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沈陽化工大學科亞學院
畢業(yè)設計答辯成績評定
沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)設計答辯委員會于2016 年 6 月 7 日 審查了機械設計制造及其自動化 專業(yè) 朱未 的畢業(yè)設計。
設計題目： 垂直循環(huán)式立體停車設備設計
設計專題部分： 設計一個能停12車的垂直循環(huán)式立體停車場
設計共 35 頁，設計圖紙 9 張
指導教師： 邱國俊
評 閱 人： 王楠
畢業(yè)設計答辯委員會意見：
成績：
學院答辯委員會
主任委員（簽章）
年 月 日
沈陽化工大學科亞學院
本科畢業(yè)設計
題 目:垂直循環(huán)式立體停車設備（12車位）
專 業(yè): 機械設計制造及其自動化
班 級: 機制 1202
學生姓名: 朱 未
指導教師: 邱 國 俊
論文提交日期：2016年5月29日
論文答辯日期：2016年6月 7 日
摘要
現(xiàn)如今，越來越多的人成為了有車一族，而隨著小汽車數(shù)量和房價不斷飆升，停車難這一社會問題越來越凸顯，而立體車庫的出現(xiàn)必然可以緩解這樣趨勢，不僅節(jié)約了寶貴的土地資源，減少能耗，綠色環(huán)保，也讓停車變得方便。停車方式也從單一的平面式轉向立體式，相較以往更加合理，最大化的利用了土地，在停車場設計方面更是一次巨大的進步。本設計在國外已經(jīng)有三四十年的發(fā)展史，已經(jīng)日臻完善，也是未來發(fā)展的一個趨勢。
本設計，發(fā)揚了垂直循環(huán)式立體停車設備的優(yōu)勢，以其搭配靈活，占地面積小等特點，作為本次研究的對象。在本設計中提出了整個車庫系統(tǒng)的傳動結構、框架結構、車籠的尺寸等。并設計了鏈輪、傳動軸、車籠、主框架和傳動齒輪等，選用了輸送鏈、電機、減速器等，確定了所有設計零件的材料及加工精度。
關鍵詞： 垂直循環(huán)； 立體停車設備； 緊湊； 節(jié)約； 機械設計
Abstract
Nowadays, more and more people become car owners, and as the number of cars and housing prices soaring, parking is difficult in this society more and more prominent, and the inevitable emergence of three-dimensional garage can alleviate this trend, not only saves valuable land resources, reduce energy consumption, environmental protection, but also to become convenient parking. Parking manner from a single three-dimensional plane steering, more reasonable compared to the past, to maximize the use of the land, in the parking lot design is a huge step forward. The design in foreign countries have a history of three or four years, it has been improving, a trend also in the future.
This design, promote the advantages of vertical circulation parking equipment, with its mix of flexible, small footprint, etc., as the object of this study. Proposed transmission structure, frame structure, the size of the entire cage car garage system, etc. In this design. And designed sprockets, shaft, car cage, main frame and the drive gear, the choice of the conveyor, motor, reducer, etc., to determine the accuracy of all design materials and processing parts.
Keywords: vertical circulation; parking facilities; Compact; thrift; Mechanical design
目 錄
第一章產(chǎn)品的概述 1
1.1 產(chǎn)品前景的展望 1
1.2 立體停車設備的優(yōu)點 2
1.3 在國內(nèi)外的發(fā)展及種類 2
1.4 智能的停車平臺 6
第二章立體車庫方案及結構設計 7
2.1 立體車庫總體方案的確定 7
2.1.1 使用條件 ? 7
2.2 系統(tǒng)工作原理 8
2.2.1 載車底板設計 8
第三章傳動系統(tǒng)設計 14
