机械毕业设计（论文）-二层电动式地下车库设计【全套图纸】 .pdf

1 第一章 第一节 双层车库的发展前景和技术特点 随着我国令世界瞩目的经济增长, 车辆无处停放的问题以成为城市、 社会、 经济、交通发展到一定程度产生的必然结果，如何迅速改变城市的交通环境,已 成为能否保持一座城市经济建设稳定增长的关键所在。如何解决城市泊车问题, 已成为建设一个现代化城市所必须解决的课题。近年来,世界上一些发达国家, 如美国、日本、意大利等,停车设备的广泛采用,不仅有效地解决了城市停车难的 问题,而且也美化了城市环境。在我国,停车设备的研制才处于起步阶段,随着小 汽车不断进入家庭,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。 全套图纸，加全套图纸，加153893706 双层立体停车库是一个以地面停车位为相对独立的单元而进行设计的。每 一个地面停车位都有一个独立的停车架,其中主要包括立柱、可升降的停车位和 提升机构。在存、取车时, 可升降的停车为位仅作垂直升降运动。存车、取车只 需按动电钮便可自动完成。控制部分若采用可编程控制器控制，效果更好。双层 立体停车库可根据用户的需要或场地的大小进行不同形式的组合,具有结构简 单、成本低廉、使用灵活等特点。它主要适合用于居民小区、宾馆、学校、等地 面停车位紧张,又不适合建高层停车库的场合。由于很多新建小区内，住户与车 位的配比为1:1， 若将双层立体停车库用于地面停车场或地下停车库,将使停车容 2 量增加60 % ,可大大提高土地的使用效率，节省了空间，美化环境，有效的解决 了停车位占地面积与住户商用面积的矛盾。 立体机械停车设备以其平均单车占地 面积小的独特特性，已被广大用户逐渐接受。 立体车库的技术关键是控制部分既保证整个系统存取车过程快速、简便、安 全、又要做到节省能源。控制部分主要由电动机的拖动控制、信号状态检测、安 全保护和主程序控制四部分组成。升降电动机拖式控制部分包括升降拖动电动 机、 接触器及热保护继电器等。针对升降传动机构的驱动特点与要求, 升降用拖 动电动机选用起重用三相异步电动机。 停车系统的存取车不是非常频繁, 拖动控 制采用接触器和热继电器,选用法国te 公司的产品。 立体停车系统为确保车辆所 处车位的正确必须依靠对各种状态及限位信号的准确可靠地检出。 这部分包括提 升限位信号、下降到位信号三大部分。提升 限位信号一方面要保证车辆托盘的 准确停止, 另一方面还是提供车辆托盘是处于提升位置, 还是处于底层的落下 位置的位置状态信号, 提升 限位信号的检测采用行程开关来完成,一般要采用 双冗余设计。行程开关宜选用日本om pon 公司的产品。针对多层停车系统的特 点, 主要设置了提升的终端限位保护, 防止意外跌落的安全保护和错断相安全 保护等措施。 一般都装有双重安全检测传感器, 确保车辆存取及在库中的安全以 及在事故处理过程中的安全。另外, 用于升降机支架的钢丝绳为 3 根一组, 万 一断一根钢丝绳, 车辆托盘仍然可以继续工作, 不会发生事故; 在驱动装置里 采用客梯技术对重式牵引传动方式, 从而解除了对滚筒式牵引传动引起的钢丝 绳断裂事故的可能性, 确保升降安全。(1) 终端限位保护。这一保护的动作直接 进入拖动控制回路, 不经电气程序控制器, 以提高安全保护动作的可靠性。(2) 防止意外跌落的安全保护。这一保护是通过机械动作和电气动作相配合完成的。 机械动作向主程序控制提供一电能点信号, 以指示发生故障, 一方面使电气系 统停止工作, 另一方面发出声光报警信号。(3) 错断相保护。错断相保护采用错 断相保护继电器, 它们对应于每一台拖动电动机设置。 错断相保护是为防止由于 某种人为或意外事件,供电源发生错断或断相故障, 使升降(或横移) 的过程发 生不正确的动作而设置。主程序控制器主要完成对停车系统中托盘架 实际位置 的定位、横移与升降运行的方向的确定和对横移与升降过程的控制等功能。电力 系统 3 采用矢量变频控制, 根据汽车重量改变升降速度,克服了机械与电磁式疲劳试验 机的振动和噪音。 第二节 本套设计方案的基本思想 图图1-1 提升机构总装图u 本套设计由三大部分组成，第一部分包扩可升降式车库，立柱，和行程控制 系统。 第二部分是可升降车库的提升部分， 主要包括电动机， 制动系统， 减速箱， 提升机构，各机构之间以联轴器相连。第三部分，安全装置。工作过程如下，当 车主需要取车时，如第一层车主，车主按动取车按钮，制动器得电松开制动轮， 电动机得电带动提升机构转动，钢丝绳卷筒转动，由钢丝绳牵引可升降式车库上 升， 当可升降式车库四角的滚轮碰到安装在车库立柱上的行程开关时， 系统断电， 制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作，可升降式车库此时已上升 1.6 米，第一 层车库已上升至与地面平齐，车主取车。