家用双层立体车库系统的结构设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 丽水学院 毕业设计（论文） （ 2013 届） 题 目 家用双层立体车库系统的结构设计 指导教师 叶晓平 院 别 工学院 班 级 机自 091 学 号 09105010232 姓 名 周凯波 二 一三 年 5 月 20日 丽水 学院 2013届学生毕业设计 I 家用双层立体车库系统的结构设计 工学院 机械设计制造及其自动化 机自 091 周凯波 叶晓平 摘 要 我国汽车 数量 越来越 多 、 在 停车问题越来越 不容乐观 的情况下， 去 开发适合我 国的立体车库， 才 是解决停车的 问题的有效途径。 车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，我国也于 90 年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有 近二十 年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为 1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。 在此设计中 ， 首先对立体车库总体机构设计 ,通过利用杠杆和链传动曳引活动梁实现对汽车的二层存取。 选择与计算液压缸、液压泵、电动机、减速电机、链条及链轮 ,确定轴承的类型 。 在完成 确 保双层车辆均可自由存取 的总体框架的设计 后， 对链传动存取车 辆 装置及其零部件 、 活动梁及停车梁等主要结构及其零部件进行计算校核。 该立体车库结构简单， 操作方便， 成本低廉，比较适合于家庭用户。 关键词 ： 立体车库； 杠杆 ； 链传动 ； 曳引 ；校核 ； 结构设计 丽水 学院 2013届学生毕业设计 n as An to is to to of In of of to in of by of is by of of of in in go to as as as an of is a 水 学院 2013届学生毕业设计 目 录 摘要 . I . 1 章 绪论 . 1 题背景 . 1 体车库研究意义 . 1 体停车设备国内外发展综述 . 1 要研究内容 . 2 第 2 章 方案选择及结构设计 . 3 体车库总体结构设计 . 3 型及车库参数 . 3 库工作流程 . 3 压系统部件的选择与计算 . 3 压缸的选择与计算 . 3 压泵的选择 . 6 电动机的选择 . 7 动部件的选择与计算 . 7 速机的选择 . 7 条的设计 . 8 轮的设计 . 10 承和轴 承座的类型 . 12 承的类型 . 12 承座的类型 . 12 它主要零件的选择 . 12 车梁的选择 . 12 承梁与活动梁的选择 . 12 章小结 . 13 第 3 章 主要部件强度刚度校核 . 14 的强度和刚度校核 . 14 动轴的强度校核 . 14 丽水 学院 2013届学生毕业设计 动轴的刚度校核 . 16 动轴的强度校核 . 17 动轴的刚度校核 . 22 承和键的校核 . 23 承的校核 . 23 的强度校核 . 24 的强度和刚度校核 . 25 的自由扭转计算 . 25 动梁的强度和刚度校核 . 25 车梁的强度和刚度校核 . 32 章小结 . 35 结论 . 39 参考文献 . 40 致谢 . 41 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 1 第 1 章 绪 论 题背景 我国自改革开放 以来，房地产业和汽车工业两大支柱产业得到了高速发展，尤其随着我国城市建设速度的加快和人民生活水平的提高，轿车进入家庭已成为必然趋势。 据统计， 2011年 我国民用汽车保有量约 10578万辆。其中 私人 轿车占 41%。 需要大量的 轿车泊位 ， 通过建立立体停车库来解决 我国城市停车难的问题。 2011 年，我国已成为全球第 一 大 汽 车市场，国内销售总量达到 辆，而汽车保有量破亿 ，其中私人轿车的保有量就有 4322万辆。停车难成为继行车难之后困扰各大中城市的交通难题。 