举升机毕业设计 轮胎举升机设计.doc

轮胎举升机设计诚信承诺书本人郑重承诺：本人承诺呈交的毕业设计轮胎举升机设计是在指导老师的指导下，独立开展研究取得的成果，文中引用他人的观点和材料，均在文后按顺序列出其参考文献，设计使用的数据真实可靠。轮胎举升机设计摘要随着我国汽车行业的蓬勃发展，汽修行业也迎来了巨大的市场需求。因此，汽车维修行业非常需要多种效率高、针对性强的汽车维修设备和工具。在汽修行业，轮胎举升机是一个被广泛采用的维修工具。轮胎举升机操作简便、美观、占地空间少便能将轮胎方便省力的举起。用于省时省力的效果，不用时完全放置于地面，方便汽车倒车或者放置物品，是汽修时不可缺少的工具。本文设计的轮胎举升机为可移动式轮胎举升机，采用气压驱动。首先对题目进行分析，再结合现有的轮胎举升机的结构和气压系统，加上对轮胎举升机进行研究，然后再对其中的方案进行拟定以及选择，并且对主立柱的强刚度、绕度和托臂的强度、绕度进行校核，对气压缸活塞缸强度等进行验算，最后将轮胎举升机设计完成。关键词：轮胎举升机，气压驱动，设计，校核The Design of Tire LiftAbstractWith the continuous development of Chinas automobile industry, the automotive industry has also ushered in a very large market demand. Therefore, automotive repair industry an urgent need for a variety of high efficiency, targeted vehicle maintenance equipment and tools. In the automotive industry, tire lift is a widely adopted repair tools. Tire Lift simple, beautiful, less space will be able to lift the tire is very convenient. Saving effect, when not completely when placed on the ground with the province, convenient car parking and placement of items, is indispensable auto repair equipment. This lift tire design is movable tire lift, hydraulic drive. First, the analysis of the topic, combined with the existing structure and the hydraulic system Lift tires, plus in-depth study of the tire Lift, and then choose one of the proposed scheme, the main pillar of strength and stiffness and care the arm strength to be checked, the hydraulic cylinder piston cylinder strength checking, which will Lift the tire design is completed.Keywords: tire lift, hydraulic drive, design, checking目录1前言11.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求11.2应达到的技术要求：21.3本设计应解决的主要问题22轮胎举升机的方案拟定22.1轮胎举升机的基本情况22.1.1常用举升机的结构类型22.1.2轮胎举升机的主要参数22.2轮胎举升机的主要结构与要求32.2.1轮胎举升机的结构形式32.2.2举升装置的要求32.3轮胎举升机结构方案的确定43轮胎举升机的结构设计53.1举升装置53.2立柱63.3支撑机构73.4保险机构73.5平衡机构83.6托盘机构设计84 轮胎举升机的强刚度分析与验算94.1轮胎举升机立柱的结构分析和验算94.1.1立柱的截面特性分析与计算94.1.2 主立柱的强度分析与验算124.1.3 主力柱的刚度计算204.2 托臂部分204.2.1托臂强度校核204.2.2 从托臂处考虑绕度情况215 气压系统225.1气压系统的优点225.2气压系统的设计要求225.3气压系统的设计235.3.1方案论证235.3.2主要参数确定245.4气压缸活塞杆受压校核275.4.1液压缸活塞杆强度验算275.4.2液压缸活塞杆稳定性校核276结论28谢辞31附录:321前言举升机的发展简史，汽车举升机在世界上已经有了70年历史。