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摘 要
在對國內(nèi)外車庫現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了充分調研的基礎上,以較為典型的升降橫移式立體車庫為研究對象，選擇三層三列式車庫結構作為研究模型。綜合考慮立體車庫制造成本和運行安全的雙重因素。
簡單介紹了車庫的主體結構和特點，對車庫的控制系統(tǒng)也作了簡單的說明，依據(jù)升降橫移式立體車庫的運行原理，運用機械設計相關知識進行了一系列傳動方案的設計，包括提升系統(tǒng)的傳動設計，橫移系統(tǒng)的傳動設計，還運用力學理論對升降橫移式立體車庫的結構進行了力學分析，包括升降橫移式立體車庫的框架結構的強度、橫移傳動系統(tǒng)中軸的強度和升降傳動系統(tǒng)中軸的強度等。為了使停車設備滿足使用要求，根據(jù)國家關于機械式停車設備通用安全要求的標準、升降橫移式立體車庫的實際，在升降橫移式立體車庫中使用了一些必要的安全技術，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。
關鍵詞：立體停車庫；升降橫移式立體車庫；鋼結構；安全措施
Abstract
In the domestic and international current situation and trend of development for garage. Based on sufficient investigation, to choose a more typical of up-down and translation stereo garage as the research object, to choose the three layer three row type garage structure as research model. Considering the three-dimensional garage manufacturing cost and operation safety of the double factors.
Briefly introduces the main structure and characteristics of the garage, the garage control system are briefly described, based on the up-down and translation stereo garage operation principle, use of mechanical design knowledge are a series of transmission scheme design, including the upgrading of the transmission system design, shifting the transmission system design, also according to the theory of mechanics up-down and translation stereo garage structure mechanical analysis is carried out, including up-down and translation stereo garage frame structure strength, shifting transmission system axial strength and axial strength of lifting transmission system. In order to make parking equipment to meet the use requirements, according to the country about mechanical parking equipment General requirements for safety standards, up-down and translation stereo garage is actual, in the up-down and translation stereo garage to use some safety technique, so as to ensure the absolute safety of the vehicle, the garage can be safe and steady operation.
Keywords: stereo parking garage; up-down and translation stereo garage; steel structure; safety measures
目 錄
摘 要 I
Abstract II
第1章 緒 論 1
1.1 課題來源與背景 1
1.2 機械式立體停車庫發(fā)展概況 1
1.3 立體停車庫分類及優(yōu)點 3
1.4 研究升降橫移式立體停車庫的意義 6
1.5 升降橫移式車庫的工作原理 7
1.6 升降橫移式庫機械部分部件結構和功能 8
第2章 方案總體設計 10
2.1 方案總體設計 10
2.2 傳動方案的設計 10
2.3 傳動方案的選擇 12
第3章 主框架部分 14
3.1 鋼結構形式的選擇 14
3.2 鋼結構部分材料的選擇 14
第4章 升降傳動系統(tǒng)設計 16
4.1 升降電動機的選擇 16
4.2 升降鏈傳動的設計 18
4.3 升降軸的設計 20
4.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇 22
4.5 軸承的選擇 23
4.6 鋼絲繩和滑輪的選用 24
4.7 卷筒的設計 24
4.8 升降軸的強度校核 25
第5章 橫移傳動系統(tǒng)設計 28
5.1 橫移電動機的選擇 28
5.2 橫移鏈傳動的設計 29
5.3 橫移傳動軸A的設計 32
