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摘 要 雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)通過支撐汽車底盤或車身的某一部分，是使汽車升降的設(shè)備。汽車舉升機(jī)在維修保養(yǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，無(wú)論是整車大修還是小修保養(yǎng)，都離不開他。機(jī)械式汽車舉升機(jī)作為整個(gè)汽車舉升機(jī)中的一員，他有著其他舉升機(jī)不具有的優(yōu)勢(shì)，例如它的工作范圍廣，可以維修高頂棚車輛，工作占用空間小等。本文較全面的介紹了舉升機(jī)的種類，在確定所要設(shè)計(jì)的方案之后，針對(duì)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)與說明。具體說，涉及原動(dòng)機(jī)分析選擇，帶傳動(dòng)分析設(shè)計(jì)，螺旋傳動(dòng)分析設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌分析選擇，支撐懸臂應(yīng)力校核，鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇。本課題所設(shè)計(jì)的是雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)。 關(guān)鍵字：螺旋傳動(dòng)；帶傳動(dòng)；汽車舉升機(jī)；彎曲應(yīng)力 ABSTRACT Two-sided mechanical automobile lift machine is equipment to make the car lifting by supporting a certain part of the automobile chassis or body. Automobile lift machine play a crucial role in maintenance of both the vehicle overhaul and minor repair and maintenance, which cannot be replaced. Mechanical lifters is a member of the car lifting machine family, it has advantages that other lifting machine does not have, such as its work scope is wide, being capable of repairing vehicles with high ceiling, work space is small, etc. This paper comprehensively introduces the classification of the lifting machine and design the lift and make illustration based on the structure and characteristics of the lifting machine after deciding design scheme. Specifically, the paper involves the analysis of motor, belt transmission, screw transmission and guide rail, stress checking of cantilever and the choice of the locking mechanism. This topic is a design of two-sided mechanical automobile lift machine. Keywords: screw transmission; belt transmission; automobile lift; bending stress 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 目 錄 第一章 緒論 1 1.1 汽車舉升機(jī)簡(jiǎn)介及發(fā)展概況 1 1.2 汽車舉升機(jī)分類 2 第2章 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì) 5 2.1 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 5 2.2 舉升機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 5 2.2.1 擬定設(shè)計(jì)方案 5 2.2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案 6 第三章 原動(dòng)機(jī)分析選擇 9 3.1原動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 9 3.1.1 選擇原動(dòng)機(jī)類型和結(jié)構(gòu) 9 3.1.2原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇及功率計(jì)算 9 第四章 帶傳動(dòng)分析設(shè)計(jì) 10 4.1 帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類型選擇 10 4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 10 4.2.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件 10 4.2.2 帶傳動(dòng)主要失效形式和設(shè)計(jì)依據(jù) 11 4.2.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 11 4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12 第五章 舉升機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 14 5.1 舉升機(jī)構(gòu)的分析選擇 14 5.2 滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 16 5.2.1 材料的選擇 16 5.2.2 耐磨性 16 5.2.3 驗(yàn)算自鎖 17 5.2.4 螺桿強(qiáng)度：校核當(dāng)量應(yīng)力 18 5.2.5 螺紋牙強(qiáng)度 18 5.2.6 螺桿的穩(wěn)定性 18 5.2.7 橫向振動(dòng)-驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 19 5.2.8 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率 19 第六章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 20 6.1 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 6.2 支撐機(jī)構(gòu)應(yīng)力校核 21 6.2.1 校核彎曲切應(yīng)力 21 6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力 22 第七章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 24 7.1 導(dǎo)軌類型分析選擇 24 7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算 25 7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算 26 7.3.1 壽命計(jì)算的基本公式 26 7.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算及選用規(guī)格 27 第八章 鎖緊機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 30 8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性 30 8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)原理分析 30 8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇 32 8.4 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 33 第九章 螺栓連接件的校核 35 9.1 升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核 35 9.2 箱體與地基的螺紋校核 36 第十章 結(jié)論 39 參考文獻(xiàn) 40 致謝 41 i - - 第一章 緒論 1.1 汽車舉升機(jī)簡(jiǎn)介及發(fā)展概況 汽車舉升機(jī)在汽車保養(yǎng)和維修行業(yè)中占有重要地位。