四柱举升机毕业设计(最强).doc

宁夏大学机械工程学院2015届毕业设计汽车用四柱式举升机的设计摘要:随着汽车行业的不断发展，随之而来的汽车维修的任务也愈来愈重。随着汽车维修业的迅猛发展，这样的维修方法已经不能够满足繁忙的汽车维修工作。于是就有了汽车举升机的出现，这种机器是将整辆汽车举升到一定高度，这样可以使维修工人很方便的在汽车底部工作。本设计是四柱液压汽车举升机的结构设计，首先对题目进行分析，再结合现有的汽车举升机的结构和液压系统，加上对汽车举升机的深入研究，然后对其中的方案进行拟定选择，并且对其中的重要零部件进行设计校核，并且画出装配图及零件图，从而将四柱液压汽车举升机设计完成。关键词：汽车维修；四柱；举升机Design of Four Column Type Lifting Machine for AutomobileABSTRACT:Withthecontinuousdevelopmentoftheautomotiveindustry，followedbythevehiclemaintenancetasksalsoincreasing.Beforethelifedidnotappear.Asthevehiclemaintenanceindustryisrapidlydeveloping，themaintenanceofthishasnotbeabletomeetpeakofvehiclemaintenancework.Sothereistheemergenceoftheautomobilelift，thismachineistogivethewholevehiclesrosetoacertainheight，somaintenanceworkerscanmakeitconvenienttoworkinthecaratthebottom.Thedesignisoffour-posthydrauliccarliftthestructuraldesign，thefirsttopicforanalysis，combinedwiththeexistingcarliftthestructureandthehydraulicsystem，coupledwiththecarlift-depthresearch，andthenTheprogramfordevelopmentofchoice，andoneoftheimportantpartsofthedesignverification，andpaintedpartsandassemblyplans，whichwillliftoffour-posthydrauliccardesigniscompleted.KEY WORDS: VehicleMaintenance; Four-Post; Lift目 录1 绪论11.1选题背景及意义11.2汽车举升机的研究现状11.2.1国外研究现状11.2.2国内研究现状41.3 本次设计的内容及目标52 汽车举升机的概述及基本原理62.1举升机的功用及分类62.1.1举升机的功用62.1.2分析比较各类举升机的特点62.1.3各类汽车举升机的主要参数92.2汽车举升机的主要结构与工作原理92.2.1剪式举升机的结构与工作原理92.2.2双柱式举升机的结构与工作原理92.2.3四柱式举升机的结构与工作原理93 四柱式汽车举升机设计方案的确定103.1联动装置方案的确定103.2驱动机构方案的确定113.3导向装置方案的确定113.4安全保险机构的确定114 四柱式汽车举升机的设计124.1立柱的设计与计算124.2横梁的设计与计算144.3承车跑板的设计与计算164.4支撑结构的确定194.5锁止机构的确定204.6各轴的确定204.6.1对称滑轮轴的设计计算204.6.2其它轴径的确定264.7液压系统的确定264.7.1液压缸参数的设定264.7.2液压缸大小的确定264.7.3液压马达的确定264.7.4液压系统的工作原理及示意图274.8钢丝绳及滑轮的选用284.8.1钢丝绳型号的选定284.8.2滑轮的的选定284.8.3钢丝绳长度的确定304.9其它标准件的选定305装配要求及使用说明325.1地基要求325.2安装说明325.3使用说明及注意事项325.3.1使用范围与性能325.3.2举升机使用说明书325.3.3举升机的安全操作规程335.4保养维护346 结论及展望36参考文献37致 谢38外文翻译391 绪论1.1选题背景及意义进入21世纪，轿车举升机作为轿车保养产品的一种，随着近几年我国的轿车行业发展，举升机在轿车维修行业有了较为广泛的应用，适用于室内和室外对轿车的维修，装配，检测，清洗和停车。举升机在汽车维修养护中发挥着至关重要的作用，无论整车大修，还是小修保养，都离不开它。在规模各异的维修养护企业中，无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店），几乎都配备有举升机。举升机的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。而随着我国轿车数量的巨增，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途。私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加。因此，设计出一款简单实用的举升机有很大利润，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，增加维修效率。