摘 要雙柱機械式汽車舉升機通過支撐汽車底盤或車身的某一部分，是使汽車升降的設備。汽車舉升機在維修保養中發揮至關重要的作用，無論是整車大修還是小修保養，都離不開他。機械式汽車舉升機作為整個汽車舉升機中的一員，他有著其他舉升機不具有的優勢，例如它的工作范圍廣，可以維修高頂棚車輛，工作占用空間小等。本文較全面的介紹了舉升機的種類，在確定所要設計的方案之后，針對舉升機的結構及特點要求進行了設計與說明。具體說，涉及原動機分析選擇，帶傳動分析設計，螺旋傳動分析設計，導軌分析選擇，支撐懸臂應力校核，鎖緊機構的選擇。本課題所設計的是雙柱機械式汽車舉升機。關鍵字：螺旋傳動；帶傳動；汽車舉升機；彎曲應力ABSTRACT Two-sided mechanical automobile lift machine is equipment to make the car lifting by supporting a certain part of the automobile chassis or body. Automobile lift machine play a crucial role in maintenance of both the vehicle overhaul and minor repair and maintenance, which cannot be replaced. Mechanical lifters is a member of the car lifting machine family, it has advantages that other lifting machine does not have, such as its work scope is wide, being capable of repairing vehicles with high ceiling, work space is small, etc. This paper comprehensively introduces the classification of the lifting machine and design the lift and make illustration based on the structure and characteristics of the lifting machine after deciding design scheme. Specifically, the paper involves the analysis of motor, belt transmission, screw transmission and guide rail, stress checking of cantilever and the choice of the locking mechanism. This topic is a design of two-sided mechanical automobile lift machine.Keywords: screw transmission; belt transmission; automobile lift; bending stress湖南科技大學本科生畢業設計（論文）目 錄第一章 緒論1 1.1 汽車舉升機簡介及發展概況1 1.2 汽車舉升機分類2第2章 舉升機設計任務和總體方案設計5 2.1 舉升機設計任務5 2.2 舉升機總體方案設計5 2.2.1 擬定設計方案5 2.2.2 確定總體設計方案6第三章 原動機分析選擇9 3.1原動機的計算選擇9 3.1.1 選擇原動機類型和結構9 3.1.2原動機轉速選擇及功率計算9第四章 帶傳動分析設計10 4.1 帶傳動簡介及類型選擇10 4.2 帶傳動設計計算10 4.2.1 帶傳動設計初始條件10 4.2.2 帶傳動主要失效形式和設計依據11 4.2.3 帶傳動設計計算11 4.2.4 帶輪結構設計12第五章 舉升機構分析設計14 5.1 舉升機構的分析選擇14 5.2 滑動螺旋副的設計計算16 5.2.1 材料的選擇16 5.2.2 耐磨性16 5.2.3 驗算自鎖17 5.2.4 螺桿強度：校核當量應力18 5.2.5 螺紋牙強度18 5.2.6 螺桿的穩定性18 5.2.7 橫向振動-驗算臨界轉速19 5.2.8 驅動轉矩和效率19第六章 支撐機構結構分析設計20 