機械式雙柱汽車舉升機設(shè)計,機械式,汽車,舉升機,設(shè)計
畢業(yè)設(shè)計（畢業(yè)論文）任務(wù)書
學(xué) 院
機械工程學(xué)院
專 業(yè)
機械工程及自動化
班 級
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
普通式雙柱汽車舉升機設(shè)計
任務(wù)規(guī)定
進行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止
一、題目來源、目的、意義
本課題來源于科技股份有限公司與本校合作項目——汽車舉升機
設(shè)計科研項目。盡管國內(nèi)有不少舉升機生產(chǎn)單位，其產(chǎn)品占有了國內(nèi)一定的市
場份額，但總體質(zhì)量有待提高。經(jīng)市場調(diào)研、分析，本設(shè)備預(yù)計有一定的國外
市場需求，有較好的國內(nèi)外應(yīng)用前景，價格適中，適合在國內(nèi)外推廣應(yīng)用。雙
柱式舉升機是一種廣泛用于轎車等小型車維修用的舉升設(shè)備。隨著轎車工業(yè)的
發(fā)展和轎車等小型車的使用日趨普及，此種型式的舉升機需求量也會日益增大。
課題緊貼當前的制造業(yè)領(lǐng)域，為學(xué)生提供了一種專業(yè)訓(xùn)練的形式。
二、主要工作內(nèi)容
課題的主要工作內(nèi)容以機械結(jié)構(gòu)設(shè)計為主，使學(xué)生在接觸實際科研項目中，
學(xué)會如何解決實際問題，如何綜合運用所學(xué)的理論知識，設(shè)計出規(guī)范化、標準
化的圖紙用于加工生產(chǎn)。
主要內(nèi)容：在參考國內(nèi)外各種舉升機結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮到由于QJY04-02
型（含B型）舉升機，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡便等特點，適用于各
種汽車修理和保養(yǎng)單位，故針對QJY04-02（含B型）型普通雙柱式舉升機，分
析其結(jié)構(gòu)的合理性，并進行校核驗算。通過對普通式雙柱汽車舉升機結(jié)構(gòu)設(shè)計
與計算，保證所設(shè)計的舉升機滿足工作使用要求。
三、主要技術(shù)指標（或主要論點）
雙柱式舉升機的結(jié)構(gòu)型式有多種，QJY04-02型（含B型）舉升機系指液
壓驅(qū)動的雙柱式舉升機。舉升機構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制，由兩立
柱內(nèi)安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，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，實現(xiàn)滑臺的上下移動。
本機主要技術(shù)性能指標為：額定舉升載荷4噸；電動機功率2.2 KW；舉
升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為
1730mm，總高為2630mm，總寬為3254mm。
四、進度計劃
第1周~第3周：查閱資料，翻譯要求字數(shù)的英文資料，調(diào)研市場上幾種主要
的舉升機，并進行方案論證，寫出開題報告。
第4周~第6周：參考一些樣機結(jié)構(gòu)，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計與計算。
第7周~第9周：結(jié)構(gòu)分析與驗算，滿足技術(shù)性能指標和使用要求。
第10周~第14周：計算機繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計圖紙，包括裝配圖和零件圖。
第15周~第16周：編寫畢業(yè)設(shè)計說明書。
第17周~第18周：評審、答辯。
五、主要參考資料（外文資料至少一篇）
[1] 孔紅梅，等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J] .液壓氣動與密封，2000,(1):20~23.
[2] 劉敏杰,等.幾種舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能分析[J].專業(yè)汽車，1999,(2):23~25.
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[6] 高鳳林. QJJ2.5-2汽車舉升機及其使用與維護[J]. 中國汽車保修設(shè)備，1999,(5):20~23.
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V99n2 1999, (2)：93-96.
六、系審批意見
系主任（簽名）:
七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見
院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）:
八、學(xué)生實際完成日期 九、同組設(shè)計（論文）者
5
畢業(yè)設(shè)計（論文） 開題報告
1 課題分析
1.1 常用汽車舉升機的結(jié)構(gòu)類型
目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機的廠家較多，生產(chǎn)的型式也較繁多。有雙柱式、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。
其中各類舉升機從不同的方面又可分成好幾類：
單從舉升機的外型來分類的基本形式有：普通雙柱、龍門雙柱、四立柱、剪式、移動式和單立柱式等（分別如下列各圖所示1.1～1.6）。
圖1.1普通雙柱式汽車舉升機
圖1.2 龍門雙柱式汽車舉升機
圖1.3 四立柱式汽車舉升機
圖1.4 剪式汽車舉升機
圖1.5 組合移動式汽車舉升機
圖1.6單立柱式汽車舉升機
各種形式各有千秋，適用于不同的場合。最常用的形式是前四種，即：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式和剪式。剪式舉升機分為大剪（子母式）、小剪（單剪式）舉升機。
雙柱式舉升機分又分為機械式和液壓式舉升機。機械式舉升機曾流行于1992-1998年間，該舉升機特點是同步性好，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，因此目前不生產(chǎn)此舉升機，使用者們最終會將該產(chǎn)品更換為維護成本小的液壓舉升機。
1.2 各類汽車舉升機的使用情況
從調(diào)研的情況來看，雙立柱結(jié)構(gòu)形式的汽車舉升機為最多，其次是四立柱式，同時還有少些的剪式舉升機。
汽車舉升機生產(chǎn)廠的市場占有率如表1.1和圖1.7，其中永紅和寶得寶生產(chǎn)的舉升機市場占有率最高，分別為34.1%和28.5%。國產(chǎn)和進口的百分比分別為：77.1%和22.9% 。進口的舉升機大部分是比較早期的產(chǎn)品。另外，未被統(tǒng)計的大部分小廠都是擁有國產(chǎn)的舉升機。
表1.1舉升機主要生產(chǎn)廠的市場占有率
總臺數(shù) 編號 生產(chǎn)廠 臺數(shù) 百分比
1 寶得寶 61 28.5%
2 永紅 73 34.11%
舉升機總數(shù) 214 3 中大 8 3.74%
4 序達 9 4.21%
5 其他 41 19.16%
6 進口 49 22.90%
圖1.7汽車舉升機主要生產(chǎn)廠的市場占有率百分比圖
1.3 汽車舉升機的主要參數(shù)
普通雙立柱式、龍門雙立柱式、和四立柱式這三種目前市場上主要的汽車舉升機主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計如表1.2，1.3，1.4所示。
表1.2普通雙立柱式汽車舉升機主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
表1.3龍門雙立柱式汽車舉升機主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
表1.4四立柱式汽車舉升機主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤距地高度 全程上升時間 全程下降時間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
2 舉升機的方案擬定
2.1 主要結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)形式
舉升機的結(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）保險與保護方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。
常用的幾種舉升機整體結(jié)構(gòu)形式包括有普通式、龍門式、四柱式、剪式、移動式和單立柱式六種。
目前市場上最常見的是普通式和龍門式。普通式舉升機的結(jié)構(gòu)形式比較簡單，制作成本相對于龍門式稍低。但從整個機器的強剛度的角度去考慮，龍門式就占優(yōu)勢了，簡單地說就等于是在普通式的基礎(chǔ)上再多加了橫梁，于是便形成了龍門式，但也因此增加了它的制作成本。
四柱式的定位非常穩(wěn)固，但一般用于比小轎車稍大的車型的維修和保養(yǎng)，制作成本不低。
剪式舉升機又分為大剪（子母式）和小剪（單剪）舉升機。但由于不是批量，所以價格偏高。