1.2汽车举升机的研究现状 20世纪20年代，Weaver和Manley等生产的举升机最大举升高度达到4英尺，并且可以根据工作需求在极限高度下任意调整举升高度，通过支撑车轴把汽车举升起来，保证了汽车被举起后，车轮可以自由转动。1925年美国的Rotary公司创始人Lunati受到理发师座椅原理的启发， 制造出世界上第一台液力举升机， 使修理汽车变得更加容易。随后出现了单柱框架接触式举升机。我国的举升机起步较晚，20世纪80年代初才依据国外的技术生产。举升机由于便于技师维修工作，逐渐代替了以前通用的地沟模式。随着我国汽车工业的繁荣， 伴随着形成了一个庞大的汽车后市场， 汽车举升机的市场迅速扩大。2000 年，举升机产品形式和种类发展成多种多样，成为汽车维修行业取得二级维修资质必备的设备。随着汽车保有量的不断增多，私人购买成为购车的主流，售后市场得到蓬勃发展，汽车举升机成为一种必不可少且使用频率极高的汽车维修设备，举升机生产厂家相继出现，举升机产品系列成百上千，但国产举升机质量良莠不齐。 现在市场常见的举升机主要分为双柱举升机、四柱举升机、剪式举升机、地埋式举升机四大类，双柱举升机销量最大，因此国内外对双柱举升机结构的研究也最多，但对四柱举升机的研究还较少，四柱举升机现拥有20%的举升机市场占有率，结构稳定，承载量大。1.2.1国外研究现状 汽车举升机在世界上已经有了80多年的历史。1925年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，如图1.1所示。由于当时采用的气压较低，因而缸体较大，同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，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年美国另外一家公司生产出第一台四柱举升机，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。其方案是:每一立柱内均有一螺母及螺杆，由装在地面上的链条串连起来以实现同步驱动，此四柱举升机在市场上并未获得成功，而单柱举升机却继续得到更大的普及。图1.2 四柱举升机 1948年Joseph Bardbury & Sohs(即现在的TI Bardbury)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为液压机构，只采用一个液压缸，其他立柱通过钢丝绳连接以实现同步举升，由于当时的液压压力尚未超过3540Kg/cm因而第一台液压举升机的缸体直径较大。五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销路急剧下降，而四柱举升机却跃居主导地位;但是在美国单柱举升机却继续受到人们的喜爱。1956年Borg Warner和Plessey生产液压压力能达到140175Kg/cm的液压齿轮泵;借助于此， 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进展。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年在英国的市场上占有率竟达75%。1961年Bardbury生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统，并在全世界17个国家获得了专利。但在南美洲仍然喜爱单柱举升机，只是现在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。图1.3 双柱举升机这是举升机设计上的又一个突破性进展，但是直到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牢固的地位，其销量还在继续增长。它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式，在举升前汽车必须驶上举升机。在移动式举升机方面也有几项成功设计，如简式举升机上、菱架式举升机等。但这类举升机仍存在两个主要问题:接近汽车下部较难，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突出优点。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外，车辆较大，其底盘也能明显辨认，因而汽车检修区远远大于举升器件。而今绝大多数汽车均为“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而不便操作。但在南美洲却属例外，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;汽车可在举升机上转动。但美国却受到了责难，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坑穴后才能安装;其次，它只能为使用提供车轮支撑方式;第三，使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。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颇为困难;其次是油缸所处的环境条件差，容易生锈，特别是地下水位较高时更是如此。 双柱举升机(包括液压式和机械式)，均具有以下优点:第一，检修汽车下部具有很高的可接近性(几乎达到100%);其次，采用车轮自由型的方式支撑车辆，因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施;第三，结构紧凑，专地面积小。