立体车库毕业设计方案.docx
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立体车库毕业设计方案
1绪论
伴随中国经济发展，汽车工业发展，居民收入提升，激励汽车进入家庭及一系列相关政策实施，城市交通中汽车数量越来越多，在部分商业中心、车站、码头、饭店、住宅区，怎样利用有限空间，最大程度停放汽车已成为一个大问题。
而立体车库以其平均单车占地面积小独特特征，已被逐步推广并被广大用户接收。
立体车库是一个集机、光、电一体化高度自动化停车场所，是经典机电一体化系统。
它发祥于20年代美国。
50年代以后，美国、西欧相继发明了多个形式立体车库。
到了六七十年代，德国、日本、韩国等国家和香港和台湾等地域则大有以后居上之势。
多年来，立体车库从造型、结构、控制、驱动、监测、材料、保险等方面不停更新换代，日趋完美。
在中国，停车设备研制才处于起步阶段，伴随小汽车不停进入家庭，停车难问题将日益突出。
在人口稠密大城市，仅靠地面停车是远远不够，要朝空中和地下发展。
所以，停车设备研制含有宽广前景。
立体车库关键优点有：
1、节省占地面积，节省大量投资。
立体车库占地面积相当于相同地面停车场l/3-l/20o对于城市寸土寸金面积不大黃金地带，建立体车库经济效益相当可观；
2、出入库管理方便，省时省力。
它不需要车主找车，出入库管理全由电脑控制,操作简单，库内存车数量、存车位置、存车时间等全能够显示在操作盘上，一訂了然,自动化程度相当高；
3、可避免车辆丢失和损坏。
完善闭锁装置可确保汽车安然无恙，外部人员不能随意进入，汽车不会受到人为损伤和丢失；
4、配置灵活。
车库规模可大可小，形式多样，适应性广。
立体车库发展到今天已出现了以下多个常见形式：
1、水平循环式该形式主体为一水平放置链式输送机，车辆停放在链式传送带托盘上，伴随车辆出入库，全部车辆同时按固定次序作循环运动，由平动机构确保车辆一直处于水平状态，整套系统由一大型电机单独驱动。
通常可停放十儿辆车。
2、垂直循环式该形式主体是垂直回转链式输送机，车辆停放在呈圆形或长圆形配置托盘上，有做垂直循环运动链条带动，在平动机构控制下保持车位水平。
也是由单一大型电机单独驱动。
通常可停车10-40辆。
3、升降横移式该形式多为中、小型车库，停放车辆数忖从儿辆到儿十辆不等,通常釆取2-5层结构。
日本作为一个人口稠密、车辆较多、道路条件较差国家，它在立体车库技术研究和开发、制造、建设、法规及管理等方面全部处于世界领先地位。
而立体车库在中国是多年来才刚刚引进，其市场潜力是巨大。
但同时也存在着自发性、盲LI性、滞后性等问题，所以各相关方面应立即采取对应对策，进行有力宏观调控，方能深入推进立体车库市场深入发展。
2总体方案设计
立体车库存取车辆工作原理优劣，直接影响到车主等候时间长短。
在现代社会快节奏生活中，采取一套原理便捷存取车辆方案，能够大大降低车主等候时间，这对车库效益和信誉全部含相关键意义。
此次任务是设计一个两层可停放5辆小汽车立体车库。
依据分析该车库将占据三个地面车位，其上层停放3辆汽车，下层停放2辆，下层空余1个车位用于存取车时周转。
可见该车库属于升降横移式立体车库。
满足以上基础要求存取车方案能够山不一样数量升降机构、横移机构、出入口以不一样组合形式和空间部署组成。
而合理完善方案应确保工作可靠安全、结构简单、尺寸紧凑、成本低廉、维护方便和用户等候时间短等要求。
依据设计任务书基础要求和给出相关依据，下面列出了三种方案进行比较，以供选择选择：
R底层边位作为出入口兼周转空车位；
b）底层中间位作为出入口兼周转空车位；
c）底层3个车位均为出入口，其中任意一个均可用于周转
以上三种方案示意图图2-1所表示。