车主存车时，将汽车行驶至车库内，按 4 动存车按钮， 电动机反转带动提升机构反向转动， 当可升降式车库下降到底部时， 系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作。若第二层车主，车主按动取 车按钮，制动器得电松开制动轮，电动机得电带动提升机构转动，钢丝绳卷筒转 动， 钢丝绳牵引可升降式车库上升，当可升降式车库四角的滚轮碰到安装在车库 立柱上的行程开关，系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作，可升降 式车库此时已上升 3.2 米，第二层车库已上升至与地面平齐，车主取车。车主存 车时， 将汽车行驶至车库内， 按动存车按钮， 电动机反转带动提升机构反向转动， 当可升降式车库下降到底部时，系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工 作。 第二章 结构设计 第一节第一节 车库的钢结构设计 可升降车库的钢结构立架设计： 车库钢结构骨架起着支承停放车辆载荷和承担提升机构载荷的作用， 因此对 车库钢结构骨架进行合理的设计就显得特别重要。 可升降车库的钢结构立架是利 用螺栓将结构用钢梁连接成为立体车库的主体框架。框架四周包裹防滑材料，四 壁内嵌钢筋以加固四周。 1 立体停车库钢结构骨架基本结构的设计 车库钢结构承载框架与外部防滑材料构成可升降车库主体。 可升降车库和地 基构成二层车库的主体。停车位地基用混凝土浇灌，利用 4 根槽钢和混凝土浇筑 成 4 根立柱，可升降车库可以延 这 4 根立柱作垂直运动。可升降车库停车位由 10 号槽钢焊接而成。上端由 10 号槽钢焊接而成的框架用 m16 的螺栓连接。钢结 构层高 0.21 米，上部为标准层，高度为 1.6 米用来停放车辆，它由标准单元组 成。本车库设计为两层，车库容量为 2 辆，这样车库总高度为 20.21+2 1.6=3.62 米。钢结构框架分段制造，用高强度螺栓在现场拼装。 2 钢结构的焊接 设计焊接结构时，一方面要考虑结构的强度和工作条件等性能要求，另一方 面还要考虑到焊接工艺的特点，已使用简便可靠的工艺获得优质的产品。因此， 5 在满足工作性能要求的条件下，应选用可焊性较好的材料来制造焊接结构件。 本设计焊接方法使用埋弧自动焊，这种焊接方法的优点是焊接质量稳定，焊 接质量好，节省金属材料，劳动条件较好。焊接件可在各种载荷下工作，要求焊 缝坚固紧密，生产率很高。b为 420mpa，s为 330mpa,s为 22%， 根据焊条的选择原则，选用 e4320 焊条，熔敷金属的为 420 mpa, 为 330mpa, 为 22，氧化铁型，交流正接全位置焊条。焊缝坡口是 v 型或 y 型， 焊缝要平整、没有虚焊。 3 可升降车库载车板的设计 立体车库的载车板按结构形式可分为有拼板式和框架式两种。 拼板式载车板 是用镀锌钢板一次冲压或滚压整体成形，然后拼装成载车板，最后用螺栓紧固连 接。在拼装前，先对组件进行各类表面处理(如电镀、烤漆等)，使载车板轻巧、 美观。整体折弯成型的载车板运输方便、通用性互换性好，强度大、刚度好、重 量轻、减少基础承力;而且由于是整体折弯成型，车板厚度小，一般厚度为 50 55 毫米，对建筑净空高度要求最小;可以保证载车板同地面零坡度，倒车无需加 油门，适应新老司机。整体折弯成型结构形式适合于批量生产。 框架式载车板是先用型钢和钢板焊接成承载框架， 然后在两侧停车通道和中 间突起的顶面铺设不同厚度的钢板，多数采用中间突起结构。这种载车板的优点 是可按需要设置行车通道宽度，并具有较好的导入功能，这种结构形式较适合车 型变化较多的批量生产。 本升降车库采用框架式载车板，由槽钢焊接成载车板框架，在框架上面铺 设钢板，中间突起。槽钢选用 8 号槽钢，金属板选用厚度为 4 的热轧金属板。 同时在车通道上安装防滑钢板，它和中间突起的钢板一起，防止汽车在存取时产 生纵向或横向的滑动。 在载车板的底部与停车位上的钢梁相对应的位置上装有滑 动罩，起导向以及减少摩擦的作用。 6 图 2.1 载车板等轴测图 载车板框架槽钢的布置如图所示： 选用长度为 5.3m 的槽钢 4 根， 长度为 2.3m 的槽钢 6 根。 查范钦珊等编. 工 程力学表.3 热轧普通 8 号槽钢的理论重量为 8.04 /m。故载车板框架用槽 钢的重量为： =（5.34+2.36）8.04 kg/m=281.4 kg 查金属机械加工工艺手册表 152 得：厚度为 4 的金属板的重量为 31.44 kg/，故载车板用金属板的重量为： =5.42.331.44 kg/=390.485 kg 载车板总重量为：=+=281.4+390.485=671.88kg 考虑载车板上加装 的拖钩和滑动罩重量，取 m3=680kg。 