毕业设计（论文）-小型双级液压举升器设计.doc

本科毕业设计 题目名称： 小型双级液压举升器设计 学 院： 专业年级： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 二XXX 年 六 月 十 日 Abstract摘 要目前随着汽车工业的迅速发展，汽车保有量逐渐增多，汽车维修厂和售后服务站不断建立，汽车的维修设备也在不断的更新和完善的过程。虽然现代的先进维修设备给汽车的维修服务带来了极大的方便性，但是传统的维修设备还是非常重要的。这次设计的小型举升器是一种传统的辅助维修设备，它是一种千斤顶的改进型，双级的液压缸构成了它的主要举升部分，柱塞为动力输出部分，还有托盘，底座支撑部分，通过人来踩动踏板，柱塞提供高压的液压油，推动双级活塞进行举升，举升的重物放置在托盘上。本次设计的举升器结构紧凑，占用的面积小，举升的高度高，举升的重量大，工作可靠，便于维修。本文将系统的介绍液压系统的设计，活塞杆直径的选取，结构设计，强度计算等主要参数的计算和系列化设计等方面介绍其设计过程。 dfgsdfget457683245ERTIUI#$%#*SDFSDHFJsAs中国设备管理网 4aj关键词：维修、举升器、双级液压缸、设计计算、结构设计；AbstractAt present, with the rapid development of automobile industry, automobile population is gradually increasing in volume, At the same time car repair workshop and service stations are continually established. Vehicle maintenance equipment is also in the process of updated and improved. Although the advanced modern equipment has brought great convenience to the vehicle maintenance services, the traditional maintenance equipment is very important. This design of small lifting is a traditional Auxiliary equipment, which is a jack of improved, and the two-stage hydraulic cylinders constitute its main lifting of the plunger as the driving force of the output. Plunger as the driving force of the output, pallets, formed part of the support base by moving people to stamping on the pedals, the plunger to provide high-pressure hydraulic oil, and promote two-stage piston lift, lift weights placed on pallets On. This design of lifting has a compact structure, occupying little space, lifting the height, weight lifting, reliable, an easy maintenance. This paper introduces