车辆工程毕业设计（论文）-基于ANSYS的平台式汽车大梁校正仪设计【全套图纸三维】 .doc

摘 要车身校正是通过一定的外力将因事故损坏或疲劳损坏的部位修复到车辆出场时技术标准状态“的过程。汽车在人们的日常生活中起着不可或缺的作用，当然有使用就会有损坏，而且损坏的情况也越来越严重，从而一些专门的修复工具也随之产生平台式汽车车身校正设备。目前，国内普遍采用的车身校正设备主要有框架式和平台式，其中平台式较多。这种设备较为先进，国内外制造的设备一般都采用这种形式，是国际间比较流行的一种车身校正设备。平台式车身校正设备主要包括有举升支架，工作台，加力塔及其连接机构。本设计的目的旨在对平台式汽车大梁校正仪的二维设计及三维虚拟设计进行探索和实践，为校正仪的设计提供参考。全套图纸，加153893706本设计是通过对现有设备的调查研究，再结合自己的想法设计一台结构简单，使用方便的平台式汽车大梁校正设备。本设计首先利用autocad进行二维设计计算及校核，再利用三维建模软件catia对汽车大梁校正仪的整机进行虚拟建模，最后利用有限元受力分析软件ansys，对关键部件进行有限元分析。虚拟设计中首先利用三维建模软件catia对大梁校正仪整体三维实体进行建模，然后将关键部位零件文件类型另存为igs格式，通过igs格式将零件模型导入ansys进行有限元结构静力学分析，验证结果的可行性。利用catia和ansys软件对平台式汽车大梁校正设备的设计开发完全是在虚拟的环境中进行的，通过更改技术参数就可以实现对设计方案的完善，缩短开发周期，提高设计质量和效率，降低研发成本。这也是未来产品设计开发方法的发展方向。关键字：大梁校正仪；结构设计；三维建模；虚拟装配；有限元分析abstractbody through certain correction is a force for accident damaged or fatigue damage repair to vehicles out of the technical standards “state” process.car in peoples daily life plays an indispensable role, of course, have use will have damaged, and the damage situation of also more and more serious, which some special repair tools generates - using automotive calibration equipment.at present, the domestic car calibration equipment widely used are mainly frame type, including using more peaceful desktop.this equipment, advanced manufacturing equipment both at home and abroad are usually use this form, is international popular a kind of body calibration equipment.using body calibration equipment mainly include lifting stents, workbench, strength tower and its connection institutions.this design is based on the investigation and study of existing equipment, coupled with his own idea design a simple structure, easy to use and using car girders of calibration devices.using three-dimensional modeling software catia, finite element stress analysis software ansys, the whole car girders is corrective on virtual modeling,the key components in finite element analysis.firstly, the 3d modeling software to beam is corrective catia overall three-dimensional entity is modeled,then will key parts parts file types save as igs format,through the igs formats will import ansys finite