机械设计大赛说明书：垂直循环式自行车停车装置

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全国大学生机械工程创新设计大赛案例《直立式自行车停车装置》

直立式自行车停车装置本案例荣获全国大学生机械工程创新设计大赛一等奖1.设计目的自行车自从被发明以来,一直是人们重要的交通工具之一。

近年来有鉴于机动车尾气对环境所造成的影响，在各级政府、民间机构以及热心厂商的鼎力支持和积极协助下，人们开始以更宽广的视角正视自行车在休闲、健康、环境保护及观光旅游等方面的功能，构建骑车环境、提升骑乘风气，实践自行车新生活，让自行车发挥更大效益。

在高度发展的城市中，土地资源极其有限。

自行车乱停乱放、失窃等问题，一直困扰着城市发展。

自行车成为休闲运动后，多功能与高单价的产品不断推出，自行车停放的问题更加突显。

本装置就是一种可以将自行车直立停放以节省空间、实现自行车有序停放的自行车停车装置。

2.工作原理1）整体展示直立式自行车停车装置提供了一种简单机械用于自行车竖直停放。

如图1所示,本装置主要由前轮固定装置、U型锁解锁装置、升降机构及用于导引前轮固定装置升降的导轨组成。

2）细节说明为了更好地介绍本项目，现结合图2所示的装置示意图来进一步说明。

前轮固定装置中，U型锁4用于卡自行车前轮,卡锁板9用于卡U型锁，限位挡板与卡锁板9通过长销连接，限制卡锁板向下转动。

将自行车前轮对准U型锁4后向里推，U型锁4顶起卡锁板9,然后卡锁板9卡住U型锁4,进而锁住前轮。

U型锁解锁装置中，弹簧13与踏板12连接，用脚踩下踏板后弹簧13的弹力能够使踏板12复位。

向下踩踏板，经连杆11传动，推销10向上运动，将卡锁板9顶起,U型锁4解锁，可以顺利取出自行车。

升降前轮固定装置的升降机构中，蜗轮蜗杆减速电动机7带动旋转轴6转动，钢丝绳拉动滑块3 沿导杆5上升，实现自行车直立放置。

用于导引前轮固定装置升降的导杆5由两个SBR箱式滑块导轨组成，导杆一端与下支承板垂直固定连接,另一端与上支承板垂直固定连接。

两导轨互相平行，距离固定。

两导轨与滑块3配合，实现前轮固定装置的升降运功。

3 .设计方案1)操作方法停车时：(1)将自行车前轮对准U型锁4,然后推动自行车向前。

机械设计大赛说明书：垂直循环式自行车停车装置

垂直循环式自行车停车装置设计说明书参赛单位：指导老师：设计成员：目录作品简介....................................................... - 2 -1 设计背景及意义............................................... - 3 -2 垂直循环式停车装置设计....................................... - 4 -2.1 传动装置的设计........................................... - 4 -2.2 车架组与轨道的配合设计................................... - 4 -2.3 车架组的优化设计......................................... - 5 -3 停车装置工作原理............................................. - 6 -3.1 分流存取车设计........................................... - 6 -3.2 链条定位轨道设计......................................... - 7 -3.3 半封闭式轨道设计......................................... - 7 -3.4 车架组优化设计........................................... - 8 -3.5斜拉杆组的应用........................................... - 9 -3.6电机联轴驱动设计......................................... - 9 -3.7 程序设计................................................ - 10 -4 停车装置设计计算............................................ - 11 -4.1车架组的承重分析........................................ - 11 -4.2斜拉杆组的受力分析 ...................................... - 11 -4.3链条和链轮尺寸的选取 .................................... - 12 -4.4电机的规格选取.......................................... - 13 -4.5轨道的尺寸设计.......................................... - 13 -4.6旋转时间计算............................................ - 14 -5 装置成本核算................................................ - 15 -6 发展前景.................................................... - 16 - 7参考文献.................................................... - 17 -- 1 -作品简介摘要垂直循环式自行车停车装置主要依靠链轮链条的驱动，同时考虑空间利用率、经济效益、设计合理性、整体安全性、操作便捷性等因素进行创新设计。

摩迪垂直循环类机械式立体停车设备

垂直循环智能立体停车设备辽宁摩迪实业有限公司2016年8月1日目录一、设备动作过程................................................................................... - 4 -二、设备构成 ........................................................................................... - 5 -三、设备特点 ........................................................................................... - 6 -四、技术参数 ........................................................................................... - 7 -五、PCX占地面积.................................................................................. - 8 -六、安全设施 ........................................................................................... - 8 -七、客户需要提供的系统 .................................................................... - 9 -八、使用说明 ........................................................................................... - 9 -PCX型“垂直循环”式智能立体停车设备垂直循环设备图车库内部图实物图或者效果图一、设备动作过程动作原理：本设备为垂直循环式，每个停车台可按最近距离作逆时针或顺时针旋转运动,控制系统采用PLC自动控制，存取车时只需在操作盘上正确按动相应的车位编号,确认执行后被存取车的停车台自动运行到地面位置以便存、取车。

