立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的研究

1、工學(xué)碩士學(xué)位論文立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的研究包呼日查哈爾濱理工大學(xué)2015 年 3 月工學(xué)碩士學(xué)位論文立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的研究碩 士 研究生：包呼日查 導(dǎo)師：段鐵群 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別：工學(xué)碩士學(xué) 科、專(zhuān) 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)及理論所在 單 位：機(jī)械動(dòng)力工程學(xué)院 答 辯 日 期：2015 年 3 月 授予學(xué)位單位：哈爾濱理工大學(xué)Dissertation for the Master Degree in EngineeringThe Research for the Key Part of the Solid Garges Lifting EquipmentCandidate：Bao HurichaS

2、upervisor：Duan TiequnAcademic Degree Applied for：Master of Engineering Speciality：Mechanical Design and Theory Date of Oral Examination：March, 2015University：Harbin University of Science and Technology哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：此處所提交的碩士學(xué)位論文立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部 件的研究，是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下，在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩士學(xué)位期間獨(dú) 立進(jìn)行研究工作所取得的成果。據(jù)本人

3、所知，論文中除已注明部分外不包含 他人已發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果。對(duì)本文研究工作做出貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體， 均已在文中以明確方式注明。本聲明的法律結(jié)果將完全由本人承擔(dān)。作者簽名：日期：年月日哈爾濱理工大學(xué)碩士學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的研究系本人在哈爾濱理工大學(xué)攻讀碩 士學(xué)位期間在導(dǎo)師指導(dǎo)下完成的碩士學(xué)位論文。本論文的研究成果歸哈爾濱 理工大學(xué)所有，本論文的研究?jī)?nèi)容不得以其它單位的名義發(fā)表。本人完全了 解哈爾濱理工大學(xué)關(guān)于保存、使用學(xué)位論文的規(guī)定，同意學(xué)校保留并向有關(guān) 部門(mén)提交論文和電子版本，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)哈爾濱理工大 學(xué)可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存論文，可以

4、公布論文的全部或部 分內(nèi)容。本學(xué)位論文屬于，保密在 3 年解密后適用授權(quán)書(shū)。 不保密 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打）作者簽名：日期：年月日導(dǎo)師簽名：日期：年月日立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件的研究 摘要隨著我國(guó)個(gè)人汽車(chē)保有量的不斷增加，對(duì)停車(chē)位的需求同時(shí)也在不斷增大， 在城市用地有限的情況下，開(kāi)發(fā)立體車(chē)庫(kù)可以有效地緩解停車(chē)難的問(wèn)題。目前， 我國(guó)針對(duì)立體車(chē)庫(kù)的研究主要集中在鋼結(jié)構(gòu)框架上，而對(duì)于立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu) 的研究則較少。本文以立體車(chē)庫(kù)的提升機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，從強(qiáng)度和剛度兩個(gè)方 面進(jìn)行分析和研究。本文在充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)的研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，給出了立體車(chē)庫(kù)提 升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)地闡述了提升機(jī)構(gòu)的總體結(jié)

5、構(gòu)、工作原理、傳動(dòng)系統(tǒng) 和主要性能參數(shù)。以立體車(chē)庫(kù)工作狀態(tài)的受力情況，借助結(jié)構(gòu)力學(xué)位移法，建 立立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型。根據(jù)提升機(jī)構(gòu)主立柱的受力情況，利用梁柱 結(jié)構(gòu)的一般研究方法，建立主立柱的撓曲線方程，確定出判定主立柱的失效形 式。通過(guò)主立柱的應(yīng)力條件，給出其彎曲強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型?；跀?shù)值模擬的概念， 采用極值法和代入法，并通過(guò)MATLAB編程，求解主立柱的彎曲強(qiáng)度模型，得 到提升機(jī)構(gòu)主立柱極限外載變化規(guī)律?；谟邢拊碚?，采用有限元方法，驗(yàn) 證主立柱極限外載的變化情況。最后，以主立柱的撓度條件為基礎(chǔ)，建立撓度 條件方程，得到主立柱最大撓度值的變化規(guī)律，再利用有限元分析軟件ANSYS 對(duì)其進(jìn)

6、行分析驗(yàn)證。本文通過(guò)對(duì)立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件-主立柱的研究，得到了承載點(diǎn)位 置與立柱承受極限載荷和最大撓曲變形量之間的關(guān)系，為今后設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)高層 立體車(chē)庫(kù)提供理論依據(jù)。關(guān)鍵詞立體車(chē)庫(kù)；提升機(jī)構(gòu)；力學(xué)分析；彎曲強(qiáng)度；極限載荷The Research for the Key Part of the Solid Garges Lifting EquipmentAbstractWith the increasing car ownership in China, more and more parking space is also needed. Because of the limited la

7、nd in urban areas, it is an efficient solution to the parking difficulty that we should develop the solid garage. From now on , the researches on the solid garage focused on steel structure, but very few people took the lifting equipment as the research target. In this paper, we analyze lifting equi

8、pment from the perspective of the strength and stiffness.First of all, we fully understood solid garages development situation at home and abroad. Then we brought in the solid garage lifting equipments overall program including its total structure, the working principle of the whole machine, the con

9、stitution of driving system and the main performance parameters. And on the basis of solid garages working situation, we used displacement method of structural mechanical theory to establish the mechanical model of the solid garages lifting equipment. After that, in light of the main beams working c

10、onditions and theory used in beams research, we established the main beams deflection equations and judged main beams failure mode. And according to the stress condition, we built main beams bending mathematical model. And based on the numerical simulation technology, combining the extremum method w

11、ith subsititutional method to make the model simple, using the MATLAB programming to solve this model, and we got main beams limited loads changing principle. And based on the finite element theory and using ANSYS to judge the changing principle of the limited loads. At last, on the basis of the def

12、lection conditions, we established the deflection equation and got the changing principle of the max deflection. And we used ANSYS to judge this principle.In this paper, we did a research on the main beam of the solid garages liftingequipment. And the results showed the principle of the limited load

13、s and max deflection. Finally, we can provide theoretical basis for designing and developing higher solid garage.Keywords solid garage, lifting equipment, mechanical analysis, bending strength, limited loads目錄 HYPERLINK l _bookmark0 摘要I HYPERLINK l _bookmark1 AbstractII HYPERLINK l _bookmark2 第 1 章

14、緒論1 HYPERLINK l _bookmark3 1.1 課題背景1 HYPERLINK l _bookmark4 1.2 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l _bookmark5 1.2.1 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)外研究現(xiàn)狀2 HYPERLINK l _bookmark6 1.2.2 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀4 HYPERLINK l _bookmark7 1.3 主要研究?jī)?nèi)容5 HYPERLINK l _bookmark8 第 2 章 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l _bookmark9 2.1 提升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)6 HYPERLINK l _bookmark10 2.

