升降橫移式多層立體車庫(kù)及其傳動(dòng)設(shè)計(jì)
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摘要
多層立體車庫(kù)是利用較少的空間為一般車輛提供大量停車位置和安全儲(chǔ)存的設(shè)施。隨著城市里私家車數(shù)量的增加,停車問(wèn)題在大中城市普遍存在。由于多層立體車具有可以充分的利用空間資源,充分經(jīng)變成了應(yīng)對(duì)大城市里的靜態(tài)交通問(wèn)題的重要對(duì)策之一。 本文的利用地理優(yōu)勢(shì),最大化增加停車數(shù)量之優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在已在深入分析了世界各國(guó)的停車庫(kù)的發(fā)展?fàn)顩r和未來(lái)的趨勢(shì)之后,以相對(duì)來(lái)說(shuō)使用比較方便容易普及的升降橫移型立體車庫(kù)本文的討論目標(biāo),選擇三乘三,七車位式車庫(kù)結(jié)構(gòu)為對(duì)象,并且在這個(gè)過(guò)程中多方面分析了立體車庫(kù)的制造運(yùn)行成本和運(yùn)行過(guò)程中的安全與否這兩個(gè)因素。
文中具體說(shuō)明了升降橫移式多層立體車庫(kù)的種類還有各自的優(yōu)缺點(diǎn),運(yùn)用了提升和移動(dòng)實(shí)體車庫(kù)力學(xué)理論的運(yùn)行原理,對(duì)車庫(kù)所運(yùn)用的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行了綜合分析,包括框架結(jié)構(gòu)的橫向運(yùn)動(dòng)型停車設(shè)備強(qiáng)度、軸向和橫向傳動(dòng)系統(tǒng)、電梯驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的強(qiáng)度和軸向強(qiáng)度等。
由于要使這種多層立體車庫(kù)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用的目的,文中根據(jù)機(jī)械停車設(shè)備的實(shí)際情況制定了一般的安全標(biāo)準(zhǔn)。以確保車庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)安全事故,然后車庫(kù)就可以安全穩(wěn)定的投入到實(shí)際使用中去。
關(guān)鍵詞：立體車庫(kù)，鋼結(jié)構(gòu)，驅(qū)動(dòng)，系統(tǒng)，強(qiáng)度，安全
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Abstract
A multi-storey garage is a facility that USES less space to provide a large number of parking Spaces and safe storage for general vehicles.As the number of private cars in cities increases, parking problems are common in large and medium-sized cities.Because multi-layer car has the ability to fully utilize the space resources, fully utilize the geographical advantage, maximize the advantage of the parking quantity.It has become one of the most important solutions to the static traffic problems in big cities.Based on the in-depth analysis of the development of the parking garage in countries around the world situation and the trend of the future, to use relatively more convenient and easy to spread to move type stereo garage in this paper, the discussion of the target, choose three by three, seven type of parking garage structure as the object, and in the process of stereo garage is analyzed by running cost and security or not these two factors in the process of operation.
This paper details the types of multilayer three-dimensional garage for lifting and moving type and their respective advantages and disadvantages, applying the ascension and mobile entity garage mechanics theory, the operation principle of the mechanical structure on the use of the garage are carried on the comprehensive analysis, including the frame structure of the horizontal type parking equipment strength, axial and transverse transmission system, the elevator drive system strength and axial strength, etc.
In order to achieve the practical application of this multi-layer parking garage, the paper sets general safety standards according to the actual situation of mechanical parking equipment.In order to ensure that no safety accidents occur during the garage operation, the garage can be safely and securely invested in actual use.
Keywords: stereo garage, steel structure, drive, system, strength, safety
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目錄
第1章 緒論 8
1.1 課題的背景和意義 8
1.2 多層立體停車庫(kù)的發(fā)展概況 10
1.3 立體停車庫(kù)分類及各自優(yōu)缺點(diǎn) 12
1.3.1 立體停車庫(kù)的分類 12
1.3.2 立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn) 15
1.4 研究升降橫移式立體停車庫(kù)的意義 16
1.5 升降橫移式車庫(kù)的工作原理 17
1.6 升降橫移式庫(kù)機(jī)械部分部件結(jié)構(gòu)和功能 18
第2章 總體設(shè)計(jì)方案 20
2.1 總體設(shè)計(jì)方案 20
2.1.1 總體布局 20
2.1.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇 20
2.1.3 提升方式的設(shè)計(jì)與選擇 21
2.2 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì) 21
2.3 傳動(dòng)方案的選擇 23
第3章 主框架部分 25
3.1 鋼結(jié)構(gòu)形式的選擇 25
3.2 鋼結(jié)構(gòu)部分材料的選擇 26
第4章 升降傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 28
4.1 升降電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇 29
4.2 升降鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 30
4.2.1 鏈輪齒數(shù)、的選擇 31
4.2.2 鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp的確定 31
