钢板弹簧总成拆装小车.doc

钢板弹簧总成拆装小车设计王玉进摘要钢板弹簧总成拆装小车是一种方便拆装汽车钢板弹簧的工具，在汽车维修领域有着重要的地位。目前正向着轻便化、科技化方向发展，而这款钢板弹簧总成拆装小车用SolidWorks三维软件设计，模拟装配的全过程，验证了设计的合理性。它以钢架结构为主体，以液压系统为动力。在液压系统中简化系统部件，将系统部件融合到钢架结构中，使设计具有整体性，结构紧凑，维护方便；钢架为前后双支撑结构，运动灵活，操作便捷，都符合了汽车维修工具所具备的特点。社会实用性极大。关键词：钢板弹簧总成拆装小车 拆装工具 液压系统 汽车维修前言随着社会的进步发展，汽车越来越被人们所青睐，汽车服务行业也随之增加，为提高维修效率与服务质量 ，汽车维修工具的发展可谓节节升高，人们越来越重视利用工具来提高效率。然而在诸多的维修工具中专门化和具体化的工具却少之又少，在观摩了维修服务场所的维修过程中发现汽车底盘部分零件的维修比较困难，往往是人工爬到车底维修，而钢板弹簧却需要人力来运送，既费力又费时。为此需要研究一种简便实用的汽车钢板弹簧维修与运送工具，钢板弹簧总成拆装小车却实现了此要求。此款钢板弹簧总成拆装小车，是为维修汽车钢板弹簧而专门设计的产品，它主要解决的是拆装钢板弹簧时的支撑及运送，以此解决维修的费时费力问题。在设计中本着轻便简洁的原则，尽量将各部分融为一体，使系统简单易用。在已有的设计中往往没有体现，大都设计的较为复杂，设计中各部分都是独立且元件较多，没有很好的体现设计的整体性。设计中问题存在两难点：一是钢板弹簧总成拆装小车如何在动力源的作用下升降；二是液压系统的设计和怎样将液压元件整合到钢板弹簧总成拆装小车车身上。这两个问题也是需在本设计中着重解决的问题，在升降问题解决中主要利用了静力学基础知识，利用已知升降高度和额定载重通过平面力系计算以此来确定钢板弹簧总成拆装小车液压缸及液压泵的额定数据。本设计中升降支架利用三角结构，通过力偶与力矩的关系来确定最终外形，通过参照其它升降机构，最终来设计出升降系统；而液压系统利用液压千斤顶的原理，将系统的各辅助元件利用最简单的形式整合到一起，使整个系统利用的辅助元件最少且简洁紧凑。在液压系统的设计上，柱塞泵的流量控制采用手压式，以此确定最终的额定托举重量。在这两个问题解决中遇到较大困难，设计中参考大量文献，利用SolidWorks三维设计软件进行设计，确保每个零件的合理性和准确度。对每个地方需要什么样的零件和机构，通过查阅资料和SolidWorks实践来最终确定，从而来保证整体效果较的理想程度，最终设计出此套机构与系统。钢板弹簧总成拆装小车的设计，解决了汽车维修的很多不便，运动灵活，操作便捷的特点提高了维修效率，在实际中也受到汽车服务机构与维修商的认可。它的最终成型定会为汽车维修服务提供方便。一、钢板弹簧总成拆装小车介绍钢板弹簧总成拆装小车是为方便拆装汽车钢板弹簧而设计的一款专用工具，外形为小车形式，底部有小轮，方便钢板弹簧总成拆装小车的移动，上部为车架主要其支撑重物和自身重量的作用，还有升降机构、夹紧机构、动力系统、辅助部分组成。能实现对钢板弹簧的夹紧、升降、移动等作用。钢板弹簧拆装托车适用于各种汽车车型，客货车通用。使用时将钢板弹簧总成拆装小车推到您要拆换钢板弹簧的车下，到达钢板弹簧位置利用钢板弹簧总成拆装小车夹紧机构卡好钢板弹簧，然后把钢板弹簧从车上拆下，随手把钢板弹簧总成拆装小车推到拆除装工作场地。