the main parameters of calculation and its design process of the hydraulic system design, selected of the diameter of the rod, structural design, calculation of strength and so on .Key words: maintenance, lifting, two-stage hydraulic cylinder, design, structure design;不要删除行尾的分节符，此行不会被打印- 21-目录目 录摘 要IAbstractII1概 述11.1 课题来源与背景11.2 解决的主要问题及技术要求11.3 国内外发展研究状况11.4 存在的问题21.5 设计的主要依据及指导思想22 举升器液压系统设计42.1 液压系统的设计要求与设计步骤42.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数52.3 活塞的长度计算73 举升器其他零件的设计133.1 托盘的设计133.2 供油踏板的设计133.3 支撑臂的计算144 举升器部分零件的校核154.1 液压系统的校核154.2 柱塞弹簧的校核164.3 支撑臂和螺栓的校核175 举升器的安装说明书196 举升器的使用说明书20结 论21致 谢22参考文献23 5 举升器的安装说明书1概 述1.1 课题来源与背景课题来源：本课题由指导教师拟定，并集合学生本人的就业和兴趣爱好热而提出的专题设计类题目。课题背景：目前随着汽车工业的迅速发展，汽车维修厂的不断建立，汽车维修工具设备越来越趋于完善，专业维修设备陆续的被制造，为汽车维修带来很大程度的方便性。通过本课题的研究，我们会了解小型举升设备在对单个部件举升的过程中发挥着重要作用，他方便、灵活、操作简单，功能多，为维修提供了方便，提高了维修的效率，而且，这种双级举升器占用的空间小了，但比同等的举升器所举的高度提高了。通过研究，我们也会更好的了解专业维修设备的构造、原理、功能和使用，并且使我们进一步综合利用所掌握的机械设计与制造、汽车维修等知识，获得机械设计的过程、方法的基本训练，培养从事机械设计及运用计算机进行设计计算的能力。1.2 解决的主要问题及技术要求本课题主要解决液压系统设计、储油缸设计、油路的走向等的设计，还有要进行校核，解决举升器的强度和安全因素。主要的技术要求：要求举升器工作过程平稳，操纵简便，安全可靠。主要技术参数：额定举升质量m=600kg;最大举升高度H=1.9m(距离地面)1.3 国内外发展研究状况举升器前期叫做千斤顶，它起源于20世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。国外汽车维修设备发展较快，特别是工业发达国家，随着其汽车的发展速度和汽车保有量的迅猛增长，推动了汽车维修设备的发展进程。如今国外的维修设备已普遍应用高新技术，是机电一体化、智能化的综合体，产品质量高、工艺性好、使用方便可靠。如日本、美国、德国等国家汽车维修设备的种类、制造工艺、产品水平均处于世界领先地位，其产品已形成系列化、标准化和规范化。汽车小型举升器的诞生，为汽车维修人员快速拆卸变速箱和总成等提供了有力的工具。在没有这种专业的举升器前，由于总成和变速箱都比较重且很贵重，所以拆卸很费力很不方便。这种专业的举升器的诞生告别了地沟和小型千斤顶那种靠人力来完成的维修任务，实现了机械化。这种双级举升器举升的高度和举升的质量都有所提高，应用也更为广泛。在我国，自20世纪60年代后期，由于政府部门的重视，我国开始研制一些结构简单的维修设备，如举升机、液压拆装设备和维修机具等。