..畢業(yè)設計題目—普通式雙柱汽車舉升機設計指導教師：成建平、董長雙XX理工大學繼續(xù)教育學院機械工程及其自動化專業(yè)06級本科李強目錄內容頁碼摘要4汽車舉升機設計課題調研報告51、常用汽車舉升機的結構類型52各類汽車舉升機的使用情況73汽車舉升機的主要參數(shù)84舉升機的方案擬定94.1主要結構及其結構形式94.2驅動、舉升及同步方式104.3舉升機的結構設計125、普通式雙柱汽車舉升機方案的確定146、參考文獻141舉升機的方案擬定161.1舉升機的基本情況161.1.1常用汽車舉升機的結構類型161.1.2汽車舉升機的主要參數(shù)161.2汽車舉升機的主要結構與要求171.2.1舉升裝置的要求171.3普通式雙柱汽車舉升機結構方案的確定182普通式雙柱汽車舉升機的結構設計192.1舉升裝置192.2立柱202.3支撐機構212.4平衡機構232.5保險機構233普通式雙柱汽車舉升機的強剛度分析與驗算243.1普通式雙柱舉升機立柱的結構分析和驗算253.1.1主立柱的截面特性分析與計算[5]253.1.2主立柱的強度分析與驗算283.1.3主立柱的剛度計算363.2托臂部分的強度校核363.2.1托臂部分截面特性373.2.2托臂部分強度核算373.2.3從托臂處考慮撓度情況404液壓系統(tǒng)414.1液壓系統(tǒng)工作原理414.2液壓缸活塞桿受壓校核424.2.1液壓缸活塞桿強度驗算424.2.2液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核435結論446參考文獻46普通式雙柱汽車舉升機設計摘要雙柱式汽車舉升機是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設備,廣泛應用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。本文較全面地介紹了舉升機的分類,在確定了所要設計的舉升機的方案之后,即針對舉升機的結構及其特點要求進行了設計與說明,同時對舉升機設計過程中所涉及到的工藝性問題進行補充說明。然后分析了普通式雙柱汽車舉升機主立柱的截面特性,并對主立柱的強剛度和托臂的強度進行了校核驗算。對液壓缸活塞桿強度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進行了驗算,以保證所設計的舉升機滿足使用要求。關鍵詞：普通式,雙柱舉升機,結構特點,非對稱式,機械結構設計,液壓驅動,截面特性汽車舉升機設計課題調研報告1、常用汽車舉升機的結構類型目前,全國生產汽車舉升機的廠家較多,生產的型式也較繁多。有雙柱式、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。其中各類舉升機從不同的方面又可分成好幾類：單從舉升機的外型來分類的基本形式有：普通雙柱、龍門雙柱、四立柱、剪式、移動式和單立柱式等〔分別如下列各圖所示1.1～1.6。圖1.1普通雙柱式汽車舉升機圖1.2龍門雙柱式汽車舉升機圖1.3四立柱式汽車舉升機圖1.4剪式汽車舉升機圖1.5組合移動式汽車舉升機圖1.6單立柱式汽車舉升機各種形式各有千秋,適用于不同的場合。最常用的形式是前四種,即：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式和剪式。剪式舉升機分為大剪〔子母式、小剪〔單剪式舉升機。雙柱式舉升機分又分為機械式和液壓式舉升機。機械式舉升機曾流行于1992-1998年間,該舉升機特點是同步性好,但由于機械磨損維護成本高〔經常需要更換銅鑼母以及軸承,每年一臺舉升機的維修更換需要1000元左右,因此目前不生產此舉升機,使用者們最終會將該產品更換為維護成本小的液壓舉升機。2各類汽車舉升機的使用情況從調研的情況來看,雙立柱結構形式的汽車舉升機為最多,其次是四立柱式,同時還有少些的剪式舉升機。汽車舉升機生產廠的市場占有率如表1.1和圖1.7,其中永紅和寶得寶生產的舉升機市場占有率最高,分別為34.1%和28.5%。國產和進口的百分比分別為：77.1%和22.9%。進口的舉升機大部分是比較早期的產品。另外,未被統(tǒng)計的大部分小廠都是擁有國產的舉升機。