毕业设计（论文）-伸缩式露台雨棚设计.docx

伸缩式露台雨棚设计伸缩式露台雨棚设计全套图纸加扣3012250582 摘要露台，其实就是一种特殊的阳台。是指在建筑的顶部或者根据建筑的设计要 求在建筑的各个地方设计出来的露天开放式平台。一般的露台具备比较大的面积。 对于露台这种特殊的阳台，一般装饰得比较清新，给人的感觉非常舒服，通常用 来做休闲休息之用。既然露台是没有屋顶的，在雨雪天气里就有可能积而影响我 们的生活乐趣。那么我们可不可以设计一种雨棚，让它在晴天里伸缩起来，不影 响我们在露台沐浴阳光，惬意享受生活；在雨雪天气里展开，为我们挡风遮雨呢？ 因此，在露台上设计一个可伸缩的活动雨棚对我们的优质生活有着重要的意义。 既然露台是敞开的阳台，所以在晴朗的天气则需要伸缩折叠，不占用空间。当遇 到雨雪天气的时候，又可以伸展开来保持地面的干净清洁。所以雨棚的结构设计 不仅要可以实现可伸缩，还需要在展开时的面积恰好或者稍微超出露台面积，这 就要求在收缩起来的时候实现不占用空间，而在伸展开来的时候不仅实现最大面 积的保护露台，而且在雨雪天气里各个伸缩部分的连接部位结实牢靠，保证足够 大的支撑力为露台挡风遮雨。 本文为满足上述要求，设计了斜拉式升降伸缩雨棚。“斜拉”式升降雨棚的 设计思路米源于斜拉式大型桥梁。升降雨棚工作时，驱动钢丝绳带动支撑杆转动， 支撑杆转动一定角度后，与大梁连接的钢丝绳，通过支撑杆的支撑，随着它的摆 动实现大梁的升起。升起后，安装在尾端横梁处的动力装置，通过链条、链轮的 运动而带动雨棚的收缩。整个工作过程，大梁升降系统的动力装置和雨棚收放系 统的动力装置均可实现两侧运动的同步性，并且在雨棚展开后，利用电机的制动 功能，实现机构自锁，节省能源消耗。 关键词: 雨棚，可上下升降，水平伸缩，斜拉式 伸缩式露台雨棚设计 THE DESIGN FOR TERRACE RETRACTABLE AWNINGABSTRACTTerrace, in fact, a special kind of balcony. Refers to the roofs of houses or platform is due to the need of architectural design was planned out on different floors large balcony, which generally has a relatively large area, but do not have a roof on it. For this particular terrace balcony decorated general relatively fresh, feels very comfortable, generally used for rest and leisure purposes. Since there is no roof terrace, where there is rain and snow can accumulate and affect our enjoyment of life. Can we devise a canopy, stretching it up on a sunny day, and did not affect us soak up the sun on the terrace, enjoy comfortable life; in the rain and snow weather expand our shelter from the storm it? Therefore, the design on the terrace with a retractable awning activity on our quality of life is significant. Since the terrace is open terrace, so the sunny weather you need to stretch folding, does not occupy space. When confronted with rain and snow, but also extend to maintain clean clean the ground. Therefore, the structural design of the canopy can be achieved not only scalable, but also expanded