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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學(xué)
全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
升降橫移式雙層立體車庫的設(shè)計
LIFTING AND TRANSFERRING DOUBLE THREE-DIMENSIONAL DESIGN OF THE GARAGE
學(xué)生姓名：曹 旋
學(xué) 號：200940614219
年級專業(yè)及班級：2009級機械設(shè)計制造及
其自動化（1）班
指導(dǎo)老師及職稱：周光永 副教授
學(xué) 院：工學(xué)院
湖南·長沙
提交日期：2013 年 5 月
湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)全日制普通本科生畢業(yè)設(shè)計
誠 信 聲 明
本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文（設(shè)計）是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議。除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體在文中均作了明確的說明并表示了謝意。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔(dān)。
畢業(yè)設(shè)計作者簽名：
年 月 日
目 錄
摘 要…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1
1 前言…………………………………………………………………………………2
1.1 機械式立體停車庫………………………………………………………………2
1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀…………………………………………………………2
1.3 自動化立體車庫的主要結(jié)構(gòu)組成和類型………………………………………2
1.4 升降橫移式雙層立體車庫結(jié)構(gòu)組成……………………………………………3
1.5 論文研究的意義…………………………………………………………………4
2 車庫方案的選擇……………………………………………………………………4
2.1 移動方案的選擇…………………………………………………………………4
2.2 橫移機構(gòu)的選擇…………………………………………………………………5
2.3 升降機構(gòu)的選擇…………………………………………………………………5
2.4 設(shè)計數(shù)據(jù)…………………………………………………………………………6
3 升降橫移結(jié)構(gòu)的設(shè)計………………………………………………………………6
3.1 橫移機構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………………6
3.1.1 托盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計………………………………………………………………6
3.1.2 導(dǎo)軌的設(shè)計……………………………………………………………………7
3.2 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計…………………………………………………………………8
3.2.1 機構(gòu)整體框架選擇……………………………………………………………8
3.2.2 材料的選擇……………………………………………………………………8
3.2.3 制造方法………………………………………………………………………9
3.2.4 結(jié)構(gòu)的強度校核……………………………………………………………9
4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………………10
4.1 橫移傳動系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………10
4.1.1 平移機構(gòu)中齒輪、齒條和傳動驅(qū)動電動機的選擇…………………………10
4.1.2 齒輪、齒條的設(shè)計……………………………………………………………11
4.1.3 聯(lián)軸器的選擇………………………………………………………………14
4.1.4 鍵聯(lián)接的強度校核…………………………………………………………14
4.2 升降傳動系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………15
4.2.1 升降傳動系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容介紹………………………………………………15
4.2.2 升降機構(gòu)的工作原理………………………………………………………15
4.2.3 鏈輪、鏈條、的選擇計算和校核……………………………………………15
4.2.4 驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計……………………………………………………………16
4.2.5 軸承壽命的計算和滾筒與滑輪的選擇……………………………………19
4.2.6 升降機構(gòu)的控制和維護……………………………………………………19
5 控制系統(tǒng)的設(shè)計…………………………………………………………………19
5.1 控制系統(tǒng)………………………………………………………………………19
6 結(jié)論………………………………………………………………………………20
參考文獻………………………………………………………………………………20
致 謝…………………………………………………………………………………21
升降橫移式雙層立體車庫的設(shè)計
學(xué) 生：曹 旋
指導(dǎo)老師：周光永
(湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，長沙 410128)
摘 要：機械式立體車庫與傳統(tǒng)的地下車庫相比，在許多方面都有優(yōu)越性。首先機械式立體車庫具有優(yōu)越的節(jié)地優(yōu)勢；其次機械式立體車庫與地下車庫相比較可更加有效地保證人身及車輛的安全，人在車庫內(nèi)或車未停準(zhǔn)位置，由電子系統(tǒng)控制的整個設(shè)備便不會運轉(zhuǎn)。
本次設(shè)計介紹了升降橫移式雙層立體停車庫的結(jié)構(gòu)和特點,并對立體停車庫的設(shè)計要點進行了說明.本設(shè)計重點的內(nèi)容包括車庫存取結(jié)構(gòu)的研究，車庫升降橫移系統(tǒng)的研究和車庫總體鋼結(jié)構(gòu)骨架的研究。
關(guān)鍵詞：立體停車庫，升降橫移，鏈驅(qū)動
Lifting and transferring double three-dimensional design of the garage
Student: Cao Xuan
Tutor: Zhou Guangyong
(institute of technology, hunan agricultural university, changsha, 410128)
Abstract: Mechanical three - dimensional garage , compared with the traditional underground garage , has advantages in many ways . First mechanical three-dimensional garage has excellent section advantages ; followed by mechanical three-dimensional garage and underground garage compared to more effectively ensure the safety of persons and vehicles in the garage or the car did not stop reference position , controlled by the electronic system of the whole The device will not run.
Lifting and moving this design introduced the structure and characteristics of double parking equipment, and design points of the parking equipment is described. The design focused on the research content including garage access structure, lower the lifting and moving system of research and the steel structural frame of the overall research.
