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机械式双柱汽车举升机设计,机械式,汽车,举升机,设计
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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):2023.2 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 5毕业设计（论文） 开题报告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1.11.6）。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% 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。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 Sec2 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。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510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：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（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。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.QJ2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.11普通式双柱汽车举升机设计,专业：机电一体化班级：机电04（2）姓名：陈安德学号：0410201210指导教师：张本升,常用汽车举升机结构介绍目前，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,举升机的性能要求（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040，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。,举升装置同步驱动装置立柱托臂,驱动举升装置示意图,举升装置,左立柱的俯视图,立柱,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；,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,非对称式托臂的工作范围示意图,支撑机构,平衡机构,单个立柱内钢丝绳的走向示意图,保险机构,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。,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。,谢谢大家,摘 要双柱机械式汽车举升机通过支撑汽车底盘或车身的某一部分，是使汽车升降的设备。汽车举升机在维修保养中发挥至关重要的作用，无论是整车大修还是小修保养，都离不开他。机械式汽车举升机作为整个汽车举升机中的一员，他有着其他举升机不具有的优势，例如它的工作范围广，可以维修高顶棚车辆，工作占用空间小等。本文较全面的介绍了举升机的种类，在确定所要设计的方案之后，针对举升机的结构及特点要求进行了设计与说明。具体说，涉及原动机分析选择，带传动分析设计，螺旋传动分析设计，导轨分析选择，支撑悬臂应力校核，锁紧机构的选择。本课题所设计的是双柱机械式汽车举升机。关键字：螺旋传动；带传动；汽车举升机；弯曲应力ABSTRACT Two-sided mechanical automobile lift machine is equipment to make the car lifting by supporting a certain part of the automobile chassis or body. Automobile lift machine play a crucial role in maintenance of both the vehicle overhaul and minor repair and maintenance, which cannot be replaced. Mechanical lifters is a member of