本科毕业论文---升降横移式立体车库设计.doc

机械设计综合训练报告

——升降横移式立体车库设计

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摘要
随着人们生活水平的不断提高，城市日益增多的车辆与有限的停车位之间的矛盾越发的尖锐。在这个大背景下，发展新的停车系统，提高空间利用率成为了新的发展法向。其中，立体停车库便是一个新兴的停车系统。本文结合双层三列升降横移式立体车库的工程实例，着力于其机械执行系统的设计，并作出相关校
核和仿真。此外，我们还利用Solidworks软件对立体车库进行三维建模，给出更为具体的方案。

关键词：立体车库，Solidworks，机械
目 录
摘要 1
第一章 设计任务与要求 6
1.1 设计内容 6
第二章 背景及原理 7
2.1背景 7
2.2升降横移车库原理 9
第三章 总体方案设计 11
3.1车库运行过程分析 11
3.2下层载车板驱动方案 11
3.3升降载车板设计方案 11
3.4辅助装置 12
3.5总体格局 12
第四章 载车板设计 13
4.1尺寸设计 13
4.2结构工艺设计 13
第五章 载车板设计 14
5.1分析 14
5.2滚珠丝杠副的结构形式选择 13
5.3材料选择 14
5.4螺纹尺寸设计计算 14
5.5丝杠精度计算 15

第六章 升降电机及减速器选择 17
6.1关于YZ系列电机 17
6.2电机型号、参数 17
6.3减速器型号选择 18
第七章 螺杆轴结构设计 19
7.1轴承选择 19
7.2键的设计与校核 20
7.3轴的结构工艺 21
第八章 升降系统总装 22
8.1升降导轨 22
第九章 平移机构设计 23
9.1滑轨设计 24
9.2电机选择 24
9.3减速器选择 25
第十章 链传动设计 26
10.1链类型选择 26
10.2链参数计算 26
10.3链装配尺寸计算 27
10.4滚子链链轮设计 28
第十一章 滚轮轴设计校核 30
11.1滚轮轴结构 30
11.2竖直方向上受力 32
11.3水平方向上受力 33
11.4校核轴的长度 34
个人心得 35
参考资料 36

