2022年汽车举升机的设计_机械原理课程设计 .docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 机械原理课程设计设计题目：汽车举升机设计名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目录第 1 章 绪 论 .3-4 1.1 设计课题地目地及意义 3 1.2 设计内容及设计方法 3-4第 2 章 举升机方案地拟定 4-5第 3 章 剪式举升机地设计 5-103.1 剪式举升机地结构设计 5-93.2 剪式举升机液压系统和电气系统地设计 9 -10第 4 章 双柱液压举升机地设计 11 -164.1 双柱液压举升机地结构设计 11-15 4.2 双柱液压举升机液压系统设计 16第 5 章 结 论 16-17参考文献 17第 1 章 绪论1.1 设计课题地目地及意义本设计采纳运算机 CAD/CAE 对剪刀式举升机、子母剪刀式举升机、双柱式举升机进行结构设计,提高产品地综合性能和安全牢靠性 .运算机 CAD/CAE 技术是一种崭新地产品开发技术,是国际上 20 世纪 80 岁月随着运算机技术地进展而快速进展地一项运算机帮助工程技术 .该技术一显现,立刻受到了工业发达国家地有关科研机构和企业公司地极大重视,很多闻名地制造厂商纷纷将运算机仿真技术引入各自地产品开发,取得了良好地经济效益 .现今,在我国利用 CAD/CAE 技术对汽车举升机进行设计讨论仍尚未见成果发表 .只有将汽车举升机地工程实践和运算机 CAD/CAE 技术结合起来,才能真正加快汽车举升机产品地进展历程,为此,本课题基于运算机 CAD/CAE 技术平台,利用当前 CAD/CAE 领域内应用比较广泛地三维软件 Pro/E、有限元软件 ANSYS 进行汽车举升机地强度、刚度、稳定性及动态特性等方面地运算机有限元分析与讨论,可以代替剪刀式举升机物理样机地前期试验,为我国汽车举升机产品地设计、技术开发方面供应更多地理论参考,进一步提高国产汽车举升机地稳固性和牢靠性,提高产品地市场竞争力.该设计地讨论方法,也可应用于汽车举升机及其他新产品地讨论开发中,可以缩短新产品研制周期,削减研制经费,提 高设计精度和效率,对于国内举升机地进展具有重大地现实意义 .1.2 设计内容及设计方法 1.2.1 设计内容名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 本设计在考虑典型地汽车举升机地结构形式和实际工况条件基础上,依据有限元、虚拟装配技术及结构优化设计等理论,建立举升机Pro/E三维实体模型,并进行虚拟装配,将关键零部件模型导入 ANSYS 软件进行有限元分析,获得举升机在载荷工况作用下地应力、应变及变外形况,进一步提高举升机地稳固性及安全性（1）举升机工作原理与结构形式地讨论与分析；（2）举升机二维结构设计；1.2.2 设计方法.设计中我们讨论地主要内容如下：资料收集及总体方案制定 举升机工作原理与结构形式分析举升机二维结构设计（对各个机构零件进行强度分析）整机虚拟装配 撰写设计说明书 .第 2 章 举升机方案地拟定1 常用汽车举升机地结构类型目前,全国生产地举升机地势式也比较繁多,有双柱式举升机、四柱式、剪式、组合移动汽车式等 .仅从举升机地外型来分类地基本形式就有：一般双柱式、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.依据举升机地举升装置地势式分类也有很多种,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 .从举升机地驱动方式分,主要有：电机驱动式举升机和液压驱动式举升机 .2 分析各类举升机地优缺点1依据举升机地举升装置来进行简洁地分析对比 .丝杠螺母举升式 :整体结构相对较简洁,自锁性好,传动比较平稳；但丝杠制作地精度要求较高,而且举升地时候丝杠承担地压力较大,极易磨损,所以寿命一般不是很长,也不能举升过大质量地重物 .链条传动举升式：该结构传动平稳,也有较好地自锁性；但结构较复杂,整体外观尺寸较大,不适合作为小型汽车地举升机 .液压缸举升式：整体结构比较简洁,体积较小,有大地驱动力,传动平稳且易于掌握,使用寿命较长；液压系统零件地精度要求较高,自锁性不好,需要添加机械自锁系统1.齿轮齿条举升式：此类举升式举升机地零件易于加工,生产成本较低,有较好地自锁性；但整体构造比较复杂,且不易举升过重地重物 . 2拟定合适地方案对比上面四类举升装置,采纳优势比较明显地液压缸举升式作为本设计题目地动力驱名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 动方案 .采纳液压驱动设计两种常见结构地举升机：剪式举升机和双柱式举升机 .目前举升机类地产品大部分是采纳液压缸缸举升式作为驱动,随着现在制造技术地日益进步,液压系统能更加安全、平稳、有效地工作,所以这也是各类举升机采纳此方案地根本缘由 .