升降橫移式機械立體車庫設計
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立體車庫設計
IV
摘 要
本文主要以研究升降橫移式立體車庫為例，對該類型的立體車庫進行機械結構和控制系統兩方面的研究設計。
機械車庫是一種可以存取停放車輛的機械設備，而以立體化存放形式的機械車庫稱為機械式立體車庫。作為一種典型的跨學科產品，機械立體車庫自身集合了機械、電子、信息等現代化技術。機械立體車庫的類型很多，其中升降橫移式立體車庫在中國被廣泛使用，因此本文選擇設計升降橫移式立體車庫。這種車庫的特點是存取汽車效率高，技術成熟、造價便宜、形式簡單、操作容易、自動化程度高。
本文研究中國立體車庫的發展現狀及未來趨勢后，選擇典型的三層三列升降橫移式立體車庫進行設計。立體車庫的設計可以分為四部分：整體框架結構、機械傳動系統、安全防護機構以及系統控制部分。本文主要圍繞這四大部分，依據升降橫移式立體車庫的工作原理，利用所學專業知識并查閱相關書籍完成整個機械車庫的設計。首先，對框架部分進行結構設計與材料選用。其次，對傳動系統進行設計，內容主要包括選用電機、計算鏈輪參數、選用軸承和鍵、設計并校核傳動軸等。同時，根據國家對機械停車設備安全的通用標準，在設計過程中利用一些必要的機械機構使得立體車庫更加方便安全。最后，對可編程控制器(PLC)的控制原理進行相應的描述以及設計控制系統的控制流程圖，完成對立體車庫控制系統的設計。
關鍵詞：立體車庫；升降橫移式；安全技術；可編程控制器
Abstract
In this paper, to study lifting and transferring parking, for example, the type of study design parking garage two aspects of the mechanical structure and control system.
Mechanical access to the garage is a parked vehicle, machinery and equipment, and to be stored in the form of three-dimensional mechanical garage called three-dimensional mechanical garage. As a typical interdisciplinary product, three-dimensional mechanical garage own collection of mechanical, electronic, and other modern information technology. Type three-dimensional mechanical garage, many of them lifting and transferring parking is widely used in China, so choose the design of lifting and transferring garage. This garage is characterized by high access to vehicle efficiency; technology is mature, low cost, in the form of simple, easy operation, high degree of automation.
After this paper, three-dimensional garage development status of China and the future trend, select the typical three-tier three lifting and transferring garage design. Stereo garage design can be divided into four parts: the overall frame structure, mechanical transmission system, security agencies and the system control section. In this paper, revolves around four parts, according to lifting and transferring parking works, the use of learned expertise and access to relevant books garage complete the mechanical design. First, the frame portion structural design and material selection. Secondly, the design of the drive system, mainly including the selection of motors, the sprocket parameters, selection of bearings and keys, design and check the drive shaft and so on. Meanwhile, according