汽车应用企业设计之立体停车场设计毕业论文.doc

华南理工大学 07级汽车服务工程（函授） 汽车应用企业设计立体停车场设计 汽车应用企业设计之立体停车场设计毕业论文第一章 绪论1.1 研究的背景和意义1.1.1 论文研究的背景伴随着我国国民经济的高速发展以及城市化水平的不断加快，车辆的拥有量在飞速的增长。车辆的不断增多，城市道路设施跟不上经济发展的步伐，造成了动态交通的严重阻塞。同时停车场地设置的不合理，出现了严重的占道停车，占用居住小区绿地，造成静态交通混乱现象，从而进一步加剧了交通拥挤，破坏了城市的居住环境和城市形象，破坏了动态交通和静态交通的关系，形成了恶性循环1-3。目前我国城市机动车辆的拥有量与停车位之比大约为5：1，也就是说停车位的满足率只有20左右。停车位严重不足，造成机动车非法停放、占道停放现象日益严重。从城市建设的经验看，要保证交通不拥堵，不仅要满足100的基本停车位，还要能满足20的公共停车位。近几年新增轿车每年在200万辆左右，按停车位与轿车数之比为1.2：l计算，每年需新增停车位240万个，才能满足停车位的需求。目前，我国城市内大部分都采用平面式停车场。该种停车场占地面积大，设备复杂，有效停车位置少，对人员车辆安全的保障性差。平面停车场需要进出车道、通行车道，并且对宽度、转弯半径、坡度都有规定，因此真正用于停车的面积只占建筑面积的一部分，平均下来一辆小型车要占用40平方米的面积。平面式停车场由于上述这些占地面积大、造价高、存车效率低、人员与车辆安全保障差等弊病，对于开发商的效益和业主的使用都非常不利4。故建造立体车库已是迫在眉睫，也是我国经济发展、人民生活水平提高所带来的城市静态交通的必由之路。立体车库凭借其在许多方面的优越性，从其诞生以来就广泛地引起人们的关注，并在近年来越来越受到人们的重视5-6。本文正是在这样的背景下，试图对城市公司企业（或住宅小区）的停车问题做一些研究与探讨。1.1.2 论文研究的意义城市中的住宅小区，具有同商铺、企事业单位等不同的特点，居住的居民相对流动性较小，小区的住宅建设规划比较紧凑。因此，在借鉴传统停车场与其他立体车库的基础上，本文试图建立适合我国城市中住宅小区的大容量、分散式的立体车库。具体讲，论文研究的意义体现在以下几个方面：1占地面积方面以往使用的地上平面停车场，由于车辆呈平面摆放，车与车之间需要留有通道面积，故每台普通的小车平均占地面积在15平方米左右；再有，地下停车场，由于也要留出足够的出入通道，每个车位的平均占地面积至少需要25平方米。但如果使用立体停车库，在30平方米的空地上就可以停放一组8车位的立体停车库，平均每个车位的占地面积不到4平方米7，显然，平均到每台车上的占地面积会大大减少。据不完全统计，如果采用地上多层立体车库，可使土地利用率提高8090。因此，立体停车库可以大大节省有限的土地资源，并节省土地建设开发成本8-10。2建设成本方面停车场地的建设成本主要包括土地费用和硬件建设费用等项目。由于传统平面停车场的占地面积相对较大，特别是城市中的土地购置费及其他税费近几年大幅上涨，因而使得其建设成本居高不下。而立体停车库由于是在较小的土地面积上实现空间存放，使摊薄到每个停车位的成本大幅降低。据对我国北方某城市的调查，传统地面停车场的每个车位成本平均在10万人民币左右，而高档写字楼的地下停车场每个停车位建设成本也在十几万元。如果按照当地的物价水准计算，建设立体车库成本可降到每个停车位56万元11-12。因此说，立体车库的建设成本是相对较低的。3安全保障方面由于传统的平面停车场中所有车辆都停放在同一平面，在出入车时，尤其是遇车辆停放高峰，极易造成车辆的刮损。如果管理人员不足或疏忽，还会造成车辆丢失。而立体停车库中，由于处在同一平面的车辆数目较少，而且存取车时无论高峰还是稀少时，都要通过电子程序，几乎没有刮碰的机会，车辆失窃更是不可能，因为立体车库在管理上是人车分离，否则报警系统启动。所以，对车主来说，立体存放解决了其安全方面的后顾之忧。4自动程控方面立体车库配套安装智能管理系统。在存车、取车、收费及监控安保等方面都采用了自动控制，既方便了管理人员的操作，又提升了管理档次，使管理自动化、程序化。1.1.3 国外研究的现状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。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，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。