伸縮式框架結(jié)構(gòu)單車車庫設(shè)計(jì)【伸縮式自行車車庫總體設(shè)計(jì)】【說明書+CAD+PROE】
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第一章 緒論
1.課題的研究背景和研究意義
作為一種清潔的交通工具，自行車已經(jīng)越來越受到各國的重視。不過要普及自行車，首先一定要解決自行車的停車問題。不僅要有足夠的空間，還要保證停車的安全性以及便利性。
在交通擁擠、污染嚴(yán)重、能源消耗等問題同時(shí)威脅著工業(yè)化國家和發(fā)展中世界的情況下，減少交通工具氣體排放量成為當(dāng)今社會(huì)綠色環(huán)保的主題之一，為此，各國大力倡導(dǎo)使用自行車作為出行的交通工具。在我國自行車是人民生活中重要的交通工具之一。自行車使用量的增加給其在城市停放方面帶來了一系列問題，如停放空間狹小，自行車易損壞；自行車亂停亂放，影響市容市貌；停放點(diǎn)監(jiān)管不嚴(yán)，盜竊頻率高等。目前，很多大中型城市已經(jīng)有公共自行車租賃行業(yè)，但存取自行車站點(diǎn)不足，站點(diǎn)容量不大的問題己經(jīng)成為一個(gè)普遍現(xiàn)象，另外大部分自行車為露天停放，加速了自行車的損壞。要普及自行車，首先一定要解決自行車的停車問題。不僅要有足夠的空間，還要保證停車的安全性以及便利性。如果自行車庫能在鬧市區(qū)安家，并有高品質(zhì)的外觀設(shè)施，將有助于推廣自行車這種健康環(huán)保的交通方式。
以北京市為例，截止2006年底，市區(qū)僅有公共停車場827處，共計(jì)車位5.6萬個(gè)，僅占市區(qū)機(jī)動(dòng)車擁有量的8.5％，停車環(huán)境與城市規(guī)劃的矛盾十分突出。上海的情況也讓人無法樂觀，僅有的227個(gè)地下車庫使用面積不足60萬平方米，只能滿足1.3萬輛機(jī)動(dòng)車停放的要求，路邊停車漸呈泛濫之勢，比例高達(dá)64％，而且還有繼續(xù)上升之勢。據(jù)建設(shè)部城市交通工程技術(shù)中心對全國15個(gè)大城市停車現(xiàn)狀的調(diào)查，城市機(jī)動(dòng)車保有量與停車位之比平均為4.84：1，這一比值對于渴望“車者有其位”的車主來說，形式不容樂觀。停車難產(chǎn)生最主要的原因是城市建設(shè)規(guī)劃上的準(zhǔn)備不足。上世紀(jì)80年代初期，北京市權(quán)威部門對2000年北京汽車發(fā)展數(shù)的預(yù)測僅僅是70萬－80萬輛，而事實(shí)上到新世紀(jì)鐘聲敲響之前，北京市汽車總量則足足比預(yù)期多了100萬輛，其中私人小客車的數(shù)量就高達(dá)45萬輛。面對迅速發(fā)展的城市車流，停車設(shè)施建設(shè)的落后也就不足為奇。據(jù)建設(shè)部停車技術(shù)開發(fā)推廣中心介紹，北京市停車設(shè)施的“欠賬”最保守估計(jì)應(yīng)為20－30％。
停車問題是城市在發(fā)展過程中出現(xiàn)的靜態(tài)交通（車輛停放狀態(tài)）問題，靜態(tài)交通是相對于動(dòng)態(tài)交通（車輛行駛狀態(tài)）而存在的一種交通形態(tài)，二者相互聯(lián)系，互相影響，停車設(shè)施是城市靜態(tài)交通的主要內(nèi)容，隨著城市的不斷發(fā)展，各種車輛的不斷增加，對停車設(shè)施的需求也在不斷增加，如果兩者之間失去平衡，城市里就會(huì)出現(xiàn)停車難的一系列問題。數(shù)據(jù)顯示，最近幾年我國城市機(jī)動(dòng)車輛平均增長速度在15%-20%，而同時(shí)期城市停車基礎(chǔ)設(shè)施的平均增長速度只有2%-3%，特別是大城市的機(jī)動(dòng)車擁有量的增長速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過停車基礎(chǔ)設(shè)施的增長速度，因此，我們必須重視城市停車難的問題，并積極探求解決的措施。
專家們指出，解決城市靜態(tài)交通問題，大體分為軟硬兩種措施。所謂軟措施，就是通過政策法規(guī)，限制路面停車，提高停車場利用效率，使部分車主更愿意改乘公共交通工具，以減少機(jī)動(dòng)車對停車場的需求。而硬措施，主要包括增建停車場，建設(shè)地下及立體停車場、利用其它空間滿足停車需求。而無論采取什么措施，在規(guī)劃后再收拾殘局，于局限內(nèi)彌補(bǔ)不足，政府和管理部門所需投入得精力和資金都不小。
隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類的生產(chǎn)、生活方式趨于集中，城市的規(guī)模越來越大，人們在城市里的生存空間卻越來越小，于是出現(xiàn)了要利用空間的理念，城市中開始建設(shè)立體建筑、立體交通和立體停車。作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，城市中心商住區(qū)高樓大廈林立，社區(qū)道路、高架交通干道、立交橋和地下鐵路，編織出城市立體交通網(wǎng)，汽車的住宅--停車場也有了長足的發(fā)展，由平面停車向立體停車，由簡單的機(jī)械車庫向計(jì)算機(jī)管理高度自動(dòng)化的現(xiàn)代立體停車演變，成為具有較強(qiáng)的實(shí)用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑。伴隨著汽車進(jìn)入家庭，城市動(dòng)態(tài)、靜態(tài)交通管理制度的不斷完善和人們對居住環(huán)境要求的提高，給停車產(chǎn)業(yè)提供了前所未有發(fā)展機(jī)遇，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。
作為現(xiàn)代大都市的標(biāo)志，立體建筑和立體交通都有了顯著發(fā)展，道路擁擠、車滿為患已成為當(dāng)今快節(jié)奏社會(huì)中的最不和諧之音，發(fā)展立體停車已成為人們的共識。目前我國經(jīng)濟(jì)正處在高速發(fā)展時(shí)期，隨著人們生活水平的不斷提高，汽車進(jìn)入家庭的步伐正在加快，停車產(chǎn)業(yè)市場前景廣闊。機(jī)械式伸縮式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(shí)施，是解決城市停車難最有效的手段也是停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必由之路。當(dāng)前，我國許多大城市如北京、上海、深圳都開始大力發(fā)展機(jī)械式立體停車產(chǎn)業(yè)。機(jī)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(jī)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(jī)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。
本畢業(yè)設(shè)計(jì)就是設(shè)計(jì)一種伸縮性自行車車庫，用多個(gè)單元可根據(jù)場地條件靈活地組成各種造型的多窗的立體存車庫，在有地下空間的場合，還可深入地下空間，而存取車輛均可像一般存車棚一樣很方便的在地面進(jìn)行。還可利用其有相當(dāng)面積的外圍敷設(shè)商業(yè)廣告以縮短投資回收周期。由于多單元組合成網(wǎng)式結(jié)構(gòu)保證了結(jié)構(gòu)剛性，車庫的圍護(hù)結(jié)構(gòu)可直接在構(gòu)架外敷設(shè)，不必另建外墻，因而降低了造價(jià)。因此它存車密集度高，布置靈活，造價(jià)低廉，存取方便快速，社會(huì)效益好。
2.伸縮式自行車車庫國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
減少交通工具氣體排放量成為當(dāng)今社會(huì)綠色環(huán)保的主題之一, 為此, 各國大力倡導(dǎo)使用自行車作為出行的交通工具。然而, 自行車使用量的增加卻給其在城市停放方面帶來了一系列問題, 如停放空間狹小, 易破壞自行車外表; 自行車亂停亂放, 影響市容市貌; 在人行道與自行車車道設(shè)計(jì)重疊,阻礙交通; 停放點(diǎn)監(jiān)管不嚴(yán), 盜竊頻率 高等。自行車停放帶來的問題越來越受人們關(guān)注。針對以上問題以及不同場合的停放特點(diǎn), 人們相繼開發(fā)出如保證自行車穩(wěn)定及安全并充分利用空間等多種功能的自行車停放裝置。并且隨著機(jī)械電子技術(shù)的發(fā)展、 人們生活質(zhì)量的提 高,全自動(dòng)、方便快捷、存儲量大的新型自行車停放裝置也逐步受到重視。