1925年在美国出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，由于当时采用的气压比较低，因而缸体较大；同时因为采用皮革进行密封，所以压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到10年以后，即1935年这种单柱举升机才在美国以外的其它地区开始使用。目前，全国生产举升机的厂家比较多，轮胎举升机用于举升汽车轮胎，以便更换车轮轮胎的汽修工具。它具有省时省力的效果，不用时可以完全放置于地面。轮胎举升机可以分为可移动式和固定式的两种型号。举升机使用和维护方面的安全保护措施涉及的范围非常广，包括举升机在使用前的准备工作，承载时的稳定性，举升轮胎中应该注意的事项，降下轮胎时的注意事项，日常和定期维修检查工作等等。整机的气压系统图由先拟订好的控制回路及气压源组合而成。各回路相互组合时需要去掉重复多余的元件，力求使系统结构简单，易于维护。注意各元件间的联锁关系，避免错误动作发生。而且要尽可能减少能量损失环节，从而提高系统的工作效率。为了方便气压系统的监测和维护，在气压系统中的主要路段需要装设必要的监测元件，如温度计，压力表等。在欧洲地区液压缸、气缸、管路和接头受调压阀所设定的最大压力的限制。他们至少应能够承受该压力的2倍（采用液压驱动的时侯）或承受该压力的3倍（采用气压驱动的时侯）并且不能有永久变形。气袋、软管、膜盒的尺寸在设计时应考虑使之能够承受至少3倍的调压阀设定的最大压力值的爆破压力。1.1本设计的目的、意义及应达到的技术要求本设计是以设计出一个无论性能还是质量都能够满足要求的轮胎举升机为目的。而举升机在汽修及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，都不能离开它，其产品质量好坏、性质直接影响维修人员的安全。1.2应达到的技术要求：1) 举升速度2) 最大举升高度3) 额定质量1.3本设计应解决的主要问题1) 轮胎举升机构的设计，以确保能平稳，快速地举升。2) 主要部件的设计与安全性校核。3) 选取一个或多个合适的保险装置和保护措施。4) 举升系统的总体设计，为轮胎举升机设计一个可靠、有效的举升系统。2轮胎举升机的方案拟定2.1轮胎举升机的基本情况2.1.1常用举升机的结构类型目前，全国生产举升机的厂商较多，生产的举升机的种类也有不少，有单柱式，双柱式举升机，四柱式举升机，组合移动式，剪式举升机等。仅按照举升机的外型来进行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根据举升机的举升装置的形式进行分类也有很多种，包括丝杠螺母举升式、链条传动举升式、液压缸举升式、气压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。根据举升机的驱动方式进行分类，主要有：电机驱动式举升机、液压驱动式举升机和气压驱动式举升机。2.1.2轮胎举升机的主要参数AA-ML2.5、LM100A1、AA-SPGY2.5、LM100为市场上的轮胎举升机或单柱汽车举升机，其主要技术参数统计如表2.1.2所示。表1 举升机的主要参数参数 型号 额定举升质量最大举升高度盘踞地高度全程抬升时间全程下降时间LM100A165kg1730mm101mm48s48sLM10065kg1730mm101mm48s48sAA-ML2.52500kg900mm101mm48s48sAA-SPGY2.52500kg1950mm101mm48s48s2.2轮胎举升机的主要结构与要求2.2.1轮胎举升机的结构形式轮胎举升机的结构形式主要有：（1）整体结构的形式；（2）举升的方式；（3）驱动的方式；（4）平衡的方式；（5）保险与保护的方式；（6）托盘的结构。2.2.2举升装置的要求在我国的规章中说到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压及保护电路的连续性都必须符合GB5226的有关规定。而在欧美地区同样也有其相应的规章制度。举升机的设计中，气压系统的设计也是非常重要的。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制约。他们至少能够承受该压力的2倍（采用液压驱动的时候）或是该压力的3倍（采用气压驱动的时候）而且不能有永久的变形。气袋、软管、膜盒的尺寸在设计时应使之能够承受至少3倍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多，如：（1）举升机应该拥有限制行程的限位装置，如有需要则该装置应动作灵敏并且安全可靠。