【毕业论文】可四轮定位四柱式汽车举升机设计【2014年汽车机械专业答辩资料】

可四轮定位四柱式汽车举升机设计 1 摘 要 随着汽车工业的迅速发展 ,汽车维修工业也迅速壮大。特别是改革开放以来 ,我国的汽车维修行业有了很大的发展，为之服务的汽车维修设备行业已成为我国的新兴行业并不断发展壮大。作为汽车维修用必备之一的各种汽车举升机设备如雨后春笋般的涌现。但符合国际标准的不多 ,中高档层次的举升机没有。 本设计结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要 ,设计符合国际标准的、液压驱动及可四轮定位的四柱式汽车举升机。四柱式举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。本设计只采用一个液压缸 ,其他立柱通过钢丝绳连接以实现 同步举升。举升前 ,汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。其具有承载稳定、支承载荷受力简单、应力较低等优点 ,具有较高的使用价值。 对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资 ,因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一 ,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机 ,为汽车维修企业服务。 关键词 : 四轮定位，四柱式，液压驱动，同步举升 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 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 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 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 资料 ， 扣扣 加 414951605 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 4 目 录 摘要 1 ABSTRACT 2 0 引言 4 1 国内外现状 5 1.1 国外的情况和发展趋势 5 1.2 国内的情况和发展趋势 9 2 课题分析 10 2.1 设计技术要求 10 2.2 设计特点 10 2.2.1 举升机台板降到下位时，与地面应尽可能在同一平 面上 10 2.2.2 正确选择传动方式 10 2.2.3 钢丝绳的选择 10 2.2.4 汽车举升机的安全保证措施 11 3 方案论证 11 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 5 3.1 纯机械结构 11 3.2 液压结构 12 4 机械部件设计计算 14 4.1 举升机运动过程原理 14 4.2 立柱设计计算 16 4.3 梁设计计算 20 4.3.1 强度校核 22 4.3.2 刚度校核 23 4.4 桥身设计计算 23 4.4.1 强度校核 25 4.4.2 刚度校核 27 4.5 钢丝绳强度校核 27 4.6 滑轮轴承的选用及校核 29 5 液压系统设计计算 35 6 电气控制原理 37 7 结论 40 8 参考文献 41 9 附录 43 10 译文 44 11 原文说明 57 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 6 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 0 引言 由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍存 在，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。“十一五”规划的发展思路和目标是：建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 7 1 国内外现状 1.1 国外的情况和发展趋势 汽车举升机在世界上已经有了 80 多年的历史。 1925 年在美国生产的第一台汽车举升机 ,它是一种由气动控制的单柱举升机 ,如图 1.1 所示 。 由于当时 采用的气压较低 ,因而缸体较大 ,同时采用皮革进行密封 ,因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到 10 年以后 ,即 1935 年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始被采用。 图 1.1 单柱举升机 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 8 1937 年美国另外一家公司生产出第一台四柱举升机 ,随后在美国一家公司也生产出类似的举升机 ,如图 1.2 所示。