車輛工程畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）基于ANSYS的框架式汽車大梁校正儀設(shè)計(jì)【三維】

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1、 目 錄 第1章 緒論 1 1.1 選題背景，研究目的及意義 1 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1.2.1 大梁校正儀的發(fā)展歷史 1 1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及結(jié)果 2 1.3 研究?jī)?nèi)容及研究方法 2 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 2 1.3.2 研究方法 3 第2章 校正儀的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 4 2.1 簡(jiǎn)述框架式汽車大梁校正儀工作原理 4 2.2 舉升機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)確定 4 2.2.1 舉升機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 4 2.2.2 舉升機(jī)構(gòu)各零部件安裝位置及潤(rùn)滑 5 2.3 舉升平臺(tái)及定位夾具主要結(jié)構(gòu)確定 5 2.3.1 舉升平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組

2、成 5 2.3.2 定位夾具整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 6 2.4 拉塔的主要結(jié)構(gòu)確定 6 2.4.1 拉塔橫梁處整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 6 2.4.2 拉塔柱的結(jié)構(gòu)形式及基本組成 7 2.5 其它附件 7 2.6 確定框架式大梁校正儀各結(jié)構(gòu)尺寸及材料 7 2.6.1 建立待修汽車基本參數(shù)模型 8 2.6.2 校正儀底部結(jié)構(gòu)部分主要尺寸及材料的確定 8 2.6.3 校正儀中間結(jié)構(gòu)部分尺寸及材料的確定 8 2.6.4 校正儀上部平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸及材料的確定 9 2.6.5 定位夾具的尺寸及材料的確定 11 2.6.6 拉塔組件的尺寸及材料的確定 12 2.6.7 方凳及斜坡板凳

3、的尺寸確定 13 2.7 設(shè)備各部件質(zhì)量的估算及設(shè)計(jì)舉升質(zhì)量 13 2.7.1 估算拉塔組件的質(zhì)量 14 2.7.2 估算平臺(tái)上設(shè)備的質(zhì)量 14 2.7.3 估算平臺(tái)中部的質(zhì)量 14 2.7.4 估算底板處的質(zhì)量 15 2.7.5 實(shí)際設(shè)計(jì)舉升質(zhì)量 15 2.8 本章小結(jié) 15 第3章 校正儀的力學(xué)分析及校核 16 3.1 雙鉸接剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型 16 3.1.1 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析 16 3.1.2 舉升機(jī)構(gòu)主要關(guān)系參數(shù)的確定 17 3.2 液壓機(jī)構(gòu)力的分析與計(jì)算 17 3.2.1 確定載荷與液壓缸推力的關(guān)系 17 3.2.2 計(jì)算液壓缸的推力 1

4、8 3.3 舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析與計(jì)算 19 3.3.1 舉升機(jī)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況 19 3.3.2 舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況 20 3.4 定位夾具及拉塔的力學(xué)分析與計(jì)算 22 3.4.1 定位夾具的受力分析 22 3.4.2 拉塔的受力分析 22 3.5 主要零部件的強(qiáng)度校核 23 3.5.1 舉升臂AOB的強(qiáng)度校核 23 3.5.2 舉升臂COD的強(qiáng)度校核 25 3.5.3 液壓缸上端支承軸的強(qiáng)度校核 27 3.5.4 連接舉升臂銷軸的強(qiáng)度校核 27 3.5.5 平臺(tái)內(nèi)橫梁的強(qiáng)度校核 28 3.5.6 定位夾具的強(qiáng)度校核 29 3.5.7 定位

5、夾具支撐橫梁的強(qiáng)度校核 30 3.5.8 拉塔的強(qiáng)度校核 31 3.5.9 拉塔處液壓缸支撐銷軸的強(qiáng)度校核 32 3.6 本章小結(jié) 33 第4章 校正儀液壓系統(tǒng)的選擇與計(jì)算 34 4.1 液壓系統(tǒng)的選擇 34 4.1.1液壓系統(tǒng)的介紹 34 4.1.2液壓系統(tǒng)的選型 34 4.2 液壓系統(tǒng)的計(jì)算 35 4.2.1 舉升處液壓缸行程的計(jì)算 35 4.2.2 舉升處液壓系統(tǒng)工作壓力的計(jì)算 36 4.2.3 關(guān)于拉塔處液壓系統(tǒng)的相關(guān)選擇 36 4.3 本章小結(jié) 36 第5章 校正儀三維建模與整機(jī)裝配 37 5.1 CATIA軟件簡(jiǎn)介 37 5.2 利用CATIA進(jìn)行三維

6、建模 38 5.2.1 底坐板的建立 38 5.2.2 舉升臂AOB的建立 39 5.2.3 液壓缸支承軸的建立 39 5.2.4 上平臺(tái)的建立 40 5.2.5 夾具的建立 40 5.2.6 拉塔柱的建立 42 5.3 整機(jī)裝配 42 5.3.1 CATIA裝配功能概述 43 5.3.2 裝配的CATIA零件圖 43 5.3.3 CATIA整機(jī)裝配圖及爆炸圖 48 5.4 本章小結(jié) 50 第6章 校正儀主要零部件有限元分析 51 6.1 ANSYS有限元分析軟件介紹 51 6.2 ANSYS與CATIA接口的建立 51 6.3利用ANSYS對(duì)主要零部件進(jìn)行分析

7、52 6.3.1定位夾具卡鉗的有限元分析 52 6.3.2液壓缸支撐軸的有限元分析 56 6.3.3舉升臂的有限元分析 59 6.3.4拉塔柱的有限元分析 62 6.4 本章小結(jié) 65 結(jié)論 66 參考文獻(xiàn) 67 致謝 68 附錄A 69 附錄B 72 附錄C 73 附錄D 74 第1章 緒 論 1.1 選擇背景、研究目的及意義 隨著汽車市場(chǎng)的不斷發(fā)展與壯大，與之相協(xié)調(diào)的汽車維修行業(yè)也迅速發(fā)展起來(lái)。目前在汽車事故中對(duì)大梁及鈑金的修復(fù)十分常見。而隨著對(duì)售后服務(wù)的要求的不斷提升，也為了更好的發(fā)展企業(yè)，各維修廠家已經(jīng)開始了激烈的服務(wù)競(jìng)爭(zhēng)。汽車大梁校

8、正儀是在因交通事故碰撞所致車身?yè)p壞，以及大梁變形等的技術(shù)數(shù)據(jù)恢復(fù)中重要的維修設(shè)備。在以往的事故后維修時(shí)，很多企業(yè)選擇了更換零部件，但是這樣往往會(huì)增加客戶的損失及保險(xiǎn)公司的負(fù)擔(dān)。汽車大梁校正儀的出現(xiàn)避免了高額的更換費(fèi)用，這樣既減少了顧客的損失，也可促進(jìn)制造設(shè)備企業(yè)市場(chǎng)的發(fā)展。利用大梁校正儀專業(yè)設(shè)備方可保證對(duì)汽車大梁的維修的質(zhì)量水平。然而對(duì)于在維修中為了保證汽車安全的定位，方便的使用，高維修水平等眾多關(guān)鍵要素，必須設(shè)計(jì)質(zhì)量及安全可靠的設(shè)備。因此，為了滿足維修企業(yè)對(duì)占地空間的要求及保證維修質(zhì)量。對(duì)框架式汽車大梁校正儀進(jìn)行深入研發(fā)將對(duì)我國(guó)在這一領(lǐng)域發(fā)展有實(shí)質(zhì)性的意義。本課題基于計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)，應(yīng)用CA

