基于ANSYS的雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)

1、1.1 選題背景、研究目的和意義近年來，我國汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè)，多年來轎車進(jìn)入普通家庭的夢想已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，各種維修設(shè)備的需求迅速擴(kuò)大，汽車舉升機(jī)是維修廠必備的，也是最重要的維修機(jī)械。汽車舉升機(jī)一般分為立柱式和剪式兩種，無論哪一種，它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進(jìn)行維修，正因?yàn)榫S修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機(jī)一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。因此，對汽車舉升機(jī)的安全性進(jìn)行研究將具有重大的意義。目前使用的汽車舉升機(jī)可能發(fā)生汽車墜落的原因較多，有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、立柱或拖臂

2、變形、單側(cè)托臂突然下落、板式鏈斷裂、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過對失效的舉升機(jī)進(jìn)行檢測分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計(jì)上存在著缺陷。因此，如何提高汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)上的穩(wěn)定性及可靠性是擺在我們面前的一個(gè)重要研究課題。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)，是國際上20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)，該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國家的有關(guān)科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益，它是建造物理樣機(jī)之前，通過建立機(jī)械系統(tǒng)的數(shù)字模型（即虛擬樣機(jī)）進(jìn)行仿真分析，并用圖形顯示該系統(tǒng)在真實(shí)工作

3、條件下的運(yùn)動特性，輔助修改設(shè)計(jì)方案。本課題研究利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，對汽車舉升機(jī)進(jìn)行強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性及動態(tài)特性等方面進(jìn)行研究與分析，修正設(shè)計(jì)上存在的缺陷，不僅可以為汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)制造提供重要的理論依據(jù)，而且對于提高舉升機(jī)的安全性具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。該項(xiàng)目的研究方法，也可應(yīng)用于汽車舉升機(jī)新產(chǎn)品的研究開發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費(fèi)，提高設(shè)計(jì)精度和效率，與此同時(shí)該方法還可以被同類產(chǎn)品所應(yīng)用與借鑒，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來巨大的市場需求。在維修領(lǐng)域中，常以汽車舉升機(jī)作為重要工具。它的作用都是將需要維修的汽車水平提升

4、到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進(jìn)行維修，正因?yàn)榫S修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機(jī)一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險(xiǎn)，后果不堪設(shè)想。我國生產(chǎn)的舉升機(jī)性能還不算穩(wěn)定。舉升時(shí)存在保險(xiǎn)不可靠、舉升不平衡、鋼絲繩斷裂、橫梁脫落等。是影響舉升安全的不穩(wěn)定因素。因此加強(qiáng)舉升機(jī)的安全性和穩(wěn)定性是我國舉升機(jī)行業(yè)迫切解決的問題。而本課題研究運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)對車輛舉升設(shè)備的虛擬設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品制造之前運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計(jì)缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，縮短開發(fā)周期，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率，為生產(chǎn)實(shí)際提供理論支持2。舉升機(jī)在汽車維修養(yǎng)護(hù)中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，無論整車大修，還是小修保養(yǎng)，

5、都離不開它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護(hù)企業(yè)中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機(jī)。舉升機(jī)的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營管理者重視的設(shè)備。目前，發(fā)達(dá)國家（如美國）生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機(jī)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，到現(xiàn)在舉升機(jī)市場已經(jīng)擁有近百個(gè)中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國內(nèi)汽車舉升機(jī)雖然也相對定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。因此，進(jìn)一步提高產(chǎn)品性能與可靠性，是國

6、內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國家,如美國、德國、日本等已得到廣泛應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)已在我國得到了應(yīng)用與推廣,主要在汽車、航天航空、武器制造、機(jī)械工程等方面。但從我國目前的情況來看,計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但只停留在初步應(yīng)用階段。我國對于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)水平還很低,但是卻有很大的提升空間。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化計(jì)算機(jī)軟件來實(shí)現(xiàn)的。目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用計(jì)算機(jī)

7、仿真技術(shù)對汽車舉升機(jī)進(jìn)行研究，只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)結(jié)合起來，才能真正加快汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺，應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS，進(jìn)行汽車舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)仿真研究與分析，可以代替舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為我國汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。1.3 舉升機(jī)的發(fā)展方向與前景對汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言，舉升機(jī)一定要安全可靠、維護(hù)簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統(tǒng)的機(jī)械式舉

