四柱举升机毕业设计论文

1、郑州大学毕业设计论文四柱式举升机设计1设计要求1.1 该机的用途四柱举升机用途主要是用于汽车的维修，也可以用于汽车的停放。1.2 该机的工作原理本机在工作时，由电动机提供源动力驱动液压泵工作，液压泵输出的液压油经过所需要的一些液压元件进入液压缸，驱动液压缸推动活塞杆移动，这时即可推动钢丝绳移动，从而升降架移动，最终可将所需维修的汽车举升一定的高度，以便于维修，提高维修效率。1.3 设计技术参数及要求（1）所设计的四柱液压举升机应该能够适应所有小汽车的举升的重量、长宽尺寸的要求；（2）举升机的最大举升高度为1800mm；（3）举升机升降过程中及停留在空中时，要保证升降平稳，工作可靠，锁定可靠；

2、（4）进行必要的支承结构件的强度与刚性验算，保证结构合理。（5）液压传动系统工作可靠，操纵方便，结构紧凑。 2 该机主要参数的确定2.1 汽车的主要参数该机的作用是为了将所要维修的汽车举升到所要求的高度，因此首先将汽车的主要参数调查清楚。汽车的主要参数是长、宽、高、轴距、轮距、重量等，对它们的解释如下：一，长（mm）汽车长是垂直于车辆纵向对称平面并分别抵靠在汽车前，后最外端突出部位的两垂面之间的距离。简单的说,就是沿着汽车前进的方向，最前端到最后端的距离。如（图2.1）所示：图2.1汽车的长度示意图 二，宽（mm）汽车宽是平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突出部位的两平面之间的距离。

3、简单的说，就是汽车最左端到最右端的距离。其中所说的“两侧固定突出部位”并不包括后视镜，侧面标志灯，示灯示位灯，转向指，挠性挡泥板，防滑链以及轮胎与地面接触部分的变形。如（图2.2）所示：图2.2 汽车宽度示意图三，高（mm）汽车高是车辆支承平面与车辆最高突出部位相抵靠的水平面之间的距离。简单的说就是从地面到汽车最高点的距离。如（图2.3）所示：图2.3 汽车高度示意图四， 轴距(mm)轴矩,是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点,并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离.简单的说,就是汽车前轴中心到后轴中心的距离。五， 汽车轮距（mm） 汽车轮距是车轮在车辆支承平面(一般就是地面)上留下的轨迹的中

4、心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距有前轮距和后轮距之分，前轮距是前面两个轮中心平面之间的距离，后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离，两者可以相同，也可以有所差别。 六，胎宽胎的宽度以毫米为单位（例如175 mm）。一般轿车轮胎的名义断面宽度从125mm（例如125/80 R 12）到大约335mm（例如335/30 R 19）。每个宽度之间都相差10mm。新的“车轮轮胎技术”所用的特殊轮胎（例如邓禄普的TD轮胎与米其林的TRX与TDX轮胎）有其他的宽度参数，也已毫米为单位。宽度从160mm到240mm。真正的宽度会比标出的名义宽度有所不同，

5、因生产上会出现一些可接受的误差，各厂家的轮胎会出现不同的误差，范围不会超过几毫米。轮胎的宽度也要看此轮胎安装在哪个轮毂上。大部分轮胎可安装在不同宽度的轮毂上。一些汽车只可以安装一定品牌的轮胎或必须与一定轮毂配套的轮胎，因为只有指定的品牌轮胎可以在任何情况下保证安全。2.2 各种小型汽车的主要参数对现在国内的各种轿车、小型越野车、小型休闲车等小型汽车的长、宽、高、轴距、车重、轮距进行调研。具体情况如（表2.1）所示：表2.1 几种具有代表性汽车的主要参数车牌长（mm）宽（mm）高（mm）轴距（mm）车重（kg）轮距（mm）宝马Z4 Coupe 3.0Si409117811268249514951

