双层升降横移立体车库的结构设计

济南大学泉城学院

毕 业 设 计

题 目 PSH-5D型停车设备的结构设计 专 业 机械设计制造及其自动化 班 级 机设09Q3 学 生 学 号 [1**********] 指导教师 蔡冬梅

二〇一三年 五 月 二十八 日

全套资料如下，本课题获得校优，全套资料不需要任何更改，图纸CAD全有，全是去年我刚刚做的，和网上任何一家出售的都不一样，网上卖的需要修改的太多，这个说明书也不是最终版，只

是应付学校查重做的应对办法。

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摘 要

随着经济的高速发展，越来越多地家庭都拥有了私家车，这使得很多地区的停车问题越来越急剧。如果在住宅小区中再设置机动车位，恐怕已经很难了。因此，停车难的问题在以后将成为居民以及物业管理的难题了。

而机械式立体车库占地少、操作灵活、高效节能，可能成为目前解决停车难问题的主要途径，其中以升降横移式立体车库应用最为广泛。

本文介绍了现有的各类立体停车库的结构和特点，以及小区车库的发展概况，并重点地讲解了立体车库升降的结构设计和停车设备传动系统的设计。立体车库的结构设计主要包括车库的主体框架、横梁、纵梁、电动机、传动系统、载车板以及安全防坠落装置。

本次设计的主要内容包括升降机构的结构设计、材料选择、制造方法、升降链条的设计计算、链轮的设计计算、载车板的设计和升降部分的电机选择等等。

关键词：立体车库；升降横移式；结构设计

ABSTRACT

With the high-speed development of economy, more and more families have private cars, and the parking problem is in the increasingly sharp in many parts. If set up a motor vehicle in the residential district is hard enough, I'm afraid. Therefore, the problem of parking difficulty will become a problem fo residents and property management in the future.

But mechanical stereo garage covers an area of less, flexible operation, high efficiency and energy saving, and it may be the main way to solve the problem of parking difficulty at present. Lifting and moving solid carport is the most widely used for .

This paper introduces the structure and characteristics of the existing each kind of parking equipment, as well as the development community garage of the general situation, and explained the structure design of three-dimensional garage lifting and the transmission system design of parking equipment . Stereoscopic garage structure design mainly includes the main body frame, beam, garage floors of longitudinal beam, motor, transmission system, load and safety falling prevention device.

This design main content includes the structure design of lifting mechanism ,material selection ,manufacture method ,the design of the chain and sprocket design calculation ,plate design and lifting part of motor selection and so on .

keywords: three-dimensional garage ；lifting and moving ；designed of structure

目 录

摘要.................................................................................................................................I ABSTRACT...................................................................................................................II

1 前言......................................................................................................................…..1

1.1 设计题目.........................................................................................................1

1.2 设计要求.........................................................................................................1

1.3 国外立体车库的研究现状.............................................................................1

1.4国内立体车库的研究现状..............................................................................2

1.5研究设计的意义..............................................................................................3

2 机械立体车库的分析................................................................................................5

2.1 机械式立体车库及其组成.............................................................................5

2. 2 立体车库现有种类及优缺点分析................................................................5

2. 3 升降横移式立体车库的工作原理................................................................7

2.4 设计升降横移式立体车库的基本参数.........................................................8

3 升降横移式立体车库的结构设计............................................................................9

3.1结构框架..........................................................................................................9

3.2载车板及其提升系统....................................................................................10

3.3控制系统的分析............................................................................................10

3.4 传动系统的设计...........................................................................................10

3.5安全装置........................................................................................................11

4 车库主要结构的运动力分析..................................................................................12

4.1 上层载车板形式...........................................................................................12

4.2 上层载车板的设计.......................................................................................12

4.3 上层载车板的支承框架的设计...................................................................13

4.4 上层提升机构的设计...................................................................................14

4.5 横移结构的设计...........................................................................................15

4.6 升降横移机构整体框架的设计...................................................................18

5 传动系统的设计......................................................................................................19

5.1 升降机构驱动电动机的选择和校核...........................................................19

5.2 联轴器的选择...............................................................................................19

5.3 制动器的选择...............................................................................................20

5.4 立柱校核.......................................................................................................21

5.5 提升机构及轴的设计...................................................................................22

6 结论..........................................................................................................................30

7参考文献...................................................................................................................31 8 致谢...........................................................................................................................................32

1、前言

1.1设计题目

本次任务是设计一台两层五车位的小型立体停车设备，此设备主要适合于地下室使用，双层或前后排组合可有效地利用有限的空间，最大限度容纳车辆，亦可用于地面使用。

1.2设计要求

（1）结合生活中现有的升降横移式立体车库，去进一步地了解立体车库的运行原理及结构造型；

（2）查阅国内外的有关立体车库的资料，大概的了解当前的车库发展技术，以及立体车库的最新发展概况。清楚设计立体车库所需要的钢材种类，电机型号和设计方法等。

（3）根据查到的资料，进一步的设计计算立体车库的各个结构。

（4）依据所选的车库的组成部件，利用CAD绘图，同时绘制过程中可以对不合适的零部件进行更换，以达到最佳效果。

（5）书写说明书。

1.3 国外立体车库的研究现状

在国外，机械式立体车库都已有很多年的发展历史。比如日本，其机械式立体车库的发展起步较早、种类齐全、技术水平及开发的经验比较丰富，它可以根据现场的环境和客户的使用要求进行选型。

