毕业设计---双柱机械式汽车举升机设计

天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education（高等教育自学考试）毕 业 设 计专业及代码： 机械制造与自动化 801准考证号： 130214100480学生姓名：指导教师： 杨贵田 高级教师二一六年六月天津职业技术师范大学自考本科生毕业设计双柱机械式举升机专业及代码：机械制造与自动化 801学生姓名： 指导教师：杨贵田 教授学生学校：天津工程职业技术学院2016 年 6 月摘 要双柱机械式汽车举升机，它包括两个眶形举升柱，两个垂直滑动在该眶形举升柱上的升降滑架，两个托臂和两个轨道式托板，其特征在于所述眶形举升柱是由结构在下部的底板升底梁升矩形齿轮箱及矩齿轮箱两侧短边向上延伸的方形导柱连接上部的横梁构成的整体；所述眶形举升柱下面的矩形齿轮箱其中一个是安装电动机的驱动箱；而所述升降滑架是由两个平行固定在其上的托臂穿过所述轨道式托板上滑套的孔位相互连接。关键词： 滑动螺旋副；导轨；丝杠；制动器；组合开关 AbstractDouble-column mechanical vehicle lift, which consists of two orbital-shaped lifting column, the two vertical slip in the shape of the orbital movements of Sliding lifting column, two arms and two track-type care pallet, characterized Lifting column orbital shape is described by the structure of the lower floor in the end beam l l rectangular gear box gear box and the moment the short side upward on both sides of the square top of the beam column connection guide the overall composition; described lifting the orbital shape rectangular column following gear one is to install the motor drive box; and movements described in two parallel slip planes is fixed in the care of their arm through the sleeve described in track-type pallet interconnected pore spacesKeywords ：Slip ；Screw guide ；screw brake ；combination ； switch目录第一章 绪 论 .11.1 研究背景 .11.2 国内外研究现状 .11.3 设计主要内容及步骤 .21.4 设计的目的和意义 .2第二章 总体结构设计 .32.1 尺寸和结构 .32.2 传动路线的设计 .42.3 同步装置的选择 .42.4 电机的选择 .5第三章 立柱与托臂的设计 .73.1 立柱的校核计算 .73.2 托臂的校核 .103.3 联接件的计算与校核 .12第四章 传动系统的设计 .144.1 螺旋传动的设计 .144.2 链传动的选择 .224.3 带传动的选择 .26第五章 结论与建议 .305.1 结论 .305.2 建议 .30参考文献 .31致 谢 .32附 录 .33第一章 绪 论1.1 研究背景随着我国汽车深入家庭，汽车维修业也迎来了一个高峰期，而随之对汽车举升机的需求也日益增加，因为它是大多数汽车修理车间的常用设备。