15、2 提升機(jī)構(gòu)工作原理7 HYPERLINK l _bookmark11 2.3 提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)分析8 HYPERLINK l _bookmark12 2.4 主要性能參數(shù)11 HYPERLINK l _bookmark13 2.5 本章小結(jié)12 HYPERLINK l _bookmark14 第 3 章 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析13 HYPERLINK l _bookmark15 3.1 提升機(jī)構(gòu)靜力分析13 HYPERLINK l _bookmark16 3.1.1 超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法13 HYPERLINK l _bookmark17 3.1.2 提升機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)模型15 HYPERL

16、INK l _bookmark18 3.2 主立柱的靜強(qiáng)度分析20 HYPERLINK l _bookmark19 3.2.1 主立柱物理模型20 HYPERLINK l _bookmark20 3.2.2 主立柱撓曲線方程21 HYPERLINK l _bookmark21 3.2.3 主立柱彎曲強(qiáng)度問(wèn)題判定24 HYPERLINK l _bookmark22 3.2.4 主立柱彎曲強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型25 HYPERLINK l _bookmark23 3.3 本章小結(jié)27 HYPERLINK l _bookmark24 第 4 章 立體車(chē)庫(kù)主立柱彎曲強(qiáng)度數(shù)值模擬28 HYPERLINK l _b

17、ookmark25 4.1 數(shù)值模擬技術(shù)概述28 HYPERLINK l _bookmark26 4.1.1 數(shù)值模擬含義28 HYPERLINK l _bookmark27 4.1.2 數(shù)值模擬步驟28 HYPERLINK l _bookmark28 4.2 主立柱彎曲強(qiáng)度模擬方法29 HYPERLINK l _bookmark29 4.2.1 代入法29 HYPERLINK l _bookmark30 4.2.2 極值法32 HYPERLINK l _bookmark31 4.3 主立柱彎曲強(qiáng)度結(jié)果分析34 HYPERLINK l _bookmark32 4.4 本章小結(jié)37 HYPERL

18、INK l _bookmark33 第 5 章 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵部件有限元分析38 HYPERLINK l _bookmark34 5.1 有限元理論簡(jiǎn)介38 HYPERLINK l _bookmark35 5.2 有限元建模38 HYPERLINK l _bookmark36 5.2.1 位移函數(shù)39 HYPERLINK l _bookmark37 5.2.2 剛度矩陣40 HYPERLINK l _bookmark38 5.2.3 等效節(jié)點(diǎn)載荷42 HYPERLINK l _bookmark39 5.3 彎曲強(qiáng)度有限元驗(yàn)證42 HYPERLINK l _bookmark40 5.4 撓

19、曲變形分析46 HYPERLINK l _bookmark41 5.4.1 理論分析46 HYPERLINK l _bookmark42 5.4.2 有限元驗(yàn)證48 HYPERLINK l _bookmark43 5.5 本章小結(jié)50 HYPERLINK l _bookmark44 結(jié)論51 HYPERLINK l _bookmark45 參考文獻(xiàn)52 HYPERLINK l _bookmark46 致謝55第1章 緒論 課題背景隨著人類(lèi)文明的不斷發(fā)展和進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)力水平也得到了極大的提升， 人類(lèi)的聚居區(qū)開(kāi)始變得越來(lái)越大，出現(xiàn)了很多超大規(guī)模的城市，我國(guó)的北上 廣均人口超過(guò)1000萬(wàn)，其中北京

20、市的常住人口超過(guò)了2000萬(wàn)，與城市規(guī)模相 對(duì)應(yīng)的是城市中人均的生存空間變得也越來(lái)越小。與此同時(shí)，人們的出行變 得也越來(lái)越不方便，因此，越來(lái)越多的家庭開(kāi)始考慮購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)。根據(jù)我國(guó)汽 車(chē)工業(yè)協(xié)會(huì)公布的車(chē)輛產(chǎn)銷(xiāo)數(shù)據(jù)，2013年產(chǎn)銷(xiāo)量分別約達(dá)到2212萬(wàn)輛和2199 萬(wàn)輛，同比增幅均超過(guò)13%，汽車(chē)的產(chǎn)銷(xiāo)量再次刷新記錄，穩(wěn)居世界第一1,2。 大批量的汽車(chē)開(kāi)始進(jìn)入千家萬(wàn)戶，并且，我國(guó)絕大部分的汽車(chē)都集中在大中 城市，隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的不斷增加，而城市中相應(yīng)的停車(chē)設(shè)施卻沒(méi)有相 應(yīng)地發(fā)展起來(lái)，停車(chē)難的問(wèn)題愈演愈烈，如何解決這個(gè)問(wèn)題也成了當(dāng)下熱門(mén) 的網(wǎng)絡(luò)議題之一。近些年來(lái)，我國(guó)的房地產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭比較迅猛，但

21、是，與之相配套的現(xiàn) 代化停車(chē)方案卻遲遲沒(méi)有被推出。目前，我國(guó)城市商業(yè)建筑中的停車(chē)場(chǎng)都是 平面式的，采用的都是最原始的自走式停車(chē)庫(kù)3，這類(lèi)停車(chē)庫(kù)的缺點(diǎn)很多， 如占用場(chǎng)地較大，有效停車(chē)位置少，存取車(chē)不方便，并且，平面停車(chē)場(chǎng)中真 正用于停車(chē)的面積只占其總面積的一部分，嚴(yán)重浪費(fèi)了城市土地資源。自走 式停車(chē)庫(kù)很難滿足我國(guó)城市的停車(chē)需求。如今城市街區(qū)和住宅區(qū)缺少足夠的 停車(chē)位，是導(dǎo)致馬路停車(chē)擁堵公路的元兇之一4,5。從目前我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施 的建設(shè)來(lái)說(shuō)，交通基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)嚴(yán)重落后于汽車(chē)的增長(zhǎng)量，全國(guó)停車(chē)位的 缺口超過(guò)了500萬(wàn)個(gè)，每年的轎車(chē)銷(xiāo)量增加約在300萬(wàn)左右，由于停車(chē)位的缺 口越來(lái)越大，這也會(huì)在一定程

22、度上影響私人購(gòu)買(mǎi)轎車(chē)，對(duì)汽車(chē)的制造生產(chǎn)都 會(huì)造成一定影響。如何在本來(lái)土地資源就很緊張的城市建設(shè)更多更經(jīng)濟(jì)的停車(chē)位，解決私 人汽車(chē)擁有量的不斷增長(zhǎng)帶來(lái)的城市“停車(chē)難”問(wèn)題，國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家有很多 值得我們借鑒的經(jīng)驗(yàn)。發(fā)達(dá)國(guó)家的大城市大力發(fā)展立體停車(chē)庫(kù)，機(jī)械立體停 車(chē)庫(kù)是解決我國(guó)大城市交通擁堵停車(chē)?yán)щy的一個(gè)有效辦法6,7。機(jī)械式立體停 車(chē)庫(kù)較傳統(tǒng)平面停車(chē)場(chǎng)有諸多優(yōu)點(diǎn)，第一，占地面積利用率高，停車(chē)數(shù)量多，占地面積通常不到平面停車(chē)場(chǎng)的一半，而且，不光可以安裝在地面上，也可 以安裝在地下，它最大的好處就是可以往高處發(fā)展，可以緩解城市日益緊張 的土地資源，同時(shí)，由于城市的土地都很昂貴，故也能節(jié)約建設(shè)經(jīng)費(fèi)；第二

