自动化立体车库设计

自动化立体车库设计
自动化立体车库是存储车辆的仓储设备。

随着社会发展，人民汽车拥有量的增多，停车问题就会变的越来越难，自动化立体车库应时而生。

本课题研究对象为自动化立体车库，考虑其制造成本和运行安全的因素。

就其组成部分而言分为三大部分：车库结构、传动机构和控制安全系统。

动力系统采用电动机驱动，本文就是对其三部分结构设计。

使得自动化立体车库结构更加合理、安全，提高驱动的效率以及无障碍停车车库的经济性。

1 前言
近20年数据显示，我国汽车居民保有量持续高速增长的态势。

2017年产量更是达到了约2 900万辆，我国汽车的保量有量从1999年的1450万辆，增长到2018年约2.32亿辆20年增长近16倍，2019年预计超过美国（约2.5亿辆），成为全球第一。

自动化立体车库优点占地小、容量大、安全便捷，是解决城市用地、缓解停车难问题的重要手段之一。

我国将立体停车设备项目做为国家重点支持产业。

国内外立体车库发展现状
国外立体车库发展研究现状
早在50的多年前，机械式立体停车场在国外就已经发展起来。

自1960年后期，全球经济飞速发展，汽车迅速流行，人们保有量增长，迫使人口多、汽车多的国家和地区用地紧张，积极发展机械式立体停车技术的研究开发与应用迫在眉睫。

以日本、美国、德国和其他发达国家为代表，在其领域取得领先地位，中国香港、澳门和台湾等地区引入机械式立体停车技术成功实现了快速发展，使该地区的停车问题得到有效改变善。

在机器方面使用了许多新材料和技术。

设备实现模块化的结构，安装方便和拆卸简单。

钢铁结构采用了高质量的钢铁，不但改善了钢铁结构的稳定性和韧性，还令钢结构轻巧漂亮。

控制技术系统可用编程器设定的逻辑控制和矢量变量调控，技术被广泛应用于运行的速度与稳定，电流节约，并且最大限度的震动与噪音。

国内研究的发展现状
中国该技术研究和开发始于1980年中期，设备引进和生产从1990年始，北京、上海、广州、深圳等区域开始使用。

近年来中国遵循了日本和其他国家制定的标准。

目前，生产相关设施的公司已经发展到几百个，并且生产各种不同类型的立体停车设备，其中一些已经出口国外。

停车设备的技术性，在自动化立体车库领域需要多学科的专业人才的合作参与。

中国在立体车库发展发现一些问题，如没有统一的技术标准。

产品多数仿
造和输入国外技术;科技水平较低由于公司的规模不确定，可以进行生产能是不够的。

市场竞争，没有企业采取主动，以较低的价格竞争;缺少科学技术创新的科学研究和设计单位;这些对停车工业的研究和开发严重地落后了国外同行领域。

立体车库被分类：升降横移式、巷道堆垛式、垂直升降式、水平循环式。

(1)升降横移式
升降横移式立体车库顶层除外其余每层都有一个空位，载车板通过横移升降变换空位，完成存取车过程。

顶层的载车板可上下升降;底层的可以横移；除这两层外其它层载车板可升降，可横移。

其适应性较强，可根据具体场地情况进行任意组合排列，空间利用率高，操作简便，安全可靠，存取方便，造价低。

该车库建造形式灵活多样。

(2)巷道堆垛式
车位放置在巷道两侧，由堆垛机完成水平、垂直运动在巷道内实现车辆存取。

横移运动由堆垛机在轨道上水平运动完成的，堆垛机是可以升降的平台，车辆只需停到车库出入口，全过程是自动完成。

此车库存车数量多，适用于车辆超多地区。

(3)垂直升降式
该车库的原理类似电梯，车辆停到入口，车库的传动机构自动把车辆提升并运送到空车位，车位停车板和升降机的载车台结构为梳齿状，升降机下降，车留在停车板上了，停车板回到原位;取车过程类似。

