基于虚拟样机技术的四柱式汽车举升机毕业设计

哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）I摘 要本文通过对我国汽车举升机现状的调查、研究、分析，参考国内外解决举升机安全与稳定性问题的解决措施，对几种举升机进行了分析，并结合我国举升机存在的实际情况，提出了适合我国汽车修理行业的四柱式汽车举升机设计方案。本文首先阐述了四柱式汽车举升机设计的目的和意义、发展状况以及应用前景。分析论证了一种举升承载质量为3.5t的四柱式汽车举升机总体设计方案，进行了举升机构的机械系统、液压系统、电气系统等主要机构的方案分析和选择，并对机械部分进行了运动分析以及强度和刚度的校核计算，对液压系统及电气系统进行了设计和计算。本课题基于计算机仿真平台，应用当前CAD/CAE领域应用比较广泛的二维软件AutoCAD、三维软Pro/E、有限元软件ANSYS及动力学仿真软件ADAMS，进行汽车举升机二维图纸设计、三维实体建模、举升机的强度、刚度、稳定性及动态特性等方面的计算机仿真研究与分析，可以代替举升机物理样机的前期试验，为我国汽车举升机产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高国产汽车举升机的稳定性和可靠性，提高产品的市场竞争力。关键词：四柱式举升机；虚拟样机技术；三维设计；有限元；动态仿真 哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）IIABSTRACTIn this paper, the status quo of Chinas automotive lift investigation, research, analysis, refer to lift at home and abroad to resolve the issue of security and stability of the solutions of several lift analysis, combined with the existence of our country lift the actual situation, put forward for Chinas auto repair industry, four-post car lift design.This paper described the first four-post car lift for the purpose and significance of design, development and application prospects. Analysis demonstrated that the quality of a 3.5t load lifting the four-post car lift design program, a lifting mechanism of the mechanical system, hydraulic system, electrical system and other major institutions of program analysis and selection, and mechanical parts of the motion analysis, as well as strength and stiffness of the calculation of the calibration of the hydraulic system and electrical system design and calculation. The subject of computer-based simulation platform, the application of current CAD / CAE broader field of application of two-dimensional software, AutoCAD, three-dimensional soft-Pro / E, the finite element software ANSYS and dynamic simulation software ADAMS, two-dimensional drawings for the design of car lift, three-dimensional Solid Modeling, lift the strength, stiffness, stability and dynamic characteristics of