剪式汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明

1、第1章 緒 論1.1 選擇背景、研究目的與意義近年來(lái)，我國(guó)汽車(chē)業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車(chē)行業(yè)，多年來(lái)轎車(chē)進(jìn)入普通家庭的夢(mèng)想已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，汽車(chē)維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，汽車(chē)舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車(chē)維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，無(wú)論整車(chē)大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開(kāi)它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護(hù)企業(yè)中，無(wú)論是維修多種車(chē)型的綜合類(lèi)修理廠，還是經(jīng)營(yíng)圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機(jī)。它的主要作用就是為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。舉升機(jī)的重要性和普與性，決定了它是一種備受專(zhuān)業(yè)人士和經(jīng)營(yíng)管理者重視的設(shè)備。舉升機(jī)一般有柱式、剪式的，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。目前，使用的汽車(chē)剪刀式舉升機(jī)

2、可能發(fā)生汽車(chē)墜落的原因較多，有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、舉升臂變形、兩側(cè)舉升臂上升速度不等、液壓油路爆裂、汽車(chē)拖墊打滑等，經(jīng)過(guò)對(duì)失效的剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計(jì)上存在著缺陷，如果做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平、導(dǎo)致單邊升降等危險(xiǎn)發(fā)生，因此，進(jìn)一步提高剪刀式舉升機(jī)產(chǎn)品的性能與可靠性，是國(guó)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)CAD/CAE 對(duì)剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的綜合性能和安全可靠性。計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，是國(guó)際上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)。該技術(shù)一出現(xiàn)，立即

3、受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家,如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到廣泛應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域極廣，如汽車(chē)制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、醫(yī)學(xué)與工程咨詢(xún)等多方面。目前,計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)已在我國(guó)得到了應(yīng)用與推廣,主要在汽車(chē)、航天航空、武器制造、機(jī)械工程等方面。而從我國(guó)目前的情況來(lái)看,計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)主要在汽車(chē)制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但只停留在初步應(yīng)用階段。現(xiàn)今，在我國(guó)利用CAD/CAE技術(shù)對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究還

4、尚未見(jiàn)成果發(fā)表。只有將汽車(chē)舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能真正加快汽車(chē)舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)平臺(tái)，利用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS進(jìn)行汽車(chē)舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性與動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為我國(guó)汽車(chē)舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)汽車(chē)舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該設(shè)計(jì)的研究方法，也可應(yīng)用于汽車(chē)舉升機(jī)與其他新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費(fèi)，提高設(shè)計(jì)精度和效

5、率，對(duì)于國(guó)舉升機(jī)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀1.2.1 舉升機(jī)的發(fā)展歷史汽車(chē)舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車(chē)舉升機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(jī)，由于當(dāng)時(shí)采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時(shí)采用皮革進(jìn)行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)的彈跳嚴(yán)重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機(jī)才在美國(guó)以外的其它地方開(kāi)始采用。發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類(lèi)也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。其中剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小，受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來(lái)舉升機(jī)的發(fā)展方向。在市場(chǎng)上可以看到的

6、型式各異、尺寸不同的舉升機(jī)中，有一些特別適合于從事特殊類(lèi)型的維修作業(yè)，也有少數(shù)的舉升機(jī)適合進(jìn)行一些其它的維修作業(yè)。1.2.2 國(guó)外研究狀況目前，發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）生產(chǎn)的汽車(chē)舉升機(jī)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡(jiǎn)單，在經(jīng)銷(xiāo)商中口碑良好。我國(guó)的汽車(chē)舉升機(jī)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國(guó)外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，國(guó)最早研究剪式舉升機(jī)的是寶得寶，1999年開(kāi)始，寶得寶機(jī)型比較笨重，主要的質(zhì)量問(wèn)題集中在油管易爆和平臺(tái)不同步，2000年后質(zhì)量有了改進(jìn)。但由于不是批量，所以?xún)r(jià)格偏高。到現(xiàn)在舉升機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)擁有近百個(gè)中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國(guó)汽車(chē)舉升機(jī)雖然也相對(duì)定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不

7、夠美觀，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。剪刀式舉升機(jī)是一個(gè)使用較廣的舉升機(jī)，在最近幾年所有新銷(xiāo)售的舉升機(jī)中，至少二分之一都是這種類(lèi)型的。這種設(shè)計(jì)之所以很流行，有幾方面的原因的：一就是這種舉升機(jī)安裝起來(lái)很快，不需要大圍的開(kāi)挖，也不需要對(duì)維修廠的整體布局進(jìn)行一些永久性的變動(dòng)。二是功能的多樣性，它適用于大多數(shù)轎車(chē)的維修和保養(yǎng)。三是剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小。四是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，剪式舉升機(jī)較為精密。 無(wú)論是維修多種車(chē)型的綜合類(lèi)修理廠，還是經(jīng)營(yíng)圍單一的街邊店（如輪胎店）都適用。1.3 研究容與研究方法1.3.1 研究容本設(shè)計(jì)在考慮典型的汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際工況條件基礎(chǔ)上，依據(jù)有限

8、元、虛擬裝配技術(shù)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論，建立舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配，將關(guān)鍵零部件模型導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，獲得舉升機(jī)在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變與變形狀況，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性與安全性。設(shè)計(jì)中我們研究的主要容如下： （1）剪刀式舉升機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)形式的研究與分析；（2）剪刀式舉升機(jī)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；1.3.2 研究方法資料收集與總體方案制定舉升機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)形式分析舉升機(jī)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（對(duì)各個(gè)機(jī)構(gòu)零件進(jìn)行強(qiáng)度分析）整機(jī)虛擬裝配撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章 剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定2.1.1 舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式與基本組成此次課題設(shè)計(jì)的容為剪刀式舉升機(jī)，

9、剪刀式舉升機(jī)的發(fā)展較迅速，種類(lèi)也很齊全。按照剪刀的大小分為大剪式舉升機(jī)（又叫子母式），還有小剪（單剪）舉升機(jī) ；按照驅(qū)動(dòng)形式又可分為機(jī)械式、液壓式、氣液驅(qū)動(dòng)式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為2t以下的轎車(chē) ，所以采用小剪式液壓驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)就完全可以。為了適合大小維修廠，對(duì)地基沒(méi)有過(guò)多要求，地面安裝即可。整體結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示。圖2.1 剪刀式舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式 剪刀式液壓平板舉升機(jī)由機(jī)架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)安全使用，保障維修工人的生命安全。剪刀式舉升機(jī)有兩組完全一樣的舉升機(jī)構(gòu)，分別放于左右兩側(cè)車(chē)輪之間

