智能型立体车库的研究与开发---机械设计模块

毕业设计题目智能型立体车库的研究与开发机械设计模块专业机械设计制造及其自动化班级学生学号指导教师摘要我国机动车保有量急剧增长，交通供需矛盾日益凸显。特别是在静态交通中，传统停车场系统已不能满足日益增长的停车需要。智能型立体车库的研究与开发是一个具有实用性的研究课题，以现阶段国内外智能型立体车库的分析研究为背景，把握立体车库专业化、复杂化、智能化、自动化的发展方向，正确判断社会需求，明确设计要求；从功能分析入手，进行概念设计、原理设计、方案设计、实用化设计和结构设计。本设计主要内容为以城市“停车难”引出选题背景，纵观国内外立体车库现状及趋势，明确立体车库的需求和开发目标；介绍智能型立体车库的总体设计，主要包括车库选型、概念设计及总方案；车库开发原始数据的获取，明确车库、车位设计的参数要求；分别对功能分解后的三个主要分功能进行求解，主要牵涉到齿轮的设计计算、轴的设计计算、链轮的设计计算、轴套类零件的设计计算、导轨的设计等；对设计过程和设计结果进行综述，并指出本设计的创新点及不足。本毕业设计就智能型立体车库的研究与开发，进行了详尽的研究和分析，并根据工程实际对立体车库进行了原理和实体设计。立体车库是一种高空间利用率的存车形式，对缓解城市停车难问题、改善城市交通秩序有着重要的现实意义。关键词立体车库；垂直升降；叉梳；提升系统；车辆掉头ABSTRACTASHARPINCREASEINMOTORVEHICLEQUANTITIES,TRAFFICCONTRADICTIONBETWEENSUPPLYANDDEMANDWASLOOMLARGERESPECIALLYINTHESTATICTRAFFIC,THETRADITIONALPARKINGLOTSALREADYCANNOTSATISFYTHENEEDOFTHEGROWINGPARKINGINTELLIGENTWAYOFSTEREOGARAGEOFRESEARCHANDDEVELOPMENTISAPRACTICALRESEARCHSUBJECT,ISBASEDONTHEANALYSISOFTHEPRESENTSITUATION,WHEREISINTELLIGENTWAYOF3DGARAGEINTHEDOMESTICANDINTERNATIONAL,ANDGRASPTHETHREEDIMENSIONALGARAGESPECIALIZATION,COMPLICATION,INTELLIGENTIZE,ANDTHEDEVELOPMENTDIRECTIONOFAUTOMATION,CORRECTLYJUDGINGTHENEEDSOFSOCIETY,CLEARLYTHEDESIGNREQUIREMENTSFROMTHEFUNCTIONANALYSIS,TOCONCEPTUALDESIGN,PRINCIPLEDESIGN,SCHEMATICDESIGN,ANDPRACTICALDESIGNANDSTRUCTURALDESIGNTHISDESIGNCONSISTSOFTHEFOLLOWINGTHEFIRSTQUARTERDERIVATIONTHEBACKGROUNDOFCHOOSEASUBJECTWITHACITY“DIFFICULTOFPARKING“,ANDSPANNINGTHEPRESENTSITUATIONANDTRENDOFTHREEDIMENSIONALGARAGEATHOMEANDABROAD,CLEARTHEDEMANDOFTHREEDIMENSIONALGARAGEANDDEVELOPMENTGOALSTHESECONDINTRODUCEDTHEOVERALLDESIGNOFINTELLIGENTTHREEDIMENSIONALGARAGE,MAINLYINCLUDINGTHEGARAGESELECTION,CONCEPTDESIGNANDTOTALSOLUTIONTHETHIRDQUARTERISOBTAINEDORIGINALPARAMETERSFORDEVELOPMENTOFTHEGARAGE,CLEARLYTHEDESIGNREQUIREMENTSOF3DPARKINGGARAGESFOURTH,FIFTHANDSIXTHSECTIONTOTHREEMAINPOINTS,WHICHISFUNCTIONDECOMPOSITIONED,FORSOLVINGRESPECTIVELY,MAINLYINVOLVESDESIGNANDCALCULATIONOFTHEGEAR,SHAFT,WHEEL,COLLARPARTS,GUIDEDESIGNINTHESEVENSECTIONWERESUMMARIZEDTHEDESIGNPROCESSANDDESIGNRESULTS,ANDPOINTSOUTTHATTHEINNOVATIONSANDINADEQUATEFORDESIGNINTHISPAPER,THE“INTELLIGENTPARKINGEQUIPMENTRESEARCHANDDEVELOPMENT“FORADETAILEDRESEARCHANDANALYSIS,ANDACCORDINGTOTHEENGINEERINGPRACTICEOFTHEPRINCIPLEANDPHYSICALDESIGNTHREEDIMENSIONALGARAGEISAKINDOFHIGHDIMENSIONALUTILIZATIONRATEWITHTHEPARKINGFORM,TOALLEVIATECITYPARKINGPROBLEMS,IMPROVETHECITYTRAFFICORDERHASIMPORTANTPRACTICALSIGNIFICANCEKEYWORDSSTEREOGARAGE；VERTICALLIFTING；FORKCOMB；LIFTSYSTEM；VEHICLETURNAROUND目录摘要IABSTRACTII目录III1前言111选题背景及研究意义1111选题背景1112研究意义212国内外立体车库发展现状及趋势3121国外立体车库发展现状及趋势3122国内立体车库发展现状及趋势413研究内容与开发目标42智能型立体车库总体结构的研究与设计621机械式立体车库概述与选型6211当前立体车库的主要类型及特点6212立体车库选型822垂直升降式立体车库的工作原理823智能型垂直升降式立体车库的总体布局设计924智能型立体车库的存取车过程1025小结103车型数据调查与车位尺寸分析1131车型数据调查与统计11311车辆结构11312车型尺寸1232车型尺寸分析12321长度12322宽度12323高度12324轴距13325重量13326轮胎13327载车台尺寸及车位尺寸1433小结144智能型立体车库地面转向机构的研究与设计1641地面转向机构机械原理1642地面转向机构设计16421链轮的设计17422齿轮的设计19423轴的设计及配用轴承的选取23424附件设计2843小结295智能型立体车库叉梳抓取机构的研究与设计3051叉梳机构机械原理及设计3052横移（X向运动）机构机械原理及设计31521横移机构机械原理31522横移机构的设计3253纵移（Y向运动）机构机械原理及设计3654小结376智能型立体车库提升系统的研究与设计3961提升系统机械原理3962提升系统设计40621钢丝绳的选取40622钢索滚轮的选取40623提升系统空间布局设计41624滚筒设计4163小结427结论43参考文献44致谢46附录471前言11选题背景及研究意义111选题背景随着国民经济的飞速发展和人民生活水平的急剧增高，我国机动车保有量急剧增长，由于城市规划不合理、停车设施严重不足、管理不善及其他历史原因，导致道路资源日趋紧张，交通（动态交通和静态交通）供需矛盾日益凸显。特别是在静态交通中，传统停车场系统已不能满足日益增长的停车需要。根据相关统计数据，从2007年到2011年，我国私家车的数量分别为3118万辆、4173万辆、5218万辆、6539万辆、7872万辆，增幅分别为338、250、253、204，而2007到2011五年中全国民用汽车保有量为4430万辆、5697万辆、7619万辆、9086万辆、10578万辆，增幅也达到了286、178、193、164，2009到2010年中国的汽车类零售额比上年增长348，2010年到2011年汽车类零售额比上年增长14612345。据有关部门的不完全调查统计，全国城市每484辆机动车才有一个合法的停车位，有的城市平均每31辆才配一个停车位，而在北京、上海、广州这些车位总量相对较多的大城市，停车泊位仍不足机动车的30，与国际80的合理比例相比，中国显然“车满为患”6。02000400060008000100001200020072008200920102011私人汽车保有量民用汽车保有量图11近年来汽车保有量情况基于“车满为患”的现实情况，让静态交通占道停车在本来就拥堵的动态交通和“寸土寸金”的城市空地上，无疑会给已经拥挤的道路雪上加霜。因此必须加强重视城市停车难问题，并积极探求解决措施。图12城市停车“一位难求”目前，随着城市化的发展和人们生活水平的提高，解决城市交通拥堵和停车难问题已经成为现代社会共同面对的社会问题。解决以上问题，一是动用各级政府力量，出台各种鼓励修建停车场的相关政策；二是大力提倡并发展使用立体式停车库位。解决城市停车难问题，应该从停车位建设、管理上同步实施，最终形成以立体停车场为主体，以路外和公共区域停车为补充，以路边临时停车为辅的动、静态交通良性格局。112研究意义智能型立体车库的研究与开发是一个具有实用性的研究课题。它对建设立体车库从而提高城市空间利用率、改善城市交通秩序和缓解城市停车难问题有着重要的现实意义，其具体如下（1）以现阶段国内外智能型立体车库的分析研究为背景，了解智能立体车库的基本技术并把握技术的发展趋势。以此，加深对国情、社会政策的理解，把握立体车库专业化、复杂化、智能化、自动化的发展方向，正确判断社会需求，合理的确定智能型立体车库开发的方向和目标，避开弯路，提高效率。（2）通过对立体车库内部体系和外部体系的分析，得出其自身的一些设计要求及准则。并根据设计实际，制定本设计的设计方案，列写设计任务，根据概念方案抽象出机械原理简图；在原理简图的基础上，完成方案修改、原理修改，做出具体设计，并进行适当的校核。整个设计过程，贯穿了大学本科阶段机械设计的多个主干课程，是对大学理论学习的一次复习、总结和应用。（3）我国人口众多，2011年第六次全国人口普查显示，总人口数约为139亿，其中城镇人口66557万。特别是大中城市，在过去的十几年里，城市土地大量用于房产开发，城镇人口密度大，城市公共设施用地紧张，城市“停车难”和交通堵塞问题愈演愈烈。