此车库单位面积容车量多、智能化程度高、存取车动作简单不需过多动作，适用存取车时间比较自由的场合。

(4)水平循环式
该车库采用水平循环运动车位系统存取车辆的机械式停车设备，主要由钢结构、载车板、循环驱动系统、控制系统、安全检测装置等部分组成。

存车时，利用机械升降横移原理，将车辆停在载车板上，在平面上水平循环运动，车辆被移到空车位，完成存车操作。

取车时，载车板在两个层面上作水平循环运动，两边的升降采用两组车台来完成，把车辆移动车库出口，完成取车动作。

此车库节省占地容车量多，土地利用高，适宜巷道长、层数少的地下。

自动化立体车库研究的意义
自动化立体车库是典型的机电一体化形式产品。

主要包括机械传动、钢结构、PLC 控制系统、建筑和其他方面，需要多方面的技术和技术人员进行合作。

第一点，升降横移式立体停车场已渗透进人们的生活领域，在办公室、酒店、医院和居民区等诸多地方被应用，升降横移式立体停车场成为了其中之一基础设施。

第二点，由于中国快速发展，汽车行业发展快速，促使机械式立体车库的功用满足不了人们生活的需要。

现有技术的落后取放时间长，自动化程度低下，安全程度还不够。

中国的一些一线城市许多高质量车库都依靠大量国外进口，服务令人不太满意。

冲破对进口模式的依赖，具有独特特性车库产品，就要在现有的技术上实现较大跨越。

自动化立体车库的研究就显得十分重要。

2 设计方案论证
车库总体布局
自动化立体车库包括主框架、传动系统、控制系统、载车板等部分，车库的承重部分是主框架，框架质量、稳定性、可靠性和载车板影响着整个车库的载重量、材料使用、成本多少及安全性，传动系统决定车库运行是否稳定，如何设计主框架、载车板和传动系统是车库的关键因素。

总体布局:
为达设计要求以的中小型汽车车库（7车位）为例，车库将开放三层结构，三层三个车位，一、二层都有两个车位和一个空位，需要的场地为8m×6m×6m。

驱动系统的设计与选择
本设计是为了方便车辆的存取，为了符合系统动力，液压泵、液压马达、柴油机和电动机等。

考虑到噪音大小和启动频率及容易控制的水平运动，综合考虑以电动机作为驱动机制。

升降方法的设计与选择
升降方法包括链式和升降绳等。

利用分析，设计采用钢丝绳升降和双重翻滚，这样可以实现平稳升降，也可以简化设计。

传动系统设计
机械传递系统的主要功能是将原动机的力量传递给载车板并且改变其动作来满足既定的要求。

传动系统的设计直接影响机器工作的性能、重量、成本及运营费用。

下列传送系统常被使用:
方案1:带传动应用于中心距较大的两轴传送，传动稳定、缓冲吸镇;结构简单，造价低;有过载保护的功能。

如图2-1：
图2-1
1-电动机 2-滚筒 3-传动轴 4-传动带
方案2:链传动传动比准确、工作可靠平稳、效传动功率大效率高、过载保护能力强、传动距离小，工作环境适应能力强，能实现较大的传送距、结构简单，造价低。

如图2-2：
图2-2
1-电动机 2-联轴器 3-滚筒 4-减速器 5-传动链
方案3:直齿轮传动，传动效率高、传动平稳准确、承载能力强、结构紧凑、寿命长、工作可靠、工作环境适应力强。

如图2-3：
图2-3
1电动机 2减速器 3滚筒 4直齿大齿轮 5直齿小齿轮
选择传递系统
良好的传动系统不仅应该符合工程机器的绩效并适合工作环境，而且应该是结构紧密、低成本且传动效率较高的系统。

通过表3-1和3-2对比选出较好的方案。

定性判定与价值对应
判定不用差中等满意较好好很好超目标理想
价值P 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0
表3-1
传动方案选择的使用价值表
对比分析发现，带传动提供的传动比小，容易打滑，传动不稳定，危险性高，安全系数低。