到20世纪70年代，特别是20世纪80年代以后，随着汽车数量的迅速增长，我国十分重视汽车维修设备的研制、生产和装备。从近几年举办的中国国际汽车维修设备及汽车用品展览会上不难看出，目前，我国汽车维修设备行业的从业队伍正在不断发展壮大啊，维修设备的档次和技术含量越来越高。种类也越来越全面，逐步形成了类别和系列。此外。我国还积极研制维修工程车和保养车等车辆修理设备，并根据其不同的修理任务配备相应的维修设备。车辆的技术水平也逐步完善。1.4 存在的问题在举升器设计的过程中，液压系统的设计是最重要也是最关键的部分，这是个双级的举升器，主要的部分就是这个双级的液压缸的确定，它是完成整个的举升过程的，它利用双级液压缸举升，比单级的举升更高，举升工作更为可靠，设计时系统的压力，是最不好确定的，也就导致设计这部分是一个非常重要和难点，只要把这部分突破，整个举升器的设计问题就可以很好的解决了，其中与它相连的柱塞液压系统也可以解决了。1.5 设计的主要依据及指导思想设计依据：机械设计手册 机械工业出版社.2001机械零件设计手册机械工业出版社.2004 液压与气压传动 机械工业出版社.2001设计方法：运用手册和参考实际的聚神维修设备进行设计2 举升器液压系统设计2.1 液压系统的设计要求与设计步骤2.1.1明确设计要求 设计要求是进行每项工程设计的依据，在制定基本方案并进一步着手液压系统各部分设计之前，必须把设计要求以及与该设计内容有关的其他方面了解清楚。1）主机的概况：主要用于汽车的维修过程的汽车总成和部件的举升，为维修创造良好的工作环境。要求举升器工作过程平稳，操作简便、安全可靠；2）液压系统主要完成举升工作，动作顺序下级先举升，落下时，上级先落；3）液压系统机构的驱动形式为人工手动；4）效率90%，成本要求不高；5）防尘、防暴、防寒、无噪声、安全可靠。2.1.2设计步骤液压系统的设计步骤并无严格的顺序，各步骤间往往要相互穿插进行。具体步骤如下：1） 确定液压执行原件的形式；2） 进行工况分析，确定系统的主要参数；3） 制定基本方案，拟定液压系统原理图；4） 对举升器的总体设计方案的拟定确定举升器的结构类型及其总体结构方案；5） 选择液压元件6） 举升器的结构设计和计算进行举升器的总体结构设计和计算，液压系统的计算，主要结构和零件的受力分析和强度校核；7） 液压系统的性能验算8） 绘制工作图，编制技术文件。.2.2 进行工况分析、确定液压系统的主要参数图2.1Fw作用在活塞杆上的外部载荷P1供油压力A11级无杆腔供油作用面积A22级有杆腔供油作用面积Fm活塞杆与缸壁以及活塞杆与导向套之间的密封阻力2.2.1液压系统载荷的组成和计算作用在活塞杆上的外部载荷包括工作载荷Fg，导轨的摩擦力Ff和由于速度变化 产生的惯性力Fa1） 工作载荷Fg常见的工作载荷有作用与活塞杆轴线上的重力，切削力，挤压力等，这些做用力的方向与活塞杆运动方向相同为负，反之为正。2）导轨的摩擦载荷Ff 此设计导轨为V型 故 Ff=（G+FN）/式中 G运动部件所受的重力（N）； FN外载荷作用于导轨上的正压力（N）； 摩擦系数； V型导轨的夹角，一般为。 系统静止时Fg=0 除外载荷Fw外，作用于活塞上的载荷F还包括液压缸密封处的摩擦阻力Fm，由于各种缸的密封材质和密封形式不同，密封阻力难以计算，一般估算为（），液压缸机械效率，取0.900.95，在此取0.90。 所以 作用在活塞上的力F=666.7N 由于此液压系统为双级，所以总的作用力为2F+G13700N2.2.2 液压缸的主要结构尺寸的计算及液压缸的选择由上述计算出总的工作压力为13700N 可知，由设计手册查表 按载荷选择工作压力故可选工作压力为3。液压缸的主要结构尺寸的计算： 活塞受压时 液压缸工作腔压力； 液压缸回油腔压力，即背向压力为0； D活塞直径 ； d活塞杆直径。 