8、升機(jī)安全性較差，所需的維護(hù)工作較多，已基本被液壓式舉升機(jī)取代。它具有安全性能好、維護(hù)周期長以及工作效率高等優(yōu)點(diǎn)。國內(nèi)汽車舉升機(jī)品牌繁多，質(zhì)量高低參差不齊，除少數(shù)大型專業(yè)化企業(yè)具有較強(qiáng)的研發(fā)隊(duì)伍、完備地制造設(shè)施、完善地質(zhì)量監(jiān)控手段外，大多數(shù)生產(chǎn)廠場地狹小、制造設(shè)施落后、監(jiān)控手段單一。國內(nèi)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)上大同小異，在安全保護(hù)上也比較雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液壓動力單元、油缸、保險(xiǎn)。在安全保護(hù)裝置上，不能做到在任何時(shí)候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。國外舉升機(jī)在結(jié)構(gòu)、選材上比國內(nèi)有優(yōu)勢外，在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢。國外舉升機(jī)在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過程意外情況等可能情況的安全研究

9、和應(yīng)用都有涉足。隨著汽車技術(shù)開發(fā)的日新月異，舉升機(jī)在設(shè)計(jì)方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時(shí)隨著技術(shù)的不斷成熟，其標(biāo)準(zhǔn)也將逐步統(tǒng)一化。技術(shù)先進(jìn)、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領(lǐng)市場。1.4 研究內(nèi)容和研究方法1.4.1 研究內(nèi)容主要內(nèi)容如下。（1）雙柱式汽車舉升機(jī)而為總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核；（2）雙柱式舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；（3）舉升機(jī)關(guān)鍵零件ANSYS有限元分析；（4）舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.4.2 研究方法（1）深入研究雙柱式汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及力學(xué)特性，建立雙柱式舉升機(jī)的數(shù)學(xué)模型，合理選取仿真分析的研究平臺；（2）以三維建模軟件P

10、ro/E為圖形平臺，建立雙柱式汽車舉升機(jī)的三維實(shí)體模型并進(jìn)行虛擬裝配及干涉檢查；（3）將雙柱式汽車舉升機(jī)三維實(shí)體模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS，獲得不同壓力場的應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布狀況，具體流程如圖所示。通過上述研究方法，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性及安全性，可以代替舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為舉升機(jī)設(shè)計(jì)提供理論參考10。轉(zhuǎn)換接口 N仿真結(jié)論分析撰寫設(shè)計(jì)說明書是否合理NN是否合理YYPro/E整機(jī)裝配及干涉檢查調(diào)研、收集資料及總體方案論證汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及校核ANSYS有限元分析Pro/E三維實(shí)體建模圖舉升機(jī)設(shè)計(jì)流程圖第2章 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 雙柱式舉升機(jī)概述2.1.1

11、 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機(jī)的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。僅從舉升機(jī)的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機(jī)按照舉升機(jī)的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機(jī)1。從舉升機(jī)的驅(qū)動方式分，主要有：電機(jī)驅(qū)動式舉升機(jī)和液壓驅(qū)動式舉升機(jī)。2.1.2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)雙柱式舉升機(jī)、龍門式雙柱舉升機(jī)和四立柱式舉升機(jī)這三種目前市場上主要的汽車舉升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表所示。表2.1 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)額

12、定舉升質(zhì)量最大舉升高度盤距地高度全程上升時(shí)間全程下降時(shí)間普通式雙柱2.5-4 T1700-1800mm110-180mm50-70 Sec20-60 Sec龍門式雙柱2.5-4 T1700-1800mm110-180mm50-70 Sec20-60 Sec四立柱式2.5-4.5 T1700-1800mm110-180mm50-70 Sec20-60 Sec雙柱式汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，QJY04-02B型舉升機(jī)系是指液壓驅(qū)動的雙柱舉升機(jī)13。此類舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制的，通過兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實(shí)現(xiàn)滑

13、臺的上下移動。舉升設(shè)備的主要部分有：舉升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷噸；在載重噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需60秒；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，噸轎車由最高位置降到最低位置所需時(shí)間不小于60秒；電動機(jī)功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時(shí)的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1750mm，工作行程為1730mm。2.2 雙柱式汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式主要有：（1）整體結(jié)構(gòu)形式；（2）舉升方式；（3）驅(qū)動方式；（4）平衡方式；（5）保險(xiǎn)與保護(hù)方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。2.2.1 舉升裝置的要求在我國的規(guī)定中講到舉