表1.1舉升機主要生產廠的市場占有率總臺數(shù)編號生產廠臺數(shù)百分比1寶得寶6128.5%2永紅7334.11%舉升機總數(shù)2143中大83.74%4序達94.21%5其他4119.16%6進口4922.90%圖1.7汽車舉升機主要生產廠的市場占有率百分比圖3汽車舉升機的主要參數(shù)普通雙立柱式、龍門雙立柱式、和四立柱式這三種目前市場上主要的汽車舉升機主要技術參數(shù)統(tǒng)計如表1.2,1.3,1.4所示。表1.2普通雙立柱式汽車舉升機主要參數(shù)額定舉升質量最大舉升高度盤距地高度全程上升時間全程下降時間2.5-3.5T1700-1800mm110-180mm50-70Sec20-60Sec表1.3龍門雙立柱式汽車舉升機主要參數(shù)額定舉升質量最大舉升高度盤距地高度全程上升時間全程下降時間2.5-3.5T1700-1800mm110-180mm50-70Sec20-60Sec表1.4四立柱式汽車舉升機主要參數(shù)額定舉升質量最大舉升高度盤距地高度全程上升時間全程下降時間2.5-3.5T1700-1800mm110-180mm50-70Sec20-60Sec4舉升機的方案擬定4.1主要結構及其結構形式舉升機的結構形式主要有：〔1整體結構形式；〔2舉升方式；〔3驅動方式；〔4平衡方式；〔5保險與保護方式；〔6托盤結構。常用的幾種舉升機整體結構形式包括有普通式、龍門式、四柱式、剪式、移動式和單立柱式六種。目前市場上最常見的是普通式和龍門式。普通式舉升機的結構形式比較簡單,制作成本相對于龍門式稍低。但從整個機器的強剛度的角度去考慮,龍門式就占優(yōu)勢了,簡單地說就等于是在普通式的基礎上再多加了橫梁,于是便形成了龍門式,但也因此增加了它的制作成本。四柱式的定位非常穩(wěn)固,但一般用于比小轎車稍大的車型的維修和保養(yǎng),制作成本不低。剪式舉升機又分為大剪〔子母式和小剪〔單剪舉升機。但由于不是批量,所以價格偏高。對于體積可以說是龐大的大型客車來說,使用以上幾種舉升機就比較困難。因此,又有了組合移動式舉升機。既可以是雙柱式的,也可以是四柱式。這樣的組合方便地適用于各種車型,但一般僅在給大型車進行維修或保養(yǎng)的時候才使用。單立柱式舉升機占地面積小,適用于小型汽車使用。由于是單柱,較大型車就無法使用,就降低了它的使用價值。常用的幾種舉升機整體結構形式的主要特點如下表2.1所示：表2.1各類汽車舉升機結構的主要特點結構形式主要特點普通雙柱結構簡單成本低、使用方便,但對地基要求較高。龍門雙柱強度比普通雙柱的高、但成本也有所提高。四立柱能作四輪定位用。剪式能隱藏與地面水平,不占空間,對地基要求低。移動式能雙柱、四柱或多柱聯(lián)動,方便地適應于各種車型。單立柱式占地小,適用于小型汽車。4.2驅動、舉升及同步方式舉升機的驅動方式主要有：電機驅動和液壓驅動。液壓驅動方式通常有鏈條傳動舉升和液壓缸直接舉升方式。液壓式舉升機維護成本低,油缸的油封為進口的話一般使用5——10年沒問題。其中電機驅動又分單電機和多電機,液壓驅動又分單液壓缸和多液壓缸等多種驅動方式。單缸舉升機也分為兩種,一直被業(yè)內人士稱作老單缸和新單缸。單缸的優(yōu)點是：同步性好,不存在顛簸現(xiàn)象,有底板,舉升機得扭力靠底板抵消,安全性好,是目前最理想得舉升機。雙缸舉升機也分有兩種：龍門式舉升機和無地板舉升機。但由于是雙缸,所以同步性問題難以解決,往往要靠兩根鋼絲繩來平衡。油缸以及鋼絲繩只要調整得松緊一致,舉升機就可以同步運作。雙缸的優(yōu)點是：沒有底板,為了最大得節(jié)省材料,去掉底板,使得立柱得扭力靠地面來抵消,所以對地基要求很高。如果驅動是單液壓缸,則升降運動采用機械方式同步。如果采用多個液壓缸驅動,則升降運動既可以采用機械同步〔如,鋼絲繩同步,也可以采用同步液壓缸或副缸隨同主缸同步升降。常用的舉升方式有：絲杠螺母方式舉升、鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式和液壓缸直接舉升等方式。從液壓和機械兩種舉升方式來看,機械方式和液壓方式各占一半,但機械的略多有些,如圖2.1所示：圖2.1汽車舉升機舉升方式百分比圖1——液壓；2——機械絲杠螺母傳動的舉升方式一般采用電機驅動。如用單電機驅動,則各柱的升降運動,一般應用機械同步方式；若用多電機驅動,則采用機械同步或采用電氣方式同步進行升降運動。在電氣方式同步時,副柱上的升降是隨同主柱的升降運動同步進行的。鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式可采用電機驅動或液壓缸驅動,一般采用鋼絲繩平衡同步舉升。上述各種方式各有特點：絲杠螺母方式傳動的自鎖性好,安全性也較好。而且采用電機驅動,維護保養(yǎng)均較方便,傳遞比較清潔,沒有液壓油,但制造工藝性差。而液壓驅動舉升方式則工作平穩(wěn),加工制造方便,但是需要液壓系統(tǒng)。與機械系統(tǒng)相比,液壓回路容易產生故障,維護保養(yǎng)工作較多。相比液壓缸舉升機產生成本比絲杠螺母舉升形式的要低。液壓缸的產生遠比絲杠螺母機構簡單,容易組織產生。且使用壽命比絲杠螺母要長。所以本次設計所采用的是液壓舉升方式。4.3舉升機的結構設計此次將舉升機的結構形式設計為普通式雙柱汽車舉升機。普通式汽車舉升機的總體結構如圖2.3所示：圖2.3普通式二柱汽車舉升機的總體結構舉升機構舉升機構是由液壓系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)組成的。通過電器系統(tǒng)來控制液壓單元,油液通過進出液壓缸并通過滑臺鏈條來帶動整個設備的舉升動作,如圖2.4所示：圖2.4舉升機構示意圖立柱與支撐機構舉升機的立柱包括左、右兩個主立柱,中間放置滑臺和液壓系統(tǒng)。舉升機的支撐機構是托臂。當汽車進入到舉升機的范圍里時,就是通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。平衡機構由于舉升機在上升或下降時必須有強制性平衡裝置以確保汽車整體的水平位置,所以本次設計采用了左右對稱的鋼絲繩走向,可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。保險機構與保護汽車舉升機是一種安全性能要求特別高設備。通常設有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。本次設計中電磁鐵安全鎖機構的組成是：兩個滑臺上均有安裝安全卡位條,在汽車升起后,卡位條與電磁鐵連接的支撐板構成機械自鎖機構。5、普通式雙柱汽車舉升機方案的確定通過對舉升機的了解,確定了本次設計采用的方案。本次設計所采用的是液壓驅動的普通式雙柱汽車舉升機。此舉升機構的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)驅動和控制的,由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條,使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動,實現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內的滑臺相連,當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。6、參考文獻[1]孔紅梅,等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封,2000,<1>:20--23.[2]劉敏杰,等.幾種舉升機構的結構與性能分析[J].專業(yè)汽車,1999,<2>:23--25.[3]王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設計[J].機械設計,1996,<4>：25--27.[4]胡均安,等.汽車舉升機立柱結構的神經網絡模型建立[J].XX工學院學報,2001,<4>:56--58.[5]陳耀華.重型自卸汽車多級缸式液壓舉升系統(tǒng)的設計計算[J].汽車研究與開發(fā),1994年03期.[6]王國彪,楊占敏.液壓舉升機構定位尺寸的分析[J].礦山機械,1995年04期.[7]林晨.新型液壓汽車舉升機[J].林產化工通訊,1995年02期.[8]文嘉性,馮克良,章武烈.QJ─2型汽車舉升機的設計與制造[J].XX汽車,1995年03期.[9]王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設計[J].機械設計,1996年04期.[10]王琪.汽車舉升機絲桿螺母機構的安全設計[J].機械設計與制造工程,1999年06期.[11]張子健.機械舉升機雙回路保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部件、搖臂座和托臂的重量為將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮圖4.2中,單側托臂受到的最大載荷為2噸,加上自重,托臂端部受力為2066.