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沈 陽 化 工 大 學 科 亞 學 院 本 科 畢 業(yè) 論 文 題 目 小型產(chǎn)品的三維設計 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 1101 學生姓名 向巍巍 指導教師 邱國俊 論文提交日期 2015 年 6 月 1 日 論文答辯日期 2015 年 6 月 5 日 畢業(yè)設計 論文 任務書 機制專業(yè) 1101 班 學生 向巍巍 畢業(yè)設計 論文 題目 小型產(chǎn)品的三維設計 舉升機的三 維設計 畢業(yè)設計 論文 內(nèi)容 結構的選擇和尺寸確定 連接結 構設計 重量計算 支撐臂的力學分析 各部件的強度校核 舉升機運動分析 三維建模 畢業(yè)設計 論文 專題部分 舉升機的機構設計 舉升機 的力學性能分析 舉升機的運動分析 三維模型建立 參考 文獻 起止時間 3 月 2 日 6 月 1 日 指導教師 簽字 年 月 日 摘 要 小汽車舉升機的三維設計是在認真思考了現(xiàn)有的各種起重設備和實 際工作條件的情況下 從而進行的舉升機的剪式結構的設計 在設計中 完全考慮到安全和使用要求 結合計算機技術來優(yōu)化舉升機設計 以實 現(xiàn)不同客戶需求 不同小汽車型號的需求 經(jīng)過初期的結構設計 參數(shù)設置以及力學分析給出整體的合理型式 再通過 SolidWorks 建立各零部件的三維建模 并結合虛擬裝配 最后 舉升機工作過程的仿真是通過 SolidWorks 的運動仿真功能來實現(xiàn) 以檢 驗整套裝置的合理性和靈活性 關鍵詞 三維設計 剪式 汽車舉升機 SolidWorks Abstract Three dimensional design of the car lift is seriously considering lifting equipment under actual working conditions and the existing design of the scissor lift structure thus conducted Fully taken into account in the design of the safety and use requirements combined with computer technology to optimize the lift design to fulfill customer needs different needs of different car models By the preliminary structural design parameter setting and the mechanical analysis gives a whole reasonable type Then use SolidWorks establish various parts of the three dimensional modeling and realize the Virtual Assembly Finally though the motion simulation function of SolidWorks realize the working process simulation of Lifter to test the rationality flexibility of the entire device Key words Three dimensional design Scissor structure car repair Lifter Solid Works 目 錄 第一章緒論 1 1 1 選題的背景 1 1 1 1 舉升機的發(fā)展 1 1 1 2 計算機輔助設計的發(fā)展 2 1 2 選題目的及其意義 3 第二章舉升機的結構設計 5 2 1 設計任務 5 2 2 結構的選擇 5 2 3 結構尺寸的確定 7 2 3 1 平臺結構 7 2 3 2 支撐臂長度的確定 8 2 4 連接結構設計 8 2 4 1 連接方式的選擇 8 2 4 2 材料選擇 9 2 5 重量計算 9 第三章舉升機的力學性能分析 11 3 1 支撐臂的力學分析 13 3 2 各部件的強度校核 17 3 2 1 上滑輪軸的校核 18 3 2 2 支撐臂的強度校核 19 第四章舉升機的運動分析 26 第五章模型的建立 28 5 1 支架部分建模 28 5 2 液壓系統(tǒng) 30 總 結 33 參考文獻 34 致謝 35 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章緒論 0 第一章緒論 1 1 選題的背景 1 1 1 舉升機的發(fā)展狀況 汽車舉升機被用于設備 車輛維修作業(yè) 它的主要作用是提供發(fā)動機的保養(yǎng)和 維修 以及底盤 傳輸?shù)染S修方便 汽車舉升機用于改善員工的工作條件 提高工 作效率 最初的汽車底盤維修需要維修工人員鉆進汽車下面進行作業(yè) 這種方法導致操 作空間小 光線照不進來 不利于維修人員很長時間的工作 從而導致工作效率低 下 汽車舉升機的發(fā)明改變了現(xiàn)狀和提升機出現(xiàn)在上世紀二十年代 發(fā)展到今天的 近 100 的時間 隨著科學技術的進步 提升機的設計一直在進步 有越來越多的 從柱結構分主要在單柱式舉升機 雙柱舉升機 四柱舉升機 剪式舉升機 地溝式 舉升機等 單柱式舉升機 單柱式升降機單柱式舉升機是一個早期的起重設備 該設備是停 