这两种举升机均由螺旋驱动 , 图 1.2 四柱举升机 其方案是 :每一立柱内均有一螺母及螺杆 ,由装在地面上的链条串连起来以实现同步驱动 ,此四柱举升机在市场上并未获得成功 ,而单柱举升机却继续得到 更大的普及。 1948 年 Joseph Bardbury & Sohs (即现在的 TI Bardbury)生产出该公司的第一举升机 ,其方案是 :在四柱举升机的一个主柱内装有一套螺旋驱动机构 ,举升台板的其它三个角落通过钢丝绳与动力主柱相连。 1950 年 Bardbury 将机械式螺旋驱动机构改为液压机构 ,只采用一个液压缸 ,其他立柱通过钢丝绳连接以实现同步举升 ,由于当时的液压压力尚未超过 35 40Kg/cm因而第一台液压举升机的缸体直径较大。五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销路急剧下降 ,而四柱举升机却跃居主导地位 ；但是 在美国单柱举升机却继续受到人们的喜爱。 1956年 Borg 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 9 Warner 和 Plessey 生产液压压力能达到 140 175Kg/cm的液压齿轮泵 ；借助于此 , Bardbury 又生产出双功能举升机 ,这在举升机的设计上是一个突破性进展。此举升机可以用两种方式支撑汽车 :车轮支撑型 ；车轮自由型。此发明在市场上很受欢迎。到 1960年在英国的市场上占有率竟达 75%。1961 年 Bardbury 生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统 ,并在全世界17个国家获得了专利。但在南美洲仍然喜爱单柱举升机 ,只是现在已将其改为液压传动。 1966 年 ,一家德国公司生产出第一台双柱举升机 ,如图 1.3 所示。这是 图 1.3 双柱举升机 举升机设计上的又一个突破性进展 ,但是直到 1977 年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。现在双柱举升机在市场上已占据牢固的地位 ,其销量还在继续增长。它和四柱举升机相比 ,既有优点 ,也有缺点 ,以下将作 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 10 一简要说明。 我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式 ,在举升前汽车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计 ,如简式举升机上、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题 :接近汽车下部较难 ,在车 间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。当然 ,可移动性是这类举升机的突出优点。现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用 ,而移动式举升机却相对要少得多。 最初设计单柱举升机外 ,车辆较大 ,其底盘也能明显辨认 ,因而汽车检修区远远大于举升器件。而今绝大多数汽车均为“紧凑型 ” 或“半紧凑型 ” ,导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。但在南美洲却属例外 ,那里仍然采用较大的车辆 ,这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然继续受到欢迎的重要原因。单柱举升机有两大优点 :当其下降后 ,不会成为维修车间的障碍物 ；汽车可 在举升机上转动。但美国却受到了责难 ,主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。单柱举升机的主要缺点是 :第一 ,它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装 ；其次 ,它只能为使用提供车轮支撑方式 ；第三 ,使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。举升机用的主油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题 :第一是检修这些零部件颇为困难 ；其次是油缸所处的环境条件差 ,容易生锈 ,特别是地下水位较高时更是如此。 双柱举升机 (包括液压式和机械式 ),均具有以下优点 :第一 ,检修汽车下部具有很高的可接近性 (几乎达到 100%)；其次 ,采用车 轮自由型的方式支撑车辆 ,因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施 ；第三 ,结构紧凑 , 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 11 专地面积小。