行業(yè)高空設(shè)備安裝、檢修等可移動性高空作業(yè)。根據(jù)不同要求可選擇不同動力形式（如：三相交流電源、單相交流電源、直流電源和內(nèi)燃動力等） ，加配上手動液壓裝置，可在停電或無電源場所照常升降工作，并可加伸縮平臺，在平臺長度不足時可延伸至所需位置，從而提高工作效率。剪叉式升降機常見的用于高空作業(yè)，在這里我們打算用于車庫工作平臺的升降，但是立體自行車庫的層數(shù)較多。剪叉式升降機大多用在凈升高度低的場所，不適合立體自行車庫的多層結(jié)構(gòu)。三、鋼絲繩曳引鋼絲繩曳引指的是利用步進電機帶動平臺升降的，平臺沿固定導(dǎo)軌完成升降。相比于電梯的曳引系統(tǒng)，本方案比較簡單，電動機轉(zhuǎn)動帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動平臺沿導(dǎo)軌豎直運動。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196097圖 2-3 絞車（鋼絲繩曳引）鋼絲繩曳引機構(gòu)通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，能夠滿足立體自行車庫升降機構(gòu)的需求。2.1.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方案選擇旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的方案選擇為電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動，圓盤上固定上述的升降機構(gòu)。電動機與圓盤之間的傳動方式選用兩種方案帶傳動和齒輪傳動。一、 帶傳動帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點，在近代機械傳動中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準確（滑動率在 2%以下） ；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進行零件的整列等。傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。若有多種傳動帶滿足傳動需要時，則可根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運轉(zhuǎn)費 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--14599196098用，以及市場的供應(yīng)等因素，綜合選定最優(yōu)方案。但是考慮到電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，圓盤的轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速相差較大，即所需的傳動比必須要大，所以帶傳動方案不合適。二、齒輪傳動齒輪傳動是機械傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動形式。它的傳動比較準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。齒輪傳動特點：瞬時傳動比恒定。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比能按需要的變化規(guī)律來設(shè)計。傳動比范圍大，可用于減速或增速。速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40m/s） ，中速和低速（vsbit mai=P1^0;sbit Forward=P1^1;sbit en=P1^2;unsigned int i=0,j=0;unsigned char Count=0 ;unsigned int Count2=0 ;void main(){Time0_Init();while(1){if(Count2=2){mai=1;Count=0;mai=0;}}else if(Count2>10000&&Count2=20000&&Count2=2){mai=1;Count=0;mai=0;}}Else{en=0;} 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960930}}(2) 定時程序語句可以比較精確的控制步進電機的運轉(zhuǎn)時間，C 語言程序如下；void Time0_Init(){TMOD = 0x01;TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;IE = 0x82;TR0 = 1;}void Time0_Int() interrupt 1{TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;Count++;Count2++; 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--1459919609314 總 結(jié)經(jīng)過近兩個月的設(shè)計工作，本次畢業(yè)設(shè)計主要完成了以下任務(wù)：（1）完成了立體自行車庫總體方案的設(shè)計；（2）完成了自行車立體車庫零部件設(shè)計和繪制；（3）完成了控制部分的設(shè)計與原理圖的繪制；（4）撰寫了設(shè)計說明書；（5）完成了實物模型的加工、安裝。