第一章 设计任务与要求
1.1 设计内容：
1）根据任务需求，结合存、取车工作原理，进行双层三列升降横移式立体车库机械系统总体方案设计，确定减速传动系统、执行系统的组成，绘制系统方案示意图。
2）选择电动机型号，分配减速传动系统中各级传动机构的传动比，并进行传动机构的受力分析和关键零部件的工作能力设计计算。
3）对立体车库机械系统进行三维结构建模和存取车过程动画仿真。
4）进行结构设计，绘制二维总装配图、部件装配图（0号图1～3张）及关键零件工作图（3号或4号图2张）。
第二章 背景及原理
2.1 背景
进入21世纪以来，随着人们生活水平的提高，汽车逐渐走进了千家万户，然而随之而来的是停车难的问题。由于土地济源的稀缺，人们对空间利用率提出了更高的要求，因此更为高效的停车设施可谓大势所趋，立体式的停车库是个前景非常广阔的研究方向。
作为解决城市静态交通的有效措施——向空间、向高层发展的自动化立体停车设备,以其占地面积少、停车率高、布置灵活、高效低耗、性价比高、安全可靠等优点,越来越受到人们的青睐。目前市面上常见的机械式立体停车库有：升降横移类、垂直循环类、多层循环类、水平循环类、平面移动类、巷道堆垛类、垂直升降类和简易升降类等8种,其中升降横移类以其结构简单、操作方便、安全可靠、造价低等优点,在国内车库市场占有绝对优势的市场份额。
采用以载车板升降或横移存取车辆的机械式停车设备的立体停车库。此类型立体车库适用于地面及地下停车场 配置灵活,造价较低。这种类型立体车库的特点是结构简单。形式较多，规模可大可小 采用模块化设计 ,每单元可设计成2～5层 、半地下等多种形式 ,车位数从几个到上百个。对场地的适应性强 约占国内停车市场份额70%以上。
而现有停车位缺口严重据预计2010年轿车保有量将达到2000万辆，“十五”期间轿车保有量将增加400万辆。停车位需求按1:1.2(100%的基本停车位和20%的公共停车位)计算，总需增加停车位480万个。平均每年需求96万个车位。如仅考虑10%进机械式停车库，这每年需提供机械式停车库9.6万个车位。因此从现有的停车位的缺口情况和今后市场的需求可以看出，机械式停车设备的国际、国内市场前景十分良好。
2.2 国内外现状和前景
早在1920年，美国就建成了世界上第一座机械式立体停车设备。50年代以后美国和西欧陆续建成多种型式的立体车库;60年代以来尤其是在市中心的商业区，建筑物高度密集，不可能腾出大量地皮建停车场。此时，占地面积小的立体式停车设备才真正得到发展普及。亚洲的停车设备技术起源于日本，日本从20世纪60年代开始从事机械停车设备的开发、生产、销售和服务，至今已有四十几年的历史。到了80年代和90年代初，由于计算机技术和电力电子技术的飞速发展，由全电脑自动控制，采用变频技术的新一代机械式立体停车设备首先在日本进入家庭。生产机械式立体车库的公司约100多家，比较大的公司有新明和、石川岛播磨、日精、三菱重工等。从90年代起日本每年投入运行的机械停车泊位都在万以上。目前全日本己经投入使用机械式停车位超过300万个，其中以升降横移式停车设备为主。对于日本，优势在多层升降横移类、垂直升降类、水平循环类、垂直循环类、简易升降类等产品上[4]。
德国和意大利等欧洲国家从事停车设备开发和生产也比较早。较好的公司有:意大利Sotefin、Interpark、德国PaliS等。由于欧洲国家停车问题表现不很突出，停车设备应用量不是很大。多数为巷道堆垛式产品，多层升降横移式产品应用很好。德国和意大利等欧洲国家的优势在巷道堆垛类产品上。
国外立体停车设备的技术以日本和德国领先，其发展主要有两个特点:一是高技术含量高。日本和德国的车库行业将机、电工业的高新技术成果随时转化和移植到车库产品中，使车库技术进步和产品更新很快。比如高速曳引机和VVVF调速控制技术(即高速电梯技术)很快应用到垂直升降式车库产品，使这种电梯式车库存取速度更快，存车量更大，从而逐步替代老式的垂直循坏式塔型车库。又如计算机管理、IC卡识别、计时收费系统一出现，立即应用于停车库，使车库融于城市楼宇自动化管理系统中，无论是公共停车还是住宅停车变得更容易、更方便。二是车库产品朝着性能价格比更高的方向发展。即不但重视停车密度和高性能，更讲究产品的经济实用性。比如日本的三菱、大幅株式会社和德国PALIS公司均研制成功停车密度较高，而造价较低的高层车库和无车板、无车架等先进车库。这些新产品都是90年代的新技术，一问世，很快替代了老产品。
我国立体车库的发展，始于上世纪八十年代，河北承德的华一机械车库集团有限责任公司于1989年建造起国内第一台垂直循环类机械式停车车库，填补了国内机械式停车车库的空白。立体车库产业在上世纪九十年代迅速兴起，步入了引进、开发、制造和使用的快车道，国内立体停车库市场正以直线上升的态势在飞速发展。我国立体停车设备的产品经引进技术和自主研究开发，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，如采用交流变频调速系统，使运行高速、平稳、省电、减少振动和噪声。控制形式有按钮式、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；机械结构中采用了模块化设计，便于组合使用，易于安装拆卸，缩短施工周期。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。还采用一些新材料、新工艺，如采用“H7，型钢做钢梁，组合的镀锌板或一体成型的镀锌板做载车板：安全保护方面采用了声光引导及定位装置，自动消防灭火系统等。目前品种的满足率已达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。
目前国内立体停车设备是以升降横移类为主，约占总量的84%。此外还有垂直升降类和平面移动类。在技术方面，由最初的机械传动式发展为液压传动式、机械液压传动式、电传动式。控制方式也由单纯的手动控制发展到电气控制、PLC控制和现场总线控制。
虽然我国停车设备行业和技术得到了快速发展，但与停车设备的市场需求还相差甚远。停车设备需要进一步降低制造成本，提高技术含量以及设备使用的安全性和可靠性。
本文就是研究最为典型的双层升降横移式车库。

