升降横移式立体车库设计报告.docx
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东南大学机械工程学院 02015732曾祥
设计原理与方法Ⅰ综合训练报告
链传动升降横移式立体车库设计
姓名：
曾祥
学号：
02015732
指导老师：
钱瑞明
日期：
2018年1月24日
摘要
立体停车库是专门实现各种车辆的自动停放及科学寄存的仓储设施。
随着城市汽车保有量的不断增加，停车难问题己经成为大中型城市的一个普遍现象。
机械式立体停车库可充分利用上地资源，发挥空间优势，最大限度地停放车辆，成为解决城市静态交通问题的重要途径。
升降横移式立体停车库作为一种新兴的停车设备，以其独特的特点被广泛的应用在酒店、宾馆、机关单位以及居民小区各种场所。
本文以双层升降横移式立体车库为设计对象，对立体车库进行了机械传动部分分析。
本文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。
关键词：
升降横移式立体车库链传动solidworksCAD
目录
摘要 1
一、设计任务及要求 4
1.1 设计内容 4
1.2 设计技术参数 4
二、背景及原理 5
2.1背景 5
2.2原理 6
三、总方案设计 7
3.1升降横移式立体车库结构的选择 7
3.2车库主体结构设计 8
3.3载车板的设计 8
3.4升降机构的选择 8
3.5横移机构的选择 11
四、链传动升降设计计算 12
4.1提升电机的选择 12
4.2减速电机与主动轴之间链条选择和计算 14
4.3过渡链的设计和选择 21
4.4提升链的设计和选择 26
4.5提升主动轴的设计和校核 26
五、链传动横移设计计算 35
5.1横移电机的选择 35
5.2横移传动链的选择与计算 36
5.3联轴器选择 42
5.4横移传动轴的设计 43
六、装配方案 50
七、心得体会 51
参考文献 52
一、设计任务及要求
1.1设计内容
1）根据任务要求，结合存、取车工作原理，进行双层三列升降横移式立体车库机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。
2）选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动机构的传动比，并进行传动机构的受力分析和关键零部件的工作能力设计计算。
3）对立体车库机机械系统进行三维结构建模和存取车过程动画仿真（生成视频文件）。
4）进行结构设计，绘制二维总装配图（0号图1张）及关键零件工作图（3号或4号图3张）。
（可手工绘制或软件绘制，首先是正确性，其次是图面质量。
）
5）编写综合训练报告。
1.2设计技术参数
图1.1设计参数
二、背景及原理
2.1背景
随着人类社会的不断进步和科学技术的发展，人类的生产、生活方式趋于集中，城市的规模越来越大，人们在城市里的生存空间却越来越小，于是出现了要利用空间的理念，城市中开始建设立体建筑、立体交通和立体停车。
作为现代大都市的标志，城市中心商住区高楼大厦林立，社区道路、高架交通干道、立交桥和地下铁路，编织出城市立体交通网，汽车的住宅——停车场也有了长足的发展，由平面停车向立体停车，由简单的机械车库向计算机管理高度自动化的现代立体停车演变，成为具有较强的实用性、观赏性和适合城市环境的建筑。
伴随着汽车进入家庭，城市动态、静态交通管理制度的不断完善和人们对居住环境要求的提高，给停车产业提供了前所未有发展机遇，停车产业市场前景广阔。
近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车数量的不断增加。
截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。
其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%，但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量的比例严重失调，由此带来停车难、违章停车、停车管理困难等一系列问题。
当以往的路边、人行道上停车、地下或地面停车场均解决不了上述问题时，采用机械式立体停车设备是一个非常有效的措施。