傳統(tǒng)的停車場如自行車停車架或者停車棚之類的存在太多缺點，建造成本雖然低廉，但只適合少量的自行車停放，若存放同樣多的自行車，傳統(tǒng)的停車場將會占用大范圍的土地面積，本次設(shè)計的立體自行車庫充分參考了日本地下立體自行車庫的設(shè)計理念，充分利用三維空間，有效地緩解了交通壓力，車庫內(nèi)間隔式車位有效的防止車輛之間的碰撞，立體車庫不但美化城市，而且還具有防盜功能。當今世界，智能化越來越普及，智能化帶給人們高生活水平，節(jié)省人力、物力，智能化的立體自行車庫在未來的大都市中將具有重大作用。本設(shè)計的自行車立體車庫機構(gòu)簡單，利用了簡單的升降、旋轉(zhuǎn)以及平移機構(gòu)，加工簡單，安裝方便，適合應(yīng)用在各種自行車停車場所。存放簡單，只需要 20 多秒就可以存取成功，省時省力。在設(shè)計過程中我們遇到了很多專業(yè)性的困難，通過查找專業(yè)書籍和網(wǎng)上查閱以及指導(dǎo)老師的幫助，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計。但是自己的動手操作能力還是不足，設(shè)計方案存在不合理之處，設(shè)計中還是有許多的不足之處，，希望讀者們批評指正。 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960932謝辭本畢業(yè)設(shè)計是在劉輝老師的悉心指導(dǎo)下完成。從畢業(yè)設(shè)計選題、查閱文獻、參考現(xiàn)狀、方案分析、系統(tǒng)分析到論文撰寫，老師都提供了對我們很有幫助的建議。劉老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，誨人不倦的教學精神，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，在學術(shù)上和為人上都是我的楷模和榜樣，他實事求是的作風，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。雖然老師在設(shè)計期間腳傷不能來校，但是還是在網(wǎng)上對我們進行設(shè)計指導(dǎo)，最后帶傷來到學校進行現(xiàn)場指導(dǎo)工作，真誠的向劉輝老師致以崇高的敬意和無限的感謝之情!這次的畢業(yè)設(shè)計對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想訓練綜合運用機械設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論結(jié)合生產(chǎn)實際關(guān)系和解決工程實際問題的能力鞏固、加深和擴展有關(guān)機械設(shè)計方面的知識等方面有重要的作用。此外，我還要感謝我大學四年所有基礎(chǔ)課和專業(yè)課老師們，是他們傳授給我扎實的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。 其次，我要感謝我的同學們，尤其同組的張圣賢同學、孫碩添同學和郭長帥同學，彌補了我動手能力上的不足，在設(shè)計加工的過程中，在孫碩添同學的幫助下學會了很多工具的使用。實驗室的其他小組的同學們也給了我們許多幫助。小組同學通力合作，共同努力，才完成了本次畢業(yè)設(shè)計。最后，我想對我所有的老師，我的同學們致以最誠摯的感謝，我的家人和朋友們幫助我學習，我成功路上的每一步都源于你們的支持和幫助！ 請充值后下載含圖紙源文件壓縮包，需要其他課題加 Q--145991960933參考文獻[1].濮良貴，紀名剛 機械設(shè)計[M] 北京：高等教育出版社[2].李正吾等編著.機電一體化技術(shù)及其應(yīng)用 [M].機械工業(yè)出版社，1990[3]. 高鐘毓. 機電控制工程. 北京：清華大學出版社[4]. 張春雷.《電機選用安裝與故障檢修》，北京，中國電力出版社，2007[5]. 成大先 機械設(shè)計手冊.單行本.機械傳動[M] 北京：化學工業(yè)出版社[6]. 王芳卿.立體停車庫及其控制.電器傳動，1998 [7]. 國家機械工業(yè)局，機械行業(yè)標準《簡易升降類機械式停車設(shè)備》1999 [8]. 梁庚煌.運輸機械手冊.化學工業(yè)出版社. 1987[9]. 張忠夫 機電傳動與控制 2006[10]. 陳位宮 工程力學 高等教育出版社 2000[11]. 宋曼華等編，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，機械與電子，2001[12]. 中華人民共和國機械工業(yè)部，機械行業(yè)標準《機械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)》，1998[13]. 中國重型機械工業(yè)協(xié)會，停車設(shè)備管理委員會編，機械式立體車庫，海洋出版社， 2001[14]. 付翠玉，關(guān)景泰，立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，機械設(shè)計與制造，2005I多層回轉(zhuǎn)式自動車停車系統(tǒng)機構(gòu)的設(shè)計-立體自行車庫摘要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交通工具。