23、， 存取車(chē)很方便，安全性能很高，現(xiàn)代的立體車(chē)庫(kù)自動(dòng)化程度很高，要停車(chē)的 時(shí)候，只需要按一下按鈕，停車(chē)位就會(huì)平穩(wěn)地降落在地面上，待車(chē)在停車(chē)位 上停好之后，再按一下按鈕，停車(chē)位就會(huì)上升、旋轉(zhuǎn)、復(fù)位，另外，防盜性 高，火災(zāi)隱患?。坏谌?，投資費(fèi)用低，傳統(tǒng)的平面停車(chē)場(chǎng)的建設(shè)費(fèi)用高昂， 一個(gè)傳統(tǒng)的停車(chē)位的費(fèi)用能達(dá)到7-8萬(wàn)元，而一些高檔的寫(xiě)字樓的地下停車(chē)位 已經(jīng)超過(guò)了10萬(wàn)元，而在一個(gè)傳統(tǒng)的停車(chē)位上安裝立體停車(chē)庫(kù)，同時(shí)盡可能 的增加停車(chē)位，可以將建設(shè)成本降至4-5萬(wàn)元8,9。除此之外，立體車(chē)庫(kù)的使 用環(huán)保，無(wú)污染，無(wú)需安裝大型通風(fēng)裝備，可降低投資成本。在城市中，立 體車(chē)庫(kù)將會(huì)逐漸替代傳統(tǒng)停車(chē)場(chǎng)，占有更重要

24、地位。目前，對(duì)立體車(chē)庫(kù)的研究多數(shù)集中在停車(chē)庫(kù)的鋼架結(jié)構(gòu)上，而對(duì)于立體 車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的研究就很少。提升機(jī)構(gòu)在提升需停放車(chē)輛的時(shí)候，主立柱承 受著外載的重力和彎矩的雙重作用，承受載荷很大，在提升機(jī)構(gòu)運(yùn)行的過(guò)程 中，主立柱會(huì)產(chǎn)生撓曲變形，如果撓曲變形或者最大應(yīng)力過(guò)大會(huì)嚴(yán)重影響提 升機(jī)構(gòu)的工作性能，從而會(huì)影響整個(gè)立體車(chē)庫(kù)的使用。同時(shí)，對(duì)提升機(jī)構(gòu)的 理論分析可以有效地指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)高層立體車(chē)庫(kù)。所以，我們對(duì)立 體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的理論分析與研究就具有非常重要的意義。 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)外研究現(xiàn)狀提升機(jī)構(gòu)中有梁柱和鋼架結(jié)構(gòu)。其中，梁柱結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用到各類(lèi)機(jī)械 結(jié)構(gòu)和建筑結(jié)構(gòu)中。在機(jī)械結(jié)構(gòu)

25、中，被廣泛應(yīng)用于工程機(jī)械、農(nóng)用機(jī)械、機(jī) 床和汽車(chē)等機(jī)構(gòu)中；在建筑結(jié)構(gòu)中，被廣泛應(yīng)用于橋梁、住宅、寺廟、水塔 和電視塔等結(jié)構(gòu)中。在一般情況下，我們將主要承受彎曲變形的構(gòu)建稱(chēng)為梁或柱10。在工程 應(yīng)用中，梁按照約束形式主要分為三類(lèi)：簡(jiǎn)支梁、懸臂梁和外伸梁。簡(jiǎn)支梁 的約束端中，一端是固定鉸支座，另一端是可動(dòng)鉸支座；懸臂梁的兩端中， 只有一端有約束為固定約束，另一端沒(méi)有約束；外伸梁是由簡(jiǎn)支梁變化而來(lái)， 當(dāng)簡(jiǎn)支梁的一端或兩端伸出支座的外面，即為外伸梁11。國(guó)外關(guān)于梁理論的研究開(kāi)展的比較早，達(dá)芬奇是第一位研究梁柱結(jié)構(gòu)的 科學(xué)家，不過(guò)由于其所處時(shí)代缺少?gòu)椥岳碚摵臀⒎e分理論，導(dǎo)致沒(méi)有取得突 破性的成果。在17

26、50年，瑞士科學(xué)家歐拉和伯努利開(kāi)始研究梁柱結(jié)構(gòu)，創(chuàng)建 了EulerBernoulli梁理論，也叫做細(xì)長(zhǎng)梁理論，該理論認(rèn)為：在梁彎曲情況 下，在梁的橫截面上存在正應(yīng)力和切應(yīng)力，對(duì)于細(xì)長(zhǎng)梁而言，切應(yīng)力對(duì)正應(yīng) 力和彎曲變形量的影響很小，可以忽略不記，同時(shí)，假設(shè)梁的截面在變形前 后均為平面。20世紀(jì)早期美國(guó)科學(xué)家鐵木辛柯進(jìn)一步發(fā)展了EulerBernoulli 梁理論模型，考慮了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和剪切變形的影響，并創(chuàng)立了Timoshenko梁理 論12。該理論適用于長(zhǎng)度較短梁或者復(fù)合材料梁，此后，鐵木辛柯利用Airy 函數(shù)和傅立葉級(jí)數(shù)展開(kāi)的應(yīng)力函數(shù)13，以狹長(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁和懸臂梁為研究對(duì) 象，當(dāng)其在分別收到均勻載

27、荷和集中載荷作用時(shí)，求出該梁的應(yīng)力和撓度表 達(dá)式。隨后，隨著生產(chǎn)力的不斷發(fā)展，梁柱理論的研究也沒(méi)有停止，上世紀(jì)80 年代末，德國(guó)學(xué)者Schardt提出了廣義梁理論，以無(wú)分支開(kāi)口的截面桿件作為 研究對(duì)象，放棄了傳統(tǒng)理論中的剛性周邊條件，以截面中線結(jié)點(diǎn)上的軸線位 移作為控制方程的基本未知量，建立了廣義梁方程14。上世紀(jì)末，丹麥學(xué)者 提出了薄壁梁的畸變理論，該理論采用的假設(shè)條件和Schardt的廣義 梁理論采用的類(lèi)似，以一個(gè)畸變的桿件為研究對(duì)象，截面類(lèi)型包括開(kāi)口和閉 口的，分析了桿件的整體變形情況和截面畸變的影響15-17。Reddy J N等人對(duì) 高階理論下的梁的彎曲解同經(jīng)典理論下的梁彎曲解進(jìn)行了

28、分析和比較，并得 到了相應(yīng)的結(jié)論18。Dongming Wei等人使用利茲-伽遼金有限單元法對(duì)非線 性的歐拉-伯努利梁方程進(jìn)行了求解分析，得到了其精確解，并分析了使用有 限元法求出解的收斂率和對(duì)應(yīng)的誤差值19。和共同研究了基于 彈塑性理論下的純彎曲梁微小變形下的耦合應(yīng)力如何求解的問(wèn)題，考慮了彈 塑性變形對(duì)梁彎曲的影響，并且得到了梁的內(nèi)力彎矩和曲率之間的關(guān)系表達(dá) 式20。Chan HC和Cai CW等人以單跨連續(xù)梁為研究對(duì)象，對(duì)該梁施加均布載 荷，然后使用有限元法建立梁的方程，得到了梁的固有頻率和撓度的表達(dá)， 同時(shí)使用U變換法對(duì)梁的方程解耦，推導(dǎo)出平面梁?jiǎn)卧氖諗柯?1。 和等人以矩形截面梁為研