element part modeling statics analysis, structure of the feasibility of the results of the validation.using catia and ansys software using cars for the design and development of calibration equipment beam is completely in a virtual environment.by changing the technical parameters can be achieved on the perfect design scheme, shorten the development cycle, improve the design quality and efficiency, reduce the r&d costs.this is the future product design and development method development direction.key words: girders calibration apparatus；structure design；3d modeling；virtual assembly； finite element analysis 79目 录摘要 abstract 第1章 绪论 11.1 研究背景11.2 研究的目的和意义11.3 课题研究的现状31.4 研究内容及研究方法41.4.1 研究内容41.4.1 研究方法41.5 承载式车身矫正原理介绍5第2章 大梁校正仪二维结构设计及校核62.1 简述平台式汽车大梁校正仪工作原理62.2 车身校正设备的特点62.3 车身校正设备的特点72.4 平台主要结构确定82.4.1 平台整体结构形式及基本组成92.4.2 平台表面设计102.4.3 选材102.4.4 平台支撑梁的校核102.5 平台后支撑架的主要结构确定122.5.1 平台后支撑架整体结构形式及基本组成122.5.2 平台支撑架的选材132.5.3 平台支撑架的校核152.6 拉塔的主要结构确定152.6.1 拉塔的主要结构形式及基本组成152.6.2 拉链固定装置的设计162.6.3 拉链转向装置的设计172.6.4 拉塔的选材182.6.5 拉塔的校核182.7 夹具的主要结构确定202.7.1 夹具的主要结构形式及基本组成202.7.2 夹具基座的主要结构212.7.3 夹具基座的选材212.7.4 夹具升降调节块的主要结构222.7.5 夹具升降调节块的选材222.7.6 夹钳体的主要结构222.7.7 夹钳体的选材232.7.8 夹钳体的校核232.7.8 螺栓与螺母的选侧242.8 举升臂的主要结构确定252.8.1 举升臂的主要结构252.8.2 举升臂的选材252.8.3 举升臂的校核25第3章 大梁校正仪的三维结构设计273.1 catia软件简介273.2利用catia进行三维建模283.2.1 平台的三维建模283.2.2 后支架的三维建模303.2.3 夹具基座的三维建模313.2.4 夹钳体的三维建模313.3 利用catia进行三维虚拟装配323.3.1 catia装配功能概述323.3.2装配的catia零件图333.2.3 catia整机装配图及爆炸图373.4 本章小结38第4章 大梁校正仪的有限元分析394.1 ansys有限元分析软件介绍394.1.1ansys软件简介394.1.2ansys软件功能简介394.2 ansys与catia接口的建立394.3利用ansys对主要零部件进行分析424.3.1定位夹具卡钳体的有限元分析424.3.2夹钳体受侧向力的有限元分析484.3.3后支架的有限元分析544.3.4前支架的有限元分析604.3.5举升臂的有限元分析65结论72参考文献73致谢74附录a75附录b80 第1章 绪 论1.1 研究背景由于汽车拥有量的不断增多，汽车使用过程中的损伤是不可避免的，如何使损伤后的汽车恢复良好的状态，一直是汽车维修行业的主体努力的主题。尤其是汽车车身由结构式向整体式发展，对汽车车身修理行业推出了越来越多的技术要求。在汽车碰撞修理包括许多方面的知识，如车身矫正，喷漆、焊接，设备维修等。许多维修设备生产厂家投入了大量的人力物力财力开发和研制车身矫正设备，取得了许多应我成果，并投入生产使用。本课题在意识到车身校正维修中越发重要之后，经过老师仔细研究选择的，在本次设计也中，主要研究的是车身校正。经过对市场多家汽车维修厂调查发现，有的仍然是靠维修技工的经验来进行校正工作。有的采用已经使用了很久的陈旧设备，只有几家从国外引进了先进的设备并投入使用。令我感到遗憾的是，有几家维修厂引进先进的设备却放置不用。反而仍用原来的陈旧设备。经过询问得知，维修工人认为新设备虽然先进，但是使用起来相当复杂，而且维修结果也相差无几。