汽车举升机设计机械毕业论文

1、第一章 绪论1.1汽车举升机使用背景分析如今汽车工业的飞速发展和人民收入水平的日益提升，各种汽车的普及率逐年升高，这将导致汽车维修行业将飞速发展。在汽车维修过程中，维修人员经常需要在汽车底盘下面进行工作。这将给维修人员带来不便，足够的操作空间才能让维修人员更好的工作。因此，汽车举升机变得尤为重要。目前一些汽车维修站常用的方法是在汽修场地修建维修沟，该种方法有诸多弊端，如：占地的面积很大，可操作的空间很小，工作光线阴暗，不利于人们长时间工作，并且使维修的效率和精度降低。针对这个问题，人们进行了有益探索，设计了汽车举升机。汽车举升机将汽车抬至合适的高度，方便维修人员在汽车底部进行工作。目前因维修企

2、业的财力、维修项目、维修车间空间大小的不同，现已有不同类型的的汽车举升机，其中最常用举升机的形式为门式、双柱式、剪式、四柱式。最广泛的是两柱举升机。该举升机方便安装，噪音小，升降平稳，可选择不同的支撑部位,适用于中小型汽车维修和装配。四柱式适用于大多数车型，但不利于员工工作给维修带来不便，优点是能快速起降。大多数4S店使用四柱举升机。剪式操作方便，所占空间小，但价格较高，制造工艺严格。随着汽车使用量的增多，私人购车成为主流，售后服务将得到快速发展，汽车举升机需求量将不断增加，将来汽车举升机需求量将持续增长。当今市场上举升机大多是使用的液压缸。这种举升承载重量不大，举升高度低，适用于小型汽车的举

3、升。对于举升专用汽车，无法满足要求，随着我国经济的快速发展，小型客车，大型吉普，SUV等中大车型将进入家庭市场。这些车型的汽修市场将会很广阔，但如今我国汽修设施相对滞后，给小客车等中大车型的维修带来了不便。为了解决上属的所有问题，为汽修业发展带来方便。本次设计合适的汽车升举机可方便小型客车，大型吉普，SUV等的维修。1.2论文主要内容本文介绍了汽车举升机的类型，根据所要设计的举升机的方案，针对举升机的结构和特点进行了设计。对举升机主立柱的截面分析，对立柱强度刚度和托臂强度进行校核。并对举升机设计过程中所涉及到的工艺性问题进行补充说明。对普通式双柱汽车举升机主立柱的截面进行分析，对立柱的强度刚度

4、和托臂的强度进行了校核验算。并对液压缸活塞杆的强度、稳定性进行校核，以保证设计的举升机能够满足实际使用要求。结合主要内容，本文分为五章分别进行阐述：第一章：绪论，介绍举升机的使用背景和课题简介。第二章：汽车举升机结构分析及其工作原理。第四章：汽车举升机的结构设计。第五章：汽车举升机部分结构分析和验算。最后对本论文进行总结。 第二章 举升机的组成和工作原理2.1 汽车举升机简介2.1.1定义汽车举升机是支承汽车底盘从而使汽车升降的设备。2.1.2 举升机的基本构成汽车举升机主要组成部分：升降台、机械系统、电气系统、机架、安全保护装置、辅助装置。2.1.3 举升机的类别按结构类型分汽车举升机可分为

5、柱式汽车举升机和无柱式汽车举升机举升机。柱式举升机主要分为双柱式汽车举升机（如图2.1）、龙门式汽车举升机（如图2.2）、四柱式汽车举升机（如图2.3）、汽车升降平台（如图2.4）四种。 图2.1双柱式汽车举升机 图2.2 龙门式汽车举升机 图2.3 四柱式汽车举升机 图2.4汽车升降平台(二) 根据传动方式分类汽车举升机有机械传动式和液压传动式两种。 机械传动式的特点优点：用工作螺母与螺纹丝杠传动，结构简单，成本低。缺点是所需的经常维护工作，较易滑扣，使丝杠卡死或举升汽车跌落等故障。因此，该传动方式逐渐被淘汰。 液压传动汽车举升机特点液压汽车举升机占据主要的市场，该类举升机安全性能好、传动平

