（OA自动化）巷道堆垛类自动化立体车库
第1章绪论
1.1课题的来源、目的及意义
近年来，随着经济的发展，我国的城市化水平加快和人民生活水平的提高，汽车的数量不断增加。截至2003年底，我国个人汽车保有量为12427672辆。其中，个人轿车4890387辆，比2002年增加1462441辆，增长率为42.7%。但与此同时，汽车停车场地的增长却不能与之同步，汽车泊位与汽车数量严重比例失调，由此带来停车难，违章停车，停车管理困难等一系列问题。
机械式立体停车设备又名立体车库，它占地空间小，并且可以最大限度的利用空间，安全方便，是解决城市用地紧张，缓解停车难的一个有效手段。国家记委已明确机械立体停车设备及城市立体停车场为国家重点支持的产业。1998年1月1日起执行的《国家记委6号令》把机械式立体车库和立体停车场列入“国家重点鼓励发展的产业，产品和技术”。国家海关总署对机械式停车产品规定“国内投资项目给予免征进口税”。上述措施为我国立体车库产业的成长
提供了良好的条件，也为我国解决城市停车问题提供了机会。可以预见：立体车库具有广阔的市场前景。
研究的目的就是开发一套实用，安全有效的垂直升降式停车设备，并进行相应的扩展研究。
本项目的研究与开发，为21世纪初期的城市交通系统提供实用的，具有自主知识产权，国产化城市停车技术和装备，对缓解城市用地紧张，解决城市停车难的问题具有重要意义。
1.2机械式立体停车库的概述
使用车辆之外其他具有动力的搬运器，完成车辆的停放，存贮的整套设备，称为机械停车库。以立体形式停放，存储车辆的机械设备叫机械式立体停车库。它包含了当前机械，光学，电子，液压，磁控技术领域的成熟先进技术，是一种技术密集型的光机电一体化设备。
在中华人民共和国机械行业标准JB/T8713-1998：机械式停车设备类别、形式、基本参数要目中，对机械式停车设备进行了划分，
其类别代号如下：
升降横移类，代号为SH，是指通过设备的垂直升降和水平横移进行移动，实现车辆存取功能的停车设备。
垂直循环类，代号为CX，是指通过搬运器在垂直平面内做连续的循环移动，来实现车辆存取功能的停车设备。
水平循环类，代号为SX，是指搬运器在水平平面内排列成2列或2列以上连续循环列尖转换移动，实现车辆存取功能的停车设备。
多层循环类，代号为DX，是指车辆搬运器在垂直平面内排成2层或2层以上做连续移动，两端有升降机构进行循环层间转换移动，实现车辆存取的停车设备。
平面移动类，代号为PY，是指存车位与搬运器在同一水平面内，通过搬运器在水平面内做往复移动，实现车辆存取功能的停车设备。
巷道堆垛类，代号为XD，是指存车位在巷道一边或两边多层布置，通过搬运器在巷道内做水平，垂直或水平垂直复合运动，实现车辆的存取功能的停车设备。
垂直升降类，代号为CS，是指停车位分布在井道周围，通过升降搬运器在专用升降通道内做升降移动，时间车辆存取功能的停车设备。
简易升降类，代号为JS，是指通过单一搬运器的升降，俯仰或二三层搬运器的整体升降，俯仰，实现车辆二三层车辆存取功能的停车设备。
汽车升降机类代号为QS;是指搬运器运载车辆(或同时运载驾驶员)垂直升降运行进行多层平层对位，从搬运器到存车位需要驾驶员驾车入位，实现车辆存取功能的停车设备。
从上面对机械式停车设备的分类和定义可以看出，与以往的普通车库相比，机械式停车设备可以在同样面积的土地上停放更多的车辆，大大的提高了土地面积利用率，同时具有存车时间短，可使用性强等优点，所以是解决城市停车面积不足，停车困难的有效措施。
1.2.1几种机械停车设备的特点及比较 (一)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。
1.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。 （二）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。这种车库自动化水平很高，且全封闭式建造，存车安全性高。
（三）垂直提升式
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。 （四）垂直循环式 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。
基于上述比较，根据需要现选择巷道堆垛式立体机械停车设备进行设计。
1.3自动化立体车库的控制系统
立体车库自动化控制系统主要包含５个子系统：自动收费管理、自动存取车、远程诊断、自动道闸和监控安保。
1.3.1自动收费管理系统
自动收费采用非接触式ＩＣ卡,分长期卡与储值卡两种。对固定用户，发行长期卡，费用可在固定用户交纳管理费用时一并交纳；对临时用户发行储值卡，用户交纳的费用存在卡内，每次停车读卡，费用自动从卡中扣除。
1.3.2自动存取车系统
自动存取车系统一般由小型可编程控制器ＰＬＣ控制，包括卡号识别与移动载车盘两个过程。用户进入车库时，在门口刷卡进入，读卡机自动把数据传送到ＰＬＣ控制系统，ＰＬＣ系统通过判断卡号，自动把对应的载车盘移动到人车交接的位置。存车时，司机按照指示灯信号指引入库，只有当车辆停放在安全位置后，停车正常
指示灯才会亮启。存取车完成后，车库门自动关闭。移动载车盘时，系统严格按照各种检测信号的状态进行移动，检测信号包括超长检测、到位检测、极限位置检测、人员误入检测、急停信号检测等。若有载车盘运行不到位或车辆长度超出车库允许的长度，所有载车盘将不进行运作，若检测到急停信号，将停止一切运作，直至急停信号消失。除此之外，还可从控制软件中设置保护信号，比如时间保护，以保证因硬件损坏而导致信号失灵时主体设备及车辆的安全。
1.3.3远程诊断系统
现场控制器可以通过网卡、Ｈｕｂ等网络设备与控制中心的局域网相连接，实现远程管理，监测现场运行情况。当现场出现故障时，在控制中心即可解决，方便管理人员、安保人员异地办公。
1.3.4自动道闸
在车库出入口处各设非接触式读卡器、感应线圈及道闸，用户在车库出入口处刷卡后，系统自动判别该卡是否有效。若有效，则
道闸自动开启，通过感应线圈后，自动栅栏自动关闭；若无效，则道闸不开启，同时声光报警。
1.3.5监控安保系统
在停车楼各处安放的监视器通过网络传输到中央控制室，安保人员通过屏幕监视控制车库现场的运行状况。具有运动检测、车牌识别、网络连接、各种类型的报警系统联动等功能，可实现无人看守。
1.4国内外研究现状
机械立体停车库是解决大都市内停车难问题的有效方法。土地资源紧张是大都市的现状，在亚洲各国大城市表现的尤为突出，所以机械式立体停车库在亚洲的应用比较广泛，目前统计结果表明，立体停车库市场大多在亚洲的日本、韩国、中国等地。
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，至今已有四十多年的历史。目前在日本从事机械式停车库及其设备开发、制造的公司约有200
多家，其中生产机械式停车设备的公司约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10万以上。目前全日本己经投入使用的机械式停车位超过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。韩国机械停车设备技术是日本技术的派生。产业从20世纪70年代中期开始起步，80年代开始引进日本技术，经过消化生产和本土化，90年代开始进入使用阶段。由于这几个阶段得到政府的高度重视，各种机械停车设备得到普遍开发和利用，韩国近几年增长速度都在30%左右。目前韩国停车设备行业进入稳步发展阶段。
在欧洲，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。由于欧洲国家土地资源比较富余，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也很好。德国和意大利等欧洲国家的优势主要在巷道堆垛类产品上。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，已经形成了新兴的停车设备行业，步入引进、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。
目前，立体停车设备的研究工作在国内也得到逐步的重视，国内许多研究院所和高等院校都投入技术力量，对立体停车设备的各个方面.例如结构设计、控制系统、存取策略、可靠性分析、以及生产工艺等方面进行研究，取得了一系列的成果。与此同时，国家也进一步发展和完善与停车产业相关的法规和各项标准，先后制订了多项停车设备的行业标准和行业规范，加强规划引导、技术开发和标准化工作。同时，从中央到地方，都颁布了一系列的法规条文，对停车行业的发展进行规划管理。从2004年起，国家质量监督检验检疫总局对停车设备生产企业进行许可证评审工作，规定在2005年3月31日前未取得生产许可证的企业，不得从事停车设备的生产工作。
我国城市停车行业从80年代末起，经过十几年的发展，现在形成了一定的规模，但是还处于初始发展阶段，车库建设尚在起步阶段，在一些大城市中机械化车库仍然是空白。停车行业的发展仍存在着一些问题:第一，停车设备企业己经形成了一定的规模，但是发展不平衡，骨干的大中型企业在20家左右，其它的则是中小企业居多，技术力量薄弱，缺乏自主开发能力，靠引进国外技术图纸。第二，产品的种类增多了，但是质量、可靠性、安全性、耐久性均存在着较大的问题，产品的技术水平和质量难以保证。第三，停车行业的市场开始发育，但是竞争太残酷，目前总体能力过剩，价格偏低，有的产品已经降到行业平均成本价以下。
1.5研究的主要内容
本文在查阅国内外大量资料的基础上设计了一套有效而实用的智能全自动立体停车库系统。从理论上对立体停车库的结构以及控制系统进行了研究，并完成了对立体车库的整体结构、存取车的形式及整体控制系统的设计，具体内容如下:
(1)立体车库总体结构的设计
分析了目前国内外同类立体车库结构的优劣，在对可靠性、经济性以及技术可行性分析比较的基础上设计了一套性能相对优良的立体车库系统。
(2)巷道堆垛式立体停车设备的存取机构设计
在分析比较的基础上，确定车库的存取车形式，然后由此详细设计停车位、载车板和存取机构。 (3)立体车库运输系统的设计
通过比较与分析，设计了一套运输系统，并对运输能力进行了计算与校核，本系统完全满足设计车库的功能要求。为了提高运行速度和平层精度，运输系统采用变频变压调速电机，变频变压调速技术和矢量变换控制技术。
(4)立体车库总体钢结构骨架的研究与设计
通过类比,设计了立体车库的钢结构骨架，运用有限元方法对钢结构骨架进行了各种工况的受力分析和变形分析，找出了钢结构骨架的最大应力作用单元和最大变形单元。验证设计钢结构满足刚度