链传动和齿轮传动都能满足传动装置的要求，也要满足原动机的性能和适应工作条件。

结构紧凑，尺寸合适，成本低，安装和维护方便。

总而言之，选择方案二。

3 设计计算
升降传动系统设计
传动形式-钢丝绳传动，电动机、减速器、卷筒、滑轮和钢丝五部分组成。

在升降系统中钢丝绳一端连接载车板升降，另一端连接在绕卷筒上。

载车板在上升或下降时，电动机会带动着卷筒正转或反转，实现装置工作要求。

图4-1所示:
图3-1
1载车板 2卷筒 3升降轴 4链轮 5电动机 6钢丝绳
升降电机选择
根据车库设计，设载车板初始速度9m/min v =，链条牵引载重2000kg M =,提升功率：
gv M P w = （公式1-1）
kw
94.2w 15.08.92000gv =⨯⨯==M P w
由资料《机械设计手册》查]6[得电动机输出功率：
w
w
P
Pη/
=（公式1-2）
式中
W
P--- 所需功率；
W
μ---减速机与机械的总功率;
n
3
2
1
w
η
η
η
η
η⨯
⨯
⨯
=（公式1-3）
查得链传动效率96
.0
1
=
η
滚动轴承传动效率99
.0
2
=
η
带入数据得
94
.0
99
.0
96
.02
w
=
⨯
=
η
电动机输出功率kw
12
.3
/
P
=
=
W
W
Pη查资料可知，台湾明椿电动机厂研发生产的交流减速电动机，电源为三相交流，电压220V，频率为50HZ，功率 3.7kw
P=，速比为60，输出转速为m in
/
21
n
1
r
=，型号为MLPK55370603。

其形状见图3-2所示。

图3-2
升降电动机尺寸
表4-2
升降链传动设计
卷筒直径设计为mm
0.
200
=
D，载车板工作速度min
/
m
9
=
V，求卷筒转速2n。

A D E F G H L J K
525 150 210 260 190 15 21 42.2 85 M X Y Z P Q T W
230 255 160 170 65 40 43.5 10
由100060Rn 20.12⨯=
π，得min /33.14100
21000
9n 2r =⨯⨯=
π 齿轮传动比 1.5i = .1连齿轮选择1Z 、2Z
依据传动比，查资料《机械设计手册》表8.2-17小轮齿数：1Z =17，大轮齿数：2Z =27 .2链条链节数p L
求节距，设计中定中心距p 10a =
25
.422222
120210=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=πZ Z a P Z Z p a Lp 取44Lp =
.3单排链条传递输出功率0P 和链节距P
由资料《机械设计手册》表13-2-6，查得数据：工作系数1=A K
P K P A Ca = （公式1-4） kw 7.3==P K P A Ca
由资料《机械设计手册》表`13-2-7，查得数据：小轮齿数系数 887.0=Z K ,链长系数 7.0=L K ，据以上数据选双排链，由资料《机械设计手册》表13-2-8，查得数据：多排链系数 7.1=P K ，求出额定功率:
kw
13.67.07.1887.07
.375.175.110=⨯⨯⨯=⨯⨯=
P Z C K K K P P
由额定功率0P 、转速1n 查资料《机械设计手册》表13-2-24，得知滚子链型号为SC12，链节距mm 1.38=P ，链标记号：SC12GB10885-2003； 求出实际的链长度L 、中心距a
1.68m 38.1/100044p/1000Lp L =⨯=⨯=
mm Z Z Z Z L Z Z L P a P P 1.382*82242
122
2121=⎥⎥⎦
⎤
⎢⎢⎣
⎡⎪
⎭⎫ ⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛+-=π . 4计算链速
min /0.151000
1
.381921100011m P Z n V =⨯⨯=⨯
⨯=
.5压轴力Q
圆周力14800.0N 60/153.71000P/V F =⨯⨯==
平均布置压力轴压力，取压轴力系数：15.1=Q K ，N F K Q Q 0.17020=⨯= .6静强度校核链条
由资料《机械设计手册》，查得链条静强度计算公式：
p
f
c t A n F F F K Q
n ≥++=
（公式1-5）
式中 n 静强度安全系数；
A K 工况系数，查表12-2-3得0.1=A K ；
Q ---链条极限拉伸载荷；
KN Q 1.249=；
t F ---有效圆周力；
N P F t k 8.1425
.07.31000v =⨯==
c F ---离心力引起的力;
2
c qv =F
链条质量q ，由资料《机械设计手册第》表6.2-13.查得：m kg /6.5q =；
s m /0.4v <时，c F 忽略不计。

f F ---悬垂力;
100
)sin (qga
K F f f θ+=
其系数f K ，查资料《机械设计手册》表6.2-7得：1=f K ，中心距0.381m a =，两个轮中心线的水平倾角︒=90θ
N
qga
K F f f k 41.0100381
.08.96.52100
)sin (=⨯⨯⨯=
+=
θ；
p n ---许用安全系数
8
~4=p n
代入数据得：
p
f c t A n F F F K Q n ≥=+=++=
3.1641
.08.141
.249。