目前全日本已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。从技术特征上看，日本更重视竖式自动立体车库的发展，即密集型自动立体停车库的发展。1993年，在日本东京举行的世界立体自动停车设备展览会。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。设备研发较为领先的公司有：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很少。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。德国开发最早，技术居于领先地位，在二层及多层平面式立体停车库系列中，它已发展了H型、U型和V型。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年代开始为供应使用阶段。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13-14。经过多年的研究与发展，立体车库已拥有多种形式，这些形式主要有：1升降横移式此种立体车库如图1-1所示。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。顶层车板上下升降，底层车板左右水平横移，中间层车板既可左右横移又可上下升降。通过不断的交换空位，完成车辆的存取。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。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。图1-1 升降横移式立体车库2巷道堆垛式巷道堆垛式立体车库如图12所示。采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由巷道堆垛机或桥式起重机将进到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并由存取装置实现车辆的有序存取。因此，对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，巷道堆垛式立体车库适用于车位数量需求较多的客户使用15-17。图1-2 巷道堆垛式立体车库3垂直提升式垂直提升式立体车库如图1-3所示。类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一汽车旋转台，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，但外型美观大方，可以建筑物并设，也可单独设置，与环境融洽结合；在寸土寸金的城市中，高效利用土地，不到50平方米的土地上可停40辆甚至于更多的车辆18。 图1-3 垂直提升式立体车库（正视图和左视图）产品技术特点：（1）内置自动升降旋转装置，配以先进的导航指标，无需司机倒车，存取方便。（2）速度快、噪声小，低震动符合城市环保要求。（3）电脑控制，触摸屏操作，简便安全可靠前进入库、前进出库，等待时间短。（4）高安全可靠性，设备经万次负载运行测试，故障率极低。（5）设有多重安全防护措施，确保人车安全。（6）操作简便，既可集中管理，又可由客户自己操作。4垂直循环式垂直循环式立体车库采用链传动带动轿厢在垂直方向上循环运转，汽车停在轿厢上，轿厢随传动系统作升降运动，或者将所要存车的空车位降至地面，循环往复地将轿厢或空车位送到车库出入口，完成车辆的存取工作19-22。一般车库出入口处设有转台，省去司机调头。该类型车库非常适用于土地资源比较紧张，而停车位需求却很大的场所使用。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。图1-4 垂直循环式立体车库5平面移动式如图1-5所示，通过每层的升降机的垂直升降和搬运器的平面往复运动，将车辆自动移送到多层平面布置的停车区域，分别动作，互不干扰。适合在大中型建筑物或公共设施中安装，每套系统容车数量80120辆，两台车辆可以同时出入库，按排列方式可分为纵列或横列布置方式23-24。图1-4 平面移动式立体车库6多层循环式多层循环式立体车库通过载车板左右移动与升降的相互配合，使载车板循环运动，从而实现车辆多层存放。