6.1 支撐機構結構設計20 6.2 支撐機構應力校核21 6.2.1 校核彎曲切應力21 6.2.2 校核彎曲正應力22第七章 導軌結構分析設計24 7.1 導軌類型分析選擇24 7.2 直線運動系統載荷計算25 7.3 滾動直線導軌副壽命計算26 7.3.1 壽命計算的基本公式26 7.3.2 滾動導軌副的壽命計算及選用規格27第八章 鎖緊機構分析設計30 8.1 鎖緊機構的必要性30 8.2 鎖緊機構原理分析30 8.3 鎖緊機構的選擇32 8.4 鎖緊機構的校核33第九章 螺栓連接件的校核35 9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核35 9.2 箱體與地基的螺紋校核36第十章 結論39參考文獻40致謝41i - -第一章 緒論1.1 汽車舉升機簡介及發展概況汽車舉升機在汽車保養和維修行業中占有重要地位。汽車舉升機根據保養維修工況，將需要保養或維修的汽車可靠安全地從地面舉升至另一合適高度，以便于工人的保養維修工作的設備。因此，汽車舉升機具有至關重要及難以替代的作用，是汽車保養維修行業中最基本的維修設備之一。早在20世紀初期，汽車維修特別是汽車底盤維修時，汽車維修技術工人一般通過鉆到車底下進行故障診斷與維修，但是這種維修方法空間比較狹小、光線比較陰暗，并且不利于維修人員長時間在車底作業，導致維修效率很低。 最初出現的舉升機由電力驅動，可以把汽車升到空中，但是舉升的高度不高。到了20世紀20年代，Weaver和Manley等生產的汽車舉升機最大舉升高度可以達到4英尺，并且可以根據工況需求在最高高度下對舉升高度進行任意調整，舉升機通過支撐車軸把汽車舉升起來，這樣保證了汽車被舉起后車輪可以自由轉動。 在1925年，美國的Rotary 公司創始人Lunati 偶然受到理發師座椅原理的啟發，制造出世界上第一臺液壓舉升機，這使修理汽車變得更加容易。 之后又出現了單柱框架接觸式舉升機，它保證了工作人員可以方便地對 4 個車輪維修，但是該設計方案的代價是犧牲了車底空間 ，使得工作人員無法對車底的某些部位進行維修。隨后兩柱舉升機的出現使得技師可以方便維修汽車底盤區域的故障。隨著科學技術的發展，制造廠家逐漸把舉升技術和自動化控制技術結合在一起，通過電子設備來控制舉升機的舉升動作，同時設計開發了多種成熟的安全保障裝置,使工作人員具有執行各種維修操作的能力。中國的汽車舉升機起步較晚，直到20 世紀 80 年代初才根據外國的技術生產。 汽車舉升機因為便于技師維修工作，所以逐漸代替了以前常用的地溝模式。 并且隨著我國汽車工業的繁榮，隨之形成了 一個龐大的汽車周邊市場，汽車舉升機的市場擴大迅速。 到了2000 年，舉升機產品形式和種類已發展到各式各樣，并且成為汽車維修行業取得二級維修資質必備的汽修設備。 隨著我國汽車保有量的不斷增多，私人購買汽車成為主流，汽車售后市場得到蓬勃發展，汽車舉升機成為一種使用頻率極高而且幾乎不可或缺的汽車維修設備。自從中國加入WTO后，中國汽車維修業受到的影響是巨大的。外國汽車廠商為適應售后服務的要求, 外國維修業開始相繼進入中國市場, 外國汽車維修業的進軍給中國汽車維修市場提供了一個較為先進和高效的國際技術環境, 這對促進國內汽車維修業的更新改造、加速汽車維修業技術進步是一個機遇, 必然會起到良好的推動作用。現代汽車維修方式必然代替傳統汽車的維修方式、維修制度和經營模式。以往的汽車維修通常就是維修談維修, 而現代汽車維修是集汽車銷售、零件銷售、資訊及售后服務四位為一體。維修對象的高科技化、維修設備現代化、維修咨詢網絡化、維修診斷專業化、維修管理多樣化及服務對象的社會化將是現代汽修的新趨勢。國外汽車維修企業通過汽車服務貿易的形式進入國內市場, 這使我國汽車維修行業面臨嚴峻挑戰, 而在汽車維修企業發展要素中, 管理、技術、裝配和信息將起主導作用。提倡汽車維修行業的服務優質化、品牌化、數字化，勢在必行。1.2 汽車舉升機分類 汽車舉升機有多種類型, 根據傳動方式一般可分為機械傳動和液壓傳動, 其主要性能對比見表1-1。其中機械傳動舉升機由于其結構特點容易發生絲杠或工作螺母滑扣, 導致所舉汽車跌落或絲杠卡死等故障, 存在很大的安全隱患。液壓傳動舉升機由于其性能優勢逐漸成為主流的舉升機產品類型。表1.1 根據傳動方式分類種類名稱優點缺點機械傳動舉升機結構簡單, 價格便宜機械磨損大，易發生汽車跌落液壓傳動舉升機安全性能好、運 行平穩、維護簡單以及工作效率高成本高近年來，隨著材料學科和其他相關學科的發展，機械式汽車舉升機開始展顯出新的活力。