1、機械原理課程設計設計題目：汽車舉升機設計姓 名：學 號：專 業：指導教師：2012年6月14日目錄第1章 緒 論.3-4 1.1設計課題的目的及意義3 1.2設計內容及設計方法3-4第2章 舉升機方案的擬定4-5第3章 剪式舉升機的設計5-103.1剪式舉升機的結構設計5-93.2剪式舉升機液壓系統和電氣系統的設計9-10第4章 雙柱液壓舉升機的設計11-164.1雙柱液壓舉升機的結構設計11-15 4.2雙柱液壓舉升機液壓系統設計16第5章 結 論16-17參考文獻17第1章 緒論1.1設計課題的目的及意義本設計采用計算機CAD/CAE 對剪刀式舉升機、子母剪刀式舉升機、雙柱式舉升機進行結構

2、設計，提高產品的綜合性能和安全可靠性。計算機CAD/CAE技術是一種嶄新的產品開發技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發展而迅速發展的一項計算機輔助工程技術。該技術一出現，立即受到了工業發達國家的有關科研機構和企業公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計算機仿真技術引入各自的產品開發，取得了良好的經濟效益。現今，在我國利用CAD/CAE技術對汽車舉升機進行設計研究還尚未見成果發表。只有將汽車舉升機的工程實踐和計算機CAD/CAE技術結合起來，才能真正加快汽車舉升機產品的發展歷程，為此，本課題基于計算機CAD/CAE技術平臺，利用當前CAD/CAE領域內應用比較廣泛的三維軟件Pro/

3、E、有限元軟件ANSYS進行汽車舉升機的強度、剛度、穩定性及動態特性等方面的計算機有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機物理樣機的前期試驗，為我國汽車舉升機產品的設計、技術開發方面提供更多的理論參考，進一步提高國產汽車舉升機的穩定性和可靠性，提高產品的市場競爭力。該設計的研究方法，也可應用于汽車舉升機及其他新產品的研究開發中，可以縮短新產品研制周期，減少研制經費，提高設計精度和效率，對于國內舉升機的發展具有重大的現實意義。1.2設計內容及設計方法 1.2.1設計內容本設計在考慮典型的汽車舉升機的結構形式和實際工況條件基礎上，依據有限元、虛擬裝配技術及結構優化設計等理論，建立舉升機Pro/E三維

4、實體模型，并進行虛擬裝配，將關鍵零部件模型導入ANSYS軟件進行有限元分析，獲得舉升機在載荷工況作用下的應力、應變及變形狀況，進一步提高舉升機的穩定性及安全性。設計中我們研究的主要內容如下： （1）舉升機工作原理與結構形式的研究與分析； （2）舉升機二維結構設計；1.2.2設計方法資料收集及總體方案制定舉升機工作原理與結構形式分析舉升機二維結構設計（對各個機構零件進行強度分析）整機虛擬裝配撰寫設計說明書。第2章 舉升機方案的擬定1常用汽車舉升機的結構類型目前，全國生產的舉升機的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。僅從舉升機的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門

5、雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機。按照舉升機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。從舉升機的驅動方式分，主要有：電機驅動式舉升機和液壓驅動式舉升機。2 分析各類舉升機的優缺點(1)按照舉升機的舉升裝置來進行簡單的分析對比。絲杠螺母舉升式:整體結構相對較簡單，自鎖性好，傳動比較平穩；但絲杠制作的精度要求較高，而且舉升的時候絲杠承受的壓力較大，極易磨損，所以壽命一般不是很長，也不能舉升過大質量的重物。鏈條傳動舉升式：該結構傳動平穩，也有較好的自鎖性；但結構較復雜，整體外觀尺寸較大，不適合作為小型汽車的舉升機。液

6、壓缸舉升式：整體結構比較簡單，體積較小，有大的驅動力，傳動平穩且易于控制，使用壽命較長；液壓系統零件的精度要求較高，自鎖性不好，需要添加機械自鎖系統1。齒輪齒條舉升式：此類舉升式舉升機的零件易于加工，生產成本較低，有較好的自鎖性；但整體構造比較復雜，且不易舉升過重的重物。 (2)擬定合適的方案對比上面四類舉升裝置，采用優勢比較明顯的液壓缸舉升式作為本設計題目的動力驅動方案。采用液壓驅動設計兩種常見結構的舉升機：剪式舉升機和雙柱式舉升機。目前舉升機類的產品大部分是采用液壓缸缸舉升式作為驅動，隨著現在制造技術的日益進步，液壓系統能更加安全、平穩、有效的工作，所以這也是各類舉升機采用此方案的根本原因