14、升機(jī)的設(shè)備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護(hù)電路的連續(xù)性都要符合GB5226的有關(guān)規(guī)定。而在歐美地區(qū)同樣也有其相應(yīng)的明文規(guī)定。舉升機(jī)的設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也是至關(guān)重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力的限制。他們至少應(yīng)承受該壓力的2倍（采用液壓驅(qū)動時(shí)）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動時(shí)）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)使之承受至少3倍的調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力值的爆破壓力。我國對舉升機(jī)的性能要求也比較繁多，例如：（1）舉升機(jī)應(yīng)設(shè)有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應(yīng)動作靈敏、安全可靠。（2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無振動、無爬行現(xiàn)象。（3）液壓式舉升機(jī)除液壓系統(tǒng)

15、能自鎖外還應(yīng)沒有機(jī)械鎖止裝置。（4）機(jī)械式舉升機(jī)任意時(shí)刻都能安全自鎖。（5）舉升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的噪音不得超過80dB。（6）舉升機(jī)工作環(huán)境溫度為040，全行程連續(xù)舉升額定質(zhì)量20次，油溫不得高于60。（7）在試驗(yàn)臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異?，F(xiàn)象。（8）在無故障工作基礎(chǔ)上，機(jī)械式舉升機(jī)的使用繼續(xù)進(jìn)行到3000次，則液壓舉升機(jī)可以繼續(xù)進(jìn)行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。2.3 雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定通過對汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識和了解，確定了本次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的總體方案。如下圖所示：圖

16、雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖本次設(shè)計(jì)的是由液壓驅(qū)動的QJY04-02B型雙柱式汽車舉升機(jī)。它的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：舉升裝置、同步驅(qū)動裝置、立柱和托臂。QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動和控制的，由兩邊兩個(gè)立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實(shí)現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個(gè)舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺相連，當(dāng)滑臺上下移動時(shí)就帶動托臂一起移動。 舉升裝置本次設(shè)計(jì)的雙柱式舉升機(jī)的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關(guān)啟動電動機(jī)來控制液壓單元，液壓油進(jìn)出液壓缸，并通過鏈條連接液

17、壓缸和滑臺來帶動整個(gè)設(shè)備的舉升動作，如圖所示：圖驅(qū)動舉升裝置示意圖圖是本次設(shè)計(jì)的雙柱式汽車舉升機(jī)的驅(qū)動裝置及舉升裝置的示意圖，從圖中可以看到左右兩邊立柱內(nèi)的兩個(gè)舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個(gè)不足的地方就是左右兩個(gè)液壓缸在開始舉升時(shí)有一個(gè)時(shí)間差，這會導(dǎo)致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎(chǔ)上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補(bǔ)液壓缸帶來的缺點(diǎn)。圖是雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖：圖雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖從圖中可以看到，雙柱式汽車舉升機(jī)的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來帶動液壓桿達(dá)到舉升的目的。 立柱雙柱式汽車舉升機(jī)的立柱有兩個(gè)，分別

18、是左、右兩邊各一個(gè)立柱。圖是左邊立柱的俯視圖。整個(gè)舉升機(jī)的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強(qiáng)度和剛度。（強(qiáng)剛度的設(shè)計(jì)計(jì)算在第四章）。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個(gè)立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內(nèi)外表面還要有一定的粗糙度等。圖左立柱的俯視圖 支撐機(jī)構(gòu)托臂部分是屬于舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時(shí)，整個(gè)支撐機(jī)構(gòu)就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個(gè)工作范圍的寬度。本次設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)是非對稱式的托臂，這樣設(shè)計(jì)增加了托臂的寬度，實(shí)質(zhì)就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側(cè)

19、的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖所示：1 托臂原始工作位置，2托臂伸長后的工作位置圖非對稱式托臂的工作范圍示意圖其中，圖中方格陰影部分就是托臂的工作范圍。托臂未伸長前的工作范圍按照軌跡1來運(yùn)動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運(yùn)動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個(gè)極限位置，在1和2的范圍內(nèi)，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機(jī)構(gòu)，它是要承受一定的重量的，所以本次設(shè)計(jì)采用非對稱式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強(qiáng)剛度了。非對稱式托臂的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖所示：圖非對稱式托臂的結(jié)構(gòu)圖 平衡機(jī)構(gòu)由于雙柱式舉升機(jī)在上升或下降時(shí)必須要采用強(qiáng)制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設(shè)計(jì)采

