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普通式雙柱汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要………………………………………………………………………… 1
1 舉升機(jī)的方案擬定……………………………………………………… 1
1．1 舉升機(jī)的基本情況 ………………………………………………… 1
1．1．1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型…………………………………… 1
1．1．2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)………………………………………… 1
1．2 汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求…………………………………… 2
1．2．1舉升裝置的要求………………………………………………… 2
1．3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 ………………………… 2
2 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………… 3
2．1 舉升裝置…………………………………………………………… 3
2．2 立柱………………………………………………………………… 4
2．3 支撐機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 5
2．4 平衡機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6
2．5 保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6
3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的強(qiáng)剛度分析與驗(yàn)算………………………… 7
3．1 普通式雙柱舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算……………………… 7
3．1．1 主立柱的截面特性分析與計(jì)算………………………………… 7
3．1．2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算……………………………………… 9
3．1．3 主立柱的剛度計(jì)算……………………………………………… 15
3.2 托臂的強(qiáng)度校核……………………………………………………… 15
3．2．1 托臂的截面特性………………………………………………… 15
3．2．2 托臂的強(qiáng)度核算………………………………………………… 16
3．2．3 從托臂處考慮撓度情況………………………………………… 18
4 液壓系統(tǒng)………………………………………………………………… 19
4．1 液壓系統(tǒng)工作原理………………………………………………… 19
4．2 液壓缸活塞桿受壓校核…………………………………………… 20
4．2．1 液壓缸活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算………………………………………… 20
4．2．2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核………………………………… 20
5 結(jié)論……………………………………………………………………… 21
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 21
摘 要：雙柱式汽車舉升機(jī)是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設(shè)備，廣泛應(yīng)用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。目前，全國(guó)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)、四柱式舉升機(jī)、剪式舉升機(jī)、組合移動(dòng)汽車式舉升機(jī)等。本文較全面地介紹了舉升機(jī)的分類，在確定了所要設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的方案之后，即針對(duì)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)與說明，同時(shí)對(duì)舉升機(jī)設(shè)計(jì)過程中所涉及到的工藝性問題進(jìn)行補(bǔ)充說明。然后分析了普通式雙柱汽車舉升機(jī)主立柱的截面特性，并對(duì)主立柱的強(qiáng)剛度和托臂的強(qiáng)度進(jìn)行了校核驗(yàn)算。對(duì)液壓缸活塞桿強(qiáng)度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進(jìn)行了驗(yàn)算，以保證所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)滿足使用要求。
本課題所設(shè)計(jì)的是液壓驅(qū)動(dòng)的普通式雙柱汽車舉升機(jī)。它的特點(diǎn)是：①性能可靠，低能耗，操作方便；②無橫梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；③非對(duì)稱托臂可伸縮，保證了安全性；④托腳的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對(duì)各種車輛的適應(yīng)性擴(kuò)大了；⑤與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長(zhǎng)；⑥價(jià)格低廉，擁有的市場(chǎng)份額較大。
關(guān)鍵詞：普通式，雙柱舉升機(jī)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非對(duì)稱式，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓驅(qū)動(dòng)，截面特性
1 舉升機(jī)的方案擬定
1.1 舉升機(jī)的基本情況
1.1.1 常用汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類型
目前，全國(guó)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(dòng)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(dòng)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(dòng)舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機(jī)。
從舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式分，主要有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)式舉升機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)式舉
升機(jī)。
1.1.2 汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)
普通式雙柱舉升機(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(chǎng)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1.2所示。
表1.2汽車舉升機(jī)的主要參數(shù)
額定舉升質(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 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
龍門式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
四立柱式 2.5-4.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
1.2 汽車舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求
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(dòng)方式；（4）平衡方式；（5）保險(xiǎn)與保護(hù)方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。
1.2.1 舉升裝置的要求
在我國(guó)的規(guī)定中講到舉升機(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(dòng)時(shí)）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動(dòng)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(guó)對(duì)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?jiǎng)t該裝置應(yīng)動(dòng)作靈敏、安全可靠。
（2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無振動(dòng)、無爬行現(xiàn)象。
（3）液壓式舉升機(jī)除液壓系統(tǒng)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0—40℃，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(tái)上對(duì)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(rùn)滑劑。
1.3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定
通過對(duì)汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)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1.10所示：
圖1.10普通式雙柱舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