在汽車和其他車輛地面上升到一定高度 維護專用設備 汽車及工程車輛的部分解 除方面是典型的 它是更換各種修理作業(yè)的車輪輪胎或車輛底盤的工具 具有節(jié)省 人力物力資源的效果 不用時完全放在地面上 方便汽車倒車和放置物品 是汽車 修理不可或缺的工具 但因為缸體較大 而且不易進行密封 如此嚴重和不穩(wěn)定的 因為彈跳壓縮空氣驅(qū)動 雙柱式舉升機 雙柱式汽車舉升機在汽車維修工作過程中是可以節(jié)省大量的地面 空間的 那樣也很方便地面工人人員工作 主要是因為它將汽車舉升到空中 雙柱 式汽車舉升機一般情況下都去掉了底板 所以最大的為他節(jié)省了材料 正因為這種 沒有底板的結構 所以立柱的扭力需要靠地面來抵消 這樣一來對地基要求很高 所以在投資行業(yè)是相對較高的 四柱式舉升機 四柱式舉升機專用機械起重設備 最好的 四柱舉升機大噸位的 卡車或貨車修理和保養(yǎng)單位四輪定位已經(jīng)做得也很不錯 因為一般呀四柱式汽車舉 升機都有一個四輪定位檔位 他是可以調(diào)整 水平也可以保證 但是這種設備呢占 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章緒論 1 地面積大 所以并不合適用于私家車的修理保養(yǎng) 剪式舉升機 剪式舉升機分為單剪式 子母式和超薄型 由于安全性高 操作方 便 單剪式舉升機主要用于小型汽車維修保養(yǎng) 挖槽后與地面相平 大剪舉升機廣 泛應用于行業(yè) 是四輪定位儀的黃金搭檔 不僅可以用于汽車維修 還可以用于輪胎 更換與底盤檢修 溝槽形式都可以使用 它可以直接在地面安裝 Slim系列剪式舉 升機沒有挖溝 適用于任何維修店 即使由于缺乏空間的廠房也可以使用這種類型 的舉升機 這種類型的舉升機和地板廣泛接觸面 可以安裝在任何汽車底板上面 為客戶解決問題的場地空間 該機型是未來的主流產(chǎn)品 國外已大量使用該類產(chǎn)品 地溝式舉升機 對空間較低的廠房較為實用 而且物美價廉 地溝式汽車舉升機 安裝于地溝上面兩沿邊軌道上 一般采用電動驅(qū)動方式 蝸桿 蝸輪減速 從而帶 動絲桿 舉升大梁升降 這種舉升機適用于對大巴士 大卡車進行維修的維修企業(yè) 1 中國舉升機械行業(yè)發(fā)展較晚 直到上世紀80年代末 我國才漸漸有舉升機制造 企業(yè) 基本上引用國外技術 我國的舉升機制造業(yè)在很長時間內(nèi)發(fā)展狀態(tài)混亂 沒 有標準可用 盲目追求經(jīng)濟利益高 且大部分是山寨國外的技術進行生產(chǎn)制造 隨 著我國的經(jīng)濟實力的增強 科技水平的提高 于是有了一些比較正規(guī)的制造企業(yè) 今天 我國計算機技術的普及 應用與提高 制造業(yè)的計算機技術也在不斷提高 計算機在模具創(chuàng)新設計 模型的建立和圖紙的繪制方面提供了巨大方便 創(chuàng)造了巨 大的經(jīng)濟效益 1 1 2 計算機輔助設計的發(fā)展 計算機輔助設計 就是CAD 在計算機剛開始出現(xiàn)的時候 人們說他是計算機 輔助設計 即利用計算機來進行大量繁瑣的計算 當AutoCAD出現(xiàn)并普遍使用以后 人們對CAD的認識才開始走上了正確的道路 隨著科學技術不斷發(fā)展進步 特別是交互式圖形處理技術的出現(xiàn)推動了計算機 輔助設計的進步 現(xiàn)在CAD技術已經(jīng)包含了二維繪圖和三維繪圖 并且能夠進行工 程分析 幾何造型 模擬仿真 設計文檔等工作 其發(fā)展主要有以下幾個階段 1960年前后 CAD發(fā)展的起步時期 70年代前后 CAD技術進入廣泛應用時期 上 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章緒論 2 世紀80年代 CAD技術進入突飛猛進時期 上世紀90年代 CAD技術的發(fā)展越來越 成熟 CAD技術涉及面廣 技術每天都變化 新的理論 技術和方法不斷地出現(xiàn)在人 們的視野 近年來 先進制造技術的快速發(fā)展帶動了先進技術的發(fā)展 現(xiàn)在 計算 機輔助設計朝著一體化 智能化的方向發(fā)展 標準化和網(wǎng)絡化 2 Solid Works集CAD CAE CAM 三大技能于一身 得到三維設計軟件行業(yè)的認可 和推廣 Solid Works不斷的創(chuàng)新設計為制造業(yè)帶來了巨大的經(jīng)濟效益 Solid works 操作軟件是達索公司下的子公司Solid Works公司開發(fā)的 CAD CAM一體化的三維軟 件 其以 功能強大 易學易用和技術創(chuàng)新著稱 在目前的三維造型軟件領域中占有著 重要地位 特別是在國內(nèi)產(chǎn)品設計領域占據(jù)重要位置 Solid Works采用了模塊方式 可以分別進行草圖繪制 裝配設計零件 鈑金的設計 制造 加工處理等 確保用 戶可以按照自己的需求隨心所欲地選擇使用 1 2 選題的目的及意義 現(xiàn)今世界 汽車制造行業(yè)不斷向前發(fā)展 各國汽車的數(shù)量不斷上升 中國作為 一個汽車大國 其汽車的產(chǎn)量及消費數(shù)量也在大幅上升 據(jù)機械工業(yè)聯(lián)合會統(tǒng)計 中國自 2001 年加入 WTO 來 汽車工業(yè)發(fā)展迅速 汽車產(chǎn)量從 2000 年的 2200000 萬輛增加至 2010 年的 20000000 萬輛 進入了汽車制造工業(yè)大國行列 同時 伴隨 著生活水平的提高 社會基礎設施的完善 我國的汽車保有量也大幅上升 據(jù)國家 統(tǒng)計局的 國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報 