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机械毕业设计车辆工程全套

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CLYY01-012@双柱式举升器的设计,机械毕业设计车辆工程全套

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user u s e r nts W W W . Y l m F . C o M - nts ? , nts b B nts user u s e r nts W W W . Y l m F . C o M - nts ? , nts b B nts I 摘 要 双柱式举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备 ,广泛用于轿车等小型车的维修和保养。它是一种把整车装备重量不大于 4 吨的各种轿车、面包车、工具车等举升到一定高度内供汽车维修和安全检查作业的保修设备。 本文通过对我国汽车举升机现状的调查、研究、分析，参考国内外解决举升机安全与稳定性问题的解决措施，对几种举升机进行了分析，并结合我国举升机存在的实际情况，提出了适合我国汽车修理行业的双柱式汽车举升机设计方案。 本文首先阐述了双柱式汽车举升机设计的目的和意义、发展状况以及应用前景。分析论证了一种举升承 载质量为 3.2t的双柱式汽车举升机总体设计方案，进行了举升机构的机械系统、液压系统、电气系统等主要机构的方案分析和选择，并对机械部分进行了运动分析以及强度和刚度的校核计算，对液压系统进行了设计和计算。本课题基于计算机仿真平台，应用当前 CAD/CAE领域应用比较广泛的二维软件 AutoCAD进行绘图 。 关键词 ： 升举机 ； CAD绘图 ； 液压 系统 ；液压系统；计算校核 nts II ABSTRACT Double column type elevator machine is a car repair and maintenance units of the commonly used lifting device, widely used in cars compact car repair and maintenance. It is a vehicle weight is not more than four tons of equipment of all kinds of cars, vans, such as vehicle lifting to a certain height for cars in maintenance and safety inspection of homework maintenance equipments. This article through to our country auto lift machine, the investigation of the present situation of research, analysis, reference to solve lifting machine at home and abroad with the stability safety measures to resolve the problem of several lifting machine is analyzed, and in combination with the lifting of the machine are the actual situation, proposed the suitable for Chinas car repair industry double column type auto lift machine design. This paper expounds the double column type auto lift machine design of purpose and meaning, development situation and application prospect. The paper analysis the bearing quality for a lifting of the 3.2 t double column type auto lift machine, the overall