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论文方法介绍-家用小型立体车库结构设计

2021-05-28 12:07:29

  随着科技发展,小汽车逐渐进入千家万户,停车难的问题慢慢浮现在人们面前,开发新的适合中国立体车库的,是解决停车难的问题的有效途径之一。本次设计的立体车库适用于小型私家车库。在本文设计中,主要是通过对这种立体车库的模型以及立体结构进行研究研发。

  在车库的结构方面:车库的总体采用不锈钢材料,强度高而且质量轻,可以节约建造成本,同时安全性能也很高。车库上层控制传动方面:进出车库的车辆停放在载车板,载车板的升降是通过两个液压缸以及杠杆来进行升降,活动梁的牵引是通过电机带动链轮来进行转动,对于其他方面:对链传动进而存取车辆装置及其它的零部件、活动梁和停车梁等主要结构其中的零部件进行计算和核对。本次设计的停车场是一个简单易用的结构,成本低,更适合普通家庭的需求。

  目前,家用型小汽车车的数量逐步增加,停车位短缺的问题正变得越发重要。为了解决这个问题,并充分利用地面停车空间,可以设计一个双层立体车位车库在居民区。

  汽车工业的发展和鼓励购买汽车政策的实施,促进了经济发展和城市化。一些城市,特别是大城市,越来越多的人拥有私家车,停车位严重缺乏。近年来,对泊车现状的结构分析成为许多研究人员关注的问题,但泊车难仍然是一个普遍的难题。特别是在大中型城市,土地更少,汽车更多,停车位更少,汽车的增长并没有减慢,可以预测的是在未来10-15年之间对车库的需求会逐步增加,因此对小型立体车库的需求非常高

  1.2立体车库研究意义

  家用小型立体车库的结构设计研究,在中国人均汽车持有量暴增的今天,这项技术无疑是解决车辆存放问题的一条很有前景的途径。家用小型立体车库的是一套自动化技术,机器人技术,计算机技术为一体的物流储运系统之一。不仅如此在土建开发上还能节约成本,土地资源,其更重要的优势在于使有限的空间得到充分利用。

  1.3立体停车设备国内外发展综述

  立体停车车库的设计在我国1980年开始发展,直到1990国外技术,2003年进入自主研发阶段后,我国汽车保有量世界第二位,这带来了停车位的需求增大,但我国停车位缺口较大。目前,我国主要采用垂直升降类和平面移动类立体车库。垂直升降类型分为方塔和塔轮,的。

  在亚洲,立体车库多见于日本和韩国。,在亚洲得到发展。对日本而言,优势在多层升降横移类、垂直升降类车库。自动泊车技术在韩国出现,其实这是日本的衍生技术。目前市场上主要的交换技术,是智能停车设备中的关键技术,其技术大致上可以分为两大类;一个是有载车板的交换技术一个是没有无载车板的交换技术。

  垂直升降类、。

  2方案选择及结构设计

  2.1立体车库总体结构设计

  2.1.1车型及车库参数

  车型的选择,其中以小型轿车为例,小型轿车中以大众斯柯达为例,该车身车长为,宽长为,高长为,总重量为。车子的轴距,车轮的车距为,后车距为。由于设计简单,导致衍生出价格低廉的双停车位,所以可以决定采用简易俯仰式立体这种车库的优点在于它的结构简单。车库总长度为,总宽为,停车它的总高度为,其中二层车板距地面为,二层停车板最大承受重量是,俯仰角度为。

  2.1.2车库工作流程

  ,。当有车辆需要进出二层停车位之时,启动液压泵电动机迫使液压缸的柱塞下降从而达到停车梁整体下降。,,停车梁尾部电动机通过链轮带动链条使活动梁伸出一直到地面,在这一阶段中车辆通过活动梁进出二层停车板,,液压泵再次推动柱塞进行上升,,这样就完成了上层车辆的进出。补:链轮安装在主动轴上,链轮的驱动通过安装在停车梁顶端的电机进行传动,主动轴和链轮同步进行转动。