本次設(shè)計(jì)的是由液壓驅(qū)動(dòng)的QJY04-02B型普通式雙柱汽車舉升機(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(dòng)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(dòng)系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動(dòng)和控制的，由兩邊兩個(gè)立柱里安裝的液壓油缸來推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。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(tái)相連，當(dāng)滑臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)托臂一起移動(dòng)。
2 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 舉升裝置
本次設(shè)計(jì)的舉升機(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(dòng)電動(dòng)機(jī)來控制液壓?jiǎn)卧?，液壓油進(jìn)出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺(tái)來帶動(dòng)整個(gè)設(shè)備的舉升動(dòng)作，如圖2.1所示：
圖2.1驅(qū)動(dòng)舉升裝置示意圖
圖2.1是本次設(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(huì)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?cè)谝簤号e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2.2是普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖：
圖2.2普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖
從圖中可以看到，普通式雙柱汽車舉升機(jī)的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來帶動(dòng)液壓桿達(dá)到舉升的目的。
2.2 立柱
普通式雙柱汽車舉升機(jī)的立柱有兩個(gè)，分別是左、右兩邊各一個(gè)立柱。圖2.3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(tái)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2.3左立柱的俯視圖
2.3 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(duì)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)的托臂的臂長(zhǎng)都是有一定的伸縮性的。如圖2.4所示：
圖2.4非對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)前的工作范圍按照軌跡1來運(yùn)動(dòng)；托臂伸長(zhǎng)后的工作范圍按照軌跡2來運(yùn)動(dòng)；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(zhǎng)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(duì)稱式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強(qiáng)剛度了。非對(duì)稱式托臂的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖2.5所示：
圖2.5非對(duì)稱式托臂的結(jié)構(gòu)圖
2.4 平衡機(jī)構(gòu)
由于舉升機(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(duì)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(tái)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2.6所示：
圖2.6單個(gè)立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖
2.5 保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)
汽車舉升機(jī)是一種對(duì)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(dòng)力后，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)的重力（被驅(qū)動(dòng)物體的阻力）來自動(dòng)阻礙其運(yùn)動(dòng)的保護(hù)[10]。
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(tái)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2.7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(cuò)開在對(duì)角線上，起到雙保險(xiǎn)的作用[7]。
圖2.7電磁鐵安全鎖
1—電磁鐵，2—保險(xiǎn)孔板，3—保險(xiǎn)孔支撐座
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(tái)可以自由地上下移動(dòng)。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)孔支撐座將與滑臺(tái)上的鎖緊板互相頂住，使滑臺(tái)固定在一個(gè)位置而不能上下移動(dòng)，起到保險(xiǎn)的作用。
3 普通式雙柱汽車舉升機(jī)的強(qiáng)剛度分析與驗(yàn)算
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(dòng)的雙柱舉升機(jī)。此類舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)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(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。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4噸；在載重4噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需50秒；當(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，4噸轎車由最高位置降到最低位置所需時(shí)間不小于50秒；電動(dòng)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1850mm，工作行程為1730mm。
3.1 普通式雙柱舉升機(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[5]
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(tái)滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力的作用下，有向內(nèi)彎的變形趨勢(shì)，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(duì)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4.1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：
圖4.1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：
[19] ………………(4.1)
整個(gè)截面形心C在對(duì)稱軸Y上的位置則為：
…(4.2)
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4.1），它們距Z軸的距離分別為：
由平行移軸公式，三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩分別為：
…………(4.3)
、、為三截面對(duì)各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個(gè)截面對(duì)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：
………………(4.4)
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：
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(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行受力分析（見圖4.2滑臺(tái)部件受力情況示意圖）：
在分析之前，對(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行了調(diào)查。其中本次設(shè)計(jì)的滑臺(tái)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(tái)就不容易鎖定，容易滑動(dòng)；除此之外就是同步性的問題也不容易解決。
圖4.2滑臺(tái)部件受力情況示意圖
3.1.2.1 滑臺(tái)部件受力情況分析
滑臺(tái)部件自身重量近似估算如下：
滑臺(tái)組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm
滑臺(tái)體積：
搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長(zhǎng)440mm
搖臂座體積：
托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長(zhǎng)（800＋310）＝1110mm
托臂體積：
鋼材比重選?。?