3.1 輸送鏈及鏈輪 14
3.1.1 輸送鏈的選擇 14
3.1.2 鏈輪部分的計算 15
3.2 電機和減速器的選擇 16
3.2.1 電機功率計算及選擇 16
3.2.2 減速機的選擇 17
3.3 連接齒輪計算 17
3.4 傳動軸設計及計算 19
3.5 軸承及軸承座的選擇 20
第四章框架結構設計 21
4.1 主框架設計 21
4.2 橫梁和拉桿的設計 24
4.3 導向槽 24
4.4 導軌的設計 25
第五章車庫的控制系統(tǒng) 26
5.1 基本要求 26
5.2 自動存取車系統(tǒng)的組成 27
5.3 人員誤入系統(tǒng)及火警系統(tǒng) 27
參考文獻 28
致謝 29
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章產(chǎn)品的概述
第1章 產(chǎn)品的概述
1.1 產(chǎn)品前景的展望
截至2015底，我國的機動車保有量已達到2.79億輛，這其中汽車的保有量從2004年的2400萬輛增長到2015年的1.72億輛，平均每百戶家庭就擁有31輛，全國機動車駕駛人數(shù)量已超3.2億人。隨著經(jīng)濟的發(fā)展，以及油價的下跌，私家車的數(shù)量還將繼續(xù)增加，然而，各地的停車位卻供不應求，越來越多的汽車無處安放，越來越多的人有錢買車卻無處停車，各個大城市里的天價車位也層出不窮，停車難困擾著人們，并且成為一個社會問題。
在我國，大城市小汽車與停車位的比例為1：0.8，中小城市的小汽車與車位比為1:0.5，而這個數(shù)字在美國、日本等發(fā)達國家為1:1.3。就以北京為例，截至2014年10月底，全市經(jīng)營性停車位約171.3萬個，非經(jīng)營性停車位110萬個，總計281.3萬個，而截至2014年11月，全市共有機動車561,1萬輛，停車位缺口達250萬個。而像深圳、廣州、上海等城市停車位缺口均超150萬個。保守估計，我國停車位缺口超過5000萬個，并且有向三四線城市蔓延的趨勢。
車位不夠用，隨之而來許多問題，像占用盲道、人行道、消防通道，僵尸車霸占停車位，黑停車場坐地收費，路邊停車費接連漲價等，不勝枚舉。為了應對停車難，各大城市都在行動，如提高新建小區(qū)停車位配建比、修建停車場、發(fā)展公共交通等，但這些都并非一日之功，要見到成效還需要一些時間，想要快速解決停車難的問題，還是要用到本設計的產(chǎn)品——立體循環(huán)式停車設備，即俗稱的立體停車場。而像日本等國家，立體停車庫已有三、四十年的發(fā)展歷史，已成為解決停車難的一大利器。
在我國，一般的老式小區(qū)幾乎沒有配備停車場的，車輛往往隨意停放，即使是新建的小區(qū)在機動車日益增長的今天，也愈來愈難滿足人們的需求。相對于露天停車庫，立體停車庫可以在原來兩個至三個停車位的空間上停放十幾甚至幾十輛車，更有效的利用了空間。相較于地下停車庫，則免除了通風、排水、照明等方面的負擔，節(jié)約了能源，減少了日常經(jīng)濟負擔，而且相較于傳統(tǒng)停車位，立體停車庫更安全，所需要的管理人員更少，并且效率更高。
1.2 立體停車設備的優(yōu)點
(1) 節(jié)約用地
在占地面積上，立體停車設備無疑要比平面停車場更節(jié)省空間。一個標準的停車位寬2.5-2.7米長6-7米，只能停一輛車。而機械循環(huán)式立體停車設備在兩個這樣的停車位上可以停幾十輛車，大大節(jié)約了占地面積，眾所周知在核心地段的地價極高，節(jié)約了占地面積，就等于節(jié)省了一大筆的成本。
(2) 操作方便
本設備采用plc進行控制，幾個按鍵即可完成存車取車，操作簡單、十分的方便。在普通停車場里，你可能要從茫茫的車海中找到自己的車，而在垂直循環(huán)式立體停車設備里，存車取車只需幾個按鍵即可。同樣也方便人員管理，多個設備可以組合成組，連接上控制系統(tǒng)統(tǒng)一管理。
(3)存取車快速
取車迅速取車時間最長不超過2分鐘，調車時間短，取車快速。
(4) 省電節(jié)能
本設備無需大面積照明，也無通風、排水等問題，相較于地下停車庫耗電很小，更加節(jié)能環(huán)保，減少了日常開支。
(5) 投資成本較小
相對于普通停車場，立體停車場造價較小，而且管理人員相對也少，對通風、消防的要求也較低。
1.3 在國內(nèi)外的發(fā)展及種類
立體停車設備最早出現(xiàn)于國外，1918年位于美國伊利諾斯州芝加哥市華盛頓西大街215號的一家賓館(Hotel La Salle)的建立的停車庫。在國外已經(jīng)發(fā)展了很多年，尤其是在日本已經(jīng)有近30~40年的歷史，無論在技術上還是在經(jīng)驗上均已獲得了成功，技術也已十分成熟。我國也于上世紀90年代初開始研究開發(fā)機械立體停車設備，距今已有近二十年的歷程。
機械式立體停車設備根據(jù)其工作原理分為9類。
(1) 簡易升降類機械式立體停車設備
整機特點：
車位分成二層或多層，[1]采用升降機構或俯仰機構使汽車存入或取出。簡易升降類機械式停車設備一般為無人方式，即人離開后才移動汽車的方式。該類立體車庫的特點是：結構簡單、操作方便，多用于私人住宅、企業(yè)、地下室等。
這樣的停車設備可充分利用地下室空間場所，在面積一定時將至少增加二倍以上的停車位。構造簡單實用，無需特殊地面基礎要求?？扇我膺w移，搬遷安裝容易。根據(jù)地面情況，獨立及多臺設備。備有專用鎖匙開關，防止外人開動設備。車板防下滑保險裝置防墜落。目前，簡易升降式機械立體車庫在停車設備的市場份額約占5-8%