4.2.3 單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距P的計(jì)算 32
4.2.4 鏈實(shí)際長(zhǎng)度 L及中心距的確定 32
4.2.5 鏈速的計(jì)算 33
4.2.6 軸上的壓軸力Q的計(jì)算 33
4.2.7 按靜強(qiáng)度校核鏈條 33
4.2.8 潤(rùn)滑方式的選擇 34
4.3 升降軸的設(shè)計(jì) 35
4.3.1 估算軸的基本直徑 35
4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
4.3.3 軸上零件的周向固定 37
4.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇 38
4.4.1 聯(lián)軸器的選擇 38
4.4.2 鍵的選擇與校核 38
4.5 軸承的選擇 39
4.5.1 軸承的選用及校核 39
4.5.2 軸承的壽命校核 39
4.5.3 軸承潤(rùn)滑方式的選擇 40
4.6 鋼絲繩和滑輪的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算 40
4.6.1 鋼絲繩直徑的確定 40
4.6.2 滑輪的選擇 41
4.7 卷筒的設(shè)計(jì) 42
4.8 升降軸的強(qiáng)度校核 42
第5章 橫移傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 45
5.1 橫移電動(dòng)機(jī)的選擇 46
5.2 橫移鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 47
5.2.1 鏈輪齒數(shù)的確定 48
5.2.2 確定計(jì)算功率 48
5.2.3 中心距和鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp的計(jì)算 48
5.2.4 單排鏈傳遞功率及鏈節(jié)距P的計(jì)算 48
5.2.5 鏈實(shí)際長(zhǎng)度 L和中心距a的計(jì)算 49
5.2.7 軸上的壓軸力Q的計(jì)算 49
5.2.8 鏈條的靜強(qiáng)度校核 50
5.2.9 確定潤(rùn)滑方式 51
5.2.10 鏈輪的結(jié)構(gòu)確定 51
5.3 橫移傳動(dòng)軸A的設(shè)計(jì) 52
5.3.1 估算軸的基本直徑 53
5.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 53
5.3.3 軸上零件的周向固定 56
5.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇 56
5.4.1 聯(lián)軸器的選擇 56
5.4.2 鍵的選擇與校核 56
5.5 軸承的選擇與計(jì)算 58
5.5.1 軸承的選用和校核 58
5.5.2 軸承潤(rùn)滑方式的選擇 59
5.6 橫移車輪與導(dǎo)軌的選擇 59
第6章 安全防護(hù)措施 61
6.1 防墜落裝置設(shè)計(jì) 61
6.2 其他防護(hù)措施 62
6.2.1 載車板狀態(tài)檢測(cè) 62
6.2.2 載車板移動(dòng)準(zhǔn)確性檢測(cè) 62
6.2.3 載車板升降準(zhǔn)確性檢測(cè) 63
6.2.4 放置人員與動(dòng)物誤入檢測(cè) 63
結(jié) 論 64
致 謝 64
參考文獻(xiàn) 66
第1章 緒論
1.1 課題的背景和意義
近些年來(lái)，隨著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提高,人民群眾收入不斷增加,我國(guó)私家車的數(shù)量也不斷的攀升。因此出現(xiàn)了一個(gè)急需解決的問(wèn)題,就是能為這些數(shù)量迅速增長(zhǎng)的汽車提供合理停車位置的場(chǎng)地越來(lái)越急缺。我們的生活中,走在街上的人們都會(huì)看到這樣的情況:人們因?yàn)檎也坏酵＼囄?就把都把車隨意的停在路邊,這樣不僅僅會(huì)造成道路堵塞,還會(huì)導(dǎo)致許多的安全問(wèn)題出現(xiàn)。根據(jù)國(guó)家建設(shè)部和交通部的共同調(diào)查,城市里汽車的數(shù)量與停車位數(shù)量的比例越來(lái)越大。人們面臨的問(wèn)題早已經(jīng)不是買不起汽車,而是買了汽車卻發(fā)現(xiàn)開(kāi)出去之后卻沒(méi)有地方停車。
圖1-1因?yàn)檎也坏杰囄浑S意停放的汽車
根據(jù)相關(guān)報(bào)告指出,一方面我國(guó)汽車的數(shù)量在中國(guó)城市的平均增長(zhǎng)率為15%-20%。另一方面我國(guó)城市里的各種停車設(shè)備數(shù)量的平均增長(zhǎng)率是可憐的2%-3%,所以,我們現(xiàn)在亟須把如何有效處理城市車輛停放的問(wèn)題放到日程上來(lái)。
但是怎樣解決呢?解決目前城市里的靜態(tài)交通問(wèn)題,大致上來(lái)說(shuō)可以從兩個(gè)方面著手,一是軟措施方面,二是硬措施方面。
軟措施方面,就是通過(guò)政府的干預(yù),制定各種規(guī)章制度,限制這樣車輛胡亂停放的行為,這樣人們會(huì)把車盡量的停在停車場(chǎng)而不是大街小巷。還有部分有車人士因?yàn)橥＼囯y又不讓亂停車會(huì)更愿意選擇騎像共享單車一樣的綠色交通工具,這樣就減少了停車場(chǎng)的壓力,但是這樣并不能徹底的解決停車難的問(wèn)題。因此與并不能去除病根的軟措施相比，我們應(yīng)該進(jìn)一步利用立體的停車空間,問(wèn)題才能迎刃而解,在國(guó)外已經(jīng)有很多先進(jìn)的技術(shù)投入到了停車場(chǎng)的建造上,下面都會(huì)有所介紹。
大城市的特點(diǎn)之一就是琳瑯滿目的高層樓房和各種利用空中資源的設(shè)施,就拿河南省的省會(huì)鄭州來(lái)說(shuō)，鄭州每到交通高峰期，整個(gè)路上滿是車輛，鳴笛聲此起彼伏，車多人多的現(xiàn)象不僅僅降低了到人們的生活質(zhì)量，搶車位爭(zhēng)車位的現(xiàn)象也越來(lái)越影響社會(huì)的和諧。多層機(jī)械式立體車庫(kù)能夠使用有限的地面面積創(chuàng)造更多的停車位置,本來(lái)只能夠停放一輛車的空間現(xiàn)在可以停放五輛、十輛甚至更多。這樣就可以最大限度的規(guī)避停車難的問(wèn)題。多層立體停車庫(kù)能夠使地面面積的使用率遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了100%,這在寸土寸金的大城市里絕對(duì)是誘人的優(yōu)點(diǎn)。所以發(fā)展立體車庫(kù)是未來(lái)的大勢(shì)所趨。
與此同時(shí),我國(guó)的科技水平也在不斷的向前進(jìn)步,機(jī)械式的車庫(kù)不但使人們?cè)谕＼嚂r(shí)感覺(jué)到更加的方便,而且還能保證人們的安全,如果人還在車庫(kù)里面或者車還沒(méi)有停準(zhǔn)位置,車庫(kù)移動(dòng)裝置便會(huì)檢測(cè)到,從而停止運(yùn)轉(zhuǎn)，這樣的設(shè)備不僅僅可以解決棘手的問(wèn)題，還可以使車輛的停放更加安全。
1.2 多層立體停車庫(kù)的發(fā)展概況
立體車庫(kù)這個(gè)概念已經(jīng)提出很多年了，雖然我們現(xiàn)在在日常生活中還不常見(jiàn),但是多層立體式停車庫(kù)在生活中的實(shí)際使用其實(shí)已經(jīng)有30多個(gè)年頭了。工業(yè)比較發(fā)達(dá)的國(guó)家，比如德國(guó)，早早的就用上了立體車庫(kù)。而在我們亞洲,立體車庫(kù)數(shù)量多的是國(guó)土面積比較小的日本還有韓國(guó)。
在日本,有很多生產(chǎn)立體車庫(kù)還有和立體車庫(kù)有關(guān)的配件的公司，因?yàn)樗麄兊墓I(yè)發(fā)展比較迅速，而且第二次世界大戰(zhàn)以后，日本的經(jīng)濟(jì)在美國(guó)的扶持下漸漸強(qiáng)大了起來(lái)，甚至到了在亞洲一枝獨(dú)秀的地步，所以日本的立體車庫(kù)也在這樣的基礎(chǔ)下發(fā)展迅猛[1]。
韓國(guó)的立體停車庫(kù)行業(yè)的發(fā)展過(guò)程相對(duì)其他國(guó)家來(lái)說(shuō)比較穩(wěn)定。與日本類似，韓國(guó)也是二戰(zhàn)以后經(jīng)濟(jì)發(fā)展飛快的亞洲國(guó)家，上世紀(jì)90年代，韓國(guó)和新加坡、香港、日本并稱為亞洲四小龍，因此，在這樣的經(jīng)濟(jì)條件下，韓國(guó)的汽車數(shù)量直線上升，立體車庫(kù)也得到了快速的發(fā)展。
圖1-2韓國(guó)LG研發(fā)的塔式立體車庫(kù)