（2）气压系统工作应该平稳、没有振动、没有爬行现象。（3）气压式举升机除气压系统能够自锁外还应设有机械锁止装置。（4）机械式举升机应该任意时刻都能安全自锁。（5）举升机正常运行时的噪音不能高于80dB。（6）液压举升机工作环境温度在040时，全行程连续举升额定质量达20次后，油温不能超过60。（7）在实验台上对气压系统施高150%的额定使用压力，维持2分钟，不能有永久变形、漏气以及其他异常状况。（8）在无任何故障工作基础上，机械式举升机的使用能够进行到3000次，而液压（气压）举升机能够使用9000次，以安全可靠作为前提，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轮胎举升机结构方案的确定通过对轮胎举升机的结构进行认识以及了解，确定了本设计的轮胎举升机的大体方案。如图2.1所示：图2.1 轮胎举升机本次设计的是由气压驱动的轮胎举升机。它的结构主要有以下几个部分：举升装置，立柱以及托臂。本设计轮胎举升机拥有的举升机构的传动系统是由气压系统进行驱动以及控制的，由立柱内安装的气压缸来推动连接了立柱与滑台的链条，使滑台上安装的动滑轮沿立柱进行滚动，从而实现滑台的上下移动。托臂与立柱里的滑台连接，当滑台进行上下移动工作时就带着托臂一起移动。3轮胎举升机的结构设计3.1举升装置本次设计的举升机的举升装置是由气压系统构成的。通过空气进出气压缸，并借链条连接气压缸和滑台来带动轮胎举升机的举升动作，如图3.1所示：图3.1 驱动举升装置示意图图3.1是本次设计的轮胎举升机的驱动装置和举升装置的示意图，从图中可以看到举升装置的基本结构，是直接由4S店所配置的空气压缩机对气压缸送入压缩气体从而使活塞杆移动。因为举升机的行程为1730mm，如果不采取一种特殊举升方式的话，那么就要使活塞杆的长度达到1730mm，这样对活塞杆的刚度要求就比较高。而且活动起来也不稳定。所以选择采用动滑轮的原理，可以使活塞杆的长度缩减为行程的一半。通过在活塞杆的端部上安装一个滑轮，使其变成一个动滑轮，然后将链条绕过滑轮，如（图3.2）所示：通过利用动滑轮原理可以减少活塞杆的长度，同时降低了活塞杆的刚度要求和提高了活塞杆的稳定性。图3.2是轮胎举升机的举升装置机构图：图3.2 轮胎举升机的举升装置结构图3.2立柱图3.3 立柱的俯视图轮胎举升机有一个立柱。图3.3是立柱的俯视图。因为整个举升机承受的压力几乎都是由立柱来支撑，所以它必须要有一定的强度和刚度。立柱里面的空间是用来放置举升装置和滑台部件的。整个立柱部分的形位公差要求也相对较高，如图水平方向和垂直方向的立柱壁的直线度与平行度也有一定的要求，立柱内外表面还要保持一定的粗糙度等。3.3支撑机构托臂部分是属于举升机的支撑机构。本设计的托臂由两根圆柱体组成。3.4保险机构轮胎举升机是一种对安全性能要求较高的汽修设备。所以需要设置多种保险装置以及保护措施：机械锁止保险装置、机械自锁装置、气压回路的保压、举升过载保护、冲顶保护、防滑等等。机械自锁是指机构失去驱动力后，可以利用机械机构所受重力（被驱动物体的阻力）来自动阻碍其继续运动的保护。本次设计中电磁铁安全锁机构是由以下几个部分组成：在滑台里有安装安全卡位条，当轮胎被升起之后，通过电磁铁与卡位条连接的支撑板构成机械自锁机构，立柱上装有电磁铁安全锁，如图3.4所示。图3.4 电磁铁安全锁1电磁铁，2保险孔板，3保险孔支撑座电磁铁安全锁是由好几个零件组成的。其中主要的零件包括：电磁铁、保险孔板和保险孔支撑座。当保险孔支撑座被得电的电磁铁吸住时，它和锁紧板之间并没有任何接触，此时的轮胎举升机处于保险打开的状态，整个滑台可以自由地上下活动。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，起到保险作用。3.5平衡机构为气压系统加入平衡阀，以防止举升机在举升过程以及下降过程，活塞缸的运动不稳定。平衡阀的用途：在一些行业中，由于介质（各类可流动的物质）在容器或管道的各个部分存在较大的流量差或压力差，为平衡或减小该差值，在容器或相应的管道之间安设阀门，通过分流的方法达到流量的平衡，或用以调节两侧压力的相对平衡，该液压元件就叫平衡阀。（图3.5即为平衡阀的符号）图3.5 平衡阀3.6托盘机构设计本设计的轮胎举升机在底部设有4个轮子，以方便把轮胎举升后及举升机的移动，达到提高效率，省时省力的效果。为了避免在举升过程中，轮胎举升机自主移动造成安全隐患，所以在举升机底部设计一个托盘以增加与地面直接的摩擦力，从而固定举升机。在举升过程中，此托盘自动下降，与地面接触。在举升机不工作时，此托盘与地面保持一定距离。图3.6为托盘机构的示意图。图3.6 轮胎举升机托盘4 轮胎举升机的强刚度分析与验算轮胎举升机的结构形式有多种，本设计是气压驱动的单柱举升机。