立体车库传动装置设计
目录
摘要
第一章绪论
1.1课题背景和意义
1.2立体车库发展概况
1.3设计任务与要求
1.3.1 设计目标
1.3.2 设计容
第二章立体车库的分类及原理
2.1立体车库的分类
2.2垂直升降式立体车库的工作原理
2.3垂直升降式立体车库的主要组成部分
第三章垂直升降式立体车库升降传动装置设计
3.1 升降电机功率的计算及选择
3.2 升降传动轴的计算
3.3 联轴器的选择
3.4 轴承的选择
3.5 钢丝绳的选用
3.6 滑轮的选用
3.7 卷筒的设计
3.8 升降轴的强度校核
第四章结论
4.1．结论
摘要
立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为简单的垂直升降式立体车库为研究对象。简易垂直升降式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。简易升降式车库的驱动系统通常采用电机驱动，这取决于传动的特点及其优点，本文就是对简易升降立体车库的传动装置设计计算，以及其他元件的设计选择，使得立体车库结构更加合理、安全，提高驱动的效率以及无障碍停车车库的经济性。
第一章绪论
1.1课题背景和意义
随着我国城市经济和汽车工业的迅速发展，拥有私家车的家庭越来越多，而与此相对应的是城市停车状况的尴尬。数据显示，最近几年我国城市机动车辆平均增长速度在15%-20%，而同时期城市停车基础设施的平均增长速度只有2%-3%，特别是大城市的机动车拥有量的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，因此，我们必须重视城市停车难的问题，并积极探求解决的措施。措施主要包括增建停车场，建设地下及立体停车场、利用其
它空间满足停车需求。
1.2立体车库发展概况
早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，国和我国的港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。从80年代开始，日本开始向亚洲地区的国、中国及地区出口产品及技术。目前我国的停车设备行业进入稳步发展阶段。
1.3设计任务与要求
1.3.1 设计目标
（1）垂直升降式立体车库总体结构的设计：确定垂直升降式立体车库的总体布局、运行方式、各组成部分的选择。
（2）垂直升降式立体车库传动装置的设计：首先通过比较，选定整个立体车库的升降方式。然后设计升降平台，安全机构等。
1.3.2 设计容
（1）通过查阅升降式立体车库的文献，了解立体车库运行传动的原理
（2）确立简易垂直立体车库传动系统所需的部件进行选型计算与校核。
（3）设计参数：提升的高度为1850mm，提升和下降的过程20s完成
第二章立体车库的分类及原理
2.1立体车库的分类
立体车库类型按照机械装置的构造，立体车库一般可以分为以下几类：
（1）升降横移类代号SH
（2）垂直循环类代号CH
（3）水平循环类代号SX
（4）多层循环类代号DX
（5）平面移动类代号PY
（6）巷道堆垛类代号XD
（7）垂直升降类代号CS
（8）简易升降类代号JS
图2-1简易升降类立体车库
本文以垂直升降类为例对立体车库的传动装置进行分析与设计。
简易升降类立体车库设备把停车位分成上、下两层或两层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的一种机械式停车设备。该类车库一般为准无人方式，结构十分简单、建造成本较为经济，安装周期也很短，性能可靠、操作十分容易。
该车库多数用于私人住宅、企事业单位、地下室等场所，在面积一定时至少增加两倍以上的停车位。托运盘作升降运动的装置有钢丝绳式的、链式的、液压式的等形式。
本次设计的车库简易升降式要尽量的节约，场地要求噪声笑笑，加上安装和经济性的考虑，所以选用了钢绳提升的方式
2.2垂直升降式立体车库的工作原理
简易垂直升降立体车库是指利用载车板的升降来存取停放车辆的机械式停车设备。简易垂直立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降运动达到地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作升降，将载车板升或降到地面层，驾驶员才能进入车库将汽车开进或开出车库。
图2-2简易垂直升降立体车库仿真
2.3垂直升降式立体车库的主要组成部分
垂直升降式立体车库由车库框架结构、载车板、传动装置、控制装置、安全防护系统五大部分组成，其中本文主要分析设计传动装置。
第三章 垂直升降式立体车库升降传动装置设计
3.1 升降电机功率的计算及选择
按照设计的车库大小提升的高度为1850mm
选取提升和下降的过程都是20s 完成，而且这一过程是匀速的，这样就可以设计出提升的速度:
s V /mm 5.92201850==
钢绳的提升是用滑轮的形式来提升的，其中用一个动滑轮来提升载车板的升降的，上面
用一个定滑轮绕钢绳，然后将钢绳，由电动机带动卷筒正反转来实现钢绳的运动从而带动载车板提升或者下降。
计算所需要的功率：
KW F P ην1000=
其中，F ，工作机构的有效阻力（N ）
ν，工作机构的圆周速度 （m/s ）
η ,工作机构自身的传动效率。
由于是采用滑动来来提升，采用垂直提升方式，动滑轮可以省一半的力。由于载车板提升时的导向机构和工字钢之间存在摩擦，所有使得提升的阻力分为两个部分，一部分为载车板自身重力，一部分为摩擦力，由此可以计算得出总的工作阻力 1F 。
N F 378004.027*********=?+= 由于动滑轮可以节省一半的力气，所有真正的工作阻力为21
F
所有F=37800÷2=18900N
W F 80.197.010000925.0189001000P =??==ην
上式取97.0=η
但实际情况需要将功率扩大一些，KW P P
98.11.180.1%1101=?== 计算卷筒的转速进一步选取电机
min /r 100060n b D πνω?=
计算得到卷筒的转速为：n=4.4r/min=0.07r/s
估算转矩T=18900n=18900×0.07=1323Nm
由于结构紧凑，容纳电机的空间狭小，选择型号为CLPK22040303的减速电机。
出力扭矩：m 11.572?=N T
处理转速：m in /29n 2r =
额定功率：KW N 2.0=
载车板的额定载荷是承载的最高上线，实际使用概率很小，通常可以泊车的车辆的重量都在1000kg-1600kg 之间这是由车型所决定的，所以功率不需留余量，选择0.2KW 的电机比较经济，电机允许短时超载，静摩擦引起的大起动阻力矩不会造成电机损坏 。
3.2 升降传动轴的计算
根据基金定的位置，初步确定出提升传动轴的结构图如图
图3-1提升传动轴
各段轴颈的确定：
初选深沟球轴承6212，所有轴颈处直径为60Φ
查《机械原理课程设计手册》得滚动轴承6212的安装尺寸B=22，所以第一段轴长为22，然后利用一个轴肩来顶住轴承，所以第二轴的直径为80Φ，由于第二轴上要套上卷筒，所以开有22×12×110的键槽。在这段轴的后端设一轴肩，用来定位卷筒，具体尺寸如图所示。另外这根轴要更电机出来的轴通过链传动来传递动力，所以在轴的后端也由来有键槽，用来装链轮。具体尺寸如图所示。
3.3联轴器的选择
提升部分都单独用到电动机，而且分别采用了联轴器具体选型如下;
按照《机械原理课程设计手册》选取：凸缘联轴器
提升部分:
标记为：YL10联轴器84451/8455J ??B J GB5843-86
3.4 轴承的选择
选取的是深沟球轴承型号为6212 GB/T276-94
3.5 钢丝绳的选用
钢丝绳一端与定滑轮相连接，钢丝绳另一端缠绕早卷筒上，当载车板需要升降时，提升电机便会通过其正反转来带动卷筒顺时针或逆时针转动实现升和降。在此提升系统中钢丝绳的强度对整个车库的安全起到了至关重要的作用。磨损、腐蚀和疲劳断裂是钢丝绳的三种主要破坏形式，也是导致钢丝绳报废的三个主要原因。提升用钢丝绳一般均为6x19,既六股十九丝，中间一根绳芯扭制而成，提升钢丝绳工作时承受拉应力，又承受弯曲应力，在这种重复应力作用下产生的疲劳破坏是它的主要破坏形式。这些应力的大小与卷筒、滑轮的结构、钢丝绳本身的结构以及操作使用条件（如润滑、材质等）有关，在钢丝绳中因磨损和腐蚀造成的损失是很大的，但是腐蚀进行的慢，一般可以根据钢丝绳的损坏程度更换或修理来解决。而断裂则常常会突然发生，往往导致灾难性的设备事故和人身事故。所以钢丝绳的断裂更为人们所重视，钢丝绳断裂事故中，绝大所数是因为疲劳断裂和磨损引起的，提升载车板的主
要破坏形式就是疲劳破坏和磨损。
钢丝绳疲劳破坏的三个阶段
钢丝绳疲劳破坏的过程是;在循环载荷的作用下，绳中的钢丝的局部最高应力出，最弱的及应力最大的钢丝部晶粒上形成微裂纹，进而扩展。最终导致疲劳断丝。所以疲劳破坏经历了裂纹形成，扩展和突然断裂三个阶段
弯曲疲劳对钢丝绳的寿命的影响
使用中的钢丝绳，当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时，绳钢丝便产生弯曲和扭曲变形，在这种应力和应变的反复作用下。绳中钢丝便会出现疲劳裂纹，加快钢丝的破坏速度，最后形成断丝，钢丝绳的形式、能力大小和弯曲曲率对钢丝绳的疲劳都有影响。钢丝绳反向弯曲产生的应力为同向弯曲的两倍，故使用寿命大大缩短;若取D 为接触物（卷筒、滑轮）直径。为钢丝绳的直径，从理论上说，D/Q 的值越大，钢丝绳的寿命越长，在中华人民国国家标准机《械式停车设备通用安全要求》上规定，机械式立体车库的设计中限定D/Q 不小于20.