the area at the time or just slightly beyond the area of the balcony, which requires the implementation does not shrink when it takes up space, spread out in time not only to achieve the maximum protected area of the balcony, and in the rain and snow in the connecting portion of each telescoping portion strong solid ensure sufficient support force for the sheltered terrace.In this paper, in order to meet the above requirements, the design of the movable retractable awning. The design idea of suspended lifting roof is coming from largescale suspended bridgeWhen the lifting roof is on working，it will drive the steel wirerope to provide impetus for the radius rod to turnWhen the radius rod shifts certain angles，the steel rope fixed at the sides of crossbeam will help to make the crossbeamrise with the supporting and swinging about the strutting barAfter the roof rises，the motion devices set up at the beam of tail end will make the roof draw back by driving the chainDuring the while working process，the motion devices in girders lift system and roof retraction system will realize the synchronism along the sides and when the roof is opened up，it could make use of the braking function to achieve the self-locking of mechanism at the same time reducing energy consumptionKey words: Canopy, can move up and down, horizontal scaling, Oblique pulling type伸缩式露台雨棚设计目录1.绪论. 1 1.1 引言 . 1 1.2 露台的介绍 . 1 1.3 雨棚的发展现状及应用 . 2 1.4 各类雨棚的研究 . 3 1.5 研究目标及研究内容 . 5 2.伸缩式露台雨棚方案的确定. 6 2.1 方案一 电动门式升降雨棚 . 6 2.2 方案二 斜拉升降式 pc 板雨棚. 8 2.3 方案的确定. 9 2.4 本章小结. 9 3.伸缩式露台雨棚的结构设计. 10 3.1 引言 . 10 3.2 雨棚的设计概述及系统组成 . 10 3.3 雨棚的载荷计算 . 11 3.4 大梁的组成及工作原理 . 11 3.5 雨棚收放系统的组成及工作原理 . 12 3.6 斜拉式雨棚大梁升降系统的设计 . 13 3.7 雨棚伸缩系统的设计 . 16 3.8 本章小结 . 18 4.总结与展望. 20 4.1 总结 . 20 4.2 展望 . 20 致谢. 21 参考文献. 22 伸缩式露台雨棚设计1 绪论1.1引言 露台，指的是一种特殊的阳台。是指在建筑的顶部或者根据建筑的设计要 求在建筑的各个地方设计出来的露天开放式平台。一般的露台具备比较大的 面积。通过这个说法可以获得一个结论，既是露台其实可以算作一种面积稍 大，顶部无屋顶的特殊阳台。在这种大面积、无屋顶的平台可以将它用清新 的方式装修，再加一些创意，这样可以给我们一种特别享受的感觉。 