6、473/1523新梅赛德斯奔驰E系481818221452285416901577/1570奔驰GL450越野车508819201840307523551645/1648宝马3系 320i452018171421276013951500/1513宝马 5523Li498118461477302815951558/1582广州本田 飞度三厢1.3430016901495245014891455/1455广州田雅阁2.4 EX494518451480280015151590/1585广州本田思迪439016901495245010681455/1455一汽丰田 普拉多 4.0GX4970 1875

7、1905279020501575/1575金杯07款锐驰 2.4丰田50701690193525901700一汽丰田 花冠EX 1.6 G453017051490260016001470/1460现代雅绅特1.443101695148025001130北京现代雅绅特.4AT GL431016981480250011601470/1460赛欧 SCX402616081448244310691387/1388别克凯越 04款 1.6451517251445260012201475/1476马自达6 2.3467017801435267514751540/1540马自达545651745162027

8、5015161530/1515马自达2 1.538851695147524901470/1445海马福美来43651705141026101470/1470海马福美来2446617051410261011801470/1470奥迪quattro 4.248111933157527561575/1585奥迪A8 4.2519218941455307417801619/1605奥迪A6L2.0T501218551485294517301612/1618一汽大众 新宝来1.6438317421446251313101513/1494帕萨特 2.0AT478017401470280314251500/

9、1500东风日产骏逸1.8XL442016901590260012801470/1475尼桑(日产) 350Z 3.5 MT 431718151324265015451535/1540红旗新明仕奥运之星479218141422268712801476/1483红旗HQ3496517961485285017301535/1535奇瑞开瑞系列461016931855270013001456/1446奇瑞 旗云1.3439316821424246810501425/1419比亚迪F8449017801405252015251520/1515比亚迪F6 2.0484618221465274014351

10、511/15112.3 对该机主要参数的初步确定根据（表2.1）所述可总结得：汽车的最大长度取为5192mm，最大宽度取为1933mm，最大高度取为1935mm；轴距的最小值为2443mm,最大值为3040mm；最大重量为2355kg；轮距的最小值取为1425mm，最大距离取为1648mm。轮胎的宽度一般在160240mm之间。通过上表所列的几款汽车的外形参数可以初步确定：1,举升的最大重量为3000kg;2,举升的高度为1800mm;3,托架的长度4000mm,托架的宽度为400mm，使用材料为钢板与槽钢焊接件;4,升降架的长度2600mm，使用材料为矩形空心型钢；5,立柱高度为2500mm

11、，使用材料为内卷边槽钢。3 方案的确定3.1 联动装置方案的确定联动装置的作用是将举升托架的升降运动传递给支撑立柱的举升托架，保证两举升托架的同步运动。在四柱汽车举升机的联动装置有很多，例如：螺母丝杠联动装置、齿轮链条联动装置、钢丝绳联动装置等。而能够适合以液压为动力的举升机来说，齿轮链条和钢丝绳联动装置比较合适。对于这两种方案，各有优缺点：齿轮链条联动装置能够比较精确的保证举升同步，但是链条的使用寿命比较短，而且造价比较高。对于钢丝绳联动装置，不但能够保证同步举升，而且使用寿命长，成本比较低，并且比较容易调整钢丝绳的长度。通过这两种方案的比较，对于该机械而言钢丝绳联动比较合适。钢丝绳升降联动

12、装置主要由钢丝绳、滑轮、螺套和螺母等构成。钢丝绳滑轮利用滑轮轴安装在升降架上；钢丝绳的端部固定在螺套中，并且用螺母安装在立柱上部的顶板上；螺母可以用来调整钢丝绳的长短，以使承重托架保证水平位置。3.2 驱动机构方案的确定驱动机构是液压举升机的动力执行元件，它主要是驱动钢丝绳运动，从而带动升降架上下运动。驱动元件主要是由液压缸组成的，它的驱动方式主要有两种，一是拉钢丝绳，二是推钢丝绳。由于举升机的行程为1800mm，如果不采取一定的特殊方式的话，那么做出的活塞杆的长度就要1800mm，那么对活塞杆的刚度要求就比较高。而且运动起来也不稳定。因此采用动滑轮的原理，可以将活塞杆的长度减为原来的一半。在