9、D/CAE領(lǐng)域比較領(lǐng)先的設(shè)計(jì)軟件AutoCAD進(jìn)行二維草圖繪制，使用了當(dāng)前先進(jìn)的三維設(shè)計(jì)軟件CATIA進(jìn)行三維建模及整機(jī)裝配，在產(chǎn)品投入生產(chǎn)之前運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行質(zhì)量分析，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)并更改設(shè)計(jì)中的缺陷，完善設(shè)計(jì)方案，減少產(chǎn)品開發(fā)周期，提高研發(fā)的質(zhì)量和效率，為此設(shè)備的生產(chǎn)實(shí)際提供一些有價(jià)值的理論支持。 全套圖紙，加153893706 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1.2.1 大梁校正儀的發(fā)展歷史 汽車大梁校正儀的發(fā)展已經(jīng)有了將近30年的歷史。它的出現(xiàn)主要是基于剪式汽車舉升機(jī)的框架的改裝。由于舉升機(jī)歷史較長(zhǎng)，技術(shù)較成熟，所以在80年代期間，美國(guó)及歐洲就率先通過(guò)對(duì)剪式舉升機(jī)的改造而研發(fā)出

10、框架式大梁校正儀。九十年代歐洲通過(guò)出口到中國(guó)市場(chǎng)逐漸把它的產(chǎn)品推向亞洲地區(qū)。90年代中期，在我國(guó)山東地區(qū)逐漸出現(xiàn)了很多此類設(shè)備制造企業(yè)，目前在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展史已經(jīng)是標(biāo)新立異。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，剪式舉升機(jī)及一些定位夾具已經(jīng)更新了很多代，框架式汽車大梁校正儀至今也經(jīng)歷了許多變化與改進(jìn)。目前歐美已經(jīng)將其產(chǎn)品出口至全世界，我國(guó)山東地區(qū)少數(shù)企業(yè)也已經(jīng)打破傳統(tǒng)局面，將設(shè)備出口至芬蘭等北歐國(guó)家。而框架式大梁校正儀使用方便，占地空間較小，也受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎。 1.2.2 國(guó)內(nèi)外研究狀況及成果 框架式汽車大梁校正儀目前是市場(chǎng)上主流的產(chǎn)品之一。歐洲及美國(guó)目前在這方面的技術(shù)處于領(lǐng)先地位，并且不斷

11、的主導(dǎo)市場(chǎng)的發(fā)展方向。所以市面上此產(chǎn)品主要由歐洲及美國(guó)設(shè)計(jì)制造，他們已經(jīng)在精確恢復(fù)技術(shù)方面取得了很大成就。在這其中美式大梁校正儀憑借價(jià)格優(yōu)勢(shì)及外觀而市場(chǎng)占有率較高，但隨著維修質(zhì)量要求的提高，夾具設(shè)備的不斷升級(jí)，歐式憑借其功能的強(qiáng)大，操作靈活及占地面積小等優(yōu)勢(shì)逐漸在市場(chǎng)上走俏。但由于進(jìn)口設(shè)備的高價(jià)格及售后服務(wù)不方便等因素，仍然只是少數(shù)大型維修企業(yè)及汽車4S店會(huì)購(gòu)置進(jìn)口設(shè)備。90年代末，在我國(guó)山東地區(qū)出現(xiàn)了一些制造汽車大梁校正儀的中小型企業(yè)。由于起步較晚，所以目前多數(shù)企業(yè)是借鑒國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)。隨著時(shí)間的推移，目前市場(chǎng)上自主的品牌已經(jīng)逐漸成熟起來(lái)，并且在不斷地?cái)U(kuò)大銷售網(wǎng)絡(luò)于全國(guó)，基本在各大省會(huì)城市均

12、有銷售代理，且價(jià)格范圍較廣，多數(shù)在3-6萬(wàn)元左右。但質(zhì)量水平，技術(shù)創(chuàng)新性等方面與進(jìn)口品牌還有一定的差距，而且產(chǎn)品類型主要以平臺(tái)式為主。但是自主品牌卻已經(jīng)出口至歐洲及非洲。由此可見目前中國(guó)汽車維修設(shè)備市場(chǎng)對(duì)框架式汽車大梁校正儀的需求將會(huì)不斷上升。目前框架式汽車大梁校正儀主要有以下功能特點(diǎn)：（1）能實(shí)現(xiàn)單拉臂可多角度拉伸，同時(shí)能對(duì)事故車進(jìn)行360遙控拉伸；（2）定位系統(tǒng)是模塊式，能具有高通用性；（3）定位夾具高度可調(diào)，能方便上下車輛的準(zhǔn)確定位；（4）配備舉升平臺(tái)和上車導(dǎo)板，移動(dòng)支架，電腦底盤測(cè)量系統(tǒng)等附屬件。隨著市場(chǎng)的發(fā)展，提高汽車大梁校正儀的高水平技術(shù)與整體制造水平是在市場(chǎng)上獲得良好口碑的關(guān)鍵要

13、素。 1.3 研究?jī)?nèi)容及研究方法 1.3.1 研究?jī)?nèi)容 （1）分析框架式汽車大梁校正儀的結(jié)構(gòu)形式及工作原理，根據(jù)以下參數(shù)：最大舉升高度1060mm，工作臺(tái)長(zhǎng)度 2300mm，工作臺(tái)高度230-1060mm，工作臺(tái)寬度950mm，降到最低點(diǎn)為230mm，拉塔工作范圍360度，液壓系統(tǒng)最大工作壓力16Mpa，氣源壓力要求0.8Mpa， 拉塔牽引最大拉力70KN，完成方案設(shè)計(jì)及質(zhì)量校核計(jì)算。利用AutoCAD完成校正儀的二維總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，然后CATIA建立三維模型，在將關(guān)鍵零部件模型通過(guò)專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進(jìn)行有限元分析，獲得校正儀在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀，然后用

14、CATIA整機(jī)虛擬裝配。 （2）擬解決的主要問(wèn)題 　 1）框架式汽車大梁校正儀總體方案設(shè)計(jì)； 2）利用AutoCAD完成大梁校正儀二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 3）利用CATIA完成大梁校正儀的三維建模； 4）利用ANSYS軟件對(duì)關(guān)鍵零部件進(jìn)行有限元分析； 5） CATIA虛擬裝配。 1.3.2 研究流程如圖1.1所示。 圖 1.1研究流程圖 第2章 校正儀整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1框架式汽車大梁校正儀工作原理 框架式汽車大梁校正儀是基于舉

15、升機(jī)基礎(chǔ)上附加定位夾具，拉塔等裝配成的。汽車通過(guò)斜坡式方凳駛上一定高度后，通過(guò)可調(diào)位置的夾具夾緊不同的汽車裙邊后定位汽車。然后驅(qū)動(dòng)液壓系統(tǒng)通過(guò)支撐橫軸推舉汽車至一定高度，此時(shí)因?yàn)榇罅菏軗p的部位不同，需要調(diào)整拉塔的方向。拉塔是通過(guò)卡鉗卡在平臺(tái)上的，因此可實(shí)現(xiàn)360范圍工作。拉塔定位后把拉鏈一端的鉤子鉤在受損部位，通過(guò)驅(qū)動(dòng)另一個(gè)液壓缸使拉塔向后拉動(dòng)鏈子實(shí)現(xiàn)拉伸大梁的作用。 2.2 舉升機(jī)構(gòu)主要結(jié)構(gòu)確定 2.2.1 舉升機(jī)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 本課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容主要是基于小型剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，剪刀式舉升機(jī)的市場(chǎng)較成熟，類型也很豐富。按照剪刀的大小分為大剪式舉升機(jī)（又叫子母式），還有小剪

