1緒論單車垂直循環(huán)立體車庫Verticalcirculationstereogaragefor2立體車庫的總體方案設(shè)計立體車庫的總體方案設(shè)計2Overallschemedesignofthree-dimensionalgarage常見立體車庫的分析（Analysisofcommonthree-dimensionalgarage）懸掛式立體單車停車位的總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，由下部的底座1、旋轉(zhuǎn)裝置2、安裝在旋轉(zhuǎn)裝置上的升降裝置3以及設(shè)置在底座1上的限位桿4組成。其中底座1采用螺栓固定在地面上，具有足夠的穩(wěn)定性，能保證該停車位上在停放自行車時具有一定的平衡能力。旋轉(zhuǎn)裝置2保證了單車存放方便，單車停放時用戶可以通過旋轉(zhuǎn)裝置2方便地選擇任意位置的停車位。升降裝置3能使停放的自行車升到指定高度，并且在需要取車時下降到指定高度[1]。圖2-1懸掛式停車位結(jié)構(gòu)示意圖Fig2-1structuraldiagramofsuspendedparkingspace優(yōu)點：靈活的布局，車位安排合理。車庫整體結(jié)構(gòu)簡單，存、取車速度快，等待時間短，運行過程中產(chǎn)生的噪聲低。缺點：露天亦損壞，兩層的懸掛升降在使用中較為安全。三層及以上升降在運作過程時，會產(chǎn)生搖擺，其幅度將超過限定值，其在風(fēng)載的作用下極不穩(wěn)定，安全性能待提高。簡易升降式簡單的立體升降車庫通常上下兩層，或高兩層，如圖2-2所示。由于升降機構(gòu)使停車位從上到下移動，但停車位不能水平移動。進入上層停車位的車輛時，必須先移動下層停車位的車輛。圖2-2簡易升降式停車位實物圖Fig2-2physicaldrawingofsimpleliftparkingspace優(yōu)點：該車庫結(jié)構(gòu)簡單、布局簡單靈活、空間利用率高。與傳統(tǒng)的平放式停車相比，在同一區(qū)域內(nèi)至少可以容納兩倍以上的車輛。在整個過程中，設(shè)備運行平穩(wěn)，噪音小，能耗低。其人性化的設(shè)計理念，使操作既實用又快捷。缺點：整體結(jié)構(gòu)設(shè)計不符合力學(xué)性能，兩層簡單升降使用相對安全，在工作過程中，三層以上的簡單升降擺幅會超限，特別是在風(fēng)荷載作用下，安全性能不高。目前，簡易升降式立體車庫屬于技術(shù)進步時期的產(chǎn)品，在現(xiàn)實生活中使用的少。升降橫移式此種立體車庫采用模塊化設(shè)計,每個單元可設(shè)計成兩層、三層、四層、五層、半地下等多種形式,車位數(shù)從幾個到上百個不等。頂層車板上下升降,底層車板左右水平橫移,中間層車板既可左右橫移又可上下升降。通過不斷的交換空位,完成車輛的存取，如圖2-3所示。圖2-3升降橫移式停車庫Fig2-3Liftandtraverseparkinggarage優(yōu)點：能夠設(shè)計成地下或者地上等多種形式，但是受到提升鏈條以及存取車時間的限制，停車層數(shù)一般為2～4層之間，布置靈活，適應(yīng)性強。使用全自動化控制，車庫整體構(gòu)造簡單，存車與取車響應(yīng)速度快，等待時間較短，工作過程中產(chǎn)生的噪聲低。缺點：需要預(yù)留一定的空間，建立車庫的存車與取車通道，在某種程度上浪費了空間資源。循環(huán)式循環(huán)立體車庫包括垂直循環(huán)式和水平循環(huán)式兩種。循環(huán)式立體車庫它是水車原理、巨輪原理、連續(xù)鏈原理及傳送帶原理的結(jié)合，車輛放在托板上，以電機作為動力源，用鏈條傳遞動力，帶動所有車位移動，如圖2-4所示。圖2-4循環(huán)式立體車庫Fig2-4Circularthree-dimensionalgarage垂直循環(huán)式：優(yōu)點：車庫占地面積小，一般只占用兩個傳統(tǒng)汽車位的面積，能夠有效的節(jié)省用地空間，在單位面積內(nèi)的停車數(shù)量高于其它機械式立體車庫。一般不需要額外安裝強制通風(fēng)系統(tǒng)，以及大面積照明裝置，總的耗電量極低。因此投入的資金較少且建造周期短。缺點：隨著車庫數(shù)量的增加導(dǎo)致結(jié)構(gòu)高度的改變，電機的功率必須隨之匹配，造成了傳動噪音變大、存車與取車的速度下降，單位時間內(nèi)消耗的能量變高水平循環(huán)式：優(yōu)點：不必單獨設(shè)計進出口車道，常建造在狹長的地方，能夠降低通風(fēng)裝置的費用。缺點：由于結(jié)構(gòu)形式的限制，存車與取車效率低下，實用性不強垂直升降（塔庫）式停放車輛的停車位和車輛升降機以立體方式組成的高層停車設(shè)備，如圖2-5所示。通過搬運機械將車輛或載有車輛的置車板橫向或縱向地從車輛升降機搬運至停車位。圖2-5垂直升降式立體車庫Fig2-5Verticalliftthree-dimensionalgarage優(yōu)點：空間利用率極高，有很高的實用性，可釆用混凝土或者鋼結(jié)構(gòu)形式搭建而成。能夠完全實現(xiàn)智能化以及全自動化、內(nèi)置完善的監(jiān)測系統(tǒng)、消防系統(tǒng)以及足夠的安全保障裝置，裝置在運作過程中，安全性能較高。整個立體車庫結(jié)構(gòu)可以布置在地上或者地下，出入口一般布置在地面。它占有的存取空間小，適合大型且密集式的存車方式。缺點：相對與其他機械式立體車庫其故障率高，車庫整體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，一次性投入的資金大，必須安裝完善的閉鎖裝置以及監(jiān)控系統(tǒng)，存、取車時間較長。總結(jié)通過對比分析選擇垂直循環(huán)立體車庫實現(xiàn)車輛的存、取，并將單車存放到最近的車位。存取車過程安全可靠，車庫傳動機構(gòu)運轉(zhuǎn)穩(wěn)定各個機構(gòu)不產(chǎn)生影響，界面操作方便快捷。且垂直循環(huán)立體車庫充分節(jié)約了土地資源，不需要預(yù)留空間和存取通道，結(jié)構(gòu)形式簡單，場地布置靈活，維修方便，維護成本遠低于其他立體車庫。建造和安裝的周期比其他立體車庫短，能夠適應(yīng)小區(qū)等道路空間有限的地方。垂直循環(huán)立體車庫結(jié)構(gòu)組成（structuraldesignofverticalcirculationthree-dimensionalgarage）該垂直循環(huán)立體車庫的總體設(shè)計主要有機械、電控、土建其三個部分組成，另外還有輔助系統(tǒng)，其中機械與控制部分是設(shè)計的重點。圖2-6立體車庫組成流程圖Fig2-6Flowchartofcompositionofthree-dimensionalgarage立體車庫進出方式（Entryandexitmodeofthree-dimensionalgarage）垂直循環(huán)立體車庫按車輛進入的方式有以下三種：下部出入式：整個車庫建造在地面之上，單車的出口以及入口設(shè)置在車庫的下端，該布置形式對土建要求不高，安裝速度快，適用于停車需求大且空間充足的場合。中部出入式：立體車庫一半建造在地面以上，剩余的部分建造在地面以下，出入口在車庫的中部，適合于對空間高度有嚴(yán)格要求的場所。