design scheme of lifting mechanism of mechanical system, hydraulic system, electrical system, the main institution of the scheme and options, and analysis of the mechanical parts of the movement analysis and the strength and stiffness of the hydraulic system to check calculation, the design and calculation. This subject is based on the computer simulation platform, the application of the current CAD/CAE field is widely 2 d software for drawing AutoCAD. Key words: Rise for machine; CAD drawing; Hydraulic system; Mechanical system; Check calculation nts 1 第 1 章 绪 论 1.1 选题背景 近年来 ,我国汽车市场十分活跃 , 2002 年之后 ,中国汽车工业的增长一直在以 2位数的速度攀升。预计未来的 10多年里 ,中 国的汽车需求量仍将保持以 10% 15%的增幅攀升。随着我国城市化的发展 ,汽车保有量迅速增加。而 加速研究开发和生产拥有自主知识产权的产品和品牌，将我国建成世界级汽车制造基地和销售基地，并逐步建立起汽车一条龙售后服务体系，关键是从生产技术含量高的汽车零部件和汽车维修保养工具做起。开发研制汽车举升机产品适应了这种形势的需要。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汽车维修店，几乎都配备有举升 机。 双柱托举接触车架式举升机是一个被广泛采纳的举升机，在最近几年所有新销售的举升机中，至少三分之二都是这种类型的。这种设计之所以很流行的原因：一就是这种举升机安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。二是功能的多样性，一台双柱托举接触车架式举升机几乎可以用来进行所有汽车的维修作业。这种举升机的悬臂和接触衬垫的布局，使得维修工能够很容易地进入汽车的整个底部，进行车底的维修操作。双柱型汽车维修液压同步升降平台作为一种液压技术新产品开发设计研究 ,是利用现代液压技术和计算机 控制技术来改善日益兴旺发达的汽车维修产业界劳动者的工作条件 ,降低劳动强度和维修成本 , 提高汽车维修保养整体服务质量 。 现代汽车工业随着科学技术的飞速发展而日新月异，新工艺、新材料、新技术广泛运用，特别是电子技术、液压技术在汽车上的应用，使当今的汽车是集各种先进技术的大成，新颖别致的汽车时时翻新。而现代汽车的故障诊断不再是眼看、耳听、手摸，汽车维修也不再是师傅带徒弟的一门手艺，而是利用各种新技术的过程。随着汽车技术的快速发展，日益呈现出汽车维修的高科技特征，与其同时汽车维修理念也不断更新。 随着汽车技术的发展 ，维修设备也随之产生了质的变化。汽车保修设备的生产，也不再是多以机具类为主。 20 世纪 90 年代以来，一批批先进的进口汽车检测设备和仪器涌入国门。四轮定位仪、解码器、汽车专用示波器、汽车专用电表、汽车专用示nts 2 波器、汽车专用电表、发动机分析仪、尾气测试仪及电脑平衡机等，这些昔日人们十分陌生的检测设备，已经成为现代维修企业的必备工具。而这些检测设备，本身就是高科技化的产品，是电子检测技术、电脑技术的高级集成物。要熟练地操作使用这些检测设备，技术人员需要经过严格的培训，并掌握外语和电脑技术，才能掌握正确的使用方法，充分 发挥检测设备的各项功能。这种高科技化的现代汽车检测设备，使现代汽车维修的科技含量大为提高。 加入 WTO 对中国汽车维修业的影响是巨大的。为了适应售后服务的要求，国外汽车维修业将相继进入中国市场，国外汽车维修业的介入给中国汽车维修市场提供了一个较为先进的高效的国际技术环境，对促进国内汽车维修业的更新改造、加速汽车维修业技术进步的进程，将起到良好的推动作用。 传统的汽车维修方式、维修制度以及经营模式必然被现代汽车维修方式所代替。以往的汽车维修往往就维修谈维修，现代汽车维修是汽车销售、零件销售、资讯销售及售后服务四 位一体紧密结合。