不足點:設備超過三層時，升降運行時擺動幅度過大，風力過大時會發(fā)生搖晃。
(2) 升降橫移類機械式立體停車設備
整機特點：
梳齒交換方式的升降橫移機械式立體停車設備，將現(xiàn)有的技術中載車板既能存放機車又能運送汽車的功能分開，僅在一些列設置運送汽車的列用公共升降車載裝置和在存取車層設置列用公共縱移運車裝置以及在層內(nèi)設置存放汽車的縱移或橫移存車裝置，他們的載車板均為雙排齒輪內(nèi)或向外式機構，被存取的汽車在這些梳齒載車板之間進行1-2次交換就可以完成存取車的操作。有效利用空間，提高空間利用率達數(shù)倍。存取車快捷便利，獨特跨梁設計，車輛出入無障礙。采用PLC控制，自動化程度高。環(huán)保節(jié)能，低噪音。人機界面好，多種操作方式可選配，操作簡便。
缺點：占地面積較大
(3) 平面移動類機械式立體停車設備
整機特點：
在同一層上用搬運臺車或起重機平面移動車輛，或使存車板平面橫移實現(xiàn)存取停放車輛的機械式停車設備。該類型特點：停車形式設計靈活，可以設計在建筑的中層，也可設計在建筑的頂層。每層的車臺和升降機分別動作，提高了車輛的出入庫速度，可自由使用地下空間，停車規(guī)模可達到數(shù)千臺。部分區(qū)域發(fā)生故障時，不影響其他區(qū)域的正常運行，因此使用更加方便；采用以車輛駕駛員為中心的設計方法，提高了舒適性。采取多重安全措施，安全性能卓越；通過計算機和觸屏界面進行綜合管理，可全面監(jiān)視設備的運行狀況，并且操作簡單
缺點：占地面積較大
(4) 巷道堆垛類機械式立體停車設備
整機特點：
用巷道堆垛起重機或橋式起重機，[2]將進到搬運器上的車輛水平移動且垂直移動到存車位，并用存取機構存取車輛的機械式停車設備。升降和平移可以同時進行，提高了車輛的出入庫速度?？勺杂衫玫叵驴臻g，提供大規(guī)模的停車位置。由計算機進行綜合管理，可全面監(jiān)視設備的運行狀況。操作簡單，存取速度快?？稍O置于地上或地下，充分利用有效空間。載車板的升降和行走同時運行，存取車方便快捷。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安全。通過升降機、行走臺車及橫移裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車操作，整個過程全自動完成。固定式升降機+各層行走臺車的配置形式，可實現(xiàn)多個人同時存取車。
缺點：成本較高
(5) 垂直升降類機械式立體停車設備
整機特點：
用提升機將車輛升降到制定層，并用提取機構存取車輛的機械式停車設備。垂直升降類立體車庫特點：土地利用率最高，三個車庫位的面積可以形成50-80個立體車位。一般在地面上建一個鋼結構高塔，內(nèi)部裝設停車設備，采用自動停車方式，稱為立體停車塔。也能將塔庫設計一半在地下，一半在地面以上，能單獨一只塔也能幾只塔并在一起，每支塔都要有單獨的出口。本設備為全自動智能車庫，車輛停在地面的入口后，人員即可下車離開，設備自動將車子運送到車位停好。
本設備一般設計在人員高度密集的地方，尤其是商業(yè)辦公區(qū)等，利用最小的土地面積，能夠停最多的車輛，每套設備可以設計25層，可停放50輛車。本設備可設計鋼結構單獨建筑，也可配合大樓的設計裝在大樓內(nèi)，與大樓成為一體。每套設備為一組控制區(qū)，每套設備的車位數(shù)量一般設計在20個車位到50個車位之間。
本設備的優(yōu)點是：占地最小，停車最多，出車速度最快。高層設計最高能夠達到平均一輛車僅占一平方米的空間?？赏瑫r提供多車位進出口，等待時間短。智能化程度高，可預約存取車及空車位導向。
缺點：自高較高
(6) 垂直循環(huán)類機械式立體停車設備
整機特點：
垂直循環(huán)類機械式停車設備采用了垂直方向作循環(huán)運動的停車系統(tǒng)存取車輛[3]，其工作原理是電機通過減速機帶動傳動機構，在牽引構件鏈條上，每隔一定距離安裝一個存車架，當電機啟動時，存車架隨鏈條一起做循環(huán)運動，達到存取車的目的。存車時，司機將車開至車庫存車托架的準確位置后，關好車門退出車庫，按動操作按鍵，電機啟動后，存車托架隨之運動，另一存車托架轉至進口位置時，則可進行下一個存車動作；取車時，按動操作臺存車編號按鍵，電機啟動，在可編程序控制器作用下使其按最短路程運行至出口，司機進入存車托架將車開出。
省地：在58㎡的地方建起大型垂直循環(huán)類機械停車庫，可容納34輛轎車或24輛面包車。
方便：使用PLC自動調車，一次按鍵即可完成存取車。
迅速：調車時間短，取車快速。
靈活：可設置在地面上或半地上半地下，可獨立或附設在建筑物內(nèi)，還可多臺組合。
經(jīng)濟：可省去購置土地的大量費用，有利于合理規(guī)劃和優(yōu)化設計。
省電：一般不需要強制通風，無大面積照明，耗電量僅為普通地下車庫的35%。
(7) 水平循環(huán)類機械式立體停車設備
整機特點：
用一個水平循環(huán)運動的車位系統(tǒng)存取停放車輛的機械式停車設備。一般用于大廈地下設置，式最節(jié)省空間的一種設計，車位占滿地下空間，采用封閉式結構，通過機械作上下左右自由移動，再由升降機的提升進出庫，無需另設走道，地下空間提車利用率可達85%。
(8) 多層循環(huán)類機械式立體停車設備
整機特點：