根据需要，出入口可加设回转盘，避免倒车麻烦，适用于无法设置坡道的场所25-26。最适宜建于地形细长且面积只允许设置一个出入口的场所。1.1.4 国内研究现状我国国内也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十几年的历程。近年来，立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不断更新换代，日趋完美，并广泛应用于宾馆、商业大楼、各种娱乐场所、机场、码头及繁华商业街等车辆密集地区。进入20世纪以来，在国内举办了多个与停车设备相关的展览会，2006年十月在上海举办的“2006上海国际停车设备和智能系统展览会”同样热闹非凡，它吸引了来自德、日、美等世界上知名的停车设备制造商，全自动立体停车设备的容车能力及其技术完备，先进程度已被世界广泛承认和接受。国内正处于经济与建设发展阶段，目前已有国外多种停车设备出现在国内市场上。一、 车库的选型与配置1998年行业标准已经在参考国外标准的基础上，结合我国的现情罗列了垂直升降类立体停车库的不同形式，现就如表1-1所示。表1-1 垂直升降类立体停车库的不同形式分类形式备注按停车位公布状态分电梯式单列式：又可分为纵向并列，横向并列，纵向并列；重列式：圆柱型辐射状分布，以升降台回转；辐射状分布，以其中小车回转。升降机平面移动型即载车板作平面纵向移动操作与升降机连接完成存取车作业。升降机平面回转型即载车板作平面回转与升降机连接完成存取车作业。十字型中间是提升机，可回转，停车架以十字形布置，可纵列亦可横列，升降并回转与停车架连接完成存取作业。按对地面的相对位置分下部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的最下一层，所有停车室在出入通道上方。中部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的中间某一层，出入通道在上下方各有部分停车室。上部出入式车辆的出入口在停车库整个停车位的最上一层，所有停车室在出入通道下方。按与其他主体建筑物相对关系分独立式整个垂直升降式立体停车库自成一个独立的建筑物，用钢架结构构成停车室、电梯井道以及外框架，外表面装有装饰板。内置式整个高层立体停车库建造在大楼附侧或内部的钢筋混凝土井道内，也用钢架结构构成停车室等。按车库相互间关系分独立式每台停车库单独建造的形式，又根据回转角度分为1800 型独立式，即汽车出入通道和停车室长度方向平行的型式：以及900 型独立式，即汽车出入通道和停车室长度方向垂直的型式。并列式两台独立式停车库并列组合，即出入口面向同一方向的型式。纵列式两台独立式停车库背对相合，即出入口面向相反方向的型式。混合式两台以上，例如四台停车库组合的型式。按有无水平回转台分无水平回转台式车辆只能是入前进（后退），出车后退（前进），且停车室长度方向与出入通道平行。有内置水平回转台式出入库车辆通过内置水平回转台，使车辆能与停车室平行，且能前进入库，前进出库。有外围水平回转台式由于立体停车库所处的位置车辆出入库转弯半径太小，通过处置水平回转台，使车辆能顺利出入停车库。按进车口和出车口相对关系分直通式指该立体停车库设有前后二门，能使车辆方便地前门进，后门出的型式。折返式指车辆能从一门出入库的立体停车库的型式。按内部结构分滑式载车式车辆通过提升装置与载车板一起提升，且与载车板一起由三级滑叉平移入停车室的型式。链传动载车式车辆通过提升装置与载车板一起提升，且与载车板一起通过链传动平移入停车室的型式。梳叉载车式车辆通过提升装置上的梳叉提升，且由梳叉平移将车辆放在停车室相错叉齿上的型式。按驱动方式分上驱动式主传动结构，包括电机、减速机等在立体停车库顶部的型式。下驱动式主传动机构，包括电机、减速机等在立体停车库询底部的型式。按传动方式分链条传动式由链条完成提升装置等升降动作的型式。钢丝绳传动式由钢丝绳完成提升装置等升降动作的型式。按停车规格分大型停车规格：5000mmX1850mmX1550mm，限重1700KG。特大型停车规格：5300mmX1900mmX1550mm，限重2350KG。超大型停车规格：5600mmX2050mmX1550mm，限重2550KG。二、市场发展障碍立体式停车场的兴起确实为解决大城市停车位的短缺带来了希望和曙光，但在现实运作中仍存在着一些难点，还没有得到广泛的推广和应用，存在的因素可能有以下几点：1建设费用较大目前立体式停车场的造价较高，有的车位单价约4.5万元，若建造一座20个车位的立体式停车场，需要90万元。