带着这一问题，结合我的设计课题平台式车身校正设备设计，我找到了我的指导老师王强老师，一同研究了先进的进口设备之后，结合目前我国维修行业的现状，通过自己的思考和老师的指导，设计一台既能达到维修目的又操作简单方便易学易用的平台是车身校正仪。经过查阅许多相关资料，指导老师细心的指导，以及本人的努力研究，进行了反复的推敲及多次的修改，得出以下设计成果，由于本设计中涉及有许多以前未学过的知识，加上时间仓促，而且水平有限，设计中仍然存在许多错误和不足，恳请各位老师批评指正。1.2 研究的目的和意义随着汽车行业的蓬勃发展，汽车修理行业也迎来新的春天。在维修领域中，平台式大梁校正仪的作用将越来越大，因为其安装方便，无需专门为其修建地基，节省点建地基的费用，而且它的价格相对便宜，功能齐全，工作时车身稳定，深受广大汽修者的青睐。在中国市场占有率极高，而且环形大气的外观在客户外形审美上有很大的优势，所以大多数国内4s店都采用该种设备。经过对本市维修企业调研后发现了许多问题，不是车身矫正仪设备陈旧，靠经验进行维修，就是引进了先进设备却不能完全发挥出其功能。我认为这样一来就存在许多弊端。由于目前汽车行业发展速度较快，新车型不断诞生，车身结构和使用材料都在不断变化，仅仅靠人的经验是不可的，因为维修的最终目的需要达到原设计制定的技术标准状态，即使不能完全达到原设计的技术标准也不应该产生太大的误差，避免汽车在行驶时事故的发生。而如果引进了先进的技术设备，在使用中却不能完全发挥出其效果，这无疑是一种浪费。汽车维修行业也是在近期迅速发展起来的，过渡期较短，工人技术水平有限，制约了先进设备优势的发挥。本设计的目的是如何既能达到技术要求，又使结构简单成本较低，而且耐用性好，操作起来简单方便。车身校正是将一个因为事故损坏或疲劳破坏的轿车、货车、客车的车架恢复到符合制造厂制定的技术标准状态的过程。这个过程一般是在修理设备上进行的。将车辆固定在适当的位置，施加一个推力或拉力，对车架进行修正。本设计就是在研究目前已经投入使用的车身校正设备的基础上，再结合自己所掌握的知识，通过详细思考反复推敲，采纳指导老师的建议，设计的一套平台式汽车大梁校正设备及附属工具。目前，在我国的平台式大梁校正仪不能对非承载式车身大梁进行多点有效的固定。随着三维模拟应用软件在产品设计开发领域的应用，可以在虚拟环境中对校正仪进行优化设计，改进其不足。 为此，本课题基于计算机仿真平台，应用当前应用比较广泛的三维软件catia、有限元软件ansys，进行平台式大梁校正仪的强度、刚度、稳定性等方面的计算机仿真研究与分析，为我国汽修领域中“平台式大梁校正仪”等产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高汽车平台式大梁校正仪的性能和可靠度，使之更符合市场需求。ansys软件是美国ansys公司研制的大型通用有限元分析软件，能够进行包括结构、热声、流体以及电磁场等学科的研究，在核工业，铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。而catia是法国达索公司的产品开发旗舰解决方案。作为plm协同解决方案的一个重要组成部分，它可以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到维护在内的全部工业设计流程。本课题运用虚拟样机技术对平台式大梁校正仪进行虚拟设计，应用cad/cae领域比较领先的设计软件autocad进行二维草图绘制，使用了当前先进的三维设计软件catia建立三维虚拟模型及整机装配，将模型通过接口倒入ansys，利用ansys对关键性零部件进行静力学分析，验证其可靠性，如果不合格可在catia中修改尺寸，在利用ansys进行静力学分析，反复校核修改，直至合格。之后进行运动干涉仿真。利用三维建模和有限元分析软件为设计平台，在产品制造之前运用catia、ansys软件进行仿真研究，可以及早发现并更正设计当中的缺陷，通过改变尺寸参数，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为此设备的实际生产提供理论支持。1.3 课题研究现状目前大梁校正仪有两种：框架式与平台式，也称欧式和美式，两类中各分国产进口两类。欧式平台的主要特点是功能性强，可以通过拉塔的平面180度的弯曲和行架上的移动来实现各个部位的拉伸，无死角。平台式大梁校正仪在汽车维修养护中大梁校正仪发挥着至关重要的作用，随着现代汽车行业的迅猛发展，其需求量将大幅提高。据业内人士分析，目前国内每年汽车大梁校正仪需求量在1000台左右，而且目前仍以5%-10%以上的速度增长。大梁校正仪可以分为：简单l型、地框型、框架型和平台型；市场上占有比较好的是美式平台，即通过平台举升功能来实现下盘维修拆卸，通过动力泵控制的360环形工作拉塔来实现拉伸功能的矫正设备。中国市场占有率极高，而且环形大气的外观在客户外形审美上有很大的优势，所以大多数国内4s店都采用该种设备。