1.2.1 自行車停車架及停車棚
目前最普遍的自行車停放裝置是樣式各異的自行車停車架, 如圖 1 所示。 自行車停車架是用普通的金屬 制成的形狀各 異的欄桿, 依靠車鎖把自行車固定在欄桿上, 或者通過兩 桿間的間隙夾持住車輪來保證自行車停放的穩(wěn)定。這類停放裝置安裝簡便、成本低、可轉(zhuǎn)移性較好。但當(dāng)自行車存入量增加時(shí), 因車架間隙小, 造成自行車之間相互阻礙和摩擦[1-2]。
圖1.自行車停車車架
自行車停車架屬于露天式的停放裝置, 易受到雨淋、 日曬和外界行為的影響, 不能達(dá)到對自行車的有效保護(hù)。為彌補(bǔ)自行車停車架的這一缺陷, 自行車停車棚應(yīng)運(yùn)而生。自行車停車棚是在一塊固定區(qū)域上建立密閉或半密閉的遮蔽棚,棚內(nèi)安裝有一些自行車停放架以達(dá)到停放自行車的目的 , 有密閉式車棚和敞門式車棚兩 種主要形式, 如圖 1所示[3]。它的結(jié)構(gòu)簡單、 成本較低。它還能有效避免自行車受外界因素的影響、 保證停放自行車的穩(wěn)定性 、 減少 胡亂停車行為。
為增加自行車停車架 及停車棚的防盜措施, 人們發(fā)明了智能自行車棚[ 4 ]。這種自行車車棚是在密閉式自行車車棚的入口安裝上一種門禁裝置, 只有通過自行車車主專屬的電子鑰匙或者磁卡才能開啟車棚門存放或提取自行車。這種車棚不僅擁有普通停車棚的優(yōu)點(diǎn), 而且可以明顯減少停放自行車被盜的現(xiàn)象。它已經(jīng)在北京市海淀區(qū)的 8 4個(gè)老舊小區(qū)投入使用。
1.2.2.雙層自行車停放裝置及直立式自行車停車架
自行車停車架及停車 棚要求較大的預(yù)設(shè)停放區(qū)域, 在預(yù)設(shè)停放區(qū)域小、 人流量大、 存放車輛頻繁的地段, 比較難以滿足這一要求需求, 因此停放區(qū)域逐漸向縱向空間發(fā)展, 出現(xiàn)了一種雙層自行車停放裝置, 如圖 2所示[ 5 ]。這種停放裝置由普通的自行車停車架演變而來, 但增大了存車容量。它主要由縱向支撐架、 水平向固定架、 可滑動(dòng) 的抽拉架和下層停車架組成。存車者先將 抽拉架抽出, 再把自行車推上抽拉架, 最后將抽拉架推舉回水平向固定架, 即可完成了自行車在上層的停放, 取車者按著逆向步驟便可取走自行車。這種停放裝置在國內(nèi)許多城市得到了較多的應(yīng)用, 圖2為其實(shí)物像片[6]。
雙層自行車停放裝置要靠人力將自行車推舉至 1 . 2 m以上的 上層車位, 使用不太方便。針對此不足, 在國外, 流行一種直立式 自行車停車架 , 如 圖 2所示[7]。它是以一根橫向的支撐架為基礎(chǔ),支撐架上安裝著8~ 10 個(gè)等間距、可轉(zhuǎn)動(dòng)的自行車停車架[9]。當(dāng)存車者把自行車推上停車架后,自行車輪子被夾緊在停車架的 U 型導(dǎo)輪架中間,利用掛鎖將自行車的腳踏板與整個(gè)支撐架鎖在一起,最后靠較小的人力便可將整個(gè)停放架抬起成直立狀[10-15]。
圖2.雙層自行車停放裝置
1.2.3. 全自動(dòng)地下自行車車庫
上述介紹的自行車停 放裝置能停放的自行車數(shù)量有限,在中國這類自行車使用大國, 自行車停車容量依然是亟待解決的問題。近年來人 們開發(fā)出一種海量存放、 全自動(dòng)化、 安全防盜、 避免摩擦、 方便快捷的自行車停放裝置,全自動(dòng)地下自行車車庫[15-16]。
該車庫只有入口部分露出地面, 地下部分為圓柱形結(jié)構(gòu), 形似冰山, 自行車停放架沿著圓柱形結(jié)構(gòu)一層層搭建起來。整個(gè)圓柱形構(gòu)架的中心空余部分用于安裝車庫的核心部分，機(jī)械手升降導(dǎo)軌、 機(jī)械手行走導(dǎo)軌和控制電路, 以保證機(jī)械手臂進(jìn)行自行車的控制、升降 、夾取、檢測及安全保護(hù)等。該車庫的磁卡感應(yīng)裝置未使用傳統(tǒng)的CHIP卡, 而是選用標(biāo)準(zhǔn)的智能型EC-卡 ( 類似國內(nèi)的借記卡) , 這種卡不僅反應(yīng)靈敏而且使用壽命較長[17]。這種安全防盜技術(shù)加上整個(gè)車庫的地下圓柱形結(jié)構(gòu),車庫的防盜能力得到很大提高。存車者只需將自行車放在指定位置, 按下按鈕, 停放裝置的機(jī)械手臂會(huì)自動(dòng)把自行車存放至停放裝置的空閑位置; 取車者也只需 按一下按鈕, 自行車就會(huì)自動(dòng)被機(jī)械手臂傳送到取車者的面 前。整個(gè)存取車過程只需 3 0 s -3 5 s[ 18 ]。