圖1.1是現在正在銷售的德國康索舉升設備。圖1.1 德國康索舉升設備根據結構類型來分，有雙柱式、四柱式和剪式，其主要性能對比見表1-2。 機械式舉升機：同步性雖好，但機械維護成本高（需要換銅螺母及軸承）。機械傳動可以是鋼絲或鏈條，但這樣設計有一個缺點：如果鋼絲或者鏈條在工作中有略微伸長，就會導致升降時拖架的移動不能同步。液壓式舉升機：維護成本較低，單缸同步性好，但是雙缸同步性較差。液壓式細分又可分為單缸式和雙缸式，單缸又分兩種：老單缸和新單缸，雙缸又分龍門式和無地板式。單缸同步性雖好，但油缸機械式連接在對面立柱的托架上。雙柱式液壓舉升機：液壓舉升，維修較少。質量較穩定，下降時需要兩邊拉開保險才能下降。油缸置于下部比較占用下面的空間。四柱式舉升機：四柱式同時具有雙柱式液壓舉升機的特點和實現四輪定位的檢測，安裝升舉更加方便，一般在中大型的修理場中有廣泛的應用。四柱式舉升機見圖1.2。圖1.2 四柱式舉升機剪式舉升機：舉升平穩，安全性高，但是剪式舉升機的精度要求高，容易卡死。剪式舉升機見圖1.3。圖1.3 剪式汽車舉升機表1.2 根據結構類型分類種類名稱優點缺點雙柱式舉升機同步性好，占地面積較小機械式機械磨損較大；液壓是成本高；四柱式舉升機適合四輪定位結構的使用占地面積較大剪式舉升機安全性高，操作簡單；空間利用率高精度要求較高，易發生舉升平臺不平衡，單邊升降第2章 舉升機設計任務和總體方案設計第三章 原動機選擇及運動學分析第四章 帶傳動分析設計4.1帶傳動簡介及類型選擇帶傳動是利用張緊在帶輪上的傳動帶，借助帶和帶輪間的摩擦或嚙合來傳遞運和力 的。帶傳動具有傳動平穩、結構簡單、造價低廉、不需潤滑和能緩傳動吸振等優點，在機械傳動中被廣泛的應用1。根據帶傳動原理不同,帶傳動可分為摩擦型和嚙合型兩大類,前者過載可以打滑,但傳動比不準確(滑動率在2%以下);后者可保證同步傳動。根據帶的形狀可分為平帶傳動，v帶傳動和同步帶傳動。根據用途，有一般工業用途、汽車用和農機用之分1。帶傳動的功率損失方式共有四種：滯后損失、滑動損失、空氣阻力和軸承摩擦損失。鑒于上述功率損失，帶傳動的效率約在0.80.98范圍內，根據帶的種類而定。各種類帶傳動的效率如表4.1。表4.1 各類帶傳動的效率帶的種類效率（）平帶8398有張緊輪的平帶8095 普通V帶簾布結構繩芯結構87929296窄V帶9095多楔帶9297同步帶9398 根據汽車舉升機的工況條件和第三章電機的容量，選擇效率較高、最常見的普通V帶傳動，結構為繩芯結構。繩芯結構的普通V帶當量摩擦因數大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預緊力小，而且帶體較柔軟，曲撓疲勞性好。4.2帶傳動設計計算4.2.1帶傳動設計初始條件根據第三章的總體分析，確定帶傳動設計的初始條件，見表4.2。表4.2 帶傳動設計初始條件項目值單位電機功率2.2Kw大帶輪轉速n2940R/min小帶輪轉速n1240R/min4.2.2帶傳動主要失效形式和設計依據 1)帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力 2）帶由于疲勞產生脫層、撕裂和拉斷 3）帶的工作面磨損保證帶傳動在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設計的主要依據，也是靠摩擦傳動的其他帶傳動設計的主要依據。4.2.3帶傳動設計計算1、 設計功率 KA - 工況系數，由于舉升機載荷變化較大并且一般每天工作小時數不大于10 小時，查表取1.1 P - 傳遞的功率， P = 2.2 * 0.96 = 2.11kw2、 選定帶型 根據設計功率Pd和小帶輪帶速n1選取帶型為A型。3、 傳動比 4、 小帶輪基準直徑 為提高V帶的壽命，原則上宜選取較大的直徑，但由于立柱空間的限制，現選擇小帶輪基準直徑。5、 大帶輪基準直徑 ，按機械設計手冊選取大帶輪基準直徑標準值。6、 帶速 dp1 - 大帶輪的節圓直徑，通常帶輪的節圓直徑可視為基準直徑 對于普通V帶，滿足條件。7、 初定軸間距 ，所以8、 所需基準長度 ，其中，按機械設計手冊選取基準長度9、 實際軸間距 安裝時所需最小軸間距： 10、 小帶輪包角 11、 單根V帶傳遞額定功率 根據帶型、dd1和n1查表線性插求得。