[CAD图纸全套]基于ANSYS的框架式汽车大梁校正仪设计

黑龙江工程学院本科生毕业设计 目 录 第 1 章 绪论 . 1 题背景，研究目的及意义 . 1 内外研究现状 . 1 梁校正仪的发展历史 . 1 内 外研究状况及结果 . 2 究内容 及研究方法 . 2 究内容 . 2 究方法 . 3 第 2 章 校正仪的整体结构设计 . 4 述框架式汽车大梁校正仪工作原理 . 4 升机构主要结构确定 . 4 升机构整体结构形式及基本组成 . 4 升机构各零部件安装位置及润滑 . 5 升平台及定位夹具主要结构确定 . 5 升平台整体结构形式及基本组成 . 5 位夹具整体结构形式及基本组成 . 6 塔的主要结构确定 . 6 塔横梁处整体结构形式及基本组成 . 6 塔柱的结构形式及基本组成 . 7 它附件 . 7 定框架式大梁校正仪各结构尺寸及材料 . 7 立待修汽车基本参数模型 . 8 正仪底部结构部分主要尺寸及材料的确定 . 8 正仪中间结构部分尺寸及材料的确定 . 8 正仪上部 平台结构尺寸及材料的确定 . 9 位夹具的尺寸及材料的确定 . 11 塔组件的尺寸及材料的确定 . 12 凳及斜坡板凳的尺寸确定 . 13 备各部件质量的估算及设计举升质量 . 13 算拉塔组件的质量 . 14 算平台上设备的质量 . 14 算平台中部的质量 . 14 算底板处的质量 . 15 际设计举升质量 . 15 章小结 . 15 第 3 章 校正仪的力学分析及校核 . 16 铰接剪刀式举升机构的力学模型 . 16 升机构力学模型建立与分析 . 16 升机构主要关系参数的确定 . 17 压机构力的分析与计算 . 17 定载荷与液压缸推力的关系 . 17 算液压缸的推力 . 18 升机构的力学分析与计算 . 19 升机最低状态时，各臂受力情况 . 19 升机举升到最高位置时，各臂受力情况 . 20 位夹具及拉塔的力学分析与计算 . 22 位夹具的受力分析 . 22 塔的受力分析 . 22 要零部件的强度校核 . 23 升臂 强度校核 . 23 升臂 强度校核 . 25 压缸上端支承轴的强度校核 . 27 接举升臂销轴的强度校核 . 27 台内横梁的强度校核 . 28 位夹具的强度校核 . 29 位夹具支撑横梁的强度校核 . 30 塔的强度校核 . 31 塔处液压缸支撑销轴的强度校核 . 32 章小结 . 33 第 4 章 校正仪 液压系统的选择与计算 . 34 压系统的选择 . 34 压系统的介绍 . 34 压系统的选型 . 34 压系统的计算 . 35 升处液压缸行程的计算 . 35 升处液压系统工作压力的计算 . 36 于拉塔处液压系统的相关选择 . 36 章小结 . 36 第 5 章 校正仪三维建模与整机装配 . 37 件简介 . 37 用 . 38 坐板的建立 . 38 升臂 建立 . 39 压缸支承轴的建立 . 39 平台的建立 . 40 具的建立 . 40 塔柱的建立 . 42 机装配 . 42 配功能概述 . 43 配的 件图 . 43 机装配图及爆炸图 . 48 章小结 . 50 第 6 章 校正仪 主要零部件有限元分析 . 51 限元分析软件介绍 . 51 口的建立 . 51 用 . 52 位夹具卡钳的有限元分析 . 52 压缸支撑轴的有限元分析 . 56 升臂的有限元分析 . 59 塔柱的有限元分析 . 62 章小结 . 65 结论 . 66 参考文献 . 67 致谢 . 68 附录 A . 69 附录 B . 72 附录 C . 73 附录 D . 74 1 买文档送全套 纸，扣扣 414951605 2 3 4 绪 论 择背景、研究目的及意义 随着汽车市场的不断发展与壮大，与之相协调的汽车维修行业也迅速发展起来。