to the national common standards for machinery safety parking equipment, the use in the design process so that the necessary mechanical system is more convenient and safe parking garage. Finally, the programmable logic controllers (PLC) control principle for controlling a flow chart corresponding description and design of the control system to complete the three-dimensional garage control system design.
Key Words: Stereo garage; Lift move transversely type; Security technology; PLC
目 錄
摘 要 I
Abstract II
引言 1
1 緒 論 1
1.1 概論 1
1.2 課題研究背景 1
1.3 課題研究意義 1
1.4 機械式立體車庫發展概況 2
2 方案總體設計 2
2.1 車庫類型的分類與選擇 2
2.2 立體車庫的主要要求參數 7
2.3 驅動形式的選擇設計 7
2.4 提升方式的選擇設計 7
2.5 立體車庫方案設計 8
2.6 載車板的設計 9
2.7 框架的選擇和設計 9
3 升降系統 11
3.1 升降系統結構 11
3.2 升降電機功率的計算 11
3.3 齒輪減速機的選擇 11
3.4 升降鏈傳動設計 12
3.5 鏈輪設計 13
3.6 鋼絲的選擇 17
3.7 卷筒設計 18
3.8 升降軸的設計 18
3.9 滑輪的設計 19
3.10 軸承的選擇與校核 20
3.11 聯軸器的選擇 21
3.12 鍵的選擇與校核 21
4 橫移系統 22
4.1 橫移系統結構設計 22
4.2 橫移電機功率的計算 22
4.3 齒輪減速機的選擇 22
4.4 橫移鏈傳動設計 23
4.5 鏈輪設計 24
4.6 橫移導輪與導軌的設計 27
4.7 橫移軸的設計 28
4.8 聯軸器的選擇 30
4.9 鍵的選用與校核 31
4.10 軸承的設計 31
5 安全機構設計 32
5.1 安全防墜落機構的設計 32
5.2 其他安全防護裝置 33
6 控制系統 33
6.1 系統簡介 33
6.2 系統操作 35
7 結 論 35
致謝 36
參考文獻 37
附錄 38
第40頁 共42頁
立體車庫設計
引言
隨著中國家庭汽車擁有量的不斷提高以及城市街道汽車亂停亂放的現象日趨嚴重，立體車庫以其優異的空間利用率逐漸進入人們視野而成為城市中的一道亮麗風景線。加之地價高漲，土地資源緊缺，同時在規劃一個停車場地的時候要考慮很多因素，城市規劃者更希望在節約土地的同時能保證提高人民的生活水平。與傳統停車庫相比，立體車庫的外觀和性能以及效率上都是占有優勢的。它既緩解了城市空間資源緊缺，又適應了人們對科技產品的追求心態。
1 緒論
1.1 概述
本次畢業設計的題目是“立體車庫設計”。按要求運用所學專業知識同時查閱科技文獻來完成立體車庫的整體設計。
1.2課題研究背景
如今，中國城市化進程加快，普通民眾的收入普遍提高，為了出行方便，不少家庭都添置了小轎車，城市交通擁擠以及停車難的問題也逐漸凸顯。人們越來越習慣于使用小氣車出行，但是城市道路停車設施跟不上汽車增加的速度，造成了城市街道以及公共場所亂停亂放的現象嚴重，破壞了城市交通的正常秩序，也影響了干凈整潔的市容市貌。動態交通和靜態交通都出現了嚴重的擁堵問題。
“據統計，截止至2015年底，中國的汽車保有量達2.4億輛。相關部門初步計算，汽車保有量年凈增長量約為1900萬輛。但目前我國大城市小汽車數量與停車位數量的平均比例約為，中小城市平均約為，而發達國家這方面比例平均約為。目前，中國有35個城市的汽車保有量超百萬輛?！逼嚁盗颗c停車設施的不匹配加大了交通管制壓力，隨著中國城市化的不斷發展，我們需要建設更多的停車位。
1.3 課題研究意義
機械立體車庫對比于傳統地面與地下車庫，具有其突出的優勢，首先體現在它節約土地的特點上。傳統的地下車庫或者露天車庫一般都要留出足夠的行車通道，那么40平方米的面積就只能建造一個車位。與傳統地面或地下車庫相比，多層結構的機械立體車庫可以使地面的使用率提高80%到90%，就比如占地50平米的10層機械立體車庫可以存放大約20輛車，這樣可以提高對有限的土地資源的利用率，同時也節省了土地開發成本。如今城市快速發展，需要對性能優異且工作高效的機械立體車庫進行研究和推廣[13]。
1.4 機械式立體車庫發展概況
1.4.1外國發展概況
國外對立體車庫的研究工作表較早。其中，德國、日本和韓國是機械車庫技術發展具有代表性的幾個國家。目前世界上立體車庫技術最先進的國家是德國，時至今日，德國的立體車庫車庫設備已經研發了多種型號和系列。在亞洲，我們的鄰居日本是最早開始立體車庫的相關研發工作的國家。由于日本是島國，國土面積小，使得立體車庫在日本得到青睞。自從日本在1959年從西方引進建造立體車庫的相關技術，經過24年發展，日本就已經在本土建造了各種類型的立體車庫近25000座，平均容座率達到十輛，最大的車庫甚至可以容納幾百輛汽車停放。
