机械立体停车库设计

摘要：本文简要介绍了各类立体停车库的结构和特点和小区车库的发展概况,并对立体停车库的设计要点进行了简要的说明.重点介绍了立体车库升降的结构设计和停车设备传动系统的设计，包括升降横移机构的结构设计，材料的选择，制造方法，升降传动系统设计中升降链条的设计计算，链轮的设计计算。升降部分的电机选择和校核，钢丝绳的选择和计算

通过调研，对自动化立体车库的发展特点和发展方向进行了总结，通过对市场需求的分析和对比国内外立体车库的发展状况，分析了智能立体车库广阔的市场前景和趋势。分析目前立体车库常用的传动系统基础上，确定了本车库的机械系统传动方案。分析载车板的提升方案，最终确定了最稳定、可靠且经济的方案。针对智能立体车库的功能要求，提出了控制系统的方案介绍。

设计的主要特点是: 节省资源,控制方便。

关键词：立体停车库 托盘 升降横移装

目 录

一、前言 .............................................................. - 1 -

（一）概述 .......................................................... - 1 -

（二）机械式立体停车库的分类 ........................................ - 2 -

（三）升降横移式立体车库的特点 ...................................... - 2 -

（四）研究升降横移式立体停车库的意义 ................................ - 3 -

二、立体车库整体方案选择 ....................................... - 4 -

（一）移动方案的比较 ................................................ - 4 -

（二）横移机构方式的选用 ............................................ - 4 -

（三）提升机构所用方式的比较和选择 .................................. - 5 -

（四）设计数据 ...................................................... - 6 -

三、升降横移设备的结构设计 ......................................... - 8 -

（一）升降横移式二层车库工作原理 .................................... - 8 -

（二）升降横移结构设计 .............................................. - 8 -

1.整体框架设计 .................................................... - 8 -

2.框架结构确定 .................................................... - 9 -

3.材料选择 ........................................................ - 9 -

4.托盘上基本零部件的选择和设计 ................................... - 10 -

四、传动部分的设计 .................................................. - 12 -

（一）横移传动系统设计 ............................................. - 12 -

1.平移装置中齿轮、齿条、驱动电动机的选择 ......................... - 12 -

2.齿轮、齿条的设计 ............................................... - 13 -

3.联轴器的选择 ................................................... - 15 -

4.键联接的强度校核 ............................................... - 15 -

(二)升传动系统的设计降 ............................................ - 16 -

1.升降传动系统的内容介绍 ......................................... - 16 -

2.升降机构的工作原理 ............................................. - 16 -

3.链条的选择计算 ................................................. - 16 -

4.链轮的设计计算和参数确定 ....................................... - 17 -

5.升降电动机的选择和校核 ......................................... - 18 -

6.钢丝绳的选择和计算 ............................................. - 19 -

7.联轴器的选择 ................................................... - 19 -

8.制动器的选择 ................................................... - 20 -

9.链轮轴的设计计算与校核 ......................................... - 20 -

10.键的制造方式、尺寸确定和强度校核 .............................. - 21 -

12.滚筒与定滑轮的选择 ............................................ - 22 -

13.升降轴部分的确定 .............................................. - 22 -

14.升降机构的控制 ................................................ - 23 -

15.升降机构的维护 ................................................ - 23 -

五、控制系统介绍 .................................................... - 24 -

(一)立体车库自动控制系统 ........................................... - 24 -

(二)升降横移式立体停车设备的泊车流程 ............................... - 25 -

(三)安全装置 ....................................................... - 25 -

(四)控制系统 ....................................................... - 25 - 结束语 .................................................................... 27 参考文献 ................................................................. 28 致谢 ...................................................................... 29

一、前言

（一）概述

人类社会的不断进步和科学技术的发展，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，由简单的机械停车设备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。

早在50多年前，立体停车就在国外有所发展，先后出现了针对家庭使用的双层停车设备；利用住宅空地建起2-4层升降横移停车设备；适合城市中心商住区使用的停车楼和停车塔；利用广场、建筑物下面的空间建设地下停车库。自70年代末起，世界经济高速发展，汽车逐渐普及，保有量不断增加，迫使地少人多、车多的国家、地区和一些发达国家积极开展了机械式停车技术的研究开发和制造应用，以日本、美国、德国等为代表的发达国家在停车技术领域的研究处于世界领先水平，韩国和港、澳、台地区的停车业也通过引进--移植制造，得到了蓬勃发展，较好地解决了本地区的停车难，并开始向外输出技术和出口产品。

目前世界停车产业正向多元化发展，其停车技术几乎包含了当今机械、电子、液压、光学、磁控和计算机技术等领域的所有成熟先进技术。机械方面，应用了许多新材料、新工艺。设备结构采用模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸。钢结构选用新型优质钢材，既提高了设备的强度和刚度，又使设备轻巧美观，载车板采用一次成型的镀锌板或彩涂板组装，美观、强韧、耐用。控制技术方面，广泛采用可编程序控制器和矢量变频变压调速闭环控制技术，使运行高速平稳，节省电力，振动和噪音也趋于最小。控制形式有，按钮式、锁匙式、IC卡式、键盘式、触摸屏式、遥控式等。安全元件采用各种光栅显示屏、光电管、机械式行程开关、磁性接近开关、光敏感应开关等，安全保护装置日臻完善，如汽车出入声光引导和定位、汽车尺寸和重量自动识别、限速保护与多重机构互锁、停车泊位自动跟踪、链条和钢丝绳长度超范围报警和弹性变形自动补偿、汽车图象摄影对比安全检测、自动消防灭火等。

我国城市停车还处在初级阶段，专用和公共停车位数量距合理的车位与车辆比率相差甚远，停车难到处可见。目前我国的停车场仍以平面停车场、路上停车场、路外停车场、自行式停车场为主，立体停车库和机械式停车场数量还很少。以我国停车产业发展较快的广州、上海为例，路上、路外停车仍占有相当比例，已建设的停车场大部分是地下自行式停车场和在自行式停车场的基础上安装简易停车设备，增加存容数量。自行式停车场存有较多缺陷，如车位平均占地多、管理和保安人员多、投资多、存车效率低、耗电量大、对环境有污染等；由于允许人员进入，易发生盗车、毁车、施暴等停车场犯罪，近年来在发达国家已很少新建。大量兴建的是具有现代水平的机械式立体停车库。

我国机械式停车设备的早期研究开发工作是从80年代中期开始，90年代开始引进和生产停车设备，在北京、上海、广州、深圳等地都有使用。参照日本等国标准制定的我国行业标准也于近几年出台，目前停车设备生产厂已发展到几百家，生产各种类型的停车设备，有些停车设备已开始出口。机械式立体停车库是一种具有综合性能的建筑，不仅包含了机械停车设备，其规划建设涉及到区域整体景观、交通疏导、建筑结构、供电照明、通讯监视、通风排水、环境保护、安全消防、收费管理等各学科领域，就停车设备本身而言，其机械结构的发展已形成了停车设备独有的技术特征，需要多学科、多专业的复合型人才积极参与，把国外停车技术和各领域的成熟技术移植到我国停车产业，开发出安全、经济、高效、节能、省地的产品，满足国内外市场的需求。

在我国的停车产业发展中还存在一些问题，如没有统一的技术标准；多数产品是仿效或引进国外技术制造，技术水平低；缺少具有一定规模的企业，生产能力不足；市场竞争无序，个别企业为抢占市场，采取低价竞争；缺少科研设计单位的参与，技术创新能力严重不足；政策不配套，对停车产业发展和管理严重滞后等。解决上述问题，需要我们在政策、市场、管理和技术多方面作出努力。政策方面应参照发达国

