山東大學碩士學位論文基于CAE的垂直循環(huán)立體車庫結構設計研究姓名郭鵬申請學位級別碩士專業(yè)機械制造及其自動化指導教師李凱嶺20070918摘要摘要本文分析停車危機產(chǎn)生的原因及影響，介紹垂直循環(huán)立體車庫的特點，研究基于的垂直循環(huán)立體車庫的結構設計方法。首先對市場上款主流車型參數(shù)進行統(tǒng)計分析，確定垂直循環(huán)立體車庫收容車輛參數(shù)及相應的軸距變化范圍。確定垂直循環(huán)立體車庫設計內容及設計流程，選用有限元分析、優(yōu)化設計、運動仿真等技術，進行研究。制定研究方案，設立三種分析情況，對比現(xiàn)有企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品，進行載車底板有限元分析，說明密肋結構載車底板的性能和特點；確定鏈傳動優(yōu)化設計思路，分析優(yōu)化設計的影響因素及運動仿真驗證方法。在吊籃設計中，設計了密肋結構的載車底板，并利用進行三種模型的有限元對比分析。研究結果表明在分析范圍內，同等重量的車型，軸距越小，底板受力變形越嚴重三種分析模型中，密肋結構載車底板變形撓度最小，最大變形位移為姍密肋結構載車底板安全系數(shù)最高，安全系數(shù)大于，所用鋼板材料厚度最小，車輪踏壓區(qū)鋼板厚姍，非踏壓區(qū)鋼板僅厚咖，整體重量較輕由此可見，密肋結構的載車底板應用到工程實踐中具有明顯的降低重量，提高剛度和強度的效果。在輸送鏈條的設計中，簡化吊籃模型，分階段討論吊籃不干涉條件運用優(yōu)化理論與方法，確定設計變量，結合鏈板強度、設備安裝尺寸、鏈輪分度圓直徑與齒數(shù)的關系等條件，建立約束條件，確定基于吊籃不干涉條件鏈傳動優(yōu)化函數(shù)。利用優(yōu)化工具箱進行求解，針對鏈輪齒數(shù)進行圓整處理，最終確定鏈條設計參數(shù)鏈條節(jié)距岫，鏈輪齒數(shù)，節(jié)圓半徑肛珊，鏈板外伸量州，吊籃回轉半徑工唧。利用建立運動模型，設定約束、碰撞，旅加作用力，進行吊籃運動仿真，驗證吊籃運動不干涉，證明基于吊籃運動不干涉條件的鏈傳動優(yōu)化設計結果可行。山東大學碩士學位論文通過本課題的研究，可以提高立體車庫結構的強度、剛度等指標，合理設計車庫車庫結構，對立體車庫的推廣使用有重大的意義。關鍵詞；有限元分析；密肋結構；優(yōu)化設計；運動仿真鼯卸潞塢姐胝玲盯跚咖囂伊鷦舳掰【，孤位讎鋤蕊幽洳蛐鷗此丘曲加曲盟即齜眥。懿印如弱鋤叩吐啪而撕煅“優(yōu)，讎鰍蝴缸丘鋤陽垴鋤唧鳩”柚黜袖啪乎強嬲洲啪毋強肌血堿蕊托鋤吶徹墳也趾鸚柵印砒丘鋤鋤矗徹耐出船礎刪鰣蹴懈缸矗專聆盯訓黜出鋤舟，如徹觚塒”堍戤鋤鋤衄，趾石一，璩孤瑚伍髓吼，吖皓，鼯姍也，增姍勰盯齜蜘丘酏俄畫粕咖城珂百玳蚴弘仃血鵑也孤她呻丘勰啦眥缸眥，船弘如也璐昀曲瑚嗎硒即喀【岫即戚鋤雒酏盯獅印叩枷如嫩勰枷，訓弱黜、硼，虹恤加，盯”盯，姍，印“咖曲盯薩，幽山東大學碩士學位論文鋤。廿婦鋤幣玎【糊蜘齟三舢弛，圮鋤鋤鋤積肌囂伊盱面越鋤，面叫缸邶面鈕鋤酶咖邶面即矗鋤鋤壕锨訓盯磚懿雛啪謝曲缸蜘柚時仃璐凼；丘鋤缸；珂鵬；岫咖弘；曲虹原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明所呈交的學位論文，是本人在導師的指導下，獨立進行研究所取得的成果。除文中已經(jīng)注明引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的科研成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本聲明的法律責任由本人承擔。