汽车维修的新趋势是维修对象的高科技化、维修设备现代化、维修咨询网络化、维修诊断专家化、维修管理电脑化及服务对象的社会化。国外汽车维修企业以汽车服务贸易的形式进入国内市场，使我国汽车维修行业将面临严峻形势，而在汽车维修企业发展要素中，起主导作用的因素将是 :管理、技术、装配和信息。倡导汽车维修行业的服务优质化、品牌化、现代化，势在必行。 随着中国经济的蓬勃发展，小客车将逐步进入中国的家庭市场。鉴于中国市场的广阔性，及其中国基础设施的滞后性，给小客车维修带来了不便，特别是轿车底部的维修，给维修师傅 带来很多不便，浪费人力物力，还有占地面积，为了解决上述的所有问题，为未来社会的发展带来方便，举升机应运而生。 1.2 举升机的发展方向与前景 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，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及汽车作业的实际需要，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水平。 nts 3 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、小剪举升机。 双柱式举升机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级，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。 对汽车维修保养行业而言，举升机一定要安全可靠、维护简单，否则在一定程度上会影响工作效率。而传统的机械式举升机安全性较差，所需的维护工作较多，已基本被液压式举升机取代。它具有安全性能好、维护周期长以及工作效率高等优点。 国内汽车举升机品牌繁多，质量高低参差不齐，除少数大型专业化企业具有较强的研发队伍、完备地制造设施、 完善地质量监控手段外，大多数生产厂场地狭小、制造设施落后、监控手段单一。 国内举升机结构上大同小异，在安全保护上也比较雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液压动力单元、油缸、保险。在安全保护装置上，不能做到在任何时候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及较少。 国外举升机在结构、选材上比国内有优势外，在安全性上有比较明显的优势。国外举升机在钢丝绳断裂、油管爆裂、下降过程意外情况等可能情况的安全研究和应用都有涉足。 随着汽车技术开发的日新月异，举升机在设计方面越来越智能化和人性化，将会向遥控、电脑控制方向发展。同时 随着技术的不断成熟，其标准也将逐步统一化。技术先进、质量稳定的产品将占领市场。 1.3 设计内容 一 .基本方案：由液压驱动的普通式双柱举升机； 二 .液压系统的传动计算； （ 1）载荷的组成和计算 （ 2）初选系统工作压力 （ 3）计算液压缸的主要结构尺寸 （ 4）绘制液压系统工况图 三 .制定基本方案和绘制液压系统图 （ 1）制定基本方案 （ 2）绘制液压系统图 nts 4 四 .液压元件的选择与专用件设计：（ 1）液压泵的选择（ 2）液压阀的选择（ 3）管道尺寸的确定（ 4）液压缸主要零件的结构 、材料及技术要求 （ 5）液压缸结构参数的计算（ 6）活塞杆稳定性校核； 五机械部件的 校核 计算 。 nts 5 第 2 章 双柱式汽车举升机 的方案确定 2.1 双柱式 举升机 概述 2.1.1 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 12。 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。 2.1.2 汽车举升机的主要参数 双柱 式 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 Sec 双柱式汽车举升机的结构形式有多种， 本次设计的举升机 是指液压驱动的双柱举升机 13。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： 举升重量 3200kg，举升高度 1700mm，总高度 3450mm，总宽 3350mm，立柱内宽 2800mm，上升时间 60s,下降时间 30s,电源 220v或 380v50Hz。