三层三列式升降横移式立体车库的设计 - 图文

任务书

学生姓名：

任务下达日期： 20** 年 12月 19 日 设计开题日期： 20** 年 04月 13 日 设计开始日期： 20** 年 04月 16 日 中期检查日期： 20** 年 05月 18 日 设计完成日期： 20** 年 06月 04 日

一、设计题目： 升降横移式立体车库的设计

二、设计的主要内容：随着汽车工业的快速发展，在我国一些大、中城市相继出现了停车难等问题。立体车库是当今社会的朝阳产业，是改善城市交通，缓解城市停车难的新途径。要求设计一款升降横移式立体车库，重点是进行提升部分和横移部分的机械装置设计，选择最优方案，使其结构紧凑、合理。设计合理的出入车库存取流程，在实际使用中，可以提供安全、快速、便捷的停车服务。主要包括：（1）总体方案设计；（2）提升机构的设计计算；（3）横移机构的设计计算。 三、设计目标：设计产品用于中小型轿车的停放，适用于商场、机关、单位、住宅小区等公共区域的汽车停放。三层七车位；限重M=2500kg；一层限高H=2m；二层及以上限高H=1.5m；限宽L=2m；对主要零部件进行设计、计算、校核，完成规定的图量。

指 导 教 师： 院（系）主管领导：

20** 年 12月19 日

摘 要

在对国内外车库现状及发展趋势做了充分调研的基础上,以较为典型的升降横移式立体车库为研究对象，选择三层三列式车库结构作为研究模型。综合考虑立体车库制造成本和运行安全的双重因素。

简单介绍了车库的主体结构和特点，对车库的控制系统也作了简单的说明，依据升降横移式立体车库的运行原理，运用机械设计相关知识进行了一系列传动方案的设计，包括提升系统的传动设计，横移系统的传动设计，还运用力学理论对升降横移式立体车库的结构进行了力学分析，包括升降横移式立体车库的框架结构的强度、横移传动系统中轴的强度和升降传动系统中轴的强度等。为了使停车设备满足使用要求，根据国家关于机械式停车设备通用安全要求的标准、升降横移式立体车库的实际，在升降横移式立体车库中使用了一些必要的安全技术，这样保证了车辆的绝对安全，使得整个车库可以安全平稳的运行。

关键词：立体停车库；升降横移式立体车库；钢结构；安全措施

Abstract

In the domestic and international current situation and trend of development for garage. Based on sufficient investigation, to choose a more typical of up-down and translation stereo garage as the research object, to choose the three layer three row type garage structure as research model. Considering the three-dimensional garage manufacturing cost and operation safety of the double factors.

Briefly introduces the main structure and characteristics of the garage, the garage control system are briefly described, based on the up-down and translation stereo garage operation principle, use of mechanical design knowledge are a series of transmission scheme design, including the upgrading of the transmission system design, shifting the transmission system design, also according to the theory of mechanics up-down and translation stereo garage structure mechanical analysis is carried out, including up-down and translation stereo garage frame structure strength, shifting transmission system axial strength and axial strength of lifting transmission system. In order to make parking equipment to meet the use requirements, according to the country about mechanical parking equipment General requirements for safety standards, up-down and translation stereo garage is actual, in the up-down and translation stereo garage to use some safety technique, so as to ensure the absolute safety of the vehicle, the garage can be safe and steady operation.

Keywords: stereo parking garage; up-down and translation stereo garage; steel structure; safety measures

目 录

摘 要 ........................................................................................................................ II Abstract .................................................................................................................... III 第1章 绪 论 ........................................................................................................... 7

1.1 课题来源与背景 ......................................................................................... 7 1.2 机械式立体停车库发展概况 ..................................................................... 7 1.3 立体停车库分类及优点 ............................................................................. 8 1.4 研究升降横移式立体停车库的意义 ....................................................... 11 1.5 升降横移式车库的工作原理 ................................................................... 11 1.6 升降横移式库机械部分部件结构和功能 ............................................... 12 第2章 方案总体设计 ........................................................................................... 14

2.1 方案总体设计 ........................................................................................... 14 2.2 传动方案的设计 ....................................................................................... 14 2.3 传动方案的选择 ....................................................................................... 16 第3章 主框架部分 ............................................................................................... 17

3.1 钢结构形式的选择 ................................................................................... 17 3.2 钢结构部分材料的选择 ........................................................................... 17 第4章 升降传动系统设计 ................................................................................... 18

4.1 升降电动机的选择 ................................................................................... 19 4.2 升降链传动的设计 ................................................................................... 20 4.3 升降轴的设计 ........................................................................................... 22 4.4 联轴器及键的选择 ................................................................................... 24 4.5 轴承的选择 ............................................................................................... 25 4.6 钢丝绳和滑轮的选用 ............................................................................... 25 4.7 卷筒的设计 ............................................................................................... 26 4.8 升降轴的强度校核 ................................................................................... 26 第5章 横移传动系统设计 ................................................................................... 28

5.1 横移电动机的选择 ................................................................................... 29 5.2 横移链传动的设计 ................................................................................... 29 5.3 横移传动轴A的设计 .............................................................................. 32 5.4 联轴器及键的选择 ................................................................................... 33 5.5 轴承的选择与计算 ................................................................................... 34 5.6 横移车轮与导轨的选择 ........................................................................... 35 第6章 安全防护措施 ........................................................................................... 36