10、，因兩側(cè)結(jié)構(gòu)完全一樣，可以左右互換。舉升機(jī)由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞桿伸縮，帶動(dòng)兩側(cè)舉升臂同時(shí)上升、下降、鎖止。舉升機(jī)一側(cè)上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷(xiāo)連接固定在鉸支座上2。另一側(cè)上下端為滑輪滑動(dòng)，舉升臂通過(guò)軸與滑輪連接。舉升機(jī)在工作過(guò)程中，以固定鉸支座一側(cè)為支點(diǎn)，滑輪向或向外滑動(dòng)，使舉升機(jī)上升下降，當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)呐e升位置時(shí)，利用液壓缸上的機(jī)械鎖鎖止。剪刀式舉升機(jī)使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，適用于大多數(shù)轎車(chē)、汽車(chē)的檢測(cè)、維修與保養(yǎng)，安全可靠3。2.1.2 舉升機(jī)各零部件之間的連接關(guān)系舉升機(jī)的工作是靠液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舉升下降的。液壓缸固定在下外側(cè)舉升臂上通過(guò)軸連

11、接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。如圖2.1所示，活塞桿向外伸出時(shí)，帶動(dòng)舉升臂向上運(yùn)動(dòng)。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側(cè)用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。舉升臂向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸帶動(dòng)滑輪滑動(dòng)，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進(jìn)行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進(jìn)行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動(dòng)墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷(xiāo)，銷(xiāo)通過(guò)鎖止螺釘鎖止；底座通過(guò)地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機(jī)才能正常工作。2.2 確定剪刀式舉升機(jī)的各結(jié)構(gòu)尺寸2.2.1 建立轎車(chē)模型為使舉升機(jī)使用圍廣，本設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)

12、轎車(chē)模型1。根據(jù)表2.1所列車(chē)身參數(shù)信息。 表2.1 參數(shù)信息車(chē)身信息 車(chē)型長(zhǎng)豐帕杰羅3.0GLS手動(dòng)大眾勁取車(chē)身長(zhǎng)/寬/高（mm）4830/1895/18854200/1650/1465前輪距15751460后輪距15601460軸距27752460前輪規(guī)格215/60R16195/55R15后輪規(guī)格215/60R16195/55R15根據(jù)豐田和大眾轎車(chē)的車(chē)身信息確定一個(gè)使用較廣的車(chē)模：它的車(chē)身參數(shù)是：車(chē)身長(zhǎng)4.7m，寬1.75m，高1.5m，軸距2.1m，前后輪距平均為1.5m，車(chē)自重1.5t，該轎車(chē)模型集豐田轎車(chē)外型，奧迪外型，大眾車(chē)系于一體，具有較廣的代表性。2.2.2 剪刀式舉升機(jī)主

13、要結(jié)構(gòu)尺寸確定1、剪刀式舉升機(jī)已知的主要技術(shù)參數(shù)如表2.2所示表2.2 主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)值單位舉升重量2T舉升高度3501500mm提升時(shí)間180S要求舉升機(jī)的提升速度是經(jīng)3min時(shí)間舉升機(jī)能升高到1.5m，但考慮到實(shí)際修理時(shí)3min太長(zhǎng)不利于維修，設(shè)上升時(shí)間為1min。實(shí)際升高1.15m，并且舉升機(jī)在各高度工作時(shí)，都能自鎖。2、 舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)各部分尺寸 1）支撐平臺(tái)尺寸因剪刀式舉升機(jī)放于兩輪胎之間的下部，所以舉升機(jī)在使用過(guò)程中要保證舉升機(jī)不能與輪胎發(fā)生干涉2。根據(jù)轎車(chē)軸距為2.6m，轎車(chē)輪胎直徑一般不超過(guò)700mm，為避免干涉，舉升機(jī)平臺(tái)兩端與輪胎邊緣要有一定距離，取平臺(tái)邊距

14、輪胎邊緣之間距離為150mm，則平臺(tái)外型長(zhǎng)。平臺(tái)寬一般為500mm600mm左右，我們?nèi)∑脚_(tái)寬為Bp=550mm。舉升時(shí)，重量作用在整個(gè)平臺(tái)上，力并不集中，所以平臺(tái)不宜過(guò)厚，增加舉升機(jī)重量，取外型高為70mm，實(shí)厚為15mm，只在四周加工凸臺(tái)邊緣，平臺(tái)尺寸如圖2.2所示。圖2.2 平臺(tái)尺寸 2）舉升臂尺寸因平臺(tái)長(zhǎng)La=1600mm，固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪分別放于平臺(tái)下，降低到最低點(diǎn)時(shí)舉升臂不能超出平臺(tái)邊緣，與汽車(chē)相干涉，所以固定鉸支座和滑動(dòng)滾輪要與平臺(tái)有一定的距離，取支座距平臺(tái)邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動(dòng)滾輪之間距離。舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，舉升機(jī)高為350mm,(底座到平臺(tái)面的距

15、離)。 如圖2.3所示底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm ，滾輪處軸徑Dz=24mm，為了避免滾輪直接磨損底座，設(shè)計(jì)時(shí)，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長(zhǎng)為750mm。上下兩滾輪之間的距離為根據(jù)勾股定理求舉升臂長(zhǎng)L , 求得L=1306mm，設(shè)舉升臂寬110mm，厚為20mm。圖2.3 舉升機(jī)壓縮到最低點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)3）舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)尺寸變化舉升機(jī)向上舉升時(shí)，滑輪向側(cè)滾動(dòng)，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定鉸支座和滑動(dòng)鉸支座之間距離縮短，平臺(tái)與底座之間距離越來(lái)越大。舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)，舉升機(jī)上下兩滑輪之間的距離為Hg=1500-15*2-35*2=1400mm 因舉升臂長(zhǎng)L

16、=1306mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為L(zhǎng)b,由勾股定理得Lb=896.15mm，滑動(dòng)輪滑動(dòng)距離Lx=1300-1102.56=403.75mm。舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖2.4所示。圖2.4 升高到 1.5m 時(shí)舉升機(jī)主視圖和左視圖因我們的舉升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當(dāng)取Ds=30mm，滑動(dòng)滾輪處軸徑取Dz=24mm，滑輪總寬為30mm，與滑道實(shí)際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺(tái),直接與舉升臂接觸，減小摩擦。2.3 舉升機(jī)在地面上安裝尺寸考慮到維修廠的地面情況，剪刀式舉升機(jī)平放于地面就可以，采用地腳螺栓固定，舉升機(jī)兩端各焊接一三角臺(tái)，便于汽車(chē)上升。根據(jù)轎車(chē)