我国汽车工业的 高速发展和汽车销售额的高速增长，必然给城市交通（包括动态交通和静态交通）带来巨大的压力，各地政府虽已花大力支持城市交通基础设施建设，但始终难以满足汽车快速增长的需要。最近十几年来，我国城市机动车增长速度年平均在 10% 15%，而城市道路年平均增长速度只有 2% 3%。特别是大城市的机动车拥有量和交通的增长远远超过交通基础设施的增长速度。如北京市在 90 年代小汽车年平均年增长速度达到 30%左右，但城市道路年平均增长率只有 道路面积年增长率为 静态交通基础设施的建设更落后于动态交通基础设施建设，全国 停车位缺口平均在 60%以上。因此造成大量车辆停在道路内，形成马路停车场。随着汽车进入家庭的速度不断加快，对城市交通基础设施的压力越来越大。交通拥堵、停车难已经成为国内很多城市发展的严重制约因素，因此也引起了各级政府的重视。解决停车难的一个主要手段就是建设立体停车库。 立体停车库可以高效地利用土地面积；可以提高交通车辆的流通速度；可以保证车辆的安全有序的管理。因此，近 十多年 年来立体停车库在我国得到了高速的发展，智能停车设备行业已经成为一个新兴的行业。从 1997年到 2000年，年递增速度在 30%以上， 2000年 到 2009年，年递增速度达 50%以上。到 2009 年底，全国已有 31 个省，自治区，直辖市的 56 个城市兴建了机械式立体停车库，共 2200个，其中，以北京、上海、江苏、浙江、广东发展较快。预计在今后五到十年间这种需求有增无减。 体车库研究意义 随着城市建设的高速发展，城市中的商业大厦、高级写字楼、办公楼和居民小区如雨后春笋般拔地而起。各大城市对城市建设的规划都提出在这些高楼大厦和住宅小区必须提供机动车停车场 (库 )的要求。而由于城市建筑用地的紧张和地价的居高不下，这些停车场自然由过去的平面形式转为立体形式和 地下形式，以期在现有面积的条件下扩大停放车位的数量 体停车设备国内外发展综述 国外发展状况 :设备在国外最早出现日本。自 1959年起日本开始研究，逐步进入设计和制造。1965 年成立行业协会，发展至今有 110 家会员。目前在日本立体停车库应用普及率很高，主要集中在大城市，在东京、名古屋、大阪三大地区集中了全国 75%的车库。在这些城市，几乎每条街道丽水学院 2013届学生 毕业 设计 2 都能看到不同型式的车库，所以日本的停车问题解决得相当好。日本的车库种类很多，技术比较先进。主要种类有升降横移式，垂直循环式和垂直升降式。 国外立体停车设备 的技术以日本和德国领先，其发展主要有两个特点： 一是高技术含量高。日本和德国的车库行业将机、电工业的高新技术成果随时转化和移植到车库产品中，使车库技术进步和产品更新很快。比如高速曳引机和 速控制技术 (即高速电梯技术 )很快应用到垂直升降式车库产品，使这种电梯式车库存取速度更快，存车量更大，从而逐步替代老式的垂直循环式塔型车库。又如计算机管理、 识别、计时收费系统一出现，立即应用于停车库，使车库溶于城市楼宇自动化管理系统中，无论是公共停车还是住宅停车变得更容易、更方便。 二是车库产品 朝着性能价格比更高的方向发展。即不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性。日本经济经历了几次高潮和低谷，车库行业亦几起几落，在竞争中，产品越趋成熟越注重经济实用，性能价格比更高。比如日本的三菱、大幅株式会社和德国 司均研制成功停车密度较高，而造价较低的高层车库和无车板、无车架等先进车库。这些新产品都是 90年代的新技术，一问世，很快替代了老产品，并且正在打入了中国车库市场。 国内发展状况 :我国在 20 世纪 80 年代初开始研制机械式停车设备，进入 90 年代，有了突飞猛进的发展。从 1992 年进口第一座 垂直循环式车库到 1996 年成立立体停车设备协会，短短几年时间就完成了从产品和技术引进到自主开发、制造的过程。几年来各种类型的车库设备相继出现，协会成员已发展到 60 多家企业和研究院所。目前上海、北京、深圳、广州、天津、成都、大连、南京、济南、福州、沈阳等城市都相继出现了立体车库。