such areas as research and analysis of computer simulation, can replace the lift of the pre-physical prototype testing, car lift for our product design, technology development theory to provide more information to further improve China-made auto lift stability and reliability, and increase market competitiveness.Key words: Four-post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design；Finite Element；Dynamic Simulation哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）目 录摘要 .IAbstract.II第 1 章 绪论 .11.1 选题背景、研究目的和意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 举升机的发展方向与前景 .31.4 研究内容和研究方法 .3第 2 章 四柱式汽车举升机方案选择 .62.1 四柱式汽车举升机方案对比论证分析 .62.2 总体方案 .72.3 本章小结 .7第 3 章 四柱式汽车举升机结构设计 .93.1 四柱式汽车举升机工作原理 .93.2 主要技术参数 .113.3 举升机机械部件设计与校核 .133.3.3 立柱校核 .173.3.4 轴与梁处校核 .193.3.5 锁条校核 .193.3.6 提高梁弯曲强度的措施 .203.4 整体装配图的 Pro/E 实体建模 .213.5 摩擦角与自锁 .263.6 钢丝绳的选用 .273.6.1 钢丝绳用途 .273.6.2 钢丝绳材料 .273.6.3 钢丝绳直径的确定 .293.7 本章小结 .30哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）第 4 章 液压系统及电气设计 .314.1 汽车举升机液压系统设计要求 .314.2 液压系统组成 .314.2.1 液压系统组成 .314.2.2 油箱 .324.3 油缸的计算与选型 .324.3.1 举升液压缸推力及行程的确定 .324.3.2 油缸直径及行程的确定 .334.3.3 举升机构油缸直径与行程的计算 .334.4 油泵的计算与选型 .344.5 油箱与油管的计算与选型 .364.6 电气系统组成 .364.7 电气系统控制图 .384.7.1 上升电路 .384.7.2 停止电路 .394.8 四柱式举升机构电动机的选用 .394.8.1 电动机类型的选择 .394.8.2 绝缘等级 .394.8.3 功率 .404.8.4 电动机的选择与验算 .404.9 本章小结 .41第 5 章 计算机仿真分析 .425.1 建立 Pro/E 与 ANSYS 接口 .425.2 载车板模型的有限元分析 .445.3 横梁的 ANSYS 分析 .495. 4 立柱的有限元分析 .515. 5 滑轮轴的有限元分析 .535.6 建立 Pro/E 与 ADAMS 接口 .555.7 ADAMS 的简介 .565.8 导入模型 .58哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）5.9 ADAMS 仿真模拟 .605.9.1 设置工作环境 .605.9.2 添加运动副 .605.9.3 添加滑动副 .625.9.4 添加驱动及仿真计算 .625.10 仿真结果对比分析 .645.11 本章小结 .66结论 .67参考文献 .67致谢 .70附录 .71哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 选题背景、研究目的和意义近年来，我国汽车业蓬勃发展,尤其是轿车行业，多年来轿车进入普通家庭的梦想已经成为现实，汽车维修行业也随之得到大力发展，各种维修设备的需求迅速扩大，汽车举升机是维修厂必备的，也是最重要的维修机械。汽车举升机一般分为立柱式和剪式两种，无论哪一种，它的作用都是将需要维修的汽车水平提升到合适的高度，以便于维修工人在汽车底盘下方对汽车进行维修，正因为维修人员要在汽车的下面，因此要求举升机一定要安全可靠，否则一旦发生危险，后果不堪设想。因此，对汽车举升机的安全性进行研究将具有重大的意义。