7 图 2.2 载车板框架槽钢的布置图 第二节车库外形设计 图 2.3 车库主体图 车库地坑用砖砌成，用 4 根槽钢和混凝土浇筑成 4 根立柱，可升降车库可延 这 4 根立柱垂直运动， 立柱下端固定在车库地坑内， 可升降车库上挂有 4 块配重， 每块配重为一吨。 第三节车库运行方式简述 车库运行方式如下， 当车主需要取车时， 如第一层车主， 车主按动取车按钮， 制动器得电松开制动轮，电动机得电带动提升机构转动，钢丝绳卷筒转动，由钢 丝绳牵引可升降式车库上升， 当可升降式车库四角的滚轮碰到安装在车库立柱上 8 的行程开关时，系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作，可升降式车 库此时已上升 1.6 米， 第一层车库已上升至与地面平齐， 车主取车。 车主存车时， 将汽车行驶至车库内，按动存车按钮，电动机反转带动提升机构反向转动，当可 升降式车库下降到底部时，系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作。 若第二层车主，车主按动取车按钮，制动器得电松开制动轮，电动机得电带动提 升机构转动，钢丝绳卷筒转动，钢丝绳牵引可升降式车库上升，当可升降式车库 四角的滚轮碰到安装在车库立柱上的行程开关，系统断电，制动器抱紧制动轮， 提升机构停止工作，可升降式车库此时已上升 3.2 米，第二层车库已上升至与地 面平齐，车主取车。车主存车时，将汽车行驶至车库内，按动存车按钮，电动机 反转带动提升机构反向转动，当可升降式车库下降到底部时，系统断电，制动器 抱紧制动轮，提升机构停止工作。可升降式车库延立柱作垂直升降运动完成车主 的存取过程。 第三章 提升机构的总体设计 第一节 提升机构的运行方式 当车主取车时，如第一层车主，按动第一层的取车按钮，制动器得电松开制 动轮，电动机得电带动提升机构转动，钢丝绳卷筒转动，由钢丝绳牵引可升降式 车库上升，当可升降式车库四角的滚轮碰到安装在车库立柱上的行程开关时，系 统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作，可升降式车库此时已上升 1.6 米，第一层车库已上升至与地面平齐，车主取车。车主存车时，将汽车行驶至车 9 库内，按动存车按钮，电动机反转带动提升机构反向转动，当可升降式车库下降 到底部时，系统断电，制动器抱紧制动轮，提升机构停止工作。若第二层车主， 车主按动第二层的存取车按钮，可升降式车库的运行方式与第一层相似。 第二节 提升机构 提升机构的组成 图 3-1 提升机构总装图 提升机构主要由电动机、制动系统、减速箱、提升系统和联接各组件所用的 联轴器所组成。 电动机的选择 电动机是常用的原动机，具有结构简单、工作可靠、控制简便和维护容易等 优点。电动机的选择主要包括选择其类型和结构形式、容量（功率）和转速、确 定具体型号。 1 选择电动机的类型 按工作要求和条件选取 y 系列一般用途的全封闭自扇冷式笼型三相异步电动机。 10 表 3-1 y 型电动机 、 选择电动机的容量： 工作所需的功. 由电动机至工作机之间传动装置的总效率为： 1 卷筒的传动效率：0.96 2 钢丝绳效率：0.97 3 圆柱齿轮的传动效率：0.97 4 滚动轴承传动效率：0.99 5 联轴器的传动效率：0.99 -减速器的效率：0.95 电机至工作机之间的传动装置的总效率： 11 考虑到其他的效率损失，取总效率为=07 计算所需电动机的输出功率 ， 所以： = 根据选取电动机的额定功率 w p使 w p= (1 1.3) d p 考虑到系统已加了配 重，故取系数为 1。 由第五版-第四卷-表 17-1-53 查表得电动机的额定功率 w p = 11kw, 电机的型号为 yh180-l-8,y 型电动机的特点是转子采用高电阻系数的铝 合金，期于结构同 y 系列（ip44） ，适用于传动飞轮力矩较大、具有冲击性载荷， 起动及逆转次数较多的设备。 表 3-2 电动机 yh180-l-8 基本参数 型号 额 定 功 率 /kw 额 定 转 速 r/min-1 电流 /a 负 载 持 续 率 转 差 率/ 效 率 / 功 率 因 数 转动 惯量 / 质 量 /kg yh180-l-8 11 675 27.3 25 10 76.5 0.80 0.203 184 2 电动机型号 yh180- l- 8 的安装尺寸 图 3-2 电动机外形尺寸 12 电动机座号: 180l 凸缘号: ff300 极数: 2、4、6、8 安装尺寸及公差|a|基本尺寸: 279 安装尺寸及公差|a/2|基本尺寸: 139.5 安装尺寸及公差|a/2|极限偏差: 0.75 安装尺寸及公差|b|基本尺寸: 279 安装尺寸及公差|c|基本尺寸: 121 安装尺寸及公差|c|极限偏差: 