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，如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便，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，其承力件易于磨损。因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。 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台板。举升前，汽车很容易正确无误的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坠入其间的空隙中，车轮支承型四柱举升机的优点是:第一，举升机装载汽车时勿需较高的技术，操作又很简单;第二，承载时非常稳定;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即可。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。1.2.2国内研究现状 由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；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，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。“十一五”规划的发展思路和目标是：建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。1.3 本次设计的内容及目标 设计适合汽车维修行业使用的四柱式结构的举升机。要求：四柱举升机采用四根钢丝绳拉起四个角，双保险自锁保护装置，安全可靠。机械式保险，有效保护车辆和人身安全，最低高度为125mm，利于维修低底盘轿车。2 汽车举升机的概述及基本原理2.1举升机的功用及分类2.1.1举升机的功用举升机的作用在于将汽车举升一定高度后锁定，使汽车底部留出有很大的操作空间汽车的维修保养人员在汽车底部或侧面进行操作。2.1.2分析比较各类举升机的特点举升机在众多的类型中，各种类型各有各的优点和缺点。下面就分析各种举升机的特点：1） 双柱举升机图2.1 双柱式举升机 双柱举升机分为机械式和液压式，机械式举升机流行于1992-1998年间，期间生产的厂家也很多，该举升机的特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换螺母以及轴承），因此该类型的举升机已开始逐渐淘汰。液压式举升机维护成本低，油缸使用510年没问题，液压举升机分为两种一种是单缸举升机，一种是双缸举升机。单缸液压举升机特点：同步性好，不存在颠簸现象，有底板，举升机得扭力靠底板抵消，安全性好。双缸液压举升机特点：双缸举升机分为龙门式举升机和薄地板举升机，由于是双缸，同步问题难以解决，往往靠两根钢丝绳来平衡，油缸以及钢丝绳要调整得松紧一致，举升机就可以同步。薄地板举升机没了地板是为了最大节省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面来抵消，所以对地基要求很高。若是有横梁（龙门举升机）就靠横梁抵消。值得一提的是目前举升机的保险解锁方式的不一样，导致使用者的劳动强度不一样，目前大部分保险解锁均为手动解锁，这样员工需要跑来跑去拉保险每上升一点就要拉保险才能下降，然而电动解锁只需一个按钮就可解锁，这类举升机将成为以后举升机的主流产品。2） 四柱举升机 四柱举升机按结构分为上油缸式以及下油缸式，上油缸式指油缸置于立柱顶部（带横梁），下油缸式指油缸置于平板下面。图2.2 上油缸四柱式举升机上油缸四柱举升机：上油缸四柱举升机主要依靠四根链条拉起四个角，拉力油缸置于顶部，这种结构简单，但自重增加。二次举升为手动或气动，修理工需要跑到底下操作，这对于经常使用二次举升得用户不方便和不安全，保险装置为气动装置，若没有气源则比较麻烦。本机型也适合四轮定位用，因为有一四轮定位档位，可以调整，可以确保水平。图2.3 下油缸四柱式举升机下油缸四柱举升机：下油缸四柱举升机主要依靠四根粗钢索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通过6个圆盘将力传达四面。这种结构比较紧凑，自重降低，二次举升一般为电动液压，和主泵连接在一起，只要转动转换阀即可，升降速度快，保险装置为楔块式，四个楔块利用拉杆联动，扳动拉杆就可打开保险装置，方便耐用。本机型容易调水平，适合四轮定位用。3）剪式举升机图2.4 剪式举升机剪式举升机分为大剪（子母式），小剪（单剪）举升机，超薄系列举升机。小剪举升机：该类型主要用于汽车维修保养，安全性高，操作方便。挖槽后与地面相平。大剪举升机：大剪举升机涌出比较多，是配合四轮定位仪的最佳设备，并可以作为汽车维修，轮胎，底盘检修用。可以挖槽，也可以直接安装在地面上。超薄系列剪式举升机：超薄系列剪式举升机无需挖槽，适用于任何修理厂，有一些楼板上不适合安装二柱举升机以及普通四柱举升机，而本机器与楼板接触面广，这样可以安装在任何可以开车的楼板上面，解决客户场地问题。这类机器是今后的主流产品，国外大规模使用本类产品。总的来说，剪式举升机是较为精密的仪器，如果做工不好或者设计不好都容易导致台面不平，单边升降等危险的发生，大部分用户用该类型的举升机是用来作为四轮定位仪的平台，这样设计该类型则需要求更加严格。