折叠式生态停车位的设计

摘 要：提出了一种折叠式生态停车位的机械设计方案。该装置由电动机、齿轮减速机构、连杆传动机构、承重板及绿化板、承重墩组成。这种折叠式生态停车位有小型化、轻量化、机动安装、成本低、适合大规模安装等优点。根据小区停车一般为夜晚停车的规律，采用折叠式停车位，使白天绿化生长不受影响。即使当绿化带的边缘为不规整直线时，该停车位也可根据实际情况机动安装。停车位展开，车辆停车到位，车身重量大部分由承重墩承担。既能有效的利用了小区绿化的空间又能缓解小区停车难的问题。有效保护小区绿化带，体现环保、绿色、高效的理念。

关键词：停车现状；机构组成；理论计算；市场前景

0 引言

随着经济的高速发展，人们物质生活条件日益改善，汽车逐渐走进了千家万户。近几年来私家车数量急剧增加，使城市小区的停车位日趋紧张。根据对小区的实地调研发现，已建成的城市小区由于占地面积等原因，无法再扩建大型停车场或停车设施，使小区居民能够高效便捷的停车就成为了一个亟待解决问题。

本文设计了一种折叠式的停车位，能够有效的利用小区的绿化空间，能有效的缓解现有小区停车难的问题。而且该停车位还具有小型化、轻量化、机动安装、便捷高效绿色等优点。

1 停车位总体设计方案和布局

由于目前居住小区中停车位数量普遍偏少，许多车主甚至将车停在小区绿地带上，这严重影响小区内部秩序和生态环境。针对这一问题，我们设计了一种折叠式生态停车位。在需要停车时，只需将电机开关接通，停车位自动展开，停车到位后，不会影响小区绿地植被的生长。在车辆驶离停车位后，停车位在电机驱动下收回到初始状态。停车位可安装在小区绿化带中，不会影响到小区的绿化美观。

为了达到上述目的，我们的设计方案如图1-1所示：以电动机作为该停车位的动力输入，通过对整体展开时间和所需力矩的估算，从而确定电机转速和转矩，选取电机。设计的齿轮减速增矩机构传动比为4：1，齿轮的材料选取为45钢，进行表面淬火处理，提高齿轮强度，使其满足设计要求。整个机构由4电机动力输入部分、3齿轮减速增矩机构、1连杆传动机构、2展开承重机构等构成。利用电机输出轴带动小齿轮转动，小齒轮将动力传递给与之啮合的大齿轮，再由大齿轮偏心位置的轴承将力传递给连杆传动机构，将停车位展开，当车辆停车到位后，承重机构承担车身大部分重量。当车辆驶离停车位以后，电机反转，将停车位收回到初始状态。

2 停车位各分支机构的设计

2.1 动力输入部分

根据我们对电机工作条件和使用要求，机构展开与收回所需力的大致估算，至少需要1800N的力，才能将停车位可靠的展开与收回。于是我们选取51K40RGN-C减速式步进电机。它为卧式封闭结构。

其参数如下：

电机额定功率：40W；

电机额定电压：220V；

电机额定电流：0.3A；

电机最大扭矩：77.8N·mm；

满载转速 38r/min；

电机伸出轴直径D=12mm；

伸出轴长度E=27mm

机构所需力约为1800N

电机提供最大动力为：77.8N·mm * 27mm=2100.6N

2100.6N >1800N

故电机选取符合设计要求。

同时动力部分需要采取下沉式安装，方便车辆的进出。

2.2 齿轮减速增矩装置的设计

经过对停车位展开和收回所需时间、机构所需力与力矩、电机转速等参数的参考与估算，减速装置采用单级减速，如图2-2-1所示，采用传动比为4：1的两个标准圆柱直齿轮，达到减速增距的效果。齿轮的材料我们选取的45钢，后期进行表面淬火处理，提高齿轮强度，同时齿轮内部45钢可保持其拥有一定的冲击韧性。使其满足设计要求。