和强度要求。在此基础上，建立钢结构骨架优化设计模型，对钢结构骨架进行优化设计，进一步降低材料的消耗车库整体重量，提高车库的经济性。
1.6课题的主要技术指标
电梯升降速度:60m/min(矢量控制)
最大容车规格:5.05m(L)X1.75m(W)X1.60m(H) 载车板横移速度:15m/min 最大容车重量:2200kg 车库标准层高：1.8m 平层精度要求：5mm 消防设备：CO2和水
第2章立体车库总体结构的研究及设计
2.1机械立体车库的总体方案确定
方案1：一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计
运输机的形式计算校核运输机的力学性能。
二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机横移。选择链轮和链，确定尺寸。选取发动机、减速器。对上述部件进行力学校核。
三、使用载车板输送，采用双车板交换法，减少了送回车板的动作，从而减少了取车时间。 四、载荷均匀分布，机械效率高。
五、确定制动方案。选择电磁接触阀。
六、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。 七、考虑安全防护设计。 八、考虑环保设计。
九、经济性考虑。
方案2：一、根据轿车尺寸确定每个车位运输机的长度宽度。设计
运输机的形式计算校核运输机的力学性能。
二、根据传动结构的分析和受力的分析选择采用运输机移。选择链
轮和链，确定其尺寸规格。选取发动机、减速器。然后对其校核。
三、采用履带输送，依靠减速电机驱动传动履带实现存取车，其所需功
率一般在2~4kw，输送速度在15~30m/min。
四、载荷均匀分布，机械效率高。
五、确定制动方案。选择电磁接触阀。 六、结构简单，工作可靠，拆装维修方便。 七、考虑安全防护设计。 八、考虑环保设计。 九、经济性考虑。
综合以上两种设计方案，第二种方案比较适合本设计。整个机构的传动机构采用链传动，在上面放置两条循环链，两条链通过一
条通轴连接，而通轴上的链轮由与减速器相连链带动，实现转动，从而带动两条循环链同步转动，这样就保证了传动的平稳性。而第一种方案中，如果用钢丝绳传动也可实现机构的传动，但是如果要实现第一种方案一样的功能，传动过程显得就要麻烦一些。因为要是实现同步转动，必须选择链与钢丝绳同时使用才能达到同步传动的效果。
图1-1提升机构简图
本设计的传动特点是：
·自动化程度高，快速处理，连续出入库，停车效率高。 ·实现了由百台到上千台规模的大容量停车。
·组合式框架设计，保证了产品一致性，安装拆卸非常方便。 ·设有多重安全防护措施，确保人车安全。
·操作简便，既可集中管理，又可由客户自己操作。
·电机及所用电器元件采用进口名牌产品。 ·不排出汽车废气，清洁环保。
2.2传动机构的主要参数
技术性能参数
名称：巷道堆垛式自动化立体车库 型号：PXD□□D—□K 组车台数：视现场情况而定 使用车尺寸：5000×1850×1550 驱动：5.5kw电动机 速度：6m/min 车重：1700kg
控制方式：伺服定位控制 管理方式：专人管理方式 操作方式：触摸屏操作
(说明：可根据实际需要提供九层及以下设备。)
2.3升降驱动系统
在巷道堆垛式立体车库的组成部分之中，升降驱动机构是非常重要的一个部分，它的设置形式非常重要，其结构布置与技术含量将直接影响车库的安全性和可靠性。
目前巷道堆垛式立体车库的升降驱动形式主要有曳引驱动和强制驱动两种，强制驱动形式又有钢丝绳式(卷扬式)和链轮链条两种形式。 在选定提升方式时，需要以安全可靠为第一原则，同时结合用户需求、经济性等考虑因素。
钢丝绳卷筒驱动机构在起重机械上被广泛的运用，是使用上较为成熟的技术。它布置灵活，起吊用的钢丝绳可在空间内变向设置。起吊钢丝绳失效状况可以用肉眼观察得到，预防性好。但是它的结构尺寸较大，占用空间大，对提升高度有一定的限制。而且钢丝绳使用伸长量大，平层时会引起升降搬运器上浮或者下沉现象。由于它自身结构的限制，钢丝绳式(卷扬式)在巷道堆垛式立体车库中没有得到更广泛的应用。
链条提升式具有结构简单、价格低等优点，在低速电梯和低层的立
体车库〔垂直升降或平面移动式)上都有应用。用于巷道堆垛式立体车库时，在车库的层数不多，提升速度要求不高时可以选用。 曳引式是一种被广泛应用于电梯上的提升方式。与卷扬式相比，它不仅具有卷筒驱动的一些优点，而且还克服了卷筒驱动机构的不利因素，例如，与卷筒相比，它的尺寸大大减小，同时提升高度要比卷筒高很多，可用于高层的车库，因而被广泛的选用。
为了提高车库的运行效率，立体车库要求升降系统有较高的提升速度，并具有良好的可靠性。在参照和比较现有成熟的电梯技术的基础上，决定选定曳引式升降驱动方式。动力源选用高效节能的圆柱齿轮减速曳引机。曳引电机选用矢量控制方式变频器，可根据载荷大小和运行方向改变升降速度，有效利用电机的输出功率，其调速性能和运行的平稳性均能满足停车库的要求，平层精度5mm.
2.4车辆存取方式
利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位或将车辆从泊车位取回至提升机构是利用机械装置从提升机构中将车辆送至泊车位
或将车辆从泊车位取回至提升机构是巷道堆垛式立体车库最重要的功能之一，也是它与普通汽车电梯的根本区别所在。巷道堆垛式立体车库的存取车方式主要有以下几种:
(1)滑叉载车式:在提升机构上安装一套多级滑叉机构(多为3级滑叉)，存车时，滑叉逐级滑出，将载车板送至停车位上方，再轻轻放下，然后收回滑又;取车时，先将滑叉滑出至载车板下方，再略微抬起，当载车板与停车位托架分离后，将滑叉和载车板收回至提升机构。 滑叉式的主要缺点是滑叉有一半空行程，影响运行效率;动作中有较大偏载(尤其是将车位上的载车板抬高时)，会使导轨局部承受弯矩，影响提升机构运行的平稳性，增大了运行噪声。
(2)链传动载车式:其基本原理是以链传动的形式，通过一次微横移和一次横向横移来实现载车板的存取。存车时，第一次微横移的作用是推动横移机构连同载车板作短距离横移，越过升降轿厢与停车位之间的间隙;第二级的作用是通过每隔一定链节设置的加强链轴(两排链轴联结并加强)或拔叉(或在加强的链轴上再加装拨叉)随链条转动直线拨动载车板下部的挡板，使载车板平稳地转移到停车位的托
梁上，为了减少摩擦力，一般还安装尼龙滚轮，在载车板底部与托梁接触的部位安装尼龙条。
链传动横移装置克服了多级滑叉式横移装置的缺点。但它对提升机构的平层精确度要求较高。目前一般采用变频变压调速方式及高精度传感器来满足平层精确度的要求。
(3)摆杆式:摆杆式横移装置是在升降轿厢底中部设置一个可正反向360。旋转的摆杆。在托盘下部靠近井道一侧的适当位置安装挡块，通过摆杆从不同方向拨动挡块以实现托盘的横向移动。该方式在欧洲，尤其是德国使用较为常见。日本也有类似的改进型产品。 在巷道堆垛式立体车库的这几种存取方式之中，链传动式结构紧凑，占用空间位置小，在保证了提升机构的平层精度蕊二巧。的情况下，是较理想的选择，因此选用链传动式作为车库的车辆存取方式。 车库的链传动横移装置安装在提升轿厢上，设计成上下两层，上层为存取载车板用的横移机构，包括横向推拉载车板电机和两组横移链条，其作用是存取载车板。下层是微横移机构，包括两条微横移链条和微横移电机，其作用是使放置在它上面的横移机构往左或者
往右越过轿厢和停车位之间的间隙。它同时起到减少摩擦力和定位导向的作用。
车库工作时，提升机构首先将轿厢提升到指定层，然后微横移机构动作，拖动上层横移机构和载车板稍微移动一段距离，靠近停车位，如果是存入车辆，则上层横移电机动作，带动循环链条，通过链条上的销拉动载车板及在上面的汽车进入停车位，到位后销与载车板的啮合自动脱离。在取车时则相反，微横移机构的动作使循环链啮合载车板，然后横移机构拉动载车板到提升吊笼上。存取车动作结束后，微横移机构动作，回到轿厢上。
2.5巷道堆垛式立体停车系统的控制系统
图2-1存车流程图图2-2取车流程图
巷道堆垛式立体车库的控制系统有两层;管理层和测控层。管理层负责日常的一些例如计时收费、打印单据等管理工作，同时还和
测控层实现通讯管理。它以台式电脑为核心，配备有打印机、通讯模块等外部设备。
测控层则负责车库存取车控制、位置检测、安全检测等底层操作，因而需要高度的工作可靠性和快速响应性。所以测控层选用PLC(可编程控制器)作为控制系统的主控机。PLC有以下优点:1、可靠性高，它采取了光电隔离、滤波、稳压保护、故障诊断等多种手段，在工业现场中平均无故障时间达5万~10万左右。2、响应快。3、小型，并采用模块化的结构、因而安装容易。另外，除了通用的模块外，还选用了高速计数模块、多点1/0模块、通讯模块等。
PLC工作时，首先开机自检，确认无故障报警后，判断当前是手动模式还是自动模式。手动模式是用于设备调试或者故障处理情况。自动模式则由PLC中的程序控制车辆的存取。
第3章机械系统传动设计
3.1传动链和链轮的选择
起重链有环行焊接链和片式关节链。焊接链与钢丝绳相比，优点是挠性大，链轮片齿数可以很少，因而直径小，结构紧凑，其缺点是对冲击的敏感性大，突然破断的可能性大，磨损也较快。
另外，不能用于高速，通常速度小于0.1米/秒（用于星轮），速度小于1米/秒，用于光轮卷筒。片式关节链的优点：挠性较焊
接链更好，可靠性高，运动较平稳。缺点：有方向性，横向无挠性，比钢丝绳重，与焊接链差不多，成本高，对灰尘和锈蚀胶敏感。
起重链用于起重量小，起升高度小，起升速度低的起重机械。为了携带和拆卸方便，链条的端部链节用可拆卸链环。
片式关节链是由薄刚片以销轴铰接而成的一种链条。焊接链与片式关节链选择计算方法相同。
根据最大工作载荷及安全系数计算链条的破坏载荷 —破坏载荷（N）—链条最大工作载荷（N） —安全系数（按手册2—8.1—75选取） 选择片式关节链中的传动用短节距精密磙子链 结构和特点：
由外链节和内链节铰接而成。销轴和外链板、套筒和内链板为静配合；销轴和套筒为动配合；磙子空套在套筒上，可以自由转动，以减少啮合时的摩擦和和磨损，并可以缓和冲击。
选择单排短节距磙子链。
3.2链的设计计算
1.链轮齿数
小链轮齿数取=25，传动比i=2.5 大链轮齿数=i=2.5×25=62.5取62 2.实际传动比 i===2.48 3.链轮转速
初选小链轮线速度=0.1m/s， 估选小链轮直径d=160mm，
则大链轮直径D=id=2.48×160=396mm
由大链轮和小链轮在同一轴上，故大链轮上的线速度=×=0.1×2.48=0.248m/s，则与电机相连的小链轮的线速度==0.248m/s
