【停车位进出转向装置设计8800字】

课题第第页停车位进出转向装置设计摘要：本次课题是关于停车位进出转向装置的设计。本次设计是为了在私家车数量增长迅速的背景下，解决停车困难、停车缓慢的问题，有利于缓解停车位数量紧张。根据任务书，停车位进出转向装置的最大负载能力为1680kg。对装置进行分析，制定一个合理的方案。采用脚踏式，液压缸挤压压力油产生动力，从而使铰架带动平台升降，用万向脚轮来帮助汽车转向。首先通过支撑铰架的动力分析,详细说明了本装置升降汽车所需承载的负荷。本文使用的是标准零件液压缸和液压泵,详细说明它们的选型原因并介绍液压系统的工作原理和液压泵内部储油量的计算。在强度校核方面,铰架和液压缸两端的轴承强度检测主要是基于机械材料动力学的知识。停车位进出转向装置主要有两个大部分:车身与液压系统。停车位进出转向装置运行操作的控制由一套液压系统和一个液压缸共同完成,其中，液压缸是单作用的液压缸,液压泵是踏板型。本次设计查阅了大量的资料,并结合了许多实践案例的经验。关键词：液压系统铰架停车平台目录TOC\o"1-3"\h\u93091绪论 1701.1课题研究的目的及意义 1145261.1.1停车位进出转向装置设计的目的 126651.1.2停车位进出转向装置设计的意义 1176951.2国内外液压技术研究现状及发展趋势 2253561.3本课题研究内容 2183112停车位进出转向装置的整体设计 497282.1整体方案的分析 5211912.2液压停车装置的结构及运动原理 6286873停车装置尺寸分析计算 7309303.1停车装置高度的计算 767583.2相关角度的计算 2104993.3液压缸作用结构图分析 9282414停车装置受力及力矩分析 10106004.1整体受力分析图 10316944.2外铰架受力分析图 11193364.3内铰架受力分析图 11209334.4力和力矩的分析计算 12164504.4.1铰架上端铰支受力 1232964.4.2整体受力分析计算 13193804.4.3内、外铰架单独受力分析 1367534.4.4力矩平衡分析 13249094.5活塞杆受力分析 14139264.5.1活塞杆受力公式的导出 14126584.5.2活塞杆最大受力时角度与数值的计算 15106125液压系统的分析 16157225.1受载分析 15100565.2液压系统的方案设计 15274875.2.1方案的设计要求 153145.2.2液压系统原理图 1591456液压缸、液压泵的选型 17124746.1液压缸的基本尺寸计算 1726036.2液压缸具体选型 1688776.3液压泵设计计算及选型 17143596.4油量的校核 17129807脚轮、滚轮的选用 19192657.1选用要求 18321597.2脚轮实际选型 18294137.3滚轮的选用 18114268铰架、滚道、工作台和底座的设计 20139948.1内铰架与外铰架的材料选择及尺寸设计 1999908.2滚道材料及设计尺寸选择 19199808.3升降工作台材料选择及尺寸设计 21180148.4底座材料选择及尺寸设计 19215509铰架和肋板的应力计算及强度校核 22188399.1内、外铰架力的分解 21172139.2外铰架轴力图、剪力图和弯矩图分析 23259479.3内铰架轴力图、剪力图和弯矩图分析 22152939.4铰架应力强度校核 2411749.4.1铰架截面尺寸的确定 24326389.4.2铰架截面应力分析校核 2487399.5肋板强度校核 2712949.5.1肋板受力和弯矩图 27115009.5.2肋板的强度校核 3012803参考文献 321绪论1.1课题研究的目的及意义1.1.1停车位进出转向装置设计的目的利用与材料力学,力学原理,机械原理，液压技术等专业及相关课程的知识通过停车位进出转向装置的设计与实际结合起来,从而扩展拓宽和加强深化所需要的知识,并进一步培养全面的知识分析解决问题能力以及独立进行工作以及解决自己专业科学技术存在的问题能力。