上部出入式：將整個立體車庫建造在地面以下，地面只留有一個車庫出入口，占用的土地面積小，但對土建的要求比較嚴(yán)格，適用于場地緊湊的空間，經(jīng)常與地下車庫配套使用。綜合比較三種車輛進入方式的優(yōu)缺，本文所設(shè)計的垂直循環(huán)立體車庫采用的是下部出入式。其不需要大的工程，方便施工安裝，降低成本?？紤]到其下部為出口，其出口處的載車廂與地面間要建造個坡道，方便單車的出入。本章小結(jié)（Summaryofthischapter）本章介紹了幾種常見的立體車庫形式，通過對比分析不同種類立體車庫的優(yōu)缺點，確定選用垂直循環(huán)立體車庫進行設(shè)計，且采用下部出入車的形式降低成本。3驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與選用驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計與選用3Designandselectionofdrivingsystem立體車庫的驅(qū)動方案（Drivingschemeofstereogarage）垂直循環(huán)式立體車庫采用電機驅(qū)動，符合本次設(shè)計的要求，電機設(shè)置在車庫下部，可正反雙向轉(zhuǎn)動，電機輸出動力通過皮帶到減速器最終到鏈條實現(xiàn)帶動車庫的運作。車庫上、下部各有兩個大型鏈輪，下部的兩個鏈輪用一根傳動軸來連接，上下部的鏈輪都固定在支撐架上并通過兩條鏈條相連，這樣可以使兩邊保持同步，確保工作起來震蕩較小，工作安全可靠，噪聲小，采用的電機功率必須大一些保證工作的穩(wěn)定性。電動機的選用（Selectionofmotor）一輛自行車的重量是F1=15kg,車廂重F2=40kg,由于設(shè)計方案的可容納30-40輛車的要求，所以設(shè)計為8層車廂，每個車廂5輛自行車則總重量為：粗設(shè)計車廂參數(shù)見表3-1：表3-1載車廂尺寸表Table3-1dimensionsofcarriage尺寸單位車廂高1500mm長1800mm寬3800mm則根據(jù)鏈輪在D=2m左右和車廂在最上和最下可知車廂間距為：按存取車輛時間小于一分鐘計算，鏈條循環(huán)速度取V鏈=18m/min。輸出功率：其工作效率為：η1=0.99為聯(lián)軸器的效率,η2=0.98為滾動軸承的效率，η3=0.96為V帶的效率，η4=0.96為行星輪的效率，η5=0.96為鏈輪鏈條的效率。總的輸入功率為：則電機的功率選用為：P=4KW。按照工作要求和工況條件，選用三相籠型異步電動機，電壓為380V，Y型。進行綜合考慮價格、重量、傳動比等因素，選定電機型號為：Y160M1-8的三相異步電動機，額定功率Pen=4kW，滿載轉(zhuǎn)速為nm=720r/min，同步轉(zhuǎn)速為nt=750r/min。傳動裝置的傳動比分配（Transmissionratiodistributionoftransmission）總傳動比的計算由選定的電動機同步轉(zhuǎn)速nt和工作機主動軸轉(zhuǎn)速nc，可以計算出傳動裝置總傳動比為：分配傳動裝置傳動比取普通V帶的傳動比：i0=3；高速級圓柱齒輪傳動比：i1=3.5；一級行星齒輪的傳動比為：i2=4.5；則二級行星齒輪傳動比為：i3=6.3；動力學(xué)參數(shù)計算（Kineticparametercalculation）各軸轉(zhuǎn)速高速軸：中間軸：一級行星齒輪輸出軸：二級級行星齒輪輸出軸：各軸輸出功率高速軸：中間軸：一級行星齒輪輸出軸：二級行星齒輪輸出軸：各軸輸出轉(zhuǎn)矩電機軸：高速軸：中間軸：一級級行星齒輪輸出軸：二級級行星齒輪輸出軸：V帶及帶輪設(shè)計計算（DesignandcalculationofV-beltandpulley）V帶設(shè)計計算1.求計算功率Pc查表得KA=1.1，故：2.選V帶型號根據(jù)Pc=4.4kW、n1=750r/min，由文獻[11]選用B型。求大、小帶輪基準(zhǔn)直徑dd2、dd1：由[11]得，因傳動比和考慮帶速，取dd1=140mm。由文獻表，取dd2=425mm。3.驗算帶速V帶速在5～30m/s范圍內(nèi)，合適。4.求V帶基準(zhǔn)長度Ld和中心距a初步選取中心距：取，符合條件由式得計算基準(zhǔn)長度Ld0查表圓整基準(zhǔn)長度Ld：；由表對B型帶選用Ld=3150mm。再由式計算實際中心距；a≈1100mm;取a由得，a符合。5.驗算小帶輪的包角α1合適。6.求V帶根數(shù)z今n1=750r/min，d1=140mm，查表單根V帶額定功率P0=1.69；單根額定功率增量△P0=0.22；長度系數(shù)KL=1.07；包角修正系數(shù)Kα=0.96；由式：取整數(shù)根z=3。7.求作用在帶輪軸上的壓力FQ查表得q=0.18kg/m，故由式得單根V帶的初拉力：作用在軸上的壓力：帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計見表3-2：表3-2帶輪參數(shù)表Table3-2Pulleyparametertable帶型BV帶中心距1000mm小帶輪基準(zhǔn)直徑140mm包角165.43°大帶輪基準(zhǔn)直徑420mm帶長3150mm帶的根數(shù)3初拉力230.62N帶速5.5m/s壓軸力1305.549N帶輪結(jié)構(gòu)參數(shù)1.小帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計小帶輪的軸孔直徑d=25mm，因為小帶輪dd1=140mm，因此小帶輪結(jié)構(gòu)選擇為實心式見圖3-1。則小帶輪尺寸如下：因為L=2.0×d<B（帶輪為實心式，因此輪緣寬度應(yīng)大于等于帶輪寬度）L=61mm。圖3-1小帶輪尺寸圖Fig3-1Dimensiondrawingofsmallpulley2.大帶輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計大帶輪的軸孔直徑d=35mm，因為大帶輪dd2=420mm，因此大帶輪結(jié)構(gòu)選擇為腹板式見圖3-2。因此大帶輪尺寸如下：圖3-2大帶輪尺寸圖Fig3-2Dimensiondrawingoflargepulley三級減速器設(shè)計（GearTransmissionDesignofReducer）齒輪設(shè)計1.高速級齒輪傳動設(shè)計計算小齒輪選用40Cr（調(diào)質(zhì)）接觸疲勞極限應(yīng)力620N/mm2；彎曲疲勞極限應(yīng)力480N/mm2，大齒輪選用45（調(diào)質(zhì)）接觸疲勞極限應(yīng)力750N/mm2；彎曲疲勞極限應(yīng)力620N/mm2；設(shè)齒輪按7級精度制造。取Z1=19，則Z2=67。故實際傳動比：已知齒輪傳動輸入轉(zhuǎn)速n1=250r/min，扭矩T1=N.m；則初估初估；取載荷系數(shù)；初步估計速度：Kv=1；齒寬系數(shù)φd=0.5；計算；齒間載荷分配系數(shù)；齒向載荷分配系數(shù)；載荷影響系數(shù)；由表查得材料彈性系數(shù)；重合度影響系數(shù)；節(jié)點接觸的幾何影響系數(shù)；小齒輪上的轉(zhuǎn)矩?。?；再由d1=mZ1得模數(shù)，取標(biāo)準(zhǔn)模數(shù)m=4。