图2-1总体方案比较
对这三种方案分析如表2-1所表示：
表2-1方案比较分析
方案-
方案-•
方案三
（1）存取车最多/最少移动车辆数
5/1
3/1
3/0
（2）横移机构数目
2
2
1
（3）升降机构数目
2
3
3
由表2-1笫
（1）项一一满载时存取车时最多/最少移动车辆数分析结果可知:
方案三在存取某一辆车时，对其它车位上车辆影响最小。
这么车库工作时就最安全，速度最快，用户满意度最高。
由表2-1第
（2）项一一横移机构数目标分析结果可知：
方案三横移机构只有底层一套，前两个方案则在二层也须设计安装横移机构。
而在二层安装横移机构首先要考虑该横移机构和升降机构合理过渡，其次对车库整个框架建筑也提出了更高承载和结构要求。
这全部给设汁及施工带来一定困难，也肯定增加对应建设资金。
111表2-1笫（3）项一一升降机构数口标分析结果可知：
方案一所需升降机构较少。
不过此次设计升降机构要求釆取液压提升。
而通常一台小泵站供给3个车位上3个液压缸工作是比较轻易。
所以，升降机构数U标多少对整个方案影响不是很大。
经过以上分析比较，最适合是方案三。
而且有三个出入口，最多可同时对三辆车进行存取操作。
另外，停电时车库也能在底层停放两到三辆车。
底层2个车位只横移且均可做出入口，其中任意一个可作周转用，二层3个车位只升降。
平时车库无车时,全部液压缸卸荷，停车板均在底层。
二层用停车板在上，底层停车板在下。
存车时车辆首先开上某一上层车位停车板，人员离去，开启液压提升机构，提升对应停车板及车辆至二层，以后车辆可直接停于其下方。
取车时，若是停于底层车可直接开出，若是停于二层车要先判定其下方车位是否有车，若无车则直接降至一层后将车开出，若有车则先将其下方车横移到旁边车位，再降下停车板，将车开出。
本设计•中汽车进出库采取开车入库，倒车出库方法，不设计转向机构，这是因为:
1、上层停车板采取液压系统举升，停车板和液压活塞杆固定，不适合转向；
2、本车库结构紧凑，没有多出空间供转向；
3、车库有三个自山进出口，不便使用转向机构；
4、车库占地面积小，停放车辆少，而其本身就只有两层，专门设计转向机构则肯定降低其经济性。
不过为了车辆进出车库方便，在实地建设时，须对建筑方位和进出口前场地进行合理汁划和部署。
3机械部分设计计算
立体车库机械部分包含对停车架、液压提升机构、横移机构、安全装置等结构具体设计计算和选择。
3.1停车架设计和计算
立体车库是山一系列停车架和对应数量停车板组成。
停车架关键山上停车板、提升机构、立柱、下停车板、横移机构组成。
提升上停车板液压结构型式可采取两种方
图3T上停车板液压结构型式
案，即四缸直顶式和单杠侧顶式，图3-1所表示。
a）四缸直顶式结构优点是上停车板四点受支承，受力情况很好活塞杆关键承受压力，且重量有四个液压缸均分，所以活塞杆所需横截面积较小。
但此方案相对占地面积较大，因为下层车辆进出和下层停车板横移必需在四根活塞杆间穿过，所以，四根活塞杆间包夹区域必需大于底层停车板，而上层停车板须山这四根活塞杆举升，其尺寸将更大。
b）单杠侧顶式提升结构优点是提升上停车板传力系统简便，占地面积小。
且车辆进出方便，外形美观。
但上停车板支承悬臂对立柱倾覆力矩较大。
综合以上分析，设计采取单杠侧顶式提升结构。
因为立体车库最关键日标是尽可能用较小占地面积停放更多车辆；再者，从设备使用性能还应考虑车辆进出方便，外形美观等原因。
3.1.1停车板设计计算
停车板用于停放车辆，承受车辆重量，并完成提升或横移动作，所以停车板要有足够空间尺寸和足够强度刚度。
同时为降低提升机构和横移机构功率输出，其本身重量要轻。
一、下停车板设计
图3-2下停车板尺寸
