升降橫移式多層立體車庫及其傳動設計
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摘要
多層立體車庫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存的設施。隨著城市里私家車數量的增加,停車問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,充分經變成了應對大城市里的靜態交通問題的重要對策之一。 本文的利用地理優勢,最大化增加停車數量之優點。現在已在深入分析了世界各國的停車庫的發展狀況和未來的趨勢之后,以相對來說使用比較方便容易普及的升降橫移型立體車庫本文的討論目標,選擇三乘三,七車位式車庫結構為對象,并且在這個過程中多方面分析了立體車庫的制造運行成本和運行過程中的安全與否這兩個因素。
文中具體說明了升降橫移式多層立體車庫的種類還有各自的優缺點,運用了提升和移動實體車庫力學理論的運行原理,對車庫所運用的機械結構進行了綜合分析,包括框架結構的橫向運動型停車設備強度、軸向和橫向傳動系統、電梯驅動系統的強度和軸向強度等。
由于要使這種多層立體車庫達到實際應用的目的,文中根據機械停車設備的實際情況制定了一般的安全標準。以確保車庫運行過程中不會出現安全事故,然后車庫就可以安全穩定的投入到實際使用中去。
關鍵詞：立體車庫，鋼結構，驅動，系統，強度，安全
1
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
64
目錄
第1章 緒論 8
1.1 課題的背景和意義 8
1.2 多層立體停車庫的發展概況 10
1.3 立體停車庫分類及各自優缺點 12
1.3.1 立體停車庫的分類 12
1.3.2 立體車庫的優點 15
1.4 研究升降橫移式立體停車庫的意義 16
1.5 升降橫移式車庫的工作原理 17
1.6 升降橫移式庫機械部分部件結構和功能 18
第2章 總體設計方案 20
2.1 總體設計方案 20
2.1.1 總體布局 20
2.1.2 驅動機構的設計與選擇 20
2.1.3 提升方式的設計與選擇 21
2.2 傳動方案的設計 21
2.3 傳動方案的選擇 23
第3章 主框架部分 25
3.1 鋼結構形式的選擇 25
3.2 鋼結構部分材料的選擇 26
第4章 升降傳動系統設計 28
4.1 升降電動機型號的選擇 29
4.2 升降鏈傳動的設計 30
4.2.1 鏈輪齒數、的選擇 31
4.2.2 鏈條鏈節數Lp的確定 31
4.2.3 單排鏈所能傳遞的功率及鏈節距P的計算 32
4.2.4 鏈實際長度 L及中心距的確定 32
4.2.5 鏈速的計算 33
4.2.6 軸上的壓軸力Q的計算 33
4.2.7 按靜強度校核鏈條 33
4.2.8 潤滑方式的選擇 34
4.3 升降軸的設計 35
4.3.1 估算軸的基本直徑 35
4.3.2 軸的結構設計 35
4.3.3 軸上零件的周向固定 37
4.4 聯軸器及鍵的選擇 38
4.4.1 聯軸器的選擇 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 軸承潤滑方式的選擇 40
4.6 鋼絲繩和滑輪的選擇及相關數據計算 40
4.6.1 鋼絲繩直徑的確定 40
4.6.2 滑輪的選擇 41
4.7 卷筒的設計 42
4.8 升降軸的強度校核 42
第5章 橫移傳動系統設計 45
5.1 橫移電動機的選擇 46
5.2 橫移鏈傳動的設計 47
5.2.1 鏈輪齒數的確定 48
5.2.2 確定計算功率 48
5.2.3 中心距和鏈條鏈節數Lp的計算 48
5.2.4 單排鏈傳遞功率及鏈節距P的計算 48
5.2.5 鏈實際長度 L和中心距a的計算 49
5.2.7 軸上的壓軸力Q的計算 49
5.2.8 鏈條的靜強度校核 50
5.2.9 確定潤滑方式 51
5.2.10 鏈輪的結構確定 51
5.3 橫移傳動軸A的設計 52
5.3.1 估算軸的基本直徑 53
5.3.2 軸的結構設計 53
5.3.3 軸上零件的周向固定 56
5.4 聯軸器及鍵的選擇 56
5.4.1 聯軸器的選擇 56
5.4.2 鍵的選擇與校核 56
5.5 軸承的選擇與計算 58
5.5.1 軸承的選用和校核 58
5.5.2 軸承潤滑方式的選擇 59
5.6 橫移車輪與導軌的選擇 59
第6章 安全防護措施 61
6.1 防墜落裝置設計 61
6.2 其他防護措施 62
6.2.1 載車板狀態檢測 62
6.2.2 載車板移動準確性檢測 62
6.2.3 載車板升降準確性檢測 63
6.2.4 放置人員與動物誤入檢測 63
結 論 64
致 謝 64
參考文獻 66
第1章 緒論
1.1 課題的背景和意義