齒輪校核小齒輪的齒形系數(shù)；小齒輪的應(yīng)力集中系數(shù)；大齒輪的齒形系數(shù)；大齒輪的應(yīng)力集中系數(shù)小齒輪疲勞壽命；大齒輪疲勞壽命取SH=1，SF=1.6，則：齒輪的圓周速度：；綜上齒輪設(shè)計校核滿足使用。計算齒輪傳動其它幾何尺寸見表3-3：2.第一級行星輪齒輪設(shè)計由傳動比i=4.5設(shè)計中心輪a和行星輪c內(nèi)齒輪b齒數(shù)：Za=19；Zb=65；Zc=22；np=3齒輪材料和熱處理的選擇：中心輪a和行星輪c，內(nèi)齒輪均采用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度230HB,取齒輪輪接觸疲勞極限720MPa；齒輪彎曲疲勞極限298MPa。加工精度7級。表3-3齒輪尺寸參數(shù)表Table3-3Gearsizeparametertable代號名稱計算公式小齒輪大齒輪模數(shù)m44齒頂高系數(shù)ha*1.01.0頂隙系數(shù)c*0.250.25齒數(shù)Z1967齒寬B38mm43mm齒頂高ham×ha*4mm4mm齒根高hfm×(ha*+c*)5mm5mm分度圓直徑d76mm268mm齒頂圓直徑dad+2×ha84mm276mm齒根圓直徑dfd-2×hf66mm266mm中心距a172mm172mm按彎曲強度的初算公式計算齒輪的模數(shù)m為：現(xiàn)知Z1=19,疲勞極限298Mpa；行星小齒輪名義轉(zhuǎn)矩T=146.395N/m；取算式系數(shù)Km=12.1按文獻取使用數(shù)KA=1.5；按表6-4取綜合系KF=1.8；取接觸強度計算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)Kc=1.2,由公式可得：；由圖6-22查得齒形系致YFa1=2.67;由表6-5查得齒寬系數(shù)如。則得齒輪模數(shù)m為：取m整數(shù)m=7。據(jù)此Za>17可知，為了湊合中心距和改善嚙合性能,該齒輪副變位故其變位方式采用角度變位的正傳動。未變位時的中心距為：取實際中心距為150.5mm。中心距變動系數(shù)為：根據(jù)文獻查表一對變位齒輪作無側(cè)隙嚙合時，其嚙合角為：a—壓力角，其標(biāo)準(zhǔn)值為a=20°無側(cè)隙嚙合方程，可求得變位系數(shù)和為：齒頂高變動系數(shù)為：查表得X1=0.561；X2=0.598。關(guān)于用插齒刀加工內(nèi)齒輪，選用其齒數(shù)Z0=23分度圓直徑d0=161mm的計算。插齒刀變位系數(shù)X0=0插齒刀齒頂高系數(shù)h0*=1.25，B齒輪其變位方式應(yīng)采用高度變位，則可得內(nèi)齒輪b的變位系數(shù)為X3=X2=0.598。則行星輪各個齒輪參數(shù)見表3-4為：表3-4行星輪尺寸參數(shù)表Table3-4Planetarygearsizeparametertable分度圓直徑/mm頂圓直徑da/mm齒根圓直df/mm齒頂高ha齒根高hf太陽輪a133153.28122.7310.145.13行星輪c154174.77144.2210.384.89內(nèi)齒輪b455448.92480.183.0412.59齒輪校核針對其減速機工作特點只需按其齒根彎曲應(yīng)力的強度條件公式進行校核計算。計算齒輪的齒根應(yīng)力即：其中齒根應(yīng)力的基本值可按公式計算，即：許用齒根應(yīng)力可按公式計算即：中心輪a的切向力：有文獻計算查表KA=已知中心輪a和行星輪c的精度為7級，即精度系數(shù)C=7，則Kv=1.007。齒向載荷分布系數(shù)齒間載荷分布系數(shù)；行星輪間載荷分配系數(shù)；由表可知齒形系數(shù)1應(yīng)力修正系數(shù)重合度系數(shù)；彎曲強度螺旋角系數(shù)；因行星輪c不僅與中心輪a嚙合，且同時與內(nèi)齒輪b和e相嚙合，故取齒寬，b=76mm則：計算許用齒根應(yīng)力：齒輪設(shè)計合格。同理在b-c齒輪副中檢驗符合要求。3.第二級行星輪的設(shè)計由傳動比i=6.3設(shè)計中心輪a和行星輪c內(nèi)齒輪b齒數(shù)：Za=19；Zb=101；Zc=40；np=3齒輪材料和熱處理的選擇：中心輪a和行星輪c均采用40Cr調(diào)質(zhì)，齒面硬度230HB,據(jù)圖6-12和圖6-27,取齒輪輪接觸疲勞極限720MPa；齒輪彎曲疲勞極限298MPa加工精度7級。按彎曲強度的初算公式計算齒輪的模數(shù)m為：現(xiàn)知Z1=19,彎曲疲勞極限298MPa行星小齒輪名義轉(zhuǎn)矩：取算式系Km=12.1按表取使用數(shù)KA=1.5；按表6-4取綜合系；取接觸強度計算的行星輪間載荷分布不均勻系數(shù)Kc=1.2,由公式可得；查得齒形系數(shù)；由表6-5查得齒寬系數(shù)。則得齒輪模數(shù)m為：取m整數(shù)m=9；據(jù)此Za>17可知，為了湊合中心距和改善嚙合性能,該齒輪副變位故其變位方式采用角度變位的正傳動。未變位時的中心距為：取實際中心距為274.5mm；中心距變動系數(shù)為：根據(jù)文獻查表一對變位齒輪作無側(cè)隙嚙合時，其嚙合角為：a—壓力角，其標(biāo)準(zhǔn)值為a=20°；無側(cè)隙嚙合方程，可求得變位系數(shù)和為：齒頂高變動系數(shù)為：查表得X1=0.541，X2=0.574；關(guān)于用插齒刀加工內(nèi)齒輪，選用其齒數(shù)Z0=22分度圓直徑d0=198mm的計算。插齒刀變位系數(shù)X0=0插齒刀齒頂高系數(shù)h0*=1.25，B齒輪其變位方式應(yīng)采用高度變位，則可得內(nèi)齒輪b的變位系數(shù)為X3=X2=0.574。則行星輪各個齒輪參數(shù)見表3-5為：表3-5行星輪尺寸參數(shù)表Table3-5Planetarygearsizeparametertable分度圓直徑/mm頂圓直徑da/mm齒根圓直徑df/mm齒頂高ha齒根高hf太陽輪a171157.479197.27313.1366.761行星輪c360347.227387.02113.56.386內(nèi)齒輪b909941.341901.1503.92516.17齒輪校核針對其減速機工作特點只需按其齒根穹曲應(yīng)力的強度條件公式進行校核計算。計算齒輪的齒根應(yīng)力即：其中齒根應(yīng)力的基本值?？砂垂接嬎悖矗涸S用齒根應(yīng)力可按公式計算,即：中心輪a的切向力有文獻計算查表；已知中心輪a和行星輪c的精度為7級，即精度系數(shù)C=7，則；.齒向載荷分布系數(shù)；齒間載荷分布系數(shù)；行星輪間載荷分配系數(shù)。；由表可知齒形系數(shù)；；應(yīng)力修正系數(shù)；重合度系數(shù)；彎曲強度螺旋角系數(shù)；；因行星輪c不僅與中心輪a嚙合，且同時與內(nèi)齒輪b和e相嚙合，故取齒寬，b=76mm。則：計算許用齒根應(yīng)力齒輪設(shè)計合格。同理在b-c齒輪副中檢驗符合要求。軸的設(shè)計校核1.高速軸設(shè)計計算（1）已經(jīng)確定的運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)速n=250r/min；功率P=3.84kW；軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=146688N.mm；（2）軸的材料選擇并確定許用彎曲應(yīng)力選用45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，許用彎曲應(yīng)力為[σ]=60MPa；（3）按扭轉(zhuǎn)強度概略計算軸的最小直徑由于高速軸受到的彎矩較大而受到的扭矩較小，故取C=115：由于最小軸段截面上要開1個鍵槽，故將軸徑增大5%：查文獻[11]可知標(biāo)準(zhǔn)軸孔直徑為35mm故取dmin=35，見圖3-3。