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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停放在较小的空间内，
2、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2790177543019101930254保时捷卡宴28952160457193819812
3、21奥迪Q73013201045719832099225雷克萨斯RX2775186545718851861224路虎发现2885265048220221921240北京现代IX352640139840618201828230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-
4、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 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
5、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。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Q235-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。 方案二的下底
6、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 第三章 运动分析该横向泊车自动装置的横向运动速度为10cm/s， 丝杠的运动是0.5cm/s。如图3-1所示：0xyL3-1机构运动分析图，上式对时间t求导得： Vy的图像如图3-2所示：/cm0303-2速度图像装置最高点：246mm装置最低点：189mm起升高度：57mm第四
7、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 螺纹计算公式式中：轴向力 许用应力（表） 如图4-1所示：表4-1螺旋副材料及性能螺旋副材料许用应力（MPa）b螺杆钢螺母青铜40-6030-40铸铁40-5540钢(1.01.2)0.6P螺距2mmH螺纹工作高度整体式螺母。取值. 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=1.5-5,ac=0.25;p=6-12,ac=0.5;p=14-44,ac=1;故ac取0.25 。 表4-2螺母尺寸公式直径d（mm）螺距p（mm）中径=（mm）大径D（mm）小
8、径（mm）2021920.517.518.0 螺栓选择如表4-2所示。将公称直径选为。则牙高小径螺纹的剪切和弯曲破坏多发生在螺母。螺纹牙底宽螺纹旋合长度相旋合螺纹圈数 剪切强度=弯曲强度4.1.3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：（忽略不计） （忽略不计） 螺纹自锁条件 梯形螺纹的牙型斜角，其当量摩擦角 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。4.1.4螺杆的稳定性计算对于长径比大的受压螺
9、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： 式中：螺杆的稳定临界载荷 螺杆材料的弹性模量 螺杆危险截面的轴惯性矩 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：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 m 所以螺杆稳定。 4.2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
10、泊车系统运动。电动机图像如图4-1所示：图4-1电动机1的扭矩： 注：轴向力： 对于钢-青铜来说： 丝杠导程： 速度采用：电动机的功率： 电动机1转速： 电机各参数如表4-5,4-6所示：表4-5电机型号型号电压V空载额定电流A转速rpm电流A转速rpm功率W转矩Kg.cm80ZY24-85240.7520003.51500853.780ZY12-85120.8520006.61500853.7表4-6减速比减速比33.657.51012.5152025305075100120150180转速rpm50041630020015012010075605030201512108扭力Kg.cm10.
11、312.51827364551708598160200200200200200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。 电动机2： 注： 滚动摩擦力 R电动机半径 V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
12、值约为2500kg，。杆件受力如下图4-3：图4-3 杆的布局杆长： 杆受到的最大力为，得杆受杆的横截面积为：杆受的应力为 式中： 应力 （Mpa） 最小横截面受力（N） A横截面面积（）取材料为Q235-A钢。Q235钢性能如下表4-6所示：表4-6 Q235力学性能钢种力学性能化学成分屈服强度抗拉强度伸长率CSiMnMpaKg/mmMPaKg/mm不大于不大于Q235A23524376-46038-47260.14-0.220.30.30-0.65Q235B0.12-0.200.30-0.65Q235C0.180.35-0.80Q235D0.170.35-0.80校核： Q235-A钢的许用应力为=113Mpa (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： 固定支架的中间轴所受的剪切应力也为