则其转速为===30m/s
则大链轮转速为===12r/min 4.修正功率
小链轮传递功率为P=2.4kW 故=2.4×1.4×1=3.36kW 式中参数：
查机械设计手册表14.2-4，工况系数=1.4， 主动链轮齿数系数=1 5.链条节距P
由修正功率=3.36kW和小链轮转速=30r/min，根据机械设计手册2，查取链节距P=12A，即P=19.05mm
6.初选中心距
因结构上未限定，取=35 7.链长节数 =2++ =2×35＋+ =114.49
取=114节，式中==34.68 8.链条长度L L===2.17m
9.理论中心距A A=P
=19.05×（2×114-62-25）×0.24645
=662mm
式中，=0.24645，由机械设计手册2插值法求得 10.实际中心距
=-=663-0.004×662=659mm 11.与电动机相连的链轮上链的转速 = =
=0.238m/s 12.有效圆周力F F===10000N
13.作用于轴上的拉力 =1.2×1×10000 =12000N
14.润滑方式的确定
根据链号12A和链条速度V=2.1m/s，由图14.2-5，选用润滑范围3即油池润滑或油盘飞测润滑，
15.链条标记
根据计算结果，采用单排12A滚子链，节距为19.05mm，节数为114节，其标记为：2A-1×114.GB/T1243-1997 链条参数为： 节距： 滚子直径： 内链节内宽： 销轴直径： 套筒孔径： 链条通道高度：
内链板高度： 外中链板高度： 过渡链节尺寸：
排距： 内链节内宽： 外链节内宽： 销轴全宽：
3.3链轮的设计计算
3.3.1设计链论尺寸
1.链轮齿数
传动机构中大链轮齿数=62，
其他所用链轮尺寸与小链轮标准相同，=25；
2.配用链条的节距、滚子外径、排距
查机械设计手册2表14.2-2
配用链条的节距P=19.05mm 滚子外径=11.91mm 排距=22.78mm 3.分度圆直径d ===152mm ===376mm
4.齿顶圆直径 =
可在和之间选取，但当选时，应注意用展成法加工时又可能发生顶切，故由
=164mm=158mm取=160mm =388mm=378mm,取=380mm 若为三圆弧一直线齿形，则=p(0.54+) 5.齿根圆直径
6.分度圆弦齿高
是为简化放大齿形图的绘制而引入的辅助尺寸，相应于，相应于，故取介于与之间的数，即可取=4mm,=5mm 7.最大齿根距离 奇数齿=d 偶数齿==d 由=25故=
=
=62故==
=372-11.91=360.09mm360mm
8.齿侧凸缘（或排间槽直径）
h—内链板高，可由机械设计手册2表14.2-2查的，h=18.08mm故
=19.05 =
9.轴向齿廓及尺寸 (1)齿宽 则
查表14.2-2得则
=，当时，若经制造厂同意，亦可使用时的齿宽。(2)齿侧倒角 =
(3)齿侧半径
(4)齿全宽
链节内宽内 排数，取单排链，故 即
10.链轮公差
对一般用途的滚子链链轮，其轮齿经机械加工后，齿表面粗糙度。 滚子链链轮齿根圆直径极限偏差及量柱测量距极限偏差
（摘自GB/T1243-1997） 齿根圆极限偏差 量柱测量距极限偏差 尺寸段 上偏差 0 0 0 下偏差 -0.25 -0.30 备注 链轮齿根圆直径下偏差为负值。它可以用量柱法间接测量，量柱测量距的工称尺寸见下表
滚子链链轮的量柱测量距（摘自GB/T1243-1997） 项目 量柱测量距 偶数齿 奇数齿 计算公式 =376+11.91=388 注：量柱直径=滚子直径，量柱的技术要求为：极限偏差为。
符号 滚子链链轮齿根圆径向圆跳动和端面圆跳动
项目 链轮孔和齿根圆直径之间的径向圆跳动 轴孔到链轮齿侧平直部分的端面圆跳动 11.链轮材料及热处理
材料选用45钢，经淬火，回火处理，齿面硬度在40~50HRC之间，应用范围：无剧烈冲击震动和要求而耐磨损的主、从动链轮，根据实际情况选材符合要求。
12.链轮结构
中等尺寸的链轮除表所列的整体式结构外，也可做成板式齿圈的焊接结构或装配结构，轮辐剖面可用椭圆形或十字形，可参考铸造齿轮结构。
不应超过下列计算值，最大值 要求 不应超过下列两数值中的较大值或，最大到
图3-1链轮
图3-2滚动链
3.3.2确定链论结构
1.轮毂厚度h h=，式中， 常数： d k <50 3.2 50~100 4.8 100~150 6.4 >150 9.5 2.轮毂长度 ，，，故
3.轮毂直径 ，，见表14.2-11
3.4滚子链的静强度计算
在低速重载的链传动中，链条的静强度占有重要地位，通常v<0.8m/s视为低速转动。如果低速链也按疲劳考虑，用额定功率选择和计算，结果常不经济。因为额定功率曲线上各点，其相应的条件性安全系数n大于8~20，比静强度安全系数为大。另外，当进行有限寿命计算时，若所要求的使用寿命过短，使用功率过高，则链条的静强度验算也是必不可少的。
式中，，，
链条的静强度计算：
式中静强度安全系数；
链条极限拉身载荷（N），查表14.2-2； 工况系数，查表14.-3；
有效拉力，即有效圆周力（M）查表14.2-3；
离心力引起的拉力（N），其计算式为；为链条的质量，为链速；当
时，可忽略不计。 悬垂拉力，在中选择大者。
许用安全系数，一般为；如果按最大尖载荷峰来代替进行计算，则
可为3~6；对于速度较低，从动系统惯性较小，不太重要的传动或作用力的确定比较准确时，[n]可取较小值。
由以上，查表14.2-2得Q=30.1× 查表14.2-4得
F由前面算得F=10
查表14.2-9，由前面计算知故可忽略不计。 由图14.2-6取
则
故，则在之间 故链条安全。
3.5链条的使用寿命计算
当链传动的传动功率要求超过额定功率，链条的使用寿命要求小于15000小时，或者磨损伸长率
要求明显小于3%时，有必要进行链条的使用寿命计算。
设为由式得到的功率值，为由公式得到的功率值，为要求传递的功率，在不发生胶合的前提下，对已知链传动进行疲劳寿命计算为： 若，则 若，则 式中
使用寿命； 小链轮齿数；
小链轮转速；
多排链系数，单排=1，双排=1.7，三排=2.5，四排=1，选用
单排=1；
工况系数，查表14.2-4； 链长，以节数表示； 由前面计算知，要求传递的功率
查表14.2-4得L 取单排链，故=1， =2.48，
由前面计算知：=25，=30，=114 由 则
3.6链条的耐磨工作能力计算
当工作条件要求链条得磨损伸长率明显小于3%时或者润滑条件不能符合规定要求方式而有所恶化时，可按下式进行滚子链的磨
损的计算。链条的磨损使用寿命与润滑条件、许用磨损伸长率以及铰接承压面上产生的滑擦功等因素有关。
式中： 使用寿命；
链长，以链节数表示； 链速； 小链轮齿数；
传动比；
许用磨损伸长率，按具体工作条件确定； 磨损系数，见图14.2-7； 节距系数，查表14.2-10； 齿数-速度系数，见图14.2-8； 铰链比压（）； 确定以上参数值：
链节数，链速由前面计算知，
小链轮齿数，传动比，许用磨损伸长率，磨损系数由图14.2-7确定，节距系数，齿数-速度系数=1,查图14.2-8。 铰链比压按下式计算 式中
工况系数，查表14.2-4，取；
有效拉力（即有效圆周力），查表14.2-3，计算得 离心力引起的拉力 悬垂拉力，
铰链承压面积，值等于滚子链销轴直径与套筒长度（即内链即外宽）的面积。和值查表14.2-2，销轴直径，内链板外径，故铰链承压面积
故由铰链比压知，在工作温度，良好润滑条件下，查图14.2-7得
综上所述，滚子链的使用寿命
图3-3所用链条示意图
3.7存取机构电机与减速机
3.7.1横移机构电机
巷道堆垛式立体车库一般的存取速度在18-30m/min之间。
车库载车板的横移行程2.5m，存取时间设定为8s，则横移速度/0.31m/s。所移动的质量2200kg，则所消耗的功率为: ****2200*9.8*0.2*0.311.337kw
链传动的功率0.92～0.96，取最小值计算，所需电机功率
>1.337/0.921.45kw选电机功率1.5kw
3.7.2微横移机构电机
横移机构的行程0.2m，微动时间设定为2s,则速度/0.lm/s。
所移动的质量2500kg，则所消耗的功率为 ****2500*9.8*0.2*0.10.49kw
链传动的功率0.92～0.96，取最小值计算， 所需电机功率>0.49/0.920.53 选电机功率0.75kw
3.7.3选用减速机
横移机构选用上海迈特传动设备有限公司的行星齿轮减速机(N系列)，结构形式为普通双轴伸式双轴联接型，安装形式为卧式安装。行星齿轮减速机采用了行星齿轮形式，除具有常规特性外，还使结构更加合理化，它不仅比单级行星齿轮传动具有更高的传动效率和承载能力，还在结构布局上缩小了空间位置，同时在相近体积条件
下，能获得更大传动比，更有利于设备的配置。
微横移机构则选用上海迈特传动设备有限公司的斜齿轮硬齿面减速机(D系列)，结构形式为普通轴伸式，安装形式为卧式安装(W4)，它具有结构紧凑、体积小、工作平稳、输出转速选择范围宽，通用性强的特点
3.7.4存取机构中联轴器的选择
在存取机构中，链轮与其驱动轴、驱动轴与减速机之间都需要用联轴器连接。在存取机构的场合中，链轮与轴、轴与减速机之间难以保证精确对中，要选用有补偿功能的联轴器，同时又要结合成本方面考虑。
滚子链联轴器是利用一条公用的双排链条同时与两个齿数相同的并列链轮啮合来实现两半链轴器的联接，为了改善润滑并防止污染，一般都将联轴器密封在罩壳内。它具有结构简单，采用标准件，工艺性好，制造容易，对安装精度要求不高，装拆方便、具有一定
补偿能力，对环境适用范围广等结构特性，可用于连续运转的一般水平传动轴系。本设计中选用武汉正通公司的滚子链联轴器。
3.8轴承的选择
本产品的设计过程中，用到的轴承以轴向力为主，即主要承受轴向载荷，故根据轴轴承的特点，可选用深沟球轴承，其主要特点如下：
主要承受径向载荷，也可用来承受径向和轴向联合负载，在转速很高，不宜采用推力轴承时，可用来承受纯轴向负载。允许内圈轴线相对于外圈轴线
3.9轴的选择
3.9.1选择材料
轴的常用材料是35，45，50碳素钢。最常用的是45钢。不重要的或受力较小的轴，也可用Q235制造；对于受力较大，要求限制轴的尺寸和质量，或需提高轴径的耐模性，或处于高温、低温
以及处于腐蚀等条件下工作的轴，应采用合金钢。
根据需要，轴可在加工前或加工后进行整体或表面热处理，以及表面强化处理，（如喷丸，滚压等），以提高强度，尤其是疲劳强度和耐磨性。
在一般温度下（低于）碳素钢和合金钢的弹性模量相差很小，故用合金钢并不能提高轴的刚度。有时改用强度较低的碳素钢使轴径增大，反而能有效地轴的刚度。
