双层升降横移式立体车库毕业设计..pdf

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1、贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 本科毕业论文（设计） 论文（设计）题目：自动立体车库结构及控制系统设计 学院：机械工程学院 专业：机械设计制造及其自动化 班级：机自 094 学号： 0908030125 学生姓名：李 锐 指导教师：蔡家斌 2013 年 5 月 25 日 贵州大学本科毕业论文（设计） 贵州大学本科毕业论文（设计） 诚信责任书 本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计），是在导师的指导下独 立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表 的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。 特此声明。 论文（设计）作者签名： 日期： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第

2、 I 页 目录 摘要 III 第一章 前言 1 1.1 立体车库概述 1 1.2 立体车库的分类 1 1.3 立体车库在国内外的发展状况 4 第二章 总体方案的拟定 6 2.1 升降横移式立体车库工作原理 6 2.2 外部框架方案的选择 6 2.2.1 钢结构的特点 . 6 2.2.2 框架的选择 . 8 2.3 横移传动机构的设计 9 2.4 升降传动机构的设计 10 2.4.1 设计方案的比较 . 10 2.4.2 升降方案的确定 . 10 2.5 设计数据 11 第三章 各机构的设计、计算及校核 12 3.1 载车板重量估算 12 3.2 受力梁的计算、选型与校核 12 3.2.1 纵梁

3、的计算、选型与校核 . 12 3.2.2 横梁的计算、选型与校核 . 16 3.3 受力柱的计算、选型与校核 19 3.4 横移机构的设计计算 20 3.4.1 横移电机的选择 . 20 3.4.2 横移传动链的选择与计算 . 21 3.4.3 横移链轮的尺寸计算 . 23 3.4.4 横移链的静强度计算 . 25 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 II 页 3.4.5 横移链的使用寿命计算 25 3.4.6 横移链的耐磨损工作能力计算 . 25 3.4.7 滚子链的抗胶合工作能力计算 . 27 3.5 升降机构的设计计算 27 3.5.1 升降电机的选择 . 27 3.5.2 减速机与传动轴

4、之间链传动的选择与计算 . 27 3.5.3 提升轴上双排链轮的尺寸计算 . 29 3.5.4 提升链的选择与计算 . 31 3.5.5 提升链轮的尺寸计算 . 33 3.5.6 升降链的静强度计算 . 34 3.5.7 升降链的耐磨损工作能力计算 . 35 3.5.8 升降链的抗胶合工作能力计算 . 36 3.6 传动轴的设计与校核 36 第四章 立体车库控制部分的设计 43 4.1 控制系统总体设计 43 4.2 立体车库检测点分布 43 4.3 控制器的选择 44 4.4PLC 的选型及 I/O 口的分配 . 44 4.5 控制程序编制 45 第五章 结论 49 参 考 文 献 50 致

5、谢 51 附录 立体车库 CAD 图 52 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 III 页 自动立体车库结构及控制系统设计 摘要 立体车库是一种用以实现在较小面积停放更多车辆的机械设备，本文介绍了立体车 库的基本情况和主要分类，并以双层升降横移式立体车库为设计对象，对立体车库进行 了综合分析。升降横移立体车库可分为三个部分，即车库框架、传动机构、控制系统， 车库框架和传动机构同属于机械部分。机械部分主要完成了外部框架结构的选型及力学 计算和校核，对比了各种传动方式的特点，设计了升降机构和横移机构，完成了立体车 库链传动、提升轴等部分的计算与校核。电气部分采用三菱FX2N-80mr 型 PLC 为

6、控制 核心，完成了 PLC 的 I/O 分配、流程图绘制、接线图绘制，并编写了部分控制系统梯形 图。 关键词：立体车库，升降横移，链传动，PLC 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 1 页 第一章前言 1.1 立体车库概述 几十年来，科学技术的飞速发展使得人们的生活日新月异，曾几何时，作为权力与 身份象征的汽车已经成为们人日常生活的一部分，迅速的普及开来。然而，随着我国城 市化率越来越高，城市的数量不仅越来越多，其体积也越来越大，产生的停车难问题越 来越凸显出来。就普通住宅小区而言，私家汽车增加的数目早已超过大多数小区建设时 的规划，这使得许多车辆只能停在道路两边，给本已拥挤不堪的城市交通带来了