2.2 升降横移类车库原理

图2.1 升降横移式车库原理示意图

升降横移类车库指采用以载车板升降或者横移作为存取车辆设备的机械式停车库。其工作原理为：如图2.1所示，双层三列升降横移式立体车库共有五个停车位（图中1-5），6号位为空，为车位的升降腾出空间。下层的两个车位只负责横移，上层的三个车位只负责升降。为了保证下层平移的畅通，必须有一个车位空出，因此升降车位必须复位，而横移车位则没有必要。这样，通过简单的升降与横移便能够实现车辆的存取。

第三章 总体方案设计

3.1 车库运行过程分析
车库上层载车板只能升降，下层载车板只能平移。因此上下载车板可采用不同的方案分别独立驱动。

3.2 下层载车板驱动方案
对于下层载车板，由于只需做平移运动，因而可以在地面布置导轨，载车板下面安装小轮，便能很方便地实现左右的平移。由于是滚动摩擦，所需克服的阻力会小很多，因而驱动下面的载车板并不需要很大的功率，这里可以供选择的驱动方案很多，比如螺旋传动、链传动、带传动和液压传动等。其中链传动和带传动是由电机出发，通过一系列传动环节，最终驱动小轮在导轨上运动，实现载车板的平移。带和链本身成本较低，中间的减速环节也有现成的减速箱可供选用，布置也很简单，是可行的方案。而螺杆与液压传动由于距离较长，虽然力量和平稳性上占优势，但代价太高，不予考虑。因此，综合所有因素，最终采用电机+链传动作为下层载车板的驱动方案。

驱动小轮
链条
减速机构
电机

3.3 升降载车板设计方案
上层载车板需要承受很大的重量，在设计上需要格外的谨慎，安全、平稳是最基本的设计要求。首先是载车板的结构，和下层的不同，上层的载车板需要承受更大的重量，而它本身又不能太重，不然会增加驱动系统的负担。因而对上层载车板的要求是在保证承重的同时尽可能地减少质量。
载车板的升降需要导轨(其上开燕尾槽或T形槽)来限定位置以及提供支撑。由于载荷较大，要求运转平稳，因此选用螺旋传动更为合适。将螺母与载车板连接起来，电机驱动螺杆转动，带动载车板上升或下降。

螺母
螺杆
减速器
电机

3.4 辅助装置
除了上述机械设备以外，停车库还需要整体框架以及相应的支撑等辅助设备，当然控制方面的设备也必不可少，传感器等控制装备的设计不在本文讨论范围内。

3.5 总体格局

图3.1 车库总体格局
总体上车库的基本格局如图3.1所示，上下层载车板都有各自独立的轨道，并配备有独立的驱动机构，各自独立工作，互不干涉。除了车位以外，整个车库还搭建了坚固的钢框架。钢框架给安放各种传感器提供了充裕的空间，并且给升降机构的龙门导轨提供了有力的支撑。
第四章 载车板设计
4.1 尺寸设计
车位的尺寸要求是：，载车板的尺寸应略大于这个尺寸。加上斜坡和给安置其他零件提供平台等因素，载车板的实际长度超过，宽度上与车位尺寸保持一致。

4.2 结构工艺设计

载车板采用厚度为整体钢板冲压成型，前面设置有一段小斜坡，方便汽车进出。载车板上设计有两道凹槽用于给车轮提供限位，凹槽底部设计了凸起防滑条，以增大车胎与载车板之间的摩擦，保证车辆能被稳定地限制在载车板上。
载车板的后部设有一个宽为的平台，为在上面安置其他零件提供空间。
第五章 螺旋传动设计
5.1 分析
升降机构的核心部件是螺旋机构，确定了螺杆的各个参数便能够依次设计其他部件。螺旋传动是由螺杆和螺母组成的螺旋副来实现传动要求。它主要是将回转运动变为直线运动，同时完成运动和动力的传输。
载车板的升降机构采用螺旋机构属于起重螺旋，需要承受很大的轴向载荷。滑动螺旋结构简单、制造方便、成本低，易于实现自锁。但是滑动螺旋摩擦阻力大，传动效率低，磨损太大，不适合本文中的场合。因而我们采用滚动螺旋方式，它摩擦阻力小、传动效率高，运转平稳，低速时不爬行，启动时无抖动，虽然复杂的结构会增加成本，但它使用寿命长，安全可靠，适合本场合。