近些年來，隨著我國的經濟水平持續提高,人民群眾收入不斷增加,我國私家車的數量也不斷的攀升。因此出現了一個急需解決的問題,就是能為這些數量迅速增長的汽車提供合理停車位置的場地越來越急缺。我們的生活中,走在街上的人們都會看到這樣的情況:人們因為找不到停車位,就把都把車隨意的停在路邊,這樣不僅僅會造成道路堵塞,還會導致許多的安全問題出現。根據國家建設部和交通部的共同調查,城市里汽車的數量與停車位數量的比例越來越大。人們面臨的問題早已經不是買不起汽車,而是買了汽車卻發現開出去之后卻沒有地方停車。
圖1-1因為找不到車位隨意停放的汽車
根據相關報告指出,一方面我國汽車的數量在中國城市的平均增長率為15%-20%。另一方面我國城市里的各種停車設備數量的平均增長率是可憐的2%-3%,所以,我們現在亟須把如何有效處理城市車輛停放的問題放到日程上來。
但是怎樣解決呢?解決目前城市里的靜態交通問題,大致上來說可以從兩個方面著手,一是軟措施方面,二是硬措施方面。
軟措施方面,就是通過政府的干預,制定各種規章制度,限制這樣車輛胡亂停放的行為,這樣人們會把車盡量的停在停車場而不是大街小巷。還有部分有車人士因為停車難又不讓亂停車會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的壓力,但是這樣并不能徹底的解決停車難的問題。因此與并不能去除病根的軟措施相比，我們應該進一步利用立體的停車空間,問題才能迎刃而解,在國外已經有很多先進的技術投入到了停車場的建造上,下面都會有所介紹。
大城市的特點之一就是琳瑯滿目的高層樓房和各種利用空中資源的設施,就拿河南省的省會鄭州來說，鄭州每到交通高峰期，整個路上滿是車輛，鳴笛聲此起彼伏，車多人多的現象不僅僅降低了到人們的生活質量，搶車位爭車位的現象也越來越影響社會的和諧。多層機械式立體車庫能夠使用有限的地面面積創造更多的停車位置,本來只能夠停放一輛車的空間現在可以停放五輛、十輛甚至更多。這樣就可以最大限度的規避停車難的問題。多層立體停車庫能夠使地面面積的使用率遠遠超過了100%,這在寸土寸金的大城市里絕對是誘人的優點。所以發展立體車庫是未來的大勢所趨。
與此同時,我國的科技水平也在不斷的向前進步,機械式的車庫不但使人們在停車時感覺到更加的方便,而且還能保證人們的安全,如果人還在車庫里面或者車還沒有停準位置,車庫移動裝置便會檢測到,從而停止運轉，這樣的設備不僅僅可以解決棘手的問題，還可以使車輛的停放更加安全。
1.2 多層立體停車庫的發展概況
立體車庫這個概念已經提出很多年了，雖然我們現在在日常生活中還不常見,但是多層立體式停車庫在生活中的實際使用其實已經有30多個年頭了。工業比較發達的國家，比如德國，早早的就用上了立體車庫。而在我們亞洲,立體車庫數量多的是國土面積比較小的日本還有韓國。
在日本,有很多生產立體車庫還有和立體車庫有關的配件的公司，因為他們的工業發展比較迅速，而且第二次世界大戰以后，日本的經濟在美國的扶持下漸漸強大了起來，甚至到了在亞洲一枝獨秀的地步，所以日本的立體車庫也在這樣的基礎下發展迅猛[1]。
韓國的立體停車庫行業的發展過程相對其他國家來說比較穩定。與日本類似，韓國也是二戰以后經濟發展飛快的亞洲國家，上世紀90年代，韓國和新加坡、香港、日本并稱為亞洲四小龍，因此，在這樣的經濟條件下，韓國的汽車數量直線上升，立體車庫也得到了快速的發展。
圖1-2韓國LG研發的塔式立體車庫
我國在20世紀80年代開始進行機械式立體停車設備的研究。在進入90年代以后,隨著我國汽車制造業還有建筑類產業的不斷進步,特別是私家車出現在平民百姓家之后,各種各樣的提供停車的設備才開始慢慢發展起來,于是停車類產業的發展也跟著慢慢有了長足的進步?，F在在我國,有大量生產與立體停車庫有關零件的公司。在這里面,從事主機研制的公司超過了50所。他們生產的產品在經過引進外國的技術和在公司內部進行自我研究更新之后,產品的質量和之前相比產生了很大的進步。國內的設備大多都采用了當前相對來說比較先進的機械、電子、液壓、光學、磁控。截止到目前,我國投入使用的立體車庫國產化率已經達到了50%以上。
目前很多現代化小區雖然給住戶配備了停車位，但是遠遠滿足不了人們的需求,況且小區的面積是一定的，而現在甚至有一家多車、人人都開車的情況出現，這時候建設足夠的停車庫所需要的面積就出現了嚴重的短缺。所以本文研究的這種立體車庫憑借其占地小,提供空間大的優點,迅速獲得了大眾的青睞。筆者認為，多層立體車庫的優點主要體現在多層立體車庫占用的面積比傳統車庫小。傳統的地下車庫因為都在一個平面上，所以車都是一個挨一個進行停放，這樣需要的面積是巨大的。舉個例子來說，你現在要停三十輛車，你不僅僅要拿出這三十輛車所占的面積，你還要為他們設計安全的通道，設計合理的進出路線，車與車之間還要留出一定的距離。而使用立體車庫，就可以利用上面的空間進行存放車輛，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遠的大于把這三十輛車疊起來放置的面積。而且立體車庫的層數越多,就越節約停車的面積,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道理。