Key words: Solid garage；Lifting and transferring；Chain drive
1 前言
1.1 機械式立體停車庫
機械式停車庫就是利用機械來停放、存取車輛的整個停車設(shè)施，以立體化存放的機械式停車庫叫做機械式立體停車庫。它是集機械、電子、控制技術(shù)于一體的現(xiàn)代化設(shè)備,成為緩解城市停車難、停車亂等問題的有效手段。機械式立體停車庫早已經(jīng)形成了新行業(yè),步入了引進、開發(fā)、制造、使用相結(jié)合的發(fā)展階段，己成為技術(shù)密集型產(chǎn)品的代表。
1.2 國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀
機械式停車設(shè)備的應(yīng)用已有30多年的歷史了，發(fā)展較早、較好的有德國、韓國、日本等。在亞洲，機械式停車設(shè)備采用較早應(yīng)用普遍的是韓國、日本和我國臺灣省。 韓國機械式立體停車設(shè)備行業(yè)的發(fā)展歷程比較平穩(wěn)。20世紀(jì)70年代中期為起步階段，80年代為引進階段，90年代為供應(yīng)使用階段，2000年以來為發(fā)展階段。由于這幾個階段受到政府的高度重視，各種機械式停車設(shè)備得到了廣泛的開發(fā)和利用，年遞增速度高達30%。自動化停車設(shè)備將隨供應(yīng)量的不斷擴大而迅速發(fā)展。
我國在20世紀(jì)80年代開始研制和使用機械式停車設(shè)備。80年代是起步階段，90年代以來，隨著汽車工業(yè)和建筑業(yè)的快速發(fā)展，尤其是轎車大量進入家庭后，停車設(shè)備的應(yīng)用逐步推廣，己經(jīng)形成了新興的機械式停車設(shè)備行業(yè)，步入了引進、開發(fā)、制造、使用相結(jié)合的初步發(fā)展階段。目前我國城市停車的主要類型還是公共停車庫，規(guī)模大，占地面積大，建設(shè)資金大，停放車輛多，主要應(yīng)用于車輛停放的密集區(qū)如商業(yè)中心區(qū)、大型車站等，這都需要有較大的建設(shè)空間及投入。現(xiàn)在還沒有廣泛應(yīng)用于城市住宅小區(qū)的機械式立體車庫來解決私人汽車的停放問題，為了解決住宅小區(qū)內(nèi)的停車問題，只能因地制宜，利用小區(qū)內(nèi)較小的面積，建立中小型機械式立體停車庫，占地面積少，存放的車輛多，而且能保證住戶存取車輛時，既安全可靠又便捷。機械式立體停車庫以其土地利用率和空間利用率高，使用操作簡單、靈活，適應(yīng)性強，安全可靠等諸多優(yōu)點，成為解決大城市住宅小區(qū)停車問題的主要方法，將會在新開發(fā)的住宅小區(qū)及舊社區(qū)里大顯身手。
1.3 自動化立體車庫的主要結(jié)構(gòu)組成和類型
根據(jù)立體車庫的修建位置及其在空間伸縮方向的不同，立體停車庫的主要類型有：垂直升降式、升降橫移式、巷道堆垛式和地下停車場等。它們類型眾多，設(shè)計各有不同，庫容量變化較大，可以滿足不同用戶的要求。同時它們都具有建筑面積小，停車層數(shù)多，空間利用率高的優(yōu)點。停相同數(shù)量車的情況下，在車輛流量大的繁華地段建一座立體停車庫比建一個地面停車場節(jié)省將近60%的投資。嚴(yán)格的車庫管理還能保證車庫運行的安全性和可靠性，為存車人提供了最大的方便。
垂直升降式：就是電梯式結(jié)構(gòu)，一般以兩輛車為一個層面，中間部分為升降機，左右兩旁是車架。利用升降機將車輛或載車板升降到指定層，然后用安裝在提升機械上的橫移機械將車輛或載車板送入存車位；或是相反，通過橫移機械將指定存車位上的車輛或載車板送入升降機，升降機降到車輛出入口，打開庫門，駕駛員入內(nèi)將車輛開走。
升降橫移式：升降橫移式立體停車庫大多采用卷筒、滑輪和鋼絲繩進行升降，在整個機構(gòu)中有交流減速橫移電機和升降電機、停車位框架、鋼絲繩、搬運器和橫移導(dǎo)軌等。運行原理是取上層車時，將下層車板移開留出空位。該設(shè)備下層為左右橫移，上層則是上下升降。
巷道堆跺式：它的工作原理與堆跺式自動化倉庫很相近，機構(gòu)可以上升和水平移動，在運行到停車位時，通過伸縮機構(gòu)伸縮，完成在車架上存取車工作。由于單臺堆垛機成本較高，所以巷道堆垛式立體車庫適用于車位數(shù)需要較多的地方使用。
地下停車場：它是為賓館，商廈等原有的停車場設(shè)計的，原有的停車場大多只能存放一層車輛，經(jīng)過改建并加上專用設(shè)備后，可放置上下兩層車。有些地下停車場本身是專門設(shè)計的與環(huán)境協(xié)調(diào)的自動化立體車庫。
其它的立體車庫還有垂直循環(huán)類停車設(shè)備、水平循環(huán)類停車設(shè)備、簡易升降類停車設(shè)備等。
垂直升降式特點：占地面積少，耗能低，但是智能化程度最高，對地基，消防要求很高，車位造價高。
巷道堆跺式特點：低噪聲、低耗能、智能化程度高，等待時間長，進出口少。
水平循環(huán)式特點：結(jié)構(gòu)簡單，但是占地面積大，目前應(yīng)用較少。