初期的建设费用大，使得部分投资商望而却步。2收费较高据北京现有的几座立体式停车场，收费标准一般为每小时十元，相对地面停车的四小时一元的收费超出了许多，不少司机认为收费高，难以承受，再者，立体式停车场的建设需要大数额的资金，资金的全部回笼显然需要一段很长的时间。3管理相对烦琐立体式停车场是一套大型的机械装置，结构较复杂，有的还采用PC机控制运行，性能可靠安全；但为实际应用中的绝对安全，需专人操作为宜，并非任意一个司机就能操作安全的，因为谁都不敢保证无论多精密的机器从不会由于人为的误操作而出现万一。此外，立体式停车场的建设，希望有较长的良好服役期，日常的保养和检修将是重要的环节，这些都离不开专业人员的积极参与。三、立体车库前瞻立体车库虽然有突出的特点，在我国也有潜在的市场，但由于缺少管理法规等方面的原因，目前应用还不普及。笔者对我国的立体车库的发展有如下建议：第一，组建统一的政府管理机构，制定统一的政策法规。停车场的规划、建设、和管理是市政建设的重要组成部分，涉及到方方面面的利益，是一项系统工程。在管理体制上，不能片面追求 市场经济的调节作用，而应加强政府的宏观控制，按社会效益和经济效益结合，以社会效益为主的目标，组建一个由政府直接领导的管理机构，协调好市政、公安、国土、规划、物价、税务等职能部门，制定统一的政策法规。第二，鼓励自备车库的兴建，鼓励配建车库的对外开放，实行社会车库民营化策略，在征地费、折旧费、所得税、营业税等项目上实行优惠和减免。第三，严格新建建筑物配建车库的政策（新建建筑物所产生的停车需由建筑物承担）。第四，加强行业管理，机械停车设备技术比较复杂，安全性、可靠性要求很高。因此，对生产停车设备的企业要严格控制，应参照日本的管理方法，建立质量认证制度。随着我国汽车工业的稳步发展和改革开放的继续深入，将有越来越多的汽车进入城市，对汽车的停车泊位需求将会持续增加，据中国汽车市场调查研究会最近所作中国城市家庭拥有汽车情况的调查报告等调查资料表明：目前国内城市高收入家庭的绝对数量已经到达450万户，其购车能力平均价格在18万左右，是一个不容忽视的消费群体。到2006为止的估计，每年有135万辆以上的汽车将为城市家庭购买。面对发展如此迅猛的汽车市场，相应配套设施（如停车场）的建设应与之同步进行，届时，高效利用现有的土地解决停车泊位将是维护汽车发展不可回避的问题，其根本出路和最终目标就是向空间发展，向立体化发展，发展和建设立体式停车场以适应汽车在城市中的发展，所以，我相信立体式停车场的发展壮大必有时日，未来的汽车将停泊在空中。1.1.5 本次设计标准本次进行立体车库设计，选择以垂直升降式停车场作为本次我设计的停车场类型，垂直升降式停车场目前在技术上还是相对成熟，而且有其他停车场没有的优点。设计参数如下: 1.承载2吨以下的小汽车。(实际以整备质量为1.3吨的 北京现代伊兰特1.6为设计标准,乘上1.4的安全系数为标准)。 2.升降台结构自重大概在1.2吨。 3.提升速度定为0.5m/s，加速度定为0.70。 4.本次设计的立体车库定为5层，每层2米高。总高10.7米。运行原理：该设备通过提升机构将车辆或载车板升降到指定层，然后用安装在提升机构上的横移机构将车辆或载车板送入存车位，取车过程与之相反。特点： 1该设备具有占地面积小2省电、噪音小、运行速度快、存取车方便3安全设施齐全4操作简单、维护方便等优点 主要组成和设计部分： 1钢结构（部分设计）2提升装置（设计重点）3横移机构（不设计）4回转升降装置（不设计）5电控系统（部分设计）6安全装置（部分设计） 第二章 曳引机数据计算及确定曳引机是驱动电梯或立体车库升降系统和对重装置做上、下运行的装置，是立体车库提升机构的重要组成部件。曳引机可分为无齿轮曳引机和有齿轮曳引机两种。2.1 曳引机的选择曳引机主要有无齿曳引机，有齿曳引机，和曳引电动机三种类型，他们都有各自的优缺点，都要根据实际情况进行选择。2.1.1 无齿轮曳引机 无齿轮曳引机用在运行速度的高速提升系统上。这种曳引机的曳引轮紧固在曳引电动机轴上，没有机械减速机构，整机结构比较简单。2.1.2 有齿曳引机有齿广泛用在运行速度的提升系统中。为了减少曳引机运行时的噪声和提高平稳性，一般采用蜗轮副作减速传动装置。这种曳引机主要由曳引机电动机、蜗杆、蜗轮、制动器、曳引绳轮等构成。