家的有关政策法规，规划确定出专用和公共停车位的合理数量，实现投资主体多元化，确定停车库的管理属性和停车收费标准，给予投资和经营者相应的优惠政策，使其有利可图。市场方面应建立停车库市场运行机制，利用价格杠杆调高占路停车收费标准，逐步消除“路满库空”现象。鼓励按市场规则经营停车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。管理方面应把停车库建设纳入城市总体规划，对停车问题进行专题研究，使停车库真正用来停车，道路用来行车，理顺停车库管理职责，制定严格的管理处罚措施。技术方面应建立市场准入机制，实施专业化、协作化分工，发展科、工、贸一体的集团专业公司，以市场为导向，提高技术水平和产品质量，培养产品持久的竞争力。

作为现代大都市的标志，立体建筑和立体交通都有了显著发展，道路拥挤、车满为患已成为当今快节奏社会中的最不和谐之音，发展立体停车已成为人们的共识。目前我国经济正处在高速发展时期，随着人们生活水平的不断提高，汽车进入家庭的步伐正在加快，停车产业市场前景广阔。机械式立体停车库既可以大面积使用，也可以见缝插针设置，还能与地面停车场、地下停车库和停车楼组合实施。是解决城市停车难最有效的手段，是停车产业发展的必由之路。

（二）机械式立体停车库的分类

随着人们对需求以及技术的不断发展，立体车库逐渐多元化，多样化，目前主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式。

(1）升降横移式

升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地下停车场，配置灵活，造价较低。

1. 产品特点：

1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。

2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。

3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。

4) 存取车迅速，等候时间短。

5) 运行平稳，工作噪声低。

6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

2. 安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。

（2）巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对堆垛机的技术要求较高，单台堆垛机成本较高，所以巷道堆垛式立体车库适用于车位数需要较多的客户使用。

（3）垂直提升式立体车库

垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。

（4）垂直循环式 产品特点：

1) 占地少，两个泊位面积可停6~10辆车。

2) 外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。

3) 价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。

4) 可采用自动控制，运行安全可靠。

（三）升降横移式立体车库的特点

在众多的停车设备中，升降横移式立体停车的优点比较突出，主要表现在以下几个方面：

（1）节约占地面积，充分利用空间。一般来说，升降横移立体停车库的占地面积约为平面停车场的1/2-1/25，空间利用率比建筑自走式停车库提高了75%。

（2）相对造价比较低。升降横移式立体停车库每个泊位约需1.5万元，而建筑自走式停车库每个车位

的造价约为10万以上。

（3）使用方便，对操作人员的要求不高，操作简单、安全、可靠，存取车快捷，维护也很方便，存取车辆快。

（4）减少因路边停车而引起的交通事故。在许多城市的主要地段，司机往往没有找到停车场而把车停靠在路边，这样就很容易造成交通阻塞，甚至引起交通事故。

（5）增加了汽车的防盗性和防护性，在车库的系统中配置有智能防盗装置、防火装置等，增强了车库的整体安全。

（6）改善了市容环境。在现代化的车库设计中，不仅仅只是为了满足停车要求，更主要的是让其融入城市的整体建筑环境中，成为现代化大都市一道独特的风景。

升降横移式立体停车库是全自动化的停车方式，也可能是今后停车改革的主要方向。尤其是寸土寸金的大城市。采用机械式立体停车方式，显得尤为重要，而升降横移式立体停车库也在机械式立体停车库中显得更加普遍化、居民化、实用化

（四）研究升降横移式立体停车库的意义

车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性为解决住户停车的问题成为可能。 机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21层）立体式车库的话，50平方米的土地面积上便可存放40辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。

在地下车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。

升降横移式立体停车库是一种比较典型的机电一体化产品形式，它主要涉及机械、电子、建工等多个领域，它与要各方面的专业技术人员协同工作。在现代化大都市中，升降横移式立体停车库已经渗入到人们的各个生活领域，在机关、宾馆酒店、医院和居民区等许多地方，升降横移式立体停车库成了一道必不可少的基础设施。但是我过的机械式停车库技术发展比较晚，大部分还沿用着日本80年代的技术。随着我国国民经济的飞速发展，轿车拥有量的迅速膨胀，机械式车库的现有功能已经落后于人们的要求。现有车库技术不足主要表现在取车时间比较长，智能化程度比较低，安全程度不够，设计形式比较陈旧。上海和北京等地现有的许多高质量的立体停车库，都是运用大量的外汇从国外进口的，并且售后服务也得布道另人满意的保障。为了打破这种依赖进口的格局，打出具有自身特色的车库产品，就得要在原有技术上有重大突破，从而带动国内车库行业的发展，因此，对升降横移式立体停车库的系统研究显得尤为重要。

二、立体车库整体方案选择

（一）移动方案的比较

本设计是双层六位五车的小型立体车库，多用于居民小区，其简图如下所示: 4

15

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图2-1立体车库各车位移动方案

根据上面的简图，可以有以下几种移动方案

移动方案（1）：

将1号车位作为定位，2，3号车位可以直接提取车。

在存取4号车时，将4号位降到1号位上，进行存取车。

在存取5号车时，将2号位移动到1号为上，5号位降到2号位上，进行存取车。

在存取6号车时，将2号位移动到1号位上，3号位移动到2号位上，6降到3号位进行存取车。 移动方案（2）：

可将3号车位作为定位，其存取方式和方案（1）相同，故不再做表述。

移动方案（3）：

将2号车位作为定位，1，3号车位可以直接进行存取车。

在存取4号车时，将1号车位移动到2号车位上，4号车位降到1位进行存取车。

在存取5号车时，将5号车位降到2位上，进行存取车。

在存取6号车时，将3移动到2位上，6降到3号车位上，进行存取车。

综上所述，可以知道方案（3）最快捷，所以本设计采用方案（3）作为车库整体移动的方案。

（二）横移机构方式的选用

就目前的立体车库能储存的车辆数目来说，大致可把立体车库分为两大类，即大型立体车库和小型立体车库。

本设计的立体车库是双层六位的，属于小型立体车库，存取车辆较少，从停车位到出车库所要运行的距离较近，即使速度较低，存取车的时间也不会太长。所以小型车库里采用托盘作为载车容器就可以了。能够使托盘平稳在在水平方向上移动的方式有多种。

根据动力源是（驱动装置）是否在托盘上，可以将横移分为两种，一种是将驱动装置放在托盘上，通过驱动链条来实现传动。但这种方式现在使用不多，只有在大型的立体车库里才使用。由于电机放在托盘上，托盘在存取车的过程中不断的运动，给电机提供电源和对电机进行控制都比较难实现。

驱动装置安放在固定件上是实现托盘横移的另一种方式。这种方式都可以方便为其提供动力源并对其进行控制。也可以提高安全系数，也比较美观。对车库的效率和外观没有影响。（电机一般放在地面和框架上）

所以，本设计的横移部分的驱动装置不安放在托盘上，而是安放在地面上和框架上。

为实现托盘的横移而采用的驱动方式有三种：

（1）利用液压系统进行驱动

（2）利用电机带动链条进行驱动

（3）利用电机带动齿轮、齿条系统进行驱动

液压系统复杂，造价高，维修难，不易维护。链传动是一种不错的传动方式，传动精度高，设计、购

买方便，但和齿轮、齿条啮合的传动方式比较起来，链传动的效率低了一点。所以，采用电机驱动的方式来实现托盘的横向移动，中间的传动装置采用齿轮和齿条的啮合。

1. 横移的方式和电机放置位置

根据前面的所述，底层横移部分的动力源采用电机，而且，电机不是安装在托盘上，同时决定采用齿轮和齿条啮合的传动方式，按照常规规定将齿轮作为齿轮和齿条啮合传动的主动件，固定在水平面上，为了不防碍轿车的存取，电机和齿轮只能放在车库的后方。齿轮水平放置，所以齿轮轴的轴向为竖直方向，如果电机水平放置，电机轴的轴向为水平方向，这种情况下，把电机的动力传递给齿轮需要两个相互啮合的圆锥齿轮。圆锥齿轮的设计、制造和安装都比较麻烦，从而导致成本费用比较高，对于小型车库来说经济性不好，同时，两个圆锥齿轮的齿轮轴很难固定，而且占用了较多的纵向水平面积。故决定采用电机竖直放置的方法。