此举升机的举升机构的传动系统由气压系统控制和驱动的，通过立柱里的滑台来实现上下移动，推动连接滑台与立柱的链条，使滑台上安装的大滚轮沿立柱移动，实现滑台的上下活动。举升设备的主要部分有：支承机构、电磁铁安全锁机构和举升机构。本次设计的举升机的主要性能参数为：额定载荷65kg；轮胎举升机在载重65kg的时候，由最低位置举升到最高位置需50秒；当三位五通电磁阀右位得电时，65kg轮胎由最高位置降到最低位置所需时间不小于50秒；托臂在最低位置时的初始高度为120mm，因为最大举升高度为1850mm，所以工作行程为1730mm。4.1轮胎举升机立柱的结构分析和验算4.1.1立柱的截面特性分析与计算主立柱体是轮胎举升机主要的受力部件。轮胎举升机立柱在工作时受来自于升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩和保险锁机构处因承重的压力。所以，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会有开裂的倾向，所以立柱底部与底座处需要焊有加强筋。立柱壳体是用钢板整体压制成形，柱体里相应位置焊有保险装置支承板，用于锁定状态时候的受力和承重，底座与其下部焊接。主立柱作为轮胎举升机主要的承重部件，先对其截面特性进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置及截面的惯性矩。4.1.1.1 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，取与截面底边相互重合的Z轴为参考轴（见图4.1举升机主立柱横截面的示意图），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Z轴的距离分别为：图4.1 举升机主立柱横截面的示意图A1=1254+1254+1744=1696mm2A2=182-142=401.92mm2A3=22-442=144mm2重心C到相应边的距离e ：Y1=e1=aH2+bd22(aH+bd)=81252+174422(81251744)=37.672mme2=H-e1=143-37.672=105.328mm半圆环质心：y=4(R2+r2+Rr)3(R+r)=7.683mmY2=143-18+7.683=132.683mmY3=143-18-9=116mm 整个立柱截面形心C在其对称轴Y上的位置为：YC=AiYiA=A1Y1+A2Y2+A3Y3A1+A2+A3=169637.672+401.92132.683+1441161696+401.92+144=59.736mm4.1.1.2确定惯性矩设三截面的形心分别为C1、C2、C3，其形心轴分别为Z1、Z2、Z3(如图4.1所示)，则它们距Z轴的距离分别为：a1=CC1=59.736-37.672=22.064mma2=CC2=132.683-59.736=72.947mma3=CC3=116-59.736=56.264mm（1）A1截面对其心轴Z1的惯性矩IZ1：图4.2 A1截面示意图根据惯性矩公式IZ1=Be13-bh3+ae233，其中B=182mm，b=174mm，e1=37.672mm，e2=105.328mm，h=33.672mm，a=8mmIZ1=Be13-bh3+ae233=18237.6723-17433.6723+8105.32833=411.615cm4（2）A2截面对其心轴Z2的惯性矩IZ2：IZ2=Ay2dA=5.225cm4（3）A3截面对其心轴Z3的惯性矩IZ3：IZ3=bh312=4183122=0.3888cm4由平行移轴公式，三截面对形心轴Z的惯性矩分别为：IZ1=IZ1+a12A1=Be13-bh3+ae233+a12A1=411.615+82.565=494.18cm4IZ2=IZ2+a22A2=5.225+213.872=219.097cm4IZ3=IZ3+a32A3=bh312+a32A3=0.3888+45.585=45.974cm4即可得举升机立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩IZ：IZ=IZ1+IZ2+IZ3=494.18+219.097+45.974=759.251cm44.1.1.3立柱静矩S的计算：静矩：指的是平面图形的面积A与其形心到某一坐标轴的距离的乘积，称为该平面图形对该坐标轴的静矩，一般用S来表示。