我國汽車 2007 年 2008 年 2009 年 的保有量分別是 5698 萬輛 6466 萬輛和 7623 萬輛 到了 2010 年 我國的汽車保 有量已經(jīng)突破 7200 萬輛 汽車制造業(yè)的發(fā)展以及汽車保有量的上升 推動了作為為汽車提供各種服務的 維修行業(yè)的發(fā)展 現(xiàn)代汽車維修項目也越來越繁多 越來越復雜 汽車舉升機為這 巨大的工作量提供了方便 其適用無論對于維修企業(yè)還是轎車擁有者來說都是一種 便利 因此 在舉升機汽車維修行業(yè)有著廣泛的應用 正因為如此 在舉升機結構 的合理設計是非常重要的 正如曾表示 目前大多數(shù)的設計趨向于剪式舉升機機設 計 我們的任務是通過全面的結構分析和設計計算 設計出適用廣泛 高效率的剪 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第一章緒論 3 式舉升機 現(xiàn)在的結構分析和設計計算為以后舉升機的改進提供理論基礎 對整套 裝置完整的設計可以加深對所學知識的理解 并且可以學到新的知識 提高自己三 維軟件的應用能力 1 3 研究方法 本課題采用計算機軟件進行三維建模與理論計算相結合的方法 通過理論計算 和力學分析 得出合理的結構尺寸 通過三維軟件 SolidWorks 將已有的尺寸轉(zhuǎn)化為 實際模型 實際模型建立對整體裝置有直觀的認識 以便于分析其結構是否合理 運動是否能實現(xiàn) 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 4 第二章舉升機的結構設計 2 1 設計任務 某汽車維修 4s 店進行汽車維修養(yǎng)護時 需要將小型汽車舉升起來 維護汽車底 盤及輪胎等部分 本設計就是要設計一臺汽車舉升機 舉升重量大約為 3000 4000kg 要求運用 solid works 軟件進行三維建模和模擬仿真 有關本課題的工藝參數(shù) 設計一臺小剪式汽車舉升機 參數(shù)如下 最大舉升高度 1800mm 額定舉升重量 4000 kg 底盤距離地面距離 110mm 整個過程上升時間 50S 整個過程下降時間 40S 要求具有可靠的鎖止裝置 2 2 結構的選擇 由前言部分可知道 現(xiàn)在的舉升機主要有如下幾種 單柱和雙柱式 四柱型 剪式和地溝式 而剪式舉升機是現(xiàn)在的應用主流 故本設計采用剪式舉升機的結構 根據(jù)設計方案 舉升機是專為滿足汽車修理廠維修車輛底盤和輪胎 以滿足要求 結構設計舉升機必須是合理的 所述剪式舉升機屬于該類舉升機 一些支撐臂結構 的基本支持平臺 以確保整套裝置的運動 各處的連接采用鉸接 如圖 2 1 所示結構 上面為平臺 用于放置汽車 舉升平臺一端采用固定鉸支 一端采用活動鉸支 活動鉸支為滾動軸承 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 5 表 2 1 主要技術參數(shù) 額定舉升重量 最大舉升高度 底盤距離地面距 離 整個過程上升時 間 整個過程下降時 間 4000kg 1800mm 110mm 50s 40s 圖 2 1 結構草圖 固定鉸支與活動鉸支之間在最高時應有合適的距離 這樣才能保證裝置中的穩(wěn) 定性 采用圖 2 1 的結構 可以估計 要達到 1800mm 的舉升高度 需要很長的支 撐臂 這樣裝置收縮后 長度較長 占地面積大 因此 改進方法就是將上述結構 的支撐臂拆解 變?yōu)閳D 2 2 的結構 關于圖 2 2 結構的說明 上端為平臺 需維修汽車直接放于平臺上 下部為底座 用于安放支撐臂 液壓裝置等 每臺舉升機共有 8 根支撐臂 鉸 與鉸 為活動鉸 支 用軸承代替 鉸 與鉸 為固定鉸支 其他各處采用螺栓連接 為液壓支 撐系統(tǒng) 整套裝置由于液壓系統(tǒng)提供動力 通過活塞桿行程的改變實現(xiàn)裝置的上升 與下降 為了保證整套裝置的安全穩(wěn)定工作 各連接處采用橡膠墊 并定期加潤滑 脂 舉升機安裝于事先設置好的地基上 為方便維修人員工作 兩平臺之間距離為 900mm 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 6 圖 2 2 確定的結構圖 2 3 結構尺寸的確定 2 3 1 平臺結構 查找資料 綜合各類家用轎車的結構參數(shù) 特別是汽車的軸距 輪胎規(guī)格為 取平臺長度為 1450 毫米 寬度為 550 毫米 平臺下部支撐結構采用一端采用固定鉸 支 固定鉸支距離平臺端 50 毫米 另一端采用滑動鉸支 用軸承代替 為了方便 滑輪滑動 在平臺下設置滑輪槽 長度為 600mm 寬度為 19mm 厚度為 10mm 底 板厚度取 20mm 底座與平臺結構大致相同 2 3 2 支撐臂長度的確定 設舉升機收縮后的總高為 則兩滑輪之間的距離130mh 30 25 2h 2 1 由材料力學的知識可知 舉升機上升到最大高度的過程中 固定鉸支與滑動鉸 支之間應有合適距離 取上升到最高時 則鉸 距平臺端為 400mm 90mabLa 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 7 當舉升機上升到 1800mm 時 兩滾動軸承中心之間的距離 18039201mamL 2 2 則舉升臂長度 長度 2222 4901135mabamL 2 3 舉升臂的寬度取 0b 2 4 連接結構設計 2 4 1 連接方式的選擇 舉升機的舉升需要各部件的相互作用 在舉升機的工作過程中 有一個上升過 程和下降過過程 通過液壓系統(tǒng)提供動力 推動舉升臂 支撐臂相對軸轉(zhuǎn)動 從而 