5.2 滚珠丝杠副的结构形式选择
按螺纹滚道法向截面形状、滚珠的循环方式、消除间隙和调整预紧方法的不同，螺旋副有多种结构形式。在这里，考虑到本应用场合对接触强度要求较高，而准确性要求略低等因素，采用单螺母外循环滚动螺旋副，螺纹滚道型面类型选择双圆弧型。

图5.1 外循环滚动螺旋副

5.3材料选择
由于螺杆行程较长,对精度没有特别的要求，因此使用普通螺杆的材料即可。
材料选用，高频或中频加热，表面淬火。
5.4螺纹尺寸设计计算
基本参数：基本额定静载荷、基本额定动载荷、额定寿命。
本场合中，上层载车板设计最大承重为1700kg，加上载车板自重（）。因此设计承重载荷为：

查手册得：载荷系数（平稳和轻微冲击）
硬度影响系数
短行程系数
因此，计算载荷

计算：

根据需要，选取导程
载车板的设计升降速度为
螺杆转速

设计寿命
根据寿命计算最小额定动载荷
寿命系数

转速系数

寿命条件：

根据寿命查表确定螺杆尺寸：
公称直径

导程

钢球直径

丝杠外径

螺纹底径

循环列数圈数
80
12
71
78
71
3*2

5.5 丝杠精度设计
由于升降对精度要求不高，出于成本考虑，选用滚动螺旋精度等级确定为7。
有效行程：

目标行程公差：

300mm内允许行程变动量：

滚珠丝杠支撑轴颈对丝杠轴线径向圆跳动为63um。
滚珠丝杠和滚珠螺母表面粗糙度为。

第六章 升降电机及减速器选择
6.1关于YZ系列电机
升降电动机选用YD系列，YD系列为鼠笼型异步电动机，具有较大的启动转矩和过载能力，能够频繁起动，转差率较高，并具有良好的防护特性。它适用于短时或断续运转、起动制动频繁、有时过载以及有较强振动和冲击的冶金及一般起重设备上。上层载车板大部分时间都处于静止状态，只有在升降过程中电机才起动，故适合采用YZ系列电机。

6.2 电机型号、参数
上载车板总重370kg，最大载重1700kg，总重为G=（370+1700）10=20700N升降速度V=4m/min，设联轴器、减速器和各个轴承总效率为0.9，而一般电机效率为0.75，那么所需的最小驱动功率为

选用YZ132M1-6型号的电机，额定电压380V，额定频率50Hz，转速935r/min,功率2.2kW，堵转电流倍数为4.74，堵转转速倍数为3.11，效率75.5%，功率因数0.77。
采用B5大法兰基座竖直安装便于连接减速器。

图6.1 YZ132M1-6型号的电机
6.3 减速器型号选择
电机轴转速为935r/min，设计螺杆轴转速为200r/min，选用减速比i为4.5。
这里采用单级圆柱齿轮减速器即可，这类减速器装配维修方便，可用于各类机械中。
ZDY、ZLY、ZSY型硬齿面卧式圆柱齿轮减速器（ZBJ19004-1988）的齿轮为渐开线斜齿齿轮，采用优质材料，箱体经精密镗孔等制成。承载能力高，运转平稳，噪声低。
减速器的适用条件是高速轴转速不高于1500r/min，适用于本场合。
结合本工程实例，最终选用规格为ZDY80-4.5-I的减速器，其额定输入功率为11kW。
第七章 螺杆轴结构设计
7.1轴承选择
图7.1 螺杆轴结构
根据升降距离要求，初步确定螺杆的最大工作长度为，即螺纹的有效长度为2400mm。螺杆竖直放置，主要受轴向载荷，顶部与齿轮啮合处承受部分径向载荷。故螺杆轴底部需用推力圆锥滚子轴承，顶端受径向载荷较大，故采用深沟球轴承即可。
螺杆外径为66mm，螺杆轴下端使用轴环定位,螺杆轴最大直径为：

轴环宽度：

确定顶部轴颈直径：

若底部轴颈直径也为50mm，则找不到相应的轴承型号，因此把底部轴颈直径扩大为60mm。
根据轴承宽度确定两个轴颈的长度，最终顶端选用代号为6310的深沟球轴承（GB/T276-1994）。底部选用代号为29412的推力圆锥滚子轴承。