13、活塞杆的端部安装一个滑轮，使其成为一个动滑轮，再将钢丝绳绕过滑轮，如（图3.1）所示：通过利用动滑轮原理可以减少活塞杆的行程，同时提高了活塞杆的刚度和稳定性。图3.1 驱动装置的示意图最终确定活塞在向外推的时候为升降架上升，而且活塞端部采用滑轮装置。3.3 导向装置方案的确定导向装置的作用是为了防止升降架在升降时前后左右摇摆而设定的。导向装置有很多，例如采用导向轴和套筒。在这里打算采用轴端轴承和导向槽来进行导向，这种机构不但安装方便，而且制造比较简单，工艺性能比较好。3.4 安全保险机构由于汽车维修工人需要在托架底下进行工作，因此对举升机的安全机构要求比较严格。通常对于链条传动的，它的安全机构

14、比较好设计，可以直接利用链条进行自锁。而对于钢丝绳传动而言，就要采取期的自锁机构。通常采用棘爪和齿条的比较多，初步也采用棘爪和齿条的锁紧机构。4 重要零件的设计计算下面将要对主要的零部件进行设计计算，最终将要设计出的机械如（4.1）所示：图4.1 四柱液压举升机的总装图1、主立柱 2、副立柱 3、动力装置4、托架 5、挡板 6、斜坡 7、升降架4.1 对托架进行设计计算由于前面已经知道托架的长度为5400mm，所用的是钢板和槽钢焊接而成，其截面如图所示，槽钢型号选用16，其理论质量为=19.752 ,截面系数为117cm3；钢板选用花纹钢板，图案为圆豆型，理论质量=12.15 为而且取最小轴距

15、为2400mm。因此分析托架的受力情况如（图4.2）所示： 图4.2 托架的截面图由于： q=g=（2+）9.8N/m=（219.752+12.15）9.8N/m=506.209 N/m又因： FN1+FN2=F1+F2+ql (1) FN1=FN2 (2) 联立(1),(2)可得：（其中F1=F2=g=30009.8 N=7350 N）所以： FN1=FN2 =（F1+F2+ql）/2 =7350 + =8362.418N所以在AB段中：（0x0.8m） Fs=FN1-qx=(8362.418-506.209x) N M=FN1x-qx2=(8362.418x-506.209x2) N.m在

16、BC段中：（0.8mx3.2m） Fs=FN1-qx-F1=(1012.418-506.209x) NM=FN1x-F1(x-0.8)-qx2=(1012.418x-506.209x2+5880) N.m在CD段中：（3.2mx4m） Fs=FN2-q(l-x)=( 8362.418-506.209(4-x) NM=FN2(l-x)- q(l-x)2=(8362.418(l-x)-506.209(l-x)2) N.m因此其剪力图和弯矩图如（图4.3）所示。图4.3 托架的受力图、剪力图和弯矩图a)为托架的受力图；b)为托架的剪力图；c)为托架的弯矩图。由弯矩图可知：E点所受的弯曲应力为最大（其

17、中x=2m）。其中 M=FN1x-F1(x-0.8)-qx2=1012.418x-506.209x2+5880=1012.4182-506.20922+5880=2024.836-1012.418+5880=6892.218 N.m因此：所要承受的最大弯曲应力为： max= = MPa =29.455MPa 由于举升机是要汽车维修工人在托架下面进行工作，因此尽量将安全系数取大一点，因此取安全系数K=10所以将要选取的材料的抗弯强度（lim应该满足以下条件）limmaxK=294.55 MPa经过查工程材料手册（黑色金属材料卷）可得：可以选用Q235（A）,其抗弯强度lim =375500 Mp