20、用了鋼絲繩來作為整個(gè)舉升機(jī)的平衡機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)所采用的是在單個(gè)立柱內(nèi)安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個(gè)單個(gè)立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個(gè)相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平衡。單個(gè)立柱里的鋼絲繩的走向如圖所示：圖單個(gè)立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖2.8 保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)汽車舉升機(jī)是一種對安全性能要求特別高的舉升設(shè)備。通常設(shè)有多種保險(xiǎn)裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險(xiǎn)裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。機(jī)械自鎖是指失去驅(qū)動力后，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)的重力（被驅(qū)動物體的阻力）來自動阻礙其

21、運(yùn)動的保護(hù)。本次設(shè)計(jì)中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：在兩個(gè)滑臺上均有安裝安全卡位條，當(dāng)汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)，由于兩個(gè)立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖所示，并且這兩個(gè)安全鎖所裝的位置不在同一直線上而是互相錯開在對角線上，起到雙保險(xiǎn)的作用。1 電磁鐵，2保險(xiǎn)孔板，3保險(xiǎn)孔支撐座圖電磁鐵安全鎖作為保險(xiǎn)裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個(gè)零件組成的。其中主要的幾個(gè)零件包括：保險(xiǎn)孔板、保險(xiǎn)孔支撐座和電磁鐵。當(dāng)電磁鐵得電將保險(xiǎn)孔支撐座吸住時(shí)，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時(shí)的舉升機(jī)處于保險(xiǎn)打開狀態(tài)，整個(gè)滑臺可以自由地上下移動。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，保險(xiǎn)孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時(shí)的保險(xiǎn)孔支撐座將與

22、滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個(gè)位置而不能上下移動，起到保險(xiǎn)的作用。2.9 本章小結(jié)本章主要進(jìn)行雙柱式汽車舉升機(jī)設(shè)備總體方案的選擇，通過將現(xiàn)有舉升機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式以及傳動機(jī)構(gòu)進(jìn)行了對比，最終選定采用雙柱結(jié)構(gòu)的舉升類設(shè)備，通過液壓驅(qū)動，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內(nèi)部設(shè)有升程自鎖保護(hù)保險(xiǎn)裝置，安全可靠，占地空間小，是舉升機(jī)的理想設(shè)備。第3章 雙柱式汽車舉升機(jī)校核計(jì)算3.1 雙柱式舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算3.1.1 主立柱的截面特性分析與計(jì)算主立柱體是舉升機(jī)主要的受力承重部件。舉升機(jī)立柱在工作時(shí)受來自于保險(xiǎn)鎖機(jī)構(gòu)處因承重的壓力和升降滑臺滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力

23、的作用下，有向內(nèi)彎的變形趨勢，底部焊口在拉壓應(yīng)力的作用下有開裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強(qiáng)筋。立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險(xiǎn)裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時(shí)受力和承重，下部與底座焊接。其中一個(gè)立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重部件，先對其截面特征進(jìn)行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。3.1.1.1 確定立柱截面形心和中性軸的位置將整個(gè)截面分為A1、A2、A3三個(gè)部分，取與截面底邊互相重合的Z軸為參考軸（見圖3.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個(gè)組合截面的中性軸，則三個(gè)截面的面積及其形心至Z軸的距離分別為16： 圖3

24、.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖重心C到相應(yīng)邊的距離e：(3.1)整個(gè)截面形心C在對稱軸Y上的位置則為：(3.2)3.1.1.2 確定慣性矩設(shè)三截面的形心分別為C1、C2、C3，其形心軸為Z1、Z2、Z3（圖3.1），它們距Z軸的距離分別為：由平行移軸公式，三截面對中性軸Z的慣性矩分別為： (3.3) 、為三截面對各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個(gè)截面對中性軸Z的慣性矩：3.1.1.3 立柱靜矩S的計(jì)算：（1）立柱整個(gè)截面上半部分的靜矩S1：(3.4)其中、分別為三截面各自的靜矩，所以立柱整個(gè)截面上半部分的靜矩S為：（2）立柱整個(gè)截面下半部分的靜矩S2：