6.1 防坠落装置设计 ....................................................................................... 36 6.2 其他防护措施 ........................................................................................... 37 第7章 车库的控制系统 ....................................................................................... 37 结 论 ....................................................................................................................... 40

致 谢 ....................................................................................................................... 41 参考文献 ................................................................................................................... 42

CONTENTS

Abstract ..................................................................................................................... II Chapter 1 Introduction .......................................................................................... 7

1.1 Topic origin and background ....................................................................... 7 1.2 Mechanical parking development ................................................................ 7 1.3 Parking classification and advantages ....................................................... 8 1.4 Studies of up-down and translation stereo garage meaning ...................... 11 1.5 Lifting cross-sliding type garage principle of work .................................. 11 1.6 Lifting cross-sliding type garage mechanical parts structure and function12 Chapter 2 The whole scheme design ................................................................... 14

2.1 The general design of the schemes ............................................................ 14 2.2 Transmission scheme design ..................................................................... 14 2.3 The choice of transmission ........................................................................ 16 Chapter 3 Steel structure material selection ...................................................... 17

3.1 Steel structure form selection .................................................................... 17 3.2 Steel structure material selection ............................................................... 17 Chapter 4 Lifting transmission system design ................................................... 18

4.1 Lifting motor selection .............................................................................. 19 4.2 Lifting chain transmission design .............................................................. 20 4.3 Lift shaft design ......................................................................................... 22 4.4 Coupling and key selection ........................................................................ 24 4.5 Bearing selection ....................................................................................... 25 4.6 Wire rope and pulley selection .................................................................. 25 4.7 Reel design ................................................................................................. 26 4.8 Lift shaft strength analysis ......................................................................... 26 Chapter 5 Transverse transmission system design ............................................ 28

5.1 Traverse motor selection ............................................................................ 29 5.2 Traverse chain transmission design ........................................................... 29 5.3 Transverse shaft A design .......................................................................... 32 5.4 Coupling and key selection ........................................................................ 33 5.5 Bearing selection and calculation .............................................................. 34 5.6 Traverse wheel and track selection ............................................................ 35

Chapter 6 Security protection measures ............................................................ 36

6.1 Anti-dropping device design ...................................................................... 36 6.2 Other protective measures ......................................................................... 37 Chapter 7 Control system .................................................................................... 37 Conclusions ............................................................................................................... 40 Thanks ...................................................................................................................... 41 Reference .................................................................................................................. 42

第1章 绪 论

1.1 课题来源与背景

近几年来，随着汽车工业和建筑业两大支柱产业的快速发展，在一些大、中城市相继出现了停车难和乱停车的现象。在解决城市停车难的问题中，欧美国家和亚洲国家采取的措施有所不同。但立体化停车是各个国家都积极采取的措施，尤其是全自动化的机械式立体停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。

机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。机械式立体停车设备以其独特的优点，引起了各界的重视，得到了广泛的应用。机械式立体停车库可充分利用空间，在有限场地上，最大限度停放车辆，是改善城市交通，缓解城市停车难的新途径。

就当前社会对于立体停车库的需求，本文介绍了各种型式立体停车库的特点，选出了一种能广泛满足社会需求的机械式立体停车库，升降横移式立体停车库作为研究对象，它也是比较典型的机电一体化产品。一些大城市已运用其实现许多停车问题。该车库依据升降横移类机械式停车设备运行原理，采用钢架结构搭建而成。

1.2 机械式立体停车库发展概况

机械式停车设备的应用已有30多年的历史了。发展较早、较好的有日本、韩国、德国等。在亚洲，机械式停车设备采用较早应用较普遍的是日本、韩国和我国台湾省。

日本从事机械式立体停车库及其设备开发、制造的共有200多家，其中生产机械式立体停车设备的约100多家，比较大的公司有新明和、日精、三菱重工、大福、日成、东急、内外及昭和起重机等，产品既有出口的，也有进口的[1]。

韩国机械式停车设备行业的发展历程比较平稳。20世纪70年代中期为起步阶段，80年代为引进阶段，90年代为供应使用阶段。由于这几个阶段受到了政府的高度重视，各种机械式停车设备得到了普遍的开发和利用，年递增速度达到30%；2000年以来为发展阶段，自动化停车设备将随供应量不断的扩大而迅速发展。

我国在20世纪80年代初开始研制和使用机械式停车设备。80年代是起步阶段，90年代以来，随着汽车工业和建筑业的发展，尤其是轿车进入家庭后，停车设备的应用逐步推广，己经形成了新兴的停车设备行业，步入了引进、开发、制造、使用相结合的初步发展阶段。现在从事停车设备制造的企业数约有100家，其中主机生产企业超过50家。首批获得国家颁发的立体停车设备制造企业资质的企业有22家。产品经引进技术和自我研制开发，生产技术水平有了很大

的提高。许多设备采用了当前机械、电子、液压、光学、磁控和计算机等领域的先进技术，控制型式有按钮式、IC卡式、触摸屏式、密码钥匙式、遥控式等，有些设备还采用了总线控制技术；传动装置采用内藏式，以增大停车空间并保护各传动元件不受污染和腐蚀，提高了设备的耐久性；机构中采用了模块化设计，这样便于组合使用，又易于安装拆卸，且可缩短施工周期;还采用一些新材料、新工艺，如采用H型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板坐载车板；安全保护方面采用了声光引导、定位装置及自动消防灭火系统等。目前品种的满足率己达90%左右，有的品种填补了国内空白，产品国产化率达到50%以上。