實現(xiàn)平臺的上升和下降 要保證各處的相對轉(zhuǎn)動 支撐臂之間 支撐臂與其他結構 之間必須有合理的連接方式 圖 2 2 所示 b n 處采用的是固定鉸支 采用雙頭螺柱聯(lián)接 綜合考慮 查 機械設計手冊 取等長雙頭螺柱 螺柱 螺紋長度為 54mm 與之配套的螺母取 CGB T953M2460 型六角頭螺母 螺母 18 為活動鉸支 采用橫軸連接 軸長 530mm 設置軸肩 以便定位軸承 軸 am 上兩支撐臂之間用軸套定位 并緊定螺釘鎖緊 c d e f 采用滑動軸承連接 此處軸為螺栓 螺栓規(guī)格為螺栓 M24x95 螺紋 長度為 38mm g 處為油缸推力作用點采用滑動軸承連接 軸兩端用彈性擋圈定位 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 8 2 4 2 材料選擇 螺栓 平臺下螺柱 平臺和底板選 45 號鋼 支撐臂選 40Cr 液壓系統(tǒng)上支點 橫軸以及下安裝點螺柱取 40Cr 各種材料的力學性能 物理性能查文獻 15 得 如 表 2 2 表 2 2 各種材料力學性能 物理性能 名稱 強度極限 MPab 屈服極限 MPas 密度 3g cm 40Cr 1000 900 7 850 45 600 355 7 850 2 5 重量計算 按每臺計算 1 舉升臂的重量 由于舉升臂還要加工孔等 先按實體計算 暫取厚度為 20mm 橫截面積 210 0 Sm 2 4 質(zhì)量 2 5 18MSL 8 0 02 1 350 7850 170kg 2 平臺與底座按相同結構計算 橫截面積 20 6 720 56S 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 9 2 6 20 413m 圖 2 3 平臺橫截面 平臺質(zhì)量 2 7 20 413 57807kgMSL 3 其他部件 如螺栓 軸 加強筋等的總質(zhì)量取 350Mkg 即在沒有安裝液壓系統(tǒng)的條件下 單臺舉升機的重量為 12370453kgM 2 8 取支撐裝置的重量取 50 表 2 3 數(shù)據(jù)匯總 名稱 長度 mm 寬度 mm 軸徑 mm 標記 材料 平臺 1450 550 45 支撐臂 1350 70 40Cr 軸 530 25 29 45 軸 380 30 40Cr 螺栓 GB T953M24 45 雙頭螺柱 61045 螺母 8 45 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第二章舉升機的結構設計 10 角接觸球軸承 7205AC 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 11 第三章舉升機的力學性能分析 舉升機的力學性能分析 就是對舉升機的各部件的受力分析 包括支撐臂 橫 軸 螺栓等的受力分析 并進行強度校核 目的是為了保證結構有足夠的強度來進 行工作 每個臂的符號及受力點標記如圖 3 2 由任務書顯示 額定舉升重量為 4000 公斤 一套舉升裝置 包含有兩個舉升機 分別同步升降汽車的兩梁 則每臺舉升機承受的重量為 2000 公斤 3 1 209 8 160GmgkNg 由于平臺重量小于汽車 不考慮力學分析 如圖 3 1 對平臺的力學分析 設受力 均勻 平臺有四根支撐臂支撐 則單側舉升臂的承重為 圖 3 1 舉升臂受力分析 196082GNF y AB 3 2 ABF 3 3 由公式 3 2 3 3 得 490ABFN 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 12 圖 3 2 臂的符號及受力點標記 3 1 支撐臂的力學分析 1 對臂 2 的受力分析臂 2 在水平方向上只有摩擦力沒有其他載荷 而摩擦力 的相對于系統(tǒng)的其他載荷較小 在本機構分析中忽略不計 因此 對于臂 2 只考慮 豎直方向上的力就可以了 如圖 3 3 對臂 2 受力分析圖如圖 3 3 令 490ABFN 則在垂直于臂的方向上有 cos cosAECF 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 13 圖 3 3 對臂 2 的受力分析圖 即 AECF 3 4 又 3 5 0CM 112EA LF 聯(lián)立式 3 4 3 5 得 980CN 由受力分析可知 臂 2 的最大彎矩發(fā)生在 處 即 2max coscs2ELF 3 6 由上式可知 當 最小時 有最大值 即當舉升機開始對汽車進行舉升時臂 2M 有最大彎矩 此時 時有 6 8 2max 135cos284MFNm 軸力分析 CE 段受拉 siniNCE 圖 3 4 軸力分析圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 14 AC 段受壓 siniNACFF 即在舉升的最高處有最大軸力 對于臂 3 器受力情況與臂 2 相同 無需再單獨做 受力分析 2 對臂 1 的受力分析 由于臂 1 要在 DC 段加裝液壓系統(tǒng)的上支點 G 所以 受力比較復雜 同時還要確定上支點的位置 先假定支點 G 距 D 為 找出比較合適的安裝位置 0 675m x 對臂 1 的受力分析圖 圖 3 5 對臂 1 的受力分析圖 對 D 點取矩 即 0DM sincoscsL2PCBFxF 3 7 得出 2cosinPLFx 3 8 對其進行彎矩分析 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 15 圖 3 6 彎矩分析 cos0 675cos2BCLMFF 2cos3csCGLxxL 