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南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 目 錄 1、 緒 論 1.1 研究背景 .........................................................1 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ...................................................1 1.3 設(shè)計主要內(nèi)容及步驟 ...............................................2 1.4 設(shè)計的目的和意義 .................................................2 2、 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 尺寸和結(jié)構(gòu) .......................................................3 2.2 傳動路線的設(shè)計 ...................................................4 2.3 同步裝置的選擇 ...................................................4 2.4 電機(jī)的選擇 .......................................................5 3、 立柱與托臂的設(shè)計 3.1 立柱的校核計算 ...................................................7 3.2 托臂的校核 ......................................................10 3.3 聯(lián)接件的計算與校核 ..............................................13 4、 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 螺旋傳動的設(shè)計 ..................................................16 4.2 鏈傳動的選擇 ....................................................23 4.3 帶傳動的選擇 ....................................................29 5、 結(jié)論與建議 5.1 結(jié)論 ............................................................33 5.2 建議 ............................................................33 參考文獻(xiàn) .............................................................34 致 謝 ...............................................................35 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 0 1、 緒 論 1.1 研究背景 隨著我國汽車深入家庭，汽車維修業(yè)也迎來了一個高峰期，而隨之對汽車舉升 機(jī)的需求也日益增加，因為它是大多數(shù)汽車修理車間的常用設(shè)備。然而現(xiàn)在國內(nèi)市 場上具有一定生產(chǎn)規(guī)模和自主產(chǎn)權(quán)的汽車舉升機(jī)廠家很少，對舉升機(jī)的研究工作還 很欠缺，因此對汽車舉升機(jī)的設(shè)計很有現(xiàn)實的意義。 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 舉升機(jī)的分類 我國的汽車舉升機(jī)是 20 世紀(jì) 80 年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，由于移動和 拆裝方便，也便于維修中小型汽車，逐漸代替了以前維修汽車通用的“地溝”模式。 汽車舉升機(jī)產(chǎn)品種類較多：按提升動力來分，有液壓和機(jī)械兩種形式；按結(jié)構(gòu)類型 來分，有單柱式、雙柱式、四柱式和剪式。 1.2.2 舉升機(jī)的優(yōu)缺點分析 機(jī)械式舉升機(jī)的特點：同步性好，但機(jī)械維護(hù)成本高（換銅螺母及軸承） 。機(jī)械 連接可以是鋼絲繩或鏈條，這樣設(shè)計有一個缺點：如果鋼絲繩或者鏈條在工作中伸 長了，從而導(dǎo)致升降時拖架的移動不能同步。 液壓式舉升機(jī)的特點：維護(hù)成本低，單缸同步性好，但雙缸同步性較差。液壓 式又分單缸和雙缸式，單缸也分兩種：老單缸和新單缸，雙缸分龍門式和無地板式。 