50多年前，在国外，就有立体停车的双层停车设备。它是在空地上或建筑物下面的空间建起2层升降横移停车设备，适合于城市中心或人口较多的地区使用[1]。70年代末，世界经济发展迅速，汽车变得越来越多，迫使很多人多车多的地区想更多的方法去解决停车难的问题。

目前世界上的停车产业正向多元化发展，其停车技术包含更多的方面，比如机械、电子、液压和计算机技术等领域[2]。机械方面：运用许多新材料、新工艺、新模块结构，易于组合使用、安装拆卸。安全保护装置：如汽车出入声光引导和定位、限速保护、停车泊位自动显示、重量超范围报警、汽车防盗录像和灭火系统等。其参考资料图如图1.1、1.2所示：

图1.1 国外高容量的立体车库

图1.2 韩国LG公司研发的塔式

1.4 国内立体车库的研究现状

在我国，停车库还处在初级阶段，公共停车位数量很少，乱停车的现象随处可见。在我国，停车场仍以单层的路面停车场为主，机械式立体停车库较为罕见。单层的路面停车场存有很多缺陷，如占地多、管理人员多、成本高、效率低、环境污染等。由于不同人员随便进入，容易发生盗车、毁车、施暴等事件[3]。 2003年以后，我国很多企业为增强自身竞争力，开始引进国外技术，根据国

内的实际使用情况进行分析设计与改造创新，走上自主开发的道路。不过在我国，停车产业还存在一些不足，如创造的多数产品是仿效或引进国外的技术制造，技术水平低，生产能力不足，缺少科研单位的参与，对停车产业发展和管理严重滞 后等[4]。针对这种不足，市场方面应建立车库市场运行机制，运用价格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车库，并实施政府监督和政策调控，使停车产业良性发展。调查的立体车库如图1.3所示：

图1.3 某小区停车位实图

1.5研究设计的意义

升降横移式立体停车库是机电一体化产品形式，它主要涉及机械、电子等领域，它需要专业的技术人员辅助其工作[5]。

随着经济的飞速发展，轿车数量膨胀，而现有的车库缺点是取车等候时间长，取车繁琐，安全程度差，设计结构陈旧。因此，机械式立体车库显得尤为重要。作为现代化大都市，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社会中的不良现象，发展立体停车库已被多数人理解。

首先，机械立体车库具有突出的节省资源优势，并且节省土建的开发成本。 其次，机械立体车库能够有效地保证人身和车辆的安全。机械立体车库能够做到彻底的人和车的分流。

最后，机械立体车库耗电量低。一般是以单台集装制成。这对车库较少的地

区解决停车难的问题提供了方便。

因此，在升降横移式立体车库结构设计的基础上，深入地对升降横移式立体车库的框架和载车板进行的分析是十分必要、迫切而有意义的。

因此，机械式立体车库具有广阔的发展应用前景。

2、机械式立体车库的分析

2.1 机械式立体车库及其组成

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。研究开发机械立体停车设备，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土地建设的开发成本。

机械立体停车库是指使用车辆之外的立体化装置来完成车辆的停放和存储的机械设施。机械式立体车库是机电一体化产品，包含机械、电子、计算机、光学等领域的先进技术[6]。

机械立体车库主要由主体框架、横梁，纵梁、载车板、传动系统、安全装置、电气控制等几部分组成。由于运行原理的差异，不同形式的机械式立体车库，其主要区别在于主体框架、载车板、传动系统等，而安全装置、电气控制与运行原理关联不大，因此基本类似。

2. 2 立体车库现有种类及优缺点分析

2.2.1升降横移类机械式停车设备

采用载车板升降或横移形式存取车辆

特点：节省资源，配置灵活，操纵方便，建设周期短，价格低，投资少，构造简单，安全可靠，运行平稳，噪声低，适用于市区、机关、住宅小区使用。

缺点：设备中必须留至少一个空车位，为链条牵动的运行过程没有防止倾斜坠落的功能。

2.2.2 垂直循环类机械式停车设备

采用垂直方向做循环运动的形式来存取车辆

特点：占地少，两个泊位面积可停6~10辆车，装修可加顶棚，消防利用消防栓，价格低，投资少，建设周期短，采用自动控制，运行安全可靠。

缺点：设备结构复杂，没有完善的闭锁和监控系统，采用足够的安全措施和消防系统。最远的车位一般需要消耗2分钟，高峰取车时间依次变长，依次为第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此，这种车库数量开始减少。

2.2.3 水平循环类机械式停车设备

采用水平循环运动的车位系统来存取停放车辆

特点：可以省去进出的车道，降低通风装置的费用。但因为只有一个出入口，所以存取车耗费时间较长。

缺点：因为只有一个出入口，所以存取车耗费时间较长，一般最远车位一次取车需2分钟，高峰时取车时间消费过长，依次取车时间为第20辆约30分钟，实用性差。

2.2.4 多层循环类机械式停车设备

采用载车板作上下循环运动来实现车辆的多层存放

特点：无需坡道，节省土地资源，自动存取，通常建设于地形细长且地面只允许有一个出入口的场所。

缺点：设备结构复杂，故障率较高。最远车位一次取车需2分钟，高峰取车时间过长，依次取车第20辆需30分钟以上，实用性差。

2.2.5 平面移动类机械式停车设备

在同一层上用搬运或起重机平面移动车辆或者泊车板平面横移存取车辆，亦可搬运机和升降机配合来实现多层平面移动存取车辆。

特点：一般设置在地上或半地下的无人方式，地平面层为自走式，不仅降低了建立立体车库所需的投资费用，而且在地平面层可以停放大型车辆。

缺点：设备结构复杂，故障率高，当存车超过20辆时，高峰阶段取车时间过长，依次取车20辆需要30分钟以上，实用性较差。

2.2.6 堆垛类机械式停车设备

以巷道堆垛机或桥式起重机将进入到搬运器的车辆水平且垂直移动到存车位，并用存取机构存取车辆。巷道堆垛类立体停车库是一种专门用于停放小型汽车的立体停车设备，也是一种集机、光、电、自动控制为一体的全自动化立体停车设备[7]。它的出现解决了人们的大型自动化停车难的问题。