2.1.3各类汽车举升机的主要参数普通式双柱举升机、龙门式双柱举升机和四立柱式举升机这三种目前市场上主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表2.1所示。表2.1汽车举升机的主要参数 额定举升质量 最大举升高度 盘距地高度 全程上升时间 全程下降时间普通式双柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec龙门式双柱 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 Sec2.2汽车举升机的主要结构与工作原理 举升机的结构形式主要有：（1）整体结构形式；（2）举升方式；（3）驱动方式；（4）平衡方式；（5）保险与保护方式；（6）托盘结构。2.2.1剪式举升机的结构与工作原理子母剪式液压平板举升机由机架、液压系统、电气三部分组成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机安全使用，保障维修工人的生命安全。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动举升臂上升、下降、锁止。2.2.2双柱式举升机的结构与工作原理双柱式举升机有举升装置、立柱、支撑机构、平衡机构、保险机构。启动电动机按钮后电机起动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。此阀的压力在出厂前已经调好，以保证起重的额定载荷的要求。当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，起动按钮停止供油，提升结束，开始作业工作。如果拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降。2.2.3四柱式举升机的结构与工作原理它的结构主要包括以下几个部分：立柱、承车跑板、横梁。普通式四柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由承车跑板下安装的液压油缸来推动连接立柱与横梁的钢丝绳，使横梁上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现承车跑板的上下移动。3 四柱式汽车举升机设计方案的确定本次设计的是由液压驱动的普通式四柱汽车举升机。它的结构主要包括以下几个部分：立柱、承车跑板、横梁、锁止机构及液压油缸。普通式四柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由承车跑板下安装的液压油缸来推动连接立柱与横梁的钢丝绳，使横梁上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现承车跑板的上下移动。主要参数有：举升重量 3000kg;举升高度 1800mm;上升时间50s;电源380V。图 3.1 四柱举升机原理图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3.2 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安全保险机构的确定 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 四柱式汽车举升机的设计4.1立柱的设计与计算立柱的高度为2500mm，而且所选的材料为钢板，其结构如（图4.1）所示：初选型材的材料为Q235（A），其弹性模量E=206 Gpa， p=200 Mpa，惯性矩：IY=527.214 cm4，截面面积：A=20.40 cm2。图4.1 立柱的截面图 所以：1= = 100立柱所受力的情况如（图4.2）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4.2 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：=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。4.2横梁的设计与计算横梁的长度为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=138.546cm3。轮距的最小值取为1400mm。因此分析横梁的受力情况如（图4.3）中a）图所示：图4.3 横梁的受力图、剪力图和弯矩图a-横梁的受力图 b-横梁的剪力图 c-横梁的弯矩图 由于：q=g=28.0969.8N/m=275.3408N/m又因：FN1+FN2=F1+F2+ql (4-1)FN1=FN2 （4-2） 联立(1)，(2)可得：（其中F1=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) N M=FN1x-F1(x-0.6)-qx2 =(357.813x-275.3408x2+5011.994) N.m 在CD段中：（2mx2.6m） Fs=FN2-q(l-x)=( 8711.137-275.3408(2.6-x) N M=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 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承车跑板的设计与计算 承车跑板是用来停放汽车的部件，因为要停放汽车所以它的粗糙度就不能太小，故在跑板的表面加有一些凸起的防滑块。