双柱举升机的缺点是 :第一 ,为确保安全 ,安置举升机时的要求非常严格 ,否则在举升过程中容易摇晃或颠覆 ；第二 ,由于此举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车 ,如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便 ,如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等 ；第三 ,由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力 ,其承力件易于磨损。因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。 如图 1.2 所示 ,四柱举升机有四根立柱、两根横梁、 用于支撑汽车的两个台板。举升前 ,汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。由于台板内侧设备有凸缘 ,当汽车驶上台板时也不致于坠入其间的空隙中 ,车轮支承型四柱举升机的优点是 :第一 ,举升机装载汽车时勿需较高的技术 ,操作又很简单 ；第二 ,承载时非常稳定 ；第三，支承载荷受力简单 ,应力较低 ,从而延长了设备的使用寿命 ；第四 ,由于具有较高的使用价值 ,从经济上来看也是合算的 ；第五 ,易于维修 ；第六 ,在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦 ,其混凝土厚度能够牢固立柱的地脚螺栓即可。四柱举升机的缺点是 :和双柱举升机相比 ,占地面积较大 ,对汽车检修区域的可接近性差。 1.2 国内的情况和发展趋势 由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍存在，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。“十一五”规划的发展思路和目标是：建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 12 修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际 需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。 有人说 :对于汽车维修企业来说，汽车举升机可能是除厂房外的最重要的投资 ,因为它具有至关重要和不可替代的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴衰。汽车举升机是汽车维修设备行业的支柱设备之一 ,让我们生产出更多、更好、更受用户欢迎的汽车举升机 ,为汽车维修企业服务。 2 课题分析 2.1 设计技术要求 最大举升质量 4000公斤；最大举升高度 1700 毫米；可用于四轮定位的四柱式举升机；符合汽车举升机行业安全标准。 2.2 设计特点 2.2.1举升机台板降到下位时 ,与地面应尽可能在同一平面上 为达到此目的 ,虽然可在地面上挖掘凹坑 ,但需增加投资费用 ,也破坏了车间地面的平整性。为此 ,在保证强度和刚度的前提下 ,应尽可能降低举升机台板和横梁的高度 ；这样既便于汽车驶上举升机 ,又使驶上台板的斜面长度尽可能短 ,节约车间的占地。在条件许可时举升机台板 (或横梁 )应选择专用型钢或用钢板折弯成形。 2.2.2 正确选择传动方式 采用机械传动 (螺母、丝螺 )或液压传动 (油缸 ),均用电动机驱动。机械传动的成本较高 ,耗能较多，但安全性较好。经验证明 :机 械传动的能耗 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 13 为液压传动所需能耗的两倍 (在举升载荷、举升时间均相同的条件下 )。机械示举升机的螺母、螺栓磨损较快 ,而液压示举升机的维修量却相对要小些。虽然液压示举升机的技术难度较大 ,但多数零部件 (液压泵、液压缸、阀门、密封元件等 )均可外购或外协 ,当然一定要选用优质产品。 2.2.3 钢丝绳的选择 为了减少滑轮直径从而缩小举升机立柱的断面尺寸 ,应该选用高柔度的钢丝绳。钢丝绳应有较高的安全系数 ,一般应达 8。为此 ,应增加钢丝绳钢丝的数目。如英国某公司 3t系列的举升机所采用的钢丝绳的直径为 9mm,两根并列 ,每根 37股 ,每股 6 根钢丝。滑轮和钢丝绳的直径比为 18 比 1。滑轮通常用钢材制成 ,而该公司采用的玻璃钎维与尼龙混合制成 (50%的玻璃钎维、 50%的尼龙 )。这样 ,不仅价格便宜 ,还能减轻钢丝绳的磨损 ,延长其使用寿命。 2.2.4 汽车举升机的安全保证措施 今天全世界都对在危险作业环境下工作的人们的安全寄予极大的关注。汽车举升机具有潜在的危险 ,因为人们要在其下面工作，当其升降时如不小心 ,也会碰伤手足。