机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可最大限度地利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。
国家计委已明确机械式立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业，1998年1月1日起执行的《国家计委6号令》把机械式停车序和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业、产品和技术日录”，国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”、上述措施为我国立体车库产业的成长提供了良好的条件、也为我国解决城市停车间题提供了机会。
可以预见立体车库具有非常广阔的市场前景。
日本是最早应用机械式车库的国家之一，其在上世纪60年代初就开发并使用可最大限度的利用空间的机械式停车设备。
当时日本全国汽车保有量大约为500万辆，大多采用的是垂直循环式停车设备。
从80年代开始，日本开始向亚洲地区的韩国、中国及台湾地区出口产品及技术。
韩国机械车库技术是日本机械停车技术的派生。
其机械停车产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始为供应使用阶段。
由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。
目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。
2.2原理
图2.2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。
车库工作原理示意图如下，其中6号车位空缺：
三、总方案设计
3.1升降横移式立体车库结构的选择
升降横移式立体车库主框架有三种形式：
1、单柱型2、跨梁型3、后悬臂型。
后悬臂式无前柱，对汽车进出载车板较好，但因其主框架在后侧，稳定性较差。
本方案选用后悬臂式，为了弥补稳定性差，在载车板上添加侧臂。
图3.1单柱式框架
图3.2悬臂式框架
图3.3跨梁式框架
3.2车库主体结构设计
该两层三列升降横移立体车库主体框架全部选用钢结构组件，立柱和横梁用H型钢，同时立柱通过膨胀螺栓与地基相连，立柱和横梁之间通过高强度螺栓连接成如图结构。
根据车位要求，主框架尺寸为。
3.3载车板的设计
载车板有两种形式：
框架式和拼接式，框架式载车板用型钢和钢板焊接承载框架，并多数采用中间凸起结构，在两侧停车通道和中间凸起的顶面铺设不同厚度的钢板。
拼接式载车板用镀锌钢板一次冲压或滚压成组装件，采用咬合拼装成载车板，用螺栓紧固链接，拼装前可以进行各种表面处理，轻巧美观。
框架式载车板的优点是可按照需要设置行车通道宽度，并具有良好的导入功能。
故此次设计选用框架式载车板。
框架式载车板底盘采用一体板冲压成型，可使底盘重量轻、厚度薄、刚度好。
对于上载车板，根据车位尺寸，将其尺寸设为，上载车板材料均用的菱形花纹钢板拼合而成，引坡可以直接将钢板弯折加工而成。
查，上载车板重量，考虑等其他因素影响，上载车板重量取。
下载车板重量也取。
3.4升降机构的选择
目前升降横移式立体车库主要有以下几种传动方案：
传动方式
优点
缺点
配置方法
钢丝绳传动
承载能力强，结构简单便于维护，载车板提升高度不加限制，跳丝、断丝容易判断
提升晃动幅度大，需要外卷筒和刹车盘，成本较高，易损坏，需频繁更换，需更换整条钢丝绳
电机、减速器、卷筒、滑轮、钢丝绳、配重
滚珠丝杠副传动
电机带动滚珠丝杠副驱动载车板坐升降移动。
摩擦阻力小，结构简单
成本较高，运行平稳较链传动差，要求滚道密封性好
密封性要求高
链传动
稳定性好，传动简单可靠，维修简单，只需将破坏连接更换即可，造价低廉，环境适应性好，能保持准确的传动比，传动效率高，制造和安装精度要求较低
冲击比较大，有提升高度的限制，安装调试时需要注意是否由咬链的情况出现
电机、小链轮、大链轮、主轴、提升链轮、提升链、平衡链、载车板、导向块
液压传动
