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黑龙江科技学院毕业设计（论文）任务书姓名： 任务下达日期： 2006 年 2 月 27 日设计（论文）开始日期： 2006 年 3 月 20 日设计（论文）完成日期： 2006 年 6 月 25 日一、设计（论文）题目： 巷道堆垛类自动化立体车库 二、专题题目： 三、设计的目的和意义：目的：为培养学生综合运用机械设计及其他有关知识，去分析、解决实际问题的能力，深化、扩展本课程的理论知识。使学生掌握机械设计的一般方法和步骤，培养学生独立的设计能力，树立正确的设计思想，为将来工作打下良好的基础。通过专题训练，可对学生在今后学术发展方面有一定系统方面的帮助。意义：通过对巷道堆垛类自动化立体车库的设计可以印证学生的综合能力，对外可为机械专业创设好的牌子，对外学生能为获得企业认可打基础。 四、设计（论文）主要内容： (1) 巷道堆垛式立体停车设备的总体结构的研究 综合考虑各方面因素，在参照和对比国内外同类停车设备的基础上，完成了本车库的总体结构的设计。 （2）车库存取结构的研究 选取链传动横移机构作为本车库的车辆存取机构，根据国家标准中的规定，设计了车库停车位、载车板的具体结构。然后由此为尺寸参考，完成了链传动横移存取机构的详细设计。 (3) 车库升降系统的研究 采取曳引式升降驱动形式作为升降系统的提升形式，对曳引能力进行了验算，选用变频变压调速电机作为提升系统的电机，并完成了升降系统的安全机构的研究和设计。 (4) 立体车库总体钢结构骨架的研究与设计通过对比 ，设计了立体车库的钢结构骨架，对钢结构骨架进行了各种工况的受力分析和变形分析，找出了钢结构骨架的最大应力作用单元和最大变形单元。验证设计钢结构满足刚度和强度要求。在此基础上，建立钢结构骨架优化设计模型，对钢结构骨架进行优化设计，进一步降低材料的消耗，提高车库的经济性。 五、设计目标：根据学生知识情况，在如何提高车库存取效率方面，可以进行存取策略的进一步研究，探索更好的策略，或者结合控制系统方面考虑，进一步完善车库对多种复杂情况的处理能力。 另外，还可以考虑对现有存取机构进行优化改进，或者采用新的车辆存取形式，减少存取时间。 六、进度计划：1-3周 查阅相关资料，了解基础知识；4-5周 北京实习，参观实体，搜集并整理相关资料；6-7周 确定设计参数，选取所需零件；8-9周 完成开题报告、专题，拟定设计总方案；10-12周 绘制装配总图；13-15周 绘制零件图；16周 撰写说明书及外文翻译；17-18周 打印输出；答辩。 七、参考文献资料：1任伯森.中国机械式停车设备发展概况J.中外停车设备及配套产品重点厂商名录.1999,1 :5 -72喻乐康，左东晓.机械停车库的技术发展J建设机械技术与管理.1999,1: 30 -323张福恩、吴乃优.交流调速电梯原理、设计及安装维修M.北京:机械工业出社.19994余锡存、曹国华.单片机原理及接口技术M.西安:西安电子科技大学，20005刘竞成.交流调速系统N.上海:上海交通大学出版社，19846中国重型机械工业协会停车设备管理委员会.机械式立体车库J.北京:海洋出版社,2001.97佳隆等编.都市停车库设计阅.杭州:浙江科学技术出版社，19988童林旭.地下停车库设计阅.北京:中国建筑工业出版社，19969朱昌明，洪致育，张惠侨M.电梯与自动扶梯一原理、结构、安装、测试. 上海上海交通大学出版社.199510怡丰工业设备有限公司.自动化停车设备说明书11高健.机械优化设计基础M.北京:科学出版社，2000. 指 导 教 师： 耿雷 院（系）主管领导： 2006 年 6 月 日1 第第 1 1 章章 绪绪 论论 1.11.1 课题的来源、目的及意义课题的来源、目的及意义 近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高， 汽车的数量不断增加。截至 2003 年底，我国个人汽车保有量为 12427672 辆。 其中，个人轿车 4890387 辆，比 2002 年增加 1462441 辆，增长率为 42.7%。 但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量严重 比例失调，由此带来停车难，违章停车，停车管理困难等一系列问题。 机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可以最大限度的 利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国 家记委已明确机械立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业。 1998 年 1 月 1 日起执行的国家记委 6 号令把机械式立体车库和立体停车 场列入“国家重点鼓励发展的产业，产品和技术” 。国家海关总署对机械式停 车产品规定“国内投资项目给予免征进口税” 。上述措施为我国立体车库产业 的成长提供了良好的条件，也为我国解决城市停车问题提供了机会。可以预见： 立体车库具有广阔的市场前景。 研究的目的就是开发一套实用，安全有效的垂直升降式停车设备，并进行 相应的扩展研究。 本项目的研究与开发，为 21 世纪初期的城市交通系统提供实用的，具有 自主知识产权，国产化城市停车技术和装备，对缓解城市用地紧张，解决城市 停车难的问题具有重要意义。 1.21.2 机械式立体停车库的概述机械式立体停车库的概述 使用车辆之外其他具有动力的搬运器，完成车辆的停放，存贮的整套设备， 2 称为机械停车库。以立体形式停放，存储车辆的机械设备叫机械式立体停车库。 它包含了当前机械，光学，电子，液压，磁控技术领域的成熟先进技术，是一 种技术密集型的光机电一体化设备。 在中华人民共和国机械行业标准 JB/T 8713-1998 ：机械式停车设备类 别、形式、基本参数要目中，对机械式停车设备进行了划分，其类别代号如下： 升降横移类，代号为 SH，是指通过设备的垂直升降和水平横移进行移动， 实现车辆存取功能的停车设备。 垂直循环类，代号为 CX，是指通过搬运器在垂直平面内做连续的循环移 动，来实现车辆存取功能的停车设备。 