汽车减震器气动拉伸床设计.doc

青岛农业大学 毕 业 论 文（设计） 题 目： 汽车减震器气动拉伸床设计 姓 名： 学 院： 机电工程学院 专 业： 农业机械化及其自动化 班 级： 2013 年 06 月 16 日 目 录 摘 要 Abstract. 1 绪 论.1 1.1 汽车减震器气动拉伸床的设计的目的和意义.1 1.2 汽车减震器气动拉伸床的国内外研究现状.1 1.3 汽车减震器气动拉伸床的主要研究内容.3 2 汽车减震器气动拉伸床总体方案的确定.4 3 汽缸主要结构参数的设计与计算. .7 3.1 减震器参数 7 3.2 气压缸的设计 8 3.3 气压缸的安装形式设计. .13 4 机架整体部件的设计. .15 4.1 L 形件的设计.15 4.2 叉形接头与滑动件的设计.16 4.3 定位元件的设计.17 4.4 机架的设计.19 5 装载车的设计.21 5.1 底板和托板的设计.21 5.2 横梁和横梁支座架的设计.22 5.3 万向脚轮的选择.23 5.4 推杆的设计.25 6 结论与建议.26 参考文献.27 致谢.28 汽车减震器气动拉伸床设计 摘 要 本文设计的是一种轻型卡车减震器的气动拉伸床，主要构造：机床架，减震器，气缸，滑动导轨， L 形件，叉形连接头，定位元件，动力源,配套工位器等。该机床可以拉伸不同型号的减震器，在动力 源作用下，促使其带动气缸活塞杆运动，拉伸减震器。设计此减震器气动拉伸床的目的在于：汽车用 减震器在流通环节是压缩的，以方便运输，而在整车装配的时候，需要将减震器拉伸到一定的长度。 人工拉伸会耗费很大的人力物力，设计的这种拉伸床能够降低劳动强度，避免了采用人工拉伸而所引 起的减震器在长度上产生的误差，以及操作人员所造成的不必要的成本的提高，这样提高了工作效率。 设计此拉伸床的同时也设计了配套工位器，减少了操作人员的工作时间，便于运输数量较多的减 震器，提高工作效率。 关键词关键词：汽车减震器；汽缸；气动装置；拉伸装置； Design of Automobile Shock Absorber Pneumatic Stretching Bed Abstract This paper is designed to shock absorber for light truck pneumatic stretching bed, main structures: machine frame, shock absorber, cylinder, sliding rails, L shaped parts, forked connecting head, a positioning element, power source, such as support for. The machine can shock absorber of different types of stretching, under the action of a power source, the drive cylinder piston rod motion, tensile shock absorber. Design of the shock absorber pneumatic stretching bed aims: automotive shock absorber in the circulation is compressed, with convenient transportation, while in the vehicle assembly time, need to be stretched to a length of the shock absorber. Artificial stretching will spend a lot of manpower and material resources, the stretching bed design can reduce labor intensity, improve work efficiency. To avoid the error caused by shock absorber using artificial stretching caused in length, and the operator caused by unnecessary cost increases, so