則彎矩圖如下 圖 3 7 彎矩圖 同樣有軸力圖 圖 3 8 軸力圖 由以上的彎矩圖 軸力圖可知 最大彎矩發(fā)生在 G 截面 最大軸力在 DG 段 彎矩與軸力都隨角度 的改變而改變 且在舉升機開始舉升汽車時有最大彎矩 達 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 16 到最大高度時 有最大軸力 對于液壓系統(tǒng)的上安裝點 由彎矩圖可知 當 越大x 時 最大彎矩越小 但 過大 將使得孔 G 與孔 C 的距離較近 這樣會產(chǎn)生應力集x 中 削弱臂的強度 因此綜合考慮 取 0 4xm 由計算可知 當 有最大彎矩 如圖 3 1 計算當舉升高度達到 110mm 時 6 8 GN 桿與水平夾角 的大小 30190m2CF 由 得 1GD 14675G 19 8 由余弦定理可得 2 2 cos 94 80 15DG 得 83 2 則 96 15049mGN 2 2 cosGN 96 8 同理 可用余弦定理得 則 7 6 12 4 由以上的推導過程可知 在彎矩最大時 液壓系統(tǒng)在此時同樣有最大的外載荷 故用此種狀態(tài)求最大推力 如圖 3 5 對 D 點取矩 sin 0 4coscs2PCBLFF 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 17 3 9 代入數(shù)據(jù) 得 即液壓系統(tǒng)提供的最大推力為 9 865kNPF 20kNPF 在對某機構進行受力分析時 通常選擇最復雜的部件進行分析 在本結構中 臂 2 的受力情況比臂 4 的受力情況復雜得多 因此 對于臂 4 不再單獨做受力分析 當臂 2 的強度條件滿足時 臂 4 肯定能滿足強度條件 3 2 各部件的強度校核 強度校核是通過材料力學的方法 在各零部件所選材料及結構尺寸的條件 能 否滿足強度條件 強度校核是機構設計過程中不可缺少的環(huán)節(jié) 是保證機構能否安 全 長久工作的重要過程 3 2 1 上滑輪軸的校核 作用于橫軸上的力作如下簡化 如圖 3 9 3 10 12490NAF 圖 3 9 軸的受力簡圖 彎矩圖 圖 3 10 彎矩圖 由彎矩圖可知 最大彎矩發(fā)生在支撐臂作用的截面 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 18 許用應力的確定 橫軸的材料選用 45 號鋼 取安全系數(shù) 則n 2 35MP172san 0 06 抗彎截面系數(shù) 33 63 241 580mZdW 強度校核 彎曲正應力 maxax 634N 107MP1 358ZMaW 剪切應力 PSFA 有以上校核可知 滑輪橫軸的強度要求滿足 3 2 2 支撐臂的強度校核 在所有支撐臂中 臂 1 的受力情況最為復雜 故選此臂進行強度校核 惹滿足 則其他臂也滿足要求 就不必進行校核 由前面對支撐臂的力學分析可知 當 越 小 彎矩越大 而 越大時軸力越大 故對舉升機在不同狀態(tài)時支撐臂的情況進行 分析 1 舉升機開始對汽車進行舉升時 對支撐臂的校核 由圖 3 7 知 max1 5cosMF 3 11 490s6 8728N 最大彎矩發(fā)生在 G 截面 即液壓系統(tǒng)的上支撐點 此時的軸力為 sin sinNPBCFF 3 12 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 19 9 86kNsin1 23490Nsin6 847 許用應力的確定 取安全系數(shù) n 2 則 0MP452san 則最大彎曲正應力為 max NZFWA 3 13 max26NMbh 其中 h 70mm 計算得 1 35 2 舉升高度達到 1800mm 時 對支撐臂的校核 為了求出此時的彎矩和軸力 需要知道的 值 用對支撐臂 1 的受力分析中的方法可得 48 15 6 此時的最大彎矩 max cos4803NmMF 此時液壓系統(tǒng)提供的推力為 sin cscos2PCBLF 代入數(shù)據(jù)得 24 6kNPF 最大軸力 sin sin1kNPBCF 與開始對汽車進行舉升時的數(shù)據(jù)相比較 可以看出彎矩 軸力 推力都小 因此選 用最低狀態(tài)時的參數(shù)進行設計更合理 綜上所訴 取支撐臂的厚度 就可滿足強度要求 25mb 校核彎曲切應力 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 20 maxcosssCBFF 314 596kN 許用切應力 0 7 30MPa 對于矩形截面 max35 8 2SFA 故通過以上以上的校核過程 可知支撐臂的結構合理 滿足要求 支撐臂的數(shù)據(jù)匯總 表 3 1 支撐臂數(shù)據(jù)匯總 長度 L mm 寬度 h mm 厚度 b mm 孔徑 r mm 1350 70 25 25 3 3 聯(lián)接螺栓的校核 c d e f 采用相同的螺栓連接 但無預緊力 故對螺栓的校核轉(zhuǎn)化為對軸的 校核 對其的受力分析如圖 3 11 圖 3 11 軸的受力分析圖 剪力圖 圖 3 12 剪力圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 21 彎矩圖 圖 3 13 彎矩圖 許用應力的確定 35MPa 17n2s 0 0 校核正應力與切應力 max312 5N1Pa046MP zSWFA 螺栓連接部分出了受剪與彎曲外 還會發(fā)生擠壓 因此還要校核其擠壓應力 由于螺栓材料的強度比支撐臂材料的強度低 故對螺栓進行校核 對于塑性材料其許用擠壓應力為 1 5 2350Pabs 最大擠壓應力 