水平循环类，代号为 SX，是指搬运器在水平平面内排列成 2 列或 2 列以 上连续循环列尖转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。 多层循环类，代号为 DX，是指车辆搬运器在垂直平面内排成 2 层或 2 层 以上做连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取的停 车设备。 平面移动类，代号为 PY，是指存车位与搬运器在同一水平面内，通过搬 运器在水平面内做往复移动，实现车辆存取功能的停车设备。 巷道堆垛类，代号为 XD，是指存车位在巷道一边或两边多层布置，通过 搬运器在巷道内做水平，垂直或水平垂直复合运动，实现车辆的存取功能的停 车设备。 垂直升降类，代号为 CS，是指停车位分布在井道周围，通过升降搬运器 在专用升降通道内做升降移动，时间车辆存取功能的停车设备。 简易升降类，代号为JS，是指通过单一搬运器的升降，俯仰或二三层搬运 器的整体升降，俯仰，实现车辆二三层车辆存取功能的停车设备。 汽车升降机类代号为QS;是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升 降运行进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆 3 存取功能的停车设备。 从上面对机械式停车设备的分类和定义可以看出，与以往的普通车库相比， 机械式停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆，大大的提高了土地 面积利用率，同时具有存车时间短，可使用性强等优点，所以是解决城市停车 面积不足，停车困难的有效措施。 1.2.11.2.1 几种机械停车设备的特点及比较几种机械停车设备的特点及比较 (一) 升降横移式 升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、 五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及 地下停车场，配置灵活，造价较低。 1. 产品特点： 1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。 2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。 3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。 4) 存取车迅速，等候时间短。 5) 运行平稳，工作噪声低。 6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。 （二）巷道堆垛式 巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛 机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道 堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。这种车库自动化水平很高， 且全封闭式建造，存车安全性高。 （三）垂直提升式 垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位， 4 一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度 较高（几十米） ，对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较 高，但占地却最小。 （四）垂直循环式 产品特点： 1) 占地少，两个泊位面积可停 610 辆车。 2) 外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。 3) 价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4) 可采用自动控制，运行安全可靠。 基于上述比较，根据需要现选择巷道堆垛式立体机械停车设备进行设计。 1.31.3 自动化立体车库的控制系统自动化立体车库的控制系统 立体车库自动化控制系统主要包含个子系统：自动收费管理、自动存取 车、远程诊断、自动道闸和监控安保。 1.3.11.3.1 自动收费管理系统自动收费管理系统 自动收费采用非接触式卡,分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发 行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户发行储值 卡，用户交纳的费用存在卡内，每次停车读卡，费用自动从卡中扣除。 1.3.21.3.2 自动存取车系统自动存取车系统 自动存取车系统一般由小型可编程控制器控制，包括卡号识别与 移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据 传送到控制系统，系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动 5 到人车交接的位置。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放 在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。 移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超 长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载 车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行运作， 若检测到急停信号，将停止一切运作，直至急停信号消失。除此之外，还可从 控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵 时主体设备及车辆的安全。 