6、稳、方便维护、工作效率高等特点。液压汽车举升机目前市场上有全液压型和半液压型两种。2.1.4 目前市场上各类汽车举升机的使用情况目前市场上使用最多的汽车举升机是双立柱式的，再者是四立柱式，还有一些为剪式。2.1.5汽车举升机的主要参数 双立柱式主要参数如表2-2普通双立柱式汽车举升机主要参数，表2-3龙门双立柱式汽车举升机，表2-4四立柱式汽车举升机所示。 表2.2普通双立柱式汽车举升机主要参数 举升高度 举升质量上升全程时间 底盘与地距离下降全程时间1700-1800mm 2.5-3.5 T50-70 S 110-180m 20-60 S 表2-3 龙门双立柱式汽车举升机主要参数 举升高度

7、举升质量上升全程时间 底盘与地距离下降全程时间1700-1800mm 2.5-3.5 T50-70 S 110-180m 20-60 S 表2-4 四立柱式汽车举升机主要参数 举升高度举升质量底盘与地距离上升全程时间 下降全程时间 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm50-70 S 20-60 S2.2 液压式汽车举升机的组成(1)液压泵举升机的动力提供机构。 (2)液压控制系统 液压控制系统主要包括各种液压阀，根据工作要求，实现油路控制。 (3)执行元件 液压缸为该系统的执行元件，把液压能转换机械能。(4)辅助系统 包括油路管道、液压表、蓄能器、油箱等。 2.3 液

8、压汽车举升机的工作原理液压汽车举升机由滑动部分、轿箱、液压缸、举升架、液压动力五部分组成。在汽车举升机上，汽车的举升和下降主要靠液压缸来实现。在立柱内安置两个液压缸，液压缸活塞杆与滑轮铰连接。绳轮上钢丝绳一端固定在绳轮上另一端与滑车相连。液压缸活塞受力上升时，轿箱上升。轿厢上升的高度是液压杆上升高度的两倍，轿厢中的汽车也随之升降。2.4 液压举升机的工作过程分析举升机液压系统原理图如图2.8所示，包括两个阶段：1上升阶段 开关闭合，电磁铁1DT动作，换向阀1换到左位，压力油流经溢流阀3经单向阀流到液压缸，使液压缸活塞上升，从而使钢绳上升，带动轿厢上升。 2下降阶段按下下降按钮，电磁阀2DT、3

9、DT、4DT得电，在自重下，压力油经换向阀右位单向阀，液压缸中的液压油排出。3空载运行 打开总开关，泵用电机启动，液压泵运转，液压油回到油箱，空载运行。停止运行 按下电机停止运行按钮，电机停止，再关闭总开关。 图2.8举升机液压系统原理图第三章 拟定举升机的方案3.1汽车举升机的主要结构与要求3.1.1汽车举升机主要结构 举升机主要结构：立柱，提升装置，平衡装置，保险装置，托盘结构，驱动装置。3.1.2汽车举升机的性能要求和技术改进 （1）举升机要设有限位装置。要求该装置动作灵敏、安全可靠。 （2）液压系统要工作平稳、振动小、没有爬行现象。 （3）液压系统拥有自锁和机械锁止装置。 （4）要求机

10、械式举升机在工作过程中随时自锁。 （5）正常运行时噪音不得超过80分贝。 （6）连续承受2分钟150%的额定使用压力时，设备不能有永久变形和漏油异常现象。 （7）在无故障工作的前提下，要求机械式举升机能连续进行3000次举升，液压举升机能够持续工作9000次。 （8）要求为全自动式，有足够的刚度，锁带有多个锁孔，举升机可停锁住在任何位置，能实现全程、全自动化“上锁”“解锁”。具有较高的可靠性、较高的使用寿命。汽车举升机的结构形式的特点如下表3-1所示： 表3.1汽车举升机的结构形式的特点 结 构 形 式 主 要 特 点 普通双柱结构简单、低成本、方便操作，地基要求较高龙门双柱强度高、成本高四立