既然露台是没有屋顶的，在雨雪天气里就有可能积而影响我们的生活乐趣。 那么我们可不可以设计一种雨棚，让它在晴天里伸缩起来，不影响我们在露 台沐浴阳光，惬意享受生活；在雨雪天气里展开，为我们挡风遮雨。 露台是敞开的阳台，所以在晴朗的天气则需要伸缩折叠，不占用空间。当遇 到雨雪天气的时候，又可以伸展开来保持地面的干净清洁。所以雨棚的结构 设计不仅要可以实现可伸缩，还需要在展开时的面积恰好或者稍微超出露台 占地面积，这就要求在收缩起来的时候实现不占用空间，而在伸展开来的时 候不仅实现最大面积的保护露台，而且在雨雪天气里各个伸缩部分的连接部 位结实牢靠，保证能够承受一定强度的载荷。 1.2露台的介绍 露台是一种特殊的阳台。部分露台是位于建筑顶部的活动平台，也有部分 是设计者在设计建筑时候处于一些结构上的考虑或者用来改善建筑空间而设 计的露天平台。露台一般来说面积较大、没屋顶、当然也可以说成是一种较 大的特殊阳台。 当然露台也分为以下几种类型： 1）按屋顶的的材料分类：玻璃顶露台、断桥铝顶露台、德高瓦顶露台、彩钢板顶露台。 2）按建筑墙面的材料分类：门窗的材料是风铝断桥铝的露台、门窗的材料是木铝的共同配合的露台、门窗的材料是塑料与钢结构混合运用的露台。 3）按所在的位置分类：在建筑屋顶露台、作为花园类型建筑的露台、修建在庭院周边的露台。 4）按露台的结构分类：钢结构露台、铝结构露台、钢铝混合结构露台、木结构露台、复合结构露台、可调光露台（由特殊可调光玻璃制造）。 5）按造型分类:创意屋顶露台、单一斜挂式露台、组合屋顶露台、可变造型屋顶露台。 作为当今比较有创意的建筑风格，露台在很多建筑上都以不同的形式展 现给我们。露台的存在让室内与室外的衔接更加自然美观。而且还可以 按周围的景观合适的装饰露台，使得露台更具有观赏性。露台可以很好 的提升都市人们的生活质量。当然还可以摆放很多家具，亦或是观赏性 植物。而且可以为住户提供晾干衣物、栽培花草的功能。当然作为一个9面积较大的阳台，露台依然可以成为人们聚会，开 party 的不二之选。 露台依然可以成为室内的过渡空间，把露台当成储存室，既可以节省室 内空间，而且还不算室外。取用方便。在商业中露台的作用也是可见一斑， 当餐厅加上露台，瞬间变得有格调了许多。可以更好的吸引客人。 1.3雨棚的发展现状及应用 雨棚有较多的骨架形式，比如不锈钢覆盖的骨架，氟碳覆盖的骨架，由铝 材料覆盖的骨架等等之类的。按面板材质可分为石材，玻璃，铝，不锈钢， 综合材料。 在 20 世纪中后期，一种以膜结构作为雨棚材料的新型雨棚被广泛使 用。它是由聚氯乙烯薄膜或聚四氟乙烯、钢柱和其它成分，在材料内通过一 定的方式结合，它的预张力较好，可以以多个形状覆盖建筑物。膜结构有许 多其他结构无法比拟的优点，并且可以与多种建筑机构配合，建立更多的形 式变化，让建筑的设计更具有想象力;在应用材料，降低传统建筑对钢铁， 水泥，水和石头等材料的使用，对环境的保护起到了显著作用。由于环保是 当今的主题，建筑功能组合的膜材料，许多城市的标志建筑都有使用。 膜结构有三种主要形式，分别膨胀膜结构，张拉膜结构，膜骨架结构体。膨 胀膜结构被固定到围绕膜的屋顶结构中，通过气压供应系统，以一定值提供 帘内压力，使用内部和外部的压力差的抵抗外力。气动膜结构和辅助材料的 使用支持了建筑无需额外的支撑梁，柱等机构，由于速度快，成本低的结构 的内部空间，被广泛用于大型建筑物。但在膜结构支撑的过程中，需要保持鼓风机 24 小时持续工作，这样会导致机器操作和维护成本高。张拉膜结构 是由以电缆的形式引入柱结构并到达结构稳定。电缆主要由电缆，柱子和膜 组成。这种结构不仅可以创新、创意、美观，而且还可以表达膜结构的功 用。屋顶骨架是钢的或集成的框架及其张紧膜结构，其下部为支撑结构，上 方的顶篷的组成的材料，稳定性高。由于其简单的屋顶形状的，不受限制的 面积开放，经济效率高等优良特点，其被广泛用于建筑物各种大和较小的空 间。 图 1-1 北京水立方 如图 1-1 便是膜结构的标志性建筑，北京水立方。位于北京奥林匹克公园内，是北京奥运会的标志性建筑。总面积约 70000 平方米。主要由膜结构 与钢结构组成，而且作为这个建筑的最大的特色，它使用了一种特殊膜，这 种膜结构具有很强的透光性，能够很好的吸收自然光，使得场馆内的光线充 足。而且这种膜在特定情况下还可以发出很多种颜色的光线，能够给我们带 来很大的观赏性。而且整个水立方里面的建筑为多层建筑，各个部分整齐排 列，错落有致。堪称钢结构与膜结构综合运用的典范。 