自动化立体停车库的设计【含CAD图纸、说明书】
毕 业 设 计(论 文)题 目: 自动化立体停车库的设计 学生姓名二级学院班 级 提交日期目录I目 录摘 要 IIIAbstract IV1 绪 论 11.1 自动化立体停车库的设计背景 .11.2 机械式立体停车库的发展现况 .11.3 立体式停车库的分类 .21.4 立体停车库研究的意义 .51.5 升降横移式的立体停车库工作的原理 .51.6 升降横移式的立体停车库结构构造 .62 总体的设计方案 92.1 总体设计方案的选择 .92.2 传动方案的分类和选择 .92.3 动力传动方案的选用 113 主框架的设计方案 .133.1 主框架的结构形式选用 133.2 主框架钢结构的材料选用 134 上升下降传动系统的设计选用 .154.1 升降系统电动机的设计选用 154.2 升降系统链传动的设计选用 164.3 升降轴的设计 194.4 联轴器及键的选择 214.5 轴承的设计选择 224.6 钢丝绳的选用 224.7 卷筒的设计选用 234.8 升降轴强度的计算和校核 235 横向移动传动系统的设计选用 .265.1 横向移动电动机的设计选择 26目录II5.2 横移链传动的设计选用 275.3 横向移动传动轴 A 的设计选用 295.4 联轴器以及键的设计选用 315.5 轴承的设计选用和强度校核 325.6 横向移动车轮以及导轨的设计选用 326 安全防护设施以及停车库的控制系统 .346.1 防止坠落装置的设计选用 .346-2 停车库系统控制原理框图 346-3 PLC 的硬件系统结构框图 357 小结 36参考文献 37致 谢 .39摘要III自动化立体停车库的设计摘 要大学学习以外的空闲时间里我时刻关注着车库的发展,毕业设计研究立体车库是源于在一次单位的参观时偶然见到过这种升降横移式的车库,对应的结构是有三层和三列。在思考车库制造成本的同时亦要保证运行的安全可靠。本论文对立体结构车库整体所对应的结构做了简明的论述,阐述了此种车库所对应的控制系统,根据实际运行时所对应的基本工作原理进行了传动方式方面的设计,同时优化了对应的传动方式,所有国家对于停车的相关器材都有着较高的要求和规定,本次论文设计的目的就是将所学习掌握的相关知识运用到设计出能够满足相关规定要求的车库。确保立体车库所对应的强度以及刚度条件可以符合有关安全的标准,从而保证所设计的立体车库可以正常的安全使用,并可以投入到实际的生产过程当中去。关键词:立体车库;控制系统;升降横移式AbstractIVThe automated three-dimensional garageAbstractUniversity learning outside the spare time I always watching garages development, graduation design of stereo garage is source to in a unit to visit occasionally seen the up-down and translation of the garage, corresponding to the structure is a three layer and three columns. At the same time to think about the manufacturing cost of the garage, it is also to ensure the safety and reliability of the operation. The stereo garage structure corresponding to the structure of the concise exposition, elaborated the corresponding to this garage control system, according to the time corresponding to the actual operation of the basic working principle of were transmission mode of design, while optimizing the corresponding transmission mode, all countries for parking equipment have higher requirements and regulations. The purpose of the design is the study and master the related knowledge to design to meet the requirements of the relevant provisions of the garage. Ensure that the stereo garage is corresponding to the strength and stiffness conditions