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机械毕业设计车辆工程

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CL01-174@普通-式双柱汽车举升机设计,机械毕业设计车辆工程

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1 毕业设计（毕业论文）任务书 学 院 机械工程学院 专 业 机械工程及自动化 班 级 学 生 指导教师 题 目 普通式双柱汽车举升机设计 任务规定 进行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止 一、题目来源、目的、意义 本课题来源于科技股份有限公司与本校合作项目 汽车举升机 nts2 设计科研项目。尽管国内有不少举升机生产单位，其产品占有了国内一定的市 场份额，但总体质量有待提高。经市场调研、分析， 本设备预计有一定的国外 市场需求，有较好的国内外应用前景，价格适中，适合在国内外推广应用。双 柱式举升机是一种广泛用于轿车等小型车维修用的举升设备。随着轿车工业的 发展和轿车等小型车的使用日趋普及，此种型式的举升机需求量也会日益增大。 课题紧贴当前的制造业领域，为学生提供了一种专业训练的形式。 二、主要工作内容 课题的主要工作内容以机械结构设计为主，使学生在接触实际科研项目中， 学会如何解决实际问题，如何综合运用所学的理论知识，设计出规范化、标准 化的图纸用于加工生产。 主要内容： 在参考 国内外各种举升机结构的基础上，考虑到 由于 QJY04-02 型（含 B型）举升机，具有结构紧凑、外形美观、操作简便等特点，适用于各 种汽车修理和保养单位，故 针对 QJY04-02（含 B型） 型普通双柱式举升机，分 析其结构的合理性，并进行校核验算。通过对 普通式双柱汽车举升机结构设计 与计算， 保证所设计的举升机满足工作使用要求。 三、主要技术指标（或主要论点） 双柱式举升机的结构型式有多种， QJY04-02型（含 B型）举升机系指液 nts3 压驱动的双柱式举升机。举升机构的传动系统由液压系统驱动和控制，由两 立 柱内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安 装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。 本机主要技术性能指标为：额定举升载荷 4吨；电动机功率 2.2 KW；举 升臂在最低位置时的举升高度为 120mm，最大举升高度为 1850mm，工作行程为 1730mm，总高为 2630mm，总宽为 3254mm。 四、进度计划 第 1周 第 3周：查阅资料，翻译要求字数的英文资料，调研市场上几种主要 的举升机，并进行方案论证，写出开题报告。 第 4周 第 6周：参考一些样机结构，进行结构 设计与计算。 第 7周 第 9周：结构分析与验算，满足技术性能指标和使用要求。 第 10周 第 14周：计算机绘制结构设计图纸，包括装配图和零件图。 第 15周 第 16周：编写毕业设计说明书。 第 17周 第 18周：评审、答辩。 五、主要参考资料（外文资料至少一篇） 1 孔红梅，等 .液压举升机同步系统 J .液压气动与密封， 2000,(1):2023. nts4 2 刘敏杰 ,等 .几种 举 升 机 构 的 结 构 与 性 能 分 析 J.专 业 汽 车 ，1999,(2):2325. 3 王惠 .举升机液压系统的设计 J.机械设计， 1996,(4)： 2527. 4 郑国庆 .DJ2-2.5型双柱汽车举升机双安全系统设计 J.设备与使用，1995,(3):2023. 5 胡均安 ,等 .汽车举升机立柱结构的神经网络模型建立 J. 湖北工学院学报， 2001,(4):5658. 6 高凤林 . QJJ2.5-2汽车举升机及其使用与维护 J. 中国汽车保修设备，1999,(5):2023. 7 Dianel.M.2D DEM Verification: Load Behavior and Force on a Lifer BarJ.Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. V99n2 1999, (2)： 93-96. 六、系审批意见 系主任（签名） : 七、院领导审核意见 院领导（签名） : 八、学生实际完成日期 九、同组设计（论文）者 nts毕业设计（论文） 开题报告 1 1 课题分析 1.1 常用汽车举升机的结构类型 目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的型式也较繁多。有双柱式、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。 其中各类举升机从不同的方面又可分成好几类： 单从举升机的外型来分类的基本形式有：普通双柱、龙门双柱、四立柱、剪式、移动式和单立柱式等（分别如下列各图所示 1.1 1.6）。 图 1.1 普通双柱式汽车举升机 图 1.2 龙门双柱式汽车举升机 nts毕业设计（论文） 开题报告 2 图 1.3 四立柱式汽车举升机 图 1.4 剪式汽车举升机 图 1.5 组合移动式汽车举升机 nts毕业设计（论文） 开题报告 3 图 1.6 单立柱式汽车举升机 各种形式各有千秋，适用于不同的场合。最常用的形式是前四种，即：普通双柱式、龙门双柱式、四立柱式和剪式。 剪式举升机分为大剪（子母式） 、 小剪（单剪 式 ）举升机 。 双 柱式举升机分又分为机械式和液压式举升机。机械式举升机曾流行于 1992-1998 年间，该举升机特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换铜锣母以及轴承），每年一台举升机的维修更换需要1000 元左右，因此目前不 生 产 此 举升机， 使用者们 最终会将该产品更换为维护成本小的液压举升机 。 