我國(guó)在20世紀(jì)80年代開(kāi)始進(jìn)行機(jī)械式立體停車設(shè)備的研究。在進(jìn)入90年代以后,隨著我國(guó)汽車制造業(yè)還有建筑類產(chǎn)業(yè)的不斷進(jìn)步,特別是私家車出現(xiàn)在平民百姓家之后,各種各樣的提供停車的設(shè)備才開(kāi)始慢慢發(fā)展起來(lái),于是停車類產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也跟著慢慢有了長(zhǎng)足的進(jìn)步?，F(xiàn)在在我國(guó),有大量生產(chǎn)與立體停車庫(kù)有關(guān)零件的公司。在這里面,從事主機(jī)研制的公司超過(guò)了50所。他們生產(chǎn)的產(chǎn)品在經(jīng)過(guò)引進(jìn)外國(guó)的技術(shù)和在公司內(nèi)部進(jìn)行自我研究更新之后,產(chǎn)品的質(zhì)量和之前相比產(chǎn)生了很大的進(jìn)步。國(guó)內(nèi)的設(shè)備大多都采用了當(dāng)前相對(duì)來(lái)說(shuō)比較先進(jìn)的機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控。截止到目前,我國(guó)投入使用的立體車庫(kù)國(guó)產(chǎn)化率已經(jīng)達(dá)到了50%以上。
目前很多現(xiàn)代化小區(qū)雖然給住戶配備了停車位，但是遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了人們的需求,況且小區(qū)的面積是一定的，而現(xiàn)在甚至有一家多車、人人都開(kāi)車的情況出現(xiàn)，這時(shí)候建設(shè)足夠的停車庫(kù)所需要的面積就出現(xiàn)了嚴(yán)重的短缺。所以本文研究的這種立體車庫(kù)憑借其占地小,提供空間大的優(yōu)點(diǎn),迅速獲得了大眾的青睞。筆者認(rèn)為，多層立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在多層立體車庫(kù)占用的面積比傳統(tǒng)車庫(kù)小。傳統(tǒng)的地下車庫(kù)因?yàn)槎荚谝粋€(gè)平面上，所以車都是一個(gè)挨一個(gè)進(jìn)行停放，這樣需要的面積是巨大的。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，你現(xiàn)在要停三十輛車，你不僅僅要拿出這三十輛車所占的面積，你還要為他們?cè)O(shè)計(jì)安全的通道，設(shè)計(jì)合理的進(jìn)出路線，車與車之間還要留出一定的距離。而使用立體車庫(kù)，就可以利用上面的空間進(jìn)行存放車輛，底層的面積只要幾輛車的就可以了。這樣一算，停下這三十輛車所用的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于把這三十輛車疊起來(lái)放置的面積。而且立體車庫(kù)的層數(shù)越多,就越節(jié)約停車的面積,這和城市里為了增多居民的住房面積而建筑更高的大樓是一個(gè)道理。
1.3 立體停車庫(kù)分類及各自優(yōu)缺點(diǎn)
1.3.1 立體停車庫(kù)的分類
現(xiàn)在的立體車庫(kù)的類型如圖1-3中所示[3]，下面選擇四種最常見(jiàn)的進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹。
圖1-3機(jī)械式立體停車庫(kù)種類樹(shù)狀圖
(1)升降橫移類
圖1-4 升降橫移類立體停車庫(kù)
這種升降橫移類立體車庫(kù)可以設(shè)計(jì)成多種多樣的規(guī)格，車位數(shù)量也可以隨意調(diào)整。最大的優(yōu)點(diǎn)是裝配比較方便靈活,占地面積小，并且造價(jià)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較低。
(2)倉(cāng)儲(chǔ)類
圖1-5倉(cāng)儲(chǔ)類立體停車庫(kù)
倉(cāng)儲(chǔ)類立體車庫(kù)優(yōu)點(diǎn)是可以存放大量的車輛，適合大公司，大企業(yè)使用，缺點(diǎn)也很明顯，這種車庫(kù)不是可升降橫移式，取車放車時(shí)需要堆垛機(jī)，而堆垛機(jī)的價(jià)格比較昂貴，技術(shù)要求也比較高，容錯(cuò)率小，容易發(fā)生安全事故。
（3）垂直升降類
圖1-6 垂直升降類立體停車庫(kù)
垂直升降類的立體停車庫(kù)看起來(lái)更像一部為汽車設(shè)計(jì)的電梯，其核心便是升降機(jī)，汽車通過(guò)車庫(kù)里的升降機(jī)進(jìn)行日常的存取。
（4）循環(huán)類
圖1-7 循環(huán)類立體停車庫(kù)
循環(huán)類機(jī)械式停車庫(kù)是通過(guò)減速電機(jī)帶動(dòng)牽引構(gòu)件鏈條來(lái)帶動(dòng)存車托架做循環(huán)運(yùn)動(dòng)的停車設(shè)備。這種設(shè)備方便存取，司機(jī)存車時(shí)只需要把車開(kāi)到準(zhǔn)確的位置然后出庫(kù)即可。而取車時(shí)只需要輸入所取車輛的編號(hào)即可進(jìn)入存車托架取出車輛。
1.3.2 立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)
立體停車庫(kù)近幾年不僅僅在國(guó)際上一些發(fā)達(dá)國(guó)家正在進(jìn)行普及，在國(guó)內(nèi)的一些大城市也正充當(dāng)越來(lái)越重要的角色[2]，立體車庫(kù)的優(yōu)點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn):
（1)蘊(yùn)含巨大的經(jīng)濟(jì)潛力
現(xiàn)在大城市里的房?jī)r(jià)不斷飆升，隨之而來(lái)的是土地面積的緊缺，甚至在一線城市達(dá)到了寸土寸金的地步。因此城市里并沒(méi)有那么多的空間去建設(shè)普通的車庫(kù)，而立體車庫(kù)的出現(xiàn)節(jié)約了大量的土地面積，而土地面積就代表著巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
（2)外觀同建筑協(xié)調(diào)
立體停車庫(kù)因?yàn)椴捎玫男录夹g(shù)，新材料，所以和以前的車庫(kù)比起來(lái)更加的美觀，而且還可以根據(jù)立體車庫(kù)所在地點(diǎn)的建筑風(fēng)格去對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)难b飾和改造，最后達(dá)到和周圍的環(huán)境和諧統(tǒng)一的效果，這是以往的車庫(kù)所做不到的。
（3)完備的配套設(shè)施及“ 綠色”環(huán)保
立體車庫(kù)在建設(shè)過(guò)程中會(huì)加入許多高科技的設(shè)備來(lái)確保停車的安全，而且載車板上可以配備計(jì)時(shí)器，方便收取停車費(fèi)用，從而節(jié)省大量的人力資源，而且在車庫(kù)的運(yùn)行過(guò)程中全程都是電動(dòng)，完全不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染。立體車庫(kù)還具有很大的可塑造性，可以為以后更多的設(shè)計(jì)留下空間。
1.4 研究升降橫移式立體停車庫(kù)的意義
升降橫移式立體停車庫(kù)雖然是現(xiàn)代科技的產(chǎn)物，但在筆者看來(lái)，立體車庫(kù)就像高樓大廈一樣，也是這個(gè)時(shí)代的發(fā)展趨勢(shì)。人類之所以去建造高樓大廈，是因?yàn)槿丝跀?shù)量越來(lái)越多，不得不利用上層的空間進(jìn)行居住，從而為日常的活動(dòng)留下空間。而現(xiàn)在汽車數(shù)量增速驚人，美國(guó)甚至被比喻成汽車輪子上的國(guó)家，大量的汽車不僅僅需要大量的燃料，也需要大量的停車空間進(jìn)行停放，地面上的空間已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的滿足不了需求，因此升降橫移式立體車庫(kù)的出現(xiàn)是人類社會(huì)的進(jìn)步，是文明的進(jìn)一步發(fā)展，而我國(guó)在這方面投入的精力遠(yuǎn)遠(yuǎn)比不上發(fā)達(dá)國(guó)家，一些大城市里高質(zhì)量立體車庫(kù)大多是從外國(guó)進(jìn)口的，我國(guó)自主研發(fā)的立體車庫(kù)因?yàn)榧夹g(shù)的限制，還達(dá)不到令人滿意的程度。所以我們要花時(shí)間去研究去更新我們的技術(shù)，爭(zhēng)取能取得重大突破。
1.5 升降橫移式車庫(kù)的工作原理
升降橫移式立體車庫(kù)主要通過(guò)對(duì)載車板的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)汽車的存入和取出。車庫(kù)里的每一個(gè)車位都配備有載車板，汽車就停放在載車板上，載車板移動(dòng)時(shí)也帶動(dòng)汽車一起移動(dòng)，這樣就可以把車庫(kù)任意位置的汽車移動(dòng)到底層，還可以把底層的汽車移動(dòng)到高層的空位上，把空的載車板放到下面，方面停車。