1.3 立體停車庫分類及各自優缺點
1.3.1 立體停車庫的分類
現在的立體車庫的類型如圖1-3中所示[3]，下面選擇四種最常見的進行簡單的介紹。
圖1-3機械式立體停車庫種類樹狀圖
(1)升降橫移類
圖1-4 升降橫移類立體停車庫
這種升降橫移類立體車庫可以設計成多種多樣的規格，車位數量也可以隨意調整。最大的優點是裝配比較方便靈活,占地面積小，并且造價相對來說比較低。
(2)倉儲類
圖1-5倉儲類立體停車庫
倉儲類立體車庫優點是可以存放大量的車輛，適合大公司，大企業使用，缺點也很明顯，這種車庫不是可升降橫移式，取車放車時需要堆垛機，而堆垛機的價格比較昂貴，技術要求也比較高，容錯率小，容易發生安全事故。
（3）垂直升降類
圖1-6 垂直升降類立體停車庫
垂直升降類的立體停車庫看起來更像一部為汽車設計的電梯，其核心便是升降機，汽車通過車庫里的升降機進行日常的存取。
（4）循環類
圖1-7 循環類立體停車庫
循環類機械式停車庫是通過減速電機帶動牽引構件鏈條來帶動存車托架做循環運動的停車設備。這種設備方便存取，司機存車時只需要把車開到準確的位置然后出庫即可。而取車時只需要輸入所取車輛的編號即可進入存車托架取出車輛。
1.3.2 立體車庫的優點
立體停車庫近幾年不僅僅在國際上一些發達國家正在進行普及，在國內的一些大城市也正充當越來越重要的角色[2]，立體車庫的優點主要有以下幾點:
（1)蘊含巨大的經濟潛力
現在大城市里的房價不斷飆升，隨之而來的是土地面積的緊缺，甚至在一線城市達到了寸土寸金的地步。因此城市里并沒有那么多的空間去建設普通的車庫，而立體車庫的出現節約了大量的土地面積，而土地面積就代表著巨大的經濟效益。
（2)外觀同建筑協調
立體停車庫因為采用的新技術，新材料，所以和以前的車庫比起來更加的美觀，而且還可以根據立體車庫所在地點的建筑風格去對其進行適當的裝飾和改造，最后達到和周圍的環境和諧統一的效果，這是以往的車庫所做不到的。
（3)完備的配套設施及“ 綠色”環保
立體車庫在建設過程中會加入許多高科技的設備來確保停車的安全，而且載車板上可以配備計時器，方便收取停車費用，從而節省大量的人力資源，而且在車庫的運行過程中全程都是電動，完全不會對環境產生污染。立體車庫還具有很大的可塑造性，可以為以后更多的設計留下空間。
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雖然是現代科技的產物，但在筆者看來，立體車庫就像高樓大廈一樣，也是這個時代的發展趨勢。人類之所以去建造高樓大廈，是因為人口數量越來越多，不得不利用上層的空間進行居住，從而為日常的活動留下空間。而現在汽車數量增速驚人，美國甚至被比喻成汽車輪子上的國家，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行停放，地面上的空間已經遠遠的滿足不了需求，因此升降橫移式立體車庫的出現是人類社會的進步，是文明的進一步發展，而我國在這方面投入的精力遠遠比不上發達國家，一些大城市里高質量立體車庫大多是從外國進口的，我國自主研發的立體車庫因為技術的限制，還達不到令人滿意的程度。所以我們要花時間去研究去更新我們的技術，爭取能取得重大突破。
1.5 升降橫移式車庫的工作原理
升降橫移式立體車庫主要通過對載車板的移動來實現汽車的存入和取出。車庫里的每一個車位都配備有載車板，汽車就停放在載車板上，載車板移動時也帶動汽車一起移動，這樣就可以把車庫任意位置的汽車移動到底層，還可以把底層的汽車移動到高層的空位上，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工作原理圖
圖1-8為一個地上7車位的升降橫移式立體車庫，車庫的主要動力來源是電動機產生的牽引力，通過鋼纜傳動實現載車板的上下和水平移動。整個車庫的車位均可以水平移動，而第二層和第三層的車位可以上下垂直移動，第一層的不可以上下移動，因為有兩個空車位的存在，因此整個車庫里的任意一個車位都可以移動到任意一個位置，這樣可以實現車輛的方便存取。這樣的立體車庫機動性很強，可以適應任何場地，而且對周圍環境的要求不高，適合廣泛的應用。
1.6 升降橫移式庫機械部分部件結構和功能
本文所研究的三層三列式立體車庫主要由結構框架、載車板、橫移系統、提升系統、控制系統、安全防護系統六大部分組成。下面對車庫的主要組成(圖1-9所示)進行分析。
圖 1-9 升降橫移式立體車庫主要組成
(1) 結構框架
該立體車庫的框架的結構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不僅僅輕巧美觀，而且還有一定的剛度，方便移動地點，比較靈活。