論文作者簽名關于學位論文使用授權的聲明本人完全了解山東大學有關保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留或向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱；本人授權山東大學可以將本學位論文的全部或部分內容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或其他復制手段保存論文和匯編本學位論文。（保密論文在解密后應遵守此規(guī)定）論文作者簽名導師簽期第章緒論第章緒論課題背景停車危機的產(chǎn)生及影響停車危機產(chǎn)生的原因（）汽車增長速度過快近幾年國家為改善國家經(jīng)濟環(huán)境大力投資固定資產(chǎn)建設。房地產(chǎn)建設蒸蒸日上，居民生活水平迅速提高。同時國家發(fā)展和改革委員會起草頒布了汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策和汽車消費政策，對汽車工業(yè)發(fā)展起到了積極的倡導與激勵，促進國內汽車市場及消費環(huán)境有較大的改善，年上半年全社會消費品零售總額達到億元，增長，扣除價格因素，實際增長。消費結構主要表現(xiàn)為以汽車、住房、旅游、通訊產(chǎn)品等消費為核心嘲。轎車已逐漸走入家庭，成為時髦的家用消費品，因此中國汽車需求量和保有量出現(xiàn)了加速增長的趨勢。據(jù)國家統(tǒng)計局統(tǒng)計，年實際汽車保有量分別為萬、萬輛，年平均增長速度分別達到了、。年全國生產(chǎn)汽車萬輛，同比增長，銷售汽車輛，同比增長，其中轎車銷售萬輛，同比增長，汽車保有量為萬輛，同比增長。年全國汽車銷售達到萬輛，其中轎車銷售達到萬輛“。汽車保有量已達到萬輛，比上一年增長，其中私人轎車保有量達萬輛，年增長率超過，年全國共生產(chǎn)汽車萬輛，其中轎車萬輛；全國汽車保有量達到萬輛，其中轎車萬輛“。年，我國汽車市場繼續(xù)保持平穩(wěn)較快增長，全年生產(chǎn)汽車萬輛，銷售國產(chǎn)汽車萬輛，分別比上年增長和。轎車銷售萬輛，同比增長，與上年同期相比增幅提高個百分點。截至年底，中國民用汽車保有量為萬輛，其中私人汽車保有量為萬輛，占總量的腳。年，全國民用汽車保有量達到山東大學碩士學位論文萬輛（包括三輪汽車和低速貨車萬輛），比上年末增長，其中年末私人汽車保有量萬輛，增長。民用轎車保有量萬輛，增長，其中私人轎車萬輛，增長忉如圖卜所示，汽車保有量保持強勁的上升趨勢。根據(jù)國務院發(fā)展研究中心預測，我國將進入汽車擁有率迅速上升時期，到年，汽車保有量達到萬輛，年平均增長，轎車保有量達到萬輛，年平均增長嘲。如此快的車輛增長速度直接導致了城市停車問題的產(chǎn)生和進一步加劇，解決城市停車問題變得刻不容緩。（萬輛）圖卜歷年汽車保有量變化（）停車設施嚴重不足伴隨著國家基礎建設的飛速發(fā)展，道路建設投資在持續(xù)增長，相比之下，靜態(tài)交通的發(fā)展速度較為緩慢。在我國城市的停車設施建設普遍不足，是導致停車危機的主要原因。我國各主要城市停車位數(shù)量遠遠小于汽車擁有量，車位缺口極大，停車難問題比較突出。（）城市規(guī)劃不盡合理城市規(guī)劃不合理也是停車危機產(chǎn)生原因之一。很多城市的城市規(guī)劃未能與交通規(guī)劃同步進行，使交通規(guī)劃遠遠落后于城市規(guī)劃。