但是，自行車的存放成為一個大的問題，怎樣把自行車存放到一個安全而且占用空間小的地方成為一個急需解決的問題。立體車庫已經(jīng)出現(xiàn)了一段時間，效果比較好，仿照立體車庫的設(shè)計，占地面積小、存取方便的立體自行車庫也隨之出現(xiàn)。這對于自行車的存放有著重大意義。本文主要介紹了立體自行車庫通過控制系統(tǒng)控制機械手抓取自行車，升降旋轉(zhuǎn)存取的工作過程。關(guān)鍵詞：自行車庫；控制系統(tǒng)；機械手；升降旋轉(zhuǎn)； IIStereo bicycle garageABSTRACTWith the development of economy, the traditional fuel car's fuel consumption increase increases, the energy crisis problem become increasingly serious, the bicycle as a kind of green transport. But the bike store into a big problem, how to store your bike to a safe and small footprint place become a urgent problem. Three-dimensional garage there have been a period of time, the effect is better, like the design of the stereo garage, cover an area of an area small, easy to access the stereo garage itself also emerged. This has great significance for bike store.This article mainly introduced the three-dimensional garage itself through control system control manipulator grabbing bicycle, lifting the working process of the rotating access.Key words: automatic garage; Control system; Manipulator; Lifting rotation; 目 錄摘 要 ...........................................................IABSTRACT.......................................................II1前言 ..........................................................11.1 選題背景及意義 ........................................................11.2 國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀 ..........................................11.3 本研究課題總體方案設(shè)計 ................................................32立體自行車庫運輸系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計 ........................................42.1 立體自行車庫運輸系統(tǒng)方案選擇 ..........................................42.1.1 升降機構(gòu)方案選擇 ...................................................42.1.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方案選擇 ...................................................72.1.3 平移機構(gòu)方案選擇 ...................................................92.2 立體自行車庫運輸系統(tǒng)執(zhí)行元件選擇 .....................................112.2.1 升降機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................112.2.