本次设计就选用这种有齿曳引机。2.2.3 曳引电动机 曳引电动机通过联轴器与蜗杆联接，蜗轮与曳引绳轮同装在一根轴上。由于蜗杆与蜗轮间有啮合关系，曳引电动机能够通过蜗杆驱动蜗轮和绳轮做正反向运行。升降平台和对重装置分别连接在曳引钢丝绳的两端，曳引钢丝绳挂在曳引轮上。曳引绳轮转动时，通过曳引绳和曳引轮之间的摩擦力（也叫曳引力），驱动升降平台和对重装置上下运行。曳引电动机是升降平台的动力源，输入功率（转矩）通过曳引系统牵引升降平台运行。根据升降平台运行速度和载重量，可计算出系统运行对曳引机的功率要求，这个功率就是曳引机的额定计算功率，是设计曳引机的主要依据。2.2 曳引机受力分析曳引传动是指借助与钢丝绳与曳引轮槽之间产生的摩擦力矩驱动升降台与对重装置垂直上下运行的传动。曳引传动是由曳引轮、定滑轮、动滑轮组合在一起的传动形式。曳引传动的不同形式可以改变曳引轮与对重之间的速度和受力大小。2.2.1 曳引机的传动形式曳引传动形式：常用的有半绕1:1吊索法，升降台的速度等于钢丝绳的速度。半绕2:1吊索法，升降台的速度等于钢丝绳的一半。全绕1:1吊索法，升降台的运行速度等于钢丝绳的运行速度。本次设计采用半绕1:1吊索法，曳引比就为1：1。如下图2-1所示： 图2-1 1：1吊索法2.2.2 受力分析升降台是靠曳引轮轮槽与钢丝绳之间产生的摩擦力（或摩擦力矩）平衡外力，在曳引机的驱动下，牵引升降台与对重上下运行的。静力实际上是两侧各构件重力和对钢丝绳的拉力。计算中用到的符号如下：结构自重（N）额定载重力（N）对重侧钢丝绳承受的总拉力（N）升降台侧钢丝绳承受的总拉力（N）曳引轮两侧所承受总拉力之差（N）曳引轮两侧钢丝绳重力之差（N） 曳引轮输出轴轴颈承受的静拉力（N）曳引轮中减速器之传动比曳引传动的曳引比1）曳引轮两侧静拉力计算 Q值 因为本次设计的提升高度不超过35米，所以钢丝绳的重量可以不计。 将参数代入得 Q =（3200）9.8=31360 N F值 将参数代入得 F=12009.8+0.720009.8 =25480 N式中 为对重系数，考虑到一般车型的重量在1.5吨左右（如伊兰特其整备质量为1.3吨，Santana其整备质量为1.07吨），故取=0.7。2）Q值与F值之差 =将上面数值代入得 ： =31360-25480=5880 N3）Q值与F值之和 将上面数值代入得： =31360+25480=56840 N2.2.3 曳引轮上的静转矩升降平台没有运行前，曳引轮承受的拉力差产生的转矩称为静转矩T（N.m），它的方向与相同。可由下式计算，设曳引轮节圆直径为：则可得： 式中的D可由估算的式子计算求得，具体见下面曳引机绳轮直径的计算： 电动机受的静力矩为 其中 为传动总效率，有齿曳引机取0.5。2.2.4 曳引机的运动分析运行中的曳引传动是很复杂的：升降台运行有上有下；升降台有加速度起动、减加速度停车及匀速正常工作；有移动构件和转动构件；有重量、有质量等，所以要进行运动分析。1）上行加速度起动阶段，所承受的曳引力对于升降台，它承受的重力为Q1+Q2，亦是受到的外力，曳引轮对升降台的作用力为Q，如图2-2 所示，可得 动量定理式中 a加速度（为推荐值取） g重力加速度（取） 图2-2 曳引力示意图将已知代入求得： 对重承受的重力为也是承受外力。于是有 所以可方便的求得曳引轮两侧拉力之差整理得: 2）中间匀速正常工作阶段承受的曳引力 因为是匀速运动，所以有： 3）上行减加速阶段承受的曳引力 和上行加速阶段相比，a为-a，代入上边各式 所以 最后整理得 将已知条件代入得： 4）下行加速起动阶段承受曳引力这种情况参照上图2-2知，加速度是“+”值，速度是“-”值，可求Q；速度是正值，加速度是“+”值可求的F；于是可得与上行减加速阶段相同的结果。5）稳定下行阶段承受的曳引力属于匀速运动承受的曳引力，是静曳引力，同静载荷一致。6）下行减加速阶段承受的曳引力这种情况加速度为“-”，速度方向为“-”，可求得Q；加速度为“-”，速度为“+”可求得F。计算结果与上行加速起动阶段相同。注：本节计算均没考虑钢丝绳的重量，没有计入摩擦力，并以曳引比i=1。分析本节可知，随着Q2的变化和运行阶段的不同，曳引力要随之变化，在某种情况下G1可为负值。当G1为“-”值是说明对重侧拉力大于升降台侧，既于运行方向相反，这时力的作用是控制升降系统的运行速度。2.2.5 曳引轮承受的动量矩设曳引轮承受的动量矩用、表示，则可得：1） 上行起动加速阶段 2）上行减速阶段 3）下行起动阶段 4）下行减速阶段 5）匀速正常运行阶段 其计算式与静载荷计算式相同。