特点：车库全封闭，存车安全，完善的闭锁和监控系统，足够的安全措施和消防系统。

缺点：设备结构复杂，故障率比较高。取最远车位的车一般一次需2分钟，高峰取车时间一次变长，依次取车为第20辆约需30分钟以上，实用性差。而且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主要适用于需要车位数较多的客户。

2.2.7 垂直升降类机械式停车设备

垂直升降类汽车停车设备也称塔式立体停车设备，通过提升机的升降和装在提升机上的横移机构将车辆或载车板横移，实现存取车辆。

特点：库存量大，整个车库可多达20～25层，可停放40～50辆车，占地面积不到50m2 ，空间利用率最高。适宜建筑在繁华的城市中心以及车辆集中停放的集聚地。

缺点：该设备结构复杂，设有完善的闭锁和监测系统，采用足够的安全措施和消防系统，因此相比于其他车库故障率较高。最远车位一般取车需2分钟，高峰取车第20辆约需30分钟以上，实用性差，因此有的用户开始改造。

2.2.8 简易升降类机械式停车设备

简易升降类机械式停车设备是指车位分成上、下二层或二层以上，借助升降机或俯仰机构使汽车存入或取出。简易升降类机械式停车设备一般为无人方式，即人离开后再移动汽车的方式[8]。

特点：结构简单、操作方便，充分利用地下室空间，多用于居民小区、私人住宅、企事业单位、地下室等。在面积一定时可以增加二倍以上的停车位。

缺点：对于二层以下的车库，整体结构设计不科学，力学结构不合理，而对于三层以上的，升降运行时摆动幅度过大、风力过大，而发生摇晃，存在巨大的安全隐患。

2.3 升降横移式立体车库的工作原理

本次设计将设计一个简单的升降横移式立体车库。

简单升降横移式立体车库以钢结构框架为主题，每个车位均有载车板，所需存取车辆的载车板通过电机驱动链条来升降横移运动到达地面层，实现存取车辆。图2.1是升降横移类立体车库的运行原理图。

此类升降横移的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。

现以取车为例，说明存取车的顺序。如图2.1所示，设2车位为有车位，如果要取2车位的轿车，需要将5车位的载车板横移到空车位，再把2车位下降到5车位即可以取车。需要注意的是，当轿车取走后，上层的载车板需要提升到原来的位置。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

把轿车存放在上层的车位，最后再存放下层的车位。

图2.1 升降横移类立体车库的运行原理图

2.4 设计升降横移式立体车库的基本参数

停车尺寸：5300×1900×1550 单位：mm

载车板规格：4720×2360 单位：mm

停车规格：车长×车宽×车高5300×1900×1550 单位：mm

停车最大重量：2375 kg

提升时间：4m/min

横移速度：8m/min

3、 升降横移式立体车库的结构设计

3.1结构框架

立体车库一般主要以钢结构和钢筋混凝土为主，在升降横移式车库中一般选用钢架结构。因为钢架结构与其它的结构相比，有以下特点[9]：

1） 可靠性高

2） 材料的强度高，钢结构自重小

3) 材料的塑性和韧性好

4) 钢结构制造简便，施工工期短

5) 钢结构密闭性好

6） 钢材的耐锈蚀性差

结构主体采用热制H型钢、槽钢、角钢和钢板等型材制造，具有很好的强度和刚度，轻巧、美观，可二次安装拆卸，运输更方便。

本次设计的两层升降横移式立体车库主体框架结构全部为钢结构组件。立柱采用工字型钢，横梁采用冷弯矩形钢管。立柱直接插入地下混凝土中。立柱与横梁之间焊接而成。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2000mm×100mm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。

纵向梁的选择比较困难，因为纵向梁不仅可以用冷弯矩形空心钢管，也可以采用角钢相对放置构成。由前面的设计知道，链轮的结构要放在纵向梁上，不管采用那种方式的纵向梁。链轮的底板都可以方便的固定在纵向梁上。但是，当采用前者的方法时，需要在冷弯矩形空心钢管上开矩形孔，制造比较麻烦，所以决定采用两个角钢相对放置的方法来制造纵向梁，两个角钢之间存在一定的距离，距离由链条的宽度来定。纵向梁也采用焊接的方式固定在横梁上。其升降横移式立体车库的结构图如图3.1所示：