目前,日本、荷蘭、西班牙、德國的一些城市已經(jīng)使用這種停車裝置, 并受到了廣泛的歡迎, 打算在其他城市 也普及使用[17-19]。歐洲的停車庫圓柱直徑為 7.5m , 高度為 5.25 m , 能容納92輛自行車；日本東京的 K as a i 車站所建的停車庫可容納下 1 8 0 輛自行車, 并已經(jīng)建有 3 6個(gè)圓柱狀的停車空間, 總共能停 放 6 0 0 0 多輛自行車[20]。這種全自動(dòng)地下自行車車庫特別適用于某些未規(guī)劃完整的交通線路, 停放自行車的空間預(yù)留地 少、 居 民生活密集的區(qū)域建造自行車車庫[21]。
第二章 伸縮式自行車車庫總體設(shè)計(jì)
伸縮式車庫存取車輛的工作原理的優(yōu)劣，直接影響到車主等待時(shí)間的長短。在現(xiàn)代社會(huì)的快節(jié)奏生活中，采用一套原理便捷的存取車輛的方案，可以大大減少車主等待的時(shí)間，這對車庫的效益和信譽(yù)都具有重要的意義。
存車入庫方案可以由不同數(shù)量的伸縮機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、出入口以不同的組合形式和空間布置構(gòu)成。而合理完善的方案應(yīng)保證工作可靠安全、結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、成本低廉、維護(hù)方便和顧客等待時(shí)間短等要求。
圖2.1伸縮式自行車車庫整體設(shè)計(jì)
如圖2.1為本畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的伸縮式自行車車庫的整體結(jié)構(gòu)，如圖所示，伸縮式自行車車庫有三個(gè)出入口，最多可同時(shí)對許多輛自行車進(jìn)行存取操作。此外，停電時(shí)車庫也能在底層停放多輛單車。底層的車位只橫移且均可做出入口，其中任意一個(gè)可作周轉(zhuǎn)用，二層的車位只升降。平時(shí)車庫無車時(shí)，所有液壓缸卸荷，停車板均位于底層。二層用的停車板在上，底層的停車板在下。存車時(shí)車首先放在某一上層車位的停車板，人員離去，當(dāng)一層的自行車停滿了，啟動(dòng)液壓提升機(jī)構(gòu)，提升相應(yīng)停車板及車輛至二層，后來的車輛可直接停于其下方。取車時(shí)，若是停于底層的車可直接出去，若是停于二層的車要先判斷其下方車位是否有車，若無車則直接降至一層后將車開出，若有車則先將其下方的擺滿的自行車橫移到旁邊的車位，再降下停車板，將車開出。
所以，本畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的伸縮式自行車車庫主要有停車架、液壓伸縮機(jī)構(gòu)、鏈輪伸縮機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、安全裝置等結(jié)構(gòu)組成。
停車架主要是提供兩層的停車間，這樣不僅能大大提高空間的利用率，同時(shí)能減少車庫的設(shè)計(jì)量。液壓伸縮機(jī)構(gòu)主要是用于對第二層停車間的伸縮用。保證第二層的停車間的堅(jiān)固，鏈輪伸縮機(jī)構(gòu)也是用于第二層停車間的伸縮用的，鏈輪伸縮機(jī)構(gòu)是停車間伸縮的主要?jiǎng)恿?，液壓氣缸主要用作輔助提伸，當(dāng)最上面的一層的單車庫已經(jīng)停滿了單車，通過鏈輪和液壓缸合力把上面的單車放下來。當(dāng)我們需要取下第二層的單車，且第一層有單車時(shí)，我們就需要用到橫移機(jī)構(gòu)，首先使用橫移機(jī)構(gòu)把第一層橫移的一邊，然后緩慢地把第二層的停車間放下來，把第二層的單車騎走后，在把機(jī)構(gòu)回歸原位。安全機(jī)構(gòu)主要是用于停車庫的安全的機(jī)構(gòu)。
第三章 伸縮式自行車車庫的詳細(xì)設(shè)計(jì)
