毕业论文(四柱举升机).doc

陕西理工学院毕业论文 陕西理工学院毕业设计 论文 题 目 四柱汽车举升机设计 院 系 机械工程学院 专 业 机械制造及其自动化 学生姓名 指导教师 2011 年 06 月 20 日 陕西理工学院毕业论文 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 在汽车举升机 没有出现之前 一般汽车维修工人都要趴在汽车底盘下面进行维修 在这样的环境下 不但维修活动范围受到限制 而且维修质量 维修效率也同样受到一定程度的影响 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 液压 举升机 陕西理工学院毕业论文 1 Abstract With the continuous development of the automotive industry followed by the vehicle maintenance tasks also increasing Before the life did not appear The general vehicle maintenance workers must expense under the car below the chassis for maintenance in the environment not only maintenance activities were restricted and maintenance of quality and efficiency of maintenance is also to a certain extent affected As the vehicle maintenance industry is rapidly developing the maintenance of this has not be able to meet peak of vehicle maintenance work So there is the emergence of the automobile lift this machine is to give the whole vehicles rose to a certain height so maintenance workers can make it convenient to work in the car at the bottom The design is of four post hydraulic car lift the structural design the first topic for analysis combined with the existing car lift the structure and the hydraulic system coupled with the car lift depth research and then The programme for development of choice and one of the important parts of the design verification and painted parts and assembly plans which will lift of four post hydraulic car design is completed Key Words Vehicle Maintenance Four Post Hydraulic Lift 陕西理工学院毕业论文 2 目 录 摘摘 要要 I ABSTRACTABSTRACT II 前前 言言 1 1 1 设计要求设计要求 3 1 1 该机的用途 3 1 2 该机的工作原理 3 1 3 设计技术参数及要求 3 2 2 该机主要参数的确定该机主要参数的确定 4 2 1 汽车的主要参数 4 2 2 各种小型汽车的主要参数 6 2 3 对该机主要参数的初步确定 7 3 3 方案的确定方案的确定 9 3 1 联动装置方案的确定 9 3 2 驱动机构方案的确定 9 3 3 导向装置方案的确定 10 3 4 安全保险机构 10 4 4 重要零件的设计计算重要零件的设计计算 11 4 1 对托架进行设计计算 12 4 2 对升降架进行设计计算 14 4 3 对立柱进行设计计算 17 4 4 对钢丝绳进行设计计算 19 4 5 对滑轮的转轴进行设计计算 19 4 5 1 活塞杆端部滑轮的转轴 20 4 5 2 需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴 21 4 5 3 有一根钢丝绳绕过的滑轮的转轴 23 5 5 重要机构的设计计算重要机构的设计计算 26 5 1 锁紧机构的结构设计 26 5 2 锁紧机构的设计计算 27 5 2 1 棘爪的设计计算 28 5 2 2 棘爪转轴的设计计算 30 5 2 3 凸轮转轴的设计计算 31 6 6 绘制有关零件图和装配图绘制有关零件图和装配图 33 7 7 设计小结设计小结 34 8 8 总总 结结 35 致致 谢谢 36 参考资料参考资料 37 陕西理工学院毕业论文 3 前 言 