图 1-2 韩国釜ft体育场 如图 1-2 也是膜结构运用的经典建筑，韩国釜ft体育场，是一座很有综合性的 膜结构建筑。其屋顶作为这个建筑最具有特色的结构，威严的向上延伸的曲线 形屋顶，象征着起伏的海浪，给观众完美展现了一个海滨城市的美。屋顶采用 了世界上最先进的斜拉索桁架钢结构，用透明白色膜材作为它的面层材料，这 样的设计使得白天的自然光线充足的照射进场内，使得场内的采光效果特别的 强，提供尽可能充足的亮度。 1.4 各类雨棚的研究 现在各类建筑所用到的雨棚大部分为钢结构雨棚。其中钢结构雨棚以雨棚 板的材质分类又可以分为如下三种： 1) 钢结构玻璃材料雨棚。该种雨棚顶部的材料选用钢化玻璃或者夹胶安全玻 璃，钢结构能够很好的做好支撑，承重作用。安全可靠不易坏。 2) 钢结构铝板材料雨棚。该种雨棚以钢结构作为它的主龙骨架，顶部雨棚板 采用铝板材料。因为铝合金不会生锈，不易变形，而且铝板材料的特殊性， 可以有效防止高空坠物对人生安全的威胁，具有较高的性价比。 3) 钢结构 pc 板材料雨棚。该种雨棚又可以分为耐力板雨棚和阳光板雨棚， 这种类型的雨棚具有较低的重量，质保年限长，被广泛用于各类民用住宅 的露台及其阳台的雨棚。（本文涉及的雨棚便是该种类的雨棚） 后文有这几种雨棚的配图。 图 1-3 钢结构玻璃雨棚 图 1-4 钢结构铝板雨篷 图 1-5 钢结构 pc 板雨棚 这些雨棚有一个共同的特点，即普遍以钢结构作为它们的承重横梁，由于钢 结构具有的刚度好，承重能力强等优良的特点，所以在钢结构的基础上配合 上不同材质的面板，能够满足不同建筑物对雨棚的各类要求。 1.5 研究目标及研究内容 本次设计是以有露台的建筑作为设计对象，给露台设计一个可伸缩的活动 式雨棚。 作为含露台的这种建筑，很多方面是为了满足人们娱乐消遣，休息观光的 场地。所以为了方便与美观，很有必要设计一个在晴天可以收缩折叠起来的 雨棚，这样可以让住户有更好的生活体验。但当遇到雨雪天气的时候，为了保持露台的干净整洁，这个雨棚可以伸展开来为住户遮挡雨雪。而且为了给 住户更好的生活体验，这款雨棚需要满足在折叠起来的时候作为其重要支撑 结构的横梁也能够不影响露台的美观性，也需要满足在好天气里面降低到露 台地表，为了不占用露台空间，还要将雨棚板设计成为可以伸缩的系统。 该雨棚结构主要由雨棚支撑横梁在竖直方向上来回升降、雨棚板在水平方 向上来回伸缩组件组成。本文将对这两种系统进行设计分析，分别对各系统 组成、主要零部件的设计校核以及安全性进行阐述说明。 伸缩式露台雨棚设计2 伸缩式露台雨棚方案的确定2.1方案一2.1.1 “电动门”式升降雨棚结构说明 该方案总体上是由横梁升降系统与雨棚单元板收缩系统组成。考虑到 横梁必须实现在上下自由度上的自由升降，在方案一中我采取用丝杠作为 竖直升降系统的支柱。利用“电动门”伸缩原理来设计雨棚在水平自由度 上的来回收缩伸展。 图 2-1 丝杠升降造型图 图 2-2 电动门造型图 由于丝杠升降机结构在现代工业、建筑上运用十分广泛，我将它设计成 为用来升降雨棚支撑横梁的支柱，通过电机的作用可以满足雨棚横梁的上 下移动。 在雨棚的设计上，我选择在横梁上设计微型电动门导轨。然后通过借电 动门的机构形式设计微型电动门。然后在适合的高度上设置雨棚布，通过 类似电动门的电机收缩伸展装置来实现雨棚布的收缩伸展，如下图所示。 图 2-3 方案一雨棚收缩状态 图 2-4 方案一雨棚伸展开状态 图 2-3 为方案一雨棚的收缩状态，图 2-4 为雨棚的伸展状态。 升降机能够将横梁上升到距离露台地面 3 米的高度。雨棚采用防水帆布，宽度为 4 米，完全伸展情况下能够延伸 5 米的宽度，恰好使得整个雨 棚完美的遮挡住露台，雨棚布采用弧形顶的形式，使得雨水能够及时的留 下，有效防止了积水导致横梁承重太大。 工作原理：在升降机电机的工作下，两个支撑横梁以一定的速度上升 完成支撑横梁的升起，然后电机停止工作，丝杠机构实现自锁，将横梁有效 的固定。当需要降落的时候，丝杠机构取消自锁，在升降机电机的带动下实现横梁的降落。 在两个支撑横梁的首末端各设置有电机，电机滚筒与钢丝绳配合，通过两个末端电机同时工作旋转带动钢丝绳完成微型电动门的伸展，使得雨 棚完全展开。通过支撑横梁首端的电机旋转带动微型电动门收缩，使得雨 蓬布收缩到支撑横梁首端。 2.1.2 “电动门”式升降雨棚的优缺点 优点： 1) 该方案思路清晰，以我们常见的电动门作为设计灵感。 2) 该方案结构简单，便于图纸设计以及雨棚各部件的加工制造。 3) 该方案的动力均为电机带动，动力源获得方便且不会污染环境。 