298N16M 0 4 5mbs bsFd 則由校核過程可知 螺栓的強度滿足要求 3 4 g 處橫軸的校核 由于 g 處橫軸聯(lián)接液壓系統(tǒng)的上支點 其強度是否滿足 對整個裝置來說至關 重要 橫軸的材料為 40Cr 對橫軸的受力分析如圖 3 14 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 22 圖 3 14 對橫軸的受力分析圖 129 5mGY 12 0kNPF 可得剪力圖 圖 3 15 剪力圖 彎矩圖 圖 3 16 彎矩圖 材料許用應力 取安全系數(shù) 則1 8n 90MPa6 5s 73 抗彎截面系數(shù) 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第三章舉升機的力學性能分析 23 33 530 10m2ZdW 強度校核 5319 kN30ZM 244SFdA 擠壓強度校核 許用擠壓應力 1 5 10MPabs 最大擠壓應力為 2kN60 3 5mbsFd 故桿的強度滿足 通過以上的校核過程可知 舉升機個部件能夠滿足強度要 能夠安全穩(wěn)定的工 作 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章舉升機的運動分析 24 第四章舉升機的運動分析 舉升機在對汽車進行舉升的過程中應保持比較平穩(wěn)的上狀態(tài) 一平臺為研究對 象 設計如下運動方程 平臺前 5 秒按正弦規(guī)律運動 5 秒到 45 秒勻速上升 45 秒到 50 秒按余弦規(guī)律 運動 0 382sin 051 4 cos ttvtt 速度運動曲線如圖 4 1 圖 4 1 速度運動曲線 通過求導與積分可以得到加速度與位移方程 加速度方程 0 382cos 0514 sin 2ttatt 位移方程 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第四章舉升機的運動分析 25 0 382cos0 1236 5 74 4sin 7 0ttSt t 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章模型的建立 26 第五章模型的建立 本設計三維模型的建立通過 Solid Works 軟件 模型建立完成后 再通過其實現(xiàn) 運動仿真 以檢驗結構的合理性 舉升機三維模型的建立主要分為兩大部分 一部分為支架部分 一部分為液壓 為液壓系統(tǒng)部分 本模型建立所需的主要特征有拉伸 旋轉(zhuǎn)掃描 倒角 圓角 拉 伸切除等等 5 1 支架部分建模 主要零部件的模型如下 1 舉升臂 通過拉伸和拉伸切除特征即可實現(xiàn) 圖 5 1 舉升臂 2 平臺 圖 5 2 平臺 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章模型的建立 27 3 底座 圖 5 3 底座 4 軸承 圖 5 4 軸承 5 2 液壓系統(tǒng) 液壓系統(tǒng)的零部件主要有液壓缸 活塞桿 活塞 導向套等 主要模型及裝配 圖如下 1 缸筒 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章模型的建立 28 圖 5 5 缸筒 2 活塞桿 圖 5 6 活塞桿 3 活塞桿裝配圖 圖 5 7 活塞桿裝配圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 第五章模型的建立 29 4 總裝配圖 圖 5 8 總裝配圖 圖 5 9 總裝配圖 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 總結 30 總 結 剪式舉升機因為其經(jīng)濟性 實用性以及占用空間小等特點越來越受廣大汽車維 修企業(yè)的青睞 漸成舉升機實用的主流 本設計是在市場原有產(chǎn)品的基礎上 對原 有的設計進行改進 增加其經(jīng)濟性 靈活性以及滿足不同型號家用轎車客戶的需求 本設計的剪式舉升機主要有三部分組成 支撐裝置 液壓系統(tǒng) 電氣系統(tǒng) 其中 支撐裝置是設計的重點 支撐裝置的結構是否合理直接關系到整套裝置的安全性 本設計先從結構的選型開始 確定裝置結構 按照材料的選用經(jīng)驗 給出各部分的 材料以及部分參數(shù) 在對裝置進行受力分析 最后通過校核各部件的強度是否合適 再給出安全狀態(tài)下的參數(shù) 液壓系統(tǒng)是為支撐裝置的上升下降提供推力的部分 其 主要包括液壓缸 活塞 活塞桿 泵 電機等零部件 其各部件結構在滿足各項要 求的前提下按照經(jīng)濟性原則選擇 電氣部分是工作人員對舉升機進行操作的部分 對于所有參數(shù)給定了之后再通過 solidworks 建立三維模型并且實現(xiàn)運動仿真 這一 步是對整個結構的檢驗 通過這次畢業(yè)設計 我學會了怎么去查詢 收集 整理資料 知道了如何解決 問題 怎么實現(xiàn)設計任務 由于本人的知識所限 設計中難免有不妥之處 還望老 師批評指正 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 參考文獻 31 參考文獻 1 郭武 黃澤星 吳上生 汽車舉升機的發(fā)展趨勢分析 J 廣州 華南理工大學學報 2002 12 45 2 孫江宏 計算機輔助設計 M 北京 高等教育出版社 2010 2 24 3 單輝祖 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2009 11 36 4 范欽珊 劉燕 王琪 理論力學 M 