單缸同步性雖很好，但油缸機(jī)械式地連接在對面立柱的托架上。 雙柱式液壓舉升機(jī)的特點：液壓舉升，維修少。質(zhì)量穩(wěn)定，下降時需要兩邊拉 開保險才能下降。油缸置下部占用下面的空間。 四柱式舉升機(jī)的特點：四柱式在具有雙柱式液壓舉升機(jī)的特點的同時還可以實 現(xiàn)四輪定位的檢測，安裝升舉更加的方便，中大型的修理場有廣泛的應(yīng)用。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 1 1.3 設(shè)計主要內(nèi)容及步驟 1.3.1 舉升機(jī)總體結(jié)構(gòu)的設(shè)計 根據(jù)承載能力及通常車輛的尺寸，設(shè)計出總體框架的大小 1.3.2 舉升機(jī)傳動系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計 主要考慮電機(jī)，以電機(jī)為基礎(chǔ)進(jìn)行傳動系統(tǒng)初始條件的設(shè)計，并對螺旋傳動中 的絲杠螺母進(jìn)行急停裝置和安全保險裝置的設(shè)計 1.3.3 舉升系統(tǒng)零部件的設(shè)計 對立柱，托臂以及連接裝置進(jìn)行設(shè)計計算 1.4 設(shè)計的目的和意義 1.4.1 設(shè)計的目的 通過進(jìn)行全面的設(shè)計計算，來研制出一種適用型，經(jīng)濟(jì)型的機(jī)械式雙柱舉升機(jī)， 它在舉升車輛的應(yīng)用范圍上以及在維修廠的工作環(huán)境上得到優(yōu)化設(shè)計。 1.4.2 設(shè)計的意義 通過對舉升機(jī)全面系統(tǒng)的設(shè)計計算，對了解舉升機(jī)的構(gòu)造和傳動進(jìn)行了深入的 探討，對人們了解舉升機(jī)，應(yīng)用舉升機(jī)以及以后的改進(jìn)工作都有很高的現(xiàn)實意義。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 2、總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 尺寸和結(jié)構(gòu) 本機(jī)由立柱、滑套、底座三大部分組成。 對舉升機(jī)整體尺寸的設(shè)計使其滿足汽車在舉升機(jī)上的停放并且對汽車修理時，與修理工不 發(fā)生沖突妨礙修理。 具體尺寸如表 21 最大舉升重量 舉升高度 舉升時間 電機(jī)功率 外形尺寸 自重 3000 kg 1750 50 S 3 KW 2053750 kg 2.1.1 立柱 為一方式空心焊接結(jié)構(gòu)、電動機(jī)和皮帶傳動固定在立柱上端，傳動絲杠固定在立柱上下端 的軸承座內(nèi)。 2.1.2 滑套 與傳動螺母連接并帶動托架上下運動;滑套內(nèi)裝有主滾輪，導(dǎo)間輪，承受升降過 程中產(chǎn)生的側(cè)向力并起導(dǎo)向作用。 2.1.3 底座 左右兩立柱安裝在底座上;底座用地腳螺柱固定在地基礎(chǔ)上;在底座內(nèi)設(shè)有鏈 傳動及其張緊裝置。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 3 2.2 傳動路線的設(shè)計 圖 2-2 舉升機(jī)傳動原理圖 1.副絲桿 2.副立柱升降滑架 3.9 主螺母 4. 7 副螺母 5.鏈輪 6.鏈條 8.主立柱升降滑架 10.電動機(jī) 11.13 帶輪 12 皮帶 14 主絲杠 舉升機(jī)一般常見的傳動路線有液壓傳動和機(jī)械傳動。 液壓傳動，具有平穩(wěn)，噪音低，易于防止過載的優(yōu)點。但液壓元件與油缸有拍 對運動，雖對零件加工面的加工精度要求較高，但仍不可避免地會造成油液泄漏.使 場地及人身造成污染，檢修時有諸多不便，泄漏還會造成轎車在舉升中兩邊四個支 點處不平衡狀態(tài)，因而必須另設(shè)安全保險裝置。 機(jī)械傳動安全可靠，結(jié)構(gòu)簡單，零件加工精度低，安裝維修方便，成本較低。 使用壽命相對較短，但隨著技術(shù)的改進(jìn)，這個缺點也在得到逐步的改善。 綜上所述，結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)外液壓，機(jī)械傳動(含鋼絲繩傳動)的各種舉升機(jī)使用 情況，我設(shè)計選用機(jī)械傳動。 傳動路線為：電動機(jī)皮帶傳動主螺旋副傳動鏈傳動副螺旋副 傳動形式。 （見圖 2-2） 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 圖 2-3 總裝圖尺寸參數(shù) 2.3 同步裝置的選擇 舉升機(jī)左右兩立柱上的四個托架(與滑套相聯(lián)接)，必須保證同步升降。目前采 用的結(jié)構(gòu)形式有三種: 第一種是螺旋副錐齒輪長軸錐齒輪螺旋副機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)。這 種剛性聯(lián)接方式，同步性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長軸雖可采用無縫鋼管與短軸頭焊接辦 法替代，但自重仍較大. 