1.2 各类汽车举升机的使用情况 从调研的情况来看，双立柱结构形式的汽车举升机为最多，其次是四立柱式，同时还有少些的剪式举升机。 汽车举升机生产厂的市场占有率如表 1.1 和图 1.7，其中永红和宝得宝生产的举升机市场占有率最高，分 别为 34.1%和 28.5%。国产和进口的nts毕业设计（论文） 开题报告 4 百分比分别为： 77.1%和 22.9% 。进口的举升机大部分是比较早期的产品。另外，未被统计的大部分小厂都是拥有国产的举升机。 表 1.1 举升机主要生产厂的市场占有率 总台数 编号 生产厂 台数 百分比 1 宝得宝 61 28.5% 2 永红 73 34.11% 举升机总数 214 3 中大 8 3.74% 4 序达 9 4.21% 5 其他 41 19.16% 6 进口 49 22.90% 2 8 . 5 0 %3 4 . 1 1 %3 . 7 4 %4 . 2 1 %1 9 . 1 6 %2 2 . 9 0 %123456系列1图 1.7 汽车举升机主要生产厂的市场占有率百分比图 1.3 汽车举升机的主要参数 普通双立柱式、龙门双立柱式、和四立柱式这三种目前市场上 主要的汽车举升机主要技术参数统计如表 1.2， 1.3， 1.4 所示。 nts毕业设计（论文） 开题报告 5 表 1.2 普通双立柱式汽车举升机主要参数 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 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 表 1.3 龙门双立柱式汽车举升机主要参数 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 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 表 1.4 四立柱式汽车举升机主要参数 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 2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec 2 举升机的方案拟定 2.1 主要结构及其结构形式 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。 常用的几种举升机整体结构形式包括有普通式、龙门式、四柱式、剪式、移动式和单立柱式六种。 目前市场上最常见的是普通式和龙门式。普通式举升机的结构形式比较简单，制作成本相对于龙门式稍低。但从整个机器的强刚度的角度去考虑，龙门式就占优势了，简单地说就等于是在普通式的基础上再多加了横梁，于是便形成了龙门式，但也因此增加了它的制作成本。 四柱式的定位非常稳固，但一般用于比小轿车稍大的车型的维修和保养，制作成本不低。 nts毕业设计（论文） 开题报告 6 剪式举升机 又 分为大剪（子母式） 和 小剪（单剪）举升机 。 但由于不是批量，所以价格偏高。 对于体积可以说是庞大的大型客车来说，使用以上几种举升机就比较困难。因此，又有了组合移动式举升机。既可以是双柱式的，也可以是四柱式。这样的组合方便地适用于各种车型，但一般仅在给大型车进行维修或保养的时候才使用。 单立柱式举升机占地面 积小，适用于小型汽车使用。由于是单柱，较大型车就无法使用，就降低了它的使用价值。 常用的几种举升机整体结构形式的主要特点如下表 2.1 所示： 表 2.1 各类汽车举升机结构的主要特点 结构形式 主 要 特 点 普通双柱 结构简单成本低、使用方便，但对地基要求较高。 龙门双柱 强度比普通双柱的高、但成本也有所提高。 四立柱 能作四轮定位用。 剪式 能隐藏与地面水平，不占空间，对地基要求低。 移动式 能双柱、四柱或多柱联动，方便地适应于各种车型。 单立柱式 占地小，适用于小型汽车。 2.2 驱动、举升及同步方式 举升机的驱动方式主要有：电机驱 动和液压驱动。 液压驱动方式通常有链条传动举升和液压缸直接举升方式。 液压式举升机维护成本低，油缸的油封为进口的话一般使用 5 10 年没问题 。其中电机驱动又分单电机和多电机，液压驱动又分单液压缸和多液压缸等多种驱动方式。单缸举升机也分为两种，一直被业内人士称作老单缸和新单缸。 单缸 的 优点是：同nts毕业设计（论文） 开题报告 7 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，是目前最理想得举升机 。 双缸举升机也分有两种：龙门式举升机和无地板举升机。 但由于是双缸，所以同步性问题难以解决，往往要靠两根钢丝绳来平衡。油缸以及钢丝绳只要调整 得松紧一致，举升机就可以同步运作。双 缸 的 优点 是：没有底板，为了最大得节省材料，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。 如果驱动是单液压缸，则升降运动采用机械方式同步。如果采用多个液压缸驱动，则升降运动既可以采用机械同步（如，钢丝绳同步），也可以采用同步液压缸或副缸随同主缸同步升降。 常用的举升方式有：丝杠螺母方式举升、钢丝绳或链条传动举升方式和液压缸直接举升等方式。 从液压和机械两种举升方式来看，机械方式和液压方式各占一半，但机械的略多有些，如图 2.1 所示： 图 2.1 汽车举升 机举升方式百分比图 1 液压； 2 机械 丝杠螺母传动的举升方式一般采用电机驱动。如用单电机驱动，则各柱的升降运动，一般应用机械同步方式；若用多电机驱动，则采用机械同143%257%nts毕业设计（论文） 开题报告 8 步或采用电气方式同步进行升降运动。在电气方式同步时，副柱上的升降是随同主柱的升降运动同步进行的。 钢丝绳或链条传动举升方式可采用电机驱动或液压缸驱动，一般采用钢丝绳平衡同步举升。 