5.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇 34
5.5 軸承的選擇與計算 35
5.6 橫移車輪與導軌的選擇 36
第6章 安全防護措施 38
6.1 防墜落裝置設計 38
6.2 其他防護措施 39
第7章 車庫的控制系統(tǒng) 40
結 論 42
致 謝 43
參考文獻 44
CONTENTS
Abstract I
Chapter 1 Introduction 1
1.1 Topic origin and background 1
1.2 Mechanical parking development 1
1.3 Parking classification and advantages 3
1.4 Studies of up-down and translation stereo garage meaning 6
1.5 Lifting cross-sliding type garage principle of work 7
1.6 Lifting cross-sliding type garage mechanical parts structure and function 8
Chapter 2 The whole scheme design 10
2.1 The general design of the schemes 10
2.2 Transmission scheme design 10
2.3 The choice of transmission 12
Chapter 3 Steel structure material selection 14
3.1 Steel structure form selection 14
3.2 Steel structure material selection 14
Chapter 4 Lifting transmission system design 16
4.1 Lifting motor selection 16
4.2 Lifting chain transmission design 18
4.3 Lift shaft design 20
4.4 Coupling and key selection 22
4.5 Bearing selection 23
4.6 Wire rope and pulley selection 24
4.7 Reel design 24
4.8 Lift shaft strength analysis 25
Chapter 5 Transverse transmission system design 28
5.1 Traverse motor selection 28
5.2 Traverse chain transmission design 29
5.3 Transverse shaft A design 32
5.4 Coupling and key selection 34
5.5 Bearing selection and calculation 35
5.6 Traverse wheel and track selection 36
Chapter 6 Security protection measures 38
6.1 Anti-dropping device design 38
6.2 Other protective measures 39
Chapter 7 Control system 40
Conclusions 42
Thanks 43
Reference 44
- 44 -
第1章 緒 論
1.1 課題來源與背景
近幾年來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)兩大支柱產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，在一些大、中城市相繼出現(xiàn)了停車難和亂停車的現(xiàn)象。在解決城市停車難的問題中，歐美國家和亞洲國家采取的措施有所不同。但立體化停車是各個國家都積極采取的措施，尤其是全自動化的機械式立體停車庫，在很多國家和地區(qū)都得到了快速的發(fā)展。
機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。機械式立體停車設備以其獨特的優(yōu)點，引起了各界的重視，得到了廣泛的應用。機械式立體停車庫可充分利用空間，在有限場地上，最大限度停放車輛，是改善城市交通，緩解城市停車難的新途徑。
就當前社會對于立體停車庫的需求，本文介紹了各種型式立體停車庫的特點，選出了一種能廣泛滿足社會需求的機械式立體停車庫，升降橫移式立體停車庫作為研究對象，它也是比較典型的機電一體化產(chǎn)品。一些大城市已運用其實現(xiàn)許多停車問題。該車庫依據(jù)升降橫移類機械式停車設備運行原理，采用鋼架結構搭建而成。
1.2 機械式立體停車庫發(fā)展概況
機械式停車設備的應用已有30多年的歷史了。發(fā)展較早、較好的有日本、韓國、德國等。在亞洲，機械式停車設備采用較早應用較普遍的是日本、韓國和我國臺灣省。
日本從事機械式立體停車庫及其設備開發(fā)、制造的共有200多家，其中生產(chǎn)機械式立體停車設備的約100多家，比較大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、東急、內(nèi)外及昭和起重機等，產(chǎn)品既有出口的，也有進口的。
韓國機械式停車設備行業(yè)的發(fā)展歷程比較平穩(wěn)。20世紀70年代中期為起步階段，80年代為引進階段，90年代為供應使用階段。由于這幾個階段受到了政府的高度重視，各種機械式停車設備得到了普遍的開發(fā)和利用，年遞增速度達到30%；2000年以來為發(fā)展階段，自動化停車設備將隨供應量不斷的擴大而迅速發(fā)展。