7、更多隐 患。车辆无处停放在很大程度上是城市发展到一定程度，滞后的基础设施建设与高昂的 用地成本相互作用产生的结果，也是经济高速发展后，城市规划部门对未来车辆数量预 估不足造成的。因此，提高停车的空间利用率就成了解决这一问题的最佳选择，立体车 库就这样应运而生了。 立体车库顾名思义就是通过机械式结构让车库“立体”起来，使其成为像住宅一样 的多层结构，以实现用较少的用地面积停更多车辆。与传统停车方式相比较，立体车库 具有节省占地面积、出人库管理方便、存取车省时省力、配置灵活等特点，在一般住宅 小区，若使用双层升降横移式立体车库，可节约近一半用地面积；在某些大型商场和城 市中心地带采用的垂直升降式立

8、体车库由于存车库可达2025层，可存放 4050 辆车， 而占地面积仅需 50 。 此外，立体车库和传统的地下停车场相比能够更加有效的保证人们的安全，人在 车库内或车停的位置不正确时，自动停车系统便不会启动，以保证人车安全。应该说， 机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。 1.2 立体车库的分类 立体车库诸多的优势使得它拥有广阔的发展前景。因此，各种类型的立体车库应运 而生，根据使用规模和使用地点不同，立体车库主要有以下几种： （1）水平循环式立体车库 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 顾名思义， 它是一种采用一个水平循环运动的车位系统来存取和停放车辆的立体车 库，可分为圆形循环式和

9、箱型循环式两种形式。它具有这些优点：能够省去进出车道， 适合建于狭长地形的地方，因此可以降低通风装置的费用，而且若多层重叠可建成大型 停车场。虽然安装性价比较高，但由于大多数情况下只有一个出入口，因此建的越大取 车越困难，特别是在上下班高峰取车时间过长，因此难以广泛推广。 图 1.1 水平循环式立体车库 （2）垂直升降式立体车库 这种结构的立体车库一般是两个停车板为一层，由一个提升机将车辆运送到指定层 次停车，结构原理与电梯类似，这种停车库一般可以建成数十米高，由于每层只停两辆 车，因此占地面积一般不到50 平方米，由于它土地利用率极高，因此非常适合在寸土 寸金的都市繁华地段，其在欧美及日本的

10、大城市中应用非常的多。不过由于层数太高， 立体车库的控制系统和安全系统会比较复杂，因此故障发生情况较多且建设维护成本会 比较高。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 图 1.2 垂直升降式立体车库 （3）升降横移式立体车库 升降横移式立体车库大多数为小型停车库，一般为25 层，采用链传动或钢丝绳 传动的方式来提升载车板，顶层以下每层空出一个车位，以方便下层车横移给上层车让 出通道。它型式多样，建设成本低，并且能适应许多场地，特别是居民住宅小区停车的 需要，因此应用极其广泛。 图1.3 升降横移式立体车库 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 （4）巷道堆垛式立体车库 巷道堆垛式立体车

11、库的运行原理在一定程度上和堆垛式仓储中心相似，通过一个可 升降横移的搬运机将车辆运送到各个停车位。一般规模较大，封闭性高，监控检测设备 多种多样，因此可实现车辆防盗及保护人员安全，适用于大型地下停车库的建立。但是 由于规模较大，因此建设成本较高，维护不易。 图1.4 巷道堆垛式立体车库 立体车库种类繁多，形式多样，除以上主要四种以外，还有垂直循环式、多层循环 式、多层圆盘旋转式，平面移动式等，这些种类由于应用较少，因此不做介绍。 1.3 立体车库在国内外的发展状况 就发展类型来说，自动立体停车装备系统在世界各地的发展是不尽相同的，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

12、系列中，它已发展了 H型、 U型和 V型。日本由于国土面积小而应用最广， 自从 1959年引进了建造机械式立体停车 库技术之后，其已经在本土上共建造了数万座多种形式的机械式车库，平均每座容车量 达到十辆左右，最多的能达到百辆以上。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。 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，这些展览会吸引 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，立 体车库系统在国内大型城市的发展已有一定时间，在解决停

13、车难的问题上取得了较为良 好的效果，但在一些三线城市及大多数中小城市还未普及开来。 就控制技术来说，目前国内外大多数自动立体停车装备系统采用PLC控制，通讯方 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 式以有线通信为主。尽管PLC 在功能特点上有很多优势，完全能够满足小型立体停车 系统的需求，但是对于大型立体停车系统而言，运行速度和生产的成本两个方面成为了 制约其发展的因素。在运行速度方面，PLC 的运算速度只能达到脚 (微秒)级，这随着大 型电子智能化立体车库的发展已经逐渐地不能满足出库对控制芯片的要求了；在生产成 本方面，大型电子智能化立体车库需要的I/O 点数比较多，如果用 PLC 的控