但就功能性而言，相比较欧式设备，劣势很明显：操作空间有限，操作复杂，费时费劲，且由于环形处的死角问题导致了修理的死角，但基本能满足维修需要，而且由于设备价格有优势，4-12万左右，但是随着维修要求的不断提高，环形设备的技术升级和欧式设备的走俏，貌似不可避免。但就目前市场上畅销的几种最强力品牌：奔腾，三重，卓越，杜卡，奔腾借助其强势的营销手段，市场占有极高，但就产品功能性而言，各产品差异不大，就稳定性而言，奔腾和三重比较领先，但三重公司长期致力于行走质量路线，营销劣势使其在市场占有上于奔腾有了一定差距，但价格较适宜，其他产品价格虽低，但质量很难保证。未来1-2年大梁校正仪市场价格总体走势将平稳，专家的主要判断依据是，未来我国汽车车身大梁校正设备整体质量水平和技术含量将不断提升，行业标准和技术门槛也不断提高，但国产化比例也将大幅提高，需求量也不断上升，总体而言未来市场价格水平将呈平稳走势。不过由于近年来，汽保生产商与日俱增，一些新势力大打价格战必然导致在制造上的偷工减料，导致质量缺陷，为防止这种现象的发生，有实力的汽修设备企业应大力注重新产品的研究和开发，不断提高产品的性能和附加值，并且在生产管理上多下功夫，大大降低生产成本，在使产品能够不断满足市场日益增长的需求的同时，适当降低销售价格，提高产品和企业的市场竞争能力，提高市场占有率。我国大梁校正仪产品技术未来发展方向：大梁校正仪可以提供快速高效的维修，可以使车辆恢复到车辆出厂的原始数据。车身矫正是指通过一定的外力将因事故损坏或疲劳损坏的部位修复到车辆出厂时技术标准“状态”的过程。对于“状态”一词，它包含两层含义。“状”是指比较直观的外观和形状，而“态”则是一种比较抽象的更深层次的概念，如金属内部分子结构是否能按照原来的位置重新顺序排列、内部的应力是否完全释放等，它将直接关系到车辆修复后的功能和寿命。结构件是指在车身上起到主要支撑及承载作用的构件，是车身零部件的安装基础，常见于纵梁、横梁、门柱及下边梁等部位。这类构件通常具有非常高的强度，加之结构多为封闭式的箱形截面，所以在修理时应采取一定的手段和措施，利用合理的工艺进行修复。尽量采用就位修复工艺整体式车身校正时，应尽可能采取就位修理的方法。这样在牵拉时，可有效地将周围一些变形部位顺便“带”出，同时也会由于少拆装构件而节省大量的时间。通常情况下，很多钣金维修技师会将骨架拆下后矫正，这样其实是不科学的。前杠骨架在受到撞击后，撞击力的传递将会造成纵梁前部发生变形。骨架拆下后没有合适固定很难采取一个缓和的矫正力进行修复，另外修复完骨架后还需要对前纵梁进行修复。所以比较好的方法是进行就位修理。但目前国内还有60%的汽修厂没有专业的事故汽车修理设备，这将严重制约我国汽修业的发展。因此每个汽修企业应该追踪和关注大梁校正仪技术发展趋势。1.4 研究内容及研究方法1.4.1 研究内容(1)分析平台式汽车大梁校正仪的结构形式及工作原理，根据以下主要技术指标、要求或生产纲领：要求平起升降300mm-1200mm多种高度，通用车体固定夹钳，可任意调整工作高度和角度。工作台长度 5600mm，工作台高度300-1200mm，工作台宽度2100mm，拉塔工作范围360度，液压系统最大工作压力16mpa，气源压力要求0.8mpa， 拉塔牵引最大拉力30kn，完成方案设计及质量校核计算。利用autocad完成校正仪的二维总体结构设计，然后catia建立三维模型，在将关键零部件模型通过专用模型数据转换接口导入ansys软件进行有限元分析，获得校正仪在载荷工况作用下的应力、应变及变形状，然后用catia整机虚拟装配。(2)拟解决的主要问题 1）平台式汽车大梁校正仪总体方案设计；2）利用autocad完成大梁校正仪二维结构设计；3）利用catia完成大梁校正仪的三维建模；4）利用ansys软件对关键零部件进行有限元分析；5）利用catia完成整机虚拟装配。1.4.2 研究方法研究技术路线如图1.1所示。 图1.1技术路线图第2章 大梁校正仪二维结构设计及校核 2.1平台式汽车大梁校正仪工作原理 平台式汽车大梁校正仪是基于承载平台的基础上附加液压举升机构、定位夹具和拉塔等装配成的。修理前先将平台的前支架悬起来，用液压举升机构将平台的一端高度缓慢降低，是平台车有顶顶角度的斜坡，这样汽车可被牵引机构通过斜坡拉到平台上，然后举升机构在将平台恢复水平状态，之后再通过可调位置的夹具夹紧不同的汽车裙边后定位汽车。在进行拉塔牵引校正之前必须事先检查汽车定位情况，夹具必须加紧牢固，保证汽车在受力拉伸校正时整个事故车体和未被拉伸的部分不会发生移动或变形。然后驱动液压系统通过推动可上升的塔柱进行拉伸校正，此时因为大梁受损的部位不同，所以需要调整拉塔在平台上的位置。拉塔是通过拉塔固定叉和拉塔内侧夹紧块固定在平台上的，拉塔通过四个滚轮挂在平台外边缘的半圆导轨上，因此可以实现360范围工作。拉塔定位后把拉链一端的钩子钩在受损部位，通过驱动液压系统推动可上升的塔柱升高进而拉动链子进行拉伸校正汽车大梁。