由于很多新建小区内住户与车位的配比为1:1，为了解决停车位占地面积与住户商用面积的矛盾，立体机械停车设备以其平均单车占地面积小的独特特性，已被广大用户接受。机械车库与传统的自然地下车库相比，在许多方面都显示出优越性。首先，机械车库具有突出的节地优势。以往的地下车库由于要留出足够的行车通道，平均一辆车就要占据40 平方米的面积，而如果采用双层机械车库，可使地面的使用率提高80％—90％，如果采用地上多层（21 层）立体式车库的话，50 平方米的土地面积上便可存放40 辆车，这可以大大地节省有限的土地资源，并节省土建开发成本。

机械车库与地下车库相比可更加有效地保证人身和车辆的安全，人在车库内或车不停准位置，由电子控制的整个设备便不会运转。应该说，机械车库从管理上可以做到彻底的人车分流。

在机械车库中采用机械存车，还可以免除采暖通风设施，因此，运行中的耗电量比工人管理的地下车库低得多。机械车库一般不做成套系统，而是以单台集装而成。这样可以充分发挥其用地少、可化整为零的优势，在住宅区的每个组团中或每栋楼下都可以随机设立机械停车楼。这对眼下车库短缺的小区解决停车难的问题提供了方便条件。

1.3 立体停车库分类及优点

1. 立体停车库的分类： 停车库就其结构特征来分类，可分为平面式及立体式，平面式又分为地下平面式停车库、地上平面式停车库；立体停车库又可分为自行式立体停车库、半自动立体停车库和全自动立体停车库，而全自动立体停车库还可分为两层或多层平面式全自动立体停车库、竖向密集型全自动立体停车库以及特殊造型结构全自动立体停车库。

目前，立体车库主要有以下几种形式：升降横移式、巷道堆垛式、垂直提升式、垂直循环式、箱型水平循环式、圆形水平循环式[3]。

(1). 升降横移式

升降横移式立体车库采用模块化设计，每单元可设计成两层、三层、四层、五层、半地下等多种形式，车位数从几个到上百个。此立体车库适用于地面及地

下停车场，配置灵活，造价较低。

图 1-1 升降横移式立体停车库

产品特点：

1) 节省占地，配置灵活，建设周期短。

2) 价格低，消防、外装修、土建地基等投资少。 3) 可采用自动控制，构造简单，安全可靠。 4) 存取车迅速，等候时间短。 5) 运行平稳，工作噪声低。

6) 适用于商业、机关、住宅小区配套停车场的使用。

安全装置：防坠装置，光电传感器、限位保护器、急停开关等。 (2). 巷道堆垛式

巷道堆垛式立体车库采用堆垛机作为存取车辆的工具，所有车辆均由堆垛机进行存取，因此对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适用于车位数需要较多的客户使用。

图 1-2 巷道堆垛式立体停车库

(3). 垂直提升式立体车库

垂直提升式立体车库类似于电梯的工作原理，在提升机的两侧布置车位，一般地面需一个汽车旋转台，可省去司机调头。垂直提升式立体车库一般高度较高（几十米），对设备的安全性，加工安装精度等要求都很高，因此造价较高，但占地却最小。

图 1-3 垂直提升式立体停车库

(4). 垂直循环式

图 1-4 垂直循环式立体停车库

产品特点：

1）占地少，两个泊位面积可停6~10 辆车。 2）外装修可只加顶棚，消防可利用消防栓。

3）价格低，地基、外装修、消防等投资少，建设周期短。 4）可采用自动控制，运行安全可靠。

2. 立体车库的优点： 立体停车系统，特别是自动立体停车设备在国际上发展迅猛，在国内倍受青睐是因为比原有的老式停车库有着较多的优点[2]：

图2-3 直齿轮传动

2.3 传动方案的选择

好的传动方案除应满足工作机的性能和适应工作条件外，还应尺寸紧凑、成本低廉，传动效率高等。故对更方案进行价值分析，由表3-1和表3-2选出较好的方案[5]。

表2-1 定性判定与价值对应

判定 价值P

不用 0.1

差 0.2

中等 0.4

满意 较好 0.5

0.6

好 0.7

很好 0.8

超目标 理想 0.9

1.0

表2-2 传动方案选择的使用价值表

设 计 指 标 加权因子方案一 价值Pi1 价值方案二 方案三 价值 Wi 传动精度 功 率 效 率 圆周速度 Pi1Wi 0.2 0.2 0.8 0.2 0.02 0.02 0.12 0.02 Pi2 0.5 0.4 0.8 0.2 Pi2Wi 0.05 0.04 0.12 0.02 Pi3 0.8 0.5 0.2 0.2 Pi3Wi 0.08 0.05 0.03 0.02 （续表）

W10.1 W20.1 W30.15 W40.1 标 制造安装 价 格 寿 命 平稳噪声小 总使用价值 方案一 价值Pi1 价值方案二 价值方案三 设 计 指 加权因子Wi Pi1Wi 0.8 0.7 0.3 0.6 0.16 0.105 0.03 0.06 0.535 Pi2 0.8 0.6 0.5 0.3 Pi2Wi 0.16 0.09 0.05 0.03 0.56 Pi3 0.2 0.4 0.5 0.6 Pi3Wi 0.04 0.06 0.05 0.06 0.39 W50.2 W60.15 W70.1 W80.1 ?PW iji