圖3-3高速軸示意圖Fig3-3Highspeedshaftdiagrama.高速軸和大帶輪配合，查文獻[11]選取標(biāo)準(zhǔn)軸徑d1=35mm，L1=60mm長度略小于大帶輪輪轂長度。選用普通平鍵，A型鍵，b×L=10×56mm(GB/T1096-2003)，鍵高h=8mm。b.初步選擇滾動軸承。因軸承受有徑向力的作用，故選用深溝球軸承。參照工作要求取d2=45mm，取L2=114.5mm。c.高速齒輪齒寬為38mm，則L3=38mm,參照工作要求取d3=45mm。d.參照工作要求并根據(jù)齒輪與廂體距離大于15mm，則取L4=44.5，d4=45mm。e．尺寸見表3-6。表3-6高速軸尺寸表Table3-6Highspeedshaftdimensiontable軸段1234直徑/mm35454545長度/mm60114.53844.5(4)軸的受力分析高速級小齒輪所受的圓周力（為高速級小齒輪的分度圓直徑）：高速級小齒輪所受的徑向力：第一段軸中點到軸承中點距離l1=100.4mm，軸承中點到齒輪中點距離l2=63.1mm，齒輪受力中點到軸承中點距離l3=53mm。水平支反力：垂直支反力：(5)計算軸的彎矩，并做彎矩圖（見圖3-4）截面左C處的水平彎矩：截面左C處的垂直彎矩：截面左C處的合成彎矩：截面右C處的水平彎矩：截面右C處的垂直彎矩：截面右C處的合成彎矩：因C左側(cè)彎矩大，且作用有轉(zhuǎn)矩，故C左側(cè)為危險剖面。其抗彎截面系數(shù)為：抗扭截面系數(shù)為：圖3-4高速軸受力及彎矩圖Fig3-4Stressandbendingmomentdiagramofhighspeedshaft最大彎曲應(yīng)力為；剪切應(yīng)力為：按彎扭合成強度進行校核計算，對于雙向傳動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)α=1，則當(dāng)量應(yīng)力為：查文獻[11]得45(調(diào)質(zhì))處理，抗拉強度極限σB=650MPa，則軸的許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，所以強度滿足要求。2.中間軸設(shè)計計算(1)已經(jīng)確定的運動學(xué)和動力學(xué)參數(shù)轉(zhuǎn)速n=71.428r/min；功率P=3.688kW；軸所傳遞的轉(zhuǎn)矩T=493077N.mm。(2)軸的材料選擇并確定許用彎曲應(yīng)力由文獻[11]選用45（調(diào)質(zhì)），硬度為240HBS，許用彎曲應(yīng)力為[σ]=60MPa。(3)按扭轉(zhuǎn)強度概略計算軸的最小直徑由于高速軸受到的彎矩較大而受到的扭矩較小，故取C=115：由于最小軸段截面上要開1個鍵槽，故將軸徑增大5%：查表可知標(biāo)準(zhǔn)軸孔直徑為45mm故取dmin=45mm，示意圖見圖3-5。圖3-5中間軸示意圖Fig3-5Schematicdiagramofintermediateshafta.中間軸和高速小齒輪配合運行，查表選取標(biāo)準(zhǔn)軸徑d1=50mm，L1=60mm。選用普通平鍵，A型鍵，b×L=14×40mm(GB/T1096-2003)，鍵高h=9mm。b.初步選擇滾動軸承。因軸承受有徑向力的作用，故選用球面滾子軸承。參照工作要求取d2=55mm，取L2=15mm。c.考慮齒形聯(lián)軸器工作性L3=5mm,參照工作要求取d3=90mm，d.根據(jù)齒形聯(lián)軸器齒寬和加工，則取L4=60mm，d4=148mm。e．尺寸見表3-7。表3-7中間軸尺寸表Table3-7Dimensiontableofintermediateshaft軸段1234直徑/mm505590148長度/mm13915560(5)軸的受力分析低速級小齒輪所受的圓周力（為低速級小齒輪的分度圓直徑）：低速級小齒輪所受的徑向力：軸承中點到齒輪中點距離l1=63mm，齒輪中點到軸承中點距離l2=53mm，軸承中點到齒形聯(lián)軸器受力中點距離l3=64mm。水平支反力：垂直支反力：(6)計算軸的彎矩，并做彎矩圖（見圖3-6）截面左C處的水平彎矩：截面左C處的垂直彎矩：截面左C處的合成彎矩：截面右C處的水平彎矩：截面右C處的垂直彎矩：截面右C處的合成彎矩：圖3-6中間軸受力及彎矩圖Fig3-6Stressandbendingmomentdiagramofintermediateshaft因C左側(cè)彎矩大，且作用有轉(zhuǎn)矩，故C左側(cè)為危險剖面其抗彎截面系數(shù)為：抗扭截面系數(shù)為：最大彎曲應(yīng)力為：剪切應(yīng)力為：按彎扭合成強度進行校核計算，對于雙向傳動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)α=1，則當(dāng)量應(yīng)力為：查表得45(調(diào)質(zhì))處理，抗拉強度極限σB=650MPa，則軸的許用彎曲應(yīng)力，，所以強度滿足要求。鍵聯(lián)接設(shè)計計算1.高速軸與大帶輪鍵連接選用平鍵C型鍵,查表得b×L=10mm×56mm（GB/T1096-2003）,鍵h=8mm。鍵的工作長度：大帶輪材料為鑄鐵，可求得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]p=60MPa。鍵連接工作面的擠壓應(yīng)力：2.高速軸與高速齒輪鍵連接校核選用A型鍵，查表得b×L=14mm×36mm（GB/T1096-2003）,鍵h=9mm。鍵的工作長度：高速齒輪材料為40cr，可求得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]p=120MPa。鍵連接工作面的擠壓應(yīng)力：3.低速軸與低速齒輪鍵連接校核選用A型鍵，查表得b×L=14mm×60mm（GB/T1096-2003）,鍵h=9mm。鍵的工作長度：低速齒輪材料為40cr，可求得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]p=120MPa。鍵連接工作面的擠壓應(yīng)力：4.輸出軸與聯(lián)軸器鍵連接校核選用平鍵C型鍵，查表得b×L=36mm×180mm（GB/T1096-2003）,鍵h=20mm。鍵的工作長度：軸材料為40cr，可求得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]p=120MPa。鍵連接工作面的擠壓應(yīng)力：聯(lián)軸器的選擇設(shè)計及校核1.