2.2车身校正设备的特点目前本市多家汽车维修厂使用的车身校正设备主要包括平台式和框架式，他们都拥有几方面的相同的功能，(1)能进行精确、彻底的车身车架结构校正(2)具有安全、高效的结构固定器和夹具(3)能在需要的方向上施加得以控制的拉拔力(4)能进行多点和全方位的拉拔校正但对设计中采用的平台是矫正仪具有以下具体的特点。(1)工作台面的平整精加工，平面度高，台面宽广；(2)液压牵引加力塔，可沿着工作台轨道360度做作业，移动灵活，固定牢靠，并且可以从台架上拆卸下来；(3)加利塔长度采取不可调整的形式，增加了加力塔体本身的强度，拉力强劲，可以配合拉了直接修理车身塌陷部位。(4)可调式通用钳，他不仅可以沿着台架纵向移动，本身还可以横向移动，同时为了配合不同车型的高度，夹钳自身也可以调整，其夹紧力大，可以牢固地对车体进行定位夹紧；(5)配备可移动式上车设备，与台架分体，车辆上倒台架上后可以移走，不干涉加力塔的工作，轻便灵活，节省空间；(6)设备总质量不大，可以随维修企业的调整需要进行移动。鉴于平台式汽车大梁校正仪有如此诸多优点，故在本设计中决定采取平台形式。2.3承载式车身矫正原理介绍一台设备是否具有生命力，能否在激烈的市场竞争中立足，主要看其是否有市场。而目前车身结构的发展对设备的影响是很大的，因此，有必要简单说说车身的结构。碰撞的形式及特点对车身校正设备有很大的影响，在设计之前应该对碰撞形势及特点有一定的了解。车身结构目前主要是传统式和整体式，又可称为非承载式和承载式。传统结构的汽车车架是一个独立部分，通过螺栓与车身连接在一起。而整体式车身结构中，车架结构部件经常是焊接在车身上，而目前轿车越来越多地采用整体式车身结构，因此，在设计校正设备时要考虑到对某一位置的拉拔校正是否会改变其他位置的参数，防止一边校正好却发现另一边发生变形，造成反复校正，对人力及物力造成不必要的浪费的。车架的损坏可分为五种不同的形式吗：歪斜、下垂、弯皱、呈菱形和扭曲。(1)歪斜：碰撞时车架一 的前部中部和后部边梁会向左或和向右弯曲，发生的歪斜损坏。(2)边梁下垂：当左右边梁受到冲击时，产生了弯曲变形，导致边梁下垂，。发动机和车身的重量也迫使边梁下垂。当出现下垂现象时车架边梁上的折痕一般处于边梁上部。当车架受到一个很大的冲击时，边梁会在其他区或控制点发生弯曲变形。(3)弯皱损坏：一般发生在前横梁之后或和后轴上部的车架区域。在发生弯皱损坏时，海边梁下部产生折痕，而下垂折痕在上部产生。(4)菱形损坏：当汽车边梁的角部受到猛烈撞击时，边梁后移。结果造成边梁和横梁之间的角度发生变化，引起车架和车身歪斜，使其形成一个近似平行四边形的形状，这种破坏常被称为菱形破坏。(5)扭曲损坏：还一个发生在承受很大载荷的车架受到撞击的情况下，这种碰撞使得汽车车发生翻转，边梁扭曲，超出了水平面。当一辆电车发生事故时，一般对应其进行车身、车架检查，确定受到损坏的程度，当汽车前部受到撞击时 ，不管它是传统结构的车架还是整体结构的车架，车架受损的是顺序大致如下:首先是歪斜损坏，然后是下垂、变皱、菱形和扭曲损坏，这些是根据撞击的程度决定的。传统结构车架的车辆在后部发生碰撞时可能出现以下的情况：弯皱、歪斜、和下垂，也可能出现扭曲的现象，但是弯皱、歪斜和下垂的速损坏被修理之后，扭曲现象也会得到改正，由于车架的后面部分有较好的弹性，所以它能吸收车架受到的严重的冲击，而不会使车架的中心部分受到菱形损坏。具有整体式结构的车辆当其时后部受到冲击时，破坏发生的顺序和前部受到撞击时发生的顺序一样：歪斜、下垂和弯皱。只有在了解了车架损坏的类型之后，针对不同形式和不同程度的损坏采取合理的校正方法才能对车身进行校正。2.4平台主要结构确定2.4.1 平台整体结构形式及基本组成平台是校正设备的支承装置，所以它的强度十分重要，必须满足设备的工作需求。文章设计采用强度较高的轨道式台架。另外，根据现在常见的车辆的基本尺寸为依据设计台架，以便更好地适应各种车辆的车身尺寸。本章设计中的台架尺寸大小可以满足中、小型轿车的需要。本次设计的主要针对的对象为中小型轿车，因此，设计尺寸主要依据以下各类型车辆的常见尺寸，经调查各种车型尺寸为及整车重量之后，确定了抬台架的尺寸、选材、形状以及加工工艺。常见汽车车身尺寸见表2.1所示。表2.1常见汽车车身尺寸表成产厂商品牌型号车长车宽轴距现代汽车北京现代yf4820mm1835mm2795mm本田汽车本田奥德赛4686mm1905mm3302mm丰田汽车丰田卡罗拉4540mm1760mm2600mm东风汽车东风东风悦达起亚k54845mm1835mm2795mm一汽轿车一汽奔腾b704705mm1782mm2675mm上海通用通用五菱五菱荣光4035mm1620mm2700mm上海大众polopolo gti 1.4t3970mm1680mm2470mm奇瑞汽车qq0.8l3550mm1580mm2400mm根据表2.1所列车型尺寸，参考平台式大梁校正仪生产厂家产品的尺寸，最终确定平台的设计尺寸。