雙層升降橫移立體車庫(kù)設(shè)計(jì)

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1、機(jī)械設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練報(bào)告——02009542 機(jī)械設(shè)計(jì)綜合訓(xùn)練報(bào)告 ——升降橫移式立體車庫(kù)設(shè)計(jì) 指導(dǎo)老師：錢瑞明 日期：2012年9月 摘要 隨著人們生活水平的不斷提高，城市日益增多的車輛與有限的停車位之間的矛盾越發(fā)的尖銳。在這個(gè)大背景下，發(fā)展新的停車系統(tǒng)，提高空間利用率成為了新的發(fā)展法向。其中，立體停車庫(kù)便是一個(gè)新興的停車系統(tǒng)。本文結(jié)合雙層三列升降橫移式立體車庫(kù)的工程實(shí)例，著力于其機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并作出相關(guān)校 核和仿真。此外，我們還利用Solidworks軟件對(duì)立體車庫(kù)進(jìn)行三維建模，給出更為具體的方案。 關(guān)鍵詞：立體車庫(kù)，So

2、lidworks，機(jī)械 目 錄 摘要 1 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 6 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 6 第二章 背景及原理 7 2.1背景 7 2.2升降橫移車庫(kù)原理 9 第三章 總體方案設(shè)計(jì) 11 3.1車庫(kù)運(yùn)行過(guò)程分析 11 3.2下層載車板驅(qū)動(dòng)方案 11 3.3升降載車板設(shè)計(jì)方案 11 3.4輔助裝置 12 3.5總體格局 12 第四章 載車板設(shè)計(jì) 13 4.1尺寸設(shè)計(jì) 13 4.2結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 13 第五章 載車板設(shè)計(jì) 14 5.1分析 14 5.2滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式選擇 13 5.3材料選擇 14 5.4螺紋尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 14 5.5絲杠精度計(jì)算

3、 15 第六章 升降電機(jī)及減速器選擇 17 6.1關(guān)于YZ系列電機(jī) 17 6.2電機(jī)型號(hào)、參數(shù) 17 6.3減速器型號(hào)選擇 18 第七章 螺桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 7.1軸承選擇 19 7.2鍵的設(shè)計(jì)與校核 20 7.3軸的結(jié)構(gòu)工藝 21 第八章 升降系統(tǒng)總裝 22 8.1升降導(dǎo)軌 22 第九章 平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 9.1滑軌設(shè)計(jì) 24 9.2電機(jī)選擇 24 9.3減速器選擇 25 第十章 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 26 10.1鏈類型選擇 26 10.2鏈參數(shù)計(jì)算 26 10.3鏈裝配尺寸計(jì)算 27 10.4滾子鏈鏈輪設(shè)計(jì) 28 第十一章 滾輪軸設(shè)計(jì)校核 30 1

4、1.1滾輪軸結(jié)構(gòu) 30 11.2豎直方向上受力 32 11.3水平方向上受力 33 11.4校核軸的長(zhǎng)度 34 個(gè)人心得 35 參考資料 36 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 1.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 1）根據(jù)任務(wù)需求，結(jié)合存、取車工作原理，進(jìn)行雙層三列升降橫移式立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)，確定減速傳動(dòng)系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)的組成，繪制系統(tǒng)方案示意圖。 2）選擇電動(dòng)機(jī)型號(hào)，分配減速傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比，并進(jìn)行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的受力分析和關(guān)鍵零部件的工作能力設(shè)計(jì)計(jì)算。 3）對(duì)立體車庫(kù)機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)建模和存取車過(guò)程動(dòng)畫(huà)仿真。 4）進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，繪制二維總裝配

5、圖、部件裝配圖（0號(hào)圖1～3張）及關(guān)鍵零件工作圖（3號(hào)或4號(hào)圖2張）。 第二章 背景及原理 2.1 背景 進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，隨著人們生活水平的提高，汽車逐漸走進(jìn)了千家萬(wàn)戶，然而隨之而來(lái)的是停車難的問(wèn)題。由于土地濟(jì)源的稀缺，人們對(duì)空間利用率提出了更高的要求，因此更為高效的停車設(shè)施可謂大勢(shì)所趨，立體式的停車庫(kù)是個(gè)前景非常廣闊的研究方向。 作為解決城市靜態(tài)交通的有效措施——向空間、向高層發(fā)展的自動(dòng)化立體停車設(shè)備,以其占地面積少、停車率高、布置靈活、高效低耗、性價(jià)比高、安全可靠等優(yōu)點(diǎn),越來(lái)越受到人們的青睞。目前市面上常見(jiàn)的機(jī)械式立體停車庫(kù)有：升降橫移類、垂直循環(huán)類、多層循環(huán)類、水平循環(huán)類、平

6、面移動(dòng)類、巷道堆垛類、垂直升降類和簡(jiǎn)易升降類等8種,其中升降橫移類以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、安全可靠、造價(jià)低等優(yōu)點(diǎn),在國(guó)內(nèi)車庫(kù)市場(chǎng)占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)的市場(chǎng)份額。 采用以載車板升降或橫移存取車輛的機(jī)械式停車設(shè)備的立體停車庫(kù)。此類型立體車庫(kù)適用于地面及地下停車場(chǎng) 配置靈活,造價(jià)較低。這種類型立體車庫(kù)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。形式較多，規(guī)?？纱罂尚?采用模塊化設(shè)計(jì) ,每單元可設(shè)計(jì)成2～5層 、半地下等多種形式 ,車位數(shù)從幾個(gè)到上百個(gè)。對(duì)場(chǎng)地的適應(yīng)性強(qiáng) 約占國(guó)內(nèi)停車市場(chǎng)份額70%以上。 而現(xiàn)有停車位缺口嚴(yán)重?fù)?jù)預(yù)計(jì)2010年轎車保有量將達(dá)到2000萬(wàn)輛，“十五”期間轎車保有量將增加400萬(wàn)輛。停車位需求按1:1.2

