簡易升降子母機式立體車庫的設計

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湖 南 農(nóng) 業(yè) 大 學 全日制普通本科生畢業(yè)設計 簡易升降子母機式立體車庫的設計 SIMPLE MOVEMENTS PICKTURE MACHINE TYPE PAKING ARTICLE 學生姓名： 學 號： 年級專業(yè)及班級：2009級機械設計制造及其自動化 （1）班 指導老師及職稱： 副教授 學 院：工學院 湖南·長沙 提交日期：2013年5月 湖南農(nóng)業(yè)大學全日制普通本科生畢業(yè)設計 誠 信 聲 明 本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)設計是本人在指導老師的指導下，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。 畢業(yè)設計作者簽名： 年 月 日 目 錄 摘要……………………………………………………………………………………1 關(guān)鍵詞…………………………………………………………………………………1 1前言…………………………………………………………………………………2 1.1課題背景…………………………………………………………………………2 1.2 國外研究現(xiàn)狀 ……………………………………………………………………3 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀……………………………………………………………………4 1.4 主要研究內(nèi)容……………………………………………………………………4 2 方案選擇及結(jié)構(gòu)設計……………………………………………………………… 5 2.1立體車庫總體結(jié)構(gòu)設計…………………………………………………………5 2.1.1車型及車庫參數(shù)………………………………………………………………5 2.1.2 車庫工作流程…………………………………………………………………5 2.2 液壓系統(tǒng)部件的選擇與計算……………………………………………………5 2.2.1液壓缸的選擇與計算…………………………………………………………5 2.2.2液壓泵的選擇…………………………………………………………………8 2.2.3泵電動機的選擇………………………………………………………………9 2.3傳動部件的選擇與計算…………………………………………………………10 2.3.1減速機的選擇…………………………………………………………………10 2.3.2鏈條的設計……………………………………………………………………10 2.3.3鏈輪的設計……………………………………………………………………12 2.4軸承和軸承座的類型……………………………………………………………15 2.4.1軸承的類型……………………………………………………………………15 2.4.2軸承座的類型…………………………………………………………………15 2.5其它主要零件的選擇……………………………………………………………15 2.5.1停車梁的選擇…………………………………………………………………15 2.5.2支承梁與活動梁的選擇………………………………………………………15 2.6本章小結(jié)…………………………………………………………………………17 3 主要部件強度剛度校核……………………………………………………………17 3.1.1主動軸的強度校核……………………………………………………………17 3.1.2主動軸的剛度校核……………………………………………………………19 3.1.3從動軸的強度校核……………………………………………………………21 3.1.4從動軸的剛度校核……………………………………………………………25 3.2軸承和鍵的校核…………………………………………………………………27 3.2.1軸承的校核……………………………………………………………………27 3.2.2鍵的強度校核…………………………………………………………………28 3.3梁的強度和剛度校核……………………………………………………………29 3.3.1梁的自由扭轉(zhuǎn)計算……………………………………………………………29 3.3.2活動梁的強度和剛度校核……………………………………………………30 3.3.3停車梁的強度和剛度校核……………………………………………………36 3.4本章小結(jié)…………………………………………………………………………40 結(jié)束語…………………………………………………………………………………40 參考文獻………………………………………………………………………………40 致謝 ……………………………………………………………………………………41 簡易垂直升降式立體車庫 學 生： 指導老師： (湖南農(nóng)業(yè)大學工學院，長沙 410128) 摘 要：近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的人購買了私家車。數(shù)量眾多的汽車停放，對城市的交通和環(huán)境起著重大的影響。而停車難問題的出現(xiàn)，也給機械停車設備行業(yè)帶來了巨大的商機和廣闊的市場。 由于很多新建小區(qū)內(nèi)住戶與車位的配比為1:1，為了解決停車位占地面積與住戶商用面積的矛盾，立體停車設備以其平均單車占地面積小的獨特特性，已被廣大用戶接受。 在此設計中，通過利用杠桿和鏈傳動曳引活動梁實現(xiàn)對汽車的二層存取。 