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力,FBX和FBY為保險支承板給予的支承力,B處為支承點,假定自重全部集中在負載處,有：……<4.5>……<4.6>……………………<4.7>由式4.7得,,代入式4.6假定則由式4.5得：綜上所述,考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重,假定自重全部集中在負載處,近似估算值為66.37kg。單側托臂受到的最大載荷為2000kg,加上滑臺部件的自重,托臂端部受力大小為2066.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力,F1=F2,FBX和FBY為保險支承板給予的支承力,B處是支承點位置,則：。.2舉升機主立柱受力情況分析主立柱受力情況〔見圖4.3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖,F1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力〔圖示為最高位置,FBX和FBY為滑臺作用在立柱上的支承力〔壓力,RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況,經計算得：圖4.3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖RHX=0RHY=FBY=2066.37kg.3普通式雙柱舉升機主立柱強度校核計算從圖4.3看出,整個立柱體相當于一個懸臂梁,可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.4：圖4.4立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖l=2600mmb=2415mma=185mm由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.5：圖4.5立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖l=2600mmb=1890mma=710mm由FBY產生的M引起的彎矩圖見圖4.6：圖4.6立柱上M作用力及其彎矩圖綜上所述,立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖4.7所示。圖4.7立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖從圖中可以得出在截面C處,剪力最大〔QC=5234.804kg,彎矩最大〔MC=2748272.1kg,所以此處是危險截面。前面計算已經得到,抗彎截面模數(shù)為：………………<4.8>截面上半部分靜矩S＝171.24cm3,………<4.9>以下進行強度校核：〔1校核正應力強度：………<4.10>許用應力選擇：………………<4.11>,滿足強度條件?！?校核剪應力強度：…………<4.12>選,而許用應力…<4.13>,滿足強度條件。〔3折算應力強度校核：主立柱橫截面上的最大正應力產生在離中性軸最遠的邊緣處,而最大剪應力則產生在中性軸上,雖然通過上面的校核說明在這兩處的強度都是滿足要求的,但是因為在截面C處,M和Q都具有最大值,正應力和剪應力都比較大,因此這里的主應力就比較大,有必要根據(jù)適當?shù)膹姸壤碚撨M行折算應力校核,取該截面邊緣處某點K進行計算：………………<4.14>………<4.15>由于點K處在復雜應力狀態(tài),立柱體材料采用的30鋼是塑性材料,可以采用第四強度理論[20],將的數(shù)值代入,用統(tǒng)計平均剪應力理論對此應力狀態(tài)建立的強度條件為：……………<4.16>所以即…………<4.17>∴按第四強度理論所算得的折算應力也滿足許用強度要求。主立柱的剛度計算用迭加法：〔1由F2引起的繞度：〔往外彎用式…………<4.18>E：彈性模量的選擇：碳鋼?。?96－206Gpa取201Gpa=20.1×106N/cm2==…<4.19>〔2〔往內彎由F1引起的繞度：〔3由M引起的繞度：………………<4.20>〔往外彎此植可忽略不計。