《蜂巢立体停车库平移装置主体结构设计与实现》7900字（论文）

蜂巢立体停车库平移装置主体结构设计与实现摘要本设计旨在原有侧方位停车位上设计一种蜂巢停车库，通过模块化设计，可设计多层立体停车库。每层的停车位无需任何更改，只需对停车库的框架进行系列化设计，每个立体停车库标配一个升降平台，通过可移动的伸缩臂，将升降平台的平移动力传至需要停、放车辆的停车位，驾车司机就可自行完成停车取车，提高停取车的效率，占用空间少，互相解决停车难、达到节约空间的目的。本发明还公开了该蜂巢式立体停车库的停取车方法。本文先对一种蜂巢式立体停车库平移车辆装置进行了介绍性的设计，再对本次毕业设计的设计内容、设计目标进行了综合归纳，主要包括架体、托板﹑横向伸缩臂和垂直伸缩臂，以及装置结构、各部件选择和参数设计等，并通过计算确定各个零件的具体选择和零部件的校核。最后通过CATIA、CAD等绘图软件进行绘制得出零部件和整体总装配图二维、三维设计示意图，并对车辆进出以及传动部件和其他装置的具体运作进行说明。关键词：蜂巢式立体停车库平移装置目录第一章绪论 第一章绪论1.1选题背景及意义随着我国社会经济的进步和发展，越来更多的年轻人开始选择住宅或者是城市里的地方，这就导致城市中公共空间会越来越少。因此，对城市空间进行合理规划、利用就显得重要之极。对于我们的日常生活，立体停车库的具体实践和运营都会给车辆出行停放带来很多便利。立体停车库把传统的平面式停车库推向了三维空间，有效地充分利用了这个空间，对于缓解道路交通堵塞现象也是有着非常重要的作用。与其他传统地面式的车库不同，蜂巢立体车库展现了其独特的功能和优势。第一，就其占地面积、所有使用的空间来说，立体车库对于土地的综合利用效果是比较好的。立体汽车仓库中的车辆储存方式是采取了堆叠的形式，这样在同一块土地的大小上就能够存放得到更多的机动车辆，土地利用率也就自然比较高。第二，立体车库的现场化应用可以大大提高其安全性。在对立体汽车进行仓储管理系统的设计、生产制造时，鉴于车辆运输环境条件的影响，设计出具备了各种传感器、行程开关、防跌落机构等多项安全装置。这样就有效地保障了驾驶员和车辆以及个人自身的安全，比普通平面式停车库具备了更高的交通安全性。第三，由于大型立体车库的修建对于土地总面积的要求并不高，有效缓解了住宅小区停车紧张的局势，又可以减少和避免小型汽车遭受的损失。立体停车库在其存车管理方式上另外一个优势就是其在设置了电气系统之后，存车自动化，储藏和交换车辆非常方便，无论是对于人还是驾驶车辆，它都具有一定的安全性能和保障，且建筑物的成本较低，被废弃后仍然可以再次重复使用其他钢铁原材。1.2国内外研究现状50多年来，立体停车在国外已经发展起来，并出现了供家庭使用的楼上停车设施。利用房子的空地，在2-4层建立一个升降和水平转移的停车设施。适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下车库。自20世纪70年代末以来，世界经济实现了高速增长，汽车普及化，汽车拥有量增加。我们积极从事研发和建设，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用。日本、美国、德国等发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先地位，并通过韩、韩区域港口、澳大利亚、停车场制造行业的引进和移植获得活动。在解决了区内停车困难的好书刊，开始向外输出技术和产品。日本是最早采用机械式车库的国家之一，20世纪60年代初期机械式停车场的开发和使用，最大限度地利用了空间。当时，日本大约有500万辆汽车停放在路上，其中大部分都使用了垂直循环停车装置。