【畢業(yè)論文】可四輪定位四柱式汽車舉升機設計【2014年汽車機械專業(yè)答辯資料】

可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 1 摘 要 隨著汽車工業(yè)的迅速發(fā)展 ,汽車維修工業(yè)也迅速壯大。特別是改革開放以來 ,我國的汽車維修行業(yè)有了很大的發(fā)展，為之服務的汽車維修設備行業(yè)已成為我國的新興行業(yè)并不斷發(fā)展壯大。作為汽車維修用必備之一的各種汽車舉升機設備如雨后春筍般的涌現(xiàn)。但符合國際標準的不多 ,中高檔層次的舉升機沒有。 本設計結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實際需要 ,設計符合國際標準的、液壓驅(qū)動及可四輪定位的四柱式汽車舉升機。四柱式舉升機有四根立柱、兩根橫梁、用于支撐汽車的兩個臺板。本設計只采用一個液壓缸 ,其他立柱通過鋼絲繩連接以實現(xiàn) 同步舉升。舉升前 ,汽車很容易正確無誤的駛上四柱舉升機的臺板。其具有承載穩(wěn)定、支承載荷受力簡單、應力較低等優(yōu)點 ,具有較高的使用價值。 對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房外的最重要的投資 ,因為它具有至關(guān)重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一 ,讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機 ,為汽車維修企業(yè)服務。 關(guān)鍵詞 : 四輪定位，四柱式，液壓驅(qū)動，同步舉升 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 2 ABSTRACT Along with automobile industry rapid development, the automobile service industry also rapidly expands. Since the specially reform and open policy, our country automobile service industry have had a great development, the vehicle maintenance equipment industry has become an emerging industry in China and will continue to grow and develop. As one of the essential maintenance equipment, each kind of automobile lift like the emergence of the mushrooming. But little of them can conforms to the international standard. This design combine with automobile technology development request and automobile service work actual needs, designed in line with international standards, four-wheel hydraulic drive, and the positioning of the frame of vehicle lift. Four-post lift has four posts, two beams and two plates. This design only uses one hydraulic cylinder, other columns realize synchronization through the cable. Before lifting, the automobile is very easy to be correctly driven onto the plate of the lift. It has the load bearing stably, the supporting load stress simple, the stress is lower and so on the merit, which has the higher use value. For the vehicle maintenance enterprises, the vehicle lift is the most important investment in addition to plants outside, because it has the function which very important and cannot be substituted, even directly affects 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 3 prosperity and decline of the automobile service. The automobile lift is one of important equipment in automobile maintenance, Let us produce more, better and more popular with users of the automobile lifts for vehicle maintenance service. Key words: four-wheel positioning ， four-post ， hydraulic actuate ，synchronous