机械螺旋驱动汽车双柱举升机设计【优秀毕业论文 答辩通过】

需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 目 录 1、 绪 论 研究背景 . 1 国内外研究现状 . 1 设计主要内容及步骤 . 2 设计的目的和 意义 . 2 2、 总体结构设计 尺寸和结构 . 3 传动路线的设计 . 4 同步装置的选择 . 4 机的选择 . 5 3、 立柱与托臂的设计 立柱的校核计算 . 7 托臂的校核 . 10 联接件的计算与校核 . 13 4、 传动系统的设计 螺 旋传动的设计 . 16 链传动的选择 . 23 带传动的选择 . 29 5、 结论与建议 结论 . 33 建议 . 33 参考文献 . 35 致 谢 . 36 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1、 绪 论 研究背景 随着我国汽车深入家庭，汽车维修业也迎来了一个高峰期，而随之对汽车举升机的需求也日益增加，因为它是大多数汽车修理车间的常用设备。然而 现在国内市场上具有一定生产规模和自主产权的汽车举升机厂家很少，对举升机的研究工作还很欠缺， 因此对汽 车举升机的设计很有现实的意义。 国内外研究现状 举升机的分类 我国的汽车举升机是 20 世纪 80 年代依据国外的产品技术生产的，由于移动和拆装方便，也便于维修中小型汽车，逐渐代替了以前维修汽车通用的“地沟”模式。汽车举升机产品种类较多：按提升动力来分，有液压和机械两种形式；按结构类型来分，有单柱式、双柱式、四柱式和剪式。 举升机的优缺点分析 机械式举升机的特点：同步性好，但机械维护成本高（换铜螺母及轴承）。机械连接可以是钢丝绳或链条，这样设计有一个缺点：如果钢丝绳或者链条在工 作中伸长了，从而导致升降时拖架的移动不能同步。 液压式举升机的特点：维护成本低，单缸同步性好，但双缸同步性较差。液压式又分单缸和双缸式，单缸也分两种：老单缸和新单缸，双缸分龙门式和无地板式。单缸同步性虽很好，但油缸机械式地连接在对面立柱的托架上。 双柱式液压举升机的特点：液压举升，维修少。质量稳定，下降时需要两边拉开保险才能下降。油缸置下部占用下面的空间。 四柱式举升机的特点：四柱式在具有双柱式液压举升机的特点的同时还可以实现四轮定位的检测，安装升举更加的方便，中大型的修理场有广泛的应用。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 设计 主要内容及步骤 举升机总体结构的设计 根据承载能力及通常车辆的尺寸，设计出总体框架的大小 举升机传动系统的优化设计 主要考虑电机，以电机为基础进行传动系统初始条件的设计，并对螺旋传动中的丝杠螺母进行急停装置和安全保险装置的设计 举升系统零部件的设计 对立柱，托臂以及连接装置进行设计计算 设计的目的和意义 设计的目的 通过进行全面的设计计算，来研制出一种适用型，经济型的机械式双柱举升机，它在举升车辆的应用范围上以及在维修厂的工作环境上得 到优化设计。 设计的意义 通过对举升机全面系统的设计计算，对了解举升机的构造和传动进行了深入的探讨，对人们了解举升机，应用举升机以及以后的改进工作都有很高的现实意义。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 2、总体结构设计 尺寸和结构 本机由立柱、滑套、底座三大部分组成。 对举升机整体尺寸的设计使其满足汽车在举升机上的停放并且对汽车修理时，与修理工不发生冲突妨碍修理。 具体尺寸如表 2 1 最大举升重量 举升高度 举升时间 电机功率 外形尺寸 自重 3000 750 50 S 3 2005003000 750 立柱 为一方式空心焊接结构、电动机和皮带传动固定在立柱上端，传动丝杠固定在立柱上下端的轴承座内。 滑套 与传动螺母连接并带动托架上下运动 ;滑套内装有主滚轮，导间轮，承受升降过程中产生的侧向力并起导向作用。 底座 左右两立柱安装在底座上 ;底座用地脚螺柱固定在地基础上 ;在底座内设有链 传动及其张紧装置。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 传动路线的设计 图 2举升机传动原理图 4. 7副螺母 轮 12皮带 14主丝杠 举升机一般常见的传动路线有液压传动和机械传动。 