普通-式雙柱汽車舉升機(jī)設(shè)計,普通,式雙柱,汽車,舉升機(jī),設(shè)計 畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）任務(wù)書 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械工程及自動化 班 級 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 普通式雙柱汽車舉升機(jī)設(shè)計 任務(wù)規(guī)定 進(jìn)行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止 一、題目來源、目的、意義 本課題來源于科技股份有限公司與本校合作項目——汽車舉升機(jī) 設(shè)計科研項目。盡管國內(nèi)有不少舉升機(jī)生產(chǎn)單位，其產(chǎn)品占有了國內(nèi)一定的市 場份額，但總體質(zhì)量有待提高。經(jīng)市場調(diào)研、分析，本設(shè)備預(yù)計有一定的國外 市場需求，有較好的國內(nèi)外應(yīng)用前景，價格適中，適合在國內(nèi)外推廣應(yīng)用。雙 柱式舉升機(jī)是一種廣泛用于轎車等小型車維修用的舉升設(shè)備。隨著轎車工業(yè)的 發(fā)展和轎車等小型車的使用日趨普及，此種型式的舉升機(jī)需求量也會日益增大。 課題緊貼當(dāng)前的制造業(yè)領(lǐng)域，為學(xué)生提供了一種專業(yè)訓(xùn)練的形式。 二、主要工作內(nèi)容 課題的主要工作內(nèi)容以機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計為主，使學(xué)生在接觸實際科研項目中， 學(xué)會如何解決實際問題，如何綜合運用所學(xué)的理論知識，設(shè)計出規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn) 化的圖紙用于加工生產(chǎn)。 主要內(nèi)容：在參考國內(nèi)外各種舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮到由于QJY04-02 型（含B型）舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡便等特點，適用于各 種汽車修理和保養(yǎng)單位，故針對QJY04-02（含B型）型普通雙柱式舉升機(jī)，分 析其結(jié)構(gòu)的合理性，并進(jìn)行校核驗算。通過對普通式雙柱汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計 與計算，保證所設(shè)計的舉升機(jī)滿足工作使用要求。 三、主要技術(shù)指標(biāo)（或主要論點） 雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，QJY04-02型（含B型）舉升機(jī)系指液 壓驅(qū)動的雙柱式舉升機(jī)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制，由兩立 柱內(nèi)安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安 裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。 本機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)為：額定舉升載荷4噸；電動機(jī)功率2.2 KW；舉 升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為 1730mm，總高為2630mm，總寬為3254mm。 四、進(jìn)度計劃 第1周~第3周：查閱資料，翻譯要求字?jǐn)?shù)的英文資料，調(diào)研市場上幾種主要 的舉升機(jī)，并進(jìn)行方案論證，寫出開題報告。 第4周~第6周：參考一些樣機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。 第7周~第9周：結(jié)構(gòu)分析與驗算，滿足技術(shù)性能指標(biāo)和使用要求。 第10周~第14周：計算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，包括裝配圖和零件圖。 第15周~第16周：編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。 第17周~第18周：評審、答辯。 五、主要參考資料（外文資料至少一篇） [1] 孔紅梅，等.液壓舉升機(jī)同步系統(tǒng)[J] .液壓氣動與密封，2000,(1):20~23. [2] 劉敏杰,等.幾種舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能分析[J].專業(yè)汽車，1999,(2):23~25. [3] 王惠.舉升機(jī)液壓系統(tǒng)的設(shè)計[J].機(jī)械設(shè)計，1996,(4)：25~27. [4] 鄭國慶.DJ2-2.5型雙柱汽車舉升機(jī)雙安全系統(tǒng)設(shè)計[J].設(shè)備與使用，1995,(3):20~23. [5] 胡均安,等.汽車舉升機(jī)立柱結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立[J]. 湖北工學(xué)院學(xué)報，2001,(4):56~58. [6] 高鳳林. QJJ2.5-2汽車舉升機(jī)及其使用與維護(hù)[J]. 中國汽車保修設(shè)備，1999,(5):20~23. [7] Dianel.M..2D DEM Verification: Load Behavior and Force on a Lifer Bar[J].Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. V99n2 1999, (2)：93-96. 六、系審批意見 系主任（簽名）: 七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見 院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）: 八、學(xué)生實際完成日期 九、同組設(shè)計（論文）者 4 成都電子機(jī)械高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 開題報告 題 目：行星輪越障機(jī)器人 院 校：成都電子機(jī)械高等?？