然而现在国内市场上具有一定生产规模和自主产权的汽车举升机厂家很少，对举升机的研究工作还很欠缺，因此对汽车举升机的设计很有现实的意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 举升机的分类我国的汽车举升机是 20 世纪 80 年代依据国外的产品技术生产的，由于移动和拆装方便，也便于维修中小型汽车，逐渐代替了以前维修汽车通用的“地沟”模式。汽车举升机产品种类较多：按提升动力来分：有液压和机械两种形式。按结构类型来分：有单柱式、双柱式、四柱式和剪式。1.2.2 举升机的优缺点分析机械式举升机的特点：同步性好，但机械维护成本高（换铜螺母及轴承） 。机械连接可以是钢丝绳或链条，这样设计有一个缺点：如果钢丝绳或者链条在工作中伸长了，从而导致升降时拖架的移动不能同步。液压式举升机的特点：维护成本低，单缸同步性好，但双缸同步性较差。液压式又分单缸和双缸式，单缸也分两种：老单缸和新单缸，双缸分龙门式和无地板式。单缸同步性虽很好，但油缸机械式地连接在对面立柱的托架上。双柱式液压举升机的特点：液压举升，维修少。质量稳定，下降时需要两边拉开保险才能下降。油缸置下部占用下面的空间。四柱式举升机的特点：四柱式在具有双柱式液压举升机的特点的同时还可以实现四轮定位的检测，安装升举更加的方便，中大型的修理场有广泛的应用。1.3 设计主要内容及步骤 1.3.1 举升机总体结构的设计。根据承载能力及通常车辆的尺寸，设计出总体框架的大小1.3.2 举升机传动系统的优化设计。主要考虑电机，以电机为基础进行传动系统初始条件的设计，并对螺旋传动中的丝杠螺母进行急停装置和安全保险装置的设计 1.3.3 举升系统零部件的设计对立柱，托臂以及连接装置进行设计计算 1.4 设计的目的和意义1.4.1 设计的目的通过进行全面的设计计算，来研制出一种适用型，经济型的机械式双柱举升机，它在举升车辆的应用范围上以及在维修厂的工作环境上得到优化设计。1.4.2 设计的意义通过对举升机全面系统的设计计算，对了解举升机的构造和传动进行了深入的探讨，对人们了解举升机，应用举升机以及以后的改进工作都有很高的现实意义。 第二章 总体结构设计2.1 尺寸和结构本机由立柱、滑套、底座三大部分组成。对举升机整体尺寸的设计使其满足汽车在举升机上的停放并且对汽车修理时，与修理工不发生冲突妨碍修理。具体尺寸如表 21最大举升重量 举升高度 举升时间 电机功率 外形尺寸 自重3000 kg 1750 50 S 3 KW 3000*50*2200 750 kg2.1.1 立柱为一方式空心焊接结构、电动机和皮带传动固定在立柱上端，传动丝杠固定在立柱上下端的轴承座内。2.1.2 滑套与传动螺母连接并带动托架上下运动;滑套内装有主滚轮，导间轮，承受升降过程中产生的侧向力并起导向作用。2.1.3 底座左右两立柱安装在底座上;底座用地脚螺柱固定在地基础上;在底座内设有链传动及其张紧装置。2.2 传动路线的设计图 2-2 举升机传动原理图1.副丝杆 2.副立柱升降滑架 3.9 主螺母 4. 7 副螺母 5.链轮 6.链条 8.主立柱升降滑架 10.电动机 11.13 带轮 12 皮带 14 主丝杠举升机一般常见的传动路线有液压传动和机械传动。液压传动，具有平稳，噪音低，易于防止过载的优点。但液压元件与油缸有拍对运动，虽对零件加工面的加工精度要求较高，但仍不可避免地会造成油液泄漏.使场地及人身造成污染，检修时有诸多不便，泄漏还会造成轿车在举升中两边四个支点处不平衡状态，因而必须另设安全保险装置。机械传动安全可靠，结构简单，零件加工精度低，安装维修方便，成本较低。使用寿命相对较短，但随着技术的改进，这个缺点也在得到逐步的改善。综上所述，结合现有国内外液压，机械传动(含钢丝绳传动)的各种举升机使用情况，我设计选用机械传动。传动路线为：电动机皮带传动主螺旋副传动链传动副螺旋副传动形式。 （见图 2-2）2.3 同步装置的选择举升机左右两立柱上的四个托架(与滑套相联接)，必须保证同步升降。目前采用的结构形式有三种:第一种是螺旋副锥齿轮长轴锥齿轮螺旋副机械传动结构。这种刚性联接方式，同步性好，但结构复杂，长轴虽可采用无缝钢管与短轴头焊接办法替代，但自重仍较大.