6）动量矩动量矩大小不但受载荷大小的影响而且受上行、下行的影响，最重要是受加速度的影响。动量矩是直线运动阶段产生的动量的体现，并没有计入转动件产生的动量。驱动件为克服这个动量矩，应给定的驱动力矩可近似表示为：式中 为曳引减速器的效率；为传动比。2.2.6 转动惯量及动量矩曳引传动系统中的转动构件很多，如曳引轮、蜗杆、蜗轮等等，它们都有质量和加速或减速，因此惯性引起的动量矩要考虑。 曳引传动中曳引轮、蜗杆、蜗轮等的转动惯量之间相互影响十分负复杂，为了简化计算，给出了等效转动惯量的计算公式：式中 作直线运动的任意构件的质量； 作直线运动的任意构件的速度 作转动的任意构件的转动惯量 作转动的任意构件的角速度 作即转动又移动的任意构件的质量 作即转动又移动的任意构件的移动速度 作即转动又移动的任意构件的角速度 作为等效构件的角速度对于曳引机没有即转动又移动的构件，所以上式又写成： 由式可以看出等效转动惯量不仅与各活动构件的质量和转动惯量有关，而且与各活动构件和等效构件之间的速比有关。一般来说转动惯量与质量是常数。2.3 曳引机驱动力矩和功率计算由前面分析曳引传动的受力情况和承受的转矩，可对曳引机的受力力矩进行计算。2.3.1 加速和减速阶段转矩和功率在这两个阶段，驱动转矩不但要克服静力矩，而且要克服附加力矩，于是可得：由上式求的后即可求得所需电动机功率P（kw）。式中 输入转矩（N.m） 输入轴转速2.3.2 匀速工作阶段的转矩和功率因为角加速度为零，所以附加动量矩为零，故只有静力矩，可用静力矩直接计算功率。 由以上可以看出，要求的曳引机的驱动转矩和功率是比较复杂的，下面将介绍一种通常采用的简易算法。2.3.3 曳引电动机的特点 曳引电动机是驱动升降台上下运行的动力源，其运行情况比较复杂。运行过程中需要频繁的起动、制动、正转、反转，而且负载较大，经常工作在重复短时状态、电动状态、再生制动状态的情况下。因此，要求曳引电动机不但应能适应频繁起动、制动的要求，而且起动电流小，起动力矩大，机械特性硬，噪声小，当供电电压在额定电压 7%的范围内变化时，还能正常起动和运行。由于曳引电动机的工作情况比较复杂，所以对电动机功率的计算比较麻烦，一般常用以下公式计算，这种方法虽然考虑的影响因素比较少，但从工程计算的角度考虑下式是可用的。 式中 P电动机功率（kW） K平衡系数 Qnom额定载重量（kg） Vm升降台额定速度（m/s） 机械总效率。采用有齿轮曳引机的升降台，若蜗轮副为阿基米德齿形时，机械总效率取0.50.55。采用无齿轮曳引机的升降台，机械总效率取0.750.8。将设计参数代入计算得： 故选用YTD2225M2电梯专用电动机，其参数为功率为11kW，电流25A，额定转速970r/min，cos为0.82。2.3.4 曳引机绳轮直径的计算 采用有齿曳引机其运行速度与曳引机的减速比、曳引轮直径、曳引比、曳引电动机的转速之间的关系可用以下公式表示： 式中 V升降台运行速度（m/s） D曳引绳轮直径（m） i曳曳引比（曳引方式） i减减速比 N曳引电动机转速（r/min）本次设计采用的 i曳=1，V=0.5m/s，减速比由参考文献29中的表2-1得i减=63。由以上可求得：曳引轮用球墨铸铁制造，因为球状石墨结构能减小曳引钢丝绳的磨损，使绳槽耐磨。曳引轮转速n：由以知的条件可得 求得 n=15.41 r/min由此可得总传动比 2.4 小结本章设计了垂直升降式立体停车场的曳引机。经过设计计算，确定选用YTD2225M2电梯专用电动机。第三章 减速器参数计算曳引减速器是连接电动机与升降台的中间部件，其作用是将由电动机传来的高转速变为提升升降台所需要的低转速。由于其传动比比较大，所以选用一级蜗轮蜗杆减速器。由于在大三课程设计时以进行过减速器的专门设计，故在此只对其主要部件进行设计说明。选用蜗轮蜗杆减速器的优点有：1）传动平稳，运动噪声低2）结构紧凑，传动比大3）传动零件少，减少了维修和更换零件的次数4）具有较好的抗冲击载荷的特性蜗轮副的布置采用下置式，即蜗杆位于蜗轮的下面，蜗杆齿形选用圆柱形阿基米德螺旋线，加工简单。3.1 传动系统各轴动力参数计算已知：输入功率 =9.706 kw、 =970 r/min传动比i=63，双向工作、有冲击、预期使用寿命10年传动系统各轴的转速、功率、和转矩计算0轴（电动机轴） = =970 r/min = =9.804 kw1轴 （减速器高速轴） kw 式中：为制动器效率，取=0.992轴 （减速器低速输出轴） kw 式中： 为滚动轴承效率,取0.99 双头蜗杆传动效率,取0.753.2 蜗轮蜗杆的设计选择1） 选择材料并确定齿数根据参考文献，蜗杆我决定选用45号钢表面淬火，表面HRC=45-50。