球墨铸铁和一些高强度铸铁，容易铸成复杂的形状，而且吸振性能好，对应力集中敏感性低，常用于制造外型复杂的轴，如曲轴和凸轮轴等。
综合以上因素选择材料最广泛的45钢，热处理为调质，硬度HBS在217~255之间，抗拉强度
，屈服点，弯曲疲劳极限，扭转疲劳极限。
3.9.2初步估算轴径
初步估算轴径常用类比法，经验法及按许用切应力估算法，初步估
算轴径作为轴结构设计的基础。根据机械设计手册表15-2公式初步估算轴径，材料为45钢，有表简明机械零件设计手册，
3.9.3轴的结构设计
轴的机构和形状取决于下列因素：轴上零件的类型、布置和固定方式，载荷的性质、大小、方向及分布情况。轴承的类型和尺寸，轴的毛坯、制造和装配工艺要求等。轴的结构应便于轴上零件的定位、固定和装拆，尽量减小应力集中，受力合理，有良好的工艺性。对于要求刚度大的轴，还应从结构上考虑减小轴的变形。轴的结构设计入图所示，根据轴的受力选取3系列深沟球轴承，为了便于轴承的装配，选取装轴承处的直径为d=60mm,其他部分如图所示。
图3-4二轴
3.9.4轴上的受力分析
链轮的圆周力：由前面计算知，链轮的有效圆周力为， 链轮的径向力：
链轮的轴向力：由于链轮无轴向力，故。
1. 求支反力
由，且受力的对称性知
在垂直面内的支反力，
2. 作弯矩图和转矩图
链轮的作用力在水平面内的弯矩
链轮作用在垂直面内的弯矩
该弯矩图的作用平面不定，但当其与合成弯矩图共面时是最危
险截面。这时其弯矩为二者之和，则截面的最大合成弯矩为
3.9.5轴的强度校核
1. 确定最危险截面
根据轴的结构尺寸及弯矩图，转矩图，截面处较大，且有轴承配合引起的应力集中，截面E处弯矩较大，直径较小，又有圆角引起的应力集中截面D处弯矩最大，且有齿轮配合与键槽引起的应力集中，故属危险截面，现对D截面进行强度校核。
2. 安全系数校核计算
由于减速机轴的转动，弯矩引起对称循环的弯应力，转矩引起的为脉动循环的切应力。
弯曲应力幅为
式中W—抗弯截面系数，由表19.3-7查的
由于是对称循环应力，故平均应力，根据式
式中钢弯曲对称循环应力时的疲劳极限，由表查得；
正应力有效应力集中系数，由表按键槽查得，按配合查得，故取；
表面质量系数，轴经车削加工，按表查得；
尺寸系数，由表查得。
切应力幅为
式中抗扭截面系数，由表查得 根据式（19.3-3）
式中钢扭转疲劳极限，由表19.1-1查得；
切应力有效应力集中系数，由表按键槽，按配合，故取； 同正应力情况；
平均应力折算系数，由表查得； 轴D截面的安全系数由式确定
由表19.3-5可知，，故，该轴D截面是安全的。
3.10板式输送机
3.10.1板式输送机主要部件的结构形式
1.板带装置的主要结构形式
图3-5板带装置简图
3. 驱动系统的主要结构形式
驱动系统一般包括驱动装置和头轮装置(或二级齿轮传动头轮
装置)两大部分。板式输送机根据板带运行速度和牵引力的大小，驱动系统主要有Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3种结构形式。
Ⅰ型：电动机—带轮副—行星摆线针轮减速器—十字滑快联轴器—头轮装置。
Ⅱ型：电动机—带轮副—行星摆线针轮减速器—链传动—头轮装置。
Ⅲ型：电动机—带轮副—齿轮减速器—二级齿轮传动头轮装置。
3.尾轮张紧装置
板式输送机的尾轮张紧装置主要有两种结构形式。
（1） 刚性螺旋张紧装置刚性螺旋张紧装置由两个尾部链轮和
一根尾轮轴及一对张紧螺杆组成。每个尾部链轮均以双滚动轴承支承于尾轮轴上，这不但可以降低牵引链节距之积累误差引起两牵引链不同步时，使链轮轮齿与牵引链的正确啮合，避免一条链张力大，一条链张力小，从而提高每条链的许用牵引力。该装置已经得到广泛应用。
（2） 弹簧螺旋张紧装置弹簧螺旋张紧装置由两个尾轮、一根尾
轮轴及一对张紧螺杆和压缩螺旋弹簧组成。两个链轮中，一个用键固定在轴上，一个空套在轴上，以解决因制造误差所引起的两链轮轮齿不同步的问题。由于弹簧的作用，该装置可以使牵引链的张紧力自动调整。它适用于远距离、重载荷、运行速度超过0.25m/s的板式输送机。 4.支架与轨道
支架包括头轮支架、尾轮支架、中间支架、凸弧段支架和凹弧段支架。各种支架多由角钢、槽钢制造。重型头轮支架可用钢板拼焊而成。
图3-6板式输送机
3.10.2主要参数的选择与计算
1．板带宽度
（1）输送散状物料板带宽度计算
1）无侧板的板带宽度
2)有侧板的板带宽度
——板带宽度（m）; ——输送机生产率（t/h）; ——板带运行速度（m/s）; ——物料堆积体积质量（t/m）; ——物料静态安息角（°）;
——输送机倾斜安装时物料堆积断面修正系数; ——侧板高度（m）;
——侧板高度利用因数，=0.65~0.8
（2）输送块状物料板带宽度计算物料中有10％的大块物料时 ′+200（mm）
当100％为大块物料时 ′+200（mm）
两式中′——大块物料的最大尺寸（mm）
（3）输送成件物品时板带宽度的计算成件物品在输送机板面上的布置
1）对于无侧板的输送机 +(50～100)(mm) 2）对于有侧板的输送机 +(100～150)(mm)
图3-7装料尺寸
被输送的成件物品的最大横向尺寸，根据输送机的装料方式选定。带有自动装料装置的输送机，可以保证物品在底版上处于一定的位置，此时可按图中选用；采用人工无规则装料时，尺寸应按图中选定。 2．侧板高度
(1)当输送散状物料时，被输送物料的块度尺寸越大，侧板高度应越高。
(2)当输送成件物品时，侧板高度应保证成件物品在底版上的位置可靠，此高度一般不超过100~160mm。
计算所得的板带宽度和侧板高度，按四舍五入选取标准值，高度应与宽度相匹配，可按表选取。待速度选定后，将、、值一同代入计算式，校核生产率。 3．运行速度
板带运行速度根据板带宽度、用途及生产要求，按表规定的速度系列，在0.01~1.00m/s的范围内选取。
一般用途的板式输送机0.1~0.4m/s。牵引链节250~400mm，链轮齿数6的板式输送机，0.3m/s。
运输用的板式输送机，在底板宽度尺寸已经选定的情况下，其运行速度应与规定的生产率相适应。
用于工艺处理的板式运输机，根据生产过程的节拍和工艺要求（如烘干或冷却），可在0.05~0.2m/s的范围内选定。对于铸造车间运送热铸件的鳞板运输机，其速度在更低的范围内选取，一般为0.015~0.1m/s。
图3-8运输车
第4章立体车库提升系统的设计
巷道堆垛式立体停车库的车辆存取方式采用链传动方式，车库的整个存取结构包括停车位、载车板和链传动横移装置。其功能是在存车时，将载车板及其上的车辆送入停车位，然后退回到提升轿厢上;在取车时，链传动横移装置从停车位上将载车板及车辆取出，移动到提升轿厢上。由于停车库内部空间限制，整个存取结构应结构紧凑，并在满足安全可靠的前提下，尽量减轻重量，降低成本。
4.1立体车库提升系统的整体布置
立体车库的提升系统的具体结构主要由驱动方式决定，驱动方式有曳引驱动、液压驱动、卷筒驱动以及齿轮齿条、螺杆驱动等方式。对于高层车库，受上下行程的限制，主要采用的驱动方式包括
曳引驱动和卷筒驱动两种。卷筒驱动是一种早期的电梯驱动方式，这种方式存在以下方面的问题: (1)提升高度低: (2)额定载重量低;
(3)行程不同时，必须配用不同的卷筒; (4)导轨承受的侧向力大; (5)钢丝绳有过绕或反绕的危险; (6)能耗大.
因此，目前巷道堆垛式立体车库普遍采用的驱动方式为曳引驱动。曳引驱动就是借牵引钢丝绳与曳引轮槽之间的摩擦来传输牵引升降吊笼及对重垂直运行的传动力。这种驱动方式具有很大的适应性，可以只将曳引钢丝绳的长度改变就能适应不同的提升高度的要求，同时与卷筒式相比，还可以使曳引钥丝绳的根数增多，加大了传动的可靠性.
本设计采用曳引电机下置的曳引驱动方式。
4.2曳引系统研究分析
4.2.1提升系统曳引力的分析计算
提升系统的垂直升降运动是靠曳引绳和曳引轮之间的摩擦力来实现的。这种力就称为曳引力。要使系统能够被提升，曳引力就必须大于或等于曳引绳中较大载荷与较小载荷之差,即: 。
曳引力是靠曳引绳和曳引轮绳槽之间的摩擦力产生的，因此必须保证曳引绳在曳引轮绳槽中不打滑，增大曳引力的方法有: （1）选择合适形状的曳引轮绳槽; （2）增大曳引绳在曳引轮上的包角;
（3）选择耐磨且摩擦系数大的材料制造曳引轮; （4）曳引绳不能过度润滑;
（5）使平衡系数达到0.4~0.5，提升系统不能超过额定载荷。
4.2.2与曳引力有关的因素及其分析
曳引钢丝绳与曳引轮绳槽之间的摩擦作用是一种柔体与刚体间的摩
擦，曳引轮两边的曳引绳的张力与钢丝绳绕过曳引轮的包角有 如下关系:
图4-1曳引绳的张力图 式中:e——自然对数底数；
——曳引绳在曳引轮上包角；
k——绳槽形状对摩擦系数的修正值； f——钢丝绳与绳槽之间的摩擦系数。
由关系式可以看出k,fe越大，曳引能力也就越大。而且曳引力与以下几点因素有关: 曳引轮绳槽形状；
曳引绳在曳引轮上包角大小； 曳引绳与绳槽的润滑状态。
图4-2曳引轮绳槽
曳引绳与不同形状的绳槽接触时，所产生的摩擦力是不同的。目前曳引轮绳槽的形状主要有四种:半圆槽、V形槽、凹形槽与带切口的V形槽。
当曳引轮绳槽为半圆形时，钢丝绳几乎有半个圆周接触在槽面上，其接触面大，使用寿命较长，但摩擦力小，使得曳引力也小。 当曳引轮绳槽为V形时，有较大的摩擦力(减小V形槽的角度，就会增加摩擦力)而得到较大的曳引力。但在运转时磨损较大，同时也使得槽形因磨损而变形。
凹形槽结合半圆槽与V形槽的优点，将槽做成圆弧状，同时底部开有一个切口。这样不仅摩擦力大，而且可使得曳引绳在槽内运行自如，有接触面大、使用寿命长的优点，能获得较大的曳引力。
当曳引轮绳槽为带切口的V形槽时，也能获得较大的摩擦力，但钢丝绳的寿命要比凹形槽低。
对于不同的槽形，其中的摩擦系数的修正系数K也不同。 对于半圆槽:
对于V形槽:k=2.92～5.76 对于凹形槽:k=1.8～2.17
另外，曳引力的大小和与曳引绳与绳槽的润滑状态有关，当两者表面轻微润滑时，=0.09～0.1;当表面充分润滑时，=0.06;当两者表面基本上是干燥状态时，=0.15。后两种情况一般都不可取，通常采用第一种情况，只依靠钢丝绳芯丝部所含的油，在运行时被挤出由内向外润滑钢丝绳。
车库选用的是凹形槽绳槽的曳引轮，保证有较大的摩擦力，同时又有较长的使用寿命。曳引钢丝绳的润滑采用表面轻微润滑，即靠钢丝绳本身所含的油脂润滑。在经一段使用时间后，钢丝绳如果变旧，表面出现轻微锈迹时，可适当在表面添加薄质油，但其目的是补充钢丝绳内部的含油量，加油后表面多余的润滑油应该抹干，避免因表面过渡润滑而使曳引比降低而导致打滑。
4.3系统曳引能力的验算
在通过各种措施提高系统的曳引能力之外，还必须对系统的曳引能