(2) 上載車板及其提升系統
上載車板工作原理如圖1-8 ,電機的順逆時針旋轉可以控制載車板的上升和下降。電機功率則通過載車板的移速來確定，上下載車板間的距離由所存的車輛類型的最大高度來確定。
(3) 下載車板及其橫移系統
下載車板因為不需要上下移動，因此可以適當的縮短其長度，以達到節約原料的目的。兩塊下載車板都有一套獨立的電機減速機傳動系統，載車板下面的鋼輪可以使其在導軌上移動，電機的功率需要通過載車板和車輛的總重量等因素進行具體計算。
(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關還有防墜落裝置。當出現故障時，載車板突然下落，這時縱梁下面的四只掛鉤就會落入到四只耳環內，防止其進一步的下落造成事故。當載車板在升降橫移的時候碰到了人或者其他障礙物時，防碰撞板會感應到阻力，自動的斷電使電機停止運動。
(5) 控制系統
升降橫移式立體車庫主要是采用PLC控制器控制，可以實現平時正常使用時的自動控制狀態，急?？梢詰獙噹彀l生突然故障，手動主要用于車庫按時檢修時的調試，此外，還有復位控制方法方便的排除故障。
第2章 總體設計方案
2.1 總體設計方案
升降橫移式立體車庫作為一個需要載重具有一定質量汽車的設備，它的結構設計決定著它的工作穩定性、耐久性還有安全性。因此在談及其它的細節之前，我們應該先確定車庫的整體結構設計。車庫的主要組成有主框架、載車板和傳動系統這三部分，主框架部分決定了車庫的穩定性，因為其承擔著載車板傳動系統還有汽車等等的所有重量。傳動系統決定了車庫的運行流暢度還有穩定性。而載車板質量的好壞，直接影響到汽車停放的安全性。所以這三個部分的設計是整個車庫設計的重點。
2.1.1 總體布局
本文所設計的立體車庫是三層三列七車位的結構，提供停車服務的對象是普通中小型的家用轎車。根據生活經驗，本車庫順利運行大致需要場地的面積為長寬高8m*6m*6m。
2.1.2 驅動機構的設計與選擇
因為立體車庫需要提升和移動的對象是汽車，所以車庫的驅動裝置可以有很多選擇，考慮到車庫的工作地點與人們的住所距離很近，所以本次設計我最后決定選擇作為立體車庫的主要動力來源的設備是電動機。電動機有兩個優點，第一，電動機的工作聲音很小，不會對附近住著的人的生活造成干擾，試想如果是柴油機汽油機什么的作為動力來源，那每次存車取車都會造成不少的噪聲污染；第二，電動機的能源是可再生能源，并且是不會排放任何對環境有害的氣體還有污染物等等，所以電動機是比較合適的選擇。
2.1.3 提升方式的設計與選擇
用電動機作為動力把載車板拉起來的方式有很多種，但是因為車庫的體積比較小，所以使用鋼絲繩進行提升，這樣不僅僅可以簡化結構的設計，系統運行起來也會更加的穩定。
2.2 傳動方案的設計
機械傳動系統的主要作用是通過電動機把電能轉化成動能，并通過一系列的傳動系統，最后可以把電動機產生的動力傳送到載車板上，然后載車板就可以帶著上面的汽車進行的上下左右移動。所以傳動系統的設計還是很重要的，它可以直接的影響到整個車庫的運行流暢度還有穩定性，所以設計一個合理的傳動方案對車庫的高效率工作有很大作用。一般有以下幾種常用的傳動方案:
方案一:帶傳動,結構簡單,容易維護，成本低，而且由于滑動摩擦的存在，還可起過載保護作用。
圖2-1 帶傳動
方案二：鏈傳動,鏈傳動由于不存在滑動摩擦，所以平均傳動比帶傳動準確,而且具有效率較高;傳動功率大的優點,;對工作環境的要求不高，便于安裝維護，結構緊湊。
圖2-2 鏈傳動
方案三：直齒輪傳動,具有傳動效率高,結構緊湊,承載能力高,功率和速度適應范圍廣的優點，但是其缺點是成本較高，安裝與維護也比較繁瑣。其結構如圖2-3:
圖2-3 直齒輪傳動
2.3 傳動方案的選擇
合理的傳動方案不僅僅要實現車庫的正常運行，還要具有結構緊湊，能夠保證車庫的高效率運行，安裝成本低的優點，現對上述方案方案進行分析,由下面的兩個表格可以選出較好的方案[5]。
表2-1 定性判定與價值對應
表2-2 傳動方案選擇的使用價值表
升降橫移式立體車庫中的傳動系統的傳動特點很明顯，它并不需要很快的速度，但是需要很大的力去保證可以實現載車板的提升和移動。在這樣的條件下，如果采用帶傳動，皮帶和帶輪之間的摩擦力如果不足以滿足驅動的條件，則不可避免的發生打滑現象，對車庫的運行造成安全隱患，故予以排除。除了帶傳動，鏈傳動和齒輪傳動其實都可以讓車庫正常的運行，但是由于鏈傳動的成本比較低，而且維護方便，更適合用在立體車庫上，所以,此次方案設計選用方案二比較合理。
第3章 主框架部分
3.1 鋼結構形式的選擇
結構上的單柱形式可以很容易的保持裝備的平衡，而且結構還特別簡單，安裝起來一點不麻煩，故本文設計的中體車庫的鋼結構部分采用單柱式,這種結構的大致樣式如下圖所示。
圖3-1 單柱式鋼結構
