机械毕业设计论文机械式双柱汽车举升机设计副本.docx
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机械毕业设计论文机械式双柱汽车举升机设计副本
机械毕业设计(论文)-机械式双柱汽车举升机设计-副本
摘要
双柱机械式汽车举升机通过支撑汽车底盘或车身的某一部分,是使汽车升降的设备。
汽车举升机在维修保养中发挥至关重要的作用,无论是整车大修还是小修保养,都离不开他。
机械式汽车举升机作为整个汽车举升机中的一员,他有着其他举升机不具有的优势,例如它的工作范围广,可以维修高顶棚车辆,工作占用空间小等。
本文较全面的介绍了举升机的种类,在确定所要设计的方案之后,针对举升机的结构及特点要求进行了设计与说明。
具体说,涉及原动机分析选择,带传动分析设计,螺旋传动分析设计,导轨分析选择,支撑悬臂应力校核,锁紧机构的选择。
本课题所设计的是双柱机械式汽车举升机。
关键字:
螺旋传动;带传动;汽车举升机;弯曲应力
ABSTRACT
Two-sidedmechanicalautomobileliftmachineisequipmenttomakethecarliftingbysupportingacertainpartoftheautomobilechassisorbody.Automobileliftmachineplayacrucialroleinmaintenanceofboththevehicleoverhaulandminorrepairandmaintenance,whichcannotbereplaced.Mechanicalliftersisamemberofthecarliftingmachinefamily,ithasadvantagesthatotherliftingmachinedoesnothave,suchasitsworkscopeiswide,beingcapableofrepairingvehicleswithhighceiling,workspaceissmall,etc.Thispapercomprehensivelyintroducestheclassificationoftheliftingmachineanddesigntheliftandmakeillustrationbasedonthestructureandcharacteristicsoftheliftingmachineafterdecidingdesignscheme.Specifically,thepaperinvolvestheanalysisofmotor,belttransmission,screwtransmissionandguiderail,stresscheckingofcantileverandthechoiceofthelockingmechanism.Thistopicisadesignoftwo-sidedmechanicalautomobileliftmachine.
Keywords:
screwtransmission;belttransmission;automobilelift;bendingstress
全套设计,请加12401814
第一章绪论1
1.1汽车举升机简介及发展概况1
1.2汽车举升机分类2
第二章举升机设计任务和总体方案设计5
2.1举升机设计任务5
2.2举升机总体方案设计5
2.2.1拟定设计方案5
2.2.2确定总体设计方案6
第三章原动机分析选择9
3.1原动机的计算选择9
3.1.1选择原动机类型和结构9
3.1.2原动机转速选择及功率计算9