缺点： 1) 该方案雨棚结构固定，对使用时候的拆装清洗带来很大的麻烦。 2) 该方案的导轨设计在横梁的上表面，这样设计对升降工作带来麻烦。 3) 该方案的雨棚材料选择为防水帆布，透光性不好的同时还影响整个 系统的美观性。 4) 雨棚的展开收缩过程由各个电机同时运转带动传动，可能会导致伸 展与收缩的同步性比较差。 2.2 方案二 上述方案已经能够很好的实现露台伸缩雨棚的功能，但由于雨棚材料的 原因会导致雨棚对露台的实用性以及一些其他功能造成影响。所以设计了第 二种方案：斜拉式伸缩雨棚。图 2-5 与图 2-6 分别为该方案的展开与收缩示 意图。 图 2-5 斜拉式升降雨棚的展开状态 图 2-5 斜拉式升降雨棚的收缩状态 斜拉式升降雨棚利用杠杆原理实现两侧大梁的升降，主要由升降系统、雨 棚收放系统组成。升降系统由升降机和电机等组成，升降机与雨棚尾端横梁 连接，当雨棚展开时，升降机保持大梁铰支点左右两端力矩平衡。“杠杆”式 升降雨棚的收放系统对“四杆机构”式升降雨棚收放系统进行了改善，雨收 放系统的动力装置位于雨棚尾部横梁，采用单电机双输出的方式实现两侧链 轮转动同步，并将“杠杆”式升降雨棚支架采用倒挂式，使得雨棚展开时， 遮雨板与大梁水平。 斜拉式升降雨棚的工作原理为：当雨棚展开时，电机同时带动两个升降 机工作，从而使得两侧大梁铰支点后端向下摆动，前段绕着铰支点向上摆动， 实现两侧大梁同步升起。大梁升起后，横梁上的电机通过减速器将动力同时 输出到两侧链轮上，实现两侧滑轮运动同步，第一块遮雨板左右两侧拉钩在 后一块遮雨板导轨上滑动并带动其运动，从而拉动其余遮雨板的展开。雨棚伸缩式露台雨棚设计收回原理与展开原理相反。 2.3 方案的确定 由上面两种方案可知，两个方案各有各的好处，也各有各的不足之处。通过 对方案的比较，我选择使用斜拉式伸缩雨棚作为此次的方案。 斜拉式升降雨棚两侧大梁的升降，是通过与雨棚尾端横梁连接的升降机的工 作，使大梁以铰支点为支撑转动，而斜拉式升降雨棚则是通过支撑杆的转动，带 动与大梁前段和地面连接的钢丝绳，实现大梁的升降，如图 2-6 所示。 2.4 本章小结图 2-6 斜拉式升降雨棚展开示意图 因为前期的一些准备工作，我对雨棚有了较大的认识，所以在此次的设计工 作中，我在很多方案中选择了最优的两组作为此次的对比方案。 方案一相对来说比较简单，而且在材质上也是现今市场上大部分雨棚的选择， 但出于很多方面的考虑，比如更好的实用性，更全面具体的功能等等一些方面， 我选择了方案二作为此次我的研究方案。 3 伸缩式露台雨棚的结构设计3.1 引言 通过第二章对两个方案的比较和分析，本文确定了在斜拉式升降雨棚的基础 上改进和创新，设计了伸缩式露台雨棚。斜拉式升降雨棚的设计思路来源于大型 斜拉式桥梁和斜拉式雨棚等结构。 斜拉式雨棚的具体尺寸是参考毕业设计任务书给出的露台尺寸，雨棚的实际尺寸 为 5000mm(长)4000mm(宽)，雨棚展开时最高点距离室外地面为 3000mm。 斜拉式升降雨棚主要由大梁的升降系统、雨棚收放系统，本章将对升降系统、 收放系统的主要组成部件进行设计说明。 3.2 雨棚的设计概述及系统组成斜拉式升降雨棚的设计借鉴了一些杠杆斜拉结构。通过图片可以看出雨棚机 构的结构形式及各系统的组成，本节主要阐述斜拉式升降雨棚各个系统的组成及 工作原理。图 3-1、3-2 分别为斜拉式升降雨棚完全展开状态和收缩状态下的轴 测图。 图 3-1 斜拉式升降雨棚完全展开状态 图 3-2 斜拉式升降雨棚收缩状态 103.3 雨棚的载荷计算 根据上海地区的情况比较特殊，地域属于临海靠江，而且上海城市的房屋建 筑比较集中，气温很难达到很低的状态，所以近 30 年来并没有很大的降雪量，从而导致并没有很厚的积雪量【8】。所以选择取最近 10 年的有效积雪厚度大概为 D=5cm, 雪的密度 P=008x 103 kgm。 每块雨棚单元板的积雪质量： m=pDS=38kg (3-1) 所有雨棚单元板的积雪总质量: M=4xm=152kg (3-2) 雨棚总压力为： F=Mg=1520N (3-3) 每块单元雨棚板所受的压力： f=F4=380N (3-4) 所以每个单元雨棚板、雨棚的支撑横梁、以及历年平均积雪的总压力： FN=(M+M1+M2)gcos=11060N (3-5) 12在以上公式中，S 为雨棚单元板的面积，M1 为所有雨棚板的总质量，M2 为支撑横 梁的总质量。其中 S=4.8m2,M =154kg，M =800kg, =13.44。 3.4 大梁升降系统的组成及工作原理 如图 3-3 和 3-4，升降系统主要由动力装置和支承装置两部分组成。 