上述各种方式各有特点：丝杠螺母方式传动的自锁性好，安全性也较好。而且采用电机驱动，维护保养均较方便，传递比较清洁，没有液压油，但制造工艺性差。而液压驱动举升方式则 工作平稳，加工制造方便，但是需要液压系统。与机械系统相比，液压回路容易产生故障，维护保养工作较多。 相比液压缸举升机产生成本比丝杠螺母举升形式的要低。液压缸的产生远比丝杠螺母机构简单，容易组织产生。且使用寿命比丝杠螺母要长。所以 本次设计所采用的是液压举升方式。 2.3 举升机的结构设计 此次将举升机的结构形式设计为普通式双柱汽车举升机。普通式汽车举升机的总体结构如图 2.3所示： nts毕业设计（论文） 开题报告 9 图 2.3 普通式 二柱汽车举升机的总体结构 （ 1）举升机构 举升机构是由液压系统以及电器系 统组成的。通过电器系统来控制液压单元，油液通过进出液压缸并通过滑台链条来带动整个设备的举升动作，如图 2.4 所示： 图 2.4 举升机构示意图 nts毕业设计（论文） 开题报告 10 （ 2）立柱与支撑机构 举升机的立柱包括左、右两个主立柱，中间放置滑台和液压系统。举升机的支撑机构是托臂。当汽车进入到举升机的范围里时，就是通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。 （ 3）平衡机构 由于举升机在上升或下降时必须有强制性平衡装置以确保汽车整体的水平位置，所以本次设计 采用了左右对称的钢丝绳走向，可以通过改 变钢丝绳的张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。 （ 4）保险机构与保护 汽车举升机是一种安全性能要求特别高设备。通常设有多种保险装置和保护措施：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。 本次设计中电磁铁安全锁机构的组成是：两个滑台上均有安装安全卡位条，在汽车升起后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构。 3 普通式双柱汽车举升机方案的确定 通过对举升机的了解，确定了本次设计采用的方案。本次设计所采用的是液压驱动的普通式双柱汽车举升机。此举升机构的传动 系统是由液压系统驱动和控制的，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整个举升机的同步性。托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时就带动托臂一起移动。 nts毕业设计（论文） 开题报告 11 参考文献 1 孔红梅，等 .液压举升机同步系统 J.液压气动与密封， 2000,(1):20-23. 2 刘敏杰 ,等 .几种举升机构的结构与性能分析 J.专业汽车， 1999,(2):23-25. 3 王惠 .举升机液压系统的设计 J.机械设计， 1996,(4)： 25-27. 4 胡均安 ,等 .汽车举升机立柱结构的神经网络模型建立 J.湖北工学院学报，2001,(4):56-58. 5 陈耀华 .重型自卸汽车多级缸式液压举升系统的设计计算 J.汽车研究与开发 ,1994 年 03 期 . 6 王国彪 ,杨占敏 .液压举升机构定位尺寸的分析 J.矿山机械 ,1995 年 04 期 . 7 林晨 .新型液压汽车举升机 J.林产化工通讯 ,1995 年 02 期 . 8 文嘉性 ,冯克良 ,章武烈 .QJ 2型汽车举升机的设计与制造 J.陕西汽车 ,1995年03 期 . 9 王惠 .举升机液压系统的设计 J.机械设计 ,1996 年 04 期 . 10 王琪 .汽车举升机丝杆螺母机构的安全设计 J.机械设计与制造工程 ,1999年 06期 . 11 张子健 .机械举升机双回路保护装置及电路原理 J.汽车维修 ,1999 年 08 期 . 12 雷翔 .单柱双节液压举升机 J.汽车维修 ,1999 年 06 期 . 13 郑国庆 .DJ2-2.5 型双柱汽车举升机双安全系统设计 J.设备与使用，1995,(3):20-23. 14 高凤林 . QJJ2.5-2 汽车举升机及其使用与维护 J.中国汽车保修设备，1999,(5):20-23. 15 钟裕荣 ,庄清溪 ,张弋于 ,黎保新 . YFJ-50 移动式气液举升机的研制 J.机电工程技术 ,2004 年 08 期 . 16 Dianel.M.2D DEM Verification: Load Behavior and Force on a Lifer BarJ.Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy. V99n2 1999, (2)： 93-96. nts 1 普通式双柱汽车举升机设计 摘 要 ： 双柱式汽车举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备，广泛应用于轿车等小型车的维修和保养。目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式举升机、剪式举升机、组合移动汽车式举升机等。本文较全面地介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的举升机的方案之后，即针对举升机的结构及其特点要求进行了设计与说明，同时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。然后分析了普通式双柱汽车举升机主立柱的截面特性，并对主立柱的强刚度和托臂的 强度进行了校核验算。对液压缸活塞杆强度以及受压杆的稳定性也进行了验算，以保证所设计的举升机满足使用要求。 本课题所设计的是液压驱动的普通式双柱汽车举升机。