近年来不少国家还制定了专门性法规 ,以防止或至少使安全事故的可能性降低到最低限度。 汽车举升机的安全保证措施主要应从两方面着手 :一方 面应从设计制造方面采取措施 ,好提高汽车举升机的安全技术特性 ；另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作规程 ,保证汽车举升机能在良好的技术状态下正确的运行。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 14 3 方案论证 3.1纯机械结构 设想由齿轮 齿条结构做主动力结构，由电动机带动齿轮转动，齿轮与固结在升降板上的齿条啮合，带动齿条上下运动 从而达到举升的目的。 简单示意图如图 3.1，具体过程如图 3.2 所示。 图 3.1 结构示意图 图 3.2 系统 框图 此结构的优点是结构简单，易于操作，传动精度高， 响应快等等，但也存在着十分巨大的问题：第一，由于是四柱举升，按照上面结构，势必要在每个柱上都设计此结构，并可能需配置 4 个电动机，不仅增加额外重量，而且经济性也不好，同时对同步举升存在缺陷。第二，由于是齿轮 齿条啮合的举升，所以汽车的重量都由轮齿间的啮合力平衡，对齿轮齿条的刚度要求很高，而且长期负载，容易产生疲劳失效。 电动机 齿条 升降板 限位开关 齿轮 汽车 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 15 3.2 液压结构 设想由液压结构带动刚索伸缩运动，刚索的另端经过滑轮固结在柱上，液压缸固结在平板上，由于刚索的伸缩，产生反作用力，举升汽车。具体过程如图 3.3所示。 图 3.3 系统框图 优点： （ 1） 液压传动可在运行过程中进行无级调速，调速方便且调速范围大。 （ 2） 在相同功率的情况下，液压传动装置的体积小、重量轻、结构紧凑。 （ 3） 液压传动工作比较平稳、反应快、换向冲击 ,能快速启动、制动和频繁换向 。 （ 4） 液压传动的控制调节简单，操作方便、省力，易实现自动化，当其与电气控制结合，更易实现各种复杂的自动工作循环 。 （ 5） 液压传动易实现过载保护，液压元件能够自行润滑，故使用寿命较长 。 （ 6） 由于液压元件已实现了系列 化、标准化和通用化，过制造、使用和液压结构 升降板 刚 索 下限位开关 上限位开关 下降 上升 PLC 程序 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 16 维护都比较方便。 主要 缺点 ： （ 1） 由于流体流动的阻力损失和泄漏较大 ,所以效率较低。如果处理不当 ,泄漏不仅污染场地 ,而且还可能引起火灾和爆炸事故。 （ 2） 工作性能易受温度变化的影响 ,因此不宜在很高或很低的温度条件下工作 通过综合考虑和对比，利用液压结构在汽车举升机构中具有明显优势。 4 机械部件设计计算 4.1 举升机运动过程原理 本四柱举升机由液压驱动，通过滑轮与钢丝绳传递应力，具体运动流程见图 4.1： 电动机 液压缸 钢丝绳 平 板 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 17 图 4.1 简单示意流程图 在上述流程中，电动机正转，液压缸排液，与钢丝绳连接的液压杆缩回，通过滑轮的变向，使平板受到向上的的举升力，平板被向上举升。同样的，当电动机反转，液压缸注液，掖压杆伸出，此时平板仍然受向上的力，只是钢丝绳在伸长，平板受重力作用自动下降。 简单的结构示意图见下图 4.2： 图 4.2 简单结构示意图 由以上结构简图可见： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 18 （ 1）由于平板的举升、下降是由液压杆的伸缩运动控制，所以平板的最大举升高度主要受液压杆初始长度的影响，安装的时候液压杆初始长度 1 米的话，最大举升高度也为 1米。 （ 2） 立柱内固定点实则为立柱盖上与钢丝绳连接的一结构，在安装时可以调节结构，（示意图上为上移或下移固定点）使得被四个立柱支撑的平板在同一水平面内。 4.2 立柱设计计算 此设计为四柱举升机，共有四根立柱，呈对称布置，故只分析设计其中一根即可。立柱承受主要的应力，因此有较高的强度要求。 由于立柱可简化为一端固定，一端自由的压杆，所以主要从稳定性方面考察立柱的工作 形式。立柱的简化图如图 4.3： 图 4.3 立柱受力分析图 由材料力学的知识可得，压杆失稳时杆件上的平均压应力称为临界应力，也即我们要讨论的应力。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 19 细长压杆的临界应力为： 22()crcrF EIA L A (4.1) 为长度系数。对于不同的受压形式杆件有不同的数值。在本例中 =2.0 E 为弹性模量 ，aGP I 为惯性矩， 4mm A 为截面面积， 2mm L 为压杆长度， mm 若引入截面的惯性半径 i ： IiA （ 4.2） 再引入柔度因子 ： Li （ 4.3） 那么临界应力可表示为： 22crE （ 4.4） 现确定截面的惯性矩。