raise 全套 資料 ， 扣扣 加 414951605 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 4 目 錄 摘要 1 ABSTRACT 2 0 引言 4 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 5 1.1 國外的情況和發(fā)展趨勢 5 1.2 國內(nèi)的情況和發(fā)展趨勢 9 2 課題分析 10 2.1 設計技術(shù)要求 10 2.2 設計特點 10 2.2.1 舉升機臺板降到下位時，與地面應盡可能在同一平 面上 10 2.2.2 正確選擇傳動方式 10 2.2.3 鋼絲繩的選擇 10 2.2.4 汽車舉升機的安全保證措施 11 3 方案論證 11 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 5 3.1 純機械結(jié)構(gòu) 11 3.2 液壓結(jié)構(gòu) 12 4 機械部件設計計算 14 4.1 舉升機運動過程原理 14 4.2 立柱設計計算 16 4.3 梁設計計算 20 4.3.1 強度校核 22 4.3.2 剛度校核 23 4.4 橋身設計計算 23 4.4.1 強度校核 25 4.4.2 剛度校核 27 4.5 鋼絲繩強度校核 27 4.6 滑輪軸承的選用及校核 29 5 液壓系統(tǒng)設計計算 35 6 電氣控制原理 37 7 結(jié)論 40 8 參考文獻 41 9 附錄 43 10 譯文 44 11 原文說明 57 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 6 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 0 引言 由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。舉升機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；市場營銷及服務水平低等問題還普遍存 在，致使全行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)不合理、總量增長受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)展思路和目標是：建立和完善一整套適應社會主義市場經(jīng)濟要求的汽車維修檢測設備行業(yè)管理體制；密切結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實際需要，力爭在產(chǎn)品質(zhì)量提高、品種配套、高新技術(shù)含量增大等三個方面，使汽車舉升機整體上接近國際先進水平。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 7 1 國內(nèi)外現(xiàn)狀 1.1 國外的情況和發(fā)展趨勢 汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了 80 多年的歷史。 1925 年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機 ,它是一種由氣動控制的單柱舉升機 ,如圖 1.1 所示 。 由于當時 采用的氣壓較低 ,因而缸體較大 ,同時采用皮革進行密封 ,因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到 10 年以后 ,即 1935 年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始被采用。 圖 1.1 單柱舉升機 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 8 1937 年美國另外一家公司生產(chǎn)出第一臺四柱舉升機 ,隨后在美國一家公司也生產(chǎn)出類似的舉升機 ,如圖 1.2 所示。這兩種舉升機均由螺旋驅(qū)動 , 圖 1.2 四柱舉升機 其方案是 :每一立柱內(nèi)均有一螺母及螺桿 ,由裝在地面上的鏈條串連起來以實現(xiàn)同步驅(qū)動 ,此四柱舉升機在市場上并未獲得成功 ,而單柱舉升機卻繼續(xù)得到 更大的普及。 1948 年 Joseph Bardbury & Sohs (即現(xiàn)在的 TI Bardbury)生產(chǎn)出該公司的第一舉升機 ,其方案是 :在四柱舉升機的一個主柱內(nèi)裝有一套螺旋驅(qū)動機構(gòu) ,舉升臺板的其它三個角落通過鋼絲繩與動力主柱相連。 1950 年 Bardbury 將機械式螺旋驅(qū)動機構(gòu)改為液壓機構(gòu) ,只采用一個液壓缸 ,其他立柱通過鋼絲繩連接以實現(xiàn)同步舉升 ,由于當時的液壓壓力尚未超過 35 40Kg/cm因而第一臺液壓舉升機的缸體直徑較大。五十年代初單柱舉升機在歐洲市場上的銷路急劇下降 ,而四柱舉升機卻躍居主導地位 ；但是 在美國單柱舉升機卻繼續(xù)受到人們的喜愛。 1956年 Borg 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 9 Warner 和 Plessey 生產(chǎn)液壓壓力能達到 140 175Kg/cm的液壓齒輪泵 ；借助于此 , Bardbury 又生產(chǎn)出雙功能舉升機 ,這在舉升機的設計上是一個突破性進展。此舉升機可以用兩種方式支撐汽車 :車輪支撐型 ；車輪自由型。此發(fā)明在市場上很受歡迎。到 1960年在英國的市場上占有率竟達 75%。1961 年 Bardbury 生產(chǎn)出四柱舉升機改進后的車輪自由系統(tǒng) ,并在全世界17個國家獲得了專利。