机械毕业设计论文机械式双柱汽车举升机设计副本

1、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ABSTR

2、ACT 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. Me

3、chanical 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

4、 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 t

5、he choice of the locking mechanism. This topic is a design of two-sided mechanical automobile lift machine.Keywords: belt transmission; automobile lift; bending stress全套设计，请加12401814目 录第一章 绪论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

6、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

7、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

8、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

9、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。 汽车举升机有多种类型, 根据传

10、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

11、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

12、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第三章 原动机选择及运动学分析第四章 带传动分析设计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

13、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

14、 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表4.2 带传动设计初始条件此处删减NNNNNNNN字需全套设计请联系12401814化简可得：所以悬臂的弯曲切应力为：第七章 导轨结构分析设计表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。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

15、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16517017519

16、0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： 寿命计算的基本公式7.3.2 滚动导轨副的寿命计算及选用规格图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

17、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

18、。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。 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

19、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。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 导轨钳制器结构图图8.4 RBPS-2800尺寸性能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

20、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 - 横截面的惯性矩； E - 材料弹性模量； - 压杆

21、的长度因数，由压杆的约束条件决定。对需校核的光轴应用欧拉公式可得： ,通过查找机械设计手册，按抗不稳定计算的安全系数取35，所以直径为28的光轴满足条件。第九章 螺栓连接件的校核本汽车举升机有多处连接采用螺纹连接，要校核所有螺纹连接是没有必要的，本章着重选择校核升降台与剖分式螺母套的螺纹校核与箱体与地基的螺纹校核。升降台与剖分式螺母的螺纹连接是通过铰制孔用螺栓抗剪切来承受载荷的。螺栓杆与孔壁之间没有间隙，接触表面承受挤压应力；而在连接接合面处，螺栓杆则承受剪切应力。因此，应分别按挤压及剪切强度条件计算。升降台与剖分式螺母螺纹连接的受力示意图见图9.1。图9.1 螺纹连接示意图计算时，我假设螺栓

22、光杆与孔壁表面上的压力分布是均匀的，又因为这种连接所受的预紧力不大，所以不予考虑预紧力和螺纹摩擦力矩的影响。根据机械设计可知，螺栓杆与孔壁的挤压强度条件为:螺栓杆的剪切强度条件为：式中：F - 螺栓所受的工作剪力，N； d0 - 螺栓剪切面的直径，mm； Lmin - 螺栓杆与孔壁挤压面的最小高度，mm。根据本汽车举升机的总体设计要求，额定举升高度为3t，所以每个螺栓承受的工作剪力F为：再由上述公式可得：预选择螺栓的性能等级为4.6，则屈服极限为240MPa。根据机械设计可知，螺纹连接件的许用切应力和许用挤压应力分别按下列式子确定：对于钢，取根据机械设计的表5-10，安全系数分别取。所以， 满

23、足要求。所以，升降台与剖分式螺母套之间的螺纹连接采用铰制孔螺栓M18×55，性能等级为4.6。箱体与地基之间的螺纹连接采用普通螺栓连接，由于箱体所受倾覆力矩较大，为了防止接合面受压最大处被压碎或受压最小处出现间隙，本节主要校核受载后地基接合面应力的最大值不超过允许值，最小值不小于零，即有：上式中，代表受载前由于预紧力所受的挤压应力；A为接合面的面积；为加载后接合面上所产生的最大的附加挤压应力。由于地基刚性大，螺栓刚度相对较小，可用近似公式计算，式中，W是接合面的有效抗弯截面系数。接合面材料的许用挤压应力见表9.1。表9.1 连接接合面材料的许用挤压应力材料钢铸铁混凝土砖（水泥浆缝）木

24、材/MPa0.8（0.40.5）2.03.01.52.02.04.0 根据设计，螺纹连接预选为M20，性能等级为5.6，共有9个螺栓。 根据机械设计，对于钢制螺栓连接的预紧力F0，可以按下列公式确定：碳素钢螺栓： 。此处的螺栓性能等级选择5.6，则屈服极限为300MPa。A1为螺栓危险截面面积，所以有：这里F0取47100N。由于箱体地面为一矩形，长为417mm，宽为390mm，所以抗弯截面系数为:。根据额定举升质量和举升机尺寸可以算出：。又根据汽车举升机的总体设计，箱体与地基的接合面的有效面积A = 159896mm2。 综上可得： 由上数据可知，螺栓预紧力过大，现取F0 = 20000N，再代入公式计算得： 满足条件。 所以为了防止箱体与地基接合面受压最大处被压溃和最小受压处有间隙，取螺栓预紧力F0 = 20000N。第十章 结论与建议通过对汽车举升机传动方式和内部结构的分析计算，依据现有举升机的传动方式和结构，选择了相对简单可靠的传动方式。同时，对主要的承重部件进行了强度以及刚度的校核；对螺旋传动装置、皮带传动装置进行了选择与校核计算，对重要螺纹连接进行了选择与校核计算；通过对锁紧安全装置的设计从而保证了设计机械的安全实用性；该举升机还有需要改进的地方：1、 锁紧安全机构可以不选用的气动的导轨钳制器，可以设计成电磁控制的导轨钳制器。2、 螺母材料可以采用含油MC尼龙螺母，