第一行星輪齒型聯(lián)軸器采用非變位傳動材料同行星架設(shè)計，由上邊計算的m=2.5，取z=50表3-8齒形聯(lián)軸器尺寸表Table3-8Bearingparametertabletoothcouplingdimensiontable分度圓直徑d=mz125mm節(jié)圓直徑ds=mz125mm齒頂圓直徑da1=d+2ha1mda2=d-2ha2m129mm121mm齒根圓直徑df1=d-2.5mdf2=d+2hf2m119mm132mm齒寬B為40mm；則強度計算，一般只進行其輪齒的切應(yīng)力計算、輪齒擠壓應(yīng)力計算如下：(1)輪齒切應(yīng)力計算假設(shè)輪齒在其節(jié)線上發(fā)生則所產(chǎn)生的切應(yīng)力為：式中傳遞轉(zhuǎn)矩，N.m；Kc載荷不均勻系數(shù)，一般Kc=2;Ka使用系數(shù)；Km輪齒載荷分布系數(shù)；ds節(jié)圓直徑，mm；z齒數(shù)；b齒寬，mm；sc節(jié)圓上弦齒厚，sc=d(2)輪齒擠壓應(yīng)力計算作用在直線齒齒側(cè)的擠壓應(yīng)力為：h輪齒接觸徑向高度,mm；Kw輪齒磨損壽命系數(shù)；其他代號意義同前。(3)內(nèi)齒套的環(huán)向應(yīng)力(破斷應(yīng)力)：通常內(nèi)齒套的厚度為δ>3m(m為齒輪模數(shù))，其環(huán)向應(yīng)力可不進行驗算。綜上聯(lián)軸器滿足使用條件。2.第二行星輪齒型聯(lián)軸器采用非變位傳動材料同行星架設(shè)計，由上邊計算的m=4，取z=48。齒寬B為5mm，詳細(xì)尺寸見表3-9。則強度計算，一般只進行其輪齒的切應(yīng)力計算、輪齒擠壓應(yīng)力計算如下表3-9齒形聯(lián)軸器尺寸表Table3-9Bearingparametertabletoothcouplingdimensiontable分度圓直徑d=mz192mm節(jié)圓直徑ds=mz192mm齒頂圓直徑da1=d+2ha1mda2=d-2ha2m198.4mm185.6mm齒根圓直徑df1=d-2.5mdf2=d+2hf2m182mm202mm(1)輪齒切應(yīng)力計算假設(shè)輪齒在其節(jié)線上發(fā)生則所產(chǎn)生的切應(yīng)力為：式中T傳遞轉(zhuǎn)矩，N.m；Kc載荷不均勻系數(shù)，一般Kc=2；Ka使用系數(shù)；Km輪齒載荷分布系數(shù)；節(jié)圓直徑，mm；z齒數(shù)；b齒寬，mm；節(jié)圓上弦齒厚sc=dsz，mm(2)輪齒擠壓應(yīng)力計算作用在直線齒齒側(cè)的擠壓應(yīng)力為：h輪齒接觸徑向高度,mm；Kw輪齒磨損壽命系數(shù)；其他代號意義同前。(3)內(nèi)齒套的環(huán)向應(yīng)力(破斷應(yīng)力)：通常內(nèi)齒套的厚度為δ>3m(m為齒輪模數(shù))，其環(huán)向應(yīng)力可不進行驗算。綜上聯(lián)軸器滿足使用條件。3.輸出軸上聯(lián)軸器(1)計算載荷由文獻[11]查得載荷系數(shù)K=1.3；計算轉(zhuǎn)矩：；(2)選擇聯(lián)軸器的型號減速器輸出軸端安裝的聯(lián)軸器初選凸緣聯(lián)軸器(GB/T5843—2003)，公稱轉(zhuǎn)矩Tn=25000N.m，許用轉(zhuǎn)速[n]=2500r/min，J型軸孔，主動端孔直徑d=140mm，軸孔長度L=202mm，從動端孔直徑d=140mm，軸孔長度L=202mm。因：Tc=15487.316N.m<Tn=25000N.mn=3.134r/min<[n]=2500r/min即符合要求。軸承壽命校核1.高速軸上的軸承校核表3-10軸承參數(shù)表Table3-10Tableofbearingparameters軸承型號內(nèi)徑d(mm)外徑D(mm)B(mm)基本額定動載荷(kN)5350945852373.2根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命：Lh=10000h。選用53509軸承（表3-10），內(nèi)徑d=45mm，外徑D=85mm，寬度B=23mm，軸承的判斷系數(shù)為e=0.27。當(dāng)Fa/Fr≤e時，；當(dāng)Fa/Fr>e，；軸承基本額定動載荷Cr=73.2kN，額定靜載荷C0r=56.5kN。由之前計算已知軸水平和垂直面的支反力，則可以計算得到合成支反力：查設(shè)計手冊[11]可知X1=1，Y1=0，X2=1，Y2=0。查設(shè)計手冊[11]可知ft=1，fp=1.2。所以兩軸承的當(dāng)量動載荷如下：將較大數(shù)據(jù)帶入軸承壽命計算公式：所以該軸承的工作壽命足夠。2.低速軸上的軸承校核表3-11軸承參數(shù)表Table3-11Tableofbearingparameters軸承型號內(nèi)徑d(mm)外徑D(mm)寬B(mm)基本額定動載荷(kN)5361050902375.5根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命：Lh=10000h。選用53610軸承（表3-11），內(nèi)徑d=50mm，外徑D=90mm，寬度B=23mm，軸承的判斷系數(shù)為e=0.24。當(dāng)Fa/Fr≤e時，；當(dāng)Fa/Fr>e，軸承基本額定動載荷Cr=73.2kN，額定靜載荷C0r=56.5kN。由前面的計算已知軸水平和垂直面的支反力，則可以計算得到合成支反力：由于沒有軸向力查表得系數(shù)：查設(shè)計手冊[11]可知X1=1，Y1=0，X2=1，Y2=0查設(shè)計手冊[11]可知ft=1，fp=1.2；所以兩軸承的當(dāng)量動載荷如下：將較大數(shù)據(jù)帶入軸承壽命計算公式：所以該軸承的工作壽命足夠。鏈條及鏈輪的選擇（Selectionofchainandsprocket）傳動系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)主要指鏈傳動，通過鏈輪的轉(zhuǎn)動帶動鏈條上的車輛托盤（即載車廂）來實現(xiàn)車輛的存取。鏈條的選擇查參考文獻選擇單排滾子鏈，鏈條型號為32A-1X115GB1243.1-83?；緟?shù)見表3-12如下：表3-12鏈條參數(shù)表Table3-12Chainparametertable鏈號節(jié)距P/mm滾子外徑/mm內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬/mm內(nèi)鏈節(jié)外寬/mm內(nèi)鏈板高度/mm銷軸直徑/mm極限拉伸載荷(單排)Q/KN單排重量qkg/m32A50.828.5831.5545.2148.2614.29222.410.10技術(shù)要求：調(diào)質(zhì)處理220-250HBS，材料為45號鋼。由于傳統(tǒng)的鏈傳動無法直接輸出與托盤連接，故本次設(shè)計特在傳統(tǒng)的滾子鏈的鏈節(jié)上加裝八個特殊輸出機構(gòu)，并均分布在鏈條上，每個機構(gòu)由兩個聯(lián)結(jié)部分組成，一個聯(lián)結(jié)與鏈條內(nèi)鏈板聯(lián)接，安裝只要替換鏈條中一個鏈節(jié)的內(nèi)鏈板即可，另一個聯(lián)結(jié)與托盤上的橫軸相聯(lián)接。此特殊的輸出機構(gòu)圖3-7所示：圖3-7鏈條示意圖Fig3-7Chaindiagram根據(jù)本次設(shè)計要求：存量為40臺車，選擇車架尺寸寬為3800mm，高為1500mm。可以初步估計鏈輪直徑在2米左右。經(jīng)分析要使托盤運動至車庫上部的鏈輪最上端時不發(fā)生碰撞，每個特殊輸出結(jié)構(gòu)之間距離至少為2335mm。