升降横移式立体车库的传动要求传动力矩较大，传动速度较慢，经过比较和分析，带传动不能提供较大的传动力矩，容易发生打滑等现象，安全系数较低，所以本方案不予采用。链传动和直齿轮轮传动方案都可以满足传动的要求，但链传动与齿轮传动相比，除满足工作机的性能和适应工作条件外，尺寸紧凑、成本低廉，安装和维护都比较方便。综上所述，此次方案设计采用方案二。

第3章 主框架部分

3.1 钢结构形式的选择

停车设备的钢结构主要采用热轧H型钢、槽钢、角钢、钢板焊接成型，用高强度螺栓连接成框架结构，具有较好的强度和刚度。根据不同的结构要求，有单注形式、跨梁形式、后悬臂形式等。单注形式结构紧凑，安装、搬运方便，给驾驶员一种导向作用，也便于设置平衡装置，故本设计钢结构部分采用单注形式，其结构如图3-1。

图3-1 单柱钢结构形式

3.2 钢结构部分材料的选择

车库骨架全由钢材结构组成，主要由立柱、横梁、斜拉杆、加强肋等构成；本次设计主要采用热扎H型钢结构，材料均选牌号为Q235-A。

查参考文献[10]表7-9初选立柱型号为20 GB707-88，该车库全部重量由立柱承受，立柱外型截面为正方形，中间为空的，外型尺寸为：正方形边长为250mm,

立柱厚度为40mm，高度为5100mm,立柱底部上焊有一块正方形铁板，边长为400mm，厚度为30mm，钢材上安装四个地脚螺栓，保证立柱的固定，另外焊接肋板，增加立柱的强度。立柱截面形状如图3-2所示。

图3-2 立柱

横粱采用工字形截面，如图3-3所示，型号为热扎工字钢18 GB706-88，侧面横梁因受力较小，主要起连接作用，因此只需要外形合适就可以，可采用和正面横梁一样的连接方法，选热扎槽钢16即可。

图3-3 横梁的工字形截面

斜拉杆、加强肋均采用热扎等边角钢截面，角钢号数为10 GB9787-88，截面形状如图3-4所示。

图3-4 斜拉杆、加强肋的等边角钢截面

本次钢结构设计选择的钢材承载能力强，且型钢强度高、耐压、耐弯能力强，根据受力分析知其远远满足设计要求，故无须对其进行强度校核。

第4章 升降传动系统设计

在升降传动系统中，我们采用钢丝绳传动型式。钢丝绳传动形式的升降传动系统一般是由电机、减速系统、卷筒、滑轮、钢丝组成。在钢丝绳传动型式中，

钢丝绳的主要作用是拖动载车板上下升降。钢丝绳一端与载车板相连结，钢丝绳另一端缠绕卷筒上(载车板的前端钢丝绳与后端钢丝绳必须同方向绕着卷筒转动)，当载车板需要升降时，提升电机便会通过其正反转来带动卷筒顺时针或逆时针旋转实现载车板的升和降。示意图如图4-1所示：

1-载车板 2-卷筒 3-升降轴 4-链轮 5-电动机 6-钢丝绳

图4-1 升降传动示意图

4.1 升降电动机的选择

初设升降速度v=0.15m/s，载重M=1700kg，提升所需功率为：

Pw?Mgv?2000?9.8?0.15w?2.94kw

由机械设计手册知电动机输出功率：

P0?Pw/?w （4-1）

式中 Pw——工作机所需功率

?w——减速机与工作机之间的总效率

链传动总效率：

?w??1??2??3??n （4-2）

式中 ?1——链传动效率，查得=0.96

?2——滚动轴承效率，查得=0.99，两对， 代入数据得：?w?0.96?0.992?0.94 则电动机的输出功率为：P0?Pw/?w=3.12kw

选择台湾明椿电动机厂生产的停车设备专用交流减速电动机，型号为MLPK55370603，功率P = 3.7kw，频率为50HZ，电压220V，速比为60，输出

转速为n1?21r/min。其外形见图4-2。

图4-2 电机的外形图 表4-1 升降电机的尺寸表

A 525 M 230 D 150 X 255 E 210 Y 160 F 260 Z 170 G 190 P 65 H 15 Q 40 L 21 T 43.5 J 42.2 W 10 K 85 4.2 升降链传动的设计

初定卷筒直径D=200mm,载车板上升速度V = 0.15 m/s,求得卷筒的转速n2。

2?Rn20.15?60?1000由0.1?得，n2??14.33r/min

60?10002??100n21?1.46 链轮的传动比i?1?n214.33初取传动比 i = 1.5。 1. 选择链轮齿数Z1、Z2

根据传动比i=1.5，查《机械设计》[7]表6-6取小链轮齿数Z1=17则大链轮齿数Z2=27。

2. 确定链条链节数Lp 初定中心距a=10p，则节距

2a0Z1?Z2P?Z2?Z1?Lp??????42.25

p2a0?2??取Lp = 44

3. 计算单排链所能传递的功率P0及链节距P 由《机械设计》[7]表6-3查得工作情况系数KA?1

PCa?KAP?3.7kw

2

KA——工况系数，查表12-2-3取KA?1.0；

Q——链条极限拉伸载荷，Q=31.1kN； Ft——有效圆周力，Ft?1000P1000?0.75??6.8kN； v0.11Fc——离心力引起的力，Fc?qv2，其中q为链条质量，可由《机械