汽车明后不久 汽车维修机械师就在想 怎样才能够把汽车举升到空中 从而可以 在其下面工作 举升机的发展史告诉我们 发明第一台自动举升机的灵感来自理发师的 椅子 因为它可以快速升降和旋转 以适应于不同身高和胖瘦的顾客 早期的单柱地基 式液压举升机 大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能 这种早期举升机的 旋转功能可以在举起汽车以后 将其旋转 360 也许你经常去的一个汽车维修厂 现 在仍然利用这种举升机为客户提供日常的汽车维修服务 这种举升机大多已经工作了 75 年了 随着汽车工业的发展 单柱式举升机设计上的局限性很快就显露出来了 如果只是 在汽车四周进行检测维修工作的话 这种举升机也就足够了 但是这种举升机的起重臂 和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域 针对单柱式举升机的这些局限性 工程 师已经提出了很多举升机的设计方案并作了许多改进工作 现在 举升机的选择范围很 大 有地基式 托举式 剪式 平行四边形式 便携式 单柱式 双柱式 四柱式 驱 动式 接触车架式 对称式 非对称式 小行程 大升程 队列式以及其它的各种举升 机设计方案 某些举升机可能同时具有这些设计方案中的几个特点 同样汽车举升设备 按汽车被举升的部位不同 可以分为车桥举升设备 车轮举升设备和车架举升设备 车桥举升设备是通过汽车的前后桥或者横梁把整车举升的 这类设备的主要特点是 装有支撑前后桥或者横梁的专用支座或者托架 车桥举升设备一般由一个以上的独立的 举升装置组成 举升装置可以做成固定式的 也可以做成移动式的 这类举升机的举升 重量一般较大 最大重量可达30吨 所以主要用于大型汽车的举升作业 缺点是造价较高 稳定性较低 车轮举升设备是通过车轮把汽车举升到一定的高度的 它的特点是具有支撑汽车车 轮的轨道或者托架 可以采用移动式单轮举升设备成组使用 也可以采用固定式整车举 升结构 其优点是 只要把汽车开到举升机的轨道或者托架上 或者将移动式单轮举升 器推到轮胎处 就可以进行举升作业 所以具有安全和高效的特点 其缺点是 由于车 辆的支撑部位是车轮 因此不能在举升机上直接进行轮胎和制动器的保修作业 车轮举 升设备主要用于小客车的维修作业 但大型汽车的使用也很方便 车架举升设备是通过车架或者纵梁把整部汽车举升的 举升后 汽车的轮胎 前后 陕西理工学院毕业论文 4 桥 传动系统 排气系统和悬挂装置全部悬空 因此可以方便地在车下进行多项保修作 业 车架举升设备所用承重机构多为V形 X形或H形承重支臂 为了便于调整和供多种类 型的汽车使用 承重支臂大多做成伸缩式或者旋转式结构 这种设备的缺点是受承重支 臂的限制 举升重量较小 一般不超过4吨 主要是供小客车或者轻型载汽车的举升作业 使用 针对这次毕业设计的题目来说 车轮式的举升机比较适合要求 因此这次毕业设计 主要是围绕着车轮式举升机来展开的 在市场上可以看到的型式各异 尺寸不同的举升 机中 有一些特别适合于从事特殊类型的维修作业 也有少数的举升机适合进行一些其 它的维修作业 毕业设计过程中 主要是在老师的指导下 通过查阅相关资料 以了解举升机的相 关知识 根据举升机现有的一些形式 确定本设计的传动方案 联动方案等 然后通过 对汽车参数的调研 从而确定举升机的部分参数 随后根据所用于的参数进行设计计算 对主要的零部件进行设计计算和校核 同时用从新学习了CXCA电子图版这个软件 方便 了后来装配图和零件图绘制 最后再根据有关的知识 画出举升机的装配图 并绘制所 有的非标零件零件图 最后完成设计计算说明书 陕西理工学院毕业论文 5 1 1 设计要求设计要求 1 1 该机的用途 四柱举升机用途主要是用于汽车的维修 也可以用于汽车的停放 1 2 该机的工作原理 本机在工作时 由电动机提供源动力驱动液压泵工作 液压泵输出的液压油经过所 需要的一些液压元件进入液压缸 驱动液压缸推动活塞杆移动 这时即可推动钢丝绳移 动 从而升降架移动 最终可将所需维修的汽车举升一定的高度 以便于维修 提高维 修效率 1 3 设计技术参数及要求 1 所设计的四柱液压举升机应该能够适应所有小汽车的举升的重量 长宽尺寸的 要求 2 举升机的最大举升高度为 1800mm 3 举升机升降过程中及停留在空中时 要保证升降平稳 工作可靠 锁定可靠 4 进行必要的支承结构件的强度与刚性验算 保证结构合理 5 液压传动系统工作可靠 操纵方便 结构紧凑 陕西理工学院毕业论文 6 2 该机主要参数的确定 2 1 汽车的主要参数 该机的作用是为了将所要维修的汽车举升到所要求的高度 因此首先将汽车的主要参数调查清楚 汽车的主要参数是长 宽 高 轴距 轮距 重量等 对它们的解释如下 一 长 mm 汽车长是垂直于车辆纵向对称平面并分别抵靠在汽车前 后最外端突出部位的两垂 面之间的距离 简单的说 就是沿着汽车前进的方向 最前端到最后端的距离 如 图 2 1 所示 图 2 1 汽车的长度示意图 二 宽 mm 汽车宽是平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突出部位的两平面之间的 距离 简单的说 就是汽车最左端到最右端的距离 其中所说的 两侧固定突出部位 并 不包括后视镜 侧面标志灯 示灯示位灯 转向指 