7、。第3章 剪式舉升機設計3.1剪式舉升機的結構設計(1) 舉升機結構確定此次設計所要舉升的重量為3.5t以下的轎車 ，所以采用剪式液壓驅動舉升機就完全可以。為了適合大小維修廠，對地基沒有過多要求，地面安裝即可。整體結構形式如圖3.1所示。剪式液壓平板舉升機由機架、液壓系統、電氣三部分組成。設置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證舉升機安全使用，保障維修工人的生命安全。舉升機由電氣系統控制，由液壓系統輸出液壓油作為動力驅動活塞桿伸縮，帶動舉升臂上升、下降、鎖止。舉升機一側上下端為固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側上下端為滑輪滑動，舉升臂通過軸與滑輪連接。舉升機在工作過程中，以固定鉸支

8、座一側為支點，滑輪向內或向外滑動，使舉升機上升下降，當達到適當的舉升位置時，利用液壓缸上的機械鎖鎖止。子母剪式舉升機使用方便，結構簡單，占地面積小，適用于大多數轎車、汽車的檢測、維修及保養，安全可靠。(2) 舉升機各零部件之間的連接關系舉升機的工作是靠液壓缸活塞桿的運動實現舉升下降的2。液壓缸固定在下外側舉升臂上通過軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。如圖3.1所示，活塞桿向外伸出時，帶動舉升臂向上運動。各舉升臂必須相互聯系，采用螺栓連接，圖中左側用軸連接，因各鉸接處均有摩擦，所以采用潤滑脂潤滑。舉升臂向上運動時，通過軸帶動滑輪滑動，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進行周向固定，力才

9、能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動墊圈固定鎖止；固定鉸支座處用銷鏈接，銷通過鎖止螺釘鎖止；底座通過地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機才能正常工作。 圖3.1剪式舉升機整體結構形式(3)確定剪刀式舉升機的各結構尺寸3剪式舉升機已知的主要技術參數如表3.1所示表3.1 主要技術參數技術數據數值單位舉升重量2500kg舉升高度2000mm提升時間60S要求舉升機的提升速度是經1min時間內舉升機能升高到2m，并且舉升機在各高度工作時，都能自鎖。舉升機壓縮到最低位置時各部分尺寸（1）舉升平臺由于車身全部停于平臺臺面，所以平

10、臺尺寸應大于汽車軸距，根據一般轎車軸距為2.6m左右，轎車輪胎直徑一般不超過700mm，故取3200mm合適，外型高為70mm，實厚為15mm。（2）舉升臂因剪平臺長La=3200mm，固定鉸支座和滑動滾輪分別放于平臺下，降低到最低點時舉升臂不能超出平臺邊緣，取支座距平臺邊緣的距離為150mm。則固定鉸支座與滑動滾輪之間距離Lb=3200-150*2=2900mm。舉升機壓縮到最低位置時，舉升機高為350mm,(底座到平臺面的距離)。底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm ，滾輪處軸徑Dz=24mm ，為了避免滾輪直接磨損底座，設計時，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長為7

11、50mm。上下兩滾輪之間的距離為Hd=300-15*2-10-50*2=160mm根據勾股定理求舉升臂長L ,求得L=2904mm，設舉升臂寬110mm，厚為20mm。（3）舉升機升高到2.0m時尺寸變化舉升機向上舉升時，滑輪向內側滾動，液壓系統向上伸縮，固定鉸支座和滑動鉸支座之間距離縮短，平臺與底座之間距離越來越大。舉升機升高到2.0m時，舉升機上下兩滑輪之間的距離為Hg=2000-15*2-50*2-10=1860mm 因舉升臂長L=2904mm，固定鉸接處與滑輪之間的距離為Lb,由勾股定理得Lb=2230mm。 因為我們的舉升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當取Ds=30mm，滑動

12、滾輪處軸徑取Dz=15mm，滑輪總寬為30mm，與滑道實際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺,直接與舉升臂接觸，減小摩擦。 (4) 舉升機在地面上安裝尺寸考慮到維修廠的地面情況，剪刀式舉升機平放于地面就可以，采用地腳螺栓固定，舉升機兩端各焊接一三角臺，便于汽車上升。根據轎車寬為1.75m，前后輪距平均為1.5m，左右兩輪臺內側邊緣之間的距離為800mm，舉升機之間要有一定的距離供維修工人走動，為了滿足以上尺寸要求，舉升機平臺之間的距離取900 mm ,平臺長3200mm ，舉升機左右結構完全相同，設備控制箱可以左右互換。(5)舉升機平臺運動仿真 建立舉升機的三維模型（如圖3.2），根據已

13、知數據算出平臺上升及下降的速度為27.3mm/s，利用solidworks軟件對此運動進行仿真，得出液壓缸的線性速度、線性位移及線性加速度的圖解（如圖3.3,3.4,3.5）。圖3.2 剪式舉升機三維模型圖3.3 液壓缸的線性速度圖3.4 液壓缸的線性位移圖3.5 液壓缸的線性加速度(6) 電機的選用剪式舉升機舉升重量2.5t，舉升機自身及其附件的重量再加上一部分的余量為0.7t，所以取 m=3.2t 。舉升平臺上方放有汽車時，設計上升速度為 V。S=2000-300=1700mm，V=S/t=28.4(mm/s)=1.7(m/min) 載車板上升功率:P=F×V= 3200