as to improve the product quality and work efficiency. The design of this stretching bed while also supporting the design of working device, reduce the operators work time, easy to shock absorber transport quantity, improve work efficiency. Key words: Automobile shock absorber; cylinder; pneumatics; stretching; device 1 绪 论 1.1 汽车减震器气动拉伸床的设计的目的和意义 近几年来，随着我国经济体制的快速发展，汽车行业也迅速发展起来，达到了很高 的发展水平。减震器已经在汽车的发展推动下运用而生，是不可避免的，并且汽车减震 器是汽车构造部件中非常重要的一部分。减震器主要是用于减小和削弱振动对设备与人 员影响的一个部件1，汽车减震器在汽车悬架结构中是一种主要的阻尼部件，在汽车行 业得到了广泛应用。之所以全世界很多汽车领域都在对它运用，主要在于使得乘坐人员 更加舒适，减少汽车部件震动所引起的损坏，延长汽车使用寿命。汽车需求量的增大， 不可避免的对汽车减震器的需求量增大，汽车用减震器在在运输过程中是通过一定的技 术条件而使其处于压缩状态，即是当减震器在生产出来以后，运送到其他公司的时候， 运送前一定是将减震器压缩的，以方便运输，在等同的运输空间情况下，装载更多的减 震器，节省了不必要的费用。当减震器运输到公司或者个人需要的时候，即在整车装配 的时候，需要拉伸到一定的长度。当需要把减震器拉伸到一定程度的时候，如果是人工 拉伸的话，因为减震器的液压阻尼力很大，单纯靠人力是不可能拉动，如果能拉开也损 耗了大量的人力物力。为此，要设计一台汽车减震器气动拉伸床，降低劳动强度，提高 生产效率，并且这种汽车减震器气动拉伸床能够满足多种型号的减震器拉伸到一定的长 度。而且操作方便，仅需要一个人操作即可，此外本文所设计的装置结构简单，易于操 作，占地面积下，减少成本，易于实现。 1.2 汽车减震器气动拉伸床的国内外现状 国外研究现状：现在汽车行业的发展，带动减震器的需求量不断增大，国外汽车行 业很发达，对于汽车减震器的行业来说更是起到了推动作用。国外的汽车减震器拉伸床 的设计与发展已经达到很成熟的阶段。汽车减震器是汽车悬架系统中的阻尼元件，它的 性能对乘坐舒适性、操纵性能等有直接的影响2。随着科学技术的发展，现代气动技术 也有迅猛的发展，在各个领域都得到了推广。与其技术领域相比，在气动技术领域，运 用的主要的构造部件还是汽缸，汽缸的发展与运用，直接表明现在气动技术的发展水平 是否上升到一定的台阶，它的发展直接影响减震器的拉伸程度和作业效率。国外在这些 方面已有了更多的优势3。国外许多减震器制造厂商竞相设立研究机构，大量投资开发 新产品新工艺和新材料，并将科研成果迅速转化成生产力4。气动技术是当前机械设 备中发展速度最快的技术之一5。一种方案，除了满足功能的要求外，必须符合可靠性、 环境、抗干扰、防爆、安全、空间、速度及效率、经济性、能耗、标准化等各方面要求6。 国外的气动拉伸床的设计与研发并投入应用得到普及，单凭人力物力很难将汽车减震器 的压缩状态拉伸，国外把很多资金投入到这方面的研制与发展，会更加适应时代科技的 发展趋势，带动汽车减震器气动拉伸床的发展，这样会更加促进效率，减少劳动强度， 提高生产率。 国内研究现状：国内对于汽车减震器的拉伸机床研究并不是很成熟，如果技术达不 到一定的水平，就会阻碍经济的发展。气动元件和系统是现代机械传动系统中的重要组 成部分，它主要完成力和运动的产生与转换和能量的传递、分配与控制功能，以保证机 械传动精度、力、速度和效率等性能指标7。作为定型产品生产，实际上这是一个极为 重要的发展方向，也是气动技术发展的必然趋势8。气动技术借助移植和融合电子技术 自动化技术信息技术摩擦磨损技术以及新工艺新材料等9。综合分析，咱国内对于气动 技术的发展并不是很成熟，自然导致汽车减震器拉伸床的设计发展水平得不到很好的发 展与提升。对于我国的现状而言，我们国家应该鼓励汽车减震器气动拉伸床的设计与优 化，应该鼓励设计科研机构，投入资金，引进人才，推动气动技术的发展，从而对于汽 车减震器拉伸床的技术发展也会有很大的促进作用的。