11、柱能作四轮定位用。移动式能立柱联动，用于各种车型。3.1.3举升机的驱动、举升及同步方式 举升机的驱动方式有：电机驱动和液压驱动。液压驱动根据液压缸的个数，分为单缸驱动和多缸驱动方式。单缸驱动方式的优点是：具有良好的同步性，振动小现象，且有底板，可抵消举升进的扭力，具有较好的安全性。双缸的缺点是很难解决两缸的同步性。需要使连接两缸的钢丝绳保持一致的松紧度，举升机才可以同步运作。双缸驱动的优点是：该结构不用底板，节省材料，借助立柱来抵消扭力，因此对地基的强度要求较高。 如果驱动方式选择单液压缸，升降运动则用机械方式同步。若采用多个液压缸驱动方式，则升降运动可用机械同步，也可用同步液压缸升降。 常

12、用的举升方式有丝杠螺母方式、钢丝绳方式和液压缸直接举升方式。当前常用的举升方式是机械式举升方式。具体而言丝杠螺母举升方式传动具有良好的自锁性，较高的安全性，采用电机驱动，方便维护及保养，制造工艺性差。液压驱动工作平稳，方便制造，容产生故障，需要经常维护保养。相比较而言液压缸举升机的生产成本较低且易于生产且使用寿命长。所以本次设计选用液压举升方式。3.2汽车举升机总体结构 本课题设计的是液压驱动双柱式汽车举升机。优点：性能稳定，节能，方便操作，结构简单，安全性高，托脚位置低适用各种车辆。液压式举升装置使用寿命长，成本低。 考虑到国内的使用情况，从实用角度出发，确定以下方案： 一、维修在室内进行，

13、应采用两立柱式升举，尽量在满足升举条件下，占较少空间。 二、选用液压动力举升装置可以减少噪音并且升降的平稳。 三、同步液压缸的设计很难完全一样，将导致举升不同步，使车会发生倾斜。设计采用钢丝绳平稳系统消除该影响。 四、结构要简单，便于操作，方便拆卸，要做到标准化，系列化。 本次设计的举升机的结构形式为普通式双柱汽车举升机。如图2.3所示 图3.2 举升机示意结构第四章 双柱式汽车举升机的结构设计4.1 举升机构设计 汽车举升机举升装置包括电箱和液压系统。启动电动机控制液压油进出液压缸，链条连接液压缸与滑台完成举升动作，如图4.1所示：图4.1举升机驱动装置示意图 如图4.2所示双柱汽车举升机驱

14、动装置及举升装置的两个举升装置通过软管连接，举升过程中存在一个时间差，两边举升会不平衡。为弥补这一缺陷可设置钢丝绳同步装置。如图4.2所示图4.2 钢丝绳同步装置4.2 立柱结构设计 普通式双柱汽车举升机有两个立柱。其左边立柱的俯视图如图4.3所示。立柱支撑举升机的重量，要有一定的强度和刚度。立柱部分有较高的公差要求，立柱臂和立柱壁之间需保持一定的平行度和直线度，并且立柱表面还要保证一定的粗糙度。 图4.3左立柱的俯视图 图4.4举升机支持机构4.3 支撑机构设计托臂属于举升机的重要支撑机构。通过改变其角度和方向就能改变托臂的工作范围。本次设计的支撑机构为对称式可伸缩托臂，该设计可增加了托臂的

15、宽度，从而增加了托臂的工作范围。如图4.4：4.4 平衡机构设计 为保证升降过程中汽车水平位置一致，本设计采用了钢丝绳作为举升机的平衡机构来解决这一问题。在其中一个立柱内安装两副左右对称的钢丝绳，但钢丝绳走向是相反的，通过控制钢丝绳使两边的滑台保持平衡。务必使两边的钢丝绳张力一致，这才能平衡。4.5 保险机构设计 汽车举升机对安全性能要求较高。设有保险装置和保护措施：机械锁止保险装置、液压回路保压设施、机械自锁装置、过载保护装置、冲顶保护装置、防滑装置等。如图4.5所示。图4.5钢丝绳的走向示意图 当前国内检修车辆时用的各种汽车举升机均为地上安装式，其中大部分配置的安全锁为机械半自动式。有一部