茖W(xué)校 專 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù) 姓 名：張 偉 班 級：05415 班 指導(dǎo)老師：李剛俊 2008年3月25日 普通式雙柱汽車舉升機(jī)設(shè)計 目 錄 摘要………………………………………………………………………… 1 1 舉升機(jī)的方案擬定……………………………………………………… 1 1．1 舉升機(jī)的基本情況 ………………………………………………… 1 1．1．1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型…………………………………… 1 1．1．2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)………………………………………… 1 1．2 汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求…………………………………… 2 1．2．1舉升裝置的要求………………………………………………… 2 1．3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 ………………………… 2 2 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ………………………………… 3 2．1 舉升裝置…………………………………………………………… 3 2．2 立柱………………………………………………………………… 4 2．3 支撐機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 5 2．4 平衡機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6 2．5 保險機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6 3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的強剛度分析與驗算………………………… 7 3．1 普通式雙柱舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗算……………………… 7 3．1．1 主立柱的截面特性分析與計算………………………………… 7 3．1．2 主立柱的強度分析與驗算……………………………………… 9 3．1．3 主立柱的剛度計算……………………………………………… 15 3.2 托臂的強度校核……………………………………………………… 15 3．2．1 托臂的截面特性………………………………………………… 15 3．2．2 托臂的強度核算………………………………………………… 16 3．2．3 從托臂處考慮撓度情況………………………………………… 18 4 液壓系統(tǒng)………………………………………………………………… 19 4．1 液壓系統(tǒng)工作原理………………………………………………… 19 4．2 液壓缸活塞桿受壓校核…………………………………………… 20 4．2．1 液壓缸活塞桿強度驗算………………………………………… 20 4．2．2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核………………………………… 20 5 結(jié)論……………………………………………………………………… 21 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 21 摘 要：雙柱式汽車舉升機(jī)是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設(shè)備，廣泛應(yīng)用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機(jī)的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式舉升機(jī)、剪式舉升機(jī)、組合移動汽車式舉升機(jī)等。本文較全面地介紹了舉升機(jī)的分類，在確定了所要設(shè)計的舉升機(jī)的方案之后，即針對舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)及其特點要求進(jìn)行了設(shè)計與說明，同時對舉升機(jī)設(shè)計過程中所涉及到的工藝性問題進(jìn)行補充說明。然后分析了普通式雙柱汽車舉升機(jī)主立柱的截面特性，并對主立柱的強剛度和托臂的強度進(jìn)行了校核驗算。對液壓缸活塞桿強度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進(jìn)行了驗算，以保證所設(shè)計的舉升機(jī)滿足使用要求。 本課題所設(shè)計的是液壓驅(qū)動的普通式雙柱汽車舉升機(jī)。它的特點是：①性能可靠，低能耗，操作方便；②無橫梁，結(jié)構(gòu)簡單；③非對稱托臂可伸縮，保證了安全性；④托腳的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對各種車輛的適應(yīng)性擴(kuò)大了；⑤與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長；⑥價格低廉，擁有的市場份額較大。 關(guān)鍵詞：普通式，雙柱舉升機(jī)，結(jié)構(gòu)特點，非對稱式，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計，液壓驅(qū)動，截面特性 1 舉升機(jī)的方案擬定 1.1 舉升機(jī)的基本情況 1.1.1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型 目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機(jī)的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。 僅從舉升機(jī)的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機(jī) 按照舉升機(jī)的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機(jī)。 從舉升機(jī)的驅(qū)動方式分，主要有：電機(jī)驅(qū)動式舉升機(jī)和液壓驅(qū)動式舉 升機(jī)。 