1、- 1 -第 1 章 概 述1.1 横向泊车背景介绍 随着经济的发展和国民生活水平的提高，汽车已成为人们工作、生活中不可缺少的工具，但汽车的合理停放已成为一个需要解决的地方。为了充分利用土地资源，提出采用横向泊车机构辅助汽车实现横向移动以减少停车占用空间，增加单位面积的泊车数量。顾名思义，自动泊车系统就是不用人工干预，自动停车入位的系统。这套系统在国外已经并不罕见，目前国内有大众途安，帕萨特，帕萨特 cc，斯柯达昊锐，丰田皇冠，奔驰，宝马，雷克萨斯 LS 等车型配备。自动泊车技术还有助于解决人口密集城区的一些停车和交通问题。有时候，能否在狭小空间中停车受驾驶员技术的限制。自动泊车技术可以将汽车
2、停放在较小的空间内，这些空间比大多数驾驶员能自己停车的空间小得多。对于许多驾驶员而言，顺列式驻车是一种痛苦的经历，大城市停车空间有限，将汽车驶入狭小的空间已成为一项必备技能。很少有不费一番周折就停好车的情况，停车可能导致交通阻塞、神经疲惫和保险杠被撞弯。幸运的是，技术的发展为之提供了解决之道，这就是自动泊车功能。1.2 家用车市场调研经过最近几天的现场观察及收集资料，现统计数据如下表 1-1 所示：表 1-1 家用车市场调研汽车轴距（mm）整备质量（kg）轮胎半径（mm）车宽（mm）前后轮距（mm）底座高度（mm）丰田汉兰达2790 1775 430 1910 1930 254保时捷卡宴289
3、5 2160 457 1938 1981 221奥迪 Q7 3013 2010 457 1983 2099 225雷克萨斯 RX2775 1865 457 1885 1861 224路虎发现 2885 2650 482 2022 1921 240北京现代IX352640 1398 406 1820 1828 230整体装备质量也就是人们常说的一辆汽车的自重，它的规范的义是指汽车- 2 -的干质量加上质量。定 1 英寸=2.54 厘米，例：轮胎上的 205/55 R16 ，205表示胎面宽度，单位是 mm，一般轮胎的宽度在 145285mm 之间，间隔为10mm；55 是扁平比，即轮胎胎壁高度和
4、胎面宽度的比例，55 代表 55%，R 是英文 Radial 的缩写，表示轮胎为辐射层结构，16 是轮辋的外径，单位是英寸。如 1-1,1-2 所示，为 suv 车：冷却液和燃料（不少于油箱容量的 90%）及备用车轮和随车附件。图 1-1 路虎 DISCOVERY图 1-2 奥迪 Q7- 3 -1.3 设计要求要求该装置能够在特定的车型下进行工作，其中包括：进底座升起退出降下回来。其中还要考虑各个零部件的尺寸以及其受到的应力是否可支撑住汽车及其装置的重量。1.4 设计目的 通过设计过程，掌握机械设计的相关知识，获得应用计算机进行机械设计与工程制图的技能，建立系统设计及机构创新设计的思想，提高将
5、理论知识应用于实践的能力。1.4.1 主要内容（1）掌握机械设计的基础知识；（2）进行资料调研与现场调研；（3）完成机构方案设计与机构工作原理分析； （4）机构运动和力学分析，进行核心构件的强度计算；（5）按照制图标准绘制机构的 CAD 工程图。1.4.2 基本要求（1）文字部分：机构动力学分析、设计计算；（2）绘图部分：装配图、零件图；（3）时间安排：集中设计时间 2 周。- 4 -第二章 方案设计2.1 方案一如 2-1 所示：图 2-1 方案一2.2 方案二如 2-2 所示：图 2-2 方案二2.3 方案对比：方案一的下地板采用的是长 1800mm，宽 1500mm，厚 2mm 的 Q2