16、分配置机械电磁自动锁，利用驱动弹簧但自动“上锁”，但刚度较小，电磁铁的功率也较小，可靠性较差。本设计克服了上述技术的不足，提供一种结构紧凑、全自动化，安全性高，使用寿命长的机械电磁安全锁。安全锁具有锁带、锁体。锁带上有锁孔，锁体的上端与电磁铁相连，锁体中部通过锁舌转轴连接锁舌，锁体的下端连接弹簧。锁孔均匀分布在锁带上，锁带用高强度合金钢板制成，所述的弹簧为圆柱螺旋压缩弹簧。本设计与已有技术相比，本设计为全自动式，拥有足够的刚度和足够的安装预压量的圆柱螺旋压缩弹簧和大功率的电磁铁，锁带均布多个锁孔，保证举升机可停留在任何位置均能锁住，可实现升降过程的全程、全自动化“上锁”和“解锁”，其安全可靠性

17、高、使用寿命长。如图4.6本设计的结构示意图：图4.6电磁锁机构示意图1、锁带 2、电磁铁 3、锁体 4、锁舌转轴 5、锁舌 6、弹簧 7、锁孔 具体工作方式：工作过程中锁带的上、下两端固定在机体框架的上部和下部。锁体的上端连有电磁铁,锁体的中部经锁舌转轴连接锁舌,锁体的下端与弹簧相连，“解锁”动力由电磁铁提供。工作时，锁体与举升柱刚性联接，只要锁体被“锁”住，则举升柱即被“锁”住，确保装置安全。锁舌在电磁铁的弹簧的作用下绕锁舌转轴做逆时针或顺时针摆动，完成“解锁”或“上锁”动作。压缩弹簧使举升柱停住不动，让锁舌进入锁孔，电磁铁一直得电，动铁芯向下运行推动锁舌运动，使锁舌脱离锁孔;工作的过程中

18、在任何位置停住时，电磁铁失电，弹簧反弹，锁舌进入锁孔。当非正常下落时，锁舌与锁孔相接触，锁带阻止举升柱的继续下行。4.6 举升机三维效果图本图采用solidworks三维设计软件设计出了三维图，如图4.7所示：图4.7 举升机三维效果图 第五章 双柱式汽车举升机的强度刚度分析校核 5.1立柱的结构分析和验算 主要参数为：电动机功率2.2 KW；举升重量4T；满载时，行驶全程所需时间50S；当载荷重为2.5吨时行驶全程所需时间小于50S；举升臂距离地面最低位置高度120mm，距离地面最高位置为2000mm，其工作行程为1730mm。5.1.1 主立柱的截面特性分析与计算 主立柱体为主要受力承重部

19、件。立柱在工作时受到保险锁处因承重的压力和升降滑台在立柱上的弯矩。 立柱壳体是压制成形，内部焊有支承板，在锁定状态时用来受力和承重。在一个立柱体上按装了液压泵站和电气控制箱。主立柱为该装置的主要承重部件， 以下对立柱截面进行分析，确定其截面的惯性矩和形心位置。一、形心和中性轴的确定 把立柱截面划分为A1、A2、A3三个小部分。如图5.1所示，Z轴作为参考轴，三个组合截面的中性轴为Z1、Z2、Z3，则三个小截面面积和形心到Z轴的距离为： 图5.1立柱截面图 重心C到相应边的距离 e： 式(4.3) 截面形心C在Y上的位置则为： 二、 确定惯性矩 C1、C2、C3为A1、A2、A3的形心，Z1、Z

20、2、Z3他们的形心轴。C1、C2、C3距Z轴的距离分别为： 根据平行移轴公式得，A1、A2、A3对Z轴的惯性矩分别为： 、是C1、C2、C3对Z1、Z2、Z3的惯性矩。立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩为： 三、计算立柱静矩S： （1）立柱截面上半部分的静矩S1： 式(4.4) 其中、分别为三截面的静矩，立柱整个截面上半部分的静矩S为： （2）立柱下半部分的静矩S2： 5.1.2 主立柱的强度分析与验算 工作过程中，托臂举升到一定高度后锁定，主要载荷集中在端部，受力分析如图所示。滑台上的的滑轮的形状多样，常采用大圆柱滚轮。 图5.2滑台部件受力图 一、 滑台部件的受力情况如图5.2 滑台部件自身重