可根据要求和公式得： 1级液压缸内径 式中 F=1370N 增压比按1.5计算； 所以，通过圆整和内径优先级选择，；由于运动的速度比选为2，可查表得 。综上所诉，2级活塞杆也采用相同计算方法，所以，可以求的： ，。2.2.3 柱塞的机构尺寸计算柱塞是举升器主要的工作部分之一，主要是来提供动力，人通过柱塞和液压油把动力传到液压缸，液压油推动活塞进行举升的。计算柱塞的主要结构尺寸根据具体的要求，柱塞的工作压力为，工作时，由人施加外力大约300N，踏板和柱塞由一个二力杆连接，由上述的公式计算可得，柱塞的直径D=32mm，由此，可以算出二力杆的杠杆比为1：4。柱塞弹簧的选择：由于系统压力不是很大，工作强度也不高，所以，弹簧的选择也不是要求很高，用直径为1.5mm，右旋的弹簧就可以。2.3 活塞的长度计算2.3.1 1级活塞的长度计算此举升器活塞和活塞杆式制成一体的，这样既节省材料也给制造带来了极大的方便性，计算活塞的长度 可由公式 ：B=（0.61）D（内径）得1级活塞的内径为，所以，B=0.9560mm。2.3.2 2级活塞的长度计算同上面的相同，活塞和杆是制成一体的，由上述计算方法可得，2级活塞的长度为 B50mm。2.3.3 两活塞杆的导向套长度的计算 为了制造和维修方便，举升器的导向套和缸盖制成一体，这样便于拆装密封也很好，计算导向套的长度也有相应的公式，有公式得 ；由此得 2.3.4 两活塞杆的总长度的计算 根据设计手册可以查得活塞的行程，所以，； ；因此，可以计算出杆的长度 ，；如图：图为1级活塞杆的基本尺寸图 图2.2下图为2级活塞杆的尺寸图 图 活塞缸筒的设计计算缸筒是活塞运动的通道，能承受液压油径向的力，缸筒的壁厚可以根据公式 求得，所以，它的内径就是D=63mm，外径就为d=75mm；总长度根据举升器的工作高度和活塞而定。由此公式也能计算出柱塞缸筒的壁厚为3mm，高度初步定为93mm。如图为柱塞缸筒图 图 储油缸筒的设计计算由于储油缸只是用来放置液压油的，并不工作，所以它不受任何力和载荷的影响，也因此，储油缸筒为了节省材料和自身的质量不必要那么厚，初步定为，它的内径可以根据需要的液压油的体积计算，要比所需的液压油的体积大一些，初步定为内径D=140mm，所以，外径为d=146mm。根据两活塞的行程和工作面积，可以计算出液压油的总体积，所以，活塞1的工作体积为；同理可计算出活塞2的工作体积为；所以，需要工作的液压油体积为 ；储油缸筒内的面积为，所以，储油缸筒内的液面高，故，初步定为H=673m，主要是举升器的额定举升高度1900mm而定的；所以活塞缸筒的高度液可以初步的定为h=671mm。下图为活塞缸筒的轮廓图： 图2.5下图为储油缸筒的轮廓图 图 活塞缸底的设计计算活塞缸底是铸造件，主要有油路通过，供油的油路，卸油的油路和出油的油路，缸底设计成圆形的，里面带有环槽，主要是便于定位和安装，与它连接的零件都是焊接的，两个环槽分别是活塞缸筒和储油缸筒的，所以两个环槽的圆直径是75mm和146mm。由于，该零件的侧面还要与柱塞缸底连接所以，需呀制成平面的以方便连接，有各个油路的存在，再这个上面开了三个通道，卸油阀油路在上面，供油的和出油的分别在下面等高，三个油路也可以选择大小，分别都选择6mm，太大削减了零件的强度，太小工作压力会增大，供油阀和卸油阀被安装在这之中，而出油阀则安装在了柱塞的缸底上，柱塞的缸底不需要太大空间，能够容得下柱塞就可以了，它主要就是连接件，连接俩工作腔的，它的厚度和活塞缸地一样厚，都为45mm。在活塞缸底周围连接4个支撑臂，用以支撑举升器，它们和缸底通过4个螺栓连接。