第二种是选用外转性相近的两个电动机与加工精度相近的在装配时进行调整选配的两个螺旋副.分别驱动的传动结构。第三种是本人设计采用的链传动结构。同步性可靠，结构简单，自重小，结构安全可靠传动效率较高，但需设置调整方便的链传动的张紧装置。2.4 电机的选择（1） 电动机类型和结构形式的选择按照工作要求和工作条件，又要考虑经济性和可维护性，选用一般用途的 Y（IP44）系列三相异步电动机，根据整机结构布置，采用卧式封闭结构（2） 电动机容量计算电动机容量仅考虑功率即可功率 P=A/t式中：A 为工作所需的总能量， t 为工作时间代入数据得 P=mgh/t=3000*10*1.9/(50*1000)=1.14kw电动机功率 PL=P/其中,传动装置的总效率= 1 22 3 4 =0.95*0.982*0.55*0.94=0.47 1为带传动的效率.取 0.95 2为轴承的效率,取 0.98 3为丝杠传动的效率,取 0.55 4为链传动的效率,取 0.94所以 PL=1.14/0.47=2.4考虑到启动制动的影响，电动机功率PN1.1*P L=1.1*2.4=2.64 KW环境温度小于 400C，不需要修正，所以，最终选择电动机的功率为 3 KW通过机械设计手册（软件版） 查询所需电机为: 额定功率 （Kw） 3转速 （r/min） 1440电压 （V） 380额定电流 （A） 7最大长度 （mm） 380最大宽度 （mm） 283最大高度 （mm） 245（3）电动机额定转速的选择举升机工作转速一般，故选择常用的电机额定转速n1=1440 r/min2.5.1 举升行程 H举升行程 H 是指举升机能将汽车举升的有效行程。 n举升行程与维修人员身高有关，根据我国不同地区，男女性别的差异，最大举升高度可按 1.5m，1.65m，1.75m考虑。本人设计选用举升行程 1.75m。2.5.2 升降速度升降速度的快慢.直接影响生产率高低电动机功率大小，操作运行中安全以及机构布置等。现在的举升机的举升速度一般在 13m 之间，设计选择的举升速度为2.1m/min。第三章 立柱与托臂的设计3.1 立柱的校核计算F525保险装置支撑板FB YB XMHRRH YH X8 3 . 1 1 9图 3-1 主立柱受力示意图3.1.1 立柱的强度校核3.1.1.1 校核正应力强度 MAX=Mmax/W (3-1） =MC/W=2748272.10.1/253.83=1082.72Kg cm2许用应力选: =541100/(9.85)=1102.04Kg/cm 2 max600MPa,max=355 (3-18)根据公式计算得 F40临界载荷 （4-6a）22/crFEIL式中：E螺杆材料的拉压弹性模量，MPa，E=2.06*10 5 MPaI螺杆危险截面的惯性矩， 441Id/6,m代入数据，得Fcr =185455 N （4-6b）螺杆稳定性安全系数 scrS/12.36符合条件(10)丝杠效率 可由公式(4-7)tan()9.05.(式中，(0.950.99)轴承效率,决定于轴承形式, 滑动轴承取小值轴向载荷与运动方向相反时取+号，经计算得到丝杠的效率为 0.55。4.1.3 螺旋副尺寸参数设计结果(见表 4-2)表 4-2 螺旋副尺寸参数名称 代号 数值 关系式外螺纹大径 d 49.00内螺纹大径 D4 48.00 D4=d+2ac螺距 p 8.00牙顶间隙 ac 0.50基本牙型高度 H1 4.00 H1=0.5p内螺纹牙高 H4 4.5 H4=H1+ac=0.5p+ac外螺纹牙高 h3 4.5 h3=H1+ac=0.5p+ac牙顶高 Z 2.00 Z=0.25p=H1/2内螺纹小径 D1 40.00 D1=d-2H1=d-p外螺纹小径 d3 39.00 d3=d-2h3外螺纹中径 d2 44 d2=d-2Z=d-0.5p内螺纹中径 D2 44 D2=d-2Z=d-0.5p外螺纹牙顶圆角 R1 0.25 R1max=0.5ac牙底圆角 R2 0.50 R2max=ac原始三角形高 H 14.9 H=1.866p4.1.4 螺母的选用由于举升机的工作螺母是在低速重载下进行工作，因此国内传统的设计方法都是选用青铜(如 ZCuSnl0Pbl , ZCuAll0Fe3)作为螺母材料，形成青铜对钢的摩擦副。