21、量： 滑台的尺寸：材料为160160方钢。厚度8 mm，高度800mm， 滑台的体积： 摇臂座尺寸：材料为100100方钢，壁厚8 mm，长度440mm， 摇臂座的体积： 托臂尺寸：材料为160160方钢，壁厚8 mm，长度1110mm。 托臂的体积： 钢材比重选取： 滑台、托臂、摇臂座的重量为 滑台、摇臂座和托臂的总量 如图4.2，工作时单侧托臂最大载荷为2t，加上自重，端部的受力2066.37kg,保险支承板施加的支承力为FBX和FBY，滚轮给予的反作用力为F1和F2，B处为支承点，假设自重全部集中在负载处，则： 式(4.5) 式(4.6) 式(4.7) 由式4.7得，代入式4.6 假定

22、则由式4.5得： 滑台、摇臂座和托臂的自重，估计为66.37kg。如果自重全部集中在负载处，单侧托臂最大载荷为2000kg则托臂受力大小为2066.37kg，F1和F2为反作用力，F1=F2，FBX和FBY为支承力，B处是支承点，则： 。二、立柱受力情况 滚轮作用在立柱上的力 F1和F2，支承力为FBX和FBY，底部支座反力为MH、RHX、RHY计算得： RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg 三、立柱强度校核： 立柱体相当于一个悬臂梁，立柱的弯矩图和剪力图如图5.3-5.4所示：图5.3立柱的弯矩图和剪力图由F1所引起的弯矩和剪力： l=2600mm b=2415mm a=185mm

23、 图5.4 立柱的弯矩图和剪力图由F2引起的弯矩和剪力： l=2600mm b=1890mm a=710mm 由FBY产生的弯矩： 立柱受所受弯矩和剪力： 截面C处，QC=5234.804kg 弯矩MC=.1kg，C处是危面计算得到，抗弯截面模数为： 式(4-8)截面上半部分的静矩S202.60cm3， 式(4-9)以下进行强度校核：（1）正应力强度： 式(4-10)许用应力： 式(4.11) ，满足强度条件。（2）校核剪应力强度： 式(4-12)选，而许用应力 式(4-13) ，满足强度条件。四、折算应力强度校核： 最大正应力处为立柱横截面上离中性轴最远的边缘处，最大剪应力在中性轴上，经校核

24、，这两处的强度满足要求，但截面C处，M和Q为最大值，正应力和剪应力较大，须根据强度理论进行校核，取边缘处K点计算： 式(4-14) 式(4-15) 由第四强度理论计算， 式(4.16) 式(4-17)满足许用强度要求。5.1.3主立柱的刚度计算 迭加法：（1） （往外弯）用公式 式(4-18)E：弹性模量的选择，碳钢：196206Gpa 取201Gpa=20.1106N/cm2= = 式(4-19) （3） 式(4-20) 实际往内弯的绕度 5.2 托臂部分的强度校核5.2.1 托臂部分截面特性托臂截面属于变截面（1）小臂截面的尺寸：材料为7070方钢，壁厚为8mm，a=70,b=54 式(4

25、-21) 式(4-22)静矩的计算： （2）大臂截面的尺寸:材料用9292方钢壁厚为8mm，a=92,b=76,惯性矩： 5.2.2 托臂的部分强度核算 图5.5托臂部件图 图中的E、F分别对应着示意图中的E、F两个截面，如图5.6、5.7所示。按照E、F两个典型截面进行分析，各个截面的截面图如下： 图5.6 E截面示意图 图5.7 F截面示意图（1）E截面：70*70方钢 惯性矩：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3 可满足强度要求。（2）F截面：92*92方钢 A1=8015=1200mm2 yA1=92+15/2=99.5mm A2=9292-7676=8464-5776=

26、2688mm2 yA2=92/2=46mm YC=(120099.5+268846)/(1200+2688)=/3888=62.51mm IA1=80153/2+(99.5-62.51)21200=.12mm4 IA2=(924-764)/12+(62.51-46)22688=392.46cm4 所以cm4 可满足强度要求。5.2.3 从托臂处考虑挠度情况托臂类似于悬臂梁，托臂部件由大臂和小臂组成，端部受到力的作用力2066.37kg 小臂端部处的挠度： 大臂端部的处挠度：大臂端部受力P2066.37kg和弯矩 M2066.3770.9kgcm； 式（4-24） 因载荷引起的挠度为： 大小臂之