汽車舉升機(jī)根據(jù)保養(yǎng)維修工況，將需要保養(yǎng)或維修的汽車可靠安全地從地面舉升至另一合適高度，以便于工人的保養(yǎng)維修工作的設(shè)備。因此，汽車舉升機(jī)具有至關(guān)重要及難以替代的作用，是汽車保養(yǎng)維修行業(yè)中最基本的維修設(shè)備之一。 早在20世紀(jì)初期，汽車維修特別是汽車底盤維修時(shí)，汽車維修技術(shù)工人一般通過鉆到車底下進(jìn)行故障診斷與維修，但是這種維修方法空間比較狹小、光線比較陰暗，并且不利于維修人員長(zhǎng)時(shí)間在車底作業(yè)，導(dǎo)致維修效率很低。 最初出現(xiàn)的舉升機(jī)由電力驅(qū)動(dòng)，可以把汽車升到空中，但是舉升的高度不高。到了20世紀(jì)20年代，Weaver和Manley等生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)最大舉升高度可以達(dá)到4英尺，并且可以根據(jù)工況需求在最高高度下對(duì)舉升高度進(jìn)行任意調(diào)整，舉升機(jī)通過支撐車軸把汽車舉升起來，這樣保證了汽車被舉起后車輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 在1925年，美國(guó)的Rotary 公司創(chuàng)始人Lunati 偶然受到理發(fā)師座椅原理的啟發(fā)，制造出世界上第一臺(tái)液壓舉升機(jī)，這使修理汽車變得更加容易。 之后又出現(xiàn)了單柱
框架接觸式
舉升機(jī)，它保證了工作人員可以方便地對(duì) 4 個(gè)車輪維修，但是該設(shè)計(jì)方案的代價(jià)是犧牲了車底空間 ，使得工作人員無(wú)法對(duì)車底的某些部位進(jìn)行維修。隨后兩柱舉升機(jī)的出現(xiàn)使得技師可以方便維修汽車底盤區(qū)域的故障。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造廠家逐漸把舉升技術(shù)和自動(dòng)化控制技術(shù)結(jié)合在一起，通過電子設(shè)備來控制舉升機(jī)的舉升動(dòng)作，同時(shí)設(shè)計(jì)開發(fā)了多種成熟的安全保障裝置,使工作人員具有執(zhí)行各種維修操作的能力。 中國(guó)的汽車舉升機(jī)起步較晚，直到20 世紀(jì) 80 年代初才根據(jù)外國(guó)的技術(shù)生產(chǎn)。 汽車舉升機(jī)因?yàn)楸阌诩紟熅S修工作，所以逐漸代替了以前常用的
地溝
模式。 并且隨著我國(guó)汽車工業(yè)的繁榮，隨之形成了 一個(gè)龐大的汽車周邊市場(chǎng)，汽車舉升機(jī)的市場(chǎng)擴(kuò)大迅速。 到了2000 年，舉升機(jī)產(chǎn)品形式和種類已發(fā)展到各式各樣，并且成為汽車維修行業(yè)取得二級(jí)維修資質(zhì)必備的汽修設(shè)備。 隨著我國(guó)汽車保有量的不斷增多，私人購(gòu)買汽車成為主流，汽車售后市場(chǎng)得到蓬勃發(fā)展，汽車舉升機(jī)成為一種使用頻率極高而且?guī)缀醪豢苫蛉钡钠嚲S修設(shè)備。 自從中國(guó)加入WTO后，中國(guó)汽車維修業(yè)受到的影響是巨大的。外國(guó)汽車廠商為適應(yīng)售后服務(wù)的要求, 外國(guó)維修業(yè)開始相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng), 外國(guó)汽車維修業(yè)的進(jìn)軍給中國(guó)汽車維修市場(chǎng)提供了一個(gè)較為先進(jìn)和高效的國(guó)際技術(shù)環(huán)境, 這對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)汽車維修業(yè)的更新改造、加速汽車維修業(yè)技術(shù)進(jìn)步是一個(gè)機(jī)遇, 必然會(huì)起到良好的推動(dòng)作用。 現(xiàn)代汽車維修方式必然代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車的維修方式、維修制度和經(jīng)營(yíng)模式。以往的汽車維修通常就是維修談維修, 而現(xiàn)代汽車維修是集汽車銷售、零件銷售、資訊及售后服務(wù)四位為一體。維修對(duì)象的高科技化、維修設(shè)備現(xiàn)代化、維修咨詢網(wǎng)絡(luò)化、維修診斷專業(yè)化、維修管理多樣化及服務(wù)對(duì)象的社會(huì)化將是現(xiàn)代汽修的新趨勢(shì)。國(guó)外汽車維修企業(yè)通過汽車服務(wù)貿(mào)易的形式進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng), 這使我國(guó)汽車維修行業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 而在汽車維修企業(yè)發(fā)展要素中, 管理、技術(shù)、裝配和信息將起主導(dǎo)作用。提倡汽車維修行業(yè)的服務(wù)優(yōu)質(zhì)化、品牌化、數(shù)字化，勢(shì)在必行。 1.2 汽車舉升機(jī)分類 汽車舉升機(jī)有多種類型, 根據(jù)傳動(dòng)方式一般可分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng), 其主要性能對(duì)比見表1-1。其中機(jī)械傳動(dòng)舉升機(jī)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)容易發(fā)生絲杠或工作螺母滑扣, 導(dǎo)致所舉汽車跌落或絲杠卡死等故障, 存在很大的安全隱患。液壓傳動(dòng)舉升機(jī)由于其性能優(yōu)勢(shì)逐漸成為主流的舉升機(jī)產(chǎn)品類型。 表1.1 根據(jù)傳動(dòng)方式分類 種類名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)械傳動(dòng)舉升機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 價(jià)格便宜 機(jī)械磨損大，易發(fā)生汽車跌落 液壓傳動(dòng)舉升機(jī) 安全性能好、運(yùn) 行平穩(wěn)、維護(hù)簡(jiǎn)單以及工作效率高 成本高 近年來，隨著材料學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，機(jī)械式汽車舉升機(jī)開始展顯出新的活力。圖1.1是現(xiàn)在正在銷售的德國(guó)康索舉升設(shè)備。 圖1.1 德國(guó)康索舉升設(shè)備 根據(jù)結(jié)構(gòu)類型來分，有雙柱式、四柱式和剪式，其主要性能對(duì)比見表1-2。 機(jī)械式舉升機(jī)：同步性雖好，但機(jī)械維護(hù)成本高（需要換銅螺母及軸承）。機(jī)械傳動(dòng)可以是鋼絲或鏈條，但這樣設(shè)計(jì)有一個(gè)缺點(diǎn)：如果鋼絲或者鏈條在工作中有略微伸長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致升降時(shí)拖架的移動(dòng)不能同步。 液壓式舉升機(jī)：維護(hù)成本較低，單缸同步性好，但是雙缸同步性較差。液壓式細(xì)分又可分為單缸式和雙缸式，單缸又分兩種：老單缸和新單缸，雙缸又分龍門式和無(wú)地板式。單缸同步性雖好，但油缸機(jī)械式連接在對(duì)面立柱的托架上。 雙柱式液壓舉升機(jī)：液壓舉升，維修較少。質(zhì)量較穩(wěn)定，下降時(shí)需要兩邊拉開保險(xiǎn)才能下降。油缸置于下部比較占用下面的空間。 四柱式舉升機(jī)：四柱式同時(shí)具有雙柱式液壓舉升機(jī)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)四輪定位的檢測(cè)，安裝升舉更加方便，一般在中大型的修理場(chǎng)中有廣泛的應(yīng)用。四柱式舉升機(jī)見圖1.2。 圖1.2 四柱式舉升機(jī) 剪式舉升機(jī)：舉升平穩(wěn)，安全性高，但是剪式舉升機(jī)的精度要求高，容易卡死。