本科毕业论文---液压式汽车双柱举升机设计.doc

本科毕业设计 题目名称： 液压式汽车双柱举升机设计 学 院： 专业年级： 学生姓名： 班级学号： 指导教师： 摘要摘要双柱式汽车举升机是一种汽车修理和保养单位常用的举升设备，广泛应用于轿车等小型车的维修和保养。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、四柱式举升机、剪式举升机、组合移动汽车式举升机等。本文较全面地介绍了举升机的分类，在确定了所要设计的举升机的方案之后，即针对举升机的结构及其特点要求进行了设计与说明。然后分析了液压式双柱汽车举升机主立柱的截面特性，并对主立柱的强度和刚度和托臂的强度进行了校核验算。同时对液压缸活塞杆强度也进行了验算，以保证所设计的举升机满足使用要求。关键词液压式，双柱举升机，机械结构设计，液压驱动，AbstractDouble-column automobile lifting machine is commonly used lifting equipment in automobile repair and maintenance organization, widely used in cars and small trucks repair and maintenance. The manufacturers and the types of the automobile lifting are both numerous, for instance, double-column lifting, forth-column lifting, shearing lifting, mobile car combination lifting and so on. The paper makes a comprehensive introduction to the classification of the lifting and when the liftings design program is identified, this paper gives the design and description against the structure and characteristics of the lifting. And then the main columns section characteristics of the hydraulic double-column lifting are analyzed, and the strength and stiffness of the main column and the strength of the arm and piston rod of the hydraulic cylinder are also checked to meet the requirement of the designed lifting machine.Keywords hydraulic; double-column lifting machine; mechanical structure design; hydraulic driving不要删除行尾的分节符，此行不会被打印23- -目录目录摘要IAbstractII1 举升机方案设计11.1 举升机的基本情况11.1.1 常用汽车举升机的结构类型11.1.2 汽车举升机的主要参数11.2 举升装置的要求11.3 普通式双柱汽车举升机结构方案的确定22 普通式双柱汽车举升机的结构设计42.1 举升装置42.2 立柱52.3 支撑机构52.4 同步机构63 液压式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算73.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算73.1.1 主立柱的截面特性分析与计算73.1.2 主立柱的强度分析与验算93.1.3 主立柱的刚度计算163.1.4 托臂部分强度核算174 液压系统194.1 液压系统工作原理194.2 液压缸计算校核204.2.1 液压缸的设计计算204.2.2 液压缸活塞杆强度验算204.2.3 液压泵的选择215 结论22参考文献23致谢244 液压系统1 举升机方案设计1.1 举升机的基本情况1.1.1 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。1.1.2 汽车举升机的主要参数普通式双柱举升机、龙门式双柱举升机和四立柱式举升机这三种目前市场上主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表1-1所示。表1-1汽车举升机的主要参数 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 t mm mm s s普通式双柱 2.5-4 1700-1800 110-180 50-70 20-60 龙门式双柱 2.5-4 1700-1800 110-180 50-70 20-60 四立柱式 2.5-4.5 1700-1800 110-180 50-70 20-60 1.2 举升装置的要求在我国的规定中讲到举升机的设备安装电器系统的绝缘、耐压和保护电路的连续性都要符合GB5226的有关规定。