库型以小型车库为主， 100个车位以下的占 64%； 100500 个车位的占 33%； 500 个车位以上的大型车库占 3%，但已有增长的势头。使用地以商业住宅小区为主，用于小区配套的占 50%，单位自用停车库占 30%，公共停车库占 20%。 要研究内容 基于立体停车设备广阔的市场前景，结合 国内立体车库发展的现状，决定研究设计较为简单的家庭用双层立体车库，设计以成本低廉，操作方便为原则。 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 3 第 2 章 方案 选择 及结构设计 体车库 总体 结构 设计 型及车库参数 车型选择为中小型轿车， 以桑塔纳 例 车辆总长 4546宽 1690高 1427量 1030距为 2548距前 1411 1422由于设计定位于低成本的简易型双层立体车库，所以决定采用结构简单的简易俯仰式立体车库。车 库总长 6700宽 2330车总高度 3500层车板距地面 1900层停车板最大承受质量为 1500仰角度为 10。 库工作流程 其工作原理是二层停车板处于水平位置时，下层车辆可自由出入。当有车辆需要进出二层停车位时，启动液压泵电动机使液压缸的柱塞下降从而使停车梁整体下降。当停车梁下降到指定位置时，液压泵停止工作，停车梁尾部电动机通过链轮带动链条使活动梁伸出直至地面，此时车辆通过活动梁进出二层停车板，随后活动梁收缩至停车板内，液压泵再次工作推动柱塞上升，在停车 板到达水平位置后停止工作，到此完成了上层车辆的进出。通过上述动作便可实现双层立体停车。 9 6 0 0图 压系统部件的选择与计算 压缸的选择与计算 在设计初，所有的质量都是未知的，所以估取车辆自重 2 吨约为 20车梁与各梁的自重为 1吨约 10车梁的长度为 6500支点的中心距为 4300受力情况见图 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 4 6 0 0 m 6 0 0 0 0 0 0 0 xF 1 0 2F F 1 图 其中 ，方向上的投影；（ N） 1方向上的投影；（ N） 2 N） 1 N） 2F、 2 N）摩擦系数取 计算公式 0x 0y 0m 计算 12s i n 1 0 0 G F 12c o s 1 0 c o s 1 0 0 G 12 0 C G A C G B C 式中，当槽钢即停车梁静止时2 当停车梁上升时 2 。 解得 2 2390F N 13600N 1 15960F N 2820N（静止时） 7600N（上升时） 每侧受力 2 1195F N 6800N 1 7970F N 1410 N（静止时） 3800 N（上升时） 当液压缸工作时，认为停车梁处于水平位置，但受力的情况如图 600160600600y F 1G 1 G 2F F 1 A B 图 按公式 0y 0m 计算 12 0 C G A C G B C 1F 1G 2G 0丽水学院 2013届学生 毕业 设计 5 解得 13620N 1 16370F N 作用在每一侧的力分别为 6810N 1 8190F N 计算耳环销轴上的力的目的在于确定作用在液压缸上的力，静止和举升时液压缸上的力按照 s i n 1 0 c o s 1 0 F(静止时 1410N 6800N 6940F N 举升时 3800N 6800N 7360F N 液压缸在工作时也就是液压缸达到最大行程时，液压缸所产生的力只是保持现有状态，此时6810F N。因此，液压缸的计算按着最大力的情况下计算。 已知液压缸输出的力 7360F N，工作压力 P 未知，但按照液压元件手册上选取，考虑到负载的变化，所以选取负载 5102取 2P 据液压缸的理论输出力 算内径 D 按计算公式 4(式中 ， F N)； P 0 (式中，0360N； =t设液压缸的密封采用橡胶圈则t 1（容积效率）t= 1 3 6 2 9 . 6 3 N 缸筒内径 4 9 3 . 