18、a4.2 对升降架进行设计计算由于前面已经知道升降架的长度2600mm，使用材料为矩形空心型钢，初选矩形空心型钢为边长A=150mm，B=100mm，壁厚t=8mm，理论重量为=28.096kg/m，截面系数为：W=138.546 cm3。轮距的最小值取为1400mm。因此分析升降架的受力情况如（图4.4）中a图所示：图4.4升降架的受力图、剪力图和弯矩图a) 为升降架的受力图；b) 为升降架的剪力图；c) 为升降架的弯矩图。由于： q=g=28.0969.8N/m=275.3408N/m又因： FN1+FN2=F1+F2+ql (1) FN1=FN2 (2) 联立(1),(2)可得：（其中F

19、1=F2= (+ 2) g= (3000+2451.19)9.8 N=8353.324 N） 所以： FN1=FN2 =（F1+F2+ql）/2 =8353.324 + =8711.137N所以在AB段中：（0x0.6m） Fs=FN1-qx=(8711.137-275.3408x) N M=FN1x-qx2=(8711.137x-275.3408x2) N.m在BC段中：（0.6mx2m） Fs=FN1-qx-F1=(357.813-275.3408x) NM=FN1x-F1(x-0.6)-qx2=(357.813x-275.3408x2+5011.994) N.m在CD段中：（2mx2.6

20、m） Fs=FN2-q(l-x)=( 8711.137-275.3408(2.6-x) NM=FN2(l-x)- q(l-x)2=(8711.137(2.6-x)-275.3408(2.6-x)2) N.m由上述的剪力方程和弯矩方程可以画出剪力图和弯矩图如（图4.3）中b、c图所示，由弯矩图不难看出E点既为危险截面（即x=1.3m在受到的弯曲应力为最大）其中 M= FN1x-F1(x-0.6)-qx2=357.813x-275.3408x2+5011.994=357.8131.3-275.34081.32+5011.994=465.1569-232.663+5011.994=5244.488

21、MPa因此：所要承受的最大弯曲应力为： max= = MPa =37.853MPa 由于举升机是要汽车维修工人在托架下面进行工作，因此尽量将安全系数取大一点。因此取安全系数K=10所以将要选取的材料的抗弯强度（lim应该满足以下条件）limmaxK=378.53MPa经过查工程材料手册（黑色金属材料卷）可得：可以选用Q235（A）,其抗弯强度lim =375500 Mpa4.3 对立柱进行设计计算立柱的高度为2500mm，而且所选的材料为钢板，其结构如（图4.5）所示：为利于购买型材同样初选用型材的材料为Q235（A），其弹性模量E=206 Gpa, p=200 Mpa,惯性矩：IY=527.

22、214 cm4,截面面积：A=20.40 cm2。图4.5 立柱的截面图所以： 1= = 100立柱所受力的情况如（图4.6）所示： 由于立柱属于一端固定，另一端自由，所以立柱的长度因数：=2图4.6 立柱的受力图所以惯性半径： = = =50.83mm所以： = = =78.69而Q235的，因此 由于： ,即该立柱属于中等柔度压杆。所以应选用的公式为：= (刘鸿文主编. .北京：高等教育出版社，2004)因此临界应力为： =304-1.1278.69 = 215.867 Mpa则临界压力为：所以工作的安全系数为： 由于关于稳定性的安全系数一般取10以上即可，因此适合。4.4 对钢丝绳进行设

23、计计算每个立柱由一根钢丝绳来抬升，因此每根钢丝绳所要受的力F 如果初选钢丝绳的型号为，直径为6mm，材料为钢芯钢丝绳，其钢丝绳的近似质量为14.60，公称抗拉强度为1870 Mpa，最小破断拉力为23.90KN。所以每一根钢丝所要承受的拉应力为： 安全系数K=10，则： 因此所选的钢丝绳合适。4.5 对滑轮的转轴进行设计计算初选材料为45钢，其弯曲强度为600；4.5.1活塞杆端部滑轮的转轴其长度为160mm，受力分析如（图4.7）所示：图4.7 活塞杆端部滑轮的转轴的受力图、剪力图和弯矩图a) 为活塞杆端部滑轮的转轴的受力图；b) 为活塞杆端部滑轮的转轴的剪力图；c) 为活塞杆端部滑轮的转轴