安装时可把装好的钢板弹簧总成推到要更换钢板的车前，将钢板总成装在车上夹紧后推入车底安装钢板弹簧的位置安装即可。这种工具能充分发挥体积小方，便灵活的特点。从而消除了维修者进入车底空间狭小维修的不方便性，也节省了维修者的体力。它操作方便，可随车携带，适合司机自己维修时使用。在当今汽车高速发展阶段，更吸引眼球的为汽车维修服务行业，而汽车维修工具不仅便于用户的使用，也在无形中提高了服务的质量。因它们的出世带动了维修工具制造产业的发展，也同时满足人们的需求，就在供与求之间，人们无形中越来越离不开这种工具带给我们的方便。在不断接受的同时，钢板弹簧总成拆装小车的设计也在不断的进行！图1.1 钢板弹簧总成拆装小车外观二、设计方案的拟定及说明经市场调查，目前大部分的钢板弹簧总成拆装小车为多系统独立工作结构，为设计具有创新性，此设计采用系统协作方法设计，主要分四大块：支承升降机构、车架部分、液压系统、辅助机构及其总成。在工作时，由辅助机构确定钢板弹簧总成拆装小车的工作位置，由支承机构部件夹紧钢板弹簧，定位部分由升降机构和液压系统同时完成。辅助机构主要负责整个钢板弹簧总成拆装小车的承重以及移动等。在钢板弹簧总成拆装小车设计过程中着重体现出液压系统工作原理及钢板弹簧总成拆装小车升降过程中参与部件的运动和受力。三、车架部分车架部分主要由支撑横梁组成，它是支撑其他零件的基础，既承受整个车子的重量，又承受着整个工作载荷，更为升降机构准确定位提供支撑作用，使液压压力由此部分传递到托重部分。图3.1 车架纵梁车架底部有四个16的孔，分别为底部车轮的安装孔，中间两孔为液压杆的固定孔和升降臂的固定孔。大小为16.5与两件配合为间隙配合。最上方的20的孔为液压缸的销孔，主要是固定液压系统。四、支撑升降部分产品要求其机械系统的各部件及运动机构必须得到安全支承，而托重部分与升降机构是准确完成其特定方向运动必要系统，此系统一般由托重夹紧部分，升降机构组成，它既起支承作用，承受钢板弹簧和其他零件的重量及保持在其上的相对运动，又起升降作用，准确定位，确保钢板弹簧与被安装车辆的相对位置，因此，支撑升降部分是设备中十分重要的部分。（一）升降机构根据设计的要求，钢板弹簧总成拆装小车的总高度为760mm，起升降作用的零件为升降臂，其他零件为固定高度，固定尺寸的总高度为300mm，升降臂的实际升降高度为460mm。如图为升降臂运动简图。选取液压系统为升降动力。AB为液压缸为伸缩时的长度，AO是液压缸的固定点距升降臂固定点的距离，BO为升降臂短杆的长度，BC为升降臂长杆的长度，选取OBC为95.0根据计算升降臂要上升460mm，既C到C的垂直距离为460mm，因此液压缸实际伸缩距离为80mm。图4.1 升降臂运动简图 下图为升降臂的二维图，它主要与车架纵梁配合将底端固定在车架纵梁上，液压系统的作用点为中间孔，当受到液压压力时升降臂围绕固定点转动，完成升降臂长杆倾斜从而提升高度。它是两块厚为10mm的板件焊接而成，在升降中一起受力。此外还与钢板弹簧总成拆装小车的额定载重有密切关系，在额定受力的计算中将著重介绍升降臂的受力。图4.2 升降臂（二）托重部分托重部分为钢板弹簧总成拆装小车的负载主要承受点，它是负载的定位夹紧的关键部件。外形如图4.3所示：图4.3 托重加紧部分外形图 托重部分主要与连接板和升降臂相连，托架为主要构件，它与螺杆丝杠配合使托重部分与夹紧机构共同旋转一定角度，此角度可随螺杆丝杠的螺纹长度调节。