截面尺寸见下图 4.4： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 20 图 4.4 立柱截面图 图中： a = 10 立柱壁厚， mm b = 180 立柱去除壁厚后的宽度， mm B = 200 立柱的宽度， mm h = 130 立柱去除壁厚后的高度， mm H = 150 立柱的高度， mm L = 40 立柱缘的宽度， mm 计算如下： 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 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 21 截面形心的纵坐标： 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 所以各分截面对形心轴的惯性矩为： 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 截面对 Z 轴的惯性矩为： 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 因为材料为 Q235，查手册可得 1 0 0 , 6 1 . 6po 所以此杆属于小柔度杆。 应用公式： cr s （ 4.5） 由手册可得 Q235 的 235saMp 所以 2 3 5 4 8 0 0 1 1 2 8c r c rP A K N 即可承受压应力值。 由于设计举升重量为 4t 假设最大举升机重量为 3t 则每根立柱实际最大承重 P=17.25KN 远远小于 crP 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 22 所以 满足强度要求。 4.3 梁设计计算 梁力学上可简化为下图 4.5： 图 4.5 梁受力图 图中： L 梁的有效长度， mm G 梁的自重， N a 梁的支架到承受桥上重力一端的距离， mm c 架在梁上，桥与梁接触的有效宽度， mm 由设计过程，可得： a = 250mm c = 500mm L = 3000mm q = 20N/mm 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 23 G = 842.4N 由计算来看，自重相对于梁上所受外力很少，为简化后面计算，忽略自重，对最终计算结果基本无影 响。 现计算过程如下： 由梁的平衡条件可得： 10abF F K N 由梁的受力情况绘出梁上的剪力及弯矩图，如图 4.6 图 4.6 弯矩图 由图得： m a x 10000QN m a x 7500000M N m m maxQ 梁上最大剪力 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 24 maxM 梁上最大弯矩 4.3.1 强度校核 梁的截面尺寸如图 4.7： 图 4.7 梁截面图 由设计过程可得： 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 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 25 所以截面对形心轴的惯性矩 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 所以此梁满足强度要求。 4.3.2 刚度校核 在 q 的作用下，梁产生的最大扰度为于中点，则 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 材料的弹性模量 b = a+c/2 所以 m a x 0 . 0 5 6y m m y 符合刚度要求。 4.4 桥身设计计算 桥身力学上可简化为下图 4.8： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 26 图 4.8 桥身受力图 其中 C ， D 两点视为车轮与桥身的接触点 桥身与梁的接触面简化为 A ， B 两点 由设计过程得： L1=2500mm L2=1025mm L=4550mm G=10000N 单个车轮上的车重 由平衡条件可得梁对桥升的反力： 10000abF F N 由桥身的受力情况绘出桥身上的剪力及弯矩图，如图 4.9： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 27 图 4.9 弯矩图 由图得： m a x 10000QN m a x 10250000M N m m maxQ 梁上最 大剪力 maxM 梁上最大弯矩 4.4.1 强度校核 桥身的截面尺寸如图 4.10： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 28 图 4.10 桥身截面图 由设计过程可得： 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 所以截面对形心轴的惯性矩 2341 1 1 2/ 1 2 / 2 4 5 1 9 4 . 