3.2 鋼結構部分材料的選擇
本文設計的車庫的架構時所用到的鋼材有很大一部分都是熱扎H型鋼,立體車庫骨架的主要構成為立柱、橫梁、斜拉桿、加強肋等，所選用的剛材料均選牌號為。
查閱《實用用鋼鐵材料手冊》[10]可以得出，此處最合適的立柱型號為，因為這個立柱承受著車庫以及將來要停到車庫上面的汽車還有停車司機的全部重量，為了讓立柱能夠安全的完成支撐的任務，立柱的截面設計成正方形是最合適的，因為這樣更加穩，然后這個正方形的中間是空的，這樣的話立柱比較結實，可以承受更多的重量。本文所設計的立柱的具體大小為：正方形邊長為,最后為了讓設計的立柱更加不容易倒下，還設計了在立柱貼近地面的那一端焊了一塊正方形的鐵板，根據立柱本身橫截面的大小，把這塊鐵板的邊長設計為，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這個鐵板更好的把立柱固定在地上，立柱不會那么容易倒下。在這塊鐵板上還焊上肋板，這樣一來就更結實了，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，型號為工字鋼，側面橫梁主要起連接作用，基本上不會承受很大的力，長度夠就可以了，設計時要簡化材料的類型，所以選擇熱軋槽鋼16就可以了。
圖3-3 橫梁的工字形截面
考慮到整個車庫需要穩定性，因此需要在車庫上加上斜拉桿和加強肋，這兩個部分的強度要求比較高，因此材料的選擇是熱扎等邊角鋼截面，這個角鋼的型號為，截面的具體形狀如下圖所示。
圖3-4 斜拉桿、加強肋的等邊角鋼截面
第4章 升降傳動系統設計
在整個立體車庫所有傳動系統里面，所需要的功率最大的是升降傳動系統，升降傳動需用電動機的動力把載車板拉上去，在這里面，需要用鋼絲繩來傳遞電動機的力量，就可以達到傳動的目的了，升降系統的大致示意圖如下圖所示：
圖4-1 升降傳動示意圖
4.1 升降電動機型號的選擇
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工作時的安全。所以設置本文所設計的車庫載車板的升降速度為，載重 ，由公式可以計算出工作時所需要的功率為：
查閱《機械設計手冊》可以找到電動機的輸出功率計算公式為：
式中
查閱資料可得鏈傳動總效率計算公式為：
式中
代入數據可以得到：
所以就可以算出電動機的輸出功率應該是
通過查資料，相對來說比較合適做這個升降系統的動力源的電動機為臺灣明椿電動機廠生產的專門供停車設備使用的交流減速電動機。電動機的外觀詳情見下圖。
圖4-2 電機的外形圖
表4-1 升降電機的尺寸表
4.2 升降鏈傳動的設計
因為車庫所需的提升速度較慢，所以卷筒直徑應該設計的小一點，現確定所用的卷筒直徑為,有由上文可知，設計的載車板上升的速度為,故可以根據公式并且代入相關的數據可以很方便的求得卷筒的轉速。
由公式得，
鏈輪傳動比
所以通過上面的計算可以得出所要使用的鏈輪的傳動比為。
4.2.1 鏈輪齒數、的選擇
上文可以方便得出傳動比，查閱《機械設計》[7]可得現在應該取小鏈輪的齒數，如果這樣取得話，根據傳動比，則可以算出大鏈輪的齒數為。
4.2.2 鏈條鏈節數Lp的確定
根據實際情況，大致確定中心距，然后就可以算出節距為
取
4.2.3 單排鏈所能傳遞的功率及鏈節距P的計算
通過查閱《機械設計》可以查到查得工況系數
根據實際情況，然后查閱《機械設計》中的相關圖表我們可以得出小鏈輪齒數系數, 鏈長系數，如果選擇雙排鏈，查閱《機械設計》[7]中的表格可得出多排鏈的系數
現在計算可得額定功率
按照上文計算出來的額定功率的數值和轉速通過查詢《機械設計》[7] 可以得出要選擇的滾子號是，鏈的節距
鏈號標記為
4.2.4 鏈實際長度 L及中心距的確定
4.2.5 鏈速的計算
4.2.6 軸上的壓軸力Q的計算
圓周力
查閱資料可得應取壓軸力系數，此時可以計算得出軸上的軸壓力
4.2.7 按靜強度校核鏈條
因為立體車庫的橫移系統中所使用的鏈條的工作速度很慢，所以我們在進行鏈條使用的可行性及安全性校核時，應該把對鏈條的靜強度校核作為校核的主要內容。
查閱《機械設計手冊》[6]可得，鏈條的靜強度計算公式為：
式中靜強度安全系數；
；
；
，查閱《機械設計手冊》[6]可得： 當這種情況出現時，可以忽略不計。
， 查閱《機械設計手冊》[6]可以得出：， 為兩輪中心線對水平面的傾角，則代入數據可以算出
；
。
代入數據通過計算可以得出：
因為鏈條的靜強度數值大于靜強度的安全系數，所以該鏈條滿足強度要求。
4.2.8 潤滑方式的選擇
求得的鏈速和鏈節距分別是根據《機械設計》[7]中的相關圖表可以查得此處最合適的潤滑方式是人工定期潤滑。
4.3 升降軸的設計
升降軸在車庫的工作過程中起到很重要的作用，它的的結構如下圖：
圖4-3 升降軸結構圖
4.3.1 估算軸的基本直徑