17、寬為1.75m，前后輪距平均為1.5m，左右兩輪臺(tái)側(cè)邊緣之間的距離為800mm，舉升機(jī)之間要有一定的距離供維修工人走動(dòng)，為了滿(mǎn)足以上尺寸要求，舉升機(jī)平臺(tái)之間的距離取900 mm ,平臺(tái)長(zhǎng)1600mm，舉升機(jī)左右結(jié)構(gòu)完全一樣，設(shè)備控制箱可以左右互換。如果舉升機(jī)平臺(tái)直接與汽車(chē)底盤(pán)接觸，對(duì)汽車(chē)底盤(pán)磨損嚴(yán)重,所以平臺(tái)上端放硬質(zhì)橡膠，硬質(zhì)橡膠塊距邊緣為20mm,則硬質(zhì)橡膠長(zhǎng)Lj=510mm， 寬Bj=150mm。舉升機(jī)在地面安裝情況如圖2.5所示。 圖2.5 舉升機(jī)占地情況與安裝示意圖2.4 電機(jī)的選用剪刀式舉升機(jī)舉升重量2t，舉升機(jī)自身與其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 W=2.7t

18、。舉升平臺(tái)上方放有汽車(chē)時(shí)，設(shè)計(jì)上升速度為 Vw =（2.1）S=1500-350 =1150 (mm) 由公式（2.1）得 Vw=1.15/60=0.0196m/s=1.15m/min 載車(chē)板上升功率:Pw= FwVw /60 （2.2）Fw=mg （2.3）其中m=2.7t，g=10N/kg 由公式（3.3）Fw =2.710 =27 KNVw取1.15 m/min由公式（2.2）得 Pw=271.15/60=0.517（KW）2.5 剪刀式舉升機(jī)各部件重量查工程材料手冊(cè)所知，舉升、起重機(jī)械的板形材料多用Q275鋼。Q275鋼的材料性能如下： 表2.3 Q275鋼材料性能彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)

19、度密度200-220/GPa0.3490610/MPa7.85g/cm3質(zhì)量基本計(jì)算公式9：（2.4）式中： W（kg）表示鋼的理論質(zhì)量F（mm2）型鋼截面積L（m）鋼材的長(zhǎng)度（g/cm3）所用材料鋼的密度 1、平臺(tái)的質(zhì)量因平臺(tái)加工有較薄的邊緣，所以計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)較多，后續(xù)計(jì)算中我們?nèi)∑脚_(tái)質(zhì)量為Wp=120kg 2、舉升臂的質(zhì)量kg在實(shí)際運(yùn)用中，連接處都加工有加強(qiáng)肋，連接處還攜帶一些附件所以取舉升臂質(zhì)量為23kg。左側(cè)和右側(cè)舉升機(jī)完全一樣，每側(cè)共有八個(gè)舉升臂，則舉升臂重量和為 3、底座重量在實(shí)圖中舉升機(jī)底座并非實(shí)體，但為了計(jì)算方便，我們按實(shí)體計(jì)算，則 kg，我們?nèi)〉鬃亓繛閃d=104kg。舉升機(jī)

20、總重 。整理前面計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2.4表2.4 剪刀式舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)舉升重量3000kg舉升高度3501500mm實(shí)際上升高度1650mm總寬1500mm總長(zhǎng)2060mm平臺(tái)長(zhǎng)/寬1600/550mm舉升臂長(zhǎng)1306mm平臺(tái)間寬900mm上升時(shí)間50s下降時(shí)間40s電機(jī)功率0.517KW電源220V/380V/50Hz額定油壓18MPa整機(jī)重量800kg滑輪移動(dòng)距離896.15mm2.6 本章小結(jié)本章主要將剪刀式舉升機(jī)的外型尺寸，各部分結(jié)構(gòu)尺寸，各結(jié)構(gòu)的安裝位置確定出來(lái)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們參考了廣力牌GL3.0/A小剪式舉升機(jī)，繁寶剪式舉升機(jī)， Jumbo Lift

21、NT 剪式舉升平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)今社會(huì)上使用普遍的轎車(chē)種類(lèi)的車(chē)身結(jié)構(gòu)尺寸，確定了我所設(shè)計(jì)的剪刀式舉升機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，包括控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機(jī)是如何運(yùn)動(dòng)的，實(shí)現(xiàn)舉升，將車(chē)舉到我們希望的高度。第3章 剪式舉升機(jī)機(jī)構(gòu)建模3.1 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型剪刀式舉升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通過(guò)性強(qiáng)和操控性好的特點(diǎn),因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的制造與維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機(jī)構(gòu)作為舉升平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分,其力學(xué)特性對(duì)平臺(tái)性能產(chǎn)生直接影響。對(duì)于剪刀式舉升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是舉升油缸的安裝位置。計(jì)算、分析剪刀式起升機(jī)構(gòu)的

22、傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高,效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗(yàn)算分析,但在設(shè)計(jì)分析初期,存在建模困難和較難快速調(diào)整模型參數(shù)的問(wèn)題。在建立力學(xué)模型時(shí)，我們利用MATLAB 軟件所具有的強(qiáng)大矩陣計(jì)算功能,對(duì)影響剪刀式起升機(jī)構(gòu)力學(xué)特性的關(guān)鍵參數(shù)展開(kāi)研究,從而得到剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型5。3.1.1 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析舉升機(jī)之所以斜置，是因?yàn)榕e升機(jī)右側(cè)為固定鉸支座，左側(cè)為滑動(dòng)鉸支座，平臺(tái)上放有荷載，舉升機(jī)上升過(guò)程中，荷載重心相對(duì)前移，在高空中容易前翻，對(duì)工作人員十分危險(xiǎn)，斜置安裝可以抵制荷載前翻的情況。安裝情況如圖3.1，圖中F4 與F6 作用點(diǎn)分