可設置于地上或地下，或一半地下、一半地上，充分利用有效空間。此設備的出入口可以設在底部、中部或上部。全封閉式管理，安全可靠，保障人、車安全。通過升降機、行走臺車及循環(huán)裝置輸送載車板實現(xiàn)存取車操作，整個過程全自動完成。
缺點：地形限制。
(9) 汽車專用升降機
用作不同層面的汽車搬運的升降機。它只是起搬運而無直接存取車輛的作用。
本產(chǎn)品是其中的第六種“垂直循環(huán)類機械式立體停車設備”。
1.4 智能的停車平臺
在如今，互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓科技與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)更加緊密的結合，以適應現(xiàn)代生活中人們的需求。在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，以網(wǎng)絡的力量加速相對落后的制造業(yè)的效率、品質、創(chuàng)新、合作與營銷能力的升級，以信息流帶動物質流。像本產(chǎn)品在國外已經(jīng)發(fā)展了三四十年，在國內(nèi)也已經(jīng)發(fā)展了近二十年，產(chǎn)品的設計、工藝日臻完善，在網(wǎng)絡生活越來越發(fā)達的今天，如何將原有的舊產(chǎn)品更加貼近人們的日常生活，讓設備更好的服務于人，這也是本設計探討的內(nèi)容之一。
在如今，人們出行免不了帶手機，各種手機APP被我們使用，極大地方便了我們的日常生活，人們出門打車，用手機應用，吃飯付款用手機應用，預定門票用手機應用，停車也可以用手機應用找停車位，甚至于存取車可以只刷一個二維碼，就完成識別、付款等功能。這樣方便的停車支付功能，方便我們的生活，也符合互聯(lián)網(wǎng)加的理念，貼心服務于廣大有車一族，也增加了產(chǎn)品的競爭力。
更貼近人們的生活，更便于人們的生活的產(chǎn)品也就更具有競爭力，如本產(chǎn)品可以將停車位空余信息與互聯(lián)網(wǎng)云數(shù)據(jù)相連接，讓司機時刻知道停車位是否有空余，以及自己找車位停車、存取車都可以用手機app來查詢、識別，取代傳統(tǒng)的停車小票或者停車卡，刷手機存取車，網(wǎng)上付款，簡化了繁瑣的存取車流程，避免了沒帶停車卡的尷尬，讓生活越來越便捷，讓存取車越來越智能。
12
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章立體車庫方案及結構設計
第2章 立體車庫方案及結構設計
2.1 立體車庫總體方案的確定
目前市面上的立體停車庫主要有巷道堆垛式，升降橫移式，平面移動式，多層循環(huán)式，垂直提升式，垂直循環(huán)式。而升降橫移和平面移動式所需要的占地面積較大，巷道堆垛式的成本較高，垂直提升式的自高較高，多層循環(huán)適合細長地帶。這些并不能適合一般情況，綜合考慮，此立體停車庫設計選擇為垂直循環(huán)式立體停車設備設計。
垂直循環(huán)式立體車庫采用循環(huán)運動的方式將車輛從地面輸送至空間高點，從而可以使車輛立體停放，整個設備用鏈條傳動，鏈條上均勻安裝著若干個存車架，隨鏈條一起循環(huán)運動，從而達到存車取車的作用。
垂直循環(huán)式立體停車設備的特點即是占地面積小而容量大，在相當于2個普通停車位空間里可以停下數(shù)十輛車，十分經(jīng)濟。而且機械結構簡單，也便于操作、安裝。配置靈活方便，既可以單獨配置在建筑旁，又可以成組組成車庫組，方便管理。相較于傳統(tǒng)停車庫安全性也更高。也無需通風排水等設備，經(jīng)濟節(jié)能，造價也相對較小，
本設計選為12車位垂直循環(huán)式立體停車設備。
2.1.1使用條件?
(1)環(huán)境工作溫度?
室內(nèi)型-5～+40℃；室外型-15～+40℃。?
(2)相對濕度?
最濕月的月平均相對濕度不大于95%。?
(3)海拔高度?
2000m以下，相應的大氣壓力為86～110KPa。?
(4)使用場所環(huán)境?
使用環(huán)境無爆炸介質，不含有腐蝕金屬、破壞絕緣的介質和導電的介質。
2.2 系統(tǒng)工作原理
在垂直循環(huán)機械式停車設備傳動系統(tǒng)中，機械傳動系統(tǒng)是實現(xiàn)立體車庫循環(huán)傳動的核心，其工作原理即電機通過減速機構帶動輸送鏈輪及輸送鏈傳動，輸送鏈再帶動鏈上的車位做循環(huán)運動，使車位進入一樓，再將要存取的車存入或取出。
整個系統(tǒng)分為兩大部分：傳動部分和承載部分
傳動部分的部件有：電動機、減速器、制動器、傳動軸、鏈輪鏈條、連接齒輪等
承載部分的部件有：梁柱等框架結構及車位的載車底板。
其中梁柱等鋼結構為設備的骨架，承載整個設備及所載汽車的重量，需要對整體結構進行綜合設計，以保證安全。
載車板部分細分為4大部件：載車底板、吊臂、心軸、鏈上連接件。整個載車板部分均選用屈服強度為345mpa的低合金高強度碳素結構鋼，即Q345鋼，性能參數(shù)如下:
表2-1 Q345材料屬性
屬性
數(shù)值
單位
彈性模量
1.900000051e+011
牛頓/m^2
中泊松比
0.3
中抗剪模量
7.900000256e+010
牛頓/m^2
質量密度
7800
Kg/m^3
張力強度
470000000
牛頓/m^2
屈服強度
345000000
牛頓/m^2
熱膨脹系數(shù)
1.3e-005
/k
熱導率
48
W/(m?k)
比熱
480
J/(kg?)