从20世纪80年代开始，日本开始向亚洲的韩国、中国、台湾出口产品和技术。韩国的机械式停车场技术是从日本机械式停车场技术派生出来的。机械式停车场产业始于20世纪70年代中期。20世纪80年代，那个开始引进日本的技术。在消化、生产、本土化之后，90年代开始供应和使用。在这一阶段，由于政府的高度关注，各种机械式停车场被广泛开发利用，近年来韩国的增长率约为30%。目前，韩国的停车场设备产业已经进入了稳步发展的阶段。立体停车场有各种各样的种类，但立体停车场有一个共同的优点，就是将原有的平面立体停车场提升为立体空间，有效利用这个空间，对缓解交通拥堵也起到了重要的作用。与传统的露天车库相比，蜂巢立体车库具有其独特的优点。第一，从面积和空间的角度来看，立体车库的土地利用率比较高。由于立体车库的车辆保管采用了堆放的形式，所以在同一块土地上可以保管很多车辆，土地的利用率自然也就高了。其次，立体车库的应用可以提高安全性。在立体车库的设计制造工程中，考虑到车辆的安全率，采取了各种传感器、旅行开关、防止掉落机构等安全对策。这样一来，车辆和人自身的安全得到了有效的保障，比传统的飞机停车场有更高的安全保障。第三，立体车库的建设不需要高地，可以有效解决住宅区停车不足的问题，也可以避免车辆自身的特定损失。1.3课题的主要研究内容本研究课题主要设计一种提升机构，用于将其中的车辆或托板高度升降至其指定楼层，然后使用安装在提升机构上的横向移动机构把其中的车辆输送出来或者是提取其中的车辆，以此达到车辆停放的目的。蜂巢式立体车库由立柱、横梁、纵梁、托板、垂直伸缩机械臂、横向机械臂等组成。立柱、横梁、纵梁构成了车库的架体，托板用于停放车辆，横向机械臂是将车辆输送进单元车库或者将车辆从单元车库中移出的移动机构，垂直伸缩机械臂是将车辆从单元车库所在停车层降至地上或者将车辆提升到指定停车层的移动机构。托板安装于垂直伸缩臂的下端部，横向机械臂安装于垂直伸缩臂的上端臂且与单元车库相连接。横向机械臂内安装有用于驱动横向伸缩臂伸缩的第一驱动电机，移动部分采用导轨滑块机构实现导向功能，所述的垂直伸缩臂内安装有驱动垂直伸缩臂伸缩的第二驱动电机。横向机械臂在移动状态过程中，垂直伸缩臂保持在最上端，不进行伸缩；横向机械臂在移动到单元车库恰当位置时，垂直伸缩臂及托板随横向机械臂移动方向两端的其中一端一起移出单元车库。横向机械臂有两根，垂直伸缩臂有四根，四根垂直伸缩臂的垂直末端伸缩梁的下端部与托板的四个角部相连接，每两根垂直伸缩臂的垂直始端梁的上端分别与每根横向伸缩臂的横向末端伸缩梁的两端相连接。1.4本章小结本章主要介绍了本次毕业设计的总体规划和设计意义、背景以及国内外的研究现状，确定了：（1）设计目标：完成蜂巢立体停车库平移装置的结构体设计。（2）设计内容：完成相应零部件的结构设计包括框架以及传动装置，并绘画出相应的装配图以及工程图。第二章蜂巢立体停车库平移装置主体结构设计2.1初始参数每个停车位选用所能停放最大车辆尺寸：长5000mm，宽2000mm，高1500mm2.2蜂巢立体停车库钢结构参数的设计蜂巢式立体停车库主体钢结构部分主要是由前后立柱、前后横梁、纵梁组成。立柱、横梁、纵梁均采用H型钢：立柱选用型号HW300×305×15×15，长度为5000mm横梁选用型号HN298×149×5.5×8，长度5800mm纵梁选用型号HN298×149×5.5×8，长度3000mm。1.立柱2.横梁3.纵梁图2-1立体工字钢钢结构螺栓连接处螺栓连接处图2-1立柱螺栓连接图2-2地脚螺栓连接立体车库由工字钢结构，具有质量轻，承载能力强的特点。并采用螺栓连接的方式，其中立柱部分与地脚螺栓连接，中间部位为车辆停靠区域。