机械毕业设计553地下升降式自动化立体车库设计

摘要

本设计是根据我国近几年来房地产业的蓬勃发展和老百姓私家车的急剧增多，私家车数量的急剧增加与车（位）库设置严重滞后的矛盾应运而生的自动化车库。地下升降式自动化立体车库，是充分利用小区地下空间设置的新型车库，其型号为单层2个车位。车库下降后可完全居于地面之下，车库表面能与周边完全融为一体。并且每个车库均属独立空间，升降自如，停（取）车极为方便，快捷，是充分利用地下空间改造或兴建的安全、新型、便捷式车库。该车库设计新颖、独特、巧妙，实用性强，可以大大缓解小区车库（位）严重不足的矛盾。本说明书共分五章，着重设计计算了钢丝绳及滑轮组机构、载车板、升降机构、横移入库机构以及库架等主要系统的设计计算。

关键词：载车板升降系统横移机构

Abstract

The design is based on the developmrnt according to our country in the last few years real estate industry vigorous development and the common people private vehicle, the private vehicle quantity sharp growth and the vehicle (position) the storehouse establishment serious lag contradiction arises at the historic moment automated garage. The underground elevating automation three-dimensional garage, is the full use plot underground space establishment new garage, its model for single-layer 2 berth. After the garage drops may reside in under completely the ground, the garage surface energy and peripheral merges into one organic whole completely. And each garage is the space-independent, the fluctuation freely, stops (takes) the vehicle to be extremely convenient, quick, is the full use underground space transformation or the constructing security, new, the convenient -like garage. This garage design novel, is unique, is ingenious, usable, may alleviate the plot garage greatly (position) the serious insufficient contradiction. This instruction booklet altogether divides five chapters, the emphatically design calculation steel wire and the block and tackle organization, carried the template, the elevating mechanism, move horizontally the warehousing organization as well as storehouse and so on the main system design calculation.

Key words: carries jacking system moves horizontally organization

目录

摘要..........................................................................................I Abstract.......................................................................................II 第1章绪论 (1)

第2章车库的结构设计计算和零件选 (2)

2.1 钢材的选用 (2)

2.1.1库上边框钢材的选择 (2)

2.1.2库架支撑钢的选择 (2)

2.1.3上下层支撑钢的选择 (3)

2.1.4升降台辅助支钢的选择 (3)

2.1.5链轮支撑钢的选择 (3)

2.1.6链轮辅助支撑钢的选择 (3)

2.1.7滑轮支撑钢的选择 (3)

2.1.8滑轮辅助支撑钢的选择 (4)

2.1.9上下层支撑钢横向连接钢的选择 (4)

2.1.10滑轮支撑钢横向连接钢的选择 (4)

2.1.11链轮支撑钢横向连接钢的选择 (4)

2.1.12载车板横向边缘钢 (5)

2.2 载车板的结构和尺寸的设计算 (5)

2.3 升降系统各零部件的结构设计和尺寸确定 (7)

2.3.1 升降台结构的初步设计 (7)

2.3.2 钢丝绳的设计计算 (8)

2.3.3 钢丝绳夹的选择 (11)

2.3.4 滑轮及其组件的设计计算 (12)

2.3.5 卷筒的设计计算和尺寸确定 (17)

2.3.6 升降链及链轮的选择 (21)

2.3.7 升降用电动机及变速器的设计计算及型号选择 (24)

2.3.8 升降电动传动链及连轮的连轮的设计计算 (25)

2.4 横移机构结构的设计和各零部件的设计计算以及选择 (28)

2.4.1 轨道和导轮的设计计算 (29)

2.4.2 横移电动机的设计计算及型号选择 (32)

2.4.3 带及带轮的选择 (34)

2.4.4 联轴器的选择 (37)

2.5 库钢架结构的设计 (38)

第3章车库其它配备要求 (40)

3.1 电控系统 (40)

3.1.1 控制系统组成 (40)

3.1.2 控制系统的运行方式 (41)

3.1.3 控制系统的故障检测 (41)

3.2 安全设置 (41)

3.3 照明 (42)

3.4 通风 (42)

3.5 排水 (42)

3.6 消防 (42)

第4章经济可行性分析 (44)

4.1 市场需求 (44)

4.2 初步可行性研究 (45)

4.2.1投资机会调查统计 (45)

4.2.2经济成本核算 (45)

第5章专题论文 (46)

5.1 除雪工作装置的概述 (46)

5.2 多段式可越障除雪工作装置（改进型除雪工作装置） (47)

5.2.1 多段式可越障除雪工作装置优点 (47)

5.2.2 多段式可越障除雪工作装置的结构组成 (48)