伸縮式自行車車庫的主要包括對停車架、液壓伸縮機(jī)構(gòu)、鏈輪伸縮機(jī)構(gòu)、橫移機(jī)構(gòu)、安全裝置等結(jié)構(gòu)的詳細(xì)設(shè)計(jì)計(jì)算和選擇。
3.1 停車架的設(shè)計(jì)與計(jì)算
伸縮式自行車車庫是由一系列停車架和相應(yīng)數(shù)量的停車板組成的。停車架主要由上停車板、提升機(jī)構(gòu)、立柱、下停車板、橫移機(jī)構(gòu)組成。提升上停車板的液壓結(jié)構(gòu)型式可采用兩種方案，即四缸直頂式和單杠側(cè)頂式，如圖3-1所示。
圖3-1.上停車板液壓結(jié)構(gòu)形式
a）四缸直頂式 b）單缸側(cè)頂式
a) 四缸直頂式結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是上停車板四點(diǎn)受支承，受力情況較好活塞桿主要承受壓力，且重量有四個(gè)液壓缸均分，所以活塞桿所需的橫截面積較小。但此方案相對占地面積較大，因?yàn)橄聦榆囕v的進(jìn)出與下層停車板的橫移必須在四根活塞桿間穿過，因此，四根活塞桿間包夾的區(qū)域必須大于底層停車板，而上層停車板須由這四根活塞桿舉升，其尺寸將更大。
b) 單杠側(cè)頂式提升結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是提升上停車板的傳力系統(tǒng)簡便，占地面積小。且車輛進(jìn)出方便，外形美觀。但上停車板的支承懸臂對立柱的傾覆力矩較大。
綜合以上分析，設(shè)計(jì)采用單杠側(cè)頂式提升結(jié)構(gòu)。因?yàn)樯炜s式自行車車庫的最主要目的是盡量用較小的占地面積停放更多的車輛；再者，從設(shè)備的使用性能還應(yīng)考慮車輛的進(jìn)出方便，外形美觀等因素。
3.1.1 停車板的設(shè)計(jì)計(jì)算
停車板用于停放車輛，承受車輛重量，并完成提升或橫移的動(dòng)作，因此停車板要有足夠的空間尺寸和足夠的強(qiáng)度剛度。同時(shí)為減少提升機(jī)構(gòu)和橫移機(jī)構(gòu)的功率輸出，其自身重量要輕。
一、下停車板的設(shè)計(jì)
根據(jù)單車的尺寸，且按照盡量放多的車輛的原則，我們選取各項(xiàng)尺寸中最大的一組數(shù)據(jù)，即全長5350mm，全寬2000mm，全高1550mm，全重2000kg進(jìn)行設(shè)計(jì)。
人行道
圖3-2.上停車板尺寸
如圖3-2所示，我們設(shè)計(jì)停車板上可以并排放兩排單車，中間是人行道，因此停車板在寬度方向上應(yīng)留有足夠的空間。通過對車輛的實(shí)際測量并考慮到車輛停放時(shí)的偏心，對結(jié)果適當(dāng)放大，下停車板總寬L1=4000mm。由于下停車板只需在其底面與支承框架固定并作橫移動(dòng)作，其長度尺寸沒有任何額外要求，因此根據(jù)自行車車身全長尺寸以及預(yù)留足夠的人行道的寬度和長度，下停車板總長L2=5100mm。
二、上停車板的設(shè)計(jì)
圖3-3 上停車板結(jié)構(gòu)
1-下停車板；2-滾輪；3-橫移導(dǎo)軌；4-導(dǎo)軌路基；5-上停車板支承架的槽鋼；6-架高用的角鐵或槽鋼；7-立柱；8-導(dǎo)向板；9-斜拉桿；10-上停車板；11-引坡段（以上各部件將在后文作詳細(xì)設(shè)計(jì)介紹）
上停車板在提升時(shí)受傾覆力作用，其底部應(yīng)有堅(jiān)固的支承框架。而當(dāng)它降至底層時(shí)，該框架不能壓觸到下停車板，因此上停車板及其支承框架可如圖3-3所示布置。支承框架的最外圈尺寸大于下停車板，其四個(gè)角上用角鐵或槽鋼焊四個(gè)支腿6，將上停車板架高，架高高度取100mm，以使其不壓觸到下停車板。而架高的停車板須設(shè)一引坡11，以使車輛能平穩(wěn)地開上上停車板，引坡坡度取。鑒于以上原因，上停車板尺寸要比下停車板的尺寸大，取總寬L3=4400mm，總長L4=6000mm。
上下停車板材料均選用厚度為4mm的菱形花紋鋼板（GB3277-82）拼合而成，其中上停車板的引坡可直接將鋼板彎折加工而成。查表《花紋鋼板（GB3277-82）》,得厚度為4mm的菱形花紋鋼板的理論重量為33.4kg/m2，故上下停車板分別重：
kg
kg
3．1．2 停車板支承框架的設(shè)計(jì)計(jì)算