1 5缸径标准值 100D 根据标准缸径选择液压缸，确定为冶金设备用的标准液压缸，6 860 设定速度比 ，已知行程为 860其在 30 1 860 0 930v m/s 21 0 3 m/s 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 6 式中，1m/s）；2 m/s） ， 则下降时需用的 时间为 860 2 5 3 3 s 液压缸的结构和尺寸安装分别见图 表 压缸的结构尺寸 缸径 D(活塞杆直径 (油口尺寸 联接螺纹 杆端螺纹 d(100 56 33 2M 42 2M 56 表 缸径 G B 100 135 180 68 22 压泵的选择 已知活塞杆伸出的速度1 m/s，根据计算公式 缸( 式中， q L/ A v缸 1v 缸，故 1 0 q v A L/此，泵的实际流量 2 2 1 泵L/，则泵的理论流量 t 泵 L/电动机的转速为 940 r/泵的排量 n ml/r 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 7 泵的选择因根据系统的实际工况来选择，在固定设备中液压系统的正常工作压力为泵的额定压 力的 70% 80%，对于系统工作压力为 2泵的额定压力在 3外泵的流量须大于液压系统工作时的最大流量，以保证有足够的寿命，泵的类型应选用内啮合齿轮泵。根据额定压力和排量确定泵的型号为 G（ P） 术参数见表 排量 ml/r 压力 速 r/率 质量 外型尺寸 额定 最高 容积 总效 长 宽 高 10 940 80% 85% 03152150 电动机的选择 泵的输出功率 P p q （ 式中， p q 已知工作压力 2p 2 4 . 8 2vq v n l/ 则泵的输出功率 0 P p q 泵的输人功率 0 3因为泵的输人功率即为电动机的机械功率，故电动机的功率为 用 R 系列三相异步电动机，其技术参数见表 型号 额定功率 载时 重量 112速 r/流 A 效率 功率因子 40 的 选择 通过测量可以初步知道活动梁所走的 长度约为 5000果要在 30s 内收回，则链轮的线速度 m/s。估取大链轮的分度圆直径 100d 动梁与停车板的质量约为 300 s i n 1 0 5 2 0 . 9 5 中 G 为行车板与活动梁的重力。传递功率 0 81000则设计功率为 0 . 0 5K 功率即为电动机功率。式中 ，数， 取小链轮齿数 17，则取 30 3 2 r/式中， v r r =50 2 6 M F r Nm 。 2 6 M F r Nm 。式中， F r 取丽水学院 2013届学生 毕业 设计 8 小链轮的分度圆直径 80d 电动机的扭矩 2 0 . 8 42 Nm 。 计摆线针轮减速机，该减速机传动比范围大、体积小、重量轻、效率高、运转平稳。选用 电动机的扭矩 M Nm 和功率 选择 摆线针轮减速机 8085，该减速机功率 入转速 1500r/输出转速 43r/出轴直径 18量 条 的设计 小链轮的转速1 43n r/算大链轮的转速为2 r/ （ 1）传动比 i 计算传动比按公式12ni n 计算，则 。 小链轮的齿数 1 17z ，则大链轮的齿数212 2 i z 取 22，则实际传动比 ，那么 r/ （ 2）链条节距 p 由设计功率用 的链条，其节距 验小链轮 孔径 4电动机输出轴 30D mm，以满足使用要求。 （ 3）初定中心距 小链轮与大链轮之间的中心距暂取0 20 4）链条节数 2002 5 9 . 5 22 节 式中 ，1z、2心距； 所以 取 60节。 （ 5）链条长度 L 0 1000m 式中 ，p （ 6）理论中心距 a 21( 2 ) 2 5 6 . 9 8 L z z K 式中， P 1z、2 （ 7）链速 v 11 0 . 1 5 56 0 1 0 0 0z n m/s 式中 ，1p （ 8）有效圆周力 F 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 9 1000 1200pF vN 式中， p - 传递功率 ， v - 链条速度 (m/s) ； 作 用 在 轴 上 的 拉 力 . 2 1 4 4 0 F N 式中 ， F 因为分度圆直径相同且齿数均等于 22 个齿，所以传动比 1i 。 （ 1）链条节距 P 链条的型号为 08A，所以 （ 2） 初定中心距 于结构需要，选用的中心距0 5900a 3）链条节数 2002 9 5 1 . 7 32 节 ,取 952节 式中 ，00p aa p； 2212 ；1z,2； （ 4）链条长度 L 1 2 1000m， 式中 ，p 。 （ 5）理论中心距 a 因1222，故理论中心距 ( ) 5 9 0 5 . 52 z 中 ，p z （ 6）链速 v 22 0 . 1 5 56 0 1 0 0 0z n m/s， 式中 ，22 22z ；22 r/p 链条的结构如图 动用短节距精密滚子链，其基本参数和尺寸见表 于链轮的中心距较大，所以链条的支承采用托板式支承方式，托板上可以衬以软钢、塑料或耐油橡胶，滚子可 以在其上滚动。由于中心距较大采用 4 段且两段之间留有一定的距离，利用链条的自重下垂张紧。 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 10 C 1L 2C 2图 条的结构 轮的 设计 链轮齿数：小链轮齿数1 17z ，大链轮齿数2 22z 。链条的节距 条的滚子外径 6 尺寸 （ 1）分度圆的直径按照公式 180 （ 式中 ， p z 小链轮分度圆直径1 链轮分度圆直径2 2）齿顶圆直径 按公式 m a x 1 . 2 5d p d m i n 1 . 6(1 )d d （ 则小链轮 1 m a x 7 8 m 4 小链轮齿顶圆 1 75大链轮齿顶圆 2 m 9 m 5 链轮齿顶圆取 2 95 3）齿根圆直径按公式 d d（ 式中 ， d 小链轮 1 链轮 2 丽水学院 2013届学生 毕业 设计 11 由于链轮的工作条件需要耐磨损而且无剧烈冲击振动，所以链轮材料为 45 钢淬火处理表面硬度达到 40 50 由于链轮的齿数较少且分度圆直径较小，所以采用整体式钢制小链轮。主要结构见图 dh dk hb （ 1） 轮毂厚度 H 0 6k d （ 式中 ， k 取 孔径； d 小链轮轮毂厚度为 1 链轮轮毂厚度为 2 心处大链轮 50 8 9 2） 轮毂长度 L （ 小链轮 1 链轮 2 心链轮 3）轮毂直径 公式 2d h计算，式中 ，h 小链轮 1 链轮 2 心链轮 4）齿宽 于节距 算，式中 ，1 1以齿宽 （ 5）齿侧倒角 水学院 2013届学生 毕业 设计 12 0 . 1 3 1 . 6 5公称 中 ， p （ 6）齿侧半径 Y 1 2 公称 7）齿全宽 ( 1 ) 2 2 . 3 8mf t fb m p b 中 ， m 承和轴承座的类型 承的类型 根据链轮的轴径来选用轴承，考虑到主 、从动轴可能会受到轴向力，所以轴承选用既能承受轴向力又能承受径向力的角接触球轴承，其外形尺寸见图 基本尺寸： 45d 5D 9B 装尺寸：2mm 8mm 承代号： 7209C 基 本额定动载荷 轴承座的类型 轴承座是固定和限制轴承运动的机件，所以轴承座要与轴承相匹配。其选用轴承座结构图 dD 寸 它主要零件的选择 车梁的选择 停车梁作为主要承重的梁， 需要有良好的机械性能和力学性能，以及能够使其外观设计美观简洁。所以可选用槽钢，其外形尺寸见表 承梁与活动梁的选择 支承梁作为一个主要支承，要考虑到各个方向的受力情况，所受力能够得到有效支撑而不发生变形和断裂，但要尽可能减小自身的重量，所以采用冷弯矩形空心型钢，其规格见表 活动梁的重量不能过重，这会给电动机带来较大的负荷，在保证强度和刚度的情况下减小自丽水学院 2013届学生 毕业 设计 13 重。所以，活动梁也采用冷弯矩形空心型钢。为了保证有足够的强度和刚度决定采用双层冷弯矩形空心型钢。其结构示意图见图 格见表 图 表 边长 壁厚 论重量 kg/m 截面面积 B 150 100 边长 壁厚 论重量 kg/m 截面面积 B 100 50 0 40 章小结 本章主要根据要设计的各项数据对 液压系统部件 、 传动 部件进行 选择 与计算，其中主要是对液压缸、液压泵、电动机、减速电机、链条及链轮的选择和计算，另外通过是上述零部件的选择确定了轴承的类型及梁的选择。 D 013届学生 毕业 设计 14 第 3 章 主要部件强度刚度校核 的强度和刚度校核 在设计过程中随着计算的深入