图3.1 升降横移式立体车库整体结构图

1 后横粱 2 传动系统 3 纵梁 4 前横梁 5 立柱 6 载车板 7 控制系统

主体框架是车库中重要的组成部分，它承担着整个车库和全部车辆的重量，框架自身重量、稳定性以及可靠性对整个立体车库的成本和安全性起着重要的影响。车库主体框架在加载条件下变形直接影响到链传动系统能否正常的运行。 车辆的最大外形尺寸决定了停车车位的有效空间以及车库的框架尺寸[10]。本次的立体车库所适用车型的外形尺寸：汽车长×车宽×车高为5300×1900×1550 mm，另外要考虑到安装安全检测设备(即检删汽车长度是否超出停车库设计要求的检测器)和横移载车板的电机安装位置，因此，本立体车库前后立柱中心的距离定为5750mm，纵粱长度为5750mm；为方便人的进出和车辆的安全必须保证第一层停车的空间不低于1800mm。所以前立柱的高度为2100mm，后立柱在前立柱的高度上增加前横粱、纵粱以及后横梁的高度，所以选取后立柱的高度尺寸为2840mm，一个车位的宽为2450mm，考虑安装方便后横粱的长度为2430mm，前横梁的长度为：2450×3+150=7500mm。

3.2载车板及其提升系统

上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。当电机顺时针旋转时，载车板上升，电机逆时针旋转时，载车板下降。根据载车板及车辆的重量确定链条所需的传动力；根据传动力及载车板的移动速度确定电动机的功率。根据车的高度来确定上下载车板间的距离；然后根据这个距离来确定链条

的长度；最后根据传动力确定链轮的大小、链节形状、大小及数量。

3.3控制系统的分析

升降横移式立体停车设备的控制系统采用PLC 可编程序控制器控制，主要有四种控制方法：手动、自动、复位、急停[11]。

自动控制：应用于平时的正常工作状态。手动控制：应用于调试、维修的状态。复位：应用于排除故障场合。急停：应用于发现异常的紧急场合。

本次设计的升降横移式立体车库，采用手动操作。

3.4 传动系统的设计

机械式立体车库采用的传动系统有钢丝传动系统、链条传动系统、液压传动系统等[12]。钢丝传动系统：整体稳定性不好，传动速度越大，稳定性就愈差。而液压传动系统：液压油受温度的影响较大，冬夏季的压力和流量相差甚远，并且提升速度和重量的变化会使得靠液压传动的立体车库的性能不稳定。

所以，目前机械式立体车库大多数采用链传动和齿轮传动作为提升和横移的传动系统，特点是可以保证准确的传动比，传动结构紧凑，运行平稳。本次设计中上层载车板选用链条传动，底层载车板选用齿轮传动作为车库的传动系统。

3.5安全装置

在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的停位之间，在纵梁两测各装两只挂钩，上载车板两侧的相应位置处安装两只耳环，当上载车板上升后，纵梁下面的四只挂钩便自动套入四只耳环内，以防止升降电机因常闭制动器释放后，上载车板在汽车和载车板自身的重力作用下自由落体，损坏汽车零部件，甚至压坏下层汽车

[13]。另外，预防制动器失灵，上载车板从上停车位突然坠落，而砸坏下层的汽车。同时下层载车板的安全装置主要包括行程极限开关以及防碰撞板。行程极限开关的作用：使载车板横移到位后自动的停止。防碰撞板的作用是：下层载车板做横移运动时，假如碰撞到人或遗留的行李时，将会切断横移的电机电源，横移载车板停止运动。

图3.2 防止载车板坠落装置

4、车库主要结构的运动及力分析

4.1 上层载车板的形式

按结构形式的不同，立体车库的载车板可分为：整体式和拼装式[14]。整体式载车板采用具有防滑作用的花纹钢板，整体通过冲压焊接制成，用不同厚度的普通钢板做加强筋，然后整体再镀锌防锈。拼装式载车板采用普通铜板折弯成边梁，停车面采用镀锌钢板冲压或滚压成型波浪板，相互咬合后并拼装成载车板，之后用螺栓紧固连接，拼装前先对组件的各类表面进行处理(如电镀、烤漆等)，使载车板轻巧、美观[15]。拼装式载车板运输方便、通用性以及互换性好，还有较好的刚度，这种拼装式结构形式适合批量生产。

升降载车板由链条牵引升降，升降载车板与载车板上的车辆在升降过程中会产生前后、左右的摇动，不利于保障停放车辆的安全以及人身安全，因此，要在上层升降的载车板上设计升降导向块，导向块安装在升降载车板的后侧，导向块能前后左右调整，直到合适的位置时通过螺栓拧紧固定在升降载车板上[16]。导向块在载车板升降过程中沿着后立柱H型钢的翼缘滑行，可以限制升降载车板升降过程中前后左右摆动。

4.2 上层载车板的设计

载车板用于停放车辆，必须能够承受车辆的总重量，并且完成提升动作，因此，载车板要有足够的空间尺寸和足够的强度、刚度。选取轻型车的数据作为设计数据，即全长5300mm，全宽1900mm，全高1550mm，全重2375kg进行设计。

如图4.1

所示，当车辆停到载车板上后，车内人员要离开载车板，因此载车

板在宽度方向上应留有人出来的足够空间。通过对车辆的实际测量并考虑到车辆停放时的偏移，并对结果适当放大，得出结果：载车板总宽L1=4450mm。上停车板在提升时受倾覆力作用，其底部应有坚固的支承框架，当它降至底层时，该框架不能压触到地面，总长L4=5650mm。上停车板材料均选用厚度为5mm的菱形花纹钢板（GB3277-82）拼合而成，其中上载车板的引坡可直接将钢板弯折加工而成。由《花纹钢板（GB3277-82）》查表，上载车板重量取600kg。