24、的弯矩图。在AB段的剪力方程和弯矩方程为： 在CB段的剪力方程和弯矩方程为： 根据弯矩图可知B点所受的弯矩为最大，其值为： =2787.600由公式(刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.1 横力弯曲时的正应力 143页)所以最小的截面系数为：如果取安全系数为K=10,则： 再由截面为圆形的截面系数公式： (刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.1 横力弯曲时的正应力 143页)得： 最终取其直径为： 4.5.2需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴：其长度为160mm，受力分析如（图4.8）所示：图4.8 需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力分析图所以 因此其剪力图和弯矩

25、图如（图4.9）中b)、c)图所示：图4.9 需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图、剪力图和弯矩图a) 为需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图；b) 为需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图；c) 为需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的弯矩图。在AB段的剪力方程和弯矩方程为： 在CB段的剪力方程和弯矩方程为： 根据弯矩图可知B点所受的弯矩为最大，其值为： =985.565由公式(刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.1 横力弯曲时的正应力 143页)所以最小的截面系数为：如果取安全系数为K=10,则： 再由截面为圆形的截面系数公式： (刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2

26、004.1 横力弯曲时的正应力 143页)得： 最终取其直径为： 4.5.3有一根钢丝绳绕过的滑轮的转轴：其长度为160mm，受力分析如（图4.10）所示：图4.10 只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力分析图所以 图4.11只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图、剪力图和弯矩图d) 为只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图；a) 为只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图；b) 为只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的弯矩图。在AB段的剪力方程和弯矩方程为： 在CB段的剪力方程和弯矩方程为： 根据弯矩图可知B点所受的弯矩为最大，其值为： =492.783由公式(刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，200

27、4.1 横力弯曲时的正应力 143页)所以最小的截面系数为：如果取安全系数为K=10,则： 再由截面为圆形的截面系数公式： (刘鸿文编.材料力学.北京：高等教育出版社，2004.1 横力弯曲时的正应力 143页)得： 为了转轴一至，从而形成批量生产，所以最终取其直径为： 5 重要机构的设计计算5.1锁紧机构的结构设计在活塞杆推动钢丝绳移动时，托架和升降架也跟着上升，此时锁紧机构能够自动脱开，使举升机顺利上升，同时棘爪与齿条之间不能够发生干涉，当棘爪移动到下一个齿槽时由弹簧保证棘爪和齿条的可靠卡拔状态，当举升托架时，棘爪可被齿条自动推开；停止时可自行卡止；当需要下降时，则可利用手柄转动凸轮，解除

28、自锁状态。其工作原理如（图5.1）所示：图5.1 锁紧机构的原理图1 棘爪；2 凸轮l为棘爪与齿条的接触长度；h1为棘爪能够向上抬起的最大高度；h2为棘爪能够向下摆动的最大高度；a为棘爪的长度；e为偏心距；b为棘爪轴的右端长度；d1为偏心圆的直径；d2为偏心圆轴的直径。由图可知： （1） （2）联立（1）和（2）得： 其中，取， 如果取，则： 最终取。5.2锁紧机构的设计计算锁紧机构的示意图如（图5.2）所示：图5.2 锁紧机构的示意图1为齿条；2为棘爪；3为棘爪转轴；4为弹簧；5为凸轮；6为凸轮转轴5.2.1棘爪的设计计算对其进行受力分析，其受力图如（图5.3）所示：图5.3 棘爪的受力图其