升降橫移式雙層立體車庫是中小型車庫中一種典型的機電一體化產(chǎn)品，與其它車庫相比，屬于中低密度經(jīng)濟型停車庫，對場地的適應(yīng)性強、可以同時移動多個車板，提高了工作效率，減少了運行時間；控制系統(tǒng)采用可編程控制器（PLC），操作管理簡便，易于操作維護。
1.4 升降橫移式雙層立體車庫結(jié)構(gòu)組成
升降橫移式立體車庫主要由四部分組成：機械結(jié)構(gòu)部分、電機驅(qū)動部分、控制管理部分、安全防護措施。
（1）機械結(jié)構(gòu)部分：由車架、升降結(jié)構(gòu)和橫移結(jié)構(gòu)組成。
（2）電機驅(qū)動部分：由多個電機組成，由它來完成橫移機構(gòu)和升降機構(gòu)的運行，完成載車板的上下和左右移動，以完成存取車的過程。
（3）控制管理部分：立體車庫控制系統(tǒng)隨著它所采用的控制智能化程度不同而各有差異。
（4）安全防護措施：安全防護主要有兩個部分：一是存取車輛時人的安全保護；二是車輛在存取時的安全保護。
1.5 論文研究的意義
隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，私人轎車的擁有量迅速膨脹。行車難、停車難、亂停車等問題，加劇了交通擁堵、降低了生活質(zhì)量、惡化了投資環(huán)境，成為城市經(jīng)濟發(fā)展的障礙。為了緩解并改善這種局面，城市停車場所的建設(shè)，尤其是少占空間、多停車位、使用操作簡單、安全可靠的“立體停車庫”的建設(shè)，對現(xiàn)在城市的發(fā)展有著不可替代的作用。
2 車庫方案的選擇
2.1 移動方案的選擇
升降橫移式雙層立體停車庫的每個車位均有載車板，所需存取車輛的載車板通過升降橫移運動到達地面一層，駕駛員進入車庫，存取車輛，完成存取過程。停泊在這類車庫內(nèi)地面的車只作橫移，不用升降，上層車位則通過中間層橫移出空位，將載車板下降到地面層。
本次設(shè)計的是升降橫移式雙層立體車庫，是四位三車的小型立體車庫，多用于居民小區(qū)，其簡圖如下所示：
圖1 車庫車位移動方案
Fig1 Garage mobile solutions
方案：將2號車位作為定位，1號車位可直接提取車；在存取4號車時，將4號位降到2號位上，進行存取車；在存取3號車時，將1號位移動到2號為上，3號位降到1號位上，進行存取車。
2.2 橫移機構(gòu)的選擇
根據(jù)驅(qū)動裝置是否在托盤上，橫移可以分為兩種：一種是將驅(qū)動裝置放在托盤上，通過驅(qū)動鏈條來實現(xiàn)傳動，但由于電機放在托盤上，托盤在存取車的過程中不斷的運動，給電機提供電源和對電機進行控制都比較難實現(xiàn)；另一種方式是將驅(qū)動裝置安放在固定件上，這種方式可以方便為其提供動力源并對其進行控制，同時也可以提高安全系數(shù)。
所以，本次設(shè)計的橫移部分的驅(qū)動裝置不安放在托盤上，而是利用固定支架安裝在車庫后側(cè)。
為實現(xiàn)托盤的橫移常用的驅(qū)動方式有三種：一種是利用液壓系統(tǒng)進行驅(qū)動；第二種利用電機帶動鏈條進行驅(qū)動；最后一種利用電機帶動齒輪、齒條系統(tǒng)進行驅(qū)動。
液壓系統(tǒng)一般都比較復(fù)雜，造價也高，維修困難，不易維護。鏈傳動是一種很好的傳動方式，傳動精度高，設(shè)計和購買方便，但和齒輪、齒條嚙合的傳動方式比起來，鏈傳動的效率相對低了一點。所以，本次設(shè)計采用電機驅(qū)動的方式利用齒輪和齒條的嚙合來實現(xiàn)托盤的橫向移動。
根據(jù)前面的所述，底層橫移部分的動力源采用電機，而且，電機不是安裝在托盤上，同時采用齒輪和齒條嚙合的傳動方式，按照常規(guī)將齒輪作為齒輪和齒條嚙合傳動的主動件固定在水平面上，同時為了不防礙轎車的存取，電機和齒輪都放在車庫的后方。為了方便電機的安裝和維修，電機豎直安放且電機軸的軸向向下，此時利用一個聯(lián)軸器把電機軸和齒輪軸聯(lián)在一塊，從而實現(xiàn)傳送動力的目的。電機依靠凸緣來定位。
本次設(shè)計的升降橫移式雙層立體車庫為小型車庫，平移的速度要求不高，平移距離也比較小。所以，此本次設(shè)計初步定位速度為0.35m/s。由于電機的輸出轉(zhuǎn)速一般比較高，減速器是必不可少的部件。為了安裝方便，本次設(shè)計選用帶有減速器的電動機。同時為了減低成本，安裝方便，本次設(shè)計車庫的電動機都采用帶有減速器的電動機，具體的型號則根據(jù)具體的設(shè)計而定。
設(shè)計中電動機和齒輪都固定在地平面上，齒條就作為齒輪、齒條嚙合傳動方式的運動件。齒條可以焊接在托盤后面的側(cè)面上，也可以使用螺栓將其固定在托盤后方?？紤]到焊接過程中的熱脹冷縮等情況可能會使齒條變形從而影響齒輪和齒條間的嚙合精度，所以采用螺栓聯(lián)接，齒條的寬度由它所承受的載荷而定。
2.3 升降機構(gòu)的選擇
升降機構(gòu)常見的三種方式是液壓方式、鋼絲繩提升方式和鏈條提升方式。
