升降横移式立体车库毕业设计说明书

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二○一二届毕业设计

链条式四层升降横移立体车库总体设计

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四层立体停车库（链条式）总体设计

摘要

立体车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄放的仓储设施。随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。机械式立体车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。本课题以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，综合考虑立体车库制造成本和运行效率的双重因素。

本文在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上，选择四层七列式车库结构为研究模型。升降横移式立体车库就其组成部分而言，可分为三大部分：车库结构部分、传动机构部分和控制系统部分。本文简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了全面的力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

四层立体停车库（链条式）总体设计

场，停放车辆多达数十辆以至上千辆之多，适合于建在有相对较大的空间而且车辆停放密集区如中心商业区、车站、码头等。竖直循环式、简易升降式一般占地面积较小，存放车辆较少，适合家庭和住宅小区停车。

（1）升降横移式立体车库

由停车位与升降装置立体组合而成的停车装置，升降装置可整体横向移动或升降装置的搬运器可横向移动，停车位设置在升降道和移动道的两侧，通过车盘的升降和横移操作实现停车取车;采用模块化设计，车位数从几个到上百个均可，可以在地面及地下停车场使用，也可设计成半地下形式，使用形式灵活，造价较低，因此这类停车库比较普遍。

（2）垂直升降式(电梯式)立体车库

车库中间是升降机垂直运输汽车的通道，两侧是沿垂直方向设置的停车车位，类似于电梯的工作原理，把容纳汽车的停车室和升降汽车的升降装置组合起来。存取车时由升降机构带动车和托盘到达指定层面，然后用横移装置通过横向伸缩把车和托盘搁放在指定存车位置上或是相反。通过横移装置将指定存车位上的车辆和托盘送入升降机构，升降机构降到车辆入口处，开启库门，将车开走。

其内部为层状结构，一般以二辆车为一个层面，整个存车库可多达20-25层，平均50平方米的土地可容车40至50辆，比传统的停车场容车量高出约10倍，是酒店、商场、商务场所等人口极度密集区的首选停车设备。

这种车库的高度较高（几十米)，对设备的安全性、加工安装精度等要求都很高，造价较高，但外型美观大方，可以与建筑物并设，也可单独设置，与环境融洽结合，高效利用土地。最适合建筑在高度繁华的城市中心区域以及车辆集中停放的集聚点。

（3）巷道堆垛式立体车库

其工作原理和堆垛式立体自动化仓库存取货物很相像，采用堆垛机或桥式起重机作为存取车辆的工具，所有进到搬运器的车辆均由堆垛机或桥式起重机水平且垂直移动到存车位，或者从存车位取出，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。

（4）多层循环式立体车库

搬运器排列成两层或两层以上并作上下循环运动而实现车辆多层存放的停车设备，根据循环的形状可分为圆形循环式和箱形循环式。圆形循环式车库一般存车位较少，出入库时间短;箱形循环式车库车位一般较(图2-4)多层循环式立体车库多，空间利用率高。在每列任意两层的两端，搬运器以升降运动进行不同层之间的循环。

根据循环方向与停车方向的关系，可分为纵式和横式两类。根据汽车出入地下室的方式可分为由汽车自行驶到地下停车装置上的直接出入式和用升降装置使汽车出入的升降式。

（5）竖直循环式立体车库

垂直循环类机械式停车设备采用与地面垂直方向做循环运动而达到存取车辆的停车设备。其工作原理是通过减速电机带动传动机构，在牵引构件——链条上，每隔一定距离安装

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四层立体停车库（链条式）总体设计

一个存车拖架，存车拖架随链条一起作循环运动，从而达到存取车辆的目的。

存车时，司机将车开至设备存车托架确凿位置后，停妥后，司机出库。按动操作按键，电机启动，存车托架随之运动，另一存车托架转动到进口位置即停，则可进行下一存车操作；取车时，按下所取车编号按键，设备动作，存车托架按最短路程欲行至出口，司机进入存车托架，将车开出。