25、3.1.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算舉升機(jī)工作時(shí)，其托臂將汽車舉升至一定高度后鎖定，舉升機(jī)直接承載處位于托臂端部，故應(yīng)先對滑臺部件進(jìn)行受力分析（見圖3.2滑臺部件受力情況示意圖）：在分析之前，對滑臺部件進(jìn)行了調(diào)查。其中本次設(shè)計(jì)的滑臺部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類形狀有很多，有“兩個(gè)大圓柱滾輪型”、“四個(gè)頂角處是采用四個(gè)小滾輪型”、還有最原始的“四個(gè)角用四個(gè)橡膠滑塊”或是“用兩個(gè)滑塊代替兩個(gè)大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個(gè)大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類型的滾輪例如用滑塊來代替滾輪，那么整個(gè)滑臺就不容易鎖定，容易滑動；除此之外就是同步性的問題也不容易解決。圖3.2滑臺部件受力情況示意

26、圖3.1.2.1 滑臺部件受力情況分析滑臺部件自身重量近似估算如下：滑臺組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm滑臺體積：搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長440mm搖臂座體積：托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長（800310）1110mm托臂體積：鋼材比重選取：所以，滑臺部件、搖臂座和托臂的重量為將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮圖3.2中，單側(cè)托臂受到的最大載荷為噸，加上自重，托臂端部受力為1666.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)BX和FBY為保險(xiǎn)支承板給予的支承力，B處為支承點(diǎn)，假定自重

27、全部集中在負(fù)載處，有：(3.5)(3.6)(3.7)由式3.7得，代入式3.6假定則由式3.5得：綜上所述，考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負(fù)載處，近似估算值為。單側(cè)托臂受到的最大載荷為1600kg，加上滑臺部件的自重，托臂端部受力大小為1666.37kg，F(xiàn)1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)1=F2，F(xiàn)BX和FBY為保險(xiǎn)支承板給予的支承力，B處是支承點(diǎn)位置，則：。3.1.2.2 舉升機(jī)主立柱受力情況分析主立柱受力情況（見圖3.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖），F(xiàn)1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力（圖示為最高位置），F(xiàn)BX和FBY為滑臺作用在立柱上的支

28、承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況，經(jīng)計(jì)算得：圖3.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖RHX=0 RHY=FBY=1666.37kg 3.1.2.3 普通式雙柱舉升機(jī)主立柱強(qiáng)度校核計(jì)算從圖3.3看出，整個(gè)立柱體相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.4：圖3.4立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖l=2600mm b=2415mm a=185mm由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖3.5：圖3.5 立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖l=2600mm b=1890mm a=710mm由FBY產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見圖3.6：圖3.

29、6立柱上M作用力及其彎矩圖綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖3.7所示。圖3.7立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖從圖中可以得出 在截面C處，剪力最大（QC=），彎矩最大（MC=）,所以此處是危險(xiǎn)截面。前面計(jì)算已經(jīng)得到，抗彎截面模數(shù)為：(3.8)截面上半部分靜矩S3，(3.9)以下進(jìn)行強(qiáng)度校核：（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度：(3.10)許用應(yīng)力選：(3.11)，滿足強(qiáng)度條件。（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度：(3.12)選，而許用應(yīng)力(3.13)，滿足強(qiáng)度條件。（3）折算應(yīng)力強(qiáng)度校核：主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力產(chǎn)生在離中性軸最遠(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強(qiáng)度

30、都是滿足要求的，但是因?yàn)樵诮孛鍯處，M和Q都具有最大值，正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大，因此這里的主應(yīng)力就比較大，有必要根據(jù)適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點(diǎn)K進(jìn)行計(jì)算：(3.14)(3.15)由于點(diǎn)K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采用第四強(qiáng)度理論，將 的數(shù)值代入，用統(tǒng)計(jì)平均剪應(yīng)力理論對此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： (3.16)所以即 (3.17)按第四強(qiáng)度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強(qiáng)度要求。3.1.3 主立柱的剛度計(jì)算 用迭加法：（1） 由F2引起的繞度：（往外彎）用式(3.18)E：彈性模量的選擇： 碳鋼?。?96206Gpa取201Gpa=20.1&