can meet the safety standards, so as to ensure the safe use of the stereo garage can be normal, and can be put into the actual production process to.Key words: Stereo garage ; control system ;Lifting and moving type stereo garage第一章 绪论11 绪 论1.1 自动化立体停车库的设计背景伴随着 21 世纪的快速迅猛发展,尤其是房地产相关产业以及汽车相关行业的跨越式发展,使得在很多城市当中,较为普遍的产生停车困难以及随意停车的社会现象。随着近年来经济不断的持续增长,人们的生活条件逐渐改善,此时家用轿车开始渐渐的进入到普通的寻常人家,由此带来的停车难问题变得越来越明显和日趋严重,逐渐的发展成为全球所有国家的一个普遍问题。在面对停车困难这个问题的时候,大家基本上都认可立体停车库的存在能够较为完全的解决掉这个疑难问题,特别是对于那些用户需要就多的企业和人口较为密集的小区来说,就显得更加的必要。目前,社会上有一种十分普遍的意见,就是人们都在质疑说使用地下已有的停车库不是更为方便快捷和经济实惠吗?对于这个问题,专家给出的回答是以往很多老旧的公共场所和居民小区在建设之除的时候并没有考虑到预留地下空间制造停车库,现在也无法进行地下停车库的建造,这就使得平时去公共场所时停车问题变的尤为困难。因此对于机械结构形式的立体车库今后长久的发展,在我个人的角度看来是具备非常大的发展空间和美好前景,是十分值得去深入透彻的研究和发展相关技术的。现在社会上存在的立体车库种类数不胜数,各自具备的功用特性以及生产使用规模也存在较大的差异。本论文所设计的自动化立体停车库所采用的方案是目前世界上使用最多的,同时也是最为基本的升降横移结构形式的立体车库。在我国东部的很多较大城市中,已经有无数企业、公共场所和居民小区通过这种立体的停车库较为完美的解决了无处停车的尴尬局面,一定程度上起到了良好的社会效应,也因此减少了社会上的不文明现象,提升了城市的整体风貌。1.2 机械式立体停车库的发展现况在机械式停车库的发展方面,以德国和美国为代表的西方欧美国家进行的较早,到目前为止已经走过了三十个年头。纵观亚洲地区,中国台湾、韩国和日本是较早使用机械式停车库的亚洲国家,经过多年的发展现在已经得到了相对较为普遍的推广使用,相关的技术也日趋成熟和高端。相比于韩国和中国台湾,日本的机械式停车库发展技术较为成熟,国内许多的相关制造企业近年来已经有产品出口全球各地,在后续的维修保养方面积累的技术也较为雄厚,拥有较好的市场前景。韩国的机械式停车库发展起始于二十世纪七十年代,起初通过购买相关的技术来实现技术的积累,经过二十年左右开始实现产品的出口,虽然这一过程的发展速度相对较为缓慢,但是在后续政府的大力扶持之下,韩国机械式停车库的第一章 绪论2发展进入了高速的发展阶段,伴随而来的是市场的需要也不断扩大,市场前景一片大好。中国的机械式停车库发展起步较晚,改革开放以来尤其是二十世纪八十年代末期,国民经济水平的不断提升带来了汽车行业以及房地产行业的快速迅猛发展,逐渐出现停车困难的社会问题,政府对这一社会问题的重视一定程度上带动了机械式停车库的后续高速发展。纵观中国的停车库生产企业,目前规模化的制造企业已经超过了一百家,经过多年的技术研究和改革创新,相关的技术也已经趋于成熟,涌现出了众多的新技术,比如PLC 控制以及总线控制这类高端的技术,部分企业的制造水准走在了世界的前沿。伴随着经济持续的高速迅猛发展,国民对于机械式停车库的需要将会越来越旺盛,料想此方面的发展在未来很长一段时间内将会具有极为广阔的市场。尽管现在开发的居民区和公共场所在起初建设时都考虑到了停车库的问题,除了常规的路面停车位以外还建设拥有大量停车位置的地下停车库,基本上能够保证常住居民的停车需要,但是光就停车位的数量而言还是远远不够的。中国的社会讲究人情世故,平时去亲戚朋友家聚会的频次相对较高,节假日公共场所的人流量也相对较多,这时这些停车位就显得不是那么充足了,经常出现乱停车甚至是停在人行道上这种不文明现象,所以立体式的停车库仍然是传统停车库所不能完全比拟的。相对于传统的停车库而言,立体式的停车库主要有以下的几个优点:首先,相比于传统的停车库,立体式的停车库能够有效的节约土地资源。传统的地面停车位和地下停车库都留有相对较大的通道,一定程度上浪费了本就稀缺的停车库面积,倘若能够将这些零散的面积全部利用好,将会可以为更多的车辆提供停车位,说到底能够一定程度上提高停车库土地的使用效率。其次,传统的停车库尤其是地下停车库对应的视野较为狭隘,十分容易出现汽车碰撞等一系列不安全的事故,立体式的停车库在则可以完全避免这种事故,因为在立体式停车库里停车时的人与汽车之间是相互分离开的,极大程度上减少了发生安全事故的概率。同时,相比于传统的停车库,立体式的停车库能够最大程度的降低制造成本,传统的地上车库需要专人进行停车协助,地下停车库除此以外还需要为车库提供灯光照明、保持内部通风顺畅以及夏冬提供冷暖气等等,极大的增加了车库的运营维护成本,立体式的停车库则完全不需要提供上述所述的种种要求。