外边缘：长=5600mm; 宽=2100mm; 倒圆角半径为r=700mm;内边缘：长=4600mm; 宽=1100mm; 倒圆角半径为r=200mm;平台上下钢板厚度:h=10mm。因为此次设计所要举升的重量为2t左右的乘用车，所以这样的尺寸完全适用于市面上的轿车尺寸，保证事故车辆能平稳的停放在平台上。平台设计的尺寸如图2.1所示。图2.1平台结构尺寸 平台的支撑是用焊接的横梁作为支撑臂，支撑臂是冷拔异型钢管。因为要满足拉塔可以360范围工作，拉塔的内侧加紧块也会360范围绕平台移动，因此必须为夹紧块留出空间，所以在横梁焊接之前，在横梁末端要按照夹紧块尺寸去除一些材料，为夹紧块留出移动的空间。在设计中，考虑应保证其力学性能，因此，采取上下表面焊接在一起的形式，内边缘应留出30mm，外边缘应留出45mm，以便用于连接夹具和加力塔等装置，横截面总的宽度是500mm，为事故车有足够的承载面积。平台横截面的具体形状尺寸如图2.2所示。图2.2平台很断面为了能够将平台与支架连接处表达清晰，图2.3是将平台沿着纵向局部剖开，显示出平台与支架连接部位的具体结构。图2.3平台侧视结构2.4.2平台表面设计平台上下表面的形状为长方形，四个角是圆弧状外边缘半径是700mm，内边缘半径为200mm，四个角的圆弧都必须圆滑过渡，目的是为了使拉塔可以围绕平台四周移动而不会受到限制，满足360范围工作的要求。平台上表面外边缘有一圈间距为140mm的圆孔，是用于固定拉塔座的。只要将拉塔固定叉上的圆孔与平台上表面外边缘有一圈的圆孔对准，然后把定位销插入圆孔，拉塔就会被固定住，不会再沿着平台边缘移动。当拔出定位销后，推动拉塔，它就能沿着平台边缘360范围移动，实现多点定位工作稳定可靠。台架下表面的形状政应该以上表面保持一致，但由于加力塔需要通过导轮固定在台架下表面，因此台架下表面的边沿应设计成凸起状，用来提供导轮行走的轨道。具体轨道形状如图2.4所示。图2.4平台正向截面2.4.3选材台架的上表面连接部分不仅起到连接作用，还可以很大程度上提高整个台架的强度与承重能力，选材上要尽量让台架上下表面一致或近似，选择q235号钢，以保证整个台架具有相等的强度。台架的下面与加里塔上的固定装置直接联结，因此工作时一定会有力作用在下表面边缘处和导轮轨道到处，因此，在选择材料是不仅要考虑其力学性能，还要考虑是否适合焊接，综合各方面的因素决定选择q235号钢。2.4.4平台支撑梁的校核受力如图2.5所示图2.5平台横梁受力分析两个焊点受力fa=fb=17920kn，支撑力f=17920kn， (mpa) (2.1) () (2.2) (mpa) (2.3)式中：m界面上的弯矩； y所求正应力点到中性轴的距离； 界面对中性轴的惯性矩 型钢外宽 型钢内宽 型钢外高 型钢内高弯矩m=f x l=11760 x 250=2.94 x 10 nm 所以台架支撑完全符合弯曲应力。图2.6利用pro/e计算质量如图2.6所示，平台的质量约为1.55吨。2.5平台后支撑架的主要结构确定2.5.1平台支撑架整体结构形式及基本组成平台上表面与地面之间有一个高度，需要支撑，支承方式有许多种。本次设计采用了较简单的不可升降的固定支承方式。这种方式结构简单，工作稳定，制造成本较低，而且运输与装配比较方便，占地空间小有很大的综合优势优势。支架是承载平台、拉塔、以及事故车辆重量总和的设备，对其强度有较高的要求，而且要能适应不平整的地面，所以必须有可调节的设计。结构简单，易于安装，工作稳定，工作时不能出现移动或损坏。因为台架长度为5600mm，为使其受力均匀，采取点固定的方式，即两根横梁分布靠近进台架两端，以保证台架工作时稳定性良好。利用横梁与台架上了面连接，横梁下部焊接两根立柱，两根立柱之间的下端焊接一根连接梁，用来提高支撑的稳定性。其装配结构如图2.7所示。图2.7平台支架装配图平台支架主要是由冷拔异型钢管焊接而成，为了提高它支撑的稳定性，在两根立柱之间的下端焊接一根连接梁，在立柱与最底部的方管之间，左右两侧个含焊接有加强筋板，双管齐下，保证了支架的强度和工作稳定性。支撑架使用冷拔异型钢管(gb/t3094-2000)焊接而成，其断面如图2.8所示。图2.8冷轧异型钢管断面图其规格查表可选a=100mm，b=60mm，s=10mm支架尺寸如图2.9所示。图2.9后支架二维结构尺寸2.5.2平台支撑架的选材支架是承载平台、拉塔、以及事故车辆重量总和的设备，绝对不允许在工作室发生变形，所以对其强度有较高的要求，要求工作稳定，工作时不能出现移动或损坏。除了在结构上通过焊接加强钣金和在立柱间焊接横梁之外，在选材上要选择强度较高的材料。通过挑选，我们选择45钢，因为它的抗压强度是600mpa，足够满足要求，而且45钢是市面上常用的钢材，几个较低，可以降低成本。2.5.3平台支撑架的校核平台支撑架安装完毕后，其下端与地面接触，地面的支撑力通过支架传递给平台，平台和拉塔以及事故车辆的重力之和全部压在之际立柱的上端截面上，承受面载荷。我们只要对其压应力进行校核。受力如图2.10所示。图2.10后支架受力根据公式2.3得支架重量约等于60kg。