立体车库毕业设计.docx

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立体车库毕业设计

1绪论

随着我国经济的发展，汽车工业的发展，居民收入的提高，鼓励汽车迸入家庭及一系列相关政策的实施，城市交通中的汽车数量越来越多，在一些商业中心、车站、码头、饭店、住宅区，如何利用有限空间，最大限度停放汽车已成为一个大问题。

而立体车库以其平均单车占地面积小的独特特性，已被逐渐推广并被广大用户接受。

立体车库是一种集机、光、电一体化的高度自动化停车场所，是典型的机电一体化系统。

它发祥于2（）年代的美国。

50年代以后，美国、西欧相继发明了多种形式的立体车库。

到了六七十年代，德国、日本、韩国等国家以尺香港和台湾等地区则大有后来居上之势。

近年来，立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断更新换代，日趋完美。

在我国，停车设备的研制才处于起步阶段，随着小汽车不断迸入家庭，停车难的问题将日益突出。

在人口稠密的大都市，仅靠地面停车是远远不够的，要朝空中和地下发展。

因此，停车设备的研制具有广阔的前景。

立体车库的主要优点有：

1、节省占地面积，节省大量投资。

立体车库的占地面积相当于同等地面停车场的1/3-1/20。

对于城市寸土寸金的面积不大的黄金地带，建立体车库经济效益相当可观；

2、出入库管理方便，省时省力。

它不需要车主找车，出入库管理全由电脑控制,操作简单，库内的存车数量、存车位置、存车时间等全可以显示在操作盘上，一目了然，自动化程度相当高；

3、可避免车辆的丢失和损坏。

完善的闭锁装置可保证汽车安然无恙，外部人员不能随意进入，汽车不会受到人为的损伤和丢失；

4、配置灵活。

车库规模可大可小，形式多样，适应性广。

立体车库发展到今天已出现了以下几种常见形式：

1、水平循环式该形式的主体为一水平放置的链式输送机，车辆停放在链式传送带的托盘上，随着车辆的出入库，所有车辆同时按固定次序作循环运动，由平动机构确保车辆始终处于水平状态，整真系统由一大型电机单独驱动。

一般可停放十几辆车。

2、垂直循环式该形式的主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置的托盘上，有做垂直循环运动的链条带动，在平动机构控制下保持车位水平。

也是由单一大型电机单独驱动。

一般可停车1（）一4（）辆。

3、升降横移式该形式多为中、小型车库，停放车辆数目从几辆到几十辆不等,一般采用2-5层结构。

日本作为一个人口稠密、车辆较多、道路条件较差的国家，它在立体车库的技术研究与开发、制造、建设、法规尺管理等方面都处于世界领先地位。

而立体车库在我国是近年来才刚刚引进的，其市场潜力是巨大的。

但同时也存在着自发性、肓目性、滞后性等问题，因此各有关方面应尺时采取相应对策，进行有力的宏观调控，方能进一步推动立体车库市场的深入发展。

2总体方案设计

立体车库存取车辆的工作原理的优劣，直接影响到车主等待时间的长短。

在现代社会的快节奏生活中，采用一真原理便捷的存取车辆的方案，可以大大减少车主等待的时间，这对车库的效益和信誉都具有重要的意义。

本次任务是设计一个两层可停放5辆小汽车的立体车库。

根据分析该车库将占据三个地面车位，其上层停放3辆汽车，下层停放2辆，下层空余的1个车位用于存取车时的周转。

可见该车库属于升降横移式立体车库。

满足以上基本要求的存取车方案可以由不同数量的升降机构、横移机构、岀入口以不同的组合形式和空间布置构成。

而合理完善的方案应保证工作可靠安全、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉、维护方便和顾客等待时间短等要求。

根据设计任务书的基本要求和给出的相关依据，下面列出了三种方案进行比较，以供选择选择：

a）底层边位作为出入口兼周转空车位；

b）底层中间位作为出入口兼周转空车位；

c）底层3个车位均为出入口，其中任意一个均可用于周转

以上三种方案的示意图如图2-1所示。

图2-1总体方案比较

对这三种方案的分析如表2-1所示:

表2-1方案的比较分析

方案一

方案二

方案三

（1）存取车最多/是少移动的车辆数

5/1

3/1

3/0

（2）横移机构数目

2

2

1

（3）升降机构数目

2

3

3

由表2-1第

（1）项——满载时存取车时最多/最少移动的车辆数的分析结杲可知:

方案三在存取某一辆车时，对其他车位上车辆的影响最小。

这样车库工作时就最安全，速度最快，顾客满意度最高。

由表2-1第

（2）项——横移机构数目的分析结果可知：

方案三的横移机构只有底层的一真，前两个方案则在二层也须设计安装横移机构。

而在二层安装横移机构一方面要誇虑该横移机构与升降机构的合理过渡，另一方面对车库的整个框架建筑也提出了更高的承载和结构要求。

这都给设计尺施工带来一定的困难，也必然增加相应的建设资金。

由表2-1第（3）项——升降机构数目的分析结果可知：

方案一所需的升降机构较少。

但是本次设计的升降机构要求采用液压提升。

而一般一台小泵站供给3个车位上的3个液压缸工作是比较容易的。

所以，升降机构数目的多少对整个方案的影响不是很大。

通过以上分析比较，最适合的是方案三。

而且有三个出入口，最多可同时对三辆车进行存取操作。

此外，停电时车库也能在底层停放两到三辆车。

底层的2个车位只横移且均可做出入口，其中任意一个可作周转用，二层3个车位只升降。

平时车库无车时，所有液压缸卸荷，停车板均位于底层。

二层用的停车板在上，底层的停车板在下。

存车时车辆首先开上某一上层车位的停车板，人员离去，启动液压提升机构，提升相应停车板及车辆至二层，后来的车辆可直接停于其下方。

取车时，若是停于底层的车可直接开出，若是停于二层的车要先判断其下方车位是否有车，若无车则直接降至一层后将车开出，若有车则先将其下方的车横移到旁边的车位，再降下停车板，将车开出。

本设计中汽车进出库采用开车入库，倒车出库的方式，不设计转向机构，这是因为：

1、上层停车板采用液压系统举升，停车板与液压活塞杆固定，不适合转向；

2、本车库结构紧凑，没有多余空间供转向；

3、车库有三个自由迸出口，不便使用转向机构；

4、车库占地面积小，停放车辆少，而其本身就只有两层，专门设计转向机构则必然降低其经济性。

但是为了车辆进出车库的方便，在实地建设时，须对建筑方位和进出口前的场地进行合理的规划和布置。

3机械部分的设计计算

立体车库的机械部分包括对停车架、液压提升机构、横移机构、安全装置等结构的详细设计计算和选择。

3.1停车架的设计与计算

立体车库是由一系列停车架和相应数量的停车板组成的。

停车架主要由上停车板、提升机构、立柱、下停车板、横移机构组成。

提升上停车板的液压结构型式可采用两种方案，即四缸直顶式和单杠侧顶式，如图3-1所示。

图3-1上停车板液压结构型式

a）四缸直顶式b）单杠侧顶式

a）四缸直顶式结构的优点是上停车板四点受支承，受力情况较好活塞杆主要承受压力，且重量有四个液压缸均分，所以活塞杆所需的横截面积较小。

但此方案相对占地面积较大，因为下层车辆的进岀与下层停车板的横移必须在四根活塞杆间穿过，因此，四根活塞杆间包夹的区域必须大于底层停车板，而上层停车板须由这四根活塞杆举升，其尺寸将更大。

b）单杠侧顶式提升结构的优点是提升上停车板的传力系统简便，占地面积小。

且车辆进出方便，外形美观。

但上停车板的支承悬臂对立柱的倾覆力矩较大。

综合以上分析，设计采用单杠侧顶式提升结构。

因为立体车库的最主要目的是尽量用较小的占地面积停放更多的车辆；再者，从设备的使用性能还应考虑车辆的进出方便，外形美观等因素。

3.1.1停车板的设计计算

停车板用于停放车辆，承受车辆重量，并完成提升或横移的动作，因此停车板要

有足够的空间尺寸和足够的强度刚度。

同时为减少提升机构和横移机构的功率输出,其自身重量要轻。

一、下停车板的设计

根据任务书给出的《收容车辆尺寸表》中的各项车身尺寸，选取各项尺寸中最大的一组数据，即全长5350mm，全宽2000mm,全髙1550mm,全重2000kg进行设计。