29、究對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了靜力學(xué)分析和動(dòng)力學(xué)分 析，使用U變換理論和有限差分法，得到了矩形截面梁的固有頻率、振幅、 位移等的解析解22。 梁柱結(jié)構(gòu)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀在我國(guó)關(guān)于梁柱結(jié)構(gòu)的研究要比西方國(guó)家開(kāi)展的晚一些，在建國(guó)之后， 錢(qián)偉長(zhǎng)教授等人提出了彈性柱體的扭轉(zhuǎn)理論，使用湊合法、級(jí)數(shù)法和保角映 像法等方法求解彈性柱體的扭轉(zhuǎn)問(wèn)題。隨著我國(guó)國(guó)力的不斷增強(qiáng)，梁柱結(jié)構(gòu) 被廣泛地應(yīng)用到工程實(shí)際中，例如，船舶、汽車(chē)、工程機(jī)械和機(jī)床等領(lǐng)域， 因此，關(guān)于梁柱結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用工程領(lǐng)域的理論研究也開(kāi)始越來(lái)越多了。楊永謙和黃貽平研究了薄壁梁理論在船體結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，使用多種方法 計(jì)算出梁結(jié)構(gòu)的變形和應(yīng)力，并討論和比較了各個(gè)方法的優(yōu)缺點(diǎn)

30、23。上海交通大學(xué)的劉志剛以GM-Lift半潛式平臺(tái)為研究對(duì)象，針對(duì)不同的工 作情況，應(yīng)用Patran/Nastran對(duì)其立柱進(jìn)行強(qiáng)度分析，另外，針對(duì)立柱的應(yīng)力 集中現(xiàn)象，建立應(yīng)力集中和結(jié)構(gòu)直接的關(guān)系，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)和分析， 最后，達(dá)到了減輕船體重量和增加立柱強(qiáng)度的目的24。蘭州理工大學(xué)的尹紀(jì)強(qiáng)對(duì)數(shù)控車(chē)床的立柱進(jìn)行了靜力學(xué)和動(dòng)力學(xué)分析， 得到了立柱的應(yīng)力云圖、應(yīng)變?cè)茍D、前10階固有頻率和在切削力作用下的位 移頻率曲線，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，找出立柱結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)并進(jìn)行結(jié)構(gòu) 的加強(qiáng)與改進(jìn)25。南京理工大學(xué)的王衛(wèi)清以半掛車(chē)的主縱梁為研究對(duì)象，針對(duì)不同工況進(jìn) 行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度分析，然后探討了

31、幾種主縱梁結(jié)構(gòu)的改進(jìn)方案，通過(guò)加 大主縱梁與銷(xiāo)座的接觸面積，同時(shí)降低主縱梁中間腹板高度可以減少最大應(yīng) 力和最大變形26。劉毅、胡志強(qiáng)等人對(duì)單柱式風(fēng)機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，提出了一種利用 空氣-水動(dòng)力耦合分析技術(shù)對(duì)風(fēng)機(jī)動(dòng)力性能的分析方法，得到了風(fēng)機(jī)的總體結(jié) 構(gòu)應(yīng)力水平和分布情況，得到了一種新的評(píng)估結(jié)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的方法27。 南京理工大學(xué)的趙振東對(duì)汽車(chē)懸架前梁進(jìn)行了有限元分析，通過(guò)結(jié)合多 體動(dòng)力學(xué)和有限元方法，得到了前梁在不同工況下的應(yīng)力分布情況。另外，對(duì)前梁進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了前七階模態(tài)，根據(jù)各階模態(tài)對(duì)應(yīng)的變形情況， 對(duì)前梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)和加強(qiáng)，改進(jìn)方案在實(shí)際中得到了應(yīng)用28。大慶石油大學(xué)的戰(zhàn)

32、紅以旋挖鉆機(jī)立柱為研究對(duì)象，針對(duì)機(jī)構(gòu)的工況進(jìn)行 了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析和可靠性分析，運(yùn)用有限元方法和材料力學(xué)的方法分別計(jì)算 出了立柱不同工況下的應(yīng)力和位移的變化分布，驗(yàn)證了有限元方法的可靠性。 另外，根據(jù)有限元分析的結(jié)果，確定了結(jié)構(gòu)選型和結(jié)構(gòu)參數(shù)，從而提高了結(jié) 構(gòu)穩(wěn)定性，降低了生產(chǎn)制造成本29。 主要研究?jī)?nèi)容本文以立體車(chē)庫(kù)的提升機(jī)構(gòu)為研究對(duì)象，建立提升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型。同時(shí) 對(duì)提升機(jī)構(gòu)主立柱的進(jìn)行強(qiáng)度分析，并建立主立柱的強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型。利用三 維軟件建立提升機(jī)構(gòu)的三維模型，使用有限元分析軟件對(duì)提升機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵部 件進(jìn)行有限元分析。通過(guò)對(duì)立體車(chē)庫(kù)的學(xué)習(xí)和研究，確定了以下幾個(gè)方面作 為課題研究的主要內(nèi)容，具體研究

33、內(nèi)容如下：1.充分調(diào)研國(guó)內(nèi)外立體車(chē)庫(kù)和立柱結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀，學(xué)習(xí)梁柱結(jié)構(gòu)的分 析方法，根據(jù)本文中研究的結(jié)構(gòu)，選用合適的研究方法。提出了立體車(chē)庫(kù)提 升機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)、提升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)和整體機(jī)構(gòu)的工作原理，并提出提 升機(jī)構(gòu)的主要性能參數(shù)，為接下來(lái)的力學(xué)分析奠定基礎(chǔ)。2.根據(jù)立體車(chē)庫(kù)工作時(shí)的受力情況，運(yùn)用結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識(shí)，對(duì)提升機(jī)構(gòu) 進(jìn)行力學(xué)分析，建立提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型，確定各點(diǎn)處的受力情況。然后， 對(duì)主立柱進(jìn)行強(qiáng)度分析，建立彎矩平衡方程，求解主立柱的撓曲線表達(dá)式， 判定主立柱的失效形式，建立主立柱彎曲強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型。3.根據(jù)已經(jīng)建立的彎曲強(qiáng)度數(shù)學(xué)模型，使用代入法和極值法分析計(jì)算該 數(shù)學(xué)模型，建立外載荷

34、作用位置與可承受最大載荷之間的關(guān)系曲線以及彎曲 強(qiáng)度函數(shù)的變化曲線。4.采用有限元方法，并使用有限元軟件ANSYS分析驗(yàn)證理論計(jì)算得到的 主立柱極限載荷變化規(guī)律；根據(jù)主立柱撓曲變形條件，建立撓度條件方程， 確定主立柱最大撓曲變形量的變化規(guī)律，并進(jìn)行相關(guān)驗(yàn)證。第2章 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)方案設(shè)計(jì)提升機(jī)構(gòu)是立體車(chē)庫(kù)實(shí)現(xiàn)車(chē)輛停放的核心機(jī)構(gòu)，提升機(jī)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)直線 行走、垂直升降和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，結(jié)構(gòu)采用電梯升降式，具有完整的控制系統(tǒng)， 操作方便，整體機(jī)構(gòu)占地面積小，可充分利用地上空間，非常適合交通擁堵 的城市廣泛推廣應(yīng)用。 提升機(jī)構(gòu)總體結(jié)構(gòu)6785941032111立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的總體結(jié)構(gòu)主要包括行走車(chē)、上下