  图2.1立体车原理图

  图2.2立体车库链传动平面图

  图2.3立体车库平面图

  序号1、2、3、4、5、6、7分别表示翻板、活动梁、、、支撑立柱、、支撑梁。

  2.2液压系统部件的选择与计算

  2.2.1液压缸的选择与计算

  在这个设计之初,质量等情况不明确,,换算成力的话为20KN,。其中停车梁的长度为,它的两支点的中心之间的距离为。重力分析如图所示。

  图2.4停车梁受力分析

  其中,-

  Fy-液压缸的力在Y方向上的投影;(N)

  -

  -

  -;

  按计算公式

  计算

  解得N N

  N

  每侧受力N N

  N(静止时)

  当液压缸工作时,可以认为停车梁处在水平位置,其受力情况分析如图2.3所示:

  图2.5停车梁受力分析

  其中,

  按公式

  计算

  解得N N

  作用在每一侧的力分别为N N

  3.液压缸的计算

  ,P,依据液压取值进行取合适的值,综合考虑负载的情况,对应的工作压力,。F(理论值)和系统选择的P来计算内径D,计算方式如下:

  (2.2)

  (2.3)

  其中;

  -负载率;取=0.6

  N

  缸筒内径

  mm

  取缸径标准值mm。

  设定速度比,由已知的行程有,在30s内伸出,则

  m/s

  m/s

  4.液压缸的结构及安装尺寸

  图2.6和表2.1,2.2液压缸的分别是液压缸的结构和尺寸安装。

  图2.6液压缸尺寸

  表2.1液压缸的结构尺寸

  100 56

  表2.2液压缸的安装尺寸

  缸径TV VG BA FB

  100 135 180 68 22

  2.2.2液压泵的选择

  已知活塞杆伸出的速度m/s,根据计算公式

  (2.4)

  式中,;

  -;取,故L/min

  因此,泵的实际流量L/min估取泵的容积效率为,则泵的理论流量

  L/min

  则泵的排量,

  ml/r

  如图2.3所示液压泵的技术参数

  表2.3液压泵技术参数

  排量ml/r压力MPa转速r/min效率质量kg

  外型尺寸

  额定最高容积总效长×宽×高

  33.0 10 940 80%85%19.4 203×152×150

  2.2.3泵电动机的选择

  泵的输出功率

  (2.5)

  已知工作压力MPa,l/min,

  则kw

  而kw

  三相异步电机的技术参数如下图所示:

  表2.4三相异步电动机技术参数

  型号额定功率kw满载时重量kg

  Y112M-6

  1.5转速r/min电流A效率功率因子

  3.3

  940 3.91 77.5 0.74

  2.3传动部件的选择与计算

  2.3.1链条的设计

  1.小链轮上的链条计算

  小链轮,。

  (1)传动比

  计算,则。,取22,,那么n2

  r/min。

  (2)链条节距

  n1,0.8A,其节距mm。dk34mm,而mm,就可以符合。

  (3)初定中心距

  小链轮与大链轮之间的中心距暂取

  (4)链条节数Lp

  节

  (5)链条长度L

  m

  (6)理论中心距a

  mm,

  通过查表得mm;

  (7)链速v

  m/s

  (8)有效圆周力F

  N

  作用在轴上的拉力N

  2.大链轮上链条的计算

  ,所以传动比。

  (1)链条节距P

  链条的型号为08A,所以mm。

  (2)初定中心距a0

  由于结构需要,选用的中心距mm

  (3)链条节数Lp

  节,取952节

  式中,;;,大链轮的齿数;

  (4)链条长度L

  m,

  式中,。

  (5)理论中心距a

  因,mm,式中,;

  (6)链速v

  m/s,

  式中,,;,r/min;,mm

  3.链条的结构

  图2.7链条的结构

  2.3.2链轮的设计

  1.链轮基本参数

  :,。mm。mm。

  2.链轮的主要尺寸

  (1)分度圆的直径按照公式

  (2.5)

  式中,

  小链轮分度圆直径mm

  大链轮分度圆直径mm

  (2)齿顶圆直径按公式

  (2.6)

  则小链轮mm mm

  取小链轮齿顶圆mm

  而大链轮齿顶圆mm mm

  大链轮齿顶圆取mm

  (3)齿根圆直径按公式

  (2.7)

  式中,-分度圆直径;-滚子外径;

  小链轮mm

  大链轮mm

  3.链轮材料的热处理

  40~50HRC。

  4.链轮结构

  主要结构见图2.8。

  图2.8链轮结构

  (1)轮毂厚度H

  (2.8)

