设计说明书(论文)

1、可四轮定位四柱式汽车举升机设计1 绪论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多年历史。1925年美国生产了第一台汽车举升机,它是由气动控制的,如图1.1所示。由于采用的气压比较低,所以缸体较大,同时采用皮革用来密封,所以压缩空气驱动时的弹跳较严重且不稳定。等到10年后,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1937年美国另一家公司生产了第一台四柱举升机,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,1 图 1.2 四柱举升机其方案是:每一根立柱内都有一颗螺母及螺杆,由装在地面上的链条连起来实现

2、同步驱动,此四柱举升机在市场上并没有获得成功,而单柱举升机却继续得到普遍的应用。1948年Joseph Bardbury & Sohs 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成液压机构,只装有一个液压缸,其他立柱通过钢丝绳连接从而实现同步举升,由于当时的液压压力尚未超过3540Kg/cm²因而第一台液压举升机体积比较大。五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销量骤减,而四柱举升机却居于主导地位;但是在美国单柱举升机却继续受到人们的青睐。195

3、6年Borg Warner 和Plessey生产液压压力能达到140175Kg/cm²的液压齿轮泵;由此, 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跨越。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年在英国的市场上使用率竟达75%。1961年Bardbury生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统,而且在全世界17个国家获得了专利。但在南美洲仍然流行单柱举升机,只是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1图 1.3 双柱举升机举升机设计上的又有了一个重要进展,但是直

4、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稳定的地位,其销量还在继续上升。它和四柱举升机相比,既有优点,也有缺点,以下将作简要说明。我们所见到的绝大多数举升机都采用固定安装的方式,在举升前汽车必须驶上举升台。在移动式举升机方面也有几项成功突破,如简式举升机、菱架式举升机等。但这类举升机还存在两个重要问题:接近汽车下部难,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重要优点。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,车辆体积都较大,其底盘能明显分辨,因而汽车检修区远远大于

5、举升器件。现在绝大多数汽车均为“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不便。但在南美洲却有例外,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;汽车可在举升机上自由的转。但美国却遇到了困难,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洞后才能安装;其次,它只能提供车轮支撑方式;第三,使用时难接近汽车下部的一些检修区域。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较为困难;其次是油缸所处的环境

6、条件差,容易生锈,特别是地下水位较高时。双柱举升机(包括液压式和机械式),都有以下的优点:第一,检修汽车下部具有很高的可接近性(几乎达到100%);而且,采用车轮自由型的方式支撑车辆,所以拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升方法;第三,结构紧凑,占地面积小。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,如果需采取车轮支撑型的方式维修汽车则会产生不便,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,其承力件容易受到磨损。因而双柱举升机没有四

7、柱举升机的使用寿命长。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平台。举升前,汽车很容易准确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底下,车轮支承型四柱举升机的优点是:第一,举升机装载汽车时不需要较高的操作,操作又很简单;第二,承载时比较稳定;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就行。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.

8、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，整体上还是比较落后的。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量不足、各食其力、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不够；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，从而导致全行业产品结构不合理,质量不高。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,因为它具有非常重要的作用，甚至直接影响到汽车维修业务的兴败。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。1.3 设计的依据及意义进入21世纪，轿车举升机作为

9、轿车保养设备的一种，随着近几年我国的轿车行业发展，在轿车维修行业较广泛的应用，维修业也发展到室内和室外维修，举升机在汽车的维护行业有着非常巨大的作用，无论保养小修还是整车大修，都需要它。在各种规模的维修保养企业公司中，无论是维修多种车型的综合型修理厂，还是经营范围单一的汽车店，基本都拥有举升机。举升机的重要性和遍及性，决定了它是一种备受汽车行业人员重视的设备。而随着我国轿车数量的增加，作为维修保养的须具备的一种工具，举升机有广泛的市场和应用前景。私人购买成为购车的主要来源，售后市场也将得到蓬勃的发展，举升机在未来的需求量也将不断增加，据业内专家估测，在未来三年内，举升机市场将保持在812的增长

10、率。因此，设计出一款简单实用的举升机有很大前景，也能增加轿车维修行业的工具，减少轿车维修工人体力劳动，增加维修的效率。 1.4 轿车举升机的分类轿车举升机产品种类较多，动力形式一般有液压和机械两种形式，有的二次举升采用的是气动。结构类型有:单柱式，双柱式，四柱式和剪式等结构（如图1.1-1.4），双柱式有的采用门式结构，有的四柱式举升机作为四轮定位设备配套使用，剪式举升机一般为移动式的。而选择单柱、双柱还是四柱的举升机，或是选择立式、剪式、平板式还是子母式，或是几种类型相结合的举升机，车间结构布局和维修中的具体需要来确定采用哪种举升机，比如举升机在车间的占地面积和高度，举升机在维修和养护中的具