垂直循环式自行车停车装置

4 作品设计计算
4.1 链条和链轮尺寸的选取计算
当 (h2 b) h1 时，为使相邻两个车架组不发生碰撞，则需满
足Hale Waihona Puke x2a 2x1
a 2
即 R cos( ) a R cos a
2
2
当式子中R或α越大时，两车越能避免相撞，考虑设计的美观性，
α 至少为 2 ，水平间距至少为 d mm，则有 R＞a/2＋d/2 3
4.3 轨道的设计计算
根据上述所选链条及链轮型号可知链轮直径d＝121mm，链条节距P＝9.525mm，内链板高度h2＝8.20mm，链扣孔至链板孔的圆心距 C＝9.52，设计的链扣两圆心距D＝14.15mm 根据以上数据画出车架组在链轮处运动的简图，将车架组滑轮位置简化成86mm×138mm的矩形，其中黄色圆圈为车架组小滑轮圆心运动轨迹所在的圆上，直径经测量为161.59mm±0.1mm。根据以上数据进行导槽与车架组滑轮的配合设计。
• 同时，我们设计的停车装置是以节约场地、节约能源、低成本为核心，同时与机械装置相结合，使空间利用率更高、更安全、更便捷也更智能。
• 并且可以与共享单车共同推行，具有经济效益和实用价值，相信很快被业内所推广的。
7 作品展示
垂直循环式自行车停车装置
设计者：指导老师：
学校：
CONTENTS
01 研制背景及意义 03 作品设计方案 05 创新点及应用 07 作品展示
02 团队制作经历 04 作品设计计算 06 预计应用前景
1 研制背景及意义
• 现如今，一些老旧小区道路普遍相对狭窄，不少自行车停放在路边，堵塞了安全通道，即使在小区内的公共区域或相对宽敞的道路边新规划了一些车位，也是杯水车薪。

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停车装置设计为四层，每一层可无遮挡停放14辆自行车，高度约为6米左右，且每层高度与自行车高度相仿，降低了重心，提高了整体安全性，避免空间浪费，将空间的利用率提高到5倍以上。

为加强整体结构的稳定性，在装置的前后框架组之间设计了斜拉杆连接组，可通过调节调节杆组来提供拉力或支持力，同时装置与墙体相连，最大限度保证了整体的稳定性和安全性。

存车时，用户不需要进入车架组内部，选定车位后，只需从一侧出入口将自行车车头放入车位凹槽中，用手轻推车身，便可将自行车停放到指定位置，在车架组的后方，由舵机带动横梁将自行车卡在车位中去，实现自锁，防止自行车后滑和丢失。

当一层车位停满后，会顺时针移动至下一层车架组供新用户停放，退车时步骤与之相反，通过选择取车的车位，会选择最短的运动路径将车位移动至用户面前，停稳后，舵机锁会打开，用户可以取回自己的自行车。

当车架组运动时，半封闭式轨道与车架组运动轨迹完美配合，保证了车架组可以在轨道内流畅运动。

同时轨道也起到限制车架组的晃动，在运动过程中始终有两个及以上的滑轮在轨道内部，使之不需要通过复杂的机构和程序控制就能够实现车架组的运动恒为水平。

同时系统内部还拥有防盗提醒系统，当自行车停放后用户没有放下横杆时会发出警报声提醒用户；以及断电记忆功能，当装置异常断电时，系统内部依然会保留断电之前的数据，在装置重新启动后不影响正常的使用。

停车装置通过智能控制与机械结构相结合，使空间利用率更高、使用更安全、更便捷、更智能化，并且结构简单、维护方便，适合各年龄层及各性别人士使用，能很好的缓解老旧小区停车难、停车乱的问题，适合大批量投入生产，具有社会效益和经济效益！关键词：垂直循环自行车停车装置- 2 -1 设计背景及意义现如今，一些老旧小区道路普遍相对狭窄，不少自行车停放在路边，堵塞了安全通道，即使在小区内的公共区域或相对宽敞的道路边新规划了一些车位，也是杯水车薪，当原本并不宽敞的道路被疯狂占用后，给小区行人以及车辆的正常通行造成了诸多不便[1-3]。

除了自行车停车架及停车棚这种方式外，国内外都有关于自行车停放装置的设计，其中适合老旧小区使用的装置有以下几种[4-6]。

双层自行车停放装置及直立式自行车停车架：上层车架采用垂直升降式、抽拉式、直压式等方式，下层采用固定式、水平移动式等方式，材质有普通Q235钢材镀锌喷塑、铝合金氧极氧化处理的。

