别墅院落地下车库电气控制系统开启装置设计论文（含图） .doc

1、 绪论 1-1 课题的背景和意义随着经济的高速发展，人民生活水平质量的日益提高，私家车开始大众化。面对人民对生活水平质量提高的迫切需要，同时也带来了不少问题。私家车可以被越来越多的人购买，但停车问题也日益突出。据调查，河南市场2009年乘用车上牌量达35.21万辆，较2008年的22.20万辆，增长了58.6%，其中，郑州市2009年乘用车上牌量为100696多辆，较2008年的67891辆，同比增幅达48.3%。作为河南的省会城市，郑州市机动车保有量近4年来以平均每年11的速度快速增长：2006年郑州市机动车保有量985445辆；2007年为1086296辆；2008年为1195991辆；2009年，郑州市全年入户机动车173432辆，创历史新高，保有量总数为1369423辆。在136万辆机动车中，私家车占机动车总量的85%以上。几年来，郑州市的私家车增长速度达到了12.1，明显高于机动车总体增长速度。极高的机动车增长速度远远超过停车基础设施的增长速度，停车难的问题逐步成为社会问题的一个不可忽视的一部分。道路拥挤、车满为患已成为大城市的发展、快节奏生活的不和谐音调之一。但是经济发展、人民生活水平的提高，人民对物质的旺盛需求要求我们社会要有更多的手段去解决随之而来的问题。中国是一个人口极多的国家，尤其大城市的人口密度大，楼群林立，人民居住的空间不足，尤其对于别墅式住房，更是寸土是金。为了提高土地的利用率，我们产生了别墅式地下车库的设计想法。这种地下车库主要是利用传感技术、单片机技术、电机拖动技术以及电控技术，使别墅院落的地下汽车库，达到自动控制，汽车自动降入地下，并封闭；本课题解决了别墅院落面积较小影响视野，使院落空间增大的目的，具有较为广阔的市场前景。具有花坛式、草坪式库盖、不占空间、自然恒温、防盗可靠、美观而且方便便捷等优点。1-2 国内外研究现状目前世界停车产业向多元化发展，其中包括机械、电子、液压、光学、传感器等等先进技术。机械方面，应用了许多新材料，新工艺。设计采用模块化设计，便于组合使用，也便于安装拆卸。钢结构也选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观。控制技术方面，广泛采用可编程控制器等等先进控制技术，使运行高速平稳，不但节约能源，而且振动和噪音也降到最低。我国在停车产业上的发展紧跟世界先进停车技术的步伐，吸引融合了多专业，多学科的复合人才的积极参与，在外国成熟技术的基础上，开发出安全，经济，高效，节能，环保的产品，满足国内本地化的需求。然而，我国停车产业还存在一些问题，如没有统一的技术标准，技术水平和研发水平较低，生成能力不足，市场需求混乱等等问题。别墅院落地下车库目前还处于研发和试运行阶段，由于面对的是高端停车市场和市场需求低的缘故，在国内还没有生成厂家批量生产。但其未来的市场前景比较好，因此已经有不少研发单位开始对此类停车设备的研究。1-3 本文的主要工作目标和内容1.别墅院落地下车库总体结构图的设计 2.开启装置系统的机械设计。3.开启装置机械各机械装置的尺寸。4.对各部件进行校核。 2别墅院落地下车库总体结构设计经过对当前家庭用机动车统计数据表现如下：我们取中型小轿车作为设计的使用对象，因此可以确定：1）升降装置的载重约为2.5吨；2）升降工作台面尺寸为:l*b*h:6000*2200*1800。2-1车库开启装置（以后简称车门）的基本结构设计车门是一种无轨道移出式车门(见图1)。其起支承和带动门扇运动的两根支承臂的前端， 用铰链分别与门扇1连接，导向杆7一端用球铰固定于门扇下部，一端用球铰固定于车体下部。导向杆、支承臂与车门及车体构成了一个四连杆机构(见图2)。转轴4上端由固定于车体上的轴承支座2支承， 下端与驱动机构6中的主动轴连接。驱动机构通过转轴4和下支承臂8、上支承臂3驱动门扇使其在水平面内作近似平行移动和通过转轴的上下运动，从而完成车门的开闭和锁止定位。1门扇 2门支座 3上支承臂 4转轴5下支承臂 6、驱动机构 7下导向轩这种车门门扇可与车身做成一致的断面。