一種無避讓轎車停放裝置的設(shè)計(jì)

覃智廣 陳洪容 曾欣 沈濤

摘要：本設(shè)計(jì)為一款單個(gè)車位上下層無避讓的轎車停放裝置，工作時(shí)通過平行四邊形機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)組合的復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)作為主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)控制曲柄旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)變換為三角形機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過四桿夾持機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)車輛的固定停放。

關(guān)鍵詞：無避讓停車;復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu);車輪夾持機(jī)構(gòu)

一、研究的背景及意義

隨著當(dāng)前我國經(jīng)濟(jì)科技的高速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高。面對近年來機(jī)動(dòng)車保有量顯著增加，停車難問題日益凸顯，停車供需矛盾主要集中在居住區(qū)域，其中夜間停車供需矛盾尤為突出。設(shè)計(jì)一款空間利用率高，安全可靠、成本低廉的停車裝置將擁有廣闊的市場需求。

二、 裝置的設(shè)計(jì)

本裝置是一款適用于層高5米的內(nèi)外停車場，能夠同時(shí)停放兩輛高2.5米以內(nèi)、車長4.5米以內(nèi)的小轎車。

本裝置主要應(yīng)用平行四邊形機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)組合的復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)作為主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，通過電機(jī)控制曲柄旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)變換為三角形機(jī)構(gòu)，將車輛斜放在上停車位，再通過復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)的擺動(dòng)使上停車位從傾斜運(yùn)動(dòng)到水平位置，同時(shí)復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)中的雙搖桿結(jié)構(gòu)到達(dá)死點(diǎn)位置時(shí)，上層完成停車并固定;下層車輛從反方向進(jìn)出停車位，上下停車互不影響。裝置主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)三維圖如圖1示，裝置主動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)極限位置三維圖如圖2示。

三、相關(guān)計(jì)算

1、平面四桿力學(xué)性能的計(jì)算和分析

機(jī)構(gòu)工作時(shí)需要一定的承載能力，同時(shí)確保桿有足夠的強(qiáng)度，設(shè)計(jì)桿時(shí)應(yīng)對強(qiáng)度、應(yīng)力、分力等進(jìn)行計(jì)算和分析。桿的長初定為60mm，寬為40mm。

由于車身具有較大的重量，因此選用工字形截面最為經(jīng)濟(jì)合理。如圖3所示：

截面計(jì)算：A= 60x40=2400mm2

截面系數(shù)：Wz=（0.27-0.31）x4x2400=2880

由于車身重量較大一般考慮為2000kg.桿AB和AC所受到的力，如圖4：

∑Fx=0 Fax=0

∑Fy=0 Fay-F+FB=0

∑MA（F）=0 -1.5F-3F+FBX4.5=0

求得Fay=2.5KN ?FB=2.5KN

為了判斷機(jī)構(gòu)性能的好壞，應(yīng)找出機(jī)構(gòu)的最小傳動(dòng)角位置并分析。

傳動(dòng)角計(jì)算：

[γ]=50。

δmax=180-26-39=105

γmin=180.-δmax=180-105=75

γmin>γ滿足γmin≥γ，因此機(jī)構(gòu)具有較好的傳力性能。

壓力角計(jì)算：

γ=90。-α

α=90。-75。=15。

Ft=Fcosα=2.5xcos15。=2.4KN

Fn=Fsinα=2.5xsin15。=0.64KN

Ft>Fn，F(xiàn)t越大Fn越小機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)性能越好。

軸力計(jì)算：

∑Fx=0，-Fn=-F1+F2=-2.5KN， FN=2.5KN

2、帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算

主動(dòng)輪轉(zhuǎn)速為30r/min

V帶傳動(dòng)比為iV=n1/n2=4

帶輪基準(zhǔn)直徑：

帶速：

V=3.14*dd1n1/60*1000=5.024m/s

帶速v在5-25m/s之間合適。

中心距、帶長及包角：

280<a0<800

初步確定中心距a0=400mm

由普通v帶基準(zhǔn)長度尺寸系列值，選取帶的基準(zhǔn)長度Ld=1400mm。

實(shí)際中心距：

考慮安裝、調(diào)整和補(bǔ)償張緊力的需要，中心距應(yīng)有一定的調(diào)節(jié)范圍，即：

amin=a-0.015Ld=347mm

amax=a+0.03Ld=410mm

驗(yàn)算小帶輪包角：

因此合適。

查帶的額定功率，功率增長量、包角修正系數(shù)表、帶長修正系數(shù)表可知：

p0=0.68Kw，Δp=0.1，Ka=0.92，Kc=0.96

帶的根數(shù)：Z≥Pc/（PO+ΔP）KαKl=3.26

即Z=4。

初拉力計(jì)算：

F0=500PC/VZ*（2.5/Ka-1）+qv2

q=0.10kg/m

F0 =364N

帶傳動(dòng)作用在帶輪軸上的壓力：

Q=2FO*Z*sin（α1/2）=2758N

四、 創(chuàng)新點(diǎn)

本作品的創(chuàng)新之處在于采用平行四邊形機(jī)構(gòu)與雙搖桿機(jī)構(gòu)組合的復(fù)合鉸鏈機(jī)構(gòu)作為主運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，并通過電機(jī)控制曲柄旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)平行四邊形機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)到極限位置時(shí)變換為三角形機(jī)構(gòu)，同時(shí)通過四桿夾持機(jī)構(gòu)從而實(shí)現(xiàn)車輛的停放與固定。新的機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)制造較為容易，機(jī)構(gòu)運(yùn)行良好;同時(shí)有效的提高了單位面積利用率和空間利用率，緩解了停車難問題。

五、應(yīng)用前景分析

本作品不僅可應(yīng)用在現(xiàn)有小區(qū)單個(gè)車位升級(jí)改造外，還可以適用在層高5米內(nèi)的室內(nèi)外停車庫改造，特別是在增加停車計(jì)費(fèi)裝置后，還可用于現(xiàn)有單層收費(fèi)停車位改造升級(jí)。該裝置將具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

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