液压传动，具有平稳，噪音低，易于防止过载的优点。但液压元件与油缸有拍对运动，虽对零件加工面的加工精度要求较高，但仍不可避免地会造成油液泄漏 修时有诸多不便，泄漏还会造成轿车在举升中两边四个支点处不平衡状态，因而必须另设安全保险装置。 机械传动安全可靠，结构简单，零件加工精度低，安装维修方便，成本较低。使用寿命相对较短，但随着技术的改进，这个缺点 也在得到逐步的改善。 综上所述，结合现有国内外液压，机械传动 (含钢丝绳传动 )的各种举升机使用情况，我设计选用机械传动。 传动路线为：电动机 皮带传动 主螺旋副传动 链传动 副螺旋副传动形式。（见图 2 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 图 2装图尺寸参数 同步装置的选择 举升机左右两立柱上的四个托架 (与滑套相联接 )，必须保证同步升降。目前采用的结构形式有三种 : 第一种是螺旋副 锥齿轮 长轴 锥齿轮 螺旋副机械传动结构。这种刚性联接方式，同步性好，但结构复杂，长轴虽可采 用无缝钢管与短轴头焊接办法替代，但自重仍较大 . 第二种是选用外转性相近的两个电动机与加工精度相近的在装配时进行调整选配的两个螺旋副 第三种是本人设计采用的链传动结构。同步性可靠，结构简单，自重小，结构安全可靠传动效率较高，但需设置调整方便的链传动的张紧装置。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 电机的选择 (1)电动机类型和结构形式的选择 按照工作要求和工作条件，又要考虑经济性和可维护性，选用一般用途（ 列三相异步电动机，根据整机结构布置，采用卧式封闭结构。 (1)电动机容量计 算 电动机容量仅考虑功率即可 功率 A/ 式中： A 为工作所需的总能量， t 为工作时间，代入数据得， ) ( 5010300 0m g h / 电动机功率 ,传动装置的总效率 0 . 4 70 . 9 40 . 5 50 . 9 8 20 . 9 5 43221 1为带传动的效率 2为轴承的效率 ,取 3为丝杠传动的效率 ,取 4为链传动的效率 ,取 以 虑到启动制动的影响，电动机功率 2 11P 环 境温度小于 400C，不需要修正 ，所以，最终选择电动机的功率为 3 过 机械设计手册（软件版） 查询所需电机为 : 额定功率 （ 3 转速 （ r/ 1440 电压 （ V） 380 额定电流 （ A） 7 最大长度 （ 380 最大宽度 （ 283 最大高度 （ 245 （ 3）电动机额定转速的选择 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 举升机工作转速一般，故选择常用的电机额定转速 440 r/ 举升行程 H 举升行程 据我国不同地区，男女性别的差异，最大举升高度可按 人设计选用举升行程 升降速度 升降速度的快慢 作运行中安全以及机构布置等。现在的举升机的举升速度一般在 1 3 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 3、 立柱与托臂的设计 立柱的校核计算 装置 支 撑板B H . 1 1 9图 3主立柱受力示意图 立柱的强度校核 校核正应力强度 /W M (3 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 = =用应力选 : =541 100/(5)= 界载荷 22 / I L（ 4 式中： E 螺杆材料的拉压弹性模量， M P E 5 螺杆危险截面的惯性矩，441I d / 6 4 , m m代入数据，得 185455 N （ 4 螺杆稳定性安全系数s c / F 1 2 符合条件 (10)丝杠效率可由公式 )t t (4式中， ( 轴承效率 ,决定于轴承形式 , 滑动轴承取小值轴向载荷与运动方向相反时取 +号，经计算得到丝杠的效率为 螺旋副尺寸参数设计结果 (见表 4表 4螺旋副尺寸参数 名称 代号 数值 关系式 外螺纹大径 d 内螺纹大径 4=d+2距 p 牙顶间隙 基本牙型高度 1=要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 内螺纹牙高 4=H1+螺纹牙高 .5 1+顶高 Z =1/2 内螺纹小径 1=螺纹小径 d3=螺纹中径 4 d2=螺纹中径 4 D2=螺纹牙顶圆角 1底圆角 2始三角形高 H = 螺母的选用 由于举升机的工作螺母是在低速重载下进行工作，因此国内传统的设计方法都是选用青铜 (如 为螺母材料，形成青铜对钢的摩擦副。