11、体用途，以及是否要与四轮定位仪配套使用等。而轿车举升机的发展趋势也将朝着自动化，智能化发展。机械式举升机被液压式举升机取代。对轿车保养行业而言，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，被液压式举升机取代也是大势所趋。据有人调查，访谈举升机生产厂商，全部转向了当前主流产品即液压式举升机，它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。产品质量智能将不断提高。随着技术开发的提高，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，其标准也将慢慢统一化。技术先进、质量稳定的产品将主导

12、市场。图1.4 四柱上油缸式举升机图1.5 四柱下油缸式举升机图1.6 剪式举升机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坑洞,但还增加投资费用,也破坏了车间地面的水平性。为此,在保证强度和刚度的基础下,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

13、正确选择传动方式采用机械传动(螺母、螺丝)或液压传动(油缸),都采用电动机驱动。机械传动的成本较高,耗能较多，但安全性较好。现实证明:机械传动的耗能为液压传动所需耗能的两倍(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,但多数的零部件(液压泵、液压缸、阀门、密封元件等)均可从外面购买,当然一定要选用优质的产品。2.2.3 汽车举升机的安全保证措施如今全世界都对在危险作业环境下工作的人员的安全投以极大的关注。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

14、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;另一方面则应在使用维修过程中遵循严格的操作程序,保证汽车举升机能在好的技术状态下正确的运行。3 方案论证3.1 纯机械结构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 结构示意图汽车升降板齿条齿轮电动机限位开关图 3.2 系统框图此结构的优点是结构简单，易操作，传动精度高，响应快等，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

15、计此结构，并需配置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。3.2 液压结构由液压结构带动刚索来回运动，刚索的另一端经过滑轮连接在立柱上，液压缸安装在平板上，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。上升刚索上限位开关升降板液压结构 下降 下限位开关 图3.3 系统框图PLC程序优点：1) 液压传动可以输出大的推力或大转矩，可实现低速大吨位运动 2) 液压传动能很方便地实现无级调速，调速范围大，且可在系统运行过程中调

16、速。 3) 在相同功率条件下，液压传动装置体积小、重量轻、结构紧凑。液压元件之间可采用管道连接、或采用集成式连接，其布局、安装有很大的灵活性，可以构成用其它传动方式难以组成的复杂系统。 4) 液压传动能使执行元件的运动十分稳定，可使运动部件换向时无换向冲击。而且由于其反应速度快，故可实现频繁换向。 5) 操作简单，调整控制方便，易于实现自动化。特别是和机、电联合使用时，能方便地实现复杂的自动工作循环。 6) 液压系统便于实现过载保护，使用安全、可靠。由于各液压元件中的运动件均在油液中工作，能自行润滑，故元件的使用寿命长。 7) 液压元件易于实现系列化、标准化和通用化，便于设计、制造、维修和推广

17、使用。主要缺点： （1）由于液体流动的阻力损失和泄漏比较大,所以效率比较低。如果处理不适当,泄漏不仅会污染场地,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 板图4.1 简单示意流程图在上述流程中，电动机运转，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，当电动机转动，液压缸注液，

18、液压杆伸出，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得：（1）因为平板的举升、下降是由液压杆的来回运动控制，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 立柱设计计算整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图。由F1引起的弯矩图和剪力图见（图4.3）：图4.3立柱上F1作用力及

19、其弯矩图和剪力图l=2600mm b=2415mm a=185mm （4.1） 由F2引起的弯矩图和剪力图见（图4.4）：图4.4 立柱上F2作用力及其弯矩图和剪力图 l=2600mm b=1890mm a=710mm （4.2） 由FBY产生的M引起的弯矩图见（图4.5）：图4.5立柱上M作用力及其弯矩图 （4.3）综上所述，立柱受力弯矩图和合成剪力图如（图4.6）所示。图4.6立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图从图中可以得出 在截面C处，剪力为最大（QC=2640.5kg），弯矩为最大（MC=1386262.5kg）,所以此处为危险截面。前面计算已得，抗弯截面模数为： (4.4)截面上半部分

20、静矩S171.24cm3， (4.5)以下进行强度校核：（1）校核正应力强度： (4.6)许用应力选： (4.7)，满足强度条件。（2）校核剪应力强度： (4.8)选，而许用应力 (4.9)，满足强度条件。（3）折算应力强度校核：主立柱横截面上的最大正应力产生在离中性轴最远的端处，而最大剪应力则产生在中性轴上，虽然通过上面的校核说明在这两处的强度都是满足要求的，但是因为在截面C处，M和Q都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理论进行折算应力校核，取该截面边缘处某点K来进行计算： (4.10) (4.11) （4.12）由于点K处在复杂应力状态，立柱

21、的材料采用的30钢是塑性材料，可以采用第四强度理论20，将 的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态建立的强度条件为： (4.13)所以 即 (4.14)按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。4.3 梁设计计算梁力学上可简化为下图4.7：图4.7 梁受力图图中：L梁的有效长度，mmG梁的自重，Na梁的支架到承受桥上重力一端的距离，mmc架在梁上，桥与梁接触的有效宽度，mm由设计过程，可得：a = 250mmc = 500mmL = 3000mmq = 20N/mmG = 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