依据任务书给出《收容车辆尺寸表》中各项车身尺寸，选择各项尺寸中最大一组数据，即全长5350mm,全宽mm,全高1550mm,全重kg进行设计。
图3-2所表示，车辆停到停车板上后，车内人员要开门出来，所以停车板在宽度方向上应留有足够空间。
经过对车辆实际测量并考虑到车辆停放时偏心，对结果合适放大，下停车板总宽厶二4000mm。
因为下停车板只需在其底面和支承框架固定并作横移动作，其长度尺寸没有任何额外要求，所以依据车身全长尺寸，并参考车辆轴距，下停车板总长厶二5100mm。
二、上停车板设计
上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固支承框架。
而当它降至底层时,该框架不能压触到下停车板，所以上停车板及其支承框架可图3-3所表示部署。
支承框架最外圈尺寸大于下停车板，其四个角上用角铁或槽钢焊四个支腿6,将上停车板架高，架高高度取100mm,以使其不压触到下停车板。
而架高停车板须设一引坡11,以使车辆能平稳地开上上停车板，引坡坡度取15。
。
鉴于以上原因，上停车板尺寸要
1-下停车板；2-滚轮：
3-横移导轨：
4-导轨路基：
5-上停车板
支承架槽钢；6-架髙用角铁或槽钢；7-立柱：
8-导向板：
9-斜
比下停车板尺寸大，取总、宽厶二4400mm,总长厶$二6000mm。
上下停车板材料均选择厚度为4mm菱形花纹钢板（GB3277-82）拼合而成，其中上停车板引坡可直接将钢板弯折加工而成。
查表《花纹钢板（GB3277-82）》，得厚度为4mm菱形花纹钢板理论重量为33.4kg/m2,故上下停车板分别重：
=33.4x4400x6000a880kg
〃。
下=33.4x4000x5100a680kg
3.1.2停车板支承框架设计计算
支承框架首先支承停车钢板及车辆重量，提升钢板刚度，其次起到连接钢板和提
升机构作用。
上下停车板支承框架均采取槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定其上。
最外圈
四根槽钢和停车板边缘留合适距离，槽钢和槽钢相交处也留有一定空隙，图3-4所表
示。
图3-4停车板支承框架
依据上下停车板受力情况求槽钢截面惯性矩，选择槽钢型号。
图3-5a）是上停车板受力悄况侧视图。
因为下停车板受力情况较上停车板好，故只要使用一样型号槽钢即安全，这里不对其进行校核。
单取支承架中间两根纵向槽钢分析，单根槽钢受力图3-5b）,设汽车重力G集中于停车板中央1/2处，槽钢承受钢板及其本身均布载荷。
所以对于单根槽钢，它变形是二者共同作用引发。
在集中力P单独作用下，其最大挠度
a）b）
图3-5上支承框架校核
5400^7,65x10-m
P（-）20.5x2000x9.8x（^^）2
九V⑶亍一W—2
在均布载荷§单独作用下，最大挠度
>4—x1000x9.8x5400*xon-n-7
r67/42.30x10
/»•>==am
zSEI8x210x7/
两式中,E——材料弹性模量，这里E二210GPa；
I一一材料截面惯性矩。
叠加以上结果，求得在集中力和均布载荷共同作用下，单根槽钢最大挠度
TT*9.95x10"二
九=Ai+九2=——J——111
对于支承框架槽钢要求刚度较大，所以其许可挠度（〃取0.0002/,令fB<[f]o由此可求得槽钢截面惯性矩
Z^l.OQxlO^m-4
查型钢表《热轧一般槽钢（GB707-65）》，选择5号槽钢即可。
5号槽钢理论重量
为□.44kg/m,依据图3-4所表示尺寸数据，上下两停车板支承框架重量分别为：
上框架
®下=5.44x（4400X2+5400x4）^166kg
下框架
加j下=5.44x（3800x2+4900X2+3600x2+3200x2）a170kg
3.2上层提升机构设计计算