技術(shù)要求：齒面硬度為材料為40Cr。1.鏈條結(jié)構(gòu)尺寸的確定及校核初步估計鏈輪中心距：n為車廂層數(shù)。2.鏈節(jié)數(shù)計算鏈長：；鏈條節(jié)數(shù)：；考慮鏈條的使用性，取鏈條節(jié)數(shù)為偶數(shù)；3.確定鏈長及實際中心距：由參考文獻知：計算中心距：實際中心距：4.確定鏈速最長取車時間為t=45s，則有由參考文獻知則：5.按靜強度校核鏈條由于鏈條處于低速重載傳動中，其靜強度占主要地位。由參考文獻知，鏈條靜強度計算式：式中：n靜強度安全系數(shù)：KA工況系數(shù)，查表取:；Q鏈條極限拉伸載荷:；Ft有效圓周力:Fc離心力引起的力:其中鏈條質(zhì)量；懸垂力：其中為系數(shù)，查圖得：a為中心距，θ為兩輪中心線對水平面的傾角則θ=90許用安全系數(shù)，代入數(shù)據(jù)得：;滿足使用。鏈輪結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計計算本次設(shè)計選擇滾子鏈國家標(biāo)準(zhǔn)GB1243.1-83規(guī)定的端面齒形，即三圓弧—直線齒形。因鏈輪較大所以將它分為四部分組裝采用為：齒圈，輪輻，加強筋板，輪轂，最后焊接到一起。1.輪轂由軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計可知與鏈輪輪轂配合的軸徑為150mm，查參考文獻[11]知輪轂厚度h為：取輪轂厚度；輪轂長度：；分度圓直徑：；齒頂圓直徑：；齒根圓直徑：；其中滾子外徑；齒側(cè)凸緣直徑：其中內(nèi)鏈板高度48.26mm；分度圓弦齒高；鏈輪軸向齒廓參數(shù)，查參考文獻知：齒寬：；倒角寬：；倒角半徑：；齒側(cè)凸緣圓角半徑：；2.輪輻輪輻采用鑄件，在輪輻上加六個均布的直徑為400mm的孔以減輕鏈輪重量。3.加強筋板也采用為鑄件，將其與輪輻焊接，其目的是為了加大鏈輪的強度，共六個，其厚度為H=30mm。當(dāng)輪轂、輪輻、加強筋板焊接在一起后，要對其進行熱處理，具體裝配后的結(jié)構(gòu)見零件圖。4.鏈傳動的失效形式鏈傳動的失效形式主要有鏈條的疲勞破壞，鉸鏈的磨損，鉸鏈的膠合，鏈條的靜力拉斷，經(jīng)分析在鏈條低速過載的情況下，靜力拉斷占主導(dǎo)地位，故只需對其進行靜強度校核即可，校核過程滿足。5.鏈傳動的潤滑方式本次設(shè)計的潤滑方式采用人工定期地涂脂潤滑方式，鏈傳動為低速傳動，其采取脂潤滑方式方便實現(xiàn)。6.鏈傳動的張緊鏈傳動張緊主要是為了避免在鏈條的垂度過大時鏈條部分產(chǎn)生嚙合不良和振動現(xiàn)象；同時也增加鏈輪與鏈條之間的嚙合包角增加安全性。本次設(shè)計的張緊裝置選可調(diào)中心距的裝置，通過調(diào)節(jié)中心距來控制張緊程度。該機構(gòu)可購買或自行設(shè)計，通過與鏈輪的自由安裝配合來調(diào)整中心距。本章小結(jié)（Summaryofthischapter）本章由立體車庫的驅(qū)動方案與其載車量和其自生設(shè)備的重量計算出一些動力參數(shù)，隨之選用符合條件的電機作為設(shè)備的動力源。主要對傳動零件及裝置的設(shè)計包括皮帶輪、減速器、鏈條、鏈輪，并對其本身及其相關(guān)零件校核以至滿足使用條件，從而使立體車庫驅(qū)動傳動的方案的成型成立。4立體車架設(shè)計立體車架設(shè)計Stereoframedesign傳動軸設(shè)計及校核（Designandcheckoftransmissionshaft）該設(shè)計的立體車架中共存有三根軸，主傳動軸一根從轉(zhuǎn)動軸兩根，材料均為45調(diào)質(zhì)處理45號鋼的σb=600MPa，其屈服極限為σs=355MPa，故[σ]主傳動軸設(shè)計及校核初步估計軸徑取C=115：由于最小軸段截面上要開1個鍵槽，故將軸徑增大5%：考慮和聯(lián)軸器的配合查表可知標(biāo)準(zhǔn)軸孔直徑為140mm，故取dmin=140見圖4-1。圖4-1主傳動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig4-1Structuraldesigndrawingofmaindriveshaft左L1為聯(lián)軸器端軸長202mm，d1=140mm；左L2為軸承端和鏈輪安裝位置則L2=428mm，d2=150mm；左右L3為軸肩來固定鏈輪左右運動L3=125mm;L5是與軸承座和鏈輪安裝相配合的軸段長為420mm，d5=150mm；L4是過渡段為3600mm，d4=140mm；參照工作要求并根據(jù)齒輪與箱體距離大于15mm，則取L4=44.5，d3=45mm。（詳細(xì)尺寸見表4-1）表4-1主動軸結(jié)構(gòu)尺寸Table4-1Structuraldimensionofdrivingshaft軸段12345直徑/mm140150170150150長度/mm202428125140420軸的校核可以知道此軸主要受扭矩作用，所以只要對軸進行扭轉(zhuǎn)應(yīng)力強度校核即可，由參考文獻可知校核公式為：。該軸的扭矩圖見圖4-2：圖4-2扭矩圖Fig4-2Torquechart可以看出軸的第二個鍵槽中心截面（即與鏈輪配合處）受扭矩最大，為危險截面，應(yīng)對它進行扭應(yīng)力強度較核：抗扭截面系數(shù)為剪切應(yīng)力為所以強度滿足要求。從傳動軸設(shè)計及校核圖4-3從動軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計圖Fig4-3Structuraldesigndrawingofdrivenshaft此軸總長620m,見圖4-3，L1為軸承座和鏈輪安裝位置則軸長420mm，d1=150mm；L2為軸肩用來固定鏈輪竄動L2=50mm，d2=170mm;L3是與軸承座相配合的軸段長為150mm，d3=150mm。（詳細(xì)尺寸見表4-2）據(jù)軸的受力分析，該軸處于復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)下，故需對其進行彎扭合成法來進行強度校核。每根從動軸受到最大壓力為20輛車的重量:四個車廂重量：估計每個車架為50kg,表4-2從動軸結(jié)構(gòu)尺寸Table4-2Structuraldimensionofdrivenshaft軸段123直徑/mm150170150長度/mm42050150鏈條總重量：估計鏈輪質(zhì)量：m4為250kg代入數(shù)據(jù)得：計算彎矩及扭矩:彎矩圖如圖4-4所示：圖4-4彎矩圖Fig4-4Bendingmomentdiagram式中：為20輛車和4個車廂的重量代入數(shù)據(jù)得：扭矩圖如圖4-5所示：圖4-5扭矩圖Fig4-5Torquechart可以看出該軸的軸段1為危險截面。其抗彎截面系數(shù)為：抗扭截面系數(shù)為：最大彎曲應(yīng)力為：剪切應(yīng)力為：按彎扭合成強度進行校核計算，對于雙向傳動的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)矩按脈動循環(huán)處理，故取折合系數(shù)α=1，則當(dāng)量應(yīng)力為：查表得45(調(diào)質(zhì))處理，抗拉強度極限σB=650MPa，則軸的許用彎曲應(yīng)力[σ-1b]=60MPa，σca<[σ-1b]，所以強度滿足要求。