目前使用的汽车举升机可能发生汽车坠落的原因较多，有安装基础不牢、自锁装置失效、立柱或拖臂变形、单侧托臂突然下落、板式链断裂、液压油路爆裂、汽车拖垫打滑等，经过对失效的举升机进行检测分析发现,这些事故的主要原因往往是设计上存在着缺陷。因此，如何提高汽车举升机设计上的稳定性及可靠性是摆在我们面前的一个重要研究课题。计算机仿真技术是一种崭新的产品开发技术，是国际上 20 世纪 80 年代随着计算机技术的发展而迅速发展的一项计算机辅助工程技术，该技术一出现，立即受到了工业发达国家的有关科研机构和企业公司的极大重视，许多著名的制造厂商纷纷将计算机仿真技术引入各自的产品开发，取得了良好的经济效益，它是建造物理样机之前，通过建立机械系统的数字模型（即虚拟样机）进行仿真分析，并用图形显示该系统在真实工作条件下的运动特性，辅助修改设计方案。本课题研究利用计算机仿真技术，对汽车举升机进行强度、刚度、稳定性、可靠性及动态特性等方面进行研究与分析，修正设计上存在的缺陷并提出结构优化设计方案，不仅可以为汽车举升机的设计制造提供重要的理论依据，而且对于提高举升机的安全性具有重大的现实意义。该项目的研究方法，也可应用于汽车举升机新产品的研究开发中，可以缩短新产品研制周期，减少研制经费，提高设计精度和效率，与此同时该方法还可以被同类产品所应用与借鉴，经济效益和社会效益显著。1.2 国内外研究现状随着汽车行业的蓬勃发展，汽车修理行业也迎来巨大的市场需求。在维修领域中，常以汽车举升机作为重要工具。它的作用都是将需要维修的汽车水平提升到合适的高哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）2度，以便于维修工人在汽车底盘下方对汽车进行维修，正因为维修人员要在汽车的下面，因此要求举升机一定要安全可靠，否则一旦发生危险，后果不堪设想。我国生产的举升机性能还不算稳定。举升时存在保险不可靠、举升不平衡、钢丝绳断裂、横梁脱落等。是影响举升安全的不稳定因素。因此加强举升机的安全性和稳定性是我国举升机行业迫切解决的问题。而本课题研究运用虚拟样机技术对车辆举升设备的虚拟设计，在产品制造之前运用 ANSYS、ADAMS 软件进行仿真研究，可以发现并更正设计缺陷，完善设计方案，缩短开发周期，提高设计质量和效率，为生产实际提供理论支持2。举升机在汽车维修养护中发挥着至关重要的作用，无论整车大修，还是小修保养，都离不开它。在规模各异的维修养护企业中，无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店） ，几乎都配备有举升机。举升机的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。目前，发达国家（如美国）生产的汽车举升机质量较好、性能较稳定、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车举升机是20世纪90年代依据国外的产品技术生产的，到现在举升机市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而国内汽车举升机虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。因此，进一步提高产品性能与可靠性，是国内举升机任重道远且亟需改进的地方。计算机仿真技术在一些发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛应用,应用领域从汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、医学及工程咨询等多方面。目前,计算机仿真技术已在我国得到了应用与推广,主要在汽车、航天航空、武器制造、机械工程等方面。但从我国目前的情况来看,计算机仿真技术主要在汽车制造业和武器装备制造业中应用较为广泛,但只停留在初步应用阶段。我国对于计算机仿真技术的应用领域和技术水平还很低,但是却有很大的提升空间。计算机仿真技术在工程中的应用是通过界面友好、功能强大、性能稳定的商业化计算机软件来实现的。目前，在我国还没有出现利用计算机仿真技术对汽车举升机进行研究，只有将汽车举升机的工程实践和计算机仿真技术结合起来，才能真正加快汽车举升机产品的发展历程，为此，本课题基于计算机仿真平台，应用当前 CAD/CAE 领域应用比较广泛的三维软件 Pro/E、有限元软件 ANSYS 及动力学仿真软件 ADAMS，进行汽车举升机的强度、刚度、稳定性及动态特性等方面的计算机仿真研究与分析，可以代替举升机物理样机的前期试验，为我国汽车举升机产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高国产汽车举升机的稳定性和可靠性，提高产品的市场竞争力。