由車庫傳動的具體情況以及傳動的強度，該橫移軸的制造材料選用45鋼即可，處理方式選擇為調質處理，通過《機械設計》[7]可以查到=640MPa。根據實際情況取C=60，現在可以得出
所求為軸的最細處，即裝聯軸器處。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軸器孔徑相適應，故需同時選擇聯軸器。由《機械設計》查得采用剛性聯軸器，取與軸配合的的半聯軸器孔徑40mm，故軸頸，與軸配合長度83mm。
4.3.2 軸的結構設計
（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）軸上的各段的長度尺寸如下圖所示：
表4-3 升降軸各段長度
4.3.3 軸上零件的周向固定
在這個部分，半聯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，半聯軸器與軸的配合代號為。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為H7/k6。
4.4 聯軸器及鍵的選擇
4.4.1 聯軸器的選擇
查閱參考文獻[2]可得此處最好用剛性聯軸器。
4.4.2 鍵的選擇與校核
（1） 查閱《機械設計》[7]這個地方選用普通平鍵最為合適：
與聯軸器配合的選用：鍵
與鏈輪配合選用：鍵
（2）鍵的校核：
查閱《機械設計》[7]可得鍵的校核公式為：
式中
T；
；
。
聯軸器與軸配合的鍵：，，代入上述公式并通過計算可得：
鏈輪與軸配合的鍵：，
將數據代入校核式可得：
由計算結果可得符合要求，設計合理。
4.5 軸承的選擇
4.5.1 軸承的選用及校核
根據設計的實際情況，本設計里面選用的軸承都是深溝球軸承，通過查閱《機械設計手冊》可得可選擇的軸承的最佳型號是。
4.5.2 軸承的壽命校核
查參考文獻[1]可以得到軸承壽命的計算公式為：
通過查表可得：，當量動載荷為。對于球軸承，，，代入數據并通過計算可得：
由計算結果可以知道，軸承可以使用很長時間，所以可以放心投入使用。
4.5.3 軸承潤滑方式的選擇
因為車庫的運行速度低，所以軸承的旋轉速度也很低，所以軸承潤滑時用脂潤滑就可以了，這種潤滑方式很適合在低速高強度環境下工作的軸承。
4.6 鋼絲繩和滑輪的選擇及相關數據計算
4.6.1 鋼絲繩直徑的確定
按計算可得：
式中
C --選擇系數
查閱資料可以得出選擇系數的大小為
查閱《機械設計》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
車庫中的滑輪起到的作用主要是導向，安裝上滑輪之后，可以改變鋼絲繩傳遞力的方向。因為這個滑輪受到的力不大，所以滑輪的材料確定為鑄鋼。由鋼絲繩的直徑d，查閱《機械設計手冊》[6]可以得出與鋼絲繩直徑相匹配的滑輪直徑D=225mm。滑輪的型式可以由《機械設計手冊》[6]中的資料選擇一般密封，無內軸套的E型滑輪。其標記為：
滑輪
4.7 卷筒的設計
本車庫所用的卷筒類型是選擇A型卷筒，查閱《機械設計》[7]可以的得出卷筒的幾何尺寸計算公式：
卷筒的最大起升高度
繩槽槽距和卷筒槽底直徑分別
卷筒的計算直徑是 =200mm
固定鋼絲繩的安全圈數=1.5
卷筒上的螺旋部分長度：
無繩槽卷筒端部尺寸,
固定鋼絲繩所需要的長度
中間的光滑部分的長度
卷筒的長度
4.8 升降軸的強度校核
軸的力學模型如下圖所示：
圖4-4 軸力學模型圖
，此軸所受的力主要是扭轉力，因此現在只需要對此軸進行扭轉應力的強度校核， ：
（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鍵槽中心截面受扭矩最大，太危險，應該對它進行強度較核：
。
代入數據可得： 由計算結果可得，此設計合理。
第5章 橫移傳動系統設計
立體車庫的橫移傳動系統的作用是通過移動載車板的位置，帶動載車板上的汽車進行位置的更換。這樣可以通過和升降系統進行配合，取車時，把需要取的汽車換到底層，存車時，把空的載車板放到底層。這樣就可以實現車輛在立體車庫里的存取，其主要的一動方式是通過載車板下面的傳動輪來移動載車板。橫移傳動系統的結構如圖5-1。
圖5-1 橫移傳動示意圖
5.1 橫移電動機的選擇
因為載車板主要停放的是汽車，考慮到現在汽車的一般重量和載車板的重量，設定載車板要承載的總質量為，橫移速度是，由《機械設計手冊》[6]查得摩擦因子，這時可以通過公式算出當主動輪通過電動機帶動載車板移動時，所需要電動機輸出的功率為：
由《機械設計手冊》[6]可得電動機總的輸出功率計算公式為：
式中
可以求出來鏈傳動的總效率是：
式中
代入上面的數據可以得到：
則可以計算出電動機的輸出功率為：
在載車板進行橫移時，為了安全起見和實際操作中的要求，載車板的移動速度是很慢的，因此帶動載車板橫移的電動機的轉速不需太高，筆者根據上文所算得的所需要的以及和車庫設計上的相匹配程度，選擇由臺灣明椿電機廠[20]生產的交流減速電動機，型號為，額定電壓為，功率為速比30，輸出轉速n=18r/min。