图3-6是侧顶式车架提升机构传力系统。
上停车板固定在支承架上，支承架和
导向板固定，并用斜拉杆拉住组成一刚性体，靠两根链条直接提升。
而链轮靠液压缸
1
举升，其中导向板套在立柱上。
为使停车板上升时导向板和立柱之间摩擦阻力减小，下降时靠车辆和停车板自重能顺利下滑，在每个导向板两侧上下各装有两个滚轮。
当上停车板升降时，仅有滚轮和立柱接触。
依据人机工程学，查表《中国成年男子和女子人体关键结构平均尺寸参数》，取底板提升高度力二1900mm。
液压缸垂直部署在两立柱中间，链轮轴固定在液压缸活塞杆顶端，两个链轮对称安装在轴上。
提升链一段固定在地面上，另一端绕过链轮后和停车板及支承架垂直固定，组成一级放大机构。
釆取这么放大机构可使液压缸行程大大缩短。
3.2.1导向板、立柱、滚轮、斜拉杆设计计算
1、导向板
和支承架和它装配位置图3-8左|令圳衣不。
呵则间岀丁1L川丁女狡侬牝羽b早州JD门
孔安装斜拉杆定位轴。
其垂直方向各项尺寸已曲图3-8右图给出，其截面尺寸及整个
重量将在后文立柱部分计算得出。
2、立柱
中/为两滚轮轴中心距中点到地面高度,h为立柱全高，设//=4m,依据前文停车板提升高度和设定导向板垂直方向尺寸，取1=2.3nio于是单根立柱最大挠度
式中上一一钢材弹性模量，这里E=210GPa；
图3-12滚轮装配
1-立柱导槽；2-滚轮：
3-轮轴；4-
可知，在倾覆力矩作用下，因为滚轮轴承和导向板钢板距离很短，可看作滚轮轴受剪力。
单根轴受到剪力大小F可苗下式求出：
m=ffF•a（3-1）
式中，加——力偶矩；
H——力偶对数，这里一根立柱有2组；
«——上下滚轮轴距。
于是F=—=-^^=42875No
na2x600
A>
轴截面积应满足以下关系：
（3-2）
式中，[i]45号钢调质后抗剪切强度，查表得135MPa。
47R7气于是Ah=^25.53x101n*。
山此求得轴直径d=0・0265m,取d二30mim
1
查表GB/T283-94《圆柱滚子轴承》，选择圆柱滚子轴承N206E。
现在确定导向板钢板厚度。
导向板材料选择45号钢，查得其许用挤压应力
[0；J=lOOMPa,则导向板和滚轮轴挤压面积Abs应满足以下关系:
[%]
（3-3）
设导向板厚度为＜5（mm）,因为积圧面只有半个圆柱面，所以
1x3500x9.8
=—〜2.6xl0'7mm
ttx52
取5二10mm。
4、斜拉杆
斜拉杆一端固定在导向板上，另一端固定在停车板及支承架上，用于减小停车板对导向板倾覆力矩，改善受力情况。
其结构及装配图3-13所表示，即活节螺栓长度很长索具螺旋扣。
它和停车板连接处取在停车板从导向板往引坡方向全长2/3处。
这是因为连接
处离导向板越远，拉杆受拉力越小。
但太远则停车板弯矩加大。
设车辆停好后，整个重心位和停车板中心，则两根斜拉杆拉应力T以下计算:
（3-4）
依据停车板（图3-14所表示）平衡方程工me二0,得
27x|L4xsina—Gx^L4=0
图3T5提升机构平面位置
为减小截面积选择抗拉应力强度°b较大50号钢，查表GB699-88《优质碳素结构钢》,得30号钢=630MPa,
求得d^llmm,取d=13mm,于是单根斜拉杆
重量
G]=pAl=px—dxl=7.8xl03x—xl32
44
xV9OO2+40002a4.5kg
式中,p——钢材密度，这里
p-1.8x103kg/m3；
A——斜拉杆截面积（1打）；
L——斜拉杆长度（m）,用勾股定理讣算。
3.2.2链轮轴、链条及链轮选择设计计算
1、链轮轴
链轮轴山液压缸活塞杆从其中心顶升，同时停车架全部重量经过链条链轮作用在轴上。
设计链轮、轴、停车板、立柱平面相对位置尺寸图3-15所表示。