14、制方法， 生 产成本将会很高， 这对于降低电子智能化立体车库的存取车的成本来说是一个严峻的挑 战。有线通信作为一种已经趋于成熟的通信技术，具有多方面的优势特点。首先，低损 耗、高容量、低色散的单模光纤在通信干线中占绝对的主导地位。其次，智能型网络及 外围设备用电缆作为接口。由于立体车库的特殊性，有线通信方式在车库的应用中存在 一些问题，具体表现如下： （1） 由于 PLC 的 I/O 点数限制，有线线缆布线的复杂 ,使系统采集的信号数量有限， 对于大型智能型立体车库的实现是一个瓶颈，性能很难再有进一步的提升。其次，有线 传输电缆在车辆调度过程中，随拖车板升降横移，很容易出现故障，对于规模巨大的

15、车 库，成本较高、布线复杂而且影响美观。 （2）RS-485通信速度慢，不支持热插拔、需要专门的驱动程和485 卡，给使用带 来诸多不便。 因此，就未来大型化和智能化立体车库的发展来看，作为控制核心，用DSP 外扩 CPLD 比 PLC 更有优势。首先在运行速度方面， PLC 的运算速度只能达到us级，而 DSP 的运算速度可以到ns 级，因此能更好地满足电子高智能化立体车库对于控制芯片的要 求；在生产成本方面，由于立体车库需要的I/O 点数比较多，如果用PLC 的控制方法， 生产成本将会很高，但是用DSP+CPLD 实现的话会在生产成本上大大降低，目前DSP 外扩 CPLD 的方法已经得到了

16、广泛的应用；在功能扩展方面， DSP 在片内集成了各种工 业上常用的各种模块，为立体车库功能的升级提供了强大的硬件保障。另外，相比于传 统的通信方式，无线通信能解决有线通信无法解决的问题。利用无线通信代替原来的有 线通信方式 ,可有效增加采集信号的数量， 提高立体车库的智能性， 为进一步的技术升级 打下基础，避免了布线的复杂性，有利于故障的迅速定位和设备维护，同时可以大大节 省立体车库有线线缆的成本，当立体车库规模较大时尤为明显。采用无线通信方式代替 有线通信方式，使立体车库能够监控的信号更加丰富，工作更加稳定可靠，为新型电子 高智能化立体车库的实现打下了坚实的基础。 贵州大学本科毕业论文（设

17、计） 第 6 页 第二章总体方案的拟定 2.1 升降横移式立体车库工作原理 本次设计所做为双层升降横移式立体车库，这也是升降横移立体车库中最为简单， 但同时也是最为典型的设计。立体车库的上层只能够进行升降，而下层只可以横移，下 层有一个车位空出，以便下层两个载车板能够横移方便。下层车位存取车无需移动或升 降，可由驾驶员直接驶入车库停车，上层车位存车需先由下层横移电机带动下层载车板 横移留出空位，然后上层升降电机驱动上层载车板向下移动到下层，以便驾驶员停车入 库，人离开车库后升降电机反转，将载车板重新拉回上层，然后横移电机反转，将下层 载车板移动到原有位置，驾驶员取车时，步骤与存车相同。车库工作

18、原理示意图如下， 其中 6 号车位空缺： 图 2.1 升降横移式立体车库工作原理示意图 2.2 外部框架方案的选择 2.2.1 钢结构的特点 在工程建设中，钢结构是最为常用的材料之一，一般可作为梁、柱、板、支架等结 构材料，而且各种连接用件，如螺栓、螺钉，键，以及传动机构如轴、钢丝绳等等都由 钢结构制造。钢结构在我们日常生活中应用广泛，因此本次设计的升降横移式立体车库 外部框架结构也采用钢结构框架，它具有如下特性： （1） 强度高，重量轻 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 钢材强度较高，弹性模量亦高，因而钢结构构件小而轻。当今有多种强度等级的钢 材，即使强度较低的钢材，其密度与强度的比