對于體積可以說是龐大的大型客車來說，使用以上幾種舉升機就比較困難。因此，又有了組合移動式舉升機。既可以是雙柱式的，也可以是四柱式。這樣的組合方便地適用于各種車型，但一般僅在給大型車進行維修或保養(yǎng)的時候才使用。
單立柱式舉升機占地面積小，適用于小型汽車使用。由于是單柱，較大型車就無法使用，就降低了它的使用價值。
常用的幾種舉升機整體結(jié)構(gòu)形式的主要特點如下表2.1所示：
表2.1各類汽車舉升機結(jié)構(gòu)的主要特點
結(jié)構(gòu)形式 主 要 特 點
普通雙柱 結(jié)構(gòu)簡單成本低、使用方便，但對地基要求較高。
龍門雙柱 強度比普通雙柱的高、但成本也有所提高。
四立柱 能作四輪定位用。
剪式 能隱藏與地面水平，不占空間，對地基要求低。
移動式 能雙柱、四柱或多柱聯(lián)動，方便地適應(yīng)于各種車型。
單立柱式 占地小，適用于小型汽車。
2.2 驅(qū)動、舉升及同步方式
舉升機的驅(qū)動方式主要有：電機驅(qū)動和液壓驅(qū)動。液壓驅(qū)動方式通常有鏈條傳動舉升和液壓缸直接舉升方式。液壓式舉升機維護成本低，油缸的油封為進口的話一般使用5——10年沒問題。其中電機驅(qū)動又分單電機和多電機，液壓驅(qū)動又分單液壓缸和多液壓缸等多種驅(qū)動方式。單缸舉升機也分為兩種，一直被業(yè)內(nèi)人士稱作老單缸和新單缸。單缸的優(yōu)點是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，有底板，舉升機得扭力靠底板抵消，安全性好，是目前最理想得舉升機。雙缸舉升機也分有兩種：龍門式舉升機和無地板舉升機。但由于是雙缸，所以同步性問題難以解決，往往要靠兩根鋼絲繩來平衡。油缸以及鋼絲繩只要調(diào)整得松緊一致，舉升機就可以同步運作。雙缸的優(yōu)點是：沒有底板，為了最大得節(jié)省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面來抵消，所以對地基要求很高。
如果驅(qū)動是單液壓缸，則升降運動采用機械方式同步。如果采用多個液壓缸驅(qū)動，則升降運動既可以采用機械同步（如，鋼絲繩同步），也可以采用同步液壓缸或副缸隨同主缸同步升降。
常用的舉升方式有：絲杠螺母方式舉升、鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式和液壓缸直接舉升等方式。
從液壓和機械兩種舉升方式來看，機械方式和液壓方式各占一半，但機械的略多有些，如圖2.1所示：
圖2.1汽車舉升機舉升方式百分比圖
1——液壓；2——機械
絲杠螺母傳動的舉升方式一般采用電機驅(qū)動。如用單電機驅(qū)動，則各柱的升降運動，一般應(yīng)用機械同步方式；若用多電機驅(qū)動，則采用機械同步或采用電氣方式同步進行升降運動。在電氣方式同步時，副柱上的升降是隨同主柱的升降運動同步進行的。
鋼絲繩或鏈條傳動舉升方式可采用電機驅(qū)動或液壓缸驅(qū)動，一般采用鋼絲繩平衡同步舉升。
上述各種方式各有特點：絲杠螺母方式傳動的自鎖性好，安全性也較好。而且采用電機驅(qū)動，維護保養(yǎng)均較方便，傳遞比較清潔，沒有液壓油，但制造工藝性差。而液壓驅(qū)動舉升方式則工作平穩(wěn)，加工制造方便，但是需要液壓系統(tǒng)。與機械系統(tǒng)相比，液壓回路容易產(chǎn)生故障，維護保養(yǎng)工作較多。
相比液壓缸舉升機產(chǎn)生成本比絲杠螺母舉升形式的要低。液壓缸的產(chǎn)生遠比絲杠螺母機構(gòu)簡單，容易組織產(chǎn)生。且使用壽命比絲杠螺母要長。所以本次設(shè)計所采用的是液壓舉升方式。
2.3 舉升機的結(jié)構(gòu)設(shè)計
此次將舉升機的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計為普通式雙柱汽車舉升機。普通式汽車舉升機的總體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：
圖2.3普通式二柱汽車舉升機的總體結(jié)構(gòu)
（1）舉升機構(gòu)
舉升機構(gòu)是由液壓系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)組成的。通過電器系統(tǒng)來控制液壓單元，油液通過進出液壓缸并通過滑臺鏈條來帶動整個設(shè)備的舉升動作，如圖2.4所示：
圖2.4舉升機構(gòu)示意圖
（2）立柱與支撐機構(gòu)
舉升機的立柱包括左、右兩個主立柱，中間放置滑臺和液壓系統(tǒng)。舉升機的支撐機構(gòu)是托臂。當汽車進入到舉升機的范圍里時，就是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。
（3）平衡機構(gòu)
由于舉升機在上升或下降時必須有強制性平衡裝置以確保汽車整體的水平位置，所以本次設(shè)計采用了左右對稱的鋼絲繩走向，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。
（4）保險機構(gòu)與保護
汽車舉升機是一種安全性能要求特別高設(shè)備。通常設(shè)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。
本次設(shè)計中電磁鐵安全鎖機構(gòu)的組成是：兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，在汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機械自鎖機構(gòu)。
3 普通式雙柱汽車舉升機方案的確定
通過對舉升機的了解，確定了本次設(shè)計采用的方案。本次設(shè)計所采用的是液壓驅(qū)動的普通式雙柱汽車舉升機。此舉升機構(gòu)的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制的，由兩邊兩個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，實現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺相連，當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。
參考文獻
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11
摘 要
雙柱機械式汽車舉升機通過支撐汽車底盤或車身的某一部分，是使汽車升降的設(shè)備。汽車舉升機在維修保養(yǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，無論是整車大修還是小修保養(yǎng)，都離不開他。機械式汽車舉升機作為整個汽車舉升機中的一員，他有著其他舉升機不具有的優(yōu)勢，例如它的工作范圍廣，可以維修高頂棚車輛，工作占用空間小等。本文較全面的介紹了舉升機的種類，在確定所要設(shè)計的方案之后，針對舉升機的結(jié)構(gòu)及特點要求進行了設(shè)計與說明。具體說，涉及原動機分析選擇，帶傳動分析設(shè)計，螺旋傳動分析設(shè)計，導(dǎo)軌分析選擇，支撐懸臂應(yīng)力校核，鎖緊機構(gòu)的選擇。本課題所設(shè)計的是雙柱機械式汽車舉升機。
關(guān)鍵字：螺旋傳動；帶傳動；汽車舉升機；彎曲應(yīng)力
ABSTRACT
Two-sided mechanical automobile lift machine is equipment to make the car lifting by supporting a certain part of the automobile chassis or body. Automobile lift machine play a crucial role in maintenance of both the vehicle overhaul and minor repair and maintenance, which cannot be replaced. Mechanical lifters is a member of the car lifting machine family, it has advantages that other lifting machine does not have, such as its work scope is wide, being capable of repairing vehicles with high ceiling, work space is small, etc. This paper comprehensively introduces the classification of the lifting machine and design the lift and make illustration based on the structure and characteristics of the lifting machine after deciding design scheme. Specifically, the paper involves the analysis of motor, belt transmission, screw transmission and guide rail, stress checking of cantilever and the choice of the locking mechanism. This topic is a design of two-sided mechanical automobile lift machine.