力进行验算，以保证曳引系统在任何条件下都能够有足够的曳引力。在曳引条件为不打滑的情况下验算时，一般采用公式
式中，——曳引绳轿厢一边的张力(N),
——曳引绳对重一边的张力(N),
——绳槽形状对摩擦系数的修正值，对于凹形槽，取20 ——曳引绳与绳槽的摩擦系数，取0.1
按汽车最大载重量(2200kg)、车库提升轿厢重量(1000kg)和载车板重量(500kg)之和计算，对重重量为2500kg。钢丝绳在曳引轮的包角为，根据公式，计算得:
可见系统有足够的曳引力。
4.4安全机构的设计
在车库的使用过程中，由于各种不确定因素的影响，在运行中可能会出现一些不安全问题，归纳起来，主要有以下几种:
(1)失控超速运行。在提升过程当中，一旦制动器失灵，或者减速器的轮齿、轴、键、销折断，或者曳引绳严重打滑或断裂情况发生，就会使提升轿厢失去控制，运行速度超过极限速度。
(2)终端越位。当平层控制电路出现故障，轿厢运行到顶层或底层，就会超出正常位置，或者继续运行，造成冲顶或者蹲底。
(3)带故障运行。提升系统在限速器失灵，或者电动机断相、错相情况下的运行，称为带故障运行。
(4)突然停驶。由于控制系统出现故障，或者是电网停电等原因，会造成提升系统突然停止运行。
为了保护车库设备和停放车辆的安全，杜绝安全事故的发生，需要设计和选用各种安全机构。
针对上述各种不安全因素，车库采用主要安全策略有: 1)超速保护系统:限速器、安全钳。
2)撞底缓冲装置:缓冲器。
3)超越上下限工作位置时的保护装置:强迫减速开关、终端限位开关、终端极限开关。
4)供电系统断相、错相保护装置:相序保护继电器。
5)针对突然停驶，曳引机上安装有手动盘车，可以手动移动提升轿厢。
4.4.1超速保护系统
提升系统在运行中，一旦超速或失控，将会带来无法估量的损失。为了确保提升系统的安全运行，需要加装限速器和安全钳，组成超速保护装置。
限速器的作用，是当提升系统达到限定值的时候，发出信号切断电源，同时以机械动作带动安全钳。安全钳在限速器的作用下，将提升轿厢或对重强行制停在导轨上。
限速器需要和张紧装置以及钢丝绳三部分一起组合使用。限速器安装在最顶层，张紧装置位于提升井道底坑，钢丝绳则绕过限速器和
张紧装置的绳轮，把限速器和张紧装置连接起来。
提升系统的运行速度，通过钢丝绳反映到限速器绳轮的转速上，张紧装置则保证了钢丝绳与限速器之间有足够的摩擦力。提升系统运行时，轿厢的速度转化为限速器上绳轮的转速，当其速度超过极限速度的时候，将会使得限速器内部的机械机构动作，切断电源，同时卡住钢丝绳，迫使安全钳动作，强行制停。
安全钳装置是与限速器配套，由制停机构和操纵机构组成的超速保护装置。安全钳装置必须由限速器来操纵，禁止使用电气、液压或气压装置来操作安全钳。它由两部分组成;
(1)操纵机构，它是一组连杆系统，限速器通过此连杆系统操纵安全钳动作。
(2)制停机构，也叫做安全钳嘴，它的作用是轿厢或者对重制停，夹持在导轨上。
限速器两端的绳头与安全钳杠杆系统的驱动连杆相连接。提升系统在正常运作时，轿厢通过驱动连杆带动限速器钢丝绳动作。此时，安全钳处于非动作状态，其制停元件与导轨之间保持一定间隙。当
轿厢超速达到限定值时，限速器动作，卡住钢丝绳，于是随着轿厢的继续下降，驱动连杆将会被钢丝绳提起，从而带动安全钳动作，安全钳嘴夹住导轨，制停住轿厢。
安全钳的在制动过程当中，将吸收运动轿厢的全部动能和势能，根据能量守衡法则:
因此，制动力
式中，E——制动前轿厢动能和势能的总和(N*m);
Y——限速器动作速度(m/s); W——轿厢自重加汽车重量(kg); s——制停距离(m); g——重力加速度(); F——制动力（N）
根据前述设计参数，由计算得车库所需的安全钳制动力为4016N，由此作为安全钳的挑选标准之一。
4.4.2撞底缓冲装置
当提升轿厢在上升或者下降的过程中，由于钢丝绳断裂，曳引摩擦力、抱闸制动力不足且控制系统失灵时，会超越下线底层，造成直接撞底或者冲顶事故，为此，需要安装缓冲器，作为提供最后安全保护的一道措施。
缓冲器是当轿厢超过下极限位置时，用来吸收轿厢或对重装置所产生的动能的制停安全装置。当轿厢或者对重失控下坠时，将具有相当大的动能，要尽量减少或避免损失，就必须吸收和消耗这些动能。所以缓冲器的原理就是使运动物体的动能转化为一种无害的或者是安全的能量形式。在刚性碰撞的情况下，碰撞加速度和碰撞力将趋于无穷大，缓冲器将使运动着的轿厢或对重一定行程和时间内减速停止，将碰撞加速度和碰撞力控制在安全范围内。缓冲器一般都安装在底坑里。缓冲器需要装三个，两个正对着提升轿厢，一个正对着对重，三个缓冲器的规格是一样的。
按结构形式，缓冲器可以分为弹簧缓冲器和油压缓冲器。弹簧缓冲器是一种蓄能型缓冲器，它在受到冲击后，将动能和势能转化为弹
簧的弹性势能。由于弹簧的反力作用，使轿厢和对重得到缓冲减速。但是当弹簧压缩到极限位置的时候，弹簧要释放缓冲过程中的弹性势能，将会回弹，因此缓冲过程不平稳，所以蓄能型缓冲器只能用于额定速度不超过im/s的电梯。
油压缓冲器是一种耗能型缓冲器，当油压缓冲器受到冲击的时候，缓冲器柱塞向下移动，油缸中的油被挤压，迫使油通过环形节流孔喷向柱塞腔，利用液体通过节流孔流动的阻尼作用，来消耗受到的动能和势能。由于油压缓冲器是以消耗能量的方式实行缓冲的，所以没有回弹现象，缓冲平稳，所以适用于任何额定速度的电梯，同时耗能型缓冲器的缓冲行程大约是蓄能型缓冲器的一半。
第5章经济性分析
1．机会研究
（1）社会需求程度
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。在解决城市城市停车难的问题中，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。
车辆无处停放的问题是城市的社会、经济、交通发展到一定程度产生的结果，立体停车设备的发展在国外，尤其在日本已有近30~40年的历史，无论在技术上还是在经验上均已获得了成功。我国也于90年代初开始研究开发机械立体停车设备，距今已有十年的历程。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。
在地下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。
\"车库\"是大中城市的热门话题，国家经贸委将\"城市立体车库\"列为\"近期行业技术发展重点\"，随着家用汽车的不断增加，公共场所及社区内存车矛盾、车挤绿地的问题将会越来越突出，在人们对生活质量和环境意识不断增强之时\"车库\"日渐成为热门话题，机械自
动化立体车库将会在新开发的楼盘及商业里大显身手。 （2）开展的基本条件
根据目前国内外的现状，以及我们掌握的技术条件，首先，我们已经有能力去开展。另外，由于我国经济的快速发展，大量车辆拥出，设法解决停车问题目前已经成为迫切需要解决的问题，所以建造自动化立体车库的时机和条件已经成熟，加上我们掌握的技术条件，我们完全可以制作出大量的自动化立体车库。 2．初步可行性研究 （1）投资机会是否有希望
随着机动车数量的日益剧增，很多大中城市不仅出现了道路上动态交通的严重堵塞，而且占有道路停车和占用居住区绿地停车现象越来越严重，从而进一步加剧了交通的拥挤，破坏了城市的居住环境。现在城市的停车难、乱停车的状况日益严重，已经影响到投资环境和城市的形象，引起了各方人士的关注。从总体上看，城市停车难问题的出现主要表现在停车需求与停车空间不足的矛盾、停车空间发展与城市用地不足的矛盾上。根据以上情况，以及在网络上对同
类产品的调查研究发现，该产品的技术及经济优势很明显、投资机会很大。
（2）是否需要作详细可行性分析
通过现场的实习和翻阅资料我们了解到，最近几十年来我国城市机动车增长速度平均在10%~15%，而城市道路平均增长速度只有2%~3%，特别是大城市的机动车拥有量和交通量的增长远远超过交通基础设施的增长速度。如北京市，在20世纪90年代，小汽车平均增长速度达到30%左右，尤其是私人轿车增长更快，1992~1995年年递增率达45%以上，是全市机动车平均增长率的三倍，有的年份增长率达100%，但城市道路年增长率仅为1.2%，道路面积增长率为3.7%。在国际上一般认为城市道路面积率应当在25%为宜。目前美国华盛顿市为43%，纽约、曼哈顿市为35%，英国伦敦市为23%，日本东京为13%，北京市仅为11%。
城市车辆的增多，如果与城市社会经济的发展相协调，并且没有超过城市空间理论容量所能容纳的限度，即属于正常现象，而由此直接导致的停车空间需求量的增长也是不可避免的。但是在研究
两者的关系时，应考虑三种情况。第一是车辆的停放时间一般比行驶时间长的多，除了公交车以外，一般情况下，汽车行驶时间只占10%，有90%的时间都处于停泊状态。第二个情况是无论采取何种停放方式，都需要占用一定的空间，即停车车位和进出车通道所需要的时间，这个空间的面积比车辆本身的水平投影面积大2-3倍。第三是每辆车需要的停放空间不止一处，因为除车辆的所有者需要一定的停车空间外，在其驾车出行的过程中还需要停放，而且不止一处。前者为专用停车，后者公用停车。
城市停车不但要占用相当规模的土地和空间，而且停车空间的分布和程度与城市土地级差收益的等级划分情况是一致的。这就是说，城市中土地价值最高的地区，也正是停车需求量最高的地区，因而使停车空间的扩展相当困难，需要\\付出很高的代价。机械式立体停车设备的应用为解决停车难问题提供了很好的方法。解决停车难问题，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停车库，在很多国家和地区都得到了快速的发展。
（3）有待解决的关键性问题
a．确定动力源和传动机构，然后根据实际情况选择必须的电机，链条，钢丝绳，制动器，减速器，以及搁支撑件的原材料，如链的选择，支撑件的选择，钢丝绳的确定等。振动、动平衡、发热、干涉等问题，有待进一步深入研究。
b．由原品开发以前，同类型的产品研究处于开发阶段，皆处于刚刚起步阶段，无任何类似产品可进行对比。在应用实际工况时必然会产生新的问题，有待制造样机进行检测后反馈进行优化。 （4）初步经济效益预测
根据以上分析，且目前，根据市场情况和掌握的资料，目前国内每年新增车辆为20万量，而新增加的车位仅仅为2万个，所以， 预计，大量的市场需求定能带来良好的市场效益。
结论
巷道堆垛式立体停车设备是解决目前出现的城市停车难问题的一个有效方法，对其进行研究是十分必要的。论文在参考查阅大量的相关专业文献的基础上，对巷道堆垛式立体停车设备进行了认真和深入的研究，主要完成了如下工作:
(1)巷道堆垛式立体停车设备的总体结构的研究