16、（單剪）舉升機(jī) ；按照驅(qū)動(dòng)形式又可分為機(jī)械式、電控液壓式、氣液驅(qū)動(dòng)式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為2t以下的乘用車，所以采用雙鉸接剪叉式液壓驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)就完全符合設(shè)計(jì)理念。為了適合大小維修企業(yè)，對(duì)地基沒(méi)有過(guò)多要求，采用平板直接放在地面安裝即可。整體結(jié)構(gòu)形式草圖如圖2.1所示。 圖2.1舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式 ①—上平臺(tái) ②—舉升臂 ③—液壓系統(tǒng) ④—滑道角鋼 ⑤—底座 ⑥—固定鉸支座 從整體結(jié)構(gòu)來(lái)看，雙鉸接剪叉式舉升機(jī)由舉升臂、滑動(dòng)裝置，上下平臺(tái)，電控液壓系統(tǒng)四大部分組成。在達(dá)到舉升高度時(shí)，由于選擇的液壓系統(tǒng)中活塞桿的

17、行程要大于實(shí)際舉升所需行程，所以必須在滑道處加以擋塊來(lái)限制其舉升高度。由于本次設(shè)計(jì)采用斜坡式方凳來(lái)使汽車上升到舉升位置，再加之利用安全性較高的電控液壓系統(tǒng)來(lái)控制，所以避免了另加液壓缸自鎖裝置，即節(jié)省成本有保證安全操作。雙鉸接式舉升機(jī)有兩組完全相同的舉升臂機(jī)構(gòu)，分別放于左右兩側(cè)滑輪之間。舉升機(jī)由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞桿伸縮，帶動(dòng)兩側(cè)舉升臂同時(shí)上升、下降、鎖止。 舉升機(jī)一側(cè)上下端為焊接在橫梁及底板上的固定鉸支座，舉升臂由銷連接固定在鉸支座上。另一側(cè)上下端為滑輪在角鋼內(nèi)滑動(dòng)，舉升臂通過(guò)軸與滑輪連接。液壓缸通過(guò)舉升橫向支承軸來(lái)舉升整個(gè)平臺(tái)，舉升臂以固定鉸支座一側(cè)為支點(diǎn)，滑

18、輪向內(nèi)或向外滑動(dòng)，使舉升機(jī)上升下降，當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)呐e升位置時(shí)，利用電控臺(tái)及擋塊鎖止。剪刀式舉升機(jī)操作方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且易于維修，占地面積小，適用于大多數(shù)轎車的維修，且安全可靠。 2.2.2 舉升機(jī)構(gòu)各零部件安裝位置及潤(rùn)滑 舉升臂一側(cè)底端通過(guò)焊接在底板上的固定支座及上部橫梁上的絞支座來(lái)固定，底板是一塊中間去除材料的矩形鋼板，絞支座通過(guò)銷軸固定舉升臂，在連接處個(gè)留有間隙以便潤(rùn)滑及減少摩擦。另一側(cè)通過(guò)與舉升臂焊接的短軸套進(jìn)滾針軸承來(lái)實(shí)現(xiàn)滾動(dòng)，并且在滑道加厚板及不等邊角鋼上涂有脂潤(rùn)滑劑。每側(cè)兩個(gè)舉升臂通過(guò)銷軸連接，為減少剪應(yīng)力的作用，在舉升臂連接處焊有鋼板，其中摩擦處都要油脂潤(rùn)滑。液壓缸底部固定在底板

19、的固定支座上，活塞桿作用在上端支撐軸上，活塞桿由三個(gè)套筒來(lái)固定位置，并留有一定的間隙。為了在聚生過(guò)程中更加穩(wěn)定，每側(cè)整個(gè)舉升臂安裝位置均在同一水平平面內(nèi)，且在兩側(cè)舉升臂之間焊有橫向穩(wěn)定板。整個(gè)裝置雖然要求裝配精度不高，但是各鉸接處均有一定的摩擦，所以必須采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。 2.3舉升平臺(tái)及定位夾具主要結(jié)構(gòu)確定 2.3.1 舉升平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 舉升平臺(tái)主要由一個(gè)彎成方形的鋼板和焊在內(nèi)部的槽型鋼組成。在兩側(cè)分別有一對(duì)卡鉗及托盤卡在鋼板上。在平臺(tái)中間則通過(guò)方管橫梁來(lái)穩(wěn)定，且在橫梁上焊有固定絞支座。在平臺(tái)內(nèi)壁槽鋼上焊有槽型鋼滑道，兩側(cè)對(duì)稱焊接。在卡鉗的側(cè)面上各焊接一個(gè)方管，作為

20、舉升梁和夾具支撐。如圖2.2所示。 ①—外橫梁 ②—托盤 ③—橫梁卡鉗 2.3.2 定位夾具整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 夾具是用來(lái)支撐整個(gè)汽車的關(guān)鍵零部件，通過(guò)四個(gè)卡鉗分別卡住汽車的裙邊。其中為了滿足不同汽車的車寬及裙邊的后度差異，需要把其中一個(gè)卡鉗設(shè)計(jì)為可移動(dòng)式。兩個(gè)卡鉗由螺栓連接?？ㄣQ固定在一個(gè)方形鋼板上，鋼板下端焊接有一個(gè)圓柱體，圓柱放在一個(gè)粗型螺栓內(nèi)，螺栓可以通過(guò)伸縮來(lái)控制夾具的高度，以適應(yīng)不同的車高。夾具底端通過(guò)方形鋼板焊接在一個(gè)方管上，方管套在另一個(gè)方管上，這樣可以實(shí)現(xiàn)左右靈活移動(dòng)。結(jié)構(gòu)

21、如圖2.3所示。 圖2.3 夾具組件主要結(jié)構(gòu)形式 ①—卡鉗 ②—連接螺栓 ③—夾具螺栓柱 ④—夾具支撐柱 ⑤—加強(qiáng)筋 ⑥—滑動(dòng)套管 2.4 拉塔的主要結(jié)構(gòu)確定 2.4.1 拉塔橫梁處整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成 拉塔橫梁是用來(lái)支撐拉塔柱和液壓系統(tǒng)的關(guān)鍵部件?？拷脚_(tái)一端的固定是靠一個(gè)卡鉗與托盤掐在平臺(tái)鋼板上，其中為了滿足拉塔的可旋轉(zhuǎn)性，在橫梁一端平板上開有三個(gè)銷軸孔。液壓缸支承座焊接在橫梁上，且留有一定的間隙，同時(shí)需要脂潤(rùn)滑減少摩擦。橫梁的另一端是連接拉塔柱的兩塊鋼板。如圖2.4所示。