35、行走軌道、主立柱、 停車(chē)板、提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱等，提升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖2-1所示。立體車(chē) 庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的各部件之間的連接方式主要以螺釘?shù)墓潭ㄟB接為主，下面介紹 幾個(gè)主要部件的連接方式和各自發(fā)揮的作用。1-前驅(qū)動(dòng)輪；2-行走小車(chē)；3-主立柱；4-停車(chē)板；5-提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)6-回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱；7-上橫梁；8-上導(dǎo)輪；9-次立柱；10-加強(qiáng)拉筋；11-行走后輪 圖 2-1 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖Fig.2-1 Overall simple figure of solid garage lifting equipment（1）行走小車(chē) 前驅(qū)動(dòng)輪1和行走后輪11通過(guò)一根傳動(dòng)軸與行走小車(chē)2 的車(chē)體連接，前驅(qū)動(dòng)輪1

36、為整個(gè)提升機(jī)構(gòu)提供向前行走的驅(qū)動(dòng)力，行走后輪11 一共有兩對(duì)，主要為整個(gè)提升機(jī)構(gòu)提供導(dǎo)向作用和平衡外載的作用。（2）主立柱 主立柱3的下端用螺釘與法蘭盤(pán)固定連接連接，同時(shí)，法 蘭盤(pán)和主立柱3做為一個(gè)整體是插接在行走小車(chē)1上，潤(rùn)滑裝置安裝在行走小 車(chē)2與主立柱3插接的前端面上，在連接處的下端安裝端蓋，防止在空氣中塵 土進(jìn)入，保持良好的密封性。（3）提升動(dòng)力機(jī)構(gòu) 提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5是安裝在主立柱3上，提升動(dòng)力機(jī)構(gòu) 5主要分為兩部分，一部分是與停車(chē)板4插接，同時(shí)，與載車(chē)板做為一個(gè)整體 借助其上的滾動(dòng)輪可以在主立柱3上自由地上下移動(dòng)，另一部分是固定在主立 柱3上，為停車(chē)板4的上下移動(dòng)提供動(dòng)力。（4）回轉(zhuǎn)動(dòng)

37、力箱 主立柱3的上端與回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱6固定連接，這樣，主立 柱3可以和回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱6一起轉(zhuǎn)動(dòng)；上橫梁7的下端固定連接一個(gè)法蘭盤(pán)，回轉(zhuǎn) 動(dòng)力箱6的上端與該法蘭盤(pán)的下端插接，可以確?；剞D(zhuǎn)動(dòng)力箱6在轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí) 不會(huì)讓上橫梁7跟著一起轉(zhuǎn)動(dòng)。（5）上導(dǎo)輪 在上橫梁7的上端安裝著兩對(duì)尺寸不相同的導(dǎo)輪8，上導(dǎo)輪 8的作用主要有兩點(diǎn)：第一點(diǎn)，與行走小車(chē)2上的行走輪一起配合，對(duì)整個(gè)提 升機(jī)構(gòu)起到導(dǎo)向的作用；第二點(diǎn)，在載車(chē)板收到外載作用的時(shí)候，由于車(chē)輛 在載車(chē)板上是偏載的，故有防止提升機(jī)構(gòu)整體側(cè)翻的作用。最后，在行走小車(chē)2和上橫梁7之間固定連接著次立柱9和加強(qiáng)拉筋10，次 立柱9和加強(qiáng)拉筋10的作用就是分擔(dān)主立柱3的載

38、荷，增強(qiáng)了提升機(jī)構(gòu)的整體 強(qiáng)度和剛度。 提升機(jī)構(gòu)工作原理由圖2-1可以看出，立體車(chē)庫(kù)的提升機(jī)構(gòu)一共有三個(gè)動(dòng)力源，動(dòng)力源分別 在行走小車(chē)2、提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5和回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱6內(nèi)，分別實(shí)現(xiàn)提升機(jī)構(gòu)整體的直 線行走運(yùn)動(dòng)、停車(chē)板與提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)的垂直升降運(yùn)動(dòng)和主立柱及其上部件的 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。提升結(jié)構(gòu)的工作順序 首先，停車(chē)板4和提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5在初始狀態(tài)下是 在主立柱3的最下端，停車(chē)板是停放在地面上的，當(dāng)需要停放的車(chē)輛在停車(chē)板 4上挺好后，提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5在提升電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，使停車(chē)板4和提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)提升高度達(dá)到比鋼結(jié)構(gòu)框架中的停放高度稍高時(shí)，提升電機(jī)動(dòng)力停止輸出；然后，在回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱6內(nèi)的回轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下

39、，主立柱3、停車(chē) 板4和提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5勻速旋轉(zhuǎn)90度，接著回轉(zhuǎn)電機(jī)停止動(dòng)力輸出；接著，在 行走小車(chē)2內(nèi)行走電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，整個(gè)提升機(jī)構(gòu)朝著鋼結(jié)構(gòu)框架內(nèi)進(jìn)行直線行 走運(yùn)動(dòng)，當(dāng)停車(chē)板4到達(dá)停車(chē)位的上方時(shí)，行走小車(chē)1停止運(yùn)動(dòng)；然后，在提 升電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，將提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5、停車(chē)板4和所停車(chē)輛穩(wěn)穩(wěn)地落在停車(chē)位 上，然后，提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)5和停車(chē)板4分離，主立柱3及其上部件在回轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū) 動(dòng)下逆向回轉(zhuǎn)90度，最后，在行走電機(jī)驅(qū)動(dòng)下，整個(gè)提升機(jī)構(gòu)沿著軌道行進(jìn) 回到初試位置，這樣就完成了實(shí)現(xiàn)停放車(chē)輛的整個(gè)過(guò)程。 提升機(jī)構(gòu)傳動(dòng)系統(tǒng)分析傳動(dòng)系統(tǒng)就是把動(dòng)力系統(tǒng)產(chǎn)生的動(dòng)力傳遞給系統(tǒng)的執(zhí)行部件，我們通常 也習(xí)慣把機(jī)械系統(tǒng)中的某

40、一條傳動(dòng)鏈叫做某傳動(dòng)系統(tǒng)，例如，主傳動(dòng)系統(tǒng)、 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)等。傳動(dòng)系統(tǒng)是聯(lián)系動(dòng)力系統(tǒng)和執(zhí)行部件的中間傳遞環(huán)節(jié)，是 機(jī)械系統(tǒng)的重要構(gòu)成部分，它把動(dòng)力系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力經(jīng)過(guò)一定變換之后傳 遞給機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行部件，以此來(lái)滿足機(jī)械系統(tǒng)的工作要求。傳動(dòng)系統(tǒng)的主要功能有以下幾個(gè)方面：（1）實(shí)現(xiàn)各級(jí)運(yùn)動(dòng)裝置的升降速功能；（2）實(shí)現(xiàn)執(zhí)行件的變速功能；（3）實(shí)現(xiàn)變化執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)規(guī)律和形式的功能；（4）實(shí)現(xiàn)分配不同執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)的功能；（5）實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換各級(jí)運(yùn)動(dòng)裝置動(dòng)力的功能30。如圖2-2、圖2-3和圖2-4所示為立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的3個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)，均為 定比傳動(dòng)系統(tǒng)，各個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)次數(shù)均不相同，次數(shù)越多，則效率越低。 傳