1.3.31.3.3 远程诊断系统远程诊断系统 现场控制器可以通过网卡、等网络设备与控制中心的局域网相连接， 实现远程管理，监测现场运行情况。当现场出现故障时，在控制中心即可解决， 方便管理人员、安保人员异地办公。 1.3.41.3.4 自动道闸自动道闸 在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸，用户在车库出入 口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效。若有效，则道闸自动开启，通过感 应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。 1.3.51.3.5 监控安保系统监控安保系统 在停车楼各处安放的监视器通过网络传输到中央控制室，安保人员通过屏 幕监视控制车库现场的运行状况。具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种 类型的报警系统联动等功能，可实现无人看守。 6 1.41.4 国内外研究现状国内外研究现状 机械立体停车库是解决大都市内停车难问题的有效方法。土地资源紧张是 大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车库在 亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，立体停车库市场大多在亚洲的日本、 韩国、中国等地。 亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车 设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十多年的历史。目前在日本从事 机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200多家，其中生产机械式停车 设备的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重 工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在10万以上。目前全日 本己经投入使用的机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为 主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环 类、简易升降类等产品上。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从 20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土 化，90年代开始进入使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机 械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩 国停车设备行业进入稳步发展阶段。 在欧洲，德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较 好的公司有:意大利Sotefin, Interpark,德国Palis等。由于欧洲国家土地资 源比较富余，停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道 堆垛式产品，多层升降横移式产品应用也很好。德国和意大利等欧洲国家的优 势主要在巷道堆垛类产品上。我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停 车设备。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤 其是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，已经形成了新兴的停车设备 行业，步入引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段，现在从事停车设 7 备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。 目前，立体停车设备的研究工作在国内也得到逐步的重视，国内许多研究 院所和高等院校都投入技术力量，对立体停车设备的各个方面.例如结构设计、 控制系统、存取策略、可靠性分析、以及生产工艺等方面进行研究，取得了一 系列的成果。与此同时 ，国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和 各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，加强规划引导、 技术开发和标准化工作。同时，从中央到地方，都颁布了一系列的法规条文， 对停车行业的发展进行规划管理。从2004年起，国家质量监督检验检疫总局对 停车设备生产企业进行许可证评审工作，规定在2005年3月31日前未取得生产 许可证的企业，不得从事停车设备的生产工作。 我国城市停车行业从80年代末起，经过十几年的发展，现在形成了一定的 规模，但是还处于初始发展阶段，车库建设尚在起步阶段，在一些大城市中机 械化车库仍然是空白。停车行业的发展仍存在着一些问题:第一，停车设备企 业己经形成了一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右， 其它的则是中小企业居多，技术力量薄弱，缺乏自主开发能力，靠引进国外技 术图纸。第二，产品的种类增多了，但是质量、可靠性、安全性、耐久性均存 在着较大的问题，产品的技术水平和质量难以保证。第三，停车行业的市场开 始发育，但是竞争太残酷，目前总体能力过剩，价格偏低，有的产品已经降到 行业平均成本价以下。 1.51.5 研究的主要内容研究的主要内容 本文在查阅国内外大量资料的基础上设计了一套有效而实用的智能全自动 立体停车库系统。