22、 圖2.4 橫梁組件主要結(jié)構(gòu)形式 ①—拉塔柱夾板 ②—拉塔橫梁 ③—固定鉸支座 ④—活動(dòng)插銷 ⑤—固定插銷 ⑥—托盤⑦—支撐立板 ⑧—卡鉗 ⑨—上平臺(tái) 2.4.2 拉塔柱的結(jié)構(gòu)形式及基本組成 拉塔柱是整個(gè)大梁校正儀的關(guān)鍵所在，液壓活塞桿通過(guò)推拉塔柱上的銷軸來(lái)驅(qū)動(dòng)拉塔，拉塔往后傾同時(shí)拉動(dòng)了掛在拉塔柱上的鐵鏈，鐵鏈一頭通過(guò)鉤子來(lái)拉大梁。拉塔柱由方管構(gòu)成，其豎向焊有方塊用來(lái)掛住鐵鏈。這個(gè)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，但是每個(gè)銜接處及銷軸連接處都需要脂潤(rùn)滑。結(jié)構(gòu)如圖2.5所示。

23、 圖2.5拉塔柱主要結(jié)構(gòu)形式 ①—擋塊 ②—拉塔立柱 ③—拉鏈 ④—夾板 ⑤液壓系統(tǒng) 2.5 其它附件 除了上述主要結(jié)構(gòu)外，在汽車準(zhǔn)備進(jìn)入維修階段時(shí)候，我們還需要將其舉升至一定的高度，以便舉升機(jī)將其舉升。因此需要幾個(gè)長(zhǎng)條方凳及一對(duì)斜坡式方凳，將汽車開上去之后方可進(jìn)行下一步。方凳結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，均為鋼板與方管焊接而成（如圖2.6）。其他拉鏈及鉤子均為選購(gòu)件，滿足使用強(qiáng)度即可，這里不做詳細(xì)的介紹了。

24、 圖2.6方凳組合簡(jiǎn)圖 2.6 確定框架式大梁校正儀各結(jié)構(gòu)尺寸及材料 2.6.1 建立待修汽車基本參數(shù)模型 為了盡量滿足市場(chǎng)常見車型的維修，本設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)常見乘用車車模型。根據(jù)表2.1所列車身參數(shù)信息。 參數(shù)信息表 2.1 車型 捷達(dá)先鋒 吉利帝豪EC718 車身長(zhǎng)/寬/高（mm） 4415/1674/1415 4635/1789/1470 前/后輪距 1429/1422 1502/1492 軸距 2602 2650 車重 1114 1310 最小離地間隙 137

25、167 本設(shè)計(jì)會(huì)根據(jù)吉利轎車和大眾轎車的車身信息確定框架式大梁校正儀相關(guān)配合的尺寸適用范圍。 參數(shù)信息表2.2 技術(shù)數(shù)據(jù) 數(shù)值 單位 工作臺(tái)長(zhǎng)/寬 2300/950 mm 舉升高度范圍 230~1060 mm 拉塔工作范圍 360 2.6.2 校正儀底部結(jié)構(gòu)部分主要尺寸及材料的確定 （1）經(jīng)實(shí)地參考測(cè)量及表2.1，2.2中的參數(shù)來(lái)支撐地板主要尺寸：長(zhǎng)1480mm，寬920mm，厚為12mm。材料為Q235鋼，為了節(jié)省材料，中間去除部分材料。如圖2.7所示。 圖2.7底板結(jié)構(gòu)尺寸

26、上圖2.7為去除材料的尺寸（注：此說(shuō)明書中所有圖中尺寸均代表實(shí)際尺寸，單位mm）。 （2）在底板一端焊有支座及軸承滑道，因舉升裝置中舉升臂一端需要固定在絞支座上，而另一端為滑動(dòng)裝置，為了使舉升臂尺寸相同，需保證其各端處于同一高度。參考舉升機(jī)的絞支座確定其主要尺寸：高80mm，寬60mm，厚15mm。，材料為Q235鋼.銷軸處孔直徑為30mm（參考銷軸規(guī)格），銷軸長(zhǎng)取78mm，液壓缸處銷軸長(zhǎng)度100mm，中心孔距底板55mm，墊片采用GB/T 848-2002，材料為標(biāo)準(zhǔn)35鋼（以下銷軸材料均同）。加厚滑道厚度25mm，上面焊有角鋼，其安裝位置由內(nèi)側(cè)舉升臂及焊接在舉升臂上的短軸來(lái)確定。

27、 2.6.3 校正儀中間結(jié)構(gòu)部分尺寸及材料的確定 （1）首先設(shè)定舉升到最大高度時(shí)，兩舉升臂夾角為90。舉升臂上支點(diǎn)設(shè)定在上平臺(tái)中心線的位置，上平臺(tái)高度鋼板取90mm，底板厚度取12mm。由此計(jì)算舉升臂的長(zhǎng)度L=（1060-90/2-12）/cos45=1418.45mm，這里取L=1420mm，寬度取70mm，厚度取18mm，材料為45鋼。其中安裝舉升臂的絞支座距離取25mm（7mm配合間隙）。 每?jī)蓚€(gè)交叉的舉升臂連接處之間各焊接一個(gè)長(zhǎng)160mm，寬70mm，厚18mm的加厚板。在中間處均開有直徑為30mm的孔，用于穿插銷軸。銷軸的尺寸參照GB882-86初選d=30，長(zhǎng)為100mm。

28、其中兩個(gè)內(nèi)側(cè)的舉升臂還需要有與液壓缸配合的孔，孔徑即需要穿插的液壓缸支承軸軸徑，初選D=40mm，材料為40Cr。墊片及開口銷采用國(guó)標(biāo)值，銷軸長(zhǎng)度在后面小節(jié)計(jì)算。 （2）舉升臂內(nèi)側(cè)穩(wěn)定橫梁焊接鋼板長(zhǎng)度等于兩側(cè)舉升臂距離。寬45mm，厚10mm。材料為45鋼。焊接位置距離舉升臂端部取110mm。 （3）兩個(gè)液壓缸的活塞桿據(jù)離內(nèi)側(cè)舉升臂為120mm。活塞桿頂部套管與橫軸裝配處有兩個(gè)長(zhǎng)85mm，內(nèi)徑40mm的套筒，和一個(gè)長(zhǎng)265mm，內(nèi)徑40mm的中間套筒組成。液壓缸底部安裝位置跟上部對(duì)應(yīng)相同。 2.6.4 校正儀上部平臺(tái)結(jié)構(gòu)尺寸及材料的確定 （1）舉升平臺(tái)是整個(gè)平臺(tái)的基礎(chǔ)

29、，為了滿足拉塔在360度內(nèi)均可工作，需要設(shè)計(jì)一定的轉(zhuǎn)角，如圖2.8所示。 圖2.8平臺(tái)主要輪廓結(jié)構(gòu) ①—內(nèi)橫梁 ②—槽型鋼滑道 ③—內(nèi)貼槽型鋼 由技術(shù)參數(shù)可知平臺(tái)長(zhǎng)度2300mm，寬950mm，這里高度取90mm，厚度20mm，鋼板材料使用Q235。折角后尺寸如上圖2.8所示。平臺(tái)鋼板的內(nèi)部焊接有熱軋槽型鋼，槽型鋼的型號(hào)采用五號(hào)，其具體尺寸參照GB/T 707-1988，其各段長(zhǎng)度以完全焊接在鋼板的內(nèi)壁上為準(zhǔn)，。 （2）舉升平臺(tái)內(nèi)部橫向需要穩(wěn)定及安裝絞支座和滑道，所以焊接兩個(gè)長(zhǎng)835mm的方管，由GB/T 3094-