上部框架结构为钢板弹簧夹紧机构，两侧扣勾可以在未夹紧的情况下打开，之后可放入钢板弹簧，随即扣合扣勾，转动转杆，靠丝杠将力传动到压块，在丝杠自锁的条件下完成夹紧。上部夹紧机构与托架之间有轴向推力球轴承连接，可实现夹紧机构的360旋转。五、液压系统 （一）液压系统的设计及计算 1负载分析钢板弹簧为汽车减震的主要部件，大部分重量在30Kg以下，约合300N以下。图5.1 负载与高度关系图由其负载与升降臂受力分析如图5.1，液压系统随升降高度的增加相应的受力将减小，由此判定，再设计是可考虑极限位置的受力分析。具体计算见参数及系统图的拟定。 2参数及系统图的拟定图5.2 升降臂受力示意图由升降臂受力示意图5.2可知， G为升降臂上方托架部分自重，为45#钢重约为20N，T为钢板弹簧总成拆装小车的最大载荷，既钢板弹簧的最大载重，为保证其安全运行选取额定载荷为300N。根据升降臂本身特点负载特性，当液压缸的作用力与升降臂长杆之间的夹角为45时负载的作用力较大且作用点距B点350mm处。由力偶力矩关系得：350(T-G)+20Fsin45=0F= -7000N为保证人机安全，根据安全系数设计液压缸最大负载量F=10000N。 综上分析，从提高系统效率，节省能量的角度来看，采用柱塞泵作为供油器件较为合适，宜选用较为简便的手动式单杠柱塞泵。如图5.3所示：5.3 液压系统图1-油箱；2-过滤器；3-液压泵；4-单向阀；5-液压缸；6-手动换向阀3液压元件的设计计算（1）柱塞泵 柱塞泵是靠柱塞在缸体中作往复运动造成密封容积的变化来实现吸油与压油的液压泵。与齿轮泵和叶片泵相比，这种泵有许多优点：l 构成密封容积的零件为圆柱形的柱塞泵和缸孔，加工方便，可得到较高 的配合精度，密封性好，在高压下工作仍有较高的容积效率。l 只需改变柱塞的工作行程就能改变流量，易于实现变量。l 柱塞泵主要零件均受压应力，材料强度性能可以充分利用。钢板弹簧总成拆装小车根据工作需要及自身特点，可以选用单缸式轴向柱塞泵，采用手动将机械能转换为液压能，模仿液压千斤顶工作原理，工作时手动抬动手柄，柱塞泵完成吸油，压动手柄时完成压油。形如液压千斤顶。根据人际关系确定，人压动手柄的频率为1s，所以柱塞泵的排量为V=Ah得到柱塞泵的流量大体与排量相等V = mm3 =5306 mm3q=0.31L/min柱塞泵的最大工作压力pppp=p1+式中：p1液压缸或液压马达最大工作压力； 从液压泵出口到液压缸或液压马达入口之间总的管路损失，的初算可按经验数据选取，管路短，流速不大的取=0.2-0.5MPa。所以pp=1.5MPa +0.2MPa =1.7MPa柱塞泵的驱动功率P液压泵的驱动总效率(P)参照表一液压泵的总效率选择。表5.1 液压泵的总效率液压泵类型齿轮泵叶片泵螺杆泵柱塞泵总效率0.6-0.70.6-0.750.65-0.80.80-0.85（2）液压缸图为单活塞式液压缸结构示意图。工作时压力油从进油口A进入缸筒中。推动柱塞向外伸出。回复时考负载的重力再从油口A出油。工作压力的确定：液压缸要承受的负载包括有效工作负载、摩擦力和惯性力等。液压缸的工作压力按负载确定。对于不同用途的液压设备，由于工作条件不同采用的压力范围不同。设计时，液压缸的工作压力可按负载大小由表二液压缸负载与工作压力之间的关系来确定。