四柱式汽車舉升機設計（含CAD圖紙和說明書）
四柱式汽車舉升機設計（含CAD圖紙和說明書）,四柱式,汽車,舉升機,設計,CAD,圖紙,說明書
SY-025-BY-2
任務書
學生姓名
系部
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于虛擬樣機技術的四柱式汽車舉升機設計
一、設計（論文）目的、意義
隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來巨大的市場需求。在維修領域中，常以汽車舉升機作為重要工具，其主要任務是提升車輛，方便人員修理。因此，汽修行業(yè)急需設計效率高、針對性強的舉升設備。在傳統(tǒng)舉升設備設計、試驗、試制過程中必須邊試驗邊改進，從設計到試制、試驗、定型，產(chǎn)品開發(fā)成本較高，周期長。運用虛擬樣機技術，結合虛擬設計和虛擬試驗，可以大大簡化舉升設備設計開發(fā)過程，大幅度縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，大量減少產(chǎn)品開發(fā)費用和成本，提高產(chǎn)品質量和產(chǎn)品的系統(tǒng)性能，獲得最優(yōu)設計產(chǎn)品。
本課題研究運用CAD/CAE技術對車輛舉升設備的虛擬設計，在產(chǎn)品制造之前運用ANSYS、ADAMS軟件進行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持。
二、設計（論文）內容、技術要求（研究方法）
1、設計內容
分析四柱式汽車舉升機的結構形式及工作原理，建立舉升機Pro/E三維實體模型，并進行虛擬裝配及干涉檢查，將關鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉換接口導入ANSYS軟件進行有限元受力分析，獲得舉升機在載荷工況作用下的應力、應變及變形狀況，將裝配模型通過專用數(shù)據(jù)接口導入到ADAMS軟件進行運動/動力學仿真分析，獲得舉升機的升降速度、加速度以及升降耗時等狀況，進一步提高四柱式舉升機的穩(wěn)定性及安全性。
2、技術要求
（1）利用Pro/E完成舉升機三維建模及虛擬裝配；
（2）利用ANSYS進行有限元受力分析；
（3）利用ADAMS進行運動/動力學仿真；
設計方案要合理，結構要符合設計、加工、工藝、裝配及使用條件的要求。
三、設計（論文）完成后應提交的成果
（1）設計說明書1份（1.5萬字）；
（2）四柱式舉升機二維及Pro/E三維模圖共折合A0圖紙3張。
四、設計（論文）進度安排
（1）調研，資料收集，完成開題報告； 第1～2周（3月2日～3月15日）
（2）總體二維結構設計及校核； 第3～5周（3月16日～4月5日）
（3）PRO/E實體建模； 第6～7周（4月6日～4月19日）
（4）運用ANSYS、ADAMS試驗仿真； 第8～12周（4月20日～5月24日）
（5）撰寫說明書； 第13～14周（5月25日～6月7日）
（6）設計說明書的審核、修改； 第15～16周（6月8日～6月21日）
（7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯。 第17周（6月22日～6月28日）
五、主要參考資料
[1] 鐘裕榮，莊清溪，張戈于，黎保新．YFJ-50移動式氣液舉升機的研制［Ｊ］，機電工程技術，2004（8）．
[2] 張毅，馬力，李鵬飛．基于ADAMS的自卸車舉升機構優(yōu)化設計［Ｊ］，專用汽車，2005（3）．
[3] 崔新濤，畢鳳榮．自卸汽車舉升機構動力學仿真分析［Ｊ］，機械設計與制造，2004（2）．
[4 ] 彭榮濟，李振清，丁洪生。現(xiàn)代綜合機械設計手冊［M］，北京：北京出版社，2003（1）．
[5 ] 白云強，徐明起．重工機具［M］，北京：北京電力出版社，2007（1）．
[6] 凱德精．通Pro/ENGINEER中文野火版3.0［M］，北京：中國青年出版社，2007（1）．
[7] 王國強，張進平，馬若?。摂M樣機技術及在ADAMS上的實踐［M］，西安：西北工業(yè)大學出版社，2002（2）．
[8] 王宏武，魏發(fā)孔鋼．絲繩承載受力特性分析及計算［Ｊ］，甘肅科技，2007（9）：77-79．
[9] 鄭鵬鑫J．FJ-25剪式氣壓舉升機德設計［Ｊ］，機床與液壓，2007（3）：118-120．
[10] 丁亞康，鐘紹化．ADAMS軟件在自卸汽車舉升機構設計中的應用［Ｊ］，專用汽車，2008（[6）：51-55．
[11] Wang Liqing,Cai Bingzheng．Numerical Computation Of Tress Intensity Foctors For Bolt-hole Corner Crack in Mechanical Joints［Ｊ］，chanese Jornal of Aeronautics,2008(21)：411-416．
六、備注
指導教師簽字：
年 月 日
教研室主任簽字：
年 月 日
SY-025-BY-3
開題報告
學生姓名
系部
專業(yè)、班級
指導教師姓名
職稱
從事
專業(yè)
是否外聘
□是■否
題目名稱
基于虛擬樣機技術的四柱式汽車舉升機設計
一、課題研究現(xiàn)狀、選題目的和意義
1、研究現(xiàn)狀
舉升機在汽車維修養(yǎng)護中發(fā)揮著至關重要的作用，無論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開它。舉升機的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營管理者重視的設備。目前，發(fā)達國家生產(chǎn)的汽車舉升機質量較好、性能較穩(wěn)定、設備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機是20世紀90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術生產(chǎn)的，到現(xiàn)在舉升機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國內汽車舉升機雖然也相對定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產(chǎn)品設計、技術開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進。因此，進一步提高產(chǎn)品性能與可靠性，是國內舉升機任重道遠且亟需改進的地方。然而目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用虛擬樣機技術對汽車舉升機進行研究，只有將汽車舉升機的工程實踐和虛擬樣機技術結合起來，才能真正加快汽車舉升機產(chǎn)品的發(fā)展歷程。為此，本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學仿真軟件ADAMS，進行汽車舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性。
2、目的和意義
隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來巨大的市場需求。在維修領域中，常以汽車舉升機作為重要工具。它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進行維修，正因為維修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險，后果不堪設想。因此，對汽車舉升機的安全性進行研究將具有重大的意義。本課題研究運用虛擬樣機技術對車輛舉升設備的虛擬設計，在產(chǎn)品制造之前運用ANSYS、ADAMS軟件進行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持。
二、設計（論文）的基本內容、擬解決的主要問題
1、設計主要內容
分析四柱式汽車舉升機的結構形式及工作原理，建立舉升機Pro/E三維實體模型，并進行虛擬裝配及干涉檢查，將關鍵零部件模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉換接口導入ANSYS軟件進行有限元受力分析，獲得舉升機在載荷工況作用下的應力、應變及變形狀況，將裝配模型通過專用數(shù)據(jù)接口導入到ADAMS軟件進行運動/動力學仿真分析，獲得舉升機的升降速度、加速度以及升降耗時等狀況，進一步提高四柱式舉升機的穩(wěn)定性及安全性。
2、擬解決的主要問題
（1）利用Pro/E完成舉升機三維建模及虛擬裝配；（2）利用ANSYS進行有限元受力分析；（3）利用ADAMS進行運動/動力學仿真。
仿真結論分析
撰寫設計說明書
是否合理
N
N
N
是否合理
是否合理
Y
Y
轉換接口
Y
Pro/E整機裝配及干涉檢查
調研、收集資料及總體方案論證
汽車舉升機結構設計及校核
ADAMS動力學析仿真
ANSYS有限元分析
Pro/E三維實體建模
轉換接口
三、技術路線（研究方法）
四、進度安排
（1）調研，資料收集，完成開題報告； 第1～2周（3月2日～3月15日）
（2）總體二維結構設計及校核； 第3～5周（3月16日～4月5日）
（3）PRO/E實體建模； 第6～7周（4月6日～4月19日）
（4）運用ANSYS、ADAMS試驗仿真； 第8～12周（4月20日～5月24日）
（5）撰寫說明書； 第13～14周（5月25日～6月7日）
（6）設計說明書的審核、修改； 第15～16周（6月8日～6月21日）
（7）畢業(yè)設計答辯準備及答辯。 第17周（6月22日～6月28日）
五、參考文獻
[1] 鐘裕榮，莊清溪，張戈于，黎保新．YFJ-50移動式氣液舉升機的研制［Ｊ］，機電工程技術，2004（8）．
[2] 張毅，馬力，李鵬飛．基于ADAMS的自卸車舉升機構優(yōu)化設計［Ｊ］，專用汽車，2005（3）．
[3] 崔新濤，畢鳳榮．自卸汽車舉升機構動力學仿真分析［Ｊ］，機械設計與制造，2004（2）．
[4 ] 彭榮濟，李振清，丁洪生?，F(xiàn)代綜合機械設計手冊［M］，北京：北京出版社，2003（1）．
[5 ] 白云強，徐明起．重工機具［M］，北京：北京電力出版社，2007（1）．
[6] 凱德精．通Pro/ENGINEER中文野火版3.0［M］，北京：中國青年出版社，2007（1）．
[7] 王國強，張進平，馬若丁．虛擬樣機技術及在ADAMS上的實踐［M］，西安：西北工業(yè)大學出版社，2002（2）．
[8] 王宏武，魏發(fā)孔鋼．絲繩承載受力特性分析及計算［Ｊ］，甘肅科技，2007（9）：77-79．
[9] 鄭鵬鑫J．FJ-25剪式氣壓舉升機德設計［Ｊ］，機床與液壓，2007（3）：118-120．
[10] 丁亞康，鐘紹化．ADAMS軟件在自卸汽車舉升機構設計中的應用［Ｊ］，專用汽車，2008（[6）：51-55．
[11] 錢力軍，黃偉自．卸車舉升機構件改進設計及分析［Ｊ］，合肥工業(yè)大學學報，2008（1）．
[12] 鄭軍宜，李浩．電梯式立體車庫升降系統(tǒng)研究［Ｊ］，中國水運（學術版），2006（4）：69-70．
[13] 張鵬．俯仰升降式立體車庫液壓系統(tǒng)設計［Ｊ］，液壓與氣動，2007（7）：10-11．
[14] Mechanical Dynamics Inc．Road Map to ADAMS /Car Documentation［Ｊ］，Jane’s, 2000 (3)．
[15] Wang Liqing,Cai Bingzheng．Numerical Computation Of Tress Intensity Foctors For Bolt-hole Corner Crack in Mechanical Joints［Ｊ］，chanese Jornal of Aeronautics,2008(21)：411-416．
六、備注
指導教師意見：
簽字： 年 月 日
摘 要
本文通過對我國汽車舉升機現(xiàn)狀的調查、研究、分析，參考國內外解決舉升機安全與穩(wěn)定性問題的解決措施，對幾種舉升機進行了分析，并結合我國舉升機存在的實際情況，提出了適合我國汽車修理行業(yè)的四柱式汽車舉升機設計方案。
本文首先闡述了四柱式汽車舉升機設計的目的和意義、發(fā)展狀況以及應用前景。分析論證了一種舉升承載質量為3.5t的四柱式汽車舉升機總體設計方案，進行了舉升機構的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要機構的方案分析和選擇，并對機械部分進行了運動分析以及強度和剛度的校核計算，對液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進行了設計和計算。本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的二維軟件AutoCAD、三維軟Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學仿真軟件ADAMS，進行汽車舉升機二維圖紙設計、三維實體建模、舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，可以代替舉升機物理樣機的前期試驗，為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
關鍵詞：四柱式舉升機；虛擬樣機技術；三維設計；有限元；動態(tài)仿真
ABSTRACT
In this paper, the status quo of China's automotive lift investigation, research, analysis, refer to lift at home and abroad to resolve the issue of security and stability of the solutions of several lift analysis, combined with the existence of our country lift the actual situation, put forward for China's auto repair industry, four-post car lift design.