液壓系統(tǒng)大多比較復(fù)雜，它的設(shè)計和制造成本較高。而且維修、檢測費用也相對較高，液壓系統(tǒng)的故障很難檢查，如果出現(xiàn)故障，將會在一定時間內(nèi)大大降低車庫的工作效率，所以本次設(shè)計不采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)作為升降機構(gòu)。
鋼絲繩具有承載能力大，重量輕的特點，但它卻具有一定的彈性，使用一段時間后會產(chǎn)生伸長量，從而使傳動精度降低，托盤不能到達準(zhǔn)確位置，而且，鋼絲繩容易自行扭轉(zhuǎn)和松散。
鏈傳動是電動機通過連軸器、鏈條、鏈輪從而帶動托盤實現(xiàn)升降的。鏈傳動成本低，安全，易維護。而且鏈條傳動兼有齒輪傳動和帶傳動的特點。與齒輪傳動相比較，鏈傳動容易安裝，成本低廉；遠距離傳動時其結(jié)構(gòu)更比齒輪傳動輕便。與帶傳動相比較，鏈傳動平均傳動比準(zhǔn)確；傳動效率高；需要的張緊力小；結(jié)構(gòu)尺寸緊湊；能在低速重載下更好的工作；能適應(yīng)較惡劣的工作環(huán)境。
綜上所述，升降機構(gòu)的設(shè)計使用電動機作為動力源，利用鏈條和鏈輪的嚙合傳遞動力，帶動傳動軸轉(zhuǎn)動，通過傳動軸兩端的滾筒纏繞鋼絲繩實現(xiàn)上層托盤的升降。
2.4 設(shè)計數(shù)據(jù)
本課題未給定車庫的幾何參數(shù)，考慮到現(xiàn)今大多數(shù)小區(qū)用戶都是中型或者小型汽車，本次設(shè)計的選用的幾何參數(shù)為：車身長4700mm，寬1700mm，高1550mm,總重是1600Kg。托盤為載車容器，其尺寸略大于轎車的尺寸，故托盤的尺寸初步定為：長L=5400mm,寬W=2200mm.為了保證托盤的自由運動，左右兩個立柱間的距離應(yīng)該大于托盤的寬度，因為這樣既有利于轎車的存取，所以把左右兩個立柱間的距離定為2250mm,基坑的長度為5000mm。
3 升降橫移結(jié)構(gòu)的設(shè)計
3.1 橫移機構(gòu)的設(shè)計
3.1.1 托盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）托盤的基本尺寸的設(shè)計
本次設(shè)計主要考慮小區(qū)使用，所停車輛為中型或者小型汽車，一般轎車的基本參數(shù)：長：L=4700mm；寬：W=1700mm；高：H=1550mm。
初步確定托盤的基本尺寸：長：L=5400mm；寬：W=2200mm。
（2）托盤上基本零部件的選擇和設(shè)計
a.滾輪的設(shè)計：將滾輪安裝在托盤上，在存車位上安裝導(dǎo)軌，滾輪在導(dǎo)軌上滾動，可以減少摩擦力，而且托盤移動平穩(wěn)。滾輪在安裝中有中心軸，軸焊接在托盤兩側(cè)，軸承選擇內(nèi)圈固定，外圈旋轉(zhuǎn)。
b.托盤主體結(jié)構(gòu)的材料選擇
（1）外框空心鋼管的選擇：選用結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心鋼管（GB6728-86），選擇的尺寸：邊長80㎜×60㎜, 壁厚t=4.0㎜, 理論重量7.966㎏/m；另選用的結(jié)構(gòu)用冷彎矩形空心鋼管（GB6728-86），選擇的尺寸200㎜×100㎜,壁厚t=4.00㎜,理論重量18㎏/m.
（2）托盤中用于承載汽車的鋼板的選擇：根據(jù)GB3277-1991，選擇菱形花紋鋼板，以增大汽車輪胎與鋼板之間的摩擦力，厚度5㎜，理論重量42.30㎏/m2；對于其他無要求鋼板厚度5㎜,理論重量39.2㎏/m2；中間鋼板厚度 4㎜, 理論重量 31.42㎏/m2。
（3）角鋼的選擇：根據(jù)GB9787-88選擇碳素鋼Q235-A，尺寸為50*50*5㎜的熱軋鋼等，邊角鋼理論重量3.770㎏/m。
（4）托盤整體采用焊接的方法：焊縫采用手工電弧焊，焊縫不能有透、熔、蝕等缺陷，并且要修刺倒棱，焊后退火處理.
綜上所述得出：菱形鋼板：寬W=0.4m，長L=5.4m；矩形鋼板：寬W=0.15m，長L=5.4m；方形鋼管：寬W=0.1m，長L=2m；中間鋼板：寬W=1.2m，長L=5.4m；邊上鋼板：寬W=0.45m，長L=3m。得出：
方型鋼管：=7.966㎏/m×2×2.1m=33.46㎏
矩形鋼板：=18㎏/m×2×5.4m=194.4㎏
中間鋼板：=31.42㎏/㎡×5.4m×1.2m=203.6㎏
菱形鋼板：=42.3㎏/㎡×4×0.45m×1.2m=91.37㎏
角鋼：=3.770㎏/m×4×0.00785×（50+50-5）×5m=3.73㎏
邊上鋼板：=39.2㎏/㎡×2×0.45m×3m=105.84㎏
其它重量：= 7.6㎏
所以上層托盤總重量為：
=++++++=640㎏
由于底層托盤上有滾輪和齒條，估算滾輪重量=0.8㎏×4=3.2㎏；齒條采用45號鋼，淬火，密度為7.9×㎏/，長度為L=2400㎜，寬度為W=100㎜,高度為H=60㎜
=2.4m×0.1m×0.06m×7.9×㎏/ =113.76㎏
底層托盤總重量為=632.4㎏+3.2㎏+113.76㎏=746.16㎏
故底層托盤的重量初步定為750㎏.