圖 1-8 七車位升降橫移式立體車庫(kù)工作原理圖
圖1-8為一個(gè)地上7車位的升降橫移式立體車庫(kù)，車庫(kù)的主要?jiǎng)恿?lái)源是電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的牽引力，通過(guò)鋼纜傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)載車板的上下和水平移動(dòng)。整個(gè)車庫(kù)的車位均可以水平移動(dòng)，而第二層和第三層的車位可以上下垂直移動(dòng)，第一層的不可以上下移動(dòng)，因?yàn)橛袃蓚€(gè)空車位的存在，因此整個(gè)車庫(kù)里的任意一個(gè)車位都可以移動(dòng)到任意一個(gè)位置，這樣可以實(shí)現(xiàn)車輛的方便存取。這樣的立體車庫(kù)機(jī)動(dòng)性很強(qiáng)，可以適應(yīng)任何場(chǎng)地，而且對(duì)周圍環(huán)境的要求不高，適合廣泛的應(yīng)用。
1.6 升降橫移式庫(kù)機(jī)械部分部件結(jié)構(gòu)和功能
本文所研究的三層三列式立體車庫(kù)主要由結(jié)構(gòu)框架、載車板、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護(hù)系統(tǒng)六大部分組成。下面對(duì)車庫(kù)的主要組成(圖1-9所示)進(jìn)行分析。
圖 1-9 升降橫移式立體車庫(kù)主要組成
(1) 結(jié)構(gòu)框架
該立體車庫(kù)的框架的結(jié)構(gòu)的主體上采用的是熱制方鋼、角鋼還有鋼板制造，這樣的好處是立體車庫(kù)不僅僅輕巧美觀，而且還有一定的剛度，方便移動(dòng)地點(diǎn)，比較靈活。
(2) 上載車板及其提升系統(tǒng)
上載車板工作原理如圖1-8 ,電機(jī)的順逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)可以控制載車板的上升和下降。電機(jī)功率則通過(guò)載車板的移速來(lái)確定，上下載車板間的距離由所存的車輛類型的最大高度來(lái)確定。
(3) 下載車板及其橫移系統(tǒng)
下載車板因?yàn)椴恍枰舷乱苿?dòng)，因此可以適當(dāng)?shù)目s短其長(zhǎng)度，以達(dá)到節(jié)約原料的目的。兩塊下載車板都有一套獨(dú)立的電機(jī)減速機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)，載車板下面的鋼輪可以使其在導(dǎo)軌上移動(dòng)，電機(jī)的功率需要通過(guò)載車板和車輛的總重量等因素進(jìn)行具體計(jì)算。
(4) 安全裝置
安全裝置主要是為了防止上載車板突然下落砸壞車輛或者傷到停車者，主要的方式是在上載車板上安裝上下行程的極限開(kāi)關(guān)還有防墜落裝置。當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，載車板突然下落，這時(shí)縱梁下面的四只掛鉤就會(huì)落入到四只耳環(huán)內(nèi)，防止其進(jìn)一步的下落造成事故。當(dāng)載車板在升降橫移的時(shí)候碰到了人或者其他障礙物時(shí)，防碰撞板會(huì)感應(yīng)到阻力，自動(dòng)的斷電使電機(jī)停止運(yùn)動(dòng)。
(5) 控制系統(tǒng)
升降橫移式立體車庫(kù)主要是采用PLC控制器控制，可以實(shí)現(xiàn)平時(shí)正常使用時(shí)的自動(dòng)控制狀態(tài)，急?？梢詰?yīng)對(duì)車庫(kù)發(fā)生突然故障，手動(dòng)主要用于車庫(kù)按時(shí)檢修時(shí)的調(diào)試，此外，還有復(fù)位控制方法方便的排除故障。
第2章 總體設(shè)計(jì)方案
2.1 總體設(shè)計(jì)方案
升降橫移式立體車庫(kù)作為一個(gè)需要載重具有一定質(zhì)量汽車的設(shè)備，它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)決定著它的工作穩(wěn)定性、耐久性還有安全性。因此在談及其它的細(xì)節(jié)之前，我們應(yīng)該先確定車庫(kù)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。車庫(kù)的主要組成有主框架、載車板和傳動(dòng)系統(tǒng)這三部分，主框架部分決定了車庫(kù)的穩(wěn)定性，因?yàn)槠涑袚?dān)著載車板傳動(dòng)系統(tǒng)還有汽車等等的所有重量。傳動(dòng)系統(tǒng)決定了車庫(kù)的運(yùn)行流暢度還有穩(wěn)定性。而載車板質(zhì)量的好壞，直接影響到汽車停放的安全性。所以這三個(gè)部分的設(shè)計(jì)是整個(gè)車庫(kù)設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。
2.1.1 總體布局
本文所設(shè)計(jì)的立體車庫(kù)是三層三列七車位的結(jié)構(gòu)，提供停車服務(wù)的對(duì)象是普通中小型的家用轎車。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，本車庫(kù)順利運(yùn)行大致需要場(chǎng)地的面積為長(zhǎng)寬高8m*6m*6m。
2.1.2 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)與選擇
因?yàn)榱Ⅲw車庫(kù)需要提升和移動(dòng)的對(duì)象是汽車，所以車庫(kù)的驅(qū)動(dòng)裝置可以有很多選擇，考慮到車庫(kù)的工作地點(diǎn)與人們的住所距離很近，所以本次設(shè)計(jì)我最后決定選擇作為立體車庫(kù)的主要?jiǎng)恿?lái)源的設(shè)備是電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)，第一，電動(dòng)機(jī)的工作聲音很小，不會(huì)對(duì)附近住著的人的生活造成干擾，試想如果是柴油機(jī)汽油機(jī)什么的作為動(dòng)力來(lái)源，那每次存車取車都會(huì)造成不少的噪聲污染；第二，電動(dòng)機(jī)的能源是可再生能源，并且是不會(huì)排放任何對(duì)環(huán)境有害的氣體還有污染物等等，所以電動(dòng)機(jī)是比較合適的選擇。
2.1.3 提升方式的設(shè)計(jì)與選擇
用電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力把載車板拉起來(lái)的方式有很多種，但是因?yàn)檐噹?kù)的體積比較小，所以使用鋼絲繩進(jìn)行提升，這樣不僅僅可以簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，系統(tǒng)運(yùn)行起來(lái)也會(huì)更加的穩(wěn)定。
2.2 傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)
機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的主要作用是通過(guò)電動(dòng)機(jī)把電能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能，并通過(guò)一系列的傳動(dòng)系統(tǒng)，最后可以把電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的動(dòng)力傳送到載車板上，然后載車板就可以帶著上面的汽車進(jìn)行的上下左右移動(dòng)。所以傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還是很重要的，它可以直接的影響到整個(gè)車庫(kù)的運(yùn)行流暢度還有穩(wěn)定性，所以設(shè)計(jì)一個(gè)合理的傳動(dòng)方案對(duì)車庫(kù)的高效率工作有很大作用。一般有以下幾種常用的傳動(dòng)方案:
方案一:帶傳動(dòng),結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,容易維護(hù)，成本低，而且由于滑動(dòng)摩擦的存在，還可起過(guò)載保護(hù)作用。
圖2-1 帶傳動(dòng)
方案二：鏈傳動(dòng),鏈傳動(dòng)由于不存在滑動(dòng)摩擦，所以平均傳動(dòng)比帶傳動(dòng)準(zhǔn)確,而且具有效率較高;傳動(dòng)功率大的優(yōu)點(diǎn),;對(duì)工作環(huán)境的要求不高，便于安裝維護(hù)，結(jié)構(gòu)緊湊。