12、 傳動比i 1的額定功率增量 根據帶型、dd1和n1查表線性插求得。13、 V帶根數 ，取4根V帶式中，Ka - 小帶輪包角修正系數，查表取0.85， KL - 帶長修正系數，查表取0.93。4.2.4 帶輪結構設計1、 帶輪設計要求設計帶輪時，應使其結構便于制造，質量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造應力產生過大的內應力。V 5m/s時要進行靜平衡，V 25m/s時則應進行動平衡。輪槽工作表面應光滑，以減少V帶的磨損。2、 帶輪材料帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程材料等。灰鑄鐵應用最廣，當v30m/s時用HT200，v2545m/s，則宜采用孕育鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓-焊接帶輪。小功率傳動可用鑄鋁或塑料。3、 帶輪的結構帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實心、孔板和橢圓輪輻等三種。通過查找機械手冊，確定小帶輪為實心輪，大帶輪為孔板輪，材料都為HT200。 第五章 舉升機構分析設計5.1舉升機構的分析選擇 螺旋傳動的基本原理是通過螺桿和螺母的旋合傳遞運動和動力。螺旋傳動主要是將旋轉運動變成直線運動，可以以較小的力矩獲得很大的推力，或者用作調整零件的相互位置。當螺旋傳動不自鎖時，也可以將直線運動轉化為旋轉運動。根據螺紋副摩擦性質不同，可分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動，各類螺旋傳動的特點和應用舉例見表5.1。表5.1 各類螺旋傳動的特點和應用2種類滑動螺旋傳動滾動螺旋傳動靜壓螺旋傳動特點1. 摩擦阻力大，傳動效率低2. 結構簡單，加工方便3. 易于自鎖4. 運轉平穩，但低速或微調時可能出現爬行5. 螺紋有側向間隙，反向時有空程6. 磨損快1. 摩擦阻力小，傳動效率高2. 結構復雜，制造困難3. 具有傳動可逆性4. 運轉平穩，起動時無顫動，低速時不爬行5. 抗沖擊性能較差6. 工作壽命長，不易發生故障1. 摩擦阻力極小，傳動效率高2. 螺母結構復雜3. 具有傳動可逆性4. 工作平穩，無爬行現象5. 反向時無空程6. 磨損小，壽命長7. 需要一套壓力穩定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統應用舉例金屬切削機床的進給、分度機構的螺旋傳動，摩擦壓力機，千斤頂的傳力螺旋金屬切削機床、測試機械、儀器的傳動螺旋和調整螺旋等精密機床的進給、分度機構的傳動螺旋根據雙柱機械式汽車舉升機的應用行業和工作條件及螺旋傳動的特點和應用，選擇滑動螺旋傳動作為汽車舉升機的舉升機構。滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，三種主要螺紋的特點和應用見表5.2表5.2 三種螺紋副的螺紋種類、特點和應用2種類特點應用梯形螺紋牙根強度高，螺紋的工藝性好；內外螺紋以錐面貼合，對中性好，不易松動；采用剖分式螺母，可以調整和消除間隙；效率較低用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機床的絲桿、載重螺旋式起重機鋸齒形螺紋外螺紋牙根處有相當大的圓角，減小了應力集中，提高了動載強度；大徑處無間隙，便于對中；和梯形螺紋一樣都有螺紋強度高、工藝性好的特點，但有更高的效率用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機的傳力螺旋、火炮的炮栓機構矩形螺紋傳動效率高，但精度制造困難；螺紋強度比梯形螺紋和鋸齒形螺紋低，對中精度低，螺紋副磨損后的間隙難以補償與修復用于傳力螺旋和傳動螺旋，如一般起重機根據雙柱機械式汽車舉升機的應用行業和工作條件及螺旋副的特點和應用，此汽車舉升機的滑動螺旋傳動的螺紋副選擇梯形螺紋，為保證螺旋副的自鎖性，取螺紋頭數為單頭螺紋。 滑動螺紋傳動的螺母結構通常有三種，分別是整體螺母、組合螺母和剖分式螺母，三種螺母結構的特點見表5.3。