它的特点是：性能可靠，低能耗，操作方便；无横梁，结构简单；非对称托臂可伸缩，保证了安全性；托脚的最低位置低，使得车辆的底盘可以比较低，对各种车辆的适应性扩大了；与螺杆式的举升机相比，使用寿命较长；价格低廉，拥有的市场份额较大。 关键词 ： 普通式 ， 双柱举升机 ， 结构特点 ， 非对称式 ， 机械结构设计 ， 液压驱动 ， 截面特性 1 举升机的方案拟定 1.1 举升机的基本情况 1.1.1 常用汽车举升机的结构类型 目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多，有双柱式举升机、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。 仅从举升机的外型来分类的基本形式就有：普通双柱式、龙门双柱式、四立柱式、剪式、移动式和单立柱式等汽车举升机 按照举升机的举升装置的形式分类也有很多种，包括丝杠螺母举升式、链条传动举升式、液压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。 从举升机的驱动方式分，主要有：电机驱动式举升机和液压驱动式举 升机。 1.1.2 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 1.2所示。 表 1.2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 nts 2 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 Sec 1.2 汽车举升机的主要结构与要求 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。 1.2.1 举升装置的要求 在我国的规定中讲到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压和保护电路的连续性都要符合GB5226的有关规定。而在欧美地区同样也有其相应的明文规定。 举升机的设计中液压系统的 设计也是至关重要的。在欧洲地区液压缸、气缸、管路及接头受调压阀设定的最大压力的限制。他们至少应承受该压力的 2 倍（采用液压驱动时）或是该压力的3 倍（采用气压驱动时）并且要没有永久变形。软管、气袋、膜盒的尺寸在设计时应使之承受至少 3倍的调压阀设定的最大压力值的爆破压力。 我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如： （ 1）举升机应设有限制行程限位装置，如有需要则该装置应动作灵敏、安全可靠。 （ 2）液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。 （ 3）液压式举升机除液压系统能自锁外还应没有机械锁止装置。 （ 4）机械式举升机 任意时刻都能安全自锁。 （ 5）举升机正常运行时的噪音不得超过 80dB。 （ 6）举升机工作环境温度为 0 40，全行程连续举升额定质量 20次，油温不得高于 60。 （ 7）在试验台上对液压系统施高 150%的额定使用压力，维持 2min，不允许有永久变形、漏油及其他异常现象。 （ 8）在无故障工作基础上，机械式举升机的使用继续进行到 3000 次，则液压举升机可以继续进行到 9000次，以安全可靠为前提，检查零部件损坏程度，允许更换损坏件，允许添加润滑剂。 1.3 普通式双柱汽车举升机结构方案的确定 通过对汽车举升机的结构 的认识和了解，确定了本次设计的举升机的总体方案。如下图 1.10所示： nts 3 图 1.10普通式双柱举升机的结构示意图 本次设计的是由液压驱动的 QJY04-02B 型普通式双柱汽车举升机。它的结构主要包括以下几个部分：举升装置、同步驱动装置、立柱和托臂。 QJY04-02B 型普通式双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，由两边两个立柱里安装的液压油缸来推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。用钢丝绳作为同步装置来保持整 个举升机的同步性。托臂与立柱内的滑台相连，当滑台上下移动时就带动托臂一起移动。 2 普通式双柱汽车举升机的结构设计 2.1 举升装置 本次设计的举升机的举升装置是由液压系统以及电箱组成的。通过电箱的开关启动电动机来控制液压单元，液压油进出液压缸，并通过链条连接液压缸和滑台来带动整个设备的举升动作，如图 2.1所示： nts 4 图 2.1驱动举升装置示意图 图 2.1 是本次设计的普通式双柱汽车举升机的驱动装置及举升装置的示意图，从图中可以看到左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软 管来连接的，它的一个不足的地方就是左右两个液压缸在开始举升时有一个时间差，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平衡。因此，我们在液压举升的基础上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点。图 2.2是普通式双柱汽车举升机的举升装置的结构图： 图 2.2 普通式双柱汽车举升机的举升装置结构图 从图中可以看到，普通式双柱汽车举升机的举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动液压杆达到举升的目的。 2.2 立柱 普通式双柱汽车举升机 的 立柱有两个，分别是左、右两边各一个立柱。图 2.3 是左边立柱的nts 5 俯视图。整个举升机的重量几乎都是由立柱来支撑的，因此它必须要有一定的强度和刚度。（强刚度的设计计算在第四章）。立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。