2.2.1 載車底板設計
載車底板：長5000mm、寬2100mm，重460kg
底板要承受汽車2噸的載荷，主要應力集中在車輪處，將吊臂連接位置稍向外，以減小對吊臂連接出的應力。
剛開始設計時，我將吊臂鏈接出設計的離中心較近，這樣即使我增大了板材厚度，增加連接處材料的用量也不能使板受應力減小。這樣不僅增加了材料的用量，也增加了整體的重量。為了，減少接觸部分的應力，也為了減輕重量，我將吊臂連接處向兩側平移了500mm,,并減少了鋼板的長度與厚度，使得所受應力減小到合適大小，應變也極小，在合理范圍內(nèi)。具體如下：
載車板采用一塊3mm厚的鋼板做底板，兩邊有寬400mm厚5mm長5000mm的加強板，底部用兩條掛臂加固，其強度滿足要求，受力均勻。
載車底板與吊臂銷軸連接處公差等級為it7級[4]，面板部分精度不需要特別高，公差精度在it9級。載車底板載車表面做防滑處理。
連接部分孔軸配合公差為：T=16i 非連接處公差：T=40i
公差因子：i=0.45D+0.001D （2-1）
與吊臂連接部分公差在0.03mm之內(nèi)，其他部分在0.1mm
圖 2-1 底板
圖 2-2 底板的受力分析
von Mises 應力 最小為587100 N/m^2 最大為1.23545e+009 N/m^2
合位移 最小為0.0293294 mm 最大為245.342 mm
對等應變 最小為2.75808e-006 最大為0.00308242
吊臂：82kg
連接部分孔軸配合公差為：T=16i 非連接部分公差:T=40i
公差因子：i=0.45D+0.001D
與底板連接部分公差在0.03mm之內(nèi)，與心軸鏈接部分公差在0.04，其他部分在0.1mm之內(nèi)。
吊臂與載車底板用空心銷軸連接，表面公差等級it9級，銷軸配合處公差等級為it7級。
長max=2140mm 寬max=50mm 高max=1769.7mm
圖2-3 吊臂
心軸：196kg
連接部分孔軸配合公差為：T=16i 非連接處公差：T=40i
公差因子：i=0.45D+0.001D
與吊臂鏈接部分公差在0.04之內(nèi)，其他部分在0.1mm
直徑150mm的空心圓柱
圖 2-4 心軸圖
主要受向下的壓力，車重在2噸，架重在870kg，總重在3噸以下，以3噸計算，則為：N=30009.8=29400N
危險截面積為0.0044m2
P==6.68MPa
材料符合這一強度。
鏈上連接件：44kg
圖 2-5 鏈上鏈接件圖
連接部分孔軸配合公差為：T=16i 非連接處公差：T=40i
公差因子：i=0.45D+0.001D
心軸連接部分公差在0.03mm之內(nèi)，螺栓連接部分公差在0.025mm之內(nèi)，其他部分在0.1mm。
圖 2-6 鏈連接受力圖1
圖 2-7 鏈連接受力圖2
圖 2-8 鏈連接受力圖3
此件與鏈上銷軸連采取螺栓螺母連接，并在側面與鏈板焊接在一起
長830mm 寬350mm 厚50mm
與輸送鏈的銷軸連接并與鏈板焊接在一起（受力分析詳見附件 2）
一個停車位的尺寸5000*2000*1644 （單位:mm）
一個車籠的尺寸5000*2140*1908 （單位:mm）
圖 2-9 車籠整體圖
整體結構的尺寸
連接部分孔軸配合公差為：T=16i 非連接處公差：T=40i
公差因子：i=0.45D+0.001D
連接部分公差在0.03mm之內(nèi)，其他部分在0.1mm
一個車籠總重 865kg
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章傳動系統(tǒng)設計
第3章 傳動系統(tǒng)設計
傳動系統(tǒng)分為輸送鏈、輸送鏈鏈輪、傳動軸、減速器、電機、支撐輪。
3.1 輸送鏈及鏈輪
3.1.1 輸送鏈的選擇
首先是輸送鏈的選用，根據(jù)之前的尺寸可以估算出輸送鏈的圓弧部分的路徑大約是直徑1.8米的圓，直線部分大約在12.3米。經(jīng)計算應選用M630輸送鏈，節(jié)距選擇250mm，
鏈條是標準準件，在保證不干涉的情況下，選用適當尺寸的鏈條即可[5]。
圖 3-1 滾子鏈參數(shù)圖
鏈條具體參數(shù)如下表：
表 3-1 M630輸送鏈尺寸
鏈號
極限拉伸MPa
P節(jié)距mm
B1內(nèi)鏈內(nèi)寬mm
B2內(nèi)鏈外寬mm
D2銷軸直徑mm
Lc銷軸長mm
T板厚mm
H2板高mm
D1滾子直徑mm
M630
630
250
66
97
36
154
14
100
140
12車位自重加上滿載汽車的重量小于36噸，用等效法計算靜載荷在352.8KN
慣性離心力為：F離=m2r=3000(3.4)2(1.8+0.85)=91.9KN （3-1）
綜合上述考慮，選用M630輸送鏈可滿足要求。
輸送鏈總長在30.02米。
雖然輸送鏈選用的是標準鏈，但鏈輪任然需要自行設計
3.1.2 鏈輪部分的計算
鏈輪齒數(shù)z=23
分度圓直徑：d==1836mm （3-2）
齒頂圓直徑：damax=d+1.25p-d1=1836+1.25250-140=2008.5mm （3-3）
Damin=d+(1-)p-d1=1836+232.6-140=1928.6mm
齒根圓直徑：df=d-d1=1836-140=1696mm （3-4）