有很大的功率质量比，适合大负载的情况，工作平稳，具有高精度、高灵敏度和高安全性
造价高，不能保证准确的传动比，传动效率不高
表3.4.1
根据上表所列传动方式的优缺点，考虑价格因素，本方案升降传动选用链传动。
如图3.4.1、3.4.2，上层升降系统采用二次传递链传动。
电机减速器固定在横梁上，提升轴上安装有三个链轮，分别是连接减速器的主动链轮，另两个时两侧的过渡链轮。
过渡链轮安装在横梁上，中心距固定且应大于提升距离，两个提升链轮同样安装在横梁上，其作用是使与载车板相连的子链能够与主链相切，使子链只受水平拉力，子链和主链之间的连接采用非标准连接，如安装链条接头。
传动过程如下：
电机减速后通过链传动带动主链轮转动，主动链轮将转动传递给提升轴，轴带动两侧过渡链轮转动，过渡链轮带动主链转动，同时安装在主链上的子链随之转动，子链绕过提升链轮挂在载车板的吊耳上，从而带动载车板的升降（具体细节见装配图）。
图3.4.1
图3.4.2
3.5横移机构的选择
横移传动方式采用链传动，如图3.5.1、3.5.2，由电机驱动链轮链条将转动传给装有车轮的横移轴，每个主动横移轴上都有三个车轮，另外在载车板的另一边同样装一根横移轴，但无电机驱动，为从动轴，该轴上也有三个车轮。
车轮边缘制造成凸缘结构，以保证车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3.5.1
图3.5.2
四、链传动升降设计计算
4.1提升电机的选择
根据设计要求，提升高度为，提升速率为，停车重量，上载车板重，电机提升重量为，查《机械设计手册》，电机效率，联轴器传动效率为，8级精度一般齿轮（油润滑）传动效率为，滚动轴承效率为，滚子链传动效率为，总传动总效率为。
由知
根据要求选用台湾万鑫公司立体车库升降专用减速电机，额定功率为，传动比为，输出转速为，满足要求。
立体车库升降专用减速电机输出转速为，提升链传动比取，由提升速度确定减速电机和主动轴之间链传动比为，因为传动功率较大，减速电机和主动轴间采用双排链传动。
电机外形基本尺寸如下：
图4.1.1
图4.1.2
图4.1.2
4.2减速电机与主动轴之间链条选择和计算
1）选择链轮的齿数
取小链轮齿数，大链轮的齿数为。
2）确定计算功率
根据《机械设计手册（第五版）》，主动机械特性为轻微振动，从动机械特性为载荷不固定的输送机，则工况系数，查国标中图3可知齿数系数，双排链，排链系数为，链传动效率为，轴承传动效率为，电机减速器效率为，则修正功率为
3）选择链条型号和节距
根据及，查《机械设计手册（第五版）》图，可选。
查表1可得链条节距为。
图4.2.1
4）计算链节数和中心距
初选中心距为
取，相应的链长节数为
为了避免使用过渡链节，计算出链长节数圆整取偶数为节。
5）确定实际中心距
计算。
查《机械设计手册（第五版）》表插值得，则链传动最大中心距为
实际中心距为
6）计算链速v，确定润滑方式
由和链号，查图5可知应采用定期人工润滑。
7）计算链传动作用在轴上的压轴力
有效圆周力为：
链轮垂直布置时的压轴力系数，则压轴力为
ISO链号
节距
p
nom
滚子直径
d1
max
内链节内宽
b1
min
销轴直径
d2
max
链板高度max
排距
pt
抗拉载荷
双排
min
mm
kN
20A
31.75
19.05
18.90
9.54
0.17
35.76
174.0
表4.2.1
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
滚子定位圆弧半径
滚子定位角
表4.2.2双排主动链轮参数
名称
符号
计算公式级结果
最小齿槽形状
最大齿槽形状
齿侧圆弧半径
滚子定位圆弧半径
滚子定位角
表4.2.3双排从动链轮参数
名称
符号
计算公式及结果
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
齿高
确定的最大轴凸缘直径
表4.2.4双排主动链轮参数
名称
符号
计算公式及结果
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
齿高
确定的最大轴凸缘直径
表4.2.5双排从动链轮参数
名称
符号
计算公式及结果
齿宽
齿侧倒角
齿侧半径