要保证理想的使用效果，这对摩擦副必须保持在润滑状态下工作。但由于举升机工作环境恶劣，大多数汽车修理厂不能明确专人使用和保养，不能保证丝杆螺母这对摩擦副在润滑状态下工作，因此，在失油的情况下，螺母磨损加剧，且时常伴有高达 90dB 的尖叫声.故我选用新型的 MC 含油尼龙材料作螺母。含油 MC 尼龙螺母的优点为：在承载过程中的一定量压缩变形，使整个螺母螺牙能全部承载，这样有利于降低牙型的作用力，保证牙型的强度，形成均载，磨损均匀; MC 尼龙螺母本身硬度低，对硬质的尘粒具有很好的相容性，能更有效地保护丝杆，使丝杆几乎不磨损。在运行过程中，MC 尼龙螺母不会出现象青铜螺母对丝杆在失油状态下的尖叫声。并且选用 MC 含油铸造尼龙螺母，有利于降低成本。4.1.5 丝杆螺母机构的安全性设计4.1.5.1 副螺母设计从上面的设计分析中可以看到，副螺母无论选用何种材料，如何进行设计校核计算，经过一段时间使用后，承载的工作螺母还是会磨损，会造成升降滑架的脱落，从而导致设备，甚至人身伤亡事故的发生。为了防止这一事故的发生，故又设计了一个与主螺母(工作螺母)有一相对距离 s 的副螺母。此副螺母在举升机正常工作时，虽随同主螺母升降，但不承受任何作用力，因而，不会随同主螺母磨损。当主螺母完全磨损后，升降滑架将会随同主螺母掉在副螺母上。因此，只要主、副螺母之间的距离 s 合适，副螺母有一定的厚度及足够的抗冲击强度，就能抵抗由升降滑架以及额定载荷下落时所产生的冲击力。由于 MC 含油尼龙还具有较好的缓冲特性，因此，仍选用 MC 含油尼龙作为副螺母材料。 4.1.5.2 急停装置的设计增加副螺母缓冲了主螺母磨损下落所造成的危害，但事故隐患并没有消除。为了能有效地发现这一故障现象，除了通过在两立柱挡尘板上开有检视孔用于观察外，还可以通过一套急停装置进行报警，如图 5-1 所示。急停装置由钢丝绳、滑轮、动作轮、行程开关及弹簧复位元件等组成。钢丝绳一端固定在主立柱内的升降滑斗上，另一端通过滑轮、底座，固定在副立柱内的升降滑架上。 正常工作中，主、副立柱内的升降滑架分别拉住钢丝绳的两端，通过滑轮使动作轮与行程开关保持图 4-3a 所示的工作状态，即行程开关不工作，处于常开状态。可以看到，当副立柱内的主螺母磨损造成升降滑架下落时，则钢丝绳松动，在弹簧力的作用下，动作轮带动滑轮上升，同时，动作轮在上移的过程中压下行程开关，如图 4-3b，发出报警信号，使电动机停止转动。当主立柱内的主螺母磨损，造成主升降滑架下落时，则钢丝绳拉紧，并带动滑轮使动作轮下移，下移的过程中，压下行程开关，发出信号，使电动机停止运动，如图 4-3c 所示。是否有可能出现主、副立柱内的主螺母同时磨损，并出现主、副立柱内的升降滑架同时下落，并使急停机构不能发出信号呢?应该说这种现象是有可能发生的，但通过若干试验，还没有发现主、副立柱内的升降滑架同时下落的实例，这主要与主、副123456789图 4-2 急停装置原理图1.副立柱升降滑架 2.主螺母 3.副螺母 4.钢丝绳 5.主立柱升降滑架6.滑轮 7.动作轮 8.行程开关 9.压缩弹簧图 4-3 动作轮与行程开关的工作关系a 正常工作状态 b 副立柱内主螺母磨损 C 主立柱内主螺母磨损立柱内的螺母材质、加工精度、润滑条件，是否偏载以及安装等因素有关。为防止出现主、副立柱内的主螺母同时磨损下落，一方面要求用户在规定使用次数(以年限来划分)内更换主螺母，另一方面通过立柱挡板的透视孔定期观察主、副螺母之间的距离 s，当其达到一定值后必须更换主螺母。本急停装置，当主、副立柱内的升降滑架因某种机械原因造成不同步，以及传动中的链条失效(如脱落或断裂)时，也将起到断电保护的作用。