支承框架一方面支承停車鋼板及車輛的重量，提高鋼板剛度，另一方面起到連接鋼板與提升機(jī)構(gòu)的作用。上下停車板的支承框架均采用槽鋼，靠螺栓螺母將鋼板固定其上。最外圈的四根槽鋼與停車板邊緣留適當(dāng)距離，槽鋼與槽鋼相交處也留有一定空隙，如圖3-4所示。
a)
b)
圖3-4 停車板支承框架
a) 上停車板的支承架結(jié)構(gòu) b) 下停車板的支承架結(jié)構(gòu)
根據(jù)上下停車板的受力情況求槽鋼的截面慣性矩，選擇槽鋼型號。圖3-5a)是上停車板受力情況的側(cè)視圖。由于下停車板的受力情況較上停車板好，故只要使用同樣型號的槽鋼即安全，這里不對其進(jìn)行校核。
單取支承架中間的兩根縱向槽鋼分析，單根槽鋼受力如圖3-5b)，設(shè)汽車的重力G集中于停車板的中央1/2處，槽鋼承受鋼板及其自身的均布載荷。因此對于單根槽鋼，它的變形是兩者共同作用引起的。在集中力P單獨(dú)作用下，其最大撓度為：
m-4
在均布載荷q單獨(dú)作用下，最大撓度
m-4
兩式中,E——材料的彈性模量，這里E=210GPa；
I——材料的截面慣性矩。
疊加以上結(jié)果，求得在集中力和均布載荷共同作用下，單根槽鋼的最大撓度
m-4
對于支承框架的槽鋼要求剛度較大，因此其允許撓度[f]取0.0002l，令。由此可求得槽鋼的截面慣性矩
m-4
查型鋼表《熱軋普通槽鋼（GB707-65）》，選用5號槽鋼即可。5號槽鋼的理論重量為5.44kg/m,根據(jù)圖3-4所示的尺寸數(shù)據(jù)，上下兩停車板支承框架的重量分別為：
上框架
kg
下框架
kg
3.2 上層提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖3-6是側(cè)頂式車架提升機(jī)構(gòu)的傳力系統(tǒng)。上停車板固定在支承架上，支承架與導(dǎo)向板固定，并用斜拉桿拉住組成一剛性體，靠兩根鏈條直接提升。而鏈輪靠液壓缸
圖3-6 提升機(jī)構(gòu)
1-鏈輪軸；2-上停車板；3-斜拉桿；4-支承架；5-導(dǎo)槽；6-導(dǎo)向板；
7-立柱；8-鏈輪；9-液壓缸；10-提升鏈；11-地基；12-導(dǎo)槽
舉升，其中導(dǎo)向板套在立柱上。為使停車板上升時(shí)導(dǎo)向板與立柱之間的摩擦阻力減小，下降時(shí)靠車輛和停車板自重能順利下滑，在每個(gè)導(dǎo)向板的兩側(cè)上下各裝有兩個(gè)滾輪。當(dāng)上停車板升降時(shí)，僅有滾輪與立柱接觸。根據(jù)人機(jī)工程學(xué)，查表《我國成年男子和女子人體主要結(jié)構(gòu)平均尺寸參數(shù)》，取底板的提升高度h=1900mm。液壓缸垂直布置在兩立柱中間，鏈輪軸固定在液壓缸活塞桿的頂端，兩個(gè)鏈輪對稱安裝在軸上。提升鏈一段固定在地面上，另一端繞過鏈輪后與停車板及支承架垂直固定，組成一級放大機(jī)構(gòu)。采用這樣的放大機(jī)構(gòu)可使液壓缸的行程大大縮短。
3．2．1 導(dǎo)向板、立柱、滾輪、斜拉桿的設(shè)計(jì)計(jì)算
圖3-8 導(dǎo)向板尺寸
1-滾輪；2-立柱；3-導(dǎo)向板；4-支承架槽鋼；5-停車板
1、導(dǎo)向板
圖3-9 立柱校核
a)立柱受力簡圖 b)立柱變形簡圖
a)
b)
導(dǎo)向板的作用是為停車板升降導(dǎo)向。它與停車板的支承框架靠螺栓螺母及點(diǎn)焊固定，并與滾輪裝配。升降時(shí)滾輪在立柱的槽內(nèi)上下滾動(dòng)，同時(shí)斜拉桿的一端也固定在導(dǎo)向板上，其結(jié)構(gòu)如圖3-7所示。它由三塊板料件靠螺栓螺母連接在一起，上邊緣的兩側(cè)還有兩塊抱箍1，正面下緣與停車板支承架同樣靠螺栓螺母連接，同時(shí)配以點(diǎn)焊。立柱、滾輪以及支承架與它的裝配位置如圖3-8左圖所示。兩側(cè)面的四個(gè)孔用于安裝滾輪的軸，單側(cè)上方的孔安裝斜拉桿的定位軸。其垂直方向的各項(xiàng)尺寸已由圖3-8右圖3-7 導(dǎo)向板
圖給出，其截面尺寸及整個(gè)重量將在后文的立柱部分計(jì)算得出。
2、立柱
提升機(jī)構(gòu)的兩根立柱設(shè)計(jì)采用實(shí)心方鋼加工而成?，F(xiàn)在計(jì)算其截面。圖3-9a)是上停車板在立柱上的受力圖，設(shè)車輛、鋼板、支承架等的重力P作用在停車板的中央，它對立柱的力矩同上下滾輪受導(dǎo)軌的支承而形成的力偶平衡,對于單根立柱有