在进行设计实践中,我初步地学习并熟练掌握了各种通用的液压元件,并熟练地了解各种标准液压元件的选型原理以及各种回路之间的组合操作方法。提高了对数据分析处理,相关设计计算,编写技术说明书等的应用能力,为将来从事设计制造这项工作打下了坚固的基础。2、通过对停车位进出转向装置的设计,对液压系统有了一个较为完整的理解概念,学生在绘图软件、设计计算和掌握了所需要的设计数据(包括设计手册、标准和技术规范等)上都有了切入的实践性培训。通过编写设计说明书,培养了学生的归纳问题、总结问题和独立分析解决问题的能力。1.1.2停车位进出转向装置设计的意义收入的提高,使居民对生活有更高的追求,汽车变成了几乎每个家庭的需求。2021的时代已经到来,私家车数量也随着增加,我查询到了一些与私家车数量相关的资料和数据进行统计，一直到2020年的时候，我国的机动车的数量就已经达到3.72亿辆[2]。停车位变得紧张,停车困难成为了现如今较大的难题。一种安装滚轮来转向，脚踏式，液压传动的停车装置，它具有整体结构简单,操作便捷,安全等优点,对如今的停车紧张起着重要的作用。可广泛应用于小区、商场附近等各种公共场所,因为它们的操作简单,动力简单,停车效率得到了提高且劳动强度低。更值得说的是,该装置可以和其他配置组合使用,以达到更好的效果。该课题的主题来自现实生活,设计的产品具有实用价值,有必要深入了解。基于现有相关产品的改进设计,结合相关的理论知识和生产实践,使产品结构更加实用和可靠。1.2国内外液压技术研究现状及发展趋势上世纪20年代，美国建成了第一个机械升降停车库[5]。直到50年代，欧洲的许多国家也开始对机械式停车装置进行研发和生产，因为土地资源相对富余，停车问题表现的不是很突出。而亚洲的技术发展主要起源于日本，从上世纪60年代就开始开发并投入使用，一直到90年代已经从单一型变成多种型式。中国虽然对机械停车装置的研发和应用较晚，但在学习国外技术的基础上，发展十分迅速。从1980年开始，到1988年中国第一个升降横移式停车装置出现，两年后垂直环绕式车库建成，只用了短短几年的时间。随着经济、汽车行业的高速发展，停车装置逐步推广。就目前而言，中国在该行业也存在着一些问题。行业整体利润不高；专业化管理程度不足，依附于一些汽车产业等；技术研发水平不高，过分依赖国外技术，没有竞争力，生产规模小。图1-1垂直环绕式机械停车装置图1-2固定式剪叉式升降平台图1-3汽车升降机在17世纪的时候，液体静压力传动原理由帕斯卡提出，液压技术开始发展起来，直到19世纪初，液压缸的工作介质从水变成了油[4]。二战结束之后，工业迅速发展，液压技术也有了重大改革。液压停车装置的核心部件是液压起重设备。因此,液压式举升器的动力学研究分析和机械运动研究分析主要把国内外地区进行对比,以确定各种液压缸的主体性能参数及其主要尺寸。用34号，35号或无缝钢管，制成的实心杆或空心杆可避免体积大、拆卸和安装困难，用途单一，暴露在外易腐蚀等缺点，这些缺点可能会造成不必要的损坏。为提高耐磨性，可使用硬铬镀层并抛光。由于镀铬会造成污染，因此是国家环保线下的增值产品。在二十一世纪，应当在现有的技术的基础上，不断地创新和发展，为了在未来能够满足更广阔的应用领域。提高了元件的质量和液压系统水平，发展了计算机、微电子、自动控制等传统技术。再次,随着我国人民生活水平的提高,厂房,仓库等占地面积相对较小,人力资源变得紧缺,企业需要提高他们的劳动效率,节约更多的人力，对建设场所要减少空气污染和噪音污染。