一种无避让轿车停放装置的设计

覃智广 陈洪容 曾欣 沈涛

摘要：本设计为一款单个车位上下层无避让的轿车停放装置，工作时通过平行四边形机构与双摇杆机构组合的复合铰链机构作为主运动机构，通过电机控制曲柄旋转，带动平行四边形机构运动到极限位置时变换为三角形机构，同时通过四杆夹持机构从而实现车辆的固定停放。

关键词：无避让停车;复合铰链机构;车轮夹持机构

一、研究的背景及意义

随着当前我国经济科技的高速发展，人民生活水平的不断提高。面对近年来机动车保有量显著增加，停车难问题日益凸显，停车供需矛盾主要集中在居住区域，其中夜间停车供需矛盾尤为突出。设计一款空间利用率高，安全可靠、成本低廉的停车装置将拥有广阔的市场需求。

二、 装置的设计

本装置是一款适用于层高5米的内外停车场，能够同时停放两辆高2.5米以内、车长4.5米以内的小轿车。

本装置主要应用平行四边形机构与双摇杆机构组合的复合铰链机构作为主运动机构，通过电机控制曲柄旋转，带动平行四边形机构运动到极限位置时变换为三角形机构，将车辆斜放在上停车位，再通过复合铰链机构的摆动使上停车位从倾斜运动到水平位置，同时复合铰链机构中的双摇杆结构到达死点位置时，上层完成停车并固定;下层车辆从反方向进出停车位，上下停车互不影响。装置主运动机构三维图如图1示，装置主动机构运动极限位置三维图如图2示。

三、相关计算

1、平面四杆力学性能的计算和分析

机构工作时需要一定的承载能力，同时确保杆有足够的强度，设计杆时应对强度、应力、分力等进行计算和分析。杆的长初定为60mm，宽为40mm。

由于车身具有较大的重量，因此选用工字形截面最为经济合理。如图3所示：

截面计算：A= 60x40=2400mm2

截面系数：Wz=（0.27-0.31）x4x2400=2880

由于车身重量较大一般考虑为2000kg.桿AB和AC所受到的力，如图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

为了判断机构性能的好坏，应找出机构的最小传动角位置并分析。

传动角计算：

[γ]=50。

δmax=180-26-39=105

γmin=180.-δmax=180-105=75

γmin>γ满足γmin≥γ，因此机构具有较好的传力性能。

压力角计算：

γ=90。-α

α=90。-75。=15。

Ft=Fcosα=2.5xcos15。=2.4KN

Fn=Fsinα=2.5xsin15。=0.64KN

Ft>Fn，Ft越大Fn越小机构的动力学性能越好。

轴力计算：

∑Fx=0，-Fn=-F1+F2=-2.5KN， FN=2.5KN

2、带传动的设计计算

主动轮转速为30r/min

V带传动比为iV=n1/n2=4

带轮基准直径：

带速：

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

带速v在5-25m/s之间合适。

中心距、带长及包角：

280<a0<800

初步确定中心距a0=400mm

由普通v带基准长度尺寸系列值，选取带的基准长度Ld=1400mm。

实际中心距：

考虑安装、调整和补偿张紧力的需要，中心距应有一定的调节范围，即：

amin=a-0.015Ld=347mm

amax=a+0.03Ld=410mm

验算小带轮包角：

因此合适。

查带的额定功率，功率增长量、包角修正系数表、带长修正系数表可知：

p0=0.68Kw，Δp=0.1，Ka=0.92，Kc=0.96

带的根数：Z≥Pc/（PO+ΔP）KαKl=3.26

即Z=4。

初拉力计算：

F0=500PC/VZ*（2.5/Ka-1）+qv2

q=0.10kg/m

F0 =364N

带传动作用在带轮轴上的压力：

Q=2FO*Z*sin（α1/2）=2758N

四、 创新点

本作品的创新之处在于采用平行四边形机构与双摇杆机构组合的复合铰链机构作为主运动机构，并通过电机控制曲柄旋转，带动平行四边形机构运动到极限位置时变换为三角形机构，同时通过四杆夹持机构从而实现车辆的停放与固定。新的机械结构简单，设计制造较为容易，机构运行良好;同时有效的提高了单位面积利用率和空间利用率，缓解了停车难问题。

五、应用前景分析

本作品不仅可应用在现有小区单个车位升级改造外，还可以适用在层高5米内的室内外停车库改造，特别是在增加停车计费装置后，还可用于现有单层收费停车位改造升级。该装置将具有广阔的推广应用前景。

参考文献

[1] 吕广庶，张远明.工程材料及成形技术基础.北京：高等教育出版社.2011

[2] 哈尔滨工业大学理论力学教研组编. 理论力学. 北京：高等教育出版.1997

[3] 黄纯颖.机械创新设计.高等教育出版社 2011.7

[4] 孟宪源. 现代机构手册：下册[M].北京：机械工业出版社，2012.1

[5] 周文玲.互换性与测量技术基础.北京：机械工业出版社.2013