第四章带传动分析设计10
4.1带传动简介及类型选择10
4.2带传动设计计算10
4.2.1带传动设计初始条件10
4.2.2带传动主要失效形式和设计依据11
4.2.3带传动设计计算11
4.2.4带轮结构设计12
5.1举升机构的分析选择14
5.2滑动螺旋副的设计计算16
5.2.1材料的选择16
5.2.2耐磨性16
5.2.3验算自锁17
5.2.4螺杆强度:
校核当量应力18
5.2.5螺纹牙强度18
5.2.6螺杆的稳定性18
5.2.7横向振动-验算临界转速19
5.2.8驱动转矩和效率19
第六章支撑机构结构分析设计20
6.1支撑机构结构设计20
6.2支撑机构应力校核21
6.2.1校核弯曲切应力21
6.2.2校核弯曲正应力22
第七章导轨结构分析设计24
7.1导轨类型分析选择24
7.2直线运动系统载荷计算25
7.3滚动直线导轨副寿命计算26
7.3.1寿命计算的基本公式26
7.3.2滚动导轨副的寿命计算及选用规格27
第八章锁紧机构分析设计30
8.1锁紧机构的必要性30
8.2锁紧机构原理分析30
8.3锁紧机构的选择32
8.4锁紧机构的校核33
第九章螺栓连接件的校核35
9.1升降台与剖分式螺母套的螺纹校核35
9.2箱体与地基的螺纹校核36
第十章结论39
参考文献40
致谢41
第一章绪论
1.1汽车举升机简介及发展概况
汽车举升机在汽车保养和维修行业中占有重要地位。
汽车举升机根据保养维修工况,将需要保养或维修的汽车可靠安全地从地面举升至另一合适高度,以便于工人的保养维修工作的设备。
因此,汽车举升机具有至关重要及难以替代的作用,是汽车保养维修行业中最基本的维修设备之一。
早在20世纪初期,汽车维修特别是汽车底盘维修时,汽车维修技术工人一般通过钻到车底下进行故障诊断与维修,但是这种维修方法空间比较狭小、光线比较阴暗,并且不利于维修人员长时间在车底作业,导致维修效率很低。
最初出现的举升机由电力驱动,可以把汽车升到空中,但是举升的高度不高。
到了20世纪20年代,Weaver和Manley等生产的汽车举升机最大举升高度可以达到4英尺,并且可以根据工况需求在最高高度下对举升高度进行任意调整,举升机通过支撑车轴把汽车举升起来,这样保证了汽车被举起后车轮可以自由转动。
在1925年,美国的Rotary公司创始人Lunati偶然受到理发师座椅原理的启发,制造出世界上第一台液压举升机,这使修理汽车变得更加容易。
之后又出现了单柱框架接触式举升机,它保证了工作人员可以方便地对4个车轮维修,但是该设计方案的代价是牺牲了车底空间,使得工作人员无法对车底的某些部位进行维修。
随后两柱举升机的出现使得技师可以方便维修汽车底盘区域的故障。
随着科学技术的发展,制造厂家逐渐把举升技术和自动化控制技术结合在一起,通过电子设备来控制举升机的举升动作,同时设计开发了多种成熟的安全保障装置,使工作人员具有执行各种维修操作的能力。
中国的汽车举升机起步较晚,直到20世纪80年代初才根据外国的技术生产。
汽车举升机因为便于技师维修工作,所以逐渐代替了以前常用的地沟模式。
并且随着我国汽车工业的繁荣,随之形成了一个庞大的汽车周边市场,汽车举升机的市场扩大迅速。
到了2000年,举升机产品形式和种类已发展到各式各样,并且成为汽车维修行业取得二级维修资质必备的汽修设备。
随着我国汽车保有量的不断增多,私人购买汽车成为主流,汽车售后市场得到蓬勃发展,汽车举升机成为一种使用频率极高而且几乎不可或缺的汽车维修设备。
自从中国加入WTO后,中国汽车维修业受到的影响是巨大的。