軸承與軸承座選用及校核（Selectionandcheckofbearingandbearingseat）表4-3軸承參數(shù)表Table4-3Tableofbearingparameters軸承型號內(nèi)徑d(mm)外徑D(mm)B(mm)基本額定動載荷(kN)2223015027073508則軸承座選用SN200系列SN230（表4-2），根據(jù)條件，軸承預(yù)計壽命：Lh=10000h。軸承的判斷系數(shù)為e=0.29。當(dāng)Fa/Fr≤e時，Pr=Fr；當(dāng)Fa/Fr>e，Pr=0.67×Fr+Y×Fa查機械設(shè)計手冊[11]可知X1=1，Y1=0；X2=1，Y2=0。查機械設(shè)計手冊[11]可知ft=1，fp=1.2所以兩軸承的當(dāng)量動載荷如下：將較大數(shù)據(jù)帶入軸承壽命計算公式所以該軸承的工作壽命足夠。軸承潤滑由于傳動軸轉(zhuǎn)速比較低，故軸承采用脂潤滑即可，在軸承座內(nèi)加入足夠的脂潤滑即可，對承受較大載荷來說此種潤滑方式十分適宜。鏈輪鍵選用與校核（Selectionandcheckofflatkeyofchainwheel）選用平鍵A型鍵,查表得b×L=36mm×200mm（GB/T1096-2003）,鍵h=20mm。鍵的工作長度l=L-b/2=164mm，可得鍵連接的許用擠壓應(yīng)力[σ]p=120MPa。鍵連接工作面的擠壓應(yīng)力：所以該鍵滿足使用要求。鋼結(jié)構(gòu)骨架（Steelframework）立體車庫骨架全是由鋼材結(jié)構(gòu)組成，主要由立柱、橫梁、斜拉桿、加強肋等構(gòu)成；本次設(shè)計主要材料均選牌號為Q235-A。該車庫全部重量由四根大的立柱承受，四根立柱外型截面為正方形，中間為空的，外型尺寸為：正方形邊長為150mm,立柱厚度為25mm，高度為8000mm,立柱底部上焊有一塊正方形鐵板，邊長為300mm，厚度為30mm，鋼材上安裝四個地腳螺栓，保證立柱的固定，另外焊接肋板，增加立柱的強度。立柱截面形狀如圖4-6：圖4-6立柱示意圖Fig4-6Columndiagram側(cè)面橫粱承受很大的壓力，車輛的重量通過支撐架壓在橫梁上，用螺栓M24固定在立柱上或加肋板焊接固定，它采用工字形截面形狀如圖，型號為熱扎普通工字鋼16（GB706-2008），正面橫梁因受力較小，主要起兩個車架連接作用，因此只需要采用和側(cè)面橫梁一樣的連接方法，選熱扎槽鋼（GB706-2008）10即可截面形狀如圖4-7：圖4-7工字鋼與槽鋼截面Fig4-7I-beamandchannelsection部分梁，斜拉桿、加強肋均可采用熱扎等邊角鋼（GB706-2008），截面形狀如圖4-8：圖4-8角鋼截面Fig.4-8.Anglesteelsection鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計的承載能力強，且型鋼強度高、耐壓、耐彎能力強，根據(jù)受力分析知其遠遠滿足設(shè)計要求，故無須對其進行強度校核和此車架裝配詳細(xì)看零件圖。車輛托盤（Bicycletray）車輛托盤（即載車廂）主要由橫軸、底板和導(dǎo)向輪組成。其下部載車板是一個整體，四周是框架結(jié)構(gòu)，載車廂底板設(shè)置5個固定架且有對應(yīng)的踏板，單車駛上托盤至定位即無法前進，托盤面為防滑設(shè)計，亦防止車輛自行滑動。如圖4-9：1.導(dǎo)向輪；2.自行車固定架；3.橫軸圖4-9載車廂示意圖Fig4-9Carriagediagram1.底板它是停放自行車輛的地方，為了保證自行車在上面不滑動，上面安裝防滑塊，下面還有肋板，用來增加底板的強度，以免車在上面使底板產(chǎn)生彎曲變形。2.導(dǎo)向輪導(dǎo)向輪在左右側(cè)面各裝兩個，每個載車板上的導(dǎo)向輪共計4個。導(dǎo)向輪保證車架在豎直方向上運動平穩(wěn)。3.自行車固定架它的寬度比自行車輪大一點，自行車通過踏板進入固定架由于自身的重量作用使其夾緊用來保證自行車不會左右擺動，也能剛好的規(guī)劃空間，使停車更加的規(guī)范。取車時將車頭輕抬即可放松夾子然后取車。詳細(xì)設(shè)計見零件圖。4.橫軸此軸長4220mm，直徑為40mm，材料選Q235-A，取它主要受向下的壓力，由設(shè)計知托盤加這個車廂的車重總為125kg。因F=125×9.8=1225N此軸安全可靠。立體車庫的導(dǎo)軌（Guiderailofstereogarage）為了加工方便將導(dǎo)軌分為垂直導(dǎo)軌、上圓弧導(dǎo)軌和下圓弧導(dǎo)軌，車廂導(dǎo)軌四部分組成：1.垂直導(dǎo)軌它是為了鏈條在車架在垂直方向運行時用來保證鏈軸既能在里面上下移動，也不至于左右有大的移動,車廂不發(fā)生向四周晃動，材料用Q235-A即可。2.上圓弧導(dǎo)軌它是為了保證鏈條在車架運行到上部是車廂及其左右平移時不發(fā)生擺動而設(shè)計的，其設(shè)計采用焊接結(jié)構(gòu)的U型圓弧導(dǎo)軌如圖，材料用Q235-A即可安裝時將其焊接到垂直導(dǎo)軌上即可。3.下圓弧導(dǎo)軌它是為了保證車廂在車架上運行到下部鏈輪時防止其鏈條脫離而設(shè)計的該設(shè)計同樣用焊接的鋼架結(jié)構(gòu)作為下圓弧導(dǎo)軌，材料也采用Q235-A。4.車廂導(dǎo)軌它是為了保證車廂在車架上運行是能夠保持平穩(wěn)不發(fā)生上下晃動，亦是為了保證取車時的安全。本章小結(jié)（Summaryofthischapter）本節(jié)對立體車架進行了設(shè)計，其中包括由車架的支撐立柱，與之相連接的其它橫梁與輔助梁設(shè)計選用，其中也對立體車架中的軸也進行了設(shè)計與之相關(guān)校核，也對車庫中的導(dǎo)軌進行設(shè)計與闡明其作用，還有對其載車箱的結(jié)構(gòu)進行了講解。5立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計立體車庫電氣控制系統(tǒng)設(shè)計5Designofelectricalcontrolsystemforstereogarage控制系統(tǒng)基本要求（Basicrequirementsofcontrolsystem）電氣控制系統(tǒng)是立體車庫完整的組成部分之一，是能否構(gòu)成了立體車庫進行存取車的關(guān)鍵所在。對此該立體車庫控制系統(tǒng)控制動作應(yīng)該包括：能夠自動監(jiān)測載車廂內(nèi)有無車輛、存取車動作的實施執(zhí)行、取存車的車廂自動到達位置、自動控制電機正反轉(zhuǎn)實現(xiàn)最優(yōu)自動存取車、還要有為了安全設(shè)置輔助等系統(tǒng)。PLC技術(shù)（PLCTechnology）PLC（ProgrammingLogicController）被稱為可編程邏輯控制器，是由中央處理單元（CPU）、存儲器、電源、程序輸入接口、輸入／輸出回路、通信接口、擴展接口等主要部件組成，是專為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)計的可進行數(shù)字運算的電子設(shè)備，是工業(yè)控制的核心部件。PLC及其相的關(guān)外部設(shè)備都按照能夠方便與工業(yè)控制系統(tǒng)進行融合，并能夠方便擴展其功能的原則進行設(shè)計而成。PLC的運行程序為掃描工作模式?？