随着绿色出行，共享单车的观念深入人心，自行车和电动车行业得到了空前发展。而“停车难”便是小型代步车迅速增长带来的突出问题。针对汽车的停放，立体车库以其占地面积小，停车效率高等优势在社会上得到了很大认可。仿照立体车库的设计,占地面积小、存取方便的立体自行车库也随之出现，这对自行车的存放有着重大意义。

当我们骑行自行车上班、购物、游玩时都需存放自行车,而现在基本就是在指定地点顺序存放，如下图1所示。这样存放虽然方便,但是很不安全，且占地面积较大，所以设计一种占地面积小,存放方便而且安全的自行车车库是很有必要的。目前我国进行环保建设,自行车停车产业市场前景广阔。机械式自行车停车装置的设计既可以大面积使用,也可以见缝插针设置,还能与地面停车场、地下车库和停车楼组合实施,是解决城市停放自行车难的最有效的手段, 也是停车产业发展的必由之路。伴随人类社会从高碳向低碳的转型,自行车和共享单车的使用日渐频繁,故而实现自行车的方便存放是必须的，而且可以通过自行车机械停车装置的设置节约更多的空间来进行其余的建设。

图1 现阶段大部分的自行车停车场

现阶段,国内外常见的大多都是立体车库,针对自行车停车机械装置基本没有出现。如下图2所示，是日本为自行车设计的停车库，这个立体自行车库就给我们提供了一种很好的设计思路,它的空间都位于地下,采用全自动的设计,只需将自行车放到平台上,按下按钮,自行车就会被存储到地下车库。而需要取车的时候只需将特定的取车卡在扫描仪上刷一下,自行车就会在半分钟内被自动调出。一套这样的车库可以存储9400辆自行车,每部车每天的花费也仅需100日元。

图2 日本立体自行车库

而对于我国，现在的自行车停放状况都是杂乱无章,而且占用空间大，自行车安全也没有保障,遇到阴天下雨的情况自行车还容易损坏。虽然现在有专门看管自行车的场所,也有一些自行车棚,但是仍然改变不了停自行车不方便的现状。因此，本课题设计了一种旋转半基坑式的自行车机械停车装置，旨在解决我国作为自行车王国，在停放上出现的一些列问题。

一、 研究的方法或解决问题的方法

1总体方案的设计

本项目主要研究内容包括:结构设计，传动系统，控制系统三方面。此设计主要先通过计算来确定自行车库各运行机构正常工作时所承受的负载和扭力，通过结构的力学分析选择步进电机的相关参数和型号，以及其他运行机构的控制元件相关参数。

由于设计内容要满足停车装置的要求,要完成的自行车库主要是通过电控和传动系统的相互配合，从而达到正常的功能运转。通过人们按下存、取车功能按钮,电控系统接到指令后按照内部设定程序一步步运行，将信息传送给驱动器,利用驱动器的变频调速控制各执行机构的平移、旋转等功能,并且可以通过驱动器的反接相线控制电机正反转改变各机构运行方向，控制驱动器对电机转速的细分功能改变各执行机构

的运行速度，设计方案如图3所示。

图3自行车机械装置

2旋转机构的方案选择

旋转机构的方案选择主要通过电动机带动圆盘转动，圆盘上配合传送带，电动机与圆盘之间的传动方式选用两种方案履带传动和轮齿传动。

2.1履带传动

最初设计灵感来源于坦克履带的传动原理,如图4所示。履带行走结构应用条件恶劣，要求该行走机构具有足够的强度和刚度，并具有良好的进行能力，可以克服足够大的外界阻力。

图4 坦克履带传动原理图

1、履带的结构

履带是由主动轮驱动、围绕着主动轮、负重轮、诱导轮和托带轮的柔性链环。履带由履带板和履带销等组成，履带销将各履带板连接起来构成履带链环。

2、履带工作原理

各履带板的两端有孔，通过与连接片配合，构成一个完整的履带链，与主动轮啮合，中部有诱导齿，用来规正履带，并防止运行时履带脱落，在与齿轮接触时连接板之间的空隙与齿轮啮合，以提高履带传动的平顺和稳定。主、从动轮以及支撑结构用来支撑履带链重量和规正履带。

电动机的动力传到主动轮上时,主动轮按顺、逆时针方向转动履带,于是接地履带和齿轮之间生产了相互作用力。根据力的作用与反作用原理,履带沿水平方向给齿轮一个作用力,而齿轮给履带一个反作用力,这个反作用力使履带链运动,称为履带链的牵引力。