表5.3 三種螺母結構的特點種類整體螺母組合螺母剖分式螺母特點結構簡單，但由于磨損產生的軸向間隙不能補償，只適用于精度較低的螺旋傳動結構復雜，但可以定期的調整，以消除軸向間隙，避免反向轉動的空程結構較復雜，但可以補償旋合螺紋的磨損雖然組合螺母和剖分式螺母有補償間隙、避免反轉空程或補償磨損的優點，但是組合螺母和剖分式螺母結構過于復雜，且剖分式螺母主要運用于傳導螺旋中，所以本舉升機選擇整體螺母。組合螺母結構見圖5.1，其中1 - 固定螺釘；2 - 調整螺釘；3 - 調整楔塊。剖分式螺母機構見圖5.2。圖5.1 組合式螺母結構圖圖5.2 剖分式螺母結構圖總結，此雙柱機械式汽車舉升機選擇滑動螺旋傳動，梯形螺紋和整體螺母作為舉升機構。5.2滑動螺旋副的設計計算根據上一節分析，滑動螺旋副采用梯形螺紋，整體螺母結構，額定舉升質量3000kg，最大舉升高度2000mm，全程t1min。5.2.1 材料的選擇螺桿和螺母材料除應具有足夠的強度和良好的加工性能外，相互旋合應具有交的的摩擦系數和較高的耐磨性。所以，本汽車舉升機的螺桿應進行熱處理，以保證其耐磨性。對于中等精度的一般傳動，螺桿材料選擇45鋼，熱處理過程為：預備熱處理：正火（170200HBS）；最終熱處理：調質（220250HBS）。傳統螺母材料選擇鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2，該材料和鋼制螺桿配合，摩擦系數低，強度高，適用于重載、低速傳動。5.2.2耐磨性滑動螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據耐磨性計算確定的。1、螺桿中徑 矩形螺紋 = 0.8；F-單柱軸向載荷，1.5為安全系數p-許用壓強，取15值根據螺母的形式選定，整體母取2.53.5由于要同時滿足螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強度、螺紋牙強度、螺桿穩定性和橫向振動等設計要求，所以螺桿中徑d2取35mm，再由標準中選取公稱直徑d = 40和螺距 P = 10。2、螺母高度 3、旋合圈數4、螺紋的工作高度梯形螺紋h = 0.5P = 0.510 = 55、工作壓強 5.2.3驗算自鎖 要求自鎖的螺桿應校核其自鎖性。 5.2.4螺桿強度：校核當量應力 傳力螺旋應校核螺桿危險截面的強度； 其中，驅動轉矩5.2.5螺紋牙強度 青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調整螺旋應校核螺紋牙的抗剪和抗彎強度。1. 螺紋牙底寬度梯形螺紋2. 螺桿抗剪強度 3. 螺桿抗彎強度 4. 螺母抗剪強度 5. 螺母抗彎強度 5.2.6螺桿的穩定性 當螺桿受壓力，其長徑比又很大時，容易產生側向彎曲，應校核其穩定性，其直徑也可按穩定性確定。螺桿的端部結構采用兩端固定，取長度系數=0.5。螺桿的最大工作長度l = 2000mm。螺桿危險截面的軸慣性矩。螺桿危險截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，對于鋼，取E=2.06e5。當時,螺桿的臨界載荷為：則，滿足條件。5.2.7橫向振動-驗算臨界轉速轉速高的長螺桿，可能產生橫向振動，還應校核其臨界轉速。 n = 240r/min 0.8nc = 255r/min ，滿足條件。lc - 螺桿兩支承間的最大距離，取lc = 2300 mm1 - 系數，與螺桿的端部固定結構有關，查表去4.7305.2.8 驅動轉矩和效率 第六章 支撐機構結構分析設計6.1 支撐機構結構設計 升降臺的懸臂部分是屬于本汽車舉升機的支撐機構。當目標汽車進入到汽車舉升機的范圍里時，整個支撐機構就通過改變懸臂的角度和長度來改變懸臂的整個工作范圍的寬度。本汽車舉升機設計的支撐機構為對稱式懸臂，這樣設計有利于保持維修汽車的穩定，使立柱中各機構的受力更均勻，同時又滿足了各類汽車所需的距離，如圖6.1所示：圖6.1 對稱式懸臂的工作范圍示意圖其中，圖中方格陰影部分就是懸臂的工作范圍，能夠滿足各類轎車的寬度。圖6.2 懸臂結構圖懸臂采用兩段式，可以自由伸長或縮短，伸縮范圍為250mm，見圖6.2。懸臂材料選擇Q235焊接而成。6.2 支撐機構的應力校核本節將通過簡化模型對支撐結構進行校核，整個懸臂可以簡化為一懸臂梁，施加載荷在懸臂梁的末端，懸臂梁截面為一空心矩形。下面將分別校核懸臂彎曲正應力和彎曲切應力。