通过立体车库技术的推广应用，改善国内交通拥堵现状，解决城市静态交通“停车难”问题。12国内外立体车库发展现状及趋势从立体车库在国内外的发展来看，立体车库是在立体仓库的基础上，为适应现代社会汽车行业发展和人们日常生活停车所需而发展来的，其基本思想源自立体仓库。立体仓库的产生和发展是第二次世界大战之后生产和技术发展的结果。20世纪50年代初，美国出现了采用桥式堆垛起重机的立体仓库。到20世纪50年代末60年代初，出现了司机操作的巷道式堆垛起重机立体仓库。1963年，美国率先在高架仓库中采用计算机控制技术，建立了第一座计算机控制的立体仓库。自动化立体仓库不仅操作简便、零件容易维修更换，而且降低了工业生产中的物流成本，能有效节约建设费用和土地资源，加之其劳动力少，可靠性高等优点，一经上市，便在美国和欧洲得到迅速发展，甚至成为一门专业学科。20世纪60年代中期，日本开始兴建立体仓库，并且发展速度迅猛，使其成为当今世界上拥有自动化立体仓库最多的国家之一。自20世纪70年代末以来，世界经济高速发展，汽车保有量不断增加，迫使地少人多的国家、地区，特别是一些发达国家开展了立体车库停车技术的研究。121国外立体车库发展现状及趋势现在所知的最早的立体车库建于1918年，位于美国伊利诺斯州芝加哥市华盛顿西大街215号的一家宾馆（HOTELLASALLE）的停车库。1968年英国的第一座大型自动化立体停车库在伦敦建造。2001年一种高度相当于14层楼、内部结构好似书架的立体停车库在莫斯科投入使用。由于车辆无处停放的问题是城市社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体车库设备发展在国外，尤其在日本已有3040年的历史，无论是在技术上还是在经验上均已获得了成功。停车技术领域的研究以日本、美国、德国等发达国家为代表，引领世界世界该领域的发展，代表了当今世界上的最高水平，但在世界各地的发展各有特点。德国作为开发立体车库较早的国家，其技术居于领先地位，特别是在二层及多层平面式立体停车库方面，已发展成具有一定系列和标准型号的庞大立体车库研究开发体系。日本由于其国土面积小的地理原因，一直着力于立体车库的研发，其研究成果的应用也最为广泛。自1959年开始引进立体车库建造技术以来，到1983年即在本土完成了25454座多种形式立体车库的建造，平均容车量为10量左右，最多的达到百余辆。从20世纪70年代末起，立体车库在日本的发展更为迅速，其新建速度明显加大，立体车库容车量大幅增加，从技术角度看，日本较为重视密集型立体自动车库的研究与开发，即我们常说的垂直升降式立体车库或高塔式立体车库。国外这几年涌现出了一批优秀的智能停车场方面的产品，如意大利的SOTEFIN、INTERPARK，德国的PALIS，以色列HITECH公司的SEE/CARSYSTEM系列产品，新加坡OPTASIA公司的VLPRS产品等，其应用都已基本成熟。当前在日本从事机械式停车库和其设备开发、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、日精、三菱重工等。通过合理规划和布局车库位置，确定车和车位的合理比例，加大对智能停车设施的投资，像纽约、巴黎等大城市，城市交通拥挤状况已基本不存在78。122国内立体车库发展现状及趋势立体车库直接服务于汽车，所以以汽车产量或保有量作为立体车库停车容量的衡量标准，是最直接、最易理解和为人接受的方法。图11统计了国内近几年汽车保有量的数据，从世界范围看，千人汽车保有量为128辆。而中国目前的该项指标只有52量，不到世界平均水平的一半，如果达到世界平均水平，中国汽车保有量应该是156亿辆。中国作为一个新兴汽车大国，2009年已经成为世界上最大的汽车生产国和第一大新车市场，汽车保有量迅速增加。汽车保有量的急剧增加，势必带来停车行业的大的发展。当前在国内从事机械式停车库和其设备开发、制造的主要公司有深圳怡丰自动化科技有限公司、杭州西子石川岛停车设备有限公司、唐山通宝停车设备有限公司、杭州友佳精密机械有限公司、江苏双良停车设备有限公司、山东莱钢泰达车库有限公司、潍坊大洋自动泊车设备有限公司、上海天地岛川停车设备制造有限公司等。2010年全国第一个完全置入建筑内部的电梯式立体停车塔库在西安市天竹大厦小区诞生，这个车库每层面积只有50平方米，两侧各设一个车位，这样从地面到87米高的建筑顶部，设置的车位共有52层104个，创造1平方米可立体停2辆汽车的神奇。同时，天竹大厦立体停车塔库融合城市交通建筑一体化、停车技术智能化等先进理念，创造了全国停车场库建设技术领域多项第一第一个将立体车库完全置入建筑内核；单塔高度876米，全国第一、全球第二；单塔停车数量全国第一；载车板提升速度全国第一。位于温州乐清柳市柳青路上的一家酒店建起22层钢结构的立体车库，184平方米的地方能停176辆车，不仅是温州最高的立体车库，而且也算得上是省内车位最多的钢结构立体车库。车库是全智能的，车库外设有触摸操作屏，管理人员点击空车位，这个车位的载车板就降到第一层，司机将车停入载车板后，轿车会自动被移入车位。取车也是如此，凭车位号就能取车，存取车速度为平均每辆各100秒。车库同时设有人源感知系统，只要车里有人或动物在动，车库升降机器就不会启动。