圖2-2 鏈傳動(dòng)
方案三：直齒輪傳動(dòng),具有傳動(dòng)效率高,結(jié)構(gòu)緊湊,承載能力高,功率和速度適應(yīng)范圍廣的優(yōu)點(diǎn)，但是其缺點(diǎn)是成本較高，安裝與維護(hù)也比較繁瑣。其結(jié)構(gòu)如圖2-3:
圖2-3 直齒輪傳動(dòng)
2.3 傳動(dòng)方案的選擇
合理的傳動(dòng)方案不僅僅要實(shí)現(xiàn)車庫(kù)的正常運(yùn)行，還要具有結(jié)構(gòu)緊湊，能夠保證車庫(kù)的高效率運(yùn)行，安裝成本低的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)上述方案方案進(jìn)行分析,由下面的兩個(gè)表格可以選出較好的方案[5]。
表2-1 定性判定與價(jià)值對(duì)應(yīng)
表2-2 傳動(dòng)方案選擇的使用價(jià)值表
升降橫移式立體車庫(kù)中的傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)特點(diǎn)很明顯，它并不需要很快的速度，但是需要很大的力去保證可以實(shí)現(xiàn)載車板的提升和移動(dòng)。在這樣的條件下，如果采用帶傳動(dòng)，皮帶和帶輪之間的摩擦力如果不足以滿足驅(qū)動(dòng)的條件，則不可避免的發(fā)生打滑現(xiàn)象，對(duì)車庫(kù)的運(yùn)行造成安全隱患，故予以排除。除了帶傳動(dòng)，鏈傳動(dòng)和齒輪傳動(dòng)其實(shí)都可以讓車庫(kù)正常的運(yùn)行，但是由于鏈傳動(dòng)的成本比較低，而且維護(hù)方便，更適合用在立體車庫(kù)上，所以,此次方案設(shè)計(jì)選用方案二比較合理。
第3章 主框架部分
3.1 鋼結(jié)構(gòu)形式的選擇
結(jié)構(gòu)上的單柱形式可以很容易的保持裝備的平衡，而且結(jié)構(gòu)還特別簡(jiǎn)單，安裝起來(lái)一點(diǎn)不麻煩，故本文設(shè)計(jì)的中體車庫(kù)的鋼結(jié)構(gòu)部分采用單柱式,這種結(jié)構(gòu)的大致樣式如下圖所示。
圖3-1 單柱式鋼結(jié)構(gòu)
3.2 鋼結(jié)構(gòu)部分材料的選擇
本文設(shè)計(jì)的車庫(kù)的架構(gòu)時(shí)所用到的鋼材有很大一部分都是熱扎H型鋼,立體車庫(kù)骨架的主要構(gòu)成為立柱、橫梁、斜拉桿、加強(qiáng)肋等，所選用的剛材料均選牌號(hào)為。
查閱《實(shí)用用鋼鐵材料手冊(cè)》[10]可以得出，此處最合適的立柱型號(hào)為，因?yàn)檫@個(gè)立柱承受著車庫(kù)以及將來(lái)要停到車庫(kù)上面的汽車還有停車司機(jī)的全部重量，為了讓立柱能夠安全的完成支撐的任務(wù)，立柱的截面設(shè)計(jì)成正方形是最合適的，因?yàn)檫@樣更加穩(wěn)，然后這個(gè)正方形的中間是空的，這樣的話立柱比較結(jié)實(shí)，可以承受更多的重量。本文所設(shè)計(jì)的立柱的具體大小為：正方形邊長(zhǎng)為,最后為了讓設(shè)計(jì)的立柱更加不容易倒下，還設(shè)計(jì)了在立柱貼近地面的那一端焊了一塊正方形的鐵板，根據(jù)立柱本身橫截面的大小，把這塊鐵板的邊長(zhǎng)設(shè)計(jì)為，鐵板的厚度為3cm，在這塊鐵板靠近邊緣的位置還安裝了，這樣的話就可以通過(guò)這個(gè)鐵板更好的把立柱固定在地上，立柱不會(huì)那么容易倒下。在這塊鐵板上還焊上肋板，這樣一來(lái)就更結(jié)實(shí)了，立柱的截面形狀如圖3-2所示。
圖3-2 立柱
橫梁采用工字型鋼，如圖所示，型號(hào)為工字鋼，側(cè)面橫梁主要起連接作用，基本上不會(huì)承受很大的力，長(zhǎng)度夠就可以了，設(shè)計(jì)時(shí)要簡(jiǎn)化材料的類型，所以選擇熱軋槽鋼16就可以了。
圖3-3 橫梁的工字形截面
考慮到整個(gè)車庫(kù)需要穩(wěn)定性，因此需要在車庫(kù)上加上斜拉桿和加強(qiáng)肋，這兩個(gè)部分的強(qiáng)度要求比較高，因此材料的選擇是熱扎等邊角鋼截面，這個(gè)角鋼的型號(hào)為，截面的具體形狀如下圖所示。
圖3-4 斜拉桿、加強(qiáng)肋的等邊角鋼截面
第4章 升降傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
在整個(gè)立體車庫(kù)所有傳動(dòng)系統(tǒng)里面，所需要的功率最大的是升降傳動(dòng)系統(tǒng)，升降傳動(dòng)需用電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力把載車板拉上去，在這里面，需要用鋼絲繩來(lái)傳遞電動(dòng)機(jī)的力量，就可以達(dá)到傳動(dòng)的目的了，升降系統(tǒng)的大致示意圖如下圖所示：
圖4-1 升降傳動(dòng)示意圖
4.1 升降電動(dòng)機(jī)型號(hào)的選擇
考慮到取車停車并不需要很快的速度，而且速度太快也不能保證車庫(kù)工作時(shí)的安全。所以設(shè)置本文所設(shè)計(jì)的車庫(kù)載車板的升降速度為，載重 ，由公式可以計(jì)算出工作時(shí)所需要的功率為：
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可以找到電動(dòng)機(jī)的輸出功率計(jì)算公式為：
式中
查閱資料可得鏈傳動(dòng)總效率計(jì)算公式為：
式中
代入數(shù)據(jù)可以得到：
所以就可以算出電動(dòng)機(jī)的輸出功率應(yīng)該是
通過(guò)查資料，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較合適做這個(gè)升降系統(tǒng)的動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)為臺(tái)灣明椿電動(dòng)機(jī)廠生產(chǎn)的專門(mén)供停車設(shè)備使用的交流減速電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)的外觀詳情見(jiàn)下圖。
圖4-2 電機(jī)的外形圖
表4-1 升降電機(jī)的尺寸表
4.2 升降鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
因?yàn)檐噹?kù)所需的提升速度較慢，所以卷筒直徑應(yīng)該設(shè)計(jì)的小一點(diǎn)，現(xiàn)確定所用的卷筒直徑為,有由上文可知，設(shè)計(jì)的載車板上升的速度為,故可以根據(jù)公式并且代入相關(guān)的數(shù)據(jù)可以很方便的求得卷筒的轉(zhuǎn)速。
由公式得，
鏈輪傳動(dòng)比
所以通過(guò)上面的計(jì)算可以得出所要使用的鏈輪的傳動(dòng)比為。
4.2.1 鏈輪齒數(shù)、的選擇
上文可以方便得出傳動(dòng)比，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可得現(xiàn)在應(yīng)該取小鏈輪的齒數(shù)，如果這樣取得話，根據(jù)傳動(dòng)比，則可以算出大鏈輪的齒數(shù)為。
4.2.2 鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp的確定
根據(jù)實(shí)際情況，大致確定中心距，然后就可以算出節(jié)距為
取
4.2.3 單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距P的計(jì)算
通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》可以查到查得工況系數(shù)
根據(jù)實(shí)際情況，然后查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》中的相關(guān)圖表我們可以得出小鏈輪齒數(shù)系數(shù), 鏈長(zhǎng)系數(shù)，如果選擇雙排鏈，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]中的表格可得出多排鏈的系數(shù)
現(xiàn)在計(jì)算可得額定功率
按照上文計(jì)算出來(lái)的額定功率的數(shù)值和轉(zhuǎn)速通過(guò)查詢《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7] 可以得出要選擇的滾子號(hào)是，鏈的節(jié)距
鏈號(hào)標(biāo)記為
4.2.4 鏈實(shí)際長(zhǎng)度 L及中心距的確定
4.2.5 鏈速的計(jì)算
4.2.6 軸上的壓軸力Q的計(jì)算
圓周力
查閱資料可得應(yīng)取壓軸力系數(shù)，此時(shí)可以計(jì)算得出軸上的軸壓力