这样在不久的将来投入生产中， 提高生产效率，因此我设计了这一种汽车减震器气动拉伸床。 1.3 汽车减震器气动拉伸床的主要研究内容 在本文中我们设计的主要是一种汽车减震器气动拉伸床，把减震器拉伸，节省人力 物力，提高生产与应用效率。因此设计出这样一款汽车减震器的气动拉伸床是我们迫切 需要的。该汽车减震器气动拉伸床主要构造部件是：动力源，汽缸，减震器，定位元件， 滑动导轨，叉形接头，L 形件，滑动件，机架等。在动力源作用下，给汽缸供应足够的气 体，推动活塞杆运动，带动滑动件沿着滑动导轨线性方向移动，从而带动减震器在两个 定位元件之间拉伸开来。 按照轻型卡车减震器类型设计，减震器两端吊环的内径是 30mm；减震器压缩状态的 长度是 300-350mm，拉伸后为 400-450mm，设计这样拉伸床应为可调，以适应不同规格长 度的减震器拉伸到一定的长度，在本文设计中，规定拉伸长度都是 100mm；同时还要清晰 的规划出动力装置的选择；整体构造的布局应该外形美观，设计出的这种启动拉伸机床 性能稳定，作业效率高，强度大，适应性强，能够调节拉伸不同规格的减震器。 充分了解现有国内外汽车减震器启动拉伸机床的现状，以及此类拉伸机床的总体特 点与构造，现在研究会有一定的目的性，创新性，设计出一种能够拉伸减震器的气动拉 伸床，并且这种装置是可调的，能够适应不同规格的减震器。设计过程中要用到机械设 计、机械原理、液压、机械制造、理论力学、材料力学、动力传动装置设计等课程方面 的知识。 （1） 以气动拉动压缩状态下的减震器为目标，首先进行国内外汽车减震器气动拉伸床 的比较，了解汽车减震器气动拉伸床的研究现状和发展方向，再进一步的进行调 查研究查资料 （2） 写出开题报告 （3） 首先要将整个机架上的部件布局好，再进行拉伸床总体方案的设计 （4） 动力装置计算、设计出适合拉伸减震器的汽缸动力源 （5） 拉伸床上各个部件的定位装置进行设计与选择定位 （6） 拉伸床配套工位器具设计与选择 （7） 绘制装配图及各个零件图，撰写出本设计的说明书 2 汽车减震器气动拉伸床总体方案的确定 减震器主要作用是在于削弱和减小强烈振动给人员与设备带来影响的一个部件。对于 汽车减震器气动拉伸床的设计，我们是有各种各样的合理的方案可以选择，每一种方案 都有其优点和缺点。但是它的总体结构构成是基本相同的。下面我们列举三种比较典型 的设计方案，然后进行比较，进一步我们再选择一种比较合理的方案进行设计。 2.1 方案一 图 2-1 减震器拉伸装置 1-机架台 11-安装孔 2-气缸 21-气缸推杆 3-托架 31-圆柱销 4-减震器支架 41-横板 42 竖 板 43-U 型开口 44-螺杆 45-螺母 5-减震器 51-减震器小直径缸筒 52-减震器大直径缸筒 方案一如图 2-1 所示的减震器气动拉伸机床的设计，主要构成部分是：带有气缸杆的 气缸，带有圆柱销的托架，机架，带有 U 型口的 L 型竖板，减震器支架等。 特点是：通过设置在减震器支架上的 U 型开口来直接控制减震器小直径缸口以及减 震器大直径的缸筒的往复直线运动，从而解决操作者用手拉伸减震器下端吊环的技术难 题，满足了人体合理操作机床的原理的要求，同时也减少了作业难度和劳动强度，并且 也提高了减振器的拉伸效率。 尤其是在流水线生产条件下，使减振器的装配能跟进生产节奏，保证了生产进度。 方案一的设计具有结构简单、实用性强、操作方便、加工容易等特点。 其特殊之处就在于 ：上面所示的支架平台上还设有减振器支架，所述减振器支架由 横板和竖板组成，其横板固定在上面的支架平台上，并且竖板设有供减振器小直径缸筒 插入的 U 型开口。 缺点是：缺少定位装置，尤其在减震器的一端不能够控制其运动方向，没有滑动导 轨，如果缺少滑动导轨的话就会在整个气缸动作的过程中，出现减震器拉伸不稳定现象， 不能够保证是在气缸活塞杆的带动下，沿着其线性方向的精确移动，降低了准确度。 2.1 方案二 图 2-2 减震器拉伸装置 1-气缸 21-上传感器 22-下传感器 23-传感器安装板 3-电器控制柜 41-上拉杆拉结块 42-拉杆 51-止动板 52-止动块 6-框架 7-电磁换向阀 8-脚踏开关 9-减震器总成 91-吊环 92-油桶 93- 防尘罩 94-接头 95-支耳 上图 2-2 所示是一种减震器快速拉伸设备，这个设计满足的是对于汽车减震器生产 设备技术领域，快速的将处于压缩状态的减震器拉开。 