我國在20世紀80年代初開始研制和使用機械式停車設備。80年代是起步階段，90年代以來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的發(fā)展，尤其是轎車進入家庭后，停車設備的應用逐步推廣，己經(jīng)形成了新興的停車設備行業(yè)，步入了引進、開發(fā)、制造、使用相結合的初步發(fā)展階段?，F(xiàn)在從事停車設備制造的企業(yè)數(shù)約有100家，其中主機生產(chǎn)企業(yè)超過50家。首批獲得國家頒發(fā)的立體停車設備制造企業(yè)資質的企業(yè)有22家。產(chǎn)品經(jīng)引進技術和自我研制開發(fā)，生產(chǎn)技術水平有了很大的提高。許多設備采用了當前機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機等領域的先進技術，控制型式有按鈕式、IC卡式、觸摸屏式、密碼鑰匙式、遙控式等，有些設備還采用了總線控制技術；傳動裝置采用內(nèi)藏式，以增大停車空間并保護各傳動元件不受污染和腐蝕，提高了設備的耐久性；機構中采用了模塊化設計，這樣便于組合使用，又易于安裝拆卸，且可縮短施工周期;還采用一些新材料、新工藝，如采用H型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板坐載車板；安全保護方面采用了聲光引導、定位裝置及自動消防滅火系統(tǒng)等。目前品種的滿足率己達90%左右，有的品種填補了國內(nèi)空白，產(chǎn)品國產(chǎn)化率達到50%以上。
由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體機械停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。機械車庫與傳統(tǒng)的自然地下車庫相比，在許多方面都顯示出優(yōu)越性。首先，機械車庫具有突出的節(jié)地優(yōu)勢。以往的地下車庫由于要留出足夠的行車通道，平均一輛車就要占據(jù)40 平方米的面積，而如果采用雙層機械車庫，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多層（21 層）立體式車庫的話，50 平方米的土地面積上便可存放40 輛車，這可以大大地節(jié)省有限的土地資源，并節(jié)省土建開發(fā)成本。
機械車庫與地下車庫相比可更加有效地保證人身和車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車不停準位置，由電子控制的整個設備便不會運轉。應該說，機械車庫從管理上可以做到徹底的人車分流。
在機械車庫中采用機械存車，還可以免除采暖通風設施，因此，運行中的耗電量比工人管理的地下車庫低得多。機械車庫一般不做成套系統(tǒng)，而是以單臺集裝而成。這樣可以充分發(fā)揮其用地少、可化整為零的優(yōu)勢，在住宅區(qū)的每個組團中或每棟樓下都可以隨機設立機械停車樓。這對眼下車庫短缺的小區(qū)解決停車難的問題提供了方便條件。
1.3 立體停車庫分類及優(yōu)點
1. 立體停車庫的分類：
停車庫就其結構特征來分類，可分為平面式及立體式，平面式又分為地下平面式停車庫、地上平面式停車庫；立體停車庫又可分為自行式立體停車庫、半自動立體停車庫和全自動立體停車庫，而全自動立體停車庫還可分為兩層或多層平面式全自動立體停車庫、豎向密集型全自動立體停車庫以及特殊造型結構全自動立體停車庫。
目前，立體車庫主要有以下幾種形式：升降橫移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循環(huán)式、箱型水平循環(huán)式、圓形水平循環(huán)式。
(1). 升降橫移式
升降橫移式立體車庫采用模塊化設計，每單元可設計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式，車位數(shù)從幾個到上百個。此立體車庫適用于地面及地下停車場，配置靈活，造價較低。
圖 1-1 升降橫移式立體停車庫
產(chǎn)品特點：
1) 節(jié)省占地，配置靈活，建設周期短。
2) 價格低，消防、外裝修、土建地基等投資少。
3) 可采用自動控制，構造簡單，安全可靠。
4) 存取車迅速，等候時間短。
5) 運行平穩(wěn)，工作噪聲低。
6) 適用于商業(yè)、機關、住宅小區(qū)配套停車場的使用。
安全裝置：防墜裝置，光電傳感器、限位保護器、急停開關等。
(2). 巷道堆垛式
巷道堆垛式立體車庫采用堆垛機作為存取車輛的工具，所有車輛均由堆垛機進行存取，因此對堆垛機的技術要求較高，單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的客戶使用。
圖 1-2 巷道堆垛式立體停車庫
(3). 垂直提升式立體車庫
垂直提升式立體車庫類似于電梯的工作原理，在提升機的兩側布置車位，一般地面需一個汽車旋轉臺，可省去司機調頭。垂直提升式立體車庫一般高度較高（幾十米），對設備的安全性，加工安裝精度等要求都很高，因此造價較高，但占地卻最小。
圖 1-3 垂直提升式立體停車庫
(4). 垂直循環(huán)式
圖 1-4 垂直循環(huán)式立體停車庫
產(chǎn)品特點：
1）占地少，兩個泊位面積可停6~10 輛車。
2）外裝修可只加頂棚，消防可利用消防栓。
3）價格低，地基、外裝修、消防等投資少，建設周期短。
4）可采用自動控制，運行安全可靠。
2. 立體車庫的優(yōu)點：
立體停車系統(tǒng)，特別是自動立體停車設備在國際上發(fā)展迅猛，在國內(nèi)倍受青睞是因為比原有的老式停車庫有著較多的優(yōu)點：
??? 1). 高倍率的技術經(jīng)濟指標
??? 自動立體停車庫停車容量大。占地面積小，也可停放各種類型的車輛，特別是轎車。而投資卻比同等容量的地下停車庫少，施工周期卻短，耗電省，占地面積也遠比地下車庫少。
??? 2). 外觀同建筑協(xié)調，管理方便
??? 自動立體停車庫最適合用于商場、賓館、辦公樓前、旅游區(qū)。在老式卻獨具風格的建筑物前，采用優(yōu)質合金材料，用新型裝飾材料，可以達到耳目一新的效果。