（1）轮胎举升机立柱的整个截面的上半部分的静矩S1为：SA1=24（143-18-59.736）143-18-59.7362=17037.559mm3SA2=(182-142)72.947=29318.858mm3SA3=218456.264=8102.016mm3其中SA1、SA2、SA3分别为三截面各自对中性轴Z的静矩，即举升机立柱整个截面的上半部分的静矩S1为：S1=SA1+SA2+SA3=17037.559+29318.858+8102.016=54458.433mm3（2）轮胎举升机立柱的整个截面的下半部分的静矩S2为：S=2459.73659.7362=14273.559mm3S=174459.7362=40184.256mm3S2=S+S=14273.559+40184.256=54457.815mm3表2 主立柱截面特性参数类型截面形心C的在Y轴上的位置YC惯性矩IZ截面上半部分静矩S1截面下半部分静矩S2数值59.736mm759.251cm454458.433mm354457.815mm34.1.2 主立柱的强度分析与验算4.1.2.1 滑台部件受力情况分析在计算之前，先确定托臂的长度，下表为常见轮胎型号及胎宽：表3 常见轮胎型号型号品牌胎宽（mm）扁平率（%）轮毂直径（英寸）165/70 R14玲珑/佳通1657014155/65 R13佳通/韩泰1556513185/60 R15普利司通1856015175/65 R14固特异1756514175/65 R14普利司通1756514195/65 R15固特异/韩泰1956515205/60 R16普利司通2056016195/55 R15米其林/固特异1955515205/60 R15韩泰/锦湖2056015205/55 R16韩泰2055516235/60 R16佳通2356016245/70 R16普利司通2457016225/70 R16韩泰2257016根据（表3）所述可总结得，胎宽在165至245mm直径，为了避免立柱与汽车发生碰撞，所以托臂的长度要比胎宽大，最后决定将托臂的长度设定为320mm。轮胎举升机在工作的时候，其托臂将轮胎举升到一定高度之后进行锁定，举升机的直接承载处位于托臂的端部，所以应该先对滑台部件进行受力分析（如图4.3滑台部件受力情况示意图：）图4.3 滑台部件受力情况示意图滑台部件自身重量的近似估算如下：滑台组合件尺寸：采用Q235，壁厚4mm，高300mm滑台近似体积：VHT=1010309.29.230=460.8cm3托臂尺寸：采用Q235，长320mm，半径17mm托臂近似体积：VTB=3.141.71.7322=580.774cm3钢材比重选用：7.85t/m3（kg/dm3， g/cm3）所以，滑台部件、托臂的重量为：GHT=460.87.859.8=3.617kg9.8N/kg=35.4466NGTB=580.7747.859.8=4.559kg9.8N/kg=44.679N讲滑台、托臂一起考虑G1=GHT+GTB=35.4466+44.679=80.1256N图4.3中，托臂受到的最大载荷为65kg，再加上自重，则托臂端部受力为73.176kg，F1和F2是立柱通过滑轮给与的反作用力，FBX和FBY为保险支承板给予的支撑力，B处为支撑点，假定自重全部集中于负载的地方，则：MB=0 F1250F255=73.176465MC=0 F1195+FBX55=73.176465X=0 F1=F2+FBXY=0 FBY=73.176由式得，FBX=F1F2，代入式得：F1195+55（F1F2）=73.176465假定F1=F2，FBX=0 F1=174.50kg9.8N/kg=1710.1N则由式得：F2=174.50kg9.8N/kg=1710.1N FBY=73.176kg9.8N/kg=717.1248N综上所述，在考虑滑台部件中滑台和托臂的总自重时，假定自重全部集中于负载处，近似估算其值得8.176kg。而托臂受到的最大载荷是65kg，再加上滑台部件的自重，得到托臂端部的受力大小为73.176kg，F1和F2是立柱通过滑轮给予的反作用力，F1=F2，FBX和FBY为保险支承板给予的支承力，B处为支承点的位置，则：F1=F2=1710.1N，FBX=0，FBY=717.1248N。4.1.2.2 举升机主立柱受力情况分析主力柱受力情况（如图4.4所示），F1和F2为滑台通过滑轮作用在轮胎举升机立柱上的作用力（图4.4所示为最高的位置），FBX及FBY为滑台作用在立柱上的支承力（压力），FHX、FHY和MH为底部支座反力和力矩，经计算得：MH=0，MH+F21785F1(1758+195)+ FBY(59.73612)=0Y=0， FBYFHY=0FHX=0， FHY=FBY=717.1248NMH=F1195FBY（59.73612）=299236.831Nmm图4.4 轮胎举升机主立柱受力情况示意图4.1.2.3 轮胎举升机主力柱强度校核计算从图4.5可以看出，整个轮胎举升机立柱体相当于一个悬臂梁，所以可以画出立柱的剪力图和弯矩图。