选蜗轮材料为ZCuSn10Pb1,砂模铸造。取 =1, =i， =631=632） 按蜗轮齿面接触疲劳强度计算由式蜗轮力矩 效率估取为0.8 蜗轮转速 则 =4837013 载荷系数 使用系数 根据要求 取=1.2 动载荷系数 按 估取=0.6m 参考 取 =1.0 载荷分布不均匀系数，载荷有冲击、变化较大 取 则 弹性影响系数 许用接触应力由式 基本许用接触应力 =200 N/mm 应力循环次数N 由式 则 则 15477计算得模数m，蜗杆分度圆直径d1、蜗杆分度圆柱上螺旋线的导程角得 m=10 d1=160 =蜗轮圆周速度 由选取9级精度3） 蜗轮齿根弯曲疲劳强度校核计算由式 齿行系数 得 =2.19许用弯曲应力由式基本许用弯曲应力， 选=51 N/mm则故弯曲强度足够4） 散热面积的计算由式传动效率 啮合效率 由 当量摩擦角,由滑动速度 选=得 滚动轴承效率 搅油效率 则 ,与估取的效率值相近,不必修正散热系数按通风良好取 油的工作温度 取周围空气温度,取= 故 5）其他主要几何尺寸计算 蜗杆顶圆直径 杆螺纹部分长度 蜗轮喉圆直径 蜗轮外圆直径 蜗轮宽度 中心距 取13.3 轴的受力分析3.3.1 蜗杆的受力分析蜗杆传动的受力分析与斜齿圆柱齿轮传动的相类似。下图3-1为主动右旋蜗杆沿图示方向回转时蜗杆齿面上的受力情况。法向力可分解为三个相互垂直的分力，既圆周力、径向力和轴向力、和为蜗轮齿面上的对应受力，他们的关系如下： 图3-1 蜗杆受力分析图 式中 、分别为蜗杆和蜗轮轴上的名义转矩 为压力角，取标准值得 3.3.2 轴蜗杆的设计1）选择轴的材料及热处理轴的材料首先应有足够的强度，对应力集中的敏感性低；还须满足刚度、耐磨性、耐腐蚀性要求；并要具有良好的加工性能，且价格低廉、易于获得。轴的常用材料主要是碳钢和合金钢，用碳钢或合金钢制造的轴一般应进行热处理及化学处理，以进一步提高其强度、耐磨性和腐蚀性。本次轴的材料及热处理与蜗轮的材料及热处理一致，选用45号钢调质。 2）轴的受力分析轴的受力简图如图3-2所示，图中 图3-2 轴受力分析 3）求水平面内的支承反力，作水平面内的弯矩图轴在水平面内的受力简图如下图3-3 图3-3 轴水平方向受力 轴在水平面内的弯矩图如图3-4所示 图3-4 水平方向弯矩图4）求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图 轴在垂直面内受力简图如图3-5所示 图3-5 垂直方向受力图N 轴在垂直面内弯矩图如图3-6所示 图3-6 垂直方向弯矩图5）作轴的合成弯矩图、转矩图 轴的合成弯矩图如下图3-7 图3-7 合成弯矩图6）许用硬度计算由式 式中 取1（双向转动） 轴的材料为45号钢调质处理。 7）轴的结构设计按经验公式，减速器输入轴的轴端直径参考联轴器标准轴孔直径，取减速器高速轴的轴端直径减速器高速轴结构如图3-8所示： 图3-8 减速器高速轴 3.3.3 低速轴的设计1) 选择轴的材料及热处理选用45号钢调质处理。2） 轴的受力分析轴的受力简图如图3-9所示，图中 图3-9 轴受力3）求水平面内的支承反力轴在水平面内的受力简图如图3-10所示： 图3-10 轴水平方向受力 轴在水平面内的弯矩如图3-11所示： 图3-11 水平方向弯矩图3） 求垂直面内的支承反力，作垂直面内的弯矩图轴在垂直面内的受力简图如图3-12所示 图3-12 垂直方向受力 轴在垂直面内的弯矩如图3-13所示： 图3-13 垂直弯矩图5）求支承反力，作轴的合成弯矩图3-14 图3-14 合成弯矩图6）轴的初步计算由式 式中 取1（双向转动） 轴的材料为45号钢调质处理。 7）轴的结构设计按经验公式，减速器低速级从动轴的危险截面直径 根据资料，取 减速器低速轴的结构见图3-15： 图3-15 减速器低速轴3.4 其他零件选用3.4.1 齿轮、轴及轴承减速器中的小齿轮与高速轴采用齿轮轴结构；大齿轮与低速轴分别制造，齿轮在轴上的周向固定采用过盈配合附加平键联接。轴上零件的轴向定位与固定采用轴环、轴肩、轴套和轴承盖等加以实现。齿轮的润滑采用浸油润滑。