当车门关闭时、其外侧与车身外侧表面保持平齐；当车门开启后， 门扇则移至车外，置于门框的两侧，整个车门口敞开， 方便上下。图2为自动车门总体结构简图，气动控制系统装置放置在门扇上方的操作空间内，固定在车身侧壁上。转轴与上、下支撑臂焊接，把撑臂固定在转轴上。支撑臂另一端用球铰和门体相连，在门体上做一块伸出的板固定球铰。下拉杆两端用球铰分别与门体车库内壁连接。门泵分别安装在转轴的下端，用法兰盘将其与门转轴连接，由气动控制系统控制其运动。图22-2车库开启装置（外摆式车门）的运动原理分析此种车库开启装置属于外摆式车门，它是利用四连杆机构原理实现其开闭运动的。门扇相当于四连杆机构中的连杆，支承臂则为原动件， 导向杆为从动件并构成机构的两连杆架。车库门关闭的时候与车库外侧保持一致，开启后平稳置于车身外侧，在驱动件的作用下，整体平行移动。当驱动机构驱动旋转轴2时，支承臂1、3绕转轴转动并将门体推出，实现开门动作，或是拉进门框，实现关门动作。转轴、上下支承臂、下拉杆与门体相连接，不但起到支撑门体的作用，还利用四连杆机构原理来实现车门的无轨道平移。转轴与支承臂均采用优质钢管，表面喷塑处理，使之与车内饰相协调。2-3车库门的运动轨迹分析如图3所示，a点是转臂与转轴的固定铰接点；b点是转臂与门体的固定铰接点；c点为下拉杆在车身踏步处的固定铰接点(暂时未知)；d点为下拉杆与门体的固定铰接点；e点、f点分别为门体的前后端点。根据车身总布置的要求，以及乘客区地板、踏步和门泵的安装位置要求，在车身上确定出门泵和转轴的安装位置，设计支承臂和下拉杆在门体上的铰接位置，到达车门最大开启位置时，乘客门净宽达到任务书所要求的宽度，以及在此位置时支承臂和下拉杆在门体上的铰接点位置。定出支承臂ab的b点位置和cd的d点位置，车门在最大开启位置时相应的b1点和d1点。根据四连杆机构的运动原理，可以知道a点在b1和b点的垂直平分线上，根据下拉杆与车身踏步的铰接点c应在dd1 连线的垂直平分线上。分别以以下拉杆长度为半径做圆，即可定出下拉杆与车身踏步的铰接点c点。以ab为半径，以b点和b1点为圆心作圆，定出转臂与转轴的铰点 a。然后任选车门上的一点做校核，如图3所示，上下支撑臂的长度与下拉杆的长度相等，所以门体在平行四连杆机构的带动下做平移运动，门体后内侧在开门状态时为k1 ，k点的运动轨迹与车门体相同，为一半径与ab相等的圆弧，此圆弧的圆心在k连线的垂直平分线上。分别以k点与k1点为圆心，以ab长度为半径作圆，相交于k0点，以k0为圆心，以 k0k为半径，做圆弧 k1k0。由图中可以看出，当k点绕k0点旋转时，横向位移的距离等于车身右侧厚度时，k点在纵向上的位移小于门体与门框之间的间隙，因此，车门上的k点在开门时不会与门框发生干涉，用同样的方法可以作出车门上其他任意一点的运动轨迹。在车门的开启和关闭过程中，均不会发生任何运动干涉。3 车库门的各部件参数的选择与设计整个车库门包括1门扇 2门支座 3上支承臂 4转轴 5下支承臂 6、驱动机构 7下导向轩。3-1 门扇的选择1） 门板质量门板质量主要分为两部分：一是稳定性。二是紧固度。市面上原来主要流行的传统白色彩钢板，其稳定性比较好，简洁大方，但是不耐脏，质量最为稳定是不锈钢门板，高雅亮泽、永不生锈、不沾灰尘，特耐脏。消费者在选择时，尽量选装不锈钢板材。三是配件，首先是防锈处理，一般的门板生产厂家，就是由镀锌钢板压制而成，设备完善的厂家有喷塑设备，即将镀锌板外面再喷塑。能增加防锈的可靠性，更美观大方，各配件的整体紧固性，通过连接角铁将各配件形成一个整体，扭簧是车库门一个关键的部件，门的重量大部分靠扭簧。多宽多高的门，配多粗多长的扭簧。扭簧以黑色的锰簧质量为最佳。 不锈钢门的重量都较重，也不易变形与开裂。还具有防盗、耐冲和阻燃等特性，而且隔音的效果同装甲门的基本相同。高档的不锈钢门不仅仅具有手感光滑和色泽明亮等特点，还非常的环保，坚固又耐用。因此我们确定选择不锈钢门。