7.2 键的设计与校核
螺杆轴头部通过联轴器与减速器的输出轴相连，该轴端轴径为d=40mm，初步选用普通平键。平键靠侧面传递转矩。对中良好，结构简单、装拆方便，应用最为广泛，也适用于高精度、高速或承受变载、冲击的场合。通过查手册可得键的尺寸：

根据该轴段长度为30mm，键长L取24mm。
螺杆轴实际转速：

螺杆轴传递功率：

螺杆传递最大扭矩：

查表得到键的许用挤压应力和许用切应力（键的材料为钢）：

键联接工作面挤压：

因此键的长度不够，需要重新设计
考虑到轴的长度有限，平键显然已经不能满足需要，因而改用花键联接。矩形花键多齿工作，承载能力高，对中性好，导向性好，齿根较浅，应力集中较小，轴与毂强度削弱小，加工方便，能用磨削方法获得较高精度。螺杆轴主要承受转矩，花键对其平衡性有较大益处。
根据国标（GB/T1144-1987），选用中系列尺寸，大径D=48mm，键数N=8，键宽B=8mm，小径d=42mm。花键长度设计为L=35mm。倒角尺c=0.5mm,圆角尺寸r=0.4mm。
查表得花键联接的许用应力为：

齿的工作高度：

各齿间载荷不均匀系数取

平均直径：

花键强度校核：

故强度符合条件。

图7.2 螺杆轴的花键联接
花键精度：装配形式为固定，d为h7，D为a11。
7.3 轴的结构工艺
为了减少应力集中，轴的阶梯处设置圆角或圆角，根据GB/T6403.4-1986确定各轴端倒角和圆角的尺寸

第八章 升降系统总装
8.1 升降导轨

图8.1 升降式载车板系统
如图7.1所示，升降系统由两大部分组成。
第一部分是导轨部分，1是龙门形的导轨（槽形结构），直接与地面相连。2是载车板，其上装有导轨支架，支架内部嵌有滚轮3，进而整个载车板被限制在导轨内部。5为斜拉杆，能够使载车板保持水平，并且把拉力分担到龙门导轨支架上。整个载车板支架由钣金件和加强筋构成，降低质量的同时也保证了强度。
第二部分为传动部分。从动力源开始电机12连接减速器11，减速器输出轴通过联轴器与螺杆轴8相连，从而驱动螺杆旋转。螺杆转动使螺母4上下移动，而螺母通过螺旋与载车板固连，最终实现载车板的上下移动。
第九章 平移机构设计
9.1 滑轨设计
下层载车板靠滚轮限制在轨道上，滚轮的一边设置凸缘。载车板底部设置八个滚轮，其中起驱动作用的滚轮有两个，其余做支撑。
轧制车轮材料，应不低于GB/T 699中规定的60钢；锻造车轮材料，踏面直
径不大于400mm的车轮，应不低于GB/T 699中规定的45钢，踏面直径大于400mm的车轮，应不低于GB/T 699中规定的55钢；铸造车轮材料，应不低于GB/T 11352中规定的ZG340-640钢。根据实际应用选择45钢。
设直径D设为114mm，车轮与轨道有效接触长度为100mm

底部载车板设计承重2000kg，载车板自重接近500kg。八个滚轮，16个轴承，平均每个轴承受径向载荷为

由于载荷量较小，故采用较小尺寸轴承即可。
载车板平移速度最大为10m/min，而滚轮直径为D=114mm。由此可以得到滚轮轴转速为：

轴传递功率最大为：

计算轴的最小尺寸:

考虑轴上开键槽等因素，适当扩大轴径至d=30mm。
选用代号为7206C的角接触球轴承。

图9.1 载车板底部小轮

9.2 电机选择
由于驱动载车板水平移动所需克服载荷不大，这里选用小功率异步电动机即可。小功率异步电动机具有结构简单、造价低廉、运行可靠、噪声低、对无线电系统干扰小等优点，是广泛应用的驱动动力。
底部载车板及其零部件总重为300kg，设计最大载重为2000kg。滚轮与导轨之间的滚动摩擦系数为f=0.005，角接触球轴承对径向载荷的滚动摩擦系数为0.003，载车板横向移动速度v=10m/min，链传动效率为0.96，球轴承效率为0.99，减速器效率为0.95，电机效率为0.6。由此可以估算电机的最小功率：