  取孔径;-;

  小链轮轮毂厚度为mm

  大链轮轮毂厚度为mm

  中心处大链轮mm,mm则mm

  (2)轮毂长度L

  (2.9)

  小链轮mm

  大链轮mm

  中心链轮mm

  (3)轮毂直径dh

  ,式中,-孔径;-;

  小链轮mm

  大链轮mm

  中心链轮mm

  (4)齿宽bf

  由于节距mm,所以按计算,式中,-链条的内节内宽;

  mm所以mm,mm取齿宽mm。

  (5)齿侧倒角ba

  mm

  式中,-节距;

  (6)齿侧半径Y

  mm

  (7)齿全宽bfm

  mm

  式中,-排数;-齿宽;-排距

  2.4轴承和轴承座的类型

  2.4.1轴承的类型

  ,,所以轴承,见图2.7。

  基本尺寸:mm mm mm

  安装尺寸:mm mm mm

  轴承代号:7209C

  基本额定动载荷KN KN

  2.4.2轴承座的类型

  。2.9。

  图2.9轴承尺寸

  2.5其它主要零件的选择

  2.5.1停车梁的选择

  ,,以及能够使其。,其外形尺寸见表2.5。

  2.5.2支承梁与活动梁的选择

  ,要考虑到各个方向的受力,形空心型钢,2.6。

  ,活动梁也采用了。的强度和刚度。如图2.11,表2.6。

  图2.10轴承座尺寸图2.11空心型钢结构

  表2.5冷弯矩形空心型钢规格

  边长

  壁厚mm

  理论重量kg/m

  截面面积cm2

  A B

  150 100 5.0 18.334 23.356

  表2.6冷弯矩形空心型钢规格

  边长壁厚

  mm理论重量

  kg/m截面面积

  cm2

  A B

  100 50 5.0 10.484 13.356

  80 40 5.0 6.710 8.547

  2.6本章小结

  、与计算,其中主要是对和计算,。

  3主要部件强度刚度校核

  3.1轴的强度和刚度校核

  在设计过程中随着计算的深入,其结构形式逐渐浮现。确定,300 kg。,若假设将质量看,。而梁可以视为直杆,受力如图3.1

  图3.1活动梁受力分析

  其中,-为汽车在活动梁所受的重力;

  F1-地面对版的支撑力;

  F2-轴对梁的支撑力

  照公式:(3.1)

  计算

  解得N N

  每一侧轴上的力为N N

  3.1.1主动轴的强度校核

  ,3.2。

  图3.2主动轴受力分析

  图中,-;N

  -链条通过链轮作用在主动轴上的力;N

  -有效圆周力;N

  ,-、;

  -主动轴中心轮上的扭矩;N·m

  -;N·m

  1.求垂直面内的支反力

  根据公式:

  计算

  解得N

  N

  2.求水平面内的支反力

  根据公式:

  计算

  解得N N

  3.计算垂直面内的弯矩

  A点弯矩:N·m

  B点弯矩:N·m

  C点弯矩:N·m

  4.计算水平面内的弯矩

  A点弯矩:N·m

  B点弯矩:N·m

  C点弯矩:N·m

  5.求合成弯矩

  A点合成弯矩:N·m

  B点合成弯矩:N·m

  C点合成弯矩:N·m

  6.轴的转矩T

  由已知条件可知主动轴的转矩N·m

  7.Me

  B截面最危险,,取折合系数,则有

  N·m

  8.计算轴危险截面处的直径

  45钢调质处理,

  mm

  MPa,mm强度够用。

  3.1.2主动轴的刚度校核

  1.挠度y的计算

  ,来求挠度。

  (1)当圆周力单独作用时

  圆周力单独作用时的情况见图3.3。

  图3.3主动轴受圆周力时

  图中,-圆周力,即N,mm,mm,mm

  因为,所以挠度mm

  式中,-为弹性模量,取MPa;-惯性矩。在该力的作用下中间位置的挠度

  mm,

  (2)在F2和F′合力作用时

  合力作用时的情况见图3-6,

  图3-4主动轴受合力时

  P为F2和F′合力,其中mm,mm

  N·m

  挠度的计算公式分别为mm mm

  y值为mm,(0.0003~0.0005),轴的总长0.5706~0.9510mm。

  2.转角的计算θ

  转角的计算依然采用叠加的方法。

  (1)当圆周力F单独作用时

  3.3,,则

  rad rad

  (2)在F2和F′合力作用时

  3.6,,

  rad rad

  因此A,C:rad rad,两。

  3.扭矩的变形计算

  式中,-,取MPa;转矩-N·m;-

  -轴的长度;则rad满足要求。

  3.1.3从动轴的强度校核

  1.活动梁与行车板处于非工作状态

  ,此时轴的。其受力情况如图3.5。

  图3.5从动轴受力分析

  图中,-;-链条对从动轴产生的力;、-;