Keywords: screw transmission; belt transmission; automobile lift; bending stress
湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 汽車舉升機簡介及發(fā)展概況 1
1.2 汽車舉升機分類 2
第2章 舉升機設(shè)計任務(wù)和總體方案設(shè)計 5
2.1 舉升機設(shè)計任務(wù) 5
2.2 舉升機總體方案設(shè)計 5
2.2.1 擬定設(shè)計方案 5
2.2.2 確定總體設(shè)計方案 6
第三章 原動機分析選擇 9
3.1原動機的計算選擇 9
3.1.1 選擇原動機類型和結(jié)構(gòu) 9
3.1.2原動機轉(zhuǎn)速選擇及功率計算 9
第四章 帶傳動分析設(shè)計 10
4.1 帶傳動簡介及類型選擇 10
4.2 帶傳動設(shè)計計算 10
4.2.1 帶傳動設(shè)計初始條件 10
4.2.2 帶傳動主要失效形式和設(shè)計依據(jù) 11
4.2.3 帶傳動設(shè)計計算 11
4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計 12
第五章 舉升機構(gòu)分析設(shè)計 14
5.1 舉升機構(gòu)的分析選擇 14
5.2 滑動螺旋副的設(shè)計計算 16
5.2.1 材料的選擇 16
5.2.2 耐磨性 16
5.2.3 驗算自鎖 17
5.2.4 螺桿強度：校核當量應(yīng)力 18
5.2.5 螺紋牙強度 18
5.2.6 螺桿的穩(wěn)定性 18
5.2.7 橫向振動-驗算臨界轉(zhuǎn)速 19
5.2.8 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和效率 19
第六章 支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計 20
6.1 支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計 20
6.2 支撐機構(gòu)應(yīng)力校核 21
6.2.1 校核彎曲切應(yīng)力 21
6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力 22
第七章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析設(shè)計 24
7.1 導(dǎo)軌類型分析選擇 24
7.2 直線運動系統(tǒng)載荷計算 25
7.3 滾動直線導(dǎo)軌副壽命計算 26
7.3.1 壽命計算的基本公式 26
7.3.2 滾動導(dǎo)軌副的壽命計算及選用規(guī)格 27
第八章 鎖緊機構(gòu)分析設(shè)計 30
8.1 鎖緊機構(gòu)的必要性 30
8.2 鎖緊機構(gòu)原理分析 30
8.3 鎖緊機構(gòu)的選擇 32
8.4 鎖緊機構(gòu)的校核 33
第九章 螺栓連接件的校核 35
9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核 35
9.2 箱體與地基的螺紋校核 36
第十章 結(jié)論 39
參考文獻 40
致謝 41
ii
- -
第一章 緒論
1.1 汽車舉升機簡介及發(fā)展概況
汽車舉升機在汽車保養(yǎng)和維修行業(yè)中占有重要地位。汽車舉升機根據(jù)保養(yǎng)維修工況，將需要保養(yǎng)或維修的汽車可靠安全地從地面舉升至另一合適高度，以便于工人的保養(yǎng)維修工作的設(shè)備。因此，汽車舉升機具有至關(guān)重要及難以替代的作用，是汽車保養(yǎng)維修行業(yè)中最基本的維修設(shè)備之一。
早在20世紀初期，汽車維修特別是汽車底盤維修時，汽車維修技術(shù)工人一般通過鉆到車底下進行故障診斷與維修，但是這種維修方法空間比較狹小、光線比較陰暗，并且不利于維修人員長時間在車底作業(yè)，導(dǎo)致維修效率很低。 最初出現(xiàn)的舉升機由電力驅(qū)動，可以把汽車升到空中，但是舉升的高度不高。到了20世紀20年代，Weaver和Manley等生產(chǎn)的汽車舉升機最大舉升高度可以達到4英尺，并且可以根據(jù)工況需求在最高高度下對舉升高度進行任意調(diào)整，舉升機通過支撐車軸把汽車舉升起來，這樣保證了汽車被舉起后車輪可以自由轉(zhuǎn)動。 在1925年，美國的Rotary 公司創(chuàng)始人Lunati 偶然受到理發(fā)師座椅原理的啟發(fā)，制造出世界上第一臺液壓舉升機，這使修理汽車變得更加容易。 之后又出現(xiàn)了單柱框架接觸式舉升機，它保證了工作人員可以方便地對 4 個車輪維修，但是該設(shè)計方案的代價是犧牲了車底空間 ，使得工作人員無法對車底的某些部位進行維修。隨后兩柱舉升機的出現(xiàn)使得技師可以方便維修汽車底盤區(qū)域的故障。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，制造廠家逐漸把舉升技術(shù)和自動化控制技術(shù)結(jié)合在一起，通過電子設(shè)備來控制舉升機的舉升動作，同時設(shè)計開發(fā)了多種成熟的安全保障裝置,使工作人員具有執(zhí)行各種維修操作的能力。
中國的汽車舉升機起步較晚，直到20 世紀 80 年代初才根據(jù)外國的技術(shù)生產(chǎn)。 汽車舉升機因為便于技師維修工作，所以逐漸代替了以前常用的地溝模式。 并且隨著我國汽車工業(yè)的繁榮，隨之形成了 一個龐大的汽車周邊市場，汽車舉升機的市場擴大迅速。 到了2000 年，舉升機產(chǎn)品形式和種類已發(fā)展到各式各樣，并且成為汽車維修行業(yè)取得二級維修資質(zhì)必備的汽修設(shè)備。 隨著我國汽車保有量的不斷增多，私人購買汽車成為主流，汽車售后市場得到蓬勃發(fā)展，汽車舉升機成為一種使用頻率極高而且?guī)缀醪豢苫蛉钡钠嚲S修設(shè)備。
自從中國加入WTO后，中國汽車維修業(yè)受到的影響是巨大的。外國汽車廠商為適應(yīng)售后服務(wù)的要求, 外國維修業(yè)開始相繼進入中國市場, 外國汽車維修業(yè)的進軍給中國汽車維修市場提供了一個較為先進和高效的國際技術(shù)環(huán)境, 這對促進國內(nèi)汽車維修業(yè)的更新改造、加速汽車維修業(yè)技術(shù)進步是一個機遇, 必然會起到良好的推動作用。
現(xiàn)代汽車維修方式必然代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車的維修方式、維修制度和經(jīng)營模式。以往的汽車維修通常就是維修談維修, 而現(xiàn)代汽車維修是集汽車銷售、零件銷售、資訊及售后服務(wù)四位為一體。維修對象的高科技化、維修設(shè)備現(xiàn)代化、維修咨詢網(wǎng)絡(luò)化、維修診斷專業(yè)化、維修管理多樣化及服務(wù)對象的社會化將是現(xiàn)代汽修的新趨勢。國外汽車維修企業(yè)通過汽車服務(wù)貿(mào)易的形式進入國內(nèi)市場, 這使我國汽車維修行業(yè)面臨嚴峻挑戰(zhàn), 而在汽車維修企業(yè)發(fā)展要素中, 管理、技術(shù)、裝配和信息將起主導(dǎo)作用。提倡汽車維修行業(yè)的服務(wù)優(yōu)質(zhì)化、品牌化、數(shù)字化，勢在必行。
1.2 汽車舉升機分類
汽車舉升機有多種類型, 根據(jù)傳動方式一般可分為機械傳動和液壓傳動, 其主要性能對比見表1-1。其中機械傳動舉升機由于其結(jié)構(gòu)特點容易發(fā)生絲杠或工作螺母滑扣, 導(dǎo)致所舉汽車跌落或絲杠卡死等故障, 存在很大的安全隱患。液壓傳動舉升機由于其性能優(yōu)勢逐漸成為主流的舉升機產(chǎn)品類型。
表1.1 根據(jù)傳動方式分類
種類名稱
優(yōu)點
缺點
機械傳動舉升機
結(jié)構(gòu)簡單, 價格便宜
機械磨損大，易發(fā)生汽車跌落
液壓傳動舉升機
安全性能好、運 行平穩(wěn)、維護簡單以及工作效率高
成本高
近年來，隨著材料學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，機械式汽車舉升機開始展顯出新的活力。圖1.1是現(xiàn)在正在銷售的德國康索舉升設(shè)備。
圖1.1 德國康索舉升設(shè)備
根據(jù)結(jié)構(gòu)類型來分，有雙柱式、四柱式和剪式，其主要性能對比見表1-2。
機械式舉升機：同步性雖好，但機械維護成本高（需要換銅螺母及軸承）。機械傳動可以是鋼絲或鏈條，但這樣設(shè)計有一個缺點：如果鋼絲或者鏈條在工作中有略微伸長，就會導(dǎo)致升降時拖架的移動不能同步。