31、#215;106N/cm2=(3.19)（2） （往內(nèi)彎）由F1引起的繞度：（3）由M引起的繞度：(3.20)（往外彎）此植可忽略不計(jì)。實(shí)際往內(nèi)彎的繞度3.2 托臂部分的強(qiáng)度校核3.2.1 托臂部分截面特性托臂部分截面屬于變截面，以下先計(jì)算截面特性數(shù)據(jù)：（1）小臂截面尺寸：70×70方鋼，壁厚8mm，a=70,b=54慣性矩：(3.21)(3.22)靜矩計(jì)算：（2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76慣性矩：3.2.2 托臂部分強(qiáng)度核算圖為左后托臂部件圖：圖3.9左后托臂部件圖圖中的A、B、C、D分別對應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個(gè)截面：圖是托

32、臂示意圖：圖3.10托臂示意圖按照A,B,C,D幾個(gè)典型截面進(jìn)行分析，各個(gè)截面的截面如圖：(a) A-A截面(b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面圖典型截面示意圖（1）A截面：慣性矩：I=4 ；Wx=3保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。（2）B截面：92*92方鋼A1=80×15=1200mm2yA1=92+15/2=A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2yA2=92/2=46mmYC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=IA1=80×153/2+

33、(99.5-62.51)2×1200=4 IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=4所以cm4W=3保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。（3）C截面：A1=12cm2yA1=92+15/2+60=A2=2yA2=A3=60×10=6cm2 yA3=92+60/2=yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=4IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=4 I

34、A3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=4 所以IA總=IA1+IA2+IA3=4W=I總3 MC=1666.37×94=194238.78kgcm 滿足強(qiáng)度要求。（4）D截面：慣性矩：I=4 ； W=3MD=1666.37×53=109517.61kgcm ,保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。3.2.3 從托臂處考慮撓度情況托臂亦相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，端部受力P1666.37kg，托臂部件由大臂和小臂組成，將從大臂和小臂處分別考慮：小臂端部處撓度：（3.23）大臂端部處撓度：經(jīng)受力分析，大臂端部受一個(gè)力P和一個(gè)彎矩 M2066.37×70144645

35、.9kgcm； （3.24）因載荷引起的撓度為：因托臂的大小臂之間有1mm間隙，由此產(chǎn)生撓度： 主立柱的彎曲繞度使滑臺產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，滑臺的轉(zhuǎn)動又使托臂有一定的下沉量，經(jīng)計(jì)算，。 故托臂端部總下沉量為：在舉升機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，此值滿足距立柱最遠(yuǎn)點(diǎn)的托臂支承面下沉量要求。 鋼絲繩的選用.1 鋼絲繩用途鋼絲繩是一種撓性零件,具有強(qiáng)度高、自重輕、彈性好、運(yùn)行平穩(wěn)適合于高速、遠(yuǎn)距離、換向傳力以及極少突然破斷的優(yōu)點(diǎn)。用途：用于各種起重機(jī)械上。卷揚(yáng)機(jī)的牽引繩等。用作設(shè)備運(yùn)輸時(shí)的捆綁繩，起重對象的溜繩、拖拉繩，起重設(shè)備的錨固繩。3.3.2 鋼絲繩材料鋼絲繩的鋼絲要求有很高的強(qiáng)度和韌性，通常由含碳量0.5%0.8%的優(yōu)

36、質(zhì)碳鋼，經(jīng)過多次的冷拔工藝制成的，其直徑為0.32.0mm。鋼絲的公稱抗拉強(qiáng)度一般為14002000N/m25。1、 按鋼絲繩繞制次數(shù)分表 鋼絲繩按繞制次數(shù)分類分類特點(diǎn)用途雙捻（多股）先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大，比單繞繩撓性好起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用2、 按股繩截面形狀分表 鋼絲繩按股繩截面形狀分類分類特點(diǎn)用途圓股股繩截面形狀是圓形廣泛應(yīng)用3、 按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分表 鋼絲繩按絲與絲的接觸狀態(tài)分類分類特點(diǎn)用途線接觸由不同直徑鋼絲捻制而成，股內(nèi)各層之間鋼絲全長上平行捻制，各層鋼絲螺距相等，鋼絲之間呈線狀接觸，這種鋼絲繩消除了點(diǎn)接觸的二次彎曲應(yīng)力，能