整个立柱部分的行位公差要求也比较高，如图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线度和平行度，立柱内外表面还要有一定的粗糙度等。 图 2.3左立柱的俯视图 2.3 支撑机构 托臂部分是属于举升机的支撑机构。当汽车进入 到举升机的范围里时，整个支撑机构就通过改变摇臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。本次设计的支撑机构是非对称式的托臂，这样设计增加了托臂的宽度，实质就等于增加了托臂的工作范围，而且左右两侧的托臂的臂长都是有一定的伸缩性的。如图 2.4所示： 图 2.4非对称式托臂的工作范围示意图 1 托臂原始工作位置， 2 托臂伸长后的工作位置 其中，图中方格阴影部分就是托臂的工作范围。托臂未伸长前的工作范围按照轨迹 1 来运动；托臂伸长后的工作范围按照轨迹 2 来运动；而且，图中的轨迹 1 和 2 是托臂的两个极限位置，在 1和 2 的范围内，托臂的长度是可以伸缩的。但是由于托臂属于支撑机构，它是要承受一定的重量的，所以本次设计采用非对称式的结构就更能保证托臂的强刚度了。非对称式托臂的详细结构如nts 6 下图 2.5所 示 ： 图 2.5非对称式托臂的结构图 2.4 平衡机构 由于举升机在上升或下降时必须要采用强制性的平衡装置来确保汽车整体的水平位置保持一致，所以本次设计 采用了钢丝绳来作为整个举升机的平衡机构。本次设计所采用的是在单个立柱内安装两副左右对 称的钢丝绳，但是在这个单个立柱里面的钢丝绳的走向确是两个相反的方向，用户可以通过改变钢丝绳的张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。要注意的是两边确定的钢丝绳的张力必须一致，这样才能真正的平 衡。单个立柱里的钢丝绳的走向如图 2.6所示 ： 钢丝绳 下滑轮2件上滑轮滑台图 2.6 单个立柱内钢丝绳的走向示意图 2.5 保险机构 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措施：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。机械自锁是指失去驱动力后，利用机械机构的重力（被驱动物体的阻力）来自动阻碍其运动的保护10。 本次设计中电磁铁安全锁机构的组成是：在两个滑台上均有安装安全卡位条，当汽车升起后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构，由于两个立柱上均装有电磁铁安全锁，如图 2.7所示 ，并且这两个安全锁所装的位置不在同一直线上而是互相错开在对角线上，起到双保险的作用 7。 nts 7 1 23图 2.7电磁铁安全锁 1 电磁铁， 2 保险孔板， 3 保险孔支撑座 作 为保险装置的电磁铁安全锁是由好几个零件组成的。其中主要的几个零件包括：保险孔板、保险孔支撑座和电磁铁。当电磁铁得电将保险孔支撑座吸住时，它和锁紧板之间没有接触，此时的举升机处于保险打开状态，整个滑台可以自由地上下移动。当电磁铁失电时，保险孔支撑座处于图示状态，此时的保险孔支撑座将与滑台上的锁紧板互相顶住，使滑台固定在一个位置而不能上下移动，起到保险的作用。 3 普通式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算 双柱式汽车举升机的结构形式有多种， QJY04-02B 型举升机系是指液压驱动的双柱举升机。此类举升机构的传动 系统由液压系统驱动和控制的，通过两立柱内安装的液压油缸实现上下运动，推动连接立柱与滑台的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。举升设备的主要部分有：举升机构、支承机构、平衡机构和电磁铁安全锁机构。 本次设计的举升机的主要性能参数为：额定举升载荷 4 吨；在载重 4 吨情况下，由最低位置举升到最高位置需 50 秒；当拉下操纵杆使溢流阀接通， 4吨轿车由最高位置降到最低位置所需时间不小于 50 秒；电动机功率 2.2 KW；举升臂在最低位置时的举升高度为 120mm，最大举升高度为 1850mm，工作行程为 1730mm。 3.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算 3.1.1 主立柱的截面特性分析与计算 5 主立柱体是举升机主要的受力承重部件。举升机立柱在工作时受来自于保险锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂的倾向，故立柱底部与底座处焊有加强筋。 立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵站和电气控制箱。主立柱作为主要的承重 部件，先对其截面特征进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。 3.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置 将整个截面分为 A1、 A2、 A3三个部分，取与截面底边互相重合的 Z 轴为参考轴（见图 4.1 举升机主立柱横截面示意图）， Z1、 Z2、 Z3 分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其形心至 Z轴的距离分别为： nts 8 yZ 23ZZ1ZZ12A2A212213A32A1C3YY cY 2A 12ee11Y=CCC231图 4.1举升机主立柱横截面示意图 )(3948627061946194 21 mmA )(61226)657( 22 mmA )(34826)635( 23 mmA 重心 C到相应边的距离 e： )(429.586270194122 627019412)(2 222211 mmbdaH