目前在汽车事故中对大梁及钣金的修复十分常见。而随着对售后服务的要求的不断提升，也为了更好的发展企业，各维修厂家已经开始了激烈的服务竞争。汽车大梁校正仪是在因交通事故碰撞所致车身损坏，以 及大梁变形等的技术数据恢复中重要的维修设备。在以往的事故后维修时，很多企业选择了更换零部件，但是这样往往会增加客户的损失及保险公司的负担。汽车大梁校正仪的出现避免了高额的更换费用，这样既减少了顾客的损失，也可促进制造设备企业市场的发展。利用大梁校正仪专业设备方可保证对汽车大梁的维修的质量水平。然而对于在维修中为了保证汽车安全的定位，方便的使用，高维修水平等众多关键要素，必须设计质量及安全可靠的设备。因此，为了满足维修企业对占地空间的要求及保证维修质量。对框架式汽车大梁校正仪进行深入研发将对我国在这一领域发展 有实质性的意义。本课题基于计算机仿真平台，应用 域比较领先的设计软件 行二维草图绘制，使用了当前先进的三维设计软件 行三维建模及整机装配，在产品投入生产之前运用 件进行质量分析，5 发现并更改设计中的缺陷，完善设计方案，减少产品开发周期，提高研发的质量和效率，为此设备的生产实际提供一些有价值的理论支持。 内外研究现状 梁校正仪的发展历史 汽车大梁校正仪的发展已经有了将近 30 年的历史。它的出现主要是基于剪式汽车举升机的框架的改装。由于举 升机历史较长，技术较成熟，所以在 80 年代期间，美国及欧洲就率先通过对剪式举升机的改造而研发出框架式大梁校正仪。九十年代欧洲通过出口到中国市场逐渐把它的产品推向亚洲地区。 90 年代中期，在我国山东地区逐渐出现了很多此类设备制造企业，目前在国内市场发展史已经是标新立异。经过几十年的发展，剪式举升机及一些定位夹具已经更新了很多代，框架式汽车大梁校正仪至今也经历了许多变化与改进。目前欧美已经将其产品出口至全世界，我国山东地区少数企业也已经打破传统局面，将设备出口至芬兰等北欧国家。而框架式大梁校正仪 使用方便， 占地 空间较 小 ， 也 受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎 。 内外研究状况及成果 框架式汽车大梁校正仪目前是市场上主流的产品之一。欧洲及美国目前在这方面的技术处于领先地位，并且不断的主导市场的发展方向。所以市面上此产品主要由欧洲及美国设计制造，他们已经在精确恢复技术方面取得了很大成就。在这其中美式大梁校正仪凭借价格优势及外观而市场占有率较高，但随着维修质量要求的提高，夹具设备的不断升级，欧式凭借其功能的强大，操作灵活及占地面积小等优势逐渐在市场上走俏。但由于进口设备的高价格及售后服务不方便等因素，仍然只是少数大 型维修企业及汽车 490 年代末，在我国山东地区出现了一些制造汽车大梁校正仪的中小型企业。由于起步较晚，所以目前多数企业是借鉴国外的先进技术。随着时间的推移，目前市场上自主的品牌已经逐渐成熟起来，并且在不断地扩大销售网络于全国，基本在各大省会城市均有销售代理，且价格范围较广，多数在 3元左右。但质量水平，技术创新 性等方面与进口品牌还有一定的差距，而且产品类型主要以平台式为主。但是自主品牌却已经出口至欧洲及非洲。由此可见目前中国汽车维修设备市场对框架式汽车大梁校正仪的需求将会不断上升。目前 框架式汽车大梁校正仪主要有以下功能特点：（ 1）能实现单拉臂可多角度拉伸，同时能对事故车进行 360遥控拉伸；（ 2）定位系统是模块式，能具有高通用性；（ 3）定位夹具高度可调，能方便上下车辆的准确定位；（ 4）配备举升平台和上车导板，移动支架，电脑底盘测量系统等附属件。随着市场的发展，提高汽车大梁校正仪的高水平技术与整体制造水平是在市场上获得良好口碑的关键要素。 