如图3-2所示，车辆停到停车板上后，车内人员要开门出来，因此停车板在宽度方向上应留有足够的空间。

通过对车辆的实际测量并考虑到车辆停放时的偏心，对结果适当放大，下停车板总宽厶=4（）（）（）mm。

由于下停车板只需在其底面与支承框架固定并作横移动作，其长度尺寸没有任何额外要求，因此根据车身全长尺寸，并参考车辆轴距，下停车板总长Zs-5100mmo二、上停车板的设计

65

上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固的支承框架。

而当它降至底层时，该框架不能压触到下停车板，因此上停车板&其支承框架可如图3-3所示布置。

支承框架的最外圈尺寸大于下停车板，其四个角上用角铁或槽钢焊四个支腿6,将上停车板架高，架高高度取100mm,以使其不压触到下停车板。

而架高的停车板须设一引坡11,以使车辆能平稳地开上上停车板，引坡坡度取15。

。

鉴于以上原因，上停车板尺寸要比下停车板的尺寸大，取总宽4400mm，总长6000mm。

图3-3上停车板结构

1-下停车板；2-滚轮：

3-横移导轨：

4-导轨路基：

5-上停车板支承架的槽钢；6-架高用的角铁或槽钢：

7-立柱：

8-导向板；

9-斜拉杆：

10-上停车板；11-引坡段（以上各部件将在后文作详细设计介绍）

上下停车板材料均选用厚度为4mm的菱形花纹钢板（GB3277-82）拼合而成，其中上停车板的引坡可直接将钢板弯折加工而成。

査表《花纹钢板（GB3277-82）》,得厚度为4mm的菱形花纹钢板的理论重量为33.4kg/m\故上下停车板分别重：

叫；=33.4x4400x6000a880kg

=33.4x4000x5100=680kg

3.1.2停车板支承框架的设计计算

支承框架一方面支承停车钢板及车辆的重量，提高钢板刚度，另一方面起到连接钢板与提升机构的作用。

上下停车板的支承框架均采用槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定其上。

最外圈的四根槽钢与停车板边缘留适当距离，槽钢与槽钢相交处也留有一定空隙，如图3~4所示。

3800

3600

a）b）

图3-4停车板支承框架

a）上停车板的支承架结构b）下停车板的支承架结构

根据上下停车板的受力情况求槽钢的截面惯性矩，选择槽钢型号。

图3・5次）是上停车板受力情况的侧视图。

由于下停车板的受力情况较上停车板好，故只要使用同样型号的槽钢即安全，这里不对其进行校核。

单取支承架中间的两根纵向槽钢分析，单根槽钢受力如图3-5b）,设汽车的重力G

集中于停车板的中央1/2处，槽钢承受钢板&其自身的均布载荷。

因此对于单根槽钢,

它的变形是两者共同作用引起的。

在集中力。

单独作用下，其最大挠度

在均布载荷g单独作用下，最大挠度

qlA土x1000x9.8x5400’2.30xl0_7斗

fRy==金m

SEI8x210x//

两式中,一材料的弹性模量，这里E=210GPa；

/—材料的截面惯性矩。

叠加以上结果，求得在集中力和均布载荷共同作用下，单根槽钢的最大挠度匸r9.95xIO-7」

Jb=Jb\+JBl=Jm

对于支承框架的槽钢要求刚度较大，因此其允许挠度/W0.0002/,令

由此可求得槽钢的截面惯性矩

/ni.09xl0f

査型钢表《热轧普通槽钢（GB707-65）》，选用5号槽钢即可。

5号槽钢的理论重量为5.44kg/m,根据图3-4所示的尺寸数据，上下两停车板支承框架的重量分别为：

上框架

g下=5.44x（4400X2+5400x4）^166kg