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................162.2.3 平移機構(gòu)執(zhí)行元件選擇 ..............................................172.3 立體自行車庫運輸系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 .....................................192.3.1 升降機構(gòu)導(dǎo)軌的設(shè)計計算 ............................................202.3.2 升降機構(gòu)帶動的工作平臺設(shè)計 ........................................222.3.3 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)圓盤設(shè)計 ..................................................232.3.4 平移機構(gòu)絲杠機構(gòu)設(shè)計 ..............................................233立體自行車庫運輸系統(tǒng)控制系統(tǒng)設(shè)計 .............................253.1 控制系統(tǒng)總體設(shè)計 .....................................................253.2 立體型車庫運輸系統(tǒng)的控制系統(tǒng)方案設(shè)計 .................................263.2.1 控制系統(tǒng)各部分步進電機控制方案設(shè)計 ................................263.2.2 單片機選型及 I/O 口分配 ............................................273.2.3 步進電機控制程序 ..................................................274總 結(jié) ........................................................30謝 辭 ..........................................................31參考文獻 .......................................................3211 前言1.1 選題背景及意義交通車輛尾氣排放使得環(huán)境污染已成為嚴重的世界性問題，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，傳統(tǒng)燃油車的耗油量加劇增加，能源危機問題變得日益嚴峻，自行車成為一種綠色交通工具，既保留了非機動車的輕便，又融入機動車的方便，而且車身占用車位小，大大提高了非機動車道的通行效率，非常適合城市內(nèi)短程出行，具有其他交通工具無法比擬的優(yōu)勢，所以自行車作為一種環(huán)保交通工具越來越受到人們的青睞。然而，自行車的存放卻成為一個急需解決的問題。當我們騎行自行車上班、購物、游玩時都需存放自行車，而現(xiàn)在基本就是在指定地點順序存放。這樣存放雖然方便，但是很不安全。與汽車停放相比占用車位小，可是在商場等人流較大的場所仍然占據(jù)很大的空間，不方便人們的生活。所中以需要設(shè)計一種占地面積小，存放方便而且安全的自行車車庫。作為現(xiàn)代大都市的標志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，。目前我國進行環(huán)保建設(shè)，自行車停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機械式立體自行車車庫既可以大面積使用，也可以見縫插針設(shè)置，還能與地面停車場、地下車庫和停車樓組合實施，是解決城市停自行車難的最有效的手段，也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。伴隨人類社會從高碳向低碳的轉(zhuǎn)型，自行車的使用日漸頻繁，故而實現(xiàn)自行車的方便存放是必須的。而且可以通過自行車的立體存放節(jié)約更多的空間來進行其余的建設(shè)。21 世紀是“綠色環(huán)?！钡氖兰o，環(huán)境保護和能源節(jié)約問題已成為新世紀最為突出的兩大主題。這兩大問題成為了“綠色交通工具”研究開發(fā)和推廣應(yīng)用的積極因素。隨著各種各樣自行車的出現(xiàn)，立體自行車車庫將擁有著較為廣闊的市場前景。 1.2 國內(nèi)外立體自行車庫的發(fā)展現(xiàn)狀現(xiàn)階段，國內(nèi)外常見的大多都是立體車庫，立體自行車庫基本沒有出現(xiàn)。日本出現(xiàn)了為自行車設(shè)計的停車庫。這款日本的立體自行車庫就給我們提供了一種很好的思路，它的空間都位于地下，采用全自動的設(shè)計，你只要將自行車放到平臺上，按下按鈕，自2行車就會被存儲到地下車庫。而需要取車的時候只需要將特定的取車卡在掃描儀上刷一下，您的自行車就會在半分鐘內(nèi)被自動調(diào)出。一套這樣的車庫可以存儲 9400 輛自行車，每部車每天的花費也僅需 100 日元。我們現(xiàn)在的自行車停放狀況都是雜亂無章，而且占用空間大。圖 1-1 停 車 場這種自行車停車場自行車擺放隨意，自行車安全也沒有保障，遇到陰天下雨的情況自行車還容易損壞。雖然現(xiàn)在有些專門看管自行車的，也有一些自行車棚，但是仍然改變不了停自行車不方便的現(xiàn)狀。下面就是日本設(shè)計的自行車庫，圖 1-2 日本立體自行車庫這種自行車車庫可以停放 200 多輛自行車，運作效率非常的高，十幾秒內(nèi)就可以取到自己的車。存取只要輕輕刷一下卡就可以了，方便簡潔不需多余的步驟，存取系統(tǒng)自3動運作，你的車子就上來了。