从理论上对立体停车库的结构以及控制系统进行了研究，并 完成了对立体车库的整体结构、存取车的形式及整体控制系统的设计，具体内 容如下: 8 (1)立体车库总体结构的设计 分析了目前国内外同类立体车库结构的优劣，在对可靠性、经济性以及 技术可行性分析比较的基础上设计了一套性能相对优良的立体车库系统。 (2)巷道堆垛式立体停车设备的存取机构设计 在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、 载车板和存取机构。 (3)立体车库运输系统的设计 通过比较与分析，设计了一套运输系统，并对运输能力进行了计算与校核， 本系统完全满足设计车库的功能要求。为了提高运行速度和平层精度，运输系 统采用变频变压调速电机，变频变压调速技术和矢量变换控制技术。 (4)立体车库总体钢结构骨架的研究与设计 通过类比,设计了立体车库的钢结构骨架，运用有限元方法对钢结构骨架 进行了各种工况的受力分析和变形分析，找出了钢结构骨架的最大应力作用单 元和最大变形单元。验证设计钢结构满足刚度和强度要求。在此基础上，建立 钢结构骨架优化设计模型，对钢结构骨架进行优化设计，进一步降低材料的消 耗车库整体重量，提高车库的经济性。 1.61.6 课题的主要技术指标课题的主要技术指标 电梯升降速度:60m/min(矢量控制) 最大容车规格:5.05m (L) X1.75m (W) X 1.60m (H) 载车板横移速度:15m/min 最大容车重量:2200kg 车库标准层高：1.8m 平层精度要求：5mm 消防设备：CO2和水 9 第第 2 2 章章 立体车库总体结构的研究及设计立体车库总体结构的研究及设计 2.12.1 机械立体车库的总体方案确定机械立体车库的总体方案确定 方案方案 1 1：一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计运输机的 形式计算校核运输机的力学性能。 二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机横移。选择链 轮和链，确定尺寸。选取发动机、减速器。对上述部件进行力学校核。 三、使用载车板输送，采用双车板交换法，减少了送回车板的动作， 从而减少了取车时间。 四、载荷均匀分布，机械效率高。 五、确定制动方案。选择电磁接触阀。 六、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。 七、考虑安全防护设计。 八、考虑环保设计。 九、经济性考虑。 方案方案 2 2： 一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计运输机的 形式计算校核运输机的力学性能。 二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机 移。选择链 轮和链，确定其尺寸规格。选取发动机、减速器。然后对其校核。 三、采用履带输送，依靠减速电机驱动传动履带实现存取车，其所需 功率一般在 24kw，输送速度在 1530m/min。 四、载荷均匀分布，机械效率高。 五、确定制动方案。选择电磁接触阀。 10 六、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。 七、考虑安全防护设计。 八、考虑环保设计。 九、经济性考虑。 综合以上两种设计方案，第二种方案比较适合本设计。整个机构的传动机 构采用链传动，在上面放置两条循环链，两条链通过一条通轴连接，而通轴上 的链轮由与减速器相连链带动，实现转动，从而带动两条循环链同步转动，这 样就保证了传动的平稳性。而第一种方案中，如果用钢丝绳传动也可实现机构 的传动，但是如果要实现第一种方案一样的功能，传动过程显得就要麻烦一些。 因为要是实现同步转动，必须选择链与钢丝绳同时使用才能达到同步传动的效 果。 图 1-1 提升机构简图 本设计的传动特点是： 自动化程度高，快速处理，连续出入库，停车效率高。 实现了由百台到上千台规模的大容量停车。 组合式框架设计，保证了产品一致性， 安装拆卸非常方便。 设有多重安全防护措施，确保人车安全。 操作简便，既可集中管理，又可由客户自己操作。 11 电机及所用电器元件采用进口名牌产品。 不排出汽车废气，清洁环保。 2.22.2 传动机构的主要参数传动机构的主要参数 技 术 性 能 参 数 名称：巷道堆垛式自动化立体车库 型号：PXDDK 组车台数：视现场情况而定 使用车尺寸：500018501550 驱动：5.5kw 电动机 速度：6m/min 车重：1700kg 控制方式：伺服定位控制 管理方式：专人管理方式 操作方式：触摸屏操作 (说明：可根据实际需要提供九层及以下设备。) 2.32.3 升降驱动系统升降驱动系统 在巷道堆垛式立体车库的组成部分之中，升降驱动机构是非常重要的一个 部分，它的设置形式非常重要，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全 性和可靠性。 目前巷道堆垛式立体车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种， 强制驱动形式又有钢丝绳式(卷扬式)和链轮链条两种形式。 在选定提升方式时，需要以安全可靠为第一原则，同时结合用户需求、经 济性等考虑因素。 钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛的运用，是使用上较为成熟的 技术。它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向设置。起吊钢丝绳失效状 12 况可以用肉眼观察得到，预防性好。但是它的结构尺寸较大，占用空间大，对 提升高度有一定的限制。而且钢丝绳使用伸长量大，平层时会引起升降搬运器 上浮或者下沉现象。由于它自身结构的限制，钢丝绳式(卷扬式)在巷道堆垛式 立体车库中没有得到更广泛的应用。 链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立体车库 垂直升降或平面移动式)上都有应用。用于巷道堆垛式立体车库时，在车库 的层数不多，提升速度要求不高时可以选用。 