剪式舉升機(jī)見圖1.3。 圖1.3 剪式汽車舉升機(jī) 表1.2 根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分類 種類名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 雙柱式舉升機(jī) 同步性好，占地面積較小 機(jī)械式機(jī)械磨損較大；液壓是成本高； 四柱式舉升機(jī) 適合四輪定位結(jié)構(gòu)的使用 占地面積較大 剪式舉升機(jī) 安全性高，操作簡(jiǎn)單；空間利用率高 精度要求較高，易發(fā)生舉升平臺(tái)不平衡，單邊升降 第2章 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì) 第三章 原動(dòng)機(jī)選擇及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 第四章 帶傳動(dòng)分析設(shè)計(jì) 4.1帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類型選擇 帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的傳動(dòng)帶，借助帶和帶輪間的摩擦或嚙合來傳遞運(yùn)和力 的。帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑和能緩傳動(dòng)吸振等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械傳動(dòng)中被廣泛的應(yīng)用[1]。 根據(jù)帶傳動(dòng)原理不同,帶傳動(dòng)可分為摩擦型和嚙合型兩大類,前者過載可以打滑,但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確(滑動(dòng)率在2%以下);后者可保證同步傳動(dòng)。根據(jù)帶的形狀可分為平帶傳動(dòng)，v帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。根據(jù)用途，有一般工業(yè)用途、汽車用和農(nóng)機(jī)用之分[1]。 帶傳動(dòng)的功率損失方式共有四種：滯后損失、滑動(dòng)損失、空氣阻力和軸承摩擦損失。鑒于上述功率損失，帶傳動(dòng)的效率約在0.8~0.98范圍內(nèi)，根據(jù)帶的種類而定。各種類帶傳動(dòng)的效率如表4.1。 表4.1 各類帶傳動(dòng)的效率 帶的種類 效率（％） 平帶 83~98 有張緊輪的平帶 80~95 普通V帶 簾布結(jié)構(gòu) 繩芯結(jié)構(gòu) 87~92 92~96 窄V帶 90~95 多楔帶 92~97 同步帶 93~98 根據(jù)汽車舉升機(jī)的工況條件和第三章電機(jī)的容量，選擇效率較高、最常見的普通V帶傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)為繩芯結(jié)構(gòu)。繩芯結(jié)構(gòu)的普通V帶當(dāng)量摩擦因數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小，而且?guī)w較柔軟，曲撓疲勞性好。 4.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件 根據(jù)第三章的總體分析，確定帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的初始條件，見表4.2。 表4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件 項(xiàng)目 值 單位 電機(jī)功率 2.2 Kw 大帶輪轉(zhuǎn)速n2 940 R/min 小帶輪轉(zhuǎn)速n1 240 R/min 4.2.2帶傳動(dòng)主要失效形式和設(shè)計(jì)依據(jù) 1)帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力 2）帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷 3）帶的工作面磨損 保證帶傳動(dòng)在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其他帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。 4.2.3帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、 設(shè)計(jì)功率 KA - 工況系數(shù)，由于舉升機(jī)載荷變化較大并且一般每天工作小時(shí)數(shù)不大于10 小時(shí)，查表取1.1 P - 傳遞的功率， P = 2.2 * 0.96 = 2.11kw 2、 選定帶型 根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪帶速n1選取帶型為A型。 3、 傳動(dòng)比 4、 小帶輪基準(zhǔn)直徑 為提高V帶的壽命，原則上宜選取較大的直徑，但由于立柱空間的限制，現(xiàn)選擇小帶輪基準(zhǔn)直徑。 5、 大帶輪基準(zhǔn)直徑 ，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取大帶輪基準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)值。 6、 帶速 dp1 - 大帶輪的節(jié)圓直徑，通常帶輪的節(jié)圓直徑可視為基準(zhǔn)直徑 對(duì)于普通V帶，，滿足條件。 7、 初定軸間距 ，所以 8、 所需基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ，其中，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 9、 實(shí)際軸間距 安裝時(shí)所需最小軸間距： 10、 小帶輪包角 11、 單根V帶傳遞額定功率 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 12、 傳動(dòng)比i ≠ 1的額定功率增量 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 13、 V帶根數(shù) ，取4根V帶 式中，Ka - 小帶輪包角修正系數(shù)，查表取0.85， KL - 帶長(zhǎng)修正系數(shù)，查表取0.93。 4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、 帶輪設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)帶輪時(shí)，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)便于制造，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造應(yīng)力產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。V ＞ 5m/s時(shí)要進(jìn)行靜平衡，V ＞ 25m/s時(shí)則應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡。 輪槽工作表面應(yīng)光滑，以減少V帶的磨損。 2、 帶輪材料 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程材料等?；诣T鐵應(yīng)用最廣，當(dāng)v≤30m/s時(shí)用HT200，v≥25~45m/s，則宜采用孕育鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓-焊接帶輪。 小功率傳動(dòng)可用鑄鋁或塑料。 3、 帶輪的結(jié)構(gòu) 帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實(shí)心、孔板和橢圓輪輻等三種。 通過查找機(jī)械手冊(cè)，確定小帶輪為實(shí)心輪，大帶輪為孔板輪，材料都為HT200。 第五章 舉升機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 5.1舉升機(jī)構(gòu)的分析選擇 螺旋傳動(dòng)的基本原理是通過螺桿和螺母的旋合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。