the car lifting machine family, it has advantages that other lifting machine does not have, such as its work scope is wide, being capable of repairing vehicles with high ceiling, work space is small, etc. This paper comprehensively introduces the classification of the lifting machine and design the lift and make illustration based on the structure and characteristics of the lifting machine after deciding design scheme. Specifically, the paper involves the analysis of motor, belt transmission, screw transmission and guide rail, stress checking of cantilever and the choice of the locking mechanism. This topic is a design of two-sided mechanical automobile lift machine.Keywords: screw transmission; belt transmission; automobile lift; bending stress湖南科技大学本科生毕业设计（论文）目 录第一章 绪论1 1.1 汽车举升机简介及发展概况1 1.2 汽车举升机分类2第2章 举升机设计任务和总体方案设计5 2.1 举升机设计任务5 2.2 举升机总体方案设计5 2.2.1 拟定设计方案5 2.2.2 确定总体设计方案6第三章 原动机分析选择9 3.1原动机的计算选择9 3.1.1 选择原动机类型和结构9 3.1.2原动机转速选择及功率计算9第四章 带传动分析设计10 4.1 带传动简介及类型选择10 4.2 带传动设计计算10 4.2.1 带传动设计初始条件10 4.2.2 带传动主要失效形式和设计依据11 4.2.3 带传动设计计算11 4.2.4 带轮结构设计12第五章 举升机构分析设计14 5.1 举升机构的分析选择14 5.2 滑动螺旋副的设计计算16 5.2.1 材料的选择16 5.2.2 耐磨性16 5.2.3 验算自锁17 5.2.4 螺杆强度：校核当量应力18 5.2.5 螺纹牙强度18 5.2.6 螺杆的稳定性18 5.2.7 横向振动-验算临界转速19 5.2.8 驱动转矩和效率19第六章 支撑机构结构分析设计20 6.1 支撑机构结构设计20 6.2 支撑机构应力校核21 6.2.1 校核弯曲切应力21 6.2.2 校核弯曲正应力22第七章 导轨结构分析设计24 7.1 导轨类型分析选择24 7.2 直线运动系统载荷计算25 7.3 滚动直线导轨副寿命计算26 7.3.1 寿命计算的基本公式26 7.3.2 滚动导轨副的寿命计算及选用规格27第八章 锁紧机构分析设计30 8.1 锁紧机构的必要性30 8.2 锁紧机构原理分析30 8.3 锁紧机构的选择32 8.4 锁紧机构的校核33第九章 螺栓连接件的校核35 9.1 升降台与剖分式螺母套的螺纹校核35 9.2 箱体与地基的螺纹校核36第十章 结论39参考文献40致谢41ii - -第一章 绪论1.1 汽车举升机简介及发展概况汽车举升机在汽车保养和维修行业中占有重要地位。汽车举升机根据保养维修工况，将需要保养或维修的汽车可靠安全地从地面举升至另一合适高度，以便于工人的保养维修工作的设备。因此，汽车举升机具有至关重要及难以替代的作用，是汽车保养维修行业中最基本的维修设备之一。早在20世纪初期，汽车维修特别是汽车底盘维修时，汽车维修技术工人一般通过钻到车底下进行故障诊断与维修，但是这种维修方法空间比较狭小、光线比较阴暗，并且不利于维修人员长时间在车底作业，导致维修效率很低。 最初出现的举升机由电力驱动，可以把汽车升到空中，但是举升的高度不高。到了20世纪20年代，Weaver和Manley等生产的汽车举升机最大举升高度可以达到4英尺，并且可以根据工况需求在最高高度下对举升高度进行任意调整，举升机通过支撑车轴把汽车举升起来，这样保证了汽车被举起后车轮可以自由转动。 在1925年，美国的Rotary 公司创始人Lunati 偶然受到理发师座椅原理的启发，制造出世界上第一台液压举升机，这使修理汽车变得更加容易。 