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）31.3 举升机的发展方向与前景对汽车维修保养行业而言，举升机一定要安全可靠、维护简单，否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式举升机安全性较差，所需的维护工作较多，已基本被液压式举升机取代。它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。国内汽车举升机品牌繁多，质量高低参差不齐，除少数大型专业化企业具有较强的研发队伍、完备地制造设施、完善地质量监控手段外，大多数生产厂场地狭小、制造设施落后、监控手段单一。国内举升机结构上大同小异，在安全保护上也比较雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液压动力单元、油缸、保险。在安全保护装置上，不能做到在任何时候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及较少。国外举升机在结构、选材上比国内有优势外，在安全性上有比较明显的优势。国外举升机在钢丝绳断裂、油管爆裂、下降过程意外情况等可能情况的安全研究和应用都有涉足。随着汽车技术开发的日新月异，举升机在设计方面越来越智能化和人性化，将会向遥控、电脑控制方向发展。同时随着技术的不断成熟，其标准也将逐步统一化。技术先进、质量稳定的产品将占领市场。1.4 研究内容和研究方法1.4.1 研究内容本课题在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，将研究内容如下。（1）利用二维软件设计绘制举升机的总体装配图纸及零件图纸；（2）建立举升机 Pro/E 三维实体模型，并进行虚拟装配及干涉检查；（3）将关键零部件模型通过专用数据装换接口导入 ANSYS 软件进行有限元受力分析，获得举升机在载荷工况作用下的应力、应变及变形状况；（4）将装配模型通过专用数据接口导入到 ADAMS 软件进行运动/动力学仿真分析，获得举升机的升降速度、加速度以及升降耗时等状况。通过上述研究方法，进一步提高举升机的稳定性及安全性，可以代替举升机物理样机的前期试验，为举升机设计提供理论参考 10。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）4图 1.1 举升机设计流程图调研、收集资料及总体方案论证汽车举升机结构设计及校核Pro/E 三维实体建模转换接口是否合理Pro/E 整机装配及干涉检查是否合理仿真结论分析撰写设计说明书NNYYANSYS 有限元分析ADAMS 动力学析仿真转换接口是否合理YN哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）51.4.2 研究方法（1）深入研究汽车举升机的结构形式、工作原理及力学特性，建立举升机的数学模型，合理选取仿真分析的研究平台；（2）在 Windows 环境下，以三维建模软件 Pro/E 为图形平台，建立汽车举升机的三维实体模型并进行虚拟装配及干涉检查；（3）将汽车举升机三维实体模型通过专用模型数据转换接口导入 ANSYS，获得不同压力场的应力、应变及位移分布状况；（4）将汽车举升机装配模型通过专用的数据转换接口导入到 ADAMS，完成运动约束和运动激励的定义，产生参数化的举升机模型，获得不同工况下举升机的速度、加速度状况，流程如图 1.1 所示。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）6第 2 章 四柱式汽车举升机方案选择2.1 四柱式汽车举升机方案对比论证分析2.1.1 举升类设备的分类1、四柱式举升机构四柱举升机构主要依靠四根粗钢索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通过 6 个圆盘将力传达四面。这种结构比较紧凑，自重降低，保险装置为楔块式，四个楔块利用拉杆联动，扳动拉杆就可打开保险装置，方便耐用，四柱举升机构容易调水平，适合于汽车 4S 店四轮定位使用，因为有一四轮定位档位，可以调整，可以确保水平。2、双柱式举升机构双柱举升机构实用、简洁、合理而且节省占地空间，使用灵活方便。升降平稳低噪声，设有升程自锁保护装置，保养简单，操作方便，成本低 13。2.1.2 传动机构的分类举升机可以采用钢丝绳传动、链条传动和液压传动 3 种形式。