外国汽车厂商为适应售后服务的要求,外国维修业开始相继进入中国市场,外国汽车维修业的进军给中国汽车维修市场提供了一个较为先进和高效的国际技术环境,这对促进国内汽车维修业的更新改造、加速汽车维修业技术进步是一个机遇,必然会起到良好的推动作用。
现代汽车维修方式必然代替传统汽车的维修方式、维修制度和经营模式。
以往的汽车维修通常就是维修谈维修,而现代汽车维修是集汽车销售、零件销售、资讯及售后服务四位为一体。
维修对象的高科技化、维修设备现代化、维修咨询网络化、维修诊断专业化、维修管理多样化及服务对象的社会化将是现代汽修的新趋势。
国外汽车维修企业通过汽车服务贸易的形式进入国内市场,这使我国汽车维修行业面临严峻挑战,而在汽车维修企业发展要素中,管理、技术、装配和信息将起主导作用。
提倡汽车维修行业的服务优质化、品牌化、数字化,势在必行。
1.2汽车举升机分类
汽车举升机有多种类型,根据传动方式一般可分为机械传动和液压传动,其主要性能对比见表1-1。
其中机械传动举升机由于其结构特点容易发生丝杠或工作螺母滑扣,导致所举汽车跌落或丝杠卡死等故障,存在很大的安全隐患。
液压传动举升机由于其性能优势逐渐成为主流的举升机产品类型。
表1.1根据传动方式分类
种类名称
优点
缺点
机械传动举升机
结构简单,价格便宜
机械磨损大,易发生汽车跌落
液压传动举升机
安全性能好、运行平稳、维护简单以及工作效率高
成本高
近年来,随着材料学科和其他相关学科的发展,机械式汽车举升机开始展显出新的活力。
图1.1是现在正在销售的德国康索举升设备。
图1.1德国康索举升设备
根据结构类型来分,有双柱式、四柱式和剪式,其主要性能对比见表1-2。
机械式举升机:
同步性虽好,但机械维护成本高(需要换铜螺母及轴承)。
机械传动可以是钢丝或链条,但这样设计有一个缺点:
如果钢丝或者链条在工作中有略微伸长,就会导致升降时拖架的移动不能同步。
液压式举升机:
维护成本较低,单缸同步性好,但是双缸同步性较差。
液压式细分又可分为单缸式和双缸式,单缸又分两种:
老单缸和新单缸,双缸又分龙门式和无地板式。
单缸同步性虽好,但油缸机械式连接在对面立柱的托架上。
双柱式液压举升机:
液压举升,维修较少。
质量较稳定,下降时需要两边拉开保险才能下降。
油缸置于下部比较占用下面的空间。
四柱式举升机:
四柱式同时具有双柱式液压举升机的特点和实现四轮定位的检测,安装升举更加方便,一般在中大型的修理场中有广泛的应用。
四柱式举升机见图1.2。
图1.2四柱式举升机
剪式举升机:
举升平稳,安全性高,但是剪式举升机的精度要求高,容易卡死。
剪式举升机见图1.3。
图1.3剪式汽车举升机
表1.2根据结构类型分类
种类名称
优点
缺点
双柱式举升机
同步性好,占地面积较小
机械式机械磨损较大;液压是成本高;
四柱式举升机
适合四轮定位结构的使用
占地面积较大
剪式举升机
安全性高,操作简单;空间利用率高
精度要求较高,易发生举升平台不平衡,单边升降
第二章举升机设计任务和总体方案设计
第三章原动机选择及运动学分析
第四章带传动分析设计
4.1带传动简介及类型选择
带传动是利用张紧在带轮上的传动带,借助带和带轮间的摩擦或啮合来传递运和力的。
带传动具有传动平稳、结构简单、造价低廉、不需润滑和能缓传动吸振等优点,在机械传动中被广泛的应用[1]。
根据带传动原理不同,带传动可分为摩擦型和啮合型两大类,前者过载可以打滑,但传动比不准确(滑动率在2%以下);后者可保证同步传动。
根据带的形状可分为平带传动,v带传动和同步带传动。
根据用途,有一般工业用途、汽车用和农机用之分[1]。
带传动的功率损失方式共有四种:
滞后损失、滑动损失、空气阻力和轴承摩擦损失。