3.1.2 導(dǎo)軌的設(shè)計
由于轎車和底層托盤的重量達到2350㎏，故選擇GB11264-89中型號30輕軌。查其總高是108㎜，總寬是108㎜，總長就是基坑的長度，由車架的設(shè)計部分可以知道基坑的長度為5000㎜。采用人工直接向?qū)к壣蠞灿偷姆绞竭M行潤滑。
3.2 升降結(jié)構(gòu)的設(shè)計
3.2.1 機構(gòu)整體框架選擇
主框架的第一層根據(jù)不同的結(jié)構(gòu)要求，有單柱形式、跨梁形式、后懸臂形式等。單柱型式結(jié)構(gòu)緊湊，安裝、搬運方便，能給駕駛員一種導(dǎo)正的作用?？缌盒问竭M出車輛方便，結(jié)構(gòu)簡單但較單柱形式跨度大，安裝搬運不方便。后懸臂形式無前柱，對汽車進出載車板較好，但主框架在后側(cè)，穩(wěn)定性較差?？紤]到安全性和結(jié)構(gòu)方面的問題，本次設(shè)計采用單柱形式。設(shè)計中上層的托盤和其上面的轎車重量都由框架來承受，所以框架不僅要結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，還要求滿足一定的強度要求。
主框架底座部分用混凝土澆注,立柱直接筑在混凝土中。地面上安裝有導(dǎo)軌，底層托盤通過滾輪實現(xiàn)橫移，立柱的間距應(yīng)該根據(jù)載車板的寬度而定。
3.2.2 材料的選擇
鋼結(jié)構(gòu)是鋼材制成的工程結(jié)構(gòu)，通常由型鋼和鋼板制成的梁、柱、板等構(gòu)件組成，各部分之間由焊縫、螺栓或鉚釘連接，有些鋼結(jié)構(gòu)還部分采用鋼絲或鋼絲束。
鋼結(jié)構(gòu)與鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)和磚石等砌體結(jié)構(gòu)都是工程結(jié)構(gòu)的不同分支。它們之間有許多共同性，例如在結(jié)構(gòu)體系、內(nèi)力分析和設(shè)計程序等方面大體是相同的；但由于材料性質(zhì)的不同、原材料和構(gòu)件截面形狀的不同，也各有其特殊性。
鋼結(jié)構(gòu)具有下列優(yōu)缺點：
（1）材質(zhì)均勻，可靠性高：鋼材組織均勻，接近于各向同性勻質(zhì)體，質(zhì)量比較穩(wěn)定。鋼結(jié)構(gòu)的實際工作性能比較符合目前采用的理論計算結(jié)果，所以鋼結(jié)構(gòu)可靠性較高。
（2）強度高，重量輕：鋼材強度較高，彈性模量亦高，因而鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件小而輕。當(dāng)今有多種強度等級的鋼材，即使強度較低的鋼材，其密度與強度的比值也小于混凝土和木材，在同樣受力情況下鋼結(jié)構(gòu)自重小，可以做成跨度較大的結(jié)構(gòu)。由于桿件小，所占空間少，亦便于運輸和安裝。
（3）塑性和韌性好：鋼結(jié)構(gòu)的抗拉和抗壓強度相同，塑性和韌性均好，適于承受沖擊和動力荷載，有較好的抗震性能。
（4）工業(yè)化程度高，工期短：鋼結(jié)構(gòu)都為工廠制作，具備成批大件生產(chǎn)和精度高等特點，采用工廠制造、工地安裝的施工方法，有效地縮短工期，經(jīng)濟效益好。
（5）密封性好：鋼結(jié)構(gòu)采用焊接連接后可以做到安全密封，能夠滿足一些要求氣密性和水密性好的高壓容器、大型油庫、氣柜油罐和管道等的要求。
（6）耐熱性較好：溫度在250℃以內(nèi)，鋼材性質(zhì)變化很小，鋼結(jié)構(gòu)可用于溫度不高于250℃的場合。當(dāng)溫度達到300℃以上時，強度逐漸下降，600℃時，強度降至不到三分之一，在這種場合，對鋼結(jié)構(gòu)必須采取防護措施。
（7）耐銹蝕性差：鋼結(jié)構(gòu)耐銹蝕性較差，特別在潮濕和有腐蝕性介質(zhì)的環(huán)境中，容易銹蝕，需要定期維護。
由于鋼材和鋼結(jié)構(gòu)有上述特點，本次設(shè)計的升降橫移式雙層立體車庫主架采用鋼結(jié)構(gòu)。
3.2.3 制造方法
立柱采用工字鋼，因為工字鋼有較強的承載壓力的能力。一共有6根立柱，前后各有4根，采用澆注的方法固定在混凝土中。橫梁也采用工字鋼，由于提升機構(gòu)的電動機、聯(lián)軸器和制動器要放在橫梁上，所以采用焊接的方法將橫梁平放在立柱上。
縱向梁的選擇比較困難，因為縱向梁不僅可以用冷彎矩形空心鋼管，也可以采用工字鋼。由于鏈輪的結(jié)構(gòu)要放在縱向梁上，考慮到采用前者的方法時，需要在冷彎矩形空心鋼管上開矩形孔，制造麻煩，所以本次設(shè)計全部采用工字鋼來搭建車庫的鋼結(jié)構(gòu)框架?？v向梁也采用焊接方式固定在橫梁上。
3.2.4 結(jié)構(gòu)的強度校核
由上面的分析知道，滑輪安裝在縱向梁上，縱向梁要承受轎車和托盤的重量。由于縱向梁跨度比較大，所以在整個鋼架中對縱向梁的校核最為重要。
取托盤（含轎車）為研究對象，分析受力示意圖如圖3所示：
圖2 受力分析示意圖
Fig2 Stress analysis diagram
由于四根鏈條同時承載。所以每根鏈條所受載荷F為：
F=（G1+G2）/4=（1600+640）㎏×9.8N/㎏/4=5488N
鏈條固定在縱向梁上，所以每根梁承受的力為2744N，縱向梁的承受的最大正應(yīng)力為
W （1）=
式中:-梁的最大彎矩；
W-抗彎截面系數(shù)。
梁的受力分析如下圖所示：
圖3 梁的受力分析示意圖
Fig3 Schematic beam stress analysis
抗彎截面系數(shù)與縱向梁的材料有關(guān)，查閱《機械設(shè)計手冊》知道所選的抗彎截面系數(shù)為33.1×，所以有：
=2830×106/33.1
=85.5Mpa
取=110Mpa，故縱向梁是安全的。
4 傳動系統(tǒng)的設(shè)計
4.1 橫移傳動系統(tǒng)的設(shè)計