第二種是選用外轉(zhuǎn)性相近的兩個電動機(jī)與加工精度相近的在裝配時進(jìn)行調(diào)整選 配的兩個螺旋副.分別驅(qū)動的傳動結(jié)構(gòu)。 第三種是本人設(shè)計采用的鏈傳動結(jié)構(gòu)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重小，結(jié)構(gòu) 安全可靠傳動效率較高，但需設(shè)置調(diào)整方便的鏈傳動的張緊裝置。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 5 2.4 電機(jī)的選擇 (1)電動機(jī)類型和結(jié)構(gòu)形式的選擇 按照工作要求和工作條件，又要考慮經(jīng)濟(jì)性和可維護(hù)性，選用一般用途 （IP44）系列三相異步電動機(jī)，根據(jù)整機(jī)結(jié)構(gòu)布置，采用臥式封閉結(jié)構(gòu)。 (1)電動機(jī)容量計算 電動機(jī)容量僅考慮功率即可 功率 A/tP 式中：A 為工作所需的總能量，t 為工作時間，代入數(shù)據(jù)得， 1.4kw0)1.9/(530mgh/ 電動機(jī)功率 PL=P/ 其中,傳動裝置的總效率 0.479.5082.9 43 21 1為帶傳動的效率.取 0.95 2為軸承的效率,取 0.98 3為絲杠傳動的效率,取 0.55 4為鏈傳動的效率,取 0.94 所以 PL=1.14/0.47=2.4 考慮到啟動制動的影響，電動機(jī)功率 KW 2.641..N 環(huán)境溫度小于 400C，不需要修正，所以，最終選擇電動機(jī)的功率為 3 KW 通過機(jī)械設(shè)計手冊（軟件版） 查詢所需電機(jī)為: 額定功率 （Kw） 3 轉(zhuǎn)速 （r/min） 1440 電壓 （V） 380 額定電流 （A） 7 最大長度 （mm） 380 最大寬度 （mm） 283 最大高度 （mm） 245 （3）電動機(jī)額定轉(zhuǎn)速的選擇 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 舉升機(jī)工作轉(zhuǎn)速一般，故選擇常用的電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 n1=1440 r/min 2.5.1 舉升行程 H 舉升行程 H 是指舉升機(jī)能將汽車舉升的有效行程。 n舉升行程與維修人員身高有 關(guān)，根據(jù)我國不同地區(qū)，男女性別的差異，最大舉升高度可按 1.5m，1.65m，1.75m 考慮。本人設(shè)計選用舉升行程 1.75m。 2.5.2 升降速度 升降速度的快慢.直接影響生產(chǎn)率高低電動機(jī)功率大小，操作運行中安全以及機(jī) 構(gòu)布置等?，F(xiàn)在的舉升機(jī)的舉升速度一般在 13m 之間，設(shè)計選擇的舉升速度為 2.1m/min。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 7 3、 立柱與托臂的設(shè)計 3.1 立柱的校核計算 F 5 2 5 保險裝 置支撐 板 F B Y B X M H R R H Y H X 8 3 . 1 1 9 圖 3-1 主立柱受力示意圖 3.1.1 立柱的強(qiáng)度校核 3.1.1.1 校核正應(yīng)力強(qiáng)度 /W MmaxAX (3-1） 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 =MC/W =2748272.10.1/253.83=1082.72Kg cm2 許用應(yīng)力選: =541100/(9.85)=1102.04Kg/cm 2 max<,滿足強(qiáng)度條件。 3.1.1.2 校核剪應(yīng)力強(qiáng)度 )/(IQ)S/(ISZBCmax (3-2) =5234.804Kg/(16.43628.2cm)=11.294Kg/cm2 選 S=235MPa,而許用應(yīng)力=2351009.85=479.59Kg/cm 2, max<,滿足強(qiáng)度條件。 圖 3-2 立柱結(jié)構(gòu)圖 3.1.1.3 折算應(yīng)力強(qiáng)度校核 主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力 max 產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處,而最大剪應(yīng) 力 max 則產(chǎn)生在中性軸上,雖然通過上面的校核說明在這兩處的強(qiáng)度都是滿足要求 的,但是因為在截面 C 處,M 和 Q 都具有最大值,正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大,因此這里 的主應(yīng)力就比較大,有必要根據(jù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核,取該截面邊緣處 某點進(jìn)行計算: X=MY/ (3-3a) =27482720.111.0881/2814.519=1082.71Kg cm2 X=QS/ B (3-3b) =5234.804171.24/(2814.51928.2)=11.29Kg /cm2 Y=- X (3-3c) 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 9 圖 3-3 在點 K 處取出的單元體受力情況示意圖 在點處取出的單元體受力情況如圖 8。