第 3 章 剪式举升机设计3.1 剪式举升机地结构设计1 举升机结构确定此次设计所要举升地重量为 3.5t 以下地轿车,所以采纳剪式液压驱动举升机就完全可以.为了适合大小修理厂,对地基没有过多要求,地面安装即可 .整体结构形式如图 3.1 所示 .剪式液压平板举升机由机架、液压系统、电气三部分组成 护装置等以保证举升机安全使用,保证修理工人地生命安全.设置限位装置、升程自锁保 .举升机由电气系统掌握,由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩,带动举升臂上升、下降、锁止 .举升机一侧上下端为固定铰支座,举升臂由销连接固定在铰支座上 .另一侧上下端为滑轮滑动,举升臂通过轴与滑轮连接.举升机在工作过程中,以固定铰支座一侧为支点,滑轮向内或向外滑动,使举升机上升下降,当达到适当地举升位置时,利用液压缸上地机械锁 锁止 .子母剪式举升机使用便利,结构简洁,占地面积小,适用于大多数轿车、汽车地检 测、修理及保养,安全牢靠 .2 举升机各零部件之间地连接关系举升机地工作是靠液压缸活塞杆地运动实现举升下降地 上通过轴连接,活塞杆作用在上端轴上,轴直接连接两举升臂2. 液压缸固定在下外侧举升臂 .如图 3.1 所示,活塞杆向外伸出时,带动举升臂向上运动 .各举升臂必需相互联系,采纳螺栓连接,图中左侧用轴连接,因各铰接处均有摩擦,所以采纳润滑脂润滑.举升臂向上运动时,通过轴带动滑轮滑动,举升臂、轴与滑轮之间需使用键进行周向固定,力才能相互传递,滑轮轴上仍放有套 筒,并采纳锁止螺钉进行轴向固定,轴两端用弹性挡圈固定,防止臂和滑轮外移；连接螺 栓处用止动垫圈固定锁止；固定铰支座处用销链接,销通过锁止螺钉锁止；底座通过地脚名师归纳总结 螺栓固定于地面上；这样举升机才能正常工作.第 4 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.1 剪式举升机整体结构形式 3确定剪刀式举升机地各结构尺寸 3 剪式举升机已知地主要技术参数如表 3.1 所示 表 3.1 主要技术参数技术数据数值单位举升重量2500 kg 举上升度2000 mm 提升时间60 S 要求举升机地提升速度是经1min 时间内举升机能上升到2m,并且举升机在各高度工作时,都能自锁.举升机压缩到最低位置时各部分尺寸（1）举升平台 由于车身全部停于平台台面,所以平台尺寸应大于汽车轴距,依据一般轿车轴距为2.6m 左右,轿车轮胎直径一般不超过700mm,故取 3200mm 合适,外型高为70mm,实厚为 15mm.（2）举升臂 因剪平台长 La=3200mm ,固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下,降低到最低点时举升臂不能超出平台边缘,取支座距平台边缘地距离为 间距离 Lb=3200-150*2=2900mm.150mm.就固定铰支座与滑动滚轮之举升机压缩到最低位置时,举升机高为350mm,底座到平台面地距离.底座厚为15mm,滚轮直径 D=50mm ,滚轮处轴径Dz=24mm ,为了防止滚轮直接磨损底座,设计时,加工滚轮滑道,滑道厚为 10mm ,滑道宽 35mm ,滑道长为 750mm.上下两滚轮之间地距离为Hd=300-15*2-10-50*2=160mm 依据勾股定理求举升臂长 L ,求得 L=2904mm ,设举升臂宽110mm,厚为 20mm.（3）举升机上升到 2.0m 时尺寸变化举升机向上举升时,滑轮向内侧滚动,液压系统向上伸缩,固定铰支座和滑动铰支座名师归纳总结 之间距离缩短,平台与底座之间距离越来越大.举升机上升到2.0m 时,举升机上下两滑轮第 5 页,共 16 页之间地距离为Hg=2000-15*2-50*2-10=1860mm 因举升臂长L=2904mm ,固定铰接处与滑- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 轮之间地距离为Lb,由勾股定理得Lb=2230mm. 由于我们地举升臂宽为 110mm,所以连接处螺栓轴径适当取Ds=30mm,滑动滚轮处轴径取Dz=15mm ,滑轮总宽为 30mm,与滑道实际接触尺寸为 小摩擦 . 4 举升机在地面上安装尺寸25mm,另外 5mm 为阶梯凸台 ,直接与举升臂接触,减考虑到修理厂地地面情形,剪刀式举升机平放于地面就可以,采纳地脚螺栓固定,举升机两端各焊接一三角台,便于汽车上升.依据轿车宽为1.75m,前后轮距平均为1.5m,左右两轮台内侧边缘之间地距离为800mm,举升机之间要有肯定地距离供修理工人走动,为了满意以上尺寸要求,举升机平台之间地距离取 900 mm ,平台长 3200mm ,举升机左右结构完全相同,设备掌握箱可以左右互换 .5举升机平台运动仿真建立举升机地三维模型（如图3.2）,依据已知数据算出平台上升及下降地速度为27.3mm/s,利用 solidworks 软件对此运动进行仿真,得出液压缸地线性速度、线性位移及线性加速度地图解（如图 3.3,3.4,3.5）.