韓國的立體車庫技術基本來源于日本。20世紀80年代從日本引進了機械立體車庫技術。由于韓國政府對該行業的高度重視，使得立體車庫行業在韓國得到蓬勃發展，近幾年來，韓國的機械停車設備建造增長速度都在30％以上。
1.4.2國內發展概況
在20世紀80年代中期，中國大陸開始機械立體車庫的研發。20世紀90年代初，為了學習國外先進技術，中國大陸開始從國外引進成熟的有關機械式立體車庫生產的技術。目前，中國有關于機械式立體車庫的生產企業達到了幾百家，并且還呈現上升趨勢。目前，國內的機械立體車庫設備還是注重于滿足功能。建造時并沒有系統全面的綜合，比如在建設立體車庫時沒有充分結合周邊地勢環境的特點。同時，立體車庫的生產制造水平并沒有得到很大的提高，普遍都停留在傳統的生產模式上。
駕駛者在使用車庫時更希望的是縮短汽車的存取時間，且存取過程方便安全。但是那些投資開發商會將成本視為第一考慮條件，而車庫的使用者希望使用的立體車庫能夠具備完善的售后服務系統，遠程監控系統、遠程故障引導處理系統等。在各方技術水平基本相同的條件下，在如今的中國機械市場，成本的投入和產品的質量往往是相互制約，即價格高的質量好，價格低的質量差。這些都是制約國內車庫發展的關鍵因素。
2 方案總體設計
2.1 車庫類型的分類與選擇
依據國家標準JB/T8713，根據機械式立體車庫的結構性能以及工作原理大致可以分為以下九種類型:
2.1.1升降橫移式立體車庫
其工作原理是通過車位橫移和車位升降相配合完成汽車的存取。特點是型式比較多，規模的大小不限制，場地適應性強，可編程PLC控制可靠性高，造價低廉，出車快。國內市場使用率以上。缺點是必須空出一個以上的車位，在鏈條牽引運動時不具備防傾斜功能。如圖2-1所示。
圖2-1 升降橫移形式
2.1.2垂直循環類立體車庫
其工作原理是在垂直方向上做循環車位來存取汽車。特點是節省場地，不需要很大的場地就可以建造一個大型停車場。設置靈活，可以單獨建造也可基于建筑物本身建造該類型車庫，還能多臺組合在一起。設置有安全裝置，避免發生意外。國內市場使用率。缺點是其結構復雜，容易發生故障，車庫出車時間長，實用性不高。如圖2-2所示。
圖2-2垂直循環形式
2.1.3水平循環類立體車庫
其工作原理是利用車位在水平方向上循環運動來存取汽車。特點是沒有進出車道，因此節省場地面積，可建于狹長地形。特殊結構也減少了通風設備的使用，降低了相關費用。國內市場使用率為。缺點是只有一個進出口，所以存取時間長，實用性差。如圖2-3所示。
圖2-3水平循環形式
2.1.4多層循環類立體車庫
其工作原理是利用載車板的上下循環運動實現在多層車庫中完成汽車存取。特點是沒有坡道，節約場地，自動存取，快捷方便。宜建于細長地形同時地面只能建造一個出入口的場地。國內市場使用率。缺點是結構復雜，容易發生故障，排隊取車時間過長，實用性差。如圖2-4所示。
圖2-4多層循環形式
2.1.5堆垛類立體車庫
其工作原理是利用巷道堆垛機將進入到搬運器的汽車保持水平然后垂直移動到存車位，同時利用存取裝置來存取車輛。這種類型的車庫智能化水平高，且具有很高的技術含量，建造地點可以選擇室內、室外、地上、地下。車庫可容納車位多，安全性能好。國內市場占有率為。缺點是設備的結構復雜，故障率高，遠端取車時間長，實用性差。如圖2-5所示。
圖2-5堆垛形式
2.1.6垂直升降類立體車庫
其工作原理是利用提升機的升降和裝在提升機上的橫移機構來將汽車或者載車板換位，實現汽車存取。特點是空間利用率很高，宜建造在汽車集聚點。國內市場占有率為。缺點是結構復雜，技術要求高，建造成本高，容易發生故障，高峰時車庫出車時間長，實用性差。如圖2-6所示。
圖2-6垂直升降形式
2.1.7簡易升降式立體車庫
其工作原理是使用升降機構或者俯仰機構將汽車從車庫中存取。特點是結構比較簡單，操作方便，占地面積小。國內市場占有率。缺點是結整體構不科學，力學
結構不合理，存在較大的安全隱患，如果不改進就將面臨淘汰。如圖2-7所示。
圖2-7簡易升降形式
2.1.8汽車專用升降機
該類型車庫原理是利用汽車專用升降機將不同平面的車輛進行搬運。特點是可以建設在有高度差的地方，簡單方便，提高車庫利用率。國內市場占有率。缺點是它只起到搬運作用，不具備直接存取功能。如圖2-8所示。
圖2-8汽車專用升降機形式
2.1.9平面移動式立體車庫
其工作原理是在同一平面上利用起重機移動車輛完成存取過程。特點是一般建設在地下或者半地下，其中地平面層為自走式，大大降低了立體車庫的投資費用，而且地面層也可以存放大尺寸車輛。國內市場占有率為。缺點是結構復雜，故障率高，存車超過20輛時，排隊取車時間過長，實用性差。如圖2-9所示。
圖2-9平面移動形式
綜上所述，升降橫移式立體車庫在我國使用更廣泛，與其他立體車庫相比占有一定的優勢，同時結合課題要求，本設計選擇升降橫移式立體車庫作為設計對象[14]。
2.2 立體車庫的主要要求參數
（1）對象：三層三列七車位升降橫移式立體車庫。
（2）每個車位承受的重量：2.4噸
（3）單個車位的尺寸（長×寬×高）：
2.3 驅動形式的選擇設計
本文設計的車庫目的是實現對汽車的存取，而滿足條件的驅動方式可以有液壓泵、柴油機、汽油機、馬達等。由于設計要求車庫在存取過程平穩、安全、噪音小，同時要求驅動要頻繁啟動，便于控制。對比以上驅動形式，綜合考慮選用電機驅動為最優方案。
2.4 提升方式的選擇設計