下框架

加丿下=5.44x（3800X2+4900X2+3600X2+3200x2）a170kg

3.2上层提升机构的设计计算

图3-6是侧顶式车架提升机构的传力系统。

上停车板固定在支承架上，支承架与导向板固定，并用斜拉杆拉住组成一刚性体，靠两根链条直接提升。

而链轮靠液压缸

7-立柱；8-链轮；9-液压缸;10-提升链：

11-地基;12-导槽

举升，其中导向板奏在立柱上。

为使停车板上升时导向板与立柱之间的摩擦阻力减小,下降时靠车辆和停车板自重能顺利下滑，在每个导向板的两侧上下各装有两个滚轮。

当上停车板升降时，仅有滚轮与立柱接触。

根据人机工程学，査表《我国成年男于和女于人体主要结构平均尺寸参数》，取底板的提升高度方=190（）0101。

液压缸垂直布置在两立柱中间，链轮轴固定在液压缸活塞杆的顶端，两个链轮对称安装在轴上。

提升链一段固定在地面上，另一端绕过链轮后与停车板及支承架垂直固定，组成一级放大机构。

采用这样的放大机构可使液压缸的行程大大缩短。

3.2.1导向板、立柱、滚轮、斜拉杆的设计计算

1、导向板

导向板的作用是为停车板升降导向。

它与停车板的支承框架靠螺栓螺母及点焊固

导向板上，其结构如图3・7所示。

两侧还有两块抱箍1,正面下缘E…

图3-8导向板尺寸

1-滚轮：

2-立柱；3-导向板：

4-支承架槽钢：

5-停车板

立柱、滚轮以及支承架与它的装配位置如图3・8左图所示。

两侧面的四个孔用于安装

滚轮的轴，单侧上方的孔安装斜拉杆的定位轴。

其垂直方向的各项尺寸已由图3・8右

图给出,其截面尺寸尺整个重量将在后文的立柱部分计算得出o

2、立柱

提升机构的两根立柱设计采用实心方钢加工而成。

现在计算其截面。

图3-%）是上停车板在立柱上的受力图，设车辆、钢板、支承架等的重力卩作用在停车板的中央，它对立柱的力矩同上下滚轮受导轨的支承而形成的力偶平衡,对于单根立柱有

P=Lgx-L.=1x3500x9.8x1x6000

22422

b）

=102900No立柱受到该力偶的反作用a）

力偶力‘立柱的变形简图如图3・9b）所

图3-9立柱校核

a）立柱受力简图b）立柱变形简图

示。

图中/为两滚轮轴中心距的中点到

地面的高度为立柱全髙，设A=4m,根据前文停车板的提升高度以尺设定的导向板

垂直方向尺寸，取匸2・3叫于是单根立柱的最大挠度

/n72

2E7

102900x2.32

2x210x/

式中,一钢材的弹性模量，这里E=210GPa；

｝一立柱的截面惯性矩（n/）。

同样取允许挠度[d为

0.0002/,令fB<[f]o由此可求得立柱的截面惯性矩

/>2.82x10_3m4

对于矩形截面，如图3-1（闾所示，

I=，因此取/?

=530mm,

12

L

.520mm.

b）

图3-10

小惯性矩最小截而b）立柱截而尺寸

Z?

=400mmo于是设计立柱截面如

图3-1Ob）所示，两导槽宽度为

200mm。

现在进一步确定导向板尺寸，因为导向板三面包围该矩形立柱，因此根据立柱截面尺寸并放适当余量、其截面尺寸如图3-11所示。

3、滚轮

滚轮通过轴承装配在小轮轴上，小轮轴靠螺母固定在导向板上。

导向板及停车板等被提升时，滚轮就在立柱的导槽内滚动。

其装配关系如图3-12所示，另一侧的滚轮装配与此图呈镜像。

下面对轮轴进行设计和校核。

由图3-%）可知，在倾覆力矩作用下，因为滚轮的轴承与导向板钢板的距离很短，可看作滚轮轴受剪力。

单根轴受到的剪力大小F可由下式求出：

m=F•a（3-1）

11[

■

1-

—1

.550mn.