41、動(dòng)系統(tǒng)的效率，主要包括：1）嚙合中的摩擦損失；2）潤(rùn)滑油被攪動(dòng)的油 阻損失；3）軸承中的摩擦損失。傳動(dòng)效率的表達(dá)式=1*2*3(2-1)式中，1 為考慮嚙合損失時(shí)的效率；2 為考慮油阻損失時(shí)的效率；3 為軸承 效率。本文中采用的齒輪傳動(dòng)形式為閉式傳動(dòng)，閉式傳動(dòng)的嚙合效率通常在 96%以上；渦輪蝸桿傳動(dòng)與其他傳動(dòng)形式相比，其嚙合效率較低，其嚙合效 率與其導(dǎo)程角有關(guān)；對(duì)于鏈傳動(dòng)來(lái)說(shuō)，其傳動(dòng)效率在通常情況下也很高31。 行走部分的傳動(dòng)系統(tǒng)原理圖如圖2-2所示，在行走部分的傳動(dòng)系統(tǒng)中，一共有3個(gè)變速裝置，包括2個(gè)齒輪減速裝置和1個(gè)渦輪蝸桿減速裝置。行走部分 傳動(dòng)系統(tǒng)工作過(guò)程如下：驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過(guò)渦輪蝸桿減

42、速器，電機(jī)轉(zhuǎn)速為n1，完 成第一級(jí)減速，減速比ia1=z2/z1，故有n1=n1/ia1；把動(dòng)力傳給齒輪1，動(dòng)力再 由齒輪z1到齒輪z2完成第二級(jí)減速，減速比ia2=z4/z3，故有n1=n1/ia2；因?yàn)辇X 輪z2和齒輪z3同軸，故直接動(dòng)力傳給齒輪z3，再由齒輪z3和齒輪z4的嚙合傳動(dòng) 完成第三級(jí)減速，減速比ia3=z6/z5，故有n 1=n1/ia3；齒輪z4和前驅(qū)動(dòng)輪是螺 釘固定連接，最后將動(dòng)力通過(guò)齒輪z4傳給前驅(qū)動(dòng)輪，實(shí)現(xiàn)提升機(jī)構(gòu)的向前行 走，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，即可進(jìn)行提升機(jī)構(gòu)的返程。齒輪 Z6齒輪 Z5蝸桿 Z1電機(jī)前驅(qū)動(dòng)輪蝸輪 Z2齒輪 Z4齒輪 Z3圖 2-2 行走部分傳動(dòng)原理圖

43、Fig.2-2 Transmission principle figure of walking part蝸桿 Z1蝸輪 Z2減速電機(jī)主立柱圖 2-3 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)傳動(dòng)原理圖Fig.2-3 Transmission principle figure of rotating system回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-3所示，其傳動(dòng)形式較為簡(jiǎn)單，減速裝置為一對(duì)渦輪蝸桿減速器，回轉(zhuǎn)電機(jī)的動(dòng)力經(jīng)一級(jí)減速裝置，動(dòng)力就可直接到達(dá) 執(zhí)行部件-主立柱，減速電機(jī)轉(zhuǎn)速為n2，減速比ib1=z2/z1，則有n2=n2/ib1，當(dāng) 回轉(zhuǎn)電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)，主立柱就朝反方向轉(zhuǎn)動(dòng)。減速電機(jī)鏈輪 Z1鏈輪 Z3鏈輪 Z2提升動(dòng)力機(jī) 構(gòu)和

44、停車(chē)板鏈輪 Z4圖 2-4 提升系統(tǒng)傳動(dòng)原理圖Fig.2-4 Transmission principle figure of lifting system提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)如圖2-4所示，該傳動(dòng)系統(tǒng)主要是依靠鏈傳動(dòng)實(shí) 現(xiàn)動(dòng)力傳輸?shù)模瑒?dòng)力傳遞過(guò)程中進(jìn)行了一次減速之后，動(dòng)力到達(dá)執(zhí)行部件。 減速電機(jī)轉(zhuǎn)速n3，首先提升電機(jī)的動(dòng)力傳給鏈輪z1，經(jīng)過(guò)一次鏈傳動(dòng)減速， 減速比ic1=z2/z1，n3= n3/ic1；動(dòng)力到達(dá)鏈輪z2，鏈輪2、3同軸，其中，z2=z3； 故動(dòng)力直接傳遞給鏈輪3，其中z3=z4，故鏈輪z3和鏈輪z4之間的鏈傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)了 停車(chē)板和提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。由于鏈傳動(dòng)中鏈輪和鏈

45、條的磨損較大， 傳動(dòng)不夠平穩(wěn)，運(yùn)行過(guò)程中易產(chǎn)生沖擊和振動(dòng)，所以，在提升運(yùn)動(dòng)當(dāng)中，為 了避免鏈條損壞后導(dǎo)致停車(chē)板和停放車(chē)輛的墜落，在鏈輪z4上端安裝一個(gè)動(dòng) 態(tài)防墜保險(xiǎn)，當(dāng)提升系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生打滑現(xiàn)象后，可以保證停車(chē)板和停放車(chē)輛停在半空，不會(huì)墜落。 主要性能參數(shù)立體停車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的主要性能參數(shù)可以表征立體車(chē)庫(kù)的實(shí)際工作能 力，是立體車(chē)庫(kù)設(shè)計(jì)的重要設(shè)計(jì)依據(jù)，也是消費(fèi)者購(gòu)買(mǎi)選擇立體車(chē)庫(kù)的重要 依據(jù)。本文中的單柱式立體車(chē)庫(kù)的重要技術(shù)參數(shù)主要包括：承載車(chē)型及重量、 提升速度、提升高度和回轉(zhuǎn)速度。1.承載車(chē)型及重量 承載車(chē)型及重量是指立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)在正常工作 時(shí)可以承載車(chē)輛的尺寸大小和重量，尺寸一般包括

46、汽車(chē)的車(chē)長(zhǎng)l、車(chē)寬w和車(chē) 高h(yuǎn)。表2-1為我國(guó)市面常見(jiàn)車(chē)型的車(chē)型參數(shù)，包括了6種常見(jiàn)車(chē)型，車(chē)型大小 從小型轎車(chē)到微型面包車(chē)。傳統(tǒng)的停車(chē)位的長(zhǎng)度和寬度通常要比停放車(chē)輛的 長(zhǎng)度和寬度要多到，立體停車(chē)庫(kù)的停車(chē)位則只需要多出到即 可32。在本文中，進(jìn)行分析和研究的立體車(chē)庫(kù)適合停放車(chē)輛尺寸為車(chē)長(zhǎng)5000車(chē)寬1850車(chē)高1750mm3，重量為1700Kg。表 2-1 汽車(chē)車(chē)型參數(shù)Table2-1 Parameters of automotive type項(xiàng)目小型中型中大型大型超大型微型面包車(chē)長(zhǎng) l/mm470050005100530057005100車(chē)寬 w/mm170018001900205020501