升降橫移式立體車庫中主要有鏈提升、鋼絲繩提升、液壓提升、絲杠提升等方式。而對于三層及三層以上的立體車庫，基于建造成本對比，鏈條提升或鋼絲繩提升的優勢更加明顯?？紤]到鏈提升噪音大以及建造成本高的缺點，我選擇采用鋼絲繩提升方式，雙滾筒結構。
2.5 立體車庫方案設計
2.5.1設計原理
每個車位都配備有獨立的驅動系統，其中，第一層只有兩個車位，每個車位只能實現橫移運動。第二層只有兩個車位，每個車位既能在該層高度實現橫移又能與第一層之間實現下降與上升復位。第三層設計有三個車位，每個車位只能與低層之間實現下降與上升復位而不具備橫移功能。該方案的主要原理就是：下層車位通過平移復位為上層車位的升降“讓”出通道，每個車位都有自己獨立的運動系統，特別是中間層車位同時裝配升降和橫移系統。其中平移機構設置導向機構，升降機構由于可以保持豎直方向而不需設置導向機構，基于此原理，則要求升降與橫移動作必須分開進行。原理圖如圖2-10所示。
圖2-10升降橫移原理圖
2.5.2設計傳動方案
升降系統和橫移系統是設計機械立體車庫最重要的兩部分，載車板運行過程中有嚴格的位置和速度要求，所以傳動方式設計是否合理直接影響到立體車庫的工作效率和安全性、平穩性和建造成本等因素。選擇科學的合理的傳動方案就顯得十分必要了。一般有以下幾種傳動方案：
1） 齒輪傳動，該傳動特點是傳動比穩定，結構緊湊效率高，工作可靠、壽命長，使用面廣。但是齒輪傳動要求安裝精度高，制造成本高和市場價格較貴，且齒輪傳動不適合傳動距離過大的場合。
2） 帶傳動，該傳動特點是結構簡單、維護方便、傳動平穩、能緩沖吸振，制造價格便宜，安裝方便且噪音小，適合較大距離傳動。但是由于其易磨損壽命短，傳動過程存在打滑的特點，并不適合安全要求很高的場合。
3） 鏈傳動，與摩擦型帶傳動相比較，鏈條的傳動過程不打滑，能保持準確的傳動比，安裝簡單。與齒輪傳動相比，鏈傳動制造價格更低廉，安裝方便，適合遠距離傳動。鏈傳動的缺點是只能平行軸間通向傳動，工作有噪聲，比較適合在平緩傳動要求的場合下使用。
4） 渦輪蝸桿傳動，傳動平穩無噪聲，能夠獲得很大的傳動比，具有自鎖性。但是其磨損大導致傳動效率低且易發熱，適合于傳動距離短的減速裝置。
綜上所述，基于立體車庫的工作要求，選擇鏈傳動方式為設計目標。
2.6 載車板的設計
地面層載車板：
由車位尺寸要求（長×寬×高）：，則載車板尺寸應大一些，設計尺寸為（長×寬）：，厚度為60mm，載車板材料為熱浸鍍鋅波紋板，經標準化流水線加工制作而成。經過專業加工后的載車板具有高強度、高互換性和高防腐蝕性的特點。為方便車輛進出，在載車板前段設置一段200mm小斜坡。為引導車輛進出，在載車板兩邊設計凸沿。為保證車輛能穩定地停留在載車板上，在載車板上表面設置凸起防滑條。載車板后部留出400mm平臺安裝平移裝置。
第二、三層載車板：
基本樣式與第一層載車板相同，車位高度為1600mm，減少后部400mm平臺。所以第二、三層載車板尺寸為（長×寬）：。
2.7 框架的選擇和設計
立體車庫一般以鋼筋混凝土和鋼結構建造，由于車庫對于建材并沒有特殊要求，所以我選擇工程上普遍使用的型鋼。與鋼筋混凝土相對比，鋼結構具有可靠性高；材料力學性能好；結構的自重小；材料的力學性能好；結構制作簡單，施工周期短等特點。
框架結構包括立柱和橫梁，參考同類型機械立體車庫所使用的鋼材同時結合本車庫的結構特點，本車庫立柱選用矩形冷彎空心型鋼結構《機械設計手冊》 (GB/T6728-2002)，截面形狀為矩形。根據表3，結合實際工作條件，選擇型鋼尺寸為。理論重量為59.1Kg/m，橫截面面積為75.2。型鋼的材料選擇優質碳素結構鋼45號鋼。車庫橫梁選用熱軋H型鋼，根據《機械設計手冊》GB/T 11263-20表3，結合實際工作要求，選擇型鋼尺寸為，t1=8mm，t2=12mm。理論重量為49.9Kg/m，橫截面面積為63.53cm2。型鋼的材料選擇優質碳素結構鋼45號鋼。鋼材之間的連接方式如圖2-11所示。
框架結構形式設計如圖2-12所示。
3 升降系統
3.1 升降系統結構
升降系統采用電機驅動鋼絲繩卷揚拉升汽車的模式。其結構如圖3-1所示。
圖3-1
3.2 升降電機功率的計算
為了平穩安全地將車輛提升到指定高度。設計速度，預估計載車板重量為，所載車輛的最大重量為。提升重量= +=。提升重力=·g=，取g=9.8N/Kg。考慮各個傳動部件的傳動效率如下：
鏈條傳動；
滾動軸承傳動；
聯軸器傳動；
傳動總效率=。
考慮到在傳動過程中的摩擦損耗，所以將計算功率提高。所以電機功率為：
··
3.3 齒輪減速機的選擇
根據計算出的功率，選擇停車設備專用的齒輪減速機。根據類型表選擇型號為的減速機。功率為，減速比為100，輸出轉速為。
該類型減速機的安裝尺寸如圖3-2
圖3-2 減速電機外形安裝尺寸
表3-1 安裝尺寸參數：
h
M
N
A
Q
S
C
H
170
210
160
285
230
18
30
270
D
d
L
T
U
S1
E
195
50
75
53.5
14
M12
100
3.4 升降鏈傳動設計
根據鏈條的工作情況，由于升降鏈傳動所傳動的功率較大，所以選擇小節距的單排滾子鏈。如圖3-3：
圖3-3 單排滾子鏈結構
3.4.1鏈輪齒數的確定
小鏈輪的齒數不應過少，一般≥17。選取小齒輪齒數為20，一般鏈傳動的傳動比≤6，這里我設計=。所以大齒輪的齒數=,。
3.4.2計算功率
查《機械設計》表9-6得工況系數=1.0，查《機械設計》圖9-13得主動鏈輪齒數系數=1.26，單排鏈=1，所以計算功率為：