液壓式舉升機：維護成本較低，單缸同步性好，但是雙缸同步性較差。液壓式細分又可分為單缸式和雙缸式，單缸又分兩種：老單缸和新單缸，雙缸又分龍門式和無地板式。單缸同步性雖好，但油缸機械式連接在對面立柱的托架上。
雙柱式液壓舉升機：液壓舉升，維修較少。質(zhì)量較穩(wěn)定，下降時需要兩邊拉開保險才能下降。油缸置于下部比較占用下面的空間。
四柱式舉升機：四柱式同時具有雙柱式液壓舉升機的特點和實現(xiàn)四輪定位的檢測，安裝升舉更加方便，一般在中大型的修理場中有廣泛的應(yīng)用。四柱式舉升機見圖1.2。
圖1.2 四柱式舉升機
剪式舉升機：舉升平穩(wěn)，安全性高，但是剪式舉升機的精度要求高，容易卡死。剪式舉升機見圖1.3。
圖1.3 剪式汽車舉升機
表1.2 根據(jù)結(jié)構(gòu)類型分類
種類名稱
優(yōu)點
缺點
雙柱式舉升機
同步性好，占地面積較小
機械式機械磨損較大；液壓是成本高；
四柱式舉升機
適合四輪定位結(jié)構(gòu)的使用
占地面積較大
剪式舉升機
安全性高，操作簡單；空間利用率高
精度要求較高，易發(fā)生舉升平臺不平衡，單邊升降
第2章 舉升機設(shè)計任務(wù)和總體方案設(shè)計
2.1舉升機設(shè)計任務(wù)
根據(jù)實際轎車的外形尺寸和質(zhì)量，見表2.1，以及維修保養(yǎng)店的實地考察，本汽車舉升機的設(shè)計要求如下表2.2：
表2.1 轎車車體尺寸
小型轎車
中小型轎車
中型轎車
大型轎車
4.2*1.65*1.45
4.5*1.70*1.47
4.8*1.75*1.47
5.2*1.90*1.50
表2.2 汽車舉升機設(shè)計要求
項目
數(shù)據(jù)
額定舉升質(zhì)量
3000kg
最大舉升高度
2000mm
懸臂托盤距地面最低高度
115
全程上升/下降時間
≤1min
舉升機外形尺寸
3440×2512×427
2.2舉升機總體方案設(shè)計
2.2.1擬定設(shè)計方案
1、 電機配置方案
1）單電機方案：傳動路線為電機-帶傳動-螺旋傳動-同步機構(gòu)-螺旋傳動。此方案預(yù)選電機功率為4kw，同步機構(gòu)占用空間使汽車不方便駛過，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高。
2）雙電機方案：兩邊立柱上各有一電動機。此方案預(yù)選電機功率為2.2kw，通過電機的通斷來控制懸臂的同步運動，省去中間同步傳動環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性高。
2、舉升機構(gòu)
1）齒條傳動齒條傳動，采用以齒條為承載軌道進行同步升舉。機械能轉(zhuǎn)化率高，但承載較次。
2）滾珠絲杠傳動，采用以旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，平穩(wěn)輕便快捷，機械能轉(zhuǎn)化率低。
3）滑動螺旋傳動，采用以旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為直線運動，平穩(wěn)承載能力強，機械能轉(zhuǎn)化率低。
4）液壓傳動，傳動平穩(wěn)，承載能力大，也簡化了機械結(jié)構(gòu)，但制造精度高，成本高，使用維護嚴格。
3、 單電機方案中同步機構(gòu)
舉升機左右兩立柱上的四個托架(與滑套相聯(lián)接)，必須保證同步升降。目前采用的結(jié)構(gòu)形式有三種:
1）螺旋副——錐齒輪——長軸——錐齒輪——螺旋副機械傳動結(jié)構(gòu)。這種剛性聯(lián)接方式，同步性好，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，長軸雖可采用無縫鋼管與短軸頭焊接辦法替代，但自重仍較大.
2）選用外轉(zhuǎn)性相近的兩個電動機與加工精度相近的在裝配時進行調(diào)整選配的兩個螺旋副.分別驅(qū)動的傳動結(jié)構(gòu)。
3）鏈傳動結(jié)構(gòu)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡單，自重小，結(jié)構(gòu)安全可靠傳動效率較高，但需要安裝張緊裝置和托板。
4）同步帶傳動。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡單，傳動效率較高，但兩帶輪間距過大，需要設(shè)置張緊裝置，且同步帶傳動使用維護嚴格。
4、鎖緊保險裝置
除了利用螺旋傳動的自鎖特性和雙螺母實現(xiàn)預(yù)定高度的鎖緊，汽車舉升機還應(yīng)該另外設(shè)置鎖緊保險裝置，使懸臂不會因液壓系統(tǒng)的干擾、維修過程中的振動而使汽車掉落或劇烈振動。
1）包含電磁鐵、彈簧或制動板的自鎖保險裝置。
2）在舉升機立柱的不同高度上分別設(shè)置若干止動板以及升降臂端部對應(yīng)于止動板處分別設(shè)置有可轉(zhuǎn)動的鎖鉤。
3）采用適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導(dǎo)軌鉗制器。
2.2.2確定總體設(shè)計方案
方案一：原動機采用一個電機，電機通過普通V帶傳動將運動和力矩傳遞到右側(cè)螺桿，螺旋傳動將右側(cè)螺桿的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動，左側(cè)螺桿的轉(zhuǎn)動通過傳動比為1的鏈傳動傳遞到右側(cè)螺桿，實現(xiàn)左右螺桿的同步運動，即右側(cè)螺桿將轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為螺母的直線運動。原理如圖2.1。
圖2.1 單電機舉升機傳動方案原理圖
方案二：原動機為分別安裝在左右立柱上的兩電機，通過兩電機的通斷電實現(xiàn)左右螺桿的同步運動，螺桿把轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運動，從而是螺母同步上下運動，實現(xiàn)汽車升降。
圖2.2 雙電機舉升機傳動方案原理圖
總結(jié)，根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，方案一結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性較低，而方案二可以省去機械的同步運動機構(gòu)，簡化了機械結(jié)構(gòu)，并且耗電量上兩方案區(qū)別不大，因此，本雙柱機械式汽車舉升機選擇方案二。
第三章 原動機選擇及運動學(xué)分析
3.1原動機的計算選擇
3.1.1選擇原動機類型和結(jié)構(gòu)
原動機選擇最常見的Y系列三相異步電動機，它是按國際電工委員會（IEC）標準設(shè)計的。其中Y系列（IP44）電動機為籠型封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴侵入電機內(nèi)部，自扇冷卻；可采用全壓或降壓啟動，B級絕緣[13]。
3.1.2原動機轉(zhuǎn)速選擇及功率計算
考慮到舉升機的上升速度，選擇滑動螺旋副的轉(zhuǎn)速為240r/min，又因為立柱箱體尺寸，選定帶傳動傳動比為i = 4，則電動機的轉(zhuǎn)速選擇為6級，同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速約為960r/min。根據(jù)舉升機設(shè)計要求，F(xiàn) = 22050N。
根據(jù)滑動螺旋傳動的驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
則滑動螺旋副所需功率，電動機的功率為。傳動裝置的總效率，其中，η1為帶傳動效率，取0.96；η2軸承效率，取0.98。
綜上，電動機的功率P=2.2kw。
根據(jù)機械設(shè)計手冊選擇Y112M-6，其各項參數(shù)如表3.1。
表3.1 電機Y112M-6各項參數(shù)
電機型號
額定功率
kw
滿載轉(zhuǎn)速r/min
啟動轉(zhuǎn)矩
N.m
最大轉(zhuǎn)矩
N.m
Y112M-6
2.2
940
2.0
2.2
第四章 帶傳動分析設(shè)計
4.1帶傳動簡介及類型選擇
帶傳動是利用張緊在帶輪上的傳動帶，借助帶和帶輪間的摩擦或嚙合來傳遞運和力 的。帶傳動具有傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、造價低廉、不需潤滑和能緩傳動吸振等優(yōu)點，在機械傳動中被廣泛的應(yīng)用[1]。