6 7zcI L a A L a y m m 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 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 所以此梁满足强度要求。 4.4.2 刚度校核 在 q 的作用下，梁产生的最大扰度位于中点，则由公式 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 材料的弹性模量 b = a+c/2 所以 m a x 0 . 4 7y m m y 符合刚度要求。 4.5 钢丝绳强度校核 表 4.1钢丝绳类型（ GB/T8918-1996) 组别 类别 分类原则 典型结构 直径范围/mm 钢丝绳 股绳 1 圆股钢丝绳 67 6个圆股，每股外层丝可到 7根，中心丝 (或无 )外捻制 1 2层钢丝，钢丝等捻距 67 (6+1) 2 36 69W (3/3+3) 14 36 2 619(a) 6个圆股，每股外层丝 812根，中心丝外捻制 2 619S (9+9+1) 9 36 619W (6/6+6+1) 8 40 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 30 3层钢丝，钢丝等捻距 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个圆股，每股外层丝14 18根，中心丝外捻制3层或 3层以上的钢丝，钢丝等捻距 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个圆股，每股外层丝 812根，中心丝外捻制 23层钢丝，钢丝等捻距 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个圆股，每股外层丝14 18根，中心丝外捻制3层或 3层以上的钢丝，钢丝等捻距 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 钢丝绳中有 17或 18个圆股，在纤维芯或钢芯外捻制 2层股 177 (6+1) 6 36 187 (6+1) 6 36 1819W (6/6+6+1) 14 44 7 347 钢丝绳中有 34或 36个圆股，在纤维芯或钢芯外捻制 3层股 347 (6+1) 16 44 367 (6+1) 16 44 8 624 6个圆股，每股外层丝12 16根，股纤维芯外捻制 2层钢丝 624 (15+9+FC) 8 40 624S (12+12+FC) 10 44 624W (8/8+8+FC) 10 44 9 619(b) 6个圆股，每股外层丝 12根，中心丝外捻制 2层钢丝 619 (12+6+1) 3 7 10 637(b) 6个圆股，每股外层丝 18根，中心丝外捻制 3层钢丝 637 (18+12+6+1) 5 11 11 异型股钢丝绳 6V7 6个三角形股，每股外层丝 7 9根，三角形股芯外捻制一层钢丝 6V18 (9+/32+3/) 20 36 12 6V19 6个三角形股，每股外层丝 10 14根，三角形股芯或纤维芯外捻制 2层钢6V21 (12+9+FC) 11 36 6V33 (12+12+/32+31) 28 44 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 31 丝 13 6V37 6个三角形股，每股外层丝 15 18根，三角形股芯外，捻制 2层钢丝 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个扇形股，每股外层丝15 18根，纤维股芯外捻制 3层钢丝 4V39S (15+15+9+FC) 8 36 4V48S (18+18+12+FC) 20 40 15 6Q19+6V21 钢丝绳中有 12 14个股，在 6个三角形股外，捻制6 8个椭圆形股 6Q19+6V21 外股 (14+5) 40 58 内股 (12+9+FC) 6Q33+6V21 外股 (1513+5) 内股 (12+9+FC) 参考上表，考虑举升机的实际情况，本设计考虑采用圆股 6X7 型钢丝绳。查机械手册可得， 单根 10.3mm钢丝绳的 69np kN 本设计中举升机加上汽车重量为 5t，由四根立住，即四根钢丝绳举升， 所以每根钢丝绳的所受应力 12.5p kN 得钢丝绳安全系数为 5 .5 2npn p 符合要求。 4.6 滑轮轴承的选用及校核 下表 4.2是截取的一段深沟球轴承的尺寸参数 在本设计中，举升机的举升重量为 5T， 共有四个立柱内滑轮分别承受 1.25T的重量。所以在选用轴承时拟选用 6406这一型号。 