19、值一般也小于混凝土和木材，从而在同样 受力情况下钢结构自重小，可以做成跨度较大的结构。 （2） 塑性和韧性好 钢结构的抗拉和抗压强度相同，塑性和韧性均好，适于承受冲击和动力荷载，有较 好的抗震性能。 （3） 工业化程度高，工期短。 钢结构都为工厂制作，具备成批大件生产和品精度高等特点；采用工厂制造、工地 安装的施丁方法，有效地缩短工期，为降低造价、发挥投资的经济效益创造条件。 （4） 密封性好。 钢结构采用焊接连接后可以做到安全密封，能够满足一些要求气密性和水密性好的 高压容器、大型油库、气柜油罐和管道等的要求。 （5） 抗震性能好。 钢结构由于白重轻和结构体系相对较柔，受到的地震作用较小，钢

20、材又具有较高的 抗拉和抗压强度以及较好的塑性和韧性，因此在国内外的历次地震中，钢结构是损坏最 轻的结构，已公认为是抗震设防地区特别是强震区的最合适结构。 （6） 耐热性较好。 温度在 250 以内，钢材性质变化很小， 钢结构可用于温度不高于250E的场合。当 温度达到 300E以上时，强度逐渐下降， 600C时，强度降至不到三分之一，在这种场 合，对钢结构必须采取防护措施。 （7） 耐火性差 钢结构耐火性差，钢材表面温度达300400摄氏度以后，其强度和弹性模量显著下 降，600 摄氏度时几乎降到零。当耐火要求较高时，需要采取保护措施，如在钢结构外 面包混凝土或其他防火板材， 或在构件表面喷涂

21、一层含隔热材料和化学助剂等的防火涂 料，以提高耐火等级。 （8） 耐锈蚀性差 钢结构耐锈蚀性较差，特别在潮湿和有腐蚀性介质的环境中，容易锈蚀，需要定期 维护，增加了维护费用。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 2.2.2 框架的选择 立体车库的外部框架结构主要由梁和柱组成，一般升降横移式立体车库结构主要有 三种形式，即单柱式、后悬臂式和跨梁式。单柱式有四根前立柱、四根后立柱，结构稳 定，但立柱较多连接较多，在三层以上立体车库中应用较多；后悬臂式车库前面没有立 柱，主要靠后面悬臂结构进行支撑，因此后部受力较大，结构稳定性不如单柱式，但由 于前面无柱，存取车比较方便，多用于升降机构为螺母丝

22、杠方式传动的立体车库中；跨 梁式前后各有两根立柱分立左右，中间不设立柱，因此存取车容易，不过由于中间没有 支撑柱，因此车库不易做的过长，此结构多用于地下双层立体车库。本次设计由于只是 二层车库，且单层停3 辆车，跨度不大，因此选用跨梁式结构就能够满足要求。 图 2.2 单柱式框架 图 2.3 悬臂式框架 图 2.4 跨梁式框架 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 9 页 图 2.5 立体车库框架结构 2.3 横移传动机构的设计 立体车库的横移传动方式采用链传动，由电机驱动链轮链条将转动传给装有导轮的 横移轴，横移轴上前后各安装有一个导轮，为主动轮，另外在载车板的另一边同样装前 后两个导轮，但无电

23、机驱动，为从动轮。导轮边缘制造成凸缘结构，以保证导轮只沿着 导轨横向移动而不脱离轨道。电机安装在载车板一端边缘上，与横移传动轴上下竖直安 装，这样不会占用载车板的空间，以防止车辆碰撞横移电机。横移机构亦可使用电机与 横移轴直接用联轴器连接，不过这种做法需要一层载车板高度足够容纳下电机。也可使 用电机安装齿轮，驱动装在载车板后部的齿条的方式，但与链传动相比，齿轮齿条传动 制造成本太高，且齿条太长，不易安装维护，链传动方式成本低更，传动精度及效率也 比较高。 图 2.6 横移机构工作示意图 （1- 从动链轮， 2- 主动链轮， 3-电机， 4-主轴， 5- 载车板， 6- 行走轮， 7- 导轨）

24、贵州大学本科毕业论文（设计） 第 10 页 2.4 升降传动机构的设计 2.4.1 设计方案的比较 目前升降横移式立体车库主要有以下几种设计方案： （1）液压传动 液压传动具有通用性、多功能性和可控性的特点，与其他传动方式相比，它有如下 优点： 1、在同等功率的情况下，液压装置的体积小，质量轻，结构紧凑。2、液压传动 工作平稳。 3、能在大范围内实现无极调速。4、操作简单、安全。 5、易于实现过载保 护，且由于能够自行润滑，因此使用寿命较长。6、液压元件都已实现标准化、系列化 和通用化，便于设计、制造及使用。 但是液压系统一般比较复杂，元件精度要求较高，因此成本较高，而且液压传动不 能保证严格