4.1.1 平移機構(gòu)中齒輪、齒條和傳動驅(qū)動電動機的選擇
托盤運行條件是F1=，查閱《摩擦手冊》得知，在任何滾動軸承中，克服摩擦所消耗的功率可以按下式計算的平均摩擦力來計算，由公式
=P (2)
式中：-軸承所受的摩擦力；
-滾動摩擦系數(shù)平均值；
P-按一般動力計算公式得到的軸承上的當(dāng)量載荷。
查閱《摩擦手冊》得知部件中是接觸式密封，存在制造誤差和裝配誤差，工況加重和潤滑劑污染等，的值應(yīng)該擴大一倍，所以：=1.8××2
對于深溝球軸承，由公式：
P=××× (3)
式中：-徑向力；
-旋轉(zhuǎn)系數(shù)；
-安全系數(shù)；
-溫度系數(shù)。
=G1+G2=(1600+750)㎏×9.8N/㎏=23030N
由于是外圈旋轉(zhuǎn)，取=1.2
查閱《摩擦手冊》得Ks=1.1,Kt=1.0,
所以：P=23030N×1.2×1.1×1.0=30399.6N
由式（2）可得：
=×P=30399.6N×2×1.8× =109.4N
由公式：
= (4)
=2T/d (5)
得出 T=d/2=109.4×220/2=12030N·mm=12.03N·m
由于是小型立體車庫，適用于小區(qū)，移動速度不宜過快，故選擇托盤的移動速度為V=0.35m/s，得齒輪的轉(zhuǎn)速為：n=0.35×60/3.14×0.24=27.9r/min
P=×V/1000×/60=109.4×0.35/1000=3.8×Kw
在此設(shè)計中平移部分只需移動一個車位，移動距離較近，從而要求速度較低。查閱《機械設(shè)計手冊》，選用YCJ132和802F2-4一體的YCJ齒輪減速三相異步電動機。
電動機參數(shù)為：額定功率為 P=0.75Kw
輸出轉(zhuǎn)速為 n=43r/min
輸出轉(zhuǎn)距為 T=156N·mm
所以選擇的電動機合適電動機。
4.1.2 齒輪、齒條的設(shè)計
（1）選擇齒輪、齒條的材料
查閱《機械設(shè)計》，齒輪選用45號鋼調(diào)質(zhì)，表面淬火，=217～255；齒條選用45號鋼正火，表面淬火，=210～240。
（2）按齒面接觸疲勞強度設(shè)計計算
托盤的橫移速度 V=0.35m/s
齒輪的角速度為：W=2n/60=
由公式：
V==Wd/2 （6）
式中：d-分度圓直徑。
可知0.35m/s=d/2，得d=0.22m=220㎜
齒輪采用硬齒面，非對稱分布。查《機械設(shè)計》得齒寬系數(shù)：=0.4
選取齒輪模數(shù)m=10。
由公式
d=m·z （7）
式中：Z-齒輪齒數(shù)。
可知220㎜=10z，得z=22
此齒輪齒數(shù)z在推薦值20到40中可以選取，所以選取z=22符合。
查閱《機械原理》由公式
p=m （8）
可得齒輪的齒距p==3.14×10=31.4㎜。
由公式
z2=L條/p （9）
式中：p-鏈條節(jié)距。
可得齒條的齒數(shù)z2=2400㎜/31.4㎜=76.43 取整數(shù)z2=77
查閱《機械設(shè)計》，由公式
=××× (10)
式中:-載荷系數(shù)；
-使用系數(shù)；
-動載系數(shù)；
-齒間載荷分配系數(shù)；
-齒間載荷分布系數(shù)。
查閱《機械設(shè)計》可知=1.25；=1.15；=1.15；=1.04。所以載荷系數(shù)的初值為=1.25×1.15×1.15×1.04=1.72 得=1.72。
查閱《機械設(shè)計》,由公式
[]=/S （11）
式中：S-疲勞強度安全系數(shù)，取S=1；
-壽命系數(shù)；
-接觸疲勞極限應(yīng)力。
由公式
N1=60nj （12）
按預(yù)期壽命5年,每天工作300天,每天工作8小時來算，得,應(yīng)力循環(huán)次數(shù)：
N1=60×30×1×8×300×5=2.16×；N2=N1/u=0.7×
查閱《機械設(shè)計》，選取=1.1，=1.15；=570MPa =460MPa。由公式（11）得：[]=570MPa×1.1×/1=627MPa
[]=460MPa×1.15×/1=529MPa
綜上所述.由公式
≥≥161.47㎜ （13）
可得：d1=220㎜＞=161.47㎜
所以選出齒輪d1=220㎜可用。
由公式
b=× （14）
可得齒厚b=0.4×161.47=64㎜
齒條寬=64㎜ 齒輪寬=+(5～10)=70㎜
由于采用正常齒輪,所以齒頂高系數(shù)=0.8,頂隙系數(shù)c*,取c*=0.3
分度圓的壓力角度數(shù)為α=20°
確定齒輪的其它參數(shù)如下:
分度圓直徑:d=m·z=10×22=220㎜
齒頂高:=m=0.8×10=8㎜
齒根高:=(+c*)m=11㎜
齒全高:h=(2+c*)m=19㎜
齒頂圓直徑:=d+2=220+2×8=236㎜
齒根圓直徑:=d-2=220-2×11=198㎜
基圓直徑:=d·cosα=220×cos20°=206.7㎜
齒距:p=m=31.4㎜
齒厚:s=m/2=15.7㎜
齒槽寬:e=m/2=15.7㎜
基圓齒距:=p·cosα=29.5㎜
法向齒距:=p·cosα=29.5㎜
頂隙:c=c*m=0.3×10=3㎜
4.1.3 聯(lián)軸器的選擇
（1）類型的選擇
由電動機額定功率P=0.75Kw，選擇YL型凸緣聯(lián)軸器
（2） 載荷計算
公稱轉(zhuǎn)距由公式
T=d1/2 （15）
式中:-托盤受到的平均摩擦力；
d1-齒輪分度圓直徑。
可得T=109.4××220/2=12.03N·m
查閱《機械設(shè)計》表14-1得工況系數(shù)=1.5，由公式
=T （16）
可得轉(zhuǎn)距=1.5×12.03N·mm=18.05N·m
（3）型號選擇
參考系數(shù):電動機的輸出軸徑40㎜
查得GYH5型凸緣聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)距是400N·m，許用最大轉(zhuǎn)速是8000r/min，軸徑為30-42㎜之間，故GYH5型凸緣聯(lián)軸器合適。