N。立柱受到該力偶的反作用力偶m’立柱的變形簡圖如圖3-9b)所示。圖中l(wèi)為兩滾輪軸中心距的中點(diǎn)到地面的高度，h為立柱全高，設(shè)h=4m,根據(jù)前文停車板的提升高度以及設(shè)定的導(dǎo)向板垂直方向尺寸，取l=2.3m。于是單根立柱的最大撓度
式中,E——鋼材的彈性模量，這里 E=210GPa；
I——立柱的截面慣性矩(m4)。
圖3-10
a)慣性矩最小截面 b)立柱截面尺寸
a)
b)
同樣取允許撓度[f]為0.0002l，令。由此可求得立柱的截面慣性矩
m4
圖3-11 導(dǎo)向板截面尺寸
對于矩形截面，如圖3-10a)所示，,因此取h=530mm，b=400mm。于是設(shè)計(jì)立柱截面如圖3-10b)所示，兩導(dǎo)槽寬度為200mm。
現(xiàn)在進(jìn)一步確定導(dǎo)向板尺寸,因?yàn)閷?dǎo)向板三面包圍該矩形立柱,因此根據(jù)立柱截面尺寸并放適當(dāng)余量,其截面尺寸如圖3-11所示。
3、滾輪
圖3-12 滾輪裝配
1-立柱的導(dǎo)槽；2-滾輪；3-輪軸；4-軸承；5-導(dǎo)向板的鋼板；6-雙螺母、彈簧、墊圈結(jié)構(gòu)
滾輪通過軸承裝配在小輪軸上，小輪軸靠螺母固定在導(dǎo)向板上。導(dǎo)向板及停車板等被提升時(shí)，滾輪就在立柱的導(dǎo)槽內(nèi)滾動(dòng)。其裝配關(guān)系如圖3-12所示，另一側(cè)的滾輪裝配與此圖呈鏡像。
下面對輪軸進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核。由圖3-9a)可知，在傾覆力矩作用下，因?yàn)闈L輪的軸承與導(dǎo)向板鋼板的距離很短，可看作滾輪軸受剪力。單根軸受到的剪力大小F可由下式求出：
（3-1）
式中,m——力偶矩；
n——力偶對數(shù)，這里一根立柱有2組；
a——上下滾輪的軸距。
于是N。
軸的截面積應(yīng)滿足以下關(guān)系：
（3-2）
式中，[τ]——45號鋼調(diào)質(zhì)后的抗剪切強(qiáng)度，查表得155MPa。
于是m2。由此求得軸的直徑d≈0.0265m，取d=30mm。
查表GB/T283-94《圓柱滾子軸承》，選用圓柱滾子軸承N206E。
現(xiàn)在確定導(dǎo)向板鋼板的厚度。導(dǎo)向板材料選用45號鋼，查得其許用擠壓應(yīng)力MPa，則導(dǎo)向板與滾輪軸的擠壓面積Abs應(yīng)滿足以下關(guān)系：
（3-3）
設(shè)導(dǎo)向板厚度為δ(mm)，因?yàn)榉e壓面只有半個(gè)圓柱面，因此
mm
取δ=10mm。
4、斜拉桿
圖3-13 斜拉桿裝配
斜拉桿一端固定在導(dǎo)向板上，另一端固定在停車板及支承架上，用于減小停車板對導(dǎo)向板的傾覆力矩，改善受力情況。其結(jié)構(gòu)及裝配如圖3-13所示，即活節(jié)螺栓長度很長的索具螺旋扣。它與停車板的連接處取在停車板從導(dǎo)向板往引坡方向的全長的2/3處。這是因?yàn)檫B接處離導(dǎo)向板越遠(yuǎn)，拉桿受的拉力越小。但太遠(yuǎn)則停車板的彎矩加大。
設(shè)車輛停好后，整個(gè)重心位與停車板中心，則兩根斜拉桿的拉應(yīng)力T如下計(jì)算：
根據(jù)停車板（如圖3-14所示）的平衡方程∑mc=0,得
（3-4）
∴ kN
為減小截面積選用抗拉應(yīng)力強(qiáng)度σb較大的50號鋼，查表GB699-88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼》，得50號鋼MPa,
圖3-14 斜拉桿校核
∴ m2
求得d≥11mm，取d=13mm, 于是單根斜拉桿的重量
kg
式中,ρ——鋼材的密度，這里
ρ=7.8103kg/m3；
A——斜拉桿的截面積(m2)；
L——斜拉桿的長度(m)，用勾股定理計(jì)算。
3.2.2 鏈輪軸、鏈條及鏈輪的選用設(shè)計(jì)計(jì)算
1、鏈輪軸
圖3-15 提升機(jī)構(gòu)平面位置
鏈輪軸由液壓缸活塞桿從其中心頂升，同時(shí)停車架的全部重量通過鏈條鏈輪作用在軸上。