设计手册》[6]表12-2-9查得：q=1.50kg/m；v?4m/s时，Fc可以忽略。 Ff——悬垂力，Ff?，其中Kf为系数，由《机械设100计手册》[6]查图12-2-3得：Kf?1，a为中心距，a?0.419m，?为两轮中心线对水平面的倾角，??90?，则

(Kf?sin?)qga2?9.8?1.5?0.419Ff???0.13N；

100100 np——许用安全系数，np?4~8。 代入数据得：

n?Q31.1??4.5?np

KAFt?Fc?Ff6.8?0.13(Kf?sin?)qga符合强度要求。 9. 润滑方式的选择

根据链速v=0.11m/s和链节距P=19.05mm，按图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。

10. 链轮的结构设计

链轮的结构选为整体式，材料为45钢，热处理为淬火、回火，齿面硬度40~50HRC。由《机械设计手册》[6]表14.2-19查得主要结构尺寸如图5-2：

图5-2 横移链轮

5.3 横移传动轴A的设计

横移传动轴A是一层车库横移电机动力通过链轮输入的一段，它的结构如下图：

图5-3 横移轴A

1. 估算轴的基本直径

选用45钢，调质处理，由《机械设计》[7]表9-1查得??b?=640MPa。

P0.75?110?3?26.13mm。 n18所求为轴的最细处，即装联轴器处（图3.2）。但因此处有个键槽，故轴颈应

查表9-3，取C=110，由式（9-2）得d?C3增大5%，即dmin?26.13?1.05?27.44mm，则d12?d89?27.44mm。

为了使所选的直径与联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器。由《机械设计手册》[6]查得采用刚性联轴器，取与轴配合的的半联轴器孔径28mm，故轴颈28mm，与轴配合长度44mm。 2. 轴的结构设计

（1）初定各段直径，见下表：

表5-2 横移轴各段直径

位置 装链轮轴段1-2 自由段 2-3 装车轮轴段 3-4 轴环段 4-5 自由段 5-6 装轴承段 6-7 自由段 7-8 装联轴器段 8-9 轴颈/mm 说明 与链轮的内孔配合，故取28mm 链轮的右端用轴肩定位，故取32mm 与车轮的内孔配合，并便于拆装，故取45mm 考虑车轮的轴向定位，故取50mm 考虑轴承的轴向定位，故取34mm 由轴承的内孔决定。初选深沟球轴承，型号为6232，其内孔尺寸d=32，故取32mm 考虑联轴器左端的轴向定位，故取30mm 与联轴器的内孔径相适应，故取28mm d12=28 d23=32 d34=45 d45=50 d56=34 d67=32 d78=30 d89=28

（2）确定各段长度，见下表：

表5-3 横移轴各段长度

位置 装链轮轴段 1-2 自由段 2-3 装车轮轴段 3-4 位置 轴环段 4-5 自由段 5-6 装轴承段 6-7 自由段 7-8 装联轴器段 8-9 轴段长度/mm 说明 该段的长度由链轮轮毂宽度决定，故取38mm 考虑轴上零件安装的位置，取52mm 该段长度由车轮轮毂的宽度决定，故取78mm （续表）

轴段长度/mm 说明 考虑到车轮的定位，一般为轴肩高度的1.4倍，取10mm 考虑到轴承的安装位置，取46mm 该段长度由轴承的宽度决定，该轴承为深沟球轴承，代号为6332，宽17mm，故取17mm 考虑联轴器的安装位置，取22mm 因半联轴器与轴配合部分的长度为44mm，为保证轴的端面不接触，取该段长度略短于与联轴器配合长度，故取41mm l12=38 l23=52 l34=78 l45=10 l56=46 l67=17 l78=22 l89=41 3. 轴上零件的周向固定

链轮，车轮和半联轴器的周向定位均采用平键连接，按d12由《机械设计手册》[6]查得平键尺寸b?h?8?7（GB/T1096-2003），键槽采用键槽铣刀加工，长为25mm。为保证链轮与轴的周向固定，故选择链轮轮毂与轴的配合代号为H7/r6；同样，车轮轮毂与轴连接处，选用平键为b?h?14?9车轮与轴的配合代号

为H7/k6；半联轴器与轴连接和链轮，选用平键为b?h?8?7，半联轴器与轴的

配合代号为H7/k6；滚动轴承与轴的周向定位靠过盈配合来保证，此处选H7/r6。

4. 考虑轴的结构工艺性

考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R值为2.5，轴端倒角c=2mm；为便于加工，链轮和半联轴器处的键槽布置在同一轴面上。

5.4 联轴器及键的选择

1. 联轴器的选择

由前可知与联轴器配合处直径为28mm，查《机械设计手册》[6]选用刚性联轴器。

2. 键的选择与校核

（1）《机械设计手册》[6]表9-4选普通平键： 与联轴器配合选用：键8×30 GB/T1096-2003； 与小链轮配合选用：键8×30 GB/T1096-2003； 与车轮配合选用：键14×70 GB/T1096-2003。 （2）校核