选用YS系列三相异步电动机，型号为YS6324，功率180W，转速1400r/min，额定电流0.64A，额定电压380V，频率50Hz，效率64%，功率因素0.66。

图9.2 YS6324型电机尺寸

9.3 减速器选择
减速比计算：由于链传动环节传动比为1，电机到链的减速比为

由于减速比较大，不适合采用单级圆柱齿轮减速器，而多级圆柱齿轮减速器成本较高，也不被采用。初步确定使用CW型圆弧圆柱蜗杆减速器。
这种减速器除具有蜗杆传动所共有的单级传动比大、工作平稳、噪音低等特性外，由于采用圆环面包络圆柱蜗杆，能使接触应力降低，易形成油膜，齿根有所增厚，故比普通阿基米德蜗杆减速器承载能力高、寿命长、传动效率高。
根据需要，选用型号为CWU63-50-I JB/T7935-95的减速器，其转速为1500r/min时，额定输入功率为0.67kW，额定输出转矩为159Nm。
第十章 链传动设计
10.1 链类型选择
减速器输出轴通过链条与滚轮相连，不连续工作，速度低，这里可采用套筒式链，它质量轻，成本低廉。但考虑到套筒链工作时套筒沿链轮轮齿产生滑移，轮齿磨损较快。为了提高整个机构的寿命，这里还是采用滚子链比较适宜。

10.2 链参数计算

图10.1 链的布置方案

如图10.1所示，电机通过减速器再连接链轮1，链轮1通过链1与链轮2相连，链轮2为双联链轮，同时它也通过链2与链轮3相连，最终实现动力的传递。载车板需要实现左右移动，故链1应该垂直布置。所有链轮齿数相同，不改变转速，因此可以一起设计。
链轮转速。
假设链轮直径，于是估计链速

链轮齿数：

计算节距：载荷平稳，取工况系数。
齿数系数
链条排数系数
节距

根据功率和转速确定链条型号为08A。其参数为：
链号
节距

滚子
外径

内链节
内宽

销轴
直径

套筒
孔径

内链节
外宽

外链节
内宽

08A
12.7
14.38
7.92
3.96
4.01
11.18
11.23

10.3 链装配尺寸计算
链轮分度圆直径计算：

试定中心距
时，最小中心距：

实际链速

这与之前的估计链速一致。
链1设计中心距
链节数计算：

链节数取偶数，所以最终选择78个。
实际中心距

安装中心距应比计算值略小，以便链条有一定的初垂度。

由于，所以不需要张紧装置。
同样，对于链2，它连接左右两个滚轮，跨度较大，设计中心距
链节数计算：

实际中心距

由于，需要加装托板。
有效圆周力

作用在轴上的压轴力为：

10.4 滚子链链轮设计
分度圆直径：

齿顶圆直径：

齿根圆直径：

齿宽：

齿侧凸缘直径

根据链轮分度圆直径，最终选定凸缘直径。
第十一章 滚轮轴校核
11.1 滚轮轴结构

图11.1 滚轮轴结构及受力图

底部载车板下部设有8个滚轮，其中起到驱动作用的只有两个，其余6个从动，受轨道约束。滚轮由角接触球轴承支撑，一段伸出设置阶梯，给链轮提供轴向定位，轴的端部车螺纹，与六角薄螺母配合，固定链轮。
从受力上来看，滚轮轴受到导轨给它的挤压力，一对轴承对它的压力、，链1对它的压轴力以及链2对它的压轴力。与此同时，滚轮轴还受到导轨摩擦力对它的力矩，以及链轮对它的力矩和。
按最大承重量校核，载车板和车总重，由此可得：
（方向竖直向上）
链1的有效圆周力：

链1作用在轴上的压轴力：
（方向竖直向上）
链1对滚轮轴的力矩：

方向与滚轮转向相同，为顺时针。
链2的有效圆周力：

链2作用在轴上的压轴力：
（方向水平向右）
链2对滚轮轴的力矩：

方向与滚轮转向相反，为逆时针。
导轨摩擦力对轴的扭矩可以由扭矩平衡得到：

方向与滚轮转向相反，为逆时针。
由于链的压轴力既有水平分量也有垂直分量，因此轴承对轴的反力也存在竖直和水平两种分量，需要分开校核。
11.2 竖直方向上受力

图11.2 滚轮轴在竖直方向上受力图
根据力矩平衡列式求：

根据受力平衡求：

根据受力画出弯矩图：

弯矩图如图11.3所示：

图11.3 滚轮轴竖直受力弯矩图
11.4 水平方向受力

图11.4 滚轮轴水平方向受力图
算出和:

画出弯矩图：

图11.4
11.5校核轴的强度
合成两个方向的弯矩图：

画出总的弯矩图和扭矩图：

图11.5 总弯矩和扭矩图
由图11.4可以判断危险截面为C，校核该截面强度：
取（单向转动，转矩按脉动变化）；（实心轴）。查45号钢的需用疲劳应力为

故滚轮轴校核安全。
个人心得
02009542
这是我第一次做整个机械系统的设计，与上学期仅仅设计一个轴相比，设计整个车库系统更具挑战性。显然，在设计之初，我的想法太过简单了。一个整体的完善的系统要能够良好地运行，需要各个部件安排合理，互不干涉。
立体车库在传动方案的设计上有很多自由发挥的空间，而选择最佳的传动方案又是一个难题。例如，升降若采用螺杆传动，就要考虑是螺杆转还是螺母转的问题。事实上，现实生活中的车库两种方案皆有采用，关键是如何设计的合理、科学。再者，设计需要考虑成本，虽然不需要真正制造出来，但也不能不切实际地选用昂贵的配件，导致资源的浪费。平移机构只需要较小的力，这里就要考虑选取尽可能简单的传动，而不要大费周章，不仅会造成空间的浪费，还会造成效率的降低。材料的节约也是考虑的重点，载车板的结构要在保证坚固的同时做到尽可能地轻盈，因而采用钣金件加筋的方式是一个很好的选择。另外，整体框架采用工字梁焊接结构，也是出于节约和坚固的考虑。
要完成车库的设计，不可缺少的是Solidworks软件。刚接到设计任务的时候，脑中只有模糊的设计思路，而设计需要把脑中的想法一步一步地具体化。Solidworks提供了一个很好的平台。起初的三天，我用Solidworks进行了试建模，遵循自下而上的设计原则，一步一步地细化模型，虽然有许多不合理之处，但这些都为后来的工作提供了更为明晰的思路。在最初的模型中，我的平移机构采用了液压杆的形式，为了缩短液压缸的行程，采用连杆机构使载车板的行程扩大。这种方案在理论上是可行的，但是液压在使用和维护方面都无法与电机相比，泄露也是很大的问题，因此最终摒弃了。从建模的角度讲，车库的模型并不复杂，但是零件较多，如果把零件逐个建模然后组装，显然是不切实际也没有必要的。很多细小的非主要零件应该得到合并，这样便能省去很多繁琐的配合，然我们充分专注于关键零部件的设计。有些零件，比如说电机因当做必要的简化处理，这样不仅有利于出图，也可省去大量不必要的时间。当然，追求更为真实的模型未尝不是好事，如果纯粹为了出效果图，那么模型越复杂，越真实，其效果越好。而我们设计最终需要呈现的是图纸，最终3D还是要回归2D，为了得到符合国标的工程图，“简”的理念应该贯彻始终，我想这也是我最大的收获之一。
经过了将近三周的努力，我的设计也有了成果，它也许不是最好的方案，但我相信它的某些功能已经能够满足实际的需要。机械设计本来就是个漫长、反复具有创造性的工作，在设计师眼里，最完美的设计永远都是下一个。知识只有在运用的时候才会觉得不够。机械设计课程设计在让我们所学知识应用到实践中的同时，也提出了更高的要求。我觉得自己现有的知识还远远不够，要成为一个真正的机械工程师，我还有很长的一段路要走。感谢老师在设计过程中给予我的帮助，我定会更加努力，争取做得更好，走得更远。

参考文献
1.毛谦德，李振清 主编《袖珍机械设计时手册》 机械工业出版社
2.卜炎 主编 《机械传动装置设计手册》 机械工业出版社
3.吴宗泽 主编《机械零件设计手册》机械工业出版社
4.吴克坚、于晓红、钱瑞明 主编 《机械设计》高等教育出版社
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