设计•链轮轴全长3m,两链轮中心剖面间距1.7m,在轴上对称分布。
轴结构及和链轮装配图3-16所表示。
提升时轴两端最终一端阶梯轴在立柱两条内侧导槽内上下滑动，且和导向板内侧滚轮使用是相同导槽，轴在上，滚轮在下。
这么提升时可确保停车板不会因提升过分而发生超程事故。
现在依据轴受弯矩对其直径进行设汁确定。
轴轴向中部受支座支承力，对称间距1.7m处受两链轮经过轴承给轴压力。
设支座作用面长200mmo所以轴最大弯矩为单侧链轮对轴压力和其轮毂宽度中心到支座同侧端面距离，即M=-x3500x9.8x0.75=12862.5N•mo轴材料选择许用弯曲应力较大40Cr,查表得
2
[□■_,]=70MPao于是求得轴抗弯截面系数右==21.84x10-凶。
由
VV=O.k/3求得d〜0.122m,取J=130mm<>取轴平均直径为115mm,
图3-16链轮轴装配
这么可求得轴重量大约为加z=7.8xl03x^-xl152x3心240kg。
因为链
轮处径向载荷较大，查表GB/T288-94《双列调心滚子轴承》，选择双列调心滚子轴承
3053726。
得该轴承：
t/=130mm,D=210mm,B=64mmo
2、提升链
提升链功效是缓慢地提升停车板，并将其固定在一定高度上。
起重机械中应用链条有环形焊接链和片式关节链。
焊接链优点是：
挠性好，可用较小直径链轮和卷筒，由载荷产生驱动机构力矩也较小；比较耐腐蚀。
其缺点是：
安全可靠性差，不耐冲击;在运动中常常产生滑移，易磨损。
片式关节链优点是：
挠性比焊接链愈加好，比较可靠，运动较平稳。
缺点是：
山方向性，横向无挠性；成本高，对灰尘和锈蚀较敏感。
而上停车板在提升或悬滞时，为安全起见，不许可有任何滑移，故选择片式关节链。
车库链条总是在低速重载工况下工作。
所以，设计时不宜像传动链那样使用额定功率曲线图表进行链条规格选择计•算，而应按下式进行计•算：
少尺』同<3-5）
式中，Q——链条极限拉伸载荷（N）:
Fmax——最大工作载荷（N）；
［H］——许用安全系数。
许用安全系数［n］通常取4—8,此次设计选择［川二5,同时取Fmix=3500x9.8=34300N,该载荷值已可包含收容车辆、停车架、导向板及滚轮、斜拉杆和后面将设计安全防坠装置、传感器等在内全部重量。
将以上数据代入式3-5,得链条极限拉伸载荷（2>5x34300=171500No因为采取两根链条提升，故每根链条极限拉伸载荷0=|xl715OO=8575ONo依据该参数查表GB1243.1-83《A系列滚子链基础参数和关键尺寸》，选择链号为20A单排精密滚子链，该规格链条各项基础尺寸为:
节距“=31.75mm,滚子外径drmiX=19.05mm,内链节内宽blmin=18.90mm,销轴直径=9.53mm,内链节外宽b2mix=27.46mm,外链节内款b3min=27.51mm,内链板高度30.18mm,销轴长度^max=41.1mm,单排极限拉伸载荷Gnun=86700N,单排每米重量w3.8kg/m。
3、链轮
山前文链轮轴选择轴承可确定链轮轮毂内径如=D=210mm,估算链轮分度圆直径〃二300—400mmo
•••轮毂厚度〃=K+也+0.01J（常数K二9・5）,
6
210
h=9.5+——+0.01x300^47.5mm,
6
取/z=47mm；
轮毂长度I=2.6/7=2.6x47=122.2mm；
轮毂直径^=^+2/2=210+2x47=304mm:
初取齿侧凸缘直径＜=308mm,齿根圆直径＜=312mm,则初步计算链轮分度
圆〃=〃r+4=312+19・05=331・05mm。
由〃,求得匚32・7,依据链轮齿数推
sin哆
荐数列，取齿数z=38o
于是链轮分度圆直径
图3-17液压提升高度