4.3 上层载车板支承框架的设计

支承框架一方面要支承载车钢板及车辆的重量，提高钢板刚度，另一方面要起到连接钢板与提升机构的作用。载车板的支承框架采用槽钢，靠螺栓螺母将钢板固定。最外圈的四根槽钢与载车板边缘留有适当的距离，槽钢与槽钢相交处也要留有一定空隙[17]。

根据载车板的受力情况求槽钢的截面惯性矩，选择槽钢型号。取支承架中间的两根纵向槽钢分析，设汽车的重力G集中于载车板的中央1/2处，槽钢承受钢板及其自身的均布载荷，因此对于单根槽钢，它的变形是两者共同作用引起的。在集中力P单独作用下，其最大挠度为：

lP()2lfB1=(3l-)6EI2

54002)5400-4 (3⨯5400-)m =（4.1）6⨯210⨯I2

7.65⨯10-7

≈I0.5⨯2000⨯9.8⨯(

当均布载荷q单独作用时，其最大挠度为：

fB21⨯1000⨯9.8⨯54004ql2.30⨯10-7-4 m（4.2）==≈8EI8⨯210⨯II4

两式中，E——材料的弹性模量 E=210GPa

I——材料的截面惯性矩

综上结果，在集中力和均布载荷的共同作用下，单根槽钢的最大挠度为：

9.95⨯10-7

-4 =m （4.3）I fB=fB1+fB2

支承框架所需要的槽钢要求刚度较大，因此其挠度[f]=0.0002l，令

fB≤[f]。由此可求得槽钢的截面惯性矩

I≥1.09⨯10m-4 （4.4）-4

由型钢表《热轧普通槽钢（GB707-65）》查得，选用5号槽钢。5号槽钢的参数为：理论重量5.44kg/m，根据图4.4所示的尺寸数据，载车板支承框架的重量分别为：上框架 200kg。

4.4 上层提升机构的设计

上层载车板固定在支承架上，靠两根链条来提升。而链轮依靠电动机举提供动力。上升时，为使载车板与立柱之间的摩擦阻力减小，下降时，能够靠车辆和载车板得自重顺利下滑，在每个导向板的两侧上下各装有两个滑靴。当上载车板升降时，仅有滑靴与立柱上的导轨接触，取载车板的提升高度h=2.3mm。电动机横向布置在两立柱的上边，链轮轴固定在的横梁上。提升链一段固定在地面上，另一端绕过链轮后与载车板及支承架垂直固定。采用这种机构可以使电动机的行程大大地缩短。

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，而且一个托盘需要两个电动机，一侧一个水平放置在横梁上，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。

链传动的方式就是选用开示的链条，两个链轮在同一个水平面上。用联轴器把一根轴上的动力传递到另一根轴上。本次设计中采用链条来传递动力。一般情况下，一个托盘需要两根链条来承载。如果托盘的前端有一个链条的固定端，后

端有一个链条的固定端，在这种情况下托盘有四根链条来承载，安全系数较高。如果链条固定在框架纵向梁的前部，和托盘上的两个齿轮配合，最后回到纵向梁的后部，示意图如下图4.2所示。这种方式不但有四根链条来承载，而且提升平稳，安全系数高，所以采用这种方式。 F

F

G1

G2FF

图4.2 上层托盘和轿车的提升简图

由于上层托盘提升到第二层位置时，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相比于托盘运动的时间长的很多。电机轴和链轮轴之间采用凸缘式联轴器进行联接，传递动力。

4.5 横移结构的设计

4.5.1 载车板的结构设计

1)载车板的基本尺寸

此次设计的立体车库适合小区使用，所停放车辆为轿车和微型面包车，一般轿车的基本参数[18]：

长：L=4700mm; 宽：W=1700mm; 高：H=1550mm;

初步确定托盘的基本尺寸：

长：L=5400mm; 宽：W=2000mm;

2)载车板上基本零部件的选择和设计

a.滚轮的设计：

（1）直接将滚轮安装在载车板上，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，而且载车板的移动平稳。滚轮在安装中有中心轴，轴焊接在载车板上，轴承选择内圈固定，外圈旋转，其结构简图，如图4.3所示：

图4.3 滚轮示意图

1-轴承 2-滚筒 3-轴承端盖 4-轴

b.载车板主体结构的材料选择

（1）外框空心钢管的选择

结构选用冷弯矩形空心钢管（GB6728-86）

选择的尺寸：边长70mm，壁厚t=4.0mm, 理论重量7.966㎏/m

另选的结构为冷弯矩形空心钢管（GB-6728-86）

选择的尺寸200mm×100mm,壁厚t=4.00mm，理论重量㎏/m

(2)载车板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5mm,宽0.35mm，其它的钢板，如承载用的与水平面平行的钢板。根据（GB709-88）查得，选择钢板厚度5mm,宽度0.35mm,即将0.77mm的钢板一分为二。