6、35-A 钢板，这种钢板虽然许用应力比较大，但它的刚度非常差，容易在中间受力部分产生弯曲变形。上底板采用的是钢板，浪费材料。轮轴分布不合理，容易边缘着地，不平稳。两杆之间没有铰连接，起升运动难以实现。- 5 -方案二的下底板采用的是角钢，角钢的刚度比较高。上底板节省材料，并且上底板的受力面与汽车的底座非常吻合，所以选择方案二符合实际需求。该机构由直流电动机作为动力源，经过丝杠传递动力，带动螺套，螺套带动杆做起升运动，把车抬起。接着该装置做横向慢速运动，到达指定位置通过电动机反转进行下降运动和离开运动。如图 2-3 所示：图 2-3 起升机构- 6 -第三章 运动分析该横向泊车自动装置的横向运动
7、速度为 10cm/s， 丝杠的运动是 0.5cm/s。如图 3-1 所示：0 xy xvyvddL3-1 机构运动分析图，上式对时间 t 求导得：22lyx0/*/*dtydtvxyv96)3(2Vy 的图像如图 3-2 所示：- 7 -/cmyvyv0 303-2 速度图像装置最高点：246mm装置最低点：189mm起升高度：57mm- 8 -第四章 受力分析及数据计算与装置校核 4.1 丝杠及螺母的计算4.1.1 丝杠校核每个丝杠受力 NF1250螺纹计算公式 mphPd 2.13.*81.4.362 式中： 轴向力F许用应力（表）如图 4-1 所示：表 4-1 螺旋副材料及性能许用应力（
8、MPa）螺旋副材料 b 螺杆 钢青铜 40-60 30-40铸铁 40-55 40螺母钢 (1.01.2)0.6P螺距 2mmH螺纹工作高度 mph35.0整体式螺母。取值 . 21.09.42d故所选的符合要求。4.1.2 螺母校核将螺距定位 2mm，牙型角 ，根据牙顶间隙按错 ac 的取值当 p=1.5-30- 9 -5,ac=0.25;p=6-12,ac=0.5;p=14-44,ac=1;故 ac 取 0.25 。 表 4-2 螺母尺寸小径（mm）公式直径d（mm）螺距p（mm ）中径=2dD（mm）大径D（mm） 1d1D20 2 19 20.5 17.5 18.0螺栓选择如表 4-2
9、 所示。将公称直径选为 。md0则 mppd 192*5.05.25.2 牙高 ach*3 小径 h.7.1031螺纹的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。螺纹牙底宽 mpt 268.*634.64.1 螺纹旋合长度 dH092相旋合螺纹圈数 0PZ剪切强度 = MpadDtF6.728.1*5.2*14.341 弯曲强度 zh06034.1.3 螺杆校核螺杆受的压力（或应力）F 和扭矩 T，根据第四强度理论，其强度条件为： 02.8.9*4013*08.754 22 dlvgG（忽略不计）（忽略不计）公 称frT螺纹自锁条件920.1*4.3arctnarctn2 dp- 10 -梯形螺纹的牙型斜角
10、 ，其当量摩擦角30278.5cosartnv式中： 螺纹升角螺旋副的当量摩擦系数 如下表 4-3 所示：表 4-3 螺杆螺母材料性能螺杆螺母的材料 胆量摩擦系数 铜青铜 0.08-0.10淬火钢青铜 0.06-0.08对于螺旋传动，保证自锁可靠，实际 ，本设计满足。1u4.1.4 螺杆的稳定性计算对于长径比大的受压螺杆，当轴向压力 F 大于某一临界时螺杆会突然发生侧向弯曲而丧失稳定性，因此正常情况下，螺杆承受的轴向力 F 必须小于临界,则螺杆的稳定性条件为：crF45.2cr49421 10*6.6)10*75.(.362 mdIGpaE0NNlIFcr 12509.74)*150(6.4.