.7润滑选择
根据链速s m /0.15v =和链节距mm P 1.38=，按《机械设计手册》表13-2-48，查得润滑方式为人工定期润滑。

升降轴设计
升降轴是电动机动力传输的一段，结构如下图:
图3-3
.1轴的基本直径
用45号钢并进行热处理,由资料《机械设计手册》表6-4，查得抗拉强度
a 650MP
b =σ。

查表9-3，取60=A ，由《机械设计手册》表6-1-3得
mm 2.3833
.147.360n d 33
=⨯=≥P A 装联轴器处为轴的最细处，有个键槽，所以轴颈应增大5%，得
m m 9.3905.12.38d min =⨯=。

为直径与联轴器孔径相配合，则需要同时选择联轴器。

由
资料《机械设计手册》查采用刚性联轴器，与轴配合的半联轴器孔径m m 40d 12=，轴颈
m m 40d d 8712==，半联轴器与轴配合长度83mm 。

.2轴的构造
(1) 初定各段轴直径
位置 轴颈/mm 说明
轴段 1-2 0.40d 12=
轴段1-2配合半联轴器内孔，故取
40.0mm
轴段 2-3 0.46d 23=
轴段2-3定位半联轴器的右端，取
46.0mm
轴段 3-4 0.50d 34= 轴段3-4配合链轮轮毂的内孔，且便于拆装，取50.0mm
轴段 4-5 0.60d 45= 轴段4-5轴向定位链轮，取60.0mm 轴段 5-6
0.46d 56=
轴段5-6轴向定位半联轴器左端，取46.0mm
(2)
轴上零件固定
半联轴器采用周向定位用平键连接，由《机械设计手册》表5-3-1，查得平键尺寸
78h b ⨯=⨯（GB/T1096-2003），用端铣刀加工键槽，长mm 0.80l =(GB/ T1096 2003)，半联轴器与轴连配合,配合代号为6r /7H ；轮毂与轴连接处，选用平键为914h b ⨯=⨯,链轮与轴为周向固定,所以配合代号为6r /7H 。

轴的结构工艺性
考虑零件轴结构工艺性，轴肩圆角半径5.2r =，倒角mm 2c =。

链轮、半联轴器键槽在同一轴面上布置以便加工。

联轴器及键
联轴器
由前设计可知，联轴器配合直径mm 0.40d =,查得资料《机械设计手册》选刚性联轴器。

键
（1）《机械设计手册》表5-3-2查得选普通平键： 选用与联轴器配合的键:20031096/308-⨯T GB ； 选用与小链轮配合的键:20031096/308-⨯T GB ； 选用与车轮配合的键:20031096/7014-⨯T GB 。

（2）校核
查《机械设计手册》表5-3-2知校核公式为：
]
[1023
p p kld T σσ≤⨯=
式中 T 传递的转矩;
m KN 11.092.3028.0⋅=⨯==FL T ； k 键与轮毂键槽接触高度;
mm h 5.35.0k ==，
h 为键的高度；
键工作长度，圆头平键b l -=L ； d 轴的直径；
][p σ许用挤压应力;
查表5-3-3得知：a 150-120][p MP =σ。

联轴器与轴配合的键：mm 28d =，22830l =-=-=b L ，可得：
]
[MPa 04.10228225.31011.021026
3p p kld T σσ≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=
链轮与轴配合的键：mm 45=d ，mm 561470=-=-=b L l ，可得：
]
[MPa 4.1945565.41011.021026
3p p kld T σσ≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=
由此可知键的选择能满足要求。

轴承选择与计算
轴承选用、校核
轴承选用深沟珠轴承。

查《机械设计手册》选轴承为1994276/6238-T GB 型号。

轴承寿命校核
查《机械设计手册》得知计算轴承寿命公式为：
ε
)
(60106P C n L h = （7-2-1）
查表：额定动载荷218kN C =KN C 218=，当量动载荷为KN F P 92.32/==。

球轴承系数3=ε，min /9.17r n =，得：
h
106.1)92.3218(9.176010)(601083
66⨯=⨯⨯==εP C n L h
轴承使用时间足够长，符合要求。