25、的传动比，其传动效率也不高，因此本次设计不采用液压传动。 （2）钢丝绳传动 钢丝绳传动在立体车库升降机构中应用广泛，主要是因为它有承载能力强，结构简 单便于维护等优点，但由于本次设计是二层升降结构，提升距离不大，采用钢丝绳传动 后卷筒价格太高，而且钢丝绳提升载车板的平稳性没有链传动高，因此放弃使用此提升 方式。 （3）链传动 链传动无弹性滑动和整体打滑现象，因而能保持准确的平均传动比，传动效率高， 轴上径向压力小， 结构紧凑，能够适应高温和潮湿的环境， 其制造和安装精度要求较低， 成本也低。适合用在低速重载，工作环境恶劣等场合。因此选用链传动作为升降机构非 常适合。 2.4.2 升降方案的确定

26、 上层升降系统采用链传动需要进行二次传递，首先是从电机减速机通过链传动将转 动传递到提升轴，然后再通过提升轴上处于两端的链轮将载车板提升。电机减速机固定 安装在横梁上，提升轴上安装有3 个链轮， 1 个用于连接电机，另外两个分居两侧，为 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 11 页 提升的主动轮。第二次传动的两链轮大小相同， 且中心距固定不变但必须大于提升高度， 另有两支撑用的链轮， 其作用是使与载车板相连接的提升链条能够与之前两链轮链条上 下相切，使链条只受到的拉力水平， 链条相连处采用非标准连接。 升降机构示意图如下： 图 2.7 升降机构工作示意图 2.5 设计数据 设计参数如下： 车长：

27、 4700mm 车宽： 1800mm 车高： 1450mm 车重： 2000kg 横移速度： 6.8m/min 升降速度： 4.8m/min 因此预估车库尺寸为： 单个车库宽度： 2500mm 则车库总宽： 2500 3=7500mm 车库长： 5600mm 下层高（出入库高）：2000mm 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 12 页 第三章各机构的设计、计算及校核 3.1 载车板重量估算 根据以上车库及车辆尺寸，确定载车板尺寸为（mm ）500022005，选用 45 钢为 材料制造，则密度为 33 /1085.7mkg，载车板重量为： kgm75.4311085.71052 .25 33

28、板 由于载车板上还有其他附件，因此将载车板重量修整为kgm450 板 。 3.2 受力梁的计算、选型与校核 根据预先设计的结构，受力梁分为横梁和纵梁，载车板和汽车的重量直接作用在纵 梁上，纵梁则压在横梁上，因此受力梁的计算需要进行两次，即纵梁和横梁的计算。 3.2.1 纵梁的计算、选型与校核 本次设计车库共有4 根纵梁，其中边上的两根受力比中间两根轻一半，因此若4 根 纵梁选用尺寸相同，只需对中间两根纵梁进行校核。 中间纵梁的受力分析简图如下： 图 3.1 纵梁受力简图 其中， A F与 D F为横梁对纵梁的支撑力， 1 F与 2 F为载车板与汽车对纵梁的拉力， mmll400 31 ，mml

29、4200 2 。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 13 页 载车板与汽车重量为kgm24502000450 总 ，因此重力NgmG24500 总总 ，其 中 g 取 10N/kg。则： NGFFFF DA 122502 21总 （1）计算剪力弯矩 对于 AB 段： NFF As 12250 1 11 xFM A11 0lx 对于 BC 段： NFFF As 0 12 12122 lxFxFM A2121 llxl 由于 AB 段与 CD 段载荷对称，因此不必计算。 （2）画剪力弯矩图 图 3.2 纵梁剪力图 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 14 页 图 3.3 纵梁弯矩图 由上图可看出，

30、AB 与 CD 段受剪力最大，为NFs12250 max, ，BC 段受弯矩最大， 为mNM4900 max 。 （3）纵梁的选型 对于立体车库钢结构一般选择Q235 普通碳素结构钢为材料的工字钢作为建筑材 料，它具有良好的塑性和焊接性能，成型能力很好，并具有一定的强度，适合于桥梁、 建筑等工程结构，实用性能好，价格相对也很便宜，性价比高。查机械设计课程设计 手册 Q235 参数如下： 表 3.1 Q235 性能参数 钢材 抗拉、抗压和抗弯f抗剪 v f端面承压 ce f 牌号 厚度或直径 （mm ） Q235钢16215 125 325 选取热轧 H 型钢尺寸如下： （H-高度， B-宽，