47、900車(chē)高 h/mm155015501550155015502050重量/Kg1600170019002100230025002.提升速度 提升速度是指在提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，載車(chē)板和提升動(dòng)力 機(jī)構(gòu)連接部分沿著主立柱進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到的速度。在本文中，分析和 研究的立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的提升速度約為5m/min，加速時(shí)間在，提升動(dòng) 力機(jī)構(gòu)內(nèi)的電機(jī)額定功率為，輸出轉(zhuǎn)速約為25r/min。3.提升高度 提升高度是指在提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，載車(chē)板和提升動(dòng)力 機(jī)構(gòu)連接部分沿著主立柱進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到的最大高度。對(duì)于立體停車(chē) 庫(kù)而言，只有二層及以上的停車(chē)位才需要提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)進(jìn)行提升，第一層停 車(chē)位不需借

48、助提升機(jī)構(gòu)即可停車(chē)。具有2層鋼結(jié)構(gòu)框架的立體車(chē)庫(kù)，提升高度 可達(dá)，3層的提升高度最高可以達(dá)到，4層的最大提升高度達(dá)到，5層的最大提升高度達(dá)到，6層的最大提升高度為。4.回轉(zhuǎn)速度 回轉(zhuǎn)速度是指在回轉(zhuǎn)動(dòng)力箱的驅(qū)動(dòng)下，主立柱及其上的提 升動(dòng)力機(jī)構(gòu)和停車(chē)板以主立柱為旋轉(zhuǎn)中心軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以達(dá)到的速度。 一般情況下，回轉(zhuǎn)速度不宜過(guò)快，主立柱的回轉(zhuǎn)速度大約在2r/min，回轉(zhuǎn)加 速度也不宜過(guò)大，為了減少提升機(jī)構(gòu)的沖擊慣性，不宜超過(guò)2。 本章小結(jié)本章給出了立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，各部分的連接方式，接著詳 細(xì)闡述了立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的工作原理和主要傳動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)力傳輸方式，最 后，對(duì)提升機(jī)構(gòu)的主要性能參數(shù)進(jìn)

49、行詳細(xì)敘述，主要包括適停車(chē)輛的主要尺 寸和重量、提升速度及加速度、提升高度和回轉(zhuǎn)速度。第3章 立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析 提升機(jī)構(gòu)靜力分析提升機(jī)構(gòu)是立體車(chē)庫(kù)最關(guān)鍵的部件，也是實(shí)現(xiàn)停放車(chē)輛最重要的部件。 由于在停放車(chē)輛的整個(gè)過(guò)程中，要涉及到提升機(jī)構(gòu)的直行、回轉(zhuǎn)和升降等工 作狀態(tài)，故提升機(jī)構(gòu)的受力情況較為復(fù)雜，同時(shí)，主立柱在各個(gè)工作狀態(tài)下， 承受著很大的載荷。所以，很有必要對(duì)整個(gè)提升機(jī)構(gòu)進(jìn)行靜力學(xué)分析，并建 立其靜力學(xué)模型和彎曲強(qiáng)度模型。 超靜定結(jié)構(gòu)計(jì)算方法超靜定結(jié)構(gòu)是實(shí)際工程中最常用的一種結(jié)構(gòu)，常用的超靜定結(jié)構(gòu)形式主 要有：超靜定鋼架、超靜定梁、超靜定拱、超靜定桁架和鉸接排架等。超靜 定結(jié)構(gòu)中各

50、處的力無(wú)法只依靠靜力平衡條件求解。針對(duì)超靜定結(jié)構(gòu)最常用的計(jì)算方法有力法和位移法33,34，此外，由這兩 種方法派生出來(lái)的方法還有很多，如矩陣位移法等。1.力法 力法的分析步驟：首先，分析結(jié)構(gòu)中多余約束的數(shù)目，即多余 力的數(shù)目，這個(gè)數(shù)目表示還需要補(bǔ)充多少個(gè)反映位移條件的方程才能求解多 余力，從而確定所給結(jié)構(gòu)的內(nèi)力，通常將多余約束的數(shù)目我們稱(chēng)為超靜定次 數(shù)；其次，解除結(jié)構(gòu)中的多余約束，將結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為靜定結(jié)構(gòu)，把多余約束用 多余未知力來(lái)代替；最后，分析基本結(jié)構(gòu)在單位基本未知力和外界因素作用 下的位移，建立位移協(xié)調(diào)條件，即建立力法方程。求出未知約束力后，根據(jù) 系統(tǒng)的靜力平衡條件，可以求解其他未知力。如圖

51、3-1所示為一個(gè)三次超靜定結(jié)構(gòu)，將固定端A點(diǎn)的三個(gè)方向約束用三 個(gè)約束力來(lái)代替，根據(jù)疊加原理可建立其力法位移方程組如下：11 X1 12 X 2 13 X 3 1 p 0 X X 21 X1 22 X 2 23 X 3 2 p 031 X13223333 p 0(3-1)其中，11、12和13為X1=1單獨(dú)作用時(shí)，超靜定結(jié)構(gòu)上的點(diǎn)A分別沿X1、X2和X3方向的位移；同理21、22、23和31、32、33分別為X2=1和X3=1單獨(dú)作用時(shí)A點(diǎn)的各個(gè)方向位移；1p、2p和3p表示分別在外載F1和F2單獨(dú)作用時(shí)，A點(diǎn)沿X1、X2和X3方向的位移。F2F2F1F1X1X2圖 3-1 超靜定基本體系X3

52、Fig.3-1 Statically indeterminate basic system以n次超靜定結(jié)構(gòu)為例，一共有n個(gè)多余的約束，每個(gè)多余約束與一個(gè)多 余力相對(duì)應(yīng)，也就對(duì)應(yīng)著一個(gè)已知的位移條件，故可以由已知的位移條件建 立力法位移方程11 X1 12 X 2 13 X 3 1n Xn 1 p 0 X X X 021 X12222332nn2 p n11n 22n33nnnnpX X X X 0(3-2)2.位移法 位移法建立方程組是通過(guò)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)的獨(dú)立線位移和角位移作 為基本未知量；在建立方程組之前，有如下幾點(diǎn)假設(shè)，第一，忽略桿件的軸 向變形和剪切變形的影響；第二，以小變形理論為基礎(chǔ)，認(rèn)為桿

53、件的彎曲變 形量很??；第三，認(rèn)為桿件變形前后長(zhǎng)度不變。位移法的計(jì)算步驟：首先，確定原結(jié)構(gòu)的未知量數(shù)目，繪制附加剛臂產(chǎn) 生的彎矩圖和外力彎矩圖，同時(shí)，在計(jì)算簡(jiǎn)圖內(nèi)標(biāo)明獨(dú)立的結(jié)點(diǎn)位移；其次， 建立位移法典型方程，令附加剛臂產(chǎn)生與原結(jié)構(gòu)相同的結(jié)點(diǎn)位移；再次，求 解系數(shù)和自由項(xiàng)，由建立的各單位位移單獨(dú)作用下的彎矩圖和外力彎矩圖， 并通過(guò)平衡條件來(lái)求出；最后，求解方程，求出相應(yīng)位移。圖3-2所示為一個(gè)門(mén)字型鋼架結(jié)構(gòu)，建立其位移法典型方程r11Z1 r12 Z2 R1 p 0r Z R 0r21Z122 22 p(3-3)Z2Z232Z1P41式中，r11是角位移Z1=1時(shí)引起的附加剛臂的反力矩，單位為N