曳引式是一种被广泛应用于电梯上的提升方式。与卷扬式相比，它不仅具 有卷筒驱动的一些优点，而且还克服了卷筒驱动机构的不利因素，例如，与卷 筒相比，它的尺寸大大减小，同时提升高度要比卷筒高很多，可用于高层的车 库，因而被广泛的选用。 为了提高车库的运行效率，立体车库要求升降系统有较高的提升速度， 并具有良好的可靠性。在参照和比较现有成熟的电梯技术的基础上，决定选定 曳引式升降驱动方式。动力源选用高效节能的圆柱齿轮减速曳引机。曳引电机 选用矢量控制方式变频器，可根据载荷大小和运行方向改变升降速度，有效利 用电机的输出功率，其调速性能和运行的平稳性均能满足停车库的要求，平层 精度 5 mm. 2.42.4 车辆存取方式车辆存取方式 利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位或将车辆从泊车位取回至提 升机构是利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位或将车辆从泊车位取回 至提升机构是巷道堆垛式立体车库最重要的功能之一，也是它与普通汽车电梯 的根本区别所在。巷道堆垛式立体车库的存取车方式主要有以下几种: (1)滑叉载车式:在提升机构上安装一套多级滑叉机构(多为3级滑叉)，存 车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至停车位上方，再轻轻放下，然后收回滑又;取 车时，先将滑叉滑出至载车板下方，再略微抬起，当载车板与停车位托架分离 13 后，将滑叉和载车板收回至提升机构。 滑叉式的主要缺点是滑叉有一半空行程，影响运行效率;动作中有较大偏 载(尤其是将车位上的载车板抬高时)，会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构 运行的平稳性，增大了运行噪声。 (2)链传动载车式:其基本原理是以链传动的形式，通过一次微横移和一次 横向横移来实现载车板的存取。存车时，第一次微横移的作用是推动横移机构 连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙;第二级的作用 是通过每隔一定链节设置的加强链轴(两排链轴联结并加强)或拔叉(或在加强 的链轴上再加装拨叉)随链条转动直线拨动载车板下部的挡板，使载车板平稳 地转移到停车位的托梁上，为了减少摩擦力，一般还安装尼龙滚轮，在载车板 底部与托梁接触的部位安装尼龙条。 链传动横移装置克服了多级滑叉式横移装置的缺点。但它对提升机构的平 层精确度要求较高。目前一般采用变频变压调速方式及高精度传感器来满足平 层精确度的要求。 (3) 摆杆式:摆杆式横移装置是在升降轿厢底中部设置一个可正反向360。 旋转的摆杆。在托盘下部靠近井道一侧的适当位置安装挡块，通过摆杆从不同 方向拨动挡块以实现托盘的横向移动。该方式在欧洲，尤其是德国使用较为常 见。日本也有类似的改进型产品。 在巷道堆垛式立体车库的这几种存取方式之中，链传动式结构紧凑，占用 空间位置小，在保证了提升机构的平层精度蕊二巧。的情况下，是较理想的选 择，因此选用链传动式作为车库的车辆存取方式。 车库的链传动横移装置安装在提升轿厢上，设计成上下两层，上层为存取 载车板用的横移机构，包括横向推拉载车板电机和两组横移链条，其作用是存 取载车板。下层是微横移机构，包括两条微横移链条和微横移电机，其作用是 使放置在它上面的横移机构往左或者往右越过轿厢和停车位之间的间隙。它同 时起到减少摩擦力和定位导向的作用。 14 车库工作时，提升机构首先将轿厢提升到指定层，然后微横移机构动作， 拖动上层横移机构和载车板稍微移动一段距离，靠近停车位，如果是存入车辆， 则上层横移电机动作，带动循环链条，通过链条上的销拉动载车板及在上面的 汽车进入停车位，到位后销与载车板的啮合自动脱离。在取车时则相反，微横 移机构的动作使循环链啮合载车板，然后横移机构拉动载车板到提升吊笼上。 存取车动作结束后，微横移机构动作，回到轿厢上。 2.52.5 巷道堆垛式立体停车系统的控制系统巷道堆垛式立体停车系统的控制系统 15 图 2-1 存车流程图 图 2-2 取车流程图 巷道堆垛式立体车库的控制系统有两层;管理层和测控层。管理层负责日 常的一些例如计时收费、打印单据等管理工作，同时还和测控层实现通讯管理。 它以台式电脑为核心，配备有打印机、通讯模块等外部设备。 测控层则负责车库存取车控制、位置检测、安全检测等底层操作，因而需 要高度的工作可靠性和快速响应性。所以测控层选用PLC(可编程控制器)作为 控制系统的主控机。PLC有以下优点:1、可靠性高，它采取了光电隔离、滤波、 稳压保护、故障诊断等多种手段，在工业现场中平均无故障时间达5万10万左 右。2、响应快。3、小型，并采用模块化的结构、因而安装容易。另外，除了 通用的模块外，还选用了高速计数模块、多点1/0模块、通讯模块等。 PLC工作时，首先开机自检，确认无故障报警后，判断当前是手动模式还 是自动模式。手动模式是用于设备调试或者故障处理情况。自动模式则由PLC 中的程序控制车辆的存取。 16 第第 3 3 章章 机械系统传动设计机械系统传动设计 3.13.1 传动链和链轮的选择传动链和链轮的选择 起重链有环行焊接链和片式关节链。焊接链与钢丝绳相比，优点是挠性大， 链轮片齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大， 突然破断的可能性大，磨损也较快。 另外，不能用于高速，通常速度小于 0.1 米/秒（用于星轮） ，速度小于 1 米/秒，用于光轮卷筒。片式关节链的优点：挠性较焊接链更好，可靠性高， 运动较平稳。缺点：有方向性，横向无挠性，比钢丝绳重，与焊接链差不多， 成本高，对灰尘和锈蚀胶敏感。 起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的起重机械。为了携带 和拆卸方便，链条的端部链节用可拆卸链环。 片式关节链是由薄刚片以销轴铰接而成的一种链条。焊接链与片式关节 链选择计算方法相同。 