由于點處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài),立柱材料 采用的 30 鋼是塑性材料,可以采用第四強(qiáng)度理論4,將 X, X的數(shù)值代入,用統(tǒng)計 平均剪應(yīng)力理論對此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為: =( 2+3 2)-2 (3-4) 所以, =(082.712+311.292)-2=1082 kg/ cm2600MPa,max<,滿足強(qiáng)度條件。 3.2.3.2 校核剪應(yīng)力強(qiáng)度 21.93Pa 8)-(1012.8/370Kgb)-QS/I(a (3-16) 選: 235P,<,滿足強(qiáng)度條件。 3.3 聯(lián)接件的計算與校核 舉升機(jī)系統(tǒng)中螺栓的使用，設(shè)計中主要的有兩種 M10，M20，需要對其進(jìn)行校核， 以保證連接的可靠性要求. 螺栓的材料選用優(yōu)質(zhì)碳素鋼 螺栓的預(yù)緊： 根據(jù)公式 0.76Fsa (3-17) 式中， s螺栓材料的屈服極限 A螺栓危險截面的面積 /4dA12 螺栓副間的摩擦力矩 0.T d-螺栓的公稱直徑 當(dāng) d 為 10 時， 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 35/Mpas (3-18) 根據(jù)公式計算得 F<=16720.5N 當(dāng) d 為 20 時， 3.41NF0 (3-19) 100N 的預(yù)緊力就可以滿足實際條件。 螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為： L/dpmin0p (3-20) 式中,p--許用應(yīng)力， min1.25 螺 栓的剪切強(qiáng)度條件為： 4F/2 (3-21) 受力最大 F 為 10KN， 根據(jù)公式計算的 p=80MPa, 509.MPa，螺栓主要受擠壓，被剪斷的可能 性很小, 35Mpas，滿足條件，所以螺栓螺母配合符合設(shè)計要求。 故 d 為 20 時同樣滿足聯(lián)接的需求，符合安全要求。 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 15 4、 傳動系統(tǒng)的設(shè)計 4.1 螺旋傳動的設(shè)計 滑動螺旋工作時，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向力的作用，同時在螺桿和螺母的旋合螺 紋間有較大的相對滑動，其失效形式主要是螺紋磨損，因此，滑動螺旋的基本尺寸 （即螺桿直徑和螺母高度）通常是根據(jù)耐磨性條件確定的，對于受力較大的傳力螺 旋，還應(yīng)該校核螺桿危險截面以及螺母螺紋牙的強(qiáng)度，以防止發(fā)生塑性變形或斷裂； 對于要求自鎖的螺桿應(yīng)該校核其自鎖性。 機(jī)械式汽車舉升機(jī)的主傳動實際上就是一種螺旋傳動。然而由于受以往設(shè)計主 導(dǎo)思想的影響及材料選用的局限性，加之大多數(shù)汽車修理廠不注重對舉升機(jī)的保養(yǎng) 與維護(hù)，不能按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的舉升機(jī)在運行 3000 次的范圍內(nèi)更換工作螺母因 此，時常發(fā)生舉升機(jī)在工作過程中的墜車事故，造成設(shè)備損壞和人員傷亡，分析其 原因，絕大多數(shù)是由于舉升機(jī)工作螺母磨損所造成的。 圖 4-1 絲杠螺母結(jié)構(gòu)圖 為了保證自鎖性，機(jī)械式舉升機(jī)的絲桿一般都選用單頭梯形螺紋，螺旋副的摩 擦性質(zhì)為滑動摩擦，如圖 5-1 所示其特點是結(jié)構(gòu)簡單，便于制造，有利于自鎖，能 保證舉升機(jī)在將汽車舉升到空中任意高度都可停頓，無需任何輔助支撐，工作人員 便可在車下安全作業(yè)。其主要缺點是摩擦阻力大，傳動效率低(<30%)，在重載運行 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 的情況下發(fā)熱量高，不適于連續(xù)運行。然而汽車舉升機(jī)的舉升運動一般者為間隙式 運動，即將汽車舉升到一定的高度，便停止舉升汽車停在半空中，待修理作業(yè)結(jié)束 后，再將汽車放下來，無需進(jìn)行反復(fù)不停的升降運動，因此，絲桿不會出現(xiàn)溫升過 高的現(xiàn)象 。 