一种多边形摩天轮式自行车存取装置的制作方法

本发明涉及机械制造领域，特别是一种便于操作、外形美观、高空间利用率的自行车存取装置。

背景技术

随着时代的发展，汽车进入寻常百姓家，于是很多自行车白大家遗忘在角落里。经过调查，很多老旧小区内自行车随意停放现象严重，在带来安全隐患的同时也影响小区的环境，给小区管理带来了极大的问题。为解决城市老旧小区中自行车停放困难等问题，设计一种新型立式停自行车的装置，以便合理利用空间，方便居民停取自行车，实现智慧城市，美好家园十分必要。

目前市场上已有自行车停放装置主要有以下三种：普通停车架或停车棚、双层自行车停车装置、直立式自行车停车装置。普通停车架或停车棚优点是安装简便、成本低、可移动性大；缺点是占地面积过大，当自行车数量增加时，存取会遇到障碍。双层自行车停车装置优点是节省空间，将自行车分为两层停放，增大了存车容量；缺点是不被大众认可，停车方式并没有被大众熟知，以至于即使有的公共场合安装了双层停车装置，也鲜少有人使用。直立式停车装置优点是节省占地面积，机构简单，操作方便，可适用各种规格的自行车；缺点是成本略高且空间利用率并不是很高，不适合大面积推广。综上所述，对自行车停车难的问题虽已有初步解决，空间利用率有所提高，且停放方式较为方便，但是各装置各有优缺点，还有较大的改进空间。针对目前老旧小区自行车停放问题以及目前自行车停放装置存在的问题，设计出一种解决自行车停放问题的方案具有广阔的应用和开发前景

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种空间利用率高、停放整齐有序、便于存取的自行车停放装置；解决自行车停放存在的杂乱、拥挤等主要问题。

本发明是这样实现的，构造一种空间利用率高、操作简便的自行车停放装置，该装置包含：八边形外架、凸轮驱动装置、自行车固定装置、控制箱。存车时，使用者按下控制面板上的电源按钮，驱动装置通电工作，带动外架旋转，当外架上的空车位旋转至底部时，松开电源按钮，将自行车固定在自行车固定装置上，完成停车；取车时，使用者按下电源按钮，驱动装置通电工作，带动外架旋转，当外架上的要取车辆旋转至底部时，松开电源按钮，从自行车固定装置上取下自行车，完成取车。

因而本发明技术方案为一种多边形摩天轮式自行车存取装置，该装置包括：多边形停车架、支撑架、自行车固定装置、凸轮驱动装置、控制箱；

所述多边形外架包括：中心轴、多边形外架、辐条杆；其中，中心轴通过辐条杆与多边形外架连接，中心轴位于多变形外架的旋转中心；

所述支撑架一端固定于地面，另一端通过轴承与多边形外架的中心轴连接，使多边形外架可绕中心轴转动；

所述自行车固定装置设置于多边形停车架的每一条边上，每条边上设置一个或多个自行车固定装置；

所述凸轮驱动装置用于驱动多边形停车架的旋转；

所述控制箱用于控制凸轮驱动装置的动力输出。

进一步的，所述自行车固定装置包括：车平台、前挡、中挡、后轮锁；所述车平台上设置有前凹槽和后凹槽，用于放置自行车前轮和后轮；所述前挡设置与前凹槽上，前挡为与车平台垂直的槽状结构用于与前凹槽配合卡住自行车前轮；所述中挡设置于车平台上的前凹槽与后凹槽之间，为左右两篇竖直挡板；所述后轮锁设置于后凹槽处，用于锁住自行车后轮。

进一步的，所述后轮锁包括：锁车杆、锁车杆限位块、竖直楔块、竖直楔块限位块、滚轮、滚轮轴、回位弹簧；所述锁车杆设置于锁车杆限位块内，使锁车杆只能左右移动，锁车杆一端位于车平台后凹槽下方，另一端通过滚轮轴连接滚轮；所述竖直楔块设置于竖直楔块限位块内，使竖直楔块只能上下运动；竖直楔块与滚轮接触部位为楔形结构，当竖直楔块向下移动时，楔形结构迫使滚轮带动锁车杆向左移动；所述回位弹簧一段设置于锁车杆上，另一段设置于某固定位置，用于使锁车杆恢复到初始位置。