根據(jù)帶傳動原理不同,帶傳動可分為摩擦型和嚙合型兩大類,前者過載可以打滑,但傳動比不準確(滑動率在2%以下);后者可保證同步傳動。根據(jù)帶的形狀可分為平帶傳動，v帶傳動和同步帶傳動。根據(jù)用途，有一般工業(yè)用途、汽車用和農(nóng)機用之分[1]。
帶傳動的功率損失方式共有四種：滯后損失、滑動損失、空氣阻力和軸承摩擦損失。鑒于上述功率損失，帶傳動的效率約在0.8~0.98范圍內(nèi)，根據(jù)帶的種類而定。各種類帶傳動的效率如表4.1。
表4.1 各類帶傳動的效率
帶的種類
效率（％）
平帶
83~98
有張緊輪的平帶
80~95
普通V帶
簾布結(jié)構(gòu)
繩芯結(jié)構(gòu)
87~92
92~96
窄V帶
90~95
多楔帶
92~97
同步帶
93~98
根據(jù)汽車舉升機的工況條件和第三章電機的容量，選擇效率較高、最常見的普通V帶傳動，結(jié)構(gòu)為繩芯結(jié)構(gòu)。繩芯結(jié)構(gòu)的普通V帶當量摩擦因數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動比大、預(yù)緊力小，而且?guī)w較柔軟，曲撓疲勞性好。
4.2帶傳動設(shè)計計算
4.2.1帶傳動設(shè)計初始條件
根據(jù)第三章的總體分析，確定帶傳動設(shè)計的初始條件，見表4.2。
表4.2 帶傳動設(shè)計初始條件
項目
值
單位
電機功率
2.2
Kw
大帶輪轉(zhuǎn)速n2
940
R/min
小帶輪轉(zhuǎn)速n1
240
R/min
4.2.2帶傳動主要失效形式和設(shè)計依據(jù)
1)帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力
2）帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷
3）帶的工作面磨損
保證帶傳動在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強度和使用壽命是V帶傳動設(shè)計的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動的其他帶傳動設(shè)計的主要依據(jù)。
4.2.3帶傳動設(shè)計計算
1、 設(shè)計功率
KA - 工況系數(shù)，由于舉升機載荷變化較大并且一般每天工作小時數(shù)不大于10
小時，查表取1.1
P - 傳遞的功率， P = 2.2 * 0.96 = 2.11kw
2、 選定帶型
根據(jù)設(shè)計功率Pd和小帶輪帶速n1選取帶型為A型。
3、 傳動比
4、 小帶輪基準直徑
為提高V帶的壽命，原則上宜選取較大的直徑，但由于立柱空間的限制，現(xiàn)選擇小帶輪基準直徑。
5、 大帶輪基準直徑
，按機械設(shè)計手冊選取大帶輪基準直徑標準值。
6、 帶速
dp1 - 大帶輪的節(jié)圓直徑，通常帶輪的節(jié)圓直徑可視為基準直徑
對于普通V帶，，滿足條件。
7、 初定軸間距
，所以
8、 所需基準長度
，其中，按機械設(shè)計手冊選取基準長度
9、 實際軸間距
安裝時所需最小軸間距：
10、 小帶輪包角
11、 單根V帶傳遞額定功率
根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。
12、 傳動比i ≠ 1的額定功率增量
根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。
13、 V帶根數(shù)
，取4根V帶
式中，Ka - 小帶輪包角修正系數(shù)，查表取0.85，
KL - 帶長修正系數(shù)，查表取0.93。
4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計
1、 帶輪設(shè)計要求
設(shè)計帶輪時，應(yīng)使其結(jié)構(gòu)便于制造，質(zhì)量分布均勻，重量輕，并避免由于鑄造應(yīng)力產(chǎn)生過大的內(nèi)應(yīng)力。V ＞ 5m/s時要進行靜平衡，V ＞ 25m/s時則應(yīng)進行動平衡。
輪槽工作表面應(yīng)光滑，以減少V帶的磨損。
2、 帶輪材料
帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金或工程材料等。灰鑄鐵應(yīng)用最廣，當v≤30m/s時用HT200，v≥25~45m/s，則宜采用孕育鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓-焊接帶輪。
小功率傳動可用鑄鋁或塑料。
3、 帶輪的結(jié)構(gòu)
帶輪由輪緣、輪輻和輪轂三部分組成。輪輻部分有實心、孔板和橢圓輪輻等三種。
通過查找機械手冊，確定小帶輪為實心輪，大帶輪為孔板輪，材料都為HT200。
第五章 舉升機構(gòu)分析設(shè)計
5.1舉升機構(gòu)的分析選擇
螺旋傳動的基本原理是通過螺桿和螺母的旋合傳遞運動和動力。螺旋傳動主要是將旋轉(zhuǎn)運動變成直線運動，可以以較小的力矩獲得很大的推力，或者用作調(diào)整零件的相互位置。當螺旋傳動不自鎖時，也可以將直線運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運動。
根據(jù)螺紋副摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動，各類螺旋傳動的特點和應(yīng)用舉例見表5.1。
表5.1 各類螺旋傳動的特點和應(yīng)用[2]
種類
滑動螺旋傳動
滾動螺旋傳動
靜壓螺旋傳動
特點
1. 摩擦阻力大，傳動效率低
2. 結(jié)構(gòu)簡單，加工方便
3. 易于自鎖
4. 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行
5. 螺紋有側(cè)向間隙，反向時有空程
6. 磨損快
1. 摩擦阻力小，傳動效率高
2. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難
3. 具有傳動可逆性
4. 運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動時無顫動，低速時不爬行
5. 抗沖擊性能較差
6. 工作壽命長，不易發(fā)生故障
1. 摩擦阻力極小，傳動效率高
2. 螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜
3. 具有傳動可逆性
4. 工作平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象
5. 反向時無空程
6. 磨損小，壽命長
7. 需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統(tǒng)
應(yīng)用舉例
金屬切削機床的進給、分度機構(gòu)的螺旋傳動，摩擦壓力機，千斤頂?shù)膫髁β菪?
金屬切削機床、測試機械、儀器的傳動螺旋和調(diào)整螺旋等
精密機床的進給、分度機構(gòu)的傳動螺旋
根據(jù)雙柱機械式汽車舉升機的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋傳動的特點和應(yīng)用，選擇滑動螺旋傳動作為汽車舉升機的舉升機構(gòu)。
滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，三種主要螺紋的特點和應(yīng)用見表5.2
表5.2 三種螺紋副的螺紋種類、特點和應(yīng)用[2]
種類
特點
應(yīng)用
梯形螺紋
牙根強度高，螺紋的工藝性好；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對中性好，不易松動；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；效率較低
用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機床的絲桿、載重螺旋式起重機
鋸齒形螺紋
外螺紋牙根處有相當大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動載強度；大徑處無間隙，便于對中；和梯形螺紋一樣都有螺紋強度高、工藝性好的特點，但有更高的效率
用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機的傳力螺旋、火炮的炮栓機構(gòu)
矩形螺紋
傳動效率高，但精度制造困難；螺紋強度比梯形螺紋和鋸齒形螺紋低，對中精度低，螺紋副磨損后的間隙難以補償與修復(fù)