综上所述,立体式的停车库相比于传统的停车库优势较为明显,未来的发展前景也相对广阔,有望在很大程度上能够取代传统的停车库。1.3 立体式停车库的分类1.立体式停车库的主要类型:按照停车库的模式不同可以大致将立体式的停车库划分为平面的立体式停车库、三维的立体式停车库以及自动的立体停车库这三种主要的型式。立体式的停车库具体可以分为下来的几种:第一章 绪论3(1)升降横移式的立体停车库下图所示是升降横移式的立体停车库所对应的示意图,图中所以的车库容量是三行三列,但理论上能够实现层数和列数的扩展,以便于能够一次性的停放较多的汽车,升降式横移的立体停车库对于建设的环境需求相对较低,具备较强的适用能力,同时能够实现便捷的日常使用。图 1.1 升降横移式立体车库升降横移式的立体停车库相对于传统的停车库主要的优点可以归纳为:一定程度上提高车库土地的使用效率,建设的周期相对较短,车库相应基础设施的建设也相对容易;停车和取车时所需的时间相对较短,提高了时间的利用效率;简易的结构特点使得运行的性能更加稳定,具备更强的适用能力,由此产生的噪音也相对较小,符合绿色生活和谐社会的新时代要求;需要建造的配套设施和维护人员相对较少,能够在一定程度上降低停车库的日常运营成本。(2) 巷道堆垛式的立体停车库下图所示为巷道堆垛式的立体停车库示意图,从图中不难看出在巷道的左侧和右侧对应着较高层级的停车平台,巷道上对应的机器就是所谓的堆垛机,其用来高效快速稳定的完成汽车停放时的上升以及下降。对比于其他形式的停车库构造,其能够存放更多的汽车,对应的缺点就是初期建设成本和实际使用时的日常经营维护支出较高,适用于对停车位数量十分看重的用户,比如高档的公寓以及写字楼等。第一章 绪论4图 1.2 巷道堆垛式的立体停车库(3)垂直提升式的立体停车库如下图所示是垂直提升式的立体停车库结构,通过观察该立体停车库的平面图不难发现,这种车库在形式上与我们日常使用的电梯较为相似,其左右侧对应有众多的停车位。在停车的时候只要把汽车开到圆盘的制定位置即可,剩下的工作将全部由相应的机械来实现,能够实现较为便捷的使用效果。此种立体停车库土地的使用效率很高,但是由于建设的层数很高,这就对车库的建筑材料等要求较高。图 1.3 垂直提升式的立体停车库(4)垂直循环式的立体停车库第一章 绪论5图 1.4 垂直循环式的立体停车库如上图所示是垂直循环式的立体停车库的示意图,此种立体停车库主要特点有:制造建设成本相对较低,需要的建设周期也相对较短;能够停放较多的车辆,土地的使用效率较高;停车库能够实现自动的控制,正常使用时的平稳运作性能较高;与之配套的结构相对较为简易,对应的消防支出也相对较低。本设计选用的是目前使用最为广泛的升降横移式立体停车库,后续将对升降横移式立体停车库做详细的结构分析和相关论述。2.升降横移式的立体停车库主要的优势:升降式横移式的立体停车库相比于传统的停车库,有着许多明显的优势,可以归纳为以下三点:第一,升降横移式的立体停车库的外观和附着建筑物能够相互协调,日常的维护经营也相对便捷。升降横移式的立体停车库在结构上的特点决定了对于安装位置的要求相对较低,可以实现较为广泛的适用,尤其是在那些人员流动较大停车需要旺盛的公共场所能够实现完美的相互融合,既能保证实用又可以确保外观的美观和整洁,在日常的经营和维护方面,因为升降横移式的立体停车库拥有相对较为完整可靠的系统,同时安装有确保安全的相关装置,在实际的使用过程中完全不需要担心发生不安全的状况,停车和取车的时候都是通过现代化的电脑控制加以辅助的人工协助来实现的,人性化表现的十足。第二,升降横移式的立体停车库对应相对较高的经济和技术指标。升降横移式的立体停车库所占的土地面积相对较小,同时能够实现较为迅速简易的建设,最主要的是可以停放相对较多的汽车,尤其是关乎人们日常需要的家用轿车,故此种立体停车库是一种极为高效的停车方案。第三,升降横移式的立体停车库在停放和去除取车的整个过程导致的噪声污染相对较小,在现如今的社会主义和谐社会和绿色社会这个社会大背景下还是十分适当的。1.4 立体停车库研究的意义第一章 绪论6本设计中所讨论的立体停车库对应的相关设备在设计上是归属于机电一体化方面的,其中不仅仅有机械相关的设计和电气相关的控制,还包括有关房屋建筑相关的专业知识。所以在立体停车库的设计上就要许多行业专业的技术人员一同来协调来完成。升降横移式的立体停车库和大家日常的联系较为紧密,使我们的生活变得更加的方便和简单。不管是在普通的居民小区里还是经常去的公共场所里,我们都可以很容易的发现升降横移式的立体停车库的身影,总是陪伴在我们的左右,带给我们十足的便利。相比于西方欧美发达国家以及日韩等亚洲国家,我国的立体停车库技术发展和覆盖范围还相对较为不完善和狭隘,但是近年来伴随着经济迅猛的持续发展,普通人家也能够买的起质量优良的轿车,随之而来的是交通越来越不顺畅,时常出现交通堵滞的现象,更为严重的是没有足够的停车位置,无法正常停放汽车导致的乱停车所导致的社会问题越发严重。