活塞杆上的工作阻力为 36000N，行程 850mm，活塞上升速度 1v =14.2mm/s(0.0142m/s),下降速度 2v =28.3mm/s(0.0283m/s)。 2.2 双柱式 汽车举升机的主要结构与要求 nts 6 双柱式 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。 2.2.1 举升装置的要求 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。 2.3 双柱 式 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。本次设计的是由液压驱动的双柱式汽车举升机。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。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。 2.4 举升装置 本次设计的 双柱式 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， 左右两边立柱内的两个举升装置是通过液压软管来连接nts 7 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。 2.5 立柱 双柱 式 汽车举升机 的立柱有两个，分别是左、右两边各一个立柱。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。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。 2.6 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。 2.7 平衡机构 由于 双柱式 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， 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 。 2.8 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 。 本次设计采用的是 电磁铁安全锁机构 。 2.9 本章小结 本章主要进行双柱式汽车举升机设备总体方案的选择，通过将现有举升机构的结构形式、驱动方式以及传动机构进行了对比，最终选定 采用 双柱 结构的举升类设备，通过液压驱动，工作平稳，操作方便，噪声低，内部设有升程自锁保护保险装置，安全可靠 ， 占地空间小，是 举升机 的理想设备。 nts 8 第 3 章 机械部件的计算 3.1 链条的计算与选择 因速度 1700/30=56mm/s50 工作压 P(MPa） 5 7 表 4.2各种机械常用的系统工作压力 机床类型 机床 农业机械 液压机 小型工程机械 大型挖掘机械 磨床 组合机床 龙门机床 拉床 建筑工程 重型机械 液压凿岩机 起重运输机械 工作压 MPa 0.8 2 3 5 2 8 8 10 10 18 20 32 由于该液压缸 的推力即牵引力为 10KN，根据上面两个表，可以初步确定液压缸的工作压力为： p=2MPa。 液压执行元件的主要参数 4.3.2液压缸的作用力 液压缸的作用力及时液压缸的工作是的推力或拉力，该升降台工作时液压缸产生向上的推力，因此计算时只取液压油进入无杆腔时产生的推力 4： F= 2cmpD4 式中： p 液压缸的工作压力 Pa 取 p= 5(2 0 -3 ) 1 0 P a D 活塞内径 m ， 0.09m cm 液压缸的效率， 0.95 代入数据 : F = 3 2 5( 9 0 1 0 ) ( 2 0 3 ) 1 0 0 . 9 54 F = 10.3KN 即液压缸工作时产生的推力为 10.3KN。 4.3.3缸筒内径的确定 nts 14 该液压缸宜按照推力要求来计算缸筒内经，计算式如下： 要求活塞无杆腔的推力为 F时，其内径为： 4cmFDp式中： D 活塞杆直径 缸筒内经 m F 无杆腔推力， N P 工作压力， MPa cm 液压缸机械效率， 0.95 代入数据： D= 34 1 0 1 02 1 0 0 .9 5=0.083m D= 83mm 取圆整值为 D=90mm 液压缸的内径，活塞的的外径要取标注值是因为活塞和活塞杆还要有其它的零件相互配合，如密封圈等， 而这些零件已经标准化，有专门的生产厂家，故活塞和液压缸的内径也应该标准化，以便选用标准件。 