2.2轮齿传动

轮齿传动的特点：

（1）保证瞬时传动比恒定,平稳性较高,传递运动准确可靠；

（2）传递的功率和速度范围较大；

（3）结构紧凑、工作可靠,可实现较大的传动比；

（4）传动效率高,使用寿命长。

在轮齿中主动轮是带动其他轮转动的驱动轮，是将动力传给其他轮。从动轮是被动的转动。主动轮是直接连接电机的驱动系统（电机+调速器+传动履带等为电机传动系统），传递电机上的扭矩，主动轮依靠与履带链内侧相接触产生的咬合力来驱动履带。而从动轮不直接传动动力，只起到结构支撑及改变履带方向的作用，其随履带一起运动。

图5 主动轮结构

3电机参数

表1 电机型号及相关参数

图6 电机

图7 实物模型

3、相关理论计算

3.1模型结构尺寸参数：

表2 模型结构主要尺寸参数

图8 停车板主视图

图9 连接片主视图

图10 U型锁三视图

4、工作原理

4.1 停车装置的转动原理

用电动机通过减速器减速，把高转速低扭矩的转为高扭矩低转速的机械动力，使主动轮转动，由主动轮和从动轮相互配合，实现停车带的转动。停车带与两转动轮的配合利用了类似坦克车履带的传动原理，停车带由停车板和销等组成，销将停车板联接起来构成停车带，停车板的两端有孔，与主动轮啮合，中间有支撑体系，用来规正和辅助支撑停车带，使机构的传动更加高效平稳。

4.2 停车装置的停车原理

停车带分为若干个停车板，每个停车板上停放一辆自行车，停车板上设有锁紧装置，用来防止自行车的水平及垂直方向上的移动。

锁紧装置分为两部分，一部分是由U型钢架构成，用来锁紧自行车防止其水平移动，另一部分是由停车板上的固定锁构成，防止其垂直方向的移动。

二、 结论

传统的停车场如自行车停车架或停车棚存在太多缺点,建造成本虽然低廉，但只适合少量的自行车停放，若存放同样多的自行车，传统的停车场将会占用大范围的土地面积，本次设计的自行车库充分参考了其他自行车库的设计理念，充分利用三维空间，有效地缓解了乱停乱放的问题。本车库内设有的停车板，有效的防止车辆之间的碰撞，立体车库不但美化城市，而且还具有防盗功能。当今世界的智能化越来越普及，智能化带给人们高生活水平，节省人力、物力，智能化的立体自行车库在未来的大都市中将具有重大作用。

本设计的自行车车库机构简单，利用了简单的旋转以及平移机构，加工简单，安装方便，存放简单,只需要20多秒就可以存取成功，省时省力。适合应用在各种自行车停车场所。还具有以下优势：

1）适用于所有类型的两轮车停放。

2）便于维修，装置由若干个停车板组成，便于更换维修。

3）节约空间，采用半基坑式停车装置，可以更好的利用地下空间，节约地上空间。

4）占地面积小，提高空间利用率。一般情况下，其占地面积为平面停车场的1/3，空间利用率比自走式停车库提高了70％。

5）管理方便，避免自行车乱摆放的问题，节省了不必要的人力，管理人员不需要二次摆放自行车。

6）操作简单，车库的旋转是由一个电机带动，电机由一个可逆开关来控制，操作人员可以通过车库外面的开关来旋转车库，直到找到空余车位。

7）保护性好，为自行车提供可靠的庇护所，防止车辆暴露在外界环境下及具有一定的防盗功能。

8）智能化程度高，目前在国内存放自行车的装置大多都是固定式框架或者固定的存放地点，这个装置由电机控制元件带动履带旋转，来改变车辆的位置，比现有的停车方式更加方便智能。

三、 可推广应用的领域

（1）市政交通

（2）大中院校

（3）医疗机构

（4）企业单位

（5）住宅物业

（6）公园景区

（7）商业地产

四、参考文献 

[1].濮良贵,纪名刚《机械设计》[M] 北京:高等教育出版社

[2].李正吾等编著 . 《机电一体化技术及其应用》 [M].机械工业出版社, 1990

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[7]. 国家机械工业局,机械行业标准《简易升降类机械式停车设备》 1999

[8]. 梁庚煌 .《运输机械手册》. 化学工业出版社 . 1987

[9]. 张忠夫《机电传动与控制》 2006