之后又出现了单柱框架接触式举升机，它保证了工作人员可以方便地对 4 个车轮维修，但是该设计方案的代价是牺牲了车底空间 ，使得工作人员无法对车底的某些部位进行维修。随后两柱举升机的出现使得技师可以方便维修汽车底盘区域的故障。随着科学技术的发展，制造厂家逐渐把举升技术和自动化控制技术结合在一起，通过电子设备来控制举升机的举升动作，同时设计开发了多种成熟的安全保障装置,使工作人员具有执行各种维修操作的能力。中国的汽车举升机起步较晚，直到20 世纪 80 年代初才根据外国的技术生产。 汽车举升机因为便于技师维修工作，所以逐渐代替了以前常用的地沟模式。 并且随着我国汽车工业的繁荣，随之形成了 一个庞大的汽车周边市场，汽车举升机的市场扩大迅速。 到了2000 年，举升机产品形式和种类已发展到各式各样，并且成为汽车维修行业取得二级维修资质必备的汽修设备。 随着我国汽车保有量的不断增多，私人购买汽车成为主流，汽车售后市场得到蓬勃发展，汽车举升机成为一种使用频率极高而且几乎不可或缺的汽车维修设备。自从中国加入WTO后，中国汽车维修业受到的影响是巨大的。外国汽车厂商为适应售后服务的要求, 外国维修业开始相继进入中国市场, 外国汽车维修业的进军给中国汽车维修市场提供了一个较为先进和高效的国际技术环境, 这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是一个机遇, 必然会起到良好的推动作用。现代汽车维修方式必然代替传统汽车的维修方式、维修制度和经营模式。以往的汽车维修通常就是维修谈维修, 而现代汽车维修是集汽车销售、零件销售、资讯及售后服务四位为一体。维修对象的高科技化、维修设备现代化、维修咨询网络化、维修诊断专业化、维修管理多样化及服务对象的社会化将是现代汽修的新趋势。国外汽车维修企业通过汽车服务贸易的形式进入国内市场, 这使我国汽车维修行业面临严峻挑战, 而在汽车维修企业发展要素中, 管理、技术、装配和信息将起主导作用。提倡汽车维修行业的服务优质化、品牌化、数字化，势在必行。1.2 汽车举升机分类 汽车举升机有多种类型, 根据传动方式一般可分为机械传动和液压传动, 其主要性能对比见表1-1。其中机械传动举升机由于其结构特点容易发生丝杠或工作螺母滑扣, 导致所举汽车跌落或丝杠卡死等故障, 存在很大的安全隐患。液压传动举升机由于其性能优势逐渐成为主流的举升机产品类型。表1.1 根据传动方式分类种类名称优点缺点机械传动举升机结构简单, 价格便宜机械磨损大，易发生汽车跌落液压传动举升机安全性能好、运 行平稳、维护简单以及工作效率高成本高近年来，随着材料学科和其他相关学科的发展，机械式汽车举升机开始展显出新的活力。图1.1是现在正在销售的德国康索举升设备。图1.1 德国康索举升设备根据结构类型来分，有双柱式、四柱式和剪式，其主要性能对比见表1-2。 机械式举升机：同步性虽好，但机械维护成本高（需要换铜螺母及轴承）。机械传动可以是钢丝或链条，但这样设计有一个缺点：如果钢丝或者链条在工作中有略微伸长，就会导致升降时拖架的移动不能同步。液压式举升机：维护成本较低，单缸同步性好，但是双缸同步性较差。液压式细分又可分为单缸式和双缸式，单缸又分两种：老单缸和新单缸，双缸又分龙门式和无地板式。单缸同步性虽好，但油缸机械式连接在对面立柱的托架上。双柱式液压举升机：液压举升，维修较少。质量较稳定，下降时需要两边拉开保险才能下降。油缸置于下部比较占用下面的空间。四柱式举升机：四柱式同时具有双柱式液压举升机的特点和实现四轮定位的检测，安装升举更加方便，一般在中大型的修理场中有广泛的应用。四柱式举升机见图1.2。图1.2 四柱式举升机剪式举升机：举升平稳，安全性高，但是剪式举升机的精度要求高，容易卡死。剪式举升机见图1.3。图1.3 剪式汽车举升机表1.2 根据结构类型分类种类名称优点缺点双柱式举升机同步性好，占地面积较小机械式机械磨损较大；液压是成本高；四柱式举升机适合四轮定位结构的使用占地面积较大剪式举升机安全性高，操作简单；空间利用率高精度要求较高，易发生举升平台不平衡，单边升降第2章 举升机设计任务和总体方案设计2.1举升机设计任务 根据实际轿车的外形尺寸和质量，见表2.1，以及维修保养店的实地考察，本汽车举升机的设计要求如下表2.2：表2.1 轿车车体尺寸小型轿车中小型轿车中型轿车大型轿车4.2*1.65*1.454.5*1.70*1.474.8*1.75*1.475.2*1.90*1.50表2.2 汽车举升机设计要求项目数据额定举升质量3000kg最大举升高度2000mm悬臂托盘距地面最低高度115全程上升/下降时间1min举升机外形尺寸344025124272.2举升机总体方案设计2.2.1拟定设计方案1、 电机配置方案1）单电机方案：传动路线为电机-带传动-螺旋传动-同步机构-螺旋传动。此方案预选电机功率为4kw，同步机构占用空间使汽车不方便驶过，结构复杂，可靠性不高。