5.2.3 工作装置的工作原理 (49)

5.2.4 多段式样可越障除雪工作装置的使用要求 (49)

5.3 其它形式的除雪工作装置 (50)

5.3.1 转子式除雪装置 (50)

5.3.2 犁式除雪装置 (50)

5.3.3 多功能除雪装置 (51)

5.4 除雪工作装置与车辆的匹配 (52)

5.4.1 专用车 (52)

5.4.2 兼用型牵引车辆 (53)

总结 (55)

致谢 (56)

参考文献 (57)

附录 1 外文译文 (58)

附录 2 外文原文 (67)

第1章绪论

本设计是为适应现代化进程和解决小区车库（位）严重不足而设计研制的一种新型家庭用自动化立体车库。该车库结构主要由钢丝绳及滑轮组机构、载车板、升降机构、横移入库机构以及库架等部分组成。其工作原理为：1车辆入库：操作控制系统，升降台载着载车板通过升降系统以4mm/min 的速度提升到达与地面相平处停止，车辆通过车库进口端开进，经升降台到达载车板定位处。车辆停好位后，司机从库侧面走出。操作控制系统，升降台提升着载车板和车辆向地下以4mm/min的速度垂直下降。当载车板的导轮与地下轨道相吻合时，升降系统停止运作，此时车库顶盖（附带与两侧升降台上）盖住库顶且库顶与地面相平。随后通过电磁阀传感横移系统，载车板上的电机通过带传动系统带动导轮沿着导轨横向移动，而导轮与载车板是一体的，所以载车板载着车辆和导轮同步向左或向右移入库中两侧中的一个库中，通过传感系统找正位置，横移停止运作。车辆入库结束。总共用时一分中左右。

2车辆出库：操作控制系统，横移机构带动对应的载车板及上面的车辆横向从小车库移出，沿轨道到达升降台指正位置，升降系统运作，升降台载着载车板和车辆向上移动，同时车库盖打开。当升降台上面与地面相平时，上升停止。司机从库口的左右两侧进到车内，开走。随后操作控制系统，车辆入库，入库过程同上。

在不使用车库的情况下，车库顶盖盖住库顶，从上面看去与地面相平，并且与附近路面和谐一致，既可以走人也可以通车辆。另外升降系统采用钢丝绳传动，由链起升降平衡的作用。

第2章车库的结构设计计算和零件选择

2.1 钢材的选用〈〈机械设计手册１〉〉

2.1.1 车库上边框钢材的选择

选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H×B×t=300×200×10。理论质量为10.221kg/m.横截面面积S=13.0212

cm,重心X。=1.517. 材料选择优质碳素结构钢20钢。

图2—1矩形冷弯空心型钢结构

2.1.2 库架支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=300×200×10。理论重量为72.7kg/m横截面面积S=92.62

cm.材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为3500mm,数量为4根。

得质量为

1472.7 3.51017.8

m kg =??=。

2.1.3 上下层支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表 3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=160×80×8。理论重量为26.81kg/m横截面面积S=33.642

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为3000mm,数量为4

根。得质量为

2426.813321.72

m kg

=??=

2.1.4 升降台辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表 3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=100×50×5。理论重量为10.484kg/m横截面面积S=13.3652

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为1000mm,数量为4

根。得质量为

3410.484141.936

m kg

=??=

2.1.5 链轮支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表 3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。理论重量为15.097kg/m横截面面积S=19.2322

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为500mm,数量为4

根。得质量为

4415.0970.530.194

m kg

=??=

2.1.6 链轮辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。理论重量为15.097kg/m横截面面积S=19.2322

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为750mm,数量为4

根。得质量为

6415.0970.7545.291

m kg

=??=

2.1.7 滑轮支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表 3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=120×50×6。理论重量为15.097kg/m横截面面积

S=19.2322

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为750mm,数量为4

根。得质量为

6415.0970.7545.291

m kg

=??=。

2.1.8 滑轮辅助支撑钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。理论重量为 4.826kg/m横截面面积S=6.1472

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为750mm,数量为4根。

得质量为

74 4.8260.757.239

m kg

=??=

2.1.9 上下层支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=100×50×5。理论重量为10.484kg/m横截面面积S=13.3652

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为1850mm,数量为2

根。得质量为

8210.484 1.8538.7908

m kg

=??=。

2.1.10 滑轮支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。理论重量为 4.826kg/m横截面面积S=6.1472

cm. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为1850mm,数量为2

根。得质量为

92 4.826 1.8517.8562

m kg

=??=。

2.1.11 链轮支撑钢横向连接钢的选择

选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表 3.1-165，根据实际需求选择尺寸H×B×t=60×30×4。理论重量为 4.826kg/m横截面面积S=6.1472

cm.材料选择优质碳素结构钢20钢. 确定长度为1850mm,数量为2根。

得质量为

102 4.826 1.8517.8562

m kg =??=.