现在中国绝多数的停车库还是传统的路面和地下停车库,其对应的功能以及自动化控制的程度相对而言还较为不便捷,往往不能体现出人性化的一面。为了解决停车困难的头疼问题,很多城市花巨资从国外引进先进的立体停车库,尽管可以实现使用的要求,但是难免会出现故障问题,此时产品的售后就变的较为困难。所以为了避免对国外停车库的过度依赖,我们现在急切的需要创造出属于中国的品牌,这种使命已经变的越发的强烈和必要。1.5 升降横移式的立体停车库工作的原理本论文所设计的升降横移式的立体停车库所对应的原理较为简单,借助于载车板的上升下降以及向左向右的移动来完成汽车的停放和取出。对应于停放或者需要停放在某一位置上的汽车,依靠载车板的持续移动可以使得其最终都能移动到第一层的位置,驾驶员此时能够直接将汽车开进或者取出该车库。第一章 绪论7图 1.5 升降横移式的立体停车库原理示意图上图所示是具备七个停车位置的升降横移式的立体停车库的示意图,其对应的工作原理能够从上图的标示中看出,第三层的载车板只可以实现上升和下降的纵向移动,第二层的载车板除了能够实现上升和下降的纵向移动以外亦可以实现左右的横向移动,第一层也就是靠近地面的那一层只可以实现左右的横向移动,不可以做上升和下降的纵向移动,第一层和第二层对应的空闲位置是留置以供给载车板移动所需要的。打个比方,倘若想要把汽车从 6 号位置的载车板上取出的话,首先要把 2 号位置和 4 号位置的载车板往右边作横向的移动,接下来将 6 号位置的载车板向下移动即可以实现 6 号位置载车板的使用,此时直接将汽车从上面取出即可。升降横移式的立体停车库在实际使用中的应用较为广泛,同时也具备较强的适用性能,车库相关部件所对应的结构还可以按照实际的环境要求做一定的变更,由于规模有大有小之分,所以实际安装时对土地的要求不是十分的严格,故得到了较为广泛的使用。1.6 升降横移式的立体停车库结构构造如下图所示是升降横移式的立体停车库整体结构示意图,大致可以划分为六个主要的部分,他们包括:停车库的结构框架、载车板、载车板的升降系统、载车板的横移系统、停车库的安全防护以及停车库的控制系统等,各个部分对应着相应的功能,依靠相互之间的工作配合从而实现汽车的停放和取出。图 1.6 升降横移式的立体停车库结构示意图(1)升降横移式的立体停车库的结构框架:通常情况下在设计立体的停车库时一般都选用钢结构或者钢筋混凝土结构,本设计的升降横移式的立体停车库选择的是钢结构。由于对停车库的使用强度有较高的要求,所以本设计中的框架结构材料选择的是钢板,第一章 绪论8其具有外观优良、质量轻巧、安装拆卸以及便于运输等优点。(2)上层位置的载车板以及对应的上升下降纵向移动系统:因为停车库载车板运动相对较为复杂,故所有相应的载车板都需要对应着独立的电动机以及动力传动系统。对应着上图 1-5 所示的结构图,当需要载车板向上纵向移动时仅仅需要按下其上的顺时针转动按钮,同理如果希望载车板向下纵向移动时就要按下其上的逆时针转动按钮。按照载车板负载时的总质量可以得出对应的传动力值,在选择提供动力的电动机时,只需按照对应的传动力值就可以选择相应的功率大小以及型号。传动链条所对应的类别以及长度等要根据载车板之间的实际距离来决定。(3)下层位置的载车板以及对应的左右横向移动系统:相比于上层的载车板运动情况,下层的载车板所对应的运动情况就相对较为简单,主要表现在仅仅要求做左右的横向移动,只需要依靠电动机带动相应的主动齿轮运动,从而使得载车板在对应的轨道上滑动。在最下层载车板所对应的电动机选择时,需要根据载车板以及汽车的整体质量、载车板的传动速度和相应的动摩擦因素来选择电动机的类型和功率大小。(4)安全防护装置:为了保证升降横移式的立体停车库在实际使用过程中的安全性能,一般情况下需要在载车板上安装相应的行程极限开关以及相关的防止坠落装置,框架的纵梁上通常还安装有避免载车板发生故障下滑的耳环装置,比如制动器发生故障时能够避免载车板垂直下落从而损坏下层停放的汽车。载车板在实际工作的移动过程中如果触碰到异物时,需要立即断开电源从而使电动机停止运行,避免发生相关的事故。(5)升降横移式的立体停车库对应的控制系统:在停车库正常运作的时候可以完全由系统实现自动控制,但是在出现突发故障的时候就要人工的手动控制来协助控制了,控制系统上对应的复位按钮对应的就是有突发状况出现时需要紧急的使停车库停止工作,以避免事故的发生,同时为了配合后续的故障排除。所设计的控制系统主要的技术难点在于怎样协调全部的电动机使它们可以实现同步的工作运转,并且要实时的显示出所有电动机时时刻刻所对应的工作运转状态第二章 方案总体设计92 总体的设计方案2.1 总体设计方案的选择自动化立体停车库简单的来说可以分为停车库的主体部分、相应的载车板部分以及对应的动力传动系统。停车库的主体部分不但承受了车库整体的质量,还使得车库所有的部分都实现了相互的联结,主体部分的稳定性在很多程度上决定了停车库是否可以实现良好的工作运行。载车板的选择也尤为重要,需要保证汽车能够安全稳定的停放在上面,需要具备相对较高的强度和较低的质量。用于实现动力传动的传动系统能否得到较为合理高效的选用决定着停车库实际的运行效率,故传动系统对应的系统优化也显得举足轻重。