但在南美洲仍然喜愛單柱舉升機 ,只是現(xiàn)在已將其改為液壓傳動。 1966 年 ,一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機 ,如圖 1.3 所示。這是 圖 1.3 雙柱舉升機 舉升機設計上的又一個突破性進展 ,但是直到 1977 年這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上已占據(jù)牢固的地位 ,其銷量還在繼續(xù)增長。它和四柱舉升機相比 ,既有優(yōu)點 ,也有缺點 ,以下將作 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 10 一簡要說明。 我們所見到的絕大多數(shù)舉升機均采用固定安裝方式 ,在舉升前汽車必須駛上舉升機。在移動式舉升機方面也有幾項成功設計 ,如簡式舉升機上、菱架式舉升機等。但這類舉升機仍存在兩個主要問題 :接近汽車下部較難 ,在車 間移動舉升機時難逾越地面上的障礙物。當然 ,可移動性是這類舉升機的突出優(yōu)點?，F(xiàn)在固定安裝的單柱、雙柱、四柱舉升機已在維修現(xiàn)場廣泛采用 ,而移動式舉升機卻相對要少得多。 最初設計單柱舉升機外 ,車輛較大 ,其底盤也能明顯辨認 ,因而汽車檢修區(qū)遠遠大于舉升器件。而今絕大多數(shù)汽車均為“緊湊型 ” 或“半緊湊型 ” ,導致汽車檢修區(qū)域接近主要舉升機器件而不便操作。但在南美洲卻屬例外 ,那里仍然采用較大的車輛 ,這可能是單柱舉升機在該地區(qū)的市場上仍然繼續(xù)受到歡迎的重要原因。單柱舉升機有兩大優(yōu)點 :當其下降后 ,不會成為維修車間的障礙物 ；汽車可 在舉升機上轉(zhuǎn)動。但美國卻受到了責難 ,主要是舉升機的旋轉(zhuǎn)會帶來撞擊操作人員的危險。單柱舉升機的主要缺點是 :第一 ,它需要在車間的地面挖掘一個相當大的坑穴后才能安裝 ；其次 ,它只能為使用提供車輪支撐方式 ；第三 ,使用時難于接近汽車下部的一些重要檢修區(qū)域。舉升機用的主油缸潛藏在地下也給維修帶來兩大問題 :第一是檢修這些零部件頗為困難 ；其次是油缸所處的環(huán)境條件差 ,容易生銹 ,特別是地下水位較高時更是如此。 雙柱舉升機 (包括液壓式和機械式 ),均具有以下優(yōu)點 :第一 ,檢修汽車下部具有很高的可接近性 (幾乎達到 100%)；其次 ,采用車 輪自由型的方式支撐車輛 ,因而拆卸車輪時不需要其它輔助性的舉升措施 ；第三 ,結(jié)構(gòu)緊湊 , 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 11 專地面積小。雙柱舉升機的缺點是 :第一 ,為確保安全 ,安置舉升機時的要求非常嚴格 ,否則在舉升過程中容易搖晃或顛覆 ；第二 ,由于此舉升機常采用車輪自由型的方式支撐汽車 ,如需采取車輪支撐型的方式維修汽車則甚感不便 ,如檢查懸掛系統(tǒng)、檢查轉(zhuǎn)向機構(gòu)間隙或進行車輪定位檢驗等 ；第三 ,由于舉升臂和立柱承受懸臂或載荷所產(chǎn)生的巨大應力 ,其承力件易于磨損。因而雙柱舉升機的安全工作壽命一般要比四柱舉升機低。 如圖 1.2 所示 ,四柱舉升機有四根立柱、兩根橫梁、 用于支撐汽車的兩個臺板。舉升前 ,汽車很容易正確無誤的駛上四柱舉升機的臺板。由于臺板內(nèi)側(cè)設備有凸緣 ,當汽車駛上臺板時也不致于墜入其間的空隙中 ,車輪支承型四柱舉升機的優(yōu)點是 :第一 ,舉升機裝載汽車時勿需較高的技術(shù) ,操作又很簡單 ；第二 ,承載時非常穩(wěn)定 ；第三，支承載荷受力簡單 ,應力較低 ,從而延長了設備的使用壽命 ；第四 ,由于具有較高的使用價值 ,從經(jīng)濟上來看也是合算的 ；第五 ,易于維修 ；第六 ,在車間現(xiàn)場進行安裝也較方便，只要地面平坦 ,其混凝土厚度能夠牢固立柱的地腳螺栓即可。四柱舉升機的缺點是 :和雙柱舉升機相比 ,占地面積較大 ,對汽車檢修區(qū)域的可接近性差。 1.2 國內(nèi)的情況和發(fā)展趨勢 由于我國汽車維修檢測設備行業(yè)起步晚、起點低，整體上仍然相當落后。舉升機制造企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小、經(jīng)濟技術(shù)力量薄弱、各自為政、缺乏專業(yè)分工和廣泛合作；技術(shù)吸收、運用、開發(fā)、創(chuàng)新能力不強；抄襲、偽造現(xiàn)象和短期行為嚴重；市場營銷及服務水平低等問題還普遍存在，致使全行業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量差、結(jié)構(gòu)不合理、總量增長受到限制?！笆晃濉币?guī)劃的發(fā)展思路和目標是：建立和完善一整套適應社會主義市場經(jīng)濟要求的汽車維 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 12 修檢測設備行業(yè)管理體制；密切結(jié)合汽車技術(shù)的發(fā)展要求及汽車維修作業(yè)的實際 需要，力爭在產(chǎn)品質(zhì)量提高、品種配套、高新技術(shù)含量增大等三個方面，使汽車舉升機整體上接近國際先進水平。 有人說 :對于汽車維修企業(yè)來說，汽車舉升機可能是除廠房外的最重要的投資 ,因為它具有至關(guān)重要和不可替代的作用，甚至直接影響到汽車維修業(yè)務的興衰。汽車舉升機是汽車維修設備行業(yè)的支柱設備之一 ,讓我們生產(chǎn)出更多、更好、更受用戶歡迎的汽車舉升機 ,為汽車維修企業(yè)服務。 2 課題分析 2.1 設計技術(shù)要求 最大舉升質(zhì)量 4000公斤；最大舉升高度 1700 毫米；可用于四輪定位的四柱式舉升機；符合汽車舉升機行業(yè)安全標準。 