停車位的分布不合理使得城市停車問題更加突出。（）管理不善管理不善是我國停車難問題產(chǎn)生的重要原因。主要表現(xiàn)在相應的停車管理法律、法規(guī)不健全、停車管理體制與管理手段落后、投資主體單一等幾個方面嘲。第章緒論停車危機的影響（）擾亂正常交通秩序，造成交通堵塞，浪費了國家基本建設投資。（）停車無序、占道停車促使交通事故上升（）影響市容環(huán)境、不利社會治安。（）停車問題突出的地方會影響商業(yè)的銷售“”、寫字樓的出租及房地產(chǎn)的經(jīng)營。（）影響居住小區(qū)內居民的生活“”機械式立體車庫的優(yōu)點及發(fā)展意義機械式立體車庫的優(yōu)點機械式立體車庫與自行式平面停車場相比建具有更為明顯的優(yōu)點吲“”（）車庫容積率高。機械式立體車庫無需修建坡道和匝道，車體存取由托盤或支架的移動完成，各層車架之間的高度僅按車體的安全高度設計，從而使單車存放的平均占地面積和占有空間達到最小，提高了土地利用率，同容量的機械式立體車庫比平面停車場節(jié)約占地這一點對寸土寸金的大城市，顯得尤為重要。（）造價低，運行省，效益高。機械式立體停車主要向垂直空間發(fā)展，占地面積少，雖然工程費用較一般車庫高肛，但卻可以省去大量的土地使用費開支等，除此之外還由于機械式立體車庫的車輛是車主熄火后由機械裝置存入、取出，省去了車庫通風裝置投資；機械立體車庫除維修外，無需人員進出，對照明的需求也是最低的，省去了大量的照明投資；機械立體車庫大多采用開放式結構，無需常用的消防設備，消防投資減少“訂；鋼結構的應用降低了機械立體車庫對基礎要求，減少了投資“”。所以總體成本少于同等規(guī)模地下車庫。分析表明垂直升降式機械式立體車庫的每個車位建造費用約為自走式停車場的，多段升降橫移式為自走式的。而機械式立體車庫運行只需要很少的管理人員，存取過程的能耗也小，其周圍墻壁還可以作廣告創(chuàng)收，因此投資回收的年限較短對制造企業(yè)而言車庫的利潤可達到。（）自動化程度高，使用方便，操作簡單、存取車快捷、管理費用低。機械山東大學碩士學位論文式立體車庫與自動生產(chǎn)線、自動倉庫一樣采用自動化智能控制呻，自動停車和取車，由傳感器探知車位，省去車主找停車位（或找車）的過程嘲，存取車方便快捷，普通機械式立體車庫的存取平均時間不超過分鐘由于采用自動化操作，節(jié)約人力，管理容易，一個無論多少車位的機械式立體停車系統(tǒng)，只要一個人即可完成管理工作，管理費用相對降低（）安全性好，可靠性高。存取過程沒有駕駛員及其它人員的介入，杜絕人為因素，對車輛的防盜性和防護性都很好，同時也防止了車庫內搶劫等惡性社會治安案件的發(fā)生。在技術方面，機械式立體車庫采用鋼架結構，強度、剛度及穩(wěn)定度設計有足夠的裕量，還具有車身超長檢測、上限位保險、機械定位鎖定等控制功能，從而全面保證車庫的操作安全性并具有足夠的抗風抗震能力。另外，火災隱患也大為降低。（）形式靈活多樣，適應性強機械式立體車庫的形式多樣，適應于如建筑物地下層、地上層、商業(yè)鬧市區(qū)、住宅小區(qū)等不同的環(huán)境，可與周圍景觀融合設計。新型的機械式立體車庫多采用模塊化設計、標準化系數(shù)高、互換性好、對地基無特殊要求，能根據(jù)用戶要求方便地進行拼裝和改型。（）環(huán)保性好。機械式立體車庫內的車輛是熄火后由機械裝置存入車庫，因此廢氣捧放量少，車庫內空氣污染較低，有利于環(huán)保。機械式立體車庫的發(fā)展意義隨著機械停車技術的發(fā)展，停車產(chǎn)業(yè)已成為發(fā)達國家國民經(jīng)濟舉足輕重的產(chǎn)業(yè)乜我國人口眾多，城市人口為兩億左右，城市人口密度大，特別是大中城市。