6.2.1 校核彎曲切應力通過查閱材料力學可知，彎曲切應力的計算公式為： 式中，Fs - 橫截面上的剪力； b - 截面寬度； Iz - 整個截面對中性軸的慣性矩； S*z - 截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積對中性軸的靜距。1） 計算Fs 由本舉升機的設計要求，懸臂末端Fs = 7450N。2） 計算Iz圖6.3 為應用SolidWorks截面參數命令得到的懸臂截面參數，由此可得： 圖6.3 懸臂截面參數3） 計算S*z由公式可知，要計算Sz，先要求出截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積和形心坐標。計算可以利用組合法，見圖6.4。由于截面關于Y軸對稱，因此計算只計算Y軸左側。圖6.4 組合法計算形心坐標所以化簡可得：所以懸臂的彎曲切應力為：所以為y = 0時，0.6=141Mpa，滿足條件。6.2.2 校核彎曲正應力通過查閱材料力學可知，懸臂的彎曲正應力計算公式為：，式中，Mmax - 懸臂最大彎矩； W - 抗彎截面系數，與截面的幾何形狀有關； Iz - 整個截面對中性軸的慣性矩；y - 截面上距中性軸為y的橫線。通過上一小節的計算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5Nm。再由以上公式可以計算出懸臂的彎曲正應力為： ，滿足條件。第七章 導軌結構分析設計7.1導軌類型分析選擇常用的三種直線運動導軌基本性能見表7.1。滾動直線導軌的運行速度已達200m/min。在歐美各國2/3以上的高速數控機床都采用了滾動直線導軌。它已在各種現代機械設備中得到越來越廣泛的應用3。表7.1 直線運動導軌基本性能比較運動形式滑動導軌滾動直線導軌靜壓導軌摩擦因數=0.04-0.06=0.003-0.005=0.0005-0.001運行速度低速低速高速中速高速剛度高較高較低壽命三者相近可靠性高較高較差根據本汽車舉升機的工況條件，選擇滾動直線導軌。滾動直線導軌有四方向等載荷型、輕載荷型、分離型、徑向型和交叉滾柱V型直線導軌副。本汽車舉升機選擇四方向等載荷型。四方向等載荷型滾動直線導軌副結構簡圖見圖7.1。這種類型的滾動直線導軌具有以下特點：1） 滾動體與圓弧溝槽相接觸，與點接觸相比承載能力大，剛性好；2） 摩擦因數小，一般小于0.005，僅為滑動導軌副的1/201/50，節省動力，可以承受上下左右四個方向的載荷。3） 磨損小，壽命長，安裝、維修、潤滑簡便。運動靈活、無沖擊，在低速微量進給時，能很好地控制位置尺寸。4） 導軌兩側各有互成45的兩列承載滾珠，剛性好，可以承受沖擊及重載，用途較廣，如加工中心、數控機床、機器人、機械手等。圖7.1 四方向等載荷型滾動直線導軌副結構簡圖綜上所述，本汽車舉升機的導軌選擇四方向等載荷滾動直線導軌副。7.2 直線運動系統載荷計算 直線運動系統所承受的載荷受工件重力及重心位置的變化、驅動力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動及停止時加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發生變化。通過查找機械設計手冊，以下為四滑塊工作臺直線運動系統載荷計算方法。圖7.2 直線運動系統受載情況計算示意圖上圖直線運動系統受載計算模型適用于立式導軌勻速運動或靜止的受載計算，常見于工業用立式機械手、自動噴涂機械、起重機等場合。本汽車舉升機由于舉升速度小，計算中忽略啟動及停止時因慣性力引起的載荷變化，計算公式如下：式中： W - 外加載荷 P1、P2、. - 垂直于運動平面的支反力 P1T、P2T、. - 平行于運動平面且垂直于導軌的支反力，下同 F - 驅動（推）力 根據第三章的總體設計，本汽車舉升機的左右對稱中心線與導軌中心線的距離為1515mm，由轎車車寬（見表7.2)可計算出外加載荷作用線據導軌中心線的最長距離為690mm。直線運動系統載荷示意圖見圖7.3。表7.2 轎車車體車寬（單位：mm）小型轎車中小型轎車中型轎車大型轎車165170175190圖7.3直線運動載荷示意圖本雙柱機械式汽車舉升機導軌設置為左右立柱各一根導軌，每根導軌兩個滑塊，共4個滑塊，根據直線運動系統受載計算公式可以求得： 7.3 滾動直線導軌副壽命計算滾動功能部件的主要失效形式是滾動元件與滾動軌道的疲勞點蝕與塑性變形，其相應的計算準則為壽命（或動載荷）計算和靜載荷計算。