14、5;10×1.760W=907W因選用液壓泵來驅動舉升機，柱塞液壓泵的效率一般都在60%以上，考慮其他的機械能量損失，選用2.5KW的電機比較合適4。表3.2 剪刀式舉升機主要技術參數舉升重量2500kg舉升高度3002000mm實際上升高度1700mm總寬2000mm總長3200mm平臺長/寬3200/550mm舉升臂長2904mm平臺間寬900mm上升時間60s下降時間60s電機功率2.5KW電源220V/380V/50Hz額定油壓18MPa整機重量1390kg滑輪移動距離670mm3.2 剪式舉升機液壓系統和電氣系統的設計(1)液壓系統的設計在設計過程中，要保證汽車被水平舉起而

15、不發生側偏，兩側舉升機上升過程中必須始終保持同一高度，活塞的運行速度必須時刻保持相等。舉升機液壓回路必須同步。 舉升機的液壓回路如圖3.2所示，主要有兩部分組成：機械鎖回路、升降回路。圖3.2 汽車舉升機液壓控制回路1.左機械鎖液壓缸 2.右機械鎖液壓缸3. 兩位三通電磁閥4.液壓泵 5.溢流閥6.三位四通電磁閥 7.普通調速閥 8.比例調速閥 9. .左升降缸 10.右升降缸(2)電氣系統設計氣系統主要控制兩側舉升機的同步上升、下降。達到所需位置后，舉升機都能安全鎖止。開關示意圖和控制電路圖如下：圖3.3 舉升機主控制電路圖及說明控制電路圖第4章 雙柱液壓舉升機的設計4.1雙柱液壓舉升機的結

16、構設計(1) 舉升裝置本次設計的舉升機的舉升裝置是由液壓系統以及電箱組成的。通過電箱的開關啟動電動機來控制液壓單元，液壓油進出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設備的舉升動作（圖4.1），圖4.1是本次設計的普通式雙柱汽車舉升機的驅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的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導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上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補液壓缸帶來的缺點5。圖4.1驅動舉升裝置示意圖圖4.2是普通式雙柱汽車舉升機的舉升

17、裝置的結構圖：從圖中可以看到，普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內來帶動液壓桿達到舉升的目的。圖4.2雙柱汽車舉升機的舉升裝置結構圖(2)支撐機構托臂部分是屬于舉升機的支撐機構。當汽車進入到舉升機的范圍里時，整個支撐機構就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。本次設計的支撐機構是非對稱式的托臂，這樣設計增加了托臂的寬度，實質就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖4.3所示：圖4.3非對稱式托臂的工作范圍示意圖1托臂原始工作位置，2托臂伸長后的工作位置其中，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

18、1來運動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個極限位置，在1和2的范圍內，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機構，它是要承受一定的重量的，所以本次設計采用非對稱式的結構就更能保證托臂的強剛度了。非對稱式托臂的詳細結構如下圖4.4所示：圖4.4非對稱式托臂的結構圖(3)平衡機構由于舉升機在上升或下降時必須要采用強制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機的平衡機構。本次設計所采用的是在單個立柱內安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個單個立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來

19、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。單個立柱里的鋼絲繩的走向如圖4.5所示：圖4.5單個立柱內鋼絲繩的走向示意圖(4)保險機構汽車舉升機是一種對安全性能要求特別高的舉升設備。通常設有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。機械自鎖是指失去驅動力后，利用機械機構的重力（被驅動物體的阻力）來自動阻礙其運動的保護。本次設計中電磁鐵安全鎖機構的組成是：在兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，當汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構成機械自鎖機構，由于兩個立柱上均裝有電磁鐵安全鎖

20、，如圖4.6所示，并且這兩個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，起到雙保險的作用。圖4.6電磁鐵安全鎖1電磁鐵，2保險孔板，3保險孔支撐座作為保險裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個零件組成的。其中主要的幾個零件包括：保險孔板、保險孔支撐座和電磁鐵。當電磁鐵得電將保險孔支撐座吸住時，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時的舉升機處于保險打開狀態，整個滑臺可以自由地上下移動。當電磁鐵失電時，保險孔支撐座處于圖示狀態，此時的保險孔支撐座將與滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個位置而不能上下移動，起到保險的作用。(5)立柱舉升臂的運動仿真建立立柱舉升機的三維模型，通過計算得出立柱舉升臂的上升下降速度為23mm/s，通過solidworks運動仿真得出該舉升臂的速度、位移、加速度的圖解（如圖4.7,4.8,4.9）。圖4.7 舉升臂的線性速度圖4.8 舉升臂的線性位移圖4.9 舉升臂的線性加速度4.2雙柱液壓舉升機液壓系統設計啟動電動機按鈕后電機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，此時安全溢流閥關閉。此閥的壓力在出廠前已經調好，以保證起重的額定載荷的要求。當系統中壓力超過極限時，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結束，開始作業工作。如果拉動滑臺上兩個機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4.7：圖4