国内外相关的研究人员不断改进停车装置的结构性能,发挥自己的想象和创新，同时研究人员并根据这些地方人们的不同需求改变停车装置的尺寸，开发了一种脚踏式液压停车装置,可以更稳定地举起重物,节省人力,占用空间小,安全可靠,能够随时对负载的变化作出响应。1.3本课题研究内容本课题是讨论与确定停车位进出转向装置包括汽车的出入和转向的方案。液压系统设计,相关标准元件和零件的尺寸计算和选型，材料性能分析及确定。例如,分析两种液压缸的布局的优缺点,据需求计算液压传动系统中各零件尺寸。分析脚轮的负重情况，分析铰架和平台的受力情况来进行强度校核。构思一种效率高、安全、结构简单的进出转向装置。2停车位进出转向装置的整体设计2.1整体方案的分析据要求，平台额定载重量为1680kg,升高高度须达到70mm,运用脚踏式液压泵控制升降平台举车。要求一轮固定,一轮可变向,设置一个过载安全控制阀,保证操作的安全性和刹车的稳定性，能够随时启停。对多个方面进行比较，初步拟定了两种脚踏式升降平台的设计方案。图2-1液压缸两端固定于铰架和底座上图2-2液压缸两端灵活连接如图2-1,第一种方案液压缸两端分别固定在铰架和底座上，两端可以互相帮助，压力缸的稳定性得到保证,铰架的受力分布也更加平衡。值得注意的是,在这种解决方案中,液压缸的工作点在铰架的实心截面处，作用点低，液压缸行程变化小,同时可以让让更多用户在基础上有较大和小幅度地功能升级和成本降低。而且在功能设计上相对容易就能得到用户满足,从而大大程度节约了普通用户的工作时间和精神体力,也大大提高了其实际工作效率。如图2-2所示,该方案与方案一不同之处在于，液压缸的两端都可以在一定空间内进行自由的移动。这种设计却使得液压缸承受了较大的弯矩和径向剪切力,因此需要的是稳定性较好的压杆。就简单结构而言,应力和尺寸计算复杂。同时,停车位进出转向装置在运作的过程,与第一种方案相比较需要更长的液压缸行程。另外,会有较大的力由轴作用在铰架截面处，这更有可能成为危险区域。且当该设计方案的液压缸的活塞移至底部时,停车装置可能仍具有较大的高度,这不能满足最小高度的设计要求。通过对以上两种解决模式方案的数据综合定量分析和定性比较,选择第一种解决模式方案。2.2液压停车装置的结构及运动原理动力源和机架是液压停车装置组成部分。图2-3停车位进出转向装置运动原理如下：从结构上来看，停车位进出转向装置由机身（平台、底座、内外铰架等）和动力源（液压泵、液压缸）组成。从装置运作和结构连接方式来看，液压缸两端经轴分别固定在底座导轨槽中间和外铰架的两肋板。铰架左端通过铰支连接固定在上下导轨槽的左侧，右端通过带轴承的滚轮连接到上下导向槽。液压缸与液压泵之间有油管。当踩踏脚踏板时,油液从液压泵经过油管至液压缸，使得活塞杆顶出，平台上升。下降时,汽车本身的重力令柱塞挤压油液。另外,安装一组定向脚轮可以方便移动，同时安装另外一组万向脚轮可以控制汽车的转向,在脚轮处还安装了一个制动器，使得停放汽车在搬运货物的过程中,制动器和停车设备都不会发生移动。3停车装置尺寸分析计算3.1停车装置高度的计算图3-1停车装置简化图、停车装置平台离地高度需达到70mm，现取停车装置平台最大高度=1000mm，最小高度=435mm；、选择滚轮（标准件）D=150mm,那么滚轮机构的总高度选t=200mm。、试选择=50mm，=60mm。--上端导轨槽整体高度--底部导轨槽整体厚度如果不充分地考虑延伸到一个基础支撑平台的厚度,那么基座铰支中心与上端轨道槽上的固定铰支中心之间的连接距离计算为:=-（t++）=1000-(200++)=745mm(最高处)=-（t++）=435-(200++)=180mm（最低处）3.2相关角度的计算设平台底部到液压缸作用点中心距离=10mm,则液压缸作用点中心到底座上固定铰支中心距离：g=--=180-10-=145mm。