This paper described the first four-post car lift for the purpose and significance of design, development and application prospects. Analysis demonstrated that the quality of a 3.5t load lifting the four-post car lift design program, a lifting mechanism of the mechanical system, hydraulic system, electrical system and other major institutions of program analysis and selection, and mechanical parts of the motion analysis, as well as strength and stiffness of the calculation of the calibration of the hydraulic system and electrical system design and calculation. The subject of computer-based simulation platform, the application of current CAD / CAE broader field of application of two-dimensional software, AutoCAD, three-dimensional soft-Pro / E, the finite element software ANSYS and dynamic simulation software ADAMS, two-dimensional drawings for the design of car lift, three-dimensional Solid Modeling, lift the strength, stiffness, stability and dynamic characteristics of such areas as research and analysis of computer simulation, can replace the lift of the pre-physical prototype testing, car lift for our product design, technology development theory to provide more information to further improve China-made auto lift stability and reliability, and increase market competitiveness.
Key words: Four-post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design；Finite Element；Dynamic Simulation
II
1
摘 要
本文通過對我國汽車舉升機現(xiàn)狀的調查、研究、分析，參考國內外解決舉升機安全與穩(wěn)定性問題的解決措施，對幾種舉升機進行了分析，并結合我國舉升機存在的實際情況，提出了適合我國汽車修理行業(yè)的四柱式汽車舉升機設計方案。
本文首先闡述了四柱式汽車舉升機設計的目的和意義、發(fā)展狀況以及應用前景。分析論證了一種舉升承載質量為3.5t的四柱式汽車舉升機總體設計方案，進行了舉升機構的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要機構的方案分析和選擇，并對機械部分進行了運動分析以及強度和剛度的校核計算，對液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進行了設計和計算。本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的二維軟件AutoCAD、三維軟Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學仿真軟件ADAMS，進行汽車舉升機二維圖紙設計、三維實體建模、舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，可以代替舉升機物理樣機的前期試驗，為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
關鍵詞：四柱式舉升機；虛擬樣機技術；三維設計；有限元；動態(tài)仿真
ABSTRACT
In this paper, the status quo of China's automotive lift investigation, research, analysis, refer to lift at home and abroad to resolve the issue of security and stability of the solutions of several lift analysis, combined with the existence of our country lift the actual situation, put forward for China's auto repair industry, four-post car lift design.
This paper described the first four-post car lift for the purpose and significance of design, development and application prospects. Analysis demonstrated that the quality of a 3.5t load lifting the four-post car lift design program, a lifting mechanism of the mechanical system, hydraulic system, electrical system and other major institutions of program analysis and selection, and mechanical parts of the motion analysis, as well as strength and stiffness of the calculation of the calibration of the hydraulic system and electrical system design and calculation. The subject of computer-based simulation platform, the application of current CAD / CAE broader field of application of two-dimensional software, AutoCAD, three-dimensional soft-Pro / E, the finite element software ANSYS and dynamic simulation software ADAMS, two-dimensional drawings for the design of car lift, three-dimensional Solid Modeling, lift the strength, stiffness, stability and dynamic characteristics of such areas as research and analysis of computer simulation, can replace the lift of the pre-physical prototype testing, car lift for our product design, technology development theory to provide more information to further improve China-made auto lift stability and reliability, and increase market competitiveness.