该类型车库占地小，容量大，利用地面两个平面停车位可同时停放7-32辆车；机械性能稳定，安装操作简便，配置灵活，存取车便利；运行平稳，制动可靠，安全性高，外观便捷美观。

（6）简易升降式立体车库如

简易升降类机械式停车设备把停车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机构或俯仰机构使汽车存入或取出的一种机械式停车设备。该类车库一般为准无人方式，结构十分简单、建造成本较为经济，安装周期也很短，性能可靠、操作也十分简单。

该类车库多适用于多用于私人住宅、企事业单位、地下室等场所，在面积一定时至少增加二倍以上的停车位。托运盘作升降运动的装置有钢丝绳式的、链式的、液压式的等形式。

1.4升降横移式立体车库简介

1.4.1

立体车库工作原理

升降横移式立体车库是指利用载车板的升降或横向平移存取停放车辆的机械式停车设备。升降横移式立体车库每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到达地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。停泊在这类车库地面的车只作横移，不必升降，上层车位或下层车位需通过中间层横移出空位，将载车板升或降到地面层，驾驶员才可进入车库内将汽车开进或开出车库。其结构与运行原理为：各车位由钢丝绳或链条固定在停车托盘的四角于此程序相反，在此不再赘述。另外在工作过程中，为保证各机构运行平稳或紧急处理运行事故，机械停车库必需采用安全装置，以保证设备的安全和有效运行。

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四层立体停车库（链条式）总体设计

图1-1升降横移式立体车库工作原理

（a）寻觅待停空位；（b）使空位托盘下方移空，并下移；（c）等待停车；（d）待停车上升；（e）待停车就位；（f）停车位恢复到存车前状态1.4.2

立体车库机械部分部件结构和功能

以四层四列式立体车库为模型建立研究对象。升降横移式立体车库主要由结构框架部分、载车板部分、横移系统、提升系统、控制系统、安全防护系统六大部分组成。下面我们重点对车库的主要组成(如下图)进行分析。

图1-2升降横移式立体车库主要组成

①结构框架

立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中我们选用钢架结构。钢架结构与其它建筑结构相比，具有如下特点：

a.可靠性高

钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接近

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于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高

b.材料的强度高，钢结构自重小

与混凝土等材料相比，虽然钢材的重力密度大，但它的强度和弹性模量较高，而且强度与重力密度之比也高得多。钢结构自重小，从而便于运输与安装，可减轻基础的负荷，降低地基和基础部分的造价。

c.材料的塑性和韧性好

钢材的塑性好，钢结构在一般条件不会因超载等而突然断裂。破坏前一般都会产生显著的变形，易于被发现，可及时采取补救措施，避免重大事故发生。钢材的韧性好，钢结构对动力荷载的适应性强，具有良好的吸能能力，抗震性能优越。

d.钢结构制造简便，施工工期短

钢结构一般在专业工厂制造，易实现机械化，生产效率和产品精度高，质量易于保证，是工程结构中工业化程度最高的一种结构。构件制造完成后，运至施工现场拼装成结构。拼装可采用安装便利的螺栓连接，有时还可在地面拼装成较大的单元，再进行吊装。施工工期短，可尽快发挥投资的经济效益。由于钢结构具有连接的特性，故易于加固、改建和拆迁。

e.钢结构密闭性好

钢结构采用焊接连接可制成水密性和气密性较好的常压和高压结构、管道等。f.钢材的耐锈蚀性差在没有腐蚀介质的一般环境中，普通钢材制成的钢结构经除锈后再涂上合格的防锈涂料，锈蚀问题并

不严重。立体车库多在没有腐蚀介质的环境中，所以对钢结构本身的维护费用低。结构主体采用热制H型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有较好的强度和刚度，便捷、美观，并可二次拆卸安装，运输便利。

②上载车板及其提升系统

每块上载车板都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工作原理如图，电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车重确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板的移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定链条的长度，最终根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