而在欧美地区同样也有其相应的明文规定。举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。在欧洲地区液压缸、气缸、管路及接头受调压阀设定的最大压力的限制。他们至少应承受该压力的2倍（采用液压驱动时）或是该压力的3倍（采用气压驱动时）并且要没有永久变形。我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如：（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。1.3 普通式双柱汽车举升机结构方案的确定通过对汽车举升机的结构的认识和了解，确定了本次设计的举升机的总体方案。如下图1所示：图1普通式双柱举升机的结构示意图本次设计的是由液压驱动的龙门双柱汽车举升机。它的结构主要包括以下几个部分：举升装置、同步驱动装置、立柱和托臂。龙门双柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，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。2 普通式双柱汽车举升机的结构设计2.1 举升装置本次设计的举升机的举升装置是由液压系统以及电箱组成的。通过电箱的开关启动电动机来控制液压单元，液压油进出液压缸，并通过链条连接液压缸和滑台来带动设备的举升动作。图2是普通式双柱汽车举升机的举升装置的结构图：图2普通式双柱汽车举升机的举升装置结构图从图中可以看到，液压式双柱汽车举升机的举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动滑台达到举升的目的。2.2 立柱普通式双柱汽车举升机的立柱有两个，分别是左、右两边各一个立柱。图3是左边立柱的俯视图。整个举升机的重量几乎都是由立柱来支撑的，因此它必须要有一定的强度和刚度。立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。图3左立柱的俯视图2.3 支撑机构托臂部分是属于举升机的支撑机构。当汽车进入到举升机的范围里时，整个支撑机构就通过改变托臂的角度或方向来改变托臂的整个工作范围的宽度。如图4所示：图4托臂的工作范围示意图托臂的长度是可以伸缩的这个也可以增加他的工作范围。但是由于托臂属于支撑机构，它是要承受一定的重量的，所以保证托臂的强刚度和强度都非常重要。2.4 同步机构由于到左右两边两个液压缸的液压油量不可能每时每刻都相等，这会导致因左右两边的举升速度不一样而举升不平衡。因此，我们在液压举升的基础上增加了钢丝绳的同步装置，用这样的同步装置来弥补液压缸带来的缺点，确保汽车整体的水平位置保持一致，所以本次设计采用了钢丝绳来作为整个举升机的平衡机构。本次设计所采用的是在立柱内安装两副钢丝绳，确保工作时两个液压缸同时举升。3 液压式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算双柱式汽车举升机的结构形式有多种，举升机系是指液压驱动的龙们式双柱举升机。此类举升机构的传动系统由液压系统驱动和控制的，通过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，使滑台上安装的导向轮沿立柱滚动，实现滑台的上下移动。举升设备的主要部分有：举升机构、支承机构和平衡机构。本次设计的举升机的主要性能参数为：额定举升载荷3吨，最大举升高度为1900mm，工作行程为1750mm。3.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算3.1.1 主立柱的截面特性分析与计算立柱体是举升机主要的受力承重部件。举升机立柱在工作时受来自于保险机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。因此，立柱在这两种力的作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂的倾向，故立柱底部与底座处焊有加强筋。立柱壳体用钢板整体压制成形，其上部与加长立柱用螺栓连接，下部与底座焊接后部还与立柱后盖相焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵和电气控制箱。主立柱作为主要的承重部件，先对其截面特征进行分析，主要是确定立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。3.