轴承润滑
轴承采用脂润滑，此种润滑方式合适传动轴转速低，承受较大载荷并且轴承座内加入足够的脂润滑。

钢丝绳和滑轮
钢丝绳直径确定(摘自GB/T3811-1983）
查资料《机械设计手册》 钢丝绳直径d 计算 max S C
d = （8-1-1）
式中 d 钢丝绳最小直径mm ; m ax S 钢丝绳最大静拉力N ; C 选择系数N /mm ;
查表8-1-15选择系数 N C m m 104.0=
m m 56.1419600104.0m in ==d
根据《机械设计手册》表8-1-17，选择圆股合钢丝绳:
mm 16d = , m M P 100/kg 1.881=, a 1570][MP b =σ 最小破断拉力 KN F 0.133=
滑轮
滑轮作用是导向改变钢丝绳传递力的方向和支撑钢丝绳。

此滑轮受载荷较小，一般用铸钢制成实体滑轮。

钢丝绳直径d ，查资料《机械设计手册（新版）》表8.1-64滑轮直径匹配钢丝绳直径，滑轮直径mm D 225=。

滑轮型式由《机械设计手册（新版）》图8.1-8选择B 类一般密封，带滚动轴承无内轴套E 型滑轮。

其标记为：滑轮 E16×225-55 (JB/T9005.3-1999)
卷筒的设计
查资料《机械设计手册（新版）》，(按JB/T9006.2-1999)卷筒选择A 类型图8.1-3,查表8.1-50计算卷筒的几何尺寸：
最大起升高度：m H 4.5max = 绳槽槽距:mm d P 2.192.1== 卷筒槽底直径：mm D 8.180=
0D 卷筒直径（钢丝绳中心算起卷筒直径）;
mm D 2000=
1Z 固定钢丝绳安全圈数 ;
5.11=Z
0L 卷筒上有螺旋部分长：
mm P Z D H L 9.632.195.12005400max 100=⨯⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=ππ
1L 无绳槽卷筒端部尺寸;
mm L 571=,
2L 固定钢丝绳所需;
mm P L 6.5732=≈
m 中间光滑部分长度；
mm 0.43=m
S L 卷筒长度；
()mm
m L L L L S 4002210=+++=
升降轴 轴的受力分析
轴力学模型如下图：
图3-4
据升降传动轴受力，轴受扭矩作用，对轴进行扭转应力强度校核，由《机械设计手册》，校核公式：
P W T =
τ
（1）T 轴传递的扭矩；
m KN 47.233.147.395509550
⋅=⨯==n P T
（2）求轴上的作用力：
t F 链轮上圆周力；
kN 8.980.052470
2d 234t =⨯==
T F
r F 链轮上的径向力；
35.59kN
0.3698.8tana n t r =⨯==F F
A F A 处切向力；
N F F AC BC k 5.8815351375
8.98l l t
A =⨯==
B F B 处切向力；
N F F AC AB k 2.101535160
8.98l l t
B =⨯==
A T A 处扭矩；
m k 77.1204.05.882d 12A ⋅=⨯==
N F T A
B T B 处扭矩；
m k 24.0204
.05.882d 67B ⋅=⨯==
N F T B
该轴扭矩图如图3-7所示：
图3-5
链轮配合处轴的第二个键槽中心截面受扭矩最大是危险截面，进行扭应力强度较
核：
][m ax
m ax ττ≤=
P
W T （4-7）
式中 m 47.233
.147.395509550
max ⋅=⨯==KN n p T 343
3
1001316
04.014.316m d W P -⨯=⨯==π
可得：MPa MPa W T P 90][191013.047
.24
max max =≤=⨯==
-ττ 符合强度要求，设计合理。

横移传动系统设计
横移传动装置的作用是把载车板横移到预定的位置，主要靠电动机在轨道上 。

如图示。

图3-6
1-主动轮 2-链轮 3-电动机 4-载车板 5-从动轮
横移电动机
设计横移速度min /9m v =，承载总质量kg M 2000=，查资料《机械设计手册》摩擦因数2.0=μ，横移功率：
kw mgv FV P W 588.015.08.920002.0=⨯⨯⨯===μ
查资料《机械设计手册》表25-1-15得电动机输出功率：
w
w P P η/0=
式中 W P 工作机所需功率;
W μ减速机与工作机之间的总效率; 链传动总效率：
n 321w ηηηηη⨯⨯⨯=
式中 1η链传动效率;
96.01=η
2η滚动轴承效率;
99.02=η
得：94.099.096.02=⨯=w η
电动机输出功率：kw P P W W 594.0/0==η
查资料可知，台湾明椿电动机厂研发生产的交流减速电动机，电源为三相交流，额
定电压220V ，频率为50HZ ，功率kw P 75.0=，速比30，输出转速为min /18r n =，型号
为MLPK40075803。