图2—2矩形冷弯空心型钢结构

2.1.12 载车板横向边缘钢

选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H ×B ×t=100×50×4.0。理论质量为 5.788kg/m.横截面面积S=7.3732cm , 重心X 。=1.448. 材料选择优质碳素结构钢20钢。确定长度为4700mm,数量为2根。得质量为. 112 5.788 4.754.4072m kg =??=. (以上理论质量都是按钢的密度为7.85g/3cm =27850kg

m )

2.2 载车板的结构和尺寸的设计算〈〈机械设计手册１〉〉 由于本设计存车容量为4700×1850×1450中型车，考虑力学性能，设计结构尺寸如图2.3。

整体由冷弯空心型钢、冷弯等边槽钢和钢板焊接而成。

低部三横梁钢材选用矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表

3.1-165，根据实际需求选择尺寸H ×B ×t=160×80×8。理论重量为26.81kg/m 横截面面积S=33.642cm 。材料选择优质碳素结构钢20钢. 确定长度为1850mm,

数量为3根。得质量为12326.81 1.85148.7955m kg =??=..

车板边梁选择冷弯等边槽钢（GB/T6728-2002）。通过查表3.1-158根据实际物理需求，选择H ×B ×t=100×50×4.0。理论质量为5.788kg/m.横截面面积S=7.3732cm , 重心X 。=1.448. 材料选择优质碳素结构钢20钢. 确定长度为4700mm,数量为2根。得质量为. 112 5.788 4.754.4072m kg =??=.

中部支撑刚选择矩形冷弯空心型钢结构（GB/T6723-1986）。通过查表

3.1-165，根据实际需求选择尺寸H ×B ×t=100×50×5。理论重量为10.484kg/m 横截面面积S=13.3652cm .材料选择优质碳素结构钢20钢确定长度为1690mm,数量为2根。得质量为. 13210.484 1.6935.43592m kg =??=

钢板材料采用ZG06Cr13Ni14Mo.体积为31.85 4.70.010.086m ??=质量为14m =7850 0.086=675.1kg ?

2—3载车板结构示意图

2.3 升降系统各零部件的结构设计和尺寸确定

本系统主要通过电动机带动钢丝绳通过滑轮提升或下放载车板。结构主要由升降台、钢丝绳及滑轮组件、链和链轮组件、卷筒组件、电动系统等组成。

2.3.1 升降台结构的初步设计

通过查《机械手册3》第28篇要求，对升降台结构设计计算。其初步结构主要由

螺栓、矩形边梁钢、链连轮、滑轮、钢板、连接板支撑钢等组成机构如下

图2—4升降台结构

2.3.2 钢丝绳的设计计算。〈〈机械设计手册2〉〉

1．机构工作类型的选择

由于本车库为家庭用车库，工作时间1

2.机构载荷的等级的选择

车库机构一般承受中等载荷，较少承受大载荷，所以通过表8.1-2选择机构载荷L2

3.机构工作类型的选择

通过机构工作类型T5和机构载荷L2查表8.1-3选择机构工作类型为M5 4钢丝绳的设计计算及选择

（1）类型选择

通过查表8.1-6根据起重机型用钢丝绳选择双绕绳式；按钢丝绕制方法选择交互捻绕型；按钢丝绳中丝与丝接触状态选择线接触型；按股绳截面形状选择圆形；按钢丝绳绳芯形式选择纤维芯型。

（2）选择计算

按GB/T381-1983计算，计算方法如下：

14m max d c F = （2—1）

式中d---钢丝绳最小直径（mm ）

max F --钢丝绳最大静拉力（N ）

C---选择系数（mm/N ）选择系数C 的取值按表8.1-8选取，通过结构工作级别M6选择C=0.109b a MP δ，安全系数n=6.