3.4.3鏈條節數LP計算
一般中心距，但由于傳動比較小，可初設計=10p，所以鏈條節數為：
由LP通常為偶數，一般不使用過渡鏈節，所以將LP設計為46。
3.4.4鏈條中心距
由已計算出=3.78KW，主動小鏈輪轉速為。查《機械設計》圖9-11，選用鏈條號為28A的鏈條。查《機械設計》表9-1，24A號鏈條節距p=44.45mm。由節距可以確定中心距長度aMAX。
由(LP-Z1)/(Z2-Z1)=(46-20)/(30-20)=2.6，查《機械設計》表9-7得=0.24962。所以：
(12)實際的中心距a
，一般取
3.4.5鏈條速度V
根據V=0.4445m/s，鏈號為28A。查《機械設計》圖9-14，確定潤滑方式為滴油潤滑。
3.4.6作用在軸上的壓軸力Fp
有效圓周力
當鏈輪垂直布置時壓力軸系數。壓軸力的近似值為：
3.4.7低速情況下鏈條傳動的靜強度校核
對于鏈傳動在低速情況下工作，鏈條容易發生過載拉斷而失效，所以應按照靜強度計算，校核其靜強度安全系數s即：
（3-1）
式中： =169KN為雙排鏈條的極限拉伸載荷（見《機械設計》表9-1）；m=1為鏈條排數； =1為工況系數；Fe=6749.15N為有效圓周力。
所以，所以所選鏈條符合設計要求。
3.4.8結論
鏈條型號28A，鏈輪齒數為20，為30，鏈條節數為46，單排鏈，，中心距=459mm。
3.5 鏈輪設計
本滾子鏈輪設計依照國家標準設計。
3.5.1鏈輪齒形
鏈輪的齒形最重要的性能要求是確保鏈條的鏈節能夠平穩自由地進入和退出嚙合，不易脫鏈，且形狀簡單易加工制造。主要參數標注如圖3-4所示。
圖3-4 鏈輪參數標注
3.5.2鏈輪結構設計
圖3-5為幾種常見的鏈輪結構。對于雙排小鏈輪可以直接做成圖（a）所示的整體結構，
（a） (b) (c) (d)
圖3-5 常見的鏈輪結構
3.5.3分度圓直徑d
由分度圓直徑，已知小鏈輪齒數為=，大鏈輪齒數為=，查表知鏈條節距P=44.45mm，滾子外徑=25.4mm。由公式得，小鏈輪分度圓直徑：。大鏈輪分度圓直徑：。
3.5.4齒頂圓直徑da
鏈輪的齒頂圓直徑,公式代入數據可求得，小鏈輪齒頂圓直徑：
取整為305mm。
大鏈輪齒頂圓直徑：
取整為447mm。
3.5.5滾子定位圓弧半徑ri
根據公式，所以鏈輪滾子定位圓弧半徑
。
3.5.6齒根圓直徑
小鏈輪齒根圓直徑。
大鏈輪齒根圓直徑。
3.5.7分度圓弦齒高計算
齒高。
3.5.8最大齒根距
對于奇數齒:，小鏈輪最大齒根距：
大鏈輪最大齒根距：
3.5.9齒側凸緣直徑
根據公式，查表知內鏈板高度。所以將數據代入公式得小鏈輪：
取整為dg1=236mm，同樣求得大鏈輪：
取整為dg2=378mm。
3.5.10輪轂厚度h
，為孔的直徑。K的取值依據表1。
表1
對于小鏈輪，由于的減速機的軸頭直徑為50mm，所以小鏈輪孔的直徑，小鏈輪分度圓直徑，查表1取k=9.5。所以小鏈輪輪轂厚度：
厚度取整數。預設計升降軸直徑為80mm，所以大鏈輪孔的直徑，小鏈輪分度圓直徑，查表1取k=9.5。大鏈輪輪轂厚度：
厚度取整數h大=27。
3.5.11齒側圓弧半徑re
根據公式，所以依據公式求得小鏈輪的齒側圓弧半徑：
大鏈輪的齒側圓弧半徑：
3.5.12輪轂長度l
由l=3.3h，
小鏈輪輪轂長度。
大鏈輪輪轂長度，長度取整數所以。
3.5.13輪轂直徑dh
由
小鏈輪輪轂直徑。
大鏈輪輪轂直徑。
3.5.14齒寬
由單排 （ （3-2）
所以，取。
3.5.15齒側半徑
由，取。
3.5.16倒角寬
由 （3-3）
所以。
3.5.17倒角深h
由倒角深。
3.5.18齒側凸緣圓角半徑
由齒側凸緣圓角半徑。
3.5.19最小齒溝角α
小鏈輪：
大鏈輪：
3.5.20材料與熱處理
依據《機械設計》表9-15，由于鏈輪的工作特點，要求制造鏈輪的材料的抗變形能力強且能耐沖擊耐磨損，根據鏈輪設計標準，選擇制造鏈輪的材料為50號鋼，熱處理方式為淬火、回火。
3.5.21計算結果：單位mm
參數
類型
齒數
分度圓直徑d
齒頂圓直徑da
齒根圓直徑df
分度圓弦齒高ha
齒溝角
αmin
齒側凸緣直徑dg
輪轂厚度
h
齒側圓弧半徑re
小鏈輪
20
284.14
305
258.48
12
115.5o
236
20
67.06
大鏈輪
30
425.24
447
399.58
12
117o
378
27
97.54
參數
類型
齒數
輪轂長度
l
輪轂直徑
dh
齒寬
bf
齒側半徑
rx
倒角寬
ba
倒角深
h
齒側凸緣圓角半徑ra
滾子定位圓弧半徑ri
小鏈輪
20
66
90
23
45
5.78
22.23
1.78
12.83
大鏈輪
30
90
134
23
45
5.78
22.23
1.78
12.83
3.6 鋼絲的選擇
作為載車板與提升裝置的連接部分，鋼絲繩的設計校核十分重要。運行過程中鋼絲繩一旦斷裂，將會對整個停車設備和汽車造成非常嚴重的傷害，所以選擇性能優質，抗拉能力強的鋼絲繩很關鍵。鋼絲繩的直徑d，根據國家標準GB8918-88。
d=cFmax （3-4）
式子中，d—鋼絲繩公稱直徑
c—選擇系數
—鋼絲繩承受的最大靜拉力
根據表8.1-8，工作級別為M6，選擇系數c=0.104，，所以。根據《機械設計手冊》G/B8918-2006，選擇圓股纖維芯鋼絲繩，鋼絲繩公稱直徑為d=9mm，鋼絲繩公稱抗拉強度為的纖維芯鋼絲繩。其最小破斷拉力為47.6kN，滿足設計要求。