內(nèi)節(jié)寬b1：b1=66mm
齒側圓弧半徑：remax=0.008d1(z2+180)=1.12(529+180)=794.08mm （3-5）
Remin=0.12d1(z+2)=1.6825=420mm
滾子定位圓弧半徑：rimax=0.505d1+0.069=70.7+0.0695.192=71.06mm （3-6）
Rimin=0.505d1=70.7mm
滾子定位角：amin=120-=116.087 （3-7）
Amax=140-=136.087 （3-8）
齒寬bf1： bf1=0.95b1=62.7mm （3-9）
倒角寬ba: ba=(0.10.5)p=25125 (3-10)
倒角直徑：rx=rxp rx=rx250 (3-11)
倒角深：h=0.5p=125 (3-12)
鏈總長30.02m 根據(jù)國標規(guī)定，最大取車時間不過130s，所以設設備運轉一周要120s，則：
線速度：v=s/t=0.25m/s 即15.01m/s
鏈輪轉速：n=v/d=15.01/5.65=2.65r/min (3-13)
鏈輪由于尺寸巨大，中間和齒的部分磨損的狀況也不同，[6]所以鏈輪采取兩個部件組裝的形式來設計較為方便，鏈輪齒形部分采用45#鋼調質處理，公差等級為it7級，公差為0.035mm。鏈輪的內(nèi)測采用鑄鋼鑄造而成，解決了尺寸形狀的問題，也能滿足設計的需求。
圖 3-2 鏈輪
3.2 電機和減速器的選擇
3.2.1 電機功率計算及選擇
當設備一邊滿載一邊空載時,兩側的負載差距最大，所需功率也是最大，故
6×2=12（噸）,12噸約為117600N[7]
N==32.67 KW (3-14)
電機的啟動功率約為工作最大的1.3倍，故：
最大功率為 32.671.3=42.47 KW
查機械設計手冊，選用YZR 280S-8型電機，額定功率45KW，同步轉速750r/min，滿載轉速720r/min。
3.2.2 減速機的選擇
總傳動比為i總==271.7
初步選擇減速機為NGW 122二級行星減速機[8]，傳動比標號14，傳動比63，輸入最大轉速750，輸入最大功率48kw。
減速機與鏈輪軸連接部分的齒輪傳動比i==4.3 故選擇傳動比為1:4.3的齒輪連接鏈輪與傳動軸。因為空間上的限制，電機輸出軸與鏈輪穿的傳動軸程90°，故需要設計一對錐齒輪。
3.3 連接齒輪計算
受限于空間等因素，故選用標準直齒錐齒輪作為傳動的連接。
直齒錐齒輪齒輪計算[7]：
減速機效率：0.94
P入=pw=42.3 kw (3-15)
設小齒輪17齒，大齒輪174.3=73.1 取74齒
漸開線圓柱齒輪傳動設計報告
設計參數(shù)：
傳遞功率: 42.3 kw
傳遞轉矩: 35338.819 nm
齒輪1轉速n1: 11.43
齒輪2轉速n2: 2.626
傳動比i： 4.353
法面模數(shù)mn: 2
端面模數(shù)Mt: 2
分度圓錐角：δ1=arccot=45° δ2=90°-δ=45° (3-16)
分度圓直徑：d1=mz1=34 mm ,d2=mz2=148 mm (3-17)
錐距：R==m=75.93 mm (3-18)
齒頂高：ha=ha*m=2 mm
齒根高：hf=(hac*)m=2.4 mm
齒頂圓直徑： da1=d12ha=37.898 mm da2=d22ha=148.896 mm (3-19)
齒根圓直徑：df1=d1-2hf=29.322 df2=d2-2hf=146.925 mm (3-20)
分度圓齒厚：s1== 3.137 mm s1==3.142 mm (3-21)
齒寬B: B=0.3d=11.404 mm
圖 3-3 錐齒輪1
圖 3-4 錐齒輪2
3.4 傳動軸設計及計算
主傳動軸一根，材料選取為45號鋼，調質處理，硬度為220~250HBS，查機械設計手冊得， 45鋼的σb=600MPa，其屈服極限為σs=350MPa，查機械設計手冊得，對塑性材料有：彎曲[σ]f=1~1.2 [σ]，扭轉[τ]=0.50.6[σ]，擠壓[σ]p=1.5~2.5 [σ]，剪切[τ]j=0.60.8 [σ]。因45鋼許用拉應力為[σ]===177.5MPa,n為安全系數(shù)，對塑性材料通常取1.52.2故[σ]=178MPa [τ]=90MPa。
此軸主要受扭矩
計算轉矩：T=9.55=9550=15.59.55=148025knm (3-22)
所選材料滿足要求
圖 3-5 傳動軸
圖 3-5 傳動軸連接
因為受材料的限制，軸上與鏈輪連接部分不能直接在軸上加工出來，需要將連接部分單獨做成類似軸肩的部分，再通過銷固定到軸上。由于精度不需要特別高，可用一根空心管作為傳動軸的主要組成部分，再用兩側加軸套的形式來固定鏈輪。
3.5 軸承及軸承座的選擇
軸承的選用及校核[9]
軸承均選用深溝球軸承，查機械設計手冊，選軸承型號為6238 GB/T276-94。
軸承壽命校核：
查機械設計手冊知軸承壽命計算公式為：Lh=() (3-23)
查表知：C=218kN，當量動載P==45.093 KN (3-24)
對于球軸承ε=3，n=1.437r/min，代入數(shù)據(jù)得：
Lh=()==1.31106 h (3-25)
可知軸承壽命足夠長，選擇符合要求。