查《机械设计手册》[6]知校核公式为：

2T?103?p??[?p] （5-4）

kld式中 T——传递的转矩，由T?FL?0.028?3.92?0.11KN?m；

k——键与轮毂键槽的接触高度，k?0.5h?3.5mm，h为键的高度；

l——键的工作长度，圆头平键l?L?b； d——轴的直径；

[?p]——许用挤压应力，查表6-2知：[?p]?120~150MPa。

联轴器与轴配合的键：d?28mm，l?L?b?30?8?22mm，代入上述公式可得：

2T?1032?0.11?106?p???102.04MPa?[?p]

kld3.5?22?28链轮与轴配合的键：d?45mm，l?L?b?70?14?56mm，代入校核公式可得：

2T?1032?0.11?106?p???19.4MPa?[?p]

kld4.5?56?45由此可知键的选择能满足要求。

5.5 轴承的选择与计算

1. 轴承的选用及校核

轴承均选用深沟球轴承，查《机械设计手册》[6]选轴承型号为6238 GB/T276-94。

轴承寿命校核：

查参考文献[1]知轴承寿命计算公式为：

106C?() （5-5） Lh?60nP查表知：C?218kN，当量动载荷为P?F2?3.92kN。对于球轴承，??3，

n?17.9r/min，代入数据得：

106C?1062183Lh?()??()?1.6?108h

60nP60?17.93.92可知轴承寿命足够长，选择符合要求。

2. 轴承润滑

由于传动轴转速比较低，故轴承采用脂润滑即可，在轴承座内加入足够的脂润滑即可，对承受较大载荷来说此种润滑方式十分适宜。

5.6 横移车轮与导轨的选择

由《机械设计手册》[6]按JB/T6392.2-1992选择双轮缘车轮，车轮的直径为160mm。其标记为：车轮 SL-160×48 JB/T6392.1，车轮的材料选择45钢，其结构如图5-4。

导轨的选择按《机械设计手册》（GB/T11264-1989），其结构如图5-5。

车轮的主要尺寸如下表：

表5-4 车轮的主要尺

基本尺寸/mm D 160 D1 190 B 90 B1 80 d 45 参考尺寸/mm d1 70 D2 120 S 20 [6]表8.1-117选择轻型钢轨

导轨的主要尺寸如下表： 表5-5 导轨的主要尺寸

截面尺寸/mm

轨高 A 107 底宽 B 107 头宽 C 75 头高 D 27 腰高 E 60 底高 F 20 腰厚 t 16

图5-4 车轮 图5-5 导轨

由《机械设计》[7]表6-5查得小链轮齿数系数Kz=0.887,链长系数KL?0.7 选择双排链，由《机械设计》[7]表6-4查得多排链系数Kp=1.7 计算额定功率

P0?1.75PC1.75?3.7??6.13kw

KZ?K1?KP0.887?1.7?0.7根据额定功率P0和转速n1查《机械设计》[7]图6.13选择滚子链型号为24A，链节距P=38.1mm

链号标记为24A—2×44GB1243-1997 4. 确定链实际长度 L及中心距a

L=Lp×P/1000=44×38.1/1000=1.68 m

Z?Z2?Z?Z2?P????Z?Z1?a???LP?1???LP?1??8*?2?4??222???????22???381mm ??5. 计算链速

V?n1?Z1?P21?19?38.1??0.25m/s

60?100060?10006. 作用在轴上的压轴力Q

圆周力F=1000P/V=（1000×3.7）/0.25=14800N 按平均布置取压轴力系数KQ?1.15有

Q?KQ?F?17020N

7. 按静强度校核链条

由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。 由《机械设计手册》[6]知，链条静强度计算式：

n?Q?np （4-3）

KAFt?Fc?Ff式中 n——静强度安全系数；

KA——工况系数，查表12-2-3取KA?1.0；

Q——链条极限拉伸载荷，Q=249.1kN； Ft——有效圆周力，Ft?1000P1000?3.7??14.8kN； v0.25Fc——离心力引起的力，Fc?qv2，其中q为链条质量，可由《机械设

计手册》[6]表12-2-9查得：q=5.6kg/m；v?4m/s时，Fc可以忽略。

Ff——悬垂力，Ff?(Kf?sin?)qga100，其中Kf为系数，查《机械设

计手册》[6]图12-2-3得：Kf?1，a为中心距，a?0.381m，?为两轮中心线对水平面的倾角，??90?，则

Ff?(Kf?sin?)qga100?2?5.6?9.8?0.381?0.41kN；

100 np——许用安全系数，np?4~8。 代入数据得：

n?Q249.1??16.3?np

KAFt?Fc?Ff14.8?0.41符合强度要求。 8. 润滑方式的选择

根据链速v=0.25m/s和链节距P=38.1mm，按《机械设计》[7]图6.16查得润滑方式为人工定期润滑。

4.3 升降轴的设计

升降轴是升降电机动力通过链轮输入的一段，它的结构如下图：

图4-3 升降轴结构图

1. 估算轴的基本直径

选用45钢，调质处理，由《机械设计》表9-3，取C=60，由《机械设计》

d?C3[7][7]表9-1查得

??b?=640MPa。查

式（9-2）得

P3.7?60?3?38.2mm n14.33所求为轴的最细处，即装联轴器处（图5-2）。但因此处有个键槽，故轴颈

应增大5%，即dmin?38.2?1.05?39.9mm。

为了使所选的直径与联轴器孔径相适应，故需同时选择联轴器。由《机械设

计》[7]查得采用刚性联轴器，取与轴配合的的半联轴器孔径40mm，故轴颈d12?d78?40mm，与轴配合长度83mm。

2. 轴的结构设计

（1）初定各段直径，见表4-2

表4-2 升降轴各段直径

位置 装联轴器轴段 1-2 自由段 2-3 装链轮轴段 3-4 轴环段 4-5 自由段 5-6 装联轴器段 6-7 轴颈/mm 说明 与半联轴器的内孔配合，故取40mm d12=40 d23=46 d34=50 d45=60 d56=46 d67=40 半联轴器的右端用轴肩定位，故取46mm 与链轮轮毂的内孔配合，并便于拆装，故取50mm 考虑链轮的轴向定位，故取60mm 考虑半联轴器左端的轴向定位，故取46mm 与联轴器的内孔径相适应，故取40mm