過去十幾年里，我國城市土地大量用作房地產(chǎn)開發(fā)，造成城市公共設施用地十分緊張城市規(guī)模不可能無限擴大，城市用地緊張的問題在較長時間內都會存在。另外，由于歷史原因，過去我國城市在進行城市道路規(guī)劃設計和城市建筑設計時，大多數(shù)未較好考慮提供一定數(shù)量的地面停車場，而根據(jù)現(xiàn)狀進行改造的技術難度和經(jīng)濟成本又很大。因此。在未來幾十年內，充分利用立體停車場來解決大中城市停車難問題，由平面停車向立體停車發(fā)展，由簡單機械立體車庫向計算機管理高度自動化的現(xiàn)代立體停車演變，把車庫建成具有較強的實用性、觀賞性和適合城市環(huán)境的建筑嘲，以改善城市環(huán)境及交通堵塞，并能產(chǎn)生很高的經(jīng)濟效益，其前景非常廣闊嘲。第章緒論機械立體車庫的分類所謂機械立體車庫主要有鋼結構、傳動系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等幾個部分組成。通過機械立體車庫將地面停車向空間發(fā)展，形成立體停車模式，文獻酬概括說明了機械立體車庫的主要類型（）水平循環(huán)類立體車庫（）垂直循環(huán)類立體車庫（）升降橫移類立體車庫（）垂直升降類立體車庫（）巷道堆垛類立體車庫（）簡易升降式車庫技術及其重要性征概念在工業(yè)產(chǎn)品設計過程中為避免失誤，縮短設計周期，預期評估產(chǎn)品的特質是設計人員的一個重要課題隨著計算力學、計算數(shù)學、工程管理學特別是信息技術的飛速發(fā)展極大地推動了相關產(chǎn)業(yè)和學科研究的進步。有限元、有限體積及差分等方法與計算機技術相結合，誕生了新興的跨專業(yè)和跨行業(yè)的學科。計算機輔助工程作為一種新興的數(shù)值模擬分析技術，越來越受到工程技術人員的重視。計算機輔助工程（）是指工程設計中的分析計算與分析仿真，具體包括工程數(shù)值分析、結構與過程優(yōu)化設計、強度與壽命評估、運動動力學仿真。的核心技術為有限元技術與虛擬樣機的運動動力學仿真技術。在產(chǎn)品開發(fā)過程中引入技術后，在產(chǎn)品尚未批量生產(chǎn)之前，不僅能協(xié)助工程人員作產(chǎn)品設計，更可以在爭取訂單時，作為一種強有力的工具協(xié)助營銷人員及管理階層與客戶溝通在批量生產(chǎn)階段，可以協(xié)助工程技術人員在重新更改時，找出問題發(fā)生的起點在批量生產(chǎn)以后，相關分析結果還可以成為下次設計的重要依據(jù)。眶技術的重要性作為一種綜合應用計算力學、計算數(shù)學、信息科學等相關科學和技術的綜山東大學碩士學位論文合工程技術，是支持工程技術人員進行創(chuàng)新研究和創(chuàng)新設計的重要工具和手段它對教學、科研、設計、生產(chǎn)、管理、決策等部門都有很大的應用價值，為此世界各國均投入了相當多的資金和人力進行研究其重要性具體體現(xiàn)在以下幾個方面（）從廣義上講，本身就可以看作一種基本試驗（）可以直觀地顯示目前還不易觀測到的、說不清楚的一些現(xiàn)象，容易為人理解和分析；還可以顯示任何試驗都無法看到的發(fā)生在結構內部的一些物理現(xiàn)象。（）促進了試驗的發(fā)展，對試驗方案的科學制定、試驗過程中測點的最佳位置、儀表量程等的確定提供更可靠的理論指導許多工程試驗費用是極其昂貴的，并且存在一定的危險，因此數(shù)值模擬不但有很大的經(jīng)濟效益，而且可以加速理論、試驗研究的進程。