7、(100%的基本停車位和20%的公共停車位)計(jì)算，總需增加停車位480萬(wàn)個(gè)。平均每年需求96萬(wàn)個(gè)車位。如僅考慮10%進(jìn)機(jī)械式停車庫(kù)，這每年需提供機(jī)械式停車庫(kù)9.6萬(wàn)個(gè)車位。因此從現(xiàn)有的停車位的缺口情況和今后市場(chǎng)的需求可以看出，機(jī)械式停車設(shè)備的國(guó)際、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景十分良好。 2.2 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀和前景 早在1920年，美國(guó)就建成了世界上第一座機(jī)械式立體停車設(shè)備。50年代以后美國(guó)和西歐陸續(xù)建成多種型式的立體車庫(kù);60年代以來(lái)尤其是在市中心的商業(yè)區(qū)，建筑物高度密集，不可能騰出大量地皮建停車場(chǎng)。此時(shí)，占地面積小的立體式停車設(shè)備才真正得到發(fā)展普及。亞洲的停車設(shè)備技術(shù)起源于日本，日本從20世紀(jì)60年代開(kāi)始

8、從事機(jī)械停車設(shè)備的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)、銷售和服務(wù)，至今已有四十幾年的歷史。到了80年代和90年代初，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展，由全電腦自動(dòng)控制，采用變頻技術(shù)的新一代機(jī)械式立體停車設(shè)備首先在日本進(jìn)入家庭。生產(chǎn)機(jī)械式立體車庫(kù)的公司約100多家，比較大的公司有新明和、石川島播磨、日精、三菱重工等。從90年代起日本每年投入運(yùn)行的機(jī)械停車泊位都在萬(wàn)以上。目前全日本己經(jīng)投入使用機(jī)械式停車位超過(guò)300萬(wàn)個(gè)，其中以升降橫移式停車設(shè)備為主。對(duì)于日本，優(yōu)勢(shì)在多層升降橫移類、垂直升降類、水平循環(huán)類、垂直循環(huán)類、簡(jiǎn)易升降類等產(chǎn)品上[4]。 德國(guó)和意大利等歐洲國(guó)家從事停車設(shè)備開(kāi)發(fā)和生產(chǎn)也比較早。較好的公司有:意

9、大利Sotefin、Interpark、德國(guó)PaliS等。由于歐洲國(guó)家停車問(wèn)題表現(xiàn)不很突出，停車設(shè)備應(yīng)用量不是很大。多數(shù)為巷道堆垛式產(chǎn)品，多層升降橫移式產(chǎn)品應(yīng)用很好。德國(guó)和意大利等歐洲國(guó)家的優(yōu)勢(shì)在巷道堆垛類產(chǎn)品上。 國(guó)外立體停車設(shè)備的技術(shù)以日本和德國(guó)領(lǐng)先，其發(fā)展主要有兩個(gè)特點(diǎn):一是高技術(shù)含量高。日本和德國(guó)的車庫(kù)行業(yè)將機(jī)、電工業(yè)的高新技術(shù)成果隨時(shí)轉(zhuǎn)化和移植到車庫(kù)產(chǎn)品中，使車庫(kù)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品更新很快。比如高速曳引機(jī)和VVVF調(diào)速控制技術(shù)(即高速電梯技術(shù))很快應(yīng)用到垂直升降式車庫(kù)產(chǎn)品，使這種電梯式車庫(kù)存取速度更快，存車量更大，從而逐步替代老式的垂直循壞式塔型車庫(kù)。又如計(jì)算機(jī)管理、IC卡識(shí)別、計(jì)時(shí)收

10、費(fèi)系統(tǒng)一出現(xiàn)，立即應(yīng)用于停車庫(kù)，使車庫(kù)融于城市樓宇自動(dòng)化管理系統(tǒng)中，無(wú)論是公共停車還是住宅停車變得更容易、更方便。二是車庫(kù)產(chǎn)品朝著性能價(jià)格比更高的方向發(fā)展。即不但重視停車密度和高性能，更講究產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。比如日本的三菱、大幅株式會(huì)社和德國(guó)PALIS公司均研制成功停車密度較高，而造價(jià)較低的高層車庫(kù)和無(wú)車板、無(wú)車架等先進(jìn)車庫(kù)。這些新產(chǎn)品都是90年代的新技術(shù)，一問(wèn)世，很快替代了老產(chǎn)品。 我國(guó)立體車庫(kù)的發(fā)展，始于上世紀(jì)八十年代，河北承德的華一機(jī)械車庫(kù)集團(tuán)有限責(zé)任公司于1989年建造起國(guó)內(nèi)第一臺(tái)垂直循環(huán)類機(jī)械式停車車庫(kù)，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)機(jī)械式停車車庫(kù)的空白。立體車庫(kù)產(chǎn)業(yè)在上世紀(jì)九十年代迅速興起，步入了引