4.1.1 螺旋傳動初始條件的確定(見表 4-1) 滑動螺旋的磨損與螺紋工作面上的壓力、滑動速度、螺紋表面粗糙度以及潤滑 狀態(tài)等因素有關(guān)，其中，最主要的是螺紋工作面上的壓力，壓力越大，螺旋副間越 容易形成過度磨損，因此，滑動螺旋的耐磨性計算，主要是限制螺紋工作面上的壓 力 P ，使其小于材料的許用壓力【p】 按耐磨性條件，可以初步確定絲桿的直徑和螺母的高度。通過校核計算來證明 絲桿的自鎖性、絲桿的強(qiáng)度、絲桿的穩(wěn)定性以及螺母螺牙的強(qiáng)度等均符合設(shè)計要求， 亦符合國際同類標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計要求。 表 4-1 初始條件的確定 4.1.2 設(shè)計過程 （1）確定中徑系數(shù)，可根據(jù)螺母形式選定，整體式螺母取 =1.22.5,剖分式 螺母 取 =2.53.5，對于該舉升機(jī)屬于整體式，本人采用的中徑系數(shù) =1.80。 （2）由機(jī)械設(shè)計手冊可知用于校核的許用壓強(qiáng)p=15MPa （3）螺桿中徑的選擇可根據(jù)公式 22PF/A/dhzFP/(dhH)p項目 數(shù)值 單位軸向載荷 15000 N螺桿材料 45 號鋼 無螺母材料 含油 MC 尼龍 無軸向載荷與運動方向 反向 無螺桿端部結(jié)構(gòu) 兩端固定 無螺桿最大工作長度 1750.00 mm兩支承間的最大距離 1800.00 mm 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 17 令 =H/ d 2 得 (4-1) pF 該公式可用于梯形螺紋(GB5796.186) 和矩形螺紋，還可以.用于 30鋸齒形螺紋。 梯形螺紋、矩形螺紋可取 ， 鋸齒形螺紋 =0.65 8.03 代入上式得 d232 取 d2 為 42 （4）螺距 P 可以和公稱直徑可同時選出 查機(jī)械設(shè)計手則，表 3-4 可知 螺桿公稱直徑 d 為 48mm，螺距 P=8mm。 螺母高度 H 可根據(jù) 得出為 86.4mm。2 旋合圈數(shù) z 可根據(jù)公式 選定 (4-2) 10pz 經(jīng)計算的 z=10.8，螺紋的工作高度 h 可根據(jù)公式 h=0.5p 和 h=0.75p 確定 前者用于梯形螺紋(GB5796.186) 和矩形螺紋，后者用于 30鋸齒形螺紋 對于該設(shè)計則選用前者，所得結(jié)論為 h=4mm。 （5）工作壓強(qiáng) p 可由 確定phzdF2 代入數(shù)據(jù)得 p=2.3MPa 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用壓強(qiáng) 15MPa，故該結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。 （6）自鎖性校核 因螺旋副要求自鎖，還應(yīng)校核螺旋副是否滿足自鎖條件 即 v (4-3)2cosartnf 式中 為螺紋升角； v為當(dāng)量摩擦角;f 為摩察系數(shù) 有機(jī)械設(shè)計手冊表 5-12，取摩察系數(shù) f=0.1 =30 0 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 其中 2arctn(P/d) 41.38 .0 v arctn.1/96 5. 則 < v 滿足螺旋副自鎖條件 （7）驅(qū)動力矩 T 由公式 (4-4a)321T T1=F d2/2tan(+ v) (4-4b) (4-4c) 2033dDFfs 式中，T1螺紋力矩；T2軸承摩擦力矩， 經(jīng)計算得出 T=108.5Nm， （8）螺桿以及螺母的計算 由機(jī)械設(shè)計課本表 5-13 可查出螺栓材料的許用應(yīng)力為 94MPa；螺母的許用彎曲應(yīng)力 為 50MPa；螺母的許用剪切應(yīng)力為 35MPa。 螺桿工作時承受軸向壓力 F 和扭矩 T 的作用，螺桿危險截面上既有壓縮應(yīng)力， 又有切應(yīng)力，因此，校核螺桿強(qiáng)度時，應(yīng)根據(jù)第四強(qiáng)度理論求出危險截面的計算應(yīng) 力 ，其強(qiáng)度條件為 (4-5a) 23121.04dTdF 其中 T 為傳遞扭矩 Nmm，為螺桿材料的許用應(yīng)力 MPa， 代入數(shù)據(jù)，計算可得出為 =14.74MPa<=94MPa 符合強(qiáng)度要求 南昌航空大學(xué)科技學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 19 螺桿剪切強(qiáng)度由公式 (4-5b) bzdF1 式中： 材料的許用切應(yīng)力 b 螺紋牙根部的厚度，mm，對于梯形螺紋，b=0.65P=5.2 代入數(shù)據(jù)，得 =2.36<= 35MPa 符合條件 螺桿和螺母材料相同時, 只校核螺桿螺紋牙強(qiáng)度 螺桿的彎曲強(qiáng)度由公式 (4-5c) bbzdFh213 式中，b材料的許用彎曲應(yīng)力 MPa h 螺紋的工作高度 ，對于矩形和梯形螺紋，h=0.5P=4 代入數(shù)據(jù) 得 b=5.45
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