2）双电机方案：两边立柱上各有一电动机。此方案预选电机功率为2.2kw，通过电机的通断来控制悬臂的同步运动，省去中间同步传动环节，结构简单，可靠性高。2、举升机构1）齿条传动齿条传动，采用以齿条为承载轨道进行同步升举。机械能转化率高，但承载较次。2）滚珠丝杠传动，采用以旋转运动转化为直线运动，平稳轻便快捷，机械能转化率低。3）滑动螺旋传动，采用以旋转运动转化为直线运动，平稳承载能力强，机械能转化率低。4）液压传动，传动平稳，承载能力大，也简化了机械结构，但制造精度高，成本高，使用维护严格。3、 单电机方案中同步机构 举升机左右两立柱上的四个托架(与滑套相联接)，必须保证同步升降。目前采用的结构形式有三种:1）螺旋副锥齿轮长轴锥齿轮螺旋副机械传动结构。这种刚性联接方式，同步性好，但结构复杂，长轴虽可采用无缝钢管与短轴头焊接办法替代，但自重仍较大.2）选用外转性相近的两个电动机与加工精度相近的在装配时进行调整选配的两个螺旋副.分别驱动的传动结构。3）链传动结构。同步性可靠，结构简单，自重小，结构安全可靠传动效率较高，但需要安装张紧装置和托板。4）同步带传动。同步性可靠，结构简单，传动效率较高，但两带轮间距过大，需要设置张紧装置，且同步带传动使用维护严格。4、锁紧保险装置除了利用螺旋传动的自锁特性和双螺母实现预定高度的锁紧，汽车举升机还应该另外设置锁紧保险装置，使悬臂不会因液压系统的干扰、维修过程中的振动而使汽车掉落或剧烈振动。1）包含电磁铁、弹簧或制动板的自锁保险装置。2）在举升机立柱的不同高度上分别设置若干止动板以及升降臂端部对应于止动板处分别设置有可转动的锁钩。3）采用适用于固定Z轴（垂直轴）上使用的导轨钳制器。2.2.2确定总体设计方案 方案一：原动机采用一个电机，电机通过普通V带传动将运动和力矩传递到右侧螺杆，螺旋传动将右侧螺杆的旋转运动转化为螺母的直线运动，左侧螺杆的转动通过传动比为1的链传动传递到右侧螺杆，实现左右螺杆的同步运动，即右侧螺杆将转动转化为螺母的直线运动。原理如图2.1。图2.1 单电机举升机传动方案原理图 方案二：原动机为分别安装在左右立柱上的两电机，通过两电机的通断电实现左右螺杆的同步运动，螺杆把转动转变为直线运动，从而是螺母同步上下运动，实现汽车升降。图2.2 双电机举升机传动方案原理图 总结，根据以上分析发现，方案一结构较复杂，可靠性较低，而方案二可以省去机械的同步运动机构，简化了机械结构，并且耗电量上两方案区别不大，因此，本双柱机械式汽车举升机选择方案二。第三章 原动机选择及运动学分析3.1原动机的计算选择3.1.1选择原动机类型和结构原动机选择最常见的Y系列三相异步电动机，它是按国际电工委员会（IEC）标准设计的。其中Y系列（IP44）电动机为笼型封闭式结构，能防止灰尘、水滴侵入电机内部，自扇冷却；可采用全压或降压启动，B级绝缘13。3.1.2原动机转速选择及功率计算考虑到举升机的上升速度，选择滑动螺旋副的转速为240r/min，又因为立柱箱体尺寸，选定带传动传动比为i = 4，则电动机的转速选择为6级，同步转速1000r/min，满载转速约为960r/min。根据举升机设计要求，F = 22050N。根据滑动螺旋传动的驱动转矩 则滑动螺旋副所需功率，电动机的功率为。传动装置的总效率，其中，1为带传动效率，取0.96；2轴承效率，取0.98。 综上，电动机的功率P=2.2kw。根据机械设计手册选择Y112M-6，其各项参数如表3.1。表3.1 电机Y112M-6各项参数电机型号额定功率kw满载转速r/min启动转矩N.m最大转矩N.mY112M-62.29402.02.2第四章 带传动分析设计4.1带传动简介及类型选择带传动是利用张紧在带轮上的传动带，借助带和带轮间的摩擦或啮合来传递运和力 的。带传动具有传动平稳、结构简单、造价低廉、不需润滑和能缓传动吸振等优点，在机械传动中被广泛的应用1。根据带传动原理不同,带传动可分为摩擦型和啮合型两大类,前者过载可以打滑,但传动比不准确(滑动率在2%以下);后者可保证同步传动。根据带的形状可分为平带传动，v带传动和同步带传动。根据用途，有一般工业用途、汽车用和农机用之分1。带传动的功率损失方式共有四种：滞后损失、滑动损失、空气阻力和轴承摩擦损失。鉴于上述功率损失，带传动的效率约在0.80.98范围内，根据带的种类而定。各种类带传动的效率如表4.1。表4.1 各类带传动的效率带的种类效率（）平带8398有张紧轮的平带8095 普通V带帘布结构绳芯结构87929296窄V带9095多楔带9297同步带9398 根据汽车举升机的工况条件和第三章电机的容量，选择效率较高、最常见的普通V带传动，结构为绳芯结构。绳芯结构的普通V带当量摩擦因数大，工作面与轮槽粘附着好，允许包角小、传动比大、预紧力小，而且带体较柔软，曲挠疲劳性好。4.2带传动设计计算4.2.1带传动设计初始条件根据第三章的总体分析，确定带传动设计的初始条件，见表4.2。