机械设计综合训练报告.docx

机械设计综合训练报告立体车库设计报告 摘要随着人们生活水平的不断提高，城市日益增多的车辆与有限的停车位之间的矛盾越发的尖锐。在这个大背景下，发展新的停车系统，提高空间利用率成为了新的发展法向。其中，立体停车库便是一个新兴的停车系统。本文结合双层三列升降横移式立体车库的工程实例，着力于其机械执行系统的设计，并作出相关校核和仿真。此外，我们还利用Solidworks软件对立体车库进行三维建模，给出更为具体的方案。关键词：立体车库，机械设计，CAD，SOLIDWORKS等。目录摘要2第一章 设计任务与要求51.1设计内容.5第二章 背景及原理2.1背景.62.2国内外现状及前景72.3升降平移原理8第三章 总体方案设计3.1 车库运行过程分析.103.2 下层载车板驱动方案103.3 升降载车板设计方案103.4 辅助装置113.5 总体格局.11第四章 载车板设计4.1尺寸设计.124.2载车板结构工艺设计12第五章 升降电机的选择5.1关于YZ系列电机165.2 电机型号、参数165.3选择减速器16第六章 升降轴的设计6.1选择周的材料176.2计算轴径.176.3轴的结构设计176.4校核轴的强度176.5钢丝绳的选择17第七章 链传动设计.18第八章 平移设计8.1下车板平移轴径的确定188.2 电机的选择.198.3减速器的选择198.4 链传动设计19第九章 钢架的选择9.1槽型钢梁的选择209.2 立柱方钢的选择21个人心得23参考资料23第一章 设计任务与要求1.1 设计内容：1）根据任务需求，结合存、取车工作原理，进行双层三列升降横移式立体车库机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。2）选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动机构的传动比，并进行传动机构的受力分析和关键零部件的工作能力设计计算。3）对立体车库机械系统进行三维结构建模和存取车过程动画仿真。4）进行结构设计，绘制二维总装配图、部件装配图（0号图13张）及关键零件工作图（3号或4号图2张）。第二章 背景及原理2.1 背景进入21世纪以来，随着人们生活水平的提高，汽车逐渐走进了千家万户，然而随之而来的是停车难的问题。由于土地济源的稀缺，人们对空间利用率提出了更高的要求，因此更为高效的停车设施可谓大势所趋，立体式的停车库是个前景非常广阔的研究方向。作为解决城市静态交通的有效措施向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库。此类型立体车库适用于地面及地下停车场 配置灵活,造价较低。这种类型立体车库的特点是结构简单。形式较多，规模可大可小 采用模块化设计 ,每单元可设计成25层 、半地下等多种形式 ,车位数从几个到上百个。对场地的适应性强 约占国内停车市场份额70%以上。而现有停车位缺口严重据预计2010年轿车保有量将达到2000万辆，“十五”期间轿车保有量将增加400万辆。停车位需求按1:1.2(100%的基本停车位和20%的公共停车位)计算，总需增加停车位480万个。平均每年需求96万个车位。如仅考虑10%进机械式停车库，这每年需提供机械式停车库9.6万个车位。因此从现有的停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，机械式停车设备的国际、国内市场前景十分良好。2.2 国内外现状和前景早在1920年，美国就建成了世界上第一座机械式立体停车设备。50年代以后美国和西欧陆续建成多种型式的立体车库;60年代以来尤其是在市中心的商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。此时，占地面积小的立体式停车设备才真正得到发展普及。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，至今已有四十几年的历史。到了80年代和90年代初，由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展，由全电脑自动控制，采用变频技术的新一代机械式立体停车设备首先在日本进入家庭。生产机械式立体车库的公司约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万以上。目前全日本己经投入使用机械式停车位超过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4。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很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。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VVVF调速控制技术(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坏式塔型车库。又如计算机管理、IC卡识别、计时收费系统一出现，立即应用于停车库，使车库融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。比如日本的三菱、大幅株式会社和德国PALIS公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。我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团有限责任公司于1989年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了国内机械式停车车库的空白。立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，国内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。我国立体停车设备的产品经引进技术和自主研究开发，生产技术水平有了很大的提高，许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，如采用交流变频调速系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声。控制形式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期。目前品种的满足率己达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50以上。