同时，基于立体车库对社会所作出的贡献，政府部门给予了更多关注，在土地使用、规划管理、城市环境和交通运行等方面制定了相应的政策来促进产业发展，已经提上日程。13研究内容与开发目标通过对国内外机械停车设备研发、使用情况的研究和总结，可以发现人们在使用机械式停车设备时，重视存取速度、方便程度以及等待时间的趋势已经非常明显。此外，未来的机械式立体停车市场，对产业服务和设备技术也提出了更高的要求。产业服务方面，会更加注重完善的售后服务体系、远程监控体系、远程故障处理体系；对于立体车库技术方面，除了原本的自动化、安全性、智能化要进一步提高外，还应根据实际的场地面积、空间高度及地下设施来设计立体车库方案，尽可能获得更大的存车容量，兼顾设备可能性与施工可行性，并降低产业成本。对智能型立体车库而言，机械结构的发展已成为其独有的技术特征。该产业需要多学科、多专业的复合，并结合国内与国外立体停车设备的巨大差距，有选择的引进国外相关成熟技术，开发出安全、经济、高效、节能、省地的新产品，以满足国内外市场的需求。本设计的研究与开发目标如下1研究国内外智能型立体车库的发展现状及趋势，选取市场需要、技术前沿的类型车库作为研究目标；2确定研究目标后，首先对目标对象，即汽车进行结构分析和数据采集，根据原始数据进行车库开发；3机械设计模块主要负责制定立体车库机械结构及其传动主要部件的设计和选取主要包括机械运动原理性设计、机械传动零部件设计及标准间选取、零件校核、装配设计、装配校核等。4在功能原理设计的基础上，将原理方案结构化、实体化，把关于原理方案的构思，转化为具有实用水平的、达到设计要求的实体产品。5在原理方案设计和总体设计的基础上，确定机械装置的具体结构与参数。机械结构设计需要确定结构的组成及其装配关系，确定所有零件的材料、热处理方式、形状、尺寸及精度，所确定的结构不但要保证功能实现的可能性，而且要保证功能实现的可靠性，使得机械装置在工作中具有足够的工作能力和必要的工作性能。2智能型立体车库总体结构的研究与设计21机械式立体车库概述与选型211当前立体车库的主要类型及特点从运作方式的不同，立体车库可以分为自走式和机械式两种。1自走式立体停车库自走式立体车库是指在车库内留有车行道，各立体停车层之间由坡道连接，驾驶员自行开车出入车库（图21）。自走式立体停车库的出入口应留有较为宽敞的缓冲带，避免直接建造在交通干道和干道的交叉路口，层数不宜过高，一般以五层为限。自走式立体停车库分为楼房式和钢结构装配式两类。楼房式立体停车场建设周期相对较长，需要一定的占地面积，一次性投资较大。四层以下的自行式立体停车场，因进出车时间较短，用户比较喜欢使用。钢结构装配式的停车场，建设周期短，投资低，可转场异地使用9。2机械式立体停车库机械式立体停车库是利用机械设备提高单位面积停车数量的停车方式，它使用机械设备搬运和停放汽车的停车库，通常包括车道、控制室、操作管理间、辅助设备、周边设备等附属设施，其机械结构分为运送器和停车位两部分。运送器是机械式立体车库中托载和运送汽车的机构部件总称，停车位是立体车库中为停放车辆而划分的各个停车空间。按其工作原理，机械式停车设备可分为升降横移式（SH）、垂直循环式（CX）、水平循环式（SX）、多层循环式（DX）、平面移动式（PY）、巷道堆垛式（XD）、垂直升降式（CS）、简易升降式（JS）10。下面将对以上机械式立体停车库类型作简单介绍1112（1）升降横移式（SH）工作原理为每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过升、降、横移运动到地面层，驾驶员进入车库，存取车辆，完成存取过程。可根据不同的地形和空间进行任意组合、排列，空间利用率高，存取车快捷，使用、维护简便，费用较低。根据经验，一个控制单元1525辆车较为合适。其特点为提高空间利用率；存取车快捷便利；PLC控制，自动化程度高；低噪音；人机界面好，操作简便。（2）垂直循环式（CX）垂直循环停车设备是以季直方向做循环运动的停车系统，完成存取车辆。垂直循环类汽车库占地面积小，设备动力单一，控制简单灵活，一次转运即可完成存取车，布局灵活，可独立设置，也可附设在建筑物内。其特点为省地，方便，迅速，灵活，经济，省电。（3）水平循环式（SX）水平循环类汽车库按操作方式分为无人方式和准无人方式。无人方式是人员完全不进入存车装置内，只使汽车移动的方式，准无人方式是人与车一起驶入存车装置，等人离开后，再移动汽车的方式。其特点是适宜地形狭长的场所；地下室采用这种设备后，既减少了进出车道，又提高了土地利用率。（4）多层循环式（DX）多层循环式停车库分为圆形循环式和方形循环式两类。圆形循环式指水平循环系统以圆形运动的方式实现上下层车位的交换，这种形式一个系统中只需一台悬臂式升降机。方形循环式指水平循环系统以方形运动的方式实现上下层车位的交换，这种形式在一个停车系统中两头需各设一台升降机。其特点为无需坡道，节省占地面积；自动存、取车，方便快捷；最适宜地形狭长的场所，可建在建筑物的地下、广场以及高架桥的下面等。（5）平面移动式（PY）平面移动式停车设备主要可以减少车道面积，增加停车密度，提高空间利用率。平面移动式停车设备又分为单层平面横移、单层或多层平面移动。其停车设备可建在地上、地下，设备安全、可靠、自动化程度高、存取车效率高、空间利用率高。