表4.2 带传动设计初始条件项目值单位电机功率2.2Kw大带轮转速n2940R/min小带轮转速n1240R/min4.2.2带传动主要失效形式和设计依据 1)带在带轮上打滑，不能传递动力 2）带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断 3）带的工作面磨损保证带传动在工作中不打滑，并具有一定的疲劳强度和使用寿命是V带传动设计的主要依据，也是靠摩擦传动的其他带传动设计的主要依据。4.2.3带传动设计计算1、 设计功率 KA - 工况系数，由于举升机载荷变化较大并且一般每天工作小时数不大于10 小时，查表取1.1 P - 传递的功率， P = 2.2 * 0.96 = 2.11kw2、 选定带型 根据设计功率Pd和小带轮带速n1选取带型为A型。3、 传动比 4、 小带轮基准直径 为提高V带的寿命，原则上宜选取较大的直径，但由于立柱空间的限制，现选择小带轮基准直径。5、 大带轮基准直径 ，按机械设计手册选取大带轮基准直径标准值。6、 带速 dp1 - 大带轮的节圆直径，通常带轮的节圆直径可视为基准直径 对于普通V带，满足条件。7、 初定轴间距 ，所以8、 所需基准长度 ，其中，按机械设计手册选取基准长度9、 实际轴间距 安装时所需最小轴间距： 10、 小带轮包角 11、 单根V带传递额定功率 根据带型、dd1和n1查表线性插求得。12、 传动比i 1的额定功率增量 根据带型、dd1和n1查表线性插求得。13、 V带根数 ，取4根V带式中，Ka - 小带轮包角修正系数，查表取0.85， KL - 带长修正系数，查表取0.93。4.2.4 带轮结构设计1、 带轮设计要求设计带轮时，应使其结构便于制造，质量分布均匀，重量轻，并避免由于铸造应力产生过大的内应力。V 5m/s时要进行静平衡，V 25m/s时则应进行动平衡。轮槽工作表面应光滑，以减少V带的磨损。2、 带轮材料带轮材料常采用灰铸铁、钢、铝合金或工程材料等。灰铸铁应用最广，当v30m/s时用HT200，v2545m/s，则宜采用孕育铸铁或铸钢，也可采用钢板冲压-焊接带轮。小功率传动可用铸铝或塑料。3、 带轮的结构带轮由轮缘、轮辐和轮毂三部分组成。轮辐部分有实心、孔板和椭圆轮辐等三种。通过查找机械手册，确定小带轮为实心轮，大带轮为孔板轮，材料都为HT200。 第五章 举升机构分析设计5.1举升机构的分析选择 螺旋传动的基本原理是通过螺杆和螺母的旋合传递运动和动力。螺旋传动主要是将旋转运动变成直线运动，可以以较小的力矩获得很大的推力，或者用作调整零件的相互位置。当螺旋传动不自锁时，也可以将直线运动转化为旋转运动。根据螺纹副摩擦性质不同，可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动和静压螺旋传动，各类螺旋传动的特点和应用举例见表5.1。表5.1 各类螺旋传动的特点和应用2种类滑动螺旋传动滚动螺旋传动静压螺旋传动特点1. 摩擦阻力大，传动效率低2. 结构简单，加工方便3. 易于自锁4. 运转平稳，但低速或微调时可能出现爬行5. 螺纹有侧向间隙，反向时有空程6. 磨损快1. 摩擦阻力小，传动效率高2. 结构复杂，制造困难3. 具有传动可逆性4. 运转平稳，起动时无颤动，低速时不爬行5. 抗冲击性能较差6. 工作寿命长，不易发生故障1. 摩擦阻力极小，传动效率高2. 螺母结构复杂3. 具有传动可逆性4. 工作平稳，无爬行现象5. 反向时无空程6. 磨损小，寿命长7. 需要一套压力稳定、温度恒定、过滤要求较高的供油系统应用举例金属切削机床的进给、分度机构的螺旋传动，摩擦压力机，千斤顶的传力螺旋金属切削机床、测试机械、仪器的传动螺旋和调整螺旋等精密机床的进给、分度机构的传动螺旋根据双柱机械式汽车举升机的应用行业和工作条件及螺旋传动的特点和应用，选择滑动螺旋传动作为汽车举升机的举升机构。滑动螺旋副常采用梯形螺纹、锯齿形螺纹或矩形螺纹等，三种主要螺纹的特点和应用见表5.2表5.2 三种螺纹副的螺纹种类、特点和应用2种类特点应用梯形螺纹牙根强度高，螺纹的工艺性好；内外螺纹以锥面贴合，对中性好，不易松动；采用剖分式螺母，可以调整和消除间隙；效率较低用于传力螺旋和传动螺旋如金属切削机床的丝杆、载重螺旋式起重机锯齿形螺纹外螺纹牙根处有相当大的圆角，减小了应力集中，提高了动载强度；大径处无间隙，便于对中；和梯形螺纹一样都有螺纹强度高、工艺性好的特点，但有更高的效率用于单向受力的传力螺旋，如水压机的传力螺旋、火炮的炮栓机构矩形螺纹传动效率高，但精度制造困难；螺纹强度比梯形螺纹和锯齿形螺纹低，对中精度低，螺纹副磨损后的间隙难以补偿与修复用于传力螺旋和传动螺旋，如一般起重机根据双柱机械式汽车举升机的应用行业和工作条件及螺旋副的特点和应用，此汽车举升机的滑动螺旋传动的螺纹副选择梯形螺纹，为保证螺旋副的自锁性，取螺纹头数为单头螺纹。 