空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置的設(shè)計(jì)

胡代鑫 陽(yáng)君安 白秀科 上官潤(rùn)秋

摘 ?要：我國(guó)大力提倡綠色出行、節(jié)能減排，使得自行車(chē)的數(shù)量日益增加，造成了自行車(chē)停放無(wú)序、占用道路、阻礙交通等問(wèn)題。針對(duì)現(xiàn)有問(wèn)題，設(shè)計(jì)研究出一種充分利用上層空間、經(jīng)濟(jì)適用的空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置，設(shè)計(jì)了該裝置的提升傳動(dòng)模塊、支撐模塊、旋轉(zhuǎn)模塊等，實(shí)現(xiàn)自行車(chē)從一維地面到上層三維空間的轉(zhuǎn)移。該裝置將極大提高空間利用率，有效解決亂停亂放、占地面積大、阻礙交通等問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：自行車(chē);停車(chē)裝置;空間旋轉(zhuǎn)式;上層三維空間

中圖分類(lèi)號(hào)：U491 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號(hào)：2095-2945（2019）28-0033-02

Abstract： China vigorously advocates green travel， energy saving and emission reduction， which makes the number of bicycles increasing day by day， resulting in disorderly parking of bicycles， occupying roads， hindering traffic and so on. In view of the existing problems， a kind of space rotating bicycle parking device which makes full use of the upper space and is economical is designed， and the lifting transmission module， supporting module， rotating module and so on are designed. The purpose of this paper is to realize the transfer of bicycle from one-dimensional ground to upper three-dimensional space. The device will greatly improve the utilization rate of space and effectively solve the problems of random parking， large area， hindering traffic and so on.

Keywords： bicycle; parking device; spatial rotation; upper three-dimensional space

1 概述

我國(guó)是自行車(chē)大國(guó)，隨著綠色出行的提倡和共享單車(chē)的普及，越來(lái)越多的人選擇自行車(chē)作為短途出行的交通工具。但是隨之而來(lái)的問(wèn)題就是自行車(chē)數(shù)量增多，亂停亂放、阻礙交通等，這些問(wèn)題不僅會(huì)影響城市的面貌，而且存在交通隱患，危及人們的安全。本文針對(duì)上述問(wèn)題，并且結(jié)合當(dāng)前其他的停車(chē)裝置所存在的缺點(diǎn)和不足，設(shè)計(jì)出一種空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置。

2 研究背景

在提倡節(jié)能減排、低碳出行，同時(shí)共享單車(chē)十分盛行的背景下，自行車(chē)的日益增多造成自行車(chē)停放位置缺乏，存取不方便，亂停亂放，占用了大量道路，阻礙交通。在停車(chē)場(chǎng)、地鐵口、商場(chǎng)、小區(qū)、學(xué)校等人群密集區(qū)域被自行車(chē)占用了大量空間，原本有限的空間變得更加擁擠不堪[1]。

雖然現(xiàn)在也有很多停車(chē)裝置，但普遍實(shí)用性不強(qiáng)，而且局限于一維地面，空間利用率低，總結(jié)起來(lái)有以下缺點(diǎn)：

（1）裝置本身占用空間較大，可安放的場(chǎng)所很有限。

（2）對(duì)于一些街道、路邊等空間有限的地方來(lái)說(shuō)缺乏實(shí)用性。

（3）裝置操作復(fù)雜，存取車(chē)不便。

針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置旨在解決小區(qū)、商場(chǎng)等地區(qū)的大量自行車(chē)停放的無(wú)序、存取困難、難以零散停放的基本困難。它可以集中安放在小區(qū)的自行車(chē)車(chē)庫(kù)，有大量的自行車(chē)停放時(shí)，可將上層空間利用起來(lái)，使自行車(chē)懸掛在空中[2，3]，在上層空間停滿后下層空間也可少量停車(chē)。它也可以安放在路邊的路燈位置，與路燈相結(jié)合。

3 裝置設(shè)計(jì)

該裝置采用了模塊化的設(shè)計(jì)方法，由專(zhuān)用夾持模塊、提升傳動(dòng)模塊、支撐模塊、旋轉(zhuǎn)模塊和智能驅(qū)動(dòng)與控制模塊組成，裝置總體效果圖如圖1所示。

3.1 提升傳動(dòng)與專(zhuān)用夾持模塊

根據(jù)功能分析，提出以下三種能夠?qū)崿F(xiàn)升降功能的傳動(dòng)方式。

（1）V帶傳動(dòng)：該方式可以很好地實(shí)現(xiàn)升降功能，但不能保證傳動(dòng)的平穩(wěn)性，承載力較小，精度低。

（2）齒輪齒條傳動(dòng)：承載力大，傳動(dòng)平穩(wěn)，精度高，缺點(diǎn)是機(jī)構(gòu)尺寸大，造成整個(gè)裝置縱向尺寸過(guò)大，影響安全[4，5]。

（3）齒形帶傳動(dòng)：功能類(lèi)似V帶傳動(dòng)，優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)更平穩(wěn)，精度較高。