究内容及研究方法 6 究内容 （ 1）分析框架式汽车大梁校正仪的结构形式及工作原理，根据以下参数： 最大举升高度 1060作台长度 2300工作台高度 230工作台宽度 950降到最低点 为 230拉塔工作范围 360度 ， 液压系统最大工作压力 16气源压力要求 拉塔牵引最大拉力 70完成方案设计及质量校核计算。利用 后 将关键零部件模型通过专用模型数据转换接口导入 获得校正仪在载荷工况作用下的应力、应变及变形状，然后用 拟装配。 （ 2） 拟解决的主要问题 1）框架式汽车大梁 校正仪总体方案设计； 2）利用 3）利用 4）利用 件对关键零部件进行有限元分析； 5） 拟装配。 究流程如图 示。 7 图 第 2 章 校正仪整体结构设计 架式汽车大梁校正仪工作原理 框架式汽车大梁校正仪是基于举升机基础上附加 定位夹具，拉塔等装配成的。汽车通过斜坡式方凳驶上一定高度后，通过可调位置的夹具夹紧不同的汽车裙边后定位汽车。然后驱动液压系统通过支撑横轴推举汽车至一定高度，此时因为大梁受损的部位不同，需要调整拉塔的方向。拉塔是通过卡钳卡在平台上的，因此可实现 360范围工作。拉塔定位后把拉链一端的钩子钩在受损部位，8 子实现拉伸大梁的作用。 升机构主要结构确定 升机构整体结构形式及基本组成 本课题设计的内容主要是基于小型剪刀式举升机的结构设计，剪刀式举升机的市场较成熟 ，类型也很丰富。按照剪刀的大小分为 大剪 式举升机（又叫 子母式）， 还有 小剪（单剪）举升机 ；按照驱动形式又可分为机械式、电控液压式、气液驱动式；按照安装形式又可以分为藏地安装，地面安装。因为此次设计所要举升的重量为 2t 以下的乘用车，所以采用双铰接剪叉式液压驱动举升机就完全符合设计理念。为了适合大小维修企业，对地基没有过多要求，采用平板直接放在地面安装即可。整体结构形式草图如图 图 上平台 举升臂 液压系统 滑道角钢 底座 固定铰支座 从整体结构来看，双铰接剪叉式举升机由举升臂、滑动装置，上下平台，电控液压系统四大部分组成。在达到举升高度时， 由于选择的液压系统中活塞杆的行程要大于实际举升所需行程，所以必须在滑道处加以挡块来限制其举升高度。由于本次设计采用斜坡式方凳来使汽车上升到举升位置，再加之利用安全性较高的电控液压系统来控制，所以避免了另加液压缸自锁装置，即节省成本有保证安全操作。双铰接式举升机有两组完全相同的举升臂机构，分别放于左右两侧滑轮之间。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动两侧 举升臂同时上升、下降、锁止。 举升机一侧上下端为焊接在横梁及底板上的固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮在角钢内滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。液压缸通过举升横向支承轴来举升整个平台，举升臂以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，9 使举升机上升下降，当达到适当的举升位置时，利用电控台及挡块锁止。剪刀式举升机操作方便，结构简单且易于维修，占地面积小 ，适用于大多数轿车的维修，且安全可靠。 升机构各零部件安装位置及润滑 举升臂一侧底端通过焊接在底板上的固定支座及上部横梁上的绞 支座来固定，底板是一块中间去除材料的矩形钢板，绞支座通过销轴固定举升臂，在连接处个留有间隙以便润滑及减少摩擦。另一侧通过与举升臂焊接的短轴套进滚针轴承来实现滚动，并且在滑道加厚板及不等边角钢上涂有脂润滑剂。每侧两个举升臂通过销轴连接，为减少剪应力的作用，在举升臂连接处焊有钢板，其中摩擦处都要油脂润滑。