综上所述,为了使得自动化立体停车库能够实现高效的使用,必须对相应的主体部分、传动系统以及载车板加以缜密的设计选择。(1)整体结构的设计:本设计的升降横移式的立体停车库构造较为简单,设计的车位数量为七位,分布于三层,对应最上层有三个停车位,中间层最下层都只有两个停车位,大致的估算所需的空间为:高度为 6m,长度为 8m,宽度为 6m。(2)动力驱动方式的选用:在停车库动力驱动方式的选择上,对应有汽车机动力驱动、柴油机动力驱动、混合动力驱动以及液压马达驱动等等,选择相对较多。但是考虑到停车库在日常运作时需要产生尽可能少的噪音污染和尽可能低的投入成本,同时停车库在设计时不需要追求较快的上升下降以及左右横向移动速度,故综合考虑选择电动机作为本设计自动化立体停车库的驱动方式。(3)载车板上升下降载体的选用:通常情况下可以借助于链条和钢丝绳索实现载车板的上升和下降移动,在本设计中为了一定程度的简化相应的机构,同时确保上升和下降纵向移动的稳定性能,选择具备钢丝绳索作为动力传输的介质。2.2 传动方案的分类和选择动力输出装置提供的功率通过相应的传动系统经行传递,以改变实际的运动形式得到相应的工作要求。整个停车库的性能在很大程度上取决于相应的传动系统所对应的总体重量和相应的性能,其中尤为关键的地方在于传动系统所提供的传动比的大小。在日常的设计中,比较常有的传动方案可以归纳为带传动、链传动以及利用直齿轮实现传动这三种,下面将对这三种传动方案进行一一的论述,从中选择出最适合本设计的传动方案。(1)带传动:如下图 2.1 所示是带传动的结构示意图。传动方案选择带传动主要的优势在与可以实现较远距离长度的传动,同时能够确保整个传动过程的稳定,并且整体的结构相对较为简单,前期投入的成本相对较低,在过载负荷的情况下还能起到保护的功用。第二章 方案总体设计101-电动机 2-滚筒 3-传动轴 4-传动带图 2.1 带传动的结构示意图(2)链传动:如下图 2.2 所示是链传动的结构示意图。由于链传动在工作时的分配相对较为精确,所以动力传递的效率较高,工作对应的性能也较为可靠。在实际使用的时候,由于结构整体所占据的体积相对较小,所以可以运用于多种环境中,极具实用性。可以传递较大的力矩值,整体结构较为简单,可以实现较大中心距离之间的传动,对应的制造成本也相对较低。图 2.2 链传动的结构示意图(3)直齿轮的传动:如下图 2.3 所示是直齿轮的结构示意图。直齿轮的传功效率相对较高,实际工作时对应的性能相比带传动和链传动更加稳定可靠,在可以传递的力矩值和所占据的空间方面也更有优势,实际生活中的适用性能更强。第二章 方案总体设计111-电动机 2-减速器 3-滚筒 4-大齿轮 5-小齿轮图 2.3 直齿轮的结构示意图2.3 动力传动方案的选用根据上述对三种传动方案的对比研究,可以发现在传动方案的具体选择时,主要需要考虑以下的几个方面。所选择的传动方案占据的空间不应该过大,实际制造的成本应该较低,与此同时可以传递相对较大的力矩值。综合上述的设计要求,所对应的几个主要方案可供选择,如下表 2.1 和表 2.2 所示:表 2.1 价值的对应表表 2.2 方案的选取第二章 方案总体设计12设 计 指标 加 权 因 子iW 方 案 一 方 案 二 方 案 三 价 值 1iP i 价 值2i iWP2 价 值3i iP3 传 动 精 度 1.0 1/5 1/50 1/ 1/50 4/5 2/5 功 率 2 / / 2/5 2/ 1/2 1/0 效 率 5.3 0.8 0.12 0.8 0.1 0. .3 圆 周 速 度 104 .2 . .2 .2 .2 0.2 制 造 安 装 2.5 0.8 0.16 0.8 0.16 0.2 0.4 价 格 6 7/1 .5 3/5 .9 /5 3/5 寿 命 1.07W 0.3 0.3 0. 0.5 0. 0. 平 稳 噪 声小 8 .6 .6 .3 .3 .6 .6 总 使 用 价值 ijP 0.53 0.56 0.39 由于本设计的升降横移式的立体停车库需要传递的力矩值相对较大,所对应的传动速度自然较慢。对于带传动而言,首先其能够传递的力矩值相对较小,并且在工作时特别容易产生打滑的不良现象,对应的安全工作性能较低,故本设计不选择这种方案。链传动相比于直齿轮传动来说,尽管两者都可以实现对传动的一些具体要求,但是链传动在工作时所对应的性能更好,对于多种工作环境都可以实现较好的适应,所占据的体积也相对较小,制造成本更为便宜,安装以及日常的维护保养都具有一定的优势。所以综上所述,本设计的升降横移式的立体停车库传动方案选择链传动。第三章 主框架部分133 主框架的设计方案3.1 主框架的结构形式选用本设计中的主框架由钢构成,在选择钢的结构形式时所对应的种类就相对较多,最主要结构形式是通过利用螺栓将由 H 钢角钢的钢板所焊接成的结构相互联结起来,由此可以确保相对较高的刚度以及一定的强度。单注结构形式的钢结构相对紧凑便于实际的安装,与此同时对应的制造成本也相对较低,故本设计选用这种结构,对应的结构示意图如下 3.1 所示:图 3.1 钢结构示意3.2 主框架钢结构的材料选用本设计中的自动化立体停车库的主框架所对应的骨架部分主要由横梁、立柱、加强筋以及斜拉杆组成。