  (1)求垂直面内的支反力

  按公式得N。

  (2)求水平面内的支反力

  按公式则N。

  (3)计算垂直面内的弯矩

  垂直面内的弯矩N·m

  (4)计算水平面内的弯矩

  水平面内的弯矩N·m

  (5)求合成弯矩

  合成的弯矩N·m

  (6)轴的转矩

  ,即N·m。

  (7)当量转矩Me

  N·m

  (8)计算从动轴的直径

  45钢调质处理,

  mm

  2.

  ,2548mm,轮距前1414mm,后1422mm,4546mm,1690mm,1427mm,。估取活动梁与行车1500kg,1500kg。

  。故取车的质心在离前轮中心处。3.6。

  图3.6汽车进入活动梁受力分析

  图中,-,N N;

  、-;

  根据公式

  得

  当车重N时,N,N

  而F1、F2,

  所以每个车轮的所受的力为N N

  当车重N时,N N

  每个车轮所受的力为N N

  mm可以满足要求,。

  3.1.4从动轴的刚度校核

  1、从动轴处于非工作状态

  。此时从动轴对活动梁和行车。

  (1)挠度y的计算

  从动轴所受力见图3.7

  图3.7从动轴受力分析

  图中,-为所有外力作用在轴上的合力;

  挠度mm mm

  (0.0003~0.0005)。

  (2)转角θ的计算

  从动轴的转角

  rad

  rad

  2.从动轴处于工作状态

  ,上。

  (1)挠度y的计算

  3.11所示,当车重N时

  mm mm

  当车重N时,mm mm(0.0003~0.0005)的要求。

  (2)转角θ的计算

  当N时,rad

  rad;

  当时,rad rad,均的要求。

  3.2轴承和键的校核

  3.2.1轴承的校核

  7209C,KN KN,

  转速r/min。

  1.主动轴轴承的计算

  (1)轴承支反力Fr

  据计算公式(3.4)

  式中,-垂直支反力,垂直支反力包括N和N;

  -水平支反力,水平支反力包括N和N;

  (2)内部轴向力S

  计算公式为,所以N N

  (3)轴向力Fa

  ,,故取N。

  (4)比较S1+Fa和S2

  轴向力N

  轴向力N

  (5)计算当量动载荷P

  的各值与1.14。因为

  ,

  ,,故当量动载荷为

  N

  N

  (6)轴承的寿命计算

  h,N,当量动载荷N,,转速r/min。,,20年。

  2.从动轴轴承的计算

  。从动轴轴承的计算按照车的,。

  (1)轴承的支反力

  N

  由于,,所以N

  (2)内部轴向力S

  内部轴向力的计算公式为,所以N

  (3)轴向力Fa

  ,所以初选N。

  (4)比较S1+Fa和S2

  轴向力N

  轴向力N

  (5)计算当量动载荷

  因为;,所以取径向系数,,轴向系数

  ,故当量动载荷为

  N

  N

  (6)轴的寿命计算

  h

  式中,-,其值为N。,作,。每天8小时可工作10年。

  3.2.2键的强度校核

  键的强度计算公式如下

  平键工作面挤压应:(3.5)

  键的剪切应:(3.6)

  式中,传递转矩N·m;mm;mm;;mm;键的许用挤压应力MPa;MPa

  满

  满足

  键的类型:根据轴的直径mm,C型键代号分别为10×45 GB1567-79(90),10×36 GB1567-79(90),mm的键。剪切压力越小,。

  3.3梁的强度和刚度校核

  3.3.1梁的自由扭转计算

  Q235A,MPa,375~500MPa。根据得,式中,-;-;极限力一般为屈服极限,。通常,静载时1.2~2.5,那么梁的许用应力MPa。:,,材料屈服。MPa。