1.1.2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù) 普通式雙柱舉升機(jī)、龍門式雙柱舉升機(jī)和四立柱式舉升機(jī)這三種目前市場上主要的汽車舉升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計如表1.2所示。 表1.2汽車舉升機(jī)的主要參數(shù) 額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間 普通式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 龍門式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 四立柱式 2.5-4.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 1.2 汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求 舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要有：（1）整體結(jié)構(gòu)形式；（2）舉升方式；（3）驅(qū)動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護(hù)方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。 1.2.1 舉升裝置的要求 在我國的規(guī)定中講到舉升機(jī)的設(shè)備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護(hù)電路的連續(xù)性都要符合GB5226的有關(guān)規(guī)定。而在歐美地區(qū)同樣也有其相應(yīng)的明文規(guī)定。 舉升機(jī)的設(shè)計中液壓系統(tǒng)的設(shè)計也是至關(guān)重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力的限制。他們至少應(yīng)承受該壓力的2倍（采用液壓驅(qū)動時）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動時）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設(shè)計時應(yīng)使之承受至少3倍的調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力值的爆破壓力。 我國對舉升機(jī)的性能要求也比較繁多，例如： （1）舉升機(jī)應(yīng)設(shè)有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應(yīng)動作靈敏、安全可靠。 （2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無振動、無爬行現(xiàn)象。 （3）液壓式舉升機(jī)除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應(yīng)沒有機(jī)械鎖止裝置。 （4）機(jī)械式舉升機(jī)任意時刻都能安全自鎖。 （5）舉升機(jī)正常運行時的噪音不得超過80dB。 （6）舉升機(jī)工作環(huán)境溫度為0—40℃，全行程連續(xù)舉升額定質(zhì)量20次，油溫不得高于60℃。 （7）在試驗臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異?，F(xiàn)象。 （8）在無故障工作基礎(chǔ)上，機(jī)械式舉升機(jī)的使用繼續(xù)進(jìn)行到3000次，則液壓舉升機(jī)可以繼續(xù)進(jìn)行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。 1.3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 通過對汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解，確定了本次設(shè)計的舉升機(jī)的總體方案。如下圖1.10所示： 圖1.10普通式雙柱舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖 本次設(shè)計的是由液壓驅(qū)動的QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機(jī)。它的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：舉升裝置、同步驅(qū)動裝置、立柱和托臂。QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺相連，當(dāng)滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。 2 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2.1 舉升裝置 本次設(shè)計的舉升機(jī)的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關(guān)啟動電動機(jī)來控制液壓單元，液壓油進(jìn)出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設(shè)備的舉升動作，如圖2.1所示： 圖2.1驅(qū)動舉升裝置示意圖 圖2.1是本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的驅(qū)動裝置及舉升裝置的示意圖，從圖中可以看到左右兩邊立柱內(nèi)的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導(dǎo)致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎(chǔ)上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補液壓缸帶來的缺點。圖2.2是普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖： 圖2.2普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖 從圖中可以看到，普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來帶動液壓桿達(dá)到舉升的目的。 