Key words: Four-post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design；Finite Element；Dynamic Simulation
II
目 錄
摘要 I
Abstract II
第1章 緒論 1
1.1 選題背景、研究目的和意義 1
1.2 國內外研究現(xiàn)狀 1
1.3 舉升機的發(fā)展方向與前景 3
1.4 研究內容和研究方法 3
第2章 四柱式汽車舉升機方案選擇 6
2.1 四柱式汽車舉升機方案對比論證分析 6
2.2 總體方案 7
2.3 本章小結 7
第3章 四柱式汽車舉升機結構設計 9
3.1 四柱式汽車舉升機工作原理 9
3.2 主要技術參數(shù) 11
3.3 舉升機機械部件設計與校核 13
3.3.3 立柱校核 17
3.3.4 軸與梁處校核 19
3.3.5 鎖條校核 19
3.3.6 提高梁彎曲強度的措施 20
3.4 整體裝配圖的Pro/E實體建模 21
3.5 摩擦角與自鎖 26
3.6 鋼絲繩的選用 27
3.6.1 鋼絲繩用途 27
3.6.2 鋼絲繩材料 27
3.6.3 鋼絲繩直徑的確定 29
3.7 本章小結 30
第4章 液壓系統(tǒng)及電氣設計 31
4.1 汽車舉升機液壓系統(tǒng)設計要求 31
4.2 液壓系統(tǒng)組成 31
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成 31
4.2.2 油箱 32
4.3 油缸的計算與選型 32
4.3.1 舉升液壓缸推力及行程的確定 32
4.3.2 油缸直徑及行程的確定 33
4.3.3 舉升機構油缸直徑與行程的計算 33
4.4 油泵的計算與選型 34
4.5 油箱與油管的計算與選型 36
4.6 電氣系統(tǒng)組成 36
4.7 電氣系統(tǒng)控制圖 38
4.7.1上升電路 38
4.7.2 停止電路 39
4.8 四柱式舉升機構電動機的選用 39
4.8.1 電動機類型的選擇 39
4.8.2 絕緣等級 39
4.8.3 功率 40
4.8.4 電動機的選擇與驗算 40
4.9 本章小結 41
第5章 計算機仿真分析 42
5.1 建立Pro/E與ANSYS接口 42
5.2 載車板模型的有限元分析 44
5.3 橫梁的ANSYS分析 49
5. 4 立柱的有限元分析 51
5. 5 滑輪軸的有限元分析 53
5.6 建立Pro/E與ADAMS接口 55
5.7 ADAMS的簡介 56
5.8 導入模型 58
5.9 ADAMS仿真模擬 60
5.9.1 設置工作環(huán)境 60
5.9.2 添加運動副 60
5.9.3 添加滑動副 62
5.9.4 添加驅動及仿真計算 62
5.10 仿真結果對比分析 64
5.11 本章小結 66
結論 67
參考文獻 67
致謝 70
附錄 71
第1章 緒 論
1.1 選題背景、研究目的和意義
近年來，我國汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè)，多年來轎車進入普通家庭的夢想已經(jīng)成為現(xiàn)實，汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，各種維修設備的需求迅速擴大， 汽車舉升機是維修廠必備的，也是最重要的維修機械。汽車舉升機一般分為立柱式和剪式兩種，無論哪一種，它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進行維修，正因為維修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險，后果不堪設想。因此，對汽車舉升機的安全性進行研究將具有重大的意義。
目前使用的汽車舉升機可能發(fā)生汽車墜落的原因較多，有安裝基礎不牢、自鎖裝置失效、立柱或拖臂變形、單側托臂突然下落、板式鏈斷裂、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過對失效的舉升機進行檢測分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設計上存在著缺陷。因此，如何提高汽車舉升機設計上的穩(wěn)定性及可靠性是擺在我們面前的一個重要研究課題。
計算機仿真技術是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術，是國際上20世紀80年代隨著計算機技術的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項計算機輔助工程技術，該技術一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達國家的有關科研機構和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計算機仿真技術引入各自的產(chǎn)品開發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟效益，它是建造物理樣機之前，通過建立機械系統(tǒng)的數(shù)字模型（即虛擬樣機）進行仿真分析，并用圖形顯示該系統(tǒng)在真實工作條件下的運動特性，輔助修改設計方案。本課題研究利用計算機仿真技術，對汽車舉升機進行強度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性及動態(tài)特性等方面進行研究與分析，修正設計上存在的缺陷并提出結構優(yōu)化設計方案，不僅可以為汽車舉升機的設計制造提供重要的理論依據(jù)，而且對于提高舉升機的安全性具有重大的現(xiàn)實意義。該項目的研究方法，也可應用于汽車舉升機新產(chǎn)品的研究開發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費，提高設計精度和效率，與此同時該方法還可以被同類產(chǎn)品所應用與借鑒，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。
1.2 國內外研究現(xiàn)狀
隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展，汽車修理行業(yè)也迎來巨大的市場需求。在維修領域中，常以汽車舉升機作為重要工具。它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度，以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進行維修，正因為維修人員要在汽車的下面，因此要求舉升機一定要安全可靠，否則一旦發(fā)生危險，后果不堪設想。我國生產(chǎn)的舉升機性能還不算穩(wěn)定。舉升時存在保險不可靠、舉升不平衡、鋼絲繩斷裂、橫梁脫落等。是影響舉升安全的不穩(wěn)定因素。因此加強舉升機的安全性和穩(wěn)定性是我國舉升機行業(yè)迫切解決的問題。而本課題研究運用虛擬樣機技術對車輛舉升設備的虛擬設計，在產(chǎn)品制造之前運用ANSYS、ADAMS軟件進行仿真研究，可以發(fā)現(xiàn)并更正設計缺陷，完善設計方案，縮短開發(fā)周期，提高設計質量和效率，為生產(chǎn)實際提供理論支持[2]。