由F1引起的弯矩图和剪力图见图4.5：图4.5 主立柱上F1作用力及其弯矩图和剪力图l=2050mm b=1980mm a=70mmMmax=P(la)=1710.1(205070)=3385998NmmQmax=P=1710.1N由F2引起的弯矩图和剪力图如图4.6所示：图4.6 主立柱上F2作用力及其弯矩图和剪力图l=2050mm b=1785mm a=265mmMmax=P(la)= 1710.1(2050265)= 3052528.5NmmQmax=P=1710.1N由FBY产生的M引起的弯矩图如图4.7所示：图4.7 立柱上M的作用力和其弯矩图M=FBY（59.73612）=717.124847.736=34232.670NmmMmax=M=FBY（59.73612）=34232.670Nmm综上所诉，轮胎举升机立柱受力的合成弯矩图及合成剪力图如图4.8所示：图4.8 立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图从图4.8中可以得出：M=P（a1a2）=1710.1195=333469.5NmmMP=333469.534232.670=299236.83 Nmm在截面C处，剪力最大（QC=1710.1N），弯矩最大（MC=299236.83 Nmm），所以此处是危险截面，前面计算已经得到IZ=759.251cm4，抗弯截面模数为W=IZe2=759.25110.538+0.2=70.741cm3，截面上半部分静矩S=54.458cm3，宽b=182mm。以下进行强度校核：（1）校核正应力强度：max=MmaxW=MCW=29923.68370.741=423.034N/cm2=4.23MPa经过查找机械设计手册得：表4 Q235的屈服应力钢号钢板标准使用状态厚度mm常温强度指标MPa在下列温度（）下的许用应力MPaba20100150Q2359（A）GB912热轧34375235113113113GB23744.5163752351131131131640375235113113107由表4可知，举升机的工作温度在100以内，所以去许用应力：=113MPa。max 满足强度条件。（2）校核剪应力强度：因为举升机的安全要求较高，所以取安全系数K=8max=QmaxSIZb=1710.154.458759.25118.2=6.739N/cm2=0.067MPa材料选用Q235，其屈服强度为235MPa，而许用应力=屈服强度/安全系数因为举升机的安全要求较高，所以取安全系数K=8，所以许用应力：=29.375MPamax 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产生在离中心轴最远的边缘处，而最大剪应力max则产生在中心轴上，即使通过上面的校核可以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，其所受的正应力及剪应力都比较大，因此这里的主应力也比较大，有必要根据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：x=MyI=33346.95(7.295+0.2)759.251=329.187N/cm2=3.29MPax=QSIb=1710.154.458759.25118.2=6.739 N/cm2=0.07 MPay=-x由于点K处于复杂应力状态，立柱体材料采用的Q235A钢是塑性材料，所以可以采用第四强度理论（莫尔强度理论），将x、x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：j=2+32所以j=329.1872+36.7392=329.394 N/cm2=3.3MPa由表4可知，举升机的工作温度在100以内，所以去许用应力：=113MPa。即j按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。4.1.3 主力柱的刚度计算使用叠加法：（1）（往外弯）由F2引起的绕度：=xl，=al=2652050=0.129；=bl=17852050=0.871由F2引起的绕度：用式F2=Pb2l6EI(3)普通碳钢的弹性模量为196216GPa，在工程计算中，Q235弹性模量一般取200GPa。E=200GPa=20106 N/cm2fA2=Pb2l6EI(3)=1710.1178.52205（30.871）620106759.251=0.261cm（2）（往内弯）由F1引起的绕度：=xl，=al=702050=0.034；=bl=19802050=0.929fA1=Pb2l6EI(3)=1710.11982205（30.929）620106759.251=0.312cm（3）由M引起的绕度：fw=Ml22EI=3423.32052220106759.251=0.005cm （往外弯）实际往内弯的绕度fA=fA1+fA2+fw=0.3120.2610.005=0.046cmfA此值很小 主力柱的刚度满足设计要求4.2 托臂部分4.2.1托臂强度校核本设计的轮胎举升机的托臂为圆柱体，图4.9为托臂部件图以及受力分析：图4.9 托臂受力分析图Fx，Fy为立柱对托臂的反作用力，F为轮胎与托臂自重之和，假设受力集中于立柱的形心上。