2.2 立柱 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的立柱有兩個，分別是左、右兩邊各一個立柱。圖2.3是左邊立柱的俯視圖。整個舉升機(jī)的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強度和剛度。（強剛度的設(shè)計計算在第四章）。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內(nèi)外表面還要有一定的粗糙度等。 圖2.3左立柱的俯視圖 2.3 支撐機(jī)構(gòu) 托臂部分是屬于舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時，整個支撐機(jī)構(gòu)就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。本次設(shè)計的支撐機(jī)構(gòu)是非對稱式的托臂，這樣設(shè)計增加了托臂的寬度，實質(zhì)就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側(cè)的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖2.4所示： 圖2.4非對稱式托臂的工作范圍示意圖 1—托臂原始工作位置，2—托臂伸長后的工作位置 其中，圖中方格陰影部分就是托臂的工作范圍。托臂未伸長前的工作范圍按照軌跡1來運動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個極限位置，在1和2的范圍內(nèi)，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機(jī)構(gòu)，它是要承受一定的重量的，所以本次設(shè)計采用非對稱式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強剛度了。非對稱式托臂的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖2.5所示： 圖2.5非對稱式托臂的結(jié)構(gòu)圖 2.4 平衡機(jī)構(gòu) 由于舉升機(jī)在上升或下降時必須要采用強制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設(shè)計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機(jī)的平衡機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計所采用的是在單個立柱內(nèi)安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個單個立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平 衡。單個立柱里的鋼絲繩的走向如圖2.6所示： 圖2.6單個立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖 2.5 保險機(jī)構(gòu) 汽車舉升機(jī)是一種對安全性能要求特別高的舉升設(shè)備。通常設(shè)有多種保險裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。機(jī)械自鎖是指失去驅(qū)動力后，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)的重力（被驅(qū)動物體的阻力）來自動阻礙其運動的保護(hù)[10]。 本次設(shè)計中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：在兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，當(dāng)汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)，由于兩個立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖2.7所示，并且這兩個安全鎖所裝的位置不在同一直線上而是互相錯開在對角線上，起到雙保險的作用[7]。 圖2.7電磁鐵安全鎖 1—電磁鐵，2—保險孔板，3—保險孔支撐座 作為保險裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個零件組成的。其中主要的幾個零件包括：保險孔板、保險孔支撐座和電磁鐵。當(dāng)電磁鐵得電將保險孔支撐座吸住時，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時的舉升機(jī)處于保險打開狀態(tài)，整個滑臺可以自由地上下移動。當(dāng)電磁鐵失電時，保險孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時的保險孔支撐座將與滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個位置而不能上下移動，起到保險的作用。 3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的強剛度分析與驗算 雙柱式汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，QJY04-02B型舉升機(jī)系是指液壓驅(qū)動的雙柱舉升機(jī)。此類舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制的，通過兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。舉升設(shè)備的主要部分有：舉升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)。 本次設(shè)計的舉升機(jī)的主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷4噸；在載重4噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需50秒；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，4噸轎車由最高位置降到最低位置所需時間不小于50秒；電動機(jī)功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。 3.1 普通式雙柱舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗算 3.1.1 主立柱的截面特性分析與計算[5] 主立柱體是舉升機(jī)主要的受力承重部件。