54、 mm；r12表示 線位移Z2=1時(shí)引起的附加剛臂的反力矩，單位為N mm；r21表示角位移Z1=1 時(shí)引起的鏈桿的反力，單位為N；r22表示線位移Z2=1時(shí)引起的附加鏈桿的反 力，單位為N；R1p和R2p表示只有外載P作用時(shí)，1點(diǎn)處和2點(diǎn)處的位移，單位 為mm。圖 3-2 位移法求解的鋼架Fig.3-2 Placement method used in steel frame具有n個(gè)獨(dú)立結(jié)點(diǎn)位移的結(jié)構(gòu)，那么就有n個(gè)基本未知量，所以，為了控 制所有結(jié)點(diǎn)的位移就要引入n個(gè)附加約束，根據(jù)每個(gè)附加約束的反力等于零， 可以建立n個(gè)方程r11Z1 r12 Z2 r1n Zn R1 p 0r Z r Z

55、Rr21Z12222 nn2 p 0r Z r Z r Z R 0n1 1n 22nnnnp(3-4) 提升機(jī)構(gòu)的靜力學(xué)模型根據(jù)立體車(chē)庫(kù)提升機(jī)構(gòu)的連接方式和受力狀態(tài)，本節(jié)對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)化，得 到其受力分析圖，如圖3-3所示，本節(jié)對(duì)原結(jié)構(gòu)的連接方式做了一些簡(jiǎn)化，本 文研究的力學(xué)模型是整個(gè)提升機(jī)構(gòu)處在靜止?fàn)顟B(tài)下，故本文將認(rèn)為行走小車(chē)靜止不動(dòng)，簡(jiǎn)化為立柱和次立柱的下端與大地的固定連接。由于加強(qiáng)拉筋CE 主要受到軸向力的作用，所以，就假定CE為二力桿，只受軸向力作用，桿CE 的上端與BC和CD鉸接，桿CE的下端與地面鉸接；主立柱AB和次立柱CD分 別與上橫梁BC剛性連接，I點(diǎn)為提升動(dòng)力機(jī)構(gòu)和主立柱的連接處

56、，因此，在I 點(diǎn)處有外載荷P和M，其中，P為停車(chē)板上所停車(chē)輛對(duì)停車(chē)板的壓力，彎矩M 表示所停車(chē)輛重力對(duì)主立柱AB的彎矩。位移法與力法相比，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，結(jié)果更加的精確，主要應(yīng)用于有側(cè) 移的鋼架結(jié)構(gòu)中，故在本文中使用位移法建立靜力學(xué)模型。根據(jù)簡(jiǎn)化后的幾何受力模型，我們把剛結(jié)點(diǎn)B的角位移Z1和剛結(jié)點(diǎn)C的角 位移Z2作為基本未知量，建立位移典型方程組。BCMIPyADEz圖 3-3 提升機(jī)構(gòu)的受力簡(jiǎn)圖Fig.3-3 Force diagram of lifting equipment主立柱AB下端連接的法蘭盤(pán)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于AB的長(zhǎng)度，故可以認(rèn)為主立 柱AB為等截面的柱體，假定AB，BC，CD和CE都為

57、等截面的桿件，令桿AB 長(zhǎng)為L(zhǎng)，AI長(zhǎng)為L(zhǎng)1，BC長(zhǎng)為l1，CD長(zhǎng)為l2，CE長(zhǎng)為l3；AB，BC，CD和CE的 慣性矩分別為I，I1，I2，I3；整個(gè)鋼架的彈性模量均為E；令i，i1，i2，i3分別 為AB，BC，CD和CE的截面常系數(shù)，分別為i=EI/L，i1=EI/l1，i2=EI/l2，i3=EI/l3。繪制彎矩圖，圖3-4和圖3-5分別表示當(dāng)Z1和Z2等于1時(shí)的單元彎矩圖，即M1 圖和 M 2 圖。在單元彎矩圖中，取B點(diǎn)與C點(diǎn)為隔離體，根據(jù)這兩個(gè)點(diǎn)處的平衡條件，可以分別建立兩個(gè)平衡方程，從而就能求得位移法典型方程組中 的常系數(shù)項(xiàng)。圖3-6中所示為外荷載單獨(dú)作用時(shí)的彎矩圖，按照?qǐng)D3-4

58、和3-5中的方法， 在彎矩圖中取B點(diǎn)和C點(diǎn)為隔離體，根據(jù)B點(diǎn)和C點(diǎn)已有的平衡條件，可以建 立兩個(gè)平衡方程，從而就可以求得位移典型方程中的自由項(xiàng)。2i14iBr11CB4i14i1I4ir12C2iDE2i1A圖 3-4 Z1=1 時(shí)的彎矩圖Fig.3-4 Bending moment diagram for Z1=1B4i1Cr212i1B4i2I2i1r224i1CA2i2E4i2D圖 3-5 Z2=1 時(shí)的彎矩圖Fig.3-5 Bending moment diagram for Z2=1BR1pCBIMR2pADEC圖 3-6 僅有外載作用時(shí)的彎矩圖Fig.3-6 Bending mom

59、ent diagram for imposing load alone由圖3-4，圖3-5和圖3-6中的彎矩圖，可以建立r11，r12，r21，r22，R1P，R2P的表達(dá)式為：r11 4i 4i1r122i1r21 2i1r224i1 4i2(3-5)RL13(L L1 ) L M1PL2R 02 P由式(3-5)，可以建立位移法典型方程組(4i 4i )Z2i ZL13(L L1 ) L M 0111 22L(3-6)2i1Z1 (4i1 4i2 )Z2 0求解方程組(3-6)，可以求得Z1，Z2結(jié)果如下：Z(i1 i2 )(2L 3L1 )ML11L2 (3i 2 4ii4ii4i i

60、)Z1121 2i1ML(2L 3L1 )(3-7)22L2 (3i 2 4ii4ii4i i )1121 2再根據(jù)疊加原理可以求得整個(gè)結(jié)構(gòu)的彎矩表達(dá)式M M1Z1 M2 Z2 MP(3-8)由上式(3-8)建立的結(jié)構(gòu)彎矩表達(dá)式，可以直接求解各個(gè)結(jié)點(diǎn)處的彎矩表 達(dá)式，對(duì)式(3-8)的彎矩表達(dá)式求一次導(dǎo)數(shù)，就可以求得各個(gè)結(jié)點(diǎn)處受到的力 的表達(dá)式，在這里我們規(guī)定彎矩的正方向?yàn)轫槙r(shí)針?lè)较?，求得的各結(jié)點(diǎn)處的 力和彎矩的表達(dá)式如下：A點(diǎn)處的彎矩表達(dá)式，即式(3-9)M2i(i1 i2 )(2L 3L1 )ML1(L1 L)(3L1 L)MAL2 (3i 2 4ii4ii4i i )(3-9)L21121