4.2 链传动的选择4.2.1 链传动初始条件的确定(表 4-3）表 4-3 初始条件的确定项目 数值 单位中心距初值 2500,可上调或下调 5% mm传递功率 3 KW小链轮转速 262 r/min平均传动比 1,可大或小 0.5%大链轮转速 262 r/min传动种类 水平传动传动速度 低速传动(v3m/s)中心距条件 可调载荷性质 中等冲击原动机种类 电动机或汽轮机张紧装置 张紧轮4.2.2 设计步骤及计算公式 （1）链轮齿数的选择与确定根据机械设计思路可知增大 z1，链条紧边的总拉力下降，多边形效应减小，啮入时链节间的相对转角减小，磨损小，但尺寸、重量增大 当 z1和 z2为奇数而 Lp为偶数时，将有利于链条和链轮齿均匀磨损 z1和 z2的选取尚应考虑传动空间尺寸的限制 应参照链速选取见（表 4-4）1mini1,9,zz表 4-4 链轮齿数的选择链速 0.60.3 38 81z1519 1923 2325链轮齿数应优先选用以下数列:17,19,21,23,25,38,57,76,95,114 本人选择的z1 齿数为 25。（2）设计功率的计算：根据公式Pca=KAPKz/Kp2.57 KW。 （4-12）式中 P 传递功率 KW；KA 工况系数；查表 9-6，取 1.5Kz小链轮齿数系数；查机械设计图 9-13，取 1Kp 多排链排数系数，这里是双排链，取 1.75（3）确定链条型号和节距 p根据设计功率 Pca 和主动链轮转速 ,由功率图 9-11，选取链条的型号为 16A，1n再由表 9-1 可选用的节距 =25.4，为使传动平稳、结构紧凑、特别在高速下，宜选用节距较小的链条；（4）小链轮毂孔许用直径根据公式120 （4-13）maxKd式中，dk支承轴的设计确定 dkmax 链轮轮毂孔的最大许用直径 当不能满足要求时，可增大 z1 或 p 重新验算。（5）链条速度的计算：根据公式（ 4-14）6021pnzv2.77 根据链速 v，由图 9-14 选择合适的润滑方式为油池瑞华(6)初定中心距根据机械设计手册可知，初定中心距一般取 a0=(30-50)p，因为本设计有张紧轮，故 a0 可取大于 80P。这里取 a0=2600mm（7）链长节数的计算与确定按下式计算链接数 Lp02p0122102a/z/z/*p/a（ ）=229.7 （4-15）为避免使用过渡链节，应将计算出的链节数 Lp0 圆整为偶数 Lp则 L p=230链传动的最大中心距为（4-16）1p12afz=2500式中，f 1为中心距计算系数 （8）链条长度根据公式（4-17）10pL5.84 （9）有效圆周力的计算（4-18）vPF9170 进而可以算得作用于轴上的拉力对于接近垂直的传动=9628N (4-19)FQ05.1（10）静强度安全系数根据公式(4-20a)fcAFKQn(4-20b)2qv(4-20c)2 10aFff(4-20d)2)sin(qKff 式中,Q 链条极限拉伸载荷； KA 工况系数； F 有效圆周力； Fc离心力引起的拉力 N；Ff 悬垂拉力在 Ff和 Ff中选用大者； 式中，n 许用安全系数，一般为 48；对于速度低、不太重要的传动或作用力的确定比较准确时，n可取较小值，可计算得径强度安全系数为11.13,符合设计要求。（11）铰链比压，根据公式27.85 (4-21)AFKpfcr式中,KA 工况系数；F 有效圆周力Fc 离心力引起的拉力Fc=qv2A 铰链承压面积，A 值等于滚子链销轴直径 dz 与套筒直径 b2(内链节外宽)的乘积。（12）使用寿命(磨损寿命)根据公式147590h (4-22)pizvLpcTpr1915032式中，T 使用寿命 hLp 链长v 链速 m/sz1 小链轮齿数i 传动比p/p 许用磨损伸长率，按具体工作条件确定4.2.3 链传动尺寸参数的确定（表 4-5）表 4-5 链传动尺寸参数名称 符号 小链轮数值大链轮数值单位 关系式排距 pt 18.11 18.11 mm分度圆直径d 86.39 86.39 mm d=p/(sin(180/z)齿顶圆最大直径damax 96.08 96.08 mm damax=d+1.25p-dr齿顶圆最小直径damin 90.62 90.62 mm damin=(1-1.6/z)p-dr齿根圆直径df 76.23 76.23 mm df=d-dr齿侧凸缘或排间槽直径dg 68.47 68.47 mm dg取KA=1.2P所需的传递功率，KW代入数据则 Pca =1.2*3=3.6 kw（2）选择 V 带的类型根据计算功率 Pca 和小带轮的转速 n1，从图 8-11 中选取普通 V 带的带型为 Z 型。