由上面的计算得出此托臂自重为2.2795kg，轮胎重量为65kg。此托臂承受一半的轮胎重量，所以F=（65/2+2.2795）9.8=340.8391N容易得出，Mmax=340.8391160=5453.43Ncm因为截面为矩形，所以其抗弯截面系数W=bh26=3203426=61.65cm3其静矩为：IZ=bh312=32034312=104.811cm4max=MmaxW=0.88MPa,其中=托臂的材料为Q235，考虑安全系数K=8，因为maxK，所以托臂满足设计要求。4.2.2 从托臂处考虑绕度情况托臂相当于一个悬臂梁，假设重量集中于端部，即端部受力P=340.8391M所以托臂的绕度为：f=Pl33EI=340.8391323320106104.811=0.002cm此数值相当小，所以托臂满足设计要求。5 气压系统5.1气压系统的优点（1）机器结构简单、轻便，便于安装维护，压力等级低，安全系数高。（2）工作介质是在地表随处可取的空气，不会污染环境。（3）空气的特性受温度影响小。（4）空气的粘度很小（约为液压油的万分之一），所以流动阻力小，便于集中供应以及远距离输送。（5）能容易地得到直线往复运动，并具有相当功率，速度变化范围广，一般汽缸的平均速度为50500mm/s，最低可到0.51mm/s，用于高压启动中可以达到100m/s。（6）工作环境适应性好，特别是在易燃、易爆、多尘埃、强磁场、强辐射、强振动等恶劣环境中，比液压、电子、电气的传动和控制更优越。5.2气压系统的设计要求1.工作循环图5.1 举升机的工作循环2.基本数据总举升能力：717.1248N举升行程：865mm，取标准行程900mm举升速度：1.125m/min3.基本要求1) 尽量减少能耗和系统发热2) 举升停位后锁定，停位安全可靠3) 举升平稳，快速5.3气压系统的设计5.3.1方案论证通过分析实际工况，举升机的举升、下降、停位均需要气压传动来完成。分析运动循环可以得出，本气压系统应该有启动加速，匀速上升，减速停止，匀速下降，几种基本情况。轮胎举升机举升时速度为1.125m/min，下降时结合实际工况出于安全考虑适当降低下降速度，暂取1m/min。根据已知条件，气压缸所受负载F包括三种类型，即：F=Fw+Ff+Fa式中Ff滑台摩擦阻力负载暂不考虑。Fw工作负载为717.1248NFa=Ggvt，上升阶段，式中t取0.2s，v按设计要求1.125m/min代入，得：Fa=Ggvt=717.12489.81.1250.260=6.645N下降阶段，式中t取0.2s，v按设计要求1m/min代入，得：Fa=Ggvt=717.12489.810.260=5.907N从上述计算结果得，各工作阶段所受的外负载如下表5所示：表5 各工作阶段所受的外负载工作循环外负载F(N)工作循环外负载F(N)启动加速F=Fw+Fa723.77启动加速F=Fw+Fa723.032匀速上升F=Fw717.125匀速下降F=Fw717.125减速停止F=Fw+Fa710.48减速停止F=Fw+Fa711.2185.3.2主要参数确定5.3.2.1气压缸的主要尺寸的确定（1）工作压力p的确定。工作压力p由负载大小（表6）初步选定气压缸的工作压力为0.6MPa。表6 按负载选择工作压力负载/KN551010202030305050工作压力/MPa0.811.522.5334455（2）计算气压缸内径D和活塞杆直径d。由负载表知最大负载F为723.77N，按表7可取p2=0.5 MPa，m=0.9。根据表8取d/D=0.55。根据：F1=4(p1-p2)D2+p2d2m，代数可得：723.77=40.6106-0.5106D2+0.51060.55D20.9D=0.064m，将液压缸内径圆整为标准系列（GB/T2348-1993）直径D=63mm，则d=34.65，根据标准系列（GB/T2348-1993），取d=36mm。表7 执行元件背压力系统类型背压力/MPa简单系统或轻载节流调速系统0.20.5带调速阀的系统0.40.6设置有背压阀的系统0.51.5表8 按工作压力选取d/D工作压力/MPa5.05.07.07.0d/D0.50.550.620.700.7（3）计算在各工作的阶段气压缸所需的流量q匀速上升=4D2v匀速上升=46321125=3.5L/minq匀速下降=4（D2-d2）v匀速下降=4（632-362）1000=2.1 L/min5.3.2.2气压泵的选择（1）确定气压泵的工作压力在前面的计算中，确定了气压缸的最大工作压力约为0.6MPa，选取进气管路压力损失p=5104Pa，其调整压力一般比系统最大工作压力大3104Pa，所以泵的工作压力pB=（0.6+0.05+0.03）MPa=0.68MPa（2）气压泵的流量已知匀速上升时的流量最大，其值为3.5L/min，最小流量在匀速下降时，其值为2.1 L/min。