  1.,所以按照闭口薄壁截面杆件扭转时,,:

  MPa满足。

  ,所以最大剪应力和最大扭。

  2.计算停车梁的自由扭转

  ,这就可以这样认为停车梁的槽钢的自由扭转是一样的。,

  MPa rad

  所以满足。况,故槽钢扭转角和扭转剪应力。

  3.3.2活动梁的强度和刚度校核

  1.活动梁的强度校核

  ,,通过钢板传递到梁上没,N。所以只需校核载车重N。

  见图3.8。将图3.8 3.8,图中符号含义与3.8种的符号含义相同。

  图3.8汽车进入活动梁受力分析

  由前面的计算公式可知:

  当N时,N N N

  N N

  a.剪力与弯矩方程式

  OA段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开。以左侧为研究的剪

  力方程和弯矩方程。由左侧的平衡条件得剪力方程和弯矩方程分别为

  N

  N·m

  OB段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开。以左侧为研究的剪

  力方程和弯矩方程。由左侧的平衡条件得剪力方程和弯矩方程分别为

  N

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  OC段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开。以左侧为研究的剪

  力方程和弯矩方程。由左侧的平衡条件得剪力方程和弯矩方程分别为

  N

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  CD段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开。以左侧为研究对象的剪

  力方程和弯矩方程。由左侧的平衡条件得剪力方程和弯矩方程分别为

  N

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  b.剪力Q、弯矩M

  Q、弯矩M可见,CD,最大弯矩发生在作用的C截面上,F2′作用的C截面上,其值分别为

  N,N·m。

  c.活动梁的强度条件

  MPa考虑到活动梁的结构是由双层空心型钢镶套而成,MPa所以弯曲正应力强度条件满足条件。

  MPa

  MPa满足要求

  2.活动梁的刚度校核

  ,,将活动梁的各力单独3.9。

  a

  b

  c

  图3.9汽车进入活动梁受力分析

  ①作用力如图3.9a时

  a.挠度的计算

  3.9a,图中a=3500mm,b=1500mm,因为

  mm

  由力mm

  b.转角θ的计算

  图3.9a所示的θO、θD即为所求的转角。

  rad rad

  ②作用力如图3.9b时

  a.挠度y的计算

  图中的挠度计算公式为(3.7)

  当mm时,mm

  当mm时,即梁中间处的挠度,

  mm

  b.转角θ的计算公式为

  rad rad

  ③作用力如图3.9c所示时

  ,在只受重力的情况下。图中p代表的含义q,值为N/m,

  则挠度y和转角θ分别为

  mm rad

  y和转角θ为1.2.3,所以梁的中间处的挠度为,转角角分别为

  mm

  mm mm

  3.3.3停车梁的强度和刚度校核

  停车简化梁结构,并分析应力。如图3.10结构示意图。

  图3.10停车梁受力分析

  图中,;;作用在汽车梁上的,N时,N N;-;-;-车重;(N)N。

  3.11。力,估取N,根据公式

  得

  解得N N N

  根据Fx和Fy,F液

  N()

  mm

  N;MPa;所以,选用缸径mm合适。

  将图3-16绕坐标圆点旋转得到图3.11。

  图3.11汽车进入停车梁受力分析

  a.列剪力与弯矩方程

  OA段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开。以左侧为研究对象的剪

  力方程和弯矩方程

  N

  N·m

  OB段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开,并以左段为研究对象由

  左段平衡条件得剪力方程和弯矩方程为

  N

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  OC段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开,并以左段为研究对象由

  左段平衡条件得剪力方程和弯矩方程为

  N]

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  CD段利用截面法,沿距O点为的任意截面将梁切开,并以右段为研究对象由

  右段平衡条件得剪力方程和弯矩方程为

  N

  N·m(mm)

  N·m(mm)

  b.剪力Q和弯矩M

  ,CD。其值分别为

  N N·m

  c.停车梁的强度条件

  停车梁的弯曲正应力强度条件

  MPa

  查表得,所以满足要求。力:

  MPa

  因为,所以满足要求。

  3.4本章小结

  本章小结对动轴,传动轴,停车梁,活动梁,以确保可靠性和使用安全的强度和刚度,同时重点对轴承强度进行了校核。可以正常工作,符合需求。