3.7 卷筒設計
3.7.1第三層卷筒設計
由以上計算知，第三層最大起升高度H2=3600mm，減速機輸出轉速為n0=30r/min，鏈傳動的傳動比i=3，所以卷筒轉速n=n0/i=30÷3=10 r/min。由原設計車輛提升速度為V升=0.08m/s。卷筒直徑為D，其大小是兩側繩槽中心的距離，由相關關系可知V= πDn/60。則
取D值為153mm。根據實際使用要求，設計固定鋼絲繩的卷筒部分圈數為ZA=1.5，螺旋繩槽之間的槽距為P=1.2d=1.2×9=10.8mm。卷筒上設置螺旋繩槽的部分的長度為LA：。無螺旋繩槽的端部長度LB=30.6mm，用于固定鋼絲繩的部分長度mm，光滑部分m=20mm。所以卷筒總長度。
第二層卷筒與第三層卷筒相同。
3.8 升降軸的設計
3.8.1升降軸的材料選取
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。參考《機械設計》表15-1中，根據機械立體車庫的升降軸的實際使用要求，選擇軸材料為40Cr，熱處理方式為調質處理。
3.8.2初定升降軸的最小直徑
據《機械設計》表15-3，取A0=105，所以得：。扭力比較大，需要在軸上開鍵槽，所以軸徑增大2%，所以有鍵配合處，dmin=70.79mm。
3.8.3升降軸的功率、轉速、扭矩計算
升降軸功率為P1，由減速電機輸出功率P=3KW，則P1=P·η1=3×0.97=2.91 KW。由前面計算知升降軸轉速為v=10r/min。升降軸扭矩為T，由前面計算知滾筒直徑為D=153mm，滾筒受力G總=27.5KN，所以T=G總·D2=27.5×153÷2=2103.75N·m。
3.8.4軸的結構設計
升降軸結構如圖3-6所示。升降軸各段尺寸如表3-9所示。
圖3-6 升降軸結構圖
表3-2升降軸尺寸表
位置
軸直徑/mm
說明與長度取值
聯軸器組裝段
A-B
dAB=65
根據半聯軸器結構，確定該段軸長度為140mm
自由段
B-C
dBC=74
半聯軸器采用軸肩定位，確定該段軸長度為980mm
軸環段
C-D
dCD=95
該段軸作用是軸向定位大鏈輪，所以該段長度取15mm
大鏈輪
D-E
dDE=80
該段軸與大鏈輪配合，且該段長度應小于鏈輪輪轂長度便于軸向定位，故長度取88mm
自由段
E-F
dEF=74
該段軸要安裝套筒同時定位半聯軸器和鏈輪，故長度取137mm
聯軸器組裝段
F-G
dFG=65
根據半聯軸器結構，確定該段軸長度為140mm
3.8.5升降軸受力與強度校核
由于升降軸主要受到扭矩作用，考慮到鍵槽、軸肩和過度配合引起應力集中都會減弱升降軸的疲勞強度，但是由于前面根據較寬裕的扭轉強度來確定了軸的最小直徑，所以只需校核直徑最小的A-B段和F-G段。
軸的扭矩T圖如圖3-7所示：
A D G
圖3-7升降軸扭矩圖
由以上分析計算可以判斷出截面B為危險截面，故對截面B進行強度校核。扭矩T=1031000N·mm。根據《機械設計》式15-1。
[τT]
查《機械設計》表15-3知40Cr鋼的，所以τT<[τT]，設計符合強度要求。
3.9 滑輪的設計
3.9.1滑輪結構的設計
滑輪的作用是對鋼絲繩進行導向和支撐，同時改變鋼絲繩的拉力方向或者平衡鋼絲繩受到的拉力。參考國家標準JB/T 9005.9選擇F型帶滑動軸承的鑄造滑輪。
3.9.2滑輪材料的選擇以及熱處理
本設計中滑輪主要承受的是中等載荷，所以滑輪材料要具備一定的強度和耐磨性。參考《機械設計手冊》GB/T11352-2009表2，選擇滑輪材料為鑄鋼ZG270-500，熱處理為退火。
3.9.3滑輪的主要參數設計
滑輪的基本結構尺寸如圖3-8
圖3-8滑輪結構尺寸圖
參照《機械設計手冊》GB/T27546-2011表1以及表2，鋼絲繩的直徑為d=9mm，所以圖中標注尺寸；W=21mm；D =165mm；H=17.5mm；D2=50；D7=30
3.10 軸承的選擇與校核
3.10.1軸承的選用
依據軸的結構設計，且升降軸主要受到徑向載荷，查國家標準GB/T276-94選擇深溝球軸承型號為6414。
3.10.2軸承的壽命校核
根據KOYO6414軸承樣本知其額定動載荷Cr=144KN，軸承所受最大當量動載荷為p=13475N，轉速n=10r/min，查參考文獻《機械設計》式13-5，對于球軸承e=3；代入數據得
所以本升降系統所選軸承壽命滿足設計要求。
3.10.3軸承的潤滑
本設計中升降軸的轉速比較低，所以軸承可采用脂潤滑，方法是在軸承座中加入適量的潤滑脂即可，此種潤滑方式適合軸在重載低速情況下。
3.11 聯軸器的選擇
已知橫移軸與聯軸器連接處直徑為65mm，選擇剛性聯軸器。升降軸軸受到的公稱轉矩：
參照《機械設計手冊》GB/T5843-2003選用型號為GY8的凸緣聯軸器其許用扭矩為3150N·m，許用最大轉速為4800r/min，軸徑為60~80mm之間，故所選聯軸器符合要求。
3.12 鍵的選用與校核
3.12.1鍵的選擇
卷筒軸與卷筒的連接使用普通雙圓頭平鍵，參照《機械設計》表6-1選擇平鍵尺寸為b=22mm，h=14mm，長度L為80mm。大鏈輪與升降軸的連接使用普通雙圓頭平鍵，參照《機械設計》表6-1選擇平鍵尺寸為b=22mm，h=14mm，長度L為80mm，采用單鍵布置。卷筒軸、升降軸與聯軸器連接使用普通圓頭平鍵，參照《機械設計》表6-1選擇平鍵尺寸為b=20mm，h=12mm，長度L為110mm