鉴于上述功率损失,带传动的效率约在0.8~0.98范围内,根据带的种类而定。
各种类带传动的效率如表4.1。
表4.1各类带传动的效率
带的种类
效率(%)
平带
83~98
有张紧轮的平带
80~95
普通V带
帘布结构
绳芯结构
87~92
92~96
窄V带
90~95
多楔带
92~97
同步带
93~98
根据汽车举升机的工况条件和第三章电机的容量,选择效率较高、最常见的普通V带传动,结构为绳芯结构。
绳芯结构的普通V带当量摩擦因数大,工作面与轮槽粘附着好,允许包角小、传动比大、预紧力小,而且带体较柔软,曲挠疲劳性好。
4.2带传动设计计算
4.2.1带传动设计初始条件
根据第三章的总体分析,确定带传动设计的初始条件,见表4.2。
表4.2带传动设计初始条件
项目
值
单位
电机功率
2.2
Kw
大带轮转速n2
940
R/min
小带轮转速n1
240
R/min
4.2.2带传动主要失效形式和设计依据
1)带在带轮上打滑,不能传递动力
2)带由于疲劳产生脱层、撕裂和拉断
3)带的工作面磨损
保证带传动在工作中不打滑,并具有一定的疲劳强度和使用寿命是V带传动设计的主要依据,也是靠摩擦传动的其他带传动设计的主要依据。
4.2.3带传动设计计算
1、设计功率
KA-工况系数,由于举升机载荷变化较大并且一般每天工作小时数不大于10
小时,查表取1.1
P-传递的功率,P=2.2*0.96=2.11kw
2、选定带型
根据设计功率Pd和小带轮带速n1选取带型为A型。
3、传动比
4、小带轮基准直径
为提高V带的寿命,原则上宜选取较大的直径,但由于立柱空间的限制,现选择小带轮基准直径
。
5、大带轮基准直径
,按机械设计手册选取大带轮基准直径标准值
。
6、带速
dp1-大带轮的节圆直径,通常带轮的节圆直径可视为基准直径
对于普通V带,
,满足条件。
7、初定轴间距
,所以
8、所需基准长度
,其中
,按机械设计手册选取基准长度
9、实际轴间距
此处删减NNNNNNNN字
需全套设计请联系12401814
化简可得:
所以悬臂的弯曲切应力为:
所以
为y=0时,
<0.6[σ]=141Mpa,满足条件。
6.2.2校核弯曲正应力
通过查阅《材料力学》可知,悬臂的弯曲正应力计算公式为:
,
式中,Mmax-悬臂最大弯矩;
W-抗弯截面系数,与截面的几何形状有关;
Iz-整个截面对中性轴的惯性矩;
y-截面上距中性轴为y的横线。
通过上一小节的计算可知,Iz=3631840mm4;支撑悬臂的最长距离为1010mm,所以Mmax=1010*7450=7524.5N·m。
再由以上公式可以计算出悬臂的弯曲正应力为:
,满足条件。
第七章导轨结构分析设计
7.1导轨类型分析选择
常用的三种直线运动导轨基本性能见表7.1。
滚动直线导轨的运行速度已达200m/min。
在欧美各国2/3以上的高速数控机床都采用了滚动直线导轨。
它已在各种现代机械设备中得到越来越广泛的应用[3]。
表7.1直线运动导轨基本性能比较
运动形式
滑动导轨
滚动直线导轨
静压导轨
摩擦因数
μ=0.04-0.06
μ=0.003-0.005
μ=0.0005-0.001
运行速度
低速
低速~高速
中速~高速
刚度
高
较高
较低
寿命
三者相近
可靠性
高
较高
较差
根据本汽车举升机的工况条件,选择滚动直线导轨。
滚动直线导轨有四方向等载荷型、轻载荷型、分离型、径向型和交叉滚柱V型直线导轨副。
本汽车举升机选择四方向等载荷型。
四方向等载荷型滚动直线导轨副结构简图见图7.1。
这种类型的滚动直线导轨具有以下特点:
1)滚动体与圆弧沟槽相接触,与点接触相比承载能力大,刚性好;