还采用一些新材料、新工艺，如采用“H7，型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车板：安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火系统等。目前品种的满足率已达90左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50以上。目前国内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的84%。此外还有垂直升降类和平面移动类。在技术方面，由最初的机械传动式发展为液压传动式、机械液压传动式、电传动式。控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制、PLC控制和现场总线控制。虽然我国停车设备行业和技术得到了快速发展，但与停车设备的市场需求还相差甚远。停车设备需要进一步降低制造成本，提高技术含量以及设备使用的安全性和可靠性。本文就是研究最为典型的双层升降横移式车库。2.3 升降横移类车库原理图2.1 升降横移式车库原理示意图升降横移类车库指采用以载车板升降或者横移作为存取车辆设备的机械式停车库。其工作原理为：如图2.1所示，双层三列升降横移式立体车库共有五个停车位（图中1-5），6号位为空，为车位的升降腾出空间。下层的两个车位只负责横移，上层的三个车位只负责升降。为了保证下层平移的畅通，必须有一个车位空出，因此升降车位必须复位，而横移车位则没有必要。这样，通过简单的升降与横移便能够实现车辆的存取。第三章 总体方案设计3.1 车库运行过程分析 车库上层载车板只能升降，下层载车板只能平移。因此上下载车板可采用不同的方案分别独立驱动。3.2 下层载车板驱动方案对于下层载车板，由于只需做平移运动，因而可以在地面布置导轨，载车板下面安装小轮，便能很方便地实现左右的平移。由于是滚动摩擦，所需克服的阻力会小很多，因而驱动下面的载车板并不需要很大的功率，这里可以供选择的驱动方案很多，比如螺旋传动、链传动、带传动和液压传动等。其中链传动和带传动是由电机出发，通过一系列传动环节，最终驱动小轮在导轨上运动，实现载车板的平移。带和链本身成本较低，中间的减速环节也有现成的减速箱可供选用，布置也很简单，是可行的方案。而螺杆与液压传动由于距离较长，虽然力量和平稳性上占优势，但代价太高，不予考虑。因此，综合所有因素，最终采用电机+链传动作为下层载车板的驱动方案。3.3 升降载车板设计方案上层载车板需要承受很大的重量，在设计上需要格外的谨慎，安全、平稳是最基本的设计要求。首先是载车板的结构，和下层的不同，上层的载车板需要承受更大的重量，而它本身又不能太重，不然会增加驱动系统的负担。因而对上层载车板的要求是在保证承重的同时尽可能地减少质量。 本案例，采取的升降方案是链传动带动轴转动，轴带着轴端的卷筒转动，卷筒带动钢丝绳，钢丝绳一端固定在载车板边上，从而控制汽车的升降。 3.4 辅助装置除了上述机械设备以外，停车库还需要整体框架以及相应的支撑等辅助设备，当然控制方面的设备也必不可少，传感器等控制装备的设计不在本文讨论范围内。3.5 总体格局 车库规格为两层三列，最多能停五辆汽车。车库结构采用槽型钢与方钢连接而成。第四章 载车板设计4.1尺寸设计 车位规格为：5400*2400*1800考虑到机构的尺寸，载车板规格设计为：6000*24004.2载车板结构工艺设计载车板的工艺要求是重量尽量轻，强度要足够大。考虑到这两点，本人的设计方案是采用矩形钢管，铝合金板，槽型钢一起组合而成。组合方式为矩形钢管在合金板下面，槽钢做边，将三者连接在一块。此种方案，矩形钢管就是主要受力结构。4.2.1 矩形钢的选择 汽车重量通过轮胎作用在板上，将汽车自重作用在板上的力，看做四个集中力。载车板最大载重为下车位允许最大载重2700KG。则集中力大小分别为2700*10/4=6750N。一般较大型的汽车如越野车轮胎宽度为265-285，在考虑车宽，设集中力距矩形管端的距离为150MM。矩形管受两个集中力作用，两端有支点，将其看成静定梁进行计算。下面是计算步骤及图片:上面分别计算了，两个集中力的剪力及弯矩，并作图。合力的效果为：（1） 剪力图（2） 弯矩图试选矩形钢60*40*2.5，其参数为： 该矩形钢受最大正应力为1=Mmax/w=1012.5/5.9772+3.9982=140.8Mpa 最大剪应力为：6750/60/40=2.81Mpa选择材料为Q235A。4.2.2 载车板结构布置方案 假设矩形钢之间的平均间隔为10CM，则所需矩形钢数量为N=6000/100=60，矩形钢总质量为60*3.6*2.4=518KG。选择铝合金厚度为5MM，质量约为220kg。选择槽型钢14A，规格为：两根槽型梁的总质量为：2*6*14.535=174KG4.2.3 选择角钢为：两条角钢总质量为2*6*3.769=45KG4.2.4 载车板总质量 矩形钢，槽钢，角钢和铝板的总质量为45+174+220+518=953Kg，考虑到连接件等总质量最大为1000Kg。第五章 升降电机的选择5.1关于YZ系列电机升降电动机选用YD系列，YD系列为鼠笼型异步电动机，具有较大的启动转矩和过载能力，能够频繁起动，转差率较高，并具有良好的防护特性。它适用于短时或断续运转、起动制动频繁、有时过载以及有较强振动和冲击的冶金及一般起重设备上。上层载车板大部分时间都处于静止状态，只有在升降过程中电机才起动，故适合采用YZ系列电机。5.2 电机型号、参数上载车板总重1000kg，最大载重1800kg，总重为G=（1000+1800）10=28000N升降速度V=4m/min，设联轴器、减速器和各个轴承总效率为0.9，而一般电机效率为0.75，那么所需的最小驱动功率为P=28000*4/60/0.9/0.75=2.765KW选用YZ132M1-6型号的电机，额定电压380V，额定频率50Hz，转速804r/min,功率3kW，工作方式为S3-15%，定子电流为7.5A，转速为804r/min.5.3 选择减速器考虑到升降速度不能过快，先假设升降速度为4m/min,本方案采用卷筒带动钢丝绳升降，假设卷筒半径为60mm，则卷筒转速为4/2/r=10.6r/min。则传动比为804/10.6=76.考虑到链轮传动的影响选用传动比为38的减速器。综合考虑传动比及安装尺寸等多方面的要求，最终选择型号为ZSY 224-38-的三级减速器。第六章 升降轴的设计6.1选择轴的材料选择轴的材料为45Cr，经调质处理，查手册的对称循环弯曲应力-1=194Mpa.6.2初步计算轴径 dmin=A3pn=1123310.6=73.5mm考虑到键槽等影响，将轴径适当增加，取轴的直径为78mm6.3轴的结构设计（1）拟定轴上零件的布置方案根据轴上链轮、轴承、轴承盖卷筒等零件的装配方向、顺序和相互关系，轴上零件的布置方案如下图所示。（3）轴上零件的定位及轴的主要尺寸的确定套筒所在轴端直径为78mm，选用平键规格为50*