螺旋傳動(dòng)主要是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，可以以較小的力矩獲得很大的推力，或者用作調(diào)整零件的相互位置。當(dāng)螺旋傳動(dòng)不自鎖時(shí)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。 根據(jù)螺紋副摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓螺旋傳動(dòng)，各類螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用舉例見表5.1。 表5.1 各類螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用[2] 種類 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 靜壓螺旋傳動(dòng) 特點(diǎn) 1. 摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低 2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便 3. 易于自鎖 4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行 5. 螺紋有側(cè)向間隙，反向時(shí)有空程 6. 磨損快 1. 摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高 2. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難 3. 具有傳動(dòng)可逆性 4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行 5. 抗沖擊性能較差 6. 工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障 1. 摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率高 2. 螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜 3. 具有傳動(dòng)可逆性 4. 工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象 5. 反向時(shí)無(wú)空程 6. 磨損小，壽命長(zhǎng) 7. 需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統(tǒng) 應(yīng)用舉例 金屬切削機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的螺旋傳動(dòng)，摩擦壓力機(jī)，千斤頂?shù)膫髁β菪? 金屬切削機(jī)床、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋等 精密機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋 根據(jù)雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用，選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)作為汽車舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)。 滑動(dòng)螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，三種主要螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用見表5.2 表5.2 三種螺紋副的螺紋種類、特點(diǎn)和應(yīng)用[2] 種類 特點(diǎn) 應(yīng)用 梯形螺紋 牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng)；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；效率較低 用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)床的絲桿、載重螺旋式起重機(jī) 鋸齒形螺紋 外螺紋牙根處有相當(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)度；大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中；和梯形螺紋一樣都有螺紋強(qiáng)度高、工藝性好的特點(diǎn)，但有更高的效率 用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機(jī)的傳力螺旋、火炮的炮栓機(jī)構(gòu) 矩形螺紋 傳動(dòng)效率高，但精度制造困難；螺紋強(qiáng)度比梯形螺紋和鋸齒形螺紋低，對(duì)中精度低，螺紋副磨損后的間隙難以補(bǔ)償與修復(fù) 用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋，如一般起重機(jī) 根據(jù)雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋副的特點(diǎn)和應(yīng)用，此汽車舉升機(jī)的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的螺紋副選擇梯形螺紋，為保證螺旋副的自鎖性，取螺紋頭數(shù)為單頭螺紋。 滑動(dòng)螺紋傳動(dòng)的螺母結(jié)構(gòu)通常有三種，分別是整體螺母、組合螺母和剖分式螺母，三種螺母結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)見表5.3。 表5.3 三種螺母結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 種類 整體螺母 組合螺母 剖分式螺母 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適用于精度較低的螺旋傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以定期的調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉(zhuǎn)動(dòng)的空程 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以補(bǔ)償旋合螺紋的磨損 雖然組合螺母和剖分式螺母有補(bǔ)償間隙、避免反轉(zhuǎn)空程或補(bǔ)償磨損的優(yōu)點(diǎn)，但是組合螺母和剖分式螺母結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且剖分式螺母主要運(yùn)用于傳導(dǎo)螺旋中，所以本舉升機(jī)選擇整體螺母。組合螺母結(jié)構(gòu)見圖5.1，其中1 - 固定螺釘；2 - 調(diào)整螺釘；3 - 調(diào)整楔塊。剖分式螺母機(jī)構(gòu)見圖5.2。 圖5.1 組合式螺母結(jié)構(gòu)圖 圖5.2 剖分式螺母結(jié)構(gòu)圖 總結(jié)，此雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，梯形螺紋和整體螺母作為舉升機(jī)構(gòu)。 5.2滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)上一節(jié)分析，滑動(dòng)螺旋副采用梯形螺紋，整體螺母結(jié)構(gòu)，額定舉升質(zhì)量3000kg，最大舉升高度2000mm，全程t≤1min。 5.2.1 材料的選擇 螺桿和螺母材料除應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和良好的加工性能外，相互旋合應(yīng)具有交的的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性。所以，本汽車舉升機(jī)的螺桿應(yīng)進(jìn)行熱處理，以保證其耐磨性。 對(duì)于中等精度的一般傳動(dòng)，螺桿材料選擇45鋼，熱處理過程為：預(yù)備熱處理：正火（170~200HBS）；最終熱處理：調(diào)質(zhì)（220~250HBS）。 傳統(tǒng)螺母材料選擇鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2，該材料和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)低，強(qiáng)度高，適用于重載、低速傳動(dòng)。 