（）一次投資，長期受益。雖然數(shù)值模擬大型軟件系統(tǒng)的研制需要花費相當多的經(jīng)費和人力資源，但和試驗相比，數(shù)值模擬軟件是可以進行復制移植、重復利用，并可進行適當修改而滿足不同情況的需求。據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，應用技術后，開發(fā)期的費用占開發(fā)成本的比例，從下降到總之，已經(jīng)與理論分析、試驗研究成為科學技術探索研究的三個相互依存、不可缺少的手段。正如美國著名數(shù)學家拉克斯（）所說“科學計算是關系到國家安全、經(jīng)濟發(fā)展和科技進步的關鍵性環(huán)節(jié)，是事關國家命脈的大事。”嘲垂直循環(huán)立體車庫概述垂直循環(huán)立體車庫的特點垂直循環(huán)立體車庫采用一個垂直循環(huán)運動的車位系統(tǒng)來實現(xiàn)存取車根據(jù)汽車駛入存車裝置位置的不同分為下部駛入式、中部駛入式和上部駛入式三種形式。一般情況下既有把存車裝置組裝在獨立的塔形構造內，也有將存車裝置組裝在大樓等建筑物內某個部分的構造形式。垂直循環(huán)式塔立體車庫的主體是垂直回轉鏈式輸送機，車輛停放在載車吊籃上，由做垂直循環(huán)運動的鏈條帶動，這種車庫由第章緒論單一大型電機驅動，電氣控制系統(tǒng)簡單。垂直循環(huán)立體車庫停車數(shù)量受驅動電機功率及結構等因素限制，一般可停車輛。該種機械式立體車庫的最大優(yōu)點土地利用系數(shù)最高，運動關系和電器控制簡單，但它的缺點也很明顯，傳動噪音大，結構易變形，存取車速度慢，能耗高嗍。垂直循環(huán)立體車庫的研究綜述由于上述特點，使垂直循環(huán)立體車庫在用地緊張的建設項目中得以廣泛被采用這也吸引了不少研究人員對其工作方式與結構作了大量的、深入地研究。目前，這些研究方向主要集中在幾個方面載車底板的研究技術人員通過采用有限元方法，根據(jù)偏心加筋板幾何非線性有限元求解的原理，采用強大的有限元分析軟件建立立體車庫載車底板構件的有限元模型，并對其進行非線性求解和結果數(shù)據(jù)提取根據(jù)載車底板主要由板和筋組成的結構特點，考慮板的實際受力分布情況，對載車底板進行結構改進，對底板進行以體積最小，變形和應力在一定許可范圍之內為約束條件的優(yōu)化設計，只要輸入承載重量、板的總長度、適停的轎車軸距和輪距，運行底板最優(yōu)主結構的自動生成程序即可以生成底板結構各個尺寸的最優(yōu)值，為載車底板的規(guī)格化生產(chǎn)打下基礎。另外，對底板結構中交叉筋連接方式進行研究，確定出一種既能不增加板的總體高度，又能提供足夠強度的矩形鋼連接方式，設計出結構合理的載車底板。鏈傳動的研究現(xiàn)代機械立體停車設備垂直循環(huán)立體車庫工作原理的特點決定了該類型立體車庫的傳動方式主要采用鏈傳動。通過電動機驅動鏈輪機構，牽引鏈條使載車吊籃升降，實現(xiàn)存放汽車的移動。在垂直循環(huán)式立體車庫鏈傳動形式中主要選用三種雙鏈輪封閉鏈條式、單鏈輪導軌式、中心撥叉式嘲。為防止吊籃運動中發(fā)生碰撞，研究人員對吊籃運動不干涉條件進行分析，通過設立垂直循環(huán)式車庫吊籃運動不干涉條件，確定傳動系統(tǒng)鏈輪節(jié)圓半徑，用于系統(tǒng)設計，保證工作可靠嘲“叮。立體車庫鋼結構的設計與優(yōu)化研究山東大學碩士學位論文目前大部分機械立體車庫的主體結構是由各類型鋼組成的剛架結構，屬于鋼結