综合考虑各方面因素，在参照和对比国内外同类停车设备的基础上，完成了本车库的总体结构的设计。 （2）车库存取结构的研究
选取链传动横移机构作为本车库的车辆存取机构，根据国家标准中的规定，设计了车库停车位、载车板的具体结构。然后由此为尺寸参考，完成了链传动横移存取机构的详细设计。 (3)车库升降系统的研究
采取曳引式升降驱动形式作为升降系统的提升形式，对曳引能力进行了验算，选用变频变压调速电机作为提升系统的电机，并完成了
升降系统的安全机构的研究和设计。 (4)立体车库总体钢结构骨架的研究与设计
通过对比，设计了立体车库的钢结构骨架，对钢结构骨架进行了各种工况的受力分析和变形分析，找出了钢结构骨架的最大应力作用单元和最大变形单元。验证设计钢结构满足刚度和强度要求。在此基础上，建立钢结构骨架优化设计模型，对钢结构骨架进行优化设计，进一步降低材料的消耗，提高车库的经济性。
随着科技的发展，各种新技术的不断涌现，巷道堆垛式立体停车设备的研究将会有广阔的前景。
在如何提高车库存取效率方面，可以进行存取策略的进一步研究，探索更好的策略，或者结合控制系统方面考虑，进一步完善车库对多种复杂情况的处理能力。
另外，还可以考虑对现有存取机构进行优化改进，或者采用新的车辆存取形式，减少存取时间。
车库升降系统的研究还需要进一步深入。可以结合分析和仿真软件，考察升降系统的受力、振动等因素，提高系统的可靠性，同时降低
成本。
专题部分
链轮数控程序加工编制
零件分析：链轮由24齿均布，链轮的每一个齿廓都由6个不同曲率半径的拐点相接而成。
加工坐标原点： X：取链轮的圆心； Y：取链轮的圆心； Z：取链轮的下表面。 机床坐标系设在G54。
工艺分析：链轮分成24轮均布，则两齿间的夹角为15°,一个齿形的终点相当于下一个齿形的起点。在实际加工中,每铣削一个齿后,
将坐标系旋转一定的角度,再继续铣削,从而降低了编程工作量。编程时以加工一个齿形为基准,一个齿形加工程序的终点即作为下一齿形加工的起点,如此循环24次,完成链轮的加工。使用¢10mm的硬质合金立铣刀进行加工。
程序编制：
O0037(MAINPROGRAM) G54G90G00X-70.Y450.； S3000M3； G00Z5； G01Z0.F100；
G01X-71.97Y418.862F600； M98P0137L24； G00Z100.M09； G69；
G90G00X100.Y0；
M05； M30；
O0137(SUBPROGRAM) G91G68R15； M98P1137； M99；
O1137(SECONDSUBPROGRAM) G90G02X-38.892Y423.217R425.； G02X-26.725Y404.722R42.293； G03X-16.119Y385.965R62.78； G03X16.119Y385.965R21.18； G03X26.725Y404.722R62.78； G02X38.892Y423.217R42.293； M99；
数控机床加工中所有工步的刀具选择、走刀轨迹、切削用量、加工余量等都要预先确定好并编入加工程序。一个合格的编程员首
先应该是一个很好的工艺员，他对数控机床的性能、特点和应用、切削规范和标准工具系统等要非常熟悉，否则就无法做到全面、周到地考虑加工的全过程，并正确、合理地编制零件的加工程序。
数控加工工艺性分析涉及内容很多，在此仅从数控加工的必要性、可能性与方便性加以分析。
1．零件加工工艺分析决定零件进行数控加工的内容
当某个零件采用数控加工时，并不等于它所有的加工内容都要由数控加工来完成，而进行数控加工的内容可能只是其中的一部分。因此，必须对零件图样进行仔细的工艺分析，选择那些最适合、最需要数控加工的内容和工序进行数控加工。在选择时，应结合实际生产情况，立足于解决难题和提高生产率，充分发挥数控加工的优势，一般可按下列顺序考虑：
（1）优先选择通用机床无法加工的内容进行数控加工。
（2）重点选择通用机床难以加工或质量难以保证的内容进行数控加工。
（3）采用通用机床加工效率较低，劳动强度较大的内容，在数控机床尚存富裕能力的基础上选择数控加工。
通常，上述加工内容采用数控加工后，在加工质量、生产率与综合经济效益等方面都会得到明显的提高。此外，在选择和决定加工内容时，也要考虑生产批量、生产周期和工序间周转情况等。总之，要尽量做到“优质、高产、低消耗”，要防止把数控机床降格为通用机床使用。
2．零件的结构工艺性分析
零件的结构工艺性是指所设计的零件在能满足使用要求的前提下，制造的可行性和经济性。良好的结构工艺性，可以使零件加工容易，节省工时和材料。而较差的零件结构工艺性，会使加工困难，浪费工时和材料，有时甚至无法加工。因此，零件各加工部位的结构工艺性应符合数控加工的特点。
（1）零件的内腔和外形最好采用统一的几何类型和尺寸，这样可以减少刀具规格和换刀次数，使编程方便，提高生产效率。
（2）内槽圆角的大小决定着刀具直径的大小，所以内槽圆角半径不应太小。对于图2-15所示零件，其结构工艺性的好坏与被加工轮廓的高低、转角圆弧半径的大小等因素有关。图（b）与图(a)相比，转角圆弧半径大，可以采用较大直径的立铣刀来加工；加工平面时，进给次数也相应减少，表面加工质量也会好一些，因而工艺性较好。通常R＜0.2H（H为被加工轮廓面的最大高度）时，可以判定零件该部位的工艺性不好。
（3）应采用统一的基准定位。在数控加工中若没有统一的定位基准，则会造成因工件重复定位和基准变换所引起的定位误差以及生产率的降低。如果零件上没有合适的定位基准，则应在零件上设置辅助基准，以保证数控加工的定位准确、可靠、迅速方便。通过对零件的工艺分析，可以深入全面地了解零件，及时地对零件结构和技术要求等作必要的修改，进而确定该零件是否适合在数控机床上加工，适合在哪台数控机床上加工，在某台机床上应完成零件的哪
些工序或哪些表面的加工等。数控加工工艺设计首先需要选择定位基准；再确定所有加工表面的加工方法和加工方案；然后确定所有工步的加工顺序，把相邻工步划为一个工序，即进行工序划分；最后再将需要的其他工序如普通加工工序、辅助工序、热处理工序等插入，并衔接于数控加工工序序列之中，就得到了要求零件的数控加工工艺路线。 3．定位基准的选择 （1）精基准的选择
精基准的选择应从保证零件的加工精度，特别是加工表面的相互位置精度来考虑，同时也必须尽量使装夹方便，夹具结构简单可靠。精基准的选择应遵循以下原则：
①“基准重合”原则即应尽可能选用设计基准作为精基准，这样可以避免由于基准不重合而引起的误差。
②“基准统一”原则即在加工工件的多个表面时，尽可能使用同一组定位基准作为精基准，这样便于保证各加工表面的相互位置精度，避免基准变换所产生的误差，并能简化夹具的设计与制造。
③“互为基准”原则当两个加工表面相互位置精度以及它们自身的尺寸与形状精度都要求很高时，可以采用互为基准的原则，反复多次进行加工。
④“自为基准”原则有些精加工或光整加工工序要求加工余量小而均匀，在加工时就应尽量选择加工表面本身作为精基准，而该表面与其他表面之间的位置精度则由先行工序保证。
（2）粗基准的选择
粗基准的选择主要影响不加工表面与加工表面之间的相互位置精度以及加工表面的余量分配。粗基准的选择应遵循的原则是：
①如果必须保证工件上加工表面与不加工表面之间的相互位置精度要求，则应以不加工表面为粗基准。如果工件上有多个不加工表面，则应以其中与加工表面要求较高的表面作为粗基准。
②若必须首先保证工件上某重要表面加工余量均匀，则应选择该表面作为粗基准。
③选作粗基准的表面应尽量平整光洁，不应有飞边、浇冒口等缺陷。
④粗基准一般只使用一次。
数控机床加工在选择定位基准时除了遵循以上原则外，还应考虑以下几点：
①应尽可能在一次装夹中完成所有能加工表面的加工，为此要选择便于各个表面都能加工的定位方式。如对于箱体零件，宜采用一面两销的定位方式，也可采用以某侧面为导向基准，待工件夹紧后将导向元件拆去的定位方式。
②如果用一次装夹完成工件上各个表面加工，也可直接选用毛面作定位基准，只是这时毛坯的制造精度要求更高一些。
4．加工方法和加工方案的确定
（1）加工方法的选择
加工方法的选择原则是保证加工表面的加工精度和表面粗糙度的要求。由于获得同一精度和表面粗糙度的加工方法有许多，因而在实际选择时，要结合零件的结构形状、尺寸大小和热处理要求等全面考虑。例如，对于IT7级精度的孔采用镗削、铰削、磨削等加工方法均可达到精度要求，但箱体上较大的孔一般采用镗削，较小的孔宜选择铰削，而箱体上的孔不宜采用磨削。此外，还应考虑生产率和经济性的要求，以及现有实际生产情况等。常用加工方法的经济加工精度和表面粗糙度可查阅有关工艺手册。
（2）加工方案的确定
确定加工方案时，首先应根据表面的加工精度和表面粗糙度要求，初步确定为达到这些要求所需要的最终加工方法，然后再确定其前面一系列的加工方法，即获得该表面的加工方案。例如，对于箱体上孔径不大的IT7级精度的孔，先确定最终加工方法为精铰，而精铰孔前则通常要经过钻孔、扩孔和粗铰等工序的加工。在确定表面的加工方案时，可查阅有关工艺手册。
5．加工顺序的安排
零件的加工工序通常包括切削加工工序、热处理工序和辅助工序（如表面处理、清洗和检验等），这些工序的顺序直接影响到零件的加工质量、生产效率和加工成本。这里重点介绍切削加工工序的顺序安排原则。
（1）基面先行原则
用作精基准的表面应优先加工出来，因为定位基准的表面越精确，装夹误差就越小。例如轴类零件加工时，总是先加工中心孔，再以中心孔为精基准加工外圆表面和端面。又如箱体类零件总是先
加工定位用的平面和两个定位孔，再以平面和定位孔为精基准加工孔系和其他平面。
（2）先粗后精原则
各个表面的加工顺序按照“粗加工——半精加工——精加工——光整加工”的顺序依次进行，逐步提高表面的加工精度和减小表面粗糙度。
（3）先主后次原则
零件的主要工作表面、装配基面应先加工，从而能及早发现毛坯中主要表面可能出现的缺陷。次要表面可穿插进行，放在主要表面加工到一定程度后、最终精加工之前进行。
（4）先面后孔原则
对箱体、支架类零件，平面轮廓尺寸较大，一般先加工平面，再加工孔和其他尺寸，这样安排加工顺序，一方面用加工过的平面
定位，稳定可靠；另一方面在加工过的平面上加工孔，比较容易，并能提高孔的加工精度，特别是钻孔，孔的轴线不易偏斜。
（5）先近后远原则
在一般情况下，离对刀点近的部位先加工，离对刀点远的部位后加工，以便缩短刀具移动距离，减少空行程时间。对于车削而言，先近后远还有利于保持坯件或半成品的刚性，改善其切削条件。
6．对刀点与换刀点的确定