5.2.2耐磨性 滑動(dòng)螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。 1、螺桿中徑 矩形螺紋 ξ= 0.8； F-單柱軸向載荷，1.5為安全系數(shù) [p]-許用壓強(qiáng)，取15 ψ值根據(jù)螺母的形式選定，整體母取2.5~3.5 由于要同時(shí)滿足螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強(qiáng)度、螺紋牙強(qiáng)度、螺桿穩(wěn)定性和橫向振動(dòng)等設(shè)計(jì)要求，所以螺桿中徑d2取35mm，再由標(biāo)準(zhǔn)中選取公稱直徑d = 40和螺距 P = 10。 2、螺母高度 3、旋合圈數(shù) 4、螺紋的工作高度 梯形螺紋h = 0.5P = 0.510 = 5 5、工作壓強(qiáng) 5.2.3驗(yàn)算自鎖 要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。 5.2.4螺桿強(qiáng)度：校核當(dāng)量應(yīng)力 傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度； 其中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 5.2.5螺紋牙強(qiáng)度 青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的抗剪和抗彎強(qiáng)度。 1. 螺紋牙底寬度 梯形螺紋 2. 螺桿抗剪強(qiáng)度 3. 螺桿抗彎強(qiáng)度 4. 螺母抗剪強(qiáng)度 5. 螺母抗彎強(qiáng)度 5.2.6螺桿的穩(wěn)定性 當(dāng)螺桿受壓力，其長(zhǎng)徑比又很大時(shí)，容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，其直徑也可按穩(wěn)定性確定。 螺桿的端部結(jié)構(gòu)采用兩端固定，取長(zhǎng)度系數(shù)μ=0.5。螺桿的最大工作長(zhǎng)度l = 2000mm。螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩。螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，對(duì)于鋼，取E=2.06e5。 當(dāng)時(shí),螺桿的臨界載荷為： 則，滿足條件。 5.2.7橫向振動(dòng)-驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動(dòng)，還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。 n = 240r/min ≤ 0.8nc = 255r/min ，滿足條件。 lc - 螺桿兩支承間的最大距離，取lc = 2300 mm μ1 - 系數(shù)，與螺桿的端部固定結(jié)構(gòu)有關(guān)，查表去4.730 5.2.8 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率 第六章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 6.1 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 升降臺(tái)的懸臂部分是屬于本汽車舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)目標(biāo)汽車進(jìn)入到汽車舉升機(jī)的范圍里時(shí)，整個(gè)支撐機(jī)構(gòu)就通過改變懸臂的角度和長(zhǎng)度來改變懸臂的整個(gè)工作范圍的寬度。本汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)為對(duì)稱式懸臂，這樣設(shè)計(jì)有利于保持維修汽車的穩(wěn)定，使立柱中各機(jī)構(gòu)的受力更均勻，同時(shí)又滿足了各類汽車所需的距離，如圖6.1所示： 圖6.1 對(duì)稱式懸臂的工作范圍示意圖 其中，圖中方格陰影部分就是懸臂的工作范圍，能夠滿足各類轎車的寬度。 圖6.2 懸臂結(jié)構(gòu)圖 懸臂采用兩段式，可以自由伸長(zhǎng)或縮短，伸縮范圍為250mm，見圖6.2。懸臂材料選擇Q235焊接而成。 6.2 支撐機(jī)構(gòu)的應(yīng)力校核 本節(jié)將通過簡(jiǎn)化模型對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，整個(gè)懸臂可以簡(jiǎn)化為一懸臂梁，施加載荷在懸臂梁的末端，懸臂梁截面為一空心矩形。下面將分別校核懸臂彎曲正應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力。 6.2.1 校核彎曲切應(yīng)力 通過查閱《材料力學(xué)》可知，彎曲切應(yīng)力的計(jì)算公式為： 式中，F(xiàn)s - 橫截面上的剪力； b - 截面寬度； Iz - 整個(gè)截面對(duì)中性軸的慣性矩； S*z - 截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積對(duì)中性軸的靜距。 1） 計(jì)算Fs 由本舉升機(jī)的設(shè)計(jì)要求，懸臂末端Fs = 7450N。 2） 計(jì)算Iz 圖6.3 為應(yīng)用SolidWorks截面參數(shù)命令得到的懸臂截面參數(shù)，由此可得： 圖6.3 懸臂截面參數(shù) 3） 計(jì)算S*z 由公式可知，要計(jì)算Sz，先要求出截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積和形心坐標(biāo)。 計(jì)算可以利用組合法，見圖6.4。由于截面關(guān)于Y軸對(duì)稱，因此計(jì)算只計(jì)算Y軸左側(cè)。 圖6.4 組合法計(jì)算形心坐標(biāo) 所以 化簡(jiǎn)可得： 所以懸臂的彎曲切應(yīng)力為： 所以為y = 0時(shí)，＜0.6[σ]=141Mpa，滿足條件。 6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力 通過查閱《材料力學(xué)》可知，懸臂的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式為： ， 式中，Mmax - 懸臂最大彎矩； W - 抗彎截面系數(shù)，與截面的幾何形狀有關(guān)； Iz - 整個(gè)截面對(duì)中性軸的慣性矩； y - 截面上距中性軸為y的橫線。 通過上一小節(jié)的計(jì)算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長(zhǎng)距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5Nm。再由以上公式可以計(jì)算出懸臂的彎曲正應(yīng)力為： ，滿足條件。 第七章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 7.1導(dǎo)軌類型分析選擇 常用的三種直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌基本性能見表7.1。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的運(yùn)行速度已達(dá)200m/min。在歐美各國(guó)2/3以上的高速數(shù)控機(jī)床都采用了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。它已在各種現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用[3]。 表7.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌基本性能比較 運(yùn)動(dòng)形式 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌 摩擦因數(shù) μ=0.04-0.06 μ=0.003-0.005 μ=0.0005-0.001 運(yùn)行速度 低速 低速~高速 中速~高速 剛度 高 較高 較低 壽命 三者相近 可靠性 高 較高 較差 根據(jù)本汽車舉升機(jī)的工況條件，選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌有四方向等載荷型、輕載荷型、分離型、徑向型和交叉滾柱V型直線導(dǎo)軌副。