30、2000選擇高50mm，寬70mm型。安裝位置因上部槽型鋼滑道的影響，兩個(gè)橫梁采用非對(duì)稱安裝方式（見圖2.7）。 （3）內(nèi)壁焊接滑道槽型鋼由GB/T 707-1988可選，高63mm，寬40mm。 因舉升位置最低點(diǎn)高230mm，可以求得在最低點(diǎn)時(shí)舉升臂與地面的夾角： 解得α=7。因舉升最大高度時(shí)夾角為90。所以1420*cos7－1420*cos45=405.32mm，這里取525mm作為槽型鋼滑道長(zhǎng)度。其安裝位置由舉升最大高度時(shí)上端絞支座的位置確定。 （4）在舉升汽車時(shí)我們需要在平臺(tái)上安裝舉升支撐臂來(lái)支撐起裙邊，舉升臂與平臺(tái)的連接

31、需要必須滿足隨汽車的不同的軸距而移動(dòng)。所以需要用卡鉗及托盤連接來(lái)二者?？ㄣQ及卡盤卡在高90mm的平臺(tái)鋼板上安裝，并且卡鉗及托盤頂端恰好接觸高50mm的槽型鋼上，其二者材料均選45鋼。其具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.9所示。 圖2.9卡鉗及卡盤主要結(jié)構(gòu)及尺寸 卡鉗寬度取與橫梁方管的寬度相同，橫梁方管參照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格表取厚度6mm，寬70mm，卡盤寬度130mm。插銷長(zhǎng)100mm，材料為45鋼?？ūP立柱中心位置據(jù)卡鉗表面25mm。 （5）舉升臂的移動(dòng)是通過(guò)焊接在一端側(cè)面的短軸來(lái)插入滾針軸承內(nèi)孔中來(lái)實(shí)現(xiàn)的，為了限定滾針軸承的軸向位置，采用

32、階梯軸，其在滑道方向的限制通過(guò)焊接一個(gè)鐵塊即可，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸沒(méi)有嚴(yán)格規(guī)定，階梯軸尺寸見圖2.10中φ35和φ25，其一端與焊接在平臺(tái)內(nèi)壁的槽型鋼有5mm間隙。 圖2.10舉升臂及軸的結(jié)構(gòu)尺寸 通過(guò)上圖尺寸L=60mm可以確定兩側(cè)舉升臂的間距，因此底端支座間距，液壓支撐軸尺寸也可確定。取液壓缸支承軸長(zhǎng)度為L(zhǎng)=635mm，墊片及銷軸端面尺寸由φ40確定其標(biāo)準(zhǔn)值。滾針軸承型號(hào)參照廠家實(shí)際可提供的型號(hào)為308-226C，內(nèi)徑25mm，外徑45mm，厚30mm，優(yōu)先選購(gòu)耐磨的材料。 （6）上部橫梁處支座尺寸：高度75mm，寬45mm，

33、厚15mm，材料為Q235鋼。安裝位置以根據(jù)上平臺(tái)舉升臂安裝尺寸確定。兩個(gè)支座距離與下部絞支座相同。 2.6.5 定位夾具的尺寸及材料的確定 （1）定位夾具結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，我們這里主要參照CAD二維草圖來(lái)說(shuō)明詳細(xì)尺寸。所有結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.11所示。 圖2.11夾具結(jié)構(gòu)尺寸 由于夾具高度可調(diào)，這里說(shuō)明最低時(shí)H=240mm。定位夾具體的卡鉗，圓柱螺栓，加強(qiáng)筋，坐板等均為45鋼。因其需要隨不同車寬而移動(dòng)，所以只需要滿足對(duì)稱裝配即可。其中控制卡鉗移動(dòng)的螺栓及墊片參照GB/T 6712.1-2000采用公稱直徑M16，附加M16

34、墊片，其長(zhǎng)度L取105mm。 2.6.6 拉塔組件的尺寸及材料的確定 （1）拉塔立柱選用的方管按GB/T 3094-2000選擇正方形截面方管，邊長(zhǎng)80mm，厚度8mm，整個(gè)長(zhǎng)度取1200mm，材料45鋼。拉塔立柱上焊接的定位塊由高30mm，寬30mm，長(zhǎng)40mm的鋼塊組成，材料Q235鋼。支撐軸夾板厚20mm，材料Q235鋼。銷軸按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格取φ30，長(zhǎng)度145mm，材料為40Cr。其結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.12。 圖2.12拉塔結(jié)構(gòu)尺寸 （2）拉塔橫梁采用正方形截面方管，邊長(zhǎng)70mm，厚8mm，長(zhǎng)720mm，材料Q235

35、鋼。 連接處對(duì)稱焊接的鋼板厚度分為20mm，25mm兩處，其中從焊接端到橫梁一端厚度為25mm，材料Q235鋼。銷軸與上節(jié)銷軸尺寸相同，材料為40Cr。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.13。 圖2.13橫梁處結(jié)構(gòu)尺寸 （3）橫梁處兩個(gè)液壓缸位置絞支座的厚均為15mm，底坐板寬均為80mm，絞支座邊緣與底板邊緣對(duì)齊焊接，材料均為Q235鋼。具體結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.14。 圖2.14拉塔橫梁結(jié)構(gòu)尺寸 （4）拉塔橫梁與平臺(tái)連接處各結(jié)構(gòu)尺寸如圖2.15。

36、 圖2.15連接處結(jié)構(gòu)尺寸 ①—主視圖 ②—俯視圖 材料除橫梁采用45鋼外其余均為Q235鋼。銷軸直徑均采用標(biāo)準(zhǔn)值φ20，墊片及開口銷由直徑參照手冊(cè)確定。 （5）拉鏈的選擇廠家提供的直徑10mm，外長(zhǎng)50mm，外寬34mm，長(zhǎng)度2.5m左右。鉤子選擇開口尺寸40mm左右的普通高強(qiáng)度拉鏈鉤即可。掛圈為一個(gè)長(zhǎng)180mm，寬150mm，厚度25mm的實(shí)心方形圈，連接鏈子處焊接一個(gè)厚15mm的小鋼板即可，材料選為Q235鋼。拉鏈與鉤子及掛圈連接處銷軸采用φ16標(biāo)準(zhǔn)值，長(zhǎng)度70mm

37、。材料由選購(gòu)的廠家確定，這里不作詳細(xì)介紹。 2.6.7 方凳及斜坡板凳的尺寸確定 （1）方凳采用高400mm，長(zhǎng)800mm。寬300mm的鋼板及方管焊接組成。斜坡方凳坡長(zhǎng)1000mm，也是由鋼板及方管組成。二者材料均為Q235鋼，其數(shù)量可根據(jù)實(shí)際需求選定，其余不作詳細(xì)介紹。 2.7 設(shè)備各部件質(zhì)量的估算及設(shè)計(jì)舉升質(zhì)量 2.7.1 計(jì)算拉塔組件的質(zhì)量 （1）經(jīng)查方管規(guī)格表可知：寬為80mm，厚8mm的方管理論質(zhì)量17.23kg/m。寬70mm，厚8mm的方管理論質(zhì)量14.72kg/m。由此計(jì)算拉塔柱和拉塔橫梁總質(zhì)量 G=1.2