滑动螺纹传动的螺母结构通常有三种，分别是整体螺母、组合螺母和剖分式螺母，三种螺母结构的特点见表5.3。表5.3 三种螺母结构的特点种类整体螺母组合螺母剖分式螺母特点结构简单，但由于磨损产生的轴向间隙不能补偿，只适用于精度较低的螺旋传动结构复杂，但可以定期的调整，以消除轴向间隙，避免反向转动的空程结构较复杂，但可以补偿旋合螺纹的磨损虽然组合螺母和剖分式螺母有补偿间隙、避免反转空程或补偿磨损的优点，但是组合螺母和剖分式螺母结构过于复杂，且剖分式螺母主要运用于传导螺旋中，所以本举升机选择整体螺母。组合螺母结构见图5.1，其中1 - 固定螺钉；2 - 调整螺钉；3 - 调整楔块。剖分式螺母机构见图5.2。图5.1 组合式螺母结构图图5.2 剖分式螺母结构图总结，此双柱机械式汽车举升机选择滑动螺旋传动，梯形螺纹和整体螺母作为举升机构。5.2滑动螺旋副的设计计算根据上一节分析，滑动螺旋副采用梯形螺纹，整体螺母结构，额定举升质量3000kg，最大举升高度2000mm，全程t1min。5.2.1 材料的选择螺杆和螺母材料除应具有足够的强度和良好的加工性能外，相互旋合应具有交的的摩擦系数和较高的耐磨性。所以，本汽车举升机的螺杆应进行热处理，以保证其耐磨性。对于中等精度的一般传动，螺杆材料选择45钢，热处理过程为：预备热处理：正火（170200HBS）；最终热处理：调质（220250HBS）。传统螺母材料选择铝青铜ZCuAl10Fe3Mn2，该材料和钢制螺杆配合，摩擦系数低，强度高，适用于重载、低速传动。5.2.2耐磨性滑动螺旋副的失效主要是螺纹磨损，因此螺杆的直径和螺母高度通常是根据耐磨性计算确定的。1、螺杆中径 矩形螺纹 = 0.8；F-单柱轴向载荷，1.5为安全系数p-许用压强，取15值根据螺母的形式选定，整体母取2.53.5由于要同时满足螺杆的耐磨性、自锁性、螺杆强度、螺纹牙强度、螺杆稳定性和横向振动等设计要求，所以螺杆中径d2取35mm，再由标准中选取公称直径d = 40和螺距 P = 10。2、螺母高度 3、旋合圈数4、螺纹的工作高度梯形螺纹h = 0.5P = 0.510 = 55、工作压强 5.2.3验算自锁 要求自锁的螺杆应校核其自锁性。 5.2.4螺杆强度：校核当量应力 传力螺旋应校核螺杆危险截面的强度； 其中，驱动转矩5.2.5螺纹牙强度 青铜或铸铁螺母以及承受重载的调整螺旋应校核螺纹牙的抗剪和抗弯强度。1. 螺纹牙底宽度梯形螺纹2. 螺杆抗剪强度 3. 螺杆抗弯强度 4. 螺母抗剪强度 5. 螺母抗弯强度 5.2.6螺杆的稳定性 当螺杆受压力，其长径比又很大时，容易产生侧向弯曲，应校核其稳定性，其直径也可按稳定性确定。螺杆的端部结构采用两端固定，取长度系数=0.5。螺杆的最大工作长度l = 2000mm。螺杆危险截面的轴惯性矩。螺杆危险截面的惯性半径。E为螺杆的弹性模量，对于钢，取E=2.06e5。当时,螺杆的临界载荷为：则，满足条件。5.2.7横向振动-验算临界转速转速高的长螺杆，可能产生横向振动，还应校核其临界转速。 n = 240r/min 0.8nc = 255r/min ，满足条件。lc - 螺杆两支承间的最大距离，取lc = 2300 mm1 - 系数，与螺杆的端部固定结构有关，查表去4.7305.2.8 驱动转矩和效率 第六章 支撑机构结构分析设计6.1 支撑机构结构设计 升降台的悬臂部分是属于本汽车举升机的支撑机构。当目标汽车进入到汽车举升机的范围里时，整个支撑机构就通过改变悬臂的角度和长度来改变悬臂的整个工作范围的宽度。本汽车举升机设计的支撑机构为对称式悬臂，这样设计有利于保持维修汽车的稳定，使立柱中各机构的受力更均匀，同时又满足了各类汽车所需的距离，如图6.1所示：图6.1 对称式悬臂的工作范围示意图其中，图中方格阴影部分就是悬臂的工作范围，能够满足各类轿车的宽度。图6.2 悬臂结构图悬臂采用两段式，可以自由伸长或缩短，伸缩范围为250mm，见图6.2。悬臂材料选择Q235焊接而成。6.2 支撑机构的应力校核本节将通过简化模型对支撑结构进行校核，整个悬臂可以简化为一悬臂梁，施加载荷在悬臂梁的末端，悬臂梁截面为一空心矩形。下面将分别校核悬臂弯曲正应力和弯曲切应力。6.2.1 校核弯曲切应力通过查阅材料力学可知，弯曲切应力的计算公式为： 式中，Fs - 横截面上的剪力； b - 截面宽度； Iz - 整个截面对中性轴的惯性矩； S*z - 截面上距中性轴为y的横线以外部分面积对中性轴的静距。1） 计算Fs 由本举升机的设计要求，悬臂末端Fs = 7450N。2） 计算Iz图6.3 为应用SolidWorks截面参数命令得到的悬臂截面参数，由此可得： 图6.3 悬臂截面参数3） 计算S*z由公式可知，要计算Sz，先要求出截面上距中性轴为y的横线以外部分面积和形心坐标。计算可以利用组合法，见图6.4。