螺栓连接处螺栓连接处图2-1立柱螺栓连接图2-2地脚螺栓连接图2-3托板托板参数：钢材，长4900mm，宽2600mm，厚20图2-3托板2.3横梁纵梁强度校核根据受力分析，横梁最大弯曲力矩位于单跨终点处，因为各跨受力相等，故仅对一处进行弯曲强度设计和校核。横梁所选H型钢的截面系数查得W=326cm（一）横梁中点处的实际最大弯曲应力σ，根据公式：（一）σ=纵梁横梁选用相同型号的H型钢，故截面系数相同，只需校核横梁。单根垂直伸缩臂重M1=304.5075kg,托板重M2=600kg，车重M3=2000kg最大弯矩|M|max在单跨中点处，当承载最大时，算得F由此计算出：Mmax=实际最大弯曲应力由公式（一）计算得出：σ=所得最大弯曲应力小于此处应力σ因此横梁强度符合要求。故由此也可得出纵梁强度同样符合要求。2.4主体结构设计设计思路：根据蜂巢式立体升降车库结构模型，横向伸缩机械臂动力部分采用电机+减速机+同步带轮的形式，采用齿轮齿条机构驱动；移动部分采用导轨滑块机构实现导向功能。由于机械臂横向伸出后为悬臂结构，因此在导轨滑块选型设计时，需要校核导轨滑块的抗弯力矩。图2-1停车库平移装置主体结构导轨1.立柱2.纵梁3.垂直伸缩机械臂4.托板5.横向机械臂图2-1停车库平移装置主体结构导轨图2-2导轨滑块机构图2-2导轨滑块机构第三章机械臂以及其他部件设计3.1横向机械臂设计3.1.1结构组成滑块副滑块滑块副驱动齿轮电机图3-2横向机械臂导轨滑块机构图3-1横向机械臂电机齿轮机构横向机械臂采用电机+减速机+同步带轮驱动机构的形式，驱动机构要具备自锁功能，防止由于安装角度等造成的溜车现象发生。同时每根横向机械臂采用4个滚动导轨滑块副，实现机械臂的横向移动，滚动导轨滑块副具有滚动摩擦系数低、运行精度高、安装方便、实用性强、维护方便等特点，适合重载、长行程移动工况，结构示意如下图所示，安装方式均为螺栓连接。滑块副滑块滑块副驱动齿轮电机图3-2横向机械臂导轨滑块机构图3-1横向机械臂电机齿轮机构滑块导轨滑块导轨图3-3横向机械臂导轨滑块机构整体外观图3-4横向机械臂导轨电机仰视图滑块齿轮电机驱动装置及滑块安装在横向移动臂内部与侧部部分，齿条安装在主梁内部上方与侧壁部分，仰视图如下图所示，驱动装置安装在横向移动机械臂的中间位置，从下方可方便安装及维修操作。图3-4横向机械臂导轨电机仰视图滑块齿轮电机3.1.2导轨滑块设计图3-5HG系列直线导轨尺寸表横向移动机械臂由滚动导轨滑块副实现横向移动，其中车体重量约为图3-5HG系列直线导轨尺寸表3.2垂直机械臂设计3.2.1机构组成齿条电机导轨电机图3-7垂直机械臂伸出状态图3-6垂直机械臂收缩状态垂直机械臂主要作用是将车辆运送停放至立体车库二层停车位位置，采用竖直升降伸缩臂来实现该功能，再通横向机械臂的水平移动调整，实现车辆的升降及移动功能，为了节省空间尺寸，采用2级套筒式伸缩臂的设计方式，通过2级齿轮齿条驱动机构，实现2级套筒式伸缩臂的伸出与收回动作，如下图所示：齿条电机导轨电机图3-7垂直机械臂伸出状态图3-6垂直机械臂收缩状态竖直机械臂采用电机+减速机的驱动机构，其中驱动机构要具备自锁功能，防止由于车辆的重力造成滑落现象发生，因此选用蜗轮蜗杆减速机（自锁功能）及抱闸伺服电机的双重锁紧方案，可有效提升整体系统的安全性。滑块导轨电机图3-8垂直机械臂导轨滑块机构同时每根横向机械臂采用4个滚动导轨滑块副，实现机械臂的横向移动，滚动导轨滑块副具有滚动摩擦系数低、运行精度高、安装方便、实用性强、维护方便等特点，适合重载、长行程移动工况，结构示意如下图所示，安装方式均为螺栓连接。