31、t1- 腹板厚度， t2- 翼缘厚度， r- 工艺圆角） 图 3.4 热轧 H型钢截面尺寸 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 15 页 表 3.2 纵梁热轧H型钢尺寸规格 类别 型号（高 度宽 度） 截面尺寸（ mm） 截面 面积 （c m 2） 截面特性参数 HM 中 翼缘 HB t1t2r 惯性矩 （cm4） 惯性半径 （cm） 截面模数 （cm3） IXIYiXiYWXWY 300200 294200 8 12 20 73.0 3 1140 0 160 0 12.5 4.69 779 160 （4）纵梁的校核 1、弯曲正应力强度校核 由于梁的 BC 段受弯矩最大，故对其进行校核，根据简明

32、材料力学有公式： Z W M max max MPaMPa cm mN 23529.6 779 4900 3max 因此，纵梁的弯曲正应力强度满足要求。 2、弯曲切应力强度校核 由剪力图可知，梁在AB 及 CD 段受剪力最大，查机械设计可知MPa105， 故对其进行校核： 1 * max, max tI SF z zs 2 21 2 1 max )2( 8 tHtBBH tI F z s 带入上表数据，计算得： MPa67.5 008.010114008 276.0192.03 .02.012250 8 22 MPaMPa10567.5 max 因此，纵梁的弯曲切应力强度满足要求。 贵州大学本

33、科毕业论文（设计） 第 16 页 3.2.2 横梁的计算、选型与校核 根据本次设计，横梁有前后两根，所受力为纵梁对它的压力以及柱的支撑力，由此 可画出横梁的受力分析图如下： 图 3.5 横梁受力简图 其中， A F与 F F 为柱对横梁梁的支撑力， 1 F、 2 F 、 3 F 与 4 F 为纵梁对横梁的压力， mmlll2500 321 ，mmll50 54 。 载 车 板 与 汽 车 重 量 为kgm24502000450 总 ， 因 此 单 个 车 位 载 车 时 重 力 NgmG24500 总总 ，其中 g 取 10N/kg。则： NGFF612522 41总 NFFF122502 1

34、32 N FFFF FF FA 18375 2 4321 （1）计算剪力弯矩 对于 AB 段： NFF As 18375 1 11 xFM A41 0lx 对于 BC 段： NFFF As 12250 12 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 17 页 42122 lxFxFM A124 lxl 对于 CD 段： NFFFF As0213 13243133 lxFlxFxFM A2131 llxl 由于 DE 段与 EF 段分别与 BC 段、AB 段载荷对称，因此不必计算。 （2）画剪力弯矩图 图 3.6 横梁剪力图 图 3.7 横梁弯矩图 由上图可看出， AB 与 EF 段受剪力最大，为NFs

35、18375 max, ，CD 段受弯矩最大， 为mNM25.30931 max 。 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 18 页 （3）横梁的选型 选择横梁的材料与纵梁相同，选择的型号如下： 表 3.3 横梁热轧H型钢尺寸规格 （4）横梁的校核 1、弯曲正应力强度校核 由于梁的 CD 段受弯矩最大，故对其进行校核，根据简明材料力学有公式： Z W Mmax max MPaMPa cm mN 23530.109 283 25.30931 3 max 因此，横梁的弯曲正应力强度满足要求。 2、弯曲切应力强度校核 由剪力图可知，梁在AB 及 EF 段受剪力最大，查机械设计可知MPa105， 故对其进行

36、校核： 1 * max, max tI SF z zs 2 21 2 1 max )2( 8 tHtBBH tI F z s 带入上表数据，计算得： MPa187.17 006.01027408 )009.022.0()006.015.0(2.015.018375 8 22 类别 型号（高 度宽 度） 截面尺寸（ mm） 截面 面积 （c m 2） 截面特性参数 HM 中 翼缘 HB t1t2r 惯性矩 （cm 4） 惯性半径 （cm） 截面模数 （cm 3） IXIYiXiYWXWY 200150 194150 6 9 16 39.7 6 2740 508 8.30 3.57 283 67.