齿全宽
表4.2.6双排链轮齿型参数
8）双排链的静强度计算
由于链速为低速链传动，其主要失效形式是链条的静拉断，对横移链进行静强度校核：
上式中
因为数量级远远大于，忽略
完全满足静强度要求。
9）双排链使用寿命计算
链板疲劳强度限定的额定功率为：
滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率：
查《机械设计手册》，多排链排数系数，则
使用寿命为：
式中：
为链节数
10）双排链的耐磨损工作能力计算
计算公式为
式中
:
链条的磨损使用寿命（h）；
：
链长，以节数表示；
：
链速；
：
小链轮齿数；
：
传动比；
：
许用磨损伸长率，按工作条件确定；
：
磨损系数，节距系数，齿轮-速度系数；
：
铰链的压强（）；
滚子链的承压面积为
因为数量级远远大于，忽略，则铰链的压强为
由可以查出。
则
11）横移链抗胶合能力计算
对于A系列标准滚子链，其计算公式如下：
代入数据得
4.3过渡链的设计和选择
为了使子链只受水平拉力，提升链轮的直径应一样大，即提升链传动比为，经上级链传动减速，主传动轴的转速为
1）选择链轮的齿数
取小链轮齿数
2）确定计算功率
根据《机械设计手册（第五版）》，主动机械特性为轻微振动，从动机械特性为平稳运行，则工况系数，查国标中图3可知齿数系数，单排链，电机减速器效率为，链传动效率为，轴承效率为，总效率为，主动轴两侧有两个过渡链轮，则每个提升链轮修正功率为
3）选择链条型号和节距
根据及，查《机械设计手册（第五版）》图，可选。
查表1可得链条节距为。
4）计算链节数和中心距
初选中心距为
取，相应的链长节数为
为了避免使用过渡链节，计算出链长节数圆整取偶数为节。
5）确定实际中心距
查，当链传动传动比为1，链传动最大中心距为
实际中心距为
为了满足提升距离的要求，将中心距定位2000mm。
并添加防松装置。
6）计算链速v，确定润滑方式
由和链号，查图5可知应采用定期人工润滑。
ISO链号
节距p
nom
滚子直径d1
max
内链节内宽b1
min
销轴直径
d2
max
内链板高度h2
max
排距
pt
抗拉载荷
双排min
mm
kN
24A
38.10
22.23
25.22
11.11
36.2
45.44
250
7）计算链传动作用在轴上的压轴力
表4.3.1
有效圆周力为：
链轮水平布置时的压轴力系数，则压轴力为
名称
符号
计算公式级结果
最小齿槽形状
最大齿槽形状
齿侧圆弧半径
滚子定位圆弧半径
滚子定位角
表4.3.2过渡主（从）链轮参数
名称
符号
计算公式及结果
分度圆直径
齿顶圆直径
齿根圆直径
齿高
确定的最大轴凸缘直径
表4.3.3过渡主（从）链轮参数2
名称
符号
计算公式及结果
齿宽
齿侧倒角
齿侧半径
齿全宽
表4.3.4过渡主（从）链轮齿型参数
8）提升链的静强度计算
由于链速为的低速链传动，其主要失效形式是链条的静拉断，对横移链进行静强度校核：
上式中
因为数量级远远大于，忽略。
完全满足静强度要求。
9）提升链使用寿命计算
链板疲劳强度限定的额定功率为：
滚子套筒冲击疲劳强度限定的额定功率：
查《机械设计手册（第五版）》，提升链为单排滚子链，多排链排数系数，则
不满足，不需要计算其使用寿命。
10）双排链的耐磨损工作能力计算
计算公式为
滚子链的承压面积为
则铰链的压强为
（因为，忽略）
由可以查出。
则
11）横移链抗胶合能力计算
对于A系列标准滚子链，其计算公式如下：
代入数据得
4.4提升链的设计和选择
过渡链轮与提升链轮尺寸相同，子链也选用，安装位置满足子链只受水平拉力，链条长度根据提升距离选择。
4.5提升主动轴的设计和校核
电机减速器效率为，链传动效率为则主动轴上的功率为
由以上计算，主动轴转速为，则主动轴上的转矩为：
1）选用轴的材料
因为该主动轴载荷较大，轴的材料选取钢，经调质处理。
查《机械设计手册（第五版）》表3-1-9材料主要力学性能如下：
轴的材料
毛坯直径
抗拉强度
屈服强度极限
弯曲疲劳极限
剪切疲劳极限
许用疲劳应力
735
540
355
200
70
表4.5.1
2）初步计算轴径
取，，初选直径为
取。
3）轴承的选择
结合UCP带座轴承的优点，选择UCP216，其尺寸如下图