bdaHeY ）（ 19 (4.1) )(571.135429.5819412 mmeHe )(19131942 mmY )(5.1735.1461943 mmY 整个截面形心 C在对称轴 Y上的位置则为： )(119.833486123948 5.173348191612429.583948321332211 mmAAA YAYAYAAYAY iiC (4.2) 3.1.1.2 确定惯性矩 设三截面的形心分别为 C1、 C2、 C3，其形心轴为 Z1、 Z2、 Z3（图 4.1），它们距 Z轴的距离分别为： )(69.2442 9.5811 9.8311 mmCCa )(88 1.10 711 9.8319 122 mmCCa )(381.90119.835.17333 mmCCa 由平行移轴公式，三截面对中性轴 Z的惯性矩分别为： nts 9 )(36.1 8 1 53 9 4 869.243 4232331121 11 cmaebhBeAaII ZZ (4.3) )(448.712612881.107212 651 423222 22 cmAaII ZZ )(711.286348381.90212 296 423323 33 cmAaII ZZ 1ZI 、 2ZI 、 3ZI 为三截面对各自心轴 Z1、 Z2、 Z3的惯性矩，将三截面对中性轴 Z 的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴 Z的惯性矩 ZI ： )(519.2 8 1 4711.286448.71236.1 8 1 5 4321 cmIIII ZZZZ 3.1.1.3 立柱静矩 S 的计算： （ 1）立柱整个截面上半部分的静矩 S1： )(577.7 3 7 6 72 119.83194)119.8319462 31 mmS A （ (4.4) )(172.660233881.1106512 32 mmS A ）（ )(588.3 1 4 5 2)5.146881.1106292 33 mmS A （ 其中 1AS 、 2AS 、 3AS 分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面上半部分的静矩 S为： )(337.1 7 1 2 4 3 3321 mmSSSS AAA （ 2）立柱整个截面下半部分的静矩 S2： )(60 9.41 452211 9.8311 9.8362 3 mmS )(78.1 2 9 7 9 23119.836270 3 mmS ）（ )(389.1 7 1 2 4 5 32 mmSSS 3.1.2 主立柱的强度分析与验算 举升机工作时，其托 臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析（见图 4.2滑台部件受力情况示意图）： 在分析之前，对滑台部件进行了调查。其中本次设计的滑台部件的组成之一是大滑轮，滑轮的种类形状有很多，有“两个大圆柱滚轮型”、“四个顶角处是采用四个小滚轮型”、还有最原始的“四个角用四个橡胶滑块”或是“用两个滑块代替两个大圆柱滚轮”，但是用的较多的是“采用两个大圆柱滚轮”的形式，如果采用其他类型的滚轮例如用滑块来代替滚轮，那么整个滑台就不容易锁定，容易滑动；除此之外就是同步性的问题也不 容易解决。 nts 10 图 4.2滑台部件受力情况示意图 3.1.2.1 滑台部件受力情况分析 滑台部件自身重量近似估算如下： 滑台组合件尺寸：采用 160 160方钢，壁厚 8 mm，高 800mm 滑台体积： )(2.3891804.144.14801616 3cmV HT 摇臂座尺寸：采用 100 100方钢，壁厚 8 mm，长 440mm 摇臂座体积： )(36.1295444.84.8441010 3cmV Y B Z 托臂近似尺寸：采用 100 100方钢，壁厚 8 mm，长（ 800 310） 1110mm 托臂体积： )(84.3 2 6 71114.84.81111010 3cmV TB 钢材比重选取： )/,/(/85.7 333 cmgdmkgmt 所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为 kgG HT 55.3085.72.38 9 1 kgG Y B Z 17.1085.736.1295 kgG TB 65.2585.784.32 6 7 将滑台、摇臂座和托臂一起考虑 )(37.6665.2517.1055.30 kgGGG TBY B ZHT 图 4.2 中，单侧托臂受到的最大载荷为 2 吨，加上自重，托臂端部受力为 2066.37kg,F1和 F2是立柱通过滚轮给予的反 力， FBX和 FBY为保险支承板给予的支承力， B 处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有： FBYFBBX2FC2066.37kg1Fnts 11 0 BM 133037.2066160685 21 FF (4.5) 0 CM 13 3037.20 6616 052 51 BXFF (4.6) 0X BXFFF 21 (4.7) 0Y kgF BY 37.2066 由式 4.7得， 21 FFF BX ，代入式 4.6 13 3 037.20 6 6)160525 211 FFF （ 假定 0,21 BXFFF 则由式 4.5得：kgFkgFkgFBY 37.2066804.5234804.523421 综上 所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为 66.37kg。单侧托臂受到的最大载荷为 2000kg，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为 2066.37kg， F1和 F2是立柱通过滚轮给予的反力， F1=F2， FBX和 FBY为保险支承板给予的支承力， B处是支承点位置，则： kgFFkgFF BYBX 37.2066,0,804.523421 。 