其特点为提高了车辆的出入库速度；可自由利用地下空间，停车规模可达到数千台；部分区域发生故障时，不影响其他区域的正常运行；采用以驾驶员为中心的设计，提高了舒适性；采取多重保险措施。（6）巷道堆垛式（XD）巷道堆垛式机械式停车设备包括堆垛机式和起重小车式，车位结构可为独立全钢结构或钢筋混凝土结构。巷道堆垛机械式停车设备是用巷道堆垛起重机或桥式起重机，将进到搬运器上的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆的机械式停车设备。其特点为可设置于地上或地下，充分利用有效空间；载车板的升降和行走同时运行，存取车方便快捷；全封闭式管理，安全可靠；通过升降机、行走台车及横移装置输送载车板实现存取车操作，整个过程全自动完成；固定式升降机各层行走台车的配置形式，实现多人同时存取车。（7）垂直升降式（CS）垂直升降类汽车库亦可称为塔式立体停车库，它是通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆的机械式停车库。工作原理是用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，或是相反，通过横移机构将指定存车位上的车辆或载车板送入提升机构，提升机构降到车辆出入口处，打开库门，驾驶员将车辆开走。其特点为占地少，容车量大，高层设计最高能够达到平均一辆车仅占一平方米的空间；可同时提供多车位进出口，等待时间短；智能化程度高，可预约存取车及空车位导向；绿色环保车库，利用车库外形的空隙空间可以进行绿化，使车库变成一个立体的绿化体，有利于美化城市和环境。智能化控制，操作简单方便。（8）简易升降式（JS）简易升降类机械式停车设备是借助升降机构或载车板的仰俯摆动实现存取车的停车设备。该类车库一般为准无人方式，即人将车开到载车板后离开，然后移动汽车的方式。结构简单，操作容易。其特点为一个车位泊两台车最适宜多车型家庭用；构造简单实用，无需特殊地面基础要求；可任意迁移，搬迁安装容易或根据地面情况；车板防下滑保险装置。（9）此外，还包括汽车专用升降机（QS）13汽车升降机是专门用作停车库出入口至不同停车楼层间升降搬运汽车的机械设备，它只起搬运作用，无直接存取作用，它相当于自走式停车库中代替车道斜坡道的作用。节省空间，提高车库利用率。212立体车库选型通过对以上立体车库结构形式、工作原理及适用类型的研究和分析，可知自走式立体停车库宜建立在土地相对不是太紧张的三四线城市的大型购物中心和商场顶层；升降横移式（SH）、简易升降式（JS）宜结合建筑，形成复合式立体车库；垂直循环式（CX）、平面移动式（PY）、巷道堆垛式（XD）和垂直升降式（CS）宜独立自成体系，配合合理的管理系统，形成全机械式自动立体停车库；水平循环式（SX）和多层循环式（DX）则适合建立在狭长地形不能设置坡道的地下室。综上所述，垂直升降式立体车库是一种综合性能较优越，机械化程度较高，具有广阔发展前景的立体车库形式。结合课题“智能型立体车库”的要求，选定更为适合的垂直升降式机械立体车库做为智能化原型。22垂直升降式立体车库的工作原理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，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。分析上图表中垂直升降式立体车库的运行形式可知，车辆在垂直升降式立体车库中的存取方式主要有一下几种左右两侧存取方式、扇形存取方式、圆周存取方式等。左右两侧存取方式就是提升井道在中间，停车位在井道的左右两侧，每一楼层的停车位有两侧对称个，升降电梯升降到制定楼层后，横移机构可以左右方向存取车，存取机构结构简单。扇形存取方式就是停车位以升降井道为中心作扇形分布，升降电梯升降到指定楼层后可以在扇形停车位范围内存取车辆，这样就增加了每一楼层的停车位，但扇形存取方式的存取机构结构较为复杂。圆周存取方式就是停车位以电梯井道为中心作圆周分布，每一楼层的停车位为最多，不过这种形式的存取机构也相对最为复杂。23智能型垂直升降式立体车库的总体布局设计智能型垂直升降式立体车库的总体设计，即设计初期从功能角度对产品工作进行分析，确定其功能性原理的概念设计阶段。图23车库俯视布局图24车库侧视布局机械产品设计的最初环节，首先要从功能需求的角度出发，分析其需要达到的功能要求，针对该产品的主要功能，提出一些原理性的构思。在明确总功能的基础上，对总功能进行功能分解，得到基本功能元，针对某一确定的“功能目标”，寻求一些“物理效应”并借助某些“作用原理”来求得一些实现该功能目标的“解法原理”。通过功能原理设计，得到能实现预定功能目标的原理解法；通过优化、分析，筛选出满意的、可靠的工作原理方案。从功能出发，分解为地面转向、存取车过程抓取、升降三个主要分功能。对于立体车库的总体布局，如下两图所示，每层6车位，中间为提升井道；共取层数10层。一层地面设置转向掉头机构，及叉梳固定台；竖直的提升井道内布置提升体统及拖动叉梳机构。