3.12.2鍵的校核
參考《機械設計》表6-2材料為鋼的鍵的許用應力σp=120~150MPa，普通平鍵連接的強度校核參考《機械設計》式6-1。
卷筒軸與卷筒配合鍵：d=50mm，單鍵的工作長度為l=。帶入上述公式得：
升降軸與大鏈輪配合鍵：d=80mm，l=。帶入上述公式得：
卷筒軸與卷筒配合鍵：d=65mm，雙鍵的工作長度為l=。帶入上述公式得：
由以上計算證明所選鍵符合強度要求。
4 橫移系統
4.1 橫移系統結構設計
橫移系統結構簡圖如圖4-1所示，減速電機通過鏈傳動帶動導輪在導軌上運動。
圖4-1 橫移系統原理簡圖
4.2 橫移電機功率的計算
橫移機構是利用減速電機通過鏈傳動帶動導輪在軌道上平移。
為了降低載車載橫移過程中的慣性，平穩安全地將車輛橫移到指定水平位置。設計橫移一個車位寬度距離W=2300mm的時間為t=14s則橫移速度=W/1000t=2300÷1000÷14=0.16m/s。預估計載車板橫移重量= 2750kg，橫移過程中滾輪與軌道的摩擦系數μ=0.02，則軌道摩擦力f=N=1.3475KN，取g=9.8N/Kg。考慮各個傳動部件的傳動效率如下：
鏈條傳動=0.97；滾動軸承傳動；聯軸器傳動，傳動總效率。所以電機功率為：
P=f·（KW）。
4.3 齒輪減速機的選用
根據計算出的功率，選擇停車設備專用的齒輪減速機。如下表選擇型號為的減速機。功率為0.25KW，減速比為50，輸出轉速為30r/min。
該類型減速機的安裝外形尺寸如圖4-2。
圖4-2 減速電機外形尺寸
表4-1升降電機尺寸表
h
M
N
A
Q
S
C
H
115
120
90
175
140
11
15
175
D
d
L
T
U
S1
E
150
28
45
31
8
M8
65
4.4 橫移鏈傳動設計
由于該鏈傳動所傳遞的功率比較小，故選用節距較小的單排滾子鏈。外形尺寸標注如圖3-3。
4.4.1鏈輪齒數的確定
小鏈輪的齒數不應過少，初選小齒輪齒數Z1為18，一般鏈傳動的傳動比i≤6，通常取i=2~3.5，這里我設計i=1.5。所以大齒輪的齒數Z2=Z1×i=18×1.5=27。
4.4.2計算功率Pca
查《機械設計》表9-6得工況系數KA=1.0，查《機械設計》圖9-13得主動鏈輪齒數系數KZ=1.42，單排鏈，所以計算功率為：
Pca=KA·KZ·P=1×1.42×0.25=0.355 KW
4.4.3鏈條節數LP計算
一般中心距a0=（30~50）p，由于傳動比較小，現初設計a0=30p，所以鏈條節數為：
由LP通常為偶數，為了避免使用過渡鏈節，將LP設計為62。
4.4.4鏈條中心距
由已計算出Pca=0.355KW，主動小鏈輪轉速為30r/min。查圖9-11，選用鏈條號為10A的鏈條。查《機械設計》表9-1，10A號鏈條節距p=15.875mm。由節距可以確定中心距長度。
由，查表9-7得f1=0.24935。所以
(12)實際的中心距a
，一般取
4.4.5鏈條速度V
根據V=0.2286m/s，鏈號為10A。查《機械設計》圖9-14，確定潤滑方式為定期人工潤滑。
4.4.6計算作用在軸上的壓軸力Fp
鏈輪的有效圓周力Fe==1000×0.25/0.2286=1093.61N，當鏈輪垂直布置時壓力軸系數。壓軸力Fp的近似值為。
4.4.7低速情況下鏈條傳動的靜強度校核
對于低速情況下的鏈傳動，鏈條容易發生過載拉斷而失效，所以應按照靜強度計算，校核其靜強度安全系數s即：
（4-1）
式中：FQ=21.8KN為單排鏈條的極限拉伸載荷（見《機械設計》表9-1）；m=1為鏈條排數；KA=1為工況系數；Fe=1093.61N為有效圓周力。
所以 ，所以所選鏈條符合設計要求。
4.4.8結論
鏈條型號10A，鏈輪齒數Z1為18，Z2為27，鏈條節數為86，，中心距為a =312.4mm。
4.5 鏈輪設計
本滾子鏈輪齒形依照國家標準GB1244-85設計。
4.5.1鏈輪齒形
鏈輪的齒形最重要的性能要求是確保鏈條的鏈節能夠平穩自由地進入和退出嚙合，不易脫鏈，且形狀簡單易加工制造。主要參數標注如圖3-4。
4.5.2鏈輪結構設計
由于計算出的鏈輪都比較小，所以對于橫移系統所使用的大鏈輪和小鏈輪均選用如圖4.（a）所示的整體結構。
4.5.3鏈輪分度圓直徑d
由分度圓直徑，已知小鏈輪齒數為Z1=18，大鏈輪齒數為Z2=27，查表知鏈條節距P=15.875mm，滾子外徑=10.16mm。由公式得，小鏈輪分度圓直徑15.875sin180o18=91.42mm。大鏈輪分度圓直徑 15.875sin(180o27)=136.74 mm。
4.5.4齒頂圓直徑da
鏈輪的齒頂圓直徑,將數據帶入公式可求得，小鏈輪齒頂圓直徑 15.875×[0.54+1/tan(180o/18)]=98.6mm，取整數為99mm。求得大鏈輪齒頂圓直徑 15.875×[0.54+1/tan(180o/27)]=144.39mm，取整數為144mm。
4.5.5滾子定位圓弧半徑ri
根據公式rimin=0.505dr，所以鏈輪滾子定位圓弧半徑ri=0.505dr=0.505×10.16=5.1308mm
4.5.6齒根圓直徑
小鏈輪齒根圓直徑91.42-2×5.1308=81.16mm。
大鏈輪齒根圓直徑136.74-2×5.1308=126.48mm。
4.5.7分度圓弦齒高
標準齒高0.27×15.875=4.29mm。