6406具体参数如下： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 32 名称深沟球轴承 标准 =GB/T276-1994 轴承代号 =6406 基本尺寸 d(mm)=30 基本尺寸 D(mm)=90 基本尺寸 B(mm)=23 安装尺寸 damin(mm)=39 安装尺寸 Damax(mm)=81 安装尺寸 rasmax(mm)=1.5 基本额定载荷 Cr(kN)=47.5 基本额定载荷 Cor(kN)=24.5 极限转速 脂 (r/min)=8000 极限转速 油 (r/min)=10000 重量 (kg)=0.71 轴承额定载荷： 47.5rC kN 每个轴承实际载荷： 12.5C kN 安全系数为： 3.8rCnC 符合要求。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 33 表 2 深沟球轴承的尺寸参数 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 34 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 35 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 36 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 37 5 液压系统设计计算 设计要求： 额定举升重量： G1=4000 kg 液压缸有效工作行程： L2=1500 mm 全行程上升时间： t1=20s 液压缸参数： 选用“ HCS-80-拉”型液压缸，主要尺寸： 缸体外径 D=95 mm 活塞直径 d1=80 mm 活塞杆直径 d2=30mm 活塞最大行程 Lm=1750 mm 液压缸工作压力计算： 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 38 221 1 2( / 2 ) / ( ) / 4 4 . 6 3P G d d M P a 液压泵流量选择： 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 阀调节 升降时间： 上升时间 1 2 1/ 4 3 . 1 8t L V s 下降时间 2t 由限流阀调节 液压缸动力单元功率计算： / 6 1 2ppP q p （ 5.1） 其中 p 为液压泵的总效率 本设计中取 0.7 所以 P=0.973KW 所以选定电动机功率为wP=1.1KW 可选用型号 Y802-2 活塞缸强度验算 根据活塞杆只受拉力作用的工作情况，演算公式为： 1 / 23 5 .7 ( / )dF （ 5.2） /b n 其中：b=530MPa 材料抗拉强度 n = 5 安全系数 所以， 1 / 23 5 . 7 ( / ) 2 1 . 7 2d F m m 活塞实际直径 2dd 满足强度要求。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 39 6 电气控制原理 举升机是通过电动机驱动，这必然要涉及电气控制。本设计采用继电器控制原理，通过继电器和几个开关元件达到简单控制的目的。由于举升机构比较简单，这种控制比较适合。 下图 6.1即为所设计的控制原理图，现简单阐述如下： 图为电机正反转按钮控制电路，从主电路看，接触器 KM1 与 KM2主触头接法不同，因此当 KM2 主触头闭合时，引入电机的电源线左，右两相交换，从而改变了相序而使得电机转向改变。 再分析，电机正转时，按下 SB2使得 KM1得电并自锁。此时按下 SB3也不能使接触器 KM2 得电。电机要反转时，必须先按下停止按钮 SB1，使得 KM1 失电，其常闭触头闭合，然后在按下 SB3， KM2 才能得电，电机反转。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 40 图 6.1 电气控制原理示意图 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 41 安全控制机构的控制原理是基于如下图 6.2 结构的： 图 6.2 安全装置 KM3 是电磁铁继电器，结构上就安装在 1 处。初始电磁铁不得电，结构处于图示状态，当 SB4 闭合，继电器得电，电磁铁吸引活动挡板向左移 动，弹簧推动安全板也向左移动，与凸台接触或者搁置于凸台上，安全机构起作用。当 KM3 失电，电磁铁失去吸引力，活动挡板向左移动，回到初始位置，安全斑与凸台分离，安全机构失去作用，举升机可下降。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 42 7 结论 （ 1）计算结果表明预定方案基本可行。 （ 2）设计结构的刚度、强度均满足设计要求。 （ 3）设计结构合理、尺寸紧凑、容易制造、生产成本低、容易组织生产。 （ 4）所选 液压缸的行程、强度均满足设计要求，且整个行程上升时间小于 60s。 （ 5）电气控制设计使举升机简单易操作。 （ 6）预定的技术路线是成功的，设计步 骤是合理的。 