一种新型魔方车库的创新设计 (1).pdf

:./.一种新型魔方车库的创新设计桂 慧秦鸿程刘鑫月凡 龙姚嘉伟(武汉轻工大学机械工程学院湖北 武汉)摘要:针对目前城市车位少、停车难现有立体车库空间利用率低、存取车时间长等问题设计了一款新型魔方立体停车设备 采用吊桥式车库门仅用一个电机实现车库门开闭与车辆的进出采用单层丝杆双联动升降平台实现载车平台升降同层车辆平移换位采用变异的差动轮系构成变胞机构传递不同方向的动力由 形杆推动载车板实现 魔方车库具有能耗低、空间利用率高的特点该技术方案可以拓展应用到大型车库的设计中关键词:立体停车设备魔方电磁制动器变胞机构空间利用率中图分类号:文献标识码:文章编号:()现有产品性能分析截至 年底中国汽车保有量达到.亿辆机动车的增长速度远远超过停车基础设施的增长速度停车难已经成为城市的一个普遍现象 机械式立体车库是解决城市静态交通问题的重要途径 通过市场调研可知目前市场上的立体车库主要有升降横移类、垂直升降类、垂直循环类、水平循环类、多层循环类、平面移动类、巷道堆垛类、简易升降类 大类 对现有立体车库的市场调研可知其产品特点如下:)升降横移类采用模块化设计规模可大可小配置灵活、构造简单、运行平稳应用广泛但车辆升降横移让位需空出多个车位空间利用率较低)垂直升降类、平面移动类和巷道堆垛类立体车库可存放较多车辆但需要空出一整列空间用作存取车辆装置的升降或横移空间利用率较低)垂直循环类、水平循环类及多层循环类占地面积小存取车时间短但存取车所需传动力大能耗较大传动稳定性较差)简易升降类结构简单紧凑存取车快捷但存车数量有限地上型车库需移出下方车位才能取出上方车辆 魔方车库设计思路基于对市场现有立体车库的性能分析本文设计的魔方车库从空间利用率、存取车时间、安全防护措施三方面解决现有车库存在的问题实现提高空间利用率、缩短存取车时间、保障车辆存取过程中的安全等目标为市场提供一种方便高效的停车库从而较好地解决小区、商场、酒店等停车难问题 魔方车库三维造型设计如图 所示图 魔方车库造型图 魔方车库与其他立体车库最大的不同之处在于将魔方概念融入车库设计之中利用类似于九宫收稿日期:基金项目:国家自然科学基金()作者简介:桂慧()女副教授主要研究方向为数控技术、计算机辅助设计及制造.年 月 机械设计与制造工程 .第 卷 第 期 .格游戏的方法实现 的立体停车其设计思路如图 所示图 魔方车库设计思路图 魔方车库功能分析与设计根据市场调研分析结果确定主要针对市面上中小型车辆设计魔方车库相应参数 对于 的车库其整体尺寸(长 宽 高)为 停放车辆最大尺寸(长车 宽车 高车)为 单个车位的最大承载质量为 魔方车库具有进出、升降和平移换位三大主要功能下面阐述其设计原理和功能实现.进出功能实现本文创新设计了一款吊桥式车库门车辆进出依托于该车库门车辆进出及车库门开闭两功能仅用一个电机即可实现 吊桥式车库门由电机、钢缆绳、滑轮组、底部可旋转门板和配重轮等组成其中推板与配重轮固接推板与钢缆绳末端连接其原理图如图 所示升降电机钢缆绳滑轮组配重轮推板门板图 吊桥式车库门原理图 存车过程如图 所示 装置启动后在电机的驱动下钢缆绳释放车库门板打开至水平位置(图)形杆换位装置将车库内的空置载车平台移至门板上(图)随后继续释放钢缆绳门板一端与地面贴紧形成大约 的倾角(图)汽车开上载车平台停稳后(图)电机通过滑轮组将释放的钢缆绳收回车库门板转至水平位置(图)由于此时载车板与门板之间的摩擦力远小于汽车和载车平台重力垂直方向的分力继续拉动钢缆绳则会使钢缆绳末端配重轮与推板沿门板滑移推板同步推动载车板滑动进入车库(图)随后车库内 形杆装置会随载车平台运动并阻碍载车平台继续向前运动使其逐渐减速至停止 车辆进入车库后电机带动钢缆绳将其收回直至吊桥式车库门关闭取车时升降电机转动通过滑轮组释放钢缆绳吊桥式车库门放下至门板一端与地面贴紧随后 形杆装置将车库内装有车辆的载车板推动到门板上此时同步释放钢缆绳配重轮因自身重力沿门板缓慢移动带动汽车及载车平台移动至车库门近地端完成上述操作后汽车即可驶离载车板图 存车时门的工作流程.升降功能的实现为提高车库上层空间利用率采用三层结构且上层空间可堆叠 魔方车库有两个独立的升降通道在确保一侧正常使用的情况下另一侧可以辅助搬运车辆提高存取车效率 若一侧损坏另 年第 期 桂慧:一种新型魔方车库的创新设计一侧可继续升降车辆不影响车库正常运转 两个升降通道分别位于车库正面的两侧(见图)每个升降通道里均装有两个联动的升降平台 通过设计的软件系统自动选取最近的出口以减少移车和取车时间 魔方车库第一层设有丝杆通过控制步进电机驱动丝杆转动带动升降平台上升或下降如图 所示升降平台沿丝杆两侧导柱上下进行移动从而实现车辆在各层之间的灵活转移 丝杆采用滚珠丝杆利用其精度高、传动效率高、寿命长、可做到无背隙的优点既可进行平稳升降又可防止车在升降过程中坠落造成不可估量的财产损失 为保证平台平稳地上下运动通过控制丝杆的转速使平台升降速度为./则车辆从驶入车库到提升到第三层停车位所需时间为 电机升降平台载车平台丝杆光轴图 升降系统 每套升降系统均可带动两个升降平台同时升降在将第一层车搬运到第二层的同时又可利用与其联动的升降平台将第二层车移动到第三层.