电动机主要安装和外形尺寸如下表： 电机外形尺寸(mm)
表5-1
横移链传动
横移轮直径mm D 160=，车轮的转速：
min
/9.178014.3215.01000602v 100060n 2r R =⨯⨯⨯⨯=⨯=π
电机转速与车轮转速相同，传动比1。

.1链轮齿数
查资料《机械设计手册》表8.2-17得191=Z ，则从动链轮齿数192=Z 。

计算功率
C P ，由于载荷平稳，查资料《机械设计手册第》表8.2-39得工作系数0.1=αK ， kw P K 75.0P 0C ==α。

.2初定中心距
a ，链条链节数Lp
中心距P a 220=,链节数
422222
120210=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+++=πZ Z a P Z Z p a Lp
得42p =L
.3单排链传递功率0P 及链节距P
由《机械设计手册》表13-2-5查得小链轮齿数系数0.1=Ka ,选择单排链，表13-2-8查得多排链系数 1.0p =K ，表13-2-7查得长度系数98.0=L K ，传递的功率：
kw 45.01
98.07.175
.010=⨯⨯=⨯⨯≥
P Z C K K K P P
据额定功率和转速查《机械设计手册》表13-2-27选滚子链型号为SC6，查表13-2-24得链节距mm 05.19=P
链标记为：SC604GB/T10855-2003
A D E F G H L J K 365 90 140 175 120 11 15 23.42 65 M X Y Z P Q T W 165
17
5
116
125
45
40
31
7
.4链实际长度 L 及中心距a
m m
8.01000/05.19421000/=⨯=⨯=P L L P mm Z Z Z Z L Z Z L P a P P 1.4192*82242
1222121
=⎥⎥⎦⎤
⎢⎢⎣
⎡⎪
⎭
⎫
⎝⎛--⎪⎭⎫ ⎝⎛+-+⎪⎭⎫ ⎝⎛
+-=π
.5计算链速
s
m P Z n V /11.010006005
.19191810006011=⨯⨯⨯=⨯⨯
⨯=
.6计算作用在轴上压轴力Q
F 圆周力:
N V P F 681811.0/75.01000/10000=⨯==
按平均布置查《机械设计》取压力系数15.1=Q K
N F K Q Q 7.7840681815.1=⨯=⨯=
.7链条静强度校核
链条处于低速重载传动中，静强度占主要地位。

由《机械设计手册》知，链条静强度计算式：
p
f
c t A n F F F K Q
n ≥++=
（5-3）
式中 n 静强度安全系数；
查表13-2-6,A K 工况系数;
0.1=A K
Q 链条极限拉伸载荷;
kN 1.31=Q
t F 有效圆周力;
N P F t k 8.611.075
.01000v 1000=⨯==
；
C F 离心力 ;
2
c qv =F
q 为链条质量，由《机械设计手册》表6.2-13.查得：m kg /50.1q =；4m/s v <时，
C F 可以忽略。

f F 悬垂力;
100
)sin (qga
K F f f θ+=
其中f K 为系数，由《《机械设计手册》表6.2-7得：1=f K ，a 为中心距，m a 419.0=，
两个轮中心线的水平倾角︒=90θ，则
N
qga
K F f f 13.0100419
.05.18.92100
)sin (=⨯⨯⨯=
+=
θ；
p n 许用安全系数;
8
~4=p n
p
f c t A n F F F K Q n ≥=+=++=
5.413
.08.61
.31
强度符合要求。

.8润滑方式的选择
据链速s m v /11.0=和链节距mm 05.19=P ，图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。

.9链轮的结构设计
结构选为整体式钢式链轮，选材材45钢，淬火、回火的热处理方式，齿面硬度40~50HRC 。

由《机械设计手册》表15-2-21查得主要结构尺寸如图5-2所示：
图3-7
横移传动轴A 的设计
传动轴是一层电动机动力传输的一段，如下图所示：
图3-8
.1轴的基本直径
设计使用45匹钢《机械设计》表9-1查得MPa b 640][=σ。