图3-11导向板截而尺寸

4-轴承：

5-导向板的钢板；6-双螺母、弹簧、垫圈结构

式中,/?

力偶矩；

“—力偶对数，这里一根立柱有2组;

次—上下滚轮的轴距。

na

102900

2x600

=42875No

轴的截面积应满足以下关系:

（3-2）

（3-3）

（3-4）

式中，田——45号钢调质后的抗剪切强度，査表得155MPao

42875

于是A2二25.53x1（）7m'。

由此求得轴的直径0.0265m,取凸30mm。

1

查表GB/T283-94《圆柱滚于轴承》，选用圆柱滚于轴承N206E。

现在确定导向板钢板的厚度。

导向板材料选用45号钢，査得其许用挤压应力[%]=100MPa,贝I」导向板与滚轮轴的挤压面积九应满足以下关系：

一[久]

设导向板厚度为因为积压面只有半个圆柱面，因此

|x3500x9.8

=——a2.6xl0~7mm

兀cl兀x52

取<9=10mmo4、斜拉杆

斜拉杆一端固定在导向板上，另一端固定在停车板及支承架上，用于减小停车板对导向板的倾禮力矩，改善受力情况。

其结构及装配如图3-13所示，即活节螺栓长度很长的索具螺旋扣。

它与停车板的连接处取在停车板从导向板往引坡方向的全长的2/3处。

这是因为连接处离导向板越远，拉杆受的拉力越小。

但太远则停车板的弯矩加大。

设车辆停好后，整个重心位与停车板中心，则两根斜拉杆的拉应力厂如下计算：

根据停车板（如图3-14所示）的平衡方程27mc=0,得

2TxjL4xsina-GxjL4=0

Gx#L-

2x|L4xsina

3500x9.8xj

2x|x

900

J4000'+900’