舉升機在汽車維修養(yǎng)護中發(fā)揮著至關重要的作用，無論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護企業(yè)中，無論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營范圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機。舉升機的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營管理者重視的設備。目前，發(fā)達國家（如美國）生產(chǎn)的汽車舉升機質量較好、性能較穩(wěn)定、設備操作簡單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機是20世紀90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術生產(chǎn)的，到現(xiàn)在舉升機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國內汽車舉升機雖然也相對定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，外觀不夠美觀，在產(chǎn)品設計、技術開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進。因此，進一步提高產(chǎn)品性能與可靠性，是國內舉升機任重道遠且亟需改進的地方。
計算機仿真技術在一些發(fā)達國家,如美國、德國、日本等已得到廣泛應用,應用領域從汽車制造業(yè)、工程機械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機械電子工業(yè)、國防工業(yè)、醫(yī)學及工程咨詢等多方面。目前,計算機仿真技術已在我國得到了應用與推廣,主要在汽車、航天航空、武器制造、機械工程等方面。但從我國目前的情況來看,計算機仿真技術主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應用較為廣泛,但只停留在初步應用階段。我國對于計算機仿真技術的應用領域和技術水平還很低,但是卻有很大的提升空間。計算機仿真技術在工程中的應用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化計算機軟件來實現(xiàn)的。目前，在我國還沒有出現(xiàn)利用計算機仿真技術對汽車舉升機進行研究，只有將汽車舉升機的工程實踐和計算機仿真技術結合起來，才能真正加快汽車舉升機產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計算機仿真平臺，應用當前CAD/CAE領域應用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學仿真軟件ADAMS，進行汽車舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析，可以代替舉升機物理樣機的前期試驗，為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設計、技術開發(fā)方面提供更多的理論參考，進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場競爭力。
1.3 舉升機的發(fā)展方向與前景
對汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言，舉升機一定要安全可靠、維護簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統(tǒng)的機械式舉升機安全性較差，所需的維護工作較多，已基本被液壓式舉升機取代。它具有安全性能好、維護周期長以及工作效率高等優(yōu)點。
國內汽車舉升機品牌繁多，質量高低參差不齊，除少數(shù)大型專業(yè)化企業(yè)具有較強的研發(fā)隊伍、完備地制造設施、完善地質量監(jiān)控手段外，大多數(shù)生產(chǎn)廠場地狹小、制造設施落后、監(jiān)控手段單一。
國內舉升機結構上大同小異，在安全保護上也比較雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液壓動力單元、油缸、保險。在安全保護裝置上，不能做到在任何時候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。
國外舉升機在結構、選材上比國內有優(yōu)勢外，在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢。國外舉升機在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過程意外情況等可能情況的安全研究和應用都有涉足。
隨著汽車技術開發(fā)的日新月異，舉升機在設計方面越來越智能化和人性化，將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時隨著技術的不斷成熟，其標準也將逐步統(tǒng)一化。技術先進、質量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領市場。
1.4 研究內容和研究方法
1.4.1 研究內容
本課題在考慮典型的汽車舉升機的結構形式和實際工況條件基礎上，將研究內容如下。
（1）利用二維軟件設計繪制舉升機的總體裝配圖紙及零件圖紙；
（2）建立舉升機Pro/E三維實體模型，并進行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）將關鍵零部件模型通過專用數(shù)據(jù)裝換接口導入ANSYS軟件進行有限元受力分析，獲得舉升機在載荷工況作用下的應力、應變及變形狀況；
（4）將裝配模型通過專用數(shù)據(jù)接口導入到ADAMS軟件進行運動/動力學仿真分析，獲得舉升機的升降速度、加速度以及升降耗時等狀況。
通過上述研究方法，進一步提高舉升機的穩(wěn)定性及安全性，可以代替舉升機物理樣機的前期試驗，為舉升機設計提供理論參考[10]。
仿真結論分析
撰寫設計說明書
是否合理
N
N
N
是否合理
是否合理
Y
Y
轉換接口
Y
Pro/E整機裝配及干涉檢查
調研、收集資料及總體方案論證
汽車舉升機結構設計及校核
ADAMS動力學析仿真
ANSYS有限元分析
Pro/E三維實體建模
轉換接口
圖1.1舉升機設計流程圖
1.4.2 研究方法
（1）深入研究汽車舉升機的結構形式、工作原理及力學特性，建立舉升機的數(shù)學模型，合理選取仿真分析的研究平臺；
（2）在Windows環(huán)境下，以三維建模軟件Pro/E為圖形平臺，建立汽車舉升機的三維實體模型并進行虛擬裝配及干涉檢查；
（3）將汽車舉升機三維實體模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉換接口導入ANSYS，獲得不同壓力場的應力、應變及位移分布狀況；
（4）將汽車舉升機裝配模型通過專用的數(shù)據(jù)轉換接口導入到ADAMS，完成運動約束和運動激勵的定義，產(chǎn)生參數(shù)化的舉升機模型，獲得不同工況下舉升機的速度、加速度狀況，流程如圖1.1所示。
第2章 四柱式汽車舉升機方案選擇
2.1 四柱式汽車舉升機方案對比論證分析
2.1.1 舉升類設備的分類
1、四柱式舉升機構
四柱舉升機構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6個圓盤將力傳達四面。這種結構比較緊湊，自重降低，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，四柱舉升機構容易調水平，適合于汽車4S店四輪定位使用，因為有一四輪定位檔位，可以調整，可以確保水平。
2、雙柱式舉升機構
雙柱舉升機構實用、簡潔、合理而且節(jié)省占地空間，使用靈活方便。升降平穩(wěn)低噪聲，設有升程自鎖保護裝置，保養(yǎng)簡單，操作方便，成本低[13]。
2.1.2 傳動機構的分類
舉升機可以采用鋼絲繩傳動、鏈條傳動和液壓傳動3種形式。
1、機械式