2.2 設計特點 2.2.1舉升機臺板降到下位時 ,與地面應盡可能在同一平面上 為達到此目的 ,雖然可在地面上挖掘凹坑 ,但需增加投資費用 ,也破壞了車間地面的平整性。為此 ,在保證強度和剛度的前提下 ,應盡可能降低舉升機臺板和橫梁的高度 ；這樣既便于汽車駛上舉升機 ,又使駛上臺板的斜面長度盡可能短 ,節(jié)約車間的占地。在條件許可時舉升機臺板 (或橫梁 )應選擇專用型鋼或用鋼板折彎成形。 2.2.2 正確選擇傳動方式 采用機械傳動 (螺母、絲螺 )或液壓傳動 (油缸 ),均用電動機驅(qū)動。機械傳動的成本較高 ,耗能較多，但安全性較好。經(jīng)驗證明 :機 械傳動的能耗 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 13 為液壓傳動所需能耗的兩倍 (在舉升載荷、舉升時間均相同的條件下 )。機械示舉升機的螺母、螺栓磨損較快 ,而液壓示舉升機的維修量卻相對要小些。雖然液壓示舉升機的技術(shù)難度較大 ,但多數(shù)零部件 (液壓泵、液壓缸、閥門、密封元件等 )均可外購或外協(xié) ,當然一定要選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。 2.2.3 鋼絲繩的選擇 為了減少滑輪直徑從而縮小舉升機立柱的斷面尺寸 ,應該選用高柔度的鋼絲繩。鋼絲繩應有較高的安全系數(shù) ,一般應達 8。為此 ,應增加鋼絲繩鋼絲的數(shù)目。如英國某公司 3t系列的舉升機所采用的鋼絲繩的直徑為 9mm,兩根并列 ,每根 37股 ,每股 6 根鋼絲?；喓弯摻z繩的直徑比為 18 比 1?；喭ǔＳ娩摬闹瞥?,而該公司采用的玻璃釬維與尼龍混合制成 (50%的玻璃釬維、 50%的尼龍 )。這樣 ,不僅價格便宜 ,還能減輕鋼絲繩的磨損 ,延長其使用壽命。 2.2.4 汽車舉升機的安全保證措施 今天全世界都對在危險作業(yè)環(huán)境下工作的人們的安全寄予極大的關(guān)注。汽車舉升機具有潛在的危險 ,因為人們要在其下面工作，當其升降時如不小心 ,也會碰傷手足。近年來不少國家還制定了專門性法規(guī) ,以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 汽車舉升機的安全保證措施主要應從兩方面著手 :一方 面應從設計制造方面采取措施 ,好提高汽車舉升機的安全技術(shù)特性 ；另一方面則應在使用維修過程中遵循嚴格的操作規(guī)程 ,保證汽車舉升機能在良好的技術(shù)狀態(tài)下正確的運行。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 14 3 方案論證 3.1純機械結(jié)構(gòu) 設想由齒輪 齒條結(jié)構(gòu)做主動力結(jié)構(gòu)，由電動機帶動齒輪轉(zhuǎn)動，齒輪與固結(jié)在升降板上的齒條嚙合，帶動齒條上下運動 從而達到舉升的目的。 簡單示意圖如圖 3.1，具體過程如圖 3.2 所示。 圖 3.1 結(jié)構(gòu)示意圖 圖 3.2 系統(tǒng) 框圖 此結(jié)構(gòu)的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，易于操作，傳動精度高， 響應快等等，但也存在著十分巨大的問題：第一，由于是四柱舉升，按照上面結(jié)構(gòu)，勢必要在每個柱上都設計此結(jié)構(gòu)，并可能需配置 4 個電動機，不僅增加額外重量，而且經(jīng)濟性也不好，同時對同步舉升存在缺陷。第二，由于是齒輪 齒條嚙合的舉升，所以汽車的重量都由輪齒間的嚙合力平衡，對齒輪齒條的剛度要求很高，而且長期負載，容易產(chǎn)生疲勞失效。 電動機 齒條 升降板 限位開關(guān) 齒輪 汽車 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 15 3.2 液壓結(jié)構(gòu) 設想由液壓結(jié)構(gòu)帶動剛索伸縮運動，剛索的另端經(jīng)過滑輪固結(jié)在柱上，液壓缸固結(jié)在平板上，由于剛索的伸縮，產(chǎn)生反作用力，舉升汽車。具體過程如圖 3.3所示。 圖 3.3 系統(tǒng)框圖 優(yōu)點： （ 1） 液壓傳動可在運行過程中進行無級調(diào)速，調(diào)速方便且調(diào)速范圍大。 （ 2） 在相同功率的情況下，液壓傳動裝置的體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊。 （ 3） 液壓傳動工作比較平穩(wěn)、反應快、換向沖擊 ,能快速啟動、制動和頻繁換向 。 （ 4） 液壓傳動的控制調(diào)節(jié)簡單，操作方便、省力，易實現(xiàn)自動化，當其與電氣控制結(jié)合，更易實現(xiàn)各種復雜的自動工作循環(huán) 。 （ 5） 液壓傳動易實現(xiàn)過載保護，液壓元件能夠自行潤滑，故使用壽命較長 。 （ 6） 由于液壓元件已實現(xiàn)了系列 化、標準化和通用化，過制造、使用和液壓結(jié)構(gòu) 升降板 剛 索 下限位開關(guān) 上限位開關(guān) 下降 上升 PLC 程序 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 16 維護都比較方便。 主要 缺點 ： （ 1） 由于流體流動的阻力損失和泄漏較大 ,所以效率較低。如果處理不當 ,泄漏不僅污染場地 ,而且還可能引起火災和爆炸事故。 （ 2） 工作性能易受溫度變化的影響 ,因此不宜在很高或很低的溫度條件下工作 通過綜合考慮和對比，利用液壓結(jié)構(gòu)在汽車舉升機構(gòu)中具有明顯優(yōu)勢。 