本汽車舉升機(jī)選擇四方向等載荷型。 四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見圖7.1。這種類型的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌具有以下特點(diǎn)： 1） 滾動(dòng)體與圓弧溝槽相接觸，與點(diǎn)接觸相比承載能力大，剛性好； 2） 摩擦因數(shù)小，一般小于0.005，僅為滑動(dòng)導(dǎo)軌副的1/20~1/50，節(jié)省動(dòng)力，可以承受上下左右四個(gè)方向的載荷。 3） 磨損小，壽命長(zhǎng)，安裝、維修、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便。運(yùn)動(dòng)靈活、無(wú)沖擊，在低速微量進(jìn)給時(shí)，能很好地控制位置尺寸。 4） 導(dǎo)軌兩側(cè)各有互成45的兩列承載滾珠，剛性好，可以承受沖擊及重載，用途較廣，如加工中心、數(shù)控機(jī)床、機(jī)器人、機(jī)械手等。 圖7.1 四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 綜上所述，本汽車舉升機(jī)的導(dǎo)軌選擇四方向等載荷滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。 7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所承受的載荷受工件重力及重心位置的變化、驅(qū)動(dòng)力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動(dòng)及停止時(shí)加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。通過查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，以下為四滑塊工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算方法。 圖7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載情況計(jì)算示意圖 上圖直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載計(jì)算模型適用于立式導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的受載計(jì)算，常見于工業(yè)用立式機(jī)械手、自動(dòng)噴涂機(jī)械、起重機(jī)等場(chǎng)合。本汽車舉升機(jī)由于舉升速度小，計(jì)算中忽略啟動(dòng)及停止時(shí)因慣性力引起的載荷變化，計(jì)算公式如下： 式中： W - 外加載荷 P1、P2、... - 垂直于運(yùn)動(dòng)平面的支反力 P1T、P2T、... - 平行于運(yùn)動(dòng)平面且垂直于導(dǎo)軌的支反力，下同 F - 驅(qū)動(dòng)（推）力 根據(jù)第三章的總體設(shè)計(jì)，本汽車舉升機(jī)的左右對(duì)稱中心線與導(dǎo)軌中心線的距離為1515mm，由轎車車寬（見表7.2)可計(jì)算出外加載荷作用線據(jù)導(dǎo)軌中心線的最長(zhǎng)距離為690mm。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷示意圖見圖7.3。 表7.2 轎車車體車寬（單位：mm） 小型轎車 中小型轎車 中型轎車 大型轎車 165 170 175 190 圖7.3直線運(yùn)動(dòng)載荷示意圖 本雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)導(dǎo)軌設(shè)置為左右立柱各一根導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌兩個(gè)滑塊，共4個(gè)滑塊，根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載計(jì)算公式可以求得： 7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算 滾動(dòng)功能部件的主要失效形式是滾動(dòng)元件與滾動(dòng)軌道的疲勞點(diǎn)蝕與塑性變形，其相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則為壽命（或動(dòng)載荷）計(jì)算和靜載荷計(jì)算。某些滾動(dòng)功能部件還具有滾動(dòng)體循環(huán)裝置，循環(huán)裝置的失效主要靠正確的制造、安裝與使用維護(hù)來避免。 7.3.1壽命計(jì)算的基本公式 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件壽命計(jì)算的基本公式如下： 滾動(dòng)體為球時(shí)： （7-3-1） 式中 L - 額定壽命，指一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)部件，在相同條件下運(yùn)行，其數(shù)量的90%不發(fā)生疲勞時(shí)所能達(dá)到的總運(yùn)行里程，km； C - 基本額定動(dòng)載荷，指垂直于運(yùn)動(dòng)方向且大小不變地作用于一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件上使額定壽命為L(zhǎng) = 50km（對(duì)球形滾動(dòng)體）時(shí)的載荷，kN； P - 計(jì)算載荷，指直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件所承受的垂直于運(yùn)動(dòng)方向的載荷，kN； fH - 硬度系數(shù)，一般廠家滾動(dòng)元件及滾動(dòng)軌道表面的實(shí)際硬度均在58HRC以上，fH均可取1； fT - 溫度系數(shù)； fC - 接觸系數(shù)； fW - 載荷系數(shù)。 用小時(shí)數(shù)表示的額定壽命Lh為： （7-3-2） 式中 l - 直線運(yùn)動(dòng)部件單向行程長(zhǎng)度，m； n - 直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，1/min。 7.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算及選用規(guī)格 本雙柱機(jī)械式汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)工作壽命為五年，按每年300天計(jì)算，則共有工作小時(shí)數(shù)： 根據(jù)公式（7-3-2）可得： 式中 l - 直線運(yùn)動(dòng)部件單相行程長(zhǎng)度，取l = 2m n - 直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況，按一次修車15min 計(jì)算，則每分鐘往返次數(shù)為1/15。 再根據(jù)公式（7-3-1）可得: 式中 fH - 硬度系數(shù)，取值為1 fT - 溫度系數(shù)，工作溫度≤100，取值為1； fC - 接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌上兩個(gè)滑塊，取值為0.81； fW - 載荷系數(shù)，無(wú)外部沖擊或振蕩的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，速度小于15m/min， 取值為1.1。 通過查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用規(guī)格為25，基本額定動(dòng)載荷為17.7KN的四方向等載荷型直線導(dǎo)軌副,導(dǎo)軌副詳細(xì)參數(shù)見圖7.4和圖7.5。 圖7.4 直線導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu) 圖7.5 直線導(dǎo)軌副詳細(xì)參數(shù) 第八章 鎖緊機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性 汽車舉升機(jī)的升降懸臂升到預(yù)定高度后, 必須采用鎖緊裝置將升降懸臂鎖定, 使其在維修過程中不會(huì)因?yàn)榧脊ぞS修過程中的振動(dòng)而使汽車掉落或劇烈振動(dòng)。汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性以及鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理, 對(duì)維修技工的安全具有重要的保護(hù)作用。能否設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)且安全的鎖緊機(jī)構(gòu)是舉升機(jī)生產(chǎn)廠家提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的又一重要因素。 在現(xiàn)有技術(shù)中, 有下列幾種鎖緊機(jī)構(gòu)： 1） 部分廠家在機(jī)械結(jié)構(gòu)上設(shè)置包含電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的鎖緊機(jī)構(gòu)。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量問題不一,易使電磁鐵工作噪聲過大, 而且容易出現(xiàn)被燒毀等問題, 給用戶帶來各種安全隱患。 2） 包含彈簧的鎖緊裝置, 常常因?yàn)榕まD(zhuǎn)彈簧本身的制造缺陷、使用壽命等方面從根本上降低了舉升機(jī)鎖緊性能, 給舉升機(jī)的使用帶來很大的安全隱患。 3） 在汽車舉升機(jī)立柱的不同高度上分別設(shè)置若干止動(dòng)板以及升降懸臂末端部對(duì)應(yīng)于止動(dòng)板處則分別設(shè)置有可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖鉤, 當(dāng)升降懸臂需作上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 鎖鉤同時(shí)向內(nèi)縮進(jìn)或升降臂停止運(yùn)動(dòng)時(shí), 鎖鉤則可以向外伸出并鉤住止動(dòng)板的頂部, 防止升降懸臂和車輛沿立柱下滑。但此類升降懸臂鎖緊裝置易受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制, 使得鎖鉤不能承受過大的載荷, 容易影響汽車舉升機(jī)的最大承載能力；同時(shí), 由于汽車舉升機(jī)的升降懸臂在作上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 其相對(duì)應(yīng)的鎖鉤會(huì)受外力作用而向里收縮, 然而需定位時(shí), 其外作用力撤去, 此時(shí)鎖鉤依靠自重伸出, 使鎖鉤與止動(dòng)板相扣并將升降懸臂定位, 但是由于這種結(jié)構(gòu)的鎖鉤有可能在伸出時(shí)不能全部及時(shí)復(fù)位, 因此此類汽車舉升機(jī)也容易產(chǎn)生各種事故隱患。 8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理分析 為了解決上述鎖緊機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生的問題，本汽車舉升機(jī)采用一種不需要額外夾緊力就能使升降懸臂被安全地鎖緊在適當(dāng)位置的簡(jiǎn)單卻有效的技術(shù)。升降平臺(tái)包括兩個(gè)特殊的圓環(huán)裝配件，它們通過兩個(gè)錐形環(huán)的簡(jiǎn)單物理接觸產(chǎn)生的力來卡緊圓柱軸。 當(dāng)平臺(tái)升降時(shí)，內(nèi)部非金屬圓環(huán)不會(huì)與圓柱軸接觸，所以不會(huì)影響平臺(tái)自由升降，如圖8.1。 圖8.1 平臺(tái)升降時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖 圖8.2 平臺(tái)升至設(shè)計(jì)高度時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖 當(dāng)平臺(tái)被升至設(shè)計(jì)高度時(shí)，停止傳動(dòng)力，整個(gè)平臺(tái)的所有重量都施加在外圓環(huán)上，使其產(chǎn)生一個(gè)向下的力，這個(gè)力通過斜楔的作用傳遞給內(nèi)部圓環(huán)一個(gè)水平方向的力。于是，平臺(tái)被牢固的鎖緊，如圖8.2。 平臺(tái)越重，產(chǎn)生的夾緊力也就越大。這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是軸不需要開槽或螺紋，并且成本也得到降低。 8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇 在實(shí)際生產(chǎn)中，已經(jīng)有采用類似原理的鎖緊機(jī)構(gòu)，導(dǎo)軌（光軸）鉗制器便是其一。導(dǎo)軌鉗制器是指直接夾緊直線導(dǎo)軌或者光軸的直線運(yùn)動(dòng)輔助配件。NBK公司的導(dǎo)軌鉗制器結(jié)構(gòu)如圖8.3。 圖8.3 導(dǎo)軌鉗制器結(jié)構(gòu)圖 本汽車舉升機(jī)選用這種適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導(dǎo)軌鉗制器，防止升降懸臂滑落；制動(dòng)動(dòng)力為氣壓，并且為常閉（Normally Closed）型，即當(dāng)不供給氣壓時(shí)，鉗制器依靠特殊彈簧的作用力等夾緊導(dǎo)軌，當(dāng)向常閉型導(dǎo)軌鉗制器供給氣壓后，解除夾緊。 根據(jù)本汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)舉升質(zhì)量3000kg及導(dǎo)軌鉗制器的型號(hào)表，選擇保持力為18000N，型號(hào)為RBPS-2600的導(dǎo)軌鉗制器，具體尺寸性能見圖8.4。 圖8.4 RBPS-2800尺寸性能 8.4 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 上節(jié)選擇導(dǎo)軌鉗制器的主要依據(jù)是導(dǎo)軌鉗制器的保持力，而沒有考慮到與導(dǎo)軌鉗制器配合的直徑為28的光軸。由于光軸屬于細(xì)長(zhǎng)桿件，細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致壓桿失穩(wěn)，所以本節(jié)將校核光軸的穩(wěn)定性。 1） 選擇校核公式 當(dāng)壓桿柔度大于等于極限柔度時(shí)，稱為大柔度壓桿，此時(shí)可以使用歐拉公式；若壓桿的柔度小于極限柔度，此時(shí)歐拉公式已不再適用，工程中對(duì)于這類壓桿的計(jì)算，一般采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式，有兩種常用的經(jīng)驗(yàn)公式：直線公式和拋物線公式。下面選擇校核公式： 光軸橫截面慣性矩： 光軸橫截面的慣性半徑： 式中，A - 橫截面面積。 光軸的柔度： 式中，μ - 壓桿的長(zhǎng)度因數(shù)，該光軸的約束條件為兩端固定，取μ = 0.5。 對(duì)于優(yōu)質(zhì)碳鋼（取彈性模量E = 206GPa），壓桿的柔度極限值為： 由于，所以該光軸校核使用計(jì)算壓桿穩(wěn)定性的歐拉公式。 2) 校核壓桿穩(wěn)定性 歐拉公式的普遍形式為： 式中， I - 橫截面的慣性矩； E - 材料彈性模量； μ - 壓桿的長(zhǎng)度因數(shù)，由壓桿的約束條件決定。 對(duì)需校核的光軸應(yīng)用歐拉公式可得： ,通過查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按抗不穩(wěn)定計(jì)算的安全系數(shù)取3~5，所以直徑為28的光軸滿足條件。 第九章 螺栓連接件的校核 本汽車舉升機(jī)有多處連接采用螺紋連接，要校核所有螺紋連接是沒有必要的，本章著重選擇校核升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核與箱體與地基的螺紋校核。 9.1 升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核 升降臺(tái)與剖分式螺母的螺紋連接是通過鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間沒有間隙，接觸表面承受擠壓應(yīng)力；而在連接接合面處，螺栓桿則承受剪切應(yīng)力。因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強(qiáng)度條件計(jì)算。升降臺(tái)與剖分式螺母螺紋連接的受力示意圖見圖9.1。 圖9.1 螺紋連接示意圖 計(jì)算時(shí)，我假設(shè)螺栓光桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因?yàn)檫@種連接所受的預(yù)緊力不大，所以不予考慮預(yù)緊力和螺紋摩擦力矩的影響。