平移换位功能的实现魔方车库的动力装置位于每层的下方其示意图 如图所示换位功能主要依靠形杆推动装、电磁制动器步进电机差速器带耳链条图 动力原理示意图置实现由其推动载车板沿横、纵导向槽进行车辆平移其动力部分主要由差动轮系、电磁制动器、锥齿轮和链轮链条组成 步进电机 输出的动力传递到差速器 差速器 有两个自由度利用电磁制动器 和 失电锁死的特性分别锁紧不同的输出轴改变差速器的自由度构成变自由度的变胞机构以此来完成动力的分配 差速器 未锁的一端输出动力通过锥齿轮、链轮链条 传递动力实现了一个电机控制、两个方向的平移换位 平移换位系统如图所示链条部分带耳板 形杆推动装置与耳板相连由链条带动装置平移舵机控制 形杆翻转推动载车板沿轨道移动来实现车辆的平移换位如图 所示当电磁制动器 锁死时动力由右输出杆输出通过锥齿轮、链轮链条带动 形杆推动装置移动推动载车板沿轨道移动实现 方向的移动换位同理电磁制动器 锁死时控制车辆 方向的移动换位 形杆升降平台载车板底板舵机动力盘图 平移换位系统 如图 所示载车底板均加工有横、纵导向槽和定位凹孔定位凹孔比横、纵导向槽深 载车板底部安装有万向滚轮在 形杆推动下使其沿底板导向槽滚动可精确将车辆运输到指定车位横、纵导向槽定位凹孔图 载车底板 年第 卷 机械设计与制造工程 三层共空出 个车位以便于车辆进出这样 个车位可以存放 辆车空间利用率高达.每层移动时仅空出一个车位来实现同层 辆车的换位图 所示为单层的结构布局图升降平台载车板纵向 形杆推动装置横向 形杆推动装置图 车库九宫格原理图.形杆校核 形杆在推动载车板平移时可将其简化为悬臂梁建立的力学模型如图 所示图 形杆受力及截面图 载车板长度为 设计 形杆长度 .其材料选用 .热轧 型钢(/)牌号为 屈服强度 弹性模量 取安全因数 .参照目前市面上大多数中小型车辆的质量设定载车板最大承载质量为 考虑载车板与各结构之间摩擦等影响因素设计最大均布载荷 /形杆受力分析方程为:()()()式中:()为各力对 点的矩为 点的弯矩为沿 轴方向的力为 点所受的力解方程得 .如图 所示 点处为悬臂梁固定端此处弯矩最大故危险截面为 截面计算其最大弯曲正应力:()式中:为 截面的应力为截面点到中性轴的最大距离为截面对中心轴 的惯性矩此处已知 .解得 .而许用应力.显然 因此 形杆强度足够 由简化模型可知 形杆最大挠度在 点查表得梁的最大挠度为:()式中:为最大挠度 为截面的惯性矩由已知条件解得 .杆单位长度的许用挠度 .因此 形杆刚度满足使用要求 结束语本文创新设计了一款新型立体停车设备与市场已有产品相比该立体停车设备具有以下特点:)创新设计一种吊桥式车库门仅用一个电机实现车辆的进出与门的开闭)创新设计差动轮系与电磁制动器构成变自由度的变胞机构实现单电机双动力输出的效果将九宫格停车位与 形杆推动装置结合单层仅空出一个车位来实现同层八辆车的任意移动换位并通过导向凹槽和定位凹孔实现载车板的平稳移位和精准定位)具有较高的空间利用率(.)并采用准无人化操作模式存车量大且方便快捷应用本文阐述的技术方案该立体停车设备可以从、三个方向进行扩展加层实现 的车辆存储以满足不同程度的停车需求为市场提供了一种较优的停车库方案具有较好的市场推广使用价值本文产品参加第八届全国机械创新设计大赛获得一等奖参考文献:齐胜.汽车后市场的现实和趋势.汽车维护与修理 年第 期 桂慧:一种新型魔方车库的创新设计():.机械式停车设备类别、型式与基本参数:/.梁睦李春广张洪.升降横移式立体车库设计方案研讨.起重运输机械():.刘晓娟.垂直升降式立体车库系统设计与研究.机械设计与制造():.郭林伟张翔.巷道堆垛式立体车库高效停取车方案的研讨.机电技术():.傅云龙陈四杰张元军等.垂直循环式立体车库的设计.南方农机():.方超林.立体车库发展的现状与挑战.中国高新技术企业():.贺竹于雷.九宫格智能立体车库设计与研究.南方农机():.王风华张新义程相领.翻板式车库门提升连杆机构的设计建模与优化方法.山东理工大学学报(自然科学版)():.苗玉刚赵峰.滚珠丝杆升降机的一种制动结构设计与分析.重型机械():.戴建生丁希仑邹慧君.变胞原理和变胞机构类型.机械工程学报():.():.:年第 卷 机械设计与制造工程