11、進(jìn)、開(kāi)發(fā)、制造和使用的快車道，國(guó)內(nèi)立體停車庫(kù)市場(chǎng)正以直線上升的態(tài)勢(shì)在飛速發(fā)展。我國(guó)立體停車設(shè)備的產(chǎn)品經(jīng)引進(jìn)技術(shù)和自主研究開(kāi)發(fā)，生產(chǎn)技術(shù)水平有了很大的提高，許多設(shè)備采用了當(dāng)前機(jī)械、電子、液壓、光學(xué)、磁控和計(jì)算機(jī)等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，如采用交流變頻調(diào)速系統(tǒng)，使運(yùn)行高速、平穩(wěn)、省電、減少振動(dòng)和噪聲。控制形式有按鈕式、IC卡式、觸摸屏式、密碼鑰匙式、遙控式等，有些設(shè)備還采用了總線控制技術(shù)；傳動(dòng)裝置采用內(nèi)藏式，以增大停車空間并保護(hù)各傳動(dòng)元件不受污染和腐蝕，提高了設(shè)備的耐久性；機(jī)械結(jié)構(gòu)中采用了模塊化設(shè)計(jì)，便于組合使用，易于安裝拆卸，縮短施工周期。目前品種的滿足率己達(dá)90％左右，有的品種填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)

12、化率達(dá)到50％以上。還采用一些新材料、新工藝，如采用“H7，型鋼做鋼梁，組合的鍍鋅板或一體成型的鍍鋅板做載車板：安全保護(hù)方面采用了聲光引導(dǎo)及定位裝置，自動(dòng)消防滅火系統(tǒng)等。目前品種的滿足率已達(dá)90％左右，有的品種填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，產(chǎn)品國(guó)產(chǎn)化率達(dá)到50％以上。 目前國(guó)內(nèi)立體停車設(shè)備是以升降橫移類為主，約占總量的84%。此外還有垂直升降類和平面移動(dòng)類。在技術(shù)方面，由最初的機(jī)械傳動(dòng)式發(fā)展為液壓傳動(dòng)式、機(jī)械液壓傳動(dòng)式、電傳動(dòng)式?？刂品绞揭灿蓡渭兊氖謩?dòng)控制發(fā)展到電氣控制、PLC控制和現(xiàn)場(chǎng)總線控制。 雖然我國(guó)停車設(shè)備行業(yè)和技術(shù)得到了快速發(fā)展，但與停車設(shè)備的市場(chǎng)需求還相差甚遠(yuǎn)。停車設(shè)備需要進(jìn)一步降低制造成本

13、，提高技術(shù)含量以及設(shè)備使用的安全性和可靠性。 本文就是研究最為典型的雙層升降橫移式車庫(kù)。 2.2 升降橫移類車庫(kù)原理 圖2.1 升降橫移式車庫(kù)原理示意圖 升降橫移類車庫(kù)指采用以載車板升降或者橫移作為存取車輛設(shè)備的機(jī)械式停車庫(kù)。其工作原理為：如圖2.1所示，雙層三列升降橫移式立體車庫(kù)共有五個(gè)停車位（圖中1-5），6號(hào)位為空，為車位的升降騰出空間。下層的兩個(gè)車位只負(fù)責(zé)橫移，上層的三個(gè)車位只負(fù)責(zé)升降。為了保證下層平移的暢通，必須有一個(gè)車位空出，因此升降車位必須復(fù)位，而橫移車位則沒(méi)有必要。這樣，通過(guò)簡(jiǎn)單的升降與橫移便能夠?qū)崿F(xiàn)車輛的存取。 第三章 總體方案設(shè)計(jì) 3

14、.1 車庫(kù)運(yùn)行過(guò)程分析 車庫(kù)上層載車板只能升降，下層載車板只能平移。因此上下載車板可采用不同的方案分別獨(dú)立驅(qū)動(dòng)。 3.2 下層載車板驅(qū)動(dòng)方案 對(duì)于下層載車板，由于只需做平移運(yùn)動(dòng)，因而可以在地面布置導(dǎo)軌，載車板下面安裝小輪，便能很方便地實(shí)現(xiàn)左右的平移。由于是滾動(dòng)摩擦，所需克服的阻力會(huì)小很多，因而驅(qū)動(dòng)下面的載車板并不需要很大的功率，這里可以供選擇的驅(qū)動(dòng)方案很多，比如螺旋傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、帶傳動(dòng)和液壓傳動(dòng)等。其中鏈傳動(dòng)和帶傳動(dòng)是由電機(jī)出發(fā)，通過(guò)一系列傳動(dòng)環(huán)節(jié)，最終驅(qū)動(dòng)小輪在導(dǎo)軌上運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)載車板的平移。帶和鏈本身成本較低，中間的減速環(huán)節(jié)也有現(xiàn)成的減速箱可供選用，布置也很簡(jiǎn)單，是可行的方案

15、。而螺桿與液壓傳動(dòng)由于距離較長(zhǎng)，雖然力量和平穩(wěn)性上占優(yōu)勢(shì)，但代價(jià)太高，不予考慮。因此，綜合所有因素，最終采用電機(jī)+鏈傳動(dòng)作為下層載車板的驅(qū)動(dòng)方案。 驅(qū)動(dòng)小輪 鏈條 減速機(jī)構(gòu) 電機(jī) 3.3 升降載車板設(shè)計(jì)方案 上層載車板需要承受很大的重量，在設(shè)計(jì)上需要格外的謹(jǐn)慎，安全、平穩(wěn)是最基本的設(shè)計(jì)要求。首先是載車板的結(jié)構(gòu)，和下層的不同，上層的載車板需要承受更大的重量，而它本身又不能太重，不然會(huì)增加驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。因而對(duì)上層載車板的要求是在保證承重的同時(shí)盡可能地減少質(zhì)量。 載車板的升降需要導(dǎo)軌(其上開(kāi)燕尾槽或T形槽)來(lái)限定位置以及提供支撐。由于載荷較大，要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，因此