這個電機的具體外形圖見圖4-2。電機的外形尺寸如下表所示：
表5-1電機外形尺寸(mm)
5.2 橫移鏈傳動的設計
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車輪的理論旋轉速度是：
由上面的公式算出來的電動機的轉速和車輪的轉速進行比較可得，電機轉速和車輪轉速大致是相同，所以選擇的傳動比是1。
5.2.1 鏈輪齒數的確定
由《機械設計》[7]可以查到， 則從動鏈輪齒數
5.2.2 確定計算功率
根據具體情況，由《機械設計》[7]可以查到工況系數，因此
5.2.3 中心距和鏈條鏈節數Lp的計算
暫時確定中心距，則鏈接數
取
5.2.4 單排鏈傳遞功率及鏈節距P的計算
由《機械設計》可以查到小鏈輪齒數系數多排鏈系數， 長度系數，將上述查到的數值代入公式可以得到：
現在用上文中所求得的額定功率和轉速的具體數值可以查《機械設計》[7]中的表格可以查出應該選擇型號為12A的滾子鏈最為合適，繼續查表可得最為適當的鏈節距
鏈標記為：
5.2.5 鏈實際長度 L和中心距a的計算
由相關公式可以算出：
5.2.6 具體鏈速的計算
5.2.7 軸上的壓軸力Q的計算
圓周力
查《機械設計》[7]可得這時應該取的合適的壓軸力系數為
然后又有
5.2.8 鏈條的靜強度校核
根據立體車庫的橫移系統中所使用的鏈條的工作速度很慢，所以我們在進行鏈條使用的可行性及安全性校核時，應該把對鏈條的靜強度校核作為校核的主要內容。
查閱參考文獻[5]可以得到，鏈條的靜強度的計算公式為：
式中
；
；
，其中是鏈條本身的重量，可以通過《機械設計手冊》[6]查到：具體的數值為；在這樣的條件下，并且時，的大小存在與否并不影響。
，
，通過《機械設計手冊》[7]中的圖表可以查到：，在這個式子中，代表的是中心距，則可以確定，代表的是兩個輪子之間的中心線水平面的夾角，將這些數據代入式子中，然后這樣就可以通過計算得出
然后進一步將上述數據代入靜強度的計算公式可以得出：
因為所求得的靜強度安全系數的數值大于許用安全系數數值，所以這種方案是可行的。
5.2.9 確定潤滑方式
根據鏈速v=0.11m/s和鏈節距P=19.05mm，由這兩個數值在《機械設計手冊》中查得該設備的最佳滑方式是人工定期潤滑。
5.2.10 鏈輪的結構確定
根據車庫橫移設備的設計實際情況還有這個設備運行時的具體情況，我們可以確定鏈輪的結構設計成最為合適，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《機械設計手冊》[6]中的圖表可以查到這個鏈輪的結構示意圖及其具體的所示：
圖5-2 橫移鏈輪
5.3 橫移傳動軸A的設計
立體車庫的最底層的載車板只能進行橫向移動，下面設計的橫移傳動軸A是車庫橫移電動機的動力的傳動設備，這樣可以實現把電動機的動力作用在車庫的載車板上，讓車庫可以正常工作，這個設備的大致結構如圖所示：
圖5-3 橫移軸A
5.3.1 估算軸的基本直徑
由車庫傳動的具體情況以及傳動的強度，該橫移軸的制造材料選用45鋼即可，處理方式選擇為調質處理，通過《機械設計》[7]可以查到。
因為上面所求得的數值是整個軸的最細的地方，但是因為這個地方剛好有一個鍵槽，所以為了安全起見和安裝的可行性，這個地方的軸頸應該再增大5%，所以，則。
因為要讓上文選擇的直徑與聯軸器的孔徑可以達到剛好匹配，所以現在同時選擇相配的聯軸器比較合適。由《機械設計手冊》[6]可以查到這種情況下我們采用剛性聯軸器最為合適，現在我們可以選擇與軸配合的半聯軸器孔徑28mm，故軸頸28mm，與軸配合長度44mm。
5.3.2 軸的結構設計
（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）軸上各段的長度：
表5-3 橫移軸各段長度
5.3.3 軸上零件的周向固定
鏈輪，車輪和半聯軸器的周向定位都是使用的平鍵連接，按由《機械設計手冊》查得平鍵尺寸，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；半聯軸器與軸連接和鏈輪，選用平鍵為，半聯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。
5.4 聯軸器及鍵的選擇
5.4.1 聯軸器的選擇
由前可知與聯軸器配合處直徑為28mm，查《機械設計手冊》[6]可得，此處最合適的方案是選用剛性聯軸器。
5.4.2 鍵的選擇與校核
（1）查閱《機械設計手冊》[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《機械設計手冊》[6]可得鍵的校核公式為：
式中 T ——傳遞的轉矩，由；
——鍵與輪轂鍵槽的接觸高度，；