该装置的特点是：该减震器快速拉伸设备组成是气缸、下传感器、上传感器、传感 器安装板、框架、电器控制柜、上拉杆拉结块、止动板、拉杆、止动块、框架、电磁换 向阀和脚踏开关。该装置结构简单，操作方便，每次可装挂两件，通用性强，拉伸定位 准确。 这个设计改变了操作者们常常直接使用手工操作的的缺点。降低劳动强度，提高了 生产效率。 缺点是：构成比较复杂，设计麻烦，制作成本比较高，这个装置更适合于拉伸双筒 类减震器，对于我们设计不一定适合。 2.2 方案三 图 2-3 所示汽车减震器气动拉伸床 1 汽缸 2 第一定位元件 3 第二定位元件 4 连接件 5 叉形接头 6 滑动件 7 L 形件 8 导轨底座 9 机架 汽车减震器气动拉伸床的主要构造部件是汽车减震器，汽缸，动力源，滑动导轨， 滑动件，叉形接头，L 型件，定位元件等组成。 该设计的特点是：有外在的动力源给汽缸提供气体压力，气体压力推动活塞杆做往 复线性直线运动。汽缸活塞杆通过叉形接头与滑动件相连接，滑动件上有两个定位孔， 另一端通过定位元件与汽车减震器的一端吊环相连接。当滑动件在活塞杆的带动下沿着 滑动导轨运动的时候，从而整个装置起到拉伸减震器的作用。 在机架上的最左端有一个定位元件，用于挂接汽车减震器的一端吊环，起到定位作 用，由于本文所设计的汽车减震器气动拉伸床要适应不同型号的减震器拉伸到一定的长 度，所以在机架台上的第一定位元件是可调节的，这样就可以满足不同型号的汽车减震 器了。在滑动件左端的定位元件是第二定位元件，从而对于第一定位元件与第二定位元 件之间的线性距离就是汽缸活塞杆所走过的行程，即是所要拉伸的汽车减震器的满足的 长度。 通过以上所列举的三个方案来进行比较得出，我们更应该选择第三种方案。 第三种方案相比其它两种来说;操作和构成都比较简单，有定位装置，能够保证减震 器在线性方向上拉伸；节省成本，没有多余的零部件和额外的操作系统，更适合操作。 对于此装置，由于汽缸活塞杆运动速度一般控制在 0.2m/s0.3m/s 之间，所以一般 不会对连接减震器的叉形接头和滑动件造成很大的冲击。 3 汽缸主要结构参数的设计与计算 3.1 减震器参数 理想的减震器特性可以提高轿车行驶平顺性和乘坐舒适性10。轻型卡车减震器一般 是筒式液压式减震器。减震器速度特性是非线性的，减震器最大阻尼力不随频率的变化 而变化，仅与最大速度有关11。 图 3-1 减震器结构图 表 3-1 减震器分段速度特性要求数值 特性数值 0.1m/s0.3m/s 0.6m/s1.0m/s 特征复原 压缩复原 压缩复原 压缩复原 压缩 阻尼力 180 150620 260990 410 1465 650 绝对偏差64 54 92 60 110 80150 120 相对偏差35.5 3614.8 23 11.1 19.510.2 18 由上表可得知轻型卡车减震器： 复原行程阻尼力： （+ ） 是非线性的 df F h P f P h S 为减震器内部的活塞空节流压力，为复原阀节流压力 h P f P 为减震器缸筒与活塞杆之间的环形面积 h S 减震器活塞运动速度在 0.2m/s0.3m/s，汽缸的活塞杆的运动速度也为 0.2m/s0.3m/s，如上表所示，其减震器的阻尼力为 500N600N，则在本文设计中取其中 值 550N，此阻尼力就是气缸活塞杆所要承受的外在负载力。 气动系统中最常用的是单活塞杆双作用汽缸，双作用汽缸的往复运动全靠外在气体 压力的作用完成，在此装置中，我们优选选用并设计的是单活塞杆双作用的汽缸。 3.2 气压缸的设计 3.2.1 气压缸主要参数的计算 （1）气压缸的受力 活塞杆受力为 F=550N，气压缸内气体压力为 P=0.8MP （2）气压缸内径的确定 依据公式： D= =43mm （3- P F 4 1） 式中 F=550N ，P =0.8MP ，由于活塞直径 D 值必须圆整到系列标准值，经查表 13- 19得到 D=40mm。 （3）气压缸壁厚及材料选择 从力学角度分析可知，气压缸主要承受的是内部作用力，承受内压力的圆筒，其内 应力分布规律因壁厚的不同而各异。一般计算时可分为薄壁圆筒和厚壁圆筒。 气缸材料选择铸铁 HT250,经查9表 13-3 取壁厚=7mm。 （4）活塞杆直径 d 和行程 L 活塞杆直径一般根据气缸的内径确定，经查表取 d=14mm。活塞的行程 L 一般根据实 际情况确定,一般取(0.5-5)D，由于本设计中拉伸减震器的长度为 100mm，为此规定活塞 行程 L=100mm。 （5）气缸进、排气口直径 d0 气缸进、排气口直径的大小，直接决定了气缸的进气速度，即是决定了活塞的运动 速度，经查表 13-2，得到为 d0=8mm。 （6）活塞的宽度规定为 B=40mm，气缸缸筒的长度气缸缸筒的长度 H 应为活塞的行程 L 和活塞宽度 B 之和，即 HL+B=200mm。 3.2.2 气压缸结构设计 （1）气缸缸筒的设计 根据气压缸的主要尺寸：缸筒内径 D=40mm，壁厚=7mm，长度200mm，则设计的气缸 缸筒如下图所示： 图 3-2 气缸缸筒结构图 气缸缸筒的结构如图 3-2 所示，在气缸缸筒的两端两端分别钻有 4 个 M5 螺纹孔， 具体尺寸见零件图。 （2）活塞的结构尺寸设计 活塞的主要作用是推动压缩的空气，转化为机械能，并且活塞在缸筒内不断的往复 运动，与缸筒不断的摩擦，因此活塞选用耐磨性很好的材料，在此我们选用铸铁 HT250, 采用 Y 型密封圈实现密封，活塞与活塞杆过渡配合 11，其结构如图 3-3 所示。 6 H7 n 图 3-3 活塞剖视图 （3）活塞杆尺寸设计与强度校核 活塞杆的作用是将活塞转换的机械能以力的形式输出,推动负载运动,在工作中，要 受到拉伸力作用，需要对活塞杆进行强度校核。活塞杆选用 45 号钢为材料调质处理后表 面镀铬，我们选择的气缸活塞杆是实心活塞杆。 尺寸如下所示： 由此可得汽缸活塞杆的长度 L100mm。 由则需要满足的条件是： 10， （4-2） d L L 为活塞杆长度，d 为活塞杆直径 并且此实心活塞杆要按照按压杆稳定性来计算活塞杆直径。 对于实心活塞杆，当细长杆比 ： 85时，L= （4-3） K L m 8 2 d pokF n mE m 是由安装连接的条件所决定的系数 表 3-2 安装连接系数 安装形式铰支-铰支固定-自由固定-铰支固定-固定 m 1 0.25 2 4 在本文设计中，我们选择的气缸与活塞杆的安装形式为：固定-自由，即系数 m= 4 1 E 为活塞杆材料的弹性模量，Pa,钢材取 E=2.110Pa。 11 计算得：d10mm，满足 ： 10 d L 由活塞行程一般根据实际需要确定，并且取值为（0.55）D,在本设计中 L L =100mm,则取活塞杆的长度为 220mm。 L 活塞杆的各个部位尺寸如下： 图 3-4 活塞杆结构图 由于活塞杆材料是 45 号钢制成，=350MPa,=280MPa。其最大压力是 600N。规 s p 定稳定安全系数为=810 st n 根据公式： =86.0 （4-4） 1 p E Pa Pa 6 9 10280 10210 活塞杆简化成两端铰支杆，=1.截面是圆形， i= （4-5） A I 4 d 柔度为： =70.8 i ul ，因此不能用欧拉公式计算临界压力，为确定，用直线公式，有此查的 1 2 优质碳钢的 a 和 b 分别是：a=461MPa,b=2.568MPa。 由此： =41 （4-6） 2 b a s MPa MPa 568 . 2 )350461( 可见活塞杆的柔度满足： ， 2 1 是中等柔度压杆，由直线公式直接求临界压力为： =a-b=(461MPa)-(2.568MPa)62.5=301MPa （4-7） cr 临界压力是： =A=(301Pa)(10)=7.256KN （4-8） cr F cr 6 10 4 3 10 活塞杆的工作安全系数为： N=12.09 （4-9） max F Fcr 600 7256 st n 所以在本文所设计的气缸活塞杆满足稳定性的要求。 （4）气压缸的缓冲机构 为防止气缸在行程末端时，活塞以很大的速度撞击端盖，引起气缸振动与损坏，常 用缓冲装置的缓冲气缸。其结构图如下图所示： 图 3-5 气压缸缓冲装置结构图 （5）气缸盖的设计 气缸盖包括气缸前盖与气缸后盖，选用制造气缸盖的材料为铸铁 HT250。气缸前端 盖主要起密封、导气、固定气缸作用，气缸前盖与后盖的具体尺寸见零件图。 其结构如图 3-6 和图 3-7 所示： 图 3-6 气缸后盖视图 图 3-7 气缸前盖视图 气缸前后端盖与缸筒的密封常采用的是 Y 型密封圈。 4.2.2 气缸的连接与密封 （1）缸筒与缸盖的连接及密封 缸筒与缸盖的连接主要采用的是拉杆式螺栓连接，由于拉杆式螺栓连接的结构简单， 应用很广，结构简单，接受冲击力的能力比较强，并且易于加工，易于装卸。 （2）活塞杆与活塞的连接结构 活塞杆与活塞的连接结构为孔轴过度配合 11 6 H7 n （3）活塞及活塞杆处的密封 活塞与活塞杆处的密封选用的是：小 Y 形密封圈（聚氨酯） 3.3 气压缸的的安装形式设计 在气缸的安装形式中，我们可以选择的形式：基本型，前法兰式（MF1 型） ，后法兰 式（MF2 型） ，轴向脚架式（S2） ，前铰轴式（MT1） ，中间铰轴式（MT4） ，后铰轴式（MT2） 。 综合考虑，我们在本文设计中，我们优先选用的是 LB 轴向脚架式。 如下图 3-8 所示气缸在机架台上的的安装形式： 图 3-8 气缸在机架上的安装形式 在气缸的两个端盖处分别用 LB 轴向脚架式将其固定，端盖与脚架通过螺栓将其固定。 而两个 LB 轴向脚架的底端分别带有定位孔（螺栓孔） ，用于将两个 LB 轴向脚架通过螺栓 将其固定在机架台上。 利用 LB 轴向脚架式固定气缸的优点在于：能够紧紧的固定住所设计的气缸的两个端 盖底座，当气缸在作用时，尤其活塞杆的推力或者拉力很大，在瞬间的时候，活塞杆与 带动活塞与气缸的内部两端出冲击性很大，造成瞬间的作用力比较大。 如果气缸的两端不固定会导致气缸松动。这样会在此本文设计中，在气缸活塞杆线性 运动方向上会产生不小的误差，最终会导致所拉伸的减震器不能够满足要求，甚至会对 气缸或者减震器产生损坏。 如下图 3-9 所示的 LB 轴向脚架： 图 3-9 LB 轴向脚架 4 机架整体部件的设计 4.1 L 型件的设计 L 型件主要是通过螺母将其固定在滑动导轨上，它的主要作用就是：限制滑动件在滑 动导轨上运动时沿着非线性方向上运动，L 形件对滑动件起定位作用，两个 L 形件之间的 距离恰恰能够允许滑动件在其中运动。 在此本文中，由于滑动导轨是在减震器垂直方向上对称的分布了两个相同的底座 （滑动导轨） ，L 型件与滑动导轨在长度方向上是相同的。 滑动件就可以被卡在两个 L 型件之间，故其只能使滑动件沿着活塞杆线性方向上往 复移动。两个导轨底座相互分开的固定在机架工作台上，两个 L 型件分别用过底座固定 部分与两个导轨相连接。并且两个 L 型件分别与导轨底座之间能够形成允许滑动件滑动 的间隙。 在此综合考虑我们规定滑动件与 L 型件之间的距离是 1mm。 这样就可以保证滑动件顺利的在滑动件上往复运动，并且不至于在非线性方向上而 导致运动较大误差。 我们选用的材料是 45 号钢由于在这里 L 型件结构比较简单，并没有太大冲击力。 如下图 4-1 所示： 图 4-1 L 形件的视图 4.2 叉形接头与滑动件的设计 4.2.1 叉形接头的设计叉形接头的设计 叉形接头的剖面图 4-2 如下： 图 4-2 叉形接头剖面图 5：叉形接头 51：滑动件连接槽 52：连接件通孔 53 动力源连接槽 叉形接头在本文设计中起到一个非常重要的作用。 该叉形接头主要构造：滑动件连接槽 51，连接件通孔 52，动力源（即是连接气缸活 塞杆最左端位置处）。对于叉形接头的制作材料我们选用的是 45 号钢。 叉形接头最主要的作用就是：将动力源（气缸）和滑动件连接固定起来，使滑动件 在气缸活塞杆的带动下沿着直线方向上往复的运动。设计中的滑动件需要插入滑动件的 连接槽中，并且滑动件右端形成有与连接件通孔 52 的位置相对应的叉形接头连接孔。 因此连接件贯穿叉形接头的连接件通孔，和夹在滑动件连接槽 51 中的滑动件的叉形 接头连接孔 61，将叉形接头和滑动件固定在一起，也就说：由于滑动件夹在滑动件连接 槽 51 中，因此滑动件在上下方向上被叉形接头限位了，并且滑动件的两侧又由滑动导轨 上两侧的 L 型件限位，由此：滑动件只能在气缸活塞杆的带动下沿着上述的滑动导轨做 往复直线的运动。 4.2.2 滑动件的设计滑动件的设计 滑动件是由一块比较薄一些的钢板构成，其上两端钻有连个通孔，其中一个通孔是 连接第二定位元件，用于挂接汽车减震器的一端吊环，起到定位作用；另一个通孔的作 用就是：通过螺栓将叉形接头连接起来，起到固定作用。滑动件起到一个连接作用，在 滑动件的连接作用下，间接地把动力源（气缸）与减震器相连接起来，通过活塞杆的运 动，带动减震器的在滑动导轨上座往复式的直线运动，从而对拉伸减震器起到拉伸的作 用。 在此我们规定这两个通孔大小相同，在滑动件上的布局是成中心对称分布的。 并且滑动件的材料我们同样选择 45 号钢，并且表面光滑，无粗糙现象。由于该滑动 件在滑动导轨上是随着气缸活塞杆的往复直线运动而移动，因此表面保持光滑的情况下， 会使得滑动件与滑动导轨的摩擦阻力减小，使得减少材料的消耗，并且降低整个装置功 率的损耗，保证所拉伸的减震器精度提高，这是非常重要的。 