3.1.2.2 举升机主立柱受力情况分析 主立柱受力情况（见图 4.3 普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图）， F1和 F2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力（图示为最高位置）， FBX和 FBY为滑台作用在立柱上的支承力（压力），RHX、 RHY和 MH为底部支座反力。针对立柱受力情况，经计算得： nts 12 BXFBYFF 1F 2R HXR HYHM图 4.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图 0)12119.83()5251890(1890,0 12 BYHH FFFMM 0,0 HYBY RFY RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg )(9.26 01 31 311 9.7152 51 k g m mFFM BYH 3.1.2.3 普通式双柱举升机主立柱强度校核计算 从图 4.3看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图 。 由 F1引起的弯矩图和剪力图见图 4.4： BAF 1a=(+)2Q(+) M 2b=图 4.4立柱上 F1 作用力及其弯矩图和剪力图 l=2600mm b=2415mm a=185mm )(66.12642051)1852600(804.5234)(m a x k g m malPM nts 13 kgPQ 8 0 4.5 2 3 4m a x 由 F2引起的弯矩图和剪力图见图 4.5： A B1M(-)1(-) Q= 5 2 3 4 . 8 0 4 k gF 2图 4.5 立柱上 F2 作用力及其弯矩图和剪力图 l=2600mm b=1890mm a=710mm )(56.9893779)7102600(804.5234)(m a x k g m malPM kgPQ 8 0 4.5 2 3 4m a x 由 FBY产生的 M引起的弯矩图见图 4.6： AMBM 3(-) 图 4.6立柱上 M作用力及其弯矩图 kgFM BY 2.14 69 5 811 9.71 )(1 6 8.1 4 6 9 5 8)121 1 9.83(m a x k g m mFMM BY 综上所述，立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图如图 4.7所示。 合成弯矩图ACD(+)A(+) C合成剪力图BB图 4.7立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图 nts 14 从图中可以得出 )(1.2748272525804.5234)( 21 k g m maaPM )(9.26 0 13 13168.14 6 95 81.27 4 82 72 k gm mM D 在截面 C 处，剪力最大（ QC=5234.804kg），弯矩最大（ MC=2748272.1kg） ,所以此处是危险截面。前 面 计 算 已 经 得 到 4519.2814 cmI Z ， 抗 弯 截 面 模 数 为 ：34283.253881.110 10519.2 8 1 4 cmeIW Z (4.8) 截面上半部分静矩 S 171.24cm3， mmSI Z 436.1624.171 519.2814 (4.9) 以下进行强度校核： （ 1）校核正应力强度 ： )/(72.108283.253 101.2748272 21m a xm a x cmkgWMWM C ( 4.10) 许用应力选： 2/04.110258.9 100541 cmkg ( 4.11) max ，满足强度 条件。 （ 2）校核剪应力强度： )/(294.112.28436.16 804.5234/ 2m a xm a x cmkgcmkgSbI QbI SQZCZ (4.12) 选 MPaS 235，而许用应力 )/(59.4 7 958.9 1 0 02 3 5 2cmkg (4.13) max ，满足强度条件。 （ 3）折算应力强度校核： 主立柱横截面上的最大正应力 max 产生在离中性轴最远的边缘处，而最大剪应力 max 则产生在中性轴上，虽然通过上面的 校核说明在这两处的强度都是满足要求的，但是因为在截面 C处， M和 Q 都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理论进行折算应力校核，取该截面边缘处某点 K进行计算： ）（ 21 /71.1 0 8 2519.2 8 1 4 0 8 8 1.11102 7 4 8 2 7 2 cmkgIMyx (4.14) ）（ 2/29.112.285 1 9.2 8 1 4 25.1 7 18 0 4.5 2 3 4 cmkgIbQSx (4.15) xy nts 15 由于点 K处在复杂应力状态，立柱体材料采用的 30钢是塑性材 料，可以采用第四强度理论 20，将xx ,的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态建立的强度条件为： 22 3j (4.16) 所以 2222 /082.1104/71.108229.11371.1082 cmkgcmkgj 即 j (4.17) 按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。 