38、17.23+0.7214.72= 31.2kg （2）查材料表知Q235鋼密度7.86g/cm*3。拉塔柱上的焊接板及焊接方塊的總質(zhì)量約為15kg。 （3）液壓系統(tǒng)，支座，卡鉗，卡盤，支板等附件總重不作詳細(xì)計(jì)算，總重G≈20kg。 2.7.2 計(jì)算平臺(tái)上設(shè)備的質(zhì)量 （1）平臺(tái)外橫梁的方管由查規(guī)格表計(jì)算其總重 G=40.3059.69=11.8kg 卡鉗及卡盤的總重G≈20kg，插銷總重約2kg。所以總重≈33.8kg。 （2）夾具體45鋼密度7.85g/cm*3，因其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這里估算G=30kg。 （3）內(nèi)橫

39、梁同樣參照方管規(guī)格表可查得其對(duì)應(yīng)尺寸的理論重量為9.69kg/m。所以內(nèi)橫梁總重 G=9.69 0.8352=16.18kg （4）平臺(tái)四周的外輪廓鋼板材料密度為7.86 g/cm*3，體積為 0.090.02（0.324+0.452+1.82）=0.01m 總質(zhì)量 G=78600.01=78.6kg （5）平臺(tái)內(nèi)貼槽鋼的截面積查表可知6.93cm，長(zhǎng)度5.01m，密度為7.85g/cm*3。所以其總質(zhì)量為27.3kg。 （6）軸承，銷軸，墊片

40、及滑道等質(zhì)量和約為15kg。 2.7.3 計(jì)算平臺(tái)中部的質(zhì)量 （1）舉升臂的45鋼材料密度為7.85g/cm，估算其體積為cm?？傎|(zhì)量為 419887.85/1000=62.42kg. （2）液壓支撐軸的材料密度為7.87 g/cm，體積為π0.040.644=0.00324m，所以可得質(zhì)量為 0.00324m7.87 g/cm0.000001=25.46kg （3）內(nèi)穩(wěn)定橫臂質(zhì)量 0.0450.010.778602=5kg 加上其他銷

41、軸，墊片等總質(zhì)量約為6kg。 2.7.4 計(jì)算底板處的質(zhì)量 （1）底板的體積為 0.0121.480.92-20.0120.60.46=0.0097m Q235鋼密度7.86 g/cm，所以底板質(zhì)量為 0.0097m7.86 g/cm0.000001= 76.24kg （2）所有支座，角鋼滑道及銷軸等質(zhì)量和估值為10kg。 （3）根據(jù)參考舉升系統(tǒng)實(shí)物，兩個(gè)液壓系統(tǒng)總質(zhì)量約為30kg。 （4）參照實(shí)物可知用于起升的方凳及斜坡凳子總質(zhì)量約為80kg。 2.7.5 實(shí)際設(shè)計(jì)舉

42、升質(zhì)量 （1）設(shè)備總重為 31.2+15+20+33.8+30+16.18+78.6+27.3+15+62.42+25.46+6+76.24+10+30+80≈557kg。 （2）參照實(shí)際車型重量，本設(shè)計(jì)要求能夠舉升

43、1500kg的乘用車即可。綜上我們可以知道實(shí)際舉升的重量應(yīng)該去除底板處的質(zhì)量，所以我們計(jì)算出實(shí)際舉升質(zhì)量為 1500+（557-76.24-10-30-80）=1860.76kg 為留有安全空間，本設(shè)計(jì)要求大梁校正儀能夠舉升2000kg。因不同作用點(diǎn)承受載荷略有差異在以后計(jì)算校核中載荷亦采用2000kg為準(zhǔn)。 2.8 本章小結(jié) 本章的主要內(nèi)容是針對(duì)框架式汽車大梁校正儀的基本組成結(jié)構(gòu)，零部件結(jié)構(gòu)尺寸，裝配尺寸，以及質(zhì)量等的確定做出了全面的說(shuō)明。為后期繪制二維草圖，三維建模做準(zhǔn)備。在確定框架式大梁校正儀的主要內(nèi)容中，我們參照了豐田中心的剪式舉升機(jī)，

44、煙臺(tái)優(yōu)利公司的UL-300型框架式大梁校正儀，及煙臺(tái)萬(wàn)騰VE900型等商品的相關(guān)技術(shù)參數(shù)。同時(shí)我們根據(jù)市場(chǎng)上常見車型的參數(shù)來(lái)確定框架式大梁校正儀一些基本結(jié)構(gòu)尺寸，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)來(lái)節(jié)省其成本并且能夠適應(yīng)市場(chǎng)的使用要求。 第3章 校正儀的力學(xué)分析及校核 3.1雙鉸接剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型 剪刀式舉升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、占地空間小、操控性靈活等特點(diǎn)。因此在維修行業(yè)、貨物裝卸中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機(jī)構(gòu)作為舉升平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵組成部分,其力學(xué)特性對(duì)平臺(tái)性能產(chǎn)生直接影響。對(duì)于雙鉸接剪刀式舉升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),影響其力學(xué)性能的關(guān)鍵因素是舉升液壓缸的

45、安裝位置，舉升臂角夾角及高度。計(jì)算、分析剪刀式起升機(jī)構(gòu)的方法主要是參照已有的公式及其他力學(xué)原理。下面我們做詳細(xì)的計(jì)算說(shuō)明。 3.1.1 舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析 舉升機(jī)夠右側(cè)為固定鉸支座，左側(cè)為滑動(dòng)鉸支座，平臺(tái)上放有總荷載，舉升機(jī)上升過(guò)程中，荷載重心相對(duì)上移，達(dá)到最高位置時(shí)舉升臂夾角為90。簡(jiǎn)化安裝后受力情況如圖3.1，圖中F4 與F6 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的固定鉸支座位置, F3 與F5 作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的滑動(dòng)鉸支座位置。 圖3.1 力學(xué)方案示意圖 為分析方便

46、,我們將平臺(tái)有效載荷之和簡(jiǎn)化為W，W=9.8N/kg2000kg=19.6KN 。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，四個(gè)支點(diǎn)的受力如圖3.1所示。液壓缸支撐點(diǎn)距離L1=250mm，臂長(zhǎng)L=1420mm，L2為變化值。其中舉升臂之間夾角即隨著舉升高度的不同而變化。 由結(jié)構(gòu)介紹可知，舉升裝置由兩側(cè)對(duì)稱安裝的交叉舉升臂組成。我們從平臺(tái)整體結(jié)構(gòu)分析可以把作用點(diǎn)平均分為四個(gè)，每一側(cè)舉升裝置承受約一半的載荷。所以我們?cè)O(shè)如下公式 　 FA =FD =W /4 （3.1）

47、 FB =FC = W /4 （3.2） 3.1.2 舉升機(jī)構(gòu)主要關(guān)系參數(shù)的確定 通過(guò)分析剪刀式舉升機(jī)構(gòu),發(fā)現(xiàn)液壓缸推力FP和油缸軸線與水平面之間的夾角β及舉升臂與水平面夾角α有直接關(guān)系。由于整個(gè)向上的舉升力來(lái)自液壓缸活塞桿，由式Fp*sinβ可知，在給定載荷下,起升油缸夾角越小,則所需推力越大。而α的值主要是關(guān)系取矩的距離，因此這幾個(gè)參數(shù)在計(jì)算受力時(shí)十分重要。 3.2液壓機(jī)構(gòu)力的分析與計(jì)算 3.2.1 確定載荷與液壓缸推力的關(guān)系 通過(guò)分析舉升臂COD我們來(lái)確定W與Fp的關(guān)系。其受力分析