3.0 安装尺寸及公差|d|基本尺寸: 48 安装尺寸及公差|d|极限偏差: (+0.018,+0.002) 安装尺寸及公差|e|基本尺寸: 110 安装尺寸及公差|e|极限偏差: 0.430 安装尺寸及公差|f|基本尺寸: 14 安装尺寸及公差|f|极限偏差: (0,-0.043) 安装尺寸及公差|g|基本尺寸: 42.5 安装尺寸及公差|g|极限偏差: (0,-0.20) 安装尺寸及公差|h|基本尺寸: 180 安装尺寸及公差|h|极限偏差: (0,-0.5) 安装尺寸及公差|k|基本尺寸: 15 安装尺寸及公差|k|极限偏差: (+0.430,0) 安装尺寸及公差|k|位置度公差: 1.5 安装尺寸及公差|m: 300 安装尺寸及公差|n|基本尺寸: 250 安装尺寸及公差|n|极限偏差: (+0.016,-0.013) 安装尺寸及公差|p: 350 安装尺寸及公差|r|基本尺寸: 0 安装尺寸及公差|r|极限偏差: 3.0 13 安装尺寸及公差|s|基本尺寸: 19 安装尺寸及公差|s|极限偏差: (+0.520,0) 安装尺寸及公差|s|位置度公差: 1.5 安装尺寸及公差|t|基本尺寸: 5 安装尺寸及公差|t|极限偏差: (0,-0.120) 安装尺寸及公差|凸缘孔数: 4 外形尺寸|ab: 355 外形尺寸|ac: 380 外形尺寸|ad: 285 外形尺寸|hd: 430 外形尺寸|l: 710 机的型号 yh180-l-8 第三节制动机构 制动机构的基本组成 图 3-3 制动机构 本套设计的制动系统主要包括传动轴， 底座、 制动轮， 制动器等几部分组成。 制动轮的选着 14 1 制动轮的基本外形结构 图 3-4 制动轮 表 3-3 制动轮的外形尺寸 d mm d mm l mm b mm mm mm mm mm mm 转 动 惯 量 /kg. 200 42 112 85 180 140 100 30 8 0.20 制动器的选择 15 图 3-5 制动器的外形图 表 3-4 制动器的尺寸参数 传动轴的设计及校核 图 3-6 传动轴图 16 1 传动轴的设计 求轴上的功率 p、转速 n 和转矩 t 若传动的效率=0.97，则： p= kw n= t=9550000nmm 求制动轮上的力 已知制动轮的直径为 d=200 mm.得： 圆周力 = n 径向力 0 n 轴向力 处理。参看机械设计第八版第 270 页表 15-3 取 35mpa = ao=112。 轴段直径的确定： 初步确定轴的最小直径。 根据机械设计第八版第 270 页式 15-2 初步估算轴的最小直径。 选取轴的材料为 45 钢， 调质处理。 根据 机械设计 第八版第 270 页表 15-3， 取 ao=112。 ，于是得 mm 轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径。为了使所选的轴直径 17 的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。 联轴器的计算转矩 kw 按照计算转矩应小于联轴器共称转矩的条件，查标准 gb/t 5014-2003,选用多角 形橡胶联轴器 ld4。 其共称转矩为 280 000 n mm。 半联轴器的孔径 mm,故取=30 mm， 半联轴器的长度 l=102 mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度=60 mm。 轴的结构设计 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45 度的倒角；采用砂轮越程槽以 便磨削加工的轴段。 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器轴向要求,-轴段右端制出一轴肩,定位轴肩,高度取 （0.007-0.1） d， 半联轴器的孔径=30mm, 故-轴段的直径 mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 d=40mm。半联轴器与轴配合 毂孔长度=60 mm，为了保证轴挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上，故 -轴段的长度比略短一些，现取=58mm。 初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选用单列圆柱滚子轴 承。参照工作要求并根据=36mm，由机械设计手册初步选取 0 基本游隙 组、标准精度级的单列圆柱滚子轴承 nf208（gb/t297-1994） ，其尺寸,故 =40mm;而=40mm。左端滚动轴承采用轴肩进行轴向定位。定位轴 肩高度 h=(0.070.1)d=4mm,故=48mm。 