挠性挡泥板 防滑链以及轮胎与地 面接触部分的变形 如 图 2 2 所示 陕西理工学院毕业论文 7 图 2 2 汽车宽度示意图 三 高 mm 汽车高是车辆支承平面与车辆最高突出部位相抵靠的水平面之间的距离 简单的 说就是从地面到汽车最高点的距离 如 图 2 3 所示 图 2 3 汽车高度示意图 四 轴距 mm 轴矩 是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点 并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离 简单的 说 就是汽车前轴中心到后轴中心的距离 五 汽车轮距 mm 汽车轮距是车轮在车辆支承平面 一般就是地面 上留下的轨迹的中心线之间的距离 如果车轴的两 陕西理工学院毕业论文 8 端是双车轮时 轮距是双车轮两个中心平面之间的距离 汽车的轮距有前轮距和后轮距之分 前轮距 是前面两个轮中心平面之间的距离 后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离 两者可以相同 也可 以有所差别 六 胎宽 胎的宽度以毫米为单位 例如 175 mm 一般轿车轮胎的名义断面宽度从 125mm 例如 125 80 R 12 到大约 335mm 例如 335 30 R 19 每个宽度之 间都相差 10mm 新的 车轮轮胎技术 所用的特殊轮胎 例如邓禄普的 TD 轮胎与米其 林的 TRX 与 TDX 轮胎 有其他的宽度参数 也已毫米为单位 宽度从 160mm 到 240mm 真正的宽度会比标出的名义宽度有所不同 因生产上会出现一些可接受的误 差 各厂家的轮胎会出现不同的误差 范围不会超过几毫米 轮胎的宽度也要看此轮胎 安装在哪个轮毂上 大部分轮胎可安装在不同宽度的轮毂上 一些汽车只可以安装一定 品牌的轮胎或必须与一定轮毂配套的轮胎 因为只有指定的品牌轮胎可以在任何情况下 保证安全 2 2 各种小型汽车的主要参数 对现在国内的各种轿车 小型越野车 小型休闲车等小型汽车的长 宽 高 轴距 车重 轮距进行调研 具体情况如 表 2 1 所示 表 2 1 几种具有代表性汽车的主要参数 车牌长 mm 宽 mm 高 mm 轴距 mm 车重 kg 轮距 mm 宝马 Z4 Coupe 3 0Si 409117811268249514951473 1523 新梅赛德斯奔驰 E 系 481818221452285416901577 1570 奔驰 GL450 越野车 508819201840307523551645 1648 宝马 3 系 320i 452018171421276013951500 1513 宝马 5523Li 498118461477302815951558 1582 广州本田 飞度三厢 1 3 430016901495245014891455 1455 广州田 雅阁 2 4 EX 494518451480280015151590 1585 陕西理工学院毕业论文 9 广州本田思迪 439016901495245010681455 1455 一汽丰田 普拉多 4 0GX 4970 18751905279020501575 1575 金杯 07 款锐驰 2 4 丰田 50701690193525901700 一汽丰田 花冠 EX 1 6 G 453017051490260016001470 1460 现代 雅绅特 1 4 43101695148025001130 北京现代雅绅特 4AT GL 431016981480250011601470 1460 赛欧 SCX 402616081448244310691387 1388 别克凯越 04 款 1 6 451517251445260012201475 1476 马自达 6 2 3 467017801435267514751540 1540 马自达 5 456517451620275015161530 1515 马自达 2 1 5 38851695147524901470 1445 海马福美来 43651705141026101470 1470 海马福美来 2 446617051410261011801470 1470 奥迪 quattro 4 2 48111933157527561575 1585 奥迪 A8 4 2 519218941455307417801619 1605 奥迪 A6L2 0T 501218551485294517301612 1618 一汽大众 新宝来 1 6 438317421446251313101513 1494 帕萨特 2 0AT 478017401470280314251500 1500 东风日产骏逸 1 8XL 442016901590260012801470 1475 尼桑 日产 350Z 3 5 MT 431718151324265015451535 1540 红旗新明仕奥运之星 479218141422268712801476 1483 红旗 HQ3 496517961485285017301535 1535 奇瑞开瑞系列 461016931855270013001456 1446 奇瑞 旗云 1 3 439316821424246810501425 1419 比亚迪 F8 449017801405252015251520 