在完成確保雙層車輛均可自由存取的總體框架的設計后，對鏈傳動存取車輛裝置及其零部件、活動梁及停車梁等主要結(jié)構(gòu)及其零部件進行計算校核。 該立體車庫結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，成本低廉，比較適合于家庭用戶。 關(guān)鍵詞：立體車庫；杠桿；鏈傳動; 曳引 ；校核 Simple vertical lift parking garage Student:zhangqiushi Tutor:zhouguangyong (College of Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China) Abstract:In recent years, with the continuous improvement of people's living standards, more and more people buy private cars. The number of cars parked plays a significant impact on the city's traffic and the environment. Parking difficult problems arise, but also to the mechanical parking equipment industry has brought great business opportunities and a broad market. Residents parking spaces in a lot of new residential ratio of 1:1, in order to solve the contradiction between the commercial area of the parking space covers an area of household, parking equipment its average cycle small footprint unique characteristics, has been the majority of users accept . In this design, achieved through the use of leverage and chain drive traction of the beams to access the second floor of the car. Completed to ensure that the design of the overall framework of double vehicles are free to access, access to vehicles, chain drive device and its components, the beams and parking beam structure and its components are calculated check. The three-dimensional garage is simple in structure, easy to operate, low cost, more suitable for home users. Key words: Stereoscopic Garage; Level; Transportation of Chain; Tractor-driven; Check 1 前言 1.1 課題背景 近年來，隨著人民生活水平的不斷提高，越來越多的人購買了私家車。數(shù)量眾多的汽車停放，對城市的交通和環(huán)境起著重大的影響。而停車難問題的出現(xiàn)，也給機械停車設備行業(yè)帶來了巨大的商機和廣闊的市場。在這商機與競爭并存的時候，我國的機械停車設備行業(yè)也將從快速發(fā)展階段進入穩(wěn)定發(fā)展階段。未來市場是巨大的，但對產(chǎn)品的需求，將會向兩個極端發(fā)展：一個極端就是價格的極端，市場大量需要低價格的機械停車設備，它只要能夠達到增加停車位的目的，能夠保證最基本的使用性能，以價格優(yōu)勢占領市場，這一部分的市場份額預計將達到70%-80%；另一個極端就是技術(shù)與性能的極端，要求停車設備具有優(yōu)越的使用性能、方便的操作方式、快捷的存取速度。通過國內(nèi)外機械停車設備使用經(jīng)驗的總結(jié)，可以發(fā)現(xiàn)人們在利用機械停車設備存取車時，首先追求的是存取車速度、等待時間以及方便程度。此外，未來的機械停車設備市場，將更加注重完善的售后服務系統(tǒng)，遠程監(jiān)控系統(tǒng)、遠程故障導處理系統(tǒng)將是用戶追求的目標。隨著我國經(jīng)濟持續(xù)快速的發(fā)展，城市規(guī)劃的完善，機械停車設備行業(yè)將成為一個充滿生機的朝陽行業(yè)，機械停車設備的技術(shù)也將得到長足的發(fā)展。 機械式立體車庫可充分利用上地資源，發(fā)揮空間優(yōu)勢，最大限度地停放車輛，成為解決城市靜態(tài)交通問題的重要途徑。 同時，選擇庫型時也要注意庫容量、停放車輛規(guī)格、存車時間、車位周轉(zhuǎn)率、管理收費方式、土地價格、土地面積、設備投資及回報等方面。 垂直升降式停車系統(tǒng)也叫電梯塔式車庫、電梯式停車塔等。它是用提升機將車輛升降到指定層，并用存取車機構(gòu)存取車輛的機械式停車設備。電梯塔式車庫具有占地小，結(jié)構(gòu)緊湊、存車密度高、存取車方便快捷的特點。特別適合建造都市中心區(qū)，是解決城市中心區(qū)停車難問題的最佳模式之一。 在對國內(nèi)外車庫現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢做了充分認知的基礎上，結(jié)合當時我的知識和能力，選擇簡易單個體車庫結(jié)構(gòu)為研究模型。