11、3)2式中： 螺杆的稳定临界载荷crF 螺杆材料的弹性模量E 螺杆危险截面的轴惯性矩I长度系数，与两端支座有关，一段固定，一端自由支撑有关参数如下表 4-4 所示：- 11 -表 4-4 支撑参数端部支撑情况 长度系数两端固定 0.50一端固定，一端不完全固定 0.60一端铰支，一端不完全固定 0.70两端不完全固定 0.75两端铰支 1.00一端固定，一端自由 2.00螺杆长度 0.175 ml所以螺杆稳定。45.2.612509.74Fcr4.2 直流电动机 1 和 2 的相关计算及其选取直流电动机 1 是带动丝杠的运动的，直流电动机 2 是带动横向泊车系统运动。电动机图像如图 4-1 所
12、示：图 4-1电动机 1 的扭矩：- 12 -mNIFTaa86.482.0*1325注：轴向力： NFa5对于钢-青铜来说： 82.0,1.08.丝杠导程： I02.速度采用： smV/5电动机的功率： WFPa 5.620.*1电动机 1 转速： min/1602. rIn电机各参数如表 4-5,4-6 所示：表 4-5 电机型号空载 额定型号 电压 V 电流 A 转速rpm电流 A 转速rpm功率 W 转矩Kg.cm80ZY24-85 24 0.75 2000 3.5 1500 85 3.780ZY12-85 12 0.85 2000 6.6 1500 85 3.7表 4-6 减速比减速
13、比3 3.6 5 7.510 12.515 20253050 75 100120150180转速rpm500 416 300200150120 10075605030 20 15 12 10 8扭力Kg.cm10.312.518 27 36 45 51 708598160200200200200200选择转速为 150r/min 的电动机。 由于表中的功率为 85W，大于62.5W，扭矩为 360 Nm 大于 4.86Nm.所以此电动机 1 符合我们的运动需求。- 13 -电动机 2：min/2807.*14.367035.* 201.4rdVn NfRT WNP注：滚动摩擦力fR电动机半径V
14、泊车的速度选择转速为 30r/min 的电动机。由于表中的功率为 85W，大于 10W，扭矩为1600 Nm 大于 3.4Nm.所以此电动机 2 符合我们的运动需求。 4.3 杆的相关计算本装置有 8 个杆承受机车及其装置的重量。杆件形状及参数如下图 4-2 所示：图 4-2小轿车的重量约为 2000kg，装置上半部分钢板约为 300kg，加上橡胶，故M 最大值约为 2500kg， 。N250总F杆件受力如下图 4-3：- 14 -图 4-3 杆的布局杆长： cmbal 8053*0350* 杆受到的最大力为 ，得2*82FNF7.41杆受杆的横截面积为： 2050mS杆受的应力为MpaAFd
15、AFNAN18.4075.式中： 应力 （Mpa）最小横截面受力（ N）NFA横截面面积（ ）m2取材料为 Q235-A 钢。Q235 钢性能如下表 4-6 所示：- 15 -表 4-6 Q235 力学性能力学性能 化学成分屈服强度 抗拉强度 伸长率Si钢种Mpa Kg/mm MPa Kg/mm 不大于C不大于MnQ235A 0.14-0.22 0.30-0.65Q235B 0.12-0.20 0.30-0.65Q235C 0.18 0.35-0.80Q235D235 24 376-460 38-47 260.170.30.35-0.80校核： Q235-A 钢的许用应力为 =113Mpa (
16、工作温度为 0-200 摄氏度)因为 ，故可以。4.4 轴和铰的相关计算轴如图 4-4 所示：图 4-4连接丝杠的铰受力分析：轴长： 54mm总重： N250- 16 -MpamdAFNF70.1625.430sini3125822固定支架的中间轴所受的剪切应力也为 17.70 Mpa连接上板的滑块图像如图 4-5 所示：图 4-5MpaAFa03.9式中： 质点所受压力轴所受剪切力F支架和平面的夹角轴的横截面积A轴的直径d- 17 -所受的剪切应力4.5 轴承与底板的相关计算4 个轴承承受重力为 25000 N，每个轴承承受 25000/4=6250 N。轮轴如图4-6 所示：图 4-6每个
17、轴承跟轴： MpaAF51.810*5.814.3*76261 轴每个轴承跟底板： 92.3562 钢 板车运动时： Nf2050*4.51式中： 滚动摩擦力f滑动摩擦系数（查表：橡胶轮地面摩擦系数 0.4）装置及其汽车总中重- 18 -总 结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我们的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不
18、少的过程 ”千里之行始于足下” ，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。通过这次设计，我们总体能力都有所提高。通过这次横向泊车机构的设计与分析，我们不仅提高了计算能力，还对计算机软件应用能力，绘图能力，熟悉了规范和标准。同时对各科基础知识也有了全面的复习，提高了自己的独立思考能力和团队合作能力。在这次课程设计进行中我们也意识到自己在学习中存在的薄弱环节，以后的学习和工作中会逐渐的加强从而加以弥补。- 19 -参 考 文 献1成大先.机械设计手册.化学工业出版社.2008.2刘治华，
19、李志农，刘本学.机械制造自动化技术.郑州大学出版社.2009.3潘宏侠.机械装备测试技术.国防工业出版社.2009.4杨可桢，程光蕴.机械设计基础.高等教育出版社.2006.5唐增宝，常建娥.机械设计课程设计.华中科技大学出版社.2008.6刘衍聪，工程图学教程.高等教育出版社.2011.- 20 -致 谢在此感谢学校能给我们这次实习锻炼的机会，感谢我们的付海龙老师给我们提供石油井架检测实验室，让我们能够在此专心学习和研究。老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我们工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我们能够很顺利的完成了这次课程设计。