滑块导轨电机图3-8垂直机械臂导轨滑块机构3.2.2导轨滑块设计竖直机械臂由滚动导轨滑块副实现车辆的竖直升降运动，其中导轨滑块的安装布置均为双侧对称布置，车体重量约为2000kg，假设机械臂及其他附件重量约为2000Kg，总重量约为4000kg（40KN）每一级竖直升降，由16个HGH20HA滑块作为导向滑块，可有效保证竖直机械臂升降过程中的稳定性。由于总重力为竖直向下，与导轨滑块导向方向相同，在保证底部框架及横梁足够强度、刚度的前提下，竖直升降机械臂的导轨滑块几乎不受垂直导轨安装面及其他弯矩作用，使用工况良好，因此不必对滑块承载及弯矩进行校核计算。3.3电机的选择垂直伸缩臂上的电机（控制车辆升降的电机）根据车库的设计要求，按标准提升速度计算，算入载车板（托板）重量、汽车重量，以及垂直伸缩臂（第二层）的重量，取相应的齿轮传动效率η1=0.95，滚动轴承效率η2=0.99算得电动机提升功率PP因此选用YZ系列起重及冶金用三相异步电动机，型号为YZ132M1-6，额定功率为2.2kW。横向机械臂上的电机（控制车辆横移的电机）根据车库的设计要求，按标准提升速度计算，算入载车板（托板）重量、汽车重量，以及垂直伸缩臂（第二层）的重量。取滚动摩擦系数f=0.15，增加10%载荷阻力，则横向机械臂平移时所受阻力为F=28000×1.1×0.15=4620N取驱动系统的总效率为η总=0.92P因此也选用YZ系列起重及冶金用三相异步电动机，型号为YZ132M1-6，而定功率为2.23.4传动机构设计横向伸缩臂及垂直伸缩臂所选传动方式均为齿轮齿条传动。（1）齿轮类型、精度等级、材料及齿数的选择①选用直齿圆柱齿轮齿条传动。②选用7级精度（GB/T10095.2-2008）。③材料选择：查阅相关资料，确定选择齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，齿条材料为45钢（调质），硬度为240HBS。④选齿轮齿数为z1=40，齿条齿数（2）按齿面接触强度设计计算公式：d1）选取载荷系数Kt2）预设齿轮模数m=4mm，直径d=160mm因此齿轮传递的转矩：T=2.247×3）选取齿宽系数φa4）查得弹性系数ZE5）小齿轮的接触疲劳强度极限σHlim1=600MPa6）应力循环次数。N7）取接触疲劳寿命系数ZNT8）计算接触疲劳许用应力。取失效概率为1%，安全系数S=1，得σ（3）按齿根弯曲强度设计由弯曲强度设计公式m≥1）齿轮弯曲强度疲劳极限σFE1=500MPa；齿条弯曲强度极限2）取弯曲疲劳寿命系数取YNT13）取弯曲疲劳安全系数S=1.4，弯曲疲劳许用应力：[[4)计算载荷系数K。K=5)取齿形系数YFa1=2.656)取应力校正系数YSa1=1.587）计算齿轮齿条的YFaYY齿条的数值大。通过以上计算过程得出，齿轮、齿条等部件强度符合要求。3.5其他零部件选择和设计3.5.1联轴器的选择联轴器通常用来连接轴与轴或轴与其他回转零件，并在其间传递运动和转矩。有时还可以看作是一种安全设备，用来有效预防过载机件在工作中需要承受的较大的运动载荷，起到对连接过载机件进行安全保护的作用。（1）联轴器类型选取根据蜂巢停车库设计要求，联轴器需传递较大的转矩，且需在刚性大、灵敏度高、冲击小的场所使用，因此选用凸缘连轴器。（2）计算转矩T=9550工作情况系数取K=4,故计算转矩为：T（3）型号确定查阅资料GB/T5843−2003，选取凸缘连轴器GY5。3.5.2轴的设计从左往右依次为轴段1：d1=38mm，l1=100mm；轴段2：d2=42mm，l2=60mm；轴段3：d3=52mm，l3=38mm；轴段4：d4轴的扭转强度条件为τ得轴的直径d≥故选用轴段直径符合条件。