27、间有1mm的间隙产生的挠度为： 弯曲绕度使滑台转动，转动使托臂下沉 ： 托臂端部总下沉量为： 该值可满足汽车举升机行业标准的要求。5.3 液压传动系统的设计5.3.1 液压系统的类型 液压式汽车举升机为开式液压传动系统。泵出口安装溢流阀，起保护作用。5.3.2 液压传动系统的组成液压系统包括油管、油箱、液压缸、液压泵、油路控制阀、滤油器及控制元器件等。5.3.3 液压原理图拟定 两个液压缸使轿厢实现升降动作。有上升、下降及停止三个工况。在液压原理图中使用双液压缸同步运行，确保轿厢水平上下运动。 1液压缸不同步的原因 (1)双柱承受的负载不同。 (2) 液压缸运动时摩擦力的大小不同。 (3) 液

28、压缸制造精度不同。 (4) 两个液压缸液阻不同。2解决液压缸不同步的途径 (1)导向机构选用齿条机构。 (2)用变量泵，通过调节排量实现同步。 (3)用相同作用面积双活塞杆串联，如图5.8所示。 (4)采用同步器，如图5.9所示。 5.8液压缸串联示意图图 5.9 同步器示意图图 5.4 液压泵的选择 液压泵将机械能转换为流体压力。分为定量泵和变量泵两种。定量泵价格低廉、抗冲击能力强、安全宝性能好、可以靠自重完成下降过程、流量变化范围不大。而变量泵适用于复杂的工况，流量很大，造价较高。因此选择定量泵。5.4.1液压泵主要参数计算及型号选择液压泵的工作压力P：液压泵的工作压力为液压泵出口处压力，

29、取决于负载。 其中：-液压泵工作压力。 P-执行元件工作压力9.115MPa。 -进入管路压力损失 简单系统：0.2-0.5MPa。 复杂系统：0.5-1.5MPa。 根据式上式： 所以泵的出口压力为9.615MPa。2液压泵的流量Qb计算： 液压泵单位时间内输出流液体积称为液压泵流量。为执行元件最大流量与油液损失之和。 K-泄漏系数为1.1-1.3，取K=1.15。 -执行元件所需流量之和的最大值，可取29.0L/min。 3液压泵型号的确定：按主机的工况、最大功率和性能的要求的不同，确定液压泵的类型，依据系统所需的压力、流量确定泵的规格。主要考虑以下几个方面：(1)液压泵类型选择(2)液压

30、泵工作压力(3)液压泵流量液压泵选用YB-E25-F1型。基本参数：排量为25mL/r，转速1 440rpm，工作压力1 6MPa，流量 液压泵额定压力值高于计算值的65，符合要求。4泵用电机的选择与计算根据电动机功率确定电机。要使额定转速与液压泵额定转速相同。电动机功率 是液压泵最大输出功率。-叶片泵总效率，拟选取0.75。液压叶片泵的功率: 因此可选择Y132M-4型，功率7.5KW，转速1440rpm的异步电动机与叶片泵相连。结论本文对举升机进行了阐述，介绍了其结构特点，初步认识了汽车举升机。根据不同使用要求，结合各种结构的特点，自己设计满足要求的汽车举升机。本设计为采用液压驱动方式。用

31、钢丝绳为同步装置的双柱汽车举升机。本次设计，归纳为以下几点： 通过调查，了解汽车举升机种类，各类汽车举升机的外形、使用要求和功能特点等。通过举升机装配结构对比，确定本设计为普通双柱式汽车举升机。 参考了各形式的举升机结构特点，结合自己的设计思想，设计成由立柱、支撑机构、举升装置、平衡机构和保险机构五大部分组成的汽车举升机。 在设计了结构以后，还对其强度、刚度进行了校核，以确保举升机有足够的承载能力。 本设计还对液压系统进行验算。致谢在毕业论文完成之际，首先感谢解福祥老师的悉心指导和热情关怀。在完成论文期间，老师从课题选取、进度安排、论文撰写等方面都给予了我许多有益的启示，倾注了大量的心血，他深厚的理论功底、敏锐的洞察力和敏捷的思维，为作者课题研究的深入以及本论文的顺