37、7 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 19 页 MPaMPa105815.10 max 因此，横梁的弯曲切应力强度满足要求。 3.3 受力柱的计算、选型与校核 根据设计，二层立体车库受力柱仅受压力，受力简图如下： 图 3.8 立柱受力简图 其中，NGF1837543 总 ,mmL2500，选择 H 型钢材料梁相同，型号如下： 表 3.4 立柱热轧H型钢尺寸规格 查简明材料力学和机械设计手册可得： 25 cm/N10206E 22 cm/N10200 p 22 cm/N10235 s 类别 型号（高 度宽 度） 截面尺寸（ mm） 截面 面积 （c m 2） 截面特性参数 HM 中 翼缘 HB

38、t1t2r 惯性矩 （cm 4） 惯性半径 （cm） 截面模数 （cm 3） IXIYiXiYWXWY 150100 148100 6 9 13 27.2 5 2040 151 6.17 2.35 140 30.2 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 20 页 计算压杆柔度范围 1： 100 10200 10206 2 5 1 p E 计算压杆柔度： min i ul 其中，为不同条件下的压杆长度因数，对于一端固定，一端自由的杆取 2， 2 min 35.2cmi，则： 213 35.2 2502 min i ul 因为 1，故需用欧拉公式计算临界压力，根据欧拉公式： N E AFcr5.122

39、116 213 10206 25.27 2 52 2 2 查机械设计手册金属结构中的压杆安全系数38.1n，取3n，则 n F F n cr 6.6 18375 5 .122116 因此立柱足够安全，满足设计需求。 3.4 横移机构的设计计算 3.4.1 横移电机的选择 载车板与汽车重量为kgm24502000450 总 ，因此重力NgmG24500 总总 ，其 中 g 取 10N/kg，由于下层载车板在滚动导轨上滚动，查机械设计手册可看出钢轮与 钢轨之间的滚动摩擦因素为05.0，初取滚轮直径为D=80mm，载车板横移速度为 min/8 .6 mV ，则摩擦力为： NGf1225 总下 贵州大

40、学本科毕业论文（设计） 第 21 页 驱动力矩为： NmRfM4908.01225 下 滚轮转速为： min/r06.27 08.0 8 .6 D V n 根据公式： n P M9550 则需电动机最小功率为： KW1388.0 9550 06.2749 9550 Mn P 选用上海万鑫机电有限公司生产的GH型卧式齿轮减速马达， 额定功率为 0.2KW ， 减 速比可达 31800，转速为 1350r/min ，输出转矩为 58Nm 。 表 3.5 各种材料滚动摩擦力取值表 摩擦副材料 滚动摩擦因 数 摩擦副材料 滚动摩擦因 数 软钢与软钢约 0.05 表面淬火车轮与钢轨 圆锥形车轮 圆柱形车

41、轮 0.08-0.1 0.05-0.07 木材与钢0.03-0.04 木材与木材0.05-0.08 钢轮与木面0.15-0.25 钢板间的滚子0.02-0.07 橡胶轮胎与沥青路面约 0.25 铸铁轮或钢轮与钢轨约 0.05 橡胶轮胎与混凝土路 面 约 0.15 铸铁与铸铁约 0.05 橡胶轮胎与土路面1-1.5 3.4.2 横移传动链的选择与计算 在选择电机减速机时，生产厂家有减速比为50 的减速器，若选择这个减速比，则 电机减速机输出转速为： min/27 50 1350 r i n n 额 出 与滚轮所需转速相当，因此采用传动比为1:1 的链传动。 （1）选择链轮齿数 贵州大学本科毕业论

42、文（设计） 第 22 页 取链轮齿数17 21 zz。 （2）确定计算功率 根据机械设计表9-6 查得1.1 A K, 由图 9-13 查得52.1 Z K, 单排链，电机减 速器效率为 95% ，则计算功率为 kWPKKPzAca31768. 0%9522. 052.11. 1%95 （3）选择链条型号和节距 根据kWPca31768.0及 min/27rn，查图 9-11, 可选 10A 。查表 9-1，链条节距为 mmp875.15。 （4）计算链节数和中心距 初 选 中 心 距mmmmpa75.79325.476875.15)5030()5030( 0 。 取 mma550 0 ，相应

43、的链长节数为 29.86 550 875.15 ) 2 1717 ( 2 1717 875.15 550 2) 2 ( 2 2 2 0 212210 0 a pzzzz p a Lp 为了避免使用过渡链节，应将计算出的链节数 0p L圆整为偶数86 p L节。 查机械设计手册得当链传动的传动比为1 时，链传动的最大中心距公式为 mm ZL pa p 548) 2 1786 (875.15) 2 ( （5）计算链速v，确定润滑方式 sm pnz v/121.0 100060 875.151727 100060 1 由smv/121. 0和链号 10A,查图 9-14 可知应采用定期人工润滑。 （