4.5.8最大齒根距
對于奇數齒:，小鏈輪最大齒根距91.42cos90o18-2×5.1308=80.81mm。大鏈輪最大齒根距136.74cos90o27-2×5.1308=126.25mm。
4.5.9齒側凸緣直徑dg
，查表知內鏈板高度h2=15.09mm。所以代入公式求得小鏈輪：
大鏈輪：
。
4.5.10輪轂厚度h
，dk為孔的直徑。K的取值依據表1。
表1
對于小鏈輪，由于的減速機的軸頭直徑為28mm，所以小鏈輪孔的直徑dk1=28mm，小鏈輪分度圓直徑d小 =91.42mm，根據表1取k=4.8。所以小鏈輪輪轂厚度4.8+286+0.01×91.42=10.38mm，厚度取整數所以h小=10mm。預設計橫移軸直徑為40mm，所以設計大鏈輪孔的直徑dk2=40mm，大鏈輪分度圓直徑d大=136.74 mm，查表1取k=6.4。大鏈輪輪轂厚度6.4+406+0.01×136.74=14.43mm，厚度取整數h大=14mm。
4.5.11齒側圓弧半徑re
根據公式，所以小鏈輪的齒側圓弧半徑0.12×10.16×18+2=24.38mm。大鏈輪的齒側圓弧半徑0.12×10.16×27+2=35.35mm。
4.5.12輪轂長度l
由l=3.3h，lmin=2.6h
小鏈輪輪轂長度3.3×10=33mm。
大鏈輪輪轂長度3.3×14=46.2mm，長度取整數所以l2=46mm。
4.5.13輪轂直徑dh
由
小鏈輪輪轂直徑28+2×10=48mm。
大鏈輪輪轂直徑40+2×14=68mm。
4.5.14齒寬bf
由單排 （ （4-2）
所以bf=0.95×9.4=8.93mm，取bf=9mm。
4.5.15齒側半徑rx
由rx≥p，取rx=16mm。
4.5.16倒角寬ba
由ba= （4-3）
所以ba=0.13×15.875=2.06mm。
4.5.17倒角深度h
倒角深
4.5.18齒側凸緣圓角半徑ra
由齒側凸緣圓角半徑0.04。
4.5.19齒溝角α
小鏈輪：
大鏈輪：
4.5.20材料與熱處理
依據《機械設計手冊》表9-15，依據《機械設計》表9-15，由于鏈輪的工作特點，要求制造鏈輪的材料的抗變形能力強且能耐沖擊耐磨損。根據鏈輪設計標準，選擇制造鏈輪的材料為50號鋼，熱處理方式為淬火、回火。
4.5.21計算結果：單位mm
參數
類型
齒數
分度圓直徑d
齒頂圓直徑da
齒根圓直徑df
分度圓弦齒高ha
齒溝角
αmin
齒側凸緣直徑dg
輪轂厚度
h
齒側圓弧半徑re
小鏈輪
18
91.42
99
81.16
4.29
115o
73
10
24.38
大鏈輪
27
136.74
144
126.48
4.29
116.67o
119
14
35.35
參數
類型
齒數
輪轂長度
l
輪轂直徑
dh
齒寬
bf
齒側半徑
rx
倒角寬
ba
倒角深
h
齒側凸緣圓角半徑
ra
滾子定位圓弧半徑ri
小鏈輪
18
33
48
9
16
2.06
7.94
0.635
5.1308
大鏈輪
27
46
68
9
16
2.06
7.94
0.635
5.1308
4.6 橫移導輪與導軌的設計
4.6.1導輪與導軌的結構設計
選擇導輪結構，必須保證橫移過程的穩定性和導輪的承載能力。由設計橫移速度為V橫=0.16m/s，轉速n=20r/min,所以車輪直徑。參考《機械設計手冊》標準JB/T6392-2008選擇雙輪緣車輪，車輪直徑為D=160mm，車輪型號：SL—160×100 JB/T 6392,其結構如圖4-3。
導軌的選擇輕型鋼軌，參照《機械設計手冊》標準YB/T 5055-1993選擇型號QU80鋼軌，其結構如圖4-4。
圖4-3 圖4-4
導輪的主要尺寸參數如下表：
表4-2導輪的參數
基本尺寸/mm
其它尺寸/mm
160
190
100
95
45
60
120
30
導軌的主要尺寸參數如下表：
表4-3導軌的參數（單位mm）
型號
QU80
80
87
130
32
130
35
26
400
26
44
8
6
1.5
4.6.2導輪與導軌材料的選擇
導輪和導軌主要作用是承載和導向，要求導輪和導軌具有較高的強度和耐磨性。參考《機械設計手冊》GB/T 699選擇45號鋼。
4.6.3材料熱處理
淬火+低溫回火，熱處理后應達到以下要求：導輪承載踏面和凸沿內側面達到硬度HB300~380，導軌上表面以及兩側接觸面達到HB300~380，接觸面以及淬硬層HB300的地方淬硬深度要達到10~15mm。
4.7 橫移軸的設計
4.7.1橫移軸的材料選取
軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。參考《機械設計》表15-1中，根據機械立體車庫的橫移軸的實際使用要求，選擇橫移軸材料為40鋼，熱處理方式為調質處理。
4.7.2橫移軸的功率、轉速計算
橫移軸功率為P2，由減速電機輸出功率P=0.25KW，則P2=P·=0.25×0.97=0.2425 KW。由前面計算知橫移軸轉速為n=10r/min。
4.7.3初定軸的最小直徑
選用軸的材料為40Cr鋼，對橫移軸進行調質處理。據《機械設計》表15-3，取A0=103，所以得： =103×30.242510=29.8mm。該軸主要受到較小扭轉力，只需一個鍵槽，所以軸徑增大3%，所以有鍵配合處，dmin=30.
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