3-3 升降系统动力装置 图 3-4 升降系统支撑装置 动力装置由电机、减速器、传动轴、滚筒和钢丝绳等组成，其结构形式为电19机连接减速器，在减速器两侧安装传动轴，两侧传动轴轴端装有卷筒，钢丝绳与 卷筒和支架杆上钢丝绳固定端连接，卷筒带动钢丝绳的收缩实现支撑杆的旋转。 为了使大梁两侧升降具有同步性，减速器采用双输出轴减速器，使得两侧大梁在 伸展和收缩过程中更加稳定安全。支撑装置由支撑杆、滑轮、支撑杆底座等组成， 其结构形式为钢丝绳与大梁钢丝绳固定端和地面的钢丝绳固定端连接，中间通过 支撑杆上的滑轮进行支撑。支撑装置处于展开状态和收缩状态时所用钢丝绳的长 度不同，因此在收缩状态时，钢丝绳不会处于绷紧状态，展开时，支撑杆在初始 状态处于空载旋转，这样更加有利于机构运动的实现。综上所述，大梁升降系统 展开时的工作原理为电机将动力通过双输出轴减速器传到两侧传动轴，两侧传动 轴端安装卷筒，卷筒的转动带动钢丝绳的收缩，从而使得支撑杆旋转，支撑杆在 初始状态是空载旋转，当钢丝绳绷紧时，两侧大梁将会随着支撑杆的转动实现升 起。当支架杆转到竖直位置时，电机停止输出动力，处于制动状态，通过钢丝绳 提供的拉力将支撑杆保持在竖直位置。 大梁升降系统收回的工作原理是由于雨棚前端受到重力的作用，这个力会通过 钢丝绳和滑轮施加到支撑杆上，支撑杆会受到斜向下的合力，当电机以一定的功 率反转时，支撑杆将会沿相反方向回转，从而使得大梁收缩于两侧护墙。 3.5 雨棚收放系统的组成及工作原理 如图 3-5 和 3-6 所示，雨棚收放系统由传动链、链轮、滚轮、遮雨板、遮 雨板支架、拉钩等组成。 图 3-5 收放系统动力装置 图 3-6 棚收放系统部件 雨棚收放系统结构及工作原理：雨棚收放系统动力装置的机构形式类似于升 降系统的动力装置，采用双输出轴驱动，实现两侧链轮的同步。当横梁升起来后，传动电机开始工作，电机通过双输出轴减速器带动左右两侧传动轴，传动轴轴端 的链轮驱使传动链运动，传动链与第一个遮雨板支架固联在一起，在链条的拉动 下，遮雨板两侧滚轮在预定的轨道内前进，当前一块遮雨板的拉钩拉住后一块遮 雨板的被拉件时，后一块遮雨板就会随前一块遮雨板一同运动，由此展开遮雨板。 收缩遮雨板时，电机反转带动第一个遮雨板收回，由第一个遮雨板分别推动其余 遮雨板逐个收回。 3.6 “斜拉”式升降雨棚大梁升降系统的设计3.5.1 大梁升降系统的尺寸参数的确定 “斜拉”式升降雨棚的升降系统通过钢丝绳的收放实现两侧大梁的升起 和降落，两侧大梁的升降利用杠杆原理绕着支点转动，本文根据露台尺寸的要求 和整体结构的美观性，对升降系统的尺寸参数进行确定，达到钢丝绳驱动力小、 结构稳定、外形美观等特点。 根据要求，即大梁升起后，大梁展开时最高点距室外地面为 3000mm，与地 面夹角为 13.23。支撑杆的长度为 3000mm，与展开时大梁最高点平齐。 3.5.2 大梁升降系统载荷的计算 当雨棚支撑横梁最开始工作的时候，雨棚支撑横梁受到末端横梁、雨棚单元 板、雨棚的承重梁、雨棚链绳的拉力。 令 F1 为雨棚单元板展开时受到链绳的拉力，F2 与 F3 为 F1 在 X 轴与 Y 轴的分力。F5 分别为雨棚支撑横梁的重力，F6 为雨棚板的总重力 通过尺寸设计以及材料密度的查询，各零部件的重力大致计算可得: F4 =3000N, F5 =2100N, F6 =2200N (3-6) F2AF+F5MF+F6FZ=F4FN (3-7) 其中 AF=400mm，MF=500mm,FZ=1000mm,FN=1750mm,将这些数据带入 3-7 式可得 F2=4565N (3-8) F1 与 F2 之间的夹角大约等于 63。再根据机械原理课本上的平行四边形定理可 以求得 F1=9350N。所以雨棚支撑横梁的在由液压升降机上升到一定距离之后，会 受到这个雨棚单元板连接的链绳的拉力为 9360N，在后文会对链轮的规格与拉力 载荷进行介绍【2】。 根据 3-7 式的分析介绍，为了尽量减少用以联动雨棚单元板的链绳的张应 力，减少链绳的消耗磨损，可以适当的在雨棚的横梁处放置电机的末端施加一定 重物以提高 F5 与 F6 的数字，这样可以适当的减少对链绳的应力，以方便减少其 消耗磨损。 3.5.3 大梁的设计说明 大梁是整个“斜拉”式升降雨棚的重要部件之一，它不仅在升降系统中随着 支撑杆的摆动而起落，而且在雨棚收放系统中起到引导和支承的作用，所以大梁 的设计对于整个系统非常重要。大梁外形的设计参数取决于两侧护墙的具体尺寸， 为了使整个系统在收缩状态时更加美观，应满足大梁在收同时可以完全隐藏于两 侧护墙，而且由于重力原因，我将大梁设计成空心钢结构。