根据最大工作载荷及安全系数计算链条的破坏载荷 , PP FF以来选择链条， max , P FFs 破坏载荷（N） 链条最大工作载荷（N） P F max F 安全系数（按手册 28.175 选取）S 选择片式关节链中的传动用短节距精密磙子链 17 结构和特点： 由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配合； 销轴和套筒为动配合；磙子空套在套筒上，可以自由转动，以减少啮合时的摩 擦和和磨损，并可以缓和冲击。 选择单排短节距磙子链。 3.23.2 链的设计计算链的设计计算 1.1.链轮齿数链轮齿数 小链轮齿数取=25，传动比 i=2.5 1 Z 大链轮齿数 =i=2.525=62.5 取 62 2 Z 1 Z 2.2.实际传动比实际传动比 i=2.48 2 1 Z Z 62 25 3.3.链轮转速链轮转速 初选小链轮线速度=0.1m/s， 1 V 估选小链轮直径 d=160mm， 则大链轮直径 D=id=2.48160=396mm 由大链轮和小链轮在同一轴上，故大链轮上的线速度 =0.12.48=0.248m/s，则与电机相连的小链轮的线速度 2 V 1 V D d =0.248m/s 3 V 2 V 18 则其转速为=30m/s 1 n 2 1 2 V R 0.248 260 则大链轮转速为=12r/min 2 n 1 n i 30 2.48 4.4.修正功率修正功率 c p 小链轮传递功率为 P=2.4kW 故=2.41.41=3.36kW c p 式中参数： 查机械设计手册表 14.2-4，工况系数=1.4， 1 f 主动链轮齿数系数=1 2 f 5.5.链条节距链条节距 P P 由修正功率=3.36kW 和小链轮转速=30r/min，根据机械设计手册 2， c p 1 n 查取链节距 P=12A，即 P=19.05mm 6.6.初选中心距初选中心距 0p a 因结构上未限定，取=35 0p a 7.7.链长节数链长节数 0 X =2+ 0 X 0p a 12 2 zz 3 op f a =235+ 2562 2 34.68 35 =114.49 取=114 节，式中=34.68 0 X 3 f 2 6225 () 2 19 8.8.链条长度链条长度 L L L=2.17m 0 1000 X p114 19.05 1000 9.9.理论中心距理论中心距 A A A=P 021 (2) a XZZ K =19.05（2114-62-25）0.24645 =662mm 式中，=0.24645，由机械设计手册 2 插值法求得 a K 10.10.实际中心距实际中心距 =-=663-0.004662=659mm a aaA 11.11.与电动机相连的链轮上链的转速与电动机相连的链轮上链的转速 =v 1 1 60 1000 z n p = 25 30 19.05 60 1000 =0.238m/s 12.12.有效圆周力有效圆周力 F F F=10000N 1000p v 1000 2.4 0.238 13.13.作用于轴上的拉力作用于轴上的拉力 Q F =1.21100001.20 QA FK F =12000N 14.14.润滑方式的确定润滑方式的确定 根据链号 12A 和链条速度 V=2.1m/s，由图 14.2-5，选用润滑范围 3 即油 池润滑或油盘飞测润滑， 15.15.链条标记链条标记 根据计算结果，采用单排 12A 滚子链，节距为 19.05mm，节数为 114 节， 其标记为：2A-1114.GB/T1243-1997 20 链条参数为： 节距： 19.05pmm 滚子直径： 1 11.91dmm 内链节内宽： 1 12.57bmm 销轴直径： 2 5.96dmm 套筒孔径： 3 5.93dmm 链条通道高度： 1 18.34hmm 内链板高度： 2 18.08hmm 外中链板高度： 3 15.62hmm 过渡链节尺寸： 1 7.9lmm 2 9.14lmm0.1cmm 排距：22.78 t pmm 内链节内宽： 2 17.75bmm 外链节内宽： 3 17.81bmm 销轴全宽： 4 26.9bmm 21 3.33.3 链轮的设计计算链轮的设计计算 3.3.13.3.1 设计链论尺寸设计链论尺寸 1.1. 链轮齿数链轮齿数 传动机构中大链轮齿数=62， 2 z 其他所用链轮尺寸与小链轮标准相同，=25； 1 z 2.2. 配用链条的节距、滚子外径、排距配用链条的节距、滚子外径、排距 查机械设计手册 2 表 14.2-2 配用链条的节距 P=19.05mm 滚子外径=11.91mm r d 排距=22.78mm t p 3.3. 分度圆直径分度圆直径 d d =152mm 1 d 0 1 180 sin z p 180 25 19.05 sin =376mm 2 d 0 2 180 sin z p 0 180 62 19.05 sin 4.4. 齿顶圆直径齿顶圆直径 a d = maxa D1.25 r Dpd 152 1.25 19.05 11.91 164mm 22 mina D 1 1.6 (1) r Dpd z 1.6 152(1) 19.05 11.91 25 158mm maxa d1.25 r dpd 376 1.25 19.05 11.91388mm mina d 2 1.6 (1) r dd z 1.6 376(1) 19.05 11.91 62 378mm 可在和之间选取，但当选时，应注意用展成法加工时 a d maxa d mina d maxa d 又可能发生顶切，故由 =164mm =158mm 取=160mm maxa D mina D a D =388mm =378mm, 取=380mm maxa d mina d a d 若为三圆弧一直线齿形，则=p(0.54+) a d 0 180 cot z 5.5. 齿根圆直径齿根圆直径 f d 1f d152 11.91140.09 r Ddmm 2f d372 11.91360.09 r ddmm 6.6. 