16、選用螺旋傳動(dòng)更為合適。將螺母與載車板連接起來(lái)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)載車板上升或下降。 螺母 螺桿 減速器 電機(jī) 3.4 輔助裝置 除了上述機(jī)械設(shè)備以外，停車庫(kù)還需要整體框架以及相應(yīng)的支撐等輔助設(shè)備，當(dāng)然控制方面的設(shè)備也必不可少，傳感器等控制裝備的設(shè)計(jì)不在本文討論范圍內(nèi)。 3.5 總體格局 圖3.1 車庫(kù)總體格局 總體上車庫(kù)的基本格局如圖3.1所示，上下層載車板都有各自獨(dú)立的軌道，并配備有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，各自獨(dú)立工作，互不干涉。除了車位以外，整個(gè)車庫(kù)還搭建了堅(jiān)固的鋼框架。鋼框架給安放各種傳感器提供了充裕的空間，并且給升降機(jī)構(gòu)的龍門導(dǎo)軌提供了有力的支撐。

17、 第四章 載車板設(shè)計(jì) 4.1 尺寸設(shè)計(jì) 車位的尺寸要求是：，載車板的尺寸應(yīng)略大于這個(gè)尺寸。加上斜坡和給安置其他零件提供平臺(tái)等因素，載車板的實(shí)際長(zhǎng)度超過(guò)，寬度上與車位尺寸保持一致。 4.2 結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計(jì) 載車板采用厚度為整體鋼板沖壓成型，前面設(shè)置有一段小斜坡，方便汽車進(jìn)出。載車板上設(shè)計(jì)有兩道凹槽用于給車輪提供限位，凹槽底部設(shè)計(jì)了凸起防滑條，以增大車胎與載車板之間的摩擦，保證車輛能被穩(wěn)定地限制在載車板上。 載車板的后部設(shè)有一個(gè)寬為的平臺(tái)，為在上面安置其他零件提供空間。 第五章 螺旋傳動(dòng)設(shè)計(jì) 5.1 分析 升降機(jī)構(gòu)的核心部件是螺旋機(jī)構(gòu)，確定了螺桿的各個(gè)參數(shù)便能夠依次

18、設(shè)計(jì)其他部件。螺旋傳動(dòng)是由螺桿和螺母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)要求。它主要是將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)完成運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳輸。 載車板的升降機(jī)構(gòu)采用螺旋機(jī)構(gòu)屬于起重螺旋，需要承受很大的軸向載荷?；瑒?dòng)螺旋結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、制造方便、成本低，易于實(shí)現(xiàn)自鎖。但是滑動(dòng)螺旋摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低，磨損太大，不適合本文中的場(chǎng)合。因而我們采用滾動(dòng)螺旋方式，它摩擦阻力小、傳動(dòng)效率高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，低速時(shí)不爬行，啟動(dòng)時(shí)無(wú)抖動(dòng)，雖然復(fù)雜的結(jié)構(gòu)會(huì)增加成本，但它使用壽命長(zhǎng)，安全可靠，適合本場(chǎng)合。 5.2 滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)形式選擇 按螺紋滾道法向截面形狀、滾珠的循環(huán)方式、消除間隙和調(diào)整預(yù)緊方法的不同，螺旋副有多種結(jié)構(gòu)形式。在

19、這里，考慮到本應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)接觸強(qiáng)度要求較高，而準(zhǔn)確性要求略低等因素，采用單螺母外循環(huán)滾動(dòng)螺旋副，螺紋滾道型面類型選擇雙圓弧型。 圖5.1 外循環(huán)滾動(dòng)螺旋副 5.3材料選擇 由于螺桿行程較長(zhǎng),對(duì)精度沒(méi)有特別的要求，因此使用普通螺桿的材料即可。 材料選用，高頻或中頻加熱，表面淬火。 5.4螺紋尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 基本參數(shù)：基本額定靜載荷、基本額定動(dòng)載荷、額定壽命。 本場(chǎng)合中，上層載車板設(shè)計(jì)最大承重為1700kg，加上載車板自重（）。因此設(shè)計(jì)承重載荷為： 查手冊(cè)得：載荷系數(shù)（平穩(wěn)和輕微沖擊） 硬度影響系數(shù) 短行程系數(shù) 因此，計(jì)算載荷

20、 計(jì)算： 根據(jù)需要，選取導(dǎo)程 載車板的設(shè)計(jì)升降速度為 螺桿轉(zhuǎn)速 設(shè)計(jì)壽命 根據(jù)壽命計(jì)算最小額定動(dòng)載荷 壽命系數(shù) 轉(zhuǎn)速系數(shù) 壽命條件： 根據(jù)壽命查表確定螺桿尺寸： 公稱直徑 導(dǎo)程 鋼球直徑 絲杠外徑 螺紋底徑 循環(huán)列數(shù)圈數(shù) 80 12 71 78 71 3*2 5.5 絲杠精度設(shè)計(jì) 由于升降對(duì)精度要求不高，出于成本考慮，選用滾動(dòng)螺旋精度等級(jí)確定為7。 有效行程： 目標(biāo)行程公差： 300mm內(nèi)允許行程變動(dòng)量： 滾珠絲杠支撐軸頸對(duì)絲杠軸線徑向圓跳動(dòng)為63um。 滾珠絲杠和滾珠螺母表