4.3.4活塞杆直径的确定 （ 1） 活塞杆上的工作阻力为 36000N，行程 850mm，活塞上升速度 1v =14.2mm/s, 下降速度 2v =28.3mm/s, 速比 221 vv.柱塞直径 9.631 Dd mm， 选 63mm。 （ 2）活塞杆的强度计算 活塞杆在稳定情况下，如果只受 推力或拉力，可以近似的用直杆承受拉压载荷的简单强度计算公式进行： 62104Fd 式中： F 活塞杆的推力， N d 活塞杆直径， m 材料的许用应力， MPa 活塞杆用 45号钢 nts 15 , 3 4 0 , 2 . 5ss M P a nn 代入数据： 36321 0 1 0 1 0 43 . 1 4 ( 6 3 1 0 ) =6.3MPa 故活塞杆的强度满足要求。 （ 3）稳定性校核 该活塞杆不受偏心载荷，按照等截面法，将活塞杆和缸体视为一体，其细长比为： L mnK 时， 22Kn EJF L 在该设计及安装形式中，液压缸两端采用铰接，其值分别为： 1 , 8 5 , 1 2 6 0n m L m m 4JdKA将上述值代入式中得： L mnK 故校核采用的式子为： 22Kn EJF L 式中： n=1 安装形式系数 E 活塞杆材料的弹性模量，钢材取 112 .1 1 0E P a J 活塞杆截面的转动惯量， 464dJ L 计算长度， 1.06m， 代入数据： 2 1 1 3 423 . 1 4 2 . 1 1 0 3 . 1 4 ( 4 5 1 0 )6 4 1 . 0 6KF =371KN nts 16 其稳定条件为： KKFF n 式中： Kn 稳定安全系数，一般取 Kn =2 4 取 Kn =3 F 液压 缸的最大推力 ， N 代入数据： 3713KKFn =123KN 故活塞杆的稳定性满足要求。 4.3.5 确定缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度，缸头等厚度 1.由前面的计算可知内径 D=90mm，活塞杆直径 63d mm，活塞行程 850mm，流量510029.9 m2/s。 （ 1）液压缸储油量 4.50 0 5 4.04 32 msDSAV L (4.1) s 液压缸行程 850mm,A 液压缸作用面积。 油箱容积为储油量的 3-5倍，双液压缸因此为 10.8的 3-5倍，取 40L符合要求。 （ 2）液压缸输出功率： 136.10 1 4 2.080 vFN kw (4.2) N液压缸输出功率 KW,F液压缸输出力 KN， v 液压缸输出速度 m/s。 液压缸结构参数的计算 液压缸结构参数包括缸筒壁厚，油口直径，缸底厚度，缸头厚 度等 4。 （ 1）缸筒壁厚计算 按中等壁厚计算： ccPDP yy 0 0 8 1 46.01)211103.2( 09.0213.2 (4.3) 取 9 mm。 式中： 缸筒壁厚 yP 试验压力 MPa，因工作压力 P=14MPa16MPa取 215.1 PPyMPa 缸体材料许用应力钢管 110100 MPa， 取 110MPa nts 17 强度系数，无缝钢管 1 C 计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度 检验： 048.11D因 162.3 D满足中等壁厚。 （ 2）缸体外径的计算 29 2.10 621 DD mm 1D 缸体外径 mm， 选 108mm， 同时确定 9 mm。 （ 3）液 压缸油口直径的计算 液压缸油口直径应根据活塞最高运动速度 v 及油口最高液流速度0v而定818.600681 8.05698.109.013.013.000 mvvDd mm (4.4) 取 80 dmm。 式中： 0d 液压缸油口直径 m D 液压缸内径 0.09m v 液压缸最 大输出速度 1.698m/s 0v 油口液流速度 5m/s （ 3）缸底厚度的计算 平行缸底有油孔则厚度 h mmmdD DPDh y709.18018709.0100008.009.0 09.02109.0433.0433.00 (4.5) 式中： h 缸底厚度 m D 液压缸内径 0.09m yP 试验压力 21 MPa 缸体材料许用应力选铸钢 100MPa （ 4）缸头厚度的计算 nts 18 采用整体法兰式缸头， 1 103 D DDFh (4.6) NPdF 89019101409.044 622 (4.7) 式中： 0D 螺纹孔分布圆直径 0.122m 1D 法兰根部直径 0.108m d 密封环内径 0.09m P 系统工作压力 14MPa 缸头材料许用应力 60MPa 56.13013555.0106108.0108.0122.0890193371 10 mDDDFhmm 选密封圈 1.345209.065.20.90 GB (4.8) 内径 90.0mm，外径 90+2*2.65=95.3mm。 （ 5）缸盖的计算 直径 d =90mm， 2D =64mm，3D=95.3mm， 圆柱度公差选 9级。 2D ， 3D 与 d 的同轴度公差值为 0.03mm。 端面 A,B与直径 d 轴心线的垂直度公差值按 7级精度选取。 导向孔的表面粗糙度为 25.1aRm。 缸体端部连接采用焊接。 液压缸缸体采用对焊时焊缝的拉应力为 22214 DDF(4.9) 式中： F 液压缸输出的最大推力 N 42 109.84 PDF N 式中： D 液压缸内径 0.09m nts 19 P 系统最大工作压力 14MPa 1D 液压缸外径 0.108m 焊接效率取 7.0 2D 焊缝底径 5.9475.09010810875.0112 DDDD mm 72221 109246.54 DDF Pa 缸头采用角焊，则焊缝应力为 184108.17.0009.0108.0109.822 841 hD F MPa (4.10) 2.活塞与柱塞杆尺寸的确定 活塞宽度为外径的 0.6-1.0倍，取 0.8则活塞宽度为 0.8D=72mm, 活塞内孔径为 55mm， 活塞材料为耐磨铸铁 。 柱塞杆尺寸 的确定 ， 采用实心杆，端部采用外螺纹结够，柱塞杆采用 45号钢。 柱塞杆总长 63+2+72+850+50+48.21+2+63=1150.21mm。 3.活塞与柱塞杆连接的计算 活塞与柱塞杆连接采用螺纹连接 (1)柱塞杆危险截面处的拉应力 58.8219.8 2 5 8 6 6 8 10 4 5 8 3 5.0469.4 5 3 9 9342211 aPdkFMPa (4.11) 69.4 5 3 994 221 PdDF N 切应力为 7.4054.4 0 7 3 5 6 70 4 5 8 3 5.02.0 048.069.4 5 3 9 9312.02.0 331011 aPd dKFKMPa (4.12) 6.1084.1086220313 22 n MPa= (4.13) 因为柱塞杆材料的许用应力 在 100-120MPa满足要求。 nts 20 拉应力 Pa， K 螺纹拧紧系数，按动载 3K ， 1K 螺纹内摩擦系数 0.12， 0d 螺纹外径 0.048m ，1d螺纹内径 0.045835m， D液压缸内径 0.09m， P液压系统压力 14MPa，1d活塞杆直径 0.063m， 1F 液压缸输出拉力 N, 活塞杆材料的许用应力 。 (2)活塞杆与活塞肩部表面的压应力。 acaaccMPMPPCddPD4502.2403.2 4 02 5 4 2 3 70 3 29 4.00 0 37 2 1.01 1 34 0 02002.0 2222(4.14) 材料强度满足要求。 式中： 2d 活塞上的孔径 55mm， C 活塞上孔的倒角尺寸 0.002m， C 活塞杆材料的许用压应力 450MPa。 3.柱塞杆未定性验算 计算长度 46.2030502/92.16063263722 sl mm=2.03046m 杆径 63mm。 103263 46.20 3 0 dl 当柱塞杆的计算长度与杆径之比大于 10，应校核柱塞杆的稳定性。 01 575.04 dAJK (4.15) 当 55918.1280 1 5 7 5.0 0 3 0 4 6.2 nmKl按欧拉公式计算临界载荷 22l EJnPK (4.16) 实心杆 45号钢，柱塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷 KP ， 4.971074.91003.2 10017.41002.1 4112 6112 4 l ndP K KN (4.17) 临界载荷 97.4KN。 nts 21 因KKnPP， 435.2PPn KK。kn安全系数应 在 2-4之间，满足要求。 KP 柱塞杆纵向弯曲破坏的临界载荷 N, n 末端条件系数，一端固定一端自由取1/4， E柱塞杆材料弹性模量，钢取 11101.2 E Pa， J柱塞杆截面的转动惯量，实心杆74 1072.764 dJ m4，d 柱塞杆直径， l 柱塞杆计算长度， k 柱塞杆断面回转半径， m柔性系数锻钢取 110。 