18 取安装制动轮的轴肩-段的直径=42mm， 制动轮轮的左端采用轴肩 定位右端采用套筒定位。左端轴肩定位，轴肩高度取（0.07-0.1）d ，取 h= 6mm, 右端已知制动轮的轮毂宽度为 84mm，为了使套筒端面可靠地压紧齿轮，此轴段 应略短于轮毂的宽度，故取=82mm。则轴环处的直径=48mm。轴环宽度 b1.4h, 考虑到制动轮的左端与底座内壁应保持一定的距离所以取20 mm. 轴承端盖的宽度和直径确定。 选用凸缘式轴承盖 （调整方便、 密封性能好） ， 由上知滚动轴承直径 d=40mm，查机械设计手册选用端盖螺栓直径为=6mm， 螺钉数目为 6，螺栓孔直径=d+2.5=55mm, 端盖直径 d1 +1.2 , =62.2mm， 宽度为 8mm。 根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的要求， 取端盖的外端面与半联轴器的距离 l=30mm，故取=50mm（参看图） 。 取制动轮距底座内壁距离 a=14mm,考虑到底座的铸造误差，在确定滚动轴 承位置时，应距内壁一段距离 s，取 s=5mm，已知滚动轴承宽度 t=20mm。 ，制动 轮总长 l=154mm，,则=110mm 轴上零件的周向定位 制动轮、半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按,查 手册(gb/t1096-1990)得平键 128 , ,键槽用键槽铣刀加工，同 时为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择制动轮轮毂与轴的配合为 h7/n6；同样，半轴联器与轴联接，选用平键 87 ,键槽半径取 r=b/2。半联轴 器与轴的配合为 h7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此处 选 轴的直径尺寸公差为 m6。 确定轴上圆角和倒角尺寸,各轴肩圆角半径见零件图，倒角均取为 1.6mm 。 19 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图，做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从机械 手册查得 nf208 单列圆柱滚子轴承 b=18mm。由图 3-a 可知简支梁的轴的支承 跨距 l=314mm。计算出轴的弯矩图和扭矩图。 图 3-7 传动轴受力图 支反力 此轴有 2 个支撑 直径 距左端距离 垂直面剪力 垂直面弯矩 水平面剪力 水平面弯矩 轴向扭矩 40mm 118mm - 124.52n 0nmm 0n 0nmm 0nmm 40mm 330mm - 95.46n 0nmm 0n 0nmm 0nmm 内力的计算 x/mm d/mm m1/nmm m2/nmm 0 30 0 0 0 30 0 0 118 40 0 0 210 42 11455.82 11455.81 330 40 1.78 1.78 20 图 3-8 传动轴垂直面剪力图 图 3-8 传动轴垂直面弯矩图 21 图 3-9 传动轴合成弯矩图 图 3-10 传动轴合成扭矩图 按弯矩合成应力校核轴的强度 22 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即截面 c）的强度。 根据式（15-5）及轴为双向旋转，的计算应力为： 前面选定轴材料为 45 钢调质,由机械设计第八版表 15-1 查的 ，故轴是安全可靠的。 键的校核计算 1）联轴器与轴的联接 键宽 b键高 h=87 键槽半径取 r=b/2=4 mm 此处轴径=30 mm 普通平键连接的强度条件为：. 23 联轴器与轴的联接所用平键的强度 . 故该键符合要求。 2） 制动轮与轴联接 键宽 b键高 h=128 键槽半径取 r=b/2=6mm 此处轴径=42 mm 普通平键连接的强度条件为：. 制动轮与轴的联接所用平键的强度 . 故该键符合要求。 第四节减速箱的选择及安装要求 减速器的选用愿则 1 设计的基本参数和要求 最大起升重量 10 吨，2 层，层间净高 1.6 米。 存车台面积 23005000 起升速度 7.5cm/s，要求每个位置能准确停车，安全可靠。 要求能独立操作。 2 选择减速比 总传动比： =/ 24 初步定为 215 mm =/ 定为 16 减速器的外形尺寸及安装要求 图 3-11 减速器 减速器选型 表 3-5 zly 减速器外形尺寸 25 减速器的基本参数 传动比 输 入 转 速 /r.min- 1 输出转速 /r.min- 1 低速级中心距 mm 输入功率 kw 16 750 47 125 11.5 zly zsy(两级)系列,通用于冶金,矿山,运输, 起重,水泥,建筑化工,纺织,轻工, 印染、制药能源等行业的机械传动中. 