2.2.3 齿轮几何尺寸设计

齿数：由于采用闭式软齿面传动，小齿轮齿数的推荐值Z1=17-30，取Z1=18，

所以，两齿轮齿根弯曲疲劳强度满足设计要求。

2.2.5 齿轮应力仿真分析

为了更加直观的了解到两齿轮的应力分布，更加有针对性的对齿轮进行硬化处理，同时对齿轮支承机构的设计进行相关调整。所以对两齿轮进行了应力仿真分析。如图2-2-2所示：红色程度越深代表此处所受力越大，蓝色区域则代表此处不受外力或力较小。为了对齿轮轮齿受力有一个定量的认识，我们对轮齿做了应力分析，如图2-2-3所示。

根据齿轮应力分布图，可以看出，齿轮受力主要集中在啮合部位以及齿轮中心孔。所以设计两齿轮的支撑方式时，采用悬臂式支承，在轴的一端用两个轴承将齿轮轴限定，方便机构的布置和安装，同时也能将齿轮轴和大齿轮准确定位。

2.3 连杆传动机构的设计

通过对机构展开方式和机构运动轨迹的研究，最终选择采用轴承、销以及铝杆之间的有效连接配合，如图2-3-1所示，用五根铝杆组成连杆传动组，将动力传递给承重板及绿化板。以达到传动、折叠、展开的效果。当电动机动力由齿轮减速机构传递到第一根传动铝条上时，通过轴承、销等连接件，依次将动力传递给其他传动杆，再将动力最终传递给承重板和绿化板，从而能实现机构平稳的展开和收回。

2.4 承重部分的设计

承重部分主要由四块承重板和停车位下方的承重墩组成，如图2-4-1所示，通过对车辆自重和行驶阻力等数值的估算，当车辆驶入停车位后，车辆自重会对机构产生较大的压力，同时车辆驶入和驶出停车位时，会产生较大摩擦力，对机构也会产生较大的反作用力。所以在停车位下方即绿化带上设计了承重墩，车体重量大部分由其承担，同时在停车位与承重墩接触的部位，停车位承重板下方设置有凹槽，可与承重墩形成间隙配合，这样就能够使停车位在展开完毕后，车辆停车时对停车位的反作用力不会使停车位产生水平方向的滑移，当车辆驶入和驶出时，车辆对停车位产生的反向作用力也可以被承重墩吸收。从而大大减轻了停车机构的载荷，提高了停车机构的使用寿命。

3 停车位应用前景

随着经济的高速发展，人民物质生活水平的提高，汽车逐渐走进了千家万户。这就使得城市小区的停车位日趋紧张，已建成的城市小区由于占地面积有限等原因，无法再扩建大型停车场或停车设施。而设计的这种折叠式生态停车位。其设计简洁、轻巧、可靠。与目前的专用水泥划线停车位其相比，该停车位能节约75%的占地面积。有效的利用了小区绿化带上方的空间。即使当绿化带的边缘不是规整直线时，该停车位也可根据实际情况机动安装。只要小区绿化面积大于2.5m*5m，这种停车位就可以根据实际情况，机动安装。当条件合适或绿化带边缘开阔平整时，由于此种停车位的制作以及安装成本较低，于是可以并排大批量的安装使用。在较好的缓解小区停车位紧张问题的同时，不对原有的小区绿化带造成破坏。并且该停车位展开和收起均平稳可靠、操作简单、便于安装、机动灵活、成本较低。适合大规模安装使用。这种停车位应有比较广泛的应用前景和市场。

4 结语

设计的这种折叠式生态停车位，从缓解已建成小区停车难的问题和小区生态环境保护的角度出发，体现了环保绿色、可持续发展的理念，能够有效的缓解目前所面临的小区停车难问题。

基金项目：本文系湖北理工学院2017年校级科研项目“基于虚拟现实的交通事故再现及评估技术研究”（项目编号17xjz02Q）成果之一。

参考文献

[1]芦书荣.机械设计基础[M].西安：西北工业大学出版社，2014.

[2]任桂华.互换性与技术测量[M].武汉：华中科技大学出版社，2013.

[3]吴宗泽.机械设计实用手册.北京：化学工业出版社，1999.1.

作者简介：

李士明（1983-），男，硕士，讲师。