液压缸底部固定在底板的固定支座上，活塞杆作用在上端支撑轴上，活塞杆由三个套筒来固定位置，并留有一定的间隙。为了在聚生过程中更加稳定，每侧整个举升臂安装位置均在同一水平平面内，且在两侧举升臂之间焊有横向稳定板。整 个装置虽然要求装配精度不高，但是各铰接处均有一定的摩擦，所以必须采用润滑脂润滑。 升平台及定位夹具主要结构确定 升平台整体结构形式及基本组成 举升平台主要由一个弯成方形的钢板和焊在内部的槽型钢组成。在两侧分别有一对卡钳及托盘卡在钢板上。在平台中间则通过方管横梁来稳定，且在横梁上焊有固定绞支座。在平台内壁槽钢上焊有槽型钢滑道，两侧对称焊接。在卡钳的侧面上各焊接一个方管，作为举升梁和夹具支撑。如图 外横梁 托盘 横梁卡钳 位夹具整体结构形式及基本组成 夹具是用来支撑整个汽车的关键零部件，通过四个卡钳分别卡住汽车的裙边。其中为了满足不同汽车的车宽及裙边的后度差异，需要把其中一个卡钳设计为可移动式。两个卡钳由螺栓连接。卡钳固定在一个方形钢板上，钢板下端焊接有一个圆柱体，圆柱放在一个粗型螺栓内，螺栓可以通过伸缩来控制夹具的高度，以适应不同的车高。夹具底端通过方形钢板焊接在一个方管上，方管套在另一个方管上，这样可以实现左右灵活移动。结构如图 10 图 具组件主要结构形式 卡钳 连接螺栓 夹具螺栓柱 夹具支撑柱 加强筋 滑动套管 塔的主要结构确定 塔横梁处整体结构形式及基本组成 拉塔横梁是用来支撑拉塔柱和液压系统的关键部件。靠近平台一端的固定是靠一个卡钳与托盘掐在平台钢板上，其中为了满足拉塔的可旋转性，在横梁一端平板上开有三个销轴孔。液压缸支承座焊接在横梁上，且留有一定的间隙，同时需要脂润滑减少摩擦。横梁的另一端是 连接拉塔柱的两块钢板。如图 图 梁组件主要结构形式 拉塔柱夹板 拉塔横梁 固定铰支座 活动插销 固定插销 托盘 支撑立板 卡钳 上平台 塔柱的结构形式及基本组成 拉塔柱是整个大梁校正仪的关键所在，液压活塞杆通过推拉塔柱上的销轴来驱动拉塔，拉塔往后倾同时拉动了挂在拉塔柱上的铁链，铁链一头通过钩子来拉大梁。拉塔柱由方管构成，其竖向焊有方块用来挂住铁链。这个结构较为简 单，但是每个衔接处及销轴连接处都需要脂润滑。结构如图 11 图 挡块 拉塔立柱 拉链 夹板 液压系统 它附件 除了上述主要结构外，在汽车准备进入维修阶段时候，我们还需要将其举升至一定的高度，以便举升机将其举升。因此需要几个长条方凳及 一对斜坡式方凳，将汽车开上去之后方可进行下一步。方凳结构简单，均为钢板与方管焊接而成（如图 其他拉链及钩子均为选购件，满足使用强度即可，这里不做详细的介绍了。 图 定框架式大梁校正仪各结构尺寸及材料 立待修汽车基本参数模型 为了尽量满足市场常见车型的维修，本设计首先建立了一个常见乘用车车模型。根据表 参数信息表 2.1 12 本设计会根据吉利轿车和大众轿车的车身信息确定框架式大梁校正仪相关配合的尺寸适用范围。 参数信息表 技术数据 数值 单位 工作台长 /宽 2300/950 升高 度范围 2301060 塔工作范围 360 正仪底部结构部分主要尺寸及材料的确定 （ 1）经实地参考测量及表 1480920为 12料为 了节省材料，中间去除部分材料。如图 图 上图 ：此说明书中所有图中尺寸均代表实际尺寸，单位 （ 2）在底板一端焊有支座及轴承滑道，因举升装置中举升臂一端需要固定在绞支座上，而另一端为 滑动装置，为了使举升臂尺寸相同，需保证其各端处于同一高度。参考举升机的绞支座确定其主要尺寸：高 80 60 15材料为 销轴处孔直径为 30考销轴规格），销轴长取 78压缸处销轴长度 100心孔距车型 捷达先锋 吉利帝豪 身长 /宽 /高（ 4415/1674/1415 4635/1789/1470 前 /后轮距 1429/1422 1502/1492 轴距 2602 2650 车重 1114 1310 最小离地间隙 137 167 13 底板 55片采用 848料为标准 35钢（以下销轴材料均同）。