21、面粗糙度為。  第六章 升降電機(jī)及減速器選擇 6.1關(guān)于YZ系列電機(jī) 升降電動(dòng)機(jī)選用YD系列，YD系列為鼠籠型異步電動(dòng)機(jī)，具有較大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩和過(guò)載能力，能夠頻繁起動(dòng)，轉(zhuǎn)差率較高，并具有良好的防護(hù)特性。它適用于短時(shí)或斷續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)、起動(dòng)制動(dòng)頻繁、有時(shí)過(guò)載以及有較強(qiáng)振動(dòng)和沖擊的冶金及一般起重設(shè)備上。上層載車板大部分時(shí)間都處于靜止?fàn)顟B(tài)，只有在升降過(guò)程中電機(jī)才起動(dòng)，故適合采用YZ系列電機(jī)。 6.2 電機(jī)型號(hào)、參數(shù) 上載車板總重370kg，最大載重1700kg，總重為G=（370+1700）10=20700N升降速度V=4m/min，設(shè)聯(lián)軸器、減速器和各個(gè)軸承總效率為0.9，而一般電機(jī)效

22、率為0.75，那么所需的最小驅(qū)動(dòng)功率為 選用YZ132M1-6型號(hào)的電機(jī)，額定電壓380V，額定頻率50Hz，轉(zhuǎn)速935r/min,功率2.2kW，堵轉(zhuǎn)電流倍數(shù)為4.74，堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速倍數(shù)為3.11，效率75.5%，功率因數(shù)0.77。 采用B5大法蘭基座豎直安裝便于連接減速器。 圖6.1 YZ132M1-6型號(hào)的電機(jī) 6.3 減速器型號(hào)選擇 電機(jī)軸轉(zhuǎn)速為935r/min，設(shè)計(jì)螺桿軸轉(zhuǎn)速為200r/min，選用減速比i為4.5。 這里采用單級(jí)圓柱齒輪減速器即可，這類減速器裝配維修方便，可用于各類機(jī)械中。 ZDY、ZLY、ZSY型硬齒面臥式圓柱齒輪減速器（ZBJ19004

23、-1988）的齒輪為漸開(kāi)線斜齒齒輪，采用優(yōu)質(zhì)材料，箱體經(jīng)精密鏜孔等制成。承載能力高，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低。 減速器的適用條件是高速軸轉(zhuǎn)速不高于1500r/min，適用于本場(chǎng)合。 結(jié)合本工程實(shí)例，最終選用規(guī)格為ZDY80-4.5-I的減速器，其額定輸入功率為11kW。 第七章 螺桿軸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7.1軸承選擇 圖7.1 螺桿軸結(jié)構(gòu) 根據(jù)升降距離要求，初步確定螺桿的最大工作長(zhǎng)度為，即螺紋的有效長(zhǎng)度為2400mm。螺桿豎直放置，主要受軸向載荷，頂部與齒輪嚙合處承受部分徑向載荷。故螺桿軸底部需用推力圓錐滾子軸承，頂端受徑向載荷較大，故采用深溝球軸承即可。 螺桿外徑為66mm，螺桿軸下端使用軸

24、環(huán)定位,螺桿軸最大直徑為： 軸環(huán)寬度： 確定頂部軸頸直徑： 若底部軸頸直徑也為50mm，則找不到相應(yīng)的軸承型號(hào)，因此把底部軸頸直徑擴(kuò)大為60mm。 根據(jù)軸承寬度確定兩個(gè)軸頸的長(zhǎng)度，最終頂端選用代號(hào)為6310的深溝球軸承（GB/T276-1994）。底部選用代號(hào)為29412的推力圓錐滾子軸承。 7.2 鍵的設(shè)計(jì)與校核 螺桿軸頭部通過(guò)聯(lián)軸器與減速器的輸出軸相連，該軸端軸徑為d=40mm，初步選用普通平鍵。平鍵靠側(cè)面?zhèn)鬟f轉(zhuǎn)矩。對(duì)中良好，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝拆方便，應(yīng)用最為廣泛，也適用于高精度、高速或承受變載、沖擊的場(chǎng)合。通過(guò)查手冊(cè)可得鍵的尺寸： 根據(jù)該軸段長(zhǎng)度為30mm，鍵

25、長(zhǎng)L取24mm。 螺桿軸實(shí)際轉(zhuǎn)速： 螺桿軸傳遞功率： 螺桿傳遞最大扭矩： 查表得到鍵的許用擠壓應(yīng)力和許用切應(yīng)力（鍵的材料為鋼）： 鍵聯(lián)接工作面擠壓： 因此鍵的長(zhǎng)度不夠，需要重新設(shè)計(jì) 考慮到軸的長(zhǎng)度有限，平鍵顯然已經(jīng)不能滿足需要，因而改用花鍵聯(lián)接。矩形花鍵多齒工作，承載能力高，對(duì)中性好，導(dǎo)向性好，齒根較淺，應(yīng)力集中較小，軸與轂強(qiáng)度削弱小，加工方便，能用磨削方法獲得較高精度。螺桿軸主要承受轉(zhuǎn)矩，花鍵對(duì)其平衡性有較大益處。 根據(jù)國(guó)標(biāo)（GB/T1144-1987），選用中系列尺寸，大徑D=48mm，鍵數(shù)N=8，鍵寬B=8mm，小徑d=42mm。花鍵長(zhǎng)度設(shè)計(jì)