〜67kN

为减小截面积选用抗拉应力强度©较大的50号钢,查表GB699・8%优质碳素结构钢》,得50号钢6=630MPa,

Tfci

•IA>—=a1.06xIO-4rrf

oh630

求得d>l1mm,取d=13mm,于是单根斜拉杆的重量

G=pA/=px-J2x/=7.8xl03x-xl32

144

xV9OO2+40002*4.5kg

式中,一钢材的密度，这里

^=7.8xl03kg/m3；

月4拉杆的截面积（m~）；

L—斜拉杆的长度（tn）,用勾股定理计算。

3.2.2链轮轴、链条仪链轮的选用设计计算

1、链轮轴

链轮轴由液压缸活塞杆从其中心顶升，同时停车架的全部重量通过链条链轮作用在轴上。

设计链轮、轴、停车板、立柱的平面相对位置尺寸如图3-15所示。

设计链轮轴全长3m,两链轮中心剖面间距1.7m,在轴上对称分布。

轴的结构及与链轮的装配如图3-16所示。

提升时轴两端的最后一端阶梯轴在立柱的两条内侧导槽内上下滑动，且与导向板内侧滚轮使用的是相同的导槽，轴在上，滚轮在下。

这样提升时可保证停车板不会因提升过度而发生超程事故。

现在根据轴受的弯矩对其直径进行设计确定。

轴的轴向中部受支座的支承力，对称间距1.7m处受两链轮通过轴承给轴的压力。

设支座作用面长200mmo因此轴的最

大弯矩为单侧链轮对轴的压力与其轮毂宽度中心到支座同侧端面的距离，即

|x3500x9.8x0.75=12862.5N-mo轴的材料选用许用弯曲应力较大的40Cr,査表得[C]=70MPa。

于是求得轴的抗弯截面系数W>-^-=翌H心1・84x1（T4nA70

由W=Q.ld3求得d~0・122m,取dM30mm°取轴的平均直径为115mm,

图3-16链轮轴装配

1-紧左螺钉：

2-套筒：

3-挡圈：

4-链轮：

5-轴承：

6-活塞杆：

7-抱箍

这样可求得轴的重量大约为〃S=7.8xl03x^xll52x3«240kgo由于链

轮处径向载荷较大，査表GB/T288-94《双列调心滚于轴承》，选用双列调心滚于轴承

3053726。

得该轴承：

d=130mm,79=210mm,64mmo

2、提升链

提升链的功能是缓慢地提升停车板，并将其固定在一定的髙度上。

起重机械中应用的链条有环形焊接链和片式关节链。

焊接链的优点是：

挠性好，可用较小直径的链轮和卷筒，由载荷产生的驱动机构的力矩也较小；比较耐腐蚀。

其缺点是：

安全可靠性差，不耐冲击；在运动中经常产生滑移，易磨损。

片式关节链的优点是：

挠性比焊接链更好，比较可靠，运动较平稳。

缺点是：

由方向性，横向无挠性；成本髙，对灰尘和锈蚀较敏感。

而上停车板在提升或悬滞时，为安全起见，不允许有任何滑移，故选用片式关节链。

车库的链条总是在低速重载的工况下工作的。

因此，设计时不宜像传动链那样使用额定功率曲线图表进行链条规格的选择计算，而应按下式进行计算：

少仏存[“]（3-5）

式中,一链条极限拉伸载荷（Z；

仏——最大工作载荷（N）；

M——许用安全系数。

许用安全系数［对一般取4—8,本次设计选用［〃］=5,同时取入严3500x9.8=34300N,该载荷值已可包括收容车辆、停车架、导向板及滚轮、斜拉杆以及后面将设计的安全防坠装置、传感器等在内的所有重量。

将以上数据代入式3-5,得链条极限拉伸载荷0＞5x343OO=1715OONo由于采用两根链条提升，故每根链条的极限拉伸载荷（2,=|xl71500=85750No根据该参数查表GB1243.1-83«A系列滚于链的基本参数与主要尺寸》，选用链号为20A的单排精密滚子链，该规格链条的各项基本尺寸为：

节距p=31.75mm,滚于外径＜^=19.05mm,内链节内宽勺min=18.90mm,销轴直径dzmax=9.53mm,内链节外宽b2ma=27.46mm,外链节内款$min=27.51mm,内链板高度=3O.18mm,销轴长度/?

4max=41.1mm,单排极限拉伸载荷0讪=86700N,单排每米重量兀3.8唧叫

3、链轮

由前文链轮轴选用的轴承可确定链轮轮毂内径如=D=210mm,估算链轮分度圆

直径启3（X—400mmo

•••轮毂厚度心K+皿+0.01〃（常数炉9.5）,

6

210

力=9.5+——+0.01x300^47.5mm,

6

取方二47mm；

轮毂长度/=2.6〃=2.6x47=122.2mm;

轮毂直径dh=dK+2/?

=210+2x47=304mm；

轮宽hf=0.95^=0.95x18.90=17.955mm

初取齿侧凸缘直径=308mm,齿根圆直径df=312mm＞则初步计算链轮分度

圆〃=〃+/=312+19.05=331.05mm。

由〃求得w32.7,根据链轮齿数推

sin哆

荐数列，取齿数尸38。

于是链轮分度圆直径

31.75/n/n

sin

=384.5mm,

齿顶圆直径

心=P（0・54+cfg

—）=31.75（0.54+6-^

180°

）a400mm；

a）未提升时b）提升到位时

齿根圆直径

df=d—dr=384.5-19.05=365.45mm；

齿侧凸缘直径

180°/180°

-0.76=31.75xctg1.04x47-0.76a333.5mm。

z38

现在进一步确定链条的长度，图3・17为液压提升的各项髙度尺寸。

因此链条长度为

Ia2.15x2+0.5^/=2.15x2+0.5^

x384.5^4.9mm

取链条150节。

323液压系统设计计算

1、液压系统原理设计

本设计中上停车板的升降动作要求起动和停止及动作过程平稳，停车板停止后要有安全措施保证其不滑落，此外传动装置体积小，重量轻，易于自动控制，整个设备在停电后仍可方便地取车。