总结，液压系统的设计，由于柱塞完全供一次油1级活塞升高6mm左右，二级活塞升高18mm，所以根据这些可以确定柱塞的行程为33mm，所以，柱塞的总高定为125mm，如下图所示： 图2.73 举升器其他零件的设计3.1 托盘的设计托盘也是举升器的重要部分，它通过螺母与活塞杆连接，被举升的重物都是放在它的上面，它本身设计为铸造件，分成三个部分，最上面的板初步设计为长34.mm、宽240mm、厚6mm的平面板，下端的突起钻有螺纹孔，是为了安装螺杆的，可以是板进行横向的移动，也为举升带来方便；它的中间部分是一个框，与下面通过螺栓连接，可以上下摆动，调节托盘的角度，可以举升特殊情况的零部件和总成，它的死角带有滚轮，上面的板就是再这上面左右的移动的；下面的部分和活塞杆连接，主要是个固定件，连接部分不是锁死机构，可以旋转，方便调节。 托盘的整体不会承受太的力，都是集中在了一些螺栓上了，所以只要强这些螺栓的强度就可以。3.2 供油踏板的设计 供油踏板是举升器工作的主要部分，人是通过它带动柱塞把液压油送入到工作腔的，是举升器完成举升工作，踏板不需要承受多的力，它是通过二力杆连接柱塞的，同时柱塞也不需太大的压力就能送出规定的油压和油。 通过前面的设计可知杠杆比为1：4，所以可以计算出踏板的几何长度约为400mm，通过销与缸体和二力杆连接，由于不用受到很大的力，所以，踏板厚3mm就可以，同理二力杆和与缸体焊接的部分都设计成3mm也可以。如下图所示： 图2.83.3 支撑臂的计算它是通过螺栓连接在缸底上的，支撑着举升器的整体，一共有四个支撑臂，下面用工业的万向脚轮支撑，可以任意方向的移动，方便举升器的移动和操作，为了节省材料和缩小所使用的空间，支撑臂不用设计的很长，只要能够承受举升的最大额定质量就可以，所以，初步的设定为400mm；支撑臂也不是一个整体，4部分都是通过焊接在一起的，这样便于安装和制造。总结，举升器的这些其余的零部件都是主体上的零件，小的零部件就不一一进行设计，可以参考图纸进行设计，这些主体的零件在举升中起到了辅助的作用，为人的操作带来了方便，同时，移动起来也很灵活，比以往的举升器更加的便捷，也缩小了举升的空间，节省材料，是目前举升器当中，最常用，也是最受欢迎的举升设备。4 举升器部分零件的校核4.1 液压系统的校核当举升器工作稳定，静止时，活塞杆在这种状态侠仅承受轴向载荷，活塞杆的直径按简单位的计算、压强度计算。此时 式中 活塞杆的材料的需用应力;当活塞杆为45号钢时，可以查表得 =，则由以上的公式可求得 d30mm，所以，选定的活塞直径符合标准。 如果活塞杆受到较大的弯曲作用时，则应按压（或拉）弯联合强度考虑，此时 式中 活塞杆的应力； F活塞杆输出力（N）； A活塞杆工作面积，对于实心活塞杆来说，则为 d活塞杆直径（m）； 活塞杆最大挠度（m）； W活塞杆断面的抗弯模量（），对于实心圆的截面活塞杆，则为 活塞材料的的许用压应力 活塞杆材料的屈服点； 安全系数，一般。在这里取n=4. 通过上述的公式，可以计算出2级活塞杆的材料符合要求，直径也符合要求，能够承受最大额定载荷。所以，通过表可以查出活塞缸筒内径直径，进行优化和圆整就是上面所确定的标准尺寸。 1级活塞筒的校核同上面的活塞杆的校核是一样的，通过计算也是符合要求，可以确定为上面设计的数值，通过查表可以查出1级活塞缸筒的内径，再通过计算得出缸筒的壁厚，由于缸筒不用承受力，所以不用校核，也符合设计要求。 下面计算一下缸筒厚度的校核，对于低压系统时，液压缸缸筒厚度一般按如下的公式计算，则 式中 液压缸缸筒的厚度； 试验压力，工作压力时，=1.5；工作压力时，=1.25； D液压缸内径。4.2 柱塞弹簧的校核柱塞只是供油的装置，只需要人加载上的力，柱塞弹簧主要起到回位的作用，是柱塞在压缩油后，回到原位置，进行下一阶段的工作，柱塞弹簧选用普通的弹簧，它也不需要很大的力，最小压缩量为柱塞的有效行程，伸长量为柱塞的最高点，回位时主要承载，踏板自重和柱塞的自重，以及柱塞间的摩擦，所以，柱塞弹簧不需要很系统的校核，可以选一下就可以，因此，在这里不对柱塞弹簧进行校核。4.3 支撑臂和螺栓的校核螺栓的校核螺栓主要连接连接的是支撑臂和缸底，它主要承受弯矩，力的主要来源就是被举升的重物和举升器自身的重力。