滑动件部分剖面图如下图 4-3 所示： 图 4-3 滑动件剖面图 4.3 定位元件的设计 第一定位元件具有台阶行肩部，如下图 4-4 所示的第一定位件的视图： 图 4-4 第一定位件视图 如上图所示，定位件具有台阶性的肩部，并且台阶形的肩部的高度（定位件下部的 顶端）与前面所设计的滑动件高度必须保持相同。只有相同的情况下，当减震器两端的 吊环分别挂接在第一定位件和第二定位件上时，才能保持减震器两端的吊环高度相同， 这样就能保证减震器在线性方向上高度一致。第一定位件形成肩部的直接作用就是防止 减震器在动力源（气缸活塞杆）的带动下产生振动而发生沿着第一定位件长度方向上的 上下窜动，由此而引起的减震器的拉伸长度与所需要的实际长度之间产生很大的误差， 从而降低精确度。 并且该第一定位件的台阶形肩部是由于上半部分的直径小于中部部分的直径而形 成的，这样的目的就是防止减震器左端的吊环上下窜动，保证其沿着活塞杆线性方向上 一致，保证减震器拉伸效率。 第一定位件的下部要穿过机架上工作台上形成的连接孔，并且由第一定位件的中 部下表面与机架上的工作台的上表面接触形成限位，并且要从工作台的下表面用螺母等 紧固件将其第一定位件固定住。从而对减震器的一端形成水平方向上的限位，防止其窜 动。 图 4-5 第二定位件视图 在此前所涉及的滑动件上具有定位件连接孔，第二定位件必须通过定位连接孔固 定在前述的滑动件上。 与第一定位件所不同的是该定位件下部的直径比较小，能够穿过滑动件的定位件 连接孔，但是上部分的直径比较大，这样的作用就是保证第二定位件的上部能够与滑动 件的上表面形成接触限位，并且还要通过螺母等紧固件，将从滑动件的下表面把第二定 位件固定起来。由于第二定位件是贯穿了滑动件的固定方式，因此滑动件下方的两个滑 动导轨之间也必须留有一定的空间保证第二定位件穿过滑动件以下的部分滑动空间。这 正好满足了前述的滑动导轨所包含的两个滑动导轨底座和两个 L 形件所布局的两个滑动 导轨相互分开的分布在机架工作台上，滑动导轨是固定在机架工作台上的。 这样当减震器的另一端的吊环挂接在该第二定位件上时候，就能保证减震器形成 限位，防止其到处窜动，保证在气缸活塞杆线性运动方向上是水平直线运动。 4.4 机架的设计 机架结构设计时应综合考虑各种因素，既要保证工作性能，又要工艺性好，合理的 结构是在最小重量条件下具有最好的强度和刚度13。 按照机架外形分类：网架式，框架式，梁柱式，板块式，箱壳式，在此设计中，根 据整体装置的美观性，成本的廉价型，稳定性等考虑，我们选用的是框架式机架并且根 据制造的方便可靠性，我们选用的机架是一体的，不需要连接的。 角钢按照结构要求的不同，它可以构成多种不同的构件。同时角钢也可以作为机体 之间的一种连接件。角钢在各种工程结构和建筑结构当中都得到很多的应用，比如桥梁、 船舶、房梁、仓库货架以及容器架等许多方面。 角钢从属性上讲，属于建造用的碳素结构钢，是一种简单的断面型的钢材，普遍作 用就是应用于金属构件以及厂房的框架等多处。在使用角钢的过程中，我们要求其具有 比较高的塑性变形的性能，且比较容易进行焊接，还要具有适当的机械强度等条件。 角钢主要能够分为不等边的角钢和等边的角钢两种类型。并且不等边的角钢可以分 成不等边不等厚角钢和不等边等厚角钢两种类型。角钢的表层质量在国家标准中有明确 的规定，一般情况下，要求在使用上不能有过多明显的缺陷，比如像结疤、分层、裂缝 等情况。 根据以上阐述，我们根据整体部件的布局来分析，机架台上所安置的减震器与气缸 的重量并不是很大，并且通过合理分析设计的目的性和使用性的要求，并考虑到减震器 拉伸的实际的工作状况，我们在这里选用角钢作为整个装置的支撑架，并考虑到各个结 构的分布，在本设计中我们选用 5 号角钢。 图 4-6 热轧等边角钢截面 机架的视图 4-7 如下： 图 4-7 机架视图 5 装载车的设计 在企业或者个人购买的成批量的压缩状态下的减震器，需要将其拉伸的时候，我们 在设计了减震器拉伸装置之后，需要设计一款配套工位器具，即是运载减震器的小推车 装置，来装载大批量的减震器。 装载车的构造比较简单，主要构件：底板两根空心的滚动管(横梁)万向脚轮 横梁支座架托板支撑架托板推杆。在本设计中我们选用的材料均是 45 号钢。 主要的工作原理就是： 地板的下部分四周各固有一个横梁支架座，主要是通过螺栓将其与底板固定连接起 来。