2)摩擦因数小,一般小于0.005,仅为滑动导轨副的1/20~1/50,节省动力,可以承受上下左右四个方向的载荷。
3)磨损小,寿命长,安装、维修、润滑简便。
运动灵活、无冲击,在低速微量进给时,能很好地控制位置尺寸。
4)导轨两侧各有互成45°的两列承载滚珠,刚性好,可以承受冲击及重载,用途较广,如加工中心、数控机床、机器人、机械手等。
图7.1四方向等载荷型滚动直线导轨副结构简图
综上所述,本汽车举升机的导轨选择四方向等载荷滚动直线导轨副。
7.2直线运动系统载荷计算
直线运动系统所承受的载荷受工件重力及重心位置的变化、驱动力F及工作阻力R作用位置的变化、启动及停止时加速或减速引起的速度变化等因素的影响而发生变化。
通过查找机械设计手册,以下为四滑块工作台直线运动系统载荷计算方法。
图7.2直线运动系统受载情况计算示意图
上图直线运动系统受载计算模型适用于立式导轨匀速运动或静止的受载计算,常见于工业用立式机械手、自动喷涂机械、起重机等场合。
本汽车举升机由于举升速度小,计算中忽略启动及停止时因惯性力引起的载荷变化,计算公式如下:
式中:
W-外加载荷
P1、P2、...-垂直于运动平面的支反力
P1T、P2T、...-平行于运动平面且垂直于导轨的支反力,下同
F-驱动(推)力
根据第三章的总体设计,本汽车举升机的左右对称中心线与导轨中心线的距离为1515mm,由轿车车宽(见表7.2)可计算出外加载荷作用线据导轨中心线的最长距离为690mm。
直线运动系统载荷示意图见图7.3。
表7.2轿车车体车宽(单位:
mm)
小型轿车
中小型轿车
中型轿车
大型轿车
165
170
175
190
图7.3直线运动载荷示意图
本双柱机械式汽车举升机导轨设置为左右立柱各一根导轨,每根导轨两个滑块,共4个滑块,根据直线运动系统受载计算公式可以求得:
7.3滚动直线导轨副寿命计算
滚动功能部件的主要失效形式是滚动元件与滚动轨道的疲劳点蚀与塑性变形,其相应的计算准则为寿命(或动载荷)计算和静载荷计算。
某些滚动功能部件还具有滚动体循环装置,循环装置的失效主要靠正确的制造、安装与使用维护来避免。
7.3.1寿命计算的基本公式
直线运动滚动功能部件寿命计算的基本公式如下:
滚动体为球时:
(7-3-1)
式中
L-额定寿命,指一组同样的直线运动滚动部件,在相同条件下运行,其数量的90%不发生疲劳时所能达到的总运行里程,km;
C-基本额定动载荷,指垂直于运动方向且大小不变地作用于一组同样的直线运动滚动功能部件上使额定寿命为L=50km(对球形滚动体)时的载荷,kN;
P-计算载荷,指直线运动滚动功能部件所承受的垂直于运动方向的载荷,kN;
fH-硬度系数,一般厂家滚动元件及滚动轨道表面的实际硬度均在58HRC以上,fH均可取1;
fT-温度系数;
fC-接触系数;
fW-载荷系数。
用小时数表示的额定寿命Lh为:
(7-3-2)
式中
l-直线运动部件单向行程长度,m;
n-直线运动部件每分钟往返次数,1/min。
7.3.2滚动导轨副的寿命计算及选用规格
本双柱机械式汽车举升机的设计工作寿命为五年,按每年300天计算,则共有工作小时数:
根据公式(7-3-2)可得:
式中l-直线运动部件单相行程长度,取l=2m
n-直线运动部件每分钟往返次数,根据实际情况,按一次修车15min
计算,则每分钟往返次数为1/15。
再根据公式(7-3-1)可得:
式中fH-硬度系数,取值为1
fT-温度系数,工作温度≤100°,取值为1;
fC-接触系数,每根导轨上两个滑块,取值为0.81;
fW-载荷系数,无外部冲击或振荡的低速运动场合,速度小于15m/min,