48、如圖3.2所示。 圖3.2舉升臂COD受力分析 通過(guò)上圖我們來(lái)列力及力矩方程 ∑Fx=0 Fpx=Fx=Fp*cosβ （3.3） ∑Fy=0 Fpy=Fy=Fp*sinβ （3.4） 化簡(jiǎn)可得： 即 。 整理得

49、 （3.5） 3.2.2 計(jì)算液壓缸的推力 1.舉升機(jī)構(gòu)升高到最高位置時(shí)液壓缸的推力 這里計(jì)算的推力均指液壓缸對(duì)設(shè)備一側(cè)的數(shù)值，實(shí)際整體值乘二倍。當(dāng)在最高位置時(shí)舉升臂之間夾角為90，α=45。由圖3.1可計(jì)算出此時(shí)L2的長(zhǎng)度：1420cos45=1004mm。由于初選L1=250mm，設(shè)液壓缸整體長(zhǎng)度b1，根據(jù)余弦定理可得如下關(guān)系式 解得：b1=752.69mm。因此由反余弦定理可得出液壓缸軸線與水平面夾角β=64.4。 把α，β，L，L1，W的值代入公式3.5可得：Fp=20.87 KN（設(shè)備一側(cè)受的推力）。 2.舉升機(jī)構(gòu)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的推

50、力 根據(jù)圖（3.1）所示的舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)分析，在最低位置時(shí)因要求高度為230mm，可求出α角度：，L2=1420cos7=1409mm，同理根據(jù)余弦定理我們可求得此時(shí)的液壓缸長(zhǎng)度b2為471mm，利用反余弦定理求的此時(shí)的β=15。但是由設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖3.3所示分析，汽車是通過(guò)斜坡行駛到方凳上固定的，因此整車舉升位置的高度包括車輪的部分，方凳的高度，而定位夾具的高度，汽車裙邊的高度都必須考慮在夾具卡鉗真正開始舉升汽車的位置之中。也就是說(shuō)舉升裝置在最低位置230mm處時(shí)并沒(méi)有舉升汽車，也就是不需要承受汽車載荷，此時(shí)只需要承受自身載荷需要的推力很小，這里就不必要做詳細(xì)計(jì)算了。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3.3所示。

51、 圖3.3整體結(jié)構(gòu) 由上段分析可知，舉升機(jī)的最低點(diǎn)應(yīng)該是在舉升至夾具基礎(chǔ)裙邊為基準(zhǔn)，由之前的分析可知最低位置越高則需要的液壓系統(tǒng)推力越小。本設(shè)計(jì)參照實(shí)際車型參數(shù)取裙邊距地面距離最小值150mm（實(shí)際值大多數(shù)大于150mm），由設(shè)計(jì)尺寸可知夾具高出上平臺(tái)水平面200mm，方凳高400mm，所以裙邊此時(shí)距地面距離為：400+150=550mm。而定位夾具距地面的高度此時(shí)為：230+200=430mm。這就是說(shuō)當(dāng)整個(gè)裝置舉升550mm減去430mm等于120mm以后才開始承受汽車載荷。此時(shí)液壓缸的推力是整個(gè)舉升過(guò)程中所需推力最大值，選擇液壓系統(tǒng)時(shí)根據(jù)推力最大值確定。下面根據(jù)圖3.1來(lái)計(jì)算此時(shí)

52、的Fp的大小。 在舉升裝置上升120mm后，此時(shí)的設(shè)備高度為350mm，得。 同樣由余弦定理求得此時(shí)的液壓缸軸線與水平線夾角為：β=23.8。把α，β，L，L1，W的值代入公式3.5：，所以解得：Fp=46.54 KN（一側(cè)）。 3.3 舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)分析與計(jì)算 本設(shè)計(jì)采用雙鉸接剪刀式舉升機(jī)，由電控液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)。通過(guò)活塞的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)高度變化，舉升時(shí)間由所選液壓系統(tǒng)型號(hào)決定。分析舉升機(jī)不同舉升高度的受力情況可知，在給定載荷下,舉升到不同高度時(shí)所需油缸推力不同，各舉升臂與軸受力也不同。為分析方便，在計(jì)算過(guò)程中只分析舉升機(jī)最低點(diǎn)和舉升到最高位置時(shí)的受力情況即可。因之前很多的參數(shù)為初選值，因此

53、需要對(duì)主要的軸，橫梁，舉升臂等零部件進(jìn)行分析校核。 3.3.1 舉升機(jī)構(gòu)最低狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況 由之前的章節(jié)分析可知，這里的最低狀態(tài)指的是升高120mm開始承受載荷之時(shí)。舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升機(jī)重量均勻的分布在平臺(tái)的四個(gè)支撐點(diǎn)上，平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)有效載荷之和W所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動(dòng)鉸支座和固定鉸支座上。在最低點(diǎn)時(shí)，舉升臂傾角α值12因α很小，所以計(jì)算過(guò)程中我們可以將W 近似看成作用在平臺(tái)中心位置。 因舉升重量和平臺(tái)質(zhì)量之和W由兩側(cè)舉升機(jī)共同承受，所以舉升臂一側(cè)的載荷為 W1= 1/2W=1/29.8N/kg2000kg=9.8 KN (1)計(jì)算舉升臂AOB的受力 ，如

54、圖3.4所示。 圖3.4 舉升臂SOB的受力 圖3.4為桿AOB的受力情況，A作用處為滑動(dòng)鉸支座，B作用處為固定絞支座。在剛要舉升的瞬間，O點(diǎn)的受力很小，主要載荷集中在A點(diǎn)，且因?yàn)榻铅炼葦?shù)很小，這里FBy忽略不計(jì)。FA=W/4=4.9KN，F(xiàn)BX，F(xiàn)oy及FOX的值由液壓缸推力決定，參照下一節(jié)計(jì)算。 （2）計(jì)算舉升臂COD的受力，如圖3.5所示。 圖3.5 舉升臂COD的受力 由前面計(jì)算可知，在最低點(diǎn)時(shí)：Fp=46.54KN。由力的平衡條件可知 Fox=Fox=FBX=Fpcosβ=46.54KNcos23.8=42.58 KN Foy=Foy= Fpsinβ=1

55、8.78 KN Fc=FD=W/4=4.9 KN 因在最低點(diǎn)時(shí)α角很小，D點(diǎn)主要承受縱向載荷，絞支座主要起連接作用，這里FDX值很小，可忽略不計(jì)。 3.3.2 舉升機(jī)構(gòu)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況 舉升機(jī)升高到1.06m時(shí)，其平臺(tái)上部受力如圖3.6所示，通過(guò)力矩平衡方程我們 圖 3.6平臺(tái)上部的受力 得到如下關(guān)系式 FA+FD=W/2 FALcosα+ FD0=W/2L/2cosα 解得

56、 FA=4.9KN FD=4.9KN （1）計(jì)算舉升臂AOB的受力，如下圖3.7所示。 圖3.7 舉升臂AOB的受力 通過(guò)力及力矩方程我們得到如下方程組 FOX+FBX=0 Foy+FBy=FA FAL/2cosα+FByL/2cosα=FBXL/2sinα FA