用凸缘式轴承盖轴向固定轴承时，应在轴承盖凸缘与箱体轴承座端面间加调整垫片，轴承的轴向游隙是通过用垫片调整轴承盖的轴向位置来保证的，轴的热胀量也在调整轴承轴向游隙时一并考虑。轴承是利用齿轮旋转时溅起的稀油进行润滑，箱座油池中的润滑油被齿轮飞溅到箱盖的内壁上，沿内壁坡口流进箱座剖分面上的输油沟，再经轴承盖上的导油槽流入轴承。当浸油齿轮的圆周速度时，应采用润滑脂润滑轴承，为避免可能溅起的稀油冲掉润滑脂，可在轴承内侧加装挡油盘。3.4.2 减速器箱体减速器箱体的作用在于支持旋转轴和轴上零件，并为轴上传动零件提供一封闭的工作空间，使其处于良好的工作状况；同时防止外界灰砂、异物侵入以及箱体内润滑油逸出。箱体兼作油箱使用，以保证传动零件啮合过程的良好润滑。箱体是减速器中结构和受力最复杂的零件，应具有足够的强度的刚度。蜗轮蜗杆减速器如下图3-16所示。减速箱箱体常用灰铸铁制造。灰铸铁具有良好的铸造性能和减振性能，易获得美观外形，适宜于批量生产。对于重载或受冲击载荷的减速器也可采用铸钢箱体。图3-16 单级蜗杆减速器3.4.3 减速器附件为了保证减速器的正常使用和维护，必须进行向减速器箱体内注入润滑油及换油、检查油面高度、加工或装配时箱盖和箱座的精确定位及吊装等工作，这些就需要依靠若干附件来实现。对所需的减速器附件可依据其不同的工作要求和结构特点，将其设置于减速器的不同部位。减速器附件包括：窥视孔盖、通气盖、定位销、启箱螺钉、油标、放油孔及放油螺塞和起吊装置等。现就减速器附件的功能说明如下：1） 窥视孔（或称检查孔）及窥视孔盖窥视孔用于检查传动零件的啮合、润滑及齿轮损坏情况，并兼作注油孔，可向减速器箱体内注入润滑油。窥视孔应设置在减速器盖上方的适当位置，而且应有足够的尺寸，以便直接进行观察和手能伸入箱体内进行操作。平时窥视孔用窥视孔盖盖住，窥视孔盖常用螺钉将其固定在箱盖上。2） 通气孔减速器工作时，由于箱体内部温度的升高，气体的膨胀，压力增大，使得箱体内外压力不等。为使箱体内受热膨胀的气体自由排出，以保持箱体内外压力平衡，不致使润滑油沿分箱面或轴伸密封件处向外渗漏，需在箱体顶部或直接在窥视孔盖板上设置通气器。形式和尺寸可根据JB1130-70选用。3） 轴承盖 轴承盖是用来封闭减速器箱体上的轴承座孔，以及固定轴系部件的轴向位置并承受轴向载荷。轴承盖有凸缘式和嵌入式两种类型，凸缘式轴承盖利用螺钉将其固定在箱体上，结构尺寸大，零件数目较多，但加工、装拆和用于调整轴承游隙比较方便，较为常用；嵌入式轴承盖结构紧凑、重量轻，但加工、装拆和调整轴承游隙比较复杂，而且只能用于沿轴承轴线部分的箱体中。4） 定位销对由箱盖和箱座通过连接而组成的剖分式箱体，为保证其各部分在加工及装配时能保持精确位置，特别是为保证箱体轴承座孔的加工精度及安装精度，应在箱盖与箱座的联结凸缘上设置两个定位销。两个定位销相距应尽量远些，并大多采用圆锥销定位。对称箱体的两定位销应呈非对称布置，以免错装。5） 启箱螺钉由于装配减速器时在箱体剖分面上涂有密封用的水玻璃或密封胶，因而在拆卸时往往因胶结紧密难于开盖。为此，常在箱体凸缘的适用位置加工出12个螺钉，装入启箱用的圆柱端螺钉或平端螺钉，旋动启箱用的圆柱端螺钉或平端螺钉，旋动启箱螺钉，旋动启箱螺钉便可将箱盖顶起。启箱螺钉的大小可与凸缘联接螺栓相同。对于小型减速器也可不设启箱螺钉，拆卸减速器时用螺丝刀直接撬开箱盖。6）油标油标的作用在于指示减速器箱内油面的高度，使其经常保持适当的油量。油标一般设置在箱体便于观察而且油面较稳定的部位。油标有多种类型及规格，常用的油标类型有压配式圆形油标、长形油标、管状油标、及杆式油标等。目前用圆形油标较多，可按GB1160-79的规定选用。7) 放油孔及放油螺塞为排放减速箱体内污油和便于清洗箱体部，在箱体油池的最低处设置放油孔，箱体内底面做成斜面，向放油孔方向倾斜，使油易于流出。平时用放油螺塞将放油孔堵住，放油螺塞采用细牙螺纹。在放油螺塞头和箱体凸台端面间应加防漏用的封油垫，以保证良好的密封。3.4 小结垂直升降式立体停车场升降机构减速器的设计。确定单级蜗杆减速器，并对其附件进行设计选择说明。第四章 升降机其他机械部件设计4.1 制动器设计及选择4.1.1 制动器的类型制动机构通常被为称制动器（在曳引机中也称制动系统）。其种类有下列几种：（1）外抱块式制动器按行程可分为长行程与短行程；按动力源可分为电磁铁制动器和电磁液压制动器；按电源分交流和直流两种。外抱式块式制动器结构简单可靠、散热好；瓦块有充分和均匀的退距，调整行程和间隙比较方便；对于直形制动臂，制动力矩大