所谓对刀就是确定工件在机床的位置，也即是确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置关系。对刀过程一般是从各坐标方向分别进行，它可理解为通过找正刀具与一个在工件坐标系中有确定位置的点（即对刀点）来实现。选择对刀点的原则是：便于确定工件坐标系与机床坐标系的相互位置；在机床上容易找正，加工过程中便于检查；引起的加工误差小。
对刀点可选在工件上，也可选在夹具上或机床上，但必须与工件的定位基准（相当于与工件坐标系）有已知的准确尺寸关系，这样才能确定工件坐标系与机床坐标系的关系。当对刀精度要求较高时，对刀点应尽量选择零件的设计基准或工艺基准上，如以孔定位的工件，可选孔的中心作为对刀点。刀具的位置则以此孔来找正，使“刀位点”与“对刀点”重合。工厂常用的找正方法是将千分表装在机床主轴上，然后转动机床主轴，以使“刀位点”与对刀点一致。一致性越好，对刀精度越高。
对刀时直接或间接地使对刀点与刀位点重合。所谓“刀位点”，是指编制数控加工程序时用以确定刀具位置的基准点，对于平头立铣刀、面铣刀类刀具，刀位点一般取为刀具轴线与刀具底端面的交点；对球头铣刀，刀位点为球心；对于车刀、镗刀类刀具，刀位点为刀尖；钻头则取为钻尖等。
对数控车床、加工中心等数控机床，加工过程中需要换刀时，在编程时应考虑选择合适的换刀点。所谓“换刀点”是指刀架转位
换刀时的位置。该点可以是某一固定点（如加工中心上换刀机械手的位置是固定的），也可以是任意的一点（如数控车床）。换刀点应设在工件或夹具的外部，以刀架转位时不碰工件及其他部位为准。
7．刀具走刀路线的确定
走刀路线是指数控加工过程中刀具（刀位点）相对于被加工工件的运动轨迹。设计好走刀路线是编制合理加工程序的条件之一。确定走刀路线的原则是：
（1）应能保证零件的加工精度和表面质量要求
当铣削平面零件外轮廓时，一般采用立铣刀侧刃切削。刀具切入工件时，应避免沿零件外廓的法向切入，而应沿外廓曲线延长线的切向切入，以避免在切入处产生刀具的刻痕而影响表面质量，保证零件外廓曲线平滑过渡。同理，在切离工件时，也应避免在工件的轮廓处直接退刀，而应该沿零件轮廓延长线的切线逐渐切离工件。铣削封闭的内轮廓表面时，若内轮廓曲线允许外延，则应沿切线方向切入、切出。若内轮廓曲线不允许外延，刀具只能沿内轮廓曲线的
法向切入、切出，此时刀具的切入、切出点应尽量选在内轮廓曲线两几何元素的交点处。
在实际应用中，往往要根据具体的加工情况灵活应用以上原则选择合适的走刀路线。下面以数控车床车削圆弧为例作简要分析。
数控车床上加工圆弧时，一般需要多次走刀，先粗车将大部分余量切除，最后精车成形。如图2-19所示在车圆弧时，先粗车成阶梯形，最后一次走刀精车出圆弧，该方法在确定了每刀背吃刀量
ap后，须精确计算出每次走刀的Z向终点坐标，即求出圆弧与直线的交点。因此，数值计算较繁，但刀具切削加工路线短。图2-20(a)所示是先按不同的半径的同心圆来车削，最后将所需圆弧加工出来，该方法在确定了每刀背吃刀量ap后，对于90°圆弧的起点和终点坐标很容易确定，数值计算简单，编程方便，一般在圆弧R较小时常采用。而按图2-20(b)所示加工时，空行程时间较长。
8．工件的装夹与夹具的选择
在数控加工时，无论数控机床本身具有多高的精度，如果工件因装夹不合理而产生变形或歪斜，就会因此降低零件加工精度。要正确装夹工件，必须合理地选用数控夹具，才能保证加工出高质量的产品。
（1）工件装夹的基本原则
数控加工时，工件装夹的基本原则与普通机床相同，都要根据具体情况合理选择定位基准和夹紧方案。在确定定位基准与夹紧方案时应注意以下几点：
①力求设计基准、工艺基准和编程计算的基准统一。
②尽量减少工件的装夹次数和辅助时间，即尽可能在工件的一次装夹中加工出全部待加工表面。
③避免采用占机人工调整方案，以充分发挥数控机床的效能。
④对于加工中心，工件在工作台上的安放位置要兼顾各个工位的加工，要考虑刀具长度及其刚度对加工质量的影响。
（2）选择夹具的基本原则
数控加工的特点对夹具提出了两个基本要求：一是要保证夹具的坐标方向与机床的坐标方向相对固定；二是要协调工件和机床坐标系的尺寸关系。除此以外，还要考虑以下几点：
①在单件小批生产条件下，应尽量采用组合夹具、可调夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间，提高生产率。
②在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。
③采用辅助时间短的夹具，即工件的装卸要迅速、方便、可靠。
④为满足数控加工精度，要求夹具定位、夹紧精度高。
⑤夹具上各零部件应不妨碍机床对工件各表面的加工，即夹具要敞开，其定位、夹紧机构元件不能影响加工时刀具的进给（如产生碰撞等）。
⑥便于清扫切屑。
9．刀具的选择
数控编程时，正确选择刀具是数控加工工艺中的重要内容。选择刀具通常考虑工件材料、加工型面类型、切削用量以及其他相关因素。刀具选择总的原则是：安装调整方便，刚性好，耐用度和精度高。在满足加工要求的前提下，尽量选择短的刀柄，以提高刀具加工的刚性。
选取刀具时，要使刀具的尺寸与被加工工件的表面尺寸相适应。生产中，平面工件周边轮廓的加工，常采用立铣刀（铣刀半径应小于零件外部轮廓的最小曲率半径）；铣削平面时，应选硬质合金刀片铣刀；加工凸台、凹槽时，选普通硬质合金、超细晶粒硬质合金、涂层或高速钢立铣刀；加工毛坯表面或粗加工孔时，可选取镶硬质合金刀片的玉米铣刀；对一些立体型面和变斜角轮廓外形的加工，常采用球头铣刀、环形铣刀、锥形铣刀和盘形铣刀。
在进行自由曲面加工时，由于球头刀具的端部切削速度为零，因此，为保证加工精度，切削行距一般取得很密，故球头刀常用于
曲面的精加工。而平头刀具在表面加工质量和切削效率方面都优于球头刀，因此在保证不过切的前提下，无论是曲面的粗加工还是精加工，都应优先选择平头刀。另外，刀具的耐用度和精度与刀具价格关系极大，必须引起注意的是，在大多数情况下，选择好的刀具虽然增加了刀具成本，但由此带来的加工质量和加工效率的提高，则可以使整个加工成本大大降低。
在加工中心上，各种刀具分别装在刀库中，按程序规定随时进行选刀和换刀动作。因此必须采用标准刀柄，以便使钻、扩、镗、铣削等工序用的标准刀具，迅速、准确地装到机床主轴或刀库中去。编程人员应了解机床上所用刀柄的结构尺寸、调整方法以及调整范围，以便在编程时确定刀具的径向和轴向尺寸。
10．切削用量的确定
切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量和进给量（或进给速度）。切削用量的大小对切削力、切削功率、刀具磨损、加工质量和加工成本均有显著影响。数控加工中选择切削用量时，就
是在保证加工质量和刀具耐用度的前提下，充分发挥机床性能和刀具切削性能，使切削效率最高，加工成本最低。
合理选择切削用量的原则是：粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和生产成本。因此，在工艺系统刚度允许的情况下，选取较大的背吃刀量ap和进给量f，但不宜选取较高的切削速度vc。半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和生产成本，一般应选取较小的背吃刀量ap和进给量f，以及尽可能高的切削速度vc。具体数值应根据机床使用说明书、切削用量手册，并结合实际经验加以修正确定。
11．程编误差及其控制
程序编制中产生的误差主要由以下三部分组成：
（1）几何建模误差这是用近似方法表达零件轮廓形状时所产生的误差。例如，当需要仿制已有零件而又无法考证零件外形的准确数学表达式时，只能实测一组离散点的坐标值，用样条曲线或曲面
拟合后编程。近似方程所表示的形状与原始零件之间有误差，但一般情况下较难确定这个误差的大小。
（2）逼近误差包括两个方面：一是用直线或圆弧段逼近零件轮廓曲线或复杂刀具轨迹所产生的误差，减小这个误差的最简单方法是减小逼近线段的长度，但这将增加程序段数量和计算时间。另一方面的误差是在三维曲面加工时采用行切加工方法对实际型面进行近似包络成形，减小这个误差的最简单方法是减小走刀行距，但这不仅会成倍增加程序段数量和计算时间，更重要的是将成倍降低加工效率。
（3）尺寸圆整误差它是指计算过程中由于计算精度而引起的误差。在点位数控加工中，程编误差只包含尺寸圆整误差。在轮廓加工中，尺寸圆整误差所占的比例较小，相对于其他误差来说，该项误差一般可以忽略不计。
对于点位加工和由直线、圆弧构成的二维轮廓加工，基本上不存在程编误差问题。但在复杂轮廓加工特别是三维曲面加工时，程编误差（主要是逼近误差）的合理控制是必须充分重视的问题之一。
致谢
历时近三个月的毕业设计终于完成，在这这段时间里，我运用大学四年的专业知识比较成功的完成了本次毕业设计，在毕业设计中通过方案论证，理论设计计算，机械结构的设计，工程图的绘制，设计说明书的撰写等环节的训练，已经使个人理论水平和实际动手能力有了一次飞跃，锻炼了个人在设计、分析，动手实践等方面的能力，同时使所学专业知识得到一次全面的巩固和加强。
此次毕业设计能够顺利完成，我得到了很多老师、同学的关心、帮助和支持，在此本人首先向他们表示感谢。在毕业设计过程中，我的指导老师耿雷老师给予很多专业方面的帮助。在设计前期的准
备时，耿老师就非常关注我的选题，指明选题方向，帮助分析题目的可行性和实际中可能出现的问题以及需要注意的事项；在进行方案选择时，为我指出所需要重点掌握的知识范围，并帮助我分析相应知识难点的原理，使我的毕业设计能顺利进行。
同时，我也要感谢大学四年所有教过和没有教过但给我很多帮助的老师，是他们的教导让我能在这里学到很多的专业知识，给我以后工作和学习打下了坚实的基础，是他们的谆谆教诲使我明白了更多为人处事的道理，给我今后的人生足迹烙下更深的印迹，在此我衷心地感谢所有帮助过我的老师。此外，非常感谢许多其他同学，他们很多想法和建议对我启发很大。在此一并致谢！
还有在中华工业控制网和中国机器人联盟网上以及在其他场合给提供我帮助的知道名字和不知道名字的朋友，在此也一并致谢，谢谢你们！
由于时间和个人知识及能力水平有限，论文中难免会有一些纰漏或错误之处，恳请各位老师批评指正。不胜感谢！
参考文献
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附录1
HOLONIC生产系统的产品设计
摘要：Holonic生产是一种达到分散化、自动化及合作化生产系统机构的方法。那样的系统导致了对产品模型的新的需要，这些由当前的产品设计技术还无法完全实现。本篇文章讲述了对产品设计的新需要，并基于特征技术的应用提出了一种解决方法。 关键词：Holonic生产系统，产品设计 介绍：