电机竖直安放也存在两种方式。其一，电机轴的轴向向上安放，这种方式下，虽然容易实现电机定位，无论采用底座定位还是凸缘定位都很容易定位。但是，由于要求齿轮安放在水平面上，电机则只有安放在地平面下，这样需要为电机用混凝土浇注一个基坑，这样的话，电机的安放和维修都比较困难。故不采用此方式。

当电机竖直安放且电机轴的轴向向下时，只需要一个联轴器就可以把电机轴和齿轮轴联在一块，从而实现传动力的目的。此处的电机依靠凸缘来定位。采用这种方式的缺点就是电机不容易固定，为了解决这一个问题决定设计一个机架，用来支撑和固定电机。

此处还要考虑减速器的存在。从车库的规模来看，此车库为小型车库，平移速度要求不高。因为平移距离都比较小。速度大了就容易产生较大惯量，不利于制动，使安全系数降低。同时，从时间的角度来看，对于此车库，在速度较低的情况下，存取车的时间也是很短的。所以，此车库要求速度较低（初步定位0.35m/s）众所周知，电机的输出转速一般比较高。所以，在此处减速器是必不可少的部件。目前，减速器已经成为一种比较规范的标准件，设计和选择都比较容易。不过，此处为了安装方便，决定选用带有减速器的电动机。为了减低成本，安装方便，此车库的电动机都采用带有减速器的电动机，具体的型号根据具体的设计而定。

电动机和齿轮都固定在地平面上了，齿条就只有作为齿轮、齿条啮合传动方式的运动件了。齿条可以焊接在托盘的后面的侧面上，也可以使用螺栓固定在托盘后方。由于齿条的长度和托盘的宽度一样，尺寸补角长，如果采用焊接的方法，由于热胀冷缩的原因，在焊接的过程中，回使齿条变形，从而影响齿轮和齿条间懂得啮合精度。所以决定齿条和托盘间的联接方式采用螺栓联接，齿条的宽度由它所承受的载荷而定，具体设计见第三章。齿条的厚度由多个因素决定，其一：齿条的强度需要满足一定的强度要求；其二：由于滚筒的存在，齿条应该用螺栓固定在托盘的后方的边框的上方，而不是托盘后面的竖直侧面上，这种情况下要求：齿条和边框在水平方向上哟一定的重合度。其三：要考虑滚轮的宽度，最后要考虑齿条的分度线要和齿轮的分度圆相切。

（三）提升机构所用方式的比较和选择

常见的三种方式是液压方式，链条提升方式和钢丝绳提升方式

一、钢丝绳提升

钢丝绳具有承载能力强，重量轻的特点，但它却具有弹性，使用时间长了会产生伸长量，使得传动精度降低，从而使得托盘不能准确到达所应到达的位置，而且，钢丝绳容易自行扭转和松散。

二、液压提升

液压系统驱动是一套十分复杂的驱动系统，它的设计、制造成本较高。而且维修、检测费用也相对较高，液压系统的故障很难检查，如果哪个输油管道出现问题，将会在一定时间内大大降低车库的工作效率，而如果液压站出现了问题，后果将更加严重，故此，此设计没有采用液压驱动系统作为提升机构。

三、链条提升

链传动为电动机通过连轴器、链条、链轮，来带动托盘实现升降的。成本低，安全，易维护，维修。

链条传动兼有齿轮传动和带传动的特点。与齿轮传动比较，链传动较易安装，成本低廉；远距离传动时其结构要比齿轮传动轻便得多。与带传动比较，链传动的平均传动比准确；传动效率高；需要的张紧力小，压轴力也小；结构尺寸紧凑；能在低速重载下较好的工作；能适应较恶劣的环境如油污和高温等场合。

综上所述，升降机构的设计：电动机作为动力源，利用链条和链轮的啮合传递动力，带动滚筒缠绕钢丝绳来实现上层托盘的升降。

1.提升的原理和电机安放位置

为了制造、安装方便，上下两层的托盘基本相同。无论是尺寸，还是组成都基本相同。区别就在于：底层的托盘有滚轮，而上层的托盘有滑轮，此处重点来说明一下链轮、链条和提升电机及相关组成部分。

从电机的安装和美观的角度来考虑，电机应该放在车库框架后方的横梁上，此处电机的定位依靠底盘来定位。提升用的电机和平移用的电机一样也选用带有减速器的电机。

链传动最常见的方式就是利用一条闭合的链条，把一根轴上的动力传递到另一根轴上，两个链轮要求在同一个水平面上。本设计中要求链条传递动力，还要求钢丝绳传递运动，所以采用闭合链条，钢丝绳固定在框架纵向梁的前部，然后和托盘上两个滑轮配合，最后回到纵向梁的后部，示意图如下图所示。这种方式不但有四根钢丝绳来承载，而且提升平稳，安全系数高，所以就采用这种方式。

图2-2 上层托盘和轿车提升的简图

由于上层托盘提升到固定位置时，需要在此处长时间停滞，所以需要在链轮轴上安装制动器，制动器应该选用常闭型的制动器，因为托盘停在固定位置的时间比托盘运动的时间长很多，电机轴和链轮轴之间也采用凸缘式联轴器进行联接。

（四）设计数据

调查大众普遍型轿车参数，参数由表2-1确定本课题轿车的几何参数为：车身长为小于5000mm，车身宽为小于1900mm，车身高为小于1700mm,总重是小于1600Kg。托盘为载车容器，其尺寸应该大于轿车的尺寸，故托盘的尺寸初步定为：长L=5400mm,宽W=2500mm.为了保证托盘的自由运动，左右两个立柱间的距离应该大于托盘的宽度，因为这样既有利于轿车的存取，也有利于托盘的安放，所以把左右两个立柱间的距离定为2700mm,车库总长度为8500mm ,宽度为5800mm，高4440mm,单个车位尺寸为长5600m，宽2700m，高2000m,这是托盘和车库框架的大体尺寸。

表 2-1 大众型轿车参数

三、升降横移设备的结构设计

（一）升降横移式二层车库工作原理

机械式立体停车库有许多种类型，根据其工作原理可分为：升降横移式；水平循环式；平面移动式等等。采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备叫做升降横移式立体停车库，由于升降横移式停车库的类型比较多，规模可大可小，对场地的适应性强，因此采用这一类型的停车库十分的普遍。

图3-1 车库原理图

升降此车库适用于小区里使用，停放的车辆是小型轿车。此车库一共有3个出入口。底层的载车板只能进行水平的横向移动，上层的载车板只能进行竖直方向上的上下运动。本车库一共可以停放5辆轿车（即一共有5个载车板）。为了实现载车板的自由提升和横移，从而实现轿车的存取，底层存在一个空车位，即能够横移的载车板只有两个。升降横移式立体停车库每个车位均有载车板，上层车位的存取通过横移下层车位让出空位，然后升降上层车位来完成存取过程。停泊在这类车库内地面的车只作横移，不必升降，存取时，驾驶员进去车位直接存取。为了对存取车进行详细的说明，对各个车位进行了编号，号码如图3-1所示。现在以取车为例来说明存取车的顺序。如图所示，假设2车位目前为空车位。如果要取1、3车位的轿车，可以直接取车；如果要取5车位的轿车，只需要将5车位的载车板下放到2车位即可以取车，最后让我们来看一下4车位的轿车的取车顺序，要取4车位的轿车，必须先将1车位的载车板横移的空车位（2车位），然后将4车位的载车板下放到1（1）车位即可以取车了。需要说明一下的是，当轿车取走后，上层的载车板需要提升到原位。存车的过程和取车的过程基本相同，唯一的区别就是：存车时尽量先将轿车存放在上层的车位，然后再存放下层的车位。