用于傳力螺旋和傳動螺旋，如一般起重機
根據(jù)雙柱機械式汽車舉升機的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋副的特點和應(yīng)用，此汽車舉升機的滑動螺旋傳動的螺紋副選擇梯形螺紋，為保證螺旋副的自鎖性，取螺紋頭數(shù)為單頭螺紋。
滑動螺紋傳動的螺母結(jié)構(gòu)通常有三種，分別是整體螺母、組合螺母和剖分式螺母，三種螺母結(jié)構(gòu)的特點見表5.3。
表5.3 三種螺母結(jié)構(gòu)的特點
種類
整體螺母
組合螺母
剖分式螺母
特點
結(jié)構(gòu)簡單，但由于磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適用于精度較低的螺旋傳動
結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以定期的調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉(zhuǎn)動的空程
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以補償旋合螺紋的磨損
雖然組合螺母和剖分式螺母有補償間隙、避免反轉(zhuǎn)空程或補償磨損的優(yōu)點，但是組合螺母和剖分式螺母結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，且剖分式螺母主要運用于傳導(dǎo)螺旋中，所以本舉升機選擇整體螺母。組合螺母結(jié)構(gòu)見圖5.1，其中1 - 固定螺釘；2 - 調(diào)整螺釘；3 - 調(diào)整楔塊。剖分式螺母機構(gòu)見圖5.2。
圖5.1 組合式螺母結(jié)構(gòu)圖
圖5.2 剖分式螺母結(jié)構(gòu)圖
總結(jié)，此雙柱機械式汽車舉升機選擇滑動螺旋傳動，梯形螺紋和整體螺母作為舉升機構(gòu)。
5.2滑動螺旋副的設(shè)計計算
根據(jù)上一節(jié)分析，滑動螺旋副采用梯形螺紋，整體螺母結(jié)構(gòu)，額定舉升質(zhì)量3000kg，最大舉升高度2000mm，全程t≤1min。
5.2.1 材料的選擇
螺桿和螺母材料除應(yīng)具有足夠的強度和良好的加工性能外，相互旋合應(yīng)具有交的的摩擦系數(shù)和較高的耐磨性。所以，本汽車舉升機的螺桿應(yīng)進行熱處理，以保證其耐磨性。
對于中等精度的一般傳動，螺桿材料選擇45鋼，熱處理過程為：預(yù)備熱處理：正火（170~200HBS）；最終熱處理：調(diào)質(zhì)（220~250HBS）。
傳統(tǒng)螺母材料選擇鋁青銅ZCuAl10Fe3Mn2，該材料和鋼制螺桿配合，摩擦系數(shù)低，強度高，適用于重載、低速傳動。
5.2.2耐磨性
滑動螺旋副的失效主要是螺紋磨損，因此螺桿的直徑和螺母高度通常是根據(jù)耐磨性計算確定的。
1、螺桿中徑
矩形螺紋 ξ= 0.8；
F-單柱軸向載荷，1.5為安全系數(shù)
[p]-許用壓強，取15
ψ值根據(jù)螺母的形式選定，整體母取2.5~3.5
由于要同時滿足螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強度、螺紋牙強度、螺桿穩(wěn)定性和橫向振動等設(shè)計要求，所以螺桿中徑d2取35mm，再由標準中選取公稱直徑d = 40和螺距 P = 10。
2、螺母高度
3、旋合圈數(shù)
4、螺紋的工作高度
梯形螺紋h = 0.5×P = 0.5×10 = 5
5、工作壓強
5.2.3驗算自鎖
要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。
5.2.4螺桿強度：校核當量應(yīng)力
傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險截面的強度；
其中，驅(qū)動轉(zhuǎn)矩
5.2.5螺紋牙強度
青銅或鑄鐵螺母以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的抗剪和抗彎強度。
1. 螺紋牙底寬度
梯形螺紋
2. 螺桿抗剪強度
3. 螺桿抗彎強度
4. 螺母抗剪強度
5. 螺母抗彎強度
5.2.6螺桿的穩(wěn)定性
當螺桿受壓力，其長徑比又很大時，容易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性，其直徑也可按穩(wěn)定性確定。
螺桿的端部結(jié)構(gòu)采用兩端固定，取長度系數(shù)μ=0.5。螺桿的最大工作長度l = 2000mm。螺桿危險截面的軸慣性矩。螺桿危險截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，對于鋼，取E=2.06e5。
當時,螺桿的臨界載荷為：
則，滿足條件。
5.2.7橫向振動-驗算臨界轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速高的長螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動，還應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速。
n = 240r/min ≤ 0.8nc = 255r/min ，滿足條件。
lc - 螺桿兩支承間的最大距離，取lc = 2300 mm
μ1 - 系數(shù)，與螺桿的端部固定結(jié)構(gòu)有關(guān)，查表去4.730
5.2.8 驅(qū)動轉(zhuǎn)矩和效率
第六章 支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計
6.1 支撐機構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計
升降臺的懸臂部分是屬于本汽車舉升機的支撐機構(gòu)。當目標汽車進入到汽車舉升機的范圍里時，整個支撐機構(gòu)就通過改變懸臂的角度和長度來改變懸臂的整個工作范圍的寬度。本汽車舉升機設(shè)計的支撐機構(gòu)為對稱式懸臂，這樣設(shè)計有利于保持維修汽車的穩(wěn)定，使立柱中各機構(gòu)的受力更均勻，同時又滿足了各類汽車所需的距離，如圖6.1所示：
圖6.1 對稱式懸臂的工作范圍示意圖
其中，圖中方格陰影部分就是懸臂的工作范圍，能夠滿足各類轎車的寬度。
圖6.2 懸臂結(jié)構(gòu)圖
懸臂采用兩段式，可以自由伸長或縮短，伸縮范圍為250mm，見圖6.2。懸臂材料選擇Q235焊接而成。
6.2 支撐機構(gòu)的應(yīng)力校核
本節(jié)將通過簡化模型對支撐結(jié)構(gòu)進行校核，整個懸臂可以簡化為一懸臂梁，施加載荷在懸臂梁的末端，懸臂梁截面為一空心矩形。下面將分別校核懸臂彎曲正應(yīng)力和彎曲切應(yīng)力。
6.2.1 校核彎曲切應(yīng)力
通過查閱《材料力學(xué)》可知，彎曲切應(yīng)力的計算公式為：
式中，F(xiàn)s - 橫截面上的剪力；
b - 截面寬度；
Iz - 整個截面對中性軸的慣性矩；
S*z - 截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積對中性軸的靜距。
1） 計算Fs
由本舉升機的設(shè)計要求，懸臂末端Fs = 7450N。
2） 計算Iz
圖6.3 為應(yīng)用SolidWorks截面參數(shù)命令得到的懸臂截面參數(shù)，由此可得：
圖6.3 懸臂截面參數(shù)
3） 計算S*z
由公式可知，要計算Sz，先要求出截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積和形心坐標。
計算可以利用組合法，見圖6.4。由于截面關(guān)于Y軸對稱，因此計算只計算Y軸左側(cè)。
圖6.4 組合法計算形心坐標
所以
化簡可得：
所以懸臂的彎曲切應(yīng)力為：
所以為y = 0時，＜0.6[σ]=141Mpa，滿足條件。
6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力
通過查閱《材料力學(xué)》可知，懸臂的彎曲正應(yīng)力計算公式為：
，
式中，Mmax - 懸臂最大彎矩；
W - 抗彎截面系數(shù)，與截面的幾何形狀有關(guān)；
Iz - 整個截面對中性軸的慣性矩；
y - 截面上距中性軸為y的橫線。
通過上一小節(jié)的計算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5N·m。再由以上公式可以計算出懸臂的彎曲正應(yīng)力為：
，滿足條件。