（2）确定各段长度，见表4-3

表4-3 升降轴各段长度

位置 装联轴器轴段 1-2 自由段 2-3 轴段长度/mm 说明 该段的长度由链轮轮毂宽度决定，故取83mm l12=83 l23=35 考虑轴上零件安装的位置，取52mm

（续表）

位置 装链轮轴段 3-4 轴环段 4-5 自由段 5-6 装联轴器段 6-7 轴段长度/mm 说明 该段长度由链轮轮毂宽度决定，考虑链轮的安装，该轴段长略短于轮毂的宽，故取82mm 考虑到车轮的定位，一般为轴肩高度的1.4倍，取10mm 考虑提升部分的结构，取792mm 该段的长度由链轮轮毂宽度决定，故取83mm l34=82 l45=10 l56=792 l78=83 3. 轴上零件的周向固定

半联轴器的周向定位均采用平键连接，按d12由《机械设计》[7]查得平键尺寸b?h?12?8（GB/T1096-2003），键槽采用键槽铣刀加工，长为80mm，半联轴器与轴的配合代号为H7/k6。同样，链轮毂与轴连接处，选用平键为b?h?14?9，为保证链轮与轴的周向固定，故选择链轮轮毂与轴的配合代号为H7/k6。

4. 考虑轴的结构工艺性

考虑轴的结构工艺性，轴肩处的圆角半径R值为2.5，轴端倒角c=2mm；为便于加工，链轮和半联轴器处的键槽布置在同一轴面上。

4.4 联轴器及键的选择

1. 联轴器的选择

由前可知与联轴器配合处直径为40mm，查参考文献[2]选用刚性联轴器。 2. 键的选择与校核

（1） 查《机械设计》[7]表9-4选普通平键： 与联轴器配合的选用：键12×80 GB/T1095-1990； 与链轮配合选用：键14×80 GB/T1095-1990。 （2） 校核：

查《机械设计》[7]知校核公式为：

2T?103?p??[?p] （4-4）

kld式中 T——传递的转矩，T?FL?19.6?0.025?0.49KN?m；

k——键与轮毂键槽的接触高度，k?0.5h?4mm，h为键的高度；

l——键的工作长度，圆头平键l?L?b； d——轴的直径；

[?p]——许用挤压应力，查表6-2知：[?p]?120~150MPa。

联轴器与轴配合的键：d?40mm，l?L?b?80?12?68mm，代入上述公式可得：

2T?1032?0.49?106?p???90.07MPa?[?p]

kld4?68?40链轮与轴配合的键：d?50mm，l?L?b?80?14?66mm，代入校核公式

可得：

2T?1032?0.49?106?p???42.42MPa?[?p]

kld7?66?50由此可知键的选择能满足要求。

4.5 轴承的选择

1. 轴承的选用及校核

轴承均选用深沟球轴承，查参考文献[10]选轴承型号为6238 GB/T276-94。 2. 轴承寿命校核

查参考文献[1]知轴承寿命计算公式为：

106C?() （4-5） Lh?60nP查表知：C?218kN，当量动载荷为P?F2?9.8kN。对于球轴承，??3，

n?14.33r/min，代入数据得：

106C?1062183Lh?()??()?1.28?107h

60nP60?14.339.8可知轴承寿命足够长，选择符合要求。 3. 轴承润滑

由于传动轴转速比较低，故轴承采用脂润滑即可，在轴承座内加入足够的脂润滑即可，对承受较大载荷来说此种润滑方式十分适宜。

4.6 钢丝绳和滑轮的选用

1. 钢丝绳直径的确定 按GB/T3811-1983计算

d?C式中 d——钢丝绳的最小直径 Fma——钢丝绳的最大静拉力 x C——选择系数

由表81-8确定选择系数 C = 0.104

dmin?0.10419600?14.56mm

Fmax （4-6）

根据《机械设计》[7]P27-9，选择圆股钢丝绳-合成纤维芯钢丝绳:

?b??1570MPa d = 16mm , M1P?88.1kg/100m , ?最小破断拉力 F = 133.0KN 2. 滑轮的选择

滑轮用来导向和支撑，以改变钢丝绳传递力的方向。该滑轮受载荷比较小，一般制成实体滑轮，材料为铸钢。由钢丝绳的直径d，按《机械设计手册》[6]表8.1-64查得与钢丝绳直径匹配的滑轮直径D=225mm。滑轮的型式由《机械设计手册》[6]图8.1-8选择一般密封，无内轴套的E型滑轮。其标记为：

滑轮 E16×225-55 JB/T9005.3-1999

4.7 卷筒的设计

卷筒的类型按JB/T9006.2-1999选择A型卷筒，根据《机械设计》[7]表8.1-47进行卷筒的几何尺寸计算：

最大起升高度 Hmax = 5.4m

绳槽槽距 P = 1.2d = 19.2mm,卷筒槽底直径 D = 180.8mm 卷筒计算直径（由钢丝绳中心算起的卷筒直径）D0=200mm 固定钢丝绳的安全圈数 Z1=1.5 卷筒上有螺旋部分长L0：