目前，在生产厂商中有一种主流趋势，即从庞大的，等级分明的组织转向到小规模的，分散的并局部自动化生产的组织。生产厂商正逐渐从于20世纪20年代泰勒发明的大批量生产技术转向“工厂中的小工厂”，它能对顾客主导的市场需求迅速作出反应。尽管越来越多的公司正试图将注意力集中到已经被证实是灵活的生产厂商上，但却没有作出多少在为自动化，分散化生产组织确立一个理论原则。Holonic生产系统就是达到那样原则的一种方法。Holonic生产的一部分是产品模型与产品数据交换编排格式的定义。在对
holonic生产的概念进行一个简短介绍之后，我们将分析一下holonic生产对产品设计的需要，一种通过HMS进行产品设计方法将从这些需要中推理出来。 HMS的含义
Holonic生产被看作是一种很有前景的方法，满足了很多有关产品和生产的需要，它的最终目的是追求高度分散化生产系统的建筑设计的发展，这些被建造是基于一种由标准化、自动化、合作化、智能化元素的独立化单元的混合，例如：
．新的或是已被采用的生产系统的更快，更可靠的设计和实施，
这些设计以大规模范围和伸展性为特征/HAYA93/ ．区域自动化
．生产系统有效的重复使用
．更迅速，对产品设计和需求产品数量改变的自主适应 ．更短的控制时间
．更可靠的管理，由于内在监控，分析和质量保证的能力 ．从目前生产系统向全面的holonic系统的可观的，逐步的转
变
HMS的作用性和结构性方面的概念是从诸如生物学，心理学和社会学等几种科学领域的普遍概念中得出的，新的样式包含等级系统的本身概念和分配系统中自动化元素的结合。HMS概念是基于Koestler于20世纪60年代末期在生物和科学系统设计方面的先驱贡献，这些系统由独立的单元构成，能够独自工作，然而不能依赖其它单元，这些系统的结构以这些单元的等级制度表现特征的，而这些单元就被称为holons。Holon这个词是古希腊语中意味着完整的‘holos’和后缀‘on’的结合，象征着粒子，中子，质子等等。
然而普遍的生产系统结构都是以命令与服从的关系按等级层次设计的，holonic结构是以整体与局部的关系设计的。（图1）它不同在以下几个方面：
．HMS是由holons构成的，每一个holon都是一个系统结构群，充满自主性与合作性。一个生产holon可以转变、传输、储存或者删除信息和实体。holon包含一部分信息编写
过程，并且往往是实体编写过程，也可能是另一holon的一部分。
．HMS被组织作为holarchy，它为holons的合作定义基本的原则，因此限定了它们的独立。它天生是一种没有等级制度的少见的组织。
．尽管如此，HMS不是以固定方式组织的，而是随时自我组织以满足需要，使自身适应于其环境的变化或是自身。因此，它也能按短暂的等级制度组织自身。
对于发展那样一种个别的，分散的作出决定的机构来说，单个元素的自主与合作能力是最重要的特点。在HMS中，具有自主与合作能力的系统元素就被称为holons。
相比于人类常常是holon的一部分，他们并不总是被需要。如果他们是holon的一部分，那他们最可能被认为是信息处理过程的部分，有时也被认为是实体处理部分。
Holarchy是这样一种机构，holons在其中被组织并彼此合作。它被定义作为holons系统，这个系统能通过合作达成目标或者客
观实体。在holarchy中，为了使自身适应既定的客观实体和环境，holons能够随时彼此融合。正常来说，holon是其自身的产物。因此，holarchy可以被看作是某种等级制度，holarchy和普遍的等级制度的不同之处在于holarchy的随时重复布局性和holons的合作机制。Holons通过直接地合作实现信息和实体成分的交换。通过彼此间的联系，每一holon都持续地主宰着自身的角色和位置，如果Holons熟悉的系统目标能因此更容易，更有效地达到，那么holon就会进入到暂时的命令机构中，这种合作和布局过程发生的方式主要依赖于holarchy所给定的一般规则，例如，当其被设计时，这种方式就会被具体化为holarchy，这个可以和交通系统相比较。车辆移动的方式依赖于交通规则，当其自主作出决定时，他们必须遵守这个交通规则。
在那样一种暂时的等级制度中，holons是自主调节规定的部分，他们的作用：
．作为自主的整体，级别高于部分
．作为独立的部分，级别低于更高层次的目标
．与其所属的环境同级（图2）
因此，holonic系统可以被视为自动化生产变革中的一种直接进步，在这其中静止的命令等级系统被自主性单元和holons的弹性化合作机制所取代。 在HMS中产品设计的需要
holonic生产系统中的产品模型必须满足分散化，自主化和自我组织的holons
的需要。那事先并不被知道是holon，例如，设计holon、过程计划holon，或是编程holon，将利用到产品模型。而且，一种holon的不同的实施方法是可能的。一个例子就是过程计划holon，它可能是自主过程计划设计系统，或是一个工人，他完全人工地设计过程计划。（图3）
不同的holons将应用到不同的产品模型，本身由于一个能应用于所有不同类型的holons的普遍的模型对于计划的应用将变得过于庞大，不可转变。而且，普遍模型的应用将逐步实现最优化，它将被开展通过每个自身的holon。
因此，有证据证实用于产品数据交换的富有弹性的工具和标准
化的编排格式对于发挥holonic生产系统的作用是必要的先前准备。
这些产品数据交换有着高度不同的需要，这些需要从详细CAD数据，包括一件产品的几何性的，技术性的，作用性的特点向一部分为编程系统所需要的列表延伸。
不可否认，一个纯粹的几何学产品描述，如被用以今天的标准，例如IGES或VDA-FS，将是不充足的。Holonic生产将需要能传送有关产品的不同种类的信息，这些产品根据即将实行的ISO10303标准而设计。尽管如此，交换产品数据的弹性甚至比目前根据ISO10303所预测的还要高。一个这方面的例子就是用不同的数据模式实现同一信息实体的交换，这依赖于参与数据交换的holons。
简要地说，在HMS中产品设计的需要是： ．每一个系统都可以应用自身内部的产品代表模式 ．HMS必须为产品数据交换提供灵活的方法
．holons必须被允许自主选择一种合适的产品数据交换模式 ．holons必须被允许最终重新配置一种产品数据交换模式
在HMS中产品设计方法的综合
以下部分首先描述了一种常见的用以holonic生产系统交流的方法，其次，
特别关注产品设计实现的例子也会被提到。
展望HMS中产品设计的方法支持不同水平的数据抽象概念，从普遍的观点来看，这意味着对于同样的实体存在着不同的交换信息的模式。根据系统所含有的能力和需要，一个具体的代表就被选好了。
图4说明了一种基于具体实施代表的交流，箭头的线型描绘了相应单元所对应的代表，这个图说明了所有的单元都对应一种普遍的代表，这种代表允许在一个相对一般的水平上传输产品数据。那也说明了，例如编程和交易系统，共享一种额外的代表（箭头C），它包含了具体到两个单元之间任务的扩展信息。同样，适合于单元‘CAD’和‘CAPP’，例如，它们不得不交换细致的产品设计数据（箭头D）。
一个具体到交流双方的实体代表的概念在HMS中可以适合于
所有类型的holons，所有具体holon功用的一一实施都可以被支持。这个概念允许HMS的逐步实施，就如同逐步优化一样。
在计算机辅助设计，过程计划和编程领域，已经存在有部分支持holonic生产的产品数据交换需要的概念。这些概念是根据特种技术的应用而产生的。相对于特种技术已经基本上在CAD/CAPP系统的内在应用上发展，它也可以作为产品数据交换的工具而应用。
大量的特征描述已经被给出，以下的描述全部来自于/SHAH91/。从生产的观点来看，特征代表了与生产管理和工具相关的形状和技术属性。在设计概念中，特征是应用于生产，分析或者计算设计中的元素。更为常见的，可以说特征代表了部分或是整个工程学的意思。
特征基准的产品设计的一个重要方面就是有可能描述几何性设计系统/TONS94a/的部分或者全部。由几种特征所组成的一部分就是完全通过其特征和几何性，技术性及功能性参数来描述。因此，特征基准数据交换可以在不同的应用中避免很多产品数据交换的问题。
特征应用于不同的公司或者要求这些包括很多不同的特征。事实上，事先了解到一个系统需要的所有特征是不可能的。因此，对于可以被装配的设计系统使用特征图书室，并使其自身适应于不同的环境和任务，这是必需的。这种可以通过一些当今的特征基准设计和过程计划系统而达到的行为是非常接近于holonic生产系统所需要的行为。
在装配系统中，为实现装配和特征数据交换而做的必要准备是一种关于特征与特征图书室的正规描述语言。如果所有系统正使用着同样的正规描述语言的话，他们就可以优先使用成为交换数据一部分的特征图书室对于他们不知道的特征交换特征数据。
对于那样一种描述语言来说，一个好的出发点是EXPRESS语言，它已经在ISO10303的基础上发展起来了。正式的特征语言可能已经在EXPRESS/KRAU91，TONS93/的基础上发展起来。
图5说明了特征如何可以被用作数据交换的一种方法，传递的信息作为回答如何能依赖系统。如果CAD、CAPP及编程系统熟悉具体的特征的话，甚至轴承座，它们都可以通过使用一种简单的文
本格式来交换信息，并不需要表述几何模型，因此，几何学可以从特征信息中重新得出。
当CAD和CAPP系统正在进行交流时，特征的完全的几何性不得不从正式的描述中被改造。因此，特征信息必须包括所有必要的数据，例如空间中的位置和方面。例如表面粗糙度的技术属性也必须被描述。
编程系统又需要有关特征及其尺寸类型的粗略信息。产品中的实际位置在编程系统中不被需要。因此，这些特征参量并非从CAPP传达到编程。另一方面，由CAPP系统产生的信息，例如，描述编程时间的因素和特征的花费，是额外的，并被传送到编程系统，也反馈到CAD系统。实际上，特征内容已经改变很多了，以致于不同的数据交换格式都依照参与数据交换及其方向的元素被使用。 结语
目前朝着自动化、分散化和自主生产系统方向发展的趋势为产品设计带来了新的细节和需要。Holons将使用其自身内部合适的产品数据代表。对于holon交流来说，弹性的、可改变的产品数据
交换格式将是必需的。
目前达到弹性的、可改变的产品数据交换格式的方法是更进一步发展特征技术，如同其已经为设计和过程计划系统发展的一样，并使其适应HMS的需要。特征可以为不同系统和领域之间的产品数据交换提供一种弹性的、全面的方法。通过为特征描述而使用的正式的语言，必要的基准框架可以被达成。
在未来生产系统中，特征不但可以提供一种实现CAD和CAPP系统之间产品数据交换的方法，而且还会为编程，甚至是销售系统提供便利。
附录2
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