跑板的宽度也不能过小，宽度至少是轮胎的1.5倍，由于要停放几吨的汽车其强度也有一定的要求，下图为其俯视图：图4.4 承车跑板乘车跑板的长度设为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为而且取最小轴距为2400mm。因此分析托架的受力情况如（图4.5）所示：图4.5 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 (4-3)FN1=FN2 (4-4) 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4.6）所示。图4.6 托架的受力图、剪力图和弯矩图a-托架的受力图 b-托架的剪力图 c-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 Mpa4.4支撑结构的确定支撑结构是由液压缸、钢丝绳、定滑轮组成。其原理为液压缸与钢丝绳连接再通过定滑轮改变钢丝绳的走向，钢丝绳通过专用索具与立柱和活塞杆连接，由于所有的重量都是由钢丝绳来承担，所以钢丝绳要有足够的抗拉强度，其钢丝绳的俯视图走向如下图所示：图4.7 钢丝绳的俯视图走向图1-立柱滑轮 2-跑板对称定滑轮 3-活塞杆4-液压缸 5-跑板非对称定滑轮 6-钢丝绳4.5锁止机构的确定汽车举升机是一种对安全性能要求特别高的举升设备。通常设有多种保险装置和保护，分别有液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。本次设计中采用液压回路的保压和机械自锁装置来进行保险。机械自锁主要是通过四个楔形挡块与立柱中的走道相卡，通过电磁继电器来解除和保持其锁止状态。4.6各轴的确定 在普通四柱举升机中轴都是与滑轮连接的，且滑轮又是与钢丝绳连接，所以轴受到了比较大的力和弯矩，在选择轴的尺寸时要进行计算确定。4.6.1对称滑轮轴的设计计算 初选材料为45钢，其弯曲强度为600； a)活塞杆端部滑轮的转轴 其长度为160mm，受力分析如（图4.8）所示：图4.8活塞杆端部滑轮的转轴的受力图、剪力图和弯矩图a-活塞杆端部滑轮的转轴的受力图b-活塞杆端部滑轮的转轴的剪力图c-活塞杆端部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：=2787.600由公式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： 得：最终取其直径为： b)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4.9）所示：图4.9 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图如（图4.9）中b)、c)图所示：图4.10 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-需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图b-需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图c-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： 得：最终取其直径为：c)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4.11）所示：图4.11 只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力分析图所以图4.12 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a-只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图b-只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图c-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： 得：为了转轴一至，从而形成批量生产，所以最终取其直径为：4.6.2其它轴径的确定 根据以上类似的计算可求出： 非对称滑轮轴直径d=24mm 立柱上的滑轮直径d=20mm4.7液压系统的确定4.7.1液压缸参数的设定缸体长度 L=1700mm工作行程 l=1650mm活塞杆直径 d=63mm计算长度 l=L+l=3350mm柔性系数 m=85末端条件系数 n=24.7.2液压缸大小的确定 液压缸的工作压力为跑板和横梁的重力加上举升的重力，即：F=G+3000 其中G为跑板和横梁的重力根据举升机的整体大小确定跑板和横梁的重量：m跑板=830.84107.852=427.4 m横梁=8140.83147.852=441.7所以 m总= m跑板+ m横梁=869.1 G总=869.110=8691N G= G总+G车=8691N+30000N=38691N由上所计算的数据查机械设计手册得液压缸的大径D=90mm，小径d=63mm4.7.3液压马达的确定根据算出的转矩，转速，压力及市场调查结果，中等转矩+低转速，使用行星转子式摆线马达。其特点：结构简单，体积小，重量轻，转速范围宽，力矩重量比较大，价格便宜，使用可靠，低速稳定性好。