37、降低工作時(shí)總的彎曲應(yīng)力，耐疲勞性能好。結(jié)構(gòu)緊密，金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長，比普通鋼絲繩壽命高12倍廣泛應(yīng)用4、 按鋼絲繩繞制方法分表 鋼絲繩按繞制方法分類分類特點(diǎn)用途交互捻鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻，繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點(diǎn)是僵性較大，使用壽命較低，但不容易松散和扭轉(zhuǎn)在起重機(jī)械中廣泛應(yīng)用5、 按鋼絲繩繩芯分表 鋼絲繩按繩芯分類分類特點(diǎn)用途纖維芯具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力起重機(jī)械廣泛應(yīng)用.3 鋼絲繩直徑的確定表鋼絲繩直徑直徑（mm）鋼絲總斷面積（mm2）參考質(zhì)量（kg/100m）安全因數(shù)56許用

38、拉力(KN)14.0根據(jù)鋼絲繩選用原則（起重工機(jī)具8），本設(shè)計(jì)宜采用線接觸鋼絲繩6X(19)，6W(19)，8X(19)，8W(19)等（GB110274）。本雙柱式汽車舉升機(jī)采用鋼絲繩起吊方式提升動力端，所以選用6191850類型鋼絲繩。鋼絲繩的允許拉力 S= （）鋼絲繩的破斷拉力=52（）式中： d鋼絲繩直徑，mm;鋼絲公稱抗拉強(qiáng)度；由于本雙柱式舉升機(jī)絲繩提升過程與起重機(jī)相似，所以屬起重機(jī)械，由于工作載荷不大，所以是輕級機(jī)械。根據(jù)起重工機(jī)具鋼絲繩上的破斷拉力由式（3.25）得 =52 =52起重時(shí)，安全系數(shù)k=5,則許用拉力由式（3.24）得S=而實(shí)際鋼絲繩承重（以主立柱為準(zhǔn)）1166Kg

39、所以選用6191850類型鋼絲繩合理8。3.4 本章小結(jié)本章對雙柱式汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)做了初步的選擇，工作原理進(jìn)行了闡述，主要參數(shù)對雙柱式舉升類設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了確定，并進(jìn)行了計(jì)算和強(qiáng)度、剛度、撓度的校核。完成舉升機(jī)的實(shí)體建模，對鋼絲繩做了詳細(xì)說明，鋼絲繩做了具體的選定并進(jìn)行了校驗(yàn)。第4章雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 雙柱式舉升機(jī)液壓控制系統(tǒng)工作原理啟動電動機(jī)按鈕后電機(jī)起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動，此時(shí)安全溢流閥關(guān)閉。此閥的壓力在出廠前已經(jīng)調(diào)好，以保證起重的額定載荷的要求。當(dāng)系統(tǒng)中壓力超過極限時(shí)，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結(jié)束，開始作業(yè)工

40、作。如果拉動滑臺上兩個(gè)機(jī)械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降，其工作原理圖見圖4.1：圖4.1液壓系統(tǒng)工作原理圖1-齒輪泵，2-電動機(jī)，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動式下降閥， 7-伺服限流閥，8-軟管，9-防油管爆裂閥，10-舉升缸，11-液位計(jì)，12-空氣濾清4.2 液壓系統(tǒng)組成4.2.1 液壓系統(tǒng)組成液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)、液壓控制調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和輔助裝置等四大部分組成13。1、液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)油泵它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動的機(jī)械動力。它的作用是將原動機(jī)輸入的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為流動液體的壓力能。液壓發(fā)生機(jī)構(gòu)在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖4.2所示。2、

41、液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)油缸它是液壓傳動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)又稱液壓機(jī)，其作用是將液能變?yōu)闄C(jī)械能的轉(zhuǎn)換裝置，這種裝置有兩種。此雙柱式舉升機(jī)所采用的是液體壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€往復(fù)運(yùn)動機(jī)械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、又能頻繁地進(jìn)行換向。液壓控制裝置方向閥壓力閥液壓發(fā)生裝置泵液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)缸活塞圖 液壓系統(tǒng)方框圖像3、液壓控制調(diào)節(jié)裝置各種液壓控制閥它是由來控制和調(diào)解液壓系統(tǒng)中液油流動，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點(diǎn)控制可分為三類。方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實(shí)際情況利用單向閥或換向閥的作用來改變執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來控制液壓系統(tǒng)的壓力