1、机械式机械式举升机构流行于 19921998 年间，该举升机构特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换铜锣母以及轴承），每年一台举升机构的维修更换需要 1000 元左右，客户最终会将该产品更换为维护成本小的液压举升机构 1。钢丝绳传动采用蜗轮蜗杆减速器，主要传动件为钢丝绳卷筒、轮系等。钢丝绳传动的柔性好，冲击小，噪声低。但钢丝绳易延伸、断股、断丝，需要经常调整长度，给设备的使用和维护带来不便。链条传动通过电动机驱动链轮机构，牵引链条使载车板升降。性能稳定可靠，寿命长，不存在弹性伸缩，有准确的平均传动比，维护性好，但需要装设卷筒，传动机构较复杂，运行时有一定的冲击和噪声。2、液压式液压传动通过液压工作站为多个液压缸提供压力，由活塞杆实现载车板的升降和车辆的存取。结构简单，运行平稳，噪声低，但传动效率较低 1。本课题所设计的是液压驱动的四柱举升类设备，它的特点是：（1）性能可靠，低能耗，操作方便；（2）无龙门式横梁，结构简单；（3）有升程自锁保护装置，保证了安全性；哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）7（4）升降车架的最低位置低，使得车辆的底盘可以比较低，对各种车辆的适应性都比较强；（5）采用液压传动的驱动方式，与螺杆式的举升机相比，使用寿命较长；（6）价格低廉，拥有的市场份额较大，便于推广。2.2 总体方案四柱式汽车举升机总体方案为四立柱安装于水平地面，立柱下端焊接钢板，增大与地板接触面。用膨胀螺栓固定于地面。螺栓直径为 16 毫米，深度大于 140 毫米保证牢固。两横梁于 45 号钢材料焊接而成，通过滑轮和钢丝绳在立柱内沿保险槽型铁条做垂直运动。其中四个滑轮安装于一个载车板下方，另外四个滑轮安装两横梁两端。钢丝绳采用国际 6*19 外径 11 毫米通过特殊方法挤压紧固而成。钢丝绳和保险槽型条通过螺栓固定于立柱顶端盖板处。钢丝绳于滑轮接触处用油脂润滑且保持清洁。晃动量不大于 10 毫米。如图 2.1 所示 5。当需要举升汽车时按下举升开关电动机启动，带动液压缸工作，液压油推动拉杆回缩拉动钢丝绳。钢丝绳绕与滑轮上连接于四根立柱顶端。这样在钢丝绳的带动下提升横梁向上运动，载车板固定于横梁之上。当需要下行时，现将举升机提升些许高度，关闭保险锁，关闭开关，在汽车自重下慢慢下落到地面。为防止意外，载车板与支架立柱间设有防坠落保险装置，通过保险的机械撞击声可判断保险是否进入锁止状态，在液压缸下腔油压突然丧失时可以保证车辆与人员的安全。2.3 本章小结本章主要进行四柱式汽车举升机设备总体方案的选择，通过将现有举升机构的结构形式、驱动方式以及传动机构进行了对比，最终选定采用四柱结构的举升类设备，通过液压驱动，工作平稳，操作方便，噪声低，内部设有升程自锁保护保险装置，安全可靠，占地空间小，是举升机的理想设备。哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）8图 2.1 钢丝绳安装示意图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）9第 3 章 四柱式汽车举升机结构设计3.1 四柱式汽车举升机工作原理3.1.1 整体结构及基本组成四柱式汽车举升设备采用立柱、支承梁、载车板的结构，由机械系统、液压系统、电气系统构成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机构安全使用，适用于室内立体举升设备的安装与使用。四柱式举升机构以四根立柱为主体，由液压系统驱动油缸，拉动提拉杆，带动提升钢丝绳提升横梁（见图 3.1） 。支承梁铰接于载车板，两横梁由同步钢丝绳保持同步升降。两横梁内设有机械保险装置。在提升时由于机械保险键能自动进入和脱开保险点，发出撞击声，以作为判断机械保险装置工作正常与否和两横梁是否同步。图 3.1 四柱式汽车举升机整体结构哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）101、立柱的结构形式 立柱是由薄壁板折弯而成。通常将立柱的横截面做成槽钢形，它的四角作为导轨，一般采用 46mm 钢板，本设计采用 4mm 钢板。该立柱 4 道弯折为横梁运行提供了导轨空间，满足了设备的要求。如图 3.2 所示。图 3.2 立柱截面形式2、载车板的结构形式 载车板与车身底盘直接接触，是梁结构，通常采用 45 号槽型钢，支承梁在承载升降过程中会产生疲劳破坏和变形，因此支承梁必须具有足够的横截面面积以抵抗弯曲变形。如图 3.3 所示。