22、计算过程如下：由梁的平衡条件可得：由梁的受力情况绘出梁上的剪力及弯矩图，如图4.8 图4.8 弯矩图由图得：梁上最大剪力梁上最大弯矩4.3.1 强度校核梁的截面尺寸如图4.9：图4.9 梁截面图由设计过程可得：=150mm=50mm所以： （4.15）所以截面对形心轴的惯性矩 （4.16） （4.17） （4.18） （4.19）由于45# 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 （4.20）其中：E=210Mpa 材料的弹性模量 b = a+c/2所以 符合刚度要求。4.4 桥身设计计算桥身可简化为下图4.10：图4.10 桥身受力图其中 C ，

23、D两点看作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=2500mmL2=1025mmL=4550mmG=10000N 单个车轮上的车重由平衡条件可得梁对桥升的反力： 由桥身的受力情况绘出桥身上的剪力及弯矩图，如图4.11：图4.11 弯矩图由图得：梁上最大剪力梁上最大弯矩4.4.1 强度校核桥身的截面尺寸如图4.12：图4.12 桥身截面图由设计过程可得：所以： （4.21）所以截面对形心轴的惯性矩 （4.22） （4.23） （4.24） （4.25）由于45# 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 （4.26）其

24、中：E=210Mpa 材料的弹性模量 b = a+c/2所以 符合刚度要求。4.5 钢丝绳的选取根据机械设计师手册，按GB/T8706-1988选择圆钢丝绳求钢丝绳的直径：根据举升机的使用条件分析得到机构的工作级别M4，查表c=0.095所以d=cF=0.095*84.69=8.04mm,取直径为8mm绳的类型为6*7（6个圆股每股外层丝可到7根），经计算查表得，选择纤维芯钢丝绳表4-1 钢丝绳机构工作级别选择系数 C值最小安全系数n钢丝公称抗拉强度b/MPa155017001850M1M30.0930.0890.0854M40.0990.0950.0914.5M50.1040.1000.09

25、65M60.1140.1090.1066M70.1230.1180.1137M80.1400.1340.1289 4.6钢丝绳与吊环的联结方法采用绳卡固定法，原理就是采用套换与骑马螺栓固定，如下图：图4.13 钢丝绳根据钢丝绳8mm的直径能承受2869.12kg的重量，这已可以举升2000kg的轿车加其他重量。4.7 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：名称深沟球轴承标准=GB/T276-1994轴承代号=6406基本尺寸d(m

26、m)=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：每个轴承实际载荷： 安全系数为： （4.27）符合要求。5 液压系统5.1 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<=60s全行程下降时间： t2>=20s液压缸参数：选

27、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： （5.1）液压泵流量选择：升降速度：上升速度 （5.2）下降速度 由限流阀调节升降时间： 上升时间 （5.3） 下降时间 由限流阀调节液压缸动力单元功率计算： (5.4)其中 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=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： (5.5) （5.6）其中：=530MPa 材料抗拉强度n = 5 安

28、全系数所以，活塞实际直径 满足强度要求。5.2 液压系统工作原理如图所示为升举机的液压系统原理图，叶片泵3由电动机带动旋转，从油箱1经过滤器2吸油，叶片泵排出的压力油经过溢流阀4，液压泵的工作压力由溢流阀限定，油表5显示工作压力，压力油经单向阀6到电磁换向阀，当处于图中所示位置时，压力油经过节流阀8到液压缸9右侧，液压缸左侧油由于压力作用流进油箱由此活塞杆向左运动，当电动机停止工作时，,活塞杆也停止工作，保持不动。当电磁换向阀7由于电磁作用向右移动后，电动机工作，压力油进入液压缸左侧，液压缸右侧油经单向阀8流回油箱，由此活塞向右运动，从而实现了活塞的往复运动。1.油箱 2.过滤器 3.叶片泵4

29、溢流阀 5压力表 6单向阀 7电磁换向阀8.节流阀 9.液压缸图5.1 液压原理图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，通过继电器盒几个开关元件达到简单控制的目的。 下图6.1纪委所设计的控制原理图，其原理:闭合SB2时,KM1线圈得电,KM1开关闭和形成回路,形成自锁从而实现电动机的持续运转。图6.1 电气原理图7 安全装置安全控制机构的控制原理是基于如下图7.1结构的：图7.1 安全装置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，当开关闭合，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

30、台接触或者搁置于凸台上，安全机构起作用。当开关断开，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。8 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。9 致谢 在指导老师林承德的多次指导下完稿,感激之情,溢于言表。在写说明书的过程中，得到了许多同学的帮助和指导，林老师严谨的治学态度，渊

31、博的专业知识和无私的奉献精神令我很感动，在这我要对指导老师表达衷心的敬意和谢意。通过这次毕业设计，不仅提高了我自己的认知能力，丰富了阅历，更锻炼了我的观察能力，这次毕业设计使我四年来所学到的课本知识得到了升华。 对于设计中存在的各种不足，恳请各位老师批评指教。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