③下载车板及其横移系统

由于下载车板不需悬挂链条，所以为了节省材料，下载车板比上载车板要短。每块下载车板后部都配有一套独立的电机减速机传动系统，藏于载车板内。在下载车板底部装有四只钢轮，可以在导轨上行走，其中两只为主动轮，装于长传动轴两端，另两只为独立安装的从动轮。电机减速机驱动长传动轴运转，长传动轴上的主动钢轮在导轨上滚动行走从而使下载

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车板作横向平移运动。根据载车板及车辆的重量、行走速度、滚轮与导轨间的摩擦系数确定横移电机的驱动功率。

④安全装置

上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在汽车和载车板本身的重力作用下渐渐下滑，压坏下层汽车。另外也防止制动器一旦失灵，上载车板从上停车位坠落，砸坏下层汽车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动中止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，假使碰撞到人、遗留行李或车主宠物时，切断横移电机电源，横移中止。

⑤控制系统

升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC可编程序控制器控制，主要有手动、自动、复位、急停四种控制方法。自动控制应用于平日的正常工作状态，手动控制应用于调试、维修状态，复位应用于排除故障场合，急停应用于发现异常的紧急场合。对于本文中所列的升降横移式立体停车设备，PLC主要要控制二、三、四层升降电机的正反转和一、二、三层四个横移电机的正反转。此外要控制上层车位上安全钩的电磁铁和系统报警显示装置等。

1.5升降横移式立体停车库的优越性

在众多的停车设备中，升降横移式立体停车的优点比较突出，主要表现在几个方面：①俭约占地面积，充分利用空间。一般来说，升降横移式立体停车库的占地面积约为平面停车场的1/2-1/25，空间利用率比建筑自走式停车库提高了75%。

②相对造价比较低。升降横移式立体停车库每个泊位约1.5万元，而建筑自走式停车库每个泊位的造价约为巧万元以上。

③使用便利，对操作人员的要求不高，操作简单、安全、可靠，存取车快捷,维护也很便利。一般存取一辆车约为80秒。

④减少了因路边停车而引起的交通事故。在大量城市的主要地段，司机往往没有找着停场而把车停靠在路边，这样就很简单阻塞交通，甚至引起交通事故。

⑤增加了汽车的防盗性和防护性。在车库的系统中配置有智能防盗装置、防火装置等，加强了车库的整体安全。

⑥改善了市容环境。在现代化的车库的设计中，不仅仅只是为了满足停车要求，更主要的是让其融入城市的整体建筑环境中，成为现代化大都市一道独特的风景。

升降横移式立体停车库是全自动化的停车方式，也是今后停车改革的主要方向。特别是

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寸土寸金的大城市，采用机械式立体停车方式，显得尤为必要，而升降横移式立体停车库也在机械式立体停车库中显得更加普遍化，居民化。

1.6设计原始资料

该方案为小轿车停车位设置。汽车设计车型外廓尺寸及参考重量车型小轿车小中大长（m）4.805.055.60宽（m）1.701.852.05高（m）1.601.601.65重量（t）1.501.602.20主要技术指标1．驱动方式：电动机链条驱动或钢丝绳卷扬驱动2．升降电动机功率采用3.0kw；横移电动机功率采用0.37kw。3．升降速度4m/min；横移速度6m/min。4．操作方式采用集中按键式操作。5．控制采用PLC实现

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第2章传动系统设计

2.1电动机的选择

2.1.1

升降运动电机的选择

根据车库使用要求，任务书给定提升速度为V=4mmin。预估载车板重量为m1=450kg，取最大停车重量为m2=2200kg，

m总=m1+m2=2650kg

因此，G总=m总g=2.65×104N取g=10N/Kg

取传动中各部件的效率如下：链传动效率：η=0.97，轴承效率：η=0.99，齿轮效率：η=0.97；η总=0.912。又考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大10%。故电机提升功率P为：

P=G×ν×110%/η总=2.65×104×460×1.1/0.912=2.131kw

查《机械设计课程设计手册》表12-6，电动机型号为YZR132M2-6，额定功率P=2.8kw，额定转速为n=940r/min。2.1.2

横移运动电机的选择

由于电机通过联轴节直接驱动再扯板行走轮转动，实现载车板横移运动。横移速度主要由设备运行周期，周边环境的安全性，载车板运行时的平稳性等因素确定。本设计给定为V=6mmin。