4.3.6 计算液压缸所需 流量 5121 10029.94 vDAvqv m2/s （ 4.18） 式中： A 液压缸有效作用面积 1v 工作速度。 4.3.6.1 液压泵的选择 当液压泵的压力和流量比较衡定时，所需功率为： p=pBqB/103 B (kW). 式中： pB为液压泵的最大工作压力 (N/m2)； qB为液压泵的流量 (m3/s)； B为液压泵的总效率，各种形式液压泵的总效率可参考表 4.3估取，液压泵规格大，取大值，反之取小值，定量泵取大值，变量泵取小值 16。 表 4.3 液压泵的总效率 液压泵的类型 齿轮泵 螺杆泵 叶片泵 柱塞泵 总效率 0.6 0.7 0.65 0.8 0.6 0.75 0.8 0.85 在工作循环中，泵的压力和流量有显著变化时，可分别计 算出工作循环中各个阶段所需的驱动功率，然后求其平均值，即 p= 2 2 21 1 2 2 n n 1 2 nt p + t p + + t p / t + t + + t 式中： t1， t2， ， tn为一个工作循环中各阶段所需的时间 (s)； P1， P2， ， Pn为一个工作循环中各阶段所需的功率 (kW)。 按上述功率和泵的转速，可以从产品样本中选取标准电动机，再进行验算，使电动机发出最大功率时，其超载量在允许范围内。 nts 22 电 机的功率也可以根据技术手册找，根据机械设计手册第三版，第五卷，可以查得电机的驱动功率为 4KW，本设计 以技术手册的数据为标准 ，取电机的功率为4KW 根据上面所计算的最大压力 pB和流量 qB，查液压元件产品样本，选择与 PB和qB相当的液压泵的规格型号。 上面所计算的最大压力 pB是系统静态压力，系统工作过程中存在着过渡过程的动态压力，而动态压力往往比静态压力高得多，所以泵的额定压力 pB应比系统最高压力大 25% 60%，使液压泵有一定的压力储备。若系统属于高压范围，压力储备取小值；若系统属于中低压范围，压力储备取大值。 根据上述计算最终选取三螺杆泵： 液压泵为三螺杆泵，其参数如下： 规格： 2/eD L h 25 6 标定粘度： 50oE 10 转速： /minr 2900 压力： MPa 4 流量： /minL 26.6 功率： KW 4 吸入口直径： mm 25 排出口直径： mm 20 重量： Kg 11 允许吸上真空高度： m(2HO) 5 制造厂： 上海机床厂 说明： 三螺杆泵的使用、安装、维护要求。 使用要求：一般用于液压传动系统中的三螺杆泵多采用 20 号液压油或 40 号液压油，其粘度范围为 21 7 2 3 / ( 5 0 )om m s之间。 安装要求：电机 与泵的连接应用弹性连轴器，以保证两者之间的同轴度要求，（用千分表检查连轴器的一个端面，其跳动量不得大于 0.03mm，径向跳动不得大于0.05mm.） ,当每隔 90o 转动连轴器时，将一个联轴节作径向移动时应感觉轻快。泵的进油管道不得过长，弯头不宜过多，进油口管道应接有过滤器，其滤孔一般可用 40目到60目过滤网，过滤器不允许露出油面，当泵正常运转后，其油面离过滤器顶面至少有nts 23 100mm,以免吸入空气，甭的吸油高度应小于 500mm15。 维护要求：为保护泵的安全，必 须在泵的压油管道上装安全阀（溢流阀）和压力表。 4.3.6.2 管道尺寸的确定 管路按其在液压系统中的作用可以分为： 主管路：包括吸油管路，压油管路和回油管路，用来实现压力能的传递。 泄油管路：将液压元件泄露的油液导入回油管或邮箱 . 控制管路：用来实现液压元件的控制或调节以及与检测仪表相连接的管路。 本设计中只计算主管路中油管的尺寸。 （ 1）吸油管尺寸 油管的内径取决于管路的种类及管内液体的流速，油管直径 d由下式确定： 04Qdv式中： d 油管直径， mm Q 油管内液体的流量， 3/ms 0v 油管内的允许流速， /ms 对吸油管，取 0 ( 0 . 5 1 . 5 ) /v m s，本设计中取：0 0.7 /v m s代入数据： 3 34 2 6 . 6 6 0 1 0 1 0 2 8 . 43 . 1 4 0 . 7d m m 取圆整值为： 30d mm （ 2）回油管尺寸 回油管尺寸与上述计算过程相同：0 1 .5 2 .5 /v m s，取为0 2/v m s代入数据： 3 34 2 6 . 6 6 0 1 0 1 0 1 6 . 83 . 