其特点为：减速比范围宽、机械运转效率 高、运转平稳、噪音低、体积小、重量轻、使用寿命长、承载能力高、易维修. 减速机高速轴转速n11500r/min 减速机工作环境温度4045癱.低于0癱时， 启动前润滑油应预热减速机的主要工作特点： 齿轮采用高强度低碳合金刚经渗碳淬火而成，齿轮硬度达5462; 齿轮均采用磨齿工艺，精度高，接触好； 承载能力高，比软齿面减速机承载能力提高倍； 传动效率高； 。 第五节钢丝绳卷筒提升机构的设计 钢丝绳卷筒提升机构的基本运行方式 电动机将扭矩传到减速器，减速器通过联轴器将扭矩传到钢丝绳卷筒提升机 26 构的到齿轮轴上，齿轮轴转动带动齿轮转动，齿轮带动钢丝绳卷筒转动，钢丝绳 拉动可升降车库实现垂直升降运动。 机构的设计及验算 1 齿轮的设计及校核 选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数 按图所示的传动方案，选用直柱圆柱齿轮传动。 图 3-12 钢丝绳卷筒提升机构 钢丝绳卷筒提升机构为一般工作机，速度不高，故选用 7 级精度（gb 10095- 88） 。 材料选择。由机械设计第八版表 10- 1 选择小齿轮材料为 40cr（调 质） ，硬度为 280hbs，大齿轮材料为 45（调质） ，硬度为 240hbs，两者材料的 硬度差为 40hbs。 选择小齿轮齿数 ，大齿轮齿数 。 按齿面接触强度设计 由设计计算公式： 27 确定公式内的各计算数值 1）试选载荷系数。 2）计算小齿轮传递的扭矩。 3)由机械设计第八版表 10-7 选择齿宽系数 =0.7 4) 由 机 械 设 计 第 八 版 图 10-6 查 得 材 料 的 弹 性 影 响 系 数 。 5）由机械设计第八版图 10-21d 按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强 度极限：大齿轮的接触疲劳强度极限。 6）计算应力循环次数。 =6042.31(103654)=37054.8 7) 由机械设计第八版图 10- 19 取接触疲劳寿命系数 ; 8) 计算接触疲劳许用应力 取失效概率为 1%，安全系数 s=1 得 =1.0600=600 =1.1550=605 28 2 计算 试算小齿轮分度圆直径,代入中较小的值。 计算圆周速度 v v=0.218 m/s 计算齿宽 b 98.7=69.09 mm 计算齿宽与齿高之比 模数 =98.7/22=4.486 齿高 h=2.25=2.254.486=10.1 mm 计算载荷系数 根据 v=0.218 m/s，由机械设计第八版图 10- 8 查得动载系数 。 29 直齿轮，=1； 由机械设计查表 10- 2 查得使用系数 ； 由机械设计查表 10- 4,使用差值法插得 7 级精度，小齿轮相对支撑非对 称布置时，1.318 ，： 故载荷系数 k=1111.318=1.318 按实际载荷系数校正算得的分度圆直径， =98.7=99.15 mm 计算模数 m m=4.5 3 几何尺寸的计算 计算分度圆的直径 mm mm 计算中心距 = mm 计算齿轮宽度 99=59.34 mm 故取. 齿轮轴的设计及校核 30 图 3-13 齿轮轴 1 轴段直径的确定： 初步确定轴的最小直径。 根据机械设计第八版第 270 页式 15-2 初步估算轴的最小直径。 选取轴的材料为 45 钢，调质处理。根据机械设计第八版第 270 页表 15-3， 取 ao=112。 ，于是得 mm 轴的最小直径显然是安装联轴器处的直径。为了使所选的轴直径 的孔径相适应，故需同时选取联轴器的型号。 t=9550000nmm 31 联轴器的计算转矩 kw 按照计算转矩应小于联轴器共称转矩的条件，查标准 gb/t 5014-2003,选用多角 形橡胶联轴器 ld5。 其共称转矩为 560 000 nmm。半联轴器的孔径 mm,故取=65 mm， 半联轴器的长度 l=150 mm，半联轴器与轴配合的毂孔长度=107 mm。 轴的结构设计 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45 度的倒角；采用砂轮越程槽以便 磨削加工的轴段。 根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足半联轴器轴向要求,-轴段右端制出一轴肩,定位轴肩,高度取 （0.007-0.1）d，半联轴器的孔径=65mm, 故-轴段的直径 mm；左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 d=80mm。半联轴器与轴配合 毂孔长度=107 mm，为了保证轴挡圈只压在半联轴器上而不压在轴的端面上， 故-轴段的长度比略短一些，现取=105 mm。 