目前垂直升降式使用最为方便，适合老人、女性、小童，结构也精巧、外形美观、使用轻便、安全系数高，抽拉式和直压式相比前者使用费力，安全性差，但造价便宜、经济。

悬挂式自行车停放装置：围绕立柱设置多个车位，并将自行车悬空放置，不仅减少了停车占地面积，而且悬吊的车架易于从侧部或下部设置遮挡面进行隐蔽，减少对人们的视觉污染，遮挡面还可用于作广告宣传或美化环境。

我们设计的垂直循环式自行车停车装置，通过智能控制与机械结构相结合，使空间利用率更高、使用更安全、更便捷、更智能化，并且结构简单、维护方便，适合各年龄层及各性别人士使用，能很好的缓解老旧小区停车难、停车乱的问题，适合大批量投入生产，具有社会效益和经济效益！- 3 -2 垂直循环式停车装置设计2.1 传动装置的设计图3为传动装置。

其中1为上方的链轮，2为链条，3为下方的链轮，4为光轴，5为电机，6为链条定位轨道，7为上方链轮支撑架。

供电之后，5开始转动，并会带动3和4同步转动，其中4与另一侧的链轮相连。

由于1、2、3的配合关系，3为主动，1为从动，当3转动时会通过2带动1同步转动，其中1与7共同起到支撑2的功能，同时2的运动轨迹由1、3、6共同限制，保证了传动和运动的稳定性。

图1 传动装置2.2 车架组与轨道的配合设计图2为车架组与轨道配合，其中8为初始位置的车架组，9为半封闭式轨道组，10为运动到任意位置的车架组。

当用户存取车时，8的初始位置如图所示，在下方与地面平行，同时8的滑轮与9的凹槽内壁相切，当车架组进行运动交替时，8会完美的沿着9的凹槽进行运动，保证运动的恒水平，可以运动至10的位置，同时可接着运动回8的初始位置，并始终水平。

- 4 -- 5 -图2 车架组与轨道的配合2.3 车架组的优化设计图1所示为装置车架组，其中11为自行车，12为整体车架组，13为单个车位的防倾倒凹槽，14为自锁装置。

用户停车时，只需轻推11，将11推进12的任意一个13中，当11的前轮触碰到13的前挡板后，11后轮与13的后边沿水平，此时，可以触发14，将11固定在13中，防止11后滑和丢失。

图3 车架组优化设计- 6 -3停车装置工作原理3.1 分流存取车设计双出入口的设计可以将人群分流，避免拥堵，加快存取车的效率，同时也是配合自行车双朝向的停放方式而设计，如图4。

图4 双出入口由于每次底层并列两个车架组，且需要双出入口存取车，则每相邻两车架组自行车朝向不同，交替变换，完成一个循环，与双出入口设计配合达到完美的分流作用，如图5。

图5 交替放置的车架组3.2 链条定位轨道设计整体框架较大，使用链轮过大时会导致偏心影响过大，造成不安全因素，所以采用小型号链轮进行替换，减缓偏心影响，为使链条保持原运动路径，设计了链条定位轨道。

其中分为内外两层轨道设计，内侧轨道与链条的链条辊套直接接触，起引导链条运动路径的作用，外侧轨道限制链条整体的偏移，缓解偏心带来的影响如图6。

图6 链条定位轨道3.3 半封闭式轨道设计半封闭式轨道与车架组运动轨迹完美配合，保证了车架组可以在轨道内流畅运动。

同时轨道起到限制车架组在运动过程中收到外界不稳定因素而导致得晃动，在运动过程中始终有两个及以上的滑轮在轨道内部，使之不需要通过复杂的机构和程序控制就能够实现车架组运动恒水平，如图7。

- 7 -- 8 -图7 半封闭式轨道配合3.4 车架组优化设计一个车车架组可以停放多辆自行车，提高单个车架组的利用率，可实现单车架组容多车。

如图8所示。

图8 车架组一个车架组高度约一辆自行车高，使用者不需要进入车架组，只需手轻推即可，防倾倒凹槽轨道的设计使自行车停放和拿取更加方便和省力。

如图9所示。

车架组支撑梁形状为两个三角形构成，提高了车架组的稳定性。

如图10所示。

- 9 -停车后，会有横杆卡住自行车，实现自锁，防止自行车后滑的危险和自行车丢失的可能。

如图11所示。

图9 防倾倒凹槽轨道图10三角支撑梁图11自锁装置3.5斜拉杆组的应用应用了斜拉杆组，可以通过调节调节杆组缓解前后框架组受到的影响，同时前后由横梁连接，提高了整体结构的稳定性和安全性，如图12所示。

图12 斜拉杆连接组3.6电机联轴驱动设计为保证两侧链轮同步运动，用固定式联轴器将连杆与电机轴相连，并在两侧放置立式轴承座，最大限度地去除掉各个方向的相对位移，保证电机轴与连杆在同一轴线上，如图13所示。

图13 电机联轴驱动3.7 程序设计实时记录车位情况：系统内部可以记录当前车位状况，若有空车位时，系统会根据记录的情况，提供给用户选择。