26、為L(zhǎng)=35mm。倒角尺c=0.5mm,圓角尺寸r=0.4mm。 查表得花鍵聯(lián)接的許用應(yīng)力為： 齒的工作高度： 各齒間載荷不均勻系數(shù)取 平均直徑： 花鍵強(qiáng)度校核： 故強(qiáng)度符合條件。 圖7.2 螺桿軸的花鍵聯(lián)接 花鍵精度：裝配形式為固定，d為h7，D為a11。 7.3 軸的結(jié)構(gòu)工藝 為了減少應(yīng)力集中，軸的階梯處設(shè)置圓角或圓角，根據(jù)GB/T6403.4-1986確定各軸端倒角和圓角的尺寸 第八章 升降系統(tǒng)總裝 8.1 升降導(dǎo)軌 圖8.1 升降式載車板系統(tǒng) 如圖7.1所示，升降系統(tǒng)由兩大部分組成。 第一部分是導(dǎo)軌部分，1是

27、龍門形的導(dǎo)軌（槽形結(jié)構(gòu)），直接與地面相連。2是載車板，其上裝有導(dǎo)軌支架，支架內(nèi)部嵌有滾輪3，進(jìn)而整個(gè)載車板被限制在導(dǎo)軌內(nèi)部。5為斜拉桿，能夠使載車板保持水平，并且把拉力分擔(dān)到龍門導(dǎo)軌支架上。整個(gè)載車板支架由鈑金件和加強(qiáng)筋構(gòu)成，降低質(zhì)量的同時(shí)也保證了強(qiáng)度。 第二部分為傳動(dòng)部分。從動(dòng)力源開(kāi)始電機(jī)12連接減速器11，減速器輸出軸通過(guò)聯(lián)軸器與螺桿軸8相連，從而驅(qū)動(dòng)螺桿旋轉(zhuǎn)。螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)使螺母4上下移動(dòng)，而螺母通過(guò)螺旋與載車板固連，最終實(shí)現(xiàn)載車板的上下移動(dòng)。 第九章 平移機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 9.1 滑軌設(shè)計(jì) 下層載車板靠滾輪限制在軌道上，滾輪的一邊設(shè)置凸緣。載車板底部設(shè)置八個(gè)滾輪，其中起驅(qū)動(dòng)作用的滾

28、輪有兩個(gè)，其余做支撐。 軋制車輪材料，應(yīng)不低于GB/T 699中規(guī)定的60鋼；鍛造車輪材料，踏面直 徑不大于400mm的車輪，應(yīng)不低于GB/T 699中規(guī)定的45鋼，踏面直徑大于400mm的車輪，應(yīng)不低于GB/T 699中規(guī)定的55鋼；鑄造車輪材料，應(yīng)不低于GB/T 11352中規(guī)定的ZG340-640鋼。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用選擇45鋼。 設(shè)直徑D設(shè)為114mm，車輪與軌道有效接觸長(zhǎng)度為100mm 底部載車板設(shè)計(jì)承重2000kg，載車板自重接近500kg。八個(gè)滾輪，16個(gè)軸承，平均每個(gè)軸承受徑向載荷為 由于載荷量較小，故采用較小尺寸軸承即可。 載車板平移速度最大為10m/min，而

29、滾輪直徑為D=114mm。由此可以得到滾輪軸轉(zhuǎn)速為： 軸傳遞功率最大為： 計(jì)算軸的最小尺寸: 考慮軸上開(kāi)鍵槽等因素，適當(dāng)擴(kuò)大軸徑至d=30mm。 選用代號(hào)為7206C的角接觸球軸承。 圖9.1 載車板底部小輪 9.2 電機(jī)選擇 由于驅(qū)動(dòng)載車板水平移動(dòng)所需克服載荷不大，這里選用小功率異步電動(dòng)機(jī)即可。小功率異步電動(dòng)機(jī)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、運(yùn)行可靠、噪聲低、對(duì)無(wú)線電系統(tǒng)干擾小等優(yōu)點(diǎn)，是廣泛應(yīng)用的驅(qū)動(dòng)動(dòng)力。 底部載車板及其零部件總重為300kg，設(shè)計(jì)最大載重為2000kg。滾輪與導(dǎo)軌之間的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為f=0.005，角接觸球軸承對(duì)徑向載荷的滾動(dòng)摩擦系數(shù)為0.00

30、3，載車板橫向移動(dòng)速度v=10m/min，鏈傳動(dòng)效率為0.96，球軸承效率為0.99，減速器效率為0.95，電機(jī)效率為0.6。由此可以估算電機(jī)的最小功率： 選用YS系列三相異步電動(dòng)機(jī)，型號(hào)為YS6324，功率180W，轉(zhuǎn)速1400r/min，額定電流0.64A，額定電壓380V，頻率50Hz，效率64%，功率因素0.66。 圖9.2 YS6324型電機(jī)尺寸 9.3 減速器選擇 減速比計(jì)算：由于鏈傳動(dòng)環(huán)節(jié)傳動(dòng)比為1，電機(jī)到鏈的減速比為 由于減速比較大，不適合采用單級(jí)圓柱齒輪減速器，而多級(jí)圓柱齒輪減速器成本較高，也不被采用。初步確定使用CW型圓弧圓柱蝸桿減速器。 這種減

31、速器除具有蝸桿傳動(dòng)所共有的單級(jí)傳動(dòng)比大、工作平穩(wěn)、噪音低等特性外，由于采用圓環(huán)面包絡(luò)圓柱蝸桿，能使接觸應(yīng)力降低，易形成油膜，齒根有所增厚，故比普通阿基米德蝸桿減速器承載能力高、壽命長(zhǎng)、傳動(dòng)效率高。 根據(jù)需要，選用型號(hào)為CWU63-50-I JB/T7935-95的減速器，其轉(zhuǎn)速為1500r/min時(shí)，額定輸入功率為0.67kW，額定輸出轉(zhuǎn)矩為159Nm。 第十章 鏈傳動(dòng)設(shè)計(jì) 10.1 鏈類型選擇 減速器輸出軸通過(guò)鏈條與滾輪相連，不連續(xù)工作，速度低，這里可采用套筒式鏈，它質(zhì)量輕，成本低廉。但考慮到套筒鏈工作時(shí)套筒沿鏈輪輪齒產(chǎn)生滑移，輪齒磨損較快。為了提高整個(gè)機(jī)構(gòu)的壽命，這里還是