停车平台的尺寸为3000×2000mm,则在底座上的固定式停车装置在处于最小高度时,，活动铰支中心到底座固定铰支中心距离为d=2850mm。则tan==180/2850=0.0632=3.62°则2L==2855mm从而sin==745/2855=0.261=15.13°以上2L--铰架长度；--平台在最低高度，铰架中心线和底座导轨中心线的夹角；--平台在最大高度，铰架中心线和底座导轨中心线的夹角；停车装置处在最高处时,活动铰支中心到底座固定铰支中心距离为e==2755mm=1425mm。这种情况下，装置承受重物的作用中心没有发生改变，说明装置平台较为稳定，危险性比较低。3.3液压缸作用结构图分析如图3-2中:图3-2液压缸作用简化图若令=m，=p，则=n由确定；如果一个停车支撑装置有到达最高处的高度,液压缸作用点中心和底座上的一个固定性铰支撑点中心的直接连线ce就会处于一个垂直位置，即与水平成，则当==3.62°时，sin（+）=g=145mm；当==15.13°时，+==74.87°由上得p====148mm液压泵的支撑点作用于底座中心d点，则M===1425mm计算液压缸中心线ed到c点的距离n对于ced，由面积关系可有：，从而得：将p=148mm，m=1425mm，=代入上式得：4停车装置受力及力矩分析4.1整体受力分析图停车装置在整体受力如图4-1，图4-1整体受力分析图4.2外铰架受力分析图外铰架L1受力分析如图4-2，图4-2外铰架受力分析图图中：,，,;4.3内铰架受力分析图内铰架L2受力分析如图4-3，图4-3内铰架受力分析图图中：,，;上面的图中所表示力的方向均为事先给出假设力的方向,其中规定的是水平(x轴线)方向，(x)在向上的方向上的值为正,向下为负;竖直方向(y轴线)向右是正,向左是负。4.4力和力矩的分析计算4.4.1铰架上端铰支受力先忽略平台自重，则由上图因为，所以 而（有，且有）——平台导轨槽与轴承滚轮间的摩擦系数（0.01）能够计算出、、、4.4.2整体受力分析计算两个铰架，重物以及平台组成的整体（4.1）=0=0（4-1）=0（4-2）4.4.3内、外铰架单独受力分析对L1单独进行受力平衡分析：=0=0（4-3）=0=0（4-4）由（4-3）、（4-4）得（4-5）由（4-2）、（4-4）得（4-6）对L2单独进行受力平衡分析：=0=0（4-7）=0=0（4-8）4.4.4力矩平衡分析假设顺时针是负，逆时针是正，对L1的c点的转矩平衡有：=0=0（4-9）对L2有：（1），d点的转矩平衡得：=0=0（4-10）（2），o点的转矩平衡得：=0=0=0（4-11）又因为（轴承滚轮与底座导轨槽间的摩擦系数）（4-12）4.5活塞杆受力分析4.5.1活塞杆受力公式的导出由（4-11），（4-12）两式得：则至此能算出由上（4-5）、（4-6）式分别可得：（4-13）=-（4-14）将以上（4-13）、（4-14）式代入至（4-9）式得：F==（4-15）至此我们就可以精确的计算出力F，因为考虑的是按对称铰架的一边来，则T=2F=其中：T-液压缸受力大小4.5.2活塞杆最大受力时角度与数值的计算经计算，液压缸产生最大力时，底座与铰架的角度成不同大小，各铰支点受力大小不同，液压缸受力也大小不同。部分关键数据输入如下，表4-1活塞杆受力时相关值的变化-81.7-81.3-81.1-80.7-80.38159.1756364124319.3707.740.843.849.359.677.44078.74376.24931.35962.37742.756.0474.5989.6899.70106.63885.86709.63566.20469.06395.478.518.998.958.577.991427.51427.51427.51427.51427.5(N)66783610335417746657383903根据上面得到，停车装置处在最低位置的时候，此时=3.62°时，有T=66783N（液压缸受力最大），因为内外铰架、平台、导轨槽也有一定的重量，经过查询，取系数=1.3，液压缸受最大压力=T=667831.366818N5液压系统的分析5.1受载分析该脚踏式液压停车装置的工作循环过程是：当工作平台处于最低位置时，脚踩脚踏板，平台升起，可以下任意位置停止，液压系统进入保压阶段，再到下降到最低处，一个工作循环结束。