北京 清華大學出版社 2004 8 46 5 楊可楨 程光蘊 李仲生 機械設計基礎 M 北京 高等教育出版社 2005 5 28 6 陳于萍 周兆元 互換性與測量技術 M 北京 機械工業(yè)出版社 2004 8 19 7 王文奎 機械原理 M 北京 電子工業(yè)出版社 2010 5 31 8 盧圣春 汽車機械維修培訓教程 M 北京 化學工業(yè)出版社 2008 3 8 9 大連理工大學工程圖學教研室 機械制圖 M 北京 高等教育出版社 2012 28 30 10 席偉光 楊光 李波 機械設計課程設計 M 北京 高等教育出版社 2010 5 11 11 成大先 機械設計手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 2004 5 11 12 曹巖 白瑀 常用滾動軸承手冊與三維圖庫 SolidWorks 版 M 化學工業(yè)出版社 2012 28 34 13 邢啟恩 SolidWorks 三維設計一點通 M 化學工業(yè)出版社 2013 45 103 沈陽化工大學科亞學院學士學位論文 致謝 32 致 謝 經(jīng)過三個月的苦戰(zhàn) 我的本科畢業(yè)論文終于完成 在此 謹向幫助過我的老 師 同學 朋友表示最誠摯的感謝 由衷感謝我的畢業(yè)導師邱國俊老師在整個過程中對我的悉心指導 從最開始的 任務書的制定到最后畢業(yè)設計的全部完成 時時刻刻都離不開他的諄諄教導 他工 作認真 以身作則 嚴謹治學的態(tài)度和精神為我做出了良好的表率 今年我們的畢 業(yè)設計時間與往屆相比縮短了 任務緊 工作量大 一開學 老師就將我們組的同 學召集起來 給我們明確任務 工作量以及如何開頭 并且每周周五過來給我們檢 查任務及指導 我的畢業(yè)設計能完成得這么順利 與老師的不斷督促和指導是分不 開的 在此同時 也感謝大學四年里 給予我知識和教誨的所有老師表示感謝 正是 由于有他們的教導 才讓我積累了很多知識 使得我在畢業(yè)設計中遇到困難不退縮 使得我考慮問題更加全面 解決問題的方法更加多樣 由于本人的能力有限 在設計中有難免有錯誤和不妥 還望老師 同學批評指 正 馬上就要離開學校了 在此 再次對四年來培養(yǎng)我 幫助我成長的沈陽化工大 學科亞學院表示感謝 祝明天更加美好 0 沈陽化工大學科亞學院畢業(yè)論文文獻綜述 舉升機文獻綜述 姓名 向巍巍 班級 機制 1101 指導老師 邱國俊 摘要 從上個世紀 90 年代開始 我國舉升機逐漸發(fā)展 舉升機大到企業(yè)小到家居 隨處 可見 舉升機應用極其廣泛 為人們生產(chǎn) 生活都提供了很大幫助 伴隨著我國汽車 數(shù)量的增加 舉升機作為汽車維修的重要工具 需求量也大大增加 現(xiàn)在舉升機市場 已經(jīng)擁有近百個中外品牌 系列成百上千 各種舉升機優(yōu)勢特點也各不相同 隨著近 幾年國內(nèi)舉升機行業(yè)的發(fā)展 無論在產(chǎn)品設計 技術開發(fā)還是售后服務方面 都進行 了很多改進 達到了一定的水平 本文主要介紹汽車舉升機 包括他的分類和特點等 正文 汽車舉升機簡介 汽車舉升機是用于汽車維修過程中舉升汽車的設備 汽車開到舉升機工位 通過 人工操作可使汽車舉升一定的高度 便于汽車維修 舉升機在汽車維修養(yǎng)護中發(fā)揮著 非常重要的作用 現(xiàn)在的維修廠都配備了舉升機 舉升機是汽車維修廠的必備設備 立柱結構 一 單柱式舉升機 單柱式舉升機是將停放在地面上的轎車等交通工具舉升到一定的高度進行維修的專 用設備 是一種典型的用于汽車及工程車輛的局部舉升 以便更換車輪輪胎或?qū)囕v底 盤進行各種維修作業(yè)的機具 單柱舉升機操作容易 美觀 不占用空間便能將重物方 便省力的舉起 具有省時省力的效果 不用時完全放置于地面 方便汽車倒車和放置物 品 是汽車修理不可缺少的機具 單柱車輛舉升機分可移動式的和固定式的兩種型號 單柱移動式舉升機適用于室內(nèi)外場地 單柱固定式舉升機適用于室內(nèi)面積較為緊湊的 場所 1 二 雙柱式舉升機 雙柱式汽車舉升機是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的專用機械舉升設備 廣泛應 用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng) 雙柱式汽車舉升機將汽車舉升在空中的同時可以節(jié) 省大量的地面空間 方便地面作業(yè) 但是雙柱式汽車舉升機為了最大的節(jié)省材料 一 般都去掉了底板 由于沒有底板 使得立柱的扭力需要靠地面來抵消 所以對地基要 求很高 若是有橫梁 龍門舉升機 就靠橫梁抵消 雙柱式舉升機有對稱式和非對稱式兩種 對稱式舉升機四根臂的臂長大致相等 這 樣使得汽車中心 或質(zhì)心 處于立柱的中間位置 對于皮卡和箱式貨車等類型的汽車 的日常維修來說這種對稱式舉升機可能是最佳的選擇 但是對于一些柱間寬度不夠大 的對稱式雙柱式舉升機來說 汽車舉升后不能打開車門是一個很大的缺點 非對稱式 舉升機的立柱向后旋轉(zhuǎn)了一個角度 大約 30 并且前臂比后臂稍微短一些 當把 汽車停放到這種非對稱式的舉升機適當位置時 車的位置就向后移動了一些 因此 我們就很容易地從車門進出 而且 這種非對稱式舉升機轉(zhuǎn)動的立柱 可以確保車輛 的重心安全地定位在立柱之間 2 三 四柱式舉升機 四柱式汽車舉升機是一種大噸位汽車或貨車修理和保養(yǎng)單位常用的專用機械舉升設 備 四柱式汽車舉升機也很適合于四輪定位用 因為一般四柱式汽車舉升機都有一四 輪定位檔位 可以調(diào)整 可以確保水平 四柱舉升機按其結構又分為上油缸式以及下 油缸式兩種 