設(shè)計(jì)鏈輪、軸、停車板、立柱的平面相對位置尺寸如圖3-15所示。設(shè)計(jì)鏈輪軸全長3m，兩鏈輪中心剖面間距1.7m，在軸上對稱分布。軸的結(jié)構(gòu)及與鏈輪的裝配如圖3-16所示。提升時(shí)軸兩端的最后一端階梯軸在立柱的兩條內(nèi)側(cè)導(dǎo)槽內(nèi)上下滑動(dòng)，且與導(dǎo)向板內(nèi)側(cè)滾輪使用的是相同的導(dǎo)槽，軸在上，滾輪在下。這樣提升時(shí)可保證停車板不會(huì)因提升過度而發(fā)生超程事故。
現(xiàn)在根據(jù)軸受的彎矩對其直徑進(jìn)行設(shè)計(jì)確定。軸的軸向中部受支座的支承力，對稱間距1.7m處受兩鏈輪通過軸承給軸的壓力。設(shè)支座作用面長200mm。因此軸的最大彎矩為單側(cè)鏈輪對軸的壓力與其輪轂寬度中心到支座同側(cè)端面的距離，即N?m。軸的材料選用許用彎曲應(yīng)力較大的40Cr，查表得MPa。于是求得軸的抗彎截面系數(shù)m3。由求得d≈0.122m，取d=130mm。取軸的平均直徑為115mm，
圖3-16 鏈輪軸裝配
1-緊定螺釘；2-套筒；3-擋圈；4-鏈輪；5-軸承；6-活塞桿；7-抱箍
這樣可求得軸的重量大約為kg。由于鏈
輪處徑向載荷較大，查表GB/T288-94《雙列調(diào)心滾子軸承》，選用雙列調(diào)心滾子軸承3053726。得該軸承：d=130mm,D=210mm,B=64mm。
2、提升鏈
提升鏈的功能是緩慢地提升停車板，并將其固定在一定的高度上。起重機(jī)械中應(yīng)用的鏈條有環(huán)形焊接鏈和片式關(guān)節(jié)鏈。焊接鏈的優(yōu)點(diǎn)是：撓性好，可用較小直徑的鏈輪和卷筒，由載荷產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的力矩也較?。槐容^耐腐蝕。其缺點(diǎn)是：安全可靠性差，不耐沖擊；在運(yùn)動(dòng)中經(jīng)常產(chǎn)生滑移，易磨損。片式關(guān)節(jié)鏈的優(yōu)點(diǎn)是：撓性比焊接鏈更好，比較可靠，運(yùn)動(dòng)較平穩(wěn)。缺點(diǎn)是：由方向性，橫向無撓性；成本高，對灰塵和銹蝕較敏感。而上停車板在提升或懸滯時(shí)，為安全起見，不允許有任何滑移，故選用片式關(guān)節(jié)鏈。
車庫的鏈條總是在低速重載的工況下工作的。因此，設(shè)計(jì)時(shí)不宜像傳動(dòng)鏈那樣使用額定功率曲線圖表進(jìn)行鏈條規(guī)格的選擇計(jì)算，而應(yīng)按下式進(jìn)行計(jì)算：
（3-5）
式中,Q——鏈條極限拉伸載荷(N)；
Fmax——最大工作載荷(N)；
[n]——許用安全系數(shù)。
許用安全系數(shù)[n]一般取4—8，本次設(shè)計(jì)選用[n]=5，同時(shí)取N,該載荷值已可包括收容車輛、停車架、導(dǎo)向板及滾輪、斜拉桿以及后面將設(shè)計(jì)的安全防墜裝置、傳感器等在內(nèi)的所有重量。將以上數(shù)據(jù)代入式3-5，得鏈條極限拉伸載荷N。由于采用兩根鏈條提升，故每根鏈條的極限拉伸載荷N。根據(jù)該參數(shù)查表GB1243.1-83《A系列滾子鏈的基本參數(shù)與主要尺寸》，選用鏈號為20A的單排精密滾子鏈，該規(guī)格鏈條的各項(xiàng)基本尺寸為：節(jié)距mm，滾子外徑mm，內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬mm， 銷軸直徑mm，內(nèi)鏈節(jié)外寬mm，外鏈節(jié)內(nèi)款mm，內(nèi)鏈板高度mm，銷軸長度mm，單排極限拉伸載荷N，單排每米重量kg/m。
3、鏈輪
由前文鏈輪軸選用的軸承可確定鏈輪輪轂內(nèi)徑mm，估算鏈輪分度圓直徑d=300—400mm。
∴ 輪轂厚度 （常數(shù)K=9.5），
mm，
取h=47mm；
輪轂長度 mm；
輪轂直徑 mm；
輪寬 mm
初取齒側(cè)凸緣直徑mm，齒根圓直徑mm，則初步計(jì)算鏈輪分度圓mm。由,求得z≈32.7，根據(jù)鏈輪齒數(shù)推薦數(shù)列，取齒數(shù)z=38。
于是鏈輪分度圓直徑
mm，
齒頂圓直徑
mm；
齒根圓直徑
mm；
齒側(cè)凸緣直徑
mm。
現(xiàn)在進(jìn)一步確定鏈條的長度，圖3-17為液壓提升的各項(xiàng)高度尺寸。因此鏈條長度為
mm
取鏈條150節(jié)。
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