綜合考慮傳動(dòng)穩(wěn)定性和機(jī)構(gòu)尺寸的因素，采用齒形帶傳動(dòng)方式。專(zhuān)用夾持模塊采用圓弧形的夾持鎖，可以增大自行車(chē)前輪與夾持鎖的接觸面積，提高夾持穩(wěn)定性，如圖2、圖3所示。將頂塊固定在齒型帶上與夾持鎖下表面相接觸，頂塊帶動(dòng)夾持鎖升降，保證自行車(chē)升降的穩(wěn)定性。

3.2 支撐與旋轉(zhuǎn)模塊

模型結(jié)構(gòu)示意圖結(jié)構(gòu)如圖3所示。

（1）支撐：自行車(chē)的重量通過(guò)夾持鎖加載在固定于主軸的帶有U形缺口的支撐板上，保證自行車(chē)停放在上方的安全性。

（2）旋轉(zhuǎn)：頂塊在齒形帶的帶動(dòng)下頂著夾持鎖移動(dòng)到支撐板上方，此時(shí)頂塊上表面與支撐板上表面重合，夾持鎖在外殼旋轉(zhuǎn)推動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)到停車(chē)位置，保證其他自行車(chē)順利停放。

3.3 智能驅(qū)動(dòng)與控制模塊

裝置的自動(dòng)化控制通過(guò)單片機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，操作者僅需將自行車(chē)安放在地上，按下控制旋轉(zhuǎn)與升降的按鈕，就能輕松實(shí)現(xiàn)與裝置的交互，完成存取自行車(chē)且具有高效性。

4 工作原理

裝置結(jié)構(gòu)如圖4所示，首先將自行車(chē)前輪裝夾到自行車(chē)夾持鎖12內(nèi)，自行車(chē)前輪夾緊后，啟動(dòng)帶輪驅(qū)動(dòng)裝置9，使帶輪8運(yùn)動(dòng)，帶輪8帶動(dòng)齒形帶6運(yùn)動(dòng)，固定于齒形帶6上的頂塊11隨著向上運(yùn)動(dòng)，頂塊11頂著夾持鎖12向上運(yùn)動(dòng)，自行車(chē)夾持鎖在頂塊11的作用下向上運(yùn)動(dòng)到停止，此時(shí)自行車(chē)夾持鎖12的底面與支撐板3的頂面接觸，隨后在外部驅(qū)動(dòng)電機(jī)的帶動(dòng)下，使齒輪5旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)塊4旋轉(zhuǎn)，外殼1在旋轉(zhuǎn)塊4的帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng)并驅(qū)使夾持鎖12圍繞主軸2的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)夾持鎖的換位。夾持鎖經(jīng)過(guò)換位后，就停放在支撐板3上。

5 停車(chē)裝置的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）空間利用合理：該設(shè)計(jì)開(kāi)辟了上層空間，并結(jié)合下層空間提高了空間利用率，還可與道路旁的路燈甚至任何柱狀設(shè)施結(jié)合，增大自行車(chē)停車(chē)容量。產(chǎn)品外觀設(shè)計(jì)還具有一定美感，實(shí)現(xiàn)公共設(shè)施的美化。

（2）結(jié)構(gòu)模塊化：為整個(gè)系統(tǒng)提供良好的升級(jí)、互換、維護(hù)及工程應(yīng)用環(huán)境。

（3）操作自動(dòng)化：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，使用戶能輕松、方便、高效率的完成存取車(chē)。

（4）功能可靠：充分利用CREO、ANSYS、Adams等軟件精密設(shè)計(jì)、有限元分析及動(dòng)靜應(yīng)力分析來(lái)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論和方法。第一代樣機(jī)實(shí)驗(yàn)表明，該裝置的傳動(dòng)和旋轉(zhuǎn)模塊運(yùn)行平穩(wěn)，夾持鎖與支撐板的強(qiáng)度可靠，裝置操作方便、效率高。

6 結(jié)論

空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置通過(guò)設(shè)置主軸，并且在主軸上設(shè)置齒形帶，齒形帶通過(guò)帶輪驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)頂塊移動(dòng)，在工作的過(guò)程中，通過(guò)頂塊移動(dòng)使得自行車(chē)輪夾持鎖移動(dòng)到指定位置，同時(shí)通過(guò)旋轉(zhuǎn)塊的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)自行車(chē)輪夾持鎖的換位。因此該停車(chē)裝置能夠?qū)⒆孕熊?chē)停放在上層空間，同時(shí)通過(guò)機(jī)械自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)自行車(chē)的停放，停車(chē)方便、可靠，從而解決了城市自行車(chē)停車(chē)位置缺乏、占用大量道路、阻礙交通等問(wèn)題。因此，空間旋轉(zhuǎn)式自行車(chē)停車(chē)裝置具有較大的市場(chǎng)應(yīng)用前景與價(jià)值。

參考文獻(xiàn)：

[1]冷傳才，城市自行車(chē)交通發(fā)展戰(zhàn)略及措施研究[J].北京建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2002，18（1）：96-100.

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[3]盧正，劉磊.一種懸掛式立體自行車(chē)停車(chē)位的設(shè)計(jì)[J].機(jī)電信息，2017（6）：77-78.

[4]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

[5]西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教研室.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2013.