（二）升降横移结构设计

升降横移式立体停车库的结构设计在整个车库中非常重要，主框架部分、载车板部分和传动系统是升降横移式立体停车库的主要组成部分，主框架部分承担着整个升降横移式立体停车库的总量，而且它的轻重、稳定性和可靠性以及载车板部分还影响着整个立体停车库的重量、材料和成本的多少以及安全性，传动系统决定着升降横移式立体停车库运行的好坏，所以如何设计主框架部分、载车板部分和传动系统成为影响整个立体停车库的关键因素 1.整体框架设计

在此设计中，因为上层的托盘和其上面的轿车重量都有框架来承受，所以框架不仅要结构简单，制造容易，还要求满足一定的强度要求。

主框架底座部分用混凝土浇注,立柱直接筑在混凝土中。因为立柱上安装有导轨，载车板的槽钢内装

有导靴，两者需要相配合，立柱的间距应该根据载车板的宽度而定。其结构如下图：

图 3-5 主框架图

2.框架结构确定

在工程结构中，钢结构是应用比较广泛的一种建筑结构，一些高度或跨度比较大的结构，载荷或吊起重量很大的结构，有较大振动的结构，高温车间的结构等等，采用其它建筑材料，目前尚有困难或不是很经济，有时候也满足不了强度要求，则可考虑用钢结构。本设计中采用钢结构用于升降装置的支撑及立体车库的主框架结构，这种钢结构具有以下的几个优点。 （1）材料强度

在相同的载荷条件下，采用钢结构时，结构的自重较小，当跨度和载荷相同时，刚架的重量只有混凝土层架重量的1/4～1/3，如果用薄臂型钢屋架，则可更强，由于重量轻，便于运输安装。 （2）安全可靠

钢材质地均匀，各向同性，弹性模量大，具有良好的塑性和韧性。钢材在生产时，整个过程可严格控制，质量比较稳定，性能可靠。钢材组织均匀，接近于各向同性匀质体;钢材的物理力学特性与工程力学对材料性能所作的基本假定符合较好;钢结构的实际工作性能比较符合目前采用的理论计算结果，计算结果可靠，所以说钢结构的可靠性高 （3）工业化生产程度高

与其它建筑结构相比，钢结构工业化生产程度高，能成批大量生产，制造精度高，采用工厂制造、工地安装的施工方法，可缩短周期，降低造价，提高经济效益。 （4）具有一定的耐热性

温度在35度以内钢的性质变化很小，温度达到30度以后强度逐渐下降，达到45度～60度时，强度为零。因此钢结构防火性较钢筋混凝土差，一般用于温度不高于25度的场合。

同时钢结构设计时应满足下列要求：

（1） 结构必须有足够的强度，钢性和稳定性。 （2） 要符合建筑物的使用要求，要有良好的耐久性 （3） 尽可能节约钢材，减轻钢结构重量

（4） 尽可能缩短制造安装时间，节约劳动时间 （5） 结构要便于运输、维护

（6） 可能条件下，尽量注意美观，特别是外露机构

根据以上各项要求，钢结构设计应重视贯彻和研究节约钢材，降低造价的各种措施，做到技术先进，经济合理，安全适用，确保质量。 3.材料选择

立柱采用工子钢，因为工子钢有很强的承载压力的能力。一共有8根立柱，前后各有4根，采用浇注

的方法固定在混凝图中（地面采用混凝土）。横梁采用宽×高为200㎜×100㎜的冷弯矩形空心钢管（GB6728-86），因为提升机构的电动机、联轴器和制动器要放在横梁上，所以矩形空心钢管平放在立柱上，采用焊接的方法连接。

由于提升轴安装在纵向梁上，纵向梁承载着托盘和轿车的重量，纵向梁也采用宽×高为200㎜×100㎜冷弯矩形空心钢管

4.托盘上基本零部件的选择和设计

a.滚轮的设计：

（1）直接将滚轮安装在托盘上，在存车位上安装导轨（轻轨），滚轮直接在导轨上滚动，可以减少摩擦力，而且托盘移动平稳。滚轮在安装中有中心轴，轴焊接在托盘上，轴承选择内圈固定，外圈旋转，其滚动直径选160mm其结构简图，如图3-2所示。

1-轴承 2-滚筒 3-轴承端盖 4-轴

图3-2滚轮示意图

b.托盘主体结构的材料选择 托盘示意简图见零件图（A1） （1）外框空心钢管的选择

选用的结构用冷弯矩形空心钢管（GB-6728-86）

选择的尺寸180㎜×100㎜,壁厚t=4.00㎜,理论重量16.758㎏/m. （2）托盘中用于承载汽车的钢板的选择

根据GB3277-82，选择菱形花纹钢板，以增大汽车轮胎与钢板之间的摩擦力。厚度5㎜,宽420㎜,其它钢板，如承载用的平行与水平面的钢板。根据（GB709-88），选择厚度5㎜。

2

对于钢板厚度 4㎜, 理论重量 31.4㎏/m

2

菱形花纹钢板 厚度 4㎜, 理论重量33.4㎏/m (3)角钢的选择

根据GB9787-88选择碳素钢Q235-A，尺寸为50*50*5㎜的热轧钢等，边角钢理论重量1.822㎏/m. (4)托盘整体采用焊接的方法：

焊缝均采用手工电弧焊，焊缝不能有透、熔、蚀等缺陷，修刺倒棱，综上所述得出

菱形钢板 宽W=0.47m 长L=5.4m 矩形钢管 长L=5.4m 中间钢板 宽W=1.4m 长L=5.4m 角钢 长L=2.5m 得出：

矩形钢管：M2=16.758㎏/m×4×5.4m=361.97㎏

2

中间钢板：M3=31.4㎏/m×5.4m×1.4m=237㎏

2

菱形钢板：M4=33.4㎏/m×2×0.47m×5.4m=169㎏ 角钢： M5=1.822㎏/m×2×2.4m=8.7㎏ 其它重量：M7= 3㎏

所以上层托盘总重量为M总=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7 =779㎏.

由于底层托盘上有滚轮和齿条： 估算滚轮重量M滚=0.8×4=3.2㎏

33

齿条采用45号钢，淬火，密度为7.9×10㎏/m 长度为L=2150㎜，宽度为W=100㎜,高度为H=60㎜

33-12

M齿条=2150㎜×100㎜×60㎜×7.9×10㎏/m×10=101.91㎏ 底层托盘总重量为=779㎏+101.91kg=880㎏ 故底层托盘的重量初步定为880㎏. 5.导轨的设计

由于轿车和托盘的重量达到2379㎏，故选择GB11264-89中的轻轨，型号30。查其总高是108㎜，总宽是108㎜，总长是车库的长度，本设计车库长度为8500㎜，其截面如图3-4所示：

图3-4 托盘的轨道

四、传动部分的设计

（一）横移传动系统设计

横移机构传动示意图：

1

1- YCJ系列齿轮减速三相异步电动机 2- 联轴器 3-齿轮轴 4-齿轮 5- 齿条 6- 滚轮

图4-1 横移传动示意简图

1.平移装置中齿轮、齿条、驱动电动机的选择

取托盘（含轿车）为研究对象，受力分析示意图：

图4-2 托盘受力分析示意图

由上图可以知道，托盘运行条件是F1=Nf 查阅〈〈摩擦、磨损与润滑手册〉〉（第二册，机械工业出版社）得知：

在任何滚动轴承中，克服摩擦所消耗的功率可以按下式计算的平均摩擦力来计算：

Nf=faP （4-1）

式中：Nf-轴承所受的摩擦力

fa-滚动摩擦系数平均值

P-按一般动力计算公式得的轴承上的当量载荷 查阅〈〈摩擦手册〉〉表19.14得知部件中由于采用接触式密封，存在制造误差和装配误差，工况加重和润滑剂污染等，fa的值应该扩大一倍

-2

fa=1.8×10×2

对于深沟球轴承（本设计应用广

P=Fr×Kv×Ks×Kt （4-2）

式中： Fr-径向力

Kv-旋转系数 Ks-安全系数

Kt-温度系数

Fr=G1+G2=(1600+779)㎏×9.8N/㎏=23314N 由于是外圈旋转，取Kv=1.2 查阅〈〈摩擦手册〉〉得Ks=1.1,由表19.11得知Kt=1.0 得P=23314×1.2×1.1×1.0=30774N