放在這地下車庫里就不需要擔心被偷了，而且不怕風吹日曬和雨淋。1.3 本研究課題總體方案設(shè)計本說明書主要是先通過計算確定立體自行車庫各運行機構(gòu)正常工作時所承受的負載和扭力來選擇合適型號的步進電機以及各運行機構(gòu)的控制元件，著重點在分析、設(shè)計各執(zhí)行機構(gòu)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，主要研究內(nèi)容包括：控制系統(tǒng)總體方案分析設(shè)計、控制系統(tǒng)電氣控制系統(tǒng)分析設(shè)計、控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計和軟件設(shè)計等。由于設(shè)計內(nèi)容要滿足本課題的功能要求，要完成的立體自行車庫主要是單片機編寫程序通過各種芯片控制各執(zhí)行機構(gòu)達到功能要求的正常的功能運轉(zhuǎn)。通過人們按下存、取車功能按鈕，單片機接到指令后按照內(nèi)部設(shè)定程序一步步運行將信息傳送給步進驅(qū)動器，利用步進驅(qū)動器的變頻調(diào)速控制各執(zhí)行機構(gòu)的平移、旋轉(zhuǎn)、升降等功能，并且可以通過步進驅(qū)動器的反接相線控制步進電機正反轉(zhuǎn)改變各機構(gòu)運行方向，控制步進驅(qū)動器對步進電機步距角的細分功能改變各執(zhí)行機構(gòu)的運行速度。更人性化的方面在于，單片機將各種信息形象地傳輸給顯示模塊， ，例如升降機構(gòu)限位指示燈，步進驅(qū)動器正常工作指示燈及不同機構(gòu)步進電機故障指示燈。一旦出現(xiàn)故障，立即顯示出來，工作人員及時處理，避免不必要的財產(chǎn)損失。本次設(shè)計所采用的單柱式升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)與單柱式舉升機結(jié)構(gòu)相似，簡圖如圖 1.1 所示。圖 1-3 單柱式舉升機三維簡圖42 立體自行車庫運輸系統(tǒng)機構(gòu)設(shè)計2.1 立體自行車庫運輸系統(tǒng)方案選擇本設(shè)計的運輸系統(tǒng)為升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的組合。利用升降旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)實現(xiàn)把自行車存入不同分層、不同位置車庫的任務(wù)。我們需要考慮到多方面的需求，比如運輸效率、承重、穩(wěn)定性等。我分別對升降機構(gòu)和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)進行了不同的方案設(shè)計。2.1.1 升降機構(gòu)方案選擇設(shè)計升降機構(gòu)考慮的問題有:(1)速度曲線:立體自行車庫的總體機械結(jié)構(gòu)，采用升降機和平移存取構(gòu)型。自行車存取時間限制在 20s，要求傳動裝置可高速度運行。要求升降機構(gòu)具有很高的平層精度,以減小撞擊。為了保證安全、低噪聲、起制動平穩(wěn)，要求傳動裝置具有自動加減速功能，升降機構(gòu)的驅(qū)動裝置采用了交流變頻調(diào)速技術(shù)。(2)負載機械特征:升降機構(gòu)是頻繁起制動設(shè)備,其運行中的大量時間處在加減速的過程中,升降機構(gòu)帶有對重，因此它的負載機械特征分布于坐標系的四個象限內(nèi)。當升降平臺靜止或勻速運動時，表現(xiàn)為靜態(tài)負載機械特性。當其加減速運動時，表現(xiàn)為動態(tài)負載機械特性(除含靜態(tài)特性外，還含加速度造成的慣性轉(zhuǎn)矩)。這里我們找到三種升降機構(gòu)，滾珠絲杠、剪叉式升降機、鋼絲繩曳引這三種方式。分別對三種機構(gòu)進行分析：一、滾珠絲杠滾珠絲杠是將回轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，或者將直線運動轉(zhuǎn)化為回轉(zhuǎn)運動的理想的產(chǎn)品。滾珠絲杠是工具機械和精密機械上經(jīng)常使用的傳動元件，其主要功能是將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換成線性運動，或?qū)⑴ぞ剞D(zhuǎn)換成軸向反復(fù)作用力，同時兼具高精度、可逆性和高效率的特點。由于具有很小的摩擦阻力，滾珠絲杠被廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備和精密儀器。5圖 2-1 滾珠絲杠滾珠絲杠具有以下特點：1、摩擦損失小、傳動效率高由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動，所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅(qū)動力矩達到 1/3 以下，即達到同樣運動結(jié)果所需的動力為使用滑動絲杠副的 1/3。在省電方面很有幫助。2、精度高滾珠絲杠副是一般是用世界最高水平的機械設(shè)備連貫生產(chǎn)出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環(huán)境方面，對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證。