横移载车板与停放车辆总重为2650kg，重力为2.65×104N。横移轮与轨道之间为滚动摩擦，取横移滚轮与轨道之间的滚动摩擦系数μ=0.2，则横移载车板与轨道之间的摩擦力f为：

f=μG=2.65×104×0.2=5300N

取传动中各部件的效率如下：轴承效率：η=0.99；齿轮效率：η=0.97；η总=0.922。又考虑传动中的各种摩擦阻力，使载荷阻力增大10%。则横移电机的所需功率P为：

P=f×ν×110%/η总=5300×660×1.1/0.922=0.632kw

查《机械设计课程设计手册》表12-1，所选电动机型号为Y801-4型电动机，额定功率为P=0.75kw，额定转速n=1390r/min。

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2.2减速器的选择

2.2.1

升降系统减速器的选择及计算

（1）升降传动比i的确定：

根据电机转速n=940r/min，要求提升速度υ=4m/min。初取链轮工作直径D=120mm。可得：

n链轮=

i=

取i=89

n链轮=

（2）升降系统减速器的设计：（a）分析：

根据升降系统需要减速装置的特点，通过与电动机直联的摆线针轮减速器进行减速，再通过与摆线针轮减速器输出轴相联的链轮进行减速。

由于以前对摆线针轮减速器了解甚少，而且同学中的大多数人对摆线针轮减速器都不了解，所以在这里，有必要对针轮摆线减速器进行简单介绍。如图：

n电机i=

940

=10.56r/min89n电n链轮

=n电πDν=

υπD940×3.14×120

=88.548

1000×4

图2-1针齿

1-输入轴；2-转臂；3-针齿套；4-针齿销；5-摆线轮；6-输出轴；7-销轴；8-销轴套

摆线针轮减速器是由少齿渐开线行星减速器发展而来的。所不同的是它的行星轮齿是采用摆线齿，而内齿轮是采用针齿（如上图）。“摆线针轮行星传动〞是属于一齿差行星传动，即内齿轮齿数ZB和行星轮齿数ZC之差ZB-ZC=1。其转臂和输出机构等则和少齿差行星齿轮传动一样，这时，转臂（输入轴）的转速nx与输出机构（输出轴）的转速nv之间的传动比为：

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i=

nx

=?ZCnv

因此可知，这种行星传动的传动比等于行星轮的齿数，输入轴和输出轴的转向相反。与普通减速器比较，摆线针轮减速器具有以下优点：

（1）结构紧凑、体积小、重量轻；

（2）寿命比渐开线齿轮减速高出5倍左右；（3）运转平稳，噪声小；

（4）效率较高，一级传动可达90%~95%。但是摆线针轮减速器也具有一下缺点：

（1）制造精度要求较高，否则达不到多齿接触；（2）摆线齿的磨削需要专用的机床。

设计建造机械式立体停车库的目的就是节省停车用地，所以立体停车库的特点之一便是结构紧凑，占用空间小，但是由于立体停车库的每个车位都需要两个（一个用于提升，另一个用于横移）减速器，若使用一般的渐开线齿轮减速器，便会占用大量空间，达不到节省停车空间的目的，所以，立体停车库所用减速器应当首选结构紧凑、体积小、重量轻、噪声小、寿命长的摆线针轮减速器。