-2

由上式Nf=fa×P=30774N×2×1.8×10 =1110N

,

Nf=F1

,

F1=2T/d

3

T=9.55×10p/n

由于是小型立体车库，适用于小区，移动速度不宜过快，故托盘的移动速度初步定位V=0.35m/s。 得：P=F×V=1110×0.35=0.388Kw

在此设计中平移部分只需移动一个车位，移动距离较近，从而要求速度较低。查阅《机械设计手册》第五卷(四)表22-1-61，选用YCJ140和Y90S-4一体的YCJ齿轮减速三相异步电动机。

电动机的额定功率为 P=0.75Kw 额定转速为 n=26r/min 输出转距为 T=248N/m

,,,,

校核：F=2T/d d=2T/F=2×248N.m/1110N=0.44m

,3

T=9.55×10×0.38Kw/30r/min＜T=248N.m ,

(T-实际需要转距) 故此电动机合适。

由于动力从电动机传送到托盘要经过联轴器、齿轮、齿条等部件，传递到托盘上的动力也会减少，从而使转距见效，所以齿轮直径和传动轴的直径应该大于0.44 m. 2.齿轮、齿条的设计

1)选择齿轮、齿条的材料 查阅《机械设计工程学》（中国矿业大学出版社）表8-17： 齿轮选用45号钢调质，245～275HBS 表面淬火 48～55HRC 齿条选用45号钢正火，165～210HBS 2）按齿面接触疲劳强度设计计算 托盘的横移速度 V=0.35m/s 齿轮的角速度 W=2nπ/60=π

V=Wr=Wd/2 (r-齿轮分度圆半径，d-分度圆直径) 0.35m/s=πd/2 得d=0.22m=220㎜

齿轮采用硬齿面，非对称分布。查《机械设计1》的表8-23得齿宽系数 φd =0.4

齿轮模数m可由《机械传动装置设计手册》查得： m=10

d=mz (Z-齿轮齿数) 220㎜=10z 得z=22

此齿轮齿数z在推荐值20到40中可以选取，故z=22，符合。 参考《机械设计1》表8-14和表8-15选取 齿轮的齿距 p=πm=3.14×10=31.4㎜

齿条的齿数 z2=L条/p=2100㎜/31.4㎜=66.87 取整数z2=67 检验校核：

查阅《机械设计1》得：

由式（8-15）得，载荷系数

K=KA×KV×Kβ×Kα （4-3）

式中：KA-使用系数

KV-动载荷系数 Kβ-齿向载荷系数 Kα-齿间载荷系数 由表8-20得 KA=1.25

由图8-57得 初值Kvt=1.15 由图8-60得 Kβ=1.03

由公式(8-55)及β=0 得εγ=εα=[1.88-3.2(1/22+1/67)]×1=1.69 由表8-21得 Kα=1.15

则载荷系数K的初值为Kt=1.25×1.15×1.04×1.15=1.72 得Kt=1.72 由图8-14得节点影响系数 ZH=2.5(β=0,x1=x2=0) 由图6-65得重合度系数 Zε=0.87(εβ=0) 由式(8-69)得,许用接触应力

[δH]=﹠Hlim×ZN×ZW/SH （4-4）

式中：ZN-接触强度寿命系数

ZW-硬化系数

SH-接触强度安全系数

接触疲劳极限应力δHlim1,δHlim2 查图8-69得

22

δHlim1=570N/㎜ δHlim2=460N/㎜ 由式(8-70)得,应力循环次数 N1=60njLh

按预期寿命5年,每天工作300天,每天工作8小时来算:

Lh=5×300×8

7

N1=60×30×1×8×300×5=2.16×10

7

N2=N1/u=0.7×10

77

得N1=2.16×10 N2=0.7×10

由图8-70得 ZN1=1.14 ZN2=1.2 由图8-71得 ZW=1 由表8-27得 SH=1.1

由公式 [δH]=δHlim×ZN×ZW/SH

22

得[δH1]=570N/㎜×1.14×1/1.1=591N/㎜

22

[δH2]=460N/㎜×1.14×1/1.1=510N/㎜ 综上所述.d1的设计初值d1t为:

1/31/31/21/321/3

d1t≥(2KT1)/(φd)×(u+1)/u×(ZE×ZH×Zε/[﹠H])（4-5）

式中:K-载荷系数 ZH-节点影响系数 T1-输出转距 Zε-重合度系数

Φd-齿宽系数 ﹠H-许用接触应力 U-齿数比 ZE-弹性系数

51/31/31/31/31/3

d1t≥(2×1.72×2.24×10)/0.4×(3.04+1)/3.04×(189.8×2.5×0.87/5912)≥161.47㎜ d1=220㎜＞d1t=161.47㎜ 所以选出齿轮d1=220㎜可用.

齿厚b=φd×d1t=0.4×161.47=64㎜

齿条宽b2=64㎜ 齿轮宽b1=b2+(5～10)=70㎜

***

由于采用正常齿轮,所以齿顶高系数ha=0.8,顶隙系数c,取c=0.3 分度圆的压力角度数为α=20° 确定齿轮的其它参数如下:

分度圆直径: d=mz=10×22=220㎜

*

齿顶高: ha=ham=0.8×10=8㎜

齿根高: hf=(ha+c)m=11㎜

**

齿全高: h=(2ha+c)m=19㎜

齿顶圆直径: da=d+2ha=220+2×8=236㎜ 齿根圆直径: df=d-2hf=220-2×11=198㎜

基圆直径: db=dcos α=220×cos 20°=206.7㎜ 齿距: p=πm=31.4㎜ 齿厚: s=πm/2=15.7㎜ 齿槽宽: e=πm/2=15.7㎜ 基圆齿距: pb=pcos α=29.5㎜ 发向齿距: pn=pb=29.5㎜

*

顶隙: c=cm=0.3*10=3㎜

故齿轮采用铸造齿轮,结构采用普通结构. 3.联轴器的选择

1) 类型的选择

电动机 P=0.75Kw (Y90S-4型) 具有结构简单,重量轻,制造成本低,传动 精度高等优点

故选择YL型凸缘联轴器 2)载荷计算

公称转距 T=Nfd1/2 （4-6）

式中：Nf-托盘受的平均摩擦力

d1-齿轮分度圆直径

-3

T=1110×10×220/2=122N.m

查阅《机械设计1》表14-1得工况系数KA KA=1.2

计算转距 Tca=KAT=1.2×122=146N.m 3)型号选择

参考系数:电动机的输出轴径是30㎜

从GB5842-86中查得YL7型凸缘联轴器的许用转距是 160N.m 许用最大转速是7600 r/min 轴径为 28～40㎜之间 故YL7型凸缘联轴器合适. 4.键联接的强度校核

1)键、轴和轮毂的材料都是45#钢，查阅《机械设计》表7-1得，许用应力[δp]=100～120MPa, 取其平均值[δp]=110MPa。

1） 对于半联轴器与轴之间的联接平键尺寸： b×h×L=10×8×32

1

键的工作长度L=L-b=32-10=22㎜

1

h=0.5h=0.5×8=4㎜

1

h-键与毂的接触高度

1

L-键的接触长度 d-轴直径

11

静联接，查《机械设计》公式7.1得 T=1/2 h Ld[δp]

113

[δp]=2T/ h Ld=2×122×10/4/22/30=92.4Mp＜[δp]=110Mp

所以，该平键的挤压强度足够，键是安全的。（半联轴器与轴之间平键安全。）

2)对于齿轮与轴之间的联接平键尺寸： b×h×L=12×8×32

**

式中：b-键宽度 h-键高度 L-键长度

1

键的工作长度L=L-b=32-10=20㎜

11

T=1/2 h Ld[αp]

式中：T-公称转距

1

L-键的接触长度 1

h-键与毂的接触高度 d-轴的直径 [δp]-许用挤压应力

113

[δp]= 2T/ h Ld=2×122×10/4/20/40=76.25Mp＜[δp]