1515 比亚迪 F6 2 0 484618221465274014351511 1511 2 3 对该机主要参数的初步确定 根据 表 2 1 所述可总结得 汽车的最大长度取为 5192mm 最大宽度取为 陕西理工学院毕业论文 10 1933mm 最大高度取为 1935mm 轴距的最小值为 2443mm 最大值为 3040mm 最大重量为 2355kg 轮距的最小值取为 1425mm 最大距离取为 1648mm 轮胎的宽度一般在 160 240mm 之间 通过上表所列的几款汽车的外形参数可以初步确定 1 举升的最大重量为 3000kg 2 举升的高度为 1800mm 3 托架的长度 4000mm 托架的宽度为 400mm 使用材料为钢板与槽钢焊接件 4 升降架的长度 2600mm 使用材料为矩形空心型钢 5 立柱高度为 2500mm 使用材料为内卷边槽钢 陕西理工学院毕业论文 11 3 方案的确定 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 陕西理工学院毕业论文 12 图 3 1 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 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 陕西理工学院毕业论文 13 4 重要零件的设计计算 下面将要对主要的零部件进行设计计算 最终将要设计出的机械如 4 1 所示 图 4 1 四柱液压举升机的总装图 1 主立柱 2 副立柱 3 动力装置 4 托架 5 挡板 6 斜坡 7 升降架 陕西理工学院毕业论文 14 4 1 对托架进行设计计算 由于前面已经知道托架的长度为 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 1 kg m 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 2 kg m 因此分析托架的受力情况如 图 4 2 所示 图 4 2 托架的截面图 由于 q g 2 9 8N m 1 2 2 19 752 12 15 9 8N m 506 209 N m 又因 FN1 FN2 F1 F2 q l 1 FN1 FN2 2 联立 1 2 可得 其中 F1 F2 g 3000 9 8 N 7350 N 1 4m汽车 1 4 所以 FN1 FN2 F1 F2 q l 2 7350 506 209 4 2 8362 418N 陕西理工学院毕业论文 15 所以在 AB 段中 0 x 0 8m Fs FN1 q x 8362 418 506 209 x N M FN1 x q x2 8362 418 x 506 209 x2 N m 1 2 1 2 在 BC 段中 0 8m x 3 2m Fs FN1 q x F1 1012 418 506 209 x N M FN1 x F1 x 0 8 q x2 1 2 1012 418 x 506 209 x2 5880 N m 1 2 在 CD 段中 3 2m x 4m Fs FN2 q l x 8362 418 506 209 4 x N M FN2 l x q l x 2 1 2 8362 418 l x 506 209 l x 2 N m 1 2 因此其剪力图和弯矩图如 图 4 3 所示 陕西理工学院毕业论文 16 图 4 3 托架的受力图 剪力图和弯矩图 a 为托架的受力图 b 为托架的剪力图 c 为托架的弯矩图 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 FN1 x F1 x 0 8 q x2 1 2 1012 418 x 506 209 x2 5880 1 2 1012 418 2 506 209 22 5880 1 2 2024 836 1012 418 5880 6892 218 N m 陕西理工学院毕业论文 17 因此 所要承受的最大弯曲应力为 max MPa M W 6 6892 218 2 117 10 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 lim max K 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 375 500 Mpa 4 2 对升降架进行设计计算 由于前面已经知道升降架的长度 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 138 546 cm3 轮距的最小值取为 1400mm 因此分析升降架的受力情况如 图 4 4 中 a 图所示 陕西理工学院毕业论文 18 图 4 4 升降架的受力图 剪力图和弯矩图 a 为升降架的受力图 b 为升降架的剪力图 c 为升降架的弯矩图 由于 q g 28 096 9 8N m 275 3408N m 又因 FN1 FN2 F1 F2 q l 1 FN1 FN2 2 联立 1 2 可得 其中 F1 F2 2 g 1 4 m汽车m托架 3000 2 4 51 19 9 8 N 1 4 8353 324 N 所以 FN1 FN2 F1 F2 q l 