对于钢板厚度 5mm，理论重量 39.2㎏/m2

厚度 4mm，理论重量 31.42㎏/m2

菱形花纹钢板 厚度 5mm， 理论重量42.30㎏/m2

(3)角钢的选择

根据GB9787-88查：碳素钢Q235-A，尺寸为50×50×5mm的热轧钢等，边角钢理论重量1.822㎏/m

(4)载车板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，焊后退火处理。

综上所述得出：

如图：菱形钢板 宽W=0.4m 长L=5.4m

矩形钢板 宽W=0.15m 长L=5.4m

方形钢板 宽W=0.1m 长L=2m

中间钢板 宽W=1.2m 长L=5.4m

边上钢板 宽W=0.45m 长L=3m

得出：

方型钢管：M1=7.966㎏/m×2×2.1m=33.46㎏

矩形钢管：M2=18㎏/m×2×5.4m=194.4㎏

中间钢板：M3=31.42㎏/m2×5.4m×1.2m=203.47㎏

菱形钢板：M4=42.3㎏/m2×4×0.45m×1.2m=81.22㎏

角钢： M5=1.822㎏/m×4×0.063=0.46㎏

边上钢板：M6=39.25㎏/m2×2×0.45m×3m=94.2㎏

其它重量：M7= 4.8㎏

所以上层载车板总重量为M总=M1+M2+M3+M4+M5+M6+M7 =630㎏ （4.5） 由于底层载车板上有滚轮和齿条：

所以估算滚轮的重量为M滚=0.8×4=3.2㎏

齿条采用45号钢，淬火，密度：7.9×103㎏/m3

长度：L=2150mm，宽度：W=100mm,高度：H=60mm

M齿条=2150mm×100mm×60mm×7.9×103㎏/m3×10-12=101.91㎏ （4.6）

底层载车板总重量为 M=624㎏+101.91kg=725.91㎏ （4.7） 所以底层载车板的重量初步定为730㎏。

4.5.2 导轨的设计

由于轿车和载车板的重量达到2330㎏，所以选用代号为GB11264-89的轻轨，型号为30。查得总高为108mm，总宽为108mm，总长度是基坑的长度，由车架的设计部分可以算的基坑的长度为6500mm，润滑方式是采用人工加油的方式直接向导轨上浇油，不需要专门的润滑装置。导轨的截面图如图4.4所示：

图4.4 托盘的轨道

4.6 升降横移机构整体框架的设计

在这次的设计中，上层载车板和上面轿车重量都有框架来承受，故框架既要结构简单，制造容易，还要求满足一定的强度要求才可以。

主框架底座部分用混凝土浇注的，立柱直接筑在混凝土里。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。其结构图如图4.5所示：

图 4.5 主框架图

5、传动系统的设计

5.1 升降机构驱动电动机的选择和校核

在链条的设计中已经知道每条链条所受的力为5537N。链轮的直径为151mm，则所产生的力矩T为：

T=F×d/2 （5.1） T=5463.5×151/2/1000≈412.49N·m （5.2） 因为 P=T×n×10-3/9.55=412.49×30×10-3/9.55≈1.28kw （5.3）

查阅《机械设计手册》表22-1-61，选择YCJ170和Y112M-4安装在一起的YCJ系列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和Y112M-4安装在一起的YCJ系列齿轮减速三相异步电动机合适。

链条的线速度： v=πdn×10-3/60 （5.4）

=3.14×151×65×10-3/60

=0.51m/s＜0.6m/s

所选的各种设备合适。

所以也得出链条的提升速度为0.51m/s。

5.2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 （5.5） 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 （5.6） 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 （5.7） 式中 m-垂直升降物体及其叼具质量

g-重力加速度

D0-制动轴的轴径

n-制动轴的转速

所以得：

Tt =2230×9.8×40×10-3/65≈13.45N·m （5.8） 则 Tc=S×Tt=2×13.45=26.9N·m （5.9）

5.3 联轴器的选择

1) 类型的选择

电动机 P=0.75Kw (Y90S-4型)

故选择YL型凸缘联轴器(具有结构简单,重量轻,制造成本低,传动

精度高等优点)

2) 载荷计算

公称转距 T=Nfd1/2 （5.10）

Nf-托盘受的平均摩擦力

d1-齿轮分度圆直径

T=109.4×10-3×220/2=12.034N·m (5.11) 查阅《机械设计1》表14-1得工况系数KA

KA=1.5

计算转距 Tca=KA·T=1.5×12.034=18.05N·m (5.12)

3) 型号选择

参考系数:电动机的输出轴径是30mm

从GB5842-86中查得YL5型凸缘联轴器的许用转距是 63N·m

许用最大转速是 5500 r/min

轴径在 22～30mm之间

所以选用YL5型凸缘联轴器合适.

5.4 立柱校核

提升机构上的两根立柱的设计采用实心方钢加工制成。车辆、钢板、支承架等等的重力P作用在载车板的中央，对立柱的力矩同上下滚轮一样受导轨的支承而形成力偶的平衡，而对于单根立柱有

M=1111G⨯L4=⨯2700⨯9.8⨯⨯5.4=36450N·m (5.13) 2222

立柱受到力偶的反作用，如图5.1b)所示。图中l为两滚轮轴的中心距的中点到地面的高度，其中h为立柱全高，假设h=4m，根据载车板的提升高度和设定的导向板的垂直方向的尺寸，取l=2.3m，因此，单根立柱的最大挠度为：

m'l236450⨯2.32

= fB= (5.14) 2EI2⨯210⨯I

式中E——钢材的弹性模量 E=210GPa

I——立柱的截面惯性矩(m4)

同样挠度[f]=0.0002l，令

fB≤[f]。因此求得立柱截面的

惯性矩为：

I≥2.82⨯10m4 (5.15)

-3

而对于矩形的截面，如图

hb3

I=5.1a)所示，，取h=530mm，12

b=520mm。最后得所设计的立柱的截面图如图5.1b)所示，其中两导槽宽度为200mm。

5.5 提升机构及轴的设计

5.5.1 链轮轴

链轮轴是由液压缸活塞杆从其中心

升顶，同时停车架的全部重量通过链条链

轮作用在链轮轴上。其结构尺寸图如图5.2

所示：

1）链轮轴上的功率P2和转速n1的计算

查阅《中国机械设计大典》得，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。

链轮由联轴器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

n1=65r/min (5.16) 图5.2 提升机构平面位置

转距T由链轮直径和链条所承受的力来确定：

T=F×d/2 (5.17)