偣埠腥齻€掃描模式階段，輸入采樣、用戶程序執(zhí)行、輸出刷新。上述三個階段被完成就稱其為一個掃描周期。在程序進行運行的時間段內(nèi)，PLC控制器的（CPU）能夠以一定的掃描速度對上述的三個階段進行重復(fù)掃描：（1）輸入采樣階段在輸入采樣階段，PLC控制器會依次掃描所有外部的輸入信號狀態(tài)與外部的采集數(shù)據(jù)，將輸入信號與采集數(shù)據(jù)儲存在映像區(qū)。程序運行時，直接讀映像區(qū)數(shù)據(jù)。在一個掃描周期內(nèi)，只進行一次輸入采樣，即使輸入信號與數(shù)據(jù)發(fā)生變化，在該掃描周期內(nèi)，運算結(jié)果不會發(fā)生變化。（2）用戶程序執(zhí)行階段在程序執(zhí)行階段，PLC按照從上到下的順序進行梯形圖程序的掃描。在掃描每一條梯形圖時，按照從左到右，計算結(jié)果存儲在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)。（3）輸出刷新階段待程序被掃描完成后，PLC控制器就開始進行輸出刷新。CPU依照I/O映像區(qū)中對應(yīng)的狀態(tài)與數(shù)據(jù)更新全部的輸出鎖存電路，并通過輸出電路驅(qū)動相應(yīng)的外設(shè)。PLC控制器的掃描周期還包括自診斷、通信等。PLC選型（PLCselection）考慮以上的要求PLC完全可以滿足系統(tǒng)的控制需要，由PLC控制電機的轉(zhuǎn)動來帶動整個機械循環(huán)轉(zhuǎn)動裝置運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)車位的運轉(zhuǎn)。可利用數(shù)據(jù)通信手段、數(shù)據(jù)處理能力自動對載車箱車位情況進行設(shè)定分析，并對操作運行和故障給予提示、報警。且PLC操作系統(tǒng)穩(wěn)定和價格低、并且對惡劣環(huán)境有較強的適應(yīng)性等特質(zhì)。因此對其選型。PLC作為整個電控控制系統(tǒng)的核心部分，選擇其合適的CPU容量是選擇PLC的重要標(biāo)志，其主要考慮的是I/O點數(shù)、響應(yīng)速度、程序功能、處理器數(shù)量、CPU內(nèi)存性能、可擴展性、性能成本、工作環(huán)境和壽命要求，以及考慮備件更換等設(shè)備的售后服務(wù)和技術(shù)支持[7]。所以對比分析表5-1后選擇西門子S7-200-CPU224。表5-1PLC對比選型表Table5-1PLCcomparisonselectiontable品牌西門子三菱歐姆龍主要型號S7-200,S7-300FX系列,Q系列CPIE系列擴展性多種擴展模塊可選。通信模塊、輸入模塊、輸出模塊，導(dǎo)軌安裝拆裝方便。有擴展模塊與擴展單元。多種擴展模塊與擴展單元可選。多種模塊與擴展單元多種擴展模塊與擴展單元可選。編程操作組態(tài)軟件強大，集合了所有西門子產(chǎn)品。編程環(huán)境簡單，但是軟件集成度不高。編程軟件較為簡單集成度不高。系統(tǒng)控制組成及原理（Systemcontrolcompositionandprinciple）立體車庫的垂直循環(huán)存取車控制系統(tǒng)包括弱電與強電兩套系統(tǒng)：弱電系統(tǒng)主要包括各種信號的采集、報警與控制輸出。PLC輸出信號給接觸器線圈，控制接觸器的接通與關(guān)斷。強電系統(tǒng)包括載車板電機控制線、控制電機正反轉(zhuǎn)接觸器、到位限位。車庫系統(tǒng)要設(shè)有急停開關(guān)，當(dāng)發(fā)生更意外時，按下急停開關(guān)，斷掉所有電機的電源，使載車廂無法繼續(xù)運行，以保護人員及設(shè)備的安全。系統(tǒng)輸出控制信號可包括控制電機運行方向信號，控制電機運行信號，控制電磁鐵得、失電信號，控制燈光報警信號，控制車庫照明信號。操作者要通過控制系統(tǒng)信息交流的平臺(界面)把操作信息傳送給控制系統(tǒng)，經(jīng)系統(tǒng)處理后，來完成車庫現(xiàn)場的運作。垂直循環(huán)立體車庫動作的實現(xiàn)（Therealizationofverticalcyclestereoscopicgarageaction）垂直循環(huán)立體車庫存取車輛的動作是由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)與升降機構(gòu)配合完成的。存車時，由旋轉(zhuǎn)機構(gòu)傳遞動力給升降機構(gòu)將車輛提升至目標(biāo)位置，取車時同樣如此。該車庫只設(shè)一個存取車口，但存取可以同時實現(xiàn)，出車口處放控制面板，該面板上設(shè)置兩個燈識別車庫的車況。存取車時，操作者只需在入口處觀察控制面板中現(xiàn)在顯示的車位情況，然后點擊具體的要存取的按鍵，車庫將自動將該載車廂調(diào)到車庫出車口處（考慮財產(chǎn)和安全，車庫可以在車口安裝門簾，隨著存取命令進行開關(guān)），隨后操作者進行存取動作，動作完成后載車廂停靠在出口位置等待下位操作者的命令。該系統(tǒng)操作控制是采用PLC操作來對電機的轉(zhuǎn)動直接正反轉(zhuǎn)來實現(xiàn)的，操作見流程圖5-1。圖5-1操作流程圖Fig5-1OperationflowchartPLC車庫控制系統(tǒng)它的主要作用是：當(dāng)有存取操作時，PLC會接收和分析主機傳輸過來的數(shù)據(jù)、指令并做出合理的工控安排；判斷檢測元件的狀態(tài)，讀取車庫機械驅(qū)動部分的信息:然后反饋信息到執(zhí)行元件，控制電機的轉(zhuǎn)動方向及轉(zhuǎn)動的距離，其次是車庫內(nèi)的各種輔助裝置，如指示燈及其各種安全設(shè)施等。優(yōu)先存取路徑（Priorityaccesspath）立體車庫存取車輛是一個典型的離散隨機排隊服務(wù)系統(tǒng)，也就是說，存取車流隨機的，車輛的存取時間也是隨機的，只有服務(wù)時間是確定的，但是也是根據(jù)車輛存放位置而變化，不是一個恒定值，旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的動作構(gòu)成了車庫不同的存取優(yōu)先控制策略關(guān)鍵，常見的存取車策略主要包括存車優(yōu)先策略、取車優(yōu)先策略、原地待命策略，該產(chǎn)品通過控制電機的在存取指令不同的情況下控制電機正反轉(zhuǎn)可以提升存取車效率。詳細(xì)操作流程見流程圖圖5-2。要正確地優(yōu)先實施存取車輛，就必須正確地識別出當(dāng)前載車廂各個的位置，為此對每個載車廂進行編號（見圖5-3），首先對程序進行初始化操作，每個載車廂車號對應(yīng)程序的當(dāng)量范圍值，即當(dāng)變量在1-5范圍為1號車廂車位情況；當(dāng)變量在6-10范圍為2號車廂車位情況；當(dāng)變量在11-15范圍為3號車廂車位情況；當(dāng)變量在16-20范圍為4號車廂車位情況；當(dāng)變量在21-25范圍為5號車廂車位情況；當(dāng)變量在26-30范圍為6號車廂車位情況；當(dāng)變量在31-35范圍為7號車廂車位情況；當(dāng)變量在36-40范圍為8號車廂車位情況；通過此判斷就知道了出口處車廂號是否為1或者8了。同時通過程序中的變量多少反應(yīng)載車廂中的車位情況，即當(dāng)