初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选用单列圆柱滚子 轴承。参照工作要求并根据=72mm，由机械设计手册初步选取 0 基本游 隙组、标准精度级的单列圆柱滚子轴承 nj215 e（gb/t297-1994） ，其尺寸为 d dt=7513025,故=75mm;而=24mm。左端滚动轴 承采用轴肩进行轴向定位。定位轴肩高度 h=(0.070.1)d=4mm,故=83mm。 取齿轮轴的轴肩-段的直径=88mm。左端轴肩定位，已知齿轮的宽度为 64mm， 因为小齿轮的分度圆直径与轴段的直径相近，故将小齿轮和轴制造成齿轮 32 轴，此轴段应略长于小齿轮轮的宽度，故取=76mm。则轴环处的直径 =83mm。轴环宽度 b1.4h, 考虑到小齿轮的左端与底座内壁应保持一定的 距离所以取30 mm. 轴承端盖的宽度和直径确定。选用凸缘式轴承盖（调整方便、密封性能 好） ，由上知滚动轴承直径 d=88.5mm，查机械设计手册选用端盖螺栓直径为 =10mm，螺钉数目为 6，螺栓孔直径=d+2.5=114mm, 端盖直径 d1 +1.2 , =126mm， 宽度为 12mm。根据轴承端盖的装拆及便于对轴承添加润滑脂的 要求，取端盖的外端面与半联轴器的距离 l=30mm，故取=50mm（参看图） 。 取小齿轮距底座内壁距离 a=14mm,考虑到底座的铸造误差，在确定滚动轴承位 置时，应距内壁一段距离 s，取 s=5mm，已知滚动轴承宽度 t=25mm。 ，小齿轮总 长 l=75mm，,则：=30 mm 轴上零件的周向定位 半联轴器与轴的周向定位均采用平键联接。按,查 手册(gb/t1096-1990)得平键 2012 , ,键槽用键槽铣刀加工，键槽半径取 r=b/2。半联轴器与轴的配合为 h7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合 来保证的，此处选 轴的直径尺寸公差为 m6。 确定轴上圆角和倒角尺寸 各轴肩圆角半径见零件图，倒角均取为 1.6mm 。 求轴上的载荷 首先根据轴的结构图，做出轴的计算简图。在确定轴承的支点位置时，从机械 手册查得 nj215 e 单列圆柱滚子轴承 b=25mm。由图 3-a 可知简支梁的轴的支 承跨距 l=106mm。计算出轴的弯矩图和扭矩图。 33 图 3-14 齿轮轴简图 此轴有 2 个支撑 直径 距左端距离 垂直面剪力 垂直面弯矩 水平面剪力 水平面弯矩 轴向扭矩 75mm 167mm - 22499.99n 0nmm 0n 0nmm 0nmm 75mm 327mm - 22499.99n 0nmm 0n 0nmm 0nmm 内力的计算 x/mm d/mm m1/nmm m2/nmm 0 65 0 0 0 65 0 0 167 75 0 0 247 88 1799999.18 1799999.17 327 75 1.62 1.62 34 3-15 齿轮轴垂直面剪力图 、3-16 齿轮轴合成弯矩图 35 3-17 齿轮轴垂直面弯矩图 3-18 齿轮轴扭矩图 按弯矩合成应力校核轴的强度 36 进行校核时，通常只校核轴上承受最大弯矩和扭矩的截面（即截面 c）的强度。 根据式（15- 5）及轴为双向旋转，的计算应力为： 前面选定轴材料为 40cr 钢调质,由机械设计第八版表 15- 1 查的 故轴是安全可靠的。 键的校核计算 1）联轴器与轴的联接 键宽 b键高 h=2012 37 键槽半径取 r=b/2=10 mm 此处轴径=65 mm 普通平键连接的强度条件为：. 联轴器与轴的联接所用平键的强度 . 故该键符合要求。 卷筒轴的初步设计 1 确定轴的材料 选用45 钢. 为改善其机械性能,应进行调质或正火处理. 卷筒轴的设计及校核 图 3-19 卷筒轴 轴段直径的确定： 初步确定轴的最小直径。 根据机械设计第八版第 270 页式 15-2 初步估算轴的最小直径。 38 选取轴的材料为 45 钢， 调质处理。 根据 机械设计 第八版第 270 页表 15-3， 取 ao=112。 ，于是得 mm 轴的最小直径显然是安装滚动轴承处的直径。为了使所选的轴直径 的孔径相适应，故需同时选取滚动轴承的内径 d=35 mm. 轴的结构设计 为了便于装配零件并去掉毛刺，轴端应制出 45 度的倒角；采用砂轮越程槽以便 磨削加工的轴段。 1）根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度 为了满足滚动轴承轴向要求,-轴段右端制出一轴肩,定位轴肩,高度取 （0.007-0.1）d，半联轴器的孔径=35mm, 故-轴段的直径 mm； 左端用轴端挡圈定位，按轴端直径取挡圈直径 d=60mm。