23、別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的固定鉸支座位置, F3 與F5 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的滑動(dòng)鉸支座位置。圖3.1 力學(xué)方案示意圖為分析方便,我們將平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和簡(jiǎn)化為W1 ,剪刀式舉升機(jī)構(gòu)自重載荷為W3 ,油缸自重載荷為Wcy ,根據(jù)分析,假設(shè)舉升臂機(jī)構(gòu)自重載荷為W3和油缸自重載荷為Wcy忽略不計(jì)。如圖所示,根據(jù)上一章所定舉升臂兩端銷(xiāo)孔中心連線(xiàn)長(zhǎng)度為L(zhǎng) ,L=1306mm其與水平線(xiàn)夾角為;定義d為液壓缸下安裝點(diǎn)與舉升臂中心銷(xiāo)孔距離(平行于舉升臂) , f為上安裝點(diǎn)與舉升臂端銷(xiāo)孔的距離,定義上下兩鉸接點(diǎn)高度為Hg，定義滑動(dòng)鉸支座與固定鉸支座之間的距離為L(zhǎng)b，根據(jù)幾何關(guān)系,液壓缸軸線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角

24、與有以下函數(shù)關(guān)系： （3.1） 由式(3.1)可知,液壓缸軸線(xiàn)與水平線(xiàn)夾角是d、f、的函數(shù),而當(dāng)d、f這2個(gè)參數(shù)確定時(shí),在舉升機(jī)構(gòu)升降過(guò)程中隨變化。平臺(tái)和剪刀式舉升機(jī)構(gòu)建立其力學(xué)模型如圖3.2所示。為平臺(tái)簡(jiǎn)化模型5。圖3.2 平臺(tái)簡(jiǎn)化模型 假定W1 作用于平臺(tái)中心位置,則當(dāng)平臺(tái)起升,剪刀機(jī)構(gòu)變幅帶動(dòng)滑輪移時(shí),則W1、F3、F4和有如下關(guān)系15（B近似等于Lb/2） （3.2） （3.3）圖3.3 剪刀機(jī)構(gòu)外載情況圖3.2和圖3.3為剪刀舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型圖。剪叉舉升機(jī)構(gòu)外載狀況如圖3.3所示。為計(jì)算剪刀式舉升機(jī)構(gòu)每個(gè)支架鉸接點(diǎn)的力和油缸推力,以研究該機(jī)構(gòu)各力、油缸推力與角之間的關(guān)系,并找出其最?lèi)?/p>

25、劣工況,我們將該機(jī)構(gòu)拆分為4個(gè)獨(dú)立的隔離體,分別對(duì)應(yīng)該機(jī)構(gòu)從上到下的各段剪叉桿5,如圖3.4所示。圖 3.4 各剪桿受力分析圖該圖使用的符號(hào)說(shuō)明如下:Kx 為剪叉機(jī)構(gòu)各鉸接點(diǎn)力, x = 1, 2, 38;其中奇數(shù)為該鉸接點(diǎn)Y方向受力,偶數(shù)為對(duì)應(yīng)鉸接點(diǎn)X 方向受力; Fx 為作用在剪刀式舉升臂 機(jī)構(gòu)上的外力, x = 3, 4, 5, 6; P為液壓缸的推力。據(jù)此,在不考慮摩擦力的情況下,建立力學(xué)平衡方程如下面矩陣所示5：在上面的矩陣中,設(shè)L c = cos, L s = sin。由于油缸的自重忽略不計(jì),故設(shè)F = F3 = F4 = F5 = F6 =W1 /4。以上矩陣給出了外載、剪刀式舉

26、升機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)與油缸推力與各剪刀舉升臂受力的相互關(guān)系,為剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算與關(guān)鍵參數(shù)的研究提供理論依據(jù)。通過(guò)編寫(xiě)的 MATLAB程序矩陣解以上多元方程得以下結(jié)果: （3.4）3.1.2舉升機(jī)構(gòu)關(guān)鍵參數(shù)研究與確定分析前述剪刀式舉升機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)Pmax和油缸軸線(xiàn)與支架梁之間的夾角(-)有較大關(guān)系。給定載荷下,起升油缸夾角越小,則所需推力越大。由式(3.4)可知,起升油缸的最小夾角由d, f這2個(gè)關(guān)鍵的幾何參數(shù)決定5。因此,上述4個(gè)關(guān)鍵參數(shù)可在一定圍調(diào)整而不產(chǎn)生干涉。根據(jù)剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型式與編制的MATLAB運(yùn)算程序,在d, f這2個(gè)關(guān)鍵幾何參數(shù)允許調(diào)整的圍進(jìn)行計(jì)算,研究它們與起升油缸推力

27、Pmax的關(guān)系。經(jīng)對(duì)d, f 這2個(gè)關(guān)鍵參數(shù)的研究,結(jié)合防止機(jī)構(gòu)幾何干涉，并且不發(fā)生死角現(xiàn)象與制造工藝方面的考慮,確定其值: d= 170mm, f = 500mm。3.1.3 計(jì)算液壓缸的推力1、 舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)液壓缸的推力舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)，tan=得=46.675o由式（3.1）得舉升機(jī)的重心不變 F3和F4之間的距離為1103mm ，由式（3.2）和（3.3）求得F3 =11.705KN，則F4=4.45KN。將f=500mm 、d=250mm、=46.675o、F= F3 =11.7509KN代入式（3.4）中，我們得到P=136.643KN。2、舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的

28、推力根據(jù)圖（3.3）所示的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸，可求出角度 , tan= 再根據(jù)式（3.1），解得將=5.49、=16.22、L=1306mm、f=500mm 、d=250mm代入到式（3.4）中，解得液壓缸的最大推力為 P=324.08 KN。由前面分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，此時(shí)液壓缸的推力是整個(gè)舉升過(guò)程中所需推力最大值，選擇液壓系統(tǒng)時(shí)根據(jù)推力最大值確定。3.2 舉升機(jī)的力學(xué)分析與計(jì)算剪刀式舉升機(jī)是一種可以廣泛用于維修廠的舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車(chē)舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修功能。隨著我國(guó)私家車(chē)保有

29、量越來(lái)越大，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。本機(jī)主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷3t；在載重2t情況下，由最低位置舉升到最高位置需60s；當(dāng)按下下降按鈕使三位四通閥右位接通，車(chē)輛由最高位置降到最低位置需40s；電動(dòng)機(jī)功率1.02kW；舉升機(jī)在最低位置時(shí)的舉升高度為350mm，最大舉升高度為1500 mm，工作行程為1150 mm。剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計(jì)中的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)系指液壓驅(qū)動(dòng)的小剪式舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由舉升臂安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接兩側(cè)舉升臂的軸，使安裝在上下位置的滑輪沿滑道滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)的上下移動(dòng)。設(shè)備的主要部分有：控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)