4.2.7 按靜強(qiáng)度校核鏈條
因?yàn)榱Ⅲw車庫(kù)的橫移系統(tǒng)中所使用的鏈條的工作速度很慢，所以我們?cè)谶M(jìn)行鏈條使用的可行性及安全性校核時(shí)，應(yīng)該把對(duì)鏈條的靜強(qiáng)度校核作為校核的主要內(nèi)容。
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得，鏈條的靜強(qiáng)度計(jì)算公式為：
式中靜強(qiáng)度安全系數(shù)；
；
；
，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得： 當(dāng)這種情況出現(xiàn)時(shí)，可以忽略不計(jì)。
， 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可以得出：， 為兩輪中心線對(duì)水平面的傾角，則代入數(shù)據(jù)可以算出
；
。
代入數(shù)據(jù)通過(guò)計(jì)算可以得出：
因?yàn)殒湕l的靜強(qiáng)度數(shù)值大于靜強(qiáng)度的安全系數(shù)，所以該鏈條滿足強(qiáng)度要求。
4.2.8 潤(rùn)滑方式的選擇
求得的鏈速和鏈節(jié)距分別是根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]中的相關(guān)圖表可以查得此處最合適的潤(rùn)滑方式是人工定期潤(rùn)滑。
4.3 升降軸的設(shè)計(jì)
升降軸在車庫(kù)的工作過(guò)程中起到很重要的作用，它的的結(jié)構(gòu)如下圖：
圖4-3 升降軸結(jié)構(gòu)圖
4.3.1 估算軸的基本直徑
由車庫(kù)傳動(dòng)的具體情況以及傳動(dòng)的強(qiáng)度，該橫移軸的制造材料選用45鋼即可，處理方式選擇為調(diào)質(zhì)處理，通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可以查到=640MPa。根據(jù)實(shí)際情況取C=60，現(xiàn)在可以得出
所求為軸的最細(xì)處，即裝聯(lián)軸器處。但因此處有個(gè)鍵槽，故軸頸應(yīng)增大5%，即。
為了使所選的直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選擇聯(lián)軸器。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》查得采用剛性聯(lián)軸器，取與軸配合的的半聯(lián)軸器孔徑40mm，故軸頸，與軸配合長(zhǎng)度83mm。
4.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）軸上的各段的直徑尺寸如下圖所示：
表4-2 升降軸各段
（2）軸上的各段的長(zhǎng)度尺寸如下圖所示：
表4-3 升降軸各段長(zhǎng)度
4.3.3 軸上零件的周向固定
在這個(gè)部分，半聯(lián)軸器的所有周向定位都是用的，查閱資料可得平鍵的尺寸為鍵槽的，半聯(lián)軸器與軸的配合代號(hào)為。一樣的道理可以得出，鏈輪轂與軸連接的地方，要保證鏈輪與軸的周向固定，最后選擇的鏈輪輪轂與軸的配合代號(hào)為H7/k6。
4.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇
4.4.1 聯(lián)軸器的選擇
查閱參考文獻(xiàn)[2]可得此處最好用剛性聯(lián)軸器。
4.4.2 鍵的選擇與校核
（1） 查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]這個(gè)地方選用普通平鍵最為合適：
與聯(lián)軸器配合的選用：鍵
與鏈輪配合選用：鍵
（2）鍵的校核：
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可得鍵的校核公式為：
式中
T；
；
。
聯(lián)軸器與軸配合的鍵：，，代入上述公式并通過(guò)計(jì)算可得：
鏈輪與軸配合的鍵：，
將數(shù)據(jù)代入校核式可得：
由計(jì)算結(jié)果可得符合要求，設(shè)計(jì)合理。
4.5 軸承的選擇
4.5.1 軸承的選用及校核
根據(jù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況，本設(shè)計(jì)里面選用的軸承都是深溝球軸承，通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》可得可選擇的軸承的最佳型號(hào)是。
4.5.2 軸承的壽命校核
查參考文獻(xiàn)[1]可以得到軸承壽命的計(jì)算公式為：
通過(guò)查表可得：，當(dāng)量動(dòng)載荷為。對(duì)于球軸承，，，代入數(shù)據(jù)并通過(guò)計(jì)算可得：
由計(jì)算結(jié)果可以知道，軸承可以使用很長(zhǎng)時(shí)間，所以可以放心投入使用。
4.5.3 軸承潤(rùn)滑方式的選擇
因?yàn)檐噹?kù)的運(yùn)行速度低，所以軸承的旋轉(zhuǎn)速度也很低，所以軸承潤(rùn)滑時(shí)用脂潤(rùn)滑就可以了，這種潤(rùn)滑方式很適合在低速高強(qiáng)度環(huán)境下工作的軸承。
4.6 鋼絲繩和滑輪的選擇及相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算
4.6.1 鋼絲繩直徑的確定
按計(jì)算可得：
式中
C --選擇系數(shù)
查閱資料可以得出選擇系數(shù)的大小為
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》可得，鋼絲繩的材料選擇圓股鋼絲繩-合成纖維芯鋼絲繩最為合適:
,
最小破斷拉力
4.6.2 滑輪的選擇
車庫(kù)中的滑輪起到的作用主要是導(dǎo)向，安裝上滑輪之后，可以改變鋼絲繩傳遞力的方向。因?yàn)檫@個(gè)滑輪受到的力不大，所以滑輪的材料確定為鑄鋼。由鋼絲繩的直徑d，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可以得出與鋼絲繩直徑相匹配的滑輪直徑D=225mm?；喌男褪娇梢杂伞稒C(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]中的資料選擇一般密封，無(wú)內(nèi)軸套的E型滑輪。其標(biāo)記為：
滑輪
4.7 卷筒的設(shè)計(jì)
本車庫(kù)所用的卷筒類型是選擇A型卷筒，查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可以的得出卷筒的幾何尺寸計(jì)算公式：
卷筒的最大起升高度
繩槽槽距和卷筒槽底直徑分別
卷筒的計(jì)算直徑是 =200mm
固定鋼絲繩的安全圈數(shù)=1.5
卷筒上的螺旋部分長(zhǎng)度：
無(wú)繩槽卷筒端部尺寸,
固定鋼絲繩所需要的長(zhǎng)度
中間的光滑部分的長(zhǎng)度
卷筒的長(zhǎng)度
4.8 升降軸的強(qiáng)度校核
軸的力學(xué)模型如下圖所示：
圖4-4 軸力學(xué)模型圖
，此軸所受的力主要是扭轉(zhuǎn)力，因此現(xiàn)在只需要對(duì)此軸進(jìn)行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的強(qiáng)度校核， ：
（1）求出軸傳遞的扭矩：
（2）求軸上的作用力：
鏈輪上的圓周力：
鏈輪上的徑向力：
A處的切向力：
該軸的扭矩圖如圖3-7所示：
圖4-5 扭矩示意圖
可以看出軸的第二個(gè)鍵槽中心截面受扭矩最大，太危險(xiǎn)，應(yīng)該對(duì)它進(jìn)行強(qiáng)度較核：
。
代入數(shù)據(jù)可得： 由計(jì)算結(jié)果可得，此設(shè)計(jì)合理。
第5章 橫移傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
立體車庫(kù)的橫移傳動(dòng)系統(tǒng)的作用是通過(guò)移動(dòng)載車板的位置，帶動(dòng)載車板上的汽車進(jìn)行位置的更換。這樣可以通過(guò)和升降系統(tǒng)進(jìn)行配合，取車時(shí)，把需要取的汽車換到底層，存車時(shí)，把空的載車板放到底層。這樣就可以實(shí)現(xiàn)車輛在立體車庫(kù)里的存取，其主要的一動(dòng)方式是通過(guò)載車板下面的傳動(dòng)輪來(lái)移動(dòng)載車板。橫移傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖5-1。
圖5-1 橫移傳動(dòng)示意圖
5.1 橫移電動(dòng)機(jī)的選擇