图 3.3 液压缸地线性速度名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.4 液压缸地线性位移图 3.5 液压缸地线性加速度 6 电机地选用 剪式举升机举升重量 2.5t,举升机自身及其附件地重量再加上一部分地余量为 0.7t,所 以取 m=3.2t .举升平台上方放有汽车时,设计上升速度为 V.S=2000-300=1700mm ,V=S/t=28.4mm/s=1.7m/min 载车板上升功率 :P=F×V= 3200× 10×1.7 60W=907W因选用液压泵来驱动举升机,柱塞液压泵地效率一般都在能量缺失,选用2.5KW 地电机比较合适4.60%以上,考虑其他地机械表 3.2 剪刀式举升机主要技术参数名师归纳总结 举升重量2500kg 第 7 页,共 16 页举上升度3002000mm 实际上上升度1700mm 总宽2000mm 总长3200mm 平台长 /宽3200/550mm 举升臂长2904mm 平台间宽900mm 上升时间60s - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 下降时间 60s 电机功率 2.5KW 电源 220V/380V/50Hz 额定油压 18MPa 整机重量 1390kg 滑轮移动距离 670mm 3.2 剪式举升机液压系统和电气系统地设计1液压系统地设计在设计过程中,要保证汽车被水平举起而不发生侧偏,两侧举升机上升过程中必需始终保持同一高度,活塞地运行速度必需时刻保持相等 .举升机液压回路必需同步 . 举升机地液压回路如图 3.2 所示,主要有两部分组成：机械锁回路、升降回路 .图 3.2 汽车举升机液压掌握回路1.左机械锁液压缸 2.右机械锁液压缸 3. 两位三通电磁阀 4.液压泵 5.溢流阀6.三位四通电磁阀 7.一般调速阀 8.比例调速阀 9. .左升降缸 10.右升降缸2电气系统设计气系统主要掌握两侧举升机地同步上升、下降.达到所需位置后,举升机都能安全锁止.开关示意图和掌握电路图如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 3.3 举升机主掌握电路图及说明掌握电路图第 4 章 双柱液压举升机地设计4.1 双柱液压举升机地结构设计1 举升装置本次设计地举升机地举升装置是由液压系统以及电箱组成地.通过电箱地开关启动电动机来掌握液压单元,液压油进出液压缸,并通过链条连接液压缸和滑台来带动整个设备地 举升动作（图 4.1）,图 4.1 是本次设计地一般式双柱汽车举升机地驱动装置及举升装置地 示意图,从图中可以看到左右两边立柱内地两个举升装置是通过液压软管来连接地,它地 一个不足地地方就是左右两个液压缸在开头举升时有一个时间差,这会导致因左右两边地举升速度不一样而举升不平稳.因此,我们在液压举升地基础上增加了钢丝绳地同步装置,名师归纳总结 用这样地同步装置来补偿液压缸带来地缺点5.第 9 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4.1驱动举升装置示意图图 4.2 是一般式双柱汽车举升机地举升装置地结构图：从图中可以看到,一般式双柱汽车举升机地举升装置是将链条镶嵌在滑轮槽内来带动液压杆达到举升地目地 .图 4.2 双柱汽车举升机地举升装置结构图2支撑机构名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 托臂部分是属于举升机地支撑机构.当汽车进入到举升机地范畴里时,整个支撑机构就通过转变摇臂地角度或方始终转变托臂地整个工作范畴地宽度 .本次设计地支撑机构是非对称式地托臂,这样设计增加了托臂地宽度,实质就等于增加了托臂地工作范畴,而且左右两侧地托臂地臂长都是有肯定地伸缩性地 .如图 4.3所示：图 4.3 非对称式托臂地工作范畴示意图1托臂原始工作位置,2托臂伸长后地工作位置其中,图中方格阴影部分就是托臂地工作范畴 .托臂未伸长前地工作范畴依据轨迹 1 来运动；托臂伸长后地工作范畴依据轨迹 2 来运动；而且,图中地轨迹 1 和 2 是托臂地两个极限位置,在 1 和 2 地范畴内,托臂地长度是可以伸缩地 .但是由于托臂属于支撑机构,它是要承担肯定地重量地,所以本次设计采纳非对称式地结构就更能保证托臂地强刚度了 .非对称式托臂地具体结构如下图 4.4所示：图 4.4 非对称式托臂地结构图3平稳机构由于举升机在上升或下降时必需要采纳强制性地平稳装置来确保汽车整体地水平位置保持一样,所以本次设计采纳了钢丝绳来作为整个举升机地平稳机构.本次设计所采纳地是名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 在单个立柱内安装两副左右对称地钢丝绳,但是在这个单个立柱里面地钢丝绳地走向确是两个相反地方向,用户可以通过转变钢丝绳地张力来使左右两边地滑台在抬升地过程中保 持平稳 .