本设计主框架钢结构的材料选择热轧成型的 H 型号的钢结构,对应的牌号是 Q235-A。查 参 考 文 献 初 选 立 柱 型 号 20 GB70-8, 立 柱 承 受 车 库 全 部 重 量 , 立 柱 外 型 截 面 形 状 为正 方 形 , 中 间 是 空 的 , 尺 寸 为 : 正 方 形 边 长 250m,立 柱 厚 度 40m, 高 度 510m,立 柱底 部 焊 有 正 方 形 铁 板 , 边 长 是 40m, 厚 度 为 30m, 钢 材 上 安 装 4个 地 脚 螺 栓 。 保 证立 柱 的 固 定 , 另 外 焊 接 肋 板 , 增 强 立 柱 的 强 度 。 立 柱 截 面 形 状 见 图 3-2。 图 3.2 H 型号的钢结构示意图主框架上的横梁选择如下图 3.3 所示的工字形状的钢,对应的钢型号为 18 GB706-88。由于侧梁相比于横梁需要承受的力相对较小,只需要保持和前横梁一致的联结方式第三章 主框架部分14即可,故侧梁选择热轧成型的槽钢 16。主框架上的加强筋以及斜拉杆的选择如下图 3.4所示的角钢,对应的型号为 10 GB9787-88。图 3.3 横梁所选的工字形状结构示意图图 3.4 加强肋以及斜拉杆所选的边角钢结构示意图在上述主框架骨架部分材料的选择时,所选用的钢材料所对应的耐压性能以及强度大小都相对较高,完全负荷本设计中对主框架的相关要求,故不要求再对它们进行相关的受力分析以及强度校核。第四章 升降传动系统设计154 上升下降传动系统的设计选用本设计的自动化立体停车库所对应的上升、下降传动系统在实际的设计时,利用钢丝绳实现动力的传动介质。设计的升降传动系统所对应的传动方式主要由卷筒、滑轮、减速系统以及电动机构成。如图 4.1 所示,卷筒、载车板、钢丝绳、联轴器以及电动机构成了停车库的升降系统。滚筒上缠绕有钢丝绳,钢丝绳伴随着滚筒不断做旋转运动而实现升降移动,显而易见的载车板也伴随着做升降移动。在实际的控制过程中,当电动机正向运转时可以实现载车板的上升移动,当电动机反向运转时可以实现载车板的下降移动。图 4.1 本设计的升降传动系统示意图4.1 升降系统电动机的设计选用在本设计的自动化立体停车库中,设计的载车板所对应的上升以及下降的速度大小选为 0.15m/s,停放的汽车以及载车板的整体质量选为 2100kg,故对应的电动机需要提供的功率大小为: kw09.3158.9210gvMPw由相关的电机手册可以算出该电机所对应的输出功率大小为:(4-1)wP/0其中, -升降时需要的功率值大小;wP-升降机工作时所对应的效率值大小;又由公式可求得 为:w(4-2)n321w第四章 升降传动系统设计16其中:采用的链传动所对应的传动效率取为 =0.96;相应的轴承工作效率取为 =0.9912代入上式(4-2)中可以得到: 94.0.9602w故对应电动机的输出功率大小为:kw3/0wP综上所述,本设计选用的电动机型式为交流减速式,对应的制造商为台湾明椿电气,具体的设计外观如下图 4.2 所示。图 4.2 交流减速式的电动机外观示意图4.2 升降系统链传动的设计选用本设计的自动化立体停车库所对应的卷筒半径尺寸大小 d 为 0.1m,又由上述已选载车板的上升、下降速度大小为 0.15m/s,故下面需要求得卷筒所对应的转速大小。由 得,1062.0Rn min/3.1402615.2 r所以相应的链轮所对应的传动比大小为: 5.1463.142 ni即对应的传动比大小 i 取为 1.5。(1)链轮对应的齿数 和 的选择:在本设计中,对应的链传动比大小在上述过1Z2程中已经求出为 1.5,由于大小链轮所对应的齿数太小或太大都不利于传动系统的稳定工作,所以本设计中的小链轮所对应的齿数取为 17,大链轮所对应的齿数取为 27。(2)链条所对应的链节数 的选择:在本设计中对应的中心距长度选定为相应链节距长PL度的 10 倍,即可得:第四章 升降传动系统设计1725.42221010 ZaPZpaLP本设计中的 取为 44。P(3)本设计中的单排链所能传递功率大小 以及相应的链节距大小 为:0PPkw7.3KACa根据相关的资料可知:.0L87zK1p故额定的功率大小值为: kw13.67.018.03575.10 PZCKP综上计算所选择的滚子链对应的型号是 24A,其所对应的链节距 P 大小为 38.1mm(4)传动链所对应的实际长度大小 L 以及对应的中心距大小 的值为: L=pP/10=438.1/0=1.68 mZZZPaP 32*224 111 (5)传动链的运动速度大小为: smZnV /5.0160.3891601 (6)轴上所作用有的压轴力 Q 大小为:F=10P/V=( 103.7) /0.25=1480N 相应的压轴力系数取为 5.QKN1702第四章 升降传动系统设计18(7)对链条进行相应的静强度校核:由于在停车库的实际使用过程中,停车库运动时所对应的速度相对较低,故通常情况下只要对相应的静强度大小进行校核就好,对静强度的校核公式如下所示: (4-3)pfctAnFKQn其中, -计算静强度时所对应的安全系数;n-工况系数,本设计中取为 ;AK0.1A-传动链条所对应的最大拉力值,本设计中取为249.1kN;Q对应的有效圆周力大小为: ;NPFt k8.1425.73v由离心力所产生的力大小为 , 为链条所对应的质量,查询相关资料得:2cqq=5.6kg/m ,故 的大小在本设计中能够忽略计算。