簡易垂直升降式立體車庫就其組成部分而言，可分為三大部分：車庫結(jié)構(gòu)部分、傳動機構(gòu)部分和控制系統(tǒng)部分。本課題簡單介紹了車庫的主體結(jié)構(gòu)和特點，對車庫的控制系統(tǒng)在此不作分析說明，依據(jù)垂直升降式立體車庫的運行原理，運用力學理論對垂直升降式立體車庫的結(jié)構(gòu)進行了全面的力學分析，包括垂直升降式立體車庫的框架結(jié)構(gòu)的強度等。利用Pro\E建立立體車庫三維圖形。在Pro\E繪制圖形過程中，再對部件選型中不合適的進行替換，以達到最佳效果，最后再導成二維圖形。為了使停車設備滿足使用要求，根據(jù)垂直升降式立體車庫的實際， 在垂直升降式立體車庫中使用了一些必要的安全技術(shù)，這樣保證了車輛的絕對安全，使得整個車庫可以安全平穩(wěn)的運行。 1.2 國外研究現(xiàn)狀 早在50多年前，立體停車就在國外有所發(fā)展，先后出現(xiàn)了針對家庭使用的雙層停車設備；利用住宅空地建起2-4層升降橫移停車設備；適合城市中心商住區(qū)使用的停車樓和停車塔；利用廣場、建筑物下面的空間建設地下車庫。自70年代末起，世界經(jīng)濟高速發(fā)展，汽車逐漸普及，保有量不斷增加，迫使地少人多、車多的國家、地區(qū)和一些發(fā)達國家積極開展了機械式停車技術(shù)的研究開發(fā)和制造應用。以日本、美國、德國等為代表的發(fā)達國家在停車技術(shù)領域的研究處于世界領先水平，韓國和我國的港、澳、臺地區(qū)的停車業(yè)也通過引進--移植制造，得到了蓬勃發(fā)展，較好地解決了本地區(qū)的停車難，并開始向外輸出技術(shù)和出口產(chǎn)品。 目前世界停車產(chǎn)業(yè)正向多元化發(fā)展，其停車技術(shù)幾乎包含了當今機械、電子、液壓、光學、磁控和計算機技術(shù)等領域的所有成熟先進技術(shù)。機械方面，應用了許多新材料、新工藝。設備結(jié)構(gòu)采用模塊化設計，便于組合使用，易于安裝拆卸。鋼結(jié)構(gòu)選用新型優(yōu)質(zhì)鋼材，既提高了設備的強度和剛度，又使設備輕巧美觀，載車板采用一次成型的鍍鋅板或彩涂板組裝，美觀、強韌、耐用?？刂萍夹g(shù)方面，廣泛采用可編程序控制器和矢量變頻變壓調(diào)速閉環(huán)控制技術(shù)，使運行高速平穩(wěn)，節(jié)省電力，振動和噪音也趨于最小?？刂菩问接?，按鈕式、鎖匙式、IC卡式、鍵盤式、觸摸屏式、遙控式等。安全元件采用各種光柵顯示屏、光電管、機械式行程開關(guān)、磁性接近開關(guān)、光敏感應開關(guān)等，安全保護裝置日臻完善，如汽車出入聲光引導和定位、汽車尺寸和重量自動識別、限速保護與多重機構(gòu)互鎖、停車泊位自動跟蹤、鏈條和鋼絲繩長度超范圍報警和彈性變形自動補償、汽車圖象攝影對比安全檢測、自動消防滅火系統(tǒng)等。 日本是最早應用機械式車庫的國家之一，其在上世紀60年代初就開發(fā)并使用可最大限度的利用空間的機械式停車設備。當時日本全國汽車保有量大約為500萬輛，大多采用的是垂直循環(huán)式停車設備。從80年代開始，日本開始向亞洲地區(qū)的韓國、中國及臺灣地區(qū)出口產(chǎn)品及技術(shù)。韓國機械車庫技術(shù)是日本機械停車技術(shù)的派生。其機械停車產(chǎn)業(yè)從20世紀70年代中期開始起步，80年代開始引進日本技術(shù)，經(jīng)過消化生產(chǎn)和本土化，90年代開始為供應使用階段。由于這幾個階段得到政府的高度重視，各種機械停車設備得到普遍開發(fā)和利用，韓國近幾年增長速度都在30%左右。目前韓國停車設備行業(yè)進入穩(wěn)步發(fā)展階段。 1.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀： 我國機械式車庫的早期研究開發(fā)工作是從80年代中期開始，90年代開始引進和生產(chǎn)停車設備，在北京、上海、廣州、深圳等地都有使用。參照日本等國標準制定的我國行業(yè)標準也于近幾年出臺，目前停車設備生產(chǎn)廠已發(fā)展到幾百家，生產(chǎn)各種類型的停車設備，有些停車設備已開始出口。機械式立體車庫是一種具有綜合性能的建筑，不僅包含了機械停車設備，其規(guī)劃建設涉及到區(qū)域整體景觀、交通疏導、建筑結(jié)構(gòu)、供電照明、通訊監(jiān)視、通風排水、環(huán)境保護、安全消防、收費管理等各學科領域，就停車設備本身而言，其機械結(jié)構(gòu)的發(fā)展已形成了停車設備獨有的技術(shù)特征，需要多學科、多專業(yè)的復合型人才積極參與，把國外停車技術(shù)和各領域的成熟技術(shù)移植到我國停車產(chǎn)業(yè)，開發(fā)出安全、經(jīng)濟、高效、節(jié)能、省地的產(chǎn)品，滿足國內(nèi)外市場的需求 在我國的停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展中還存在一些問題，如沒有統(tǒng)一的技術(shù)標準；多數(shù)產(chǎn)品是仿效或引進國外技術(shù)制造，技術(shù)水平低；缺少具有一定規(guī)模的企業(yè)，生產(chǎn)能力不足；市場競爭無序，個別企業(yè)為搶占市場，采取低價競爭；缺少科研設計單位的參與，技術(shù)創(chuàng)新能力嚴重不足；政策不配套，對停車產(chǎn)業(yè)發(fā)展和管理嚴重滯后等。解決上述問題，需要我們在政策市場、管理和技術(shù)多方面做出努力。