雨棚的收放原理是链 轮带动链条运动，从而实现遮雨板的收缩，由于大梁绕着铰支点转动，所以雨棚收放系统的动力装置和传动装置和大梁安装成一体，在大梁内应设计链条轨道槽 和滚轮轨道槽，如图 3-7 和 3-8，其中图 3-8 中，1 和 3 是链条轨道槽，2 为滚 轮轨道槽。 3-7 大梁主视图 3-8 大梁的 A-A 剖视图 3.5.4 支撑杆的设计说明 支撑杆的主要作用是实现两侧大梁的升起和降落，支撑杆长度的确定是根据 支撑杆在水平地面的铰接点到支撑滑轮点的长度与大梁完全升起时距离地面的 高度一致。设计支撑杆时，应在能实现其功能和强度要求的前提下尽量减轻支 撑杆的重量，以便减少钢丝绳驱动力的大小，图 3-9 中，A 处安装滑轮来支撑 钢丝绳，B 处足支撑杆与地而的铰接点。 3.5.5 卷筒和钢丝绳的选取 3-9 支撑杆 查阅机械设计手册(第五版)第二卷，钢丝绳直径的选取可由 d=C (39) 里选取，式中 d 一钢丝绳最小直径(mm)；c 一选择系数(mm/N1/2)：S 一钢丝绳最 大工作静拉力(N)。其中 C= （3-10） /4式中钢丝充满系数 W 取 046，折减系数 k 取 082，安全系数 n 取 4，钢丝绳 公称抗拉强度 取 1570MPa，由此代入数值可以计算出 C=0.093，由上文可知， 当大梁完全展开时，支撑钢丝绳所受最大工作静拉力 S=9350N，d=2319mm， 取钢丝绳直径为 25m，公称抗拉强度 1570MPa，最小破断拉力 4690KN。 以上求得的钢丝绳直径 d=25mm 为吊起大梁的钢丝绳，驱动钢丝绳的直径。 公式 3-9 和 3-10 求得 d1=146mm，选取直径为 15mm，公称抗拉强 1570MPa，最 小破断拉力 187KN。根据机械设计手册，卷简直径 D=hd，其中 h 为机构工作 级别系数，取 h=16，d 为驱动钢丝绳直径为 15mm，所以可得 D=240mm。 3.5.6 电机减速器的选型 驱动钢丝绳初始状态时共长 13235mm，当支撑杆运动到极限位置时，钢丝 绳长 10235mm，所以整个运动过程中钢丝绳共收缩 3m，预定升降系统工作时间 30s，所以绳子的收缩速度 V=01m/s，由上文计算得出，驱动钢丝绳最大拉力 F=9350N, 故单边需求电机功率 P=FV=1.9KW (3-11) 双边需求电机功率为 3.8KW，为了保证升降系统安全工作，实际取电机功率 为 75KW。 根据以上计算，选取广东大速电机有限公司牛产的 YEJ2 系列电磁制动电动机， 型号为 YEJ2-160M-6，功率 75KW，额定转速 970 rmin。减速器选择和已选电 机功率大小配套的 K157 型减速机，输出转矩 8614 Nm，传动比为 12283，额定 输出转速 78rmin。YEJ2 系列电机噪音小，制动性能可靠，能够实现电机失 电后快速制动，制动时间小于 02 秒，适合应用在斜拉式升降雨棚的机构中。 3.5.7 7 传动轴及联轴器的设计说明 升降系统中的传动轴主要承受转矩，因此轴的扭转强度应满足的条件为 TY=T/Wt=9550*103*p/n TY (3-12) 式中：TY 为轴的扭转切应力，单位 MPa；T 为轴所传递的转矩，Nmm；WT 为轴 的抗扭截面系数，mm3；P 为轴所传递的功率，Kw；11 为轴的转速，rmin： T为轴的许用扭转切应力，MPa。 其中 Wt=d3/16=d3/5,将其带入式 3-12，可求出轴的最小直径为 d=C3/ (3-13) 式中 C 为轴的材料和承载情况确定的常数，轴的材料选用 45 号钢，取 C=110， 由上文计算得，轴的传递功率 P=75KW，轴的转速 n=8rmin，因此可计算出轴 的最小直径为 108mm。由于传动轴的两端各有一个键槽，因此轴径应增大 10。 所以，升降系统传动轴的轴径应不小于 119mm，取轴的直径为 125mm，如图 3-10 所示。由于大梁升降系统的传动轴用于工作温度变化大的环境，且两支点间跨距大，因此传动轴上轴承部件的轴向固定，采用一端固定，一端游动的支撑方式。 图 3-10 传动轴 根据已选电机的额定转速、输出扭矩和轴的直径，选取 GICL7 鼓型齿式联轴器， 公称扭矩 10000Nm，许用转速 2680rmin，转动惯量 0.453 kgm2。 3.7 雨棚伸缩系统的设计 3.6.1 雨棚单元板的设计说明 整个雨棚的伸缩系统由四块单元雨棚板、雨棚支架、滚槽、滚轮、支撑筋、 拉钩配合件组成，其中这四块单元雨棚采用挂钩的形式连接起来。