要留意地是两边确定地钢丝绳地张力必需一样,这样才能真正地平稳 .单个立柱里地 钢丝绳地走向如图 4.5所示：图 4.5 单个立柱内钢丝绳地走向示意图4保险机构汽车举升机是一种对安全性能要求特殊高地举升设备.通常设有多种保险装置和爱护措施：液压回路地保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举升过载爱护、冲顶爱护、防滑等等 .机械自锁是指失去驱动力后,利用机械机构地重力（被驱动物体地阻力）来自动 阻碍其运动地爱护 .本次设计中电磁铁安全锁机构地组成是：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地支撑板构成机械自锁机构,由于两个立柱上均装名师归纳总结 有电磁铁安全锁,如图4.6所示,并且这两个安全锁所装位置置不在同始终线上而是互第 12 页,共 16 页相错开在对角线上,起到双保险地作用.- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 1 23图4.6电磁铁安全锁1 电磁铁, 2保险孔板, 3保险孔支撑座作为保险装置地电磁铁安全锁是由好几个零件组成地.其中主要地几个零件包括：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,此时地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,此时地保险孔支撑座将与滑台上地锁紧板相互顶住,使滑台固 定在一个位置而不能上下移动,起到保险地作用 .5立柱举升臂地运动仿真 建立立柱举升机地三维模型,通过运算得出立柱举升臂地上升下降速度为 23mm/s,通 过 solidworks 运动仿真得出该举升臂地速度、位移、加速度地图解（如图 4.7,4.8,4.9）.图 4.7 举升臂地线性速度名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 4.8 举升臂地线性位移图 4.9 举升臂地线性加速度4.2 双柱液压举升机液压系统设计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.此阀地压力在出厂前已经调好,以保证起重地额定载荷地要求.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,提升终止,开头作业工作 .假如拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开头卸油下降,其工作原理图见图 4.7：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10 10898962415712113图 4.7 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- 伺服限流阀,8-软管, 9-防油管爆裂阀,10-举升缸, 11-液位计, 12-空气滤清第 5 章 结 论本次设计地剪刀式举升机有机架、液压系统和电气系统等三大主要结构 .其中,机架主要包括平台、举升臂、底座三部分；液压系统包括 :高压齿轮泵及液压缸；电气系统包括 :液压泵用电动机、掌握开关及电控箱 .剪刀式举升机地设计实际上源于理发店地升降椅,其主要作用就是为汽车发动机、底盘、变速器等养护和修理供应便利.在使用中要保证同步举升,其结构特点是利用液压系统驱动两只油缸,推动举升臂,带动滑轮内移举升汽车,两侧举升机完全一样,可以左右互换.考虑到使用地广泛性,对安装地基没有过多要求,可以地面安装,也可藏地安装 .这样无论大型修理厂,仍是小型修理厂,都可使用,安全牢靠经济 .双柱式举升机是采纳以液压驱动、液压缸为举升装置以及钢丝绳为同步装置地双柱汽车举升机,液压驱动是由液压系统以及电箱组成地,同时它地支撑机构是非对称式地托臂 .通过电磁铁安全锁将立柱内地滑台固定住,起到爱护地作用 .参考文献名师归纳总结 1 郑鹏鑫 JFJ-25剪式气液举升机地设计J机床与液压,200703:118-119第 15 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 李宝顺液压举升机同步器地结构设计J液压与气动,200504:30-31名师归纳总结 3 龚溎义 .课程设计手册 M. 北京 : 高等训练出版社,2005.11:65-85第 16 页,共 16 页4 傅丰礼 ,唐孝镐 .异步电动机设计手册M. 北京 :机械工业出版社,2001,15 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.- - - - - - -