30、機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和安全鎖機(jī)構(gòu)。分析剪式舉升機(jī)不同舉升高度的受力情況可知，在給定載荷下,舉升機(jī)舉升到不同高度時(shí)，所需油缸推力不同，各舉升臂與軸所受的力也不同。為分析方便，在計(jì)算過(guò)程中，我們只分析舉手機(jī)最低點(diǎn)和舉升到最高位置的受力情況即可。 3.2.1 舉升機(jī)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況 1、與平臺(tái)接觸處的兩鉸接點(diǎn)的力學(xué)分析與計(jì)算由前一節(jié)分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升機(jī)重量均勻的分布在平臺(tái)上，平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和Wz1所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動(dòng)鉸支座和固定鉸支座上。在最低點(diǎn)時(shí)，舉升臂并不水平放置。存在一很小的角度。 tan=因很小，所以計(jì)算過(guò)程中我們可以將Wz1 近似看成作用在平臺(tái)中

31、心位置，Wz1為舉升重量與平臺(tái)重量之和，即WZ1=（2t+Wp ）g=（2+0.122）10=22.4kN g取10 N/kg因舉升重量和平臺(tái)質(zhì)量之和由兩側(cè)舉升機(jī)共同承受，所以代入式（3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W1=16.2kN 解得2、 計(jì)算各舉升臂的受力 圖3.5 舉升臂受力圖圖3.5為桿1的受力情況，F(xiàn)3 作用處為滑動(dòng)鉸支座，根據(jù)受力分析圖列力和力矩平衡方程。方程如下:解得 分析計(jì)算結(jié)果，我們可以看到，k1,k2,k6三個(gè)未知量都與k5有關(guān)，只要確定出k5，其他就都能解出。觀察圖3-1 力學(xué)方案示意圖，我們能夠很快分析出，舉升重量全部作用在平臺(tái)上，在舉升機(jī)起升瞬間，則

32、k5鉸接孔處豎直方向分力很小，幾乎為零，對(duì)桿件只起連接作用，我們將k5取0 N。則。圖3.6 舉升臂2受力情況圖3.6為舉升臂2的受力圖，液壓缸的推力直接作用在連接兩側(cè)舉升臂之間的軸上，間接作用在舉升臂2上。 k3,k4,F4x為未知量，P=324.08 KN。列力和力矩平衡方程:解得 通過(guò)計(jì)算結(jié)果，我們可以看出液壓缸在瞬間舉升時(shí)，水平方向的分力和固定鉸支座處的水平方向分力都很大。所以舉升機(jī)的剛度強(qiáng)度一定要滿(mǎn)足要求，否則維修工人在作業(yè)時(shí)將很危險(xiǎn)。圖3.7 舉升臂3受力圖舉升臂3在實(shí)際工作過(guò)程中，對(duì)整個(gè)舉升機(jī)受力情況沒(méi)有太多影響，主要起連接件的作用。F5和F6支撐上面所有的重量 式中的0.92K

33、N為液壓缸重量產(chǎn)生的重力（初步確定）。圖中k7和k8為未知量。列方程如下： 解得 圖3.8 舉升臂4的受力圖 舉升臂4的力F6作用處是固定鉸支座，所以有兩個(gè)方向作用力。液壓缸的固定端作用在連接舉升臂的軸上。舉升臂承受液壓缸的重力，并不承受液壓缸的推力。液壓缸的推力有輸入的液壓油來(lái)平衡。在這個(gè)受力圖中，只有F6x是未知的。 解得 3.2.2 舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)，舉升機(jī)向滑動(dòng)403.75mm，兩腳支座之間的距離為896.15mm。上下兩滑輪之間的距離為1400mm。舉升臂與水平方向夾角為=46.675o、液壓缸與水平方向夾角為，液壓缸推力P=136.643K

34、N。 分析和計(jì)算方法同上。先求舉升臂1的受力情況如圖3.5，由式（3.2）和（3.3）解得，解得 因舉升到1.5m時(shí)，舉升臂與水平方向夾角為=46.675o，所以豎直方向力和水平方向力應(yīng)近似相等。取。則舉升臂2的受力情況如圖3.6所示，解得舉升臂3的受力情況如圖3.7， 解得舉升臂的受力情況如圖3.8， 解得3.2.3 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算1、位于上端的滑輪軸的強(qiáng)度校核滑輪軸通過(guò)滑輪與平臺(tái)接觸，作用在滑動(dòng)端的力F3均勻作用在兩個(gè)滑動(dòng)輪上?；瑒?dòng)的兩輪之間距離為405mm?；瑒?dòng)輪外側(cè)與舉升臂接觸。舉升機(jī)最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)于滑輪軸而言，與舉升臂接觸處，相當(dāng)于固定支點(diǎn)，即被約束。圖3.9是

35、滑輪軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，滑輪軸只受豎直方向力，沒(méi)有水平方向的力，所以滑輪軸不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出，在長(zhǎng)度為405mm的線(xiàn)段橫街面上的剪力FQ=0，而彎矩M為一常數(shù)，這種只有彎矩的的情況，稱(chēng)為純彎曲。所以長(zhǎng)度為405mm的線(xiàn)段只發(fā)生彎曲變形，而沒(méi)有發(fā)生剪切變形。是彎曲理論中最簡(jiǎn)單的一種情況。由上面的計(jì)算可以知道，上滑輪軸在舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)，受力最大，所以我們只校核舉升機(jī)升到1.5m時(shí)的滑輪軸強(qiáng)度即能說(shuō)明軸的強(qiáng)度是否合格。圖3.9 滑輪軸的剪力圖與彎矩圖 對(duì)滑輪軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸的材料為45鋼，抗拉強(qiáng)度彈性模量E為 ， 一般取 。軸的直徑d=24m

36、m。查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)。（1）軸的彎矩圖如圖3.9所示。由圖可知 ，最大正彎矩 M=（2）軸的強(qiáng)度校核式中：M為橫截面上的彎矩W軸的抗彎截面系數(shù)經(jīng)校核可以看出，軸的截面強(qiáng)度足夠。2位于下端的滑輪軸的強(qiáng)度校核最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端滑輪軸最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)受力情況一樣。受力圖、剪力圖、彎矩圖如圖3.10所示。圖3.10 下滑輪軸的剪力圖與彎矩 下滑輪軸的材料也是45鋼，抗拉強(qiáng)度。下滑輪軸受的力為：F5/2= ，軸的直徑d=24mm。（1）彎矩圖如圖3.10所示由圖可知 最大彎矩 (2 )下滑輪軸的強(qiáng)度校核校核后可得出軸的強(qiáng)度足夠。3、對(duì)舉升臂1和2進(jìn)行強(qiáng)度校核舉升臂1和2位于舉升機(jī)