3、高速進給和微進給可能滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動，所以啟動力矩極小，不會出現(xiàn)滑動運動那樣的爬行現(xiàn)象，能保證實現(xiàn)精確的微進給。4、軸向剛度高滾珠絲杠副可以加與預(yù)壓，由于預(yù)壓力可使軸向間隙達到負值，進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力，在實際用于機械裝置等時，由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。5、不能自鎖、具有傳動的可逆性綜合立體自行車庫的設(shè)計需求，在垂直方向的升降運動需要比較大的進給，而且滾珠絲杠機構(gòu)的承載能力較低，工作環(huán)境的要求比較高，不太適合 立體自行車庫的升降6運動。二、剪叉式升降機剪叉式升降機是用途廣泛的高空作業(yè)專用設(shè)備。它的剪叉機械結(jié)構(gòu)，使升降臺起升有較高的穩(wěn)定性。產(chǎn)品主要用各種工作層間貨物上下運送；立體車庫和地下車庫層高間汽車舉升等。產(chǎn)品液壓系統(tǒng)設(shè)置防墜、超載安全保護裝置，各樓層和升降機工作臺面均可設(shè)置操作按鈕，實現(xiàn)多點控制。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)堅固，承載量大，升降平穩(wěn)，安裝維護簡單方便，是經(jīng)濟實用的低樓層間替代電梯的理想貨物輸送設(shè)備。圖 2-2 剪叉式升降機剪叉式升降機特點：剪叉式升降機采用高強度錳鋼鉅形管制作。設(shè)有防止升降機超載的安全保護裝置。設(shè)有防止液壓管路破裂的安全保護閥。設(shè)有停電情況下的應(yīng)急下降裝置。該產(chǎn)品適用于各行業(yè)高空設(shè)備安裝、檢修等可移動性高空作業(yè)。根據(jù)不同要求可選擇不同動力形式（如：三相交流電源、單相交流電源、直流電源和內(nèi)燃動力等） ，加配上手動液壓裝置，可在停電或無電源場所照常升降工作，并可加伸縮平臺，在平臺長度不足時可延伸至所需位置，從而提高工作效率。剪叉式升降機常見的用于高空作業(yè)，在這里我們打算用于車庫工作平臺的升降，但是立體自行車庫的層數(shù)較多。剪叉式升降機大多用在凈升高度低的場所，不適合立體自行車庫的多層結(jié)構(gòu)。三、鋼絲繩曳引鋼絲繩曳引指的是利用步進電機帶動平臺升降的，平臺沿固定導(dǎo)軌完成升降。相比于電梯的曳引系統(tǒng)，本方案比較簡單，電動機轉(zhuǎn)動帶動曳引輪轉(zhuǎn)動，驅(qū)動鋼絲繩，拖動平臺沿導(dǎo)軌豎直運動。7圖 2-3 絞車（鋼絲繩曳引）鋼絲繩曳引機構(gòu)通用性高、結(jié)構(gòu)緊湊、體積小，能夠滿足立體自行車庫升降機構(gòu)的需求。2.1.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方案選擇旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的方案選擇為電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動，圓盤上固定上述的升降機構(gòu)。電動機與圓盤之間的傳動方式選用兩種方案帶傳動和齒輪傳動。一、 帶傳動帶傳動是利用張緊在帶輪上的柔性帶進行運動或動力傳遞的一種機械傳動。根據(jù)傳動原理的不同，有靠帶與帶輪間的摩擦力傳動的摩擦型帶傳動，也有靠帶與帶輪上的齒相互嚙合傳動的同步帶傳動。帶傳動具有結(jié)構(gòu)簡單、傳動平穩(wěn)、能緩沖吸振、可以在大的軸間距和多軸間傳遞動力，且其造價低廉、不需潤滑、維護容易等特點，在近代機械傳動中應(yīng)用十分廣泛。摩擦型帶傳動能過載打滑、運轉(zhuǎn)噪聲低，但傳動比不準確（滑動率在 2%以下） ；同步帶傳動可保證傳動同步，但對載荷變動的吸收能力稍差，高速運轉(zhuǎn)有噪聲。 帶傳動除用以傳遞動力外，有時也用來輸送物料、進行零件的整列等。傳動帶的種類通常是根據(jù)工作機的種類、用途、使用環(huán)境和各種帶的特性等綜合選定。若有多種傳動帶滿足傳動需要時，則可根據(jù)傳動結(jié)構(gòu)的緊湊性、生產(chǎn)成本和運轉(zhuǎn)費8用，以及市場的供應(yīng)等因素，綜合選定最優(yōu)方案。但是考慮到電動機帶動圓盤轉(zhuǎn)動時，圓盤的轉(zhuǎn)速和電動機轉(zhuǎn)速相差較大，即所需的傳動比必須要大，所以帶傳動方案不合適。二、齒輪傳動齒輪傳動是機械傳動中應(yīng)用最廣的一種傳動形式。它的傳動比較準確，效率高，結(jié)構(gòu)緊湊，工作可靠，壽命長。齒輪傳動特點：瞬時傳動比恒定。非圓齒輪傳動的瞬時傳動比能按需要的變化規(guī)律來設(shè)計。傳動比范圍大，可用于減速或增速。