4.1.4 鍵聯(lián)接的強度校核
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，查閱《機械設(shè)計》得，許用積應(yīng)壓力[]=100～120MPa,取其平均值[]=110MPa。
對于半聯(lián)軸器與軸之間的聯(lián)接平鍵尺寸b×h×L=10×8×32
鍵的工作長度=L-b=32-10=22㎜
K=0.5h=0.5×8=4㎜
查《機械設(shè)計》由公式
[]=2T×/Kd （17）
可得[]=2×11.98×/4/22/30=9.08Mp＜[δp]=110Mp。該平鍵的擠壓強度足夠，所以鍵是安全的。
對于齒輪與軸之間的聯(lián)接平鍵尺寸b×h×L=12×8×32
鍵的工作長度=L-b=32-10=20㎜，K=0.5h=0.5×8=4mm
由公式
[]=2T×/Kd （18）
式中：T-公稱轉(zhuǎn)距；
-鍵的接觸長度；
K-鍵與轂的接觸高度；
d-軸的直徑；
[]-許用擠壓應(yīng)力。
可得[]=2×11.98×/4/20/40=7.49Mp＜[]。所以齒輪與軸之間的鍵是安全的。
4.2 升降傳動系統(tǒng)的設(shè)計
4.2.1 升降傳動系統(tǒng)設(shè)計內(nèi)容介紹
本章主要對鏈條、鏈輪的選擇計算與校核，驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計，主要包括電動機的選擇和校核；聯(lián)軸器的選擇和校核；制動器的選擇；軸承的壽命計算；升降傳動系統(tǒng)的控制和維護。
4.2.2 升降機構(gòu)的工作原理
每個載車板上都有一套獨立的電機減速機與鏈傳動組合的傳動系統(tǒng)。電機順時針旋轉(zhuǎn)時，載車板上升，電機逆時針旋轉(zhuǎn)時載車板下降。
根據(jù)載車板及車輛確定鏈條所需的傳動力。根據(jù)傳動力及載車板移動速度確定電機功率，根據(jù)車身高度來確定上下托盤間的距離，根據(jù)這個距離確定鋼絲繩的長度，最后根據(jù)傳動力確定鏈輪大小，鏈節(jié)形狀和大小。
4.2.3 鏈輪、鏈條、鋼絲繩的選擇計算和校核
（1）鏈條的選擇計算:
由于此車庫要求提升速度要求較低，線速度應(yīng)該小于0.6m/s，鏈條受力F=5488N。
查閱《機械設(shè)計》可知20A鏈在單排是抗拉載荷是86.7KN，所以選擇20A號鏈作為本設(shè)計的傳動鏈。滾子鏈的具體參數(shù)如下：
內(nèi)鏈節(jié)內(nèi)寬=18.90㎜
內(nèi)鏈節(jié)外寬=27.46㎜
外鏈節(jié)外寬=27.51㎜
節(jié)距 p=31.75㎜
滾子直徑=19.05㎜
內(nèi)鏈板高度=30.18mm
（2）鏈輪的設(shè)計計算和確定參數(shù)
滾子鏈與鏈輪的嚙合屬于非共軛嚙合。本次設(shè)計采用一種常用的三圓弧-直線的齒型，其特點:齒型與滾子嚙合時的接觸應(yīng)力小；嚙合性能好；由于線速度小于0.6m/s，取Z=17
（3）確定鏈輪的其它參數(shù)
由公式
d=p/sin(180°/z) （19）
式中：d-鏈輪的分度圓直徑；
p-配用鏈條的節(jié)距；
z-鏈輪的齒數(shù)。
可得d=31.75/sin(180°/17)=168.2㎜，取整數(shù)值d= 168㎜。
由公式
=d+p(1-1.6/z)- （20）
=d+1.25p- （21）
代入數(shù)據(jù)得：=177.91mm，=188.84mm，所以da取為184㎜。
由公式
=d- （22）
可得=168-19.05=148.95㎜，取整數(shù)為=149㎜。
由公式
=p·cot（180/z)-1.04-0.76 （23）
可得=31.75×cot10.588-1.04×30.18-0.76=137.5mm，取=137㎜。
（4） 鋼絲繩的選擇
鋼絲繩提升受力分析：托盤是由四根鋼絲繩承載，所以每根鋼絲繩所受的拉力F為：F=（G1+G2）/4=（640+1600）×9.8=5488N≈5.5KN
選擇鋼絲繩的公稱直徑為3.2mm，最小破斷拉力為8.9KN。
4.2.4 驅(qū)動機構(gòu)的設(shè)計
（1）升降機構(gòu)電動機的選擇和校核
在鋼絲繩的設(shè)計中已經(jīng)知道鋼絲繩一端所受的力為5488N。傳動軸的直徑為40㎜，則所產(chǎn)生的力矩：T=F×d/2=5488×40/2/1000=109.76N·m
軸實際的轉(zhuǎn)速為：n=0.35×60×1000/3.14×80=83.6r/min
傳動軸兩端都有一個滾筒，所以實際功率為：
P=2×T×n×/9.55=2×109.76×83.6×/9.55=1.92kw
選擇YCJ160和112MF3-4的YCJ系列齒輪減速三相異步電動機，其參數(shù)如下：
功率 P=4kw
輸出轉(zhuǎn)速 n=115r/min
輸出轉(zhuǎn)距 T1=312N·m
（2）聯(lián)軸器的選擇
公稱轉(zhuǎn)距為：T=9550×P/n9550×4/65=587.7N·m
查閱《機械設(shè)計》選取工況系數(shù)為=1.5
由公式（16）得：
=×T=1.5×587.7N·m=881.55N·m
參考《機械設(shè)計課程設(shè)計手冊》選取GYH5型凸緣聯(lián)軸器。
（3）鍵的制造方式、尺寸確定和強度校核
a.鍵的制造方式和尺寸的確定
鏈輪、半聯(lián)軸器與軸的軸向定位都采用平鍵連接，按第一段軸徑為40㎜，由《機械設(shè)計》表6-1查得平鍵截面b×h×L=12×8×56,鍵槽用鍵槽銑刀加工，為了保證半聯(lián)軸器與軸的配合有良好的對中性，選擇半聯(lián)軸器與軸的配合h6/k6，同樣選擇鏈輪與軸的配合為h6/k6，選擇的平鍵尺寸為b×h×L=12×8×63
b.鍵的強度校核
鍵、軸和輪轂的材料都是鋼，查閱《機械設(shè)計》表6-1得許用應(yīng)力[]=100～120MPa,取其平均值[]=110Mpa.