这里计算质量是通过利用pro/e的质量分析功能来实现的，通过pro/e来计算质量可以十分精确，而且操作很方便，在设计过程中可很大程度上提高工作效率，支架重量的计算结果如图2.11所示，支架的质量约为59.6kg。图2.11利用pro/e计算质量2.6拉塔的主要结构确定2.6.1拉塔的主要结构形式及基本组成本设计中的加力塔塔座与地面之间并无支承装置，也就是说加力塔是一侧与台架相连接，另设是悬空的，因此如果要保证加力塔与台架固定工作稳定，必须要实现多点定位。塔座与台架的内边缘连接处设计成倒“l”形钩，以达到工作时可以通过螺栓固定卡在台架内边缘下表面处，从而减轻加力塔与台架之间的定位销工作时的负荷，可以保证工作时的稳定性。台架的外边缘部分通过一个“t”形定位块将加力塔与台架固定在上表面上。台架上表面处的外边缘有一个圈锁们止销孔，定位块两侧也各有一个锁止销孔，固定时将定位块与台架上表面外边缘的锁止销孔对齐，插入锁止销就可以实现固定加力塔的作用。同时加力塔塔座的下端两侧安装有四个导向轮，左右两侧各有两个，他们与台架下表面外边缘的轨道勾在一起，当取下锁止销时，推入定位块后，加力塔就可以在导向轮的作用下，沿着台架的轨道自由移动，这样既可以达到方便移动的目的，同时还可以减少摩擦。拉塔的在本设计中占很重要的地位，他作为主要工作部件，其性能好坏决定整个设备的适用成度，塔身部分受力较大，因此为了使塔身具有更高的强度，决定设计为底座与塔柱一体式。塔柱主要是一根钢管，由于其半径较大，可以避免受拉力大而且集中，造成设备长时间使用而导致断裂和损坏设备以或者伤害人员的事故。下面对其结构进行介绍，具体形状尺寸如图2.12所示。由于车身校正的拉拔力较大，加力塔要求塔身长度较长，将塔身设计成多段可伸缩式，第一段长度适中，高1400mm，而且较粗，可承受较大的拉拔力，第二段为可伸缩式的，由液压缸提供举升力，并且可以固定拉链，进而可将液压缸举升力转换成拉链的拉力。塔身是固定在平台上的，首先要考虑到拉塔的安装，其次要考虑到拉塔的工况。安装时是将平台抬起大约120mm的高度，让拉塔下横梁伸入平台，然后用内六角螺栓将拉塔内侧夹紧块拧紧，这个夹紧块可以勾住平台的内边缘，安装在拉塔上的滚轮可以勾住拉塔的外边缘轨道上，这样就可以将拉塔装在平台上了。由于制造的原因，首先，塔身与塔座无法制造一体，必须是用分离件焊接成的形式。塔身是一根钢桶，它是直接插入到塔座中焊接成一体的。由于塔身与塔座在工作时不可以相对移动，并且还要承受矫正拉力的反作用力，工作时安全可靠，不能有变形，否侧还会二次损坏事故车辆，因此它们之间的必须焊接成一体，只有这样才能固定牢靠地作用，垃塔结构如下图2.12所示。图2.12拉塔二维结构尺寸拉塔的工况一是满足拉塔可以在平台上360范围移动，二是拉塔在施加拉拔力时要固定不动，拉塔上的滚轮和拉塔内侧夹紧块抱住了平台的内外边缘，这就像磁悬浮列车的轨道一样保安证拉塔既不会掉下来又能够移动。拉塔配备的“t”固定叉的方形长柄伸进拉塔的壳内，只要固定叉不动，拉塔就会被限制住不能移动。两个固定销将固定叉固定在平台上，这样拉塔就通过固定叉被固定在平台上了。由于车身校正的拉拔力较大，加力塔要求塔身长度较长，将塔身设计成多段可伸缩式，第一段长度适中，高1400mm，而且较粗，可承受较大的拉拔力，第二段为可伸缩式的，由液压缸提供举升力，并且可以固定拉链，进而可将液压缸举升力转换成拉链的拉力。塔身是固定在平台上的，首先要考虑到拉塔的安装，其次要考虑到拉塔的工况。安装时是将平台抬起大约120mm的高度，让拉塔下横梁伸入平台，然后用内六角螺栓将拉塔内侧夹紧块拧紧，这个夹紧块可以勾住平台的内边缘，安装在拉塔上的滚轮可以勾住拉塔的外边缘轨道上，这样就可以将拉塔装在平台上了。2.6.2拉链固定装置的设计拉链固定装置是将转换方向后的拉链固定于塔身的顶端，以保证拉链的使用长度，防止拉链在使用过程中打滑，影响较正的效果。拉链固定装置的具体形式主要是在拉塔的顶端焊接一块厚钢板，钢板的两端各有一个“u”型槽，固定拉链时将拉链卡在“u”形槽中，便可以实现拉链的固定。由于拉链固定装置所用的钢板较厚，其强度足够固定拉链使用，故校核可以省略。图2.13拉链固定装置的二维结构尺寸图2.13是俯视图的尺寸，钢板焊接在可升降塔柱顶端的，标注尺寸为10mm的是一块钢板竖立焊接在厚钢板上的，为加强其强度，竖着焊接的钢板下部焊接有又短又宽的条形钢块。竖着焊接的钢板上设计有螺栓孔，用于固定斜梁，所以此钢板必须有足够的稳定性。斜梁是用于将铁链挂在上面，然后将汽车大梁向上拉拔的装置，通过两个m30的螺栓将其固定在可升降塔柱上。斜臂结构如图2.14所示。图2.14拉塔斜臂二维结构尺寸2.6.3拉链转向装置的设计校正设备所用的拉链是一端与车身损坏部位相连，另一端通过固定于塔身上的拉链转向装置与塔身上端的拉链锁固装置相连，拉链转向装置在纠正工作进行时起到将拉链所受的拉力转换方向的作用，因此它直接承受拉链提供的强大拉力。由于这种强大拉力的存在，要求拉链转换装置应具有足够的强度。