由于截面关于Y轴对称，因此计算只计算Y轴左侧。图6.4 组合法计算形心坐标所以化简可得：所以悬臂的弯曲切应力为：所以为y = 0时，0.6=141Mpa，满足条件。6.2.2 校核弯曲正应力通过查阅材料力学可知，悬臂的弯曲正应力计算公式为：，式中，Mmax - 悬臂最大弯矩； W - 抗弯截面系数，与截面的几何形状有关； Iz - 整个截面对中性轴的惯性矩；y - 截面上距中性轴为y的横线。通过上一小节的计算可知，Iz = 3631840mm4；支撑悬臂的最长距离为1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5Nm。再由以上公式可以计算出悬臂的弯曲正应力为： ，满足条件。第七章 导轨结构分析设计7.1导轨类型分析选择常用的三种直线运动导轨基本性能见表7.1。滚动直线导轨的运行速度已达200m/min。在欧美各国2/3以上的高速数控机床都采用了滚动直线导轨。它已在各种现代机械设备中得到越来越广泛的应用3。表7.1 直线运动导轨基本性能比较运动形式滑动导轨滚动直线导轨静压导轨摩擦因数=0.04-0.06=0.003-0.005=0.0005-0.001运行速度低速低速高速中速高速刚度高较高较低寿命三者相近可靠性高较高较差根据本汽车举升机的工况条件，选择滚动直线导轨。滚动直线导轨有四方向等载荷型、轻载荷型、分离型、径向型和交叉滚柱V型直线导轨副。本汽车举升机选择四方向等载荷型。四方向等载荷型滚动直线导轨副结构简图见图7.1。这种类型的滚动直线导轨具有以下特点：1） 滚动体与圆弧沟槽相接触，与点接触相比承载能力大，刚性好；2） 摩擦因数小，一般小于0.005，仅为滑动导轨副的1/201/50，节省动力，可以承受上下左右四个方向的载荷。3） 磨损小，寿命长，安装、维修、润滑简便。运动灵活、无冲击，在低速微量进给时，能很好地控制位置尺寸。4） 导轨两侧各有互成45的两列承载滚珠，刚性好，可以承受冲击及重载，用途较广，如加工中心、数控机床、机器人、机械手等。图7.1 四方向等载荷型滚动直线导轨副结构简图综上所述，本汽车举升机的导轨选择四方向等载荷滚动直线导轨副。7.2 直线运动系统载荷计算 直线运动系统所承受的载荷受工件重力及重心位置的变化、驱动力F及工作阻力R作用位置的变化、启动及停止时加速或减速引起的速度变化等因素的影响而发生变化。通过查找机械设计手册，以下为四滑块工作台直线运动系统载荷计算方法。图7.2 直线运动系统受载情况计算示意图上图直线运动系统受载计算模型适用于立式导轨匀速运动或静止的受载计算，常见于工业用立式机械手、自动喷涂机械、起重机等场合。本汽车举升机由于举升速度小，计算中忽略启动及停止时因惯性力引起的载荷变化，计算公式如下：式中： W - 外加载荷 P1、P2、. - 垂直于运动平面的支反力 P1T、P2T、. - 平行于运动平面且垂直于导轨的支反力，下同 F - 驱动（推）力 根据第三章的总体设计，本汽车举升机的左右对称中心线与导轨中心线的距离为1515mm，由轿车车宽（见表7.2)可计算出外加载荷作用线据导轨中心线的最长距离为690mm。直线运动系统载荷示意图见图7.3。表7.2 轿车车体车宽（单位：mm）小型轿车中小型轿车中型轿车大型轿车165170175190图7.3直线运动载荷示意图本双柱机械式汽车举升机导轨设置为左右立柱各一根导轨，每根导轨两个滑块，共4个滑块，根据直线运动系统受载计算公式可以求得： 7.3 滚动直线导轨副寿命计算滚动功能部件的主要失效形式是滚动元件与滚动轨道的疲劳点蚀与塑性变形，其相应的计算准则为寿命（或动载荷）计算和静载荷计算。某些滚动功能部件还具有滚动体循环装置，循环装置的失效主要靠正确的制造、安装与使用维护来避免。7.3.1寿命计算的基本公式直线运动滚动功能部件寿命计算的基本公式如下：滚动体为球时： （7-3-1）式中L - 额定寿命，指一组同样的直线运动滚动部件，在相同条件下运行，其数量的90%不发生疲劳时所能达到的总运行里程，km；C - 基本额定动载荷，指垂直于运动方向且大小不变地作用于一组同样的直线运动滚动功能部件上使额定寿命为L = 50km（对球形滚动体）时的载荷，kN；P - 计算载荷，指直线运动滚动功能部件所承受的垂直于运动方向的载荷，kN；fH - 硬度系数，一般厂家滚动元件及滚动轨道表面的实际硬度均在58HRC以上，fH均可取1；fT - 温度系数；fC - 接触系数；fW - 载荷系数。用小时数表示的额定寿命Lh为： （7-3-2）式中l - 直线运动部件单向行程长度，m；n - 直线运动部件每分钟往返次数，1/min。7.3.2 滚动导轨副的寿命计算及选用规格本双柱机械式汽车举升机的设计工作寿命为五年，按每年300天计算，则共有工作小时数：根据公式（7-3-2）可得： 式中 l - 直线运动部件单相行程长度，取l = 2m n - 直线运动部件每分钟往返次数，根据实际情况，按一次修车15min 计算，则每分钟往返次数为1/15。