32、采用滾子鏈比較適宜。 10.2 鏈參數(shù)計(jì)算 圖10.1 鏈的布置方案 如圖10.1所示，電機(jī)通過(guò)減速器再連接鏈輪1，鏈輪1通過(guò)鏈1與鏈輪2相連，鏈輪2為雙聯(lián)鏈輪，同時(shí)它也通過(guò)鏈2與鏈輪3相連，最終實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞。載車板需要實(shí)現(xiàn)左右移動(dòng)，故鏈1應(yīng)該垂直布置。所有鏈輪齒數(shù)相同，不改變轉(zhuǎn)速，因此可以一起設(shè)計(jì)。 鏈輪轉(zhuǎn)速。 假設(shè)鏈輪直徑，于是估計(jì)鏈速 鏈輪齒數(shù)： 計(jì)算節(jié)距：載荷平穩(wěn)，取工況系數(shù)。 齒數(shù)系數(shù) 鏈條排數(shù)系數(shù) 節(jié)距 根據(jù)功率和轉(zhuǎn)速確定鏈條型號(hào)為08A。其

33、參數(shù)為： 鏈號(hào) 節(jié)距 滾子 外徑 內(nèi)鏈節(jié) 內(nèi)寬 銷軸 直徑 套筒 孔徑 內(nèi)鏈節(jié) 外寬 外鏈節(jié) 內(nèi)寬 08A 12.7 14.38 7.92 3.96 4.01 11.18 11.23 10.3 鏈裝配尺寸計(jì)算 鏈輪分度圓直徑計(jì)算： 試定中心距 時(shí)，最小中心距： 實(shí)際鏈速 這與之前的估計(jì)鏈速一致。 鏈1設(shè)計(jì)中心距 鏈節(jié)數(shù)計(jì)算： 鏈節(jié)數(shù)取偶數(shù)，所以最終選擇78個(gè)。 實(shí)際中心距 安裝中心距應(yīng)比計(jì)算值略小，以便鏈條有一定的初垂度。 由于，所以不需要張緊裝置。 同

34、樣，對(duì)于鏈2，它連接左右兩個(gè)滾輪，跨度較大，設(shè)計(jì)中心距 鏈節(jié)數(shù)計(jì)算： 實(shí)際中心距 由于，需要加裝托板。 有效圓周力 作用在軸上的壓軸力為： 10.4 滾子鏈鏈輪設(shè)計(jì) 分度圓直徑： 齒頂圓直徑： 齒根圓直徑： 齒寬： 齒側(cè)凸緣直徑 根據(jù)鏈輪分度圓直徑，最終選定凸緣直徑。  第十一章 滾輪軸校核 11.1 滾輪軸結(jié)構(gòu) 圖11.1 滾輪軸結(jié)構(gòu)及受力圖 底部載車板下部設(shè)有8個(gè)滾輪，其中起到驅(qū)動(dòng)作用的只有兩個(gè)，其余6個(gè)從動(dòng)，受軌道約束。滾輪由角接觸球軸承支撐，一段伸出設(shè)置階梯，給鏈輪提供軸向定位，軸的端部車

35、螺紋，與六角薄螺母配合，固定鏈輪。 從受力上來(lái)看，滾輪軸受到導(dǎo)軌給它的擠壓力，一對(duì)軸承對(duì)它的壓力、，鏈1對(duì)它的壓軸力以及鏈2對(duì)它的壓軸力。與此同時(shí)，滾輪軸還受到導(dǎo)軌摩擦力對(duì)它的力矩，以及鏈輪對(duì)它的力矩和。 按最大承重量校核，載車板和車總重，由此可得： （方向豎直向上） 鏈1的有效圓周力： 鏈1作用在軸上的壓軸力： （方向豎直向上） 鏈1對(duì)滾輪軸的力矩： 方向與滾輪轉(zhuǎn)向相同，為順時(shí)針。 鏈2的有效圓周力： 鏈2作用在軸上的壓軸力： （方向水平向右） 鏈2對(duì)滾輪軸的力矩： 方向與滾輪轉(zhuǎn)向相反，為逆時(shí)針。 導(dǎo)軌摩擦力對(duì)軸的扭矩可以由扭矩平衡得到： 方

36、向與滾輪轉(zhuǎn)向相反，為逆時(shí)針。 由于鏈的壓軸力既有水平分量也有垂直分量，因此軸承對(duì)軸的反力也存在豎直和水平兩種分量，需要分開(kāi)校核。 11.2 豎直方向上受力 圖11.2 滾輪軸在豎直方向上受力圖 根據(jù)力矩平衡列式求： 根據(jù)受力平衡求： 根據(jù)受力畫(huà)出彎矩圖： 彎矩圖如圖11.3所示： 圖11.3 滾輪軸豎直受力彎矩圖 11.4 水平方向受力 圖11.4 滾輪軸水平方向受力圖 算出和: 畫(huà)出彎矩圖： 圖11.4 11.5校核軸的強(qiáng)度 合成兩個(gè)方向的彎矩圖： 畫(huà)出總的彎矩