磨损对钢丝绳寿命的影响
当钢丝绳绕过卷筒和滑轮时存在一定偏角，若偏角过大，钢丝不可避免的会与滑轮的槽边相互摩擦，造成的磨损极大影响钢丝的使用寿命，显然，偏角越小越好，因此偏角必须控制在一定围之。
钢丝绳根据不同的条件，必须保证一定的安全系数，依据《机械原理课程设计手册》查的安全系数S 要大于7既
F F
p S ≤max ……………. （a ） 其中，F p ：钢丝绳破断拉力(N) F m ax ：钢丝绳最大工作静应力（N ）
S ：钢丝绳的安全系数
?：钢丝绳破断拉应力换算系数
F 0
：钢丝绳破断拉应力总和（N ） F F 0p ?=……………………..(b)
把（a ）带入（b ）式
?
S F F max 0≥………………………(c) 由（c ）式便可确定钢丝绳的直径d ： F max C d =
其中，d ：钢丝绳的最小直径（mm ）
C ：选择系数
查《机械原理课程设计手册》选取：
C=0.123
所以钢丝绳最小直径mm 1.1727000104.0C d F max ===
最终选取钢丝绳直径d=18mm
钢丝绳的总长度取决于提升高度等方面因素，同时钢丝绳在卷筒上缠绕时一般情况下至少要保留两圈，这两圈不但是安全圈而且是工作圈，是非常必要的，此外，为了保证钢丝绳在随卷筒饶进绕出和绕过滑轮时不发生“跳槽”，对钢丝绳的允许Y 还有比较高的要求，这将直接影响到钢丝绳绕出最大是钢丝绳与卷筒上的接触点的位置。
3.6 滑轮的选用
绳索滑轮一般用来导向和支承，以改变绳索及其传递拉力的方向和平衡绳索分支的拉力。
承受载荷不大的小尺寸滑轮（D<350mm ）一般制成实体的滑轮，用15、Q235或铸铁（如HT150）。受大载荷的滑轮一般采用球铁（如QT42-10）或铸铁（如ZG230-450、ZG270-500等），铸成带筋和孔带轮的结构。大型滑轮（D ＞800mm ）一般采用钢结构和钢板焊接结构。
受力不大的滑轮直接安装在心轴上的使用，受有较大载荷的滑轮则装在滑动轴承或则滚动轴承上，后者一般用转速较高、在河大的情况下。轮毂和轴套长度与直径比一般取为
1.5~1.8。
图3-2滑轮参数计算
钢丝绳直径d=18mm
有滑轮直径d h D ?≥1
查《机械原理课程设计手册》得系数h=20
所以m m 36018201=?≥D
最终选取m m 4001=D
查表得到：
滑轮绳槽半径R=D/2=10mm
45=?
H=h=30mm
3.7 卷筒的设计
本次设计采用铸造卷筒，设计参数如下：
卷筒名义直径
d h D 1
?=
其中，h:与机构工作级别和钢丝绳结构有关的系数d:钢丝绳直径
查《机械原理课程设计手册》得到：h=18
所以
mm
324
18
18
d
h
D1=
?
=
?
=
再按照表8-1-58取卷筒直径D=400mm
图3-3钢丝绳与卷筒绳槽匹配参数图
卷筒槽形选择标准槽型，查表得：
槽底半径R=10.5mm 槽距P=21mm
按照8-1-60选择A型卷筒，卷筒直径D=400mm，长度L=300mm;起升高度H=1850mm 第四章结论
4.1．结论
随着中国经济的腾飞，城市化进程加快，汽车越来越多的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然的出路。我国立体车库发展虽然经历了十几年的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平，经济价值还有待完善和开发，为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义。本论文在参阅了国外有关立体车库的大量资料的前提下，对垂直升降式立体车库传动机构进行了细致的研究，得出了以下结论。
通过大量的资料查阅对立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对比国外立体车库的发展状况分析立体车库的市场前景和趋势。
在分析目前立体车库常用的传动装置基础上，确立了本车库传动装置的方案。分析各种提升方案，最终确定了最稳定，可靠，且经济的方案。
致