可以通过螺栓的材料查表可以确定螺栓的屈服极限，为 许用应力，屈服极限已知，可以查表知道，安全系数S=3，所以，通过公式就可以算得，螺栓的许用应力为 = 由公式可以算术螺纹的最小许用直径为， =14mm 举升器的螺栓为16mm，符合设计要求，所以，螺栓的直径就定为了16mm。 支撑臂一共有4个螺栓连接，同理，其余的都符合设计要求，如下图为所校核的零件支撑臂的校核 支撑臂的各个小的分段都是焊接在一起的，它也是只承受弯矩，不承受扭矩，所以，它承受的力的来源就是举升器自身的重力和举升器所举升的最大额定载量，举升器共有4个这样的臂，都分担同样的大小，可见，每一个臂支撑的力就减小了，举升器的额定载量为600千克，加上自重150千克，分担到每一个臂的质量约为185千克，也就是1850N，支撑臂采用的是普通的45号钢，焊接在连接件上，所受的弯矩图如下： 图3.2通过计算，支撑臂符合设计要求，承载的弯曲应力大于材料的最低要求，所以，这个零件符合要求，故可以确定为最初的标准。5 举升器的安装说明书举升器的安装要符合设计标准，要求合理，连接处要结合紧密，不能出现漏油现象，螺栓拧的要到位，不能拧的太紧，这样不但连接不好，还会影响螺栓的寿命。下面就是举升器的安装说明：1）举升器的各部分零部件在安装前要用机油清洗干净，不能有污泥，尤其是工作缸筒的内部，必须要清洗的彻底，以免污染物进入缸筒内，增大摩擦表面的摩擦，使系统的工作压力过高；2）安装时活塞缸筒放置在缸底的环槽中，用焊接的，一定要焊劳，不能出现漏油的现象发生，这样会使系统压力减小，不能正常举升；3）安装单向阀时先将单向阀的球放入钻好的孔道内，然后放入阀体弹簧，再把结合面连接好，这部分用螺栓连接，中间用密封垫，以免漏油，举升器的阀体一共有三个，有两个是相同的，但是方向正好相反，一个是连接储油缸筒和柱塞腔内的，另一个是连接柱塞腔和活塞腔的，第三个是卸油用的，阀杆也是按顺序安装的，先把阀杆接入缸底，然后，端盖和座依次的穿过阀杆，他们之间的连接都是螺栓连接；4）举升器的工作面是平面，所以放置在平面上进行安装，不然会导致举升器的初始状态不水平，举升工作时出现倾斜，加大了活塞杆的弯矩，减小了举升器的使用寿命；5）举升器的外表面要涂上涂料，一般为红色的，主要是起到密封和防锈的作用，涂料要涂的均匀，也起到美观的作用；6）举升器的储油缸筒内要注入一定量的液压油，以用于举升工作，液压油一定要多于完成最高举升工作时所需的最多的液压油的量；7）举升器的液压介质选用普通的液压油，由于系统不需要太高的压力，零件不是很精密，为了节省材料的费用，故选用普通的液压油。6 举升器的使用说明书举升器的使用很简单，只是用人工操作，用脚踩动踏板，把液压油从柱塞腔内压入活塞缸的工作腔，人不需要太大的力，因为踏板和柱塞间是由二力杆连接的，所以，用很小的力踩动踏板就能产生很大力作用在柱塞上，用以给举升器提供动力。以下是举升器的使用说明：1）举升器在举升总成零件时，主要由人踩动踏板提供动力的，用脚踩下踏板，使踏板到达最低点，然后抬起，这用反复的进行，直到举升到所需的高度；2）当举升器举升易损坏的零件时，须在托盘上面放置些柔软的物品，垫在零件和托盘之间，以免举升过程把零件损坏；3）举升器的托盘可以进行调节，它可以进行举升角度的调节和举升面的调节，这样可以是举升的范围变大，它的纵向调节手轮就是进行举升角度调节的，而横向的调节手轮就是进行举升面调节的；4）举升器最下面是四个工业脚轮，它们是万向轮，移动举升器时可以任意方向进行的移动。结论结 论目前，汽车的维修设备有很多种，针对性都很强，智能化和机械化的维修设备也都陆续的登场，举升器发展较早，它是由千斤顶发展来的，它应用范围很广，被维修厂广为使用，液压举升器耗用的能源小，只需要一定用量的液压油，靠人工来提供动力，很环保，使用起来方便