軸承潤滑由于傳動軸轉速比較低，故軸承采用脂潤滑即可，在軸承座內(nèi)加入足夠的脂潤滑即可，對承受較大載荷來說此種潤滑方式十分適宜。
軸承座的選擇查機械設計手冊選“適用帶緊定套軸承的四螺柱滾動軸承座”，國標型號為SD538 GB/T7813-1998。
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沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章框架結構設計
第4章 框架結構設計
4.1 主框架設計
車庫骨架全部由鋼結構組成，主要由立柱、橫梁、斜拉桿、加強筋等構成；本設計主要采用熱扎槽鋼結構，材料均選牌號為Q235-A。
立柱的設計和校核
查參考文獻初選立柱型號為20 GB707-88[10]，該車庫全部重量由四根大的立柱承受，四根立柱外型截面為正方形，中間為空的。立柱截面形狀如圖4-1所示。
圖 4-1 立柱底板截面圖
外型尺寸為：正方形邊長為300mm,立柱厚度為50mm，高度為16.24m,立柱底部上焊有一塊正方形鐵板，邊長為400mm，厚度為30mm，立柱四邊都按有筋板，來增強立柱的剛度。立柱截面形狀如圖4-1所示。
圖 4-2 主框架及頂部導軌圖
上部半圓部分與鏈輪的分度圓直徑相同，主要起到對鏈條的支撐作用，并且上面的軌道槽可以讓鏈輪的滾子在之中運動，并能保持鏈條的運動軌跡。而且這一部件還起到張緊鏈條的作用。具體的做法是在螺栓螺母鏈接處增加墊片，來增加高度，從而起到張緊作用。
強度計算為：p==12MPa (3-26)
一半滿載一半空載時受力受力最大，F(xiàn)=2×6×1000×9.8=117600 N (3-27)
此時結構受力為P===2.352 MPa (3-28)
滿載時的受力分析：
車的總重：12×2=24t 立體停車庫的總重：60t即為60×1000×9.8=588000N
強度計算為：p===12MPa
分擔到每根柱上的柱上為：147000N
四根立柱每根的截面積：0.05m2
則受壓力為：p==2.94Mpa
風載荷計算：
Wk=βμμ (3-29)
因結構高度H=17.2米，總寬5.2米，高寬比==3.31.βz=1+計算確定，由于寬高比3.34，取μs=1.3,脈動增大系數(shù)ξ=1.24，脈動影響系數(shù)v=0.47，基本風壓w0=0.35kN/m2,負載寬度為6米。由式可算得:
Q(z)=6×0.35×βμμ=6×0.35×1.37×1.3×1.308=4.89 Kn/m2 (3-30)
側面總截面積大約為：58.488m2
F=qs=4.8958.488=286 kn (3-31)
P===5.720MPa (3-22)
作用在框架上的力的和為：
12+2.4+5.7+2.94=23 MPa 遠小于材料所能承受的力，故材料選擇合理。
圖 4-3 成品圖
4.2 橫梁和拉桿的設計
橫粱也承受很大的壓力，車輛的重量通過支撐架壓在橫梁上，用螺栓M27固定在立柱上或加肋板焊接固定，它采用口字形截面，如圖3-9所示，型號為熱扎工字鋼18 GB706-88，側面橫梁因受力較小，主要起連接作用，因此只需要外形合適就可以，可采用和正面橫梁一樣的連接方法，選熱扎槽鋼16即可。
斜拉桿、加強肋均采用熱扎等邊鋼截面，角鋼號數(shù)為10 GB9787-88[11]，截面形狀如圖所示。
還有兩框架上之間的梁，起到保持兩框架之間距離，并且起到一定支撐軸向力的作用。框架之間的橫梁依然采用Q235-A的鋼材。
4.3 導向槽
前端導向槽是防止鏈條的左右移動，讓鏈條軸在其滑槽中上下移動來達到需要的效果。它的寬度比鏈軸大一點點，用來保證鏈軸既能在里面上下移動，也不至于左右有大的移動范圍。后斷導向槽是為了防止車輛托盤過大的擺動而產(chǎn)生的不良后果，需要讓鏈滑塊上的軸承在滑槽中移動來減小擺動。
導向輪導向輪由前后導向輪和側面導向輪組成，在左右側面各裝四個，在底板前后各裝一個，每個車架上的導向輪共計十個。兩側的導向輪保證車架在豎直方向上運動平穩(wěn)，而前后兩個導向輪的作用是保證車架在運行到車庫上部鏈輪的圓弧處，防止脫離鏈條而發(fā)生擺動。
圖 4-4 干涉模擬分析圖
4.4 導軌的設計
導軌由側面導軌、上圓弧導軌和下圓弧導軌三部分組成。在車底板寬邊中心處有一滾輪，滾輪在導軌里滾動。這樣來保證底板沿軌跡運動，并且不會左右晃動。
(1) 側面導軌
它是為車架在垂直方向運行時，導向輪的滾動而設置的，本次設計采用20號熱扎槽鋼做導軌即可，其優(yōu)點是加工方便，經(jīng)久耐用，結構性能好。尺寸近似為12181mm,寬60mm的槽
(2) 上圓弧導軌
它是為了保證車架在運行到上部鏈輪左右平移時不發(fā)生擺動而設計的，本次設計用焊接結構的U型圓弧導軌，材料用Q235-A即可。尺寸近似為3074mm的圓弧，寬60mm的槽。
(3) 下圓弧導軌
它是為了保證車架在運行到下部鏈輪時防止其脫離鏈條而設計的，本次設計用焊接的鋼架結構作為下圓弧導軌，材料也采用Q235-A。尺寸近似為3074mm的圓弧，寬60mm的槽。
沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章車庫的控制系統(tǒng)
第5章 車庫的控制系統(tǒng)