4 機械部件設計計算 4.1 舉升機運動過程原理 本四柱舉升機由液壓驅(qū)動，通過滑輪與鋼絲繩傳遞應力，具體運動流程見圖 4.1： 電動機 液壓缸 鋼絲繩 平 板 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 17 圖 4.1 簡單示意流程圖 在上述流程中，電動機正轉(zhuǎn)，液壓缸排液，與鋼絲繩連接的液壓桿縮回，通過滑輪的變向，使平板受到向上的的舉升力，平板被向上舉升。同樣的，當電動機反轉(zhuǎn)，液壓缸注液，掖壓桿伸出，此時平板仍然受向上的力，只是鋼絲繩在伸長，平板受重力作用自動下降。 簡單的結(jié)構(gòu)示意圖見下圖 4.2： 圖 4.2 簡單結(jié)構(gòu)示意圖 由以上結(jié)構(gòu)簡圖可見： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 18 （ 1）由于平板的舉升、下降是由液壓桿的伸縮運動控制，所以平板的最大舉升高度主要受液壓桿初始長度的影響，安裝的時候液壓桿初始長度 1 米的話，最大舉升高度也為 1米。 （ 2） 立柱內(nèi)固定點實則為立柱蓋上與鋼絲繩連接的一結(jié)構(gòu)，在安裝時可以調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)，（示意圖上為上移或下移固定點）使得被四個立柱支撐的平板在同一水平面內(nèi)。 4.2 立柱設計計算 此設計為四柱舉升機，共有四根立柱，呈對稱布置，故只分析設計其中一根即可。立柱承受主要的應力，因此有較高的強度要求。 由于立柱可簡化為一端固定，一端自由的壓桿，所以主要從穩(wěn)定性方面考察立柱的工作 形式。立柱的簡化圖如圖 4.3： 圖 4.3 立柱受力分析圖 由材料力學的知識可得，壓桿失穩(wěn)時桿件上的平均壓應力稱為臨界應力，也即我們要討論的應力。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 19 細長壓桿的臨界應力為： 22()crcrF EIA L A (4.1) 為長度系數(shù)。對于不同的受壓形式桿件有不同的數(shù)值。在本例中 =2.0 E 為彈性模量 ，aGP I 為慣性矩， 4mm A 為截面面積， 2mm L 為壓桿長度， mm 若引入截面的慣性半徑 i ： IiA （ 4.2） 再引入柔度因子 ： Li （ 4.3） 那么臨界應力可表示為： 22crE （ 4.4） 現(xiàn)確定截面的慣性矩。截面尺寸見下圖 4.4： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 20 圖 4.4 立柱截面圖 圖中： a = 10 立柱壁厚， mm b = 180 立柱去除壁厚后的寬度， mm B = 200 立柱的寬度， mm h = 130 立柱去除壁厚后的高度， mm H = 150 立柱的高度， mm L = 40 立柱緣的寬度， mm 計算如下： 21 3100A a h a b m m 2211( ) / 2 3 9 . 2Y a H b a A m m 22 2 8 0 0A a L m m 2 / 2 1 4 5Y H a m m 1 1 1 0 . 8e H Y m m 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 21 截面形心的縱坐標： 1 1 2 2 1 2( ) / ( ) 6 0 . 9cY A Y A Y A A m m 11 2 1 . 7eCC Y Y m m 22 8 4 . 1eCC Y Y m m 所以各分截面對形心軸的慣性矩為： 3 3 3 2 6 41 1 1 1( ) 1 5 . 5 2 1 0zeI B Y b h a e C A m m 3 6 42 2 2/ 6 5 . 6 6 1 0zeI L a C A m m 所以 截面對 Z 軸的慣性矩為： 6412 2 1 . 1 8 1 0z Z ZI I I m m 6 6 . 4 2zIi m mA 2 . 0 2 0 0 0 6 0 . 2 26 6 . 4 2Li 因為材料為 Q235，查手冊可得 1 0 0 , 6 1 . 6po 所以此桿屬于小柔度桿。 應用公式： cr s （ 4.5） 由手冊可得 Q235 的 235saMp 所以 2 3 5 4 8 0 0 1 1 2 8c r c rP A K N 即可承受壓應力值。 由于設計舉升重量為 4t 假設最大舉升機重量為 3t 則每根立柱實際最大承重 P=17.25KN 遠遠小于 crP 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 22 所以 滿足強度要求。 4.3 梁設計計算 梁力學上可簡化為下圖 4.5： 圖 4.5 梁受力圖 圖中： L 梁的有效長度， mm G 梁的自重， N a 梁的支架到承受橋上重力一端的距離， mm c 架在梁上，橋與梁接觸的有效寬度， mm 由設計過程，可得： a = 250mm c = 500mm L = 3000mm q = 20N/mm 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 23 G = 842.4N 由計算來看，自重相對于梁上所受外力很少，為簡化后面計算，忽略自重，對最終計算結(jié)果基本無影 響。 現(xiàn)計算過程如下： 由梁的平衡條件可得： 10abF F K N 由梁的受力情況繪出梁上的剪力及彎矩圖，如圖 4.6 圖 4.6 彎矩圖 由圖得： m a x 10000QN m a x 7500000M N m m maxQ 梁上最大剪力 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 24 maxM 梁上最大彎矩 4.3.1 強度校核 梁的截面尺寸如圖 4.7： 圖 4.7 梁截面圖 由設計過程可得： 1 150L mm 2 50L mm 10a mm 10b mm 80c mm 所以： 211 1500A L a m m 222 500A L b m m 1 2 2 2 1 2/ 2 / 5 3 . 