37、的上半部分，液壓缸的作用點(diǎn)直接作用在連接舉升臂2的軸上，舉升臂2和1又通過(guò)中間螺栓相連，所以2和1的受力情況比較惡劣。在校核時(shí)，只對(duì)這兩個(gè)舉升臂進(jìn)行校核即可。(1) 舉升臂1的強(qiáng)度校核圖3.11 舉升臂1的剪力圖與彎矩圖 因舉升臂為板材，近似梁。所以分析過(guò)程中，我們按梁的強(qiáng)度校核方法來(lái)分析舉升臂。由圖3.11舉升臂1的受力圖可以看到，舉升臂既有水平方向的力，又有豎直方向的力，并且兩個(gè)方向的力在同一平面， 屬拉伸（壓縮）與彎曲組合變形11。我們將力進(jìn)行分解，沿舉升臂軸線(xiàn)方向和垂直軸線(xiàn)方向。舉升臂1的受力圖、剪力圖、彎矩圖、軸力圖如圖3.11所示。由圖所知，舉升臂在中間截面組合變形最大11。舉升臂

38、的材料為Q275鋼 ,抗拉強(qiáng)度 , 彈性模量 E=200220GPa ，L為舉升臂長(zhǎng)L=1306mm 。舉升臂在最低狀態(tài)時(shí)（），校核過(guò)程如下： 1）舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大負(fù)彎矩 2）確定舉升臂1中性軸的位置截面形心距底邊為 因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心線(xiàn)Z即為中性軸3）截面對(duì)中性軸的慣鉅4）舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為5）最大軸向正應(yīng)力截面積為，則正應(yīng)力為6）校核舉升臂的強(qiáng)度兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力結(jié)果表明最大彎矩處截面強(qiáng)度足夠。舉升機(jī)升高到1.5m時(shí)的強(qiáng)度校核情況：（=46.675o）最大彎曲應(yīng)力為軸力為：最大正應(yīng)力為 總應(yīng)力為強(qiáng)度充分滿(mǎn)足條件(2） 舉升臂2的

39、強(qiáng)度校核圖3.12 舉升臂2的彎矩圖和剪力圖、軸力圖在剪刀舉升機(jī)構(gòu)中，連接舉升臂2的軸，要承受液壓缸的推力，推力間接作用在舉升臂2上。所以舉升臂2的工作條件最為惡劣，要求最高。對(duì)舉升臂2進(jìn)行強(qiáng)度校核。考慮到制造工藝性，所以舉升臂2的材料暫都選用Q275鋼。 觀察圖3.12舉升臂2的受力情況，可以看出舉升臂2也受水平和豎直方向，我們同樣將水平方向的力與豎直方向的力進(jìn)行分解。舉升臂在最低點(diǎn)時(shí)的校核情況如下從圖中可以看出中間鉸接點(diǎn)的變形最為嚴(yán)重值1）最大彎矩由彎矩圖可看出舉升臂2存在最大負(fù)彎矩和最大負(fù)彎矩情況2）確定舉升臂2中性軸的位置截面形心距底邊為 因舉升臂2結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的

40、中心線(xiàn)Z即為中性軸 3）截面對(duì)中性軸的慣鉅4）舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為5）軸向正應(yīng)力截面積為，則正應(yīng)力為6）校核舉升臂的強(qiáng)度兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力最大截面處的強(qiáng)度雖符合Q275鋼的強(qiáng)度要求,但從值可以看出，實(shí)際應(yīng)用時(shí)很可能發(fā)生危險(xiǎn)。舉升臂升到1.5米時(shí)的校核情況最大負(fù)彎矩為 最大彎曲應(yīng)力 軸向最大應(yīng)力則正應(yīng)力為強(qiáng)度已經(jīng)不滿(mǎn)足條件。通過(guò)以上計(jì)算，我們可以看出，液壓缸的推力通過(guò)軸直接作用到舉升臂上，會(huì)導(dǎo)致比的強(qiáng)度不足。我們?cè)谂e升臂2的中間焊接一方鋼作為加強(qiáng)肋，肋上加工有支座，液壓缸通過(guò)軸放置在支座上，如圖3.13所示?；钊麠U的推力直接由軸承受，并且軸變形不會(huì)直接影響舉升臂。下面對(duì)主受推力的軸進(jìn)行校核。

41、圖3.13 方鋼加強(qiáng)肋與支座（3）主推力軸校核圖3.14 活塞桿推力軸彎矩圖和剪力圖因此軸只承受液壓缸推力，推力垂直于軸線(xiàn)方向，為示圖方便，我們將力豎直作用到軸上，兩端固定處為支座處。因軸只受推力作用，屬于純彎曲情況，所以軸只發(fā)生彎曲變形。受力如圖3.14所示: 軸的材料為40Cr，抗拉強(qiáng)度，軸徑為60mm。舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí),推力最大只校核此刻強(qiáng)度即可。（1）軸的彎矩圖如圖3.13所示。由圖可知 ，最大正彎矩 M=(2) 軸的強(qiáng)度校核經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠，加工加強(qiáng)肋合理。3.2.4 連接螺栓的校核螺栓在舉升機(jī)中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時(shí)只考慮剪切變形就可以。以下是對(duì)圖2.4中的1、3、

42、4處的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓材料為Q235-A鋼，許用剪切應(yīng)力=98MPa。1、1處螺栓受的剪切力如圖3.15所示圖3.15 1處螺栓所受剪切力圖（1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論 =53.89MPa滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。（2）舉升到1.5m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求2、3處螺栓受的剪切力如圖3.16所示圖3.16 3處螺栓所受剪切力圖（1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求（2）舉升到1.5m時(shí)螺栓

43、剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。3、5處螺栓受的剪切力如圖3.17所示圖3.17 5處螺栓所受的剪切力圖（1）舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求（2）舉升到1.5m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算水平方向承受的應(yīng)力為豎直方向承受的應(yīng)力為根據(jù)第三強(qiáng)度理論經(jīng)計(jì)算滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。校核后的結(jié)果表明螺栓材料為Q235鋼是符合要求的。3.3 結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施由前面的力學(xué)模型中，我們能夠看到，舉升臂鉸接孔處都受水平和豎直方向的力，這些力將對(duì)舉升臂的強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響。因舉升臂無(wú)論是在最低位置還是在