3.1.3 主立柱的刚度计算 用迭加法： （ 1） 727.026001890;273.02600710, lblalx 由 F2 引起的绕度： （往外弯）用式 )3(62 EI lPbf A ( 4.18) E：弹性模量的选择： 碳钢取： 196 206Gpa 取 201Gpa=20.1 106N/cm2 1Af = )3(6 2 EIlPb = )(2.3519.2814101.206 273.28.9260189804.5234 62 cm ( 4.19) （ 2） 929.026002415,273.02600710, lblalx （往内弯）由 F1 引起的绕度： )(7.4519.2814101.206 071.28.92605.241804.5234)3(6 6222 cmEI lPbf A （ 3）由 M引起的绕度： )(0 8 6.05 1 9.2 8 1 4101.202 8.92 6 082.1 4 6 9 52 6 22 cmEIMlf W ( 4.20) （往外弯）此植可忽略不计。 实际往内弯的绕度 )(5.12.37.421 cmfff AAA 3.2 托臂部分的强度校核 3.2.1 托臂部分截面特性 托臂部分截面属于变截面，以下先计算截面特性数据： （ 1）小臂截面尺寸： 70 70方钢，壁厚 8mm， a=70,b=54 惯性矩： 44444 225.12912 547012 cmbaI ( 4.21) nts 16 34444 92.36706 54706 cma baW x ( 4.22) 静矩计算： 3192.234278545.173582 cmS （ 2）大臂截面尺寸： 92 92方钢，壁厚 8mm， a=92,b=76 惯性矩： 44444 976.31812 769212 cmbaI 34444 342.69926 76926 cma baW x 3.2.2 托臂部分强度核算 图示为左后托臂部件图： ABCD ABDC图 4.9左后托臂部件图 图中的 A、 B、 C、 D分别 对应着托臂示意图中的 A、 B、 C、 D四个截面： 下图是托臂示意图 ： 图 4.10托臂示意图 按照 A,B,C,D几个典型截面进行分析，各个截面的截面图如下： nts 17 A2XA1(a) A-A截面 (b) B-B截面（同 D-D截面） (c) C-C截面 图 4.10典型截面示意 图 （ 1） A截面： 惯性矩： I=129.225cm4 ； Wx=36.92cm3 cmkg 47.640573137.2066M A 2m a x /03.173592.36 47.64057 cmkgWMxAA 2/73.183638.9 100540 cmkg 保险系数较小可满足强度要求。 （ 2） B截面： 92*92方钢 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 A2A1B 5 5 8 . 91 6 6 . 4 43 9 2 . 4 6III cm4 W=89.41cm3 cmkg 1 2 6 0 4 8 . 5 7612 0 6 6 . 3 7M B 2m a x /78.140941.89 57.126048 cmkgWMxBB 2/34.15745.38.9 100540 cmkg 保险系数较小可满足强度要求。 （ 3） C截面： A1A2A3nts 18 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总 =IA1+IA2+IA3=1585.22cm4 W=I 总 /8.65=1585.22/8.65=183.26cm3 MC=2066.37 94=194238.78kgcm 2m a x /91.105926.183 78.194238 cmkgWMxCC 2/34.15745.38.9 100540 cmkg 满足强度要求。 （ 4） D截面 ： 惯性 矩： I=318.976cm4 ； W=69.342cm3 MD=2066.37 53=109517.61kgcm 2m a x /38.1579342.69 61.109517 cmkgWMxDD 2/64.16204.38.9 100540 cmkg ,保险系数较小可满足强度要求。 3.2.3 从托臂处考虑挠度情况 托臂亦相当于一个悬臂梁，端部受力 P 2066.37kg，托臂部件由大臂和小臂组成，将从大臂和小臂处分别考虑： 小臂端部处挠度： )(1 7 99.0225.129101.203 8.94137.2 0 663 6331 cmEIPlf 小（ 4.23） 大臂端部处挠度：经受力分析，大臂端部受一个力 P 2066.37kg和一个弯矩 M 2066.37 70 144645.9kgcm； )(361.0976.318101.203 8.97037.20663 6 33 cmEIPlf P 大 nts 19 )(542.0976.318101.202 8.9707037.20662 6 22 cmEIMlf M 大 （ 4.24） 因载荷引起的挠度为： )(082.1542.0361.0179.0321 cmffff 载荷 因托臂的大小臂之间有 1mm 间隙，由此产生挠度： )(864.1 mmf 间隙 主立柱的弯曲绕度使滑台产生转动，滑台的转动又使托臂有一定的下沉量，经计算，)(325.26 mmf 转动 。 故托臂端部总下沉量为： )(6)(6.557.5082.1864.1633.2 cmcmffff 转动间隙载荷总 在举升机行业标准中，此值满足距立柱最远点的托臂支承面下沉量要求。 4 液压系统 4.1 液压系统工作原理 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，其工作原理图见图 5.1： 91089106875114132 12图 5.1液压系统工作原理图 1-齿轮泵， 2-电动机， 3-滤油器， 4-单向阀， 5-溢流阀， 6-手动式下降阀， 7-伺服限流阀， 8-