取泄露系数K=1.2，则qB=1.23.5=4.2 L/min（3）选择电机已知最大功率出现在匀速上升时，其数值为：P=p匀速上升q匀速上升B=0.60.05810-30.7=0.049W式中：B为泵的总效率，取0.7； p匀速上升为匀速上升时工作压力，p匀速上升=0.6MPa q匀速上升为匀速上升时所需流量，q匀速上升=3.5L/min=0.05810-3m3/s5.3.2.2气压系统原理图图5.2 气压系统工作原理图1空气压缩机，2直动型溢流阀，3平衡阀，4调速阀，5三位五通电磁阀，6气控单向阀，7双作用单杆活塞缸此气压系统设有一个双向锁紧回路。其工作原理为：当换向阀左位接入时，压缩气体经左边气控单向阀进入气压缸的左腔，同时通过控制口打开右边气控单向阀，使气压缸右腔的压缩气体可以通过右边气控单向阀及换向阀排到大气当中，活塞向右活动（即举升活动）。反之，则活塞向左活动（即下降活动）。活动到需要停留的位置时，使换向阀处于中位，因阀的中位为封闭机能，因而2个气控单向阀均关闭，活塞双向锁紧。使气压缸能在任何位置上停留，且停留后不会因外力作用而移动位置。此气压系统还设有一个调速阀，因为在4S里配备的空气压缩机一般工作压力会高于举升机所需工作压力，所以设计一个调速阀，以免举升速度过快造成安全隐患。此外调速阀能起到调速作用，可以适当调整举升速度。5.3.2.3选择气压元件根据系统的工作压力和通过阀的实际流量选择元件、辅件，其型号及参数如表8所示。表8 所选气压元件的型号序号元件名称型号生产厂家1溢流阀AR60KSMC2调速阀ASVSMC3三位五通电磁阀SY5320SMC4单向阀XZPC奉化市益源气动元件有限公司5.4气压缸活塞杆受压校核5.4.1液压缸活塞杆强度验算根据活塞杆只受压力的工作情况，强度验算的公式为：=FNA本设计活塞杆使用的材料为45钢，所以=120MPa因为=FNA=717.124840.0360.0363.14=704887.945Pa=0.705MPa=120MPa所以该活塞杆符合强度要求。5.4.2液压缸活塞杆稳定性校核截面惯性矩IZ：因为活塞杆截面为圆，所以使用公式IZ=d464=3.143.6464=8.24cm4面积A： A=d24=10.1736cm2惯性半径i： i=IZA=8.2410.1736=0.9cm当柔度li100时，按尤拉公式计算：n=2EIZPl式中n为安全系数，许用值为n1020 E为活塞杆材料弹性模数，钢的E=（22.2）107 N/cm2，取E=2107 N/cm2 P为最大活塞力（N），设计中活塞承重P=717.1248N l为活塞杆长度，l=90cm即n=2EIZPl=3.143.1421078.24717.124890=251761020所以，活塞杆符合稳定性要求。6结论本文首先对所设计的轮胎举升机进行了简单的阐述，介绍了其结构特点，对轮胎举升机机作初步的介绍。然后结合前人设计的举升机的各种结构，按照自己所要设计的轮胎举升机的要求进行了结构方面的设计。本设计的轮胎举升机是采用以气压驱动、气压缸为举升装置的轮胎举升机。气压驱动时由4S店内气体压缩机和所设计的气压系统组合而成。整个举升机的外型是单柱式的，举升机底部设有4个轮子，以便举升机的移动。保险装置方面采用电磁铁安全锁将立柱内的滑台固定住，以及通过两个单向阀关闭，对气压缸作双向锁紧的两种保险装置，从而起到保护的作用。总结这次轮胎举升机的设计，大体可以归纳为以下几点：（1）通过网上找寻资料以及到4S店参观，从而了解熟悉轮胎举升机的外形以及功能特点、使用要求等。在对轮胎举升机有一定的了解后，将市面上各类举升机的装配结构进行对比，最终确定本设计的轮胎举升机的设计方案。（2）在确定设计方案之后，便进行轮胎举升机的结构设计。在设计过程中通过借鉴其他形式的举升机的结构特点，再结合自己所学知识和设计思路，最终将本设计的轮胎举升机设计成由举升机构、支柱、支撑机构、平衡机构、保险机构等组合而成。（3）由于轮胎举升机是将轮胎举升到一定的高度，然后将轮胎装配到汽车上，或者是将已经举升了的汽车所拆卸下来的轮胎下降到地面。因此，在工作的情况下，需要承受一定的载荷。所以在本文中，对立柱，托臂，活塞杆等主要机构进行了刚度、强度进行了验算，以保证举升机有足够的安全性。（4）气压系统的设计中，对气压缸和活塞杆进行了设计，并去活塞杆的刚度以及稳定性进行了校核。参考文献1孔红梅.液压举升机同步系统J.液压系统与密封，2000，（1）:20-23.2刘敏杰.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