??? 許多裝置基本無須專門的操作人員，一個司機就可單獨完成。
??? 3). 完備的配套設施及“ 綠色”環(huán)保
??? 自動立體車庫具有完整的安全系統(tǒng)，如障礙物確認裝置、緊急制動裝置、防止突然落下裝置、過載保護裝置、漏電保護裝置、車輛超長及超高檢測裝置等等，如果應用于公共場合，還可以配有計時裝置，滿足收費要求。存取過程可由人工完成，也可以配備計算機設備全自動完成，這也給今后的開發(fā)設計留有大的空間。
??由于車輛在存取過程中只在極短的時間內(nèi)低速行駛，故而噪聲、排氣極其輕微。
1.4 研究升降橫移式立體停車庫的意義
升降橫移式立體停車庫是一種比較典型的機電一體化產(chǎn)品形式，它主要涉及機械、電子、建工等多個領域，它需要各方面的專業(yè)技術人員協(xié)同工作。在現(xiàn)代化大都市中，升降橫移式立體車庫己經(jīng)滲入到人們的各個生活領域，在機關、賓館酒店、醫(yī)院和居民區(qū)等許多地方，升降橫移式立體停車庫成了一道必不可少的基礎設施。但是我國的機械式停車庫技術發(fā)展比較晚，大部分還沿用著日本80年代的技術。隨著我國經(jīng)濟的飛速發(fā)展，轎車擁有量的迅速膨脹，機械式車庫的現(xiàn)有功能已落后于人們的要求?，F(xiàn)有車庫技術的不足主要表現(xiàn)在取車得時間比較長，智能化程度比較低，安全程度不夠，設計形式比較陳舊。上海和北京等地現(xiàn)有的許多高質量的立體停車庫，都是運用大量的外匯從國外進口的，并且售后服務也得不到令人滿意的保障。為了打破這種依賴進口的格局，打出具有自身特色的車庫產(chǎn)品，就得要在原有技術上有重大突破，從而帶動國內(nèi)車庫行業(yè)的發(fā)展，因此，對升降式立體停車庫的系統(tǒng)研究顯得尤為重要。
1.5 升降橫移式車庫的工作原理
升降橫移式立體車庫是指利用載車板的升降或橫向平移存取停放車輛的機械式停車設備。升降橫移式立體車庫每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升、降、橫移運動到達地面層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫地面的車只作橫移，不必升降，上層車位或下層車位需通過中間層橫移出空位，將載車板升或降到地面層，駕駛員才可進入車庫內(nèi)將汽車開進或開出車庫。
圖 1-5 七車位升降橫移式立體車庫工作原理圖
圖1-5 為一個地上7車位的升降橫移式停車設備，其工作原理是：三層三個車位可以升降，二層兩個車位可以升降和平移，一層的兩個車位只能橫向橫移，空車位供三層和二層的車位下降時借用。1 、2號車位可以直接存放車輛；7 號車位需下降后再存放車輛；3 號車位，則需先將1 號和2號載車板右移，再將3號載車板下降；4 號車位，則需先將2 號載車板右移，再將4號存車板下降；5號車位需要先將1、2、3、4號四個載車板右移，再將5號載車板下降；6號車位則需要先將2、4號載車板右移，再將6號載車板降下。由于升降橫移式停車設備對場地的適應性強，介紹系統(tǒng)各機械部分部件結構和功能可根據(jù)不同的地形和空間進行任意的組合、排列，規(guī)?？纱罂尚?，對土建的要求比較低，因此，應用非常廣泛。
1.6 升降橫移式庫機械部分部件結構和功能
以三層三列式立體車庫為模型建立研究對象。升降橫移式立體車庫主要由結構框架部分、載車板部分、橫移系統(tǒng)、提升系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、安全防護系統(tǒng)六大部分組成。下面我們重點對車庫的主要組成(圖1-6所示)進行分析。
圖 1-6 升降橫移式立體車庫主要組成
(1) 結構框架
立體車庫一般主要以鋼結構和鋼筋混凝土為主，在升降橫移式車庫中選用鋼架結構(如圖1-6所示)。
結構主體采用熱制方鋼、角鋼和鋼板等型材制造，具有較好的強度和剛度，輕巧、美觀，并可二次拆卸安裝，運輸方便。
(2) 上載車板及其提升系統(tǒng)
每塊上載車板都配有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。其工作原理如圖1-5 ，電機順時針旋轉時，載車板上升，電機逆時針旋轉時，載車板下降。根據(jù)載車板及車重確定鏈條所需的傳動力。根據(jù)傳動力及載車板的移動速度確定電機功率。根據(jù)車身高度確定上下載車板間的距離，根據(jù)這個距離確定鏈條的長度，最后根據(jù)傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀及大小。
(3) 下載車板及其橫移系統(tǒng)
由于下載車板不需懸掛鏈條，所以為了節(jié)省材料，下載車板比上載車板要短。每塊下載車板后部都配有一套獨立的電機減速機傳動系統(tǒng)。在下載車板底部裝有四只鋼輪，可以在導軌上行走，其中兩只為主動輪，裝于長傳動軸兩端，另兩只為獨立安裝的從動輪。電機減速機驅動長傳動軸運轉，長傳動軸上的主動鋼輪在導軌上滾動行走從而使下載車板作橫向平移運動。根據(jù)載車板及車輛的重量、行走速度、滾輪與導軌間的摩擦系數(shù)確定橫移電機的驅動功率。
(4) 安全裝置
上載車板上裝有上下行程極限開關和防墜落安全裝置。防墜落安全裝置裝在縱梁與上載車板上停位之間，在縱梁兩測各裝兩只掛鉤，上載車板兩側相應位置處各裝兩只耳環(huán)，當上載車板上升到位后，縱梁下面的四只掛鉤便自動套入四只耳環(huán)內(nèi)，以防止升降電機常閉制動器慢釋放后，上載車板在汽車和載車板本身的重力作用下慢慢下滑，壓壞下層汽車。另外也防止制動器一旦失靈，上載車板從上停車位墜落，砸壞下層汽車。下載車板的安全裝置主要是行程極限開關和防碰撞板。行程極限開關的作用是使載車板橫移到位后自動停止。防碰撞板的作用是：下載車板橫移時，如果碰撞到人、遺留行李或車主寵物時，切斷橫移電機電源，橫移停止。
(5) 控制系統(tǒng)