分度圆弦齿高分度圆弦齿高 a h 23 1maxa h 1 0.8 (0.625)0.5 r pd z 0.8 (0.625) 19.050.5 11.91 25 6.560856.56mmm 1mina h0.5()0.5(19.05 11.91)3.57 r pdmm 2max h 2 0.8 (0.625)0.5 r pd z 0.8 (0.625) 19.050.5 11.91 62 6.2mm 2min h0.5()0.5(19.05 11.91)3.57 r pdmm 是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸，相应于， a h maxa h maxa d 相应于，故取介于与之间的数，即可取=4mm, mina h mina d a h maxa h mina h 1a h =5mm 2a h 7.7. 最大齿根距离最大齿根距离 x L 奇数齿=d x L 0 90 cos zr d 偶数齿=d x L f d r d 由=25 故= 1 z 1x L 0 1 90 1cosrz dd = 0 90 152 cos11.91140 25 mm 24 =62 故= = 2 z 2X L f d 2r dd =372-11.91=360.09mm360mm 8.8. 齿侧凸缘（或排间槽直径）齿侧凸缘（或排间槽直径） g d h内链板高，可由机械设计手册 2 表 14.2-2 0 180 cot1.040.76 gz dph 查的，h=18.08mm 故 0 1 180 1 cot1.040.76 gz dph =19.05 0 180 cot1.04 18.080.76131 25 mm 0 2 180 2 cot1.040.76 gz dph = 0 180 19.05 cot1.04 18.080.76356 62 mm 9.9. 轴向齿廓及尺寸轴向齿廓及尺寸 (1)齿宽 1f b 则 12.7p 1f b 1 0.95b 查表 14.2-2 得则 1 22.57b =，当时，若经制造厂同意，亦可 1f b 1 0.95b0.95 12.5712mm12.7p 使用时的齿宽。内链节内宽12.7p 1 b (2)齿侧倒角 a b = a b0.0619.051.143pmm 25 (3)齿侧半径 x r x r19.05pmm (4)齿全宽 fm b 排数，取单排链，故 fm b 1 (1) tf mpbm1m 即 fm b 1 12 f bmm 10.10. 链轮公差链轮公差 对一般用途的滚子链链轮，其轮齿经机械加工后，齿表面粗糙度。 滚子链链轮齿根圆直径极限偏差及量柱测量距极限偏差 （摘自 GB/T1243-1997） 尺寸段上偏差下偏差备注 齿根圆极限偏 差 量柱测量距极 限偏差 127 f d 127250 f d 250 f d 0 0 0 -0.25 -0.30 11 h 链轮齿 根圆直 径下偏 差为负 值。它 可以用 量柱法 间接测 量，量 柱测量 距的工 称尺寸 见下表 26 滚子链链轮的量柱测量距（摘自 GB/T1243-1997） 项 目 符号 偶数齿量柱测量距 奇数齿 R M 计算公式 =376+11.91=388 minRR Mddmm 0 90 min cos RRz Mdd 0 90 152cos11.91164 25 mm 注：量柱直径=滚子直径，量柱的技术要求为：极限偏差为。 R d 1 d 0.01 0 滚子链链轮齿根圆径向圆跳动和端面圆跳动 项 目 要 求 链轮孔和齿根圆直 径之间的径向圆 跳动 不应超过下列两数值中的较大值 或，最大到(0.00080.08) f dmm0.15mm 0.76mm 轴孔到链轮齿侧平直部 分的端面圆跳动 不应超过下列计算值，(0.00090.08) f dmm 最大值1.14mm 11.11. 链轮材料及热处理链轮材料及热处理 材料选用 45 钢，经淬火，回火处理，齿面硬度在 4050HRC 之间，应用 范围：无剧烈冲击震动和要求而耐磨损的主、从动链轮，根据实际情况选材符 合要求。 12.12. 链轮结构链轮结构 中等尺寸的链轮除表所列的整体式结构外，也可做成板式齿圈的焊接结构 或装配结构，轮辐剖面可用椭圆形或十字形，可参考铸造齿轮结构。 27 图 3-1 链轮 图 3-2 滚动链 28 3.3.23.3.2 确定链论结构确定链论结构 1.1.轮毂厚度轮毂厚度 h h h=，式中， 6 0.1 f d kd 1 60 k dmm 2 80 k dmm 常数：k d150 k3.24.8 6.4 9.5 2.2.轮毂长度轮毂长度l ，故3.3lh min 2.6lh3lh取 11 60 33(9.50.01 152)63 6 lhmm 2 80 3(9.50.01 376)80 6 lmm 3.3.轮毂直径轮毂直径 b d ，见表 14.2-112 hk ddh maxhg dd g d 1 602 21102 h d mm 2 802 27134 h dmm 3.43.4 滚子链的静强度计算滚子链的静强度计算 在低速重载的链传动中，链条的静强度占有重要地位，通常 v 1.337/0.921.45kw 选电机功率1.5kwPP 3.7.23.7.2 微横移机构电机微横移机构电机 横移机构的行程0.2m ，微动时间设定为2s,则速度 2 L 2 t /0.lm/s。 2 V 2 L 2 t 所移动的质量2500kg，则所消耗的功率为 2 M *2500*9.8*0.2*0.10.49kw 2 P 2 F 2 V 2 M 2 g 2 2 V 链传动的功率0.920.96 ，取最小值计算，n 所需电机功率0.49/0.920.53P 选电机功率0.75 kw 2 P 3.7.33.7.3 选用减速机选用减速机 横移机构选用上海迈特传动设备有限公司的行星齿轮减速机(N系列)，结 构形式为普通双轴伸式双轴联接型，安装形式为卧式安装。行星齿轮减速机采 用了行星齿轮形式，除具有常规特性外，还使结构更加合理化，它不仅比单级 行星齿轮传动具有更高的传动效率和承载能力，还在结构布局上缩小了空间位 置，同时在相近体积条件下，能获得更大传动比，更有利于设备的配置。 微横移机构则选用上海迈特传动设备有限公司的斜齿轮硬齿面减速机(D系 列)，结构形式为普通轴伸式，安装形式为卧式安装(W4)，它具有结构紧凑、 体积小、工作平稳、输出转速选择范围宽，通用性强的特点 36 3.7.43.7.4 存取机构中联轴器的选择存取机构中联轴器的选择 在存取机构中，链轮与其驱动轴、驱动轴与减速机之间都需要用联轴器连 接。