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為: 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為： 式中：F - 螺栓所受的工作剪力，N； d0 - 螺栓剪切面的直徑，mm； Lmin - 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。 根據(jù)本汽車舉升機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求，額定舉升高度為3t，所以每個(gè)螺栓承受的工作剪力F為： 再由上述公式可得： 預(yù)選擇螺栓的性能等級(jí)為4.6，則屈服極限為240MPa。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》可知，螺紋連接件的許用切應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力分別按下列式子確定： 對(duì)于鋼，，取根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》的表5-10，安全系數(shù)分別取。 所以， 滿足要求。 所以，升降臺(tái)與剖分式螺母套之間的螺紋連接采用鉸制孔螺栓M1855，性能等級(jí)為4.6。 9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇 箱體與地基之間的螺紋連接采用普通螺栓連接，由于箱體所受傾覆力矩較大，為了防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，本節(jié)主要校核受載后地基接合面應(yīng)力的最大值不超過允許值，最小值不小于零，即有： 上式中，，代表受載前由于預(yù)緊力所受的擠壓應(yīng)力；A為接合面的面積；為加載后接合面上所產(chǎn)生的最大的附加擠壓應(yīng)力。由于地基剛性大，螺栓剛度相對(duì)較小，可用近似公式計(jì)算，式中，W是接合面的有效抗彎截面系數(shù)。接合面材料的許用擠壓應(yīng)力見表9.1。 表9.1 連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力 材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚（水泥漿縫） 木材 /MPa 0.8 （0.4~0.5） 2.0~3.0 1.5~2.0 2.0~4.0 根據(jù)設(shè)計(jì)，螺紋連接預(yù)選為M20，性能等級(jí)為5.6，共有9個(gè)螺栓。 根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，對(duì)于鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0，可以按下列公式確定： 碳素鋼螺栓： 。此處的螺栓性能等級(jí)選擇5.6，則屈服極限為300MPa。A1為螺栓危險(xiǎn)截面面積，所以有： 這里F0取47100N。 由于箱體地面為一矩形，長(zhǎng)為417mm，寬為390mm，所以抗彎截面系數(shù)為:。 根據(jù)額定舉升質(zhì)量和舉升機(jī)尺寸可以算出： 。又根據(jù)汽車舉升機(jī)的總體設(shè)計(jì)，箱體與地基的接合面的有效面積A = 159896mm2。 綜上可得： 由上數(shù)據(jù)可知，螺栓預(yù)緊力過大，現(xiàn)取F0 = 20000N，再代入公式計(jì)算得： 滿足條件。 所以為了防止箱體與地基接合面受壓最大處被壓潰和最小受壓處有間隙，取螺栓預(yù)緊力F0 = 20000N。 第十章 結(jié)論與建議 10.1 結(jié)論 通過對(duì)汽車舉升機(jī)傳動(dòng)方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，依據(jù)現(xiàn)有舉升機(jī)的傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)，選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單可靠的傳動(dòng)方式。同時(shí)，對(duì)主要的承重部件進(jìn)行了強(qiáng)度以及剛度的校核；對(duì)螺旋傳動(dòng)裝置、皮帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行了選擇與校核計(jì)算，對(duì)重要螺紋連接進(jìn)行了選擇與校核計(jì)算；通過對(duì)鎖緊安全裝置的設(shè)計(jì)從而保證了設(shè)計(jì)機(jī)械的安全實(shí)用性； 10.2 建議 該舉升機(jī)還有需要改進(jìn)的地方： 1、 鎖緊安全機(jī)構(gòu)可以不選用的氣動(dòng)的導(dǎo)軌鉗制器，可以設(shè)計(jì)成電磁控制的導(dǎo)軌鉗制器。 2、 螺母材料可以采用含油MC尼龍螺母，使舉升機(jī)經(jīng)久耐用，噪音小，價(jià)格便宜。 參 考 文 獻(xiàn) [1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2. [2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本帶彈簧 摩擦輪及螺旋傳動(dòng) 軸[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2. [3] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本軸承[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.1. [4] 濮良貴，紀(jì)名剛.機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京:高等教育出版社,2006.5. [5] 曲健俊.含油MC尼龍的摩擦磨損特性及應(yīng)用[J].工程塑料應(yīng)用,2000,28卷（11期）:22-24頁(yè). [6] 上官紅喜.一種雙柱汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)[J].液壓與氣動(dòng),2013（13期）:106-109頁(yè). [6] 郭武，黃澤星，吳上生.汽車舉升機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].應(yīng)用研究,2011:75-79頁(yè). [7] 劉鴻文.材料力學(xué)I[M].北京:高等教育出版社,2011.1. [8] 孫桓，陳作模，葛文杰.機(jī)械原理[M].北京:高等教育出版社,2006.5. [9] 高為國(guó)，鐘利萍.機(jī)械工程材料[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社,2012.9. [10] Neil Sclater, Nicholas P. Chironis.Mechanisms and Mechanical Devices Sourcebook[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2. [11] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第一卷[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.11. [12] 成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)第五版第二卷[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.11. [13] 任濟(jì)生，唐道武，馬克新.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.08. 致 謝 首先感謝我們的學(xué)校，在設(shè)計(jì)過程中，學(xué)校給我們配備了從軟件到硬件等一系列的方便，從而使我們?cè)谠O(shè)計(jì)過程中能夠?qū)Ｐ牡难芯俊? 在本論文的設(shè)計(jì)過程中得到了馬克新導(dǎo)師的輔導(dǎo)與大力支持，使我在設(shè)計(jì)過程中解決了很多技術(shù)上的難題，在此，向馬克新導(dǎo)師致以我誠(chéng)摯的謝意。 同時(shí)，在設(shè)計(jì)過程中得到了同班同學(xué)的幫助，在此向他們致以我誠(chéng)摯的感謝。 - 37 -