2 陕西理工学院毕业论文 19 8353 324 275 2408 2 6 2 8711 137N 所以在 AB 段中 0 x 0 6m Fs FN1 q x 8711 137 275 3408 x N M FN1 x q x2 8711 137 x 275 3408 x2 N m 1 2 1 2 在 BC 段中 0 6m x 2m Fs FN1 q x F1 357 813 275 3408 x N M FN1 x F1 x 0 6 q x2 1 2 357 813 x 275 3408 x2 5011 994 N m 1 2 在 CD 段中 2m x 2 6m Fs FN2 q l x 8711 137 275 3408 2 6 x N M FN2 l x q l x 2 1 2 8711 137 2 6 x 275 3408 2 6 x 2 N m 1 2 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 FN1 x F1 x 0 6 q x2 1 2 357 813 x 275 3408 x2 5011 994 1 2 357 813 1 3 275 3408 1 32 5011 994 1 2 465 1569 232 663 5011 994 5244 488 MPa 因此 所要承受的最大弯曲应力为 陕西理工学院毕业论文 20 max MPa M W 6 5244 488 138 546 10 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 lim max K 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 375 500 Mpa 4 3 对立柱进行设计计算 立柱的高度为 2500mm 而且所选的材料为钢板 其结构如 图 4 5 所示 为利于购 买型材同样初选用型材的材料为 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 陕西理工学院毕业论文 21 图 4 5 立柱的截面图 所以 1 2 p E 29 6 206 10 200 10 100 立柱所受力的情况如 图 4 6 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 陕西理工学院毕业论文 22 图 4 6 立柱的受力图 所以惯性半径 50 83mmi I A 4 2 527 214 10 20 40 10 所以 78 69 l i 2 2000 50 83 而 Q235 的 304 1 12aMPa bMPa 235 s MPa 因此 2 304235 61 61 1 12 s a b 由于 即该立柱属于中等柔度压杆 21 所以应选用的公式为 刘鸿文主编 北京 高等 cr ab 9 4 教育出版社 2004 因此临界应力为 cr ab 304 1 12 78 69 215 867 Mpa 则临界压力为 2 215 867 20 40 10 440369 088 crcr FA N 所以工作的安全系数为 陕西理工学院毕业论文 23 max 440369 088 8711 137 50 55 cr F n F 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 4 对钢丝绳进行设计计算 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 1 22 g 4 1 4 Fmmm 汽车托架升降架 3000 2 51 19 4 2 28 096 2 6 9 8 8711 247 N 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6 19SFC 的近似质量为 14 60 公称抗拉强度为 1870 Mpa 最小破断拉力为 1 100 kgm 23 90KN 所以每一根钢丝所要承受的拉应力为 3 2 2 8711 2478711 247 173 39 8 10 2 2 F MPa D A 安全系数 K 10 则 max 10 173 391733 91870kMPaMPa max 87112 47239000Fk FNN 因此所选的钢丝绳合适 4 5 对滑轮的转轴进行设计计算 初选材料为 45 钢 其弯曲强度为 600 MPa 4 5 1 活塞杆端部滑轮的转轴 其长度为 160mm 受力分析如 图 4 7 所示 2 42 4 8711 24769689 976FFNN 钢丝绳 陕西理工学院毕业论文 24 图 4 7 活塞杆端部滑轮的转轴的受力图 剪力图和弯矩图 a 为活塞杆端部滑轮的转轴的受力图 b 为活塞杆端部滑轮的转轴的剪力图 c 为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 2 s F F x 080 xmm 2 F M xx 080 xmm 在 CB 段的剪力方程和弯矩方程为 2 s F F xF 80160 mmxmm 80 160 22 FF M xxF xx 80160 mmxmm 陕西理工学院毕业论文 25 根据弯矩图可知 B 点所受的弯矩为最大 其值为 