对钢丝绳受力分析

图2—5升降机构总体受力

T--即为钢丝绳受力。

G---钢丝绳所提升的重物，包括载车板及附属零件，电机，升降台，滑轮，导轮，链轮等。

粗略计算电机，滑轮，导轮，链轮及附带零部件质量各为100kg ，那么它们总体质量为500kg ，升降台顶盖质量为1000kg ， 那么G 的估算值为 2313(5001000500)(321.7241.93630.1949.65245.297.23938.7917.8517.8554.407148.795535.4352000)1027691.58530000m m m g

N

+++++=++++++++++++?=≈ 钢丝绳的最大受力max 1130000750044

F T

G N ===?= 所以钢丝绳的最小直径max 0.10975008.66d C F mm ==?=

故选择直径8.66d mm ≥

通过表8.1-9选择钢丝绳公称直径为020d mm =

钢丝绳应力的校核：

钢丝绳的破断应力应该满足公式

0max F nF ≥ （2—2）

式中

0F ——所选用的钢丝绳最小破断拉力（N ）

； n ——安全系数，按表8.1-8选取。

∴0F ≥6?7500=45000N

由表8.1-9知道直径为20mm 的钢丝绳公称抗拉强度为1670a MP ，所以该钢丝绳的最小破坏拉力为221KN

所以0F =221000N>45000N

所选钢丝绳规格合格。

通过表8.1-34选择起重机型线接触钢丝绳619S

型号钢丝绳。

2.3.3 钢丝绳夹的选择

图2—6钢丝绳夹

根据表8.1-35选择

A=37.0 B=37 C=74 R=10.5 H=92

螺母M16材料为KTH350-10(GB/T5976-1986)

钢丝绳夹的使用方法由表8.1-38查得每个接头处的钢丝绳夹最少为4个，其安装结构及尺寸如下图：

图2—7钢丝绳夹的安装位置

其中A=(6~7)d。=120~140mm 取A=130mm。

2.3.4 滑轮及其组件的设计计算

1材料和结构的选择

滑轮用来对钢丝绳进行导向和支撑，以改变绳索及其传递拉力的方向或平衡绳索分支的拉力。由于本设计的滑轮承受载荷中等，选择材料为ZG230-450,制成实体滑轮。

2滑轮主要尺寸的确定

绳槽半径R是根据钢丝绳直径d的最大允许偏差为0

7±确定的。钢丝绳绕进和绕出滑轮槽时偏斜的最大角度（即钢丝绳中心线和与滑轮轴垂直的平面之间的角度）应不大于04。

绳槽表面的精度为 6.5

a

R。滑轮的主要尺寸通过表8.1-63确定滑轮槽断面尺寸

1 1

1 2 3 4

60 44 1.5 20 16 30 5.0 14 14

B E

C R R R R M S = = = = = = = =

=

图2—8滑轮基本尺寸（JB/T9005.1—1999）

根据表8.1-64确定滑轮的直径

选择D=400mm

3滑轮形式的确定

由于结构好密封比较严密选择A型结构。

图

2—9滑轮基本尺寸

通过查表8.1-65选择滑轮轴承尺寸

3100B = 565060D D == 22宽度 16212A = 2212A NF = 60B = 486B = 7110D = 26S =

由表8.1—66选择轮毂尺寸

11R = 19~2022d ≥取 35H = 3100B = 48D M = 129D = 15125D = 17135D = 19115D = 60B = 7110D = 1 5.5F = 2150D = 510R = 螺栓孔数n=4 螺钉孔数n=8

4滑轮强度的计算

图2—10滑轮受力分析

假定轮缘是多支点梁，绳索拉力F 使轮缘产生弯曲

绳拉力的合力(N)

2sin 2p F F γ

=

（2—3） 式中 F —绳索拉力，为7500N

γ—绳索在滑轮上的包角的圆心角。为45o

所以 45

2sin 27500sin 5740.2522p F F N γ

==??=

轮缘最大弯矩（N mm ?）

max 16p F L

M =

（2—4）

式中L —两轮辐间的轮缘弧

长(mm) 22

1111 3.14400157008484L D π=?=???=mm 所以max 5740.25

15700

5632620.3131616p F L M N mm ?===?

轮缘最大弯曲应力（a MP ）

max sin 82

wp F L W γδδ=

< （2—5） 式中 W —轮缘抗弯断面摸数（3mm ） wp δ—许用弯曲应力，应该小于100 a MP

所以

max 750015700sin 56.32100828100a a F L MP MP W γδ?=

==

当绳索拉力合力方向与辐条中心线重合时，辐条中产生的压应力最大

2sin 2c cp F A

γδδ?=< （2—6） 式中 A —辐条断面面积（2mm ），取A=700 2mm

?—断面折减系数，取0.1

cp δ—许用压应力为100a MP

所以

452sin 27500sin 22821000.1700o

c a cp a F MP MP A γ

δδ???===<=? 滑轮满足要求。

5滑轮组件的设计

查机《械设计手册3》按ZB/T J80006.3—1987。选择A 型，如上面示意图所示。带有深沟球轴承和圆柱滚子轴承两个形式的滚动轴承（严密密封）有内轴套的滑轮。