sm/4v对应的悬垂力大小为 ,其中 是系数,查询相关的资料可以得出 10)sin(gaKFff fK,相应的中心距大小为 ,在本设计中两轮所对应的中心线和水平路1fKm38.面之间的倾角大小为 ,则:9;NqgaKFff k41.0138.96.5210)sin( 对应的许用安全系数大小取值范围为 。4p将上述相关数据代入可以得到: pfctA nFKQn 3.1608.129故本设计的符合相关的强度需要。4.3 升降轴的设计电动机所对应的动力需要通过升降轴的传递才能实现经过链轮的输入,升降轴对应的结构图如下 4.3 所示:图 4.3 升降轴结构的示意图(1)升降轴直径大小的选择:本设计的升降轴选择 45 号的钢经过相关的调制处理,查询相第四章 升降传动系统设计19关资料可以得到对应的需用强度大小为: a640MPb查询相关的资料可得 ,故有:Cm2.38.14760nd33在升降轴的直径最小处装有如下图 5-2 所示的联轴器,因为此处通常情况下需要安装上相应的键槽,故需要将轴颈的直接增加 5%。为了保证升降轴所选定的直径长度可以配合相应的联轴器使用,在本设计中选择刚性型号的联轴器,对应的孔径大小为 40mm,对应的轴长度值为 83mm。(2)轴的结构形式的选用:1.升降轴上各个位置的直径大小如下表 4.1 所示:表 4.1 升降轴上各位置处的直径大小位 置 轴 颈 /m 说 明 装 联 轴 器轴 段 1-2 12d=40 与 半 联 轴 器 的 内 孔 配 合 , 故 取 40m 自 由 段 2-3 23=46 半 联 轴 器 的 右 端 用 轴 肩 定 位 , 故 取46m 装 链 轮 轴段 3-4 4d=50 与 链 轮 轮 毂 的 内 孔 配 合 , 并 便 于 拆装 , 故 取 50m 轴 环 段 4-5 45=60 考 虑 链 轮 的 轴 向 定 位 , 故 取 60m 自 由 段 5-6 6d=46 考 虑 半 联 轴 器 左 端 的 轴 向 定 位 , 故 取46m 装 联 轴 器段 6-7 7=40 与 联 轴 器 的 内 孔 径 相 适 应 , 故 取 40m 2.各位置段对应的长度如下表 4-2 所示:表 4.2 升降轴上各位置段对应的长度第四章 升降传动系统设计20位 置 轴 段 长 度 /m 说 明 装 联 轴 器 轴段 1-2 12l=83 该 段 的 长 度 由 链 轮 轮 毂 宽 度 决定 , 故 取 83m 自 由 段 2-3 23l=5 考 虑 轴 上 零 件 安 装 的 位 置 , 取52m 装 链 轮 轴段 3-4 4l=82 该 段 长 度 由 链 轮 轮 毂 宽 度 决 定 , 考虑 链 轮 的 安 装 , 该 轴 段 长 略 短 于 轮毂 的 宽 , 故 取 82m 轴 环 段 4-5 45l=10 考 虑 到 车 轮 的 定 位 , 一 般 为 轴 肩 高度 的 1.4倍 , 取 10m 自 由 段 5-6 6=792 考 虑 提 升 部 分 的 结 构 , 取 792m 装 联 轴 器段 6-7 8l=3 该 段 的 长 度 由 链 轮 轮 毂 宽 度 决 定 ,故 取 83m (3)升降轴上对应零件周向的固定:本设计中升降轴上零件的轴向定位对应的连接方式选为平键连接,根据 GB/T1096-2003 的相关技术规范和标准,键槽的长度选择 8cm,对应的半联轴器与升降轴间配合的代号是 H7/K6,升降轴和链轮毂之间的连接方式和相关的配合代号都取相同的。(4)升降轴结构所对应的工艺性的选用:升降轴相应的轴端所对应的倒角大小 C 取为 2mm,相应的轴肩所对应的圆角半径值 R 取为 2.5mm。升降轴上的键槽都要分布在相同的轴面之上,以便于加工的便利。 4.4 联轴器及键的选择1.联轴器的设计选用:如上文所述所选的刚性联轴器对应的配合直径大小取为 4cm。2.轴上键的设计选用和强度校核:(1)可以根据机械设计内相关的资料对普通平键进行选择:选择键的型号为 12 x 80 GB / t1095-1990 采用耦合的方式选择键的型号为 1480 GB/T1095-1990 来配合相应的链轮共同运用(2)强度的校核:键的强度校核公式为: (4-4)1023ppkldT其中:对应的传递转矩值大小为 : , mKN49.025.69FL第四章 升降传动系统设计21轮毂键槽相互接触处对应的高度为 ,其中的 h 代表的是键的高m45.0hk度大小;圆头平键对应的工作长度大小为: ;bLl轴所对应的直径大小为 ;d键所对应的许用挤压应力大小为: MPa1502p联轴器与升降轴之间配合处的键参数为: , ,根m4m6812bLl据相应的计算能够算出: Pa07.94681.0213 ppkldT升降轴与链轮之间配合处的键参数为: , ,根据相5d61480bLl应的计算能够算出: MPa42.5067149.2103 ppkldT综上分析计算可知所选的设计方案是可行的。