機械式舉升機構流行于1992～1998年間，該舉升機構特點是同步性好，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），每年一臺舉升機構的維修更換需要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構[1]。
鋼絲繩傳動采用蝸輪蝸桿減速器，主要傳動件為鋼絲繩卷筒、輪系等。鋼絲繩傳動的柔性好，沖擊小，噪聲低。但鋼絲繩易延伸、斷股、斷絲，需要經(jīng)常調整長度，給設備的使用和維護帶來不便。
鏈條傳動通過電動機驅動鏈輪機構，牽引鏈條使載車板升降。性能穩(wěn)定可靠，壽命長，不存在彈性伸縮，有準確的平均傳動比，維護性好，但需要裝設卷筒，傳動機構較復雜，運行時有一定的沖擊和噪聲。
2、液壓式
液壓傳動通過液壓工作站為多個液壓缸提供壓力，由活塞桿實現(xiàn)載車板的升降和車輛的存取。結構簡單，運行平穩(wěn)，噪聲低，但傳動效率較低 [1]。
本課題所設計的是液壓驅動的四柱舉升類設備，它的特點是：
（1）性能可靠，低能耗，操作方便；
（2）無龍門式橫梁，結構簡單；
（3）有升程自鎖保護裝置，保證了安全性；
（4）升降車架的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對各種車輛的適應性都比較強；
（5）采用液壓傳動的驅動方式，與螺桿式的舉升機相比，使用壽命較長；
（6）價格低廉，擁有的市場份額較大，便于推廣。
2.2 總體方案
四柱式汽車舉升機總體方案為四立柱安裝于水平地面，立柱下端焊接鋼板，增大與地板接觸面。用膨脹螺栓固定于地面。螺栓直徑為16毫米，深度大于140毫米保證牢固。兩橫梁于45號鋼材料焊接而成，通過滑輪和鋼絲繩在立柱內沿保險槽型鐵條做垂直運動。其中四個滑輪安裝于一個載車板下方，另外四個滑輪安裝兩橫梁兩端。鋼絲繩采用國際6*19外徑11毫米通過特殊方法擠壓緊固而成。鋼絲繩和保險槽型條通過螺栓固定于立柱頂端蓋板處。鋼絲繩于滑輪接觸處用油脂潤滑且保持清潔?；蝿恿坎淮笥?0毫米。如圖2.1所示[5]。
當需要舉升汽車時按下舉升開關電動機啟動，帶動液壓缸工作，液壓油推動拉桿回縮拉動鋼絲繩。鋼絲繩繞與滑輪上連接于四根立柱頂端。這樣在鋼絲繩的帶動下提升橫梁向上運動，載車板固定于橫梁之上。
當需要下行時，現(xiàn)將舉升機提升些許高度，關閉保險鎖，關閉開關，在汽車自重下慢慢下落到地面。
為防止意外，載車板與支架立柱間設有防墜落保險裝置，通過保險的機械撞擊聲可判斷保險是否進入鎖止狀態(tài)，在液壓缸下腔油壓突然喪失時可以保證車輛與人員的安全。
2.3 本章小結
本章主要進行四柱式汽車舉升機設備總體方案的選擇，通過將現(xiàn)有舉升機構的結構形式、驅動方式以及傳動機構進行了對比，最終選定采用四柱結構的舉升類設備，通過液壓驅動，工作平穩(wěn)，操作方便，噪聲低，內部設有升程自鎖保護保險裝置，安全可靠，占地空間小，是舉升機的理想設備。
圖2.1鋼絲繩安裝示意圖
第3章 四柱式汽車舉升機結構設計
3.1 四柱式汽車舉升機工作原理
3.1.1 整體結構及基本組成
四柱式汽車舉升設備采用立柱、支承梁、載車板的結構，由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構成。設置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證舉升機構安全使用，適用于室內立體舉升設備的安裝與使用。四柱式舉升機構以四根立柱為主體，由液壓系統(tǒng)驅動油缸，拉動提拉桿，帶動提升鋼絲繩提升橫梁（見圖3.1）。支承梁鉸接于載車板，兩橫梁由同步鋼絲繩保持同步升降。兩橫梁內設有機械保險裝置。在提升時由于機械保險鍵能自動進入和脫開保險點，發(fā)出撞擊聲，以作為判斷機械保險裝置工作正常與否和兩橫梁是否同步。
圖3.1 四柱式汽車舉升機整體結構
1、立柱的結構形式
立柱是由薄壁板折彎而成。通常將立柱的橫截面做成槽鋼形，它的四角作為導軌，一般采用4～6mm鋼板，本設計采用4mm鋼板。該立柱4道彎折為橫梁運行提供了導軌空間，滿足了設備的要求。如圖3.2所示。
圖3.2立柱截面形式
2、載車板的結構形式
載車板與車身底盤直接接觸，是梁結構，通常采用45號槽型鋼，支承梁在承載升降過程中會產(chǎn)生疲勞破壞和變形，因此支承梁必須具有足夠的橫截面面積以抵抗彎曲變形。如圖3.3所示。
圖 3.3 橫梁
3、安全機構
四柱舉升類設備的安全機構是由保險鍵、拉簧、支撐板、齒塊等組成，其功能如下：當工作臺上升時，齒塊碰到支撐板使支撐板翻轉，失去對保險鍵的控制，保險鍵在拉簧的作用下彈進齒塊空擋，若發(fā)生意外（如高壓油管或鋼絲繩爆斷），保險鍵即被齒塊卡住，防止滑車下滑，確保安全。
當工作臺需下降時，先將工作臺上升少許10～20mm，再將兩滑車前面的安全鎖拉線拉出后不再自動縮回即打開了機械保險。按手動卸荷閥，工作臺在自重的作用下下降。
3.1.2 工作原理
四柱舉升類停車設備的傳動原理是：由電動油泵提供動力給載車板底面的油缸，再由油缸分別頂舉兩側支承橫梁、載車板將高位車輛舉起。油缸運行的同步性由調平衡的鋼絲繩來實現(xiàn)。設備由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成。其中，機械系統(tǒng)包括：立柱、鋼絲繩、支承梁、載車板。液壓系統(tǒng)包括：小排量齒輪泵及油缸。電氣系統(tǒng)包括：油泵用電機、控制開關及電控箱。提升架上配有導向滑塊，起動電動油泵由油缸頂舉提升架，使提升架上面的四個滑塊在立柱導軌中運行，確保了載車板運行的直線度要求。使載車板托舉著高位車輛升高，直到高位車輛被安全、穩(wěn)固地舉升至所需高度為止。
3.2 主要技術參數(shù)
3.2.1 基本尺寸參數(shù)的確定
1、重心位置的范圍
前輪驅動的車輛有以下優(yōu)點：前驅車的傳動效率比后驅車要高。所有的前驅車在設計的時候，不管發(fā)動機橫置還是縱置，它的重心都偏于前軸，也就是在車頭側，與驅動輪的位置很近，傳動距離短。其中又以前橫置發(fā)動機效率最高，這也是大多數(shù)前驅車所采用的布置方式。由于發(fā)動機的輸出軸與汽車前軸平行，變速箱與驅動橋是做成一體的固定在發(fā)動機旁，動力可以直接通過斜齒輪傳遞到差速器上，再經(jīng)變速箱、驅動橋，減速增扭后傳遞給兩根半軸最后驅動車的前輪旋轉，顯然這種距離最短，且沒有經(jīng)過任何轉換的傳動效率是最高的。
正是基于以上的原因，所以現(xiàn)代汽車大多采用發(fā)動機前置，使車輛的重量分布比大約是3:2，重心偏前。
2、舉升機外形尺寸的確定
例如：路虎新CRV（排量2.4L）
表3.1 路虎新CRV基本參數(shù)范圍
長 度
(mm)
寬 度
(mm)
高 度
(mm)
軸 距
(mm)
質 量
(kg)
輪 距(mm)
4530
1820
1680
2620
1590
1565/1565
高位車輛：排量1.8升以下的轎車
表3.2 中型三廂轎車基本參數(shù)范圍
長度(mm)
寬度(mm)
高度(mm)
軸距(mm)
質量(kg)
4300～4700
1700～1800
1300～1500
2600～2800
1000～1500
例如：比亞迪F3白金版（排量1.5L）
表3.3 比亞迪F3基本參數(shù)范圍
長度(mm)
寬度(mm)
高度(mm)
軸距(mm)
質量(kg)
輪距(mm)
4533
1705
1490
2600
1200
1480/1460
根據(jù)所舉升車輛的基本尺寸初步確定舉升機構的主要技術參數(shù)如表3.4所示。
表3.4 四柱式汽車舉升機主要技術參數(shù)
舉升重量
3500kg
舉升高度
1700mm
總高度
1965mm
總寬
3000mm
總長
4584mm
車道寬度
500mm
上升時間
40s
下降時間
25s
電機功率
1.5KW
電源
380V
3.2.2 電機的選用
高位汽車重量2t，汽車載車板及其附件的重量加上一部分的余量1.5t，所以取3.5t。載車板有汽車時上升設計速度[14]：
Vw= (3.1)
除去舉升機臺面自身高度225mm，所以舉升1475mm。
由公式（3.1）得Vw==2.21m/min.