表5.2 液压缸负载与工作压力之间的关系负载F/N50000缸工作压力p1/MPa 0.8-11-22.5-33-44-55-7活塞杆输出速度v和推力F分别为V = 式中：q缸输入流量； A1活塞有效工作面积； D活塞直径（缸内径）； p供油压力。活塞杆输出速度v=4.4 dm/min=7 mm/s液压缸内径D根据液压缸的负载力F和工作压力p来计算 =30mm 一般情况，液压缸缸筒壁厚往往由结构工艺的要求确定，选取D/10再进行强度校核。式中：D缸筒内径； Py试验压力，当缸的额定压力pn16Mpa时，取Py=1.5pn；pn16Mpa时，取Py=1.25pn； 缸筒材料许用应力，=, b为材料的抗拉强度，n为安全系数，一般取n =5。=mm=1mm所以液压缸缸筒壁厚只要大于1mm即可，为保证足够安全取=6mm液压缸外径D1 =D+2=30+26mm =48mm单活塞杆液压缸活塞仅单向液压驱动，它的回程需要借助自重或弹簧等其他外力来完成。活塞杆的直径d根据液压缸往返速比v来确定，也可按活塞杆的受力确定活塞杆的直径：当活塞杆受拉力时 d =（0.3-0.5）D当活塞杆受压力时 d =（0.5-0.55）D（ p 5.0 MPa） d =（0.6-0.7）D（5.0MPa p 7.0MPa） d =0.7D（p7.0MPa）用上述方法选择在设计中活塞杆受力多为压力，所以据此确定活塞杆直径d =（0.5-0.55）D（ p 5.0 MPa）=0.5530mm=17mm液压缸其它部位尺寸计算：液压缸最大行程 L=80mm（根据钢板弹簧总成拆装小车额定升降高度确定）导向长度 H =mm =60mm导向套滑动面长度 A=（0.6-1.6）D（D80mm） =0.630mm =18mm活塞宽度 B=（0.6-1.0）D =0.630mm =18mm管道内径计算式中：q通过管道内的流量，m3/s； V管内允许流速，m/s，推荐值为1.5-2.6d = mm=2 mm管道壁厚1的确定： 管道的设计中采用了液压泵与回路的一体设计方案，既把液压油的进出油回路设计在泵体之中，这样既能保证安全，又能加工安装简便。所以管道厚度可根据泵体尽量取最大值。根据泵体钢材实际厚度取管道壁厚最小值1=3mm管道外壁直径D2=d +=5mm根据实际计算泵体外缘距管道内壁远远大于5mm，所以可放心选取尺寸。油箱容量的确定油箱容量按经验计算公式为V=aqv式中：qv液压泵每分钟排出压力油的容积，m3 a经验系数，低压系统一般为2-4。容量V=30.3110-3 m31L4液压元件结构设计为使系统有整体感，设计液压元件时需考虑液压元件与车体的有机结合，所以，考虑此液压系统的油路较短，设计时将进油和回油路线设计在一起，并尽可能的将液压系统元件组合，所以就设计了如下的元件，如图5.4泵体。泵体也采用45#钢设计，其整体造型为方体，中心部分为与升降臂相连的销孔，泵体就固定在升降臂中间随升降臂的移动而移动。内部管道为钻孔或阶梯孔，构成进出油回路。其中灰色线条为进油回路，红色线条为回油回路，泵体的右端连接油箱，左端连接液压缸。上端有两个孔，其中右端的为柱塞泵的缸体，配合柱塞运动将液压油吸入后压入液压缸，左端还有一回油孔，目的是排出液压缸中的气体，防止压缩气体阻碍活塞杆的运动。其它孔放入钢球作为单向阀然后利用球阀杆封闭孔。回油路线终点设有泄油阀。图5.4 泵体有了泵体和相关回路的组合，既节省了材料、空间，又是系统整体统一。