图 3.3 横梁3、安全机构四柱举升类设备的安全机构是由保险键、拉簧、支撑板、齿块等组成，其功能如下：当工作台上升时，齿块碰到支撑板使支撑板翻转，失去对保险键的控制，保险键在拉簧的作用下弹进齿块空挡，若发生意外（如高压油管或钢丝绳爆断） ，保险键即被齿块卡住，防止滑车下滑，确保安全。当工作台需下降时，先将工作台上升少许 1020mm，再将两滑车前面的安全锁拉线拉出后不再自动缩回即打开了机械保险。按手动卸荷阀，工作台在自重的作用下哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）11下降。3.1.2 工作原理四柱举升类停车设备的传动原理是：由电动油泵提供动力给载车板底面的油缸，再由油缸分别顶举两侧支承横梁、载车板将高位车辆举起。油缸运行的同步性由调平衡的钢丝绳来实现。设备由机械系统、液压系统及电气系统等三大系统组成。其中，机械系统包括：立柱、钢丝绳、支承梁、载车板。液压系统包括：小排量齿轮泵及油缸。电气系统包括：油泵用电机、控制开关及电控箱。提升架上配有导向滑块，起动电动油泵由油缸顶举提升架，使提升架上面的四个滑块在立柱导轨中运行，确保了载车板运行的直线度要求。使载车板托举着高位车辆升高，直到高位车辆被安全、稳固地举升至所需高度为止。3.2 主要技术参数3.2.1 基本尺寸参数的确定1、重心位置的范围前轮驱动的车辆有以下优点：前驱车的传动效率比后驱车要高。所有的前驱车在设计的时候，不管发动机横置还是纵置，它的重心都偏于前轴，也就是在车头侧，与驱动轮的位置很近，传动距离短。其中又以前横置发动机效率最高，这也是大多数前驱车所采用的布置方式。由于发动机的输出轴与汽车前轴平行，变速箱与驱动桥是做成一体的固定在发动机旁，动力可以直接通过斜齿轮传递到差速器上，再经变速箱、驱动桥，减速增扭后传递给两根半轴最后驱动车的前轮旋转，显然这种距离最短，且没有经过任何转换的传动效率是最高的。正是基于以上的原因，所以现代汽车大多采用发动机前置，使车辆的重量分布比大约是 3:2，重心偏前。2、举升机外形尺寸的确定例如：路虎新 CRV（排量 2.4L）表 3.1 路虎新 CRV 基本参数范围长 度(mm)宽 度(mm)高 度(mm)轴 距(mm)质 量(kg)轮 距(mm)4530 1820 1680 2620 1590 1565/1565高位车辆：排量 1.8 升以下的轿车表 3.2 中型三厢轿车基本参数范围长度(mm) 宽度(mm) 高度(mm) 轴距(mm) 质量(kg)43004700 17001800 13001500 26002800 10001500哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）12例如：比亚迪 F3 白金版（排量 1.5L）表 3.3 比亚迪 F3 基本参数范围长度(mm) 宽度(mm) 高度(mm) 轴距(mm) 质量(kg) 轮距(mm)4533 1705 1490 2600 1200 1480/1460根据所举升车辆的基本尺寸初步确定举升机构的主要技术参数如表 3.4 所示。表 3.4 四柱式汽车举升机主要技术参数举升重量 3500kg举升高度 1700mm总高度 1965mm总宽 3000mm总长 4584mm车道宽度 500mm上升时间 40s下降时间 25s电机功率 1.5KW电源 380V3.2.2 电机的选用高位汽车重量 2t，汽车载车板及其附件的重量加上一部分的余量 1.5t，所以取3.5t。载车板有汽车时上升设计速度 14：Vw= (3.1)tS除去举升机台面自身高度 225mm，所以举升 1475mm。由公式（3.1）得 Vw= =2.21m/min. sm4075.1载车板上升功率:Pw= (3.2)1WFFw=m g (3.3)其中 m=3.5kg，由公式（ 3.3）Fw =3.5 9.8 =34.3KNVw 取 2.55m/min由公式（3.2）得 Pw= =1.26（KW）6021.34哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）133.3举升机机械部件设计与校核3.3.1 横梁校核举升机有两根横梁，横梁材料初步选择 45 钢、其中前横梁承受取举升总重的2/3。原因上述已说明。下面进行校核 4。1、做梁的弯矩图2、确定中性轴位置因为此截面为对称截面，所以中性轴为中点位置。c = 160/2 = 80mm通过截面形心与纵向对称轴垂直的形心主轴即为中性轴。3、截面对中性轴的惯矩计算危险截面处433 10.9124.07.126.08mIZ 4、校核梁的强度因为梁的许用拉、压应力不同，而且梁的截面形状对中性轴不对称，所以，必哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）14须校核梁的最大正弯矩截面和最大负弯矩截面的强度。