44、最高位置，都與水平方向成一定角度。分析時(shí)，我們沿舉升臂軸線(xiàn)方向和垂直舉升臂軸線(xiàn)方向進(jìn)行力的分解，垂直舉升臂軸線(xiàn)方向的力使舉升臂產(chǎn)生彎矩變形（正應(yīng)力）沿舉升臂軸線(xiàn)方向的力使舉升臂產(chǎn)生拉伸或壓縮變形（拉或壓）。兩種應(yīng)力變形使舉升臂的彎曲強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響。通過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施提高舉升臂的彎曲強(qiáng)度。1、舉升機(jī)上載荷作用的位置進(jìn)行加強(qiáng)經(jīng)前面的計(jì)算可知，舉升臂鉸接點(diǎn)處彎曲強(qiáng)度較集中，磨損嚴(yán)重，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。（1）可以在載荷作用點(diǎn)處，加一厚度為3mm的青銅襯套，套在鉸接軸上，可有效地減小最大彎矩值，提高鉸接點(diǎn)的強(qiáng)度，減小摩擦； （2）在鉸接孔處加工凸臺(tái)，使舉升臂厚度加厚，增大舉升臂的橫截面積，減小舉升臂壓縮變

45、形或拉伸變形。提高彎曲強(qiáng)度；（3）液壓缸作用處不直接作用到舉升臂上，中間通過(guò)焊接加強(qiáng)肋進(jìn)行補(bǔ)償。液壓缸下端固定處軸上放有套筒，這樣可以減小軸的磨損；（4）放置軸處的舉升臂加工凸臺(tái)，加厚舉升臂尺寸，增大承載面積，并加工加強(qiáng)肋3.4 本章小結(jié)通過(guò)分析剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),建立剪刀舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型,并通過(guò)該模型對(duì)決定起升油缸最大推力的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行研究,得到合理的結(jié)果。本章還通過(guò)對(duì)各舉升臂、主受力軸的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算，來(lái)校核設(shè)計(jì)容是否合理。并提出一些加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度充分滿(mǎn)足條件。以上的計(jì)算與分析對(duì)提高剪刀式舉升機(jī)系列化設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量有明顯的效果。第4章 液壓系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的選擇4.1

46、液壓系統(tǒng)4.1.1 液壓系統(tǒng)組成液壓系統(tǒng)是舉升機(jī)的動(dòng)力裝置。它具有傳遞動(dòng)力大、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)緊湊的特點(diǎn)。液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和輔助裝置等四大部分組成。1、液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)液壓泵它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動(dòng)的機(jī)械動(dòng)力。它的作用是將原動(dòng)機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流動(dòng)液體的壓力能。液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖4.2所示。2、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)液壓缸液壓缸主要有缸筒和缸蓋、活塞和活塞桿、密封裝置、緩沖裝置8。它是液壓傳動(dòng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱(chēng)液壓機(jī)，其作用是將液能變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置有兩種。此剪式舉升機(jī)所采用的是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)械能的單

47、作用推力油缸。它既能節(jié)省動(dòng)力、又能頻繁地進(jìn)行換向。液壓發(fā)生裝置泵液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)缸活塞液壓控制裝置方向閥壓力閥圖4.1 液壓系統(tǒng)方框圖像3、液壓控制調(diào)節(jié)裝置各種液壓控制閥它是由來(lái)控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動(dòng)，方向、壓力、流量和滿(mǎn)足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點(diǎn)控制可分為三類(lèi)。方向控制閥用來(lái)控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實(shí)際情況利用單向閥或換向閥的作用來(lái)改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來(lái)控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿(mǎn)足執(zhí)行機(jī)構(gòu)所需要的動(dòng)力或?qū)σ簤合到y(tǒng)起安全保護(hù)作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調(diào)速閥、分流和集流閥），用來(lái)控制和調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿(mǎn)足執(zhí)

48、行機(jī)構(gòu)工作時(shí)運(yùn)動(dòng)速度的要求。由于液壓系統(tǒng)控制閥種類(lèi)很多，為使用方便和結(jié)構(gòu)緊湊，在設(shè)計(jì)時(shí)合理的將各種閥類(lèi)元件組合在一起構(gòu)成組合閥。（1）單向閥單向閥是用以防止液流倒流的元件。按控制方式不同，單向閥可分為普通單向閥和液控單向閥兩類(lèi)。普通單向閥又稱(chēng)止回閥，其作用是使液體只能向一個(gè)方向流動(dòng)，反向截止。液控單向閥又稱(chēng)單向閉鎖閥，其作用是使液流有控制的單向流動(dòng)。液控單向閥分為普通型和卸荷型兩類(lèi)。液控單向閥的主要以下兩種作用。1）保壓作用當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)完成工件的壓制任務(wù)后，液壓缸上腔仍需保持一定的高壓，此時(shí)，液控單向閥靠其良好的單向密封性短時(shí)保持缸上腔的壓力。2）支撐作用當(dāng)活塞以與所驅(qū)動(dòng)的部件向上抬起并停留

49、時(shí)，由于重力作用，液壓缸下腔承受了因重力形成的油壓，使活塞有下降的趨勢(shì)。此時(shí)，在油路串一液控單向閥，以防止液壓缸下腔回流，使液壓缸保持在停留位置，支撐重物不致于落下。（2）溢流閥溢流閥是節(jié)流閥與溢流閥并聯(lián)而成的組合閥，它能補(bǔ)償因負(fù)載變化而引起的流量變化。使用溢流閥的系統(tǒng)效率較高。因?yàn)椴捎靡缌鏖y的系統(tǒng)，泵的供油壓力隨負(fù)載的增大而增加，能量損失小，系統(tǒng)發(fā)熱少。（3）節(jié)流閥流量控制閥是通過(guò)改變節(jié)流口面積的大小，改變通過(guò)閥流量的閥。在液壓系統(tǒng)中，流量閥的作用是對(duì)執(zhí)行元件的運(yùn)動(dòng)速度進(jìn)行控制。常見(jiàn)的流量控制閥有節(jié)流閥、調(diào)速閥、溢流閥等。溢流閥是結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單的流量閥，常與其它形式的閥相結(jié)合，形成單向節(jié)流閥或