57、Lcosα+ FOXL/2sinα= FoyL/2cosα 由于舉升汽車到最高位置以后，液壓缸作為主要的豎向支撐，所以底座板上的固定絞支座幾乎只起連接作用，這里FBy值很小，忽略不計(jì)。 解得 FOX=4.9 KN FBX=4.6 KN Foy=4.9 KN （2）計(jì)算舉升臂COD的受力，如下圖3.8所示。計(jì)算方程如下 FDX+FPcosβ= FOX

58、 FDy+Foy=FC+FPsinβ 由前面的計(jì)算可知，在最高點(diǎn)時(shí)FP=20.87 KN，β=64.4。根據(jù)力的平衡條件計(jì)算可得方程式如下 FOX=FOX=4.9 KN Foy=Foy=4.9 KN 解得 FDy=18.8 KN FDX=4.1 KN 圖3.8 舉升臂COD受力 3.4 定

59、位夾具及拉塔的力學(xué)分析與計(jì)算 定位夾具的結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，其主要受力點(diǎn)在兩個(gè)卡鉗的頂端，汽車全部載荷支撐在四個(gè)卡鉗的上。拉塔是以方管為主要零件構(gòu)成的，由液壓系統(tǒng)的推力來(lái)驅(qū)動(dòng)。 3.4.1 定位夾具的受力分析 由于總載荷為W=19.6KN，其載荷約平均分配給四個(gè)夾具。受力見圖3.9所示。 圖3.9 定位夾具的受力 由于夾具只承受來(lái)自汽車的載荷，平臺(tái)的載荷與其無(wú)關(guān)，所以我們計(jì)算可得 F=1/4（W-W平臺(tái)）=1/4（19.6-5579.8N/kg）≈3.54 KN 3.4.2 拉塔的受力

60、分析 因拉塔的受力是隨著液壓缸的推力變化及車身受損的不同部位而需要改變的，很難準(zhǔn)確的計(jì)算出具體的受力，這里假設(shè)計(jì)算其承受力最大的情況時(shí)。參考實(shí)際維修大梁的數(shù)據(jù)可知，一般要求拉塔最大拉力在50KN至100KN，本設(shè)計(jì)是針對(duì)小型車的普通碰撞維修，這里取拉塔所受的最大拉力為70KN，即選擇液壓缸的最大推力為70KN，受力簡(jiǎn)圖如圖3.10所示，假設(shè)液壓推桿垂直作用在拉塔的中間位置，那么可得 F1=F2=35KN 圖3.10 拉塔的受力 3.5 主要零部件

61、的強(qiáng)度校核 3.5.1 舉升臂AOB的強(qiáng)度校核 （1）在舉升到最高位置時(shí)，α=45，F(xiàn)oy=4.9KN，F(xiàn)OX=4.9KN，F(xiàn)BX=4.9KN。因其舉升臂中間通過(guò)銷軸連接，故在中間點(diǎn)處產(chǎn)生最大彎矩。下面通過(guò)力及力矩圖3.11來(lái)分析。 圖3.11 舉升臂AOB的剪力圖及彎矩圖 1）舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示，舉升臂最大彎矩為 2）確定舉升臂1中性軸的位置，截面形心距底邊為 因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心

62、線即為中性軸。 3）截面對(duì)中性軸的慣鉅為 4） 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力 5）最大軸向正應(yīng)力 6） 兩種變形的總應(yīng)力 經(jīng)查材料表可知45鋼的抗拉強(qiáng)度為600MPa，屈服強(qiáng)度為300Mpa。對(duì)于承受載荷比較大，但承受最大載荷的時(shí)間不長(zhǎng)的情況下我們?nèi)“踩禂?shù)為1.2，所以600MPa除以1.2后計(jì)算可得45鋼許用抗拉強(qiáng)度為500MPa。由于舉升臂承受的總應(yīng)力172.5Mpa小于45鋼許用500Mpa，經(jīng)過(guò)計(jì)算校核舉升臂AOB在最高狀態(tài)時(shí)它的強(qiáng)度充分滿足設(shè)計(jì)要求。

63、 （2）舉升臂在最低位置時(shí)（剛開始承受載荷時(shí)），α=12，F(xiàn)OX=42.58KN。基于上一節(jié)的公式及彎矩圖，我們得到在最低點(diǎn)時(shí)計(jì)算結(jié)果如下 1）因?yàn)閼T性矩及中性軸位置均不變，所以我們得到 2）兩種變形的總應(yīng)力 ＜500MPa 經(jīng)?？芍伺e升臂的強(qiáng)度265MPa＜500MPa，所以其強(qiáng)度合格。 所以經(jīng)過(guò)以上兩種狀態(tài)下的計(jì)算分析，舉升臂AOB的強(qiáng)度無(wú)論在最高位置及最低位置時(shí)均滿足強(qiáng)度要求。 3.5.2

64、舉升臂COD的強(qiáng)度校核 （1）在舉升至最高位置時(shí)，α=45，β=64.4，F(xiàn)P=20.87KN，F(xiàn)DX=4.1KN，F(xiàn)C=4.9KN。舉升臂COD中間有兩個(gè)銷軸孔，其可能發(fā)生破壞的可能性較大，下面通過(guò)力矩圖3.12進(jìn)行分析。 圖3.12舉升臂COD的剪力圖及彎矩圖 1）舉升臂的彎矩圖如圖3.12所示，舉升臂最大彎矩為 2) 確定舉升臂1中性軸的位置，截面形心距底邊為 因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心線

65、即為中性軸。 3) 截面對(duì)中性軸的慣鉅 4) 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力 5) 最大軸向正應(yīng)力 6）兩種變形的總應(yīng)力 由上一節(jié)3.5.1可知，45鋼許用應(yīng)力為600MPa，除去安全系數(shù)1.2后為500MPa。因?yàn)榭倯?yīng)力182.81MPa＜500MPa，所以強(qiáng)度合格。 （2）舉升臂在最低位置時(shí)（剛開始承受載荷時(shí)），α=12，β=23.8，F(xiàn)DX=0 KN，F(xiàn)c=4.9KN，F(xiàn)p=46.54KN?；谏瞎?jié)公式及彎矩圖的相關(guān)計(jì)算，可得在最低點(diǎn)時(shí)的計(jì)算結(jié)果如下

66、 1）因慣性矩及中性軸位置均不變，所以我們得到 2）兩種變形的總應(yīng)力 ＜500MPa 經(jīng)過(guò)計(jì)算可知，在最低位置時(shí)舉升臂COD的強(qiáng)度235MPa＜500MPa，滿足強(qiáng)度要求。 經(jīng)過(guò)以上兩種狀態(tài)下的計(jì)算分析可知，舉升臂COD的強(qiáng)度滿足強(qiáng)度要求。 3.5.3液壓缸上端支承軸的強(qiáng)度校核 因?yàn)榇藱M軸作為液壓缸的支承軸，推力直接作用在軸線垂線上，兩端固定在舉升臂開孔中，所以其屬于純彎曲變形，其受力如下圖3.13所示。軸材料為40Cr，許用抗拉強(qiáng)度為1000MPa ，軸徑為40mm。為了避免因彎曲過(guò)大而導(dǎo)致對(duì)軸的破壞，本設(shè)計(jì)采用雙液壓缸，分別支撐在橫軸兩端。因在剛舉升的最低點(diǎn)軸受力最大，這里只校核此種情況的安全性。 圖3.13 支撐軸的剪力圖與彎矩圖