因?yàn)檩d車板主要停放的是汽車，考慮到現(xiàn)在汽車的一般重量和載車板的重量，設(shè)定載車板要承載的總質(zhì)量為，橫移速度是，由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]查得摩擦因子，這時(shí)可以通過(guò)公式算出當(dāng)主動(dòng)輪通過(guò)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)載車板移動(dòng)時(shí)，所需要電動(dòng)機(jī)輸出的功率為：
由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得電動(dòng)機(jī)總的輸出功率計(jì)算公式為：
式中
可以求出來(lái)鏈傳動(dòng)的總效率是：
式中
代入上面的數(shù)據(jù)可以得到：
則可以計(jì)算出電動(dòng)機(jī)的輸出功率為：
在載車板進(jìn)行橫移時(shí)，為了安全起見(jiàn)和實(shí)際操作中的要求，載車板的移動(dòng)速度是很慢的，因此帶動(dòng)載車板橫移的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速不需太高，筆者根據(jù)上文所算得的所需要的以及和車庫(kù)設(shè)計(jì)上的相匹配程度，選擇由臺(tái)灣明椿電機(jī)廠[20]生產(chǎn)的交流減速電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為，額定電壓為，功率為速比30，輸出轉(zhuǎn)速n=18r/min。
這個(gè)電機(jī)的具體外形圖見(jiàn)圖4-2。電機(jī)的外形尺寸如下表所示：
表5-1電機(jī)外形尺寸(mm)
5.2 橫移鏈傳動(dòng)的設(shè)計(jì)
考慮到橫移的速度很慢，所以選擇橫移輪直徑，由公式可以具體算出來(lái)車輪的理論旋轉(zhuǎn)速度是：
由上面的公式算出來(lái)的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速和車輪的轉(zhuǎn)速進(jìn)行比較可得，電機(jī)轉(zhuǎn)速和車輪轉(zhuǎn)速大致是相同，所以選擇的傳動(dòng)比是1。
5.2.1 鏈輪齒數(shù)的確定
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可以查到， 則從動(dòng)鏈輪齒數(shù)
5.2.2 確定計(jì)算功率
根據(jù)具體情況，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可以查到工況系數(shù)，因此
5.2.3 中心距和鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp的計(jì)算
暫時(shí)確定中心距，則鏈接數(shù)
取
5.2.4 單排鏈傳遞功率及鏈節(jié)距P的計(jì)算
由《機(jī)械設(shè)計(jì)》可以查到小鏈輪齒數(shù)系數(shù)多排鏈系數(shù)， 長(zhǎng)度系數(shù)，將上述查到的數(shù)值代入公式可以得到：
現(xiàn)在用上文中所求得的額定功率和轉(zhuǎn)速的具體數(shù)值可以查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]中的表格可以查出應(yīng)該選擇型號(hào)為12A的滾子鏈最為合適，繼續(xù)查表可得最為適當(dāng)?shù)逆湽?jié)距
鏈標(biāo)記為：
5.2.5 鏈實(shí)際長(zhǎng)度 L和中心距a的計(jì)算
由相關(guān)公式可以算出：
5.2.6 具體鏈速的計(jì)算
5.2.7 軸上的壓軸力Q的計(jì)算
圓周力
查《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可得這時(shí)應(yīng)該取的合適的壓軸力系數(shù)為
然后又有
5.2.8 鏈條的靜強(qiáng)度校核
根據(jù)立體車庫(kù)的橫移系統(tǒng)中所使用的鏈條的工作速度很慢，所以我們?cè)谶M(jìn)行鏈條使用的可行性及安全性校核時(shí)，應(yīng)該把對(duì)鏈條的靜強(qiáng)度校核作為校核的主要內(nèi)容。
查閱參考文獻(xiàn)[5]可以得到，鏈條的靜強(qiáng)度的計(jì)算公式為：
式中
；
；
，其中是鏈條本身的重量，可以通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]查到：具體的數(shù)值為；在這樣的條件下，并且時(shí)，的大小存在與否并不影響。
，
，通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[7]中的圖表可以查到：，在這個(gè)式子中，代表的是中心距，則可以確定，代表的是兩個(gè)輪子之間的中心線水平面的夾角，將這些數(shù)據(jù)代入式子中，然后這樣就可以通過(guò)計(jì)算得出
然后進(jìn)一步將上述數(shù)據(jù)代入靜強(qiáng)度的計(jì)算公式可以得出：
因?yàn)樗蟮玫撵o強(qiáng)度安全系數(shù)的數(shù)值大于許用安全系數(shù)數(shù)值，所以這種方案是可行的。
5.2.9 確定潤(rùn)滑方式
根據(jù)鏈速v=0.11m/s和鏈節(jié)距P=19.05mm，由這兩個(gè)數(shù)值在《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》中查得該設(shè)備的最佳滑方式是人工定期潤(rùn)滑。
5.2.10 鏈輪的結(jié)構(gòu)確定
根據(jù)車庫(kù)橫移設(shè)備的設(shè)計(jì)實(shí)際情況還有這個(gè)設(shè)備運(yùn)行時(shí)的具體情況，我們可以確定鏈輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成最為合適，然后又考慮到鏈輪的具體受力情況及其工作強(qiáng)度，可以選擇制作鏈輪的最合適的材料是45鋼，鏈輪的熱處理為淬火、回火，鏈輪的齒面硬度。查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]中的圖表可以查到這個(gè)鏈輪的結(jié)構(gòu)示意圖及其具體的所示：
圖5-2 橫移鏈輪
5.3 橫移傳動(dòng)軸A的設(shè)計(jì)
立體車庫(kù)的最底層的載車板只能進(jìn)行橫向移動(dòng)，下面設(shè)計(jì)的橫移傳動(dòng)軸A是車庫(kù)橫移電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力的傳動(dòng)設(shè)備，這樣可以實(shí)現(xiàn)把電動(dòng)機(jī)的動(dòng)力作用在車庫(kù)的載車板上，讓車庫(kù)可以正常工作，這個(gè)設(shè)備的大致結(jié)構(gòu)如圖所示：
圖5-3 橫移軸A
5.3.1 估算軸的基本直徑
由車庫(kù)傳動(dòng)的具體情況以及傳動(dòng)的強(qiáng)度，該橫移軸的制造材料選用45鋼即可，處理方式選擇為調(diào)質(zhì)處理，通過(guò)《機(jī)械設(shè)計(jì)》[7]可以查到。
因?yàn)樯厦嫠蟮玫臄?shù)值是整個(gè)軸的最細(xì)的地方，但是因?yàn)檫@個(gè)地方剛好有一個(gè)鍵槽，所以為了安全起見(jiàn)和安裝的可行性，這個(gè)地方的軸頸應(yīng)該再增大5%，所以，則。
因?yàn)橐屔衔倪x擇的直徑與聯(lián)軸器的孔徑可以達(dá)到剛好匹配，所以現(xiàn)在同時(shí)選擇相配的聯(lián)軸器比較合適。由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可以查到這種情況下我們采用剛性聯(lián)軸器最為合適，現(xiàn)在我們可以選擇與軸配合的半聯(lián)軸器孔徑28mm，故軸頸28mm，與軸配合長(zhǎng)度44mm。
5.3.2 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）軸上的各段的尺寸如下圖所示：
表5-2 橫移軸各段直徑
（2）軸上各段的長(zhǎng)度：
表5-3 橫移軸各段長(zhǎng)度
5.3.3 軸上零件的周向固定
鏈輪，車輪和半聯(lián)軸器的周向定位都是使用的平鍵連接，按由《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得平鍵尺寸，鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為25mm。為保證鏈輪與軸的周向固定，故選擇鏈輪輪轂與軸的配合代號(hào)為H7/r6；同樣，車輪輪轂與軸連接處，選用平鍵為車輪與軸的配合代號(hào)為H7/k6；半聯(lián)軸器與軸連接和鏈輪，選用平鍵為，半聯(lián)軸器與軸的配合代號(hào)為H7/k6；滾動(dòng)軸承與軸的周向定位靠過(guò)盈配合來(lái)保證，此處選H7/r6。