《机械设计手册》表6-1-3，取110=C ，由式（9-2）得mm 13.2618
75
.0110n d 33
=⨯=≥P C 。

轴的最细处，装联轴器处。

此处有个键槽，轴颈应增大5%，即mm d 44.2705.113.26min =⨯=，则mm d d 44.278912==。

为使选的直径与联轴器孔径相适应，需同时选择联轴器。

由《机械设计》查采用刚性联轴器，取与轴配合的的半联轴器孔径28.mm ，轴颈mm d d 0.288912==，与轴配合长度44.0mm 。

.2轴结构设计
(1)各段直径见下表: 横移轴各段直径
位置 轴颈/mm
说明
轴段1-2 0.2812=d 轴段1-2配合链轮内孔，取28.0mm 轴段2-3 0.3223=d 轴段2-3用轴肩定位链轮的右端，取32.0mm
轴段3-4 0.4534=d 轴段3-4与车轮的内孔配合，易于拆装，取45.0mm
轴段4-5 0.5045=d 轴段4-5便于车轮的轴向定位配合，取50.0mm
轴段5-6 0.3456=d 轴段5-6轴承的轴向定位配合，取34.0mm
轴段6-7 0.3267=d 轴承的内孔决定轴段6-7。

选深沟球轴承内孔直径d=32，取32.0mm
轴段7-8 0.3078=d 轴段7-8与联轴器左端轴向定位配合，取30.0mm
轴段8-9
0.2889=d
轴段8-9与联轴器的内孔径配合，取28.0mm
横轴每个部分的长度见
.3零件在轴上轴向固定
半联轴器采用周向定位用平键连接，由《机械设计手册》表5-3-1，查得平键尺寸78⨯=⨯h b （GB/T1096-2003），用端铣刀加工键槽，长mm l 0.25=(GB/ T1096 2003)，半联轴器与轴连配合,配合代号为6/7r H ；轮毂与轴连接处，选用平键为914⨯=⨯h b ,链轮与轴为周向固定,所以配合代号为6/7r H 。

.4轴的结构工艺性
考虑零件轴结构工艺性，轴肩圆角半径5.2=r ，倒角mm c 0.2=。

链轮、半联轴器键槽在同一轴面上布置以便加工。

.5键
（1）《机械设计手册》表5-3-2查得选普通平键： 选用与联轴器配合的键:20031096/308-⨯T GB ； 选用与小链轮配合的键:20031096/308-⨯T GB ； 选用与车轮配合的键:20031096/7014-⨯T GB 。

（2）校核
查《机械设计手册》表5-3-2知校核公式为：
][1023
p p kld
T σσ≤⨯=
（5-4） 式中 T 传递的转矩；
m KN 11.092.3028.0⋅=⨯==FL T ；
k 键与轮毂键槽的接触高度，h 为键的高度；
mm 5.35.0==h k
l 键的工作长度，圆头平键b L l -=；
d 轴的直径；
][p σ许用挤压应力；
查表5-3-3知：MPa p 150-120][=σ。

联轴器与轴配合的键：
mm 0.28=d ，mm 0.22830=-=-=b L l
][MPa 04.10228225.31011.021026
3p p kld T σσ≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=
链轮与轴配合的键：
mm 0.45=d ，mm 0.561470=-=-=b L l
][MPa 4.1945565.41011.021026
3p p kld T σσ≤=⨯⨯⨯⨯=⨯=
键的选择能满足要求。

.6轴承选择与计算
(1)轴承选用、校核
查《机械设计手册》选用深沟珠轴承,轴承型号为6238 GB/T276-94。

轴承寿命校核：
查《机械设计手册》得知计算轴承寿命公式为：
ε)(60106P C n L h = （5-5）
查表：额定动载荷kN C 0.218=，当量动载荷kN F P 92.32/==。

球轴承系数3=ε，min /9.17r n =，得：
h 106.1)92.3218(9.176010)(60108366⨯=⨯⨯==εP C n L h
轴承使用时间够长，符合要求。

(2)轴承润滑
轴承采用脂润滑，此种润滑方式合适传动轴转速低，承受较大载荷并且轴承座内加入足够的脂润滑。

横移车轮与导轨
查资料《机械设计手册》，车轮选双轮缘车轮（JB/T6392.2-1992），车轮直径mm D 160=。

标记：车轮 SL-160×90 JB/T6392.1，车轮材料45号钢，查表8-1-124得结构表5-4数据。

查资料《机械设计手册》导轨选轻型钢轨（GB/T11264-1989），表8-1-117结构如图5-5数据。

车轮尺寸如表5-4：
表5-4
基本尺寸/mm 参考尺寸/mm
D D1 B B1 d d1 D2 S
160 190 90 80 45 70 120 20
表5-5
截面尺寸/mm
轨高底宽头宽头高腰高底高腰厚
A B C D E F t
107 107 75 27 60 20 16
图3-9
图3-10
4 结构设计
4.1钢结构选择
该停车设备结构主要用材选用钢材，选用热轧H型钢、槽钢、角钢、钢板焊接成型，框架是由坚固螺丝连接一起，具有较好的稳定性和刚性。

