基于变胞五杆机构双层立体车库设计*

邹智恒，杨 莹，钟 燕，向昊南，李 林

(湖南文理学院 机械工程学院，湖南 常德 415000)

0 引 言

随着社会经济的飞速发展，人们生活水平不断提高，汽车的保有量增长迅速，导致我国大中城市普遍存在着停车难的问题[1]。很多大中城市除了道路上动态交通出现严重拥堵，私占道路和私占绿地停车的现象也越来越多。为解决停车难问题，现代城市大都采取立体车库的形式，已建成使用的大型立体停车库有垂直升降式、水平循环式、垂直循环式、多层升降横移式等，尽管我国机械式立体车库的发展已经独具特色，市场也形成了固定形态，但回看现实情况，却仍不容乐观。我国立体车库在市场上的利用率并没有达到预期，多数城市的投资和回报不成比例[2]。大型立体停车装置成本高且维护不便，针对这一情况设计了一种双层立体停车装置，结构简单，易拆卸、可移动、安装方便，缓解了城市地上与地下停车位压力，为子母式立体车库的设计思路提供了新方向，具有良好的经济效益与社会效益，实用性好。

1 停车装置的总体方案设计

停车装置主要由车架、车板升降系统、车板回转机构以及控制系统四大部分组成。车架主要起支撑作用，车架和车板升降系统共同配合实现支撑板的升降运动，由于现今绝大部分车位是非字形车位，因此增设了车板回转系统，来实现载车板的回转运动，以满足停车需求。整个装置的动力均来源于电机。控制系统采用51单片机、变压器、L298模块等元件以及编程控制电机正反转来实现全自动化存取车。整个存取车的过程采用一键按钮控制，操作简单方便。装置整体结构及布局如图1所示。

2 工作原理

2.1 车架结构设计

作为装置主要受力结构，车架外形采用框架式结构，在满足受力要求与空间合理利用的前提下，尽可能将结构简单化，减少总体质量。车架为对称布置的直角梯形形状的导轨(便于其他传动零件的布置，预留足够空间停放车辆)，内侧开槽，原理与导轨相似起到引导链条的作用，支撑板在其他机构的作用下沿导轨运动，通过精确设计导轨的结构尺寸，可使载车板完成特定的运动轨迹。

2.2 车板升降系统

车板升降系统主要由电机、圆锥齿轮机构、链轮链条、五杆机构以及支撑板组成，可实现支撑板的升降。为使轮齿具有足够的耐磨性和强度[3]，采用国家标准件。车架为开有内槽的导轨，链条可在导轨中运动。电机将动力输出至与从动齿轮相连的轴上，驱动与轴相连的链轮旋转，链轮则带动与之啮合的链条在导轨中运动，使支撑板沿导轨运动，通过五杆机构的运动，完成支撑板的水平升降。

2.3 变胞五杆机构

三杆、车架、支撑板构成五杆机构，由于五杆机构的自由度为2[4]，而此处所用原动件为1，原理上五杆机构的运动无法保障。为使五杆机构实现我们特定的运动轨迹，特将五杆机构进行了结构创新，在其中一根连杆上设计有限位结构，它使与之连接的其他两根连杆只能在特定的角度范围内旋转，从而起到限位作用，使五杆机构具有确定的运动，达到升降所要求的运动轨迹。如图2所示。

图1 装置整体结构 图2 变胞五杆机构

2.4 控制系统

通过单片机软件编程的方法可以使原本十分复杂的控制过程实现自动控制和精确控制，避免了控制精度失步、震荡的影响[5]，且单片机具有灵活、成本低、易于产品化、抗干扰能力强，可构成各种智能式控制设备和智能仪器的特点[6]，因此控制部分采用AT89C51单片机与L298 N直流电机驱动模块来控制直流电机，电机为额定直流电机，与24 V变压器与L298 N、51单片机相结合从而达到目的。

3 数据计算分析

利用 ANSYS 软件对结构的受力变形进行仿真分析，车架作为整个设备的支撑装置，其强度决定了整个装置的稳定性与安全性且应保证有较长的寿命。车架材料选择45#钢，用Ansys软件对车架强度进行有限元分析，车架的应变图如图3所示，由图4所示，通过对车架最危险点的分析，该结构支撑受力在许用范围内，材料的选用合理。

4 结 语

该装置很好地实现了一位两车式全自动化存取车功能，并且上下层车辆的存取互不影响，均可方便自由存取轿车，该装置具有以下创新点：

(1) 链条轨道式传动使与链轮啮合的链条在特制的导轨中实现特定的运动。

(2) 基于变胞五杆机构的设计，五杆机构与载车板通过转动副连接，设有限位结构，载车板向下运动时，重力与限位机构的作用下，可达到预设的运动形式，完成存取车。依据以上思路及原理设计出的模型可达到我们预期目的，为子母式立体车库的设计思路提供了新方向。具有一定实用价值。