3.5.3轴承的选择查阅资料，选用圆柱滚子轴承，型号为RNU306。内径为d=42mm，外径D=72mm。第四章平移装置运作说明4.车辆进出停放过程停车时，第一驱动电机驱动横向伸缩臂伸出从而将空载的托板从单元车库中移出，当横向机械臂移动到最大位置时，第一驱动电机停止驱动；第二驱动电机驱动垂直伸缩臂伸出从而将空载的托板移至地面，此时，第二驱动电机停止驱动；将需要停放的车辆驶入托板上，停好车辆后，车内的乘员人员出来，如图1所示。然后第二驱动电机驱动垂直伸缩臂缩回从而向上提起载有车辆的托板，当垂直伸缩臂缩回时，第二驱动电机停止工作，如图2所示，接着第一驱动电机驱动横向伸缩臂缩回从而将车辆放到蜂巢车库的指定单元车库中，如图3所示。图1机械臂运动至最大位置车辆驶入托板（1）立柱（2）纵梁（3）横向机械臂（4）垂直伸缩机械臂（5）横梁（6）托板（7）电机图2垂直机械臂上下收缩车辆运送至第二层图3横向机械臂移动车辆运送至第二层单元车库取车时，第一驱动电机驱动横向伸缩臂伸出从而将载有车辆的托板从单元车库中移出，当移动到最大位置时，第一驱动单机停止驱动；然后第二驱动电机驱动垂直伸缩臂伸出从而将载有车辆的托板移至地面，此时，第二驱动电机停止驱动，乘员进入车辆，将需要取走的车辆驶出托板。之后第二驱动电机驱动垂直伸缩臂缩回从而向上提起空载的托板，当垂直伸缩臂缩回时，第二驱动电机停止工作；然后第一驱动电机驱动横向伸缩臂缩回从而将托板放置原位，取车完毕。第五章总结本文主要研究设计了蜂巢停车库平移车辆装置的结构体设计，并将平移装置的主题结构包括机械臂、导轨等各零部件和其他机构零件通过CATIA软件绘制完成，同时通过CAD软件完成二维图绘制，将组成的装置装配成蜂巢式立体停车库模型。主要设计内容包括以下几个部分：（1）主体结构的设计：根据每个停车位选用所能停放最大车辆尺寸为初始参数，钢结构部分的立柱、横梁、纵梁采用H型钢，采用螺栓连接的方式，如图，其中立柱部分与地脚螺栓连接，中间部位为车辆停靠区域，绘制出相应地装配图。图6-1结构钢装配图滑块驱动齿轮电机图6-2横向机械臂（2）伸缩机械臂的设计：横向以及垂直机械臂的设计计算及绘画；配套导轨滑块的选取，设计绘画和装配。滑块驱动齿轮电机图6-2横向机械臂1、2-驱动电机3、4-齿条5-滑块6、7-导轨图6-3垂直机械臂收回与伸出状态根据设计要求，完成了对蜂巢式立体车库平移装置的设计。主要对立体车库平移装置的升降系统和横移系统进行了设计和计算，并对关键的零部件进行了校核。通过设计，得到了以下结论：根据蜂巢式立体升降车库结构模型，采用齿轮齿条机构驱动；移动部分采用导轨滑块机构实现导向功能。由于机械臂横向伸出后为悬臂结构，因此在导轨滑块选型设计时，需要校核导轨滑块的抗弯力矩。目前尚存在的问题就主要包括抗弯力矩过大。毕业设计将要圆满结束了，在这一段时间的工作学习中，我通过不同的渠道从实践中学习得到了许多，也在工作中找到了自己身上的缺点和不足。在毕业设计的第一阶段,对这次任务进行规划和分工。之后的日子中，在老师的悉心引导帮助和认真指导下认真学习，查阅资料、积极讨论、对资料进行分析,最终顺利完成了毕业设计任务。参考文献[1]郭毓华.多层机械式立体停车库设计[J].机电工程技术,2020,49(08):240-242.[2]张芳琴.缓解老旧居民小区停车难的设计方案探析[J].山西建筑,2013,39(6):9[3]董小伟,刘伟,张廷林.新型机械式停车设备的机械结构[J].科协论，2013,(3):102-103[4]杜金风.立体车库的设计叮.金山,2012,（11）[5]梁睦,李春广,张洪.升降横移式立体车库设计方案研讨[