滚动轴承与轴配合毂孔 长度=17 mm，为了保证轴挡圈只压在滚动轴承上而不压在轴的端面上，故- 轴段的长度比略短一些，现取=16 mm。 2）初步选择滚动轴承。因轴承只承受径向力的作用，故选用单列圆柱滚子 轴承。参照工作要求并根据=35mm，由机械设计手册初步选取 0 基本游 隙组、标准精度级的单列圆柱滚子轴承 nj207 e（gb/t297-1994） ，其尺寸为 d dt=257217,故=35mm;而=24mm。左端滚动轴 承采用轴肩进行轴向定位。定位轴肩高度 h=(0.070.1)d=4mm,故=44mm。 39 取齿轮轴的轴肩-段的直径=75mm。左端轴肩定位，轴肩高度取 （0.07-0.1）d ，取 h= 6mm, 已知齿轮的宽度为 60mm，此轴段应略长于齿轮的 宽度，故取=65mm。则轴环处的直径=75mm。轴环宽度 b1.4h, 考虑 到制动轮的左端与底座内壁应保持一定的距离所以取75mm. 3)轴承端盖的宽度和直径确定。 选用凸缘式轴承盖 （调整方便、 密封性能好） ， 由上知滚动轴承直径 d=88.5mm，查机械设计手册 4)取齿轮距底座内壁距离 a=14mm,考虑到底座的铸造误差，在确定滚动轴承 位置时，应距内壁一段距离 s，取 s=5mm，已知滚动轴承宽度 t=25mm。 ，齿轮总 长 l=75mm，,则：=44 mm 5)轴上零件的周向定位 齿轮与轴的周向定位均采用平键联接。按,查手册 (gb/t1096-1990)得平键 2012 , ,键槽用键槽铣刀加工，键槽半径取 r=b/2。 齿轮与轴的配合为 h7/k6。滚动轴承与轴的周向定位是借过渡配合来保证的，此 处选 轴的直径尺寸公差为 m6。 6)确定轴上圆角和倒角尺寸 各轴肩圆角半径见零件图，倒角均取为 1.6mm 。 第六节 卷筒 40 选 b 型卷筒，d=215 mm. 钢丝绳卷绕在卷筒上的理想形式是一定要开始于卷筒的一端， 每当卷筒旋转 一圈时，新卷绕的钢丝绳恰好落在下面一层钢丝绳的绳股之间。当钢丝绳卷绕到 卷筒的另一端（或法兰）时，钢丝绳开始卷绕第二层，然后再整齐地卷绕到它最 先开始的法兰处。 当卷筒上有几层钢丝绳时，上层钢丝绳有可能挤压下层钢丝绳。若上层绳股 与下层绳股成一定角度，问题尤其严重。 卷筒上若有为钢丝绳导向的绳槽，将有助于卷绕顺利进行。绞车卷筒基本有 两种绳槽形式，一是螺旋式的，一是折线式的。 螺旋式绳槽就像一条螺旋线，或者像螺栓的螺纹线。螺旋式绳槽有助于引导 钢丝绳整齐地卷绕在卷筒上，避免钢丝绳的损坏。然而，这种几何形状绳槽的问 题是，当钢丝绳到达卷筒的一端时，虽然第一层能够整齐地卷绕在整个卷筒上， 但不能引导第二层钢丝绳沿着卷筒整齐地绕回，相反，第二钢丝绳自然地按一定 的角度压在下面一层钢丝绳上。 解决这一问题的办法是在端部法兰上增加一个凸 台。即使这样，螺旋式绳槽也不适用于两层以上钢丝绳的卷绕方式。 41 第四章 钢丝绳 第一节 钢丝绳的应用 钢丝绳或许是任何提升设备中最重要的元件，必须正确无误地卷绕到卷筒 上，才能顺利地进行作业。带有绳槽的卷筒有助于将钢丝绳整齐地卷绕，避免钢 丝绳乱绳。钢丝绳的卷绕，要尽量平滑，这样才能发挥钢丝绳的性能，延长使用 寿命。 钢丝绳的使用寿命是考核提升机构质量水平的考证要点， 也是起重机构使用经济 性的重要指标。引起钢丝绳破坏的因素很多，在大致相似的钢丝绳相关机构的结 构设计中，选择强度符合使用要求、结实耐用、价格便宜的钢丝绳。起升机构中其 载荷变化的剧烈程度不一，钢丝绳加载或卸载的时间可能比较短，甚至类似于冲击载荷。 第二节钢丝绳的选择 42 钢丝绳在工作时受到多种应力作用, 如: 静、动、弯曲、接触应力、挤压应 力和捻制应力等, 这些应力反复作用, 将导致钢丝绳疲劳损坏, 加上磨损、 锈蚀, 从而缩短钢丝绳的使用寿命。 考虑一定的安全系数是选择钢丝绳首要和基本的问 题, 而安全系数只是按钢丝绳的最大静荷载计算的参考值之一。 选绳时, 还应考 虑钢丝绳与卷筒之间的关系, 即选择正确的捻向。 滚筒的旋向分为左旋和右旋两 种( 沿固定绳头方向看) 。 钢丝绳的分类 按钢丝在绳中的捻次分单捻、双捻、三捻。按股中钢丝接触情况分点接触、线接 触、面接触式三种。按捻向分为左捻、右捻、同向捻、交互捻四种。按绳股断面 形状分为普通圆钢丝绳、异型股钢丝绳。这是基本的分类, 还有特种钢丝绳, 如 扁钢丝绳。 选用方法 43 第五章 行程开关 第一节 行程开关的应用 行程开关又称限位开关或位置开关。 它是一种根据运动部件的行程位置而切 换电路工作状态的控制电器。行程开关的动作原理与控制按钮相似，在本套设计 中， 事先将行程开关根据工艺要求安装在一定的行程位置的立柱上，可升降车库 在运行中，装在其上滑块压下行程开关顶杆，使行程开关的触点动作而实现电路 的切换，达到控制运动部件行程位置的目的。 第二节 行程开关的作用 行程开关是应用范围极为广泛的一种开关，过行程开关控制的，如电梯的