政策方面應參照發(fā)達國家的有關(guān)政策法規(guī)，規(guī)劃確定出專用和公共停車位的合理數(shù)量，實現(xiàn)投資主體多元化，確定車庫的管理屬性和停車收費標準，給予投資和經(jīng)營者相應的優(yōu)惠政策，使其有利可圖。市場方面應建立車庫市場運行機制，利用價格杠桿調(diào)高占路停車收費標準，逐步消除“路滿庫空”現(xiàn)象。鼓勵按市場規(guī)則經(jīng)營車庫，并實施政府監(jiān)督和政策調(diào)控，使停車產(chǎn)業(yè)良性發(fā)展。 1.4 主要研究內(nèi)容 基于立體停車設備廣闊的市場前景，結(jié)合國內(nèi)立體車庫發(fā)展的現(xiàn)狀，決定研究設計較為簡單的家庭用雙層立體車庫，設計以成本低廉，操作方便為原則。 2 方案選擇及結(jié)構(gòu)設計 2.1 立體車庫總體結(jié)構(gòu)設計 2.1.1 車型及車庫參數(shù) 車型選擇為中小型轎車，以桑塔納LX為例車輛總長4546mm，總寬1690mm，總高1427mm，質(zhì)量1030kg。軸距為2548mm，輪距前1411mm，后1422mm。由于設計定位于低成本的簡易型雙層立體車庫，所以決定采用結(jié)構(gòu)簡單的簡易俯仰式立體車庫。車庫總長6700mm，總寬2330mm，停車總高度3500mm，二層車板距地面1900mm，二層停車板最大承受質(zhì)量為1500kg，俯仰角度為10o。 2.1.2 車庫工作流程 此立體車庫的工作原理是二層停車板處于水平位置到指定位置時，下層車輛都可自由出入。當有車輛需要進出二層停車位時，啟動液壓泵電動機使液壓缸的柱塞下降從而使停車梁整體下降。當停車梁下降到指定位置時，液壓泵停止工作，此時車輛通過停車梁進出二層停車板，液壓泵再次工作推動柱塞上升，在停車板到達水平位置后停止工作，到此完成了上層車輛的進出。通過上述動作便可實現(xiàn)雙層立體停車。 2.2 液壓系統(tǒng)部件的選擇與計算 2.2.1 液壓缸的選擇與計算 （1）計算受力 在設計初，所有的質(zhì)量都是未知的，所以估取車輛自重2噸約為20KN，停車梁與各梁的自重為1噸約10KN。停車梁的長度為6500mm，兩支點的中心距為4300mm。其受力情況見圖2.2。 圖2.2停車梁受力分析 Figure 2.2 Parking Liang stress analysis 其中，F(xiàn)x-液壓缸的力在Y方向上的投影；（N） G1-液壓缸的力在X方向上的投影；（N） G2-車重作用在停車梁上的力；（N） F1-支承梁作用在停車梁上的力；（N） F2、F2’-分別是停車梁靜止和上升時的摩擦力；（N）摩擦系數(shù)取0.5 按計算公式 計算 式中，當槽鋼即停車梁靜止時；當停車梁上升時。 解得 N N N N（靜止時）N（上升時） 每側(cè)受力 N N N N（靜止時） N（上升時） 當液壓缸工作時，認為停車梁處于水平位置，但受力的情況如圖2.3所示： 圖2.3停車梁受力分析 Figure 2.3 Parking Liang stress analysis 按公式 計算 解得 N N 作用在每一側(cè)的力分別為 N N （2）作用在耳環(huán)銷軸上的力 計算耳環(huán)銷軸上的力的目的在于確定作用在液壓缸上的力，靜止和舉升時液壓缸上的力按照 (2.1) 靜止時 N N N 舉升時 N N N 液壓缸在工作時也就是液壓缸達到最大行程時，液壓缸所產(chǎn)生的力只是保持現(xiàn)有狀態(tài)，此時N。因此，液壓缸的計算按著最大力的情況下計算。 （3）液壓缸的計算 已知液壓缸輸出的力N，工作壓力P未知，但按照液壓元件手冊上選取，考慮到負載的變化，所以選取負載5KN～10KN對應的工作壓力1.5MPa～2MPa，故取MPa。根據(jù)液壓缸的理論輸出力F和系統(tǒng)選定的壓力。計算內(nèi)徑按計算公式 (2.2) 式中，-理論輸出力(N)；-系統(tǒng)壓力(MPa)； (2.3) 式中，-活塞桿的實際作用力=7360N； -負載率；取=0.6 -液壓缸的總效率；假設液壓缸的密封采用橡膠圈則1（容積效率）=0.9 N 缸筒內(nèi)徑 mm 取缸徑標準值mm。 根據(jù)標準缸徑選擇液壓缸，確定為冶金設備用的標準液壓缸，型號為Y-HGI-6.3Mpa100/56×860L1F6HLQ。 設定速度比，已知行程為860mm，令其在30s內(nèi)伸出，則 m/s m/s 式中，-活塞桿伸出的速度（m/s）；-活塞桿收回時的速度（m/s），則下降時需用的 時間為s （4）液壓缸的結(jié)構(gòu)及安裝尺寸 液壓缸的結(jié)構(gòu)和尺寸安裝分別見圖2.4和表2.1，2.2。 圖2.4液壓缸尺寸 Figure 2.4 Hydraulic cylinder size 表2.1液壓缸的結(jié)構(gòu)尺寸 Table 2.1 Hydraulic cylinder structure size 缸徑D(mm) 活塞桿直徑 (mm) 油口尺寸 聯(lián)接螺紋 桿端螺紋 d(mm) 100 56 表2.2液壓缸的安裝尺寸 Table 2.2 Hydraulic cylinder mounting dimensions 缸徑 TV VG BA FB 100 135 180 68 22 2.2.2液壓泵的選擇 已知活塞桿伸出的速度m/s，根據(jù)計算公式 ( 2.4 ) 式中，-液壓缸的流量及泵的實際流量（L/min）； -液壓缸活塞的有效面積（m2） -液壓缸的容積效率；取，故L/min 因此，泵的實際流量L/min估取泵的容積效率為，則泵的理論流量 L/min 若電動機的轉(zhuǎn)速為r/min，則泵的排量 ml/r 泵的選擇因根據(jù)系統(tǒng)的實際工況來選擇，在固定設備中液壓系統(tǒng)的正常工作壓力為泵的額定壓力的70%～80%，對于系統(tǒng)工作壓力為2MPa，則泵的額定壓力在2.5MPa～3MPa。