某些滾動功能部件還具有滾動體循環裝置，循環裝置的失效主要靠正確的制造、安裝與使用維護來避免。7.3.1壽命計算的基本公式直線運動滾動功能部件壽命計算的基本公式如下：滾動體為球時： （7-3-1）式中L - 額定壽命，指一組同樣的直線運動滾動部件，在相同條件下運行，其數量的90%不發生疲勞時所能達到的總運行里程，km；C - 基本額定動載荷，指垂直于運動方向且大小不變地作用于一組同樣的直線運動滾動功能部件上使額定壽命為L = 50km（對球形滾動體）時的載荷，kN；P - 計算載荷，指直線運動滾動功能部件所承受的垂直于運動方向的載荷，kN；fH - 硬度系數，一般廠家滾動元件及滾動軌道表面的實際硬度均在58HRC以上，fH均可取1；fT - 溫度系數；fC - 接觸系數；fW - 載荷系數。用小時數表示的額定壽命Lh為： （7-3-2）式中l - 直線運動部件單向行程長度，m；n - 直線運動部件每分鐘往返次數，1/min。7.3.2 滾動導軌副的壽命計算及選用規格本雙柱機械式汽車舉升機的設計工作壽命為五年，按每年300天計算，則共有工作小時數：根據公式（7-3-2）可得： 式中 l - 直線運動部件單相行程長度，取l = 2m n - 直線運動部件每分鐘往返次數，根據實際情況，按一次修車15min 計算，則每分鐘往返次數為1/15。再根據公式（7-3-1）可得: 式中 fH - 硬度系數，取值為1 fT - 溫度系數，工作溫度100，取值為1； fC - 接觸系數，每根導軌上兩個滑塊，取值為0.81； fW - 載荷系數，無外部沖擊或振蕩的低速運動場合，速度小于15m/min， 取值為1.1。通過查找機械設計手冊，選用規格為25，基本額定動載荷為17.7KN的四方向等載荷型直線導軌副,導軌副詳細參數見圖7.4和圖7.5。圖7.4 直線導軌滑塊結構圖7.5 直線導軌副詳細參數第八章 鎖緊機構分析設計8.1 鎖緊機構的必要性汽車舉升機的升降懸臂升到預定高度后, 必須采用鎖緊裝置將升降懸臂鎖定, 使其在維修過程中不會因為技工維修過程中的振動而使汽車掉落或劇烈振動。汽車舉升機的穩定性以及鎖緊機構設計合理, 對維修技工的安全具有重要的保護作用。能否設計出經濟且安全的鎖緊機構是舉升機生產廠家提高市場競爭力的又一重要因素。在現有技術中, 有下列幾種鎖緊機構：1） 部分廠家在機械結構上設置包含電磁鐵、彈簧或制動板的鎖緊機構。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵的設計制造質量問題不一,易使電磁鐵工作噪聲過大, 而且容易出現被燒毀等問題, 給用戶帶來各種安全隱患。2） 包含彈簧的鎖緊裝置, 常常因為扭轉彈簧本身的制造缺陷、使用壽命等方面從根本上降低了舉升機鎖緊性能, 給舉升機的使用帶來很大的安全隱患。3） 在汽車舉升機立柱的不同高度上分別設置若干止動板以及升降懸臂末端部對應于止動板處則分別設置有可以轉動的鎖鉤, 當升降懸臂需作上下運動時, 鎖鉤同時向內縮進或升降臂停止運動時, 鎖鉤則可以向外伸出并鉤住止動板的頂部, 防止升降懸臂和車輛沿立柱下滑。但此類升降懸臂鎖緊裝置易受結構設計的限制, 使得鎖鉤不能承受過大的載荷, 容易影響汽車舉升機的最大承載能力；同時, 由于汽車舉升機的升降懸臂在作上下運動時, 其相對應的鎖鉤會受外力作用而向里收縮, 然而需定位時, 其外作用力撤去, 此時鎖鉤依靠自重伸出, 使鎖鉤與止動板相扣并將升降懸臂定位, 但是由于這種結構的鎖鉤有可能在伸出時不能全部及時復位, 因此此類汽車舉升機也容易產生各種事故隱患。 8.2 鎖緊機構的原理分析為了解決上述鎖緊機構可能產生的問題，本汽車舉升機采用一種不需要額外夾緊力就能使升降懸臂被安全地鎖緊在適當位置的簡單卻有效的技術。升降平臺包括兩個特殊的圓環裝配件，它們通過兩個錐形環的簡單物理接觸產生的力來卡緊圓柱軸。當平臺升降時，內部非金屬圓環不會與圓柱軸接觸，所以不會影響平臺自由升降，如圖8.1。圖8.1 平臺升降時鎖緊機構原理圖圖8.2 平臺升至設計高度時鎖緊機構原理圖當平臺被升至設計高度時，停止傳動力，整個平臺的所有重量都施加在外圓環上，使其產生一個向下的力，這個力通過斜楔的作用傳遞給內部圓環一個水平方向的力。于是，平臺被牢固的鎖緊，如圖8.2。平臺越重，產生的夾緊力也就越大。這個技術的優點是軸不需要開槽或螺紋，并且成本也得到降低。8.3 鎖緊機構的選擇在實際生產中，已經有采用類似原理的鎖緊機構，導軌（光軸）鉗制器便是其一。