故齿轮与轴之间的键是安全的。

(二)升降传动系统的设计

1.升降传动系统的内容介绍

本节主要对升降传动系统的链条、连轮、钢丝绳的选择计算与校核，驱动机构的设计，主要包括升降电动机的选择和校核；联轴的选择和校核；制动器的选择；链轮轴的设计计算与校核；轴承的寿命计算；升降轴的设计，升降传动系统的控制和维护。

升降传动示意简图：

1

1-YCJ系列齿轮减速三相异步电动机 2-链轮 3-滚筒 4-钢丝绳 5-滑轮 6-固定端 7-纵向梁

图4-3 升降传动示意简图

2.升降机构的工作原理

每块载车板上都配有一套独立的电机减速机与链传动组合的传动系统。其工作原理见图4-3所示。电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时载车板下降。

根据载车板及车辆确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定钢丝绳的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

3.链条的选择计算

由于此车库设计要求提升速度较低，线速度小于0.6m/s，属于低载重形式的链传动（低速链），如果低速链也按疲劳考虑，用额定功率曲线选择和计算，结果常不经济。所以采用静强度计算的方式确定链的规格。

查《机械设计》（第四版）公式14.21得， 链条的静强度计算公式为：

s=Q/(KAF+FC+Ff)≥Np （4-7）

式中： s-静强度安全系数

Q-链条抗拉载荷 KA-工况系数 F-工作拉力

FC-离心力引起的拉力 Ff-垂度拉力

NP-许用安全系数，一般为4～8。此处选择为8。

由上式确定链条的型号，也就是求出链条的抗拉载荷。由于动力源是电动机，而且根据轿车和托盘的

重量，可以知道提升机构属于中型升降机，查阅《机械设计大典》表36.2-5可以得到：KA=1.4 F=(1600+779)×9.8/4N=5828N

由于： v＜0.6m/s 查阅《机械设计》（第四版）表14.1可得20A链在单排是抗拉载荷是86.7KN，选择20A号链作为本设计的传动链。

由表14.1得到滚子链的具体参数如下：

内链节内宽b1 18.90㎜ 内链节外宽b2 27.46㎜

外链节外宽b3 27.51㎜ 节距 p 31.75㎜ 滚子直径d1 19.05㎜

由总图得知链条的长度L：

L＞1800mm

考虑到链条与链轮的啮合和其它因素，决定取：L=2000mm 则链条的节数n为：

n=L/p=2000/31.75≈63 4.链轮的设计计算和参数确定

于滚子链与链轮的啮合属于非共轭啮合，设计灵活。本设计采用一种常用的三圆弧一直线的齿型，其特点：（1）齿型与滚子啮合时的接触应力小；（2）啮合性能好。

1)由于线速度小于0.6m/s，查阅《中国机械设计大典》表36.2-4得下面结果：

Z=15 2)确定链轮的其它参数

由《机械设计》（第四版）公式14.2得：

d=p/sin(180°/z) （4-8）

式中：d-链轮的分度圆直径

p-配用链条的节距 z-链轮的齿数

d=31.75/sin(180°/15)=31.75/sin12°=31.75/0.2079=151.2㎜

为了制造方便，d取整数值，d= 151㎜ 由《机械设计》（第四版）公式14.3得：

da=p(0.54+cot180°/12) （4-9）

式中：da-齿顶圆直径

z-链轮的齿数 p-配用链条的节距

da=31.75(0.54+cot12°)≈170㎜

所以da取为170㎜. 由《机械设计》（第四版）公式14.4得：

df=d-d1=151-19.05=131.95㎜

取整数为df=132㎜ 由《机械设计》（第四版）公式14.5得：

dg＜p×cot(180°/z)-1.04h-0.76 式中：dg-齿侧凸圆直径

h-内链板高度 由《机械设计》（第四版）表14.1查得：

h=30.18㎜

所以有： dg＜31.75×cot12°-1.04×30.18-0.76 ＜116.75㎜ 取 dg=116㎜

先假设与链轮配合的轴的轴径dK为58㎜，现在来计算腹板式单排铸造链轮的主要节构尺寸。

查阅《中国机械设计大典》表36.2-22知，轮毂厚度h1为：

h1=9.5+dK/6+0.01×d =6.5+58/6+0.01×151 =20.68㎜

由《中国机械设计大典》表36.2-2同时得知：

L=4h1 dh=dk+2h1 R=0.04p （4-10）

式中：L-轮毂宽度

Dh-轮毂直径 R-圆角半径

h1=20.68㎜ p=31.75㎜ dk=58㎜

得到：L=82.72㎜ dh=99.36㎜ R=1.27㎜

L、dh和R分别取为83㎜、100㎜、1㎜。由于dh=100㎜＜dg=117㎜,所以dh可以取为100㎜。 腹板厚度t由与它配合链的节距决定，由《中国机械设计大典》表36.2-22知,当p= 31.75㎜时，t取为14.3㎜。

由综合上面数据得到链轮的示意简图如图4-4：

图4-4 链轮的示意简图

5.升降电动机的选择和校核

在钢丝绳的设计中已经知道每条钢丝绳所受的力为5750N。链轮的直径为151㎜，则所产生的力矩T为：

T=F×d/2 （4-11）

T=5828×151/2/1000≈440N.m

-3-3

因为 P=T×n×10/9.55=440×30×10/9.55≈1.38kw

查阅《机械设计手册》表22-1-61，选择YCJ170齿轮减速三相异步电动机。

其参数如下： 功率 P=4kw 输出转速 n=65r/min 输出转距 T1=552N.m 因为 T1＞T

所以提升所选用的YCJ170三相异步电动机合适。

-3

链条的线速度：v=πdn×10/60

-3

=3.14×151×65×10/60 =0.51m/s＜0.6m/s 所选的各种设备合适。

所以也得出钢丝绳的提升速度为0.51m/s。 6.钢丝绳的选择和计算

托盘是由四根钢丝绳承载，所以每根钢丝绳所受的拉力F为：

F=（G1+G2）/4=（779+1600）×9.8/4=5828N=5.828KN

由《钢丝绳中国标准汇编》查得表4-1知道得:

钢丝绳选择公称直径为3.2mm，最小破断拉力为8.9KN。

上层托盘下降到最底下，所需要的最大高度为2000mm，托盘上两个滑轮之间的距离为2400mm,所以钢丝绳长度为L：

L=2400+2000×2000=6400mm

考虑其他安装则取钢丝绳长度为7000m 表

7.联轴器的选择

公称转距为：

T=9550×P/n （4-12） 式中P、n分别是电动机的额定功率和转速

得： T=9550×4/65=587.6N.m 查阅《机械设计》表14-1得工况系数为KA=1.5 计算转距为：

Tca=KA×T

=1.5×587.6N.m =881.4N.m

参考数据：

电动机轴径：45㎜

齿轮轴轴径：45㎜

从GB5843-86中查得，YL11型凸缘联轴器扭矩为1000 N.m满足要求，所以此处选择YL11型凸缘联轴器。 8.制动器的选择

由于采用直接抱紧轮轴的方式实行制动，所以选择短行程块式制动器，由于采用电动机作为动力源，为了确保动力中断时轿车安全，应选用长闭式制动器。

查《机械设计》第四版16.5公式得：

Tc≤Tz （4-13） 式中：Tc-计算制动转距

Tz-制动器的转动转距

本设计垂直制动，被制动的不仅有惯性质量，还有垂直载荷，在此种类型的制动中，垂直载荷是主要的，惯性质量相对较小，故在计算中可以不予考虑。垂直制动时的计算制动转距按下式计算：