此外泵的流量須大于液壓系統(tǒng)工作時的最大流量，以保證有足夠的壽命，泵的類型應選用內(nèi)嚙合齒輪泵。根據(jù)額定壓力和排量確定泵的型號為G（P）A3-25，技術(shù)參數(shù)見表2.3 表2.3液壓泵技術(shù)參數(shù) Table 2.3 Hydraulic Pump Technical parameters 排量ml/r 壓力MPa 轉(zhuǎn)速r/min 效率 質(zhì)量kg 外型尺寸 額定 最高 容積 總效 長×寬×高 33.0 10 940 80% 85% 19.4 203×152×150 2.2.3泵電動機的選擇 泵的輸出功率 （2.5） 式中，-工作壓力 -泵的流量 已知工作壓力MPa， l/min， 則泵的輸出功率 kw 而泵的輸人功率 kw 因為泵的輸人功率即為電動機的機械功率，故電動機的功率為0.973kw。選用R系列三相異步電動機，其技術(shù)參數(shù)見表2.4 表2.4三相異步電動機技術(shù)參數(shù) Table 2.4 three-phase induction motors parameters 型號 額定功率kw 滿載時 重量kg Y112M-6 1.5 轉(zhuǎn)速r/min 電流A 效率 功率因子 3.3 940 3.91 77.5 0.74 2.3傳動部件的選擇與計算 2.3.1減速機的選擇 通過測量可以初步知道活動梁所走的長度約為5000mm。如果要在30s內(nèi)收回，則鏈輪的線速度m/s。估取大鏈輪的分度圓直徑mm，活動梁與停車板的質(zhì)量約為300kg。 1.鏈條所承受的拉力 KN，其中G為行車板與活動梁的重力。傳遞功率 kw，則設計功率為 kw，此功率即為電動機功率。式中，-工況系數(shù)；取=1.0；-小鏈輪齒輪系數(shù)，取小鏈輪齒數(shù)17，則=0.887；-多排鏈排數(shù)系數(shù)；取=2 2.鏈輪轉(zhuǎn)速為 r/min，式中，-鏈輪線速度；-分度圓半徑，=50 N·m。 3.中心鏈輪的扭矩 N·m。式中，-鏈條所受力；-分度圓半徑。估取小鏈輪的分度圓直徑mm，則電動機的扭矩N·m。 4.根據(jù)設計擺線針輪減速機，該減速機傳動比范圍大、體積小、重量輕、效率高、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。選用電動機的扭矩N·m和功率kw，選擇擺線針輪減速機8085，該減速機功率0.18kw，輸入轉(zhuǎn)速1500r/min，輸出轉(zhuǎn)速43r/min，輸出軸直徑18mm，重量1.1kg。 2.3.2鏈條的設計 1.小鏈輪上的鏈條計算 小鏈輪的轉(zhuǎn)速r/min，估算大鏈輪的轉(zhuǎn)速為r/min。 （1）傳動比 計算傳動比按公式計算，則。小鏈輪的齒數(shù)，則大鏈輪的齒數(shù)取22，則實際傳動比，那么n2的實際轉(zhuǎn)速為r/min。 （2）鏈條節(jié)距 由設計功率和小鏈輪的轉(zhuǎn)速n1，選用0.8A型的鏈條，其節(jié)距mm。檢驗小鏈輪孔徑孔徑dk最大可以達到34mm，而電動機輸出軸mm，所以滿足使用要求。 （3）初定中心距 小鏈輪與大鏈輪之間的中心距暫取 （4）鏈條節(jié)數(shù)Lp 節(jié) 式中，、-小鏈輪和大鏈輪齒數(shù)；-初定中心距；所以取60節(jié)。 （5）鏈條長度L m 式中，-鏈長節(jié)數(shù)；-鏈條節(jié)距 （6）理論中心距a mm， 式中，-鏈條節(jié)距；-鏈長節(jié)數(shù)；、-小鏈輪和大鏈輪的齒數(shù)；通過查表得mm； （7）鏈速v m/s 式中，-小鏈輪齒數(shù)；-小鏈輪轉(zhuǎn)速；-鏈條節(jié)距； （8）有效圓周力F N 式中，-傳遞功率，kw；-鏈條速度(m/s)；作用在軸上的拉力N 式中，-有效圓周力；-工況系數(shù)；取 2.大鏈輪上鏈條的計算 因為分度圓直徑相同且齒數(shù)均等于22個齒，所以傳動比。 （1）鏈條節(jié)距P 鏈條的型號為08A，所以mm。 （2）初定中心距a0 由于結(jié)構(gòu)需要，選用的中心距mm （3）鏈條節(jié)數(shù)Lp 節(jié),取952節(jié) 式中，；；,大鏈輪的齒數(shù)； （4）鏈條長度L m， 式中，-鏈條節(jié)數(shù)；-鏈條節(jié)距。 （5）理論中心距a 因，故理論中心距mm，式中，-鏈條節(jié)數(shù)；-鏈條節(jié)距；-鏈輪齒數(shù)。 （6）鏈速v m/s， 式中，-鏈輪齒數(shù)，；-鏈輪轉(zhuǎn)速，r/min；-鏈輪節(jié)距，mm 3.鏈條的結(jié)構(gòu) 鏈條的結(jié)構(gòu)如圖2.5，傳動用短節(jié)距精密滾子鏈。由于鏈輪的中心距較大，所以鏈條的支承采用托板式支承方式，托板上可以襯以軟鋼、塑料或耐油橡膠，滾子可以在其上滾動。由于中心距較大采用4段且兩段之間留有一定的距離，利用鏈條的自重下垂張緊。 圖2.5鏈條的結(jié)構(gòu) Figure 2.5 Chain structure 2.3.3鏈輪的設計 1.鏈輪基本參數(shù) 鏈輪齒數(shù)：小鏈輪齒數(shù)，大鏈輪齒數(shù)。鏈條的節(jié)距mm。鏈條的滾子外徑mm。 2.鏈輪的主要尺寸 （1）分度圓的直徑按照公式 （2.5） 式中，-鏈條節(jié)距；-鏈條齒數(shù)； 小鏈輪分度圓直徑mm 大鏈輪分度圓直徑mm （2）齒頂圓直徑按公式 （2.6） 則小鏈輪 mm mm 取小鏈輪齒頂圓 mm 而大鏈輪齒頂圓 mm mm 大鏈輪齒頂圓取 mm （3）齒根圓直徑按公式 （2.7） 式中，-分度圓直徑；-滾子外徑； 小鏈輪 mm 大鏈輪 mm 3.