速度（指節(jié)圓圓周速度）和傳遞功率的范圍大，可用于高速（v>40m/s） ，中速和低速（vsbit mai=P1^0;sbit Forward=P1^1;sbit en=P1^2;unsigned int i=0,j=0;unsigned char Count=0 ;unsigned int Count2=0 ;void main(){Time0_Init();while(1){if(Count2=2){mai=1;Count=0;mai=0;}}else if(Count2>10000&&Count2=20000&&Count2=2){mai=1;Count=0;mai=0;}}Else{en=0;}30}}(2) 定時程序語句可以比較精確的控制步進電機的運轉(zhuǎn)時間，C 語言程序如下；void Time0_Init(){TMOD = 0x01;TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;IE = 0x82;TR0 = 1;}void Time0_Int() interrupt 1{TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;Count++;Count2++;314 總 結(jié)經(jīng)過近兩個月的設(shè)計工作，本次畢業(yè)設(shè)計主要完成了以下任務(wù)：（1）完成了立體自行車庫總體方案的設(shè)計；（2）完成了自行車立體車庫零部件設(shè)計和繪制；（3）完成了控制部分的設(shè)計與原理圖的繪制；（4）撰寫了設(shè)計說明書；（5）完成了實物模型的加工、安裝。傳統(tǒng)的停車場如自行車停車架或者停車棚之類的存在太多缺點，建造成本雖然低廉，但只適合少量的自行車停放，若存放同樣多的自行車，傳統(tǒng)的停車場將會占用大范圍的土地面積，本次設(shè)計的立體自行車庫充分參考了日本地下立體自行車庫的設(shè)計理念，充分利用三維空間，有效地緩解了交通壓力，車庫內(nèi)間隔式車位有效的防止車輛之間的碰撞，立體車庫不但美化城市，而且還具有防盜功能。當今世界，智能化越來越普及，智能化帶給人們高生活水平，節(jié)省人力、物力，智能化的立體自行車庫在未來的大都市中將具有重大作用。本設(shè)計的自行車立體車庫機構(gòu)簡單，利用了簡單的升降、旋轉(zhuǎn)以及平移機構(gòu)，加工簡單，安裝方便，適合應(yīng)用在各種自行車停車場所。存放簡單，只需要 20 多秒就可以存取成功，省時省力。在設(shè)計過程中我們遇到了很多專業(yè)性的困難，通過查找專業(yè)書籍和網(wǎng)上查閱以及指導(dǎo)老師的幫助，終于完成了本次畢業(yè)設(shè)計。但是自己的動手操作能力還是不足，設(shè)計方案存在不合理之處，設(shè)計中還是有許多的不足之處，，希望讀者們批評指正。32謝辭本畢業(yè)設(shè)計是在劉輝老師的悉心指導(dǎo)下完成。從畢業(yè)設(shè)計選題、查閱文獻、參考現(xiàn)狀、方案分析、系統(tǒng)分析到論文撰寫，老師都提供了對我們很有幫助的建議。劉老師嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度，淵博的學識，誨人不倦的教學精神，平易近人、寬以待人和豁達的胸懷，在學術(shù)上和為人上都是我的楷模和榜樣，他實事求是的作風，深深感染著我，使我深受啟發(fā)，必將終生受益。雖然老師在設(shè)計期間腳傷不能來校，但是還是在網(wǎng)上對我們進行設(shè)計指導(dǎo)，最后帶傷來到學校進行現(xiàn)場指導(dǎo)工作，真誠的向劉輝老師致以崇高的敬意和無限的感謝之情!這次的畢業(yè)設(shè)計對于培養(yǎng)我們理論聯(lián)系實際的設(shè)計思想訓練綜合運用機械設(shè)計和有關(guān)先修課程的理論結(jié)合生產(chǎn)實際關(guān)系和解決工程實際問題的能力鞏固、加深和擴展有關(guān)機械設(shè)計方面的知識等方面有重要的作用。此外，我還要感謝我大學四年所有基礎(chǔ)課和專業(yè)課老師們，是他們傳授給我扎實的基礎(chǔ)知識和專業(yè)知識。 其次，我要感謝我的同學們，尤其同組的張圣賢同學、孫碩添同學和郭長帥同學，彌補了我動手能力上的不足，在設(shè)計加工的過程中，在孫碩添同學的幫助下學會了很多工具的使用。實驗室的其他小組的同學們也給了我們許多幫助。小組同學通力合作，共同努力，才完成了本次畢業(yè)設(shè)計。最后，我想對我所有的老師，我的同學們致以最誠摯的感謝，我的家人和朋友們幫助我學習，我成功路上的每一步都源于你們的支持和幫助！33參考文獻[1].濮良貴，紀名剛 機械設(shè)計[M] 北京：高等教育出版社[2].李正吾等編著.機電一體化技術(shù)及其應(yīng)用 [M].機械工業(yè)出版社，1990[3]. 高鐘毓. 機電控制工程. 北京：清華大學出版社[4]. 張春雷.《電機選用安裝與故障檢修》，北京，中國電力出版社，2007[5]. 成大先 機械設(shè)計手冊.單行本.機械傳動[M] 北京：化學工業(yè)出版社[6]. 王芳卿.立體停車庫及其控制.電器傳動，1998 [7]. 國家機械工業(yè)局，機械行業(yè)標準《簡易升降類機械式停車設(shè)備》1999 [8]. 梁庚煌.運輸機械手冊.化學工業(yè)出版社. 1987[9]. 張忠夫 機電傳動與控制 2006[10]. 陳位宮 工程力學 高等教育出版社 2000[11]. 宋曼華等編，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算，機械與電子，2001[12]. 中華人民共和國機械工業(yè)部，機械行業(yè)標準《機械式停車設(shè)備類別、型式與基本參數(shù)》，1998[13]. 中國重型機械工業(yè)協(xié)會，停車設(shè)備管理委員會編，機械式立體車庫，海洋出版社， 2001[14]. 付翠玉，關(guān)景泰，立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)，機械設(shè)計與制造，2005