37、圖和扭矩圖： 圖11.5 總彎矩和扭矩圖 由圖11.4可以判斷危險(xiǎn)截面為C，校核該截面強(qiáng)度： ?。▎蜗蜣D(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)矩按脈動(dòng)變化）；（實(shí)心軸）。查45號(hào)鋼的需用疲勞應(yīng)力為 故滾輪軸校核安全。 個(gè)人心得 02009542 這是我第一次做整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，與上學(xué)期僅僅設(shè)計(jì)一個(gè)軸相比，設(shè)計(jì)整個(gè)車庫(kù)系統(tǒng)更具挑戰(zhàn)性。顯然，在設(shè)計(jì)之初，我的想法太過(guò)簡(jiǎn)單了。一個(gè)整體的完善的系統(tǒng)要能夠良好地運(yùn)行，需要各個(gè)部件安排合理，互不干涉。 立體車庫(kù)在傳動(dòng)方案的設(shè)計(jì)上有很多自由發(fā)揮的空間，而選擇最佳的傳動(dòng)方案又是一個(gè)難題。例如，升降若采用螺桿傳動(dòng)，就要考慮是螺桿轉(zhuǎn)還是螺母轉(zhuǎn)的問(wèn)題。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)生活

38、中的車庫(kù)兩種方案皆有采用，關(guān)鍵是如何設(shè)計(jì)的合理、科學(xué)。再者，設(shè)計(jì)需要考慮成本，雖然不需要真正制造出來(lái)，但也不能不切實(shí)際地選用昂貴的配件，導(dǎo)致資源的浪費(fèi)。平移機(jī)構(gòu)只需要較小的力，這里就要考慮選取盡可能簡(jiǎn)單的傳動(dòng)，而不要大費(fèi)周章，不僅會(huì)造成空間的浪費(fèi)，還會(huì)造成效率的降低。材料的節(jié)約也是考慮的重點(diǎn)，載車板的結(jié)構(gòu)要在保證堅(jiān)固的同時(shí)做到盡可能地輕盈，因而采用鈑金件加筋的方式是一個(gè)很好的選擇。另外，整體框架采用工字梁焊接結(jié)構(gòu)，也是出于節(jié)約和堅(jiān)固的考慮。 要完成車庫(kù)的設(shè)計(jì)，不可缺少的是Solidworks軟件。剛接到設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候，腦中只有模糊的設(shè)計(jì)思路，而設(shè)計(jì)需要把腦中的想法一步一步地具體化。Solid

39、works提供了一個(gè)很好的平臺(tái)。起初的三天，我用Solidworks進(jìn)行了試建模，遵循自下而上的設(shè)計(jì)原則，一步一步地細(xì)化模型，雖然有許多不合理之處，但這些都為后來(lái)的工作提供了更為明晰的思路。在最初的模型中，我的平移機(jī)構(gòu)采用了液壓桿的形式，為了縮短液壓缸的行程，采用連桿機(jī)構(gòu)使載車板的行程擴(kuò)大。這種方案在理論上是可行的，但是液壓在使用和維護(hù)方面都無(wú)法與電機(jī)相比，泄露也是很大的問(wèn)題，因此最終摒棄了。從建模的角度講，車庫(kù)的模型并不復(fù)雜，但是零件較多，如果把零件逐個(gè)建模然后組裝，顯然是不切實(shí)際也沒(méi)有必要的。很多細(xì)小的非主要零件應(yīng)該得到合并，這樣便能省去很多繁瑣的配合，然我們充分專注于關(guān)鍵零部件的設(shè)計(jì)。有

40、些零件，比如說(shuō)電機(jī)因當(dāng)做必要的簡(jiǎn)化處理，這樣不僅有利于出圖，也可省去大量不必要的時(shí)間。當(dāng)然，追求更為真實(shí)的模型未嘗不是好事，如果純粹為了出效果圖，那么模型越復(fù)雜，越真實(shí)，其效果越好。而我們?cè)O(shè)計(jì)最終需要呈現(xiàn)的是圖紙，最終3D還是要回歸2D，為了得到符合國(guó)標(biāo)的工程圖，“簡(jiǎn)”的理念應(yīng)該貫徹始終，我想這也是我最大的收獲之一。 經(jīng)過(guò)了將近三周的努力，我的設(shè)計(jì)也有了成果，它也許不是最好的方案，但我相信它的某些功能已經(jīng)能夠滿足實(shí)際的需要。機(jī)械設(shè)計(jì)本來(lái)就是個(gè)漫長(zhǎng)、反復(fù)具有創(chuàng)造性的工作，在設(shè)計(jì)師眼里，最完美的設(shè)計(jì)永遠(yuǎn)都是下一個(gè)。知識(shí)只有在運(yùn)用的時(shí)候才會(huì)覺(jué)得不夠。機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)在讓我們所學(xué)知識(shí)應(yīng)用到實(shí)踐中的同時(shí)，也提出了更高的要求。我覺(jué)得自己現(xiàn)有的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，要成為一個(gè)真正的機(jī)械工程師，我還有很長(zhǎng)的一段路要走。感謝老師在設(shè)計(jì)過(guò)程中給予我的幫助，我定會(huì)更加努力，爭(zhēng)取做得更好，走得更遠(yuǎn)。 參考文獻(xiàn) 1.毛謙德，李振清 主編《袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)時(shí)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 2.卜炎 主編 《機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 3.吳宗澤 主編《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 4.吳克堅(jiān)、于曉紅、錢瑞明 主編 《機(jī)械設(shè)計(jì)》高等教育出版社 36