加厚滑道厚度 25面焊有角钢，其安装位置由内侧举升臂及焊接在举升臂上的短轴来确定。 正仪中间结构部分尺寸及材料的确定 （ 1）首先设定举升到最大高度时，两举升 臂夹角为 90。举升臂上支点设定在上平台中心线的位置，上平台高度钢板取 90板厚度取 12此计算举升臂的长度L=（ 1060 =里取 L=1420度取 70度取 18料为 45 钢。其中安装举升臂的绞支座距离取 257合间隙）。 每两个交叉的举升臂连接处之间各焊接一个长 160 70 18加厚板。在中间处均开有直径为 30于穿插销轴。销轴的尺寸参照 d=30，长为 100中 两个内侧的举升臂还需要有与液压缸配合的孔，孔径即需要穿插的液压缸支承轴轴径，初选 D=40料为 40片及开口销采用国标值，销轴长度在后面小节计算。 （ 2）举升臂内侧稳定横梁焊接钢板长度等于两侧举升臂距离。宽 45 10料为 45钢。焊接位置距离举升臂端部取 110 （ 3）两个液压缸的活塞杆据离内侧举升臂为 120塞杆顶部套管与横轴装配处有两个长 85径 40套筒，和一个长 265径 40压缸底部安装位置跟上部对应相同。 正仪上部平台结构尺寸及材料的确定 （ 1）举升平台是整个平台的基础，为了满足拉塔在 360度内均可工作，需要设计一定的转角，如图 图 内横梁 槽型钢滑道 内贴槽型钢 由技术参数可知平台长度 2300 950里高度取 90度 20板材料使用 角后尺寸如上图 台钢板的内部焊接有热轧槽型钢，槽型钢的型号采用五号，其具体尺寸参照 707各段长度以完全焊接在钢板的内壁上为准，。 （ 2）举升平台内部横向需要稳定及安装绞支座和滑道，所以焊接两个长 14 管，由 3094择高 50 70。安装位置因上部槽型钢滑道的影响，两个横梁采用非对称安装方式（见图 （ 3）内壁焊接滑道槽型钢由 707选，高 63 40 因举升位置最低点高 230以求得在最低点时举升臂与地面的夹角： a r c s i n = 2 3 0 - 9 0 2 - 1 2 1 4 2 0a 解得 =7。因举升最大高度时夹角为 90。所以1420* 1420*=里取 525为槽型钢滑道长度。其安装位置由举升最大高度时上端绞支座的位置确定。 （ 4） 在举升汽车时我们需要在平台上安装举升支撑臂来支撑起裙边，举升臂与平台的连接需要必须满足随汽车的不同的轴距而移动。所以需要用卡钳及托盘连接来二者。卡钳及卡盘卡在高 90平台钢板上安装，并且卡钳及托盘顶端恰好接触高 50二者材料均选 45钢。其具体结构尺寸如图 图 钳及卡盘主要结构及尺寸 卡钳宽度取与横梁方管的宽度相同，横梁方管参照标准规格表取厚度 6 70盘宽度 130销长 100料为 45 钢。卡盘立柱中心位置据卡钳表面 25 （ 5） 举升臂的移动是通过焊接在一端侧面的短轴来插入滚针轴承内孔中来实现的，为了限定滚针轴承的轴向位置，采用阶梯轴，其在滑道方向的限制通过焊接一个铁块即可，其结构简单，尺寸没有严格规定，阶梯轴尺寸见图 35 和 25，其一端与焊 接在平台内壁的槽型钢有 5 15 图 升臂及轴的结构尺寸 通过上图尺寸 L=60以确定两侧举升臂的间距，因此底端支座间距，液压支撑轴尺寸也可确定。取液压缸支承轴长度为 L=635片及销轴端面尺寸由 40 确定其标准值。滚针轴承型号参照厂家实际可提供的型号为 308径 25径 45 30先选购耐磨的材料。 （ 6）上部横梁处支座尺寸：高度 75 45 15料为 装位置以根据上 平台举升臂安装尺寸确定。两个支座距离与下部绞支座相同。 位