截面强度校核 8201.9N.m 处正负弯矩相等固最大拉应力与最大压应力相等。66175.084.9CZyIW MpaNMzt 8.9.2max6ax5、挠度的校核应用的挠曲线方程xlXLEIy60FBa12465210.90.267mMpa= 1.06EIFLyC483465310.910.227mMpa= 9.17mm3.3.2 载车板校核举升机有两根载车板，其中载车板前端承受举升总重的 2/3。原因上述已说明。下面进行校核。图 3.4 载车板截面1、做梁的弯矩图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）152、确定中性轴位置截面形心距底边为 05.205.13205.6 13.7.025. CY=0.098m通过截面形心与纵向对称轴垂直的形心主轴即为中性轴3、截面对中性轴的惯矩哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）1623 098.17.504.12.05ZI 23 .65.9.4923 098.05.81205.8= 12.994、校核梁的强度因为梁的许用拉、压应力不同，而且梁的截面形状对中性轴不对称，所以，必须校核梁的最大正弯矩截面和最大负弯矩截面的强度。截面强度校核 12.25KN.m 处最大拉应力与最大压应力。梁的下截面承受拉应力 633109.285t= 92.417MPa梁的上截面承受压应力 633109.245t= 39.607MPa5、挠度的校核哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）17应用的挠曲线方程 EILBFab642019.201.87565= 5.56 EILaFbb642019.201.4756= 6.95当 ab 时变形量在 处 32bLX232max9EIFY4201.234017563= 4.77mm3.3.3 立柱校核图 3.5 立柱截面形式1、确定中性轴位置截面形心距底边为 16 4150204824 8712 CY= 82.297mm哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）182、截面对中性轴的惯矩 23758102150zI 23422318014= 5.53、进行校核 53108.4106.27AFxMNM67.9125732静止时 PyIMz 5351 109.820.6739拉Iz 53521 .4.压 压压压 Px5ma107.49拉拉拉 3上升时 PyIMz 53512 107.1068.7拉哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）19PyIMz 5352 108.1082.67压压压压 x5ma.4拉拉拉 10633.3.4 轴与梁处校核校核剪切应力 4301./7522dFAQ=6.69MPa校核挤压应力8304175cAF= 18.225MPa3.3.5 锁条校核图 3.6 锁条截面形式校核剪切应力 65043QAF= 29.167MPa校核挤压应力 625430cAF= 58.33MPa3.3.6 提高梁弯曲强度的措施弯曲正应力是控制弯曲强度的主要因素。所以弯曲正应力的强度条件往往是设计梁的主要依据。从这个条件可看出，要提高梁的承载能力应从两方面考虑。一方面是哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）20合理安排梁的受力情况，以降低max 的数值；另一方面则是采用合理的截面形状，以提高 Wz 的数值，充分利用材料的性能。下面几点进行讨论。1、减少弯矩 Mmax 的措施（1）合理安排载荷，常把集中力化为分散力，让力作用于近支座处，如图 3.7所示.图 a 图 b图 3.7 力矩分散形式（2）改变梁的形式，如图 3.8a 的形式的改变为图 3.8b 的形式，也可以将静定梁改为超静定梁见图 3.8c 的形式。图 a 图 b 图 c图 3.8 改变力矩形式2、采用合理截面，提高 Wz(Iz/ymax)哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）21图 3.9 提高 Wz(Iz/ymax)的截面形式在同样的用材料时，薄壁截面的 Iz 高。所以工程上大量使用型钢。这些型钢的截面中部用材较少，材料都集中在截面上下部分。对于塑性材料常采用工字型截面。对于脆性材料的梁，常采用上下不对称，中性轴偏于受拉一侧的截面形状，如图 3.9所示，在这样最大拉应力和最大压应力可同时接近许用应力。