要保证理想的使用效果，这对摩擦副必须保持在润滑状态下工作。但由于举升机工作环境恶劣，大多数汽车修理厂不能明确专人使用和保养，不能保证丝杆螺母这对摩擦副在润滑状态下工作，因此，在失油的情况下，螺母磨损加剧，且时常伴有高达 90故我选用新型的 含油 龙螺母的优点为：在承载过程中的一定量压缩变形，使整个螺母螺牙能全部承载，这样有利于降低牙型的作用力，保证牙型的强度，形成均载，磨损均匀 ; 硬质的尘粒具有很好的相容性，能更有效地保护丝杆，使丝杆几乎不磨损。在运行过程中， 且选用 利于降低成本。 丝杆螺母机构的安全性设计 副螺母设计 从上面的设计分析中可以看到， 副螺母无论选用何种材料，如何进行设计校核计算，经过一段时间使用后，承载的工作螺母还是会磨损，会造成升降滑架的脱落，从而导致设备，甚至人身伤亡事故的发生。为了防止这一事故的发生，故又设计了一个与主螺母 (工作螺母 )有一相对距离 副螺母在举升机正常工作时，需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 虽随同主螺母升降，但不承受任何作用力，因而，不会随同主螺母磨损。当主螺母完全磨损后，升降滑架将会随同主螺母掉在副螺母上。因此，只要主、副螺母之间的距离 螺母有一定的厚度及足够的抗冲击强度，就能抵抗由升降滑架以及额定载荷下落时所产生的冲击力。由 于 油尼龙还具有较好的缓冲特性，因此，仍选用 急停装置的设计 增加副螺母缓冲了主螺母磨损下落所造成的危害，但事故隐患并没有消除。为了能有效地发现这一故障现象，除了通过在两立柱挡尘板上开有检视孔用于观察外，还可以通过一套急停装置进行报警，如图 5停装置由钢丝绳、滑轮、动作轮、行程开关及弹簧复位元件等组成。钢丝绳一端固定在主立柱内的升降滑斗上，另一端通过滑轮、底座，固定在副立柱内的升降滑架上。 正常工作中，主、副立柱内的升降滑 架分别拉住钢丝绳的两端，通过滑轮使动作轮与行程开关保持图 4行程开关不工作，处于常开状态。 可以看到，当副立柱内的主螺母磨损造成升降滑架下落时，则钢丝绳松动，在弹簧力的作用下，动作轮带动滑轮上升，同时，动作轮在上移的过程中压下行程开关，如图 4出报警信号，使电动机停止转动。 当主立柱内的主螺母磨损，造成主升降滑架下落时，则钢丝绳拉紧，并带动滑轮使动作轮下移，下移的过程中，压下行程开关，发出信号，使电动机停止运动，如图 4 是否有可能出现主、副立柱内的主螺母同时磨损，并 出现主、副立柱内的升降滑架同时下落，并使急停机构不能发出信号呢 ?应该说这种现象是有可能发生的，但通过若干试验，还没有发现主、副立柱内的升降滑架同时下落的实例，这主要与主、副 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 123456789图 4停装置原理图 图 4动作轮与行程开关的工作关系 主立柱内主螺母磨损 立柱内的螺母材质、加工精度、润滑条件，是 否偏载以及安装等因素有关。为防止出现主、副立柱内的主螺母同时磨损下落，一方面要求用户在规定使用次数 (以年限来划分 )内更换主螺母，另一方面通过立柱挡板的透视孔定期观察主、副螺母之间的距离 s，当其达到一定值后必须更换主螺母。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 本急停装置，当主、副立柱内的升降滑架因某种机械原因造成不同步，以及传动中的链条失效 (如脱落或断裂 )时，也将起到断电保护的作用。 链传动的选择 (1) 采用尽可能短的运动链，以利于降低成本、提高传动效率和传动精度。 (2) 应使机械有较高的效率，对单流传动应提高每一传动环节的传 动效率，对分、汇流传动应提高功率大的功率流路线中各传动件的传动效率。 (3) 合理安排传动机构的顺序。转变运动形式的机构通常安排在运动链的末端，靠近执行构件处，摩擦传动（带、机械无级变速器等）以及圆锥齿轮（大尺寸者难于制造）一般安排在传动的高速部位。 