横梁支架座上穿有通孔，这个通孔的主要作用就是对两根空心的横梁起到支撑作用。 通孔内部需要光滑，不能太粗糙，减小摩擦阻力。 托板支架把底板和顶板连接起来，起到支撑作用。此装置可拆卸。 托板的主要作用就是装载一定量的汽车减震器，它的长度和宽度分别规定为 100cm 和 60cm。在顶板一端斜 45 度向上的方向安置一推杆，此推杆通过螺栓与托板相连接。在 此规定该小推车装置的的托板顶部水平面到地面的距离应该与所设计的汽车减震器的拉 伸床的机架台等高度，这样设计的目的:利于工作人员放置拉伸后的减震器，减少劳动强 度，节省工作时间，提高劳动效率。 5.1 底板和托板的设计 底板：由于前面所设计的减震器气动装置的机架宽度是 60cm,为此我们设计的底板宽 度也为 60cm，长度我们定为 100cm，厚度为 2cm，其简图 5-1 如下： 图 5-1 底板 在底板的下部分的四周需要均匀的分别钻有四个螺纹孔，用于通过螺母及螺栓把横 梁支座架连接固定起来。底板的材料我们选用的是 45 号钢。 托板：托板的主要作用是放置减震器，其长度和宽度与底板相同，托板槽的深度 规定为 20cm，规定其托板底部的厚度为 2cm，四周隔板的厚度为 0.5cm 由于，四周不承担 重量，节省材料。托板可以上下并排的放置两到三层减震器,并且在托板两侧各钻有两个 螺纹孔，此螺纹孔的作用就是：通过螺栓与推杆相连接。此托板的材料选择也是 45 号钢。 如下图 5-2 所示 图 5-2 托板 5.2 横梁和横梁支座架的设计 5.2.1 横梁的设计 横梁：横梁的构造很简单，主要就是一根由 45 号钢材所生产的一种空心的铁管，此 铁管的强度也比较强，抗压能力很强。规定此空心滚动管的壁厚为 2mm,内径为 2.4cm，其 长度是：60cm， 图 5-3 所示： 图 5-3 横梁 在万向脚轮的顶端安置一块正方形的平板，此平板厚度规定为 5mm，其长度与万向轮 顶端相等。四周以及中间钻有螺纹孔，四周通过螺母与万向脚轮的顶端连接起来，同时， 中间的钻螺纹孔目的是把横梁与平板连接起来，这样就可以把万向轮与横梁间接的连接 起来。横梁对整个装置起到支持的作用。此装置可以拆卸，当不需要使用此装载车的时 候，把万向轮拆卸下来，可以使小推车更平稳的放置在合适的地方，达到了便捷与实用 性的特点。 5.2.2 横梁支座架的设计 横梁支座架：其简图 5-3 如下所示: 图 5-3 横梁支座架视图 用于支撑两根空心横梁的横梁支座架的通孔直径规定 D=3cm。横梁支座架的主要作用 就是对两根空心的横梁起到支撑的作用。 5.3 万向脚轮的选择 万向脚轮：是标准件，我们直接选择即可。 如图 5-4 所示： 图 5-4 视图 万向脚轮各个部位的尺寸选择如下图 5-5 所示： 图 5-5 万向脚轮尺寸 在选择万向脚轮的同时，我们设计了一块平板，此平板长度与宽度与万向脚轮顶 端相同，在平板四周钻有螺纹孔，通过螺栓把平板与万向脚轮连接起来，同时在平板中 部叶钻有一个螺纹孔，把它与横梁连接起来。 平板如下图 5-6 所示： 图 5-6 平板 5.4 推杆的设计 推杆通过螺栓与托板两侧相连接。推杆的安装角度是水平面斜向上 45 度角。此推杆 的外径为 3cm，内径为 2.4cm，长为 66.4cm,宽度为 33cm。 推杆的内部为中空的，可以节省材料，并且在将推杆斜向上 45 度安置在托板两侧的 时候，可以减轻由于自身的重量所给螺栓带来的拉力。 如下图 5-7 所示： 图 5-7 装载车推杆 6 结论与建议 本文在设计中，我认真分析了国内外的汽车减震器气动拉伸床的设的现状，查阅了 大量的文献与资料，通过对于气动技术与拉伸装置进行比较，再结合我国的气动液压等 技术现状，通过对比分析论证，选择了比较合理的设计方案。通过分析、设计与计算， 设计了这款由气缸作为动力源的轻型卡车减震器气动拉伸床。 由此我们得出以下结论： 1）我们所设计的这款减震器气动拉伸床有两个定位件，保证了所拉伸减震器沿着线 性方向上运动的准确性与拉伸长度的精度。 2）该设计所用的材料比较节省，尤其机架的选择，选为一体机架，节省了材料，制 作方便，装置中不需要额外的大功率机器，节省了成本。 3）这款汽车减震器气动拉伸床上安装有滑动导轨，保证了减震器是随着气缸活塞杆 沿着线性方向上移动，保证其拉伸的稳定性，不至于在其非线性方向上窜动。 4）该装置操作方便可靠，简单易行，降低了了操作工的劳动