載車板上升功率:
Pw= (3.2)
Fw=mg (3.3)
其中m=3.5kg，由公式（3.3）
Fw =3.59.8 =34.3KN
Vw取2.55m/min
由公式（3.2）得 Pw==1.26（KW）
3.3舉升機機械部件設計與校核
3.3.1 橫梁校核
舉升機有兩根橫梁，橫梁材料初步選擇45鋼、其中前橫梁承受取舉升總重的2/3。原因上述已說明。下面進行校核[4]。
1、做梁的彎矩圖
2、確定中性軸位置
因為此截面為對稱截面，所以中性軸 為中點位置。
Ｙc = 160/2 = 80mm
通過截面形心與縱向對稱軸垂直的形心主軸即為中性軸。
3、截面對中性軸的慣矩
計算危險截面處
4、校核梁的強度
因為梁的許用拉、壓應力不同，而且梁的截面形狀對中性軸不對稱，所以，必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負彎矩截面的強度。
截面強度校核8201.9N.m處正負彎矩相等固最大拉應力與最大壓應力相等。
5、撓度的校核
應用的撓曲線方程
= 1.06×10?4
= 9.17×10?2mm
3.3.2 載車板校核
舉升機有兩根載車板，其中載車板前端承受舉升總重的2/3。原因上述已說明。下面進行校核。
圖3.4載車板截面
1、做梁的彎矩圖
2、確定中性軸位置
截面形心距底邊為
=0.098m
通過截面形心與縱向對稱軸垂直的形心主軸即為中性軸
3、截面對中性軸的慣矩
= 12.99×106m4
4、校核梁的強度
因為梁的許用拉、壓應力不同，而且梁的截面形狀對中性軸不對稱，所以，必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負彎矩截面的強度。
截面強度校核12.25KN.m處最大拉應力與最大壓應力。
梁的下截面承受拉應力
= 92.417MPa
梁的上截面承受壓應力
= 39.607MPa
5、撓度的校核
應用的撓曲線方程
= 5.56×10?3
= 6.95×10?3
當a>b時變形量在處
= 4.77mm
3.3.3 立柱校核
圖3.5 立柱截面形式
1、確定中性軸位置
截面形心距底邊為[16]
= 82.297mm
2、截面對中性軸的慣矩
= 5.5×10?5m4
3、進行校核
靜止時
上升時
3.3.4 軸與梁處校核
校核剪切應力
=6.69MPa
校核擠壓應力
= 18.225MPa
3.3.5 鎖條校核
圖3.6 鎖條截面形式
校核剪切應力
= 29.167MPa
校核擠壓應力
= 58.33MPa
3.3.6 提高梁彎曲強度的措施
彎曲正應力是控制彎曲強度的主要因素。所以彎曲正應力的強度條件往往是設計梁的主要依據(jù)。從這個條件可看出，要提高梁的承載能力應從兩方面考慮。一方面是合理安排梁的受力情況，以降低Ｍmax的數(shù)值；另一方面則是采用合理的截面形狀，以提高Wz的數(shù)值，充分利用材料的性能。下面幾點進行討論。
1、減少彎矩Mmax的措施
（1）合理安排載荷，常把集中力化為分散力，讓力作用于近支座處，如圖3.7所示.
圖a 圖b
圖3.7 力矩分散形式
（2）改變梁的形式，如圖3.8a的形式的改變?yōu)閳D3.8b的形式，也可以將靜定梁改為超靜定梁見圖3.8c的形式。
圖a 圖b 圖c
圖3.8 改變力矩形式
2、采用合理截面，提高Wz(Iz/ymax)
圖3.9提高Wz(Iz/ymax)的截面形式
在同樣的用材料時，薄壁截面的Iz高。所以工程上大量使用型鋼。這些型鋼的截面中部用材較少，材料都集中在截面上下部分。對于塑性材料常采用工字型截面。對于脆性材料的梁，常采用上下不對稱，中性軸偏于受拉一側的截面形狀，如圖3.9所示，在這樣最大拉應力和最大壓應力可同時接近許用應力。
表3.5常用截面的WZ與A的比值
截面形狀
圓形
矩形
工字形
WZ/A
0.125d
0.167d
(0.27～0.31)d
注：d為直徑。
3、采用變截面梁
等截面除了最大彎矩所在截面外，其它各截面上的應力均低于許用應力，材料未能充分利用。為了節(jié)省材料，減輕梁的自重，可將梁設計成變截面的，即在彎矩較大處，采用較大截面，彎矩較小處采用較小截面。如果將變截面梁設計成等強度梁。從節(jié)省材料、減輕自重角度看，等強度梁最合理。但由于加工制造等原因，實際上只能近似做到等強度要求。
必須指出，以上這些措施都是從提高彎曲強度的角度提出的。但在工程實際中，設計一個構件還應考慮剛度、穩(wěn)定性、加工制造等多方面因素，應經(jīng)過綜合考慮比較后，再確定梁的截面形狀和結構形式。
3．4 整體裝配圖的Pro/E實體建模
本舉升機的主要機械部件有載車板、橫梁、立柱、保險傳動機構下面利用Pro/E軟件對主要零件建模主要應用的命令有拉伸、旋轉、打孔、抽殼、掃描伸出項等及相關零件的裝配，裝配應用的主要命令有匹配、插入、相切、自動等[6]，完成后的效果如圖3.10所示。
1、建立載車板
建立橫梁底座（正面）
建立橫梁底座（反面）
裝配滑動蓋板、四輪定位儀蓋板
裝配鋼絲繩轉動圓盤
圖3.10舉升機部件效果圖
裝配傳動軸及保險鎖拉桿
2、建立橫梁
建立橫梁
橫梁側端
橫梁側端附件的裝配（正面）
續(xù)圖3.10舉升機部件效果圖
橫梁側端附件的裝配（反面）
3、建立橫梁
建立橫梁
裝配鎖條
裝配液壓缸
續(xù)圖3.10舉升機部件效果圖
4、總裝配圖及爆炸圖
圖3.11舉升機總裝配效果圖
5、干涉檢查及爆炸圖