鏈輪材料的熱處理 由于鏈輪的工作條件需要耐磨損而且無劇烈沖擊振動，所以鏈輪材料為45鋼淬火處理表面硬度達到40～50HRC。 4.鏈輪結(jié)構(gòu) 由于鏈輪的齒數(shù)較少且分度圓直徑較小，所以采用整體式鋼制小鏈輪。主要結(jié)構(gòu)見圖2.6。 圖2.6鏈輪結(jié)構(gòu) Figure 2.6 sprocket structure （1）輪轂厚度H （2.8） 式中，-常數(shù)，取孔徑；-分度圓直徑； 小鏈輪輪轂厚度為 mm 大鏈輪輪轂厚度為 mm 中心處大鏈輪 mm，mm 則mm （2）輪轂長度L （2.9） 小鏈輪 mm 大鏈輪 mm 中心鏈輪 mm （3）輪轂直徑dh 按公式計算，式中，-孔徑；-輪轂厚度； 小鏈輪 mm 大鏈輪 mm 中心鏈輪mm （4）齒寬bf 由于節(jié)距mm，所以按計算，式中，-鏈條的內(nèi)節(jié)內(nèi)寬； mm 所以mm， mm取齒寬mm。 （5）齒側(cè)倒角ba mm 式中，-節(jié)距； （6）齒側(cè)半徑Y(jié) mm （7）齒全寬bfm mm 式中，-排數(shù)；-齒寬；-排距 2.4軸承和軸承座的類型 2.4.1軸承的類型 根據(jù)鏈輪的軸徑來選用軸承，考慮到主、從動軸可能會受到軸向力，所以軸承選用既能承受軸向力又能承受徑向力的角接觸球軸承，其外形尺寸見圖2.7。 基本尺寸：mm mm mm 安裝尺寸：mm mm mm 軸承代號：7209C 基本額定動載荷 KN KN 2.4.2軸承座的類型 軸承座是固定和限制軸承運動的機件，所以軸承座要與軸承相匹配。其選用軸承座結(jié)構(gòu)圖2.8。 圖2.7軸承尺寸 Figure 2.7 bearing size 2.5其它主要零件的選擇 2.5.1停車梁的選擇 停車梁作為主要承重的梁，需要有良好的機械性能和力學性能，以及能夠使1其外觀設計美觀簡潔。所以可選用槽鋼，其外形尺寸見表2.5。 2.5.2支承梁與活動梁的選擇 支承梁作為一個主要支承，要考慮到各個方向的受力情況，所受力能夠得到有效支撐而不發(fā)生變形和斷裂，但要盡可能減小自身的重量，所以采用冷彎矩形空心型鋼，其規(guī)格見表2.6。 活動梁的重量不能過重，這會給電動機帶來較大的負荷，在保證強度和剛度的情況下減小自重。所以，活動梁也采用冷彎矩形空心型鋼。為了保證有足夠的強度和剛度決定采用雙層冷彎矩形空心型鋼。其結(jié)構(gòu)示意圖見圖2.9，規(guī)格見表2.11。 圖2.8軸承座尺寸 圖2.9空心型鋼結(jié)構(gòu) Figure 2.8 Bearing Block Size Figure 2.9 hollow steel structure 表2.5冷彎矩形空心型鋼規(guī)格 Table 2.5 cold-formed rectangular hollow steel specifications 邊長 壁厚mm 理論重量kg/m 截面面積cm2 A B 150 100 5.0 18.334 23.356 表2.6冷彎矩形空心型鋼規(guī)格 Table 2.6 cold-formed rectangular hollow steel specifications 邊長 壁厚 mm 理論重量 kg/m 截面面積 cm2 A B 100 50 5.0 10.484 13.356 80 40 5.0 6.710 8.547 2.6本章小結(jié) 本章主要根據(jù)要設計的各項數(shù)據(jù)對液壓系統(tǒng)部件、傳動部件進行選擇與計算，其中主要是對液壓缸、液壓泵、電動機、減速電機、鏈條及鏈輪的選擇和計算，另外通過是上述零部件的選擇確定了軸承的類型及梁的選擇。 3 主要部件強度剛度校核 3.1軸的強度和剛度校核 在設計過程中隨著計算的深入，其結(jié)構(gòu)形式以明確。梁的重量可以初步確定，活動梁的總成重量約為300kg。這個力作用在兩根軸的兩側(cè)，若假設將質(zhì)量看作一個質(zhì)點，作用在中心處。并把梁看作一個直桿，則所受的力如圖3.1 圖3.1活動梁受力分析 圖中，-從動軸對活動梁的支承力；-主動軸對活動梁的支承力；-活動梁與行車板的自重； 按照公式： (3.1) 計算 解得 N N 每一側(cè)軸上的力為 N N 3.1.1主動軸的強度校核 首先將主動軸簡化，受力情況如圖3.2。 圖3.2主動軸受力分析 圖中，-活動梁作用在主動軸上的力；N -鏈條通過鏈輪作用在主動軸上的力；N -有效圓周力；N ，-垂直面、水平面的軸承支反力； -主動軸中心輪上的扭矩；N·m -主動軸兩側(cè)鏈輪上的扭矩；N·m 1.求垂直面內(nèi)的支反力 根據(jù)公式： 計算 解得 N N 2.求水平面內(nèi)的支反力 根據(jù)公式： 計算 解得 N N 3.計算垂直面內(nèi)的彎矩 A點彎矩： N·m B點彎矩： N·m C點彎矩： N·m 4.計算水平面內(nèi)的彎矩 A點彎矩： N·m B點彎矩： N·m C點彎矩： N·m 5.求合成彎矩 A點合成彎矩： N·m B點合成彎矩： N·m C點合成彎矩： N·m 6.軸的轉(zhuǎn)矩T 由已知條件可知主動軸的轉(zhuǎn)矩N·m 7.求危險截面的當量彎矩Me 從上式中可以看出B截面最危險，認為軸的扭切力為脈動循環(huán)應變力，取折合系數(shù)，則有 N·m 8.計算軸危險截面處的直徑 軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，軸的直徑 mm 由表查得許用彎曲應力MPa，因此在危險截面處選用mm強度夠用。 3.1.2主動軸的剛度校核 1.撓度y的計算 由于作用在軸上的力并非單獨得，所以需用疊加原理來求撓度。 （1）當圓周力單獨作用時 圓周力單獨作用時的情況見圖3.3。 