取值为1.1。
通过查找机械设计手册,选用规格为25,基本额定动载荷为17.7KN的四方向等载荷型直线导轨副,导轨副详细参数见图7.4和图7.5。
图7.4直线导轨滑块结构
图7.5直线导轨副详细参数
第八章锁紧机构分析设计
8.1锁紧机构的必要性
汽车举升机的升降悬臂升到预定高度后,必须采用锁紧装置将升降悬臂锁定,使其在维修过程中不会因为技工维修过程中的振动而使汽车掉落或剧烈振动。
汽车举升机的稳定性以及锁紧机构设计合理,对维修技工的安全具有重要的保护作用。
能否设计出经济且安全的锁紧机构是举升机生产厂家提高市场竞争力的又一重要因素。
在现有技术中,有下列几种锁紧机构:
1)部分厂家在机械结构上设置包含电磁铁、弹簧或制动板的锁紧机构。
电磁铁锁紧装置,由于电磁铁的设计制造质量问题不一,易使电磁铁工作噪声过大,而且容易出现被烧毁等问题,给用户带来各种安全隐患。
2)包含弹簧的锁紧装置,常常因为扭转弹簧本身的制造缺陷、使用寿命等方面从根本上降低了举升机锁紧性能,给举升机的使用带来很大的安全隐患。
3)在汽车举升机立柱的不同高度上分别设置若干止动板以及升降悬臂末端部对应于止动板处则分别设置有可以转动的锁钩,当升降悬臂需作上下运动时,锁钩同时向内缩进或升降臂停止运动时,锁钩则可以向外伸出并钩住止动板的顶部,防止升降悬臂和车辆沿立柱下滑。
但此类升降悬臂锁紧装置易受结构设计的限制,使得锁钩不能承受过大的载荷,容易影响汽车举升机的最大承载能力;同时,由于汽车举升机的升降悬臂在作上下运动时,其相对应的锁钩会受外力作用而向里收缩,然而需定位时,其外作用力撤去,此时锁钩依靠自重伸出,使锁钩与止动板相扣并将升降悬臂定位,但是由于这种结构的锁钩有可能在伸出时不能全部及时复位,因此此类汽车举升机也容易产生各种事故隐患。
8.2锁紧机构的原理分析
为了解决上述锁紧机构可能产生的问题,本汽车举升机采用一种不需要额外夹紧力就能使升降悬臂被安全地锁紧在适当位置的简单却有效的技术。
升降平台包括两个特殊的圆环装配件,它们通过两个锥形环的简单物理接触产生的力来卡紧圆柱轴。
当平台升降时,内部非金属圆环不会与圆柱轴接触,所以不会影响平台自由升降,如图8.1。
图8.1平台升降时锁紧机构原理图
图8.2平台升至设计高度时锁紧机构原理图
当平台被升至设计高度时,停止传动力,整个平台的所有重量都施加在外圆环上,使其产生一个向下的力,这个力通过斜楔的作用传递给内部圆环一个水平方向的力。
于是,平台被牢固的锁紧,如图8.2。
平台越重,产生的夹紧力也就越大。
这个技术的优点是轴不需要开槽或螺纹,并且成本也得到降低。
8.3锁紧机构的选择
在实际生产中,已经有采用类似原理的锁紧机构,导轨(光轴)钳制器便是其一。
导轨钳制器是指直接夹紧直线导轨或者光轴的直线运动辅助配件。
NBK公司的导轨钳制器结构如图8.3。
图8.3导轨钳制器结构图
本汽车举升机选用这种适用于固定Z轴(垂直轴)上使用的导轨钳制器,防止升降悬臂滑落;制动动力为气压,并且为常闭(NormallyClosed)型,即当不供给气压时,钳制器依靠特殊弹簧的作用力等夹紧导轨,当向常闭型导轨钳制器供给气压后,解除夹紧。
根据本汽车举升机的设计举升质量3000kg及导轨钳制器的型号表,选择保持力为18000N,型号为RBPS-2600的导轨钳制器,具体尺寸性能见图8.4。
图8.4RBPS-2800尺寸性能
8.4锁紧机构的校核
上节选择导轨钳制器的主要依据是导轨钳制器的保持力,而没有考虑到与导轨钳
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