舉升機(jī)立柱在工作時受來自于保險鎖機(jī)構(gòu)處因承重的壓力和升降滑臺滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力的作用下，有向內(nèi)彎的變形趨勢，底部焊口在拉壓應(yīng)力的作用下有開裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強筋。 立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時受力和承重，下部與底座焊接。其中一個立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重部件，先對其截面特征進(jìn)行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。 3.1.1.1 確定立柱截面形心和中性軸的位置 將整個截面分為A1、A2、A3三個部分，取與截面底邊互相重合的Z′軸為參考軸（見圖4.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個組合截面的中性軸，則三個截面的面積及其形心至Z＇軸的距離分別為： 圖4.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖 ∴重心C到相應(yīng)邊的距離e： [19] ………………(4.1) 整個截面形心C在對稱軸Y上的位置則為： …(4.2) 3.1.1.2 確定慣性矩 設(shè)三截面的形心分別為C1、C2、C3，其形心軸為Z1、Z2、Z3（圖4.1），它們距Z軸的距離分別為： 由平行移軸公式，三截面對中性軸Z的慣性矩分別為： …………(4.3) 、、為三截面對各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個截面對中性軸Z的慣性矩： 3.1.1.3 立柱靜矩S的計算： （1）立柱整個截面上半部分的靜矩S1： ………………(4.4) 其中、、分別為三截面各自的靜矩，所以立柱整個截面上半部分的靜矩S為： （2）立柱整個截面下半部分的靜矩S2： 3.1.2 主立柱的強度分析與驗算 舉升機(jī)工作時，其托臂將汽車舉升至一定高度后鎖定，舉升機(jī)直接承載處位于托臂端部，故應(yīng)先對滑臺部件進(jìn)行受力分析（見圖4.2滑臺部件受力情況示意圖）： 在分析之前，對滑臺部件進(jìn)行了調(diào)查。其中本次設(shè)計的滑臺部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類形狀有很多，有“兩個大圓柱滾輪型”、“四個頂角處是采用四個小滾輪型”、還有最原始的“四個角用四個橡膠滑塊”或是“用兩個滑塊代替兩個大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類型的滾輪例如用滑塊來代替滾輪，那么整個滑臺就不容易鎖定，容易滑動；除此之外就是同步性的問題也不容易解決。 圖4.2滑臺部件受力情況示意圖 3.1.2.1 滑臺部件受力情況分析 滑臺部件自身重量近似估算如下： 滑臺組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm 滑臺體積： 搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長440mm 搖臂座體積： 托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長（800＋310）＝1110mm 托臂體積： 鋼材比重選?。? 所以，滑臺部件、搖臂座和托臂的重量為 將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮 圖4.2中，單側(cè)托臂受到的最大載荷為2噸，加上自重，托臂端部受力為2066.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處為支承點，假定自重全部集中在負(fù)載處，有： ……………………………(4.5) ……………………………(4.6) ……………………………………………………(4.7) 由式4.7得，，代入式4.6 假定 則由式4.5得： 綜上所述，考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負(fù)載處，近似估算值為66.37kg。單側(cè)托臂受到的最大載荷為2000kg，加上滑臺部件的自重，托臂端部受力大小為2066.37kg，F(xiàn)1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)1=F2，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處是支承點位置，則： 。 3.1.2.2 舉升機(jī)主立柱受力情況分析 主立柱受力情況（見圖4.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖），F(xiàn)1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力（圖示為最高位置），F(xiàn)BX和FBY為滑臺作用在立柱上的支承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況，經(jīng)計算得： 圖4.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖 RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg 3.1.2.3 普通式雙柱舉升機(jī)主立柱強度校核計算 從圖4.3看出，整個立柱體相當(dāng)于一個懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。 由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.4： 圖4.4立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖 l=2600mm b=2415mm a=185mm 由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖4.5： 圖4.5 立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖 l=2600mm b=1890mm a=710mm 由FBY產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見圖4.6： 圖4.6立柱上M作用力及其彎矩圖 綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖4.7所示。 