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置将整个截面分为A1、A2、A3三个部分，取与截面底边互相重合的Z轴为参考轴（见图5举升机主立柱横截面示意图），Z1、Z2、Z3分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其形心至Z轴的距离分别为： 图5举升机主立柱横截面示意图 重心C到相应边的距离e：19 (4.1)整个截面形心C在对称轴Y上的位置则为：(4.2)3.1.1.2 确定惯性矩设三截面的形心分别为C1、C2、C3，其形心轴为Z1、Z2、Z3（图4.1），它们距Z轴的距离分别为：由平行移轴公式，三截面对中性轴Z的惯性矩分别为： (4.3) 、为三截面对各自心轴Z1、Z2、Z3的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩： 3.1.1.3 立柱静矩S的计算：（1）立柱整个截面上半部分的静矩S1： (4.4) 其中、分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面上半部分的静矩S为： （2）立柱整个截面下半部分的静矩S2： 3.1.2 主立柱的强度分析与验算举升机工作时，其托臂将汽车举升至一定高度后锁定，举升机直接承载处位于托臂端部，故应先对滑台部件进行受力分析（见图6滑台部件受力情况示意图）：图6滑台部件受力情况示意图3.1.2.1 滑台部件受力情况分析图4.2中，单侧托臂受到的最大载荷为1.5吨，加上自重，托臂端部受力为1050kg,F1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，FBX和FBY为保险支承板给予的支承力，B处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有： (4.5) (4.6) (4.7) 由式4.7得，代入式4.6 假定 则由式4.5得：综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集中在负载处，近似估算值为50kg。单侧托臂受到的最大载荷为1500kg，加上滑台部件的自重，托臂端部受力大小为1550kg，F1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，F1=F2，FBX和FBY为保险支承板给予的支承力，B处是支承点位置，则：。3.1.2.2 举升机主立柱受力情况分析主立柱受力情况（见图7液压式双柱举升机主立柱受力情况示意图），F1和F2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力（图示为最高位置），FBX和FBY为滑台作用在立柱上的支承力（压力），RHX、RHY和MH为底部支座反力。针对立柱受力情况，经计算得：图7液压式双柱举升机主立柱受力情况示意图RHX=0 RHY=FBY=1550kg 3.1.2.3 普通式双柱举升机主立柱强度校核计算从图7看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和剪力图。由F1引起的剪力图和弯矩见图8：图8立柱上F1作用力及其弯矩图和剪力图 由F2引起的弯矩图和剪力图见图9：图9 立柱上F2作用力及其弯矩图和剪力图l=2600mm b=1890mm a=710mm 由FBY产生的M引起的弯矩图见图10：图10立柱上M作用力及其弯矩图 综上所述，立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图如图11所示。图11立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图从图中可以得出 在截面C处，剪力最大（QC=5234.804kg），弯矩最大（MC=2748272.1kg）,所以此处是危险截面。前面计算已经得到，抗弯截面模数为： (4.8)截面上半部分静矩S171.24cm3， (4.9)以下进行强度校核：（1）校核正应力强度： (4.10)许用应力选： (4.11)，满足强度条件。（2）校核剪应力强度：(4.12)选，而许用应力(4.13)，满足强度条件。（3）折算应力强度校核：主立柱横截面上的最大正应力产生在离中性轴最远的边缘处，而最大剪应力则产生在中性轴上，虽然通过上面的校核说明在这两处的强度都是满足要求的，但是因为在截面C处，M和Q都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理论进行折算应力校核，取该截面边缘处某点K进行计算：(4.14)(4.15) 由于点K处在复杂应力状态，立柱体材料采用的30钢是塑性材料，可以采用第四强度理论20，将 的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态建立的强度条件为： (4.16)所以 即 (4.17)按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。3.1.3 主立柱的刚度计算用迭加法：（1） 由F2引起的绕度：（往外弯）用式 (4.18)E：弹性模量的选择： 碳钢取：196206Gpa取201Gpa=20.1106N/cm2= = (4.19)（2） （往内弯）由F1引起的绕度： （3）由M引起的绕度： (4.20)（往外弯）此植可忽略不计。