链传动初始条件的确定 (表 4 表 4初始条件的确定 项目 数值 单位 中心距初值 2500,可上调或下调 5% 递功率 3 链轮转速 262 r/均传动比 1,可大或小 大链轮转速 262 r/动种类 水平传动 传动速度 低速传动 (v 3m/s) 中心距条件 可调 载荷性质 中等冲击 原动机种类 电动机或汽轮机 张紧装置 张紧轮 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 设计步骤及计算公式 （ 1）链轮齿数的选择与确定 根据机械设计思路可知增大 条紧边的总拉力下降，多边形效应减小，啮入时链节间的相对转角减小，磨损小，但尺寸、重量增大 当 有利于链条和链轮齿均匀磨损 选取尚应考虑传动空间尺寸的限制 1m 9, 应参照链速选取见（表 4 表 4链轮齿数的选择 链速 8 8 1z 15 19 19 23 23 25 链轮齿数应优先选用以下数列 :17,19,21,23,25,38,57,76,95,114 本人选择的5。 （ 2）设计功率的计算：根据公式 W。 （ 4 式中 P 传递功率 工况系数；查表 9 1.5 小链轮齿数系数；查机械设计图 9 1 多排链排数系数，这里是双排链，取 3）确定链条型号和节距 p 根据设计功率 主动链轮转速 1n ,由功率图 9取链条的型号为 16A，再由表 9选用的节距 25.4p ，为使传动平稳、结构紧凑、特别在高速下，宜选用节距较小的链条； （ 4）小链轮毂孔许用直径根据公式 120 （ 4 式中， 支承轴的设计确定 链轮轮毂孔的最大许用直径 当不能满足要求时，可增大 （ 5）链条速度的计算：根据公式 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 6000060000 2211 （ 4 根据链速 v，由图 9(6)初定中心距 根据机械设计手册可知，初定中心距一般取 50)0a 0 ， 因为本设计有张紧轮，故 0a 可取大于 80P。这里取 2600 （ 7）链长节数的 计算与确定 按下式计算链接数 0 0212210P /2/2/2L 0 = （ 4 为避免使用过渡链节，应将计算出的链节数 p 则 230 链传动的最大中心距为 1 p 1 2a f p 2 L z z （ 4 =2500 式中 ， (8）链条长度根据公式 1000p （ 4 （ 9） 有效圆周力的计算 v 000 （ 4 9170 进而可以算得作用于轴上的拉力 对于接近垂直的传动 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 (4（ 10）静强度安全系数根据公式 (42 (42 10 (42 10)s (4式中 ,Q 链条极限拉伸载荷； 工况系数； F 有效圆周力； 离心力引起的拉力 N； 悬垂拉力 在 选用大者； 式中， n 许用安全系数，一般为 84 ；对于速度低、不太重要的传动 或作用力的 确定比较准确时， n可取较小值，可计算得径强度安全系数为 符合设计要求。 (11）铰链比压，根据公式 r A (4式中 , 工况系数； F 有效圆周力 离心力引起的拉力 A 铰链承压面积， A 值等于滚子链销轴直径 套筒直径 链节外宽 )的乘积。 （ 12）使用寿命 (磨损寿命 )根据公式 9 1 5 0 0 13321 147590h (4式中， T 使用寿命 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 链长 v 链速 m/ 小链轮齿数 i 传动比 p/p 许用磨损伸长率，按具体工作条件确定 链传动尺寸参数的确定（表 4 表 4链传动尺寸参数 名称 符号 小链轮数值 大链轮数值 单位 关系式 排距 分度圆直径 d mm d=p/(80/z) 齿顶圆最大直径 顶圆最小直径 mm =(1)根圆直径 mm rf 齿侧凸缘或排间槽直径 (180/z) h:内链板高 ) 带传动的选择 带传动设计初始条件的确定（表 4 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 表 4初始条件的确定 项目 值 单位 电机功率 3 千瓦 (W) 小带轮转速 1440 转 /分 (r/大带轮转速 262 转 /分 (r/初定轴间距 270 毫米 (设计过程及校核计算 （ 1）设计功率的计算 计算功率 根据传递功率 式中： 计算功率， 工作情况系数，查课本表 