29、中转轴处所受的力F的值如下：即： 在AB段，即（） 在BC段，即（） 由以上方程，作出其剪力图和弯矩图如（图5.4）所示，由图上不难看出，B点既为受到弯矩最大点（即当X=65mm时），所以根据式： 初选棘爪的材料为Q235，其抗弯强度为375MP500MP，选用强度为的Q235，同时取安全系数为K=5。则由公式得： 如果取棘爪的截面形状为矩形，其厚度为，再由矩形抗弯截面系数的公式（刘鸿文主编. ，第143页，北京：高等教育出版社，2004）得：图5.4 棘爪的剪力图和弯矩图a) 为棘爪的受力图；b) 为棘爪的剪力图；c) 为棘爪的弯矩图。 取。5.2.2 棘爪转轴的设计计算：转轴的受力图如（图

30、5.5）所示：图5.5 棘爪转轴的受力示意图由受力的示意图可知，转轴主要受到的是剪切力，初选转轴的材料为45钢，其，由最大切应力理论得：。所以由剪应力公式(刘鸿文主编. ，第51页，北京：高等教育出版社，2004)得：(其中) 如果其安全系数为 其截面形状为圆形，所以其直径：取5.2.3 凸轮转轴的设计计算：转轴的受力图如（图5.6）所示：图5.6 凸轮转轴的受力示意图由受力的示意图可知，转轴主要受到的是剪切力，初选转轴的材料为45钢，其，由最大切应力理论得：。所以由剪应力公式(刘鸿文主编. ，第51页，北京：高等教育出版社，2004)得：(其中) 如果其安全系数为 其截面形状为圆形，所以其直

31、径：取6. 绘制有关零件图和装配图有关零件图和装配图见附图7. 设计小结设计过程是个非常复杂的过程。在整个设计过程中，设计人员必须有全局观念，在每一个环节都必须注意它与其它环节的关系，要知道事物之间是相互联系的哲学道理。作为系统的一部分，它将会影响到周围的相联系的其它部分，如果一部分出现问题，整个系统都可能崩溃。在本设计过程中，我就犯了上述错误，设计过程中，往往不能考虑到与之相关的因素，结果导致设计的不够合理。我想：通过此次设计，将会使我不仅是在知识层面上有较大的提高，而且在生活方面，也教给我很多做人的道理。8.总 结本设计是在前人研究成果的基础上，总结前人经验，参考有关的其它同类产品的研究成

32、果，再加上老师的指点，以及在同学的帮助下而完成的。为了缩短设计周期、降低设计成本、并能设计出具有较好的使用性能和经济性的四柱液压汽车举升机，在本设计工程之前，做了大量的调研和比较。经过初步计算以后，从而确定了主要零部件的结构参数，通过结构参数的选择可以初步设计零部件的结构，然后再选择各种方案从而可以草绘装配图，然后开始画装配图以及零件图，最后完成设计说明书。在设计的过程中，我不仅全面回顾了四年来我所学到的基础课程及专业课程，而且还在老师的指导下参阅了大量的文献及著作,特别是关于汽车举升机的资料。这次设计使我对汽车举升机的发展概况、工作原理、结构形式等各部分的零部件的作用以及选择的过程中应注意的

33、问题等方面都有了一个非常全面的了解。同时也对汽车举升机主要零部件件和参数有了比较清晰的认识。当然，也有很多不足的地方，部分零件呈现设计的都不太美观，而且还费材料。在日后工作和学习的过程中我定会努力克服这些问题。整个过程也让我更加深刻的体会到了团结、协作的重要性。在设计的过程中，我同自己所在的课题小组成员密切合作，遇到问题大家共同讨论解决。虽然我们的能力和经验还十分的有限，但是我们都是抱着一种踏实、认真的态度来对待这次设计，力争使我们的设计达到尽可能的合理与完善。设计过程中我最深的收获就是：我觉得自己更加成熟了，考虑问题更加全面了。半个学期以来的设计，我做事情的毅力增加了，有了更大的信心与勇气来面对学习中遇到的困难。设计过程中我深知自己所学的知识非