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 43 参考文献 1 成青园 .汽车举升机的技术发展概况 J.中国汽车保修设备 ,1995(108):16-19. 2 马国林 .汽车举升机发展策略 J.航空企业管理， 2002(1):12-13. 3 赵英勋 .汽车检测与诊断技术 M.北京 :机械工业出版社， 2003. 4 李柱国 .机械设计与理论 M.北京 :科学出版社， 2003. 5 成大先 .机械设计手册 M.北京 :化学工业出版社 ,2002. 6 孙国均 .材料力学 M.北京 :机械工业出版社 ,2004. 7 汪恺 .机械设计标准应用手册 M.北京 :机械工业出版社 ,1997. 8 成大先 .机械设计图册 M.北京 :化学工业出版社 ,2000. 9 杨汝清 .现代机械设计 系统与结构 M.上海 :上海科学技术文献出版社 ,2000. 10 杨黎明等主编 .机械零件设计手册 M.北京：国防工业出版社， 1987. 11 胡寿松主编 .自动控制原理 M.北京：国防工业出版社， 1994. 12 浦炎主编 .机械传动装置设计手册 M:上册 .北京：机械工业出版社， 1999. 13 顾永泉著 .机械密封实用 技术 M.北京：机械工业出版社， 2001. 14 汪曾祥 魏光英主编 .弹簧设计手册 M.上海：上海科学文献技术出版社， 1994. 15 邹惠君编著 .机械系统设计原理 M.北京：科学出版社， 2003. 16 邹惠君编著 .机械原理 M.北京：高等教育出版社， 1999. 17 张英会主编 .弹簧 M.北京：机械工业出版社， 1982. 18 王晓明 .电动机的单片机控制 M.北京 :北京航天航空出版社 ,2002. 19 杨渝钦 .控制电机 M.北京 :机械工业出版社 ,1998. 20 陈祝年 .焊接设计简明手册 M.北京 :机械工业出版社 ,1997. 21 王兆义 .可编程控制器教程 M.北京 :机械工业出版社 ,1992. 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轮轨道和一个连接举升支架的棘轮棘爪。当棘轮棘爪处于轨道啮合位置时，棘爪允许举升支架上移而阻止它下降。棘爪通过连接在棘轮棘爪上的释放杆移动到释放位置。释放杆的一头被定位在最近的立柱上，并有选择的啮合立柱以此来推动棘爪离开立柱并装枢轴于释放位置。棘轮锁机构被自动地接合在上移的举升支架上。自动防故障装置包括一个安在举升支架上的柔性连接件并在其最上端和最下端之间是可移动的。柔性举升部件置于柔性连接件的最上端。弹簧在柔性举升部件里起反作用力，并在其失去拉力时迫使柔性连接件处于最低位置。柔性连接件被连接在棘爪释放杆上，利用其向下运动来移动释放杆去接合棘爪并防止举升支架下降。 描 述 发明背景 00021.发明领域 0003此发明关系到汽车保养用举升机领域，特别是在垂直立柱或圆柱上装有滑动举升支架并通过链条、缆绳或其它柔性举升部件支承的柱型举升机的保险锁机构。 00042.相关技术描述 0005各种各样的柱型汽车举升机先前已经被认识并应用于汽车维修行业。柱型举升机可分为地下型和地面型两种。地下型举升机通常有一根或两根安装在维修车间地下的垂直圆柱，它们是通过液压驱动的。地面型举升机通常有两根或四根垂直立 柱，每根立柱都有举升支架，并装有一个或多个举升臂来举起车辆。通过绞盘或液压驱动链条、缆绳或其它柔性举升 可四轮定位四柱式汽车举升机设计 48 部件，举升支架被举起或降落。 0006早已熟知的是提供棘轮锁机构的汽车举升机能防止举升机支架的突然下降，那些事故可能导致伤害操作人员或损坏车辆。这些设备一般包括一条棘轮轨道，上面布满垂直间隔的模块，它们被连接在立柱和连接有举升机支架的棘爪上，并有选择的啮合棘轮轨道。当啮合时，棘轮锁机构允许举升机支架上升，但阻止它下降。为了降低举升机支架，棘轮棘爪必须被人工解开。这些棘轮锁机构的同一问题是：为使其工作，在 举升机再次被举起之前，棘轮必须被重新啮合。 0007如被啮合，棘轮锁机构将起到防止举升机支架突然下坠的作用。但它不能自己提供同一安全水平，因为它必须被解开以降低举升机。在举升机下降过程当中，如果一根柔性举升部件断裂或在任何时候因疏忽使棘轮锁处于非啮合位置时，就没办法防止各举升机支架一直降到立柱底部。为了确保安全，保险锁设备应该包含一个自动防故障装置，它能在发生事故时自动地重新啮合棘轮锁机构。 0008一些合成了自动防故障装置的保险锁设备先前已经被人熟。 E.H. Steedman 的 U.S. Pat. No. 2,238,573 发明了一个有自动防故障装置并由绞盘和缆绳操纵的汽车举升机，其中每根缆绳都被连接在曲柄上，曲柄被附在举升机支架的内部，弹簧拉力相对于缆绳起反作用。如果缆绳断裂，弹簧拉力将曲柄回转到它的连接点，使曲柄尾部接合立柱背面的某个钻孔 ， 以 停 止 支 架 的 继 续 下 降 。 Steedma 先 生 的 第 二 个 专 利U.S.Pat.No.2,266,915 发明了由一个开口型棘轮机构组成的自