（3） 确定带轮的基准直径 dd 并验算带速 V1）初选小带轮的基准直径 dd1根据 V 的带型，参考表 8-6 和表 8-8，确定小带轮的基准直径 dd1=56又 i12= n1/ n2=5.5则 dd2=5.5*56=3082）验算带速 V根据公式 8-13可得 1d1n/60* 3.45/10=4.22 m/s2d2Vn/6*3.1408/10=4.22m/s当带传动的功率一定时，提高带速，可以降低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或者 V 带横截面积，总体上减少带传动 的尺寸，但是提高带速，也提高了 V带的离心应力，增加了单位时间内的循环次数， ，不利于提高带传动的疲劳强度和寿命由此可见，带速不宜过高或过低，一般推荐 v=5-25m/s故重新选择 d d1=80则 d25.*804根据表 8-8取 dd2=500则 V1=6m/sV2=6m/s符合要求（4）确定中心距 a，并选择 V 带的基准长度 Ld1）由公式 d120120.7a（ ） （ ）代入数据得 364a 01040可初步确定中心距 a0=4202）计算相应的带长 Ld0 2d0d12d102a / /4a（ ）=1734根据表 8-2，选取 Ld =1800mm3）计算中心距及其变动范围传动的实际中心距 a=a0+(Ld-Ld0)/2=420+66/2=453考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，给出中心距的变动范围 minda0.15 L43276mx 59(5) 验算小带轮上的包角 1由公式（8-7）可知，小带轮上的包角 1 小于大带轮上的包角 2， ，又有式（8-6）可知，小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，因此，打滑只可能发生在小带轮上，为了提高带传动的工作能力，应使0 01d21857.3/a49（ ）(6)确定带的根数 zcarA0LZP/K/(P)K式中，K 小带轮包角修正系数;查表 8-5，取 0.95KL带长修正系数，查表 8-2，取 1.14代入数据，得Z =8.7故选取带的根数 Z 为 9 根（7）确定带的初拉力 F0由式（8-6） ，并计入离心力和包角的影响，可得单根 V 带所需的最小初拉力20minca()5*2.KP/( zv)q（ ）带入数据，可得(F0)min = 56.5 N 对于新安装的 V 带，初拉力应为 1.5(F0)min；对于运转后的 V 带，初拉力应为1.3(F0)min安装时，应保证 F0大于上述数值，但也不能过大，为控制实际 F0的大小，可以在V 带与两带轮切点的跨度中心，施加一规定的，与带边垂直的力 G（查表知 G=6N） ，使带在每 100mm 上产生 1.6mm 的挠度即可（8）计算带传动的压轴力 FP为了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动的作用在轴上的压轴力P012zsin/=2143N式中， 1 为小带轮的包角第五章 结论与建议5.1 结论通过对举升机内部结构的深入分析计算，对主要的承重部件进行了强度以及刚度的校核，对螺旋传动装置，皮带传动装置，链传动装置进行了选择与校核计算；通过对急停装置的设计以及安全装置的设计从而保证了设计机械的安全实用性，采用了含油 MC 尼龙螺母，使举升机经久耐用，噪音小，价格便宜。5.2 建议该举升机还有需要改进的地方，托臂的自锁达不到预期的效果，操作不方便，能不能通过一个电磁阀自动控制托臂的锁止参