第七章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)分析設(shè)計
7.1導(dǎo)軌類型分析選擇
常用的三種直線運動導(dǎo)軌基本性能見表7.1。滾動直線導(dǎo)軌的運行速度已達200m/min。在歐美各國2/3以上的高速數(shù)控機床都采用了滾動直線導(dǎo)軌。它已在各種現(xiàn)代機械設(shè)備中得到越來越廣泛的應(yīng)用[3]。
表7.1 直線運動導(dǎo)軌基本性能比較
運動形式
滑動導(dǎo)軌
滾動直線導(dǎo)軌
靜壓導(dǎo)軌
摩擦因數(shù)
μ=0.04-0.06
μ=0.003-0.005
μ=0.0005-0.001
運行速度
低速
低速~高速
中速~高速
剛度
高
較高
較低
壽命
三者相近
可靠性
高
較高
較差
根據(jù)本汽車舉升機的工況條件，選擇滾動直線導(dǎo)軌。滾動直線導(dǎo)軌有四方向等載荷型、輕載荷型、分離型、徑向型和交叉滾柱V型直線導(dǎo)軌副。本汽車舉升機選擇四方向等載荷型。
四方向等載荷型滾動直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡圖見圖7.1。這種類型的滾動直線導(dǎo)軌具有以下特點：
1） 滾動體與圓弧溝槽相接觸，與點接觸相比承載能力大，剛性好；
2） 摩擦因數(shù)小，一般小于0.005，僅為滑動導(dǎo)軌副的1/20~1/50，節(jié)省動力，可以承受上下左右四個方向的載荷。
3） 磨損小，壽命長，安裝、維修、潤滑簡便。運動靈活、無沖擊，在低速微量進給時，能很好地控制位置尺寸。
4） 導(dǎo)軌兩側(cè)各有互成45°的兩列承載滾珠，剛性好，可以承受沖擊及重載，用途較廣，如加工中心、數(shù)控機床、機器人、機械手等。
圖7.1 四方向等載荷型滾動直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡圖
綜上所述，本汽車舉升機的導(dǎo)軌選擇四方向等載荷滾動直線導(dǎo)軌副。
7.2 直線運動系統(tǒng)載荷計算
直線運動系統(tǒng)所承受的載荷受工件重力及重心位置的變化、驅(qū)動力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動及停止時加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。通過查找機械設(shè)計手冊，以下為四滑塊工作臺直線運動系統(tǒng)載荷計算方法。
圖7.2 直線運動系統(tǒng)受載情況計算示意圖
上圖直線運動系統(tǒng)受載計算模型適用于立式導(dǎo)軌勻速運動或靜止的受載計算，常見于工業(yè)用立式機械手、自動噴涂機械、起重機等場合。本汽車舉升機由于舉升速度小，計算中忽略啟動及停止時因慣性力引起的載荷變化，計算公式如下：
式中： W - 外加載荷
P1、P2、... - 垂直于運動平面的支反力
P1T、P2T、... - 平行于運動平面且垂直于導(dǎo)軌的支反力，下同
F - 驅(qū)動（推）力
根據(jù)第三章的總體設(shè)計，本汽車舉升機的左右對稱中心線與導(dǎo)軌中心線的距離為1515mm，由轎車車寬（見表7.2)可計算出外加載荷作用線據(jù)導(dǎo)軌中心線的最長距離為690mm。直線運動系統(tǒng)載荷示意圖見圖7.3。
表7.2 轎車車體車寬（單位：mm）
小型轎車
中小型轎車
中型轎車
大型轎車
165
170
175
190
圖7.3直線運動載荷示意圖
本雙柱機械式汽車舉升機導(dǎo)軌設(shè)置為左右立柱各一根導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌兩個滑塊，共4個滑塊，根據(jù)直線運動系統(tǒng)受載計算公式可以求得：
7.3 滾動直線導(dǎo)軌副壽命計算
滾動功能部件的主要失效形式是滾動元件與滾動軌道的疲勞點蝕與塑性變形，其相應(yīng)的計算準則為壽命（或動載荷）計算和靜載荷計算。某些滾動功能部件還具有滾動體循環(huán)裝置，循環(huán)裝置的失效主要靠正確的制造、安裝與使用維護來避免。
7.3.1壽命計算的基本公式
直線運動滾動功能部件壽命計算的基本公式如下：
滾動體為球時：
（7-3-1）
式中
L - 額定壽命，指一組同樣的直線運動滾動部件，在相同條件下運行，其數(shù)量的90%不發(fā)生疲勞時所能達到的總運行里程，km；
C - 基本額定動載荷，指垂直于運動方向且大小不變地作用于一組同樣的直線運動滾動功能部件上使額定壽命為L = 50km（對球形滾動體）時的載荷，kN；
P - 計算載荷，指直線運動滾動功能部件所承受的垂直于運動方向的載荷，kN；
fH - 硬度系數(shù)，一般廠家滾動元件及滾動軌道表面的實際硬度均在58HRC以上，fH均可取1；
fT - 溫度系數(shù)；
fC - 接觸系數(shù)；
fW - 載荷系數(shù)。
用小時數(shù)表示的額定壽命Lh為：
（7-3-2）
式中
l - 直線運動部件單向行程長度，m；
n - 直線運動部件每分鐘往返次數(shù)，1/min。
7.3.2 滾動導(dǎo)軌副的壽命計算及選用規(guī)格
本雙柱機械式汽車舉升機的設(shè)計工作壽命為五年，按每年300天計算，則共有工作小時數(shù)：
根據(jù)公式（7-3-2）可得：
式中 l - 直線運動部件單相行程長度，取l = 2m
n - 直線運動部件每分鐘往返次數(shù)，根據(jù)實際情況，按一次修車15min
計算，則每分鐘往返次數(shù)為1/15。
再根據(jù)公式（7-3-1）可得:
式中 fH - 硬度系數(shù)，取值為1
fT - 溫度系數(shù)，工作溫度≤100°，取值為1；
fC - 接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌上兩個滑塊，取值為0.81；
fW - 載荷系數(shù)，無外部沖擊或振蕩的低速運動場合，速度小于15m/min，
取值為1.1。
通過查找機械設(shè)計手冊，選用規(guī)格為25，基本額定動載荷為17.7KN的四方向等載荷型直線導(dǎo)軌副,導(dǎo)軌副詳細參數(shù)見圖7.4和圖7.5。
圖7.4 直線導(dǎo)軌滑塊結(jié)構(gòu)
圖7.5 直線導(dǎo)軌副詳細參數(shù)
第八章 鎖緊機構(gòu)分析設(shè)計
8.1 鎖緊機構(gòu)的必要性
汽車舉升機的升降懸臂升到預(yù)定高度后, 必須采用鎖緊裝置將升降懸臂鎖定, 使其在維修過程中不會因為技工維修過程中的振動而使汽車掉落或劇烈振動。汽車舉升機的穩(wěn)定性以及鎖緊機構(gòu)設(shè)計合理, 對維修技工的安全具有重要的保護作用。能否設(shè)計出經(jīng)濟且安全的鎖緊機構(gòu)是舉升機生產(chǎn)廠家提高市場競爭力的又一重要因素。
在現(xiàn)有技術(shù)中, 有下列幾種鎖緊機構(gòu)：
1） 部分廠家在機械結(jié)構(gòu)上設(shè)置包含電磁鐵、彈簧或制動板的鎖緊機構(gòu)。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵的設(shè)計制造質(zhì)量問題不一,易使電磁鐵工作噪聲過大, 而且容易出現(xiàn)被燒毀等問題, 給用戶帶來各種安全隱患。
2） 包含彈簧的鎖緊裝置, 常常因為扭轉(zhuǎn)彈簧本身的制造缺陷、使用壽命等方面從根本上降低了舉升機鎖緊性能, 給舉升機的使用帶來很大的安全隱患。
3） 在汽車舉升機立柱的不同高度上分別設(shè)置若干止動板以及升降懸臂末端部對應(yīng)于止動板處則分別設(shè)置有可以轉(zhuǎn)動的鎖鉤, 當升降懸臂需作上下運動時, 鎖鉤同時向內(nèi)縮進或升降臂停止運動時, 鎖鉤則可以向外伸出并鉤住止動板的頂部, 防止升降懸臂和車輛沿立柱下滑。但此類升降懸臂鎖緊裝置易受結(jié)構(gòu)設(shè)計的限制, 使得鎖鉤不能承受過大的載荷, 容易影響汽車舉升機的最大承載能力；同時, 由于汽車舉升機的升降懸臂在作上下運動時, 其相對應(yīng)的鎖鉤會受外力作用而向里收縮, 然而需定位時, 其外作用力撤去, 此時鎖鉤依靠自重伸出, 使鎖鉤與止動板相扣并將升降懸臂定位, 但是由于這種結(jié)構(gòu)的鎖鉤有可能在伸出時不能全部及時復(fù)位, 因此此類汽車舉升機也容易產(chǎn)生各種事故隱患。
8.2 鎖緊機構(gòu)的原理分析
為了解決上述鎖緊機構(gòu)可能產(chǎn)生的問題，本汽車舉升機采用一種不需要額外夾緊力就能使升降懸臂被安全地鎖緊在適當位置的簡單卻有效的技術(shù)。升降平臺包括兩個特殊的圓環(huán)裝配件，它們通過兩個錐形環(huán)的簡單物理接觸產(chǎn)生的力來卡緊圓柱軸。