上油缸式四柱舉升機其油缸置于立柱頂部 帶橫梁 下油缸式的油缸 置于平板下面 上油缸式四柱舉升機主要依靠四根鏈條拉起四個角 拉力油缸置于頂 部 這種結構簡單 但自重增加 多數(shù)上油缸式四柱舉升機二次舉升為手動或氣動 修理工需要跑到底下操作 這對于經(jīng)常使用二次舉升的用戶不方便和不安全 保險裝 置為氣動裝置 若沒有氣源則比較麻煩 下油缸四柱舉升機主要依靠四根粗鋼索拉起 四角 拉力油缸置于平板下面 通過六個圓盤將力傳達四面 這種結構比較緊湊 自 重降低 二次舉升一般為電動液壓 和主泵連接在一起 只要轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換閥即可 升降 速度快 保險裝置為楔塊式 四個楔塊利用拉桿聯(lián)動 扳動拉桿就可打開保險裝置 方便耐用 四 剪式舉升機 剪式舉升機執(zhí)行部分采用剪式疊桿形式 電力驅(qū)動機械傳動結構 目前廣泛用于大 型車輛維修 剪式舉升機的舉升速度適中且不占用車坑位置 對于一些車型相對固定 工作強度大 如在公共汽車 的修理領域無疑是最好的選擇 而且由于結構簡單 同 步性好 一般常用作四輪定位儀的平臺 剪式舉升機分為大剪 子母式 小剪 單剪 舉升機 超薄系列剪式舉升機等幾 種類型 小剪舉升機主要用于汽車維修保養(yǎng) 安全性高 操作方便 挖槽后與地面相 平 大剪舉升機涌出比較多 是配合四輪定位儀德最佳設備 并可以做為汽車維修 輪胎 底盤檢修用 可以挖槽 也可以直接安裝在地面上 超薄系列剪式舉升機無需 3 挖槽 適用于任何修理廠 有一些樓板上不適合安裝二柱舉升機以及普通四柱舉升機 而本機器與樓板接觸面廣 這樣可以安裝在任何可以開車的樓板上面 解決客戶場地 問題 這類機器是今后的主流產(chǎn)品 國外大規(guī)模使用本類產(chǎn)品 五 地溝式舉升機 地溝式舉升機是大型客車維修的理想設備 對空間較低的廠房更為實用 且物美價 廉 地溝式汽車舉升機 安裝于地溝上面兩沿邊軌道上 一般采用電動驅(qū)動方式 蝸 桿 蝸輪減速 從而帶動絲桿 舉升大梁升降 這種設計方式使得地溝式舉升機移動 更靈活 舉升力更大 升降平穩(wěn) 操作安裝極為方便 是各種針對大客車 貨車進行 維修的維修企業(yè)最為理想的舉升設備 地溝跑道式四輪定位舉升機前輪轉(zhuǎn)角盤 選購件 位 置可調(diào) 加長后輪滑板 適合各種車型定位測量 驅(qū)動類型 從舉升機的驅(qū)動類型來分類 目前主要分為氣動 液壓 機械式三大類 其中尤以 液動居多 機械式次之 氣動最少 下面簡單介紹下液壓類和機械類的舉升機優(yōu)劣 1 一 機械式舉升機 4 機械式舉升機主要有單電機驅(qū)動的螺紋傳動舉升機和雙電機驅(qū)動的螺紋傳動舉升機 機械式舉升機流行于 1992 1998 年間 主要由寶得寶 衡臣 中大 申俠生產(chǎn) 該類舉升 機特點是同步性好 由于一般多為電機驅(qū)動 螺桿傳動 它不存在漏油污染問題 且 自鎖保護簡單易行 但由于機械磨損維護成本高 經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承 每年一臺舉升機的維修更換需要 1000 元左右 客戶最終會將該產(chǎn)品更換為維護成本小 的液壓舉升機 二 液壓式舉升機 液壓式舉升機的特點是平穩(wěn) 噪音小 力量大 缺點是用久之后易漏油 污染工作 環(huán)境 但是液壓式舉升機維護成本低 油缸使用 5 10 年沒問題 而且就舉升機的發(fā) 展趨勢而言 一定是朝著安全 簡便 使用壽命長 噪音小 價格低廉的方向發(fā)展 因此液壓式舉升機必將是今后舉升機市場發(fā)展的主流 液壓舉升機分為兩種一種是單缸舉升機 一種是雙缸舉升機 單缸液壓舉升機的優(yōu)點是 同步性好 不存在顛簸現(xiàn)象 帶厚底板 舉升機得扭力 靠底板抵消 容易調(diào)平 整機安全性好 適用于地基較差的地方 雙缸舉升機又分為兩種 龍門式舉升機和薄地板舉升機 由于是雙缸 同步問題難 以解決 往往靠兩根鋼絲繩來平衡 油缸以及鋼絲繩要調(diào)整得松緊一致 舉升機才可 以同步 舉升機的分類依據(jù)不同的標準還有許多方法 但立柱的構造是任何一種舉升機最明 顯的特征 而它的驅(qū)動升降系統(tǒng)也是不同用戶群體選購舉升機最重要的考慮因素 總結 舉升機確實給我們生活帶來很多益處 尤其是汽車舉升機在汽車維修方面的用處 使工作更加方便快捷 我國舉升機發(fā)展較晚 與國際上的一些舉升機存在差距 舉升 機的加工精度 使用壽命等 但是在我國大量的人力物力下 快速發(fā)展 相信不久就 會趕上國際水平 參考文獻 1 郭武 黃澤星 吳上生 汽車舉升機的發(fā)展趨勢分析 J 廣州 華南理工大學學報 2 孫江宏 計算機輔助設計 M 北京 高等教育出版社 2010 3 單輝祖 材料力學 M 北京 高等教育出版社 2009 4 范欽珊 劉燕 王琪 理論力學 M 北京 清華大學出版社 2004 5 楊可楨 程光蘊 李仲生 機械設計基礎 M 北京 高等教育出版社 2005 5 6 陳于萍 周兆元 互換性與測量技術 M 北京 機械工業(yè)出版社 7 王文奎 機械原理 M 北京 電子工業(yè)出版社 8 盧圣春 汽車機械維修培訓教程 M 北京 化學工業(yè)出版社 9 大連理工大學工程圖學教研室 機械制圖 M 北京 高等教育出版社 10 席偉光 楊光 李波 機械設計課程設計 M 北京 高等教育出版社 11 成大先 機械設計手冊 M 北京 化學工業(yè)出版社 12 曹巖 白瑀 常用滾動軸承手冊與三維圖庫 SolidWorks 版 M 化學工業(yè)出版 社 13 邢啟恩 SolidWorks 三維設計一點通 M 化學工業(yè)出版社