8于举升机的载荷变化较大并且一般每天工作小时数不大于 10小时，根据 取 所需的传递功率， 入数据 则 2 （ 2）选择 根据计算功率 小带轮的转速 图 8选取普通 V 带的带型为 （ 1） 确定带轮 的基准直径 1） 初选小带轮的基准直径 据 考表 8定小带轮的基准直径 6 又 2） d 验算带速 V 根据公式 8得 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 1 0 0 060/11 1 d 100 060/144 =m/s 1 0 0 060/22 2 d 100 060/144 =s 当带传动的功率一定时，提高带速，可以降低带传动的有效拉力，相应地减少带的根数或者 V 带横截面积，总体上减少带传动 的尺寸，但是提高带速，也提高了 V 带的离心 应力，增加了单位时间内的循环次数，不利于提高带传动的疲劳强度和寿命 由此可见，带速不宜过高或过低，一般推荐 v=5s 故重新选择 0 则 根据表 8 00 则 m/s m/s 符合要求 （ 4）确定中心距 a，并选择 d 1）由公式d 1 d 2 0 d 1 d 20 . 7 d d a 2 d d （ ） （ ）代入数据 得 364 1040 可初步确定中心距 20 2）计算相应的带长 2d 0 0 d 1 d 2 d 1 d 2 0L 2 a d d / 2 d d / 4 a （ ） =1734 根据表 8取 1800） 计算中心距及其变动范围 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 传动的实际中心距 a=2 =420+66/2 =453 考虑到带轮的制造误差、带长误差、带的弹性以及因带的松弛而产生的补充张紧的需要，给出中心距的变动范围 m i n da a 0 . 0 1 5 L 4 5 3 2 7 4 2 6 m m m a x da a 0 . 0 1 5 L 4 3 2 2 7 4 5 9 m m (5) 验算小带轮上的包角 1 由公式（ 8知，小带轮上的包角 1 小于大带轮上的包角 2，又有式（ 8知，小带轮上的总摩擦力相应地小于大带轮上的总摩擦力，因此，打滑只可能发生在小带轮上，为了提高带传动的工作能力，应使 0 0 01 d 2 d 11 8 0 d d 5 7 . 3 / a 1 3 4 9 0 （ ）(6)确定带的根数 z c a r A 0 0 P / P K P / ( P P ) K K 式中， 小带轮包角修正系数 ;查表 8 L 带长修正系数，查表 8 入数据，得 Z =选取带的根数 根 （ 7）确定带的初拉力 式（ 8并计入离心力和包角的影响，可得单根 / 0m i 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 带入数据，可得 (F0) 对于新安装的 V 带，初拉力应为 0)于运转后的 拉力应为 0)安装时，应保证 也不能过大 ，为控制实际 以在 V 带与两带轮切点的跨度中心，施加一规定的，与带边垂直的力 G（查表知 G=6N），使带在每 100 （ 8）计算带传动的压轴力 了设计带轮轴的轴承，需要计算带传动的作用在轴上的压轴力 P 0 1F 2 z F s 2=2143N 式中， 1为小带轮的包角 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 5、 全文总结 通过本次毕设，我不仅对双柱举升机的结构、原理有了一个清楚的认识，而且对各种系 列的举升机的性能有了个初步的了解。 目前，市场上主要的产品是：双电机的螺纹传动举升机、液压传动的举升机和单电机的螺纹传动举升机。其中双电机的螺纹传动举升机特点是：结构简单、易于安装；但是，左、右电动机运行容易不一致，导致左、右举升臂的举升速度不一样，这就需要安装负反馈，那么在成本上就有所上升。而液压的特点是：运行平稳、噪音小，但设计起来较复杂且易漏油，污染工作环境。再来看第三种类型，也就是本次设计所采用的方案，它较之前者，结构稍复杂，但控制电路简单 、不需要负反馈、成本低；较之后者，则结构略显简单、不污染环 境，但平稳性、噪音方面则不足。 需要购买对应 纸 咨询 14951605 买对应的 纸 14951605 或 1304139763 参考文献 1 交通部公路科学研究所，北京通力机械工