7 5cy A L a A L A A m m 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 25 所以截面對形心軸的慣性矩 2341 1 1 2/ 1 2 / 2 1 4 8 4 3 . 7 5zcI L a A L a y m m 22 2 2 2/ 6 2 / 2 1 0 3 4 8 9 5 . 8 3zCI b L A Y L m m 6412 1 . 0 5 1 0Z Z ZI I I m m m a x m a xm a x m a x / 4 4 . 6 4zzMYM W M PI 由于 45# 353s MP max s 所以此梁滿足強度要求。 4.3.2 剛度校核 在 q 的作用下，梁產(chǎn)生的最大擾度為于中點，則 2 2 2m a x ( / 4 / 3 / 1 2 ) / 2 Zy q c b L b c E I （ 4.6） 其中： E=210Mpa 材料的彈性模量 b = a+c/2 所以 m a x 0 . 0 5 6y m m y 符合剛度要求。 4.4 橋身設計計算 橋身力學上可簡化為下圖 4.8： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 26 圖 4.8 橋身受力圖 其中 C ， D 兩點視為車輪與橋身的接觸點 橋身與梁的接觸面簡化為 A ， B 兩點 由設計過程得： L1=2500mm L2=1025mm L=4550mm G=10000N 單個車輪上的車重 由平衡條件可得梁對橋升的反力： 10000abF F N 由橋身的受力情況繪出橋身上的剪力及彎矩圖，如圖 4.9： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 27 圖 4.9 彎矩圖 由圖得： m a x 10000QN m a x 10250000M N m m maxQ 梁上最 大剪力 maxM 梁上最大彎矩 4.4.1 強度校核 橋身的截面尺寸如圖 4.10： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 28 圖 4.10 橋身截面圖 由設計過程可得： 1 500L mm 2 50L mm 10a mm 20b mm 360c mm 所以： 211 5000A L a m m 222 1000A L b m m 1 2 2 2 1 2/ 2 / 5 4 . 1 6cy A L a A L A A m m 所以截面對形心軸的慣性矩 2341 1 1 2/ 1 2 / 2 4 5 1 9 4 . 6 7zcI L a A L a y m m 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 29 2342 2 2 2/ 6 2 / 2 2 1 1 7 2 7 7 . 8 7zCI b L A Y L m m 6412 2 . 1 6 1 0Z Z ZI I I m m m a x m a xm a x m a x / 2 7 7zazMYM W M PI 由于 45# 353s MP max s 所以此梁滿足強度要求。 4.4.2 剛度校核 在 q 的作用下，梁產(chǎn)生的最大擾度位于中點，則由公式 4.6 2 2 2m a x ( / 4 / 3 / 1 2 ) / 2 Zy q c b L b c E I 其中： E=210Mpa 材料的彈性模量 b = a+c/2 所以 m a x 0 . 4 7y m m y 符合剛度要求。 4.5 鋼絲繩強度校核 表 4.1鋼絲繩類型（ GB/T8918-1996) 組別 類別 分類原則 典型結(jié)構(gòu) 直徑范圍/mm 鋼絲繩 股繩 1 圓股鋼絲繩 67 6個圓股，每股外層絲可到 7根，中心絲 (或無 )外捻制 1 2層鋼絲，鋼絲等捻距 67 (6+1) 2 36 69W (3/3+3) 14 36 2 619(a) 6個圓股，每股外層絲 812根，中心絲外捻制 2 619S (9+9+1) 9 36 619W (6/6+6+1) 8 40 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 30 3層鋼絲，鋼絲等捻距 625Fi (12+6F+6+1) 14 44 626SW (10+5/5+5+1) 13 40 631SW (12+6/6+6+1) 12 46 3 637(a) 6個圓股，每股外層絲14 18根，中心絲外捻制3層或 3層以上的鋼絲，鋼絲等捻距 636SW (14+7/7+7+1) 12 52 641SW (16+8/8+8+1) 32 48 649SWS (16+8/8+8+8+1) 36 40 655SWS (18+9/9+9+9+1) 36 64 4 819 8個圓股，每股外層絲 812根，中心絲外捻制 23層鋼絲，鋼絲等捻距 819S (9+9+1) 11 44 819W (6/6+6+1) 10 48 825Fi (12+6F+6+1) 18 52 826SW (10+5/5+5+1) 16 48 831SW (12+6/6+6+1) 14 56 5 837 8個圓股，每股外層絲14 18根，中心絲外捻制3層或 3層以上的鋼絲，鋼絲等捻距 836SW (14+7/7+7+1) 14 60 841SW (16+8/8+8+1) 40 56 849SWS (16+8/8+8+8+1) 44 64 855SWS (18+9/9+9+9+1) 44 64 6 177 鋼絲繩中有 17或 18個圓股，在纖維芯或鋼芯外捻制 2層股 177 (6+1) 6 36 187 (6+1) 6 36 1819W (6/6+6+1) 14 44 7 347 鋼絲繩中有 34或 36個圓股，在纖維芯或鋼芯外捻制 