表 3.5 常用截面的 WZ 与 A 的比值截面形状 圆形 矩形 工字形WZ/A 0.125d 0.167d (0.270.31)d注：d 为直径。3、采用变截面梁 等截面除了最大弯矩所在截面外，其它各截面上的应力均低于许用应力，材料未能充分利用。为了节省材料，减轻梁的自重，可将梁设计成变截面的，即在弯矩较大处，采用较大截面，弯矩较小处采用较小截面。如果将变截面梁设计成等强度梁。从节省材料、减轻自重角度看，等强度梁最合理。但由于加工制造等原因，实际上只能近似做到等强度要求。必须指出，以上这些措施都是从提高弯曲强度的角度提出的。但在工程实际中，设计一个构件还应考虑刚度、稳定性、加工制造等多方面因素，应经过综合考虑比较后，再确定梁的截面形状和结构形式。34 整体装配图的Pro/E实体建模本举升机的主要机械部件有载车板、横梁、立柱、保险传动机构下面利用 Pro/E软件对主要零件建模主要应用的命令有拉伸、旋转、打孔、抽壳、扫描伸出项等及相关零件的装配，装配应用的主要命令有匹配、插入、相切、自动等 6，完成后的效果如图 3.10 所示。1、建立载车板哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）22建立横梁底座（正面）建立横梁底座（反面）装配滑动盖板、四轮定位仪盖板装配钢丝绳转动圆盘图 3.10 举升机部件效果图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）23装配传动轴及保险锁拉杆2、建立横梁建立横梁横梁侧端横梁侧端附件的装配（正面）续图 3.10 举升机部件效果图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）24横梁侧端附件的装配（反面）3、建立横梁建立横梁装配锁条装配液压缸续图 3.10 举升机部件效果图哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）254、总装配图及爆炸图图 3.11 举升机总装配效果图5、干涉检查及爆炸图运用 Pro/E 软件完成所有零件建模，并完成装配。为防止整个举升机构在举升过程中出现卡死现象或装配中出现不合理现象，在装配过程中计算机不会提示零部件有干涉现象，因为零部件在装配过程中只是按照软件内部自定义的如匹配、自动、曲面上的点、曲面上的边、坐标系、对齐、插入等十一种关系进行装配。这时有可能一个零件进入另一零件，这种情况在实际情况种是不可能的。所有这时我们要进行干涉检查，经检查此举升机一百多零件无干涉现象 6，如图 3.12 所示。图 3.12 干涉检查哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）26图 3.13 举升机爆炸图3.5 摩擦角与自锁当摩擦力达到最大值时，全反力与法线间的夹角 m 称为摩擦角。tanm= =fs NFax即摩擦角的正切等于静摩擦因数。摩擦角与摩擦因数一样，也是表示摩擦性质的物理量。作用于物体上的全部主动力的合力 FA，不论其大小如何，只要其作用线与接触面法线间的夹角 小于或等于摩擦角（即 FA 的作用线在摩擦角之内）物体必保持静哈尔滨工业大学本科毕业设计（论文）27止。这种现象称为自锁。这种与主动力大小无关，而只与摩擦角有关的平衡条件称为自锁条件。反之，当作用于物体上的全部主动力的合力 FA 的作用线位于摩擦角之外时，则无论此合力多么小，都不能有与其共线的全反力，因而物体必定滑动。经计算，滑块的摩擦角取 60 度时，不会发生卡死。3.6 钢丝绳的选用载车板固定于横梁之上，横梁两端位于两个一侧立柱内非接触。横梁两端安有滑轮，钢丝绳通过滑轮变相吊接于立柱顶部。当液压缸工作时，拉动钢丝绳，钢丝绳缩短，顶端固定不懂，迫使横梁在钢丝绳带动下向上运动，此时横梁带动载车板沿立柱做垂直运动。钢丝绳完成工作。3.6.1 钢丝绳用途钢丝绳是一种挠性零件,具有强度高、自重轻、弹性好、运行平稳适合于高速、远距离、换向传力以及极少突然破断的优点。用途：用于各种起重机械上。卷扬机的牵引绳等。用作设备运输时的捆绑绳，起重对象的溜绳、拖拉绳，起重设备的锚固绳。.6. 钢丝绳材料钢丝绳的钢丝要求有很高的强度和韧性，通常由含碳量 0.5%0.8%的优质碳钢，经过多次的冷拔工艺制成的，其直径为 0.32.0mm。钢丝的公称抗拉强度一般为14002000N/ 5 。1、按钢丝绳绕制次数分表 3.6 钢丝绳按绕制次数分类分类 特点 用途双捻（多股）先由钢丝绕成股，再由股围绕绳芯绕成绳。这种钢丝绳的绕性受绳芯材料影响很大，比单绕绳挠性好起重机械中广泛应用2、按股绳截面形状分表 3.7 钢丝绳按股绳截面形状分类分类 特点 用途圆股 股绳截