升降橫移式立體停車設備的控制系統(tǒng)采用PLC可編程序控制器控制，主要有手動、自動、復位、急停四種控制方法。自動控制應用于平時的正常工作狀態(tài)，手動控制應用于調試、維修狀態(tài)，復位應用于排除故障場合，急停應用于發(fā)現(xiàn)異常的緊急場合。對于本文中所列的7車位升降橫移式立體停車設備，PLC 主要要控制二、三層五個升降電機的正反轉和一、二層四個橫移電機的正反轉。此外要控制上層車位上安全鉤的電磁鐵和系統(tǒng)報警顯示裝置等。
第2章 方案總體設計
2.1 方案總體設計
升降橫移式立體停車庫的結構設計在整個車庫中非常重要，主框架部分、載車板部分和傳動系統(tǒng)是升降橫移式立體停車庫的主要組成部分，主框架部分承擔著整個升降橫移式立體停車庫的總量，而且它的輕重、穩(wěn)定性和可靠性以及載車板部分還影響著整個立體停車庫的重量、材料和成本的多少以及安全性，傳動系統(tǒng)決定著升降橫移式立體停車庫運行的好壞，所以如何設計主框架部分、載車板部分和傳動系統(tǒng)成為影響整個立體停車庫的關鍵因素。
1. 總體布局：
根據(jù)預期的設計要求，要達到7車位的中小型轎車的存取目標，本次設計的車庫采用三層結構，一層和二層各兩個停車位和一個空位，三層三個停車位。需要場地大概為長8m，寬6m，高6m。
2. 驅動機構的設計與選擇：
本次設計是針對的轎車的存取，可以滿足驅動力要求的機構可以是液壓馬達或液壓泵，柴油機，汽油機和電動機等。在車輛存取的過程中，要求升降或者橫移動作平穩(wěn)，并且考慮到噪聲的大小和啟動的頻率以及便于控制，本次設計采用電動機作為驅動機構。
3. 提升方式的設計與選擇：
提升的方式有鏈提升和鋼絲繩提升等，通過分析，本次設計采用鋼絲繩提升，并采用雙滾筒，可以實現(xiàn)平穩(wěn)提升，并可以提升結構設計的簡化。
2.2 傳動方案的設計
機械傳動系統(tǒng)主要功用是傳遞原動機的功率，變換運動的形式以實現(xiàn)預定的要求。傳動裝置的性能、質量及設計布局的合理與否，直接影響機器的工作性能、重量、成本及運轉費用，合理擬定傳動方案具有十分重要的意義。一般常用以下幾種傳動方案：
方案一：帶傳動，易于實現(xiàn)兩軸中心距較大的傳動；具有傳動平穩(wěn)，緩沖、吸振的特性；結構簡單，成本低；可起過載保護作用。
1-電動機 2-滾筒 3-傳動軸 4-傳動帶
圖2-1 帶傳動
方案二：鏈傳動，平均傳動比準確，工作可靠，效率較高；傳動功率大，過載能力強，相同工況下的傳動尺寸??；可在惡劣環(huán)境中工作；易于實現(xiàn)較大中心距的傳動；結構輕便，成本低。
1-電動機 2-聯(lián)軸器 3-滾筒 4-減速器 5-傳動鏈
圖2-2 鏈傳動
方案三：直齒輪傳動，傳動效率高，結構緊湊，工作可靠，壽命較長，傳動準確平穩(wěn)，承載能力高，功率和速度適應范圍廣。其結構如圖2-3：
1-電動機 2-減速器 3-滾筒 4-直齒大齒輪 5-直齒小齒輪
圖2-3 直齒輪傳動
2.3 傳動方案的選擇
好的傳動方案除應滿足工作機的性能和適應工作條件外，還應尺寸緊湊、成本低廉，傳動效率高等。故對更方案進行價值分析，由表3-1和表3-2選出較好的方案。
表2-1 定性判定與價值對應
判定
不用
差
中等
滿意
較好
好
很好
超目標
理想
價值P
0.1
0.2
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1.0
表2-2 傳動方案選擇的使用價值表
設 計 指 標
加權因子
方案一
方案二
方案三
價值
價值
價值
傳動精度
0.2
0.02
0.5
0.05
0.8
0.08
功 率
0.2
0.02
0.4
0.04
0.5
0.05
效 率
0.8
0.12
0.8
0.12
0.2
0.03
圓周速度
0.2
0.02
0.2
0.02
0.2
0.02
（續(xù)表）
設 計 指 標
加權因子
方案一
方案二
方案三
價值
價值
價值
制造安裝
0.8
0.16
0.8
0.16
0.2
0.04
價 格
0.7
0.105
0.6
0.09
0.4
0.06
壽 命
0.3
0.03
0.5
0.05
0.5
0.05
平穩(wěn)噪聲小
0.6
0.06
0.3
0.03
0.6
0.06
總使用價值
0.535
0.56
0.39
升降橫移式立體車庫的傳動要求傳動力矩較大，傳動速度較慢，經(jīng)過比較和分析，帶傳動不能提供較大的傳動力矩，容易發(fā)生打滑等現(xiàn)象，安全系數(shù)較低，所以本方案不予采用。鏈傳動和直齒輪輪傳動方案都可以滿足傳動的要求，但鏈傳動與齒輪傳動相比，除滿足工作機的性能和適應工作條件外，尺寸緊湊、成本低廉，安裝和維護都比較方便。綜上所述，此次方案設計采用方案二。
第3章 主框架部分
3.1 鋼結構形式的選擇
停車設備的鋼結構主要采用熱軋H型鋼、槽鋼、角鋼、鋼板焊接成型，用高強度螺栓連接成框架結構，具有較好的強度和剛度。根據(jù)不同的結構要求，有單注形式、跨梁形式、后懸臂形式等。單注形式結構緊湊，安裝、搬運方便，給駕駛員一種導向作用，也便于設置平衡裝置，故本設計鋼結構部分采用單注形式，其結構如圖3-1。
圖3-1 單柱鋼結構形式
3.2 鋼結構部分材料的選擇
車庫骨架全由鋼材結構組成，主要由立柱、橫梁、斜拉桿、加強肋等構成；本次設計主要采用熱扎H型鋼結構，材料均選牌號為Q235-A。
查參考文獻[10]表7-9初選立柱型號為20 GB707-88，該車庫全部重量由立柱承受，立柱外型截面為正方形，中間為空的，外型尺寸為：正方形邊長為250mm,立柱厚度為40mm，高度為5100mm,立柱底部上焊有一塊正方形鐵板，邊長為400mm，厚度為30mm，鋼材上安裝四個地腳螺栓，保證立柱的固定，另外焊接肋板，增加立柱的強度。立柱截面形狀如圖3-2所示。
圖3-2 立柱
橫粱采用工字形截面，如圖3-3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。
圖3-3 橫梁的工字形截面
斜拉桿、加強肋均采用熱扎等邊角鋼截面，角鋼號數(shù)為10 GB9787-88，截面形狀如圖3-4所示。