停车装置倾角随着平台上升不断变化，整个工作周期中，平台处于最低位置时，活塞杆具有最大推力。平台的高度在增加，活塞杆的推力在减小。5.2液压系统的方案设计5.2.1方案设计要求停车位进出转向装置的动力源为液压泵（脚踏式）和液压缸（单作用），一部分液压回路。如下：1.当停车位进出转向装置平台上升时，选择换向阀的左侧接通，脚踏启用液压泵，油箱中油液进入液压缸底部，使得液压缸的活塞被油液向上顶出来，汽车升起。2.当停车位进出转向装置平台下降时，选择换向阀的右侧接通，上面由于汽车的重量，液压缸6中油因压力被压出，经节流阀8和换向阀流回油箱，使之缓慢下降5.2.2液压系统原理图液压泵出油口与液压缸进油口连接形成回路。如下图，图5-1液压系统原理图6液压缸、液压泵的选型6.1液压缸的基本尺寸计算液压缸瞬时尺寸(交接点DC之间距离） （铰支点间最小距离）（铰支点间最大距离）依据实际设计的情况（图3-2）有Smin==（最小安装尺寸）Smax==（最大安装尺寸）根据液压缸的有效工作范围，考虑液压缸结构尺寸K1和K2，假设有效行程为△s。通常情况下，为使液压缸两铰接点间距离最小，活塞不到液压缸底部有Smin≥Kl+K2+△S；同理，Smax≤Kl+K2+2△S.（K1和K2由液压缸的具体结构确定）图6-1液压缸相关尺寸图6.2液压缸具体选型综上，载车平台处在最低高度时，也就是说这个时候，液压缸受力最大，有=66818N。选液压缸缸径，最大推力=66818N。上面我们已经计算出了Smin=1403mm（液压缸最小安装尺寸），Smax=1433mm（最大安装尺寸），行程S=Smax-Smin=30mm。选液压缸行程S=100mm。6.3液压泵设计计算及选型根据以上计算，液压缸的最大压力为66818N，并且液压泵必须提供至少66818N的力。根据要求，使用脚踏式液压泵F-1000（L×b×h=530×160×200mm）输出压力P=68MPa、储油量1L、重12kg（配1m高压油管）校核该类型的液压泵，缸径为，=66818N（承受的最大压力），====34.03MPa（内部活塞所受最大压强）很明显有＞也就是说，液压泵产生的压力要比液压缸可以承受的最大压力强，因此F-1000英尺液压泵可以满足设计要求。另外，液压泵还具有以下性能要求：适用于较多的场合，采用脚踏式方便省力，设置控制阀使操作更加安全。6.4油量的校核由上有液压缸所需要有效行程大约为100mm,而由上得到一个液压缸的直径大约是50mm,则可以判断当停车设备到达最高的位置时,该液压缸的内部储油总量=100×10‾²×=0.2L。油管储油量为=10=0.314L（油管长1m，内径20mm）总油量为=+=0.2+0.314=0.514L，0.514＜1，,所以储油量足够。7脚轮、滚轮的选用7.1选用要求根据设计任务要求，该停车位进出转向装置的额定载荷为1680kg。另外，粗略估算，停车装置本身的重量约为320kg。踏板式液压泵的动力小到可以忽略不计。估计最大承载重量2000kg，即每个滚轮的最小负重重量为500kg。由于停车装置用于工厂，超级市场和其他地方，需要超级橡胶这种材料，从而减少噪音。一对万向轮脚轮用于转向，另外一对是定向轮起固定作用。7.2脚轮实际选型如图7-1,该路段停车车辆设备的主要选定车辆类型和使用车辆设备名称分别为SM-B重型轮胎一对。