（b）摆线针轮减速器的选择：

已知减速器的输入功率P1=2.8kw，实际输入轴转速n=940r/min，根据表9-2-33，工况系数KA=1.2则：

????1=P1KA=2.8×1.2×（1500/940）0.3=3.9kw

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图2-2滚子链轮

㈠小链轮：

已知：节距p=38.1，齿数z=23，链节数LP=44，链长L=1.68m，中心距a=368mm，链速v=0.073m/s

基本参数：

查《机械设计手册》表13-2-1，GB/T1243-1997，配用链条排距为pt=45.44mm，滚子外径d1=22.23mm

主要尺寸：

1分度圆直径：○

d=

②齿顶圆直径：○

p38.1

==280.147180°0.136sinzda=p0.54+cot

③齿根圆直径：○

180°

=38.1×7.84=298.67≈299zdf=d?d1=280.147?22.23=257.9mm

④分度圆玄齿高：○

ha=0.27p=0.27×38.1=10.287≈10.29

⑤最大齿根距离：○

Lx=d×cos

⑥齿侧凸缘直径：○

90°

?d1=280.147×0.998?22.23=257.26z180°

?1.04×h2?0.76zdg≤p×cot

查表13-2-1，内链板高度h2=36.2mm.

dg≤p×cot

取dg=150mm

(二)大链轮：

已知：节距p=38.1，齿数z=25，链节数LP=44，链长L=1.68m，中心距a=368mm，

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180°

?1.04×h2?0.76=228.32?37.65?0.76=189.9z

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链速v=0.073m/s

基本参数：

查《机械设计手册》表13-2-1，GB/T1243-1997，配用链条排距为pt=45.44mm，滚子外径d1=22.23mm

主要尺寸：

①分度圆直径：○

d=

②齿顶圆直径：○

p38.1

==304.8180°0.125sinzda=p0.54+cot

③齿根圆直径：○

180°

=38.1×7.94=302.5≈303zdf=d?d1=304.8?22.23=282.57mm

④分度圆玄齿高：○

ha=0.27p=0.27×38.1=10.287≈10.29

⑤最大齿根距离：○

Lx=d×cos

⑥齿侧凸缘直径：○

90°

?d1=304.8×0.998?22.23=281.97z180°

?1.04×h2?0.76zdg≤p×cot

查表13-2-1，内链板高度h2=36.2mm.

dg≤p×cot

取dg=220mm

链轮形状设计：

本设计中的大小链轮局采用目前流行的三圆弧——直线齿形（或称为凹齿形），奇迹和尺寸计算见表8-2-18。齿形按3RGB1244-1985规定制造。2.2.2

横移系统减速器的选择及计算

180°

?1.04×h2?0.76=302.38?37.65?0.76=263.97z（1）横移系统传动比i2的确定：电机转速n=1390r/min托板横移速度v=6m/min滚轮直径：D=80mm=0.08m

n滚轮=

ν6==24r/minπD3.14×0.08第16页

四层立体停车库（链条式）总体设计

i=

所以系统总传动比为i=58（2）横移系统减速器的设计：a）分析：

横移系统共需要二级减速装置，第一级通过摆线针轮减速器进行减速，其次级通过渐开线圆柱齿轮进行减速。

b）摆线针轮减速器的选择：

已知输入功率P1=0.75kw，实际输入转速n1=1390r/min计算输入功率：

n0.3

????1=P1KA

n1

KA——摆线针轮减速器的工作状况系数，考虑电机启动时摆线针轮减速器会受到中等冲击，而且其工作形式属于间歇式工作，查《机械设计使用手册》表9-2-33，KA取1.2。

查表9-2-37，n1=1500r/min

n0.3

????1=P1KA=0.75×1.2×（1500/1390）0.3=0.92kw

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④按齿根弯曲疲乏强度设计：由式10-5得弯曲强度的计算公式为：

2KT1YFaYSa

m≥

?F?dZ1

3

式中：

K——载荷系数，K=KAKVKHαKHβ

?d——齿宽系数，

YFa——齿形系数，

YSa——载荷作用于齿顶时的应力校正系数。

㈠确定公式内的各计算数值：

⑴由图10-20C查得小齿轮的弯曲疲乏强度极限为?FE1?500MPa，大齿轮的弯曲疲乏强度极限为?FE2?380MPa。

⑵由图10-18查得弯曲疲乏寿命系数KFN1⑶计算弯曲疲乏许用应力：

取弯曲疲乏安全系数S=1.4，由式（10-12）得：

?F1=?F2=

⑷计算载荷系数：

K=KAKVKHαKHβ=1