圖3-4 斜拉桿、加強肋的等邊角鋼截面
本次鋼結構設計選擇的鋼材承載能力強，且型鋼強度高、耐壓、耐彎能力強，根據(jù)受力分析知其遠遠滿足設計要求，故無須對其進行強度校核。
第4章 升降傳動系統(tǒng)設計
在升降傳動系統(tǒng)中，我們采用鋼絲繩傳動型式。鋼絲繩傳動形式的升降傳動系統(tǒng)一般是由電機、減速系統(tǒng)、卷筒、滑輪、鋼絲組成。在鋼絲繩傳動型式中，鋼絲繩的主要作用是拖動載車板上下升降。鋼絲繩一端與載車板相連結，鋼絲繩另一端纏繞卷筒上(載車板的前端鋼絲繩與后端鋼絲繩必須同方向繞著卷筒轉動)，當載車板需要升降時，提升電機便會通過其正反轉來帶動卷筒順時針或逆時針旋轉實現(xiàn)載車板的升和降。示意圖如圖4-1所示：
1-載車板 2-卷筒 3-升降軸 4-鏈輪 5-電動機 6-鋼絲繩
圖4-1 升降傳動示意圖
4.1 升降電動機的選擇
初設升降速度v=0.15m/s，載重M=1700kg，提升所需功率為：
由機械設計手冊知電動機輸出功率：
（4-1）
式中 ——工作機所需功率
——減速機與工作機之間的總效率
鏈傳動總效率：
（4-2）
式中 ——鏈傳動效率，查得=0.96
——滾動軸承效率，查得=0.99，兩對，
代入數(shù)據(jù)得：
則電動機的輸出功率為：=3.12kw
選擇臺灣明椿電動機廠生產(chǎn)的停車設備專用交流減速電動機，型號為MLPK55370603，功率P = 3.7kw，頻率為50HZ，電壓220V，速比為60，輸出轉速為。其外形見圖4-2。
圖4-2 電機的外形圖
表4-1 升降電機的尺寸表
A
D
E
F
G
H
L
J
K
525
150
210
260
190
15
21
42.2
85
M
X
Y
Z
P
Q
T
W
230
255
160
170
65
40
43.5
10
4.2 升降鏈傳動的設計
初定卷筒直徑D=200mm,載車板上升速度V = 0.15 m/s,求得卷筒的轉速。
由得，
鏈輪的傳動比
初取傳動比 i = 1.5。
1. 選擇鏈輪齒數(shù)、
根據(jù)傳動比i=1.5，查《機械設計》表6-6取小鏈輪齒數(shù)=17則大鏈輪齒數(shù)=27。
2. 確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp
初定中心距a=10p，則節(jié)距
取Lp = 44
3. 計算單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距P
由《機械設計》表6-3查得工作情況系數(shù)
由《機械設計》表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=0.887,鏈長系數(shù)
選擇雙排鏈，由《機械設計》表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.7
計算額定功率
根據(jù)額定功率和轉速查《機械設計》圖6.13選擇滾子鏈型號為24A，鏈節(jié)距P=38.1mm
鏈號標記為24A—2×44GB1243-1997
4. 確定鏈實際長度 L及中心距
L=Lp×P/1000=44×38.1/1000=1.68 m
5. 計算鏈速
6. 作用在軸上的壓軸力Q
圓周力F=1000P/V=（1000×3.7）/0.25=14800N
按平均布置取壓軸力系數(shù)有
7. 按靜強度校核鏈條
由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。
由《機械設計手冊》知，鏈條靜強度計算式：
（4-3）
式中 ——靜強度安全系數(shù)；
——工況系數(shù)，查表12-2-3??；
——鏈條極限拉伸載荷，=249.1kN；
——有效圓周力，；
——離心力引起的力，，其中為鏈條質量，可由《機械設計手冊》表12-2-9查得：q=5.6kg/m；時，可以忽略。
——懸垂力，，其中為系數(shù)，查《機械設計手冊》圖12-2-3得：，為中心距，，為兩輪中心線對水平面的傾角，，則
；
——許用安全系數(shù)，。
代入數(shù)據(jù)得：
符合強度要求。
8. 潤滑方式的選擇
根據(jù)鏈速v=0.25m/s和鏈節(jié)距P=38.1mm，按《機械設計》圖6.16查得潤滑方式為人工定期潤滑。
4.3 升降軸的設計
升降軸是升降電機動力通過鏈輪輸入的一段，它的結構如下圖：
圖4-3 升降軸結構圖
1. 估算軸的基本直徑
選用45鋼，調質處理，由《機械設計》表9-1查得=640MPa。查
表9-3，取C=60，由《機械設計》式（9-2）得
所求為軸的最細處，即裝聯(lián)軸器處（圖5-2）。但因此處有個鍵槽，故軸頸應增大5%，即。
為了使所選的直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應，故需同時選擇聯(lián)軸器。由《機械設計》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，與軸配合長度83mm。
2. 軸的結構設計
（1）初定各段直徑，見表4-2
表4-2 升降軸各段直徑
位置
軸頸/mm
說明
裝聯(lián)軸器軸段
1-2
=40
與半聯(lián)軸器的內(nèi)孔配合，故取40mm
自由段
2-3
=46
半聯(lián)軸器的右端用軸肩定位，故取46mm
裝鏈輪軸段
3-4
=50
與鏈輪輪轂的內(nèi)孔配合，并便于拆裝，故取50mm
軸環(huán)段
4-5
=60
考慮鏈輪的軸向定位，故取60mm
自由段
5-6
=46
考慮半聯(lián)軸器左端的軸向定位，故取46mm
裝聯(lián)軸器段
6-7
=40
與聯(lián)軸器的內(nèi)孔徑相適應，故取40mm
（2）確定各段長度，見表4-3
表4-3 升降軸各段長度
位置
軸段長度/mm
說明
裝聯(lián)軸器軸段
1-2
=83
該段的長度由鏈輪輪轂寬度決定，故取83mm
自由段
2-3
=35
考慮軸上零件安裝的位置，取52mm
（續(xù)表）
位置