P:231.5Mpa n:51000rpmM:551950Nm :85%4.7.4液压系统的工作原理及示意图图4.13液压系统工作原理示意图1定量液压泵 2先导式溢流阀 3二位二通电磁换向阀4压力表 5三位四电磁换向阀 6、7液控单向阀 8液压缸 如图所示为升举机的液压系统原理图.系统采用定量液压泵1供油,系统压力;由先导式溢流阀2设定并由压力表4显示,系统卸荷由二位二通电磁换向阀3控制.液压缸的运动方向由三位四通电磁阀5控制。本液压系统设有二级液控单向阀(6、7), 以保证液压泵停机或其他故障时液压缸不因泄漏而影响举升的安全可靠性,液压缸附近的两个按纽控制盒, 用于控制缸的升降。系统的动作顺序与原理如下: 1)举升 按上升按钮,电动机驱动液压泵1空载启动,延迟3s后电磁铁1YA通电使换向阀3切换至右位，液压泵1由卸荷转为升压。同时，电磁铁2YA通电使换向阀5切换至左位，液压泵1的压力油经阀5、6、7进入缸8的无杆腔，液压缸8上升，有杆腔经换向阀5向油箱排油。 2)停位松开上升按钮，电磁铁1YA、2YA断电使换向阀3和5复位，液压泵1卸荷，液压缸8停止并保持在既定位置；3min后电机自动停止。 3)下降 按下降按钮，使电机驱动液压泵1启动，延迟3s后电磁铁1YA、3YA通电使换向阀3切换至右位，换向阀5切换至右位，液压泵的压力油经阀5进入缸8的有杆腔，同时反向导通液控单向阀6、7液压缸8下降，无杆腔的油液经阀5排回油箱。 4)停止 松开下降按钮,各电磁铁均断电,液压缸8停止,电动机驱动液压泵卸荷空载运转,3min后液压泵自动停机。4.8钢丝绳及滑轮的选用4.8.1钢丝绳型号的选定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。型号为：4.8.2滑轮的的选定 查表可得滑轮的尺寸： Dmin=hd=188=144mm 常数 h=18为按标准表来选取，其中的安全系数为5。 由表可得：D=144，R=5，C=11结构如图：图4.13 滑轮上面滑轮的材料是用一般的铸铝合金，它们的抗拉强度一般只有137-245 MPa，硬度也不大，只有50-90 HB。由于上面的选用的滑轮在整个设计的轿车举升机中尺寸过大，这样不方便整体设计，为了减少滑轮的直径，滑轮的材料选用为40Cr的钢，其抗拉强度为981 MPa，屈服强度为：785 MPa。这样滑轮的材料比原来的强了6-7倍，在满足材料的力学强度下，滑轮的参数减少为：D=86，C=20，A=20。4.8.2.1滑轮形式按JB/T9005.3 1999标准，滑轮共分A、B、C、D、E、F六种形式。结构比较好而密封严密的为A型和B型。4.8.2.2滑轮技术条件 a）材料选择 由于滑轮是与钢丝绳连接，承受着比较大的力，再根据机械设计手册查询选择45钢。 b)外观滑轮表面应光华平整，应去除尖棱和冒口，滑轮不得有影响使用性能和有损外观的缺陷（如气孔、裂纹、疏松、铸疤等）。 c)热处理滑轮应进行调质处理，以消除铸造或焊接应力。 d)其他 滑轮的加工部位(内孔、绳槽表面等)和隔环的外露部位应涂抹抗腐蚀的防锈油；不加工部位应涂防锈漆。 e)滑轮强度计算小型铸造滑轮的强度，决定于铸造工艺条件。一般不进行强度计算。对于大尺寸的焊接滑轮，则必须进行强度计算。4.8.3钢丝绳长度的确定在举升系统中一共有四根钢丝绳，标注见下图图4.14 举升系统钢丝绳的长度分别为：A=672+165+170=1007mm B=4276+165+170=4611mm C=2132=+165+170=2467mm D=4276+2132+165+170=6743mm上面各绳的计算都是粗略的计算，为了在安装时避免钢丝绳长度不足，现确定各钢丝绳的长度A=1107mm B=4711mm C=2567mm D=6843mm4.9其它标准件的选定 a)弹簧的选择 根据弹簧的工作条件，再由机械设计手册GB/T1239-1992查询选用冷卷拉伸弹簧（L），代号Lv，端部结构形式为长臂半圆钩环，直径规格为C级 b)螺栓的选择 由螺栓的工作条件再根据机械设计手册GB5-76选用六角头螺栓，其基本参数为d=16mm s=24mm H=10mm D=27.7mm r=1mm L=108mm c)螺母的选择 由螺母的工作条件分析，再根据机械设计手册查询 d)活塞杆上的螺母选择根据机械设计手册GB/T6171选用六角螺母，其参数为m=38mm dw=69.5mm d=48mm e)固定跑板的螺母选择根据机械设计手册GB52-76选用六角螺母，其参数为d=16mm s=24mmD=27.7mm H=13mm f)垫片的选择 根据机械设计手册GB97-76选择开口式垫圈，其基本参数为d=16mm D=38mm s=2mm5装配要求及使用说明5.1地基要求 地基的尺寸是根据整个举升机的四个立柱的尺寸来确定，该地基要求打实土基，灌浇混凝土15001500，混凝土的厚度为200。压力19.6MPa，举升机的安装场地的大小，位置应考虑车辆驶入（驶出）的方向与通道。5.2安装说明 参见装配图。先将主、副立柱按图安装，调整立柱的垂直度及尺寸，用M16150膨胀螺丝固定。然后再依次安装其他部件。液压缸的安装方式为尾部销轴式（可见机械设计手册得液压缸安装方法篇章）5.3使用说明及注意事项5.3.1使用范围与性能 本产品具有结构简单、操作方便、安全可靠，适用于车种多等显著特点。不仅适用于进口及国内的各种轿车，而且还可举升3吨以下的各种轻型越野车、轿车、面包车等。特别对于进口宽体、长车身、多排座豪华型轿车更显其优越性，是理想的汽车维修、保养设备。 其主要技术性能指标如下表（表5-1）所示：表5-1 主要技术性能指标举升载荷：3000 驱动方式：电动液压有效长宽：大于35001800电机功率：1.1 KW举升最低高度：100额定电压：380V/50Hz举升最高