实际往内弯的绕度 3.2 托臂部分的强度校核3.2.1 托臂部分截面特性托臂部分截面属于变截面，以下先计算截面特性数据：（1）小臂截面尺寸：7070方钢，壁厚8mm，a=70,b=54惯性矩： (4.21) (4.22)静矩计算：（2）大臂截面尺寸：8585方钢，壁厚8mm，a=85,b=69惯性矩： 3.1.4 托臂部分强度核算图示为托臂部件图：托臂图托臂的剪力和弯矩图如图12所示：图12 托臂的剪力与弯矩图所以满足抗弯强度要求：4 液压系统4.1 液压系统工作原理启动电动机按钮后电机起动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。此阀的压力在出厂前已经调好，以保证起重的额定载荷的要求。当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，起动按钮停止供油，提升结束，开始作业工作。如果拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降，其工作原理图见图13：图13液压系统工作原理图1- 齿轮泵，2-电动机，3-滤油器，4-单向阀，5-溢流阀，6-手动式下降阀， 7-限流阀8-举升缸，9-液位计，10-空气滤清器4.2 液压缸计算校核4.2.1 液压缸的设计计算液压缸上的载荷是F=30000N初选液压缸工作压力P=10MpaF=PAA=3D=6.1m=61mm取液压缸内径 D=63mm。缸体长度 L=1063mm工作行程 l=875mm活塞杆直径 d=56mm4.2.2 液压缸活塞杆强度验算根据活塞杆只受压力的工作情况，强度验算公式为：d35.7mm (5.1) 式中：F载荷力KN。 这里 F=30000N (5.2)活塞杆材料应用应力MPa=s/n (5.3)其中：s材料屈服极限，n=安全系数。取s =315MPa，n=3，=105MPa。则 d35.7=21.432 mm 实际采用的活塞杆直径d=56mm21.432mm，所以符合受压强度要求。4.2.3 液压泵的选择 已知：举升机的托臂有最低点升到最高点的时间=45s 举升机的托臂由最高下落到最低的时间t=30。（1）活塞与缸体的相对速度 V=0.02m/s 液压缸工作是液压油的流量是Q=AV=6.23m/s(2)油泵的最大工作压力： p=+液压泵的流量： 根据所求得的液压泵的最大工作压力和液压泵的流量确定选外啮合单级齿轮泵。 5 结论本次所设计的举升机是采用以液压驱动、液压缸为举升装置以及钢丝绳为同步装置的液压式双柱汽车举升机。液压驱动的能量来源于电机。总结这次普通式双柱汽车举升机的设计，大体可以归纳为以下几点：通过市场调查并查阅资料，首先了解了汽车举升机种类，并熟悉了各类汽车举升机的外形以及它们的功能特点、使用要求等。在对汽车举升机有了一定的了解后，确定了本次设计的设计方案。在确定了设计方案之后，就对液压式双柱汽车举升机的结构进行了设计。在设计过程中通过参考其它形式的举升机的结构特点，再结合了自己的设计思想再通过孙老师的指导最终把此次液压式双柱汽车举升机的结构设计成由举升装置、立柱、支撑机构和平衡机构四大部分组成。由于汽车举升机是一种将汽车抬升到一定高度后用于汽车维修或保养的举升设备。因此，在工作的情况下它必须要承受一定的载荷。所以，在设计了汽车举升机的结构之后，还对它的强度、刚度进行验算，以保证举升机有足够的承载能力来安全有效地工作。除了对普通式双柱汽车举升机的机械结构进行设计、验算外，还进行了液压部分的验算。因为本次设计的普通式双柱汽车举升机的驱动系统采用的是液压驱动，而且它的举升装置采用了液压缸举升活塞杠是主要受力件，因此对活塞杆也进行了强度校核。千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。“结论”以前的所有正文内容都要编写在此行之前。参考文献 参考文献1徐颖 .机械设计手册. 机械工业出版社，2001.2吴宗泽.机械零件设计手册.机械工业出版社， 2004.3王文斌.机械设计手册. 机械工业出版社， 2004.4刘延俊主编 .液压与气压传动M . 机械工业出版社 , 2002.5 张利平 ,刘青社; 现代液压机研发中的液压系统设计 J;CMET.锻压装备与制造技术; 2002年06期6 孔红梅,纪超红; 液压举升机同步系统 J;液压气动与密封; 2000年02期; 7 柏思齐; 小型移动式倒杆吊车 J;机械工人.冷加工; 1984年11期; 51-528 各种形式举升机方案比较 J;城市公共交通; 2005年04期; 489 新型液压汽车举升机J; 林产化工通讯; 1995年02期; 2210 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; 34-3611 李文,王学君; DT型汽车保修液压多级缸同步定位举升机设计原理及应用J; 工业技术经济; 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