拉链转向装置的结构主要是一个导向轮，导向轮中间有轴孔，放入一个销钉作为导向轮的轴固定在塔身上的链圈上。拉链转向装置的结构如图2.15所示。图2.15拉塔链圈二维结构尺寸销轴是受拉力直接作用的部件，它的强度是整个拉链转向装置中最重要的部分，因此在校核时应该主要对销轴进行校核。销轴选用35钢，热处理硬度为2838hrc，表面氧化处理为a型的gb/t 882 25*120的销轴。要想使销轴长时间使用不被破坏，只需要对销轴的抗剪切应力和抗弯曲应力进行校核便可以。本设计中销轴是放在导向轮轴孔中的，用来定位导向轮子，因此不太容易产生弯曲变形，所以不用校核它的抗弯能应力，只需对其进行抗剪切应力的校核。由公式可得，r=25mm，根据公式2.3得，故不能损坏，销轴的强度足够使用。所以选用此销轴完全成立。2.6.4拉塔的选材塔身受力较大，而且需要提供较大的强度，应选择综合性能良好，中低温性能良好，冶炼工艺简单，成本低的材料，所以选择优质碳素结构钢45（gb/t6991999），抗拉强度=600mpa。2.4.5拉塔的校核将塔身放平，其结构可以看成是一根圆柱悬臂梁，其受力弯矩图、剪力图如图2.16所示。图2.16拉塔受力分析弯矩f=31400n l=1400mm惯性矩 r=70mm r=58mm得用pro/e计算加力塔塔身质量。将密度参数按照单位换算好后输入，点击“眼镜图标”就能输出精确的质量参数，拉塔重量的计算结果如图2.17所示，拉塔座质量约等于103.5kg。图2.17利用pro/ej计算质量拉塔斜臂梁的校核也可以将其看成悬臂梁，其受力弯矩图、剪力图如图2.18所示。图2.18拉塔斜臂受力分析两个焊点受力fp=31.4kn，支撑力根据公式2.1弯矩惯性矩得2.7夹具的主要结构确定2.7.1夹具的主要结构形式及基本组成夹具主要起固定车辆的作用，对设计有夹具，每一个夹具不仅可以沿着自身滑道，还可以沿着台架进行纵向移动横向移动。定位是由加紧片和加紧衬片通过一个螺栓的拧紧来实现的。每一个夹具上，都有两个加紧片，以保证能够加紧车辆车身下部的挤压焊件上，使车辆充分固定，工作稳定安全。夹具是用于固定事故车辆，因此车辆的裙边一定是不规则的，而且由于车型的不同，裙边也不会完全一样。这样就要求夹具不但可以升降，还能够根据事故车的变形情况调整一定的角度，所以在本设计中，设计用丝杠的形式实现夹具高度和角度的调整，用一个长一些的有内螺纹的螺母作为升降调节块，并且在端部设计有卡槽。当欲调整高度时，只要卡住升降调节块上的卡槽之后再转动就可以调整，而且不会干扰到夹具的角度。下图是夹具的装配图。要保证夹具的夹钳部分能够移动，所以在固定夹钳体的支撑板上开有滑槽，移动夹钳体设计成底部有加强筋，并且加强筋与滑槽要相配合。此配合既要满足移动夹钳体能轻松滑动，又要保证移动夹钳体能保持直线移动，所以在滑道处设计成过度配合。夹具的基本结构如图2.19所示。夹具主要通过上端一对卡钳来承受载荷，汽车裙边支撑在卡钳上，每对卡钳承受四分之一的拉拔力载荷，因此相当于每个卡钳最大承受液压缸提供拉力载荷的四分之一。分析可知卡钳端面承受的是均布载荷，因卡钳底部焊接在平板上，故不考虑其x轴向的弯曲变形。查表知45钢弹性模量，其他尺寸参数见二维结构图。图2.19夹具组装1夹具基座 2升降调节块 3丝杠 4加紧螺母 5夹紧螺栓 6移动夹钳体 7固定夹钳体8加强筋 9基座立柱 10基座立柱加强筋 11基座固定螺钉2.7.2夹具基座的主要结构夹具基座是保证夹具能稳定工作的关键零部件，它要保证夹具能够根据事故车辆的不同轮距做出横向调整，所以它要和滑道配合在一起使用。基座用固定螺钉牢靠地固定在滑块上，滑块可以在滑道内滑动，这样就同时实现了夹具的既能固定夹紧又能沿着滑道移动。基座的具体形状尺寸如图2.20所示。图2.20夹具基座二维结构尺寸2.7.3夹具基座的选材本次设计的夹具是连接车身受损部位与台架的装置，它的设计一定要保证在受到较大拉力的情况下仍具有较大的夹紧力和稳定性，绝对不能发生或破裂等损坏。设计中夹具在拉力较大的情况下夹紧力也很大，所以夹具基座的结构和材料的设计和选择是十分重要的。考虑到基座受到较大的车重压力，所以选择强度较大的45号钢作为基座的材料。其内部的阶梯台受力较大，每一个夹具基座承受1/4的车重，我们以两吨重的车为样本，则每一个夹具基座承受49000n的重力，根据公式2.3得f=49000n，面积可得所以完全能够承受车辆施加的压应力。2.7.4夹具升降调节块的主要结构升降调节块顾名思义它是用于调节夹具高度的一个零件，本身并不升降，升降块内侧有内螺纹，只要转动调节块，利用丝杠的原理实现夹具体的升降而其本身由夹具底座支撑柱内凸台支撑，这样实现了调节块不变高度变角度，夹具体改变高度不变角度，从而保证了工作时的稳定性。升降调节块是一个拥有内螺纹的大螺母，内螺纹是m48的标准粗牙螺纹，升降调节块的具体形状尺寸如图2.21所示。图2.21夹具升降块二维结构尺寸2.7.5夹具升降调节块的选材本次设计的夹具是连接车身受损部位与台架的装置，它的