2787 600 2 F M xx 69689 976 0 08 2 MPa 由公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 2004 1 横力 max max M W 5 3 弯曲时的正应力 143 页 所以最小的截面系数为 63 max min 6 2787 600 4 646 10 600 10 M Wm 如果取安全系数为 K 10 则 633 4 646 101046 46Wmcm 再由截面为圆形的截面系数公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 2004 1 3 d 32 W 5 3 横力弯曲时的正应力 143 页 得 4 33 min 3232 4 646 10 34 177 W dmm 最终取其直径为 35dmm 4 5 2 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 8 所示 图 4 8 需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力分析图 陕西理工学院毕业论文 26 所以 22 8711 247 24639 127 sin 45 2 2 o F FN 拉 因此其剪力图和弯矩图如 图 4 9 中 b c 图所示 图 4 9 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 为需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图 b 为需要绕过两根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图 c 为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 2 s F F x 080 xmm 2 F M xx 080 xmm 在 CB 段的剪力方程和弯矩方程为 2 s F F xF 80160 mmxmm 80 160 22 FF M xxF xx 80160 mmxmm 陕西理工学院毕业论文 27 根据弯矩图可知 B 点所受的弯矩为最大 其值为 985 565 2 F M xx 24639 127 0 08 2 MPa 由公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 2004 1 横力 max max M W 5 3 弯曲时的正应力 143 页 所以最小的截面系数为 63 max min 6 985 565 1 643 10 600 10 M Wm 如果取安全系数为 K 10 则 633 1 643 101016 43Wmcm 再由截面为圆形的截面系数公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 3 d 32 W 2004 1 横力弯曲时的正应力 143 页 5 3 得 3 33 min 3232 1 643 10 25 58 W dmm 最终取其直径为 30dmm 4 5 3 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 10 所示 陕西理工学院毕业论文 28 图 4 10 只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力分析图 所以 8711 247 12319 564 sin 45 2 2 o F FN 拉 图 4 11 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 d 为只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的受力图 a 为只绕过一根钢丝绳的滑轮的转轴的剪力图 b 为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 2 s F F x 080 xmm 2 F M xx 080 xmm 在 CB 段的剪力方程和弯矩方程为 2 s F F xF 80160 mmxmm 陕西理工学院毕业论文 29 80 160 22 FF M xxF xx 80160 mmxmm 根据弯矩图可知 B 点所受的弯矩为最大 其值为 492 783 2 F M xx 12319 564 0 08 2 MPa 由公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 2004 1 横力 max max M W 5 3 弯曲时的正应力 143 页 所以最小的截面系数为 63 max min 6 492 783 0 821 10 600 10 M Wm 如果取安全系数为 K 10 则 633 0 821 10108 21Wmcm 再由截面为圆形的截面系数公式 刘鸿文编 材料力学 北京 高等教育出版社 2004 1 3 d 32 W 横力弯曲时的正应力 143 页 5 3 得 3 33 min 3232 0 821 10 20 30 W dmm 为了转轴一至 从而形成批量生产 所以最终取其直径为 