軸段長度/mm
說明
裝鏈輪軸段
3-4
=82
該段長度由鏈輪輪轂寬度決定，考慮鏈輪的安裝，該軸段長略短于輪轂的寬，故取82mm
軸環(huán)段
4-5
=10
考慮到車輪的定位，一般為軸肩高度的1.4倍，取10mm
自由段
5-6
=792
考慮提升部分的結構，取792mm
裝聯(lián)軸器段
6-7
=83
該段的長度由鏈輪輪轂寬度決定，故取83mm
3. 軸上零件的周向固定
半聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵連接，按由《機械設計》查得平鍵尺寸（GB/T1096-2003），鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長為80mm，半聯(lián)軸器與軸的配合代號為H7/k6。同樣，鏈輪轂與軸連接處，選用平鍵為，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為H7/k6。
4. 考慮軸的結構工藝性
考慮軸的結構工藝性，軸肩處的圓角半徑R值為2.5，軸端倒角c=2mm；為便于加工，鏈輪和半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一軸面上。
4.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇
1. 聯(lián)軸器的選擇
由前可知與聯(lián)軸器配合處直徑為40mm，查參考文獻[2]選用剛性聯(lián)軸器。
2. 鍵的選擇與校核
（1） 查《機械設計》表9-4選普通平鍵：
與聯(lián)軸器配合的選用：鍵12×80 GB/T1095-1990；
與鏈輪配合選用：鍵14×80 GB/T1095-1990。
（2） 校核：
查《機械設計》知校核公式為：
（4-4）
式中 T——傳遞的轉矩，；
——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，，h為鍵的高度；
——鍵的工作長度，圓頭平鍵；
——軸的直徑；
——許用擠壓應力，查表6-2知：。
聯(lián)軸器與軸配合的鍵：，，代入上述公式可得：
鏈輪與軸配合的鍵：，，代入校核公式可得：
由此可知鍵的選擇能滿足要求。
4.5 軸承的選擇
1. 軸承的選用及校核
軸承均選用深溝球軸承，查參考文獻[10]選軸承型號為6238 GB/T276-94。
2. 軸承壽命校核
查參考文獻[1]知軸承壽命計算公式為：
（4-5）
查表知：，當量動載荷為。對于球軸承，，，代入數(shù)據(jù)得：
可知軸承壽命足夠長，選擇符合要求。
3. 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。
4.6 鋼絲繩和滑輪的選用
1. 鋼絲繩直徑的確定
按GB/T3811-1983計算
（4-6）
式中 d——鋼絲繩的最小直徑
——鋼絲繩的最大靜拉力
C——選擇系數(shù)
由表81-8確定選擇系數(shù) C = 0.104
根據(jù)《機械設計》P27-9，選擇圓股鋼絲繩-合成纖維芯鋼絲繩:
d = 16mm , ,
最小破斷拉力 F = 133.0KN
2. 滑輪的選擇
滑輪用來導向和支撐，以改變鋼絲繩傳遞力的方向。該滑輪受載荷比較小，一般制成實體滑輪，材料為鑄鋼。由鋼絲繩的直徑d，按《機械設計手冊》表8.1-64查得與鋼絲繩直徑匹配的滑輪直徑D=225mm?；喌男褪接伞稒C械設計手冊》圖8.1-8選擇一般密封，無內(nèi)軸套的E型滑輪。其標記為：
滑輪 E16×225-55 JB/T9005.3-1999
4.7 卷筒的設計
卷筒的類型按JB/T9006.2-1999選擇A型卷筒，根據(jù)《機械設計》表8.1-47進行卷筒的幾何尺寸計算：
最大起升高度 Hmax = 5.4m
繩槽槽距 P = 1.2d = 19.2mm,卷筒槽底直徑 D = 180.8mm
卷筒計算直徑（由鋼絲繩中心算起的卷筒直徑）=200mm
固定鋼絲繩的安全圈數(shù) =1.5
卷筒上有螺旋部分長：
無繩槽卷筒端部尺寸 ,
固定鋼絲繩所需
中間光滑部分長度 m = 43mm
卷筒長度
4.8 升降軸的強度校核
1. 軸的受力分析
軸的力學模型如下圖：
圖4-4 軸力學模型圖
根據(jù)升降傳動軸的受力情況，此軸主要受扭矩作用，所以只要對軸進行扭轉應力強度校核即可，由《機械設計》可知校核公式為：
（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處切向力：
B處切向力：
A處扭矩：
B處扭矩：
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鍵槽中心截面（即與鏈輪配合處）受扭矩最大，為危險截面，應對它進行扭應力強度較核：
（4-7）
式中 ；
。
代入數(shù)據(jù)可得：。
由此可知強度符合要求，設計合理。
第5章 橫移傳動系統(tǒng)設計
橫移傳動系統(tǒng)的作用是使載車板平移到指定位置，其傳動主要是靠電機帶動鏈輪使?jié)L輪在軌道上移動。其結構如圖5-1。
1-主動輪 2-鏈輪 3-電動機 4-載車板 5-從動輪
圖5-1 橫移傳動示意圖
5.1 橫移電動機的選擇
初設承載總質量M=2000kg，橫移速度V=0.15m/s，由機械設計手冊查得摩擦因子μ=0.2，則帶動橫移軸轉動所需功率：
由機械設計手冊知電動機輸出功率：
（5-1）
式中 ——工作機所需功率
——減速機與工作機之間的總效率
鏈傳動總效率：
(5-2)
式中 ——鏈傳動效率，查得=0.96
——滾動軸承效率，查得=0.99，兩對，
代入數(shù)據(jù)得：
則電動機的輸出功率為：=0.594kw
由于橫移的速度較慢，要求橫移電機的轉速較低，為使結構緊湊，本設計根據(jù)輸出功率選擇由臺灣明椿電機廠生產(chǎn)的交流減速電動機，型號為MLPK40075803，額定電壓220V，功率P=0.75w，速比30，輸出轉速n=18r/min。
其外形圖與升降電動機相同，見圖4-2。電機的主要安裝和外形尺寸如下表：