5.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇
5.4.1 聯(lián)軸器的選擇
由前可知與聯(lián)軸器配合處直徑為28mm，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得，此處最合適的方案是選用剛性聯(lián)軸器。
5.4.2 鍵的選擇與校核
（1）查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得此處最合適的鍵是普通平鍵，在不同的部位配合所選的鍵的類型如下所示：
與聯(lián)軸器配合選用：鍵8×30 GB/T1096-2003；
與小鏈輪配合選用：鍵8×30 GB/T1096-2003；
與車輪配合選用：鍵14×70 GB/T1096-2003。
（2）鍵的校核
查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得鍵的校核公式為：
式中 T ——傳遞的轉(zhuǎn)矩，由；
——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，；
——鍵的工作長(zhǎng)度，圓頭平鍵；
——軸的直徑；
——許用擠壓應(yīng)力，查表6-2知：。
聯(lián)軸器與軸配合的鍵：，，將以上的數(shù)據(jù)代入上面查得的公式通過(guò)計(jì)算可以得到：
，，將以上數(shù)據(jù)逐一代入鍵的校核公式并通過(guò)計(jì)算可以得到：
由此可知此鍵滿足要求。
5.5 軸承的選擇與計(jì)算
5.5.1 軸承的選用和校核
根據(jù)立體車庫(kù)設(shè)計(jì)的實(shí)際情況及其各部分的受力情況，本設(shè)計(jì)里面選用的軸承都是深溝球軸承，通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得可選擇的軸承的最佳。
下面是軸承的壽命校核和計(jì)算過(guò)程：
軸承壽命計(jì)算公式[1]為：
經(jīng)過(guò)查閱具體文獻(xiàn)可以得到：，當(dāng)量動(dòng)載荷為 。對(duì)于深溝球軸承，，代入上面的數(shù)據(jù)并且經(jīng)過(guò)具體的計(jì)算可以得出：
由上面的計(jì)算結(jié)果可知軸承可以放心投入使用。
5.5.2 軸承潤(rùn)滑方式的選擇
通過(guò)查閱相關(guān)資料可得，該軸承的最佳潤(rùn)滑方式是。
5.6 橫移車輪與導(dǎo)軌的選擇
通過(guò)查閱資料可得，本文設(shè)計(jì)的立體車庫(kù)載車板下的最合適的車輪為雙輪緣車輪，考慮到整個(gè)車庫(kù)的面積還有載車板的大小，所以設(shè)計(jì)的合適的車輪的直徑是。這樣的車輪的標(biāo)記是：車輪 因?yàn)檐囕喅惺艿膽?yīng)力并不算大，所以車輪的材料可以選擇45鋼，車輪形狀的具體結(jié)構(gòu)如圖5-4所示。
載車板運(yùn)行時(shí)所需的導(dǎo)軌材料及類型通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》[6]可得出，最佳的選擇是輕型鋼軌，這種輕型鋼軌的具體結(jié)構(gòu)請(qǐng)參見(jiàn)本文圖5-5。
車輪載車板下面的車輪的主要尺寸見(jiàn)下表：
表5-4 車輪的主要尺
車輪運(yùn)行所需的導(dǎo)軌的主要尺寸如下表：
表5-5 導(dǎo)軌的主要尺
圖5-4 車輪 圖5-5 導(dǎo)軌
第6章 安全防護(hù)措施
6.1 防墜落裝置設(shè)計(jì)
汽車停放到載車板上之后，因?yàn)殡姍C(jī)不再工作，因此載車板在汽車的重量下可能會(huì)發(fā)生下落，所以要設(shè)計(jì)防墜落裝置。在參考很多防墜落設(shè)計(jì)之后，筆者覺(jué)得最適合本文所設(shè)計(jì)車庫(kù)的防墜落方式是運(yùn)用防墜落掛鉤和掛環(huán)，載車板停穩(wěn)之后，就會(huì)自動(dòng)的懸掛在掛鉤上，這樣可以防止載車板下落。但時(shí)當(dāng)電機(jī)在工作的時(shí)候，這套制動(dòng)裝置是不需要的，所以在不需要時(shí)就采用電磁鐵通電的方式頂開(kāi)制動(dòng)桿，這樣就可以消除制動(dòng)。如圖6-1所示：
圖6-1 防墜落結(jié)構(gòu)原理圖
當(dāng)電機(jī)停止工作時(shí)，電磁鐵無(wú)沒(méi)有通電，這時(shí)制動(dòng)桿左端在彈簧的作用力下使掛鉤掛住掛環(huán)。當(dāng)電機(jī)運(yùn)行的時(shí)候，由于電磁鐵中通電，此時(shí)可以吸引制動(dòng)桿使掛鉤脫離掛環(huán)，這樣就可以消除制動(dòng)。因?yàn)殡姶盆F進(jìn)入工作狀態(tài)很快，因此這套裝置可以很有效的在防止車庫(kù)墜落的同時(shí)不影響其正常工作。
6.2 其他防護(hù)措施
要保證車庫(kù)運(yùn)行的絕對(duì)安全，光有防墜落設(shè)施是不夠的，下面列舉幾個(gè)其他的安全措施。
6.2.1 載車板狀態(tài)檢測(cè)
本車庫(kù)的七個(gè)載車板上均放置有一套光電開(kāi)關(guān)，光電開(kāi)關(guān)的位置在載車板的對(duì)角線處，這樣可以檢測(cè)到載車板上有沒(méi)有車輛。
6.2.2 載車板移動(dòng)準(zhǔn)確性檢測(cè)
在每個(gè)下層載車板上都放置一個(gè)限位開(kāi)關(guān)，這個(gè)開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)到載車板的移動(dòng)位置是否準(zhǔn)確，如果出現(xiàn)錯(cuò)誤，則自動(dòng)切斷電源。
6.2.3 載車板升降準(zhǔn)確性檢測(cè)
在每個(gè)上載車板下方和框架下方都分別安裝一只限位開(kāi)關(guān)，這個(gè)開(kāi)關(guān)可以檢測(cè)到載車板下降和上升是否到位。
6.2.4 放置人員與動(dòng)物誤入檢測(cè)
在車庫(kù)的出入口裝有光電開(kāi)關(guān)，如果在車庫(kù)運(yùn)行過(guò)程中有人類或者動(dòng)物誤入，則自動(dòng)切斷電源，車庫(kù)停止運(yùn)行。
結(jié) 論
本文根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合實(shí)際情況完成了升降橫移式立體車庫(kù)的設(shè)計(jì)。文中的重點(diǎn)是立體車庫(kù)的升降系統(tǒng)和橫移系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)和計(jì)算，這也是立體車庫(kù)的核心部分，并且對(duì)關(guān)鍵的零部件進(jìn)行了校核，以保證設(shè)計(jì)的可行性。最后設(shè)計(jì)了立體車庫(kù)中的安全設(shè)施，以保證車庫(kù)在運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)安全事故。正如本文緒論中所言，在現(xiàn)在的形勢(shì)下，立體車庫(kù)具有很大的發(fā)展前景，但是目前我國(guó)的工業(yè)水平還和發(fā)達(dá)國(guó)家有很大的差距，我們國(guó)家應(yīng)該加大在這方面的研究力度，迎頭趕上，這也需要我們一代又一代的機(jī)械工作者的共同努力。
致 謝
隨著設(shè)計(jì)的完成，大學(xué)四年的美好時(shí)光也一去不復(fù)返了。時(shí)間過(guò)的是那么的快，還沒(méi)來(lái)的及仔細(xì)品味美好的青蔥校園，我們已經(jīng)在通往象牙塔之外的世界的路上已經(jīng)漸行漸遠(yuǎn)了，盡管還不想承認(rèn)，但是，是的，我們要畢業(yè)了。
完成這篇設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)幾乎用到了我在大學(xué)里學(xué)到的所有知識(shí)，也算是對(duì)我大學(xué)學(xué)習(xí)生涯的一次回顧。在寫(xiě)的時(shí)候我還能感覺(jué)到當(dāng)時(shí)在課堂上初步接觸這一個(gè)個(gè)公式時(shí)的心情，中間我碰到了很多自己不能獨(dú)立解決的問(wèn)題，感謝我的畢設(shè)導(dǎo)師秦老師不厭其煩的指導(dǎo)，沒(méi)有她的幫助，我沒(méi)辦法完成這個(gè)設(shè)計(jì)。感謝我的父母養(yǎng)育了我，給我接受教育的機(jī)會(huì)，這樣才有今天的我。
最后，還要感謝在大學(xué)里和我并肩前行的同學(xué)們，他們不僅僅給我的是陪伴，也教會(huì)了我很多書(shū)上學(xué)不到的東西。他們是陪我一起笑過(guò)、哭過(guò)的人，我們共同度過(guò)了最美好的幾年。現(xiàn)在分別的日子就在眼前了，但是也許生活就是這樣，永遠(yuǎn)不會(huì)變的事情就是一直在改變。
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