3層股 347 (6+1) 16 44 367 (6+1) 16 44 8 624 6個圓股，每股外層絲12 16根，股纖維芯外捻制 2層鋼絲 624 (15+9+FC) 8 40 624S (12+12+FC) 10 44 624W (8/8+8+FC) 10 44 9 619(b) 6個圓股，每股外層絲 12根，中心絲外捻制 2層鋼絲 619 (12+6+1) 3 7 10 637(b) 6個圓股，每股外層絲 18根，中心絲外捻制 3層鋼絲 637 (18+12+6+1) 5 11 11 異型股鋼絲繩 6V7 6個三角形股，每股外層絲 7 9根，三角形股芯外捻制一層鋼絲 6V18 (9+/32+3/) 20 36 12 6V19 6個三角形股，每股外層絲 10 14根，三角形股芯或纖維芯外捻制 2層鋼6V21 (12+9+FC) 11 36 6V33 (12+12+/32+31) 28 44 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 31 絲 13 6V37 6個三角形股，每股外層絲 15 18根，三角形股芯外，捻制 2層鋼絲 6V36 (15+12+/32+3/) 32 52 6V37S (15+12+/17+3/) 32 52 6V39 (18+12/32+3/) 52 58 6V43 (18+15+/17+3/) 52 58 14 4V39 4個扇形股，每股外層絲15 18根，纖維股芯外捻制 3層鋼絲 4V39S (15+15+9+FC) 8 36 4V48S (18+18+12+FC) 20 40 15 6Q19+6V21 鋼絲繩中有 12 14個股，在 6個三角形股外，捻制6 8個橢圓形股 6Q19+6V21 外股 (14+5) 40 58 內(nèi)股 (12+9+FC) 6Q33+6V21 外股 (1513+5) 內(nèi)股 (12+9+FC) 參考上表，考慮舉升機的實際情況，本設計考慮采用圓股 6X7 型鋼絲繩。查機械手冊可得， 單根 10.3mm鋼絲繩的 69np kN 本設計中舉升機加上汽車重量為 5t，由四根立住，即四根鋼絲繩舉升， 所以每根鋼絲繩的所受應力 12.5p kN 得鋼絲繩安全系數(shù)為 5 .5 2npn p 符合要求。 4.6 滑輪軸承的選用及校核 下表 4.2是截取的一段深溝球軸承的尺寸參數(shù) 在本設計中，舉升機的舉升重量為 5T， 共有四個立柱內(nèi)滑輪分別承受 1.25T的重量。所以在選用軸承時擬選用 6406這一型號。 6406具體參數(shù)如下： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 32 名稱深溝球軸承 標準 =GB/T276-1994 軸承代號 =6406 基本尺寸 d(mm)=30 基本尺寸 D(mm)=90 基本尺寸 B(mm)=23 安裝尺寸 damin(mm)=39 安裝尺寸 Damax(mm)=81 安裝尺寸 rasmax(mm)=1.5 基本額定載荷 Cr(kN)=47.5 基本額定載荷 Cor(kN)=24.5 極限轉(zhuǎn)速 脂 (r/min)=8000 極限轉(zhuǎn)速 油 (r/min)=10000 重量 (kg)=0.71 軸承額定載荷： 47.5rC kN 每個軸承實際載荷： 12.5C kN 安全系數(shù)為： 3.8rCnC 符合要求。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 33 表 2 深溝球軸承的尺寸參數(shù) 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 34 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 35 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 36 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 37 5 液壓系統(tǒng)設計計算 設計要求： 額定舉升重量： G1=4000 kg 液壓缸有效工作行程： L2=1500 mm 全行程上升時間： t1=20s 液壓缸參數(shù)： 選用“ HCS-80-拉”型液壓缸，主要尺寸： 缸體外徑 D=95 mm 活塞直徑 d1=80 mm 活塞桿直徑 d2=30mm 活塞最大行程 Lm=1750 mm 液壓缸工作壓力計算： 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 38 221 1 2( / 2 ) / ( ) / 4 4 . 6 3P G d d M P a 液壓泵流量選擇： 9 / m inpqL 升降速度： 上升速度 221 1 2/ ( ) / 4 3 4 . 7 2 5 /pV q d d m m s 下降速度 2V 由限流 閥調(diào)節(jié) 升降時間： 上升時間 1 2 1/ 4 3 . 1 8t L V s 下降時間 2t 由限流閥調(diào)節(jié) 液壓缸動力單元功率計算： / 6 1 2ppP q p （ 5.1） 其中 p 為液壓泵的總效率 本設計中取 0.7 所以 P=0.973KW 所以選定電動機功率為wP=1.1KW 可選用型號 Y802-2 活塞缸強度驗算 根據(jù)活塞桿只受拉力作用的工作情況，演算公式為： 1 / 23 5 .7 ( / )dF （ 5.2） /b n 其中：b=530MPa 材料抗拉強度 n = 5 安全系數(shù) 所以， 1 / 23 5 . 7 ( / ) 2 1 . 7 2d F m m 活塞實際直徑 2dd 滿足強度要求。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 39 6 電氣控制原理 舉升機是通過電動機驅(qū)動，這必然要涉及電氣控制。