再根据公式（7-3-1）可得: 式中 fH - 硬度系数，取值为1 fT - 温度系数，工作温度100，取值为1； fC - 接触系数，每根导轨上两个滑块，取值为0.81； fW - 载荷系数，无外部冲击或振荡的低速运动场合，速度小于15m/min， 取值为1.1。通过查找机械设计手册，选用规格为25，基本额定动载荷为17.7KN的四方向等载荷型直线导轨副,导轨副详细参数见图7.4和图7.5。图7.4 直线导轨滑块结构图7.5 直线导轨副详细参数第八章 锁紧机构分析设计8.1 锁紧机构的必要性汽车举升机的升降悬臂升到预定高度后, 必须采用锁紧装置将升降悬臂锁定, 使其在维修过程中不会因为技工维修过程中的振动而使汽车掉落或剧烈振动。汽车举升机的稳定性以及锁紧机构设计合理, 对维修技工的安全具有重要的保护作用。能否设计出经济且安全的锁紧机构是举升机生产厂家提高市场竞争力的又一重要因素。在现有技术中, 有下列几种锁紧机构：1） 部分厂家在机械结构上设置包含电磁铁、弹簧或制动板的锁紧机构。电磁铁锁紧装置,由于电磁铁的设计制造质量问题不一,易使电磁铁工作噪声过大, 而且容易出现被烧毁等问题, 给用户带来各种安全隐患。2） 包含弹簧的锁紧装置, 常常因为扭转弹簧本身的制造缺陷、使用寿命等方面从根本上降低了举升机锁紧性能, 给举升机的使用带来很大的安全隐患。3） 在汽车举升机立柱的不同高度上分别设置若干止动板以及升降悬臂末端部对应于止动板处则分别设置有可以转动的锁钩, 当升降悬臂需作上下运动时, 锁钩同时向内缩进或升降臂停止运动时, 锁钩则可以向外伸出并钩住止动板的顶部, 防止升降悬臂和车辆沿立柱下滑。但此类升降悬臂锁紧装置易受结构设计的限制, 使得锁钩不能承受过大的载荷, 容易影响汽车举升机的最大承载能力；同时, 由于汽车举升机的升降悬臂在作上下运动时, 其相对应的锁钩会受外力作用而向里收缩, 然而需定位时, 其外作用力撤去, 此时锁钩依靠自重伸出, 使锁钩与止动板相扣并将升降悬臂定位, 但是由于这种结构的锁钩有可能在伸出时不能全部及时复位, 因此此类汽车举升机也容易产生各种事故隐患。 8.2 锁紧机构的原理分析为了解决上述锁紧机构可能产生的问题，本汽车举升机采用一种不需要额外夹紧力就能使升降悬臂被安全地锁紧在适当位置的简单却有效的技术。升降平台包括两个特殊的圆环装配件，它们通过两个锥形环的简单物理接触产生的力来卡紧圆柱轴。当平台升降时，内部非金属圆环不会与圆柱轴接触，所以不会影响平台自由升降，如图8.1。图8.1 平台升降时锁紧机构原理图图8.2 平台升至设计高度时锁紧机构原理图当平台被升至设计高度时，停止传动力，整个平台的所有重量都施加在外圆环上，使其产生一个向下的力，这个力通过斜楔的作用传递给内部圆环一个水平方向的力。于是，平台被牢固的锁紧，如图8.2。平台越重，产生的夹紧力也就越大。这个技术的优点是轴不需要开槽或螺纹，并且成本也得到降低。8.3 锁紧机构的选择在实际生产中，已经有采用类似原理的锁紧机构，导轨（光轴）钳制器便是其一。导轨钳制器是指直接夹紧直线导轨或者光轴的直线运动辅助配件。NBK公司的导轨钳制器结构如图8.3。图8.3 导轨钳制器结构图本汽车举升机选用这种适用于固定Z轴（垂直轴）上使用的导轨钳制器，防止升降悬臂滑落；制动动力为气压，并且为常闭（Normally Closed）型，即当不供给气压时，钳制器依靠特殊弹簧的作用力等夹紧导轨，当向常闭型导轨钳制器供给气压后，解除夹紧。根据本汽车举升机的设计举升质量3000kg及导轨钳制器的型号表，选择保持力为18000N，型号为RBPS-2600的导轨钳制器，具体尺寸性能见图8.4。图8.4 RBPS-2800尺寸性能8.4 锁紧机构的校核上节选择导轨钳制器的主要依据是导轨钳制器的保持力，而没有考虑到与导轨钳制器配合的直径为28的光轴。由于光轴属于细长杆件，细长杆件受压时时可能会导致压杆失稳，所以本节将校核光轴的稳定性。1） 选择校核公式当压杆柔度大于等于极限柔度时，称为大柔度压杆，此时可以使用欧拉公式；若压杆的柔度小于极限柔度，此时欧拉公式已不再适用，工程中对于这类压杆的计算，一般采用以实验结果为依据的经验公式，有两种常用的经验公式：直线公式和抛物线公式。下面选择校核公式：光轴横截面惯性矩： 光轴横截面的惯性半径： 式中，A - 横截面面积。光轴的柔度： 式中， - 压杆的长度因数，该光轴的约束条件为两端固定，取 = 0.5。对于优质碳钢（取弹性模量E = 206GPa），压杆的柔度极限值为： 由于，所以该光轴校核使用计算压杆稳定性的欧拉公式。2) 校核压杆稳定性欧拉公式的普遍形式为：式中， I
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