30dmm 5 重要机构的设计计算 5 1 锁紧机构的结构设计 在活塞杆推动钢丝绳移动时 托架和升降架也跟着上升 此时锁紧机构能够自动脱 开 使举升机顺利上升 同时棘爪与齿条之间不能够发生干涉 当棘爪移动到下一个齿 槽时由弹簧保证棘爪和齿条的可靠卡拔状态 当举升托架时 棘爪可被齿条自动推开 停止时可自行卡止 当需要下降时 则可利用手柄转动凸轮 解除自锁状态 其工作原 理如 图 5 1 所示 陕西理工学院毕业论文 30 图 5 1 锁紧机构的原理图 1 棘爪 2 凸轮 l 为棘爪与齿条的接触长度 h1 为棘爪能够向上抬起的最大高度 h2 为棘爪能够向下摆动的最大高度 a 为棘爪的长度 e 为偏心距 b 为棘爪轴的右端长度 d1 为偏心圆的直径 d2 为偏心圆轴的直径 由图可知 1 1 2 b he ab 2 1 1 hl hal 联立 1 和 2 得 2 aball e b 其中 取 5lmm 1 2 ba 陕西理工学院毕业论文 31 2 1 5 5 2 1 2 2 1 5 5 2 aball e b aaa a a 如果取 则 130amm 1 5 5 2 1 1305 5 2 12 5 ea mm 最终取 15emm 5 2 锁紧机构的设计计算 锁紧机构的示意图如 图 5 2 所示 图 5 2 锁紧机构的示意图 1 为齿条 2 为棘爪 3 为棘爪转轴 4 为弹簧 5 为凸轮 6 为凸轮转轴 陕西理工学院毕业论文 32 5 2 1 棘爪的设计计算 对其进行受力分析 其受力图如 图 5 3 所示 图 5 3 棘爪的受力图 其中转轴处所受的力 F 的值如下 11 22 g 24 1 8 Fmmm 汽车托架升降架 3000 2 51 19 4 2 28 096 2 6 9 8 4355 735 N 即 11 4355 7352177 867 22 N FFN 在 AB 段 即 065Xmm 2177 687 sN FFN 3 10 S MFX 在 BC 段 即 65130mmXmm 2177 687 sN FFN 3 130 10 S MFX 由以上方程 作出其剪力图和弯矩图如 图 5 4 所示 由图上不难看出 B 点既为 受到弯矩最大点 即当 X 65mm 时 所以根据式 陕西理工学院毕业论文 33 3 3 10 2177 687 65 10 141 550 S MFX N M 初选棘爪的材料为 Q235 其抗弯强度为 375MP 500MP 选用强度为 的 Q235 同时取安全系数为 K 5 lim 400MP 则由公式得 M W 63 6 141 550 50 707 10 400 10 M WKm 如果取棘爪的截面形状为矩形 其厚度为 再由矩形抗弯截面系数的公式15hmm 刘鸿文主编 第 143 页 北京 高等教育出版社 2 6 bh W 5 3 2004 得 陕西理工学院毕业论文 34 图 5 4 棘爪的剪力图和弯矩图 a 为棘爪的受力图 b 为棘爪的剪力图 c 为棘爪的弯矩图 6 23 2 66 0 707 10 18 8 15 10 W bmm h 取 20bmm 5 2 2 棘爪转轴的设计计算 转轴的受力图如 图 5 5 所示 图 5 5 棘爪转轴的受力示意图 由受力的示意图可知 转轴主要受到的是剪切力 初选转轴的材料为 45 钢 其 由最大切应力理论得 500 s MP max 250 2 s MP 所以由剪应力公式 刘鸿文主编 第 51 页 北京 高等 S F A 2 13 教育出版社 2004 得 其中 4355 735 SN FFFN max s F A 如果其安全系数为10K 2 6 max 4355 735 10174 230 250 10 S F Akmm 其截面形状为圆形 所以其直径 陕西理工学院毕业论文 35 44 174 230 14 900 3 14 A Dmm 取15Dmm 5 2 3 凸轮转轴的设计计算 转轴的受力图如 图 5 6 所示 图 5 6 凸轮转轴的受力示意图 由受力的示意图可知 转轴主要受到的是剪切力 初选转轴的材料为 45 钢 其 由最大切应力理论得 500 s MP max 250 2 s MP 所以由剪应力公式 刘鸿文主编 第 51 页 北京 高等 S F A 2 13 教育出版社 2004 得 其中 2177 687 SN FFFN max s F A 如果其安全系数为10K 2 6 max 2177 687 1087 115 250 10 S F Akmm 其截面形状为圆形 所以其直径 44 87 115 10 535 3 14 A Dmm 取12Dmm 陕西理工学院毕业论文 36 6 绘制有关零件图和装配图 有关零件图和装配图见附图 陕西理工学院毕业论文 37 7 设计小结 设计过程是个非常复杂的过程 在整个设计过程中 设计人员必须有全局观念 在 每一个环节都必须注意它与其它环节的关系 要知道事物之间是相互联系的哲学道理 作为系统的一部分 它将会影响到周围的相联系的其它部分 如果一部分出现问题 整 个系统都可能崩溃 在本设计过程中 我就犯了上述错误 设计过程中 往往不能考虑 到与之相关的因素 结果导致设计的不够合理 我想 通过此次设计 将会使我不仅是 在知识层面上有较大的提高 而且在生活方面 也教给我很多做人的道理 陕西理工学院毕业论文 38 8 总 结 本设计是在前人研究成果的基础上