1 4 2d m m 取圆整值为： 18d mm （ 3）压力油管 压力油管： 0 3 4 /v m s，本设计中取为：0 3/v m snts 24 代入数据： 3 34 2 6 . 6 6 0 2 1 0 1 0 9 . 73 . 1 4 3d m m 取圆整值为： 10d mm （ 4）油管壁厚： 举升机系统中的油管可用橡胶软管和尼龙管作为管道，橡胶软管装配方便，能吸收液压系统中的冲击和振动，尼龙管是一种很有发展前途的非金属油管，用于低压系统，压力油管采用的橡胶软管其参数如下： 内径： 10mm 外径： 型， 17.5-19.7mm 工作压力： 型， 16MPa 最小弯曲半径： 130mm 4.3.6.3 油箱容量的确定 由经验公式 36123 vqV L (4.19) vq液压泵每分钟排出压力油的容积，12m in/1 2 0 0 0m in/3 0 0 0/4 mlrrmlq v L/min， 经验系数，本系统属中压系统在 3-5之间取 3 。 根据液压泵 站的油箱公称容量系列选 40L。 4.4执行元件类型、数量和安装位置 类型选择： 表 4.4 执行元件类型的选择 运动形式 往复直线运动 回转运动 往复摆动 短行程 长行程 高速 低速 摆动液 压马达 执行元件的类型 活塞缸 柱塞缸 液压马达和丝杠螺母机构 高速液压马达 低速液压马达 根据上表选择执行元件类型为活塞缸，再根据其运动要求进一步选 择液压缸类型为双作用单活塞杆无缓冲式液压缸。 数量：故其采用的液压缸数量为 2 个完全相同的液压缸，其运动完全是同步的，但其精度要求不是很高 。 安装位置：在举升机的一侧。 nts 25 4.5 选择电机 根据上述计算过程，现在可以进行电机的选取，本液压系统为一般液压系统，通常选取三相异步电动机就能够满足要求，初步确定电机的功率和相关参数如下： 型号： 112 2YM 额定功率： 4KW 满载时转速： 2890 / minr 电流： 8.17A 效率： 85.5% 净重： 45Kg 额定转矩： 2.2Nm 电机的安装形式为 5( 1)BV 型，其参数为： 基座号： 112M 极数： 4 国际标准基座号： 28 215F 4.6 控制阀的选用 液压系统应尽可能多的由标准液压控制元件组成，液压控制元件的主要选择依据是阀所在的油路的最大工作压力和通过该阀的最大实际流量，下面根据该原则依次进行压力控制阀，流量控制阀和换向阀的选择。 4.6.1 压力控制阀 压力控制阀的选用原则 压力 ：压力控制阀的额定压力应大于液压系统可能出现的最高压力，以保证压力控制阀正常工作。 压力调节范围：系统调节压力应在法的压力调节范围之内。 流量：通过压力控制阀的实际流量应小于压力控制阀的额定流量。 结构类型：根据结构类性及工作原理，压力控制阀可以分为直动型和先导型两种，直动型压力控制阀结构简单，灵敏度高，但压力受流量的变化影响大，调压偏差大，不适用在高压大流量下工作。但在缓冲制动装置中要求压力控制阀的灵敏度高，应采用直动型溢流阀，先导型压力控制阀的灵敏度和响应速度比直动阀低一些，调压精度比直动阀高，广泛应用 于高压，大流量和调压精度要求较高的场合。 此外，还应考虑阀的安装及连接形式，尺寸重量，价格，使用寿命，维护方便性，货源情况等。 根据上述选用原则，可以选择直动型压力阀，再根据发的调定压力及流量和相关nts 26 参数，可以选择 DBD 式直动式溢流阀，相关参数如下： 型号： DBDS6G10 最低调节压力： 5MPa 流量： 40L/min 介质温度： 2 0 7 0 oC 4.6.2 流量控制阀 流量控制阀的选用原则如下： 压力 ：系统压力的变化必须在阀的额定压力之内。 流量：通过流量控制阀的流量应小于该阀的额定流量。 测量范围：流量控制阀的流量调节范围应大于系统要求的流量范围，特别注意，在选择节流阀和调速阀时，所选阀的最小稳定流量应满足执行元件的最低稳定速度要求。 该升降机液压系统中所使用的流量控制阀有分流阀和单节分流阀，单节分流阀的规格和型号如下： 型号： FDL-B10H 公称通径： 10mm 公称流量 : P,O 口 40L/min A， B口 20L/min 连接方式：管式 连接 重量： 4Kg 分流阀的型号为： FL-B10 其余参数与单节分流阀相同。 4.6.3 方向控制阀 方向控制阀的选用原则如下： 压力：液压系统的最大压力应低于阀的额定压力 流量：流经方向控制阀最大流量一般不大于阀的流量。 滑阀机能：滑阀机能之换向阀处于中位时的通路形式。 操纵方式：选择合适的操纵方式，如手动，电动，液动等。 方向控制阀在该系