圖3.3主動軸受圓周力時 Figure 3.3 drive shaft by circumferential force 圖中，-圓周力，即N,mm,mm,mm 因為，所以撓度mm 式中，-為彈性模量，取MPa；-慣性矩。在該力的作用下中間位置的撓度 mm， （2）在F2和F′合力作用時 合力作用時的情況見圖3-6， 圖3-4主動軸受合力時 Figure 3-4 drive shaft by force 圖中符號的含義P為F2和F′合力，其中mm，mm N·m 撓度的計算公式分別為 mm mm 撓度在中心處的y值為 mm，滿足一般用途的軸(0.0003～0.0005),軸的總長0.5706～0.9510mm。 2.轉(zhuǎn)角的計算θ 轉(zhuǎn)角的計算依然采用疊加的方法。 （1）當圓周力F單獨作用時 圓周力F單獨作用時的情況見圖3.3，圖中全部符號含義相等且數(shù)值相等，則 rad rad （2）在F2和F′合力作用時 合力作用時的情況見圖3.6，圖中全部符號含義相等且數(shù)值相等， rad rad 因此A，C處的轉(zhuǎn)角為：rad rad，兩值均小于向心球軸承的許用值。 3.扭矩的變形計算 由于主動軸的結(jié)構(gòu)采用了階梯軸，所以扭矩變形計算公式為 （3.2）式中，-為切變模量，取MPa；轉(zhuǎn)矩-N·m；-極慣性； -軸的長度；則rad滿足要求。 3.1.3從動軸的強度校核 1.活動梁與行車板處于非工作狀態(tài) 非工作狀態(tài)是指活動梁與行車板在停車梁和行車板組成的空間內(nèi)，此時軸的受力只是使軸發(fā)生純彎曲。其受力情況如圖3.5。 圖3.5從動軸受力分析 Figure 3.5 driven shaft stress analysis 圖中，-靜止時活動梁與行車板作用于從動軸上的力；-鏈條對從動軸產(chǎn)生的力；、-軸承給軸的垂直面和水平面的支反力； （1）求垂直面內(nèi)的支反力 按公式 得 N。 （2）求水平面內(nèi)的支反力 按公式 則 N。 （3）計算垂直面內(nèi)的彎矩 垂直面內(nèi)的彎矩 N·m （4）計算水平面內(nèi)的彎矩 水平面內(nèi)的彎矩 N·m （5）求合成彎矩 合成的彎矩 N·m （6）軸的轉(zhuǎn)矩 從動軸的轉(zhuǎn)矩與主動軸兩端的鏈輪轉(zhuǎn)矩相同，即N·m。 （7）當量轉(zhuǎn)矩Me N·m 式中，-軸上所承受的最大彎矩；-從動軸上的轉(zhuǎn)矩；-折合系數(shù)，認為軸上的扭應力是脈動循環(huán)變應力取。 （8）計算從動軸的直徑 軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，軸的直徑 mm 由表查得許用彎曲應力MPa，考慮到鍵的作用會對軸有所削弱，故將軸徑增大4%，即mm，應此取軸徑mm。 2.活動梁與行車板處于工作狀態(tài) 車型以桑塔納LX為例。已知軸距為2548mm，輪距前1414mm，后1422mm，總長4546mm，總寬1690mm，總高1427mm，質(zhì)量為1030kg。估取活動梁與行車板最大能承受的質(zhì)量為1500kg，即滿載質(zhì)量為1500kg。 情況1：當車正向進入，反向退出時。 由于一般的轎車都采用發(fā)動機前置前輪驅(qū)動。所以，故取車的質(zhì)心在離前輪中心1000mm處。因此活動梁和行車板的受力如圖3.6。 圖3.6正向進入活動梁受力分析 Figure 3.6 Forward into the active beam stress analysis 圖中，-所選用車型的重力，N最大負載時N； 、-活動梁和行車板對車的支反力； 根據(jù)公式 得 當車重N時，N，N 而F1、F2又將力平分給同一軸上的車輪， 所以每個車輪的所受的力為 N N 當車重N時，N N 每個車輪所受的力為 N N 情況2：當車反向進入，正向退出時。此時活動梁和行車板所受力見圖3.7。 圖3.7反向進入活動梁受力分析 Figure 3.7 reverse into the activities of beam stress analysis 圖中，-為車重N，最大時N。 、-活動梁和行車板在車反向進入正向開出時的支反力； 根據(jù)公式 得 當車重N時，N N，同軸上的每個車輪的受力為F3、F4的一半，即N，N 當車重N時，N N，同軸上每個車輪所受的力為 N N 計算當車正向進入情況時，作用在從動軸上的力。此時活動梁與停車板處于工作狀態(tài)，其受力情況如圖3.8所示。 圖3.8正向進入從動軸受力分析 Figure 3.8 Forward into the driven shaft stress analysis 圖中，，-車對活動梁和行車板的作用力； 當N時， N N 當N時，N N 其中，-從動軸對活動梁和行車板的支承力；-活動梁和行車板的重力； -翻板鉸接處對于活動梁和行車板的支反力； 根據(jù)力學公式 (3.3) 得 則 N N N 而每側(cè)所受的力為 N N N 當車重N時，N N N 每側(cè)所受的力為 N N N 此時從動軸所受的力如圖3.9所示 圖3.9從動軸受力分析 Figure 3.9 driven shaft stress analysis （1）求垂直面內(nèi)的支反力 根據(jù) 得 。當車重N時，N，當車重N時，。 （2）求水平面內(nèi)的支反力 根據(jù) 得 N （3）垂直面內(nèi)的彎矩 垂直面內(nèi)的彎矩為 N·m（N） N·m（N） （4）水平面內(nèi)的彎矩 水平面內(nèi)的彎矩為 N·m N （5）求合成彎矩圖 合成的彎矩為 N·m （N） N·m （N） （6）軸的轉(zhuǎn)矩 從動軸的轉(zhuǎn)矩與主動軸兩端的鏈輪轉(zhuǎn)矩相同,即N·m。 （7）當量彎矩Me 因為，所以 N·m（N） N·m（N） （8）計算從動軸的直徑 軸的材料選用45鋼調(diào)質(zhì)處理，軸的直徑 mm 由表查得許用彎曲應力MPa，則從動軸直徑為 N·m mm（N） N·m mm（N） 考慮到鍵的作用會對軸有所削弱，故將軸徑d增大4%，即mm應此取軸徑mm。 計算當車反向進入正向情況時，作用在從動軸上的力。受力情況如圖3.10所示。 圖3.10反向進入從動軸受力分析 Figure 3.10 reverse into the driven shaft stress analysis 圖中， -為車隊活動梁和行車板的作用力； N N（N） N N（N） 根據(jù)公式 得 當N時，N N N 每側(cè)受力為 N N N 當N時，N N N 每側(cè)受力為 N N N 從結(jié)果中可以得出無論車正向還是反向駛?cè)牖顒恿汉托熊嚢?。從動軸直徑mm可以滿足要求。因此正向和反向駛?cè)胱饔迷趶膭虞S上的力相等，所以其強度和剛度校核滿足要求。 3.1.4從動軸的剛度校核 1、從動軸處于非工作狀態(tài) 非工作狀態(tài)是指活動梁和停車板組成的空間內(nèi)。此時從動軸對活動梁和行車板只是起到支承作用，而沒有外力作用在從動軸上。 （1）撓度y的計算 從動軸所受力見圖3.11 圖3.11從動軸受力分析 Figure 3.11 the driven shaft stress analysis 圖中，-為所有外力作用在軸上的合力； 撓度 mm mm 此值小于一般用途的軸(0.0003～0.0005)的使用要求。 （2）轉(zhuǎn)角θ的計算 從動軸的轉(zhuǎn)角 rad rad 2.從動軸處于工作狀態(tài) 此時車自身的重量通過活動梁和行車板傳遞給從動軸，從而有外力作用在從動軸上。 （1）撓度y的計算 從動軸的受力如圖3.11所示，當車重N時 mm mm 當車重N時, mm mm滿足一般用途的軸(0.0003～0.0005)的要求。 （2）轉(zhuǎn)角θ的計算 當N時，rad rad； 當時，rad rad，所有轉(zhuǎn)角θ的值均滿足向心軸承的要求。 3.2軸承和鍵的校核 3.2.1軸承的校核 軸承的型號為7209C，基本額定載荷 KN KN， 轉(zhuǎn)速r/min。 1.主動軸軸承的計算 （1）軸承支反力Fr 根據(jù)計算公式 (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）內(nèi)部軸向力S 計算公式為 ，所以 N N （3）軸向力Fa 由于此軸作為一種聯(lián)接支承，考慮到槽鋼即停車梁的變形等因素會使軸產(chǎn)生軸向的拉伸與壓縮，故取N。 （4）比較S1＋Fa和S2 軸向力 N 軸向力 N （5）計算當量動載荷P 根據(jù)公式的各值與1.14比較來選擇徑向系數(shù)x和軸向系數(shù)y。因為 ， 所以徑向系數(shù)，軸向系數(shù) ，故當量動載荷為 N N （6）軸承的壽命計算 軸承壽命h，基本額定動載荷N，當量動載荷N，壽命指數(shù)，轉(zhuǎn)速r/min。如果按一年360天計算，每天工作24小時，則該軸承可以工作20年。 2.從動軸軸承的計算 由于軸承隨著載荷的增大，壽命縮短的這一情況。從動軸軸承的計算按照車的自重通過活動梁和停車板作用在軸上的力，而產(chǎn)生的軸承支反力進行計算。 （1）軸承的支反力 N 由于 ，，所以 N （2）內(nèi)部軸向力S 內(nèi)部軸向力的計算公式為 ，所以 N （3）軸向力Fa 考慮到變量會對軸產(chǎn)生拉伸和壓縮，所以初選N。 （4）比較S1＋Fa和S2 軸向力 N 軸向力 N （5）計算當量動載荷 因為；，所以取徑向系數(shù)，，軸向系數(shù) ，故當量動載荷為 N N （6）軸的壽命計算 h 式中，-為當量動載荷，其值為N。如果一年按360天計算，全天工作24小時，那么可以工作4年。每天工作8小時可工作10年。 3.2.2鍵的強度校核 鍵的強度計算公式如下 平鍵工作面擠壓應力： (3.5) 鍵的剪切應力： (3.6) 式中，傳遞轉(zhuǎn)矩N·m；軸的直徑mm；鍵的工作長度mm；鍵與轂的接觸高度；鍵的寬度mm；鍵的許用擠壓應力MPa；鍵的許用切應力MPa 滿足 滿足 鍵的類型：根據(jù)軸的直徑mm，以及所需要的長度選用C型鍵代號分別為10×45 GB1567-79(90)，10×36 GB1567-79(90)兩種型號的鍵。在校核鍵的強度時，只校核了鍵的工作長度mm的鍵。因為鍵的工作長度越長，則擠壓應力和剪切壓力越小，所以只需校核較短鍵的強度。 3.3梁的強度和剛度校核 3.3.1梁的自由扭轉(zhuǎn)計算 已知梁的材料為Q235A，屈服點MPa，抗拉強度375～500MPa。根據(jù)得，式中，-極限應力；-安全系數(shù)；對于塑性材料極限力一般為屈服極限，為對應屈服極限的安全系數(shù)。一般情況下，靜載時1.2～2.5，所以梁的許用應力MPa。根據(jù)最大的剪應力準則（第三強度理論）認為：促使材料達到極限狀態(tài)的因素是最大剪應力，只要最大剪應力達到了軸向拉伸極限應力，材料就屈服了。因此屈服應力取MPa。 1.計算冷彎矩形空心型鋼的自由扭轉(zhuǎn)，所以按照閉口薄壁截面桿件扭轉(zhuǎn)時，最大減應力發(fā)生在壁厚最小處，則最大剪應力為 MPa滿足。 因為此時計算的行車板和活動梁只是按照空心型鋼結(jié)構(gòu)計算，而未考慮空心型鋼的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。實際上活動梁是由雙層空心型鋼鑲套在一起的，所以最大剪應力和最大扭轉(zhuǎn)角均小于計算值。 2.計算停車梁的自由扭轉(zhuǎn) 停車梁是有槽鋼制成，所以其自由扭轉(zhuǎn)即槽鋼的自由扭轉(zhuǎn)。由于槽鋼屬于開口薄壁截面，所以扭轉(zhuǎn)剪應力和扭轉(zhuǎn)角為 MPa