进一步的，所述凸轮驱动装置包括：凸轮轴、凸轮轴轴套、主动凸轮、左、右轴承座、支撑台、电机固定座、电机、从动圆盘；所述主动凸轮套与凸轮轴中部，通过凸轮轴轴套固定；所述支撑台固定于支撑架上，支撑台上分别设置有电机固定座、左、右轴承座，电机固定座上设置电机，凸轮轴左、右两端通过轴承分别嵌入于左、右轴承座内；电机的转轴带动凸轮轴转动；所述主动凸轮的凸起为螺纹状，转动方向为螺纹旋进或旋出的方向；所述从动圆盘的中心位置固定于多边形停车架的中心轴上，从动圆盘盘面边缘位置设置多个柱状滚轮，滚轮大小与主动凸轮的螺纹状凸起之间的间隔相配合。主动凸轮转动过程中迫使柱状滚轮从螺纹状凸之间的间隔中划过，主动凸轮转动一圈带动从动圆盘转过一个柱状滚轮的距离。

进一步的，所述多边形停车架为八边形停车架，所述主动凸轮的凸起为1.5圈螺旋结构，错输从动圆盘上包括8个柱状滚轮。

进一步的，所述后轮锁中竖直楔块的斜面与水平面的夹角为30°。

本发明多边形“摩天轮”自行车停车装置的优点在于：本发明提供一种空间利用率高、停放整齐有序、便于存取的自行车停放装置。装置外形上采用八边形结构，将自行车约束在停车装置外架上，绕中心呈辐射状排列，可随外架旋转，与传统的摩天轮形自行车停放装置想比，极大地节省了空间。自行车固定装置采用斜楔机构与数值挡板相结合的方式，实现自行车的完全固定，斜楔机构变垂直运动为水平运动。使用者脚踩弹簧压板，控制横杆的移动，从而实现对车轮的固定。采用圆柱凸轮机构实现间歇运动和自锁，凸轮机构的每个停歇阶段对应外架的一条边转到最低点，方便存取自行车。间歇运动方便人控制装置停止，然后存取自行车；圆柱凸轮实现外架的自锁，防止外架因自行车停放严重不平衡时自己转动。一个机构实现三种功能：间歇运动、自锁和大的传动比。本发明多边形“摩天轮”自行车停车装置空间利用率高、操作简便、自行车停放后整齐美观。

附图说明

图1为多边形“摩天轮”自行车停车装置总体装配图；

图2为八边形外架；

图3为凸轮驱动装置；

图4为自行车固定装置；

图5为后轮锁细节图；

图6为斜楔机构运动示意图；

图7竖直楔块受力简图；

图8锁车杆受力简图。

图中：1.八边形外架，2.凸轮驱动装置，3.自行车固定装置，4.控制箱，5.支撑架，1-1.外架杆一，1-2.外架杆二，1-3.中心轴，1-4.辐条杆，2-1.支撑台，2-2.轴承座，2-3.从动圆盘，2-4.凸轮轴轴套，2-5.凸轮轴，2-6.电机固定座，2-7.主动凸轮，3-1.车平台，3-2.中挡，3-3.前挡，3-4.后轮锁，3-4-1.锁车杆限位块，3-4-2.锁车杆，3-4-3.竖直楔块，3-4-4.滚轮，3-4-5.滚轮轴，3-4-6.竖直楔块限位块。

具体实施方式

下面结合附图说明本发明的具体实施方式

1、传动部分采用电机、凸轮机构进行说明，

所用电机为德东yl90l2-4配减速器nmrv090的减速电机，

电机的额定功率p＝2.2kw，输出转速为n＝1420r/min，

减速器的传动比i＝50

所以减速电机的输出转速为n1＝28.4r/min

主动凸轮所在凸轮轴(2-5)通过联轴器与减速电机相连

八边形外架(1)的八边对应凸轮机构的从动圆盘(2-3)上的柱销数8，

主动凸轮的转速n1＝28.4r/min

主动凸轮(2-7)上的动静比为2:1，主动凸轮转过1r，用时t＝2.1s，带动从动圆盘转过1/8r，转动时间t0＝2/3t＝1.4s，静止时间t1＝1/3t＝0.7s

减速器nmrv090的传动效率η1＝0.7，圆柱凸轮传动效率η2＝0.8，其他零件传动效率合计为η3＝0.8，传动系统的总效率η＝η1·η2·η3＝0.448

八边形外架(1)上的最大转矩me＝2291.83n·m，

根据公式

八边形外架转动所需最大功率pmax＝0.9kw

传动系统的最大输出功率po＝pmax·η＝0.9856kw＞pmax

电机能够带动装置工作

2、斜楔机构工作过程

锁车杆(3-4-2)应有拉弹簧与锁车杆限位块(3-4-1)连接(附图并未表现)