式中： F-链条承受的力 F=5463.5N

d-链轮的直径 d=151mm

带入公式得

T=5463.5×151/2/1000=412.49N·m (5.18) P2=T×n1/9550=412.49×65/9550≈2.85kw (5.19)

轴的材料：45号钢，调质处理

由《机械设计》课本查表得，A0=110

于是：

dmin= A0P21/3/n11/3=110×2.851/3/731/3≈45mm (5.20)

因此，链轮轴的最小直径应该是安装在联轴器处轴的轴径，dmin=45mm

2）确定轴的各段直径和长度

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

②由联轴器的选择要求，第一段长度取为80mm，最右端轴的宽度轴承的而定，查阅《实用手册》得：这段轴的长度为15mm，左边的轴肩只起到定位作用， 所以取长度为5mm，剩下的一段轴即要安装链轮,又要安装制动器，所以取为185mm。

3) 确定轴上的圆角R2

轴上的倒角为2×45°

4）轴上的载荷

有效圆周力Fe

Fe=1000×P/v (5.21)

=1000×2.85/0.51

=5588.24N

根据轴的结构，确定轴承的支撑位置，因为采用的轴承为深沟球轴承，所以支撑位置在轴承中点，而两个支点间的跨距为81+7.5×2=96mm

H平面内

∑MB=0 (5.22) Ft×L2-RH2×(L2+L3)=0 (5.23) Ft=Fe=5588.24 (5.24)

即：

5588.24×48-RH2×(48+48)=0

RH2=2794.12N

同时：

∑Y=0 (5.25) Ft=RH2+RH1 (5.26)

得： RH1=2794.12N

MH=RH1×L2/2

=2794.12×48/281+7.5×2

=96mm

∑MB=0 (5.27) Ft×L2-RH2×(L2+L3)=0 (5.28)

Ft=Fe=5588.24

即：

5588.24×48-RH2×(48+48)=0 (5.29)

RH2=2794.12N

RH1=2794.12N

MH=RH1×L2/2 (5.30)

=2794.12×48/2

=67058.9N.mm≈67.06N·m

由以上计算数据，查《机械设计》（第四版）得：

公式：

Mb=[M2+(αT)2]1/2 (5.31)

Mb-当量弯矩

M-合成弯矩

T-输出转矩

α-应力校正系数

式中α是扭矩和弯矩的加载情况以及产生应力循环的特性差异系数。通常情 况下由弯矩所产生的弯曲应力是对称循环变应力，而扭矩产生的扭矩切应力常常不是对称循环的变应力，故在计算弯矩时，必须考虑这种循环特性的差异影响，考虑到实际的工况，当扭转切应力为脉动循环变应力时，α=0.6

Mb=[67058.92+(0.6×418040)2] (5.32)

≈234500N·mm

5) 按弯矩合成应力校核轴的强度

由《机械设计》课本查得：

&b=Mb/W (5.33)

式中:&b-弯曲应力

W-轴的抗弯截面系数

Mb-当量弯矩

W=πd3/32-bt(d-t)2/2/d (5.34)

=3.14×503/32-14×7×(50-7)2/2/50

=10453.61mm3

得：

δb =244500/10453.61

=23.3N/mm2

由课本《机械设计工程学1》查得：[δ-1]=60Mpa=60N/m

因此：δb＜[δ-1]

所以链轮中心轴的强度符合安全要求。

5.5.2 载车板提升链校核

提升链的功能是慢慢地提升载车板，并将其固定在一定的高度上。起重机械中应用的链条包括环形焊接链和片式关节链。

焊接链的优点：挠性好，可用较小的直径链轮和卷筒，由载荷产生的驱动机构的力矩也较小，比较耐腐蚀。缺点：安全可靠性差，不耐冲击，在运动中经常产生滑移，易磨损。

片式关节链的优点：挠性比焊接链更好，比较可靠，运动较平稳。缺点：方向性，横向无挠性，成本高，对灰尘和锈蚀较敏感。

为了安全起见，当上层载车板提升或悬滞时，不能够有任何的滑移。为此，选用片式关节链。

链条在低速重载的工况下工作。应按下式进行设计计算：

Q≥F⨯[n] (5.35) max

式中 Q——链条极限拉伸载荷(N)

Fmax——最大工作载荷(N)

[n]——许用安全系数

许用安全系数[n]=4~8，这次设计中选用[n]=5，同时取

Fmax=2700⨯9.8=26460N，该载荷值包括收容车辆、停车架、导向板及滚轮、斜拉杆以及安全防坠装置、传感器等在内的所有重量。把数据代入，得到链条的极限拉伸载荷Q≥5⨯26460=132300N。载车板采用两根链条提升，所以每根链条的极限拉伸载荷为Q1=N。 2⨯132300=66150

根据《A系列滚子链的基本参数与主要尺寸》，选用单排精密滚子链20A，这种规格的链条其基本尺寸为：节距p=31.75mm，滚子外径drmax=19.05mm，内链节内宽b1min=18.90mm，销轴直径dzmax=9.53mm，内链节外宽

b2max=27.46mm，外链节内款b3min=27.51mm，内链板高度hmax=30.18mm，销轴长度b4max=41.1mm，单排极限拉伸载荷Qmin=86700N，单排每米重量q≈3.8kg/m。