4.5 轴承的设计选择(1)轴承型号的选用和强度校核:根据查询相关的资料可以知道本设计中所涉及的轴承都采用型号为 6238 GB/T276-94的深沟球形式的轴承。(2)所选轴承工作使用寿命校核:根据查询相关的资料可以得出轴承实际的工作使用寿命公式为:(4-5))(601PCnLh其中,根据上述的表可以得出对应的当量动载荷大小为 , 。对应kN8.92F218kC的深沟球形式的轴承中 , ,带入式( 4-5)中可得: 3r/mi.14h0.1).(3.1460)( 736 PCnLh根据上述的校核计算,本设计的轴承满足强度的相关设计要求,是合格的。(3)轴承的润滑方式选择:第四章 升降传动系统设计22由于轴在工作时所对应的移动速度相对较低,同时承受的载荷相对较重,故选择脂润滑的润滑方式,通常情况下是定时的借助于特定的机械装置向其中加入一定量的润滑脂,一般情况下还需要加以一定的人工手动协助,这时基本上都是借助于黄油枪对轴承经行润滑脂的添加。就目前的社会使用情况来看,钙基脂使用的相对较为普遍,得到了广泛的使用。4.6 钢丝绳的选用(1)钢丝绳对应直径大小的计算:(4-6)maxFCd其中:d-钢丝绳对应的最小直径大小;-钢丝绳上所承受的最大静拉力大小;maxFC-选择系数的大小;通过相关资料的查询系数 C 可以取为 0.104,故有: m56.1496014.0min d根据钢丝绳对应的最小直径大小的计算,在本设计中对应的钢丝绳选择由圆股钢丝绳合成制作而成的纤维绳,对应的相关具体参数如下:, , md16kgMP10/.81MPab1570带入上式(4-6)可得对应的最大拉力值 F 的大小为 KN.34.7 卷筒的设计选用对卷筒设计选用时所涉及的相关数据如下所示: 最 大 起 升 高 度 Hmax = 5.4m 绳 槽 槽 距 P = 1.2d = 19.2 卷 筒 槽 底 直 径 D = 180.m 卷 筒 计 算 直 径 =20m 固 定 钢 丝 绳 的 安 全 圈 数 1Z =1.5 上部对应的螺旋部分的长度大小 为 :0L第四章 升降传动系统设计23mPZDHL 9.632.15.204max100 卷筒所对应的端部尺寸大小为 ,mL571对应的固定钢丝绳部分所对应的长度大小为 P6.5732对应的中间段长度大小为 m43综上所述本设计的卷筒所对应的总长度为 mLLS 40210 4.8 升降轴强度的计算和校核(1)升降轴实际的受力分析:升降轴所对应的力学模型大体可以描述为下图 4.4 所示:图 4.4 升降轴对应的力学示意图对上述升降轴对应部分受力分析不难看出,升降轴受扭矩大小的影响相对而言较大,所以本设计中只需要对相应的扭矩进行强度的计算和校核即可。通过查询相关的资料可以得到对应的强度校核公式为: PWT1.升降轴所传递的扭矩大小为: mKN47.23.1950nT2.升降轴上所作用的力的大小为:第四章 升降传动系统设计24链 轮 上 的 圆 周 力 kN8.90.5247d34t TF 链 轮 上 的 径 向 力 356tanr A处 切 向 力 : FACBk.817.9lt B处 切 向 力 : NAB2.0536.lt A处 扭 矩 : mk7.14.82d1 FT B处 扭 矩 : 2.0.567B N 对应的扭矩图如下图4.5所示:图 4.5 升降轴上对应的扭矩示意图通过上述一系列的计算不难看出承受最大的扭矩作用处是在升降轴的键槽所对应的中心截面处,此时要对该处进行相应的强度计算和校核,对应的校核公式为:(4-7)maxaPWT其中 ;KN47.23.1950max nPT。33 064.1dWp即: 。MPa9Pa1903.724maxa pT根据上述的一系列计算可知本设计符合对应的要求,是合格的。第五章 横移传动系统的设计255 横向移动传动系统的设计选用横向移动传动系统通常情况下是由电机部分 2 带动相应的链轮,进而使得对应的载车板实现横向的移动。1- 主动轮 2-链轮 3-电动机 4-载车板 5-从动轮图 5.1 横向移动传动系统示意图5.1 横向移动电动机的设计选择根据上述设计的需要可知对应的承载总质量为 2000kg,对应的横向移动的速度大小为 0.15m/s,对应的动摩擦因素大小等于 0.2,接下来需要算出横向移动电动机所对应的功率。根据相关的资料可以知道电动机输出的功率大小为:(5-1)kwmgvFVPW 58.01.8920. 其中 工作机实际工作时所需要提供的功率大小w实际工作时所对应的工作效率大小链传动所对应的总效率大小为:(5-2)n321w其中 链传动对应的传动效率大小取为 0.961滚动轴承对应的效率大小取为 0.992带入可得: 94.0.9602w所选电动机所对应的输出功率大小为: 5kw/0wP由上述计算得到的相关数据和实际情况,选择采用额定电压大小为 220V,对应功率
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