竖直楔块(3-4-3)应有压弹簧套于上方细长方杆处(附图中未表现)

楔块的尺寸x＝138mmy＝80mm斜楔角为30°

锁车杆(3-4-2)的水平位移应略大于车平台的凹槽宽度，取水平位移x0＝7.5cm，

竖直楔块(3-4-3)的竖直位移y0＝4.3cm

f为使用者所需施加力，n为轴承对楔块的支持力，n1、n2分别为楔块受到右侧约束的支持力，f弹为受到弹簧的弹力，ff为竖直方向所受摩擦力。

接触面间的摩擦系数为：f＝0.2

n1+n2＝nsin30

n1·x1-n2·x2＝0

压弹簧规格为1.5×25×75(线径×外径×长度)，不锈钢材质，有效圈数nc1＝20圈，所选用弹簧的劲度系数为k＝0.173n/mm

弹簧下压过程中f弹＝k·x0＝7.8n

对于竖直楔块：f＝ff+f弹+ncos30°

n′为楔块对轴承的反作用力，n3、n4为受到约束的支持力，f弹1为拉弹簧的弹力，ff1为水平方向的摩擦力。滑槽长度l1，横杆长度l2。

对锁车杆做受力分析：

在运动过程中：l2＞l1

ncos30°·l1-n4·l2＝0

所以取

在n3处与轴承接触，所受摩擦力很小，忽略不计

ff1＝n4·f

nsin30°＝f弹1+ff1

拉弹簧规格0.5×6×60(线径×外径×长度)，不锈钢材质，有效圈数nc2＝100圈

求得n＝2.89n，f＝10.6n

在使用时，使用者用10.6n的力，就能将弹簧踏板踩下。

3、自行车固定装置

自行车固定装置采用车平台(3-1)、后轮锁(3-4)与竖直挡板(3-2,3-3)相结合的方式，凹槽限定停放位置，利用斜楔机构实现车轮的固定，竖直挡板承受侧向力。

自行车车轮直径为61～71cm，车轮宽度约为3～5cm，凹槽尺寸为45×6cm

4、八边形外架

八边形外架(1)的八边形外接于半径r＝2m的圆，每边所对应圆心角α＝45°，外架宽度d＝1.7m

外架杆一(1-1)长1.7m，外架杆二(1-2)长1.66m，中心轴(1-3)长2m，辐条杆(1-4)长2.6m，八边形外架由这些杆件焊接而成。

在八边形的每一边上设置3个停车位，整个停车装置共能停放24辆自行车

5、装置使用方法

装置有八边形外架(图2)、凸轮驱动装置(图3，电机与减速器在图中并未表现出来，电机与减速器相连，减速器通过联轴器与2-5相连)、自行车固定装置(图4)、支撑架(图6)、以及控制箱、小斜坡组成。

存车时，需使用者先观察哪儿有空车位，按动控制面板上的正传(顺时针)/反转(逆时针)按钮，按下按钮后，电机通电转动，经过减速器、凸轮机构将动力传至主轴从而带动八边形外架1(主轴与外架焊接在一起)转动；待空车位(每个车位就是一个自行车固定装置)转到最低点，将自行车从斜坡上推进去，踩下竖直楔块3-4-3，竖直楔块3-4-3会带动锁车横杆3-4-2横向拉开，将自行车推进车位(自行车固定装置4)，车轮刚好陷入卡槽，松开竖直楔块3-4-3，竖直楔块3-4-3和锁车横杆3-4-2在弹簧的作用下回弹，锁车横杆3-4-2穿过自行车后轮，锁住自行车后轮。

取车时，需使用者先观察自己的车在哪儿，按动控制面板上的正传(顺时针)/反转(逆时针)按钮，按下按钮后，电机通电转动，经过减速器、凸轮机构将动力传至主轴从而带动八边形外架1(主轴与外架焊接在一起)转动；待对应车位(每个车位就是一个自行车固定装置)转到最低点，走近自行车，踩下竖直楔块3-4-3，竖直楔块3-4-3会带动锁车横杆3-4-2横向拉开，将自行车推出车位(自行车固定装置4)，松开竖直楔块3-4-3，竖直楔块3-4-3和锁车横杆3-4-2在弹簧的作用下回弹。