導軌鉗制器是指直接夾緊直線導軌或者光軸的直線運動輔助配件。NBK公司的導軌鉗制器結構如圖8.3。圖8.3 導軌鉗制器結構圖本汽車舉升機選用這種適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導軌鉗制器，防止升降懸臂滑落；制動動力為氣壓，并且為常閉（Normally Closed）型，即當不供給氣壓時，鉗制器依靠特殊彈簧的作用力等夾緊導軌，當向常閉型導軌鉗制器供給氣壓后，解除夾緊。根據本汽車舉升機的設計舉升質量3000kg及導軌鉗制器的型號表，選擇保持力為18000N，型號為RBPS-2600的導軌鉗制器，具體尺寸性能見圖8.4。圖8.4 RBPS-2800尺寸性能8.4 鎖緊機構的校核上節選擇導軌鉗制器的主要依據是導軌鉗制器的保持力，而沒有考慮到與導軌鉗制器配合的直徑為28的光軸。由于光軸屬于細長桿件，細長桿件受壓時時可能會導致壓桿失穩，所以本節將校核光軸的穩定性。1） 選擇校核公式當壓桿柔度大于等于極限柔度時，稱為大柔度壓桿，此時可以使用歐拉公式；若壓桿的柔度小于極限柔度，此時歐拉公式已不再適用，工程中對于這類壓桿的計算，一般采用以實驗結果為依據的經驗公式，有兩種常用的經驗公式：直線公式和拋物線公式。下面選擇校核公式：光軸橫截面慣性矩： 光軸橫截面的慣性半徑： 式中，A - 橫截面面積。光軸的柔度： 式中， - 壓桿的長度因數，該光軸的約束條件為兩端固定，取 = 0.5。對于優質碳鋼（取彈性模量E = 206GPa），壓桿的柔度極限值為： 由于，所以該光軸校核使用計算壓桿穩定性的歐拉公式。2) 校核壓桿穩定性歐拉公式的普遍形式為：式中， I - 橫截面的慣性矩； E - 材料彈性模量； - 壓桿的長度因數，由壓桿的約束條件決定。對需校核的光軸應用歐拉公式可得： ,通過查找機械設計手冊，按抗不穩定計算的安全系數取35，所以直徑為28的光軸滿足條件。第九章 螺栓連接件的校核本汽車舉升機有多處連接采用螺紋連接，要校核所有螺紋連接是沒有必要的，本章著重選擇校核升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核與箱體與地基的螺紋校核。9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核升降臺與剖分式螺母的螺紋連接是通過鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間沒有間隙，接觸表面承受擠壓應力；而在連接接合面處，螺栓桿則承受剪切應力。因此，應分別按擠壓及剪切強度條件計算。升降臺與剖分式螺母螺紋連接的受力示意圖見圖9.1。圖9.1 螺紋連接示意圖計算時，我假設螺栓光桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因為這種連接所受的預緊力不大，所以不予考慮預緊力和螺紋摩擦力矩的影響。根據機械設計可知，螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為:螺栓桿的剪切強度條件為：式中：F - 螺栓所受的工作剪力，N； d0 - 螺栓剪切面的直徑，mm； Lmin - 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。根據本汽車舉升機的總體設計要求，額定舉升高度為3t，所以每個螺栓承受的工作剪力F為：再由上述公式可得：預選擇螺栓的性能等級為4.6，則屈服極限為240MPa。根據機械設計可知，螺紋連接件的許用切應力和許用擠壓應力分別按下列式子確定：對于鋼，取根據機械設計的表5-10，安全系數分別取。所以， 滿足要求。所以，升降臺與剖分式螺母套之間的螺紋連接采用鉸制孔螺栓M1855，性能等級為4.6。9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇箱體與地基之間的螺紋連接采用普通螺栓連接，由于箱體所受傾覆力矩較大，為了防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現間隙，本節主要校核受載后地基接合面應力的最大值不超過允許值，最小值不小于零，即有：上式中，代表受載前由于預緊力所受的擠壓應力；A為接合面的面積；為加載后接合面上所產生的最大的附加擠壓應力。由于