?Hmax??5400??L0???ZP??1.5???19.2?63.9mm 1??D????200?0??无绳槽卷筒端部尺寸 L1?57mm, 固定钢丝绳所需L2?3P?57.6mm 中间光滑部分长度 m = 43mm

卷筒长度 LS?2?L0?L1?L2??m?400mm

4.8 升降轴的强度校核

1. 轴的受力分析

轴的力学模型如下图：

图4-4 轴力学模型图

根据升降传动轴的受力情况，此轴主要受扭矩作用，所以只要对轴进行扭转应力强度校核即可，由《机械设计》[7]可知校核公式为：

??（1）求出轴传递的扭矩：

T WP

P3.7?9550??2.47KN?m n14.33（2）求轴上的作用力： T?9550链轮上的圆周力Ft?2T2?2470??98.8kN d340.05链轮上的径向力Fr?Fttanan?98.8?0.36?35.59kN A处切向力：FA?FtlBC1375?98.8??88.5kN lAC1535lAB160?98.8??10.2kN lAC1535B处切向力：FB?FtA处扭矩：TA?FAd120.04?88.5??1.77kN?m 22FBd670.04?88.5??0.24kN?m 22B处扭矩：TB?该轴的扭矩图如图3-7所示：

图4-5 扭矩示意图

可以看出轴的第二个键槽中心截面（即与链轮配合处）受扭矩最大，为危险截面，应对它进行扭应力强度较核：

?max?式中 Tmax?9550Tmax?[?] （4-7） WPP3.7?9550??2.47KN?m； n14.333.14?0.043Wp???0.13?10?4m3。

1616?d3

代入数据可得：?max?Tmax2.47??19MPa?????90MPa。 ?4Wp0.13?10由此可知强度符合要求，设计合理。

第5章 横移传动系统设计

横移传动系统的作用是使载车板平移到指定位置，其传动主要是靠电机带动

链轮使滚轮在轨道上移动。其结构如图5-1。

1-主动轮 2-链轮 3-电动机 4-载车板 5-从动轮

图5-1 横移传动示意图

5.1 横移电动机的选择

初设承载总质量M=2000kg，横移速度V=0.15m/s，由机械设计手册查得摩擦因子μ=0.2，则带动横移轴转动所需功率：

PW?FV??mgv?0.2?2000?9.8?0.15?0.588kw

由机械设计手册知电动机输出功率：

P0?Pw/?w （5-1） 式中 Pw——工作机所需功率

?w——减速机与工作机之间的总效率 链传动总效率：

?w??1??2??3??n (5-2) 式中 ?1——链传动效率，查得=0.96

?2——滚动轴承效率，查得=0.99，两对， 代入数据得：?w?0.96?0.992?0.94 则电动机的输出功率为：P0?Pw/?w=0.594kw

由于横移的速度较慢，要求横移电机的转速较低，为使结构紧凑，本设计根据输出功率选择由台湾明椿电机厂[20]生产的交流减速电动机，型号为MLPK40075803，额定电压220V，功率P=0.75w，速比30，输出转速n=18r/min。

其外形图与升降电动机相同，见图4-2。电机的主要安装和外形尺寸如下表：

表5-1电机外形尺寸(mm)

A 365

M 165

D 90 X 175

E 140 Y 116

F 175 Z 125

G 120 P 45

H 11 Q 40

L 15 T 31

J 23.42 W 7

K 65

5.2 横移链传动的设计

初选横移轮直径D=160mm，则车轮的转速应为

60?1000v60?1000?0.15n2???17.9r/min

2?R2?3.14?80由于电机转速和车轮转速几乎相同，故传动比为1。

1. 初选链轮齿数

由《机械设计》[7]表6-6查得Z1?19，则从动链轮齿数Z2?19 2. 确定计算功率Pc

由于载荷比较平稳，由《机械设计》[7]查表6-3得工况系数K?=1.0，因此

Pc=K?P0=0.75kw

3. 初定中心距，确定链条链节数Lp 初定中心距a0?22P,则链节数

2aZ?Z2P?Z2?Z1?Lp?0?1????42

p2a0?2??取Lp = 42

4. 计算单排链所能传递的功率P0及链节距P

由《机械设计》[7]表6-5查得小链轮齿数系数Kz=1.0,选择单排链，由《机械设计》[7]表6-4查得多排链系数Kp=1.0

由《机械设计》[7]图6.14查得长度系数KL=0.98故所需传递的功率为

PC0.75P0???0.77kw

KZ?K1?KP1?0.98?1根据额定功率和转速查《机械设计》[7]图6.13选择滚子链的型号为12A，由表6-1查得链节距P=19.05mm

链标记为：12A—62GB/T1243-1997 5. 确定链实际长度 L及中心距a

L=Lp×P/1000=42×19.05/1000=0.8mm

22Z1?Z2?Z1?Z2?Z2?Z1??P????a???LP????LP???8*????419.1mm

4??22????2?????6. 计算链速

P18?19?19.05V?n1?Z1???0.11m/s

60?100060?10007. 计算作用在轴上的压轴力Q

圆周力F=1000P0/V=（1000×0.75）/0.11=6818N 按平均布置查《机械设计》[7]取压轴力系数KQ?1.15 有Q?KQ?F?1.15?6818?7840.7N 8. 按静强度校核链条

由于链条处于低速重载传动中，其静强度占主要地位。 由参考文献[5]知，链条静强度计算式： n?Q?np （5-3）

KAFt?Fc?Ff2式中 n——静强度安全系数；

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/kg3f.html