在液压缸的设计上，根据相关计算数据确定了有管液压缸的整体结构，另设了一条回油路线，用来排出液压缸有杆腔的气体，通过泵体后进入油箱排出系统，设计此路线也为保持液压缸腔内的洁净，防止灰尘进入。活塞杆的固定是靠支撑架将其固定在车身纵梁上的。回油路线在泄油阀的作用下才能泄油，当液压缸充满液压油时泄油阀处于关闭状态，这时保证液压缸中的压力，当升降臂下降时打开泄油阀，液压油顺着回油路线流回油箱，完成下降过程。其他部分为液压系统的辅助部分，如图5.5液压系统整体图所示：图5.5 液压系统整体图5相关计算 手部施力F计算如图为液压缸与活塞缸的简易原理如图5.6所示：图5.6 液压原理简易图液压缸的最大载荷G=10000N，由： F20=F300 得F=120N所以手部只需用120N的力就可以压起300N的额定载重。（二）液压系统安装位置设计中为使液压系统能够占用最少的空间，可将液压系统总成放入小车内部的空当之处，而小车的最大空余在于升降臂的两臂之间，所以，将液压泵体中间钻孔，和升降臂两臂拐角处钻孔，然后即可打入固定销，使其位置确定。（三）系统分析在液压系统工作时，首先是将机械能转化成液压能，此时可靠手柄将力传递到液压泵，之后作用在液压油上，通过液压油推动液压缸的活塞杆工作，进而推动负载上升。进油路线：油箱过滤器单向阀柱塞泵单向阀液压缸一腔回油路线：液压缸一腔泄油阀油箱在进油回路中，第一的单向阀是在吸油时通过，而在压油是是封闭的，可防止液压有回流进油箱。第二个单向阀在吸油时封闭，而压油时打开，作用是封闭时不让液压缸中的液压油回流，打开时让柱塞泵中的液压油通过单向阀进入液压缸；在回油路线中，起主要作用的是泄油阀，在使负载上升时泄油阀要关闭，防止液压油流回油箱，负载下降时打开，使液压油在重力下回流。六、辅助部分及其总成钢板弹簧总成拆装小车的辅助部分是为方便小车操作的部件，主要有车轮部分，手把总成等。车轮总成如图5.7所示，它的设计主要有车轮、车轮支架、车轮架、止推轴承等组成，可实现360旋转，方便小车的移动。图5.7 车轮总成 图5.8 手把总成手把总成如图5.8所示，主要由手把、转轴、弹簧、转柄、螺套等组成。起推动小车及减震等功能。七、工作原理在利用钢板弹簧总成拆装小车工作时，首先要握住手把推动钢板弹簧总成拆装小车到工作所需要的位置，关闭泄油阀，压动手柄，在柱塞泵的作用下推动液压油到达液压缸，在活塞杆的推动下使升降臂抬高到指定位置。然后打开托重部分上下夹头的扣勾，分离夹紧部分，使之可以放进钢板弹簧，然后将上下夹头扣合，扣紧扣勾转动丝杠，使压块与钢板弹簧接触，利用丝杠的自锁特性将钢板弹簧固定。旋转泄油阀使其处于打开状态，这时液压缸中的压力油在钢板弹簧的重力下经回油线路回到油箱，活塞杆回到原始状态。此时可以拖出车底，到指定地点对钢板弹簧进修维修。在安装钢板弹簧时方法相同，顺序大体相反。钢板弹簧总成拆装小车不仅可应用钢板弹簧，在特殊情况下还可以作为其它维修时的运输工具来利用，法基本相同。结论钢板弹簧总成拆装小车具有稳定的工作性能，既节省了维修者的体力又能提高工作效率。在社会生产中具有较大的使用价值，深受维修者的喜欢。而此次设计的发光点是液压系统的设计，通过液压系统的设计，将其与钢板弹簧总成拆装小车整体融合，实现“一体化”的目的。它的创新是在原有的模型框架下重新设计了液压系统，从给定负载及高度算起，直至设计出整个液压系统。此设计虽进行的有关的创新，但仍有不足之处，特别是升降臂部分的载重过渡，没能较理想的达到高负荷运作。另有没有设计托重部