24智能型立体车库的存取车过程存车指示车辆驶入存车等待区驾驶人离开，并确认检测车辆位置叉梳取车提升系统到层检测纵移台，纵向移动到位检测叉梳存车系统归位或进入取车位置注取车过程顺序倒推，不再赘述图25智能型立体车库存车流程图25小结本节以对立体车库的研究为背景，通过研究立体车库的主要形式及其优劣，根据智能型立体车库这一课题要求，选取适合课题的、发展趋势下的立体车库形式。根据机械设计学的理论原理，由所选取的垂直升降式立体车库为型，做出本毕业设计的总体布局设计，并且从概念设计的角度，分析垂直升降式智能型立体车库的运作模式，着重以存取车流程为主线，进行功能分解和明确。为后续的研究和开发做出总纲。3车型数据调查与车位尺寸分析31车型数据调查与统计311车辆结构课题实施主体是汽车，需要对汽车结构，特别是汽车底盘结构予以了解，以选取合适的支撑点作为托载汽车的支撑点。图31汽车底盘系统实训台图32汽车底盘部分主要传动如上图所示汽车底盘结构和主要传动系统构造，帮助更好的了解汽车底盘。汽车底盘的作用是支承、安装汽车发动机及其各部件、总成，形成汽车的整体造型，并接受发动机的动力，使汽车产生运动并按驾驶员的操控而正常行驶。图33汽车底盘部分实景图综合汽车底盘结构分析，选择汽车车轮作为承载的支撑点，固定牢靠且具有一定缓冲性。312车型尺寸车位尺寸是立体车库设计的基本单位，车辆尺寸决定车位尺寸。车辆尺寸包括车辆的长度、宽度和高度，是车库设计的最小标准。同时为进行车库立体钢结构的设计和分析，需要考虑车辆的重量；为进行车辆固定，需要考虑轮胎的尺寸，故需引入车辆重量和轮胎尺寸这些基本参数。立体车库的主流服务对象是中小型汽车，所以针对目前国内的200余款这类车型数据做了统计，详见毕业设计说明书附件1。32车型尺寸分析321长度长度作为汽车的主要参数之一，在设计中作为车库停车位长度选取和叉梳机构长度方向布置的参考数据。国际通行标准根据车辆长度将轿车分为A0、A、B、C、D、E六类。A0级为3540米；A级为4045米；B级为4648米；C级为4750米；D级为5152米；E级为5362米14。由统计结果得出，车辆长度在4550M之间的占542，4045M之间的占302，50M以上的占8，40M以下的占76。由以上数据可知，4550M作为现在的主流车型，如果将车库准停车辆的长度限制在50M，可以保证92的车辆可以停放在本车库。综合考虑，停车许可长度理论设计为50M以下，则可满足92的车辆准停。322宽度宽度作为汽车的主要参数之一，在设计中作为车库停车位宽度选取的参考数据、叉梳机构宽度方向布置和车库门宽度的设计基准。对于小轿车，如果要求横向排布的三个座位都有宽阔的乘坐感，那么车宽一般都要达到18M。特别是近年来，由于对车辆各安全性要求的提高，门壁厚度有所增加，间接加长了车宽。从统计数据也明显看出，主流车型的车宽均在18M左右，其中1819M之间为429，1718M之间为368，17M以下为127，19M以上为76，同样的，停车许可宽度理论设计为19M以下，则可满足924的车辆准停。323高度高度作为汽车的主要参数之一，在设计中作为车库停车位高度选取的参考数据和车库门高度的设计基准。车辆高度直接影响汽车的重心和空间，从统计结果看，大部分轿车高度在15M以下。纵观汽车高度数值并结合日常生活常识，车辆主要分为中小型汽车高度和轻型车高度（如小面包、MPV、SUV等），具体高度分布为14M以下为42，1416M之间为679，1618M为208，18M以上（均小于20M）为71。为合理利用空间，设计时开设两种不同高度的停车位，16M和20M，这样，则可满足所有的车辆准停且合理利用空间。324轴距轴距作为汽车的主要参数之一，在设计中作为叉梳机构布置的参考数据。轴距以小于3M为主，占比为943。325重量重量作为汽车的主要参数之一，引入到设计中是为了保证车库停车位的强度校核和地面旋转机构、汽车存取机构和提升系统强度的校核及电动机选取时的功率参考。由统计数据可知，重量在2000KG以上的车辆仅占61，且最大重量为2940KG，与2000KG相差940KG。由于重量悬殊较大，且该部分占比较小，不予考虑，准停重量理论设计为2000KG以下。326轮胎轮胎作为汽车固定的夹持点，需要考虑轮胎的直径、轮毂的直径等参数，以合理确定叉梳结构。首先，应了解轮胎型号与参数的对应关系。以轮胎的型号195/65R15为例195轮胎宽度（子午线结构轮胎的单位为MM）65扁平比（见下图35）R表示本轮胎为子午线结构15轮胎公称直径，即轮辋直径（用英寸值表示）图35轮胎参数示意在理解轮胎参数的基础上，可知轮辋直径是本次设计中的主要参考参数，为保证车体的相对固定，轮辋直径范围内应至少保证能有一对叉梳进行支撑，对于非均布叉梳还必须保证轮胎外形尺寸（轮辋直径2轮胎宽度扁平比，最大为389MM，最小为190MM）完全在叉梳支撑保护范围内。由统计数据可知，轮辋直径在1320IN不等，其中主流轮胎选用为1418IN约占比953，折算成MM制单位分别为3556、381、4064、4318、4572（MM）；轮胎宽度为155285MM范围。327载车台尺寸及车位尺寸为照顾车库整体的统一性和协调性，估取车位和载车台工作区域尺寸一致，其具体尺寸以满足准停车辆停放为准；载车台尺寸、车位尺寸、进出口尺寸则根据国家相关标准拟定。机械式汽车库的库门洞口净宽不应小于车宽加500MM，其高度不应小于车高加100MM，兼做人行通道时其高度不应小于1900MM11。所以，出入口设计尺寸为净宽2400MM，高度为2100MM。