图4.5.1UCP带座外球面轴承
4）各段轴尺寸
a）各轴段直径
位置
轴径/mm
备注
提升链轮轴段1-2
初选轴径
UCP216轴承轴段2-3
UCP216轴承轴径
双排链轮轴段3-4
考虑双排链轮左端轴向定位，取88mm
光轴段4-5
考虑双排链轮右端轴向定位，取97mm
UCP轴承端5-6
与2-3段相同
提升链轮段6-7
与1-2相同
表4.5.2
b）各轴段长度
i.取轴总长2400mm。
ii.查《机械设计手册（第五版）》表，整体式链轮轮毂厚度，轮毂长度，则提升链轮轮毂厚度为
其中
提升链轮轮毂长度为
iii.UCP轴承内圈长度87.6mm，轴径为80mm。
iv.双排链轮轮毂厚度为
其中
提升链轮轮毂长度为
位置
轴长/mm
备注
提升链轮轴段1-2
考虑轴端挡板，计算出轴端长度应比轮毂长度短2mm
UCP216轴承轴段2-3
UCP216轴承轴径不需要轴向定位，考虑双排链轮的安装
双排链轮轴段3-4
考虑双排链轮轴向定位，计算出轴端长度应比轮毂长度短2mm
光轴段4-5
轴总长减去零件安装长度
UCP轴承端5-6
与2-3段相同
提升链轮段6-7
与1-2相同
表4.5.3
图4.5.2
5）轴上零件的周向固定
提升链轮和双排链轮的周固定都采用普通平键，由查《机械设计手册（第五版）》表，，长度，保证提升链轮和轴配合有良好的对中性，选择链轮轮毂与轴的配合为；同理，双排链轮周向固定普通平键选用，长度，双排链轮轮毂与轴的配合为；
6）校核键的强度
查《机械设计手册（第五版）》表，键连接的许用挤压应力为。
提升链轮所受转矩
，
挤压应力为
，满足要求。
同理，双排链轮所受转矩
挤压应力为
，不满足要求。
重新设计，双排链轮和轴之间的周向固定采用花键连接。
初选矩形花键，型号为，倒角尺寸，齿间载荷分配不均匀系数
，
花键连接许用挤压应力。
参考《机械设计》花键连接强度计算：
，满足要求。
图4.5.3
7）求轴上载荷画弯矩扭矩图
图4.5.4主动轴受力分析图
受力简图如上，根据受力简图和前面计算出的各链轮压轴力，可以计算出轴承的支反力，再根据轴承的受力情况画出轴的扭矩图。
受力简图中，分别是为3个链轮的压轴力，大小前面已算出。
的4个分别为轴承的支反力，为垂直方向上的支反力，为水平方向上的支反力。
为了简化计算，力的作用点取在各轴段的中点。
分别是各链轮所受圆周力对轴产生的扭矩。
分别按水平面和竖直面计算各力产生的弯矩。
图4.5.5主动轴水平方向受力分析图
图4.5.6主动轴水平弯矩分析图
图4.5.7主动轴竖直受力分析图
图4.5.8主动轴竖直受力弯矩图
图4.5.9主动轴扭矩图
双排链轮处为危险截面
载荷
水平面H
垂直面V
支反力
弯矩
总弯矩
扭矩
表4.5.4
8）按弯扭合成校核轴的强度
危险截面为承受最大弯矩和扭矩的截面。
只需校核轴的危险截面的强度即可。
参考《机械设计》，轴扭转切应力为脉动循环，（实心），考虑花键等影响乘以，则
轴的材料为，调质处理，，，满足强度要求。
9）轴承寿命的计算
参考日本滚珠轴承组件株式会社出版的FYH带座外球面轴承技术样本，因为主动轴不受轴向力作用，只受径向力两轴承径向支反力为
因为不受轴向力，显然有，当量动载荷为
查技术样本知的基本额定动载荷和基本额定静载荷为
则轴承寿命为
五、链传动横移设计计算
5.1横移电机的选择
下载车板停车重量为，载车板中，总重，由于下层车板在滚动导轨上滚动，查《机械设计手册》知，钢轮和钢轨之间滚动摩擦因数为，初取滚轮直径为，下载车板横移速度为,则摩擦力为
驱动力矩为:
滚轮转速为：
根据公式：
则横移电机最小功率：
满足横移电机功率要求，取横移电机功率为。
5.2横移传动链的选择与计算
由于下载车板横移只受摩擦阻力的作用，阻力比较小，横移速度不高，所以用,选用G系列小型齿轮减速电机，传动比取90，型号为，额定功率为0.2，转速为1350，技术参数如下：
机型号
额定功率
kW
减速比
许用扭矩
输入转速
输出转速
22
0.2
90
102
1350
15
表5.2.1
外部安装尺寸如下：
图5.2.1
电机减速器输出转速为：
该转速与滚轮所需转速相差不大，适当提高平移速度，平移速度为
满足设计要求，因此采用传动比为的链传动。
1）选择链轮齿数
取链轮的齿数为。
2）确
升级会员 