運用Pro/E軟件完成所有零件建模，并完成裝配。為防止整個舉升機構在舉升過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象或裝配中出現(xiàn)不合理現(xiàn)象，在裝配過程中計算機不會提示零部件有干涉現(xiàn)象，因為零部件在裝配過程中只是按照軟件內部自定義的如匹配、自動、曲面上的點、曲面上的邊、坐標系、對齊、插入等十一種關系進行裝配。這時有可能一個零件進入另一零件，這種情況在實際情況種是不可能的。所有這時我們要進行干涉檢查，經(jīng)檢查此舉升機一百多零件無干涉現(xiàn)象[6]，如圖3.12所示。
圖3.12干涉檢查
圖3.13舉升機爆炸圖
3.5 摩擦角與自鎖
當摩擦力達到最大值時，全反力與法線間的夾角φm稱為摩擦角。
tanφm= =fs
即摩擦角的正切等于靜摩擦因數(shù)。摩擦角與摩擦因數(shù)一樣，也是表示摩擦性質的物理量。
作用于物體上的全部主動力的合力FA，不論其大小如何，只要其作用線與接觸面法線間的夾角α小于或等于摩擦角（即FA的作用線在摩擦角之內）物體必保持靜止。這種現(xiàn)象稱為自鎖。這種與主動力大小無關，而只與摩擦角有關的平衡條件稱為自鎖條件。
反之，當作用于物體上的全部主動力的合力FA的作用線位于摩擦角之外時，則無論此合力多么小，都不能有與其共線的全反力，因而物體必定滑動。
經(jīng)計算，滑塊的摩擦角取60度時，不會發(fā)生卡死。
3.6 鋼絲繩的選用
載車板固定于橫梁之上，橫梁兩端位于兩個一側立柱內非接觸。橫梁兩端安有滑輪，鋼絲繩通過滑輪變相吊接于立柱頂部。當液壓缸工作時，拉動鋼絲繩，鋼絲繩縮短，頂端固定不懂，迫使橫梁在鋼絲繩帶動下向上運動，此時橫梁帶動載車板沿立柱做垂直運動。鋼絲繩完成工作。
3.6.1 鋼絲繩用途
鋼絲繩是一種撓性零件,具有強度高、自重輕、彈性好、運行平穩(wěn)適合于高速、遠距離、換向傳力以及極少突然破斷的優(yōu)點。用途：用于各種起重機械上。卷揚機的牽引繩等。用作設備運輸時的捆綁繩，起重對象的溜繩、拖拉繩，起重設備的錨固繩。
３.6.２ 鋼絲繩材料
鋼絲繩的鋼絲要求有很高的強度和韌性，通常由含碳量0.5%～0.8%的優(yōu)質碳鋼，經(jīng)過多次的冷拔工藝制成的，其直徑為0.3～2.0mm。鋼絲的公稱抗拉強度一般為1400～2000N/m2[5] 。
1、按鋼絲繩繞制次數(shù)分
表3.6 鋼絲繩按繞制次數(shù)分類
分類
特點
用途
雙捻（多股）
先由鋼絲繞成股，再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大，比單繞繩撓性好
起重機械中廣泛應用
2、按股繩截面形狀分
表3.7 鋼絲繩按股繩截面形狀分類
分類
特點
用途
圓股
股繩截面形狀是圓形
廣泛應用
3、按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分
表3.8 鋼絲繩按絲與絲的接觸狀態(tài)分類
分類
特點
用途
線接觸
由不同直徑鋼絲捻制而成，股內各層之間鋼絲全長上平行捻制，各層鋼絲螺距相等，鋼絲之間呈線狀接觸，這種鋼絲繩消除了點接觸的二次彎曲應力，能降低工作時總的彎曲應力，耐疲勞性能好。結構緊密，金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長，比普通鋼絲繩壽命高1～2倍
廣泛應用
4、按鋼絲繩繞制方法分
表3.9 鋼絲繩按繞制方法分類
分類
特點
用途
交互捻
鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻，股左捻，稱為右交互捻，繩左捻，股右捻，稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點是僵性較大，使用壽命較低，但不容易松散和扭轉
在起重機械中廣泛應用
5、按鋼絲繩繩芯分
表3.10 鋼絲繩按繩芯分類
分類
特點
用途
纖維芯
具有較高撓性和彈性，不能耐高溫，不能承受橫向壓力
起重機械廣泛應用
3.6.3 鋼絲繩直徑的確定
表3.11 鋼絲繩直徑
直徑（mm）
鋼絲總斷面積
（mm2）
參考質量
（kg/100m）
安全因數(shù)
3.5
5
6
許用拉力(KN)
6.2
14.32
13.53
4.86
3.4
2.8
11.0
43.57
40.96
19.7
13.8
11.5
14.0
72.49
68.50
24.5
17.2
14.3
根據(jù)鋼絲繩選用原則（《起重工機具》），本設計宜采用線接觸鋼絲繩6X(19)，6W(19)，8X(19)，8W(19)等（GB1102—74）。本四柱式汽車舉升機采用鋼絲繩起吊方式提升動力端，所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩。
鋼絲繩的允許拉力 S= （3.4）
鋼絲繩的破斷拉力 =52 （3.5）
式中： d—鋼絲繩直徑，mm;
——鋼絲公稱抗拉強度；
由于本四柱式舉升機絲繩提升過程與起重機相似，所以屬起重機械，由于工作載荷不大，所以是輕級機械。根據(jù)《起重工機具》[8]
鋼絲繩上的破斷拉力由式（3.5）得 =52
=52
=6847.17kg
起重時，安全系數(shù)k=5,則許用拉力由式（3.4）得
S=
=
而實際鋼絲繩承重（以主立柱為準）1166Kg
所以選用619—11.0—1850類型鋼絲繩合理[8]。
3.7 本章小結
本章對四柱式汽車舉升機立柱、橫梁、載車板、鎖條、保險鎖的形式、材料、結構特點做了初步的選擇，工作原理進行了闡述，主要參數(shù)對四柱式舉升類設備的主要技術參數(shù)進行了確定，并進行了計算和強度、剛度、撓度的校核。完成舉升機的實體建模，對鋼絲繩做了詳細說明，鋼絲繩做了具體的選定并進行了校驗。
第4章 液壓系統(tǒng)及電氣設計
4.1 汽車舉升機液壓系統(tǒng)設計要求
四柱式汽車舉