空间旋转式自行车停车装置的设计

胡代鑫 阳君安 白秀科 上官润秋

摘  要：我国大力提倡绿色出行、节能减排，使得自行车的数量日益增加，造成了自行车停放无序、占用道路、阻碍交通等问题。针对现有问题，设计研究出一种充分利用上层空间、经济适用的空间旋转式自行车停车装置，设计了该装置的提升传动模块、支撑模块、旋转模块等，实现自行车从一维地面到上层三维空间的转移。该装置将极大提高空间利用率，有效解决乱停乱放、占地面积大、阻碍交通等问题。

关键词：自行车;停车装置;空间旋转式;上层三维空间

中图分类号：U491          文献标志码：A         文章编号：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

我国是自行车大国，随着绿色出行的提倡和共享单车的普及，越来越多的人选择自行车作为短途出行的交通工具。但是随之而来的问题就是自行车数量增多，乱停乱放、阻碍交通等，这些问题不仅会影响城市的面貌，而且存在交通隐患，危及人们的安全。本文针对上述问题，并且结合当前其他的停车装置所存在的缺点和不足，设计出一种空间旋转式自行车停车装置。

2 研究背景

在提倡节能减排、低碳出行，同时共享单车十分盛行的背景下，自行车的日益增多造成自行车停放位置缺乏，存取不方便，乱停乱放，占用了大量道路，阻礙交通。在停车场、地铁口、商场、小区、学校等人群密集区域被自行车占用了大量空间，原本有限的空间变得更加拥挤不堪[1]。

虽然现在也有很多停车装置，但普遍实用性不强，而且局限于一维地面，空间利用率低，总结起来有以下缺点：

（1）装置本身占用空间较大，可安放的场所很有限。

（2）对于一些街道、路边等空间有限的地方来说缺乏实用性。

（3）装置操作复杂，存取车不便。

针对上述问题设计空间旋转式自行车停车装置旨在解决小区、商场等地区的大量自行车停放的无序、存取困难、难以零散停放的基本困难。它可以集中安放在小区的自行车车库，有大量的自行车停放时，可将上层空间利用起来，使自行车悬挂在空中[2，3]，在上层空间停满后下层空间也可少量停车。它也可以安放在路边的路灯位置，与路灯相结合。

3 装置设计

该装置采用了模块化的设计方法，由专用夹持模块、提升传动模块、支撑模块、旋转模块和智能驱动与控制模块组成，装置总体效果图如图1所示。

3.1 提升传动与专用夹持模块

根据功能分析，提出以下三种能够实现升降功能的传动方式。

（1）V带传动：该方式可以很好地实现升降功能，但不能保证传动的平稳性，承载力较小，精度低。

（2）齿轮齿条传动：承载力大，传动平稳，精度高，缺点是机构尺寸大，造成整个装置纵向尺寸过大，影响安全[4，5]。

（3）齿形带传动：功能类似V带传动，优点是传动更平稳，精度较高。

综合考虑传动稳定性和机构尺寸的因素，采用齿形带传动方式。专用夹持模块采用圆弧形的夹持锁，可以增大自行车前轮与夹持锁的接触面积，提高夹持稳定性，如图2、图3所示。将顶块固定在齿型带上与夹持锁下表面相接触，顶块带动夹持锁升降，保证自行车升降的稳定性。

3.2 支撑与旋转模块

模型结构示意图结构如图3所示。

（1）支撑：自行车的重量通过夹持锁加载在固定于主轴的带有U形缺口的支撑板上，保证自行车停放在上方的安全性。

（2）旋转：顶块在齿形带的带动下顶着夹持锁移动到支撑板上方，此时顶块上表面与支撑板上表面重合，夹持锁在外壳旋转推动下转动到停车位置，保证其他自行车顺利停放。

3.3 智能驱动与控制模块

装置的自动化控制通过单片机控制系统来实现，操作者仅需将自行车安放在地上，按下控制旋转与升降的按钮，就能轻松实现与装置的交互，完成存取自行车且具有高效性。

4 工作原理

装置结构如图4所示，首先将自行车前轮装夹到自行车夹持锁12内，自行车前轮夹紧后，启动带轮驱动装置9，使带轮8运动，带轮8带动齿形带6运动，固定于齿形带6上的顶块11随着向上运动，顶块11顶着夹持锁12向上运动，自行车夹持锁在顶块11的作用下向上运动到停止，此时自行车夹持锁12的底面与支撑板3的顶面接触，随后在外部驱动电机的带动下，使齿轮5旋转，带动旋转块4旋转，外壳1在旋转块4的带动下转动并驱使夹持锁12围绕主轴2的中心转动，从而实现夹持锁的换位。夹持锁经过换位后，就停放在支撑板3上。

5 停车装置的创新点

（1）空间利用合理：该设计开辟了上层空间，并结合下层空间提高了空间利用率，还可与道路旁的路灯甚至任何柱状设施结合，增大自行车停车容量。产品外观设计还具有一定美感，实现公共设施的美化。

（2）结构模块化：为整个系统提供良好的升级、互换、维护及工程应用环境。

（3）操作自动化：利用单片机实现自动控制，使用户能轻松、方便、高效率的完成存取车。

（4）功能可靠：充分利用CREO、ANSYS、Adams等软件精密设计、有限元分析及动静应力分析来优化设计理论和方法。第一代样机实验表明，该装置的传动和旋转模块运行平稳，夹持锁与支撑板的强度可靠，装置操作方便、效率高。

6 结论

空间旋转式自行车停车装置通过设置主轴，并且在主軸上设置齿形带，齿形带通过带轮驱动装置驱动带动顶块移动，在工作的过程中，通过顶块移动使得自行车轮夹持锁移动到指定位置，同时通过旋转块的转动带动外壳转动，实现自行车轮夹持锁的换位。因此该停车装置能够将自行车停放在上层空间，同时通过机械自动化实现自行车的停放，停车方便、可靠，从而解决了城市自行车停车位置缺乏、占用大量道路、阻碍交通等问题。因此，空间旋转式自行车停车装置具有较大的市场应用前景与价值。

参考文献：

[1]冷传才，城市自行车交通发展战略及措施研究[J].北京建筑工程学院学报，2002，18（1）：96-100.

[2]王琴，杨连发，张震，等.自行车停放装置的开发应用现状及发展趋势[J].现代机械，2009（5）：82-84.

[3]卢正，刘磊.一种悬挂式立体自行车停车位的设计[J].机电信息，2017（6）：77-78.

[4]西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械原理[M].北京：高等教育出版社，2013.

[5]西北工业大学机械原理及机械零件教研室.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2013.