本設計采用繼電器控制原理，通過繼電器和幾個開關(guān)元件達到簡單控制的目的。由于舉升機構(gòu)比較簡單，這種控制比較適合。 下圖 6.1即為所設計的控制原理圖，現(xiàn)簡單闡述如下： 圖為電機正反轉(zhuǎn)按鈕控制電路，從主電路看，接觸器 KM1 與 KM2主觸頭接法不同，因此當 KM2 主觸頭閉合時，引入電機的電源線左，右兩相交換，從而改變了相序而使得電機轉(zhuǎn)向改變。 再分析，電機正轉(zhuǎn)時，按下 SB2使得 KM1得電并自鎖。此時按下 SB3也不能使接觸器 KM2 得電。電機要反轉(zhuǎn)時，必須先按下停止按鈕 SB1，使得 KM1 失電，其常閉觸頭閉合，然后在按下 SB3， KM2 才能得電，電機反轉(zhuǎn)。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 40 圖 6.1 電氣控制原理示意圖 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 41 安全控制機構(gòu)的控制原理是基于如下圖 6.2 結(jié)構(gòu)的： 圖 6.2 安全裝置 KM3 是電磁鐵繼電器，結(jié)構(gòu)上就安裝在 1 處。初始電磁鐵不得電，結(jié)構(gòu)處于圖示狀態(tài)，當 SB4 閉合，繼電器得電，電磁鐵吸引活動擋板向左移 動，彈簧推動安全板也向左移動，與凸臺接觸或者擱置于凸臺上，安全機構(gòu)起作用。當 KM3 失電，電磁鐵失去吸引力，活動擋板向左移動，回到初始位置，安全斑與凸臺分離，安全機構(gòu)失去作用，舉升機可下降。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 42 7 結(jié)論 （ 1）計算結(jié)果表明預定方案基本可行。 （ 2）設計結(jié)構(gòu)的剛度、強度均滿足設計要求。 （ 3）設計結(jié)構(gòu)合理、尺寸緊湊、容易制造、生產(chǎn)成本低、容易組織生產(chǎn)。 （ 4）所選 液壓缸的行程、強度均滿足設計要求，且整個行程上升時間小于 60s。 （ 5）電氣控制設計使舉升機簡單易操作。 （ 6）預定的技術(shù)路線是成功的，設計步 驟是合理的。 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 43 參考文獻 1 成青園 .汽車舉升機的技術(shù)發(fā)展概況 J.中國汽車保修設備 ,1995(108):16-19. 2 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輪軌道和一個連接舉升支架的棘輪棘爪。當棘輪棘爪處于軌道嚙合位置時，棘爪允許舉升支架上移而阻止它下降。棘爪通過連接在棘輪棘爪上的釋放桿移動到釋放位置。釋放桿的一頭被定位在最近的立柱上，并有選擇的嚙合立柱以此來推動棘爪離開立柱并裝樞軸于釋放位置。棘輪鎖機構(gòu)被自動地接合在上移的舉升支架上。自動防故障裝置包括一個安在舉升支架上的柔性連接件并在其最上端和最下端之間是可移動的。柔性舉升部件置于柔性連接件的最上端。彈簧在柔性舉升部件里起反作用力，并在其失去拉力時迫使柔性連接件處于最低位置。柔性連接件被連接在棘爪釋放桿上，利用其向下運動來移動釋放桿去接合棘爪并防止舉升支架下降。 描 述 發(fā)明背景 00021.發(fā)明領(lǐng)域 0003此發(fā)明關(guān)系到汽車保養(yǎng)用舉升機領(lǐng)域，特別是在垂直立柱或圓柱上裝有滑動舉升支架并通過鏈條、纜繩或其它柔性舉升部件支承的柱型舉升機的保險鎖機構(gòu)。 00042.相關(guān)技術(shù)描述 0005各種各樣的柱型汽車舉升機先前已經(jīng)被認識并應用于汽車維修行業(yè)。柱型舉升機可分為地下型和地面型兩種。地下型舉升機通常有一根或兩根安裝在維修車間地下的垂直圓柱，它們是通過液壓驅(qū)動的。地面型舉升機通常有兩根或四根垂直立 柱，每根立柱都有舉升支架，并裝有一個或多個舉升臂來舉起車輛。通過絞盤或液壓驅(qū)動鏈條、纜繩或其它柔性舉升 可四輪定位四柱式汽車舉升機設計 48 部件，舉升支架被舉起或降落。 0006早已熟知的是提供棘輪鎖機構(gòu)的汽車舉升機能防止舉升機支架的突然下降，那些事故可能導致傷害操作人員或損壞車輛。這些設備一般包括一條棘輪軌道，上面布滿垂直間隔的模塊，它們被連接在立柱和連接有舉升機支架的棘爪上，并有選擇的嚙合棘輪軌道。當嚙合時，棘輪鎖機構(gòu)允許舉升機支架上升，但阻止它下降。為了降低舉升機支架，棘輪棘爪必須被人工解開。這些棘輪鎖機構(gòu)的同一問題是：為使其工作，在 舉升機再次被舉起之前，棘輪必須被重新嚙合。 0007如被嚙合，棘輪鎖機構(gòu)將起到防止舉升機支架突然下墜的作用。但它不能自己提供同一安全水平，因為它必須被解開以降低舉升機。在舉升機下降過程當中，如果一根柔性舉升部件斷裂或在任何時候因疏忽使棘輪鎖處于非嚙合位置時，就沒辦法防止各舉升機支架一直降到立柱底部。為了確保安全，保險鎖設備應該包含一個自動防故障裝置，它能在發(fā)生事故時自動地重新嚙合棘輪鎖機構(gòu)。 0008一些合成了自動防故障裝置的保險鎖設備先前已經(jīng)被人熟。 E.H. Steedman 的 U.S. Pat. No. 2,238,573 發(fā)明了一個有自動防故障裝置并由絞盤和纜繩操縱的汽車舉升機，其中每根纜繩都被連接在曲柄上，曲柄被附在舉升機支架的內(nèi)部，彈簧拉力相對于纜繩起反作用。如果纜繩斷裂，彈簧拉力將曲柄回轉(zhuǎn)到它的連接點，使曲柄尾部接合立柱背面的某個鉆孔 ， 以 停 止 支 架 的 繼 續(xù) 下 降 。 Steedma 先 生 的 第 二 個 專 利U.S.Pat.No.2,266,915 發(fā)明了由一個開口型棘輪機構(gòu)組成的自