所以，滑臺(tái)部件、搖臂座和托臂的重量為
將滑臺(tái)、搖臂座和托臂一起考慮
圖4.2中，單側(cè)托臂受到的最大載荷為2噸，加上自重，托臂端部受力為2066.37kg,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)，假定自重全部集中在負(fù)載處，有：
……………………………(4.5)
……………………………(4.6)
……………………………………………………(4.7)
由式4.7得，，代入式4.6
假定
則由式4.5得：
綜上所述，考慮滑臺(tái)部件中滑臺(tái)、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66.37kg。單側(cè)托臂受到的最大載荷為2000kg，加上滑臺(tái)部件的自重，托臂端部受力大小為2066.37kg，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4.3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(tái)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(tái)作用在立柱上的支承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對(duì)立柱受力情況，經(jīng)計(jì)算得：
圖4.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖
RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg
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4.3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4.4：
圖4.4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4.5：
圖4.5 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4.6：
圖4.6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4.7所示。
圖4.7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=5234.804kg），彎矩最大（MC=2748272.1kg）,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： ………………………………………(4.8)
截面上半部分靜矩S＝171.24cm3， …………(4.9)
以下進(jìn)行強(qiáng)度校核：
（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度：
………………(4.10)
許用應(yīng)力選： …………………………(4.11)
，滿足強(qiáng)度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度：
…………………(4.12)
選，而許用應(yīng)力………(4.13)
，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：
……………………(4.14)
………………………………(4.15)
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[20]，將 的數(shù)值代入，用統(tǒng)計(jì)平均剪應(yīng)力理論對(duì)此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： …………………(4.16)
所以
即 …………………………………………………(4.17)
∴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 ………………………………………(4.18)
E：彈性模量的選擇： 碳鋼取：196－206Gpa
取201Gpa=20.1×106N/cm2
= = …………(4.19)
（2）
（往內(nèi)彎）由F1引起的繞度：
（3）由M引起的繞度：
………………………(4.20)
（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： …………………………(4.21)
……………………………(4.22)
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
圖示為左后托臂部件圖：
圖4.9左后托臂部件圖
圖中的A、B、C、D分別對(duì)應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個(gè)截面：
下圖是托臂示意圖：
圖4.10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)截面的截面圖如下：
(a) A-A截面 (b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面
圖4.10典型截面示意圖
（1）A截面：
慣性矩：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3
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=1200mm2
yA1=92+15/2=99.5mm
A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2
yA2=92/2=46mm
YC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm
IA1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12mm4
IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46cm4
所以cm4
W=89.41cm3
保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿足強(qiáng)度要求。
（3）C截面：
A1=12cm2
yA1=92+15/2+60=15.95cm
A2=26.88cm2
yA2=4.6cm
A3=60×10=6cm2
yA3=92+60/2=12.2cm
yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm
IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=641.73cm4
IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875cm4
IA3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615cm4
所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4
W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3
MC=2066.37×94=194238.78kgcm
滿足強(qiáng)度要求。
（4）D截面：
慣性矩：I=318.976cm4 ； W=69.342cm3
MD=2066.37×53=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P＝2066.37kg，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： …（4.23）
大臂端部處撓度：經(jīng)受力分析，大臂端部受一個(gè)力P＝2066.37kg和一個(gè)彎矩 M＝2066.37×70＝144645.9kgcm；
…………………………（4.24）