圖4.7立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖 從圖中可以得出 在截面C處，剪力最大（QC=5234.804kg），彎矩最大（MC=2748272.1kg）,所以此處是危險截面。前面計算已經(jīng)得到，抗彎截面模數(shù)為： ………………………………………(4.8) 截面上半部分靜矩S＝171.24cm3， …………(4.9) 以下進(jìn)行強度校核： （1）校核正應(yīng)力強度： ………………(4.10) 許用應(yīng)力選： …………………………(4.11) ，滿足強度條件。 （2）校核剪應(yīng)力強度： …………………(4.12) 選，而許用應(yīng)力………(4.13) ，滿足強度條件。 （3）折算應(yīng)力強度校核： 主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(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)膹姸壤碚撨M(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點K進(jìn)行計算： ……………………(4.14) ………………………………(4.15) 由于點K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采用第四強度理論[20]，將 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)建立的強度條件為： …………………(4.16) 所以 即 …………………………………………………(4.17) ∴按第四強度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強度要求。 3.1.3 主立柱的剛度計算 用迭加法： （1） 由F2引起的繞度： （往外彎）用式 ………………………………………(4.18) E：彈性模量的選擇： 碳鋼取：196－206Gpa 取201Gpa=20.1×106N/cm2 = = …………(4.19) （2） （往內(nèi)彎）由F1引起的繞度： （3）由M引起的繞度： ………………………(4.20) （往外彎）此植可忽略不計。 實際往內(nèi)彎的繞度 3.2 托臂部分的強度校核 3.2.1 托臂部分截面特性 托臂部分截面屬于變截面，以下先計算截面特性數(shù)據(jù)： （1）小臂截面尺寸：70×70方鋼，壁厚8mm，a=70,b=54 慣性矩： …………………………(4.21) ……………………………(4.22) 靜矩計算： （2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76 慣性矩： 3.2.2 托臂部分強度核算 圖示為左后托臂部件圖： 圖4.9左后托臂部件圖 圖中的A、B、C、D分別對應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個截面： 下圖是托臂示意圖： 圖4.10托臂示意圖 按照A,B,C,D幾個典型截面進(jìn)行分析，各個截面的截面圖如下： (a) A-A截面 (b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面 圖4.10典型截面示意圖 （1）A截面： 慣性矩：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3 保險系數(shù)較小可滿足強度要求。 （2）B截面：92*92方鋼 A1=80×15=1200mm2 yA1=92+15/2=99.5mm A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2 yA2=92/2=46mm YC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm IA1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12mm4 IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46cm4 所以cm4 W=89.41cm3 保險系數(shù)較小可滿足強度要求。 （3）C截面： A1=12cm2 yA1=92+15/2+60=15.95cm A2=26.88cm2 yA2=4.6cm A3=60×10=6cm2 yA3=92+60/2=12.2cm yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=641.73cm4 IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875cm4 IA3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615cm4 所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4 W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3 MC=2066.37×94=194238.78kgcm 滿足強度要求。 （4）D截面： 慣性矩：I=318.976cm4 ； W=69.342cm3 MD=2066.37×53=109517.61kgcm ,保險系數(shù)較小可滿足強度要求。 3.2.3 從托臂處考慮撓度情況 托臂亦相當(dāng)于一個懸臂梁，端部受力P＝2066.37kg，托臂部件由大臂和小臂組成，將從大臂和小臂處分別考慮： 小臂端部處撓度： …（4.23） 大臂端部處撓度：經(jīng)受力分析，大臂端部受一個力P＝2066.37kg和一個彎矩 M＝2066.37×70＝144645.9kgcm； …………………………（4.24） 因載荷引起的撓度為： 因托臂的大小臂之間有1mm間隙，由此產(chǎn)生撓度： 主立柱的彎曲繞度使滑臺產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，滑臺的轉(zhuǎn)動又使托臂有一定的下沉量，經(jīng)計算，。 故托臂端部總下沉量為： 在舉升機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，此值滿足距立柱最遠(yuǎn)點的托臂支承面下沉量要求。 4 液壓系統(tǒng) 4.1 液壓系統(tǒng)工作原理 啟動電動機(jī)按鈕后電機(jī)起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動，此時安全溢流閥關(guān)閉。