5.1 基本要求
垂直循環(huán)式立體停車設備具有操作簡單、快捷，操作方便，設備性能安全可靠，維護方便的特點，能為用戶提供一個安全、簡單、便捷的使用環(huán)境，但這就需要控制系統(tǒng)具有一定的智能化及自動化。本設計立體車庫的控制系統(tǒng)所要能完成的控制動作包括: 能夠完成車庫內(nèi)的全套自動監(jiān)測包括但不限于托盤內(nèi)的有無車輛、存車的位置車位號、空余的車位等；對電機進行的控制以完成存取車時的運轉；可以實現(xiàn)自動收費的刷卡識別系統(tǒng)；并且將車位信息以指示燈的形式顯示在控制面板上；還要有為了安全設置消防檢測系統(tǒng)；以及防止人員誤入的檢測系統(tǒng)等。因此本設計立體車庫的控制系統(tǒng)將主要由車庫自動檢測系統(tǒng)、控制面板顯示系統(tǒng)、刷卡計費管理系統(tǒng)、自動存取車系統(tǒng)、人員誤入系統(tǒng)、消防自動報警系統(tǒng)組成，因為要結合眾多的系統(tǒng)[12]，可以考慮結合微型計算機、可編程控制器(Programming Logic Controller,簡稱PLC)來進行控制。
PLC作為自動化工業(yè)控制器，具有小巧、可靠性高、其功能強大、通用性好、對環(huán)境的要求不是特別苛刻等特點。不僅具有邏輯運算、定時、計數(shù)、順序控制等功能，還能結合PC機，進行可視化管理，或是和多組車庫組合，將單獨的PLC控制系統(tǒng)組成組，用工控機統(tǒng)一；可以采用梯形圖編程方式，操作編程操作簡單;PLC產(chǎn)品的己經(jīng)實現(xiàn)了系列化、單元化，方便用戶進行選擇,亦可進行組合，方便用戶選擇，應用靈活；此外，PLC還具有體積小、能耗低、質量輕、性能價格比高等優(yōu)點。因此PLC完全可以滿足系統(tǒng)的控制需要，PLC通過控制電機的轉動來帶動整個機械循環(huán)轉動裝置運轉，從而實現(xiàn)車位的運轉。利用計算機的數(shù)據(jù)通信手段、數(shù)據(jù)處理能力和圖形顯示、多媒體技術，可以直觀顯示車庫形象、全貌，可直接在計算機上完成停車操作和計費結算，并對操作運行和故障給提示、報警。因此PLC和微型計算機可以組成一個的全自動存取車控制系統(tǒng)來滿足本次設計的需求。又因為立體停車庫不需要大型的控制處理，一臺西門子的S7-300型PLC即可滿足需求。
5.2 自動存取車系統(tǒng)的組成
本車庫只設一個存取車口，采用后進入庫，前進出庫的方式存取車，在口上有IC卡讀卡機以識別車主身份，存車時車主只需在入口處的讀卡機前感應區(qū)域刷一下自己的IC卡，車庫將自動將空車輛托運盤調出并使托盤運轉到與地面平行，車主開車進入車庫，將車駛入托盤上，停車到位即可離開，人員離開后電動機運轉，將車輛提升一定高度，以達到存車的目的；取車時，車主在入口處的讀卡機前感應區(qū)域刷一下自己的IC卡，控制器自動讀取車位號，電動機運轉將載有車輛的托盤運轉至一層，車主入內(nèi)開車出來，完成取車的動作。
這樣一個存取車的控制系統(tǒng)就完成了
5.3人員誤入系統(tǒng)及火警系統(tǒng)
為了保證安全，在人員進入停車庫內(nèi)時車庫處于停止狀態(tài)，需加裝人員誤入系統(tǒng)。當紅外線檢測到有人員在車庫內(nèi)時，安全系統(tǒng)將斷開制動器電源，制動器處于閉合狀態(tài)，傳動系統(tǒng)不能運轉，從而保證人員在車庫內(nèi)時，車庫不會運轉。當人員離開車庫時，檢測系統(tǒng)發(fā)出信號，制動器通電，設備方可運轉。
火災警報系統(tǒng)即在車位上方安裝有煙霧報警裝置，當檢測到大量煙霧時發(fā)出信號，進行報警，提示有火災發(fā)生，并且反饋到控制系統(tǒng)中，為保證安全，控制系統(tǒng)切斷電源，車庫停止工作。并通知管理人員進行初期的滅火工作。
參考文獻
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[8]百度文庫.《NGW行星齒輪減速器的參數(shù)1》[J]
[9]全國機器軸與附件標準化技術委員會.《GB/T 6069-2002 滾子鏈聯(lián)軸器》[Z]
[10]百度文庫 .《鋼型材規(guī)格表大全》[J]
[11]百度文庫.《常用型材鋼規(guī)格表》[J]
[12]廖常初.《S7-300/400PLC應用教程》[M]
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使用 SOLIDWORKS Simulation 進行分析
致謝
光陰似箭，日月如梭，畢業(yè)設計即將完工，通過這一階段的努力我的畢業(yè)論文《垂直循環(huán)式立體停車設備》也終于完成了，這意味著大學生活即將結束。在大學階段我在學習上和思想上都受益非淺這除了自身的努力外與各位老師、同學和朋友的關心、支持和鼓勵是分不開的。在本論文的寫作過程中我的指導教師邱國俊老師傾注了大量的心血從選題到開題報告從寫作提綱到一遍又一遍地指出每稿中的具體問題嚴格把關循循善誘在此我表示衷心感謝。同時我還要感謝在我學習期間給我極大關心和支持的各位老師以及關心我的同學和朋友。