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(tái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，滑臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)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。
4 液壓系統(tǒng)
4.1 液壓系統(tǒng)工作原理
啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)按鈕后電機(jī)起動(dòng)并帶動(dòng)油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動(dòng)，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(dòng)溢流卸油閥松開，起動(dòng)按鈕停止供油，提升結(jié)束，開始作業(yè)工作。如果拉動(dòng)滑臺(tái)上兩個(gè)機(jī)械安全鎖后再按手動(dòng)式下降閥便開始卸油下降，其工作原理圖見圖5.1：
圖5.1液壓系統(tǒng)工作原理圖
1-齒輪泵，2-電動(dòng)機(jī)，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動(dòng)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 液壓缸活塞桿受壓校核
4.2.1 液壓缸活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)活塞桿只受壓力的工作情況，強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：
d≥35.7（F/[σ]）1/2mm ……………………………………………………(5.1)
式中：F—載荷力KN。
這里 F=1/2G=(4000/2)×g=2000Kgf=19.62KN …………………………………(5.2)
[σ]—活塞桿材料應(yīng)用應(yīng)力MPa
[σ]=σs/n ………………………………………………………………………(5.3)
其中：σs—材料屈服極限，n=安全系數(shù)。取σs =315MPa，n=3，[σ]=105MPa。
則 d≥35.7（19.62/105）1/2 =15.432 mm
實(shí)際采用之活塞桿直徑d=38mm＞＞15.432mm，所以符合受壓強(qiáng)度要求。
4.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核
液壓缸壓桿安裝形式如下圖示：
圖5.2液壓缸壓桿安裝圖
已知：缸體長(zhǎng)度 L=1078mm
工作行程 l=914mm
活塞桿直徑 d=38mm
計(jì)算長(zhǎng)度 l′=L+l=1992mm
活塞桿截面積 A=（π/4）×d2
活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=（π/64）×d4
活塞桿回轉(zhuǎn)半徑 K=（J/A）1/2=d/4
柔性系數(shù) m=85
末端條件系數(shù) n=2
則 l′/K=4×l′/d=4×1992/38=209.684
m×n1/2=85×21/2=120.21
由于 l′/K＞ m×n1/2，則可按下列公式計(jì)算臨界載荷
PK=π2nEJ/L′2……………………………………………………………………(5.4)
式中：E—材料彈性模量，取E=2.1×105 MPa，J—mm4，l′—mm
則：PK=[3.14162×2×2.1×1011×（3.1416/64）×0.0384]/19922=106924.616N
取安全系數(shù)nK=3, 臨界穩(wěn)定載荷PK/ nK=106924.616/3=35641.539N
實(shí)際工作載荷F=1/2G=2000Kgf=19620N
F=1/2G=2000Kgf=19620N＜PK/ nK，所以滿足壓桿穩(wěn)定條件。
5 結(jié)論
本文首先對(duì)所有的汽車舉升機(jī)的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，并介紹了各類汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)汽車舉升機(jī)有了初步了認(rèn)識(shí)。然后再根據(jù)各類汽車舉升機(jī)的各種使用要求，結(jié)合前人設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的各種結(jié)構(gòu)，按照自己所要設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的要求對(duì)汽車舉升機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。
本次所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)是采用以液壓驅(qū)動(dòng)、液壓缸為舉升裝置以及鋼絲繩為同步裝置的普通式雙柱汽車舉升機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。整個(gè)舉升機(jī)的外形是雙柱式的，同時(shí)它的支撐機(jī)構(gòu)是非對(duì)稱式的托臂。通過電磁鐵安全鎖將立柱內(nèi)的滑臺(tái)固定住，起到保護(hù)的作用。
總結(jié)這次普通式雙柱汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)，大體可以歸納為以下幾點(diǎn)：
⑴通過市場(chǎng)調(diào)查，首先了解了汽車舉升機(jī)種類，并熟悉了各類汽車舉升機(jī)的外形以及它們的功能特點(diǎn)、使用要求等。在對(duì)汽車舉升機(jī)有了一定的了解后，將各類汽車舉升機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)作了對(duì)比，最終確定了本次設(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的設(shè)計(jì)方案。
⑵在確定了設(shè)計(jì)方案之后，就對(duì)普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中通過參考其它形式的舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再結(jié)合了自己的設(shè)計(jì)思想，最終把此次普通式雙柱汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成由舉升裝置、立柱、支撐機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)五大部分組成。
⑶由于汽車舉升機(jī)是一種將汽車抬升到一定高度后用于汽車維修或保養(yǎng)的舉升設(shè)備。因此，在工作的情況下它必須要承受一定的載荷。所以，在設(shè)計(jì)了汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)之后，還對(duì)它的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行驗(yàn)算，以保證舉升機(jī)有足夠的承載能力來安全有效地工作。
⑷除了對(duì)普通式雙柱汽車舉升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)算外，還進(jìn)行了液壓部分的驗(yàn)算。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是液壓驅(qū)動(dòng)，而且它的舉升裝置采用了液壓缸舉升。而液壓缸受壓的活塞桿是屬于細(xì)長(zhǎng)桿，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到細(xì)長(zhǎng)桿的穩(wěn)定性，所設(shè)計(jì)的方案必須要通得過驗(yàn)算。
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