单柱钢结构形式结构简单，安装和搬运方便，能给司机很好的导向作用，方便设计和安装平衡装置。

单柱钢结构形式如图4-1：
图4-1
4.1,1钢结构部分材料的选择
车库框架由钢结构组成，主要由柱、梁、斜杆、加强筋等钢结构组成。

本设计主要采用热扎工字钢结构，材料选用型号Q235-A。

查《实用用钢铁材料手册》表7-9柱模型为88
GB，车库支撑全部靠柱支撑，柱形的切割截面为方形，中间中空，安装尺20-
707
寸:正方形边长mm
h0.
=、高度mm
=；支撑柱底部焊
40
5100
d0.
250
l0.
=、支柱厚度mm
接方形板，长度mm
d30
=,厚度mm
=,钢板上有四个钢锚孔安装固定螺栓,使立柱l0.
400
稳定牢固，焊接地板增加立柱强度。

柱截面形状如图4-2所示。

图4-2
横向梁为i形截面，如图4-3示。

型号为热扎工字钢18 GB706-88。

该梁是侧面横梁，受力较小，主要起链接的作用，可以和正面梁采用一样的链接方式，选用热轧槽钢16。

如图示：
图4-3
选用等边的角钢做对角拉杆和加强筋。

角钢型号10 GB9787-88。

如图4-4所示:
图4-4
结构设计选用钢材，这是由于钢具有良好的承载能力、强度高、抗压力强、抗弯性强，受力分析知，远远满足设计要求，不必对其强度进行校核。

4.2控制系统
自动化立体停车库采用PLC控制系统不仅提高了操作可靠性且使用简单方便、自动化程度高、维护量少，为用户提供安全、简易的停车环境，性价比高。

在控制程序设计中采用许多的安全连锁，相对于每个车位升降、移动都采取互锁。

系统工作过程中采取延时保护，以防检测信号出现故障失灵的情况。

通过光电检测、软硬件信号连锁、限位、防坠保护、过载保护等安全检测装置来保障系统安全平稳运行。

图4-5
当有存取车辆动作时，控制系统中PLC接收和分析工控机输入的动作指令，做出相应的动作，并检测各个装置的工作状态，读取车库当前各个车位的工作情况，并将信息反馈到控制元件，拖动载车板移动完成车辆的存取。

各种光电开关和行程开关等检测装置，用接触器、继电器执行对拖动电机的启停控制，整个工作区域有光电检测、多重安全系统，以防异常情况突发。

图4-6
4.3 防坠落装置设计
当车辆停留在载车板，此时电动机工作停止，电动机可能被拉倒转，使载车板失去控制，导致下落。

所以需要让它制动通过比较多个方案，得到较好的设计。

在电动机停止运作后，防坠落挂钩和挂环把载有汽车的载车板停稳后挂住，防止电动机被拉倒转。

但是，在电动机正常运转时，防坠落装置是用不着的，我们也利用电磁波来切断该装置，使制动效果被消除。

如图6-1：
图4-7
1-载车板 2-挂环 3-电磁铁 4-制动杆 5-挂钩
电动机停止运转时，此时电磁铁是不通电的且不工作的，在弹簧作用下制动杆使钩子弹向右侧，以防止装置失灵。

当电动机开始运转时，电磁铁就开始工作，使制动杆拉向左拉，是挂钩工作往右移，消除制动效果。

装置原理是电磁控制，其控制能迅速反应。

设置号限位开关，让载车板停到指设置好的位置，使挂环与挂钩相互配合，此方案能达到预期效果，它不仅能实现快速高效的制动，更能智能控制安全保障可靠的。

其他防护措施
除了安全防装置之外，还需要有其他的保护设施。

除了建筑需要的消防安全措施外，立体车库还有。

(1)载车板有无车辆检测
在载车板上的每条对角线上安装光电检测装置，检测载车板上是否停有车。