實際往內彎的繞度3.2托臂部分的強度校核托臂部分截面特性托臂部分截面屬于變截面,以下先計算截面特性數(shù)據(jù)：〔1小臂截面尺寸：70×70方鋼,壁厚8mm,a=70,b=54慣性矩：…………<4.21>……………<4.22>靜矩計算：〔2大臂截面尺寸：92×92方鋼,壁厚8mm,a=92,b=76慣性矩：托臂部分強度核算圖示為左后托臂部件圖：圖4.9左后托臂部件圖圖中的A、B、C、D分別對應著托臂示意圖中的A、B、C、D四個截面：下圖是托臂示意圖：圖4.10托臂示意圖按照A,B,C,D幾個典型截面進行分析,各個截面的截面圖如下：<a>A-A截面<b>B-B截面〔同D-D截面<c>C-C截面圖4.10典型截面示意圖〔1A截面：慣性矩：I=129.225cm4；Wx=36.92cm3保險系數(shù)較小可滿足強度要求。〔2B截面：92*92方鋼A1=80×15=1200mm2yA1=92+15/2=99.5mmA2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2yA2=92/2=46mmYC=<1200×99.5+2688×46>/<1200+2688>=243048/3888=62.51mmIA1=80×153/2+<99.5-62.51>2×1200=1664412.12mm4IA2=<924-764>/12+<62.51-46>2×2688=392.46cm4所以cm4W=89.41cm3保險系數(shù)較小可滿足強度要求?！?C截面：A1=12cm2yA1=92+15/2+60=15.95cmA2=26.88cm2yA2=4.6cmA3=60×10=6cm2yA3=92+60/2=12.2cmyC=<12×15.95+26.88×4.6+6×12.2>/<12+26.88+6>=8.56cmIA1=50×153/2+<15.95-8.56>2×12=641.73cm4IA2=<924-764>/12+<8.56-4.6>2×16.88=759.875cm4IA3=1*63/12+<12.2-8.56>2×6=183.615cm4所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3MC=2066.37×94=194238.78kgcm滿足強度要求。〔4D截面：慣性矩：I=318.976cm4；W=69.342cm3MD=2066.37×53=109517.61kgcm,保險系數(shù)較小可滿足強度要求。從托臂處考慮撓度情況托臂亦相當于一個懸臂梁,端部受力P＝2066.37kg,托臂部件由大臂和小臂組成,將從大臂和小臂處分別考慮：小臂端部處撓度：…〔4.23大臂端部處撓度：經受力分析,大臂端部受一個力P＝2066.37kg和一個彎矩M＝2066.37×70＝144645.9kgcm；…〔4.24因載荷引起的撓度為：因托臂的大小臂之間有1mm間隙,由此產生撓度：主立柱的彎曲繞度使滑臺產生轉動,滑臺的轉動又使托臂有一定的下沉量,經計算,。故托臂端部總下沉量為：在舉升機行業(yè)標準中,此值滿足距立柱最遠點的托臂支承面下沉量要求。4液壓系統(tǒng)4.1液壓系統(tǒng)工作原理啟動電動機按鈕后電機起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動,此時安全溢流閥關閉。此閥的壓力在出廠前已經調好,以保證起重的額定載荷的要求。當系統(tǒng)中壓力超過極限時,自動溢流卸油閥松開,起動按鈕停止供油,提升結束,開始作業(yè)工作。如果拉動滑臺上兩個機械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降,其工作原理圖見圖5.1：圖5.1液壓系統(tǒng)工作原理圖1-齒輪泵,2-電動機,3-濾油器,4-單向閥,5-溢流閥,6-手動式下降閥,7-伺服限流閥,8-軟管,9-防油管爆裂閥,10-舉升缸,11-液位計,12-空氣濾清4.2液壓缸活塞桿受壓校核液壓缸活塞桿強度驗算根據(jù)活塞桿只受壓力的工作情況,強度驗算公式為：d≥35.7〔F/[σ]1/2mm………………<5.1式中：F—載荷力KN。這里F=1/2G=<4000/2>×g=2000Kgf=19.62KN…<5.2>[σ]—活塞桿材料應用應力MPa[σ]=σs/n……………………<5.3>其中：σs—材料屈服極限,n=安全系數(shù)。取σs=315MPa,n=3,[σ]=105MPa。則d≥35.7〔19.62/1051/2=15.432mm實際采用之