當平臺升降時，內(nèi)部非金屬圓環(huán)不會與圓柱軸接觸，所以不會影響平臺自由升降，如圖8.1。
圖8.1 平臺升降時鎖緊機構(gòu)原理圖
圖8.2 平臺升至設(shè)計高度時鎖緊機構(gòu)原理圖
當平臺被升至設(shè)計高度時，停止傳動力，整個平臺的所有重量都施加在外圓環(huán)上，使其產(chǎn)生一個向下的力，這個力通過斜楔的作用傳遞給內(nèi)部圓環(huán)一個水平方向的力。于是，平臺被牢固的鎖緊，如圖8.2。
平臺越重，產(chǎn)生的夾緊力也就越大。這個技術(shù)的優(yōu)點是軸不需要開槽或螺紋，并且成本也得到降低。
8.3 鎖緊機構(gòu)的選擇
在實際生產(chǎn)中，已經(jīng)有采用類似原理的鎖緊機構(gòu)，導(dǎo)軌（光軸）鉗制器便是其一。導(dǎo)軌鉗制器是指直接夾緊直線導(dǎo)軌或者光軸的直線運動輔助配件。NBK公司的導(dǎo)軌鉗制器結(jié)構(gòu)如圖8.3。
圖8.3 導(dǎo)軌鉗制器結(jié)構(gòu)圖
本汽車舉升機選用這種適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導(dǎo)軌鉗制器，防止升降懸臂滑落；制動動力為氣壓，并且為常閉（Normally Closed）型，即當不供給氣壓時，鉗制器依靠特殊彈簧的作用力等夾緊導(dǎo)軌，當向常閉型導(dǎo)軌鉗制器供給氣壓后，解除夾緊。
根據(jù)本汽車舉升機的設(shè)計舉升質(zhì)量3000kg及導(dǎo)軌鉗制器的型號表，選擇保持力為18000N，型號為RBPS-2600的導(dǎo)軌鉗制器，具體尺寸性能見圖8.4。
圖8.4 RBPS-2800尺寸性能
8.4 鎖緊機構(gòu)的校核
上節(jié)選擇導(dǎo)軌鉗制器的主要依據(jù)是導(dǎo)軌鉗制器的保持力，而沒有考慮到與導(dǎo)軌鉗制器配合的直徑為28的光軸。由于光軸屬于細長桿件，細長桿件受壓時時可能會導(dǎo)致壓桿失穩(wěn)，所以本節(jié)將校核光軸的穩(wěn)定性。
1） 選擇校核公式
當壓桿柔度大于等于極限柔度時，稱為大柔度壓桿，此時可以使用歐拉公式；若壓桿的柔度小于極限柔度，此時歐拉公式已不再適用，工程中對于這類壓桿的計算，一般采用以實驗結(jié)果為依據(jù)的經(jīng)驗公式，有兩種常用的經(jīng)驗公式：直線公式和拋物線公式。下面選擇校核公式：
光軸橫截面慣性矩：
光軸橫截面的慣性半徑：
式中，A - 橫截面面積。
光軸的柔度：
式中，μ - 壓桿的長度因數(shù)，該光軸的約束條件為兩端固定，取μ = 0.5。
對于優(yōu)質(zhì)碳鋼（取彈性模量E = 206GPa），壓桿的柔度極限值為：
由于，所以該光軸校核使用計算壓桿穩(wěn)定性的歐拉公式。
2) 校核壓桿穩(wěn)定性
歐拉公式的普遍形式為：
式中， I - 橫截面的慣性矩；
E - 材料彈性模量；
μ - 壓桿的長度因數(shù)，由壓桿的約束條件決定。
對需校核的光軸應(yīng)用歐拉公式可得：
,通過查找機械設(shè)計手冊，按抗不穩(wěn)定計算的安全系數(shù)取3~5，所以直徑為28的光軸滿足條件。
第九章 螺栓連接件的校核
本汽車舉升機有多處連接采用螺紋連接，要校核所有螺紋連接是沒有必要的，本章著重選擇校核升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核與箱體與地基的螺紋校核。
9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核
升降臺與剖分式螺母的螺紋連接是通過鉸制孔用螺栓抗剪切來承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間沒有間隙，接觸表面承受擠壓應(yīng)力；而在連接接合面處，螺栓桿則承受剪切應(yīng)力。因此，應(yīng)分別按擠壓及剪切強度條件計算。升降臺與剖分式螺母螺紋連接的受力示意圖見圖9.1。
圖9.1 螺紋連接示意圖
計算時，我假設(shè)螺栓光桿與孔壁表面上的壓力分布是均勻的，又因為這種連接所受的預(yù)緊力不大，所以不予考慮預(yù)緊力和螺紋摩擦力矩的影響。
根據(jù)《機械設(shè)計》可知，螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為:
螺栓桿的剪切強度條件為：
式中：F - 螺栓所受的工作剪力，N；
d0 - 螺栓剪切面的直徑，mm；
Lmin - 螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。
根據(jù)本汽車舉升機的總體設(shè)計要求，額定舉升高度為3t，所以每個螺栓承受的工作剪力F為：
再由上述公式可得：
預(yù)選擇螺栓的性能等級為4.6，則屈服極限為240MPa。
根據(jù)《機械設(shè)計》可知，螺紋連接件的許用切應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力分別按下列式子確定：
對于鋼，，取根據(jù)《機械設(shè)計》的表5-10，安全系數(shù)分別取。
所以，
滿足要求。
所以，升降臺與剖分式螺母套之間的螺紋連接采用鉸制孔螺栓M18×55，性能等級為4.6。
9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇
箱體與地基之間的螺紋連接采用普通螺栓連接，由于箱體所受傾覆力矩較大，為了防止接合面受壓最大處被壓碎或受壓最小處出現(xiàn)間隙，本節(jié)主要校核受載后地基接合面應(yīng)力的最大值不超過允許值，最小值不小于零，即有：
上式中，，代表受載前由于預(yù)緊力所受的擠壓應(yīng)力；A為接合面的面積；為加載后接合面上所產(chǎn)生的最大的附加擠壓應(yīng)力。由于地基剛性大，螺栓剛度相對較小，可用近似公式計算，式中，W是接合面的有效抗彎截面系數(shù)。接合面材料的許用擠壓應(yīng)力見表9.1。
表9.1 連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力
材料
鋼
鑄鐵
混凝土
磚（水泥漿縫）
木材
/MPa
0.8
（0.4~0.5）
2.0~3.0
1.5~2.0
2.0~4.0
根據(jù)設(shè)計，螺紋連接預(yù)選為M20，性能等級為5.6，共有9個螺栓。
根據(jù)《機械設(shè)計》，對于鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0，可以按下列公式確定：
碳素鋼螺栓： 。此處的螺栓性能等級選擇5.6，則屈服極限為300MPa。A1為螺栓危險截面面積，所以有：
這里F0取47100N。
由于箱體地面為一矩形，長為417mm，寬為390mm，所以抗彎截面系數(shù)為:。
根據(jù)額定舉升質(zhì)量和舉升機尺寸可以算出：
。又根據(jù)汽車舉升機的總體設(shè)計，箱體與地基的接合面的有效面積A = 159896mm2。
綜上可得：
由上數(shù)據(jù)可知，螺栓預(yù)緊力過大，現(xiàn)取F0 = 20000N，再代入公式計算得：
滿足條件。
所以為了防止箱體與地基接合面受壓最大處被壓潰和最小受壓處有間隙，取螺栓預(yù)緊力F0 = 20000N。
第十章 結(jié)論與建議
10.1 結(jié)論
通過對汽車舉升機傳動方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析計算，依據(jù)現(xiàn)有舉升機的傳動方式和結(jié)構(gòu)，選擇了相對簡單可靠的傳動方式。同時，對主要的承重部件進行了強度以及剛度的校核；對螺旋傳動裝置、皮帶傳動裝置進行了選擇與校核計算，對重要螺紋連接進行了選擇與校核計算；通過對鎖緊安全裝置的設(shè)計從而保證了設(shè)計機械的安全實用性；
10.2 建議
該舉升機還有需要改進的地方：
1、 鎖緊安全機構(gòu)可以不選用的氣動的導(dǎo)軌鉗制器，可以設(shè)計成電磁控制的導(dǎo)軌鉗制器。
2、 螺母材料可以采用含油MC尼龍螺母，使舉升機經(jīng)久耐用，噪音小，價格便宜。
參 考 文 獻
[1] 機械設(shè)計手冊編委會.機械設(shè)計手冊單行本帶傳動和鏈傳動[M].北京:機械工業(yè)出版社,2007.2.
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致 謝
首先感謝我們的學(xué)校，在設(shè)計過程中，學(xué)校給我們配備了從軟件到硬件等一系列的方便，從而使我們在設(shè)計過程中能夠?qū)Ｐ牡难芯?/div>
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