44、6）计算链传动作用在轴上的轴压力 P F 有效圆周力为：N v P Fe1570 121.0 19.0 10001000 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 23 页 链轮垂直布置时的压轴力系数05.1 P F K，则压轴力为 NFKF eFP P 5.1648157005. 1 表 3.6 10A 滚子链主要参数 3.4.3 横移链轮的尺寸计算 表 3.7 横移链轮齿槽形状参数 名称 符 号 计算公式及结果 最小齿槽形状最大齿槽形状 齿侧圆 弧半径 e r mmzdre16.23)2(12. 0 1max mmzdre12.38)180(008. 0 2 11min 滚子定 位圆弧 半径 i

45、rmmdri13.5505.0 1min mmddri28.5069.0505. 0 3 11max 滚子定 位角 42134 90 140 max z 42114 90 120 min z ISO链 号 节距 p 滚子直 径 1 d max 内链节 内宽 1 b min 销轴直 径 2 d max 内链板 高度 2 h max 排链 t p 抗拉载 荷 单排 min mm 10A 15.875 10.16 18.9 9.4 15.09 18.11 21.8 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 24 页 表 3.8 横移链轮主要尺寸参数 名称符号计算公式及结果 分度圆直 径 d mm z p d

46、39.86 17 180 sin 875.15 180 sin 齿顶圆直 径 a d mmd z pdda91 6.1 11min mmdpdda9625.1 1max 齿根圆直 径 f dmmdddf23.7616.1039.86 1 齿高 a h mmdpha86. 25. 0 1min mm z p dpha59.5 8.0 5.0625.0 1max 确定的最 大轴凸缘 直径 g d mmh z pdg6876.004.1 180 cot 2 表 3.9 横移链轮轴向齿廓尺寸参数 名称符号计算公式及结果 齿宽 1f bmmbbf93.895.0 11 齿侧倒角 a bmmpba06.2

47、13.0 公称 齿侧半径 x rmmprx875.15 公称 齿全宽 fn bmmbpnb ftfn 93.81 1 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 25 页 3.4.4 横移链的静强度计算 在低速重载链的传动中，链条的静强度占有主要地位。通常链速小于0.6m/s 属于 低速链传动，所以横移传动链属于低速链，但由计算可看出其负载并不大，为了安全考 虑，本次设计依然进行静强度计算。 链条的静强度计算式为 n FFFK Q n FcA 其中，F为圆周力； c F是离心力引起的拉力，按 2 qvFc计算，当smv/4可以 忽略不计； f F 为悬垂拉力，查机械设计手册图14.2-6 经计算得出。则

48、 1.1 A KNF1570 NFf4.12KNQ8 .21 12 4.1215701.1 21800 n 完全能够满足静强度。 3.4.5 横移链的使用寿命计算 由于链条传递功率小于额定功率，且横移链传递功率较小，因此可不用进行使用寿 命计算。 3.4.6 横移链的耐磨损工作能力计算 滚子链的磨损寿命计算公式为： 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 26 页 2 1 3 321 2.31 91500 d p p p i iz v L p ccc T P r 其中，T磨损使用寿命； p L 为链条节数；v为链速； 1 z 为小链轮齿数；i传动比；p 为链条节距；)( p p 为许用磨损伸长率，

49、一般取%3； 2 d 滚子链销轴直径； 1 c 为磨损系数， 2 c 为节距系数， 3 c 为齿数速度系数，可查机械设计手册获得； r p 为铰链的压强， 计算公式为： A FFFK p fcA r 其中 A K为工况系数；F为有效圆周力； c F 为离心力引起的拉力； f F为垂悬力；A 为铰链承压面积 22b dA，为滚子链销轴直径， 2 b 为套筒长度，由此可计算得 2 22 4.7084.1309.5mmbdA 则铰链的压强 r p 为 a fcA r MP A FFFK p7 .24 104.70 4.1215701.1 6 由 ar MPp7.24可查出8.5 1 C、39.1 2 C、1 3 C； 其他数据都已在上面计算得出， 因此链的磨损使用寿命为： 2 1 3 321 2.31 91500 d p p p i iz v L p ccc T P r h562028 09. 52.3 875.15 03. 0 2 117 121. 0 86 7.24 139.18. 5 91500 3 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 27 页 3.4.7 滚子链的抗胶合工作