2） 门扇的尺寸设计根据升降工作台面尺寸为:l*b*h:6000*2200*1800 考虑到地下车库升降装置采用择液压滑轮组钢丝升降系统，我们初步确定单边门扇l*b：6400*1200。不锈钢门的质量：按照防盗安全门通用技术条件规定，合格的防盗门在15分钟内利用凿子、螺丝刀、撬棍等普通手工具和手电钻等便携式电动工具无法撬开或在门扇上开起一个615平方毫米的开口，或在锁定点150平方毫米的半圆内打开一个38平方毫米的开口。根据不锈钢板门是用厚度在1.5mm以上的不锈钢板直接剪裁弯型后焊接成型的，我们初步确定其钢板厚度为10mm。因此不锈钢门的质量 m=640*120*1*7.75g=595.2kg 约为595kg；（取不锈钢的密度7.75g/3）故其重力 g=m*g=595kg*9.8n/m3=5831n。重力对门轴的转臂长：l=850mm；重力对门轴产生的转矩：m=g*l=5831*0.85=4956.35n.m3-2门泵的选择门泵是整个开启装置的驱动机构，它由控制电路、电动机、减速机构及联轴装置、执行机构几大部分构成。门泵可以放在门扇的下部, 占用空间小, 布置方便。确定门泵的位置依据下面两点：(1) 确定约束条件。在设计过程中, 可以把双折叠式乘客门传动机构简化为平面运动机构模型来研究。假设门扇及各受力杆件均为刚性体, 不计运动副中的摩擦力。作主动门的运动简图如图4所示,o 点为门转轴,a 点是门关紧后门接板与门泵的铰接点，a 为门开到位时的铰接点。根据车门的行程s1 选择合适的门泵, 该门泵的缩进极限长度为l , 行程为s。图4 作主动门的运动简图(2) 作图。以a 为圆心,l 为半径画一圆弧, 再以a 为圆心,l + s1 为半径画另一圆弧, 两弧的交点b、b即是门泵的安装位置。但b点不合实际, 就只能选b 点。门接板决定了车门的行程, 也决定了门泵的安装和车门的使用效果, 所以在设计门接板时要统筹考虑。一般说来, 车门关紧后门泵与车门之间呈30 40的夹角为宜, 这样门泵既可以压紧车门, 又不至于使车门受到过大的压力。3-3 转轴的设计转轴的使用时约t=5000n.m 。 确定转轴材料为45钢，材料=60mpa由 即转轴的直径为75.2mm由于转轴的直径比较大，我们选择壁厚=2.5mm的钢管，下面来校核一下其强度。转轴材料也是45钢，外径d=75.2mm。由转轴的截面尺寸计算抗扭截面系数，轴的最大切应力为故不满足强度条件。因此仍然采用直径d=75.2的实心轴作为转轴。3-4 上下支撑臂的设计3-5车门的密封和通风车门要经常开、关，为了缓冲、密封，防止灰尘、雨水侵入，在车门周边都安装橡胶密封条。密封胶条的装配如下所示，图5为两扇车门之间的密封，网6为车门与门框之间的密封。车门的密封材料选用和装配质量是汽车安全性、舒适性和华丽程度的重要标志。车门密封和通风并不矛盾，密封是防止雨、水、尘进人车内，但为防止关门时空气流不出去，内外压力不均衡产生噪声，在车门结构设计中采用通风结构。图7 车门的密封和通风如图16中的断面cc所示，应设置内饰板、的密封条容易被踏踩、刮碰，所以，在车门下部应安装独立的下密封条。车门上部在门上梁设计挡水槽，也是车门密封的重要手段。4结论随着中国经济的告诉发展，城市化进程加快，汽车越来越快的走人工薪阶层家庭，而在土地越来越紧张的情况下，为了解决城市停车难的问题，多元化，多功能的停车设备得到了研发和发展。别墅院落地下车库主要是利用传感技术、单片机技术、电机拖动技术以及电控技术，使别墅院落的地下汽车库，达到自动控制，汽车自动降入地下，并封闭；此类车库解决了别墅院落面积较小影响视野，使院落空间增大的目的，具有较为广阔的市场前景。经过对别墅院落地下车库的研究，我得到一下几点结论：（1） 通过资料调查和分析，别墅院落地下车库由于其可利用性高，使用价值大等优点会有很大的市场前景；（2） 为了提高车库的经济效益，降低成本，车库的设计应该对整体结构进行优化设计，尽量节省材料，减轻重量；（3） 车库开启装置应该运行安全可靠，适应自动化的要求。参考文献（1） 刘鸿文 材料力学 第4版 高等教育出版社；（2） 西北工业大学机械原理及机械零件教研室 机械设计（