在存取机构的场合中，链轮与轴、轴与减速机之间难以保证精确对中，要 选用有补偿功能的联轴器，同时又要结合成本方面考虑。 滚子链联轴器是利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮 啮合来实现两半链轴器的联接，为了改善润滑并防止污染，一般都将联轴器密 封在罩壳内。它具有结构简单，采用标准件，工艺性好，制造容易，对安装精 度要求不高，装拆方便、具有一定补偿能力，对环境适用范围广等结构特性， 可用于连续运转的一般水平传动轴系。本设计中选用武汉正通公司的滚子链联 轴器。 3.83.8 轴承的选择轴承的选择 本产品的设计过程中，用到的轴承以轴向力为主，即主要承受轴向载荷， 故根据轴轴承的特点，可选用深沟球轴承，其主要特点如下： 主要承受径向载荷，也可用来承受径向和轴向联合负载，在转速很高，不 宜采用推力轴承时，可用来承受纯轴向负载。允许内圈轴线相对于外圈轴线 6 16 , 3.93.9 轴的选择轴的选择 3.9.13.9.1 选择材料选择材料 轴的常用材料是 35，45，50 碳素钢。最常用的是 45 钢。不重要的或受力 37 较小的轴，也可用 Q235 制造；对于受力较大，要求限制轴的尺寸和质量，或 需提高轴径的耐模性，或处于高温、低温以及处于腐蚀等条件下工作的轴，应 采用合金钢。 根据需要，轴可在加工前或加工后进行整体或表面热处理，以及表面强 化处理， （如喷丸，滚压等） ，以提高强度，尤其是疲劳强度和耐磨性。 在一般温度下（低于）碳素钢和合金钢的弹性模量相差很小，故用 0 200 C 合金钢并不能提高轴的刚度。有时改用强度较低的碳素钢使轴径增大，反而能 有效地轴的刚度。 球墨铸铁和一些高强度铸铁，容易铸成复杂的形状，而且吸振性能好， 对应力集中敏感性低，常用于制造外型复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。 综合以上因素选择材料最广泛的 45 钢，热处理为调质，硬度 HBS 在 217255 之间，抗拉强度 ，屈服点，弯曲疲劳极限，扭转疲劳650 b MPa360 s MPa 1 270MPa 极限。 1 155MPa 3.9.23.9.2 初步估算轴径初步估算轴径 初步估算轴径常用类比法，经验法及按许用切应力估算法，初步估算轴径 作为轴结构设计的基础。根据机械设计手册表 15-2 公式初步估算轴径，材料 为 45 钢，有表简明机械零件设计手册， 3 3 3.6 11073.6 30 2.48 P dAmm n 3.9.33.9.3 轴的结构设计轴的结构设计 轴的机构和形状取决于下列因素：轴上零件的类型、布置和固定方式，载 荷的性质、大小、方向及分布情况。轴承的类型和尺寸，轴的毛坯、制造和装 38 配工艺要求等。轴的结构应便于轴上零件的定位、固定和装拆，尽量减小应力 集中，受力合理，有良好的工艺性。对于要求刚度大的轴，还应从结构上考虑 减小轴的变形。轴的结构设计入图所示，根据轴的受力选取 3 系列深沟球轴承， 为了便于轴承的装配，选取装轴承处的直径为 d=60mm,其他部分如图所示。 图 3-4 二轴 3.9.43.9.4 轴上的受力分析轴上的受力分析 链轮的圆周力：由前面计算知，链轮的有效圆周力为，10 t FkN 链轮的径向力： 3 tan0.364 10 103692 cos0.986 n rt FFNN 链轮的轴向力：由于链轮无轴向力，故。0 x F 1. 求支反力 由，且受力的对称性知0 A M 1 5000 2 AzBzt RRFN 在垂直面内的支反力， 39 1 1846 2 AyByr RRFN 2. 作弯矩图和转矩图 链轮的作用力在水平面内的弯矩 5000 1.1755875 Cz MN m 链轮作用在垂直面内的弯矩 1846 1.1752169 Cy MN m 该弯矩图的作用平面不定，但当其与合成弯矩图共面时是最危险截面。这 时其弯矩为二者之和，则截面的最大合成弯矩为C 2222 587521696263 CCzCy MMMNm 3.9.53.9.5 轴的强度校核轴的强度校核 1. 确定最危险截面 根据轴的结构尺寸及弯矩图，转矩图，截面处较大，且有轴承配合引起的 应力集中，截面 E 处弯矩较大，直径较小，又有圆角引起的应力集中截面 D 处 弯矩最大，且有齿轮配合与键槽引起的应力集中，故属危险截面，现对 D 截面 进行强度校核。 2. 安全系数校核计算 由于减速机轴的转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循 环的切应力。 弯曲应力幅为 6 6263 10 24.3 D a M Pa W 6 258 10258PaMPa 式中 W抗弯截面系数，由表 19.3-7 查的 363 24.324.3 10Wcmm 由于是对称循环应力，故平均应力，根据式0 m 19.32 40 1 m S K 6 270 10 2.62 30.60 0.92 0.81 2.5 式中钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由表查得 1 4519.1 1 ； 1 270MPa 正应力有效应力集中系数，由表按键槽查得，按K19.361.5K 配合查得，故取；2.62K2.62K 表面质量系数，轴经车削加工，按表查得；19.3 80.92 尺寸系数，由表查得。19.3 110.81 切应力幅为 6 1 620 10 22 30.1 m p T Pa W 6 10.3 10 Pa 式中抗扭截面系数，由表查得 p W19.3 15 36 30.130.1 10 P Wcmm 根据式（19.3-3） 1 m S K 6 66 155 10 1.89 10.3 100.21 10.3 10 0.92 0.81 5.48 式中钢扭转疲劳极限，由表 19.1-1 查得； 1 45 1 155MPa 41 切应力有效应力集中系数，由表按键槽，按配K19.361.62K 合，故取；1.89K1.89K 同正应力情况；, 平均应力折算系数，由表查得； 19.3 130.21 轴 D 截面的安全系数由式确定(19.3 1) 2222 2.5 5.48 2.27 2.55.48 S