齿顶圆直径
1QAO1QQO
da=“（0.54+cfg——）=31.75（0.54+ctg-^）«400mm；z38
齿根圆直径
df=（1一（1了=384.5-19.05=365.45mm；
齿侧凸缘直径
—-1.04x47-0.76«333.5mm。
38
dvvp・c/g空乞-1.04力-0.76=31.75xc/g
现在深入确定链条长度，图3-17为液压提升各项高度尺寸。
所以链条长度为
/a2.15x2+0.5^/=2」5x2+0・5/r
x384.5a4.9mm
取链条150节。
3.2.3液压系统设计计算
1、液压系统原理设汁
本设讣中上停车板升降动作要求起动和停止及动作过程平稳，停车板停止后要有安全方法确保其不滑落，另外传动装置体积小，重量轻，易于自动控制，整个设备在停电后仍可方便地取车。
本任务设计液压升降系统有5个部分组成，原理图3-18所表示。
电动机带动液压泵旋转，将油箱中液压油吸入液压泵，经过泵和溢流阀使其变为系统所需压力油，
图3-18液压系统原理
经过过滤器、换向阀、球型逻辑阀等送至液圧缸，推进活塞上升。
若遇停电，可摇动手动泵使其工作，用手推进电磁阀小推杆使之换向，将压力油输送给液压缸，推进活塞上升。
实现了停电可存取车辆。
系统中球型逻辑阀可利用阀进出口压差大小来调整阀口通油面积大小，当阀进出口压差大，阀口就变小，起节流作用，正常无压差时阀口为最大，这么不用白分比法也能使缸在起动和停止时实现加减速，使活塞杆起动和停止时运行平稳，可有效预防系统中出现液压冲击。
2、液压缸关键尺寸计算
活塞杆要顶起车辆和停车架，该载荷相当大，且由图3-17可看出，杆长度也较长，所以下面经过压杆稳定对活塞杆直径进行设讣。
活塞杆要顶升得出了车辆和停车架外，还有链条、链轮、链轮轴等，所以在此设
计杆最大工作负载瓦=4000x9.8=39200N。
取稳定安全系数®=9,则杆临界压力
Pcr=Fwx心=39200x9=352800No由公式
（3-6）
式中,E——钢材弹性模量，这里E=210GPa；
/—一活塞杆横截面惯性矩（m4）；
I一一活塞杆长度（m）。
..zqr156800x2.15"7
求得1=——=7.9xl0'7m4
龙2><210
又Z=—J4
64
于是求得杆直径约为0.064m,查表GB2348-80《活塞杆直径系列》，将其圆整为标准
系列，取J=70mmo
佔算立体车库液压缸工作压力小于5MPa,故查表《液压缸工作压力和活塞杆直径》，得液压缸推荐内径£>=—,由此求得127.3mm,将其圆整为标准系列，取
0.55
£）=125ninio
依据下式求液压缸工作圧力
（3-7）
式中/——液压缸工作压力（PJ;
F——工作循环中最大外负载（N）；
液压缸机械效率，通常=0.9—0.97,这里取0.95o
于是求得液压缸工作压力
F
巴型“4MPa。
P=
f]UJ-D20.95x-xl252
'*44
缸筒壁厚5用强度条件来计算。
设计选择无缝钢管材料，通常取薄壁圆筒结构,
即D/J^10o其壁厚按下式计算:
P、D
2[^J
（3-8）
式中/y——试验压力，通常取最大工作压力1・5倍（MPa）；
0]——缸筒材料许用应力。
无缝钢管：
0]二lOOMPa。
液压缸导向长度应满足以下要求
（3-9）
H>—+—
202
式中丄——液压缸最大行程，这里取1000mm；
于是H>1292+=112.5mm,取115mm。
202
活塞宽度取B=0.8D=0.8xl25=100mmo为降低加工难度，通常缸筒长度不超岀
内径20—30倍,这里取1250mm。
3、油泵计算
现取本
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