车辆库内等候区尺寸为长度7000MM，宽度2500MM，高度2500MM。载车台和车位工作区域尺寸为长度6000MM，宽度2500MM，车位高度2200MM和1800MM。表32停车规格参数中小型轿车轻型车车长（MM）5000车宽（MM）1900含后视镜宽（MM）2050轮胎外宽（MM）1860车高（MM）16002000停车规格（最大）车重（KG）2000表33库位规格参数中小型轿车轻型车库长（MM）7000库宽（MM）2500库高（MM）1800220033小结本节是在概念设计基础上，为进一步明确设计目标而进行的前期市场研究，以对工程实际中实施对象汽车的研究为主，通过明确这一实施对象的各项参数，便于制定相应的设计方案。首先，为选取合适的“抓取”点，以汽车底盘结构为研究对象，对汽车底盘结构进行分解，最终选择了具有缓冲性、夹持可靠性和方便可取性的轮胎为着力对象；然后，对汽车整体尺寸进行统计分析和研究，以确定合适的车库参数，如车库停车位的长、宽、高等，明确相关设计参数，为实施实质性设计做好准备。4智能型立体车库地面转向机构的研究与设计地面转向机构是从人机工程学的角度，为了实现前进入库和前进出库而设立的，其作用是在汽车进入待存车区或待取车区后，系统根据存取车实际情况进行车辆掉头，实现前进出库，方便用户。41地面转向机构机械原理地面转向机构的机械原理示意图如下图41旋转台机构简图固定叉梳设置在载车台上，使整个地面机构位于旋转台之上，统一受旋转的转向；旋转支撑台固定于找平的地基上；传动系统由电机作为动力源拖动，是载车台实现空间旋转功能。其中传动系统的原理可以选取圆柱齿轮传动、圆锥齿轮传动、涡轮蜗杆传动、链轮传动、带轮传动等形式来实现转向，其旋转轮靠轴进行定位。本部分主要任务是设计满足要求的轴系结构，选取合适的轴承及轴系空间布局。42地面转向机构设计考虑到整个机构的运动统一性和零部件的互换性及统一性，再加上在底部地面旋转支撑台的作用下，上部受力有限，采用电动机驱动和以轮系传动为主的传动系统形式。旋转支撑台处，考虑到主要承受的是竖直方向的承载力和在拖动过程中极小的旋转、拖动惯性，选取承载轴向载荷能力较强的推力球轴承作为旋转部件，其上安装承载轴，上端部通过轴套连接于载车台。具体设计15如下传动系统载车台旋转支撑台421链轮的设计综合考虑到转向的功率、速度、精度及空间要求，选取链轮传动形式。链传动比通常6，不考虑电机部分，预选传动比为25。（1）选择链轮齿数、和确定传动比1Z2I小链轮齿数取17，传动比25；I大链轮齿数1725425，取43；2Z1I2Z实际传动比53741I（2）计算当量的单排链的计算功率CAP设计要求转1803S完成，即大链轮转速N210R/MIN，由传动比可知小链轮转速N125R/MIN。小链轮带动载车台及所载车辆旋转，所需功率24KW根据链传动的工作情况，由15表96查的11，由图913查得AK153，单排链，则计算功率ZK41042153WPKPZACA（3）选择链条型号和节距根据404KW及N125R/MIN查图911可选24A。查表91，链条节距为CAPP381MM。（4）计算链节数和中心距初选中心距A03050）P305038111431905MM。取A01620MM。相应的链长节数58162317423178602201210APZZPL取链长节数为82节。PL查表97得到中心距计算系数，则链传动的最大中心距为4671F024678381282（1743）978MM42221MAXZFP（5）计算链速，确定润滑方式V43/2701638725106SMPZNV由和链号24A，查图914可知应采用定期人工润滑。SMV/270（6）计算压轴力PF有效圆周力为98270410KNVPE链轮垂直布置时，则压轴力为1058993KN5FPKEFPK（7）滚子链的标记24A182GB/T12431997图42滚子链结构主要参数滚子直径，内链节内宽，销轴直径MD23AX1MB25IN1，内链板高度，抗拉载荷。MD1AX2H6KNF64I取值，。20AXB81D02H32（8）滚子链链轮的主要尺寸分度圆直径，大链轮，小链轮SINZPDM5大MD208小实际中心距MA970齿顶圆直径，541大DA24小齿根圆直径，MXDFF50大MDF185小齿高MHA14小大（9）滚子链链轮轴向齿廓尺寸齿宽1150BF齿全宽，FFNMBFNFFNF621小小大大齿侧倒角，PA3公称AA9534公称小公称大齿侧半径，RX公称RXX8公称小公称大（10）链轮结构及材料小链轮直径较小制成整体式；大链轮为中等尺寸，制成孔板式。链轮轮齿要具有足够的耐磨性和强度，根据表95，小链轮选取20CR，经渗碳、淬火、回火处理，齿面硬度在5060HRC之间，适用于有动载荷及传递较大功率的重要链轮（Z25）；大链轮选取45钢，经淬火、回火处理，齿面硬度在4050HRC之间，适用于无剧烈震动及冲击的链轮。（11）链传动的张紧为避免在链条的松边垂度过大时产生啮合不良和链条振动现象，同时也增加链轮与链条的啮合包角，增设张紧机构。图43链传动的自动张紧机构原理422齿轮的设计齿轮结构在旋转机构中的作用是实现竖直与水平运动的方向转换和一定的传动比。