Tc=S×Tt （4-14）

式中： Tc-计算制动转距

S-制动安全系数 查《中国机械设计大典》表40.3-2得S=2.0 Tt-换算到制动轴上的负载转距

垂直制动时的负载转距由下式计算而得：

Tt=mgD0/n （4-15）

式中： m-垂直升降物体及其吊具质量

g-重力加速度 D0-制动轴的轴径 n-制动轴的转速 所以得：

-3

Tt =5828×9.8×40×10/65≈35.15N.m

则 Tc=S×Tt=2×35.15=70.30N.m

查阅《中国机械设计大典》表40.4-6，选用机座号为16的电磁制动器，其制动转距是120N.m.故设备合适。

9.链轮轴的设计计算与校核

1.链轮轴上的功率P2和转速n1的计算

由于链轮通过联轴器直接和电机的输出轴相连，所以链轮轴和电机的输出轴拥有一样的转速，都为65r/min，所以有：

n1=65r/min

转距T可以通过链轮的直径和链条所承受的力来确定：

T=F×d/2

式中： F-链条承受的力，由前面计算知道为5828N

d-链轮的直径，由前面计算知道为151㎜ 所以有：

T=5828×151/2/1000=440N.m

于是有：

P2=T×n1/9550=440×65/9550≈2.99kw

初步估算轴的最小直径。选取材料为45号钢，调质处理。 查阅《机械设计》表15-3，取A0=110 于是有：

1/31/31/31/3

dmin= A0P2/n1=110×2.99/73≈45mm

链轮轴的最小直径应该是安装联轴器处轴的轴径，取dmin=45㎜

2根据轴向定位的要求确定轴的各段直径和长度

1）为了满足联轴器的轴向定位要求，第二段轴右段要有一个轴肩，故第二段轴径的直径取为50㎜，由于为了安装方便只在右端支撑的左边设计一个轴肩，直径取为60㎜，轴的最右端一段直径取为50㎜。

2）由上面的联轴器的选择知道，第一段长度取为80㎜，最右端的轴，由轴承的宽度而定，查阅《实用手册》可以得到：

这段轴的长度为15㎜，它左边的轴肩只起定位作用，所以决定取长度为5㎜，剩下的一段轴即要安装链轮，又要安装制动器，所以决定取为185㎜。由此设计出轴的结构简图见零件图。

3.确定轴上的圆角为R2 轴上倒角为2×45°

4.按弯矩合成应力来校核轴的强度

由《机械设计》（第四版）公式16.3得：

﹠b=Mb/W （4-16）

式中：﹠b-弯曲应力

W-轴的抗弯截面系数 Mb-当量弯矩

32

W=πd/32-bt(d-t)/2/d

32

=3.14×50/32-14×7×(50-7)/2/50

3

=10453.61㎜

所以 δb =244500/10453.61

2

=23.3N/㎜

前面已经选定了轴的材料为45号钢，调质处理，由《机械设计工程学1》表15-1得：

[δ-1]=60Mpa=60N/m

因此有：δb＜[δ-1]

所以链轮中心轴的强度符合安全要求。 10.键的制造方式、尺寸确定和强度校核

(1)键的制造方式和尺寸的确定

链轮、半联轴器与轴的轴向定位均采用平键连接，按第一段轴径为45㎜，由《实用手册》差得平键截面b×h=14×9(GB1096-79),键槽用键槽铣刀加工，长为56㎜（标准键长，见GB1096-79），同时为了保证半联轴器与轴的配合有良好的对中性，故选择半联轴器与轴的配合H7/K6，同样选择链轮与轴的配合为H7/K6，选择的平键尺寸为b×h×L=14×9×63

(2)键的强度校核

键、轴和轮毂的材料都是45#钢，查阅《机械设计》表6-1得许用应力[δ]p=100～120Mpa,取其平均值[δ]p=110Mpa.

半联轴器与轴之间的联接平键尺寸：

b×h×L=14×9×56

键的工作长度l=L-B=56-14=42㎜

键与轮毂键槽的接触高度K=0.5×h=4.5㎜

3

所以有： ﹠p=2T×10/k/l/d

3

=2×440×10/4.5/42/50 =93.12Mpa＜[δ]p

所以，该平键的挤压强度足够，该键是安全的。 链轮与轴之间的联接平键尺寸： b×h×L=14×9×63

因为同一根轴承上所需传递的扭矩T是相同，所以只要考虑键的大小就行了，两种键的尺寸相差不大，所以链轮与轴之间的联接平键是安全的。 11.轴承寿命的计算

对于滚动轴承210，其基本额定动载荷C=27.0KN。下面确定其动量载荷P，由于它不承受轴向力，故有：

P=Ft/2

式中：Ft为链轮作用于轴上的径向力，

因为滚动轴承相对于链轮的中心对称，所以P为Ft的一半。 所以 P=6140.4/2=3070.2N 轴承的寿命为：

ε6

Lh=(C/P)×10/n/60

本设计选用的是深沟球轴承，ε=3

336

所以： Lh=(27×10/3070.2)×10/73/60

5

≈1.6×10 h 12.滚筒与定滑轮的选择

对于卷筒和滑轮的直径选择 根据公式

D≥(e-1)d （4-17） 式中：d为钢丝绳直径

e为工作数

查阅《中国设计大典》，e=16,根据第三章整体框架的设计，和纵向梁的尺寸，得知，滚筒的基本尺寸为：

长度L=200mm, 外围直径d=150mm 内直径d=50mm

根据上层托盘（轿车的重量）受力分析，考虑到滑轮安装在托盘上不影响轿车的存取，所以确定滑轮的尺寸：

滑轮槽宽 W=10mm, 外圆直径d=100mm, 滑轮槽深h=20mm 13.升降轴部分的确定

图4-5 升降轴示意图

升降轴在本车库中比较重要,从齿轮传递来的动力带动两个卷筒旋转,使钢丝绳运动来提升托盘升降.

升降轴的材料选择45#钢,调质处理后有：A=107～118

d式中：

d-轴的直径 T-轴的转矩

-轴的许用扭应力 P-功率



A（4-18）

N-转速 A-按确定的系数

由前面知道主动轮v=0.51m/s=从动齿轮线速度v1

则 从动大链轮n2=(0.6×60×1000)/(2π×25)=228.6 r/min

链轮传动比i=n2/n1=228.6/65=3.5

大链轮齿数Z2 =Z1 ×2.99=15×3.5=52.5 选择标准齿数53 大链轮分度圆直径=3.5×151=528.5mm 卷筒功率P=FV=5750×0.6=3.45kw

则由公式4.17得 d110

×d选择40mm 长度2700mm 两端由两个轴承承载固定 14.升降机构的控制

根据载车板及车辆确定链条所需的传动力。根据传动力及载车板移动速度确定电机功率。根据车身高度确定上下载车板间的距离，根据这个距离确定钢丝绳的长度，最后根据传动力确定链轮大小，链节形状及大小。

15.升降机构的维护

由《机械设计》（第四版）图14.23得，本设计的链传动采用人工定期润滑的方式，润滑的方式：用刷子或油壶定期在链条的内，外链板的间隙中注油。供油量保持在每班注油一次。

为了工作安全、保持环境清洁，防止灰尘进入、减小噪声以及由于润滑需要等原因，链传动用铸造或焊接护罩封闭。

定期对提升部分的控制系统进行检修，还有就是安全装置的维护，保证提升机构的安全稳定。

=27.18mm

五、控制系统介绍

(一)立体车库自动控制系统

现代大型建筑的主流是智能化大厦和小区，因此自动化立体停车设备或车库的自动控制系统将成为智能化大厦和小区的一个重要组成部分。操作简单、迅速，使用方便，安全可靠，维护量小，为用户提供一个安全、简易的使用环境，这是自动化立体停车设备的基本特点。停车设备的一切运行状况，车辆停放的时间，车辆存放交费情况，车库库容量，车辆存放高、低峰情况，等信息均可通过网络传送到智能化控制中心，通过智能化控制中心运算处理，与广播系统和各分部管理办公室相连，达到提前发布相关控制、管理信息，从而全部实现智能化管理。通过大厦和小区的智能化控制中心还可与社会相关职能部门联网，将有关信息发布出去或收集进来，扩大车库的社会利用率和经济效益。这将是自动化车库的发展方向。 立体车库自动化控制系统主要包含以下五个子系统：自动收费管理系统，自动存取车系统，远程诊断系统，自动道闸，监控安保系统。