表5-1電機外形尺寸(mm)
A
D
E
F
G
H
L
J
K
365
90
140
175
120
11
15
23.42
65
M
X
Y
Z
P
Q
T
W
165
175
116
125
45
40
31
7
5.2 橫移鏈傳動的設計
初選橫移輪直徑D=160mm，則車輪的轉速應為
由于電機轉速和車輪轉速幾乎相同，故傳動比為1。
1. 初選鏈輪齒數(shù)
由《機械設計》表6-6查得，則從動鏈輪齒數(shù)
2. 確定計算功率
由于載荷比較平穩(wěn)，由《機械設計》查表6-3得工況系數(shù)=1.0，因此
==0.75kw
3. 初定中心距，確定鏈條鏈節(jié)數(shù)Lp
初定中心距,則鏈節(jié)數(shù)
取Lp = 42
4. 計算單排鏈所能傳遞的功率及鏈節(jié)距P
由《機械設計》表6-5查得小鏈輪齒數(shù)系數(shù)Kz=1.0,選擇單排鏈，由《機械設計》表6-4查得多排鏈系數(shù)Kp=1.0
由《機械設計》圖6.14查得長度系數(shù)=0.98故所需傳遞的功率為
根據(jù)額定功率和轉速查《機械設計》圖6.13選擇滾子鏈的型號為12A，由表6-1查得鏈節(jié)距P=19.05mm
鏈標記為：12A—62GB/T1243-1997
5. 確定鏈實際長度 L及中心距
L=Lp×P/1000=42×19.05/1000=0.8mm
6. 計算鏈速
7. 計算作用在軸上的壓軸力Q
圓周力F=1000/V=（1000×0.75）/0.11=6818N
按平均布置查《機械設計》取壓軸力系數(shù)
有
8. 按靜強度校核鏈條
由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。
由參考文獻[5]知，鏈條靜強度計算式：
（5-3）
式中 ——靜強度安全系數(shù)；
——工況系數(shù)，查表12-2-3??；
——鏈條極限拉伸載荷，=31.1kN；
——有效圓周力，；
——離心力引起的力，，其中為鏈條質量，可由《機械設計手冊》表12-2-9查得：q=1.50kg/m；時，可以忽略。
——懸垂力，，其中為系數(shù)，由《機械設計手冊》查圖12-2-3得：，為中心距，，為兩輪中心線對水平面的傾角，，則
；
——許用安全系數(shù)，。
代入數(shù)據(jù)得：
符合強度要求。
9. 潤滑方式的選擇
根據(jù)鏈速v=0.11m/s和鏈節(jié)距P=19.05mm，按圖6.16查得潤滑方式為人工定期潤滑。
10. 鏈輪的結構設計
鏈輪的結構選為整體式，材料為45鋼，熱處理為淬火、回火，齒面硬度40~50HRC。由《機械設計手冊》表14.2-19查得主要結構尺寸如圖5-2：
圖5-2 橫移鏈輪
5.3 橫移傳動軸A的設計
橫移傳動軸A是一層車庫橫移電機動力通過鏈輪輸入的一段，它的結構如下圖：
圖5-3 橫移軸A
1. 估算軸的基本直徑
選用45鋼，調質處理，由《機械設計》表9-1查得=640MPa。
查表9-3，取C=110，由式（9-2）得。
所求為軸的最細處，即裝聯(lián)軸器處（圖3.2）。但因此處有個鍵槽，故軸頸應增大5%，即，則。
為了使所選的直徑與聯(lián)軸器孔徑相適應，故需同時選擇聯(lián)軸器。由《機械設計手冊》查得采用剛性聯(lián)軸器，取與軸配合的的半聯(lián)軸器孔徑28mm，故軸頸28mm，與軸配合長度44mm。
2. 軸的結構設計
（1）初定各段直徑，見下表：
表5-2 橫移軸各段直徑
位置
軸頸/mm
說明
裝鏈輪軸段1-2
=28
與鏈輪的內(nèi)孔配合，故取28mm
自由段
2-3
=32
鏈輪的右端用軸肩定位，故取32mm
裝車輪軸段
3-4
=45
與車輪的內(nèi)孔配合，并便于拆裝，故取45mm
軸環(huán)段
4-5
=50
考慮車輪的軸向定位，故取50mm
自由段
5-6
=34
考慮軸承的軸向定位，故取34mm
裝軸承段
6-7
=32
由軸承的內(nèi)孔決定。初選深溝球軸承，型號為6232，其內(nèi)孔尺寸d=32，故取32mm
自由段
7-8
=30
考慮聯(lián)軸器左端的軸向定位，故取30mm
裝聯(lián)軸器段
8-9
=28
與聯(lián)軸器的內(nèi)孔徑相適應，故取28mm
（2）確定各段長度，見下表：
表5-3 橫移軸各段長度
位置
軸段長度/mm
說明
裝鏈輪軸段
1-2
=38
該段的長度由鏈輪輪轂寬度決定，故取38mm
自由段
2-3
=52
考慮軸上零件安裝的位置，取52mm
裝車輪軸段
3-4
=78
該段長度由車輪輪轂的寬度決定，故取78mm
（續(xù)表）
位置
軸段長度/mm
說明
軸環(huán)段
4-5
=10
考慮到車輪的定位，一般為軸肩高度的1.4倍，取10mm
自由段
5-6
=46
考慮到軸承的安裝位置，取46mm
裝軸承段
6-7
=17
該段長度由軸承的寬度決定，該軸承為深溝球軸承，代號為6332，寬17mm，故取17mm
自由段
7-8
=22
考慮聯(lián)軸器的安裝位置，取22mm
裝聯(lián)軸器段
8-9
=41
因半聯(lián)軸器與軸配合部分的長度為44mm，為保證軸的端面不接觸，取該段長度略短于與聯(lián)軸器配合長度，故取41mm
3. 軸上零件的周向固定
鏈輪，車輪和半聯(lián)軸器的周向定位均采用平鍵連接，按由《機械設計手冊》查得平鍵尺寸（GB/T1096-2003），鍵槽采用鍵槽銑刀加工，長為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為H7/k6；滾動軸承與軸的周向定位靠過盈配合來保證，此處選H7/r6。
4. 考慮軸的結構工藝性
考慮軸的結構工藝性，軸肩處的圓角半徑R值為2.5，軸端倒角c=2mm；為便于加工，鏈輪和半聯(lián)軸器處的鍵槽布置在同一軸面上。
5.4 聯(lián)軸器及鍵的選擇
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《機械設計手冊》選用剛性聯(lián)軸器。
2. 鍵的選擇與