意思就是第一 块雨棚末端有一个挂钩，这个挂钩与第二块雨棚的被挂件相配合，当第一块雨棚 由电机带动链轮在滚槽中滚动的时候，第二块雨棚单元板会随着第一块单元雨棚 板的带动下，雨棚板上的滚轮继续沿着滚槽滚动，同理直到所有单元雨棚板完全 展开与雨棚支撑横梁平行。当雨棚单元板收缩时，和展开时候的原理差不多，只 是电机有正传变成了反转。当所有的雨棚单元板都收缩回来的时候，所有的雨棚 单元板叠合在一起。 3.6.2 雨棚单元板的材料选用 由于此次设计雨棚要求雨棚能够自由伸展收缩，而且出于美观与载荷上的 考虑，选择了多种材料进行对比。通过查阅得知，在目前的建筑之中，有较多的 材料可以选择然后经过适当的加工可以作为单元雨棚板的雨棚材质，我选择了当 前市场上使用率比较高的几种材料。分别是:ETFE 薄膜、PC 板、PVC 薄膜、以及 普通玻璃作为设计的雨棚的选用对比材料。 表 3-2 备选雨棚材料对比 ETFE 薄膜 PC 板 PVC 薄膜 普通玻璃 耐久性 好 表面需处理 差 很好 透光率（%） 95 89 95 80 抗拉强度/MPa 4060 5670 4563 3090 断裂延伸率 400 105 200 - 密度/g/cm2 1.75 1.2 1.4 2.5 厚度/mm 0.050.3 215 0.050.2 319 变形吸收能力 很好 较好 好 差 抗冲击能力 好 很好 好 差 自洁性能 好 较差 差 较差 熔点（软化）/ 260270 220230 180 720730 抗火能力 难燃 难燃 难燃 难燃 回收再利用 可以 不可 可以 不可 通过对材料的对比以及一些综合考虑，涉及到露台雨棚的建筑年限考虑，至 少需要保持使用 20 年到 30 年不等。 玻璃材质质量过于笨重，不适合安装在露台上。Pvc 膜会因为很容易老化变 脆，无法保证使用年限。而 ETFE 薄膜价格昂贵不说，而且需要经常通风，机器安装，不适合运用到露台雨棚这种结构中【5】。 而经过合适加工后的 pc 材料板各项性能指标都挺适合作为露台雨棚的雨棚材料， 当把 pc 板做合适的加工后，耐久性能会得到显著性提高，虽然自洁能力较差， 但可以实施人工定期清洗来弥补这一不足。 但是由于所有雨棚单元板折叠后是叠加在一块的，而且会来回摩擦可能会导致单 元雨棚板表面材料的磨损。所以在正式投入使用之前需要在雨棚单元板表面涂上 一层耐磨耐高温的介质。经过调研得知聚四氟乙烯具有润滑作用，低摩擦系数、 而且还能够耐住高温，无毒无害，所以可以选择该材料涂在雨棚单元板的表面用 以保护雨棚单元板。 3.6.3 放置雨棚横梁的结构说明 由于露台雨棚具有收缩系统，而且雨棚收缩系统大部分机构是藏在横梁内部 的。横梁上装有电动机，电机带动的传动轴、安装在电机传动轴上的链轮（链轮 与带动雨棚单元板伸展收缩的链绳连配合着）。如图 3-11 所示，雨棚横梁的内部 结构均有说明。 图 3-11 放置雨棚的横梁结构图 3.6.4 链轮及传动链、轴、联轴器的选用 1) 链轮选用 出于对空间的考虑，链轮与传动链的选用不能太大。所以选用小链轮齿数为 13，大链轮齿数为 17，传动比为 1.6,小链轮齿轮系数为 1.11，最大中心距为5500mm,实际中心距为 5000mm。 2） 传动链选用 传动链是按照滚子链的形式进行传动的。节距 33.1mm，链节数 333 个。总的链 长为 11m，该传动链的最小抗拉强度为 9360N(由上文计算得出)。 该传动链的速度: V=z1n1p/60*1000=0.268 (3-13) 对与链轮配合的轴的拉力: Fq=(11512)*F*1 (3-14) F=1000p/V (3-15) 由 3-14、3-15 综合可得，Fq=12083.513015.9N,这个拉力已经大于电动机对支 撑横梁里面的链条的单边压力，所以满足条件。 雨棚单元板伸（缩）的时间: T=S/V (3-16) 由设计要求可知 S=5.5m，所以时间需要 12s 的时间。 3） 轴、联轴器的选用 选用 45 号钢作为轴的，C=l10，轴传递的功率 P=75KW，轴的转速为 n=21r min，轴的最小直径为 58mm，传动轴上有两个键槽，轴径需增大 10，因此，雨 棚收放系统传动轴的轴径应不小于 65mm，取轴的直径为 70mm。传动轴上轴承部 件的固定选择之固定其中之一。 3.3.3 电机的选用 由上文计算 Pc 板的总重量 F6=2200N,钢梁的总质量为 F5=2100N。 则 Pc 板与钢梁的总重量为： F 总= F5+F6=4300N （3-17） 所以静摩擦力为： f=F 总=1720N （3-18）