5.5.3 链轮的设计

由链轮轴选用的轴承来确定链轮轮毂内径为dK=D=190mm，链轮分度圆直径为d=300~400mm。

所以轮毂厚度

d h=KK+（常数K=9.5） (5.36) 0.01d

h=9.5+210+0.01⨯300≈47.5mm (5.37) 6

其中h=47mm

h=2⨯.6=47 轮毂长度 l=2.61mm 2 (5.38)

mm 28 (5.39) 轮毂直径 dh=dK+2h=19+0⨯2=47

轮宽 bf=0.95b1=0.95⨯18.90=17.955mm (5.40)

取齿侧凸缘直径dg=308mm，齿根圆直径df=312mm，则初步计算链轮的分度圆直径d=df+dr=312+19.05=331.05mm。由公式d=

根据链轮齿数的推荐数列，齿数z=38

链轮分度圆直径

31.75mm≈384.5mm （5.41） ︒sin180p得z≈32.7 sin d=

圆整为380mm

齿顶圆直径

da=p(0.54+ctg180︒180︒)=31.75(0.54+ctg)≈400mm （5.42） z38

齿根圆直径

df=d-dr=384.5-19.05=365.45mm （5.43）

圆整为360mm

齿侧凸缘直径

dg

圆整为330mm

6、结 论

在我国，立体车库是属于新兴的行业，国内对于立体车库所使用的新技术、新方法，系统上的理论研究比较少，而这次的毕业设计是在此背景下结合实际情况而展开的研究。

双层的升降横移式机械立体车库可以根据用户的需求或者所占用的场地的大小来进行不同形式的组合，结构简单、成本低廉、操纵方便、使用灵活、保护安全等等特点。但它主要适合于地下、宾馆、商场中心、车站、居民小区等等停车位较紧张的地区，并不适合人群稀少、高层停车库的地点。

经过两个多月的设计计算得出结论：

（1）对于两层的升降横移式立体车库进行的结构设计，主要包括钢结构的整体框架、链传动系统(包括升降、横移的传动系统)、载车板、以及安全防坠落装置等等设计，最后给出了立体车库的结构设计的CAD图纸和相关的技术资料。

（2）现有的车库机械设备为这次设计的升降横移式立体车库提供了很多参考资料，最终给出的立体车库的结构设计的局部改善和加强措施，提高了车库的安全性。

这次对立体车库的研究对于以后的车库设计以及发展有着深远的影响，为人类某便利的事情不可小视。

7、参 考 文 献

[1] 徐培万．立体车库的发展及市场前景[J]．国外科技动态，2000，5：30-31

[2] 于艳荣．停车行业的设备及管理现状[J]．IB智能建筑与城市信息，2006，01：9-11

[3] 李志辉，沈利华．机械立体车库设计概论[J]．中国电梯，2003，14(5)：50—53

[4] 周智慧．立体车库刚架结构CAE分析及其优化设计[D]．苏州：苏州大学，2005，1-5

[5] 王文卿．城市汽车停车场(库)设计手册[M]．北京：中国建筑工业出版社，2002，95-110

[6] 刘丽娜．浅谈立体车库的特点及其应用[J]．智能建筑与城市信息，2007，12：96-99

[7] 付丽华，宋华．立体车库：城市静态交通发展之必然[J]．交通科技与经济，2002，3： 43-44

[8] 成大先．机械设计手册：单行本．机械传动[M]．北京：化学工业出版社，2004(1)

[9] 濮良贵，纪名刚．机械设计[M]．北京：高等教育出版社，2004

[10] 成大先．机械设计手册：单行本．联接与紧固[M]．北京：化学工业出版社，2004(1)

[11] 朱君亮．结构力学与钢结构[M]．北京：水利电力出版社，1986(6)

[12] 文尔烈．结构力学[M]．天津：天津大学出版社，1996(7)

[13] 周雪，瞿履谦．钢结构一原理与设计[M]．北京：清华大学出版社，1993(11)：3—4

[14]Gerhard Haag，Larry Byrnes. Automated Parking：Two—Year Report Card[J]．Parking，2004，

(9)：38-41

[15] Bill Franeis．How to Select an Operator for Your Parking Facility[J]．Parking Today，2004，1：45-50

8、致 谢

这次的毕业设计是在我慢慢的探索中完成的，让我深深地感觉到做任何事情都不是轻而易举的，只有专心，努力钻研，付出才会有回报。

设计中每次的检查都会发现有错误之处，不懂得地方就会像导师蔡冬梅老师请教，她每次都会慢慢的讲解直到弄清楚为止，老师严谨的教学态度和深厚的学识，使我学到了很多，真心的谢谢老师对我这次设计的莫大帮助。

这次的毕业设计中，设计的结构并不是多么地十全十美，比如对立体车库的钢结构框架和载车板要进行优化分析，综合考虑人车以及前起吊点在横梁的位置对于车库的影响。

设计在蔡冬梅老师的认真耐心指导下完成，给我提供了诸多建议与改进措施，让我完满的交付答卷，同时我也收获颇丰。通过本次的设计，我又重拾了以前所学的专业知识，真的是知识在于积累，并且加深了对升降横移式立体车库结构的了解，更对以后的学习和工作产生很大的帮影响，真诚的感谢帮助过我的所有老师，朋友。