同时在安装一个制动装置在万向脚轮上，使之更加安全可靠，便于对方向的控制。轮载重600kg,自身重量均为2.76kg，底板尺寸115×100mm,安装孔距85×70mm,孔径=11mm。图7-1脚轮轮径——d=150mm轮宽——w=50mm安装高度——=193mm，7.3滚轮的选用滚轮结构图如下所示，图7-2滚轮结构图8铰架、滚道、工作台和底座的设计8.1内铰架与外铰架的材料选择及尺寸设计内铰架与外铰架是用来支撑停车装置平台的，是非常重要的一部分。因此需要特别关注材料的性能问题。这里我选用普通碳钢（Q235），长度2855mm，实心截面尺寸30×60mm。8.2滚道材料的选择和尺寸设计根据实际的工作状态和情况以及滚轮等相关尺寸，选热轧普通槽钢5。如下图，图8-1滚道基本尺寸为b=37mm、h=50mm、t=7.0mm、d=4.5mm、r=7.0mm、r1=3.5mm8.3升降平台的材料选择及尺寸设计对于本次升降工作台及其主体和内部骨架,尺寸可以确定大约为l×b=3000×2000,材料选择为热轧普通不锈钢板,公称度和厚度确定大约为10mm8.4底座材料选择及尺寸设计底座是起对汽车、铰架、停车平台支撑的作用,选择了一种不用热轧而且有不等重的边角钢,型号参数分别为16/10,其基本结构设计零件尺寸参数分别为a和b=160mm、b=100mm、d=7mm、r=11mm,如下面的表8-2所示。图8-2底座图中：B—长边宽度d—边厚r—内圆弧半径r1—边端内弧半径b—短边宽度9铰架和肋板的应力计算及强度校核9.1分析内铰架和外铰架的受力分解内、外铰架的所受的力，沿铰架方向为1方向，垂直该方向为2方向，，，，，，，，，，竖直方向力很小，在1、2方向上的分解力可忽略不计。9.2外铰架的力矩分析图9-1L1受力分析图图9-2L1轴力图图9-3L1纵向弯矩图图9-4L1纵向剪力图综上，有，L1受最大拉应力为或（液压缸作用点截面）；其中=（o点截面）L1受最大压应力为（液压缸作用点截面）9.3内铰架的力矩分析图9-5L2受力分析图9-6L2轴力图图9-7L2纵向弯矩图图9-8L2纵向剪力图综上，；其中内铰架受最大拉应力为；其中内铰架受最大压应力为；其中9.4内、外铰架的应力强度校核9.4.1确定铰架截面尺寸经计算,现取=3060mm（内、外铰架的实心截面尺寸），进一步计算比较,发现铰架的截面宽度过长,同时为了强度达到要求和节约材料，把尺寸暂时设置为=2060mm。9-9铰架实心截面图铰架连接处，在截面处应加工一孔，直径计算取=30mm，如图9-10铰架截面图9.4.2铰架截面应力分析校核我们可以知道，这些应力随着铰架与底座所成角度的变化而变化，它们的变化曲线如下，图9-11L1变化曲线图9-12L1变化曲线图9-13L1变化曲线图9-14L2变化曲线图9-15L2变化曲线综上，外铰架受最大应力,=96MPa，这时；=98.6MPa，这时，均在液压缸作用点截面处。选取内铰架和外铰架的材料为普通碳素钢Q235,普通碳素钢Q235的屈服应力强度极限一般为=218242MPa，经过选择后所取得的安全性屈服应力强度因数=2，则作为铰架许用的屈服应力强度系数极限应为=109121MPa。可以明显看出，<,且<,内、外铰架满足强度，可以达到支撑汽车的要求。9.5肋板的强度校核9.5.1肋板的力矩图图9-16肋板竖直方向剪力图图9-17肋板竖直方向弯矩图综上我们知道—肋板所受最大弯矩9.5.2肋板的强度校核据上图，又由于=66818N，=386mm=0.386m，=80mm=80m，肋板受最大弯矩====6447.45Nm肋板承抗弯截面系数W===50.24则该截面所受最大拉、压应力为===128.33MPa肋板使用材料普通碳素钢（45），可屈服应力极限的