半聯(lián)軸器與軸之間的聯(lián)接平鍵尺寸：b×h×L=12×8×56
鍵的工作長度=L-B=56-12=44㎜
鍵與輪轂鍵槽的接觸高度K=0.5×8=4㎜
所以有：=2T×/k//d=31.2Mpa＜[]
所以，選擇該鍵安全。
鏈輪與軸之間的聯(lián)接平鍵尺寸：
b×h×12×8×63
因為同一根軸承上所需傳遞的扭矩T是相同，所以只要考慮鍵的大小就行了，兩種鍵的尺寸一樣，所以鏈輪與軸之間的平鍵是安全的。
（4） 傳動軸的強度校核
軸兩端有滾筒，收到鋼絲繩的拉力，取[]=110Mpa軸的彎曲受力分析如下圖所示：
圖4 軸的彎曲受力分析
Fig4 Axis bending stress analysis
由圖可知，軸受到的最大彎矩為：
M=5488×cos7°×60×2160/2220×1000=318N·m
由公式
=/32 (24)
=M/ (25)
可得：=318×32/3.14/=50.63Mpa<[]=110Mpa。所以軸是安全的
取[]=40Mpa，軸扭轉(zhuǎn)時的受力分析如下圖所示：
圖5 軸的扭轉(zhuǎn)受力分析
Fig5 Torsional Analysis shaft
由公式
=16T/ （26）
其中T=109.76+109.76=219.52N·m
可得：D==0.03035=30.35mm<40mm。
所以選擇的軸是安全的。
4.2.5 軸承壽命的計算和滾筒和滑輪的選擇
（1） 軸承壽命的計算
對于滾動軸承6308，其基本額定動載荷C=40.8KN。下面確定其動量載荷P，由于它不承受軸向力，故有：P=Ft/2=5488/2=2744N
由公式
=×/n/60 （27）
由于本設(shè)計選用的是深溝球軸承，取ε=3，所以：
=(40.8×/2744)3×/60/73=7.5× h
（2）滾筒的選擇
考慮到安裝等要求，選擇滾筒的基本尺寸為：長度L=100mm，外側(cè)直徑D=100mm，內(nèi)側(cè)纏繞鋼絲繩部分直徑d=80mm，內(nèi)圓直徑為40mm。
（3）滑輪的選擇
由于滑輪的安裝不能影響轎車的存取，確定滑輪的尺寸為：滑輪槽寬W=10mm，外圓直徑d=100mm，滑輪槽深h=20mm。
4.2.6 升降機構(gòu)的控制和維護
（1）升降機構(gòu)的維護
本次設(shè)計的鏈傳動采用人工定期潤滑的方式。用刷子或油壺定期在鏈條的內(nèi)，外鏈板的間隙中注油，供油量保持在每班注油一次。
為了工作安全、保持環(huán)境清潔，防止灰塵進入、減小噪聲等原因，用鑄造或焊接護罩將鏈傳動封閉。
定期對提升部分的控制系統(tǒng)進行檢修，還有就是安全裝置的維護，保證提升機構(gòu)的安全穩(wěn)定。
5 控制系統(tǒng)的設(shè)計
5.1 控制系統(tǒng)
升降橫移式雙層立體車庫的控制對象主要包括升降電機和橫移電機。
本次設(shè)計采用PLC即可編程控制器。PLC最初只具備邏輯控制，定時、計數(shù)等功能，主要是用來取代繼電接觸器的功能。PLC是計算機技術(shù)與繼電接觸控制技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，它采用了計算機存儲程序和順序執(zhí)行操作的原理。PLC發(fā)展至今，它采用了中央處理單元CPU，從而具有強大的應(yīng)用功能，而且它的指令系統(tǒng)豐富，程序結(jié)構(gòu)靈活，通用性和適用性強，主要用以實現(xiàn)復(fù)雜控制，是目前自動化控制中應(yīng)用最廣泛的設(shè)備。
在本次設(shè)計中，由于停車庫中存、取車控制比較復(fù)雜，但又是順序動作控制，控制方式也很單一，故選用PLC控制最為合適。PLC用于自動化立體車庫控制有以下幾個優(yōu)點：
（1）穩(wěn)定性好，可靠性高。具有很強的抗干擾能力，同時具有各種保護功能，一旦出現(xiàn)故障，可以迅速停止工作，不會造成誤操作。
（2）程序編制簡單，容易掌握。PLC所采用的編程方法比其它編程方法都簡單，很容易被技術(shù)人員所掌握，而且能在現(xiàn)場進行編制調(diào)試，然后寫入存儲器中進行使用。
（3）檢修方便。具有自我診斷程序，每次運行使用都能自行檢查，發(fā)現(xiàn)故障自行停機。而且在調(diào)試過程中，可采用模擬輸出的方法來檢查聯(lián)機運行中的正確性，非常方便。
由于以上特點，本次設(shè)計采用PLC進行自動控制，可以減少控制系統(tǒng)的體積，降低成本。
6 結(jié)論
畢業(yè)設(shè)計是對每一位畢業(yè)生的畢業(yè)考驗和總結(jié)，對每位畢業(yè)生來說都非常的重要。它不僅是對大學(xué)理論知識學(xué)習(xí)的總結(jié)，更是對大家實際創(chuàng)造能力的一種鍛煉，是對我們大學(xué)四年學(xué)習(xí)完善與總結(jié)。
經(jīng)過幾個月的精心設(shè)計，我終于將畢業(yè)設(shè)計如期的完成，此時我才真正了解大學(xué)四年的知識結(jié)構(gòu)體系。
立體車庫作為解決城市現(xiàn)代化進程中停車難問題的解決方法，它以快捷，高效，占地少和安全方便等優(yōu)點，成為城市現(xiàn)代化發(fā)展中重要的一個環(huán)節(jié)。
由于立體車庫在我國屬于初級發(fā)展階段，現(xiàn)成的資料十分少，通過上網(wǎng)和到圖書館查