此閥的壓力在出廠前已經(jīng)調(diào)好，以保證起重的額定載荷的要求。當(dāng)系統(tǒng)中壓力超過極限時，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結(jié)束，開始作業(yè)工作。如果拉動滑臺上兩個機(jī)械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降，其工作原理圖見圖5.1： 圖5.1液壓系統(tǒng)工作原理圖 1-齒輪泵，2-電動機(jī)，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動式下降閥， 7-伺服限流閥，8-軟管，9-防油管爆裂閥，10-舉升缸，11-液位計，12-空氣濾清 4.2 液壓缸活塞桿受壓校核 4.2.1 液壓缸活塞桿強度驗算 根據(jù)活塞桿只受壓力的工作情況，強度驗算公式為： d≥35.7（F/[σ]）1/2mm ……………………………………………………(5.1) 式中：F—載荷力KN。 這里 F=1/2G=(4000/2)×g=2000Kgf=19.62KN …………………………………(5.2) [σ]—活塞桿材料應(yīng)用應(yīng)力MPa [σ]=σs/n ………………………………………………………………………(5.3) 其中：σs—材料屈服極限，n=安全系數(shù)。取σs =315MPa，n=3，[σ]=105MPa。 則 d≥35.7（19.62/105）1/2 =15.432 mm 實際采用之活塞桿直徑d=38mm＞＞15.432mm，所以符合受壓強度要求。 4.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核 液壓缸壓桿安裝形式如下圖示： 圖5.2液壓缸壓桿安裝圖 已知：缸體長度 L=1078mm 工作行程 l=914mm 活塞桿直徑 d=38mm 計算長度 l′=L+l=1992mm 活塞桿截面積 A=（π/4）×d2 活塞桿轉(zhuǎn)動慣量 J=（π/64）×d4 活塞桿回轉(zhuǎn)半徑 K=（J/A）1/2=d/4 柔性系數(shù) m=85 末端條件系數(shù) n=2 則 l′/K=4×l′/d=4×1992/38=209.684 m×n1/2=85×21/2=120.21 由于 l′/K＞ m×n1/2，則可按下列公式計算臨界載荷 PK=π2nEJ/L′2……………………………………………………………………(5.4) 式中：E—材料彈性模量，取E=2.1×105 MPa，J—mm4，l′—mm 則：PK=[3.14162×2×2.1×1011×（3.1416/64）×0.0384]/19922=106924.616N 取安全系數(shù)nK=3, 臨界穩(wěn)定載荷PK/ nK=106924.616/3=35641.539N 實際工作載荷F=1/2G=2000Kgf=19620N F=1/2G=2000Kgf=19620N＜PK/ nK，所以滿足壓桿穩(wěn)定條件。 5 結(jié)論 本文首先對所有的汽車舉升機(jī)的情況進(jìn)行了簡單的闡述，并介紹了各類汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，對汽車舉升機(jī)有了初步了認(rèn)識。然后再根據(jù)各類汽車舉升機(jī)的各種使用要求，結(jié)合前人設(shè)計的舉升機(jī)的各種結(jié)構(gòu)，按照自己所要設(shè)計的舉升機(jī)的要求對汽車舉升機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。 本次所設(shè)計的舉升機(jī)是采用以液壓驅(qū)動、液壓缸為舉升裝置以及鋼絲繩為同步裝置的普通式雙柱汽車舉升機(jī)。液壓驅(qū)動是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。整個舉升機(jī)的外形是雙柱式的，同時它的支撐機(jī)構(gòu)是非對稱式的托臂。通過電磁鐵安全鎖將立柱內(nèi)的滑臺固定住，起到保護(hù)的作用。 總結(jié)這次普通式雙柱汽車舉升機(jī)的設(shè)計，大體可以歸納為以下幾點： ⑴通過市場調(diào)查，首先了解了汽車舉升機(jī)種類，并熟悉了各類汽車舉升機(jī)的外形以及它們的功能特點、使用要求等。在對汽車舉升機(jī)有了一定的了解后，將各類汽車舉升機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)作了對比，最終確定了本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的設(shè)計方案。 ⑵在確定了設(shè)計方案之后，就對普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計。在設(shè)計過程中通過參考其它形式的舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點，再結(jié)合了自己的設(shè)計思想，最終把此次普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計成由舉升裝置、立柱、支撐機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和保險機(jī)構(gòu)五大部分組成。 ⑶由于汽車舉升機(jī)是一種將汽車抬升到一定高度后用于汽車維修或保養(yǎng)的舉升設(shè)備。因此，在工作的情況下它必須要承受一定的載荷。所以，在設(shè)計了汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)之后，還對它的強度、剛度進(jìn)行驗算，以保證舉升機(jī)有足夠的承載能力來安全有效地工作。 ⑷除了對普通式雙柱汽車舉升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計、驗算外，還進(jìn)行了液壓部分的驗算。因為本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)采用的是液壓驅(qū)動，而且它的舉升裝置采用了液壓缸舉升。而液壓缸受壓的活塞桿是屬于細(xì)長桿，所以設(shè)計時必須要考慮到細(xì)長桿的穩(wěn)定性，所設(shè)計的方案必須要通得過驗算。 參考文獻(xiàn) [1] 孔紅梅，等.液壓舉升機(jī)同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封，2000,(1):20--23. 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