以上子系统均由中央控制室统一控制，可为客户规划停车库管理形式，发布车库库存容量控制车流方案。

（1）自动收费管理系统

自动收费采用非接触式IC卡。IC卡分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户，发行储值卡，即：用户交纳的费用存在卡内，每次停车读卡自动从卡中扣除费用。

（2）自动存取车系统

自动存取车系统一般由小型可编程控制器PLC控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到PLC控制系统，PLC系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置，开启车库门，缩短存取车的时间。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行动作，若检测到急停信号，将停止一切动作，直至急停信号消失。以上信号均为硬件信号，除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时保证主体设备及车辆的安全。

（3）远程诊断系统

现场控制器可以通过网卡等网络设备与控制中心的局域网相连接，可以通过MODEN实现远程管理，监测现场运行情况，当现场出现故障时，在控制中心即可进行解决，方便管理人员、安保人员异地办公。

（4）自动道闸

在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸，用户在车库出入口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效，若有效，则道闸自动开启，通过感应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。

（5）监控安保系统

监控安保系统是指在中央控制室进行监视控制车库现场的运行状况。它具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统实现连动等功能，可以实现无人看守。

(二)升降横移式立体停车设备的泊车流程

（1）红绿黄指示灯指示车库运行状态。

红色指示灯指示有人正在进行操作，请稍候；绿色指示灯指示目前无人操作，可进行操作；黄色指示灯指示有故障发生，车库不能工作。

（2）存车操作

司机驾驶车辆从车库入口进入。在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自己的IC卡，感应过程完毕，栅栏自动升起，司机开车进入车库。车辆进入后，栅栏自动关闭。划卡的同时，控制器读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，车库单元门自动打开。司机开车进入，停车到位，拉手刹，下车走出车库，用IC卡在车库出口处晃一下IC卡，车库单元门自动关闭。完成存车操作。

（3）取车操作

司机进入车库时，在入口处的非接触式读卡机前感应区域晃以下自己的IC卡，控制器自动读取车位号，车库内对应的载车盘自动移动到人车交接的位置，车库单元门自动打开，司机进入车库，开车出来，在车库出口处的自动读卡机前感应区域晃一下自己的IC卡，感应完毕，读卡机接受信息，上位控制机自动记录、扣费，栅栏自动升起，司机开车出场，出场后，栅栏自动关闭；同时，控制器自动读取车位号，对应的车库单元门自动关闭。取车操作完毕。

车库在运行过程中，有完备的自我保护装置。一系列光电开关、接近开关、行程开关等对载车盘准确运行到位起着决定性的作用；独特的防坠落装置、断绳报警装置、超速保护装置对车辆的安全起到保护作用。 车辆超长检测、车辆停车不到位检测、以及人员误入检测等信号对车辆及人员的安全起着决定性的作用。

(三)安全装置

上载车板上装有上下行程极限开关和防坠落安全装置。防坠落安全装置装在纵梁与上载车板上停位之间，在纵梁两侧个装两只挂钩，上载车板两侧相应位置处各装两只耳环，当上载车板上升到位后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机常闭制动器慢释放后，上载车板在轿车和载车板本身的重力作用下，慢慢下滑，压坏下层轿车。另外也防止制动器失灵，上载车板从上层停车位坠落，砸坏下层轿车。下载车板的安全装置主要是行程极限开关和防碰撞板。行程极限开关的作用是使载车板横移到位后自动停止。防碰撞板的作用是：下载车板横移时，如果碰撞到人、遗留行李时，切断横移电机电源，横移停止。

(四)控制系统

PLC即可编程控制器，最初只具备逻辑控制，定时、计数等功能，主要是用来取代继电接触器的功能。PLC是计算机技术与继电接触控制技术结合的产物，它采用了计算机存储程序和顺序执行操作的原理。PLC发展至今天，它采用了中央处理单元CPU，从而具有更强大的应用功能，而且它的指令系统丰富，程序结构灵活，通用性和适用性强，主要用以实现复杂控制，是目前工业自动化控制中应用最广泛的设备。

在本设计中，由于停车库中存、取车控制较为复杂，但又为顺序动作控制，控制方式也很单一，故选用PLC控制最为合适。

PLC用于立体车库控制的优点： 1.稳定性好，可靠性高;

采用高集成度器件的PC机，具有很强的抗干扰能力，并具有各种保护功能，一旦出现故障，可以迅速停止工作，不会造成误操作。

2.程序编制简单，容易掌握；

PLC所采用的继电器梯形图符号的编程方法比其它编程方法都为简单，很容易被技术人员所掌握，而且能在现场进行编制调试，然后写入存储器中进行使用。

3.检修方便

具有自诊断程序，每次运行使用都能自行检查，发现故障自行停机。而且在调试过程中，可采用模拟输出方法来检查联机运行中的正确性，非常方便。

由于以上特点，PLC非常适合立体车库的控制系统。采用PLC操作，还可以减少控制系统的体积，降低了成本，从而提高经济效益

下面以控制存取6号位的车辆为例，其PLC控制图如图5-2，其程序为：

图5-2 5号车位的控制图

Y0-电机正转 3位移到空位 Y1-电机反转 6位移到3位 Y2-电机正转 3位移到6位 Y3-电机反转 空位移到3位

X05-空位限位开关 X01-启动开关 X03-6位限位开关 X06-3位限位开关

LD X01 LD X06 OR Y1 OR Y2 ANI X05 ANI X03 OUT Y0 AND M0 LD X05 OUT Y2 ANI X06 LD X03 ANI Y2 ANI X06 OUT Y1 ANI YO OUT MDT100 OUT Y3

结束语

随着中国经济的腾飞，城市化进程加快，汽车越来越快的走进工薪阶层家庭，而土地越来越紧缺的情况下，为解决城市停车难的问题，立体车库是必然出路之一。我国立体车库发展虽经历了一段时间来的发展，但仍处于初级的停车功能，是最原始的使用阶段，它的设计水平、经济价值还有待于完善和开发。为此对立体车库设计方案优化具有重大的现实意义和潜在的市场经济效益。但对产品的需求，将会向两个极端发展：一个极端就是价格的极端，市场大量需要低价格的机械停车设备，它只要能够达到增加停车位的目的，能够保证最基本的使用性能，以价格优势占领市场，另一个极端就是技术与性能的极端，要求停车设备具有优越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通过国内外机械停车设备使用经验的总结，可以发现人们在利用机械停车设备存取车时，比较追求的是存取车速度、等待时间以及方便的程度。此外，未来的机械停车设备市场，也会更加注重完善的售后服务系统、远程监控系统、远程故障导处理系统。机械立体停车库的种类繁多，我们必须通过详尽的技术分析才可以有明智的决断，利用一切可以利用的因素，建造出经济技术合理和适应市场要求的机械立体停车库。总之，在我们面临着建设现代化大都市的重任和土地资源异常奇缺的情况下，使用机械立体停车库是可行选择，它的前景也是美好的。

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致 谢

感谢我的指导老师张良超，王红俐老师!本论文从选题构思、资料收集到修改定稿，无不凝聚着老师的心血。正是老师的辛勤劳动，我才有了今天的成绩!古语有云“师者，传道，授业，解惑者也”，老师广泛渊博的学识、严谨细致的治学态度、一丝不苟的工作作风和积极进取的事业精神，都使我受益匪浅。老师的悉心教诲，使我在学术专业方面有了一定的提高，更为重要的是，老师在治学为人上的那份执著和热诚，也深深地影响着我，并将鼓励我在未来的路上不断地探索、前进!

感谢张良超老师、李全林老师、王红俐老师，他们的教诲，换来了我对专业知识的掌握!

感谢所有给以我支持和帮助的朋友、同学们!

最后，感谢在百忙之中审阅本文的专家教授、老师们!

谢谢大家!