工作条件及要求间断单向运转，载荷较平稳；日工作时间设计为16小时，使用折旧期8年；室内工作，灰尘不大；环境温度最高40；输入功率24KW，小1P齿轮转速1500R/MIN，齿数比25。1N1选定齿轮类型、精度等级、材料及齿数1）按图41的传动原理，选用直齿圆锥齿轮。2）旋转台为一般工作机器，速度不高，故选用7级精度（GB1009588）3）材料选择。由表101选择小齿轮材料为40CR（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质），硬度为240HBS，二者材料硬度相差为40HBS。4）选小齿轮齿数为，大齿轮齿数，取371Z592372Z92Z2按齿面接触强度设计由设计计算公式（1026）进行试算，即44321215092UKTZDRRHET（1）确定公式内的各计算值1）试选载荷系数TK2）小齿轮传递的转矩15109NPT10528041945MN3）齿宽系数30R4）由表106查得材料的弹性影响系数2189MPAZE5）由图1021D按齿面硬度查得小齿轮的接触疲劳强度极限；MPAH601LIM大齿轮的接触疲劳强度极限AH502LIM6）由式1013计算应力循环次数60150011630083456109HHJLNN1013824109H5243917）由图1019取接触疲劳寿命系数，8601HNK902HN8）计算接触疲劳许用应力取失效概率为1，安全系数S1，由式（1012）得086600516MPA45SHN1LIM1090550495MPA46SKHN1LIM1（2）设计计算1）试算小齿轮的分度圆直径，代入中的较小的值TD1H51196（MM）4732421530301849582TD2）计算圆周速度V402（M/S）481069106NT3）计算载荷系数根据V402M/S，7级精度，由图108查得动载系数12VK直齿轮齿间载荷分布系数1FHK由表102查得使用系数A根据大齿轮两端支撑，小齿轮悬臂布置查表109得轴承系数251EBHK齿向载荷分布系数8751251EBHFHK得载荷系数11121187521VAK4）按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径，由式1010A得490763129531MDTT5）计算模数M410623701Z3按齿根弯曲疲劳强度设计由式（1024）得弯曲强度的设计公式为411321504FSARRYUZKTM（1）确定公式内的各计算数值1）由图1020C查得小齿轮的弯曲疲劳强度极限，大齿轮的弯曲AFEMP501疲劳强度极限；AFEMP38022）由图1018取弯曲疲劳寿命系数，8501FNK802FN3）计算弯曲疲劳许用应力取弯曲疲劳安全系数S14，得41257304185011MPASFENF41386222KFEF4）计算载荷系数11121187521FVA4145）计算当量齿数，821COT1IAR2689012，539S11ZV74COS22ZV6）由表105查取齿形系数和应力校正系数，421FAY62FA51SAY8212SA7）计算大小齿轮的，并加以比较F013245736421FSAY886292FSA大齿轮的数值大，选用大齿轮的尺寸设计计算。（2）设计计算11644MM4153224016385370510184M对比计算结果，由齿面接触疲劳强度计算的模数M大于由齿根弯曲疲劳强度计算的模数，由于齿轮模数M的大小主要取决于弯曲强度所决定的承载能力，而齿面接触疲劳强度所决定的承载能力，仅与齿轮直径（即模数与齿数的乘积）有关，可取由弯曲强度算得的模数11644并就近圆整为标准值M15MM，按接触疲劳强度算得的分度圆直径，算出小齿轮齿数MD0761451MZ大齿轮齿数102Z这样设计出的齿轮传动，既满足了齿面接触疲劳强度，又满足了齿根弯曲疲劳强度，并做到结构紧凑，避免浪费。4几何尺寸计算（1）计算分度圆直径416605141MZD4172（2）计算分度圆锥角，821COT1DAR689012（3）锥距R241560221U（4）计算齿轮宽度734RBM圆整取B130，B2355机构设计小锥齿轮大端齿顶圆直径为6279MM，采用实心结构；821COS560COSHD1A1A大锥齿轮大端齿顶圆直径为150215COS6822AACOSHD15111MM，采用腹板式结构。式中HAHAM，HA1，即HA15423轴的设计及配用轴承的选取4231轴3的设计1求输出轴3上的功率、转速和转矩3P3N3T由16表17查取滚子链传动的效率（包括轴承效率在内），则9601418304296413KWP4195095033MNNT2初步确定轴的最小直径先按15式（152）初步估算轴的最小直径。选取轴的材料为45（调质）。根据表153，取，于是得120A6810342NP30MINMAD充分考虑轴的强度及滚子链轮的相关设计参数，取轴的最小直径为。MD70IN联轴器的计算转矩，查15表141，考虑到转矩变化很小，故取3TKACA，则31AK4162802013MNACA按照计算转矩应小于联轴器公称转矩的条件，及轴孔直径的要求，参考TGB/T4323200217Y型轴孔LT11型弹性套柱销联轴器，其公称转矩为4000NM。半联轴器的孔径80MM，故取。由于该联轴器结构不适合该处使用，2DMD8012所以对零件进行单独设计。半联轴器长度L172M