50、行程節(jié)流閥。4、輔助裝置管道、油箱、過(guò)濾器與控制儀表（1）液壓管道液壓管道是連接液壓泵和液壓動(dòng)力機(jī)的通道，它們對(duì)液壓機(jī)械的使用性能有很大的影響，在工藝安裝過(guò)程上，除了進(jìn)行細(xì)致的檢查外，對(duì)管道布局必須平行垂直正齊。對(duì)液壓系統(tǒng)中的任何一段管道或管件要求都能自由拆裝，也必須按照其工藝過(guò)程和技術(shù)要求進(jìn)行。關(guān)于壓力控制回路和速度控制回路，是由液壓元件所組成，可起到完成運(yùn)動(dòng)速度調(diào)節(jié)壓力等特定作用。任何一種液壓機(jī)械，不論其結(jié)構(gòu)怎樣復(fù)雜，它都是由基本回路構(gòu)成的液壓系統(tǒng)，只要熟悉和掌握這些基本回路，才能正確的使用和分析事故與故障發(fā)生的原因。 關(guān)于液壓油的選擇，一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)都是選用普通液壓油。常用的是20#機(jī)

51、油，當(dāng)氣溫低于-15oC時(shí)，應(yīng)采用25#變壓油或有條件的可選用14#稠化液壓油。（2）濾油器在液壓系統(tǒng)中，由于系統(tǒng)的形成或系統(tǒng)外的侵入，液壓油中難免會(huì)存在這樣或那樣的污染物，這些污染物的顆粒不僅會(huì)加速液壓元件的磨損，而且會(huì)堵塞閥件的小孔，卡住閥芯，劃傷密封件，使液壓閥失靈，系統(tǒng)產(chǎn)生故障。因此，必須對(duì)液壓油中的雜質(zhì)和污染物的顆粒進(jìn)行清理。目前，控制液壓油清潔程度的最有效方法就是采用過(guò)濾器。過(guò)濾器的主要功用就是對(duì)液壓油進(jìn)行過(guò)濾，控制油的潔凈程度。（3）油箱油箱的主要功用是儲(chǔ)存油液，同時(shí)箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以與作為安裝平臺(tái)等作用。油箱屬于非標(biāo)準(zhǔn)件，在實(shí)際情況下常根據(jù)需要自行

52、設(shè)計(jì)。油箱設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮油箱的容積、結(jié)構(gòu)、散熱等問(wèn)題。4.2 液壓系統(tǒng)的選擇4.2.1汽車(chē)舉升機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求汽車(chē)舉升機(jī)液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的圍從汽車(chē)兩側(cè)將汽車(chē)同步舉升和下降外，還要求其能使汽車(chē)在任意高度停止并保持不動(dòng)。以便不同身高的工人，在維修不同位置時(shí)可以任意調(diào)整高度，最方便的進(jìn)行維修。因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車(chē)的重量較大，一但液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機(jī)舉升臂在汽車(chē)重力的作用下會(huì)迅速下滑，可能會(huì)對(duì)車(chē)下維修工人的生命安全造成威脅，舉升機(jī)上面的汽車(chē)也有被摔壞的危險(xiǎn)。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機(jī)必須具有機(jī)械鎖裝置。機(jī)械鎖由分別安裝在舉升油缸外側(cè)和活塞桿頂部與舉升

53、臂相聯(lián)的銷(xiāo)軸上的兩根鋸齒形齒條組成。安裝在油缸外側(cè)的齒條固定不動(dòng)，而安裝在銷(xiāo)軸上的齒條則隨活塞桿上下移動(dòng)，并且能繞銷(xiāo)軸做一定角度的擺動(dòng)，已實(shí)現(xiàn)兩根齒條的分離和嚙合。當(dāng)舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)障礙、油壓低于一定數(shù)值時(shí)，動(dòng)齒條就會(huì)在自身重力和彈簧力的作用下與靜齒條嚙合，機(jī)械鎖鎖死，使舉升臂不會(huì)下滑，這樣就確保維修工人和汽車(chē)不會(huì)出現(xiàn)危險(xiǎn)。4.2.2液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要保證汽車(chē)被水平舉起而不發(fā)生側(cè)偏，兩側(cè)舉升機(jī)上升過(guò)程中必須始終保持同一高度，活塞的運(yùn)行速度必須時(shí)刻保持相等。舉升機(jī)液壓回路必須同步。 舉升機(jī)的液壓回路如圖4.2所示，主要有兩部分組成：機(jī)械鎖回路、升降回路16。圖4.2

54、汽車(chē)舉升機(jī)液壓控制回路1.左機(jī)械鎖液壓缸 2.右機(jī)械鎖液壓缸3. 兩位三通電磁閥4.液壓泵 5.溢流閥6.三位四通電磁閥 7.普通調(diào)速閥 8.比例調(diào)速閥 9. .左升降缸 10.右升降缸1、機(jī)械鎖回路機(jī)械鎖回路由油缸1、油缸2和兩位三通電磁閥3組成。當(dāng)電磁閥YA1得電時(shí)，兩位三通電磁閥3左位工作，壓力油進(jìn)入液壓缸1、2下腔，驅(qū)動(dòng)活塞向上移動(dòng)，將機(jī)械鎖打開(kāi)，此時(shí)舉升臂可自由上升或下降。當(dāng)YA1失電時(shí)，兩位三通閥處于右位工作時(shí)，油缸下腔與直接相通，腔油壓為零時(shí)，油缸活塞在缸彈簧和機(jī)械鎖動(dòng)齒條自重的作用下收回，機(jī)械鎖閉合，舉升臂被鎖住，不能移動(dòng)。此時(shí)工人可以進(jìn)行各種維修工作。2 、升降回路升降回路由

55、三位四通閥6、普通調(diào)速閥7、比例調(diào)速閥8、左升降液壓缸9、右升降液壓缸10組成。當(dāng)三位四通閥6的YA2得電時(shí)，YA3失電時(shí)，油液上升，通過(guò)調(diào)速閥到達(dá)缸9、10。當(dāng)YA2失電時(shí)，YA3得電時(shí)，兩油缸下降。汽車(chē)舉升機(jī)液壓控制回路是用電液比例調(diào)速閥控制的同步回路，回路中使用了一個(gè)普通調(diào)速閥7和一個(gè)比例調(diào)速閥8.它們裝在由多個(gè)單向閥組成的橋式回路中，并分別控制著液壓缸9、10的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)兩個(gè)活塞出現(xiàn)位置誤差時(shí)，檢測(cè)裝置就會(huì)發(fā)出信號(hào)，調(diào)節(jié)比例調(diào)速閥的開(kāi)度，使液壓缸10的活塞跟上液壓缸9的運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)同步。這種回路的同步精度較高位置精度可達(dá)0.5mm，費(fèi)用低，系統(tǒng)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。下面是剪刀式舉升機(jī)液壓控制回路進(jìn)行總結(jié)后的工作行程表4.