——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：。
聯軸器與軸配合的鍵：，，將以上的數據代入上面查得的公式通過計算可以得到：
，，將以上數據逐一代入鍵的校核公式并通過計算可以得到：
由此可知此鍵滿足要求。
5.5 軸承的選擇與計算
5.5.1 軸承的選用和校核
根據立體車庫設計的實際情況及其各部分的受力情況，本設計里面選用的軸承都是深溝球軸承，通過查閱《機械設計手冊》[6]可得可選擇的軸承的最佳。
下面是軸承的壽命校核和計算過程：
軸承壽命計算公式[1]為：
經過查閱具體文獻可以得到：，當量動載荷為 。對于深溝球軸承，，代入上面的數據并且經過具體的計算可以得出：
由上面的計算結果可知軸承可以放心投入使用。
5.5.2 軸承潤滑方式的選擇
通過查閱相關資料可得，該軸承的最佳潤滑方式是。
5.6 橫移車輪與導軌的選擇
通過查閱資料可得，本文設計的立體車庫載車板下的最合適的車輪為雙輪緣車輪，考慮到整個車庫的面積還有載車板的大小，所以設計的合適的車輪的直徑是。這樣的車輪的標記是：車輪 因為車輪承受的應力并不算大，所以車輪的材料可以選擇45鋼，車輪形狀的具體結構如圖5-4所示。
載車板運行時所需的導軌材料及類型通過查閱《機械設計手冊》[6]可得出，最佳的選擇是輕型鋼軌，這種輕型鋼軌的具體結構請參見本文圖5-5。
車輪載車板下面的車輪的主要尺寸見下表：
表5-4 車輪的主要尺
車輪運行所需的導軌的主要尺寸如下表：
表5-5 導軌的主要尺
圖5-4 車輪 圖5-5 導軌
第6章 安全防護措施
6.1 防墜落裝置設計
汽車停放到載車板上之后，因為電機不再工作，因此載車板在汽車的重量下可能會發生下落，所以要設計防墜落裝置。在參考很多防墜落設計之后，筆者覺得最適合本文所設計車庫的防墜落方式是運用防墜落掛鉤和掛環，載車板停穩之后，就會自動的懸掛在掛鉤上，這樣可以防止載車板下落。但時當電機在工作的時候，這套制動裝置是不需要的，所以在不需要時就采用電磁鐵通電的方式頂開制動桿，這樣就可以消除制動。如圖6-1所示：
圖6-1 防墜落結構原理圖
當電機停止工作時，電磁鐵無沒有通電，這時制動桿左端在彈簧的作用力下使掛鉤掛住掛環。當電機運行的時候，由于電磁鐵中通電，此時可以吸引制動桿使掛鉤脫離掛環，這樣就可以消除制動。因為電磁鐵進入工作狀態很快，因此這套裝置可以很有效的在防止車庫墜落的同時不影響其正常工作。
6.2 其他防護措施
要保證車庫運行的絕對安全，光有防墜落設施是不夠的，下面列舉幾個其他的安全措施。
6.2.1 載車板狀態檢測
本車庫的七個載車板上均放置有一套光電開關，光電開關的位置在載車板的對角線處，這樣可以檢測到載車板上有沒有車輛。
6.2.2 載車板移動準確性檢測
在每個下層載車板上都放置一個限位開關，這個開關可以檢測到載車板的移動位置是否準確，如果出現錯誤，則自動切斷電源。
6.2.3 載車板升降準確性檢測
在每個上載車板下方和框架下方都分別安裝一只限位開關，這個開關可以檢測到載車板下降和上升是否到位。
6.2.4 放置人員與動物誤入檢測
在車庫的出入口裝有光電開關，如果在車庫運行過程中有人類或者動物誤入，則自動切斷電源，車庫停止運行。
結 論
本文根據設計要求，結合實際情況完成了升降橫移式立體車庫的設計。文中的重點是立體車庫的升降系統和橫移系統進行了設計和計算，這也是立體車庫的核心部分，并且對關鍵的零部件進行了校核，以保證設計的可行性。最后設計了立體車庫中的安全設施，以保證車庫在運行過程中不會出現安全事故。正如本文緒論中所言，在現在的形勢下，立體車庫具有很大的發展前景，但是目前我國的工業水平還和發達國家有很大的差距，我們國家應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械工作者的共同努力。
致 謝
隨著設計的完成，大學四年的美好時光也一去不復返了。時間過的是那么的快，還沒來的及仔細品味美好的青蔥校園，我們已經在通往象牙塔之外的世界的路上已經漸行漸遠了，盡管還不想承認，但是，是的，我們要畢業了。
完成這篇設計說明書幾乎用到了我在大學里學到的所有知識，也算是對我大學學習生涯的一次回顧。在寫的時候我還能感覺到當時在課堂上初步接觸這一個個公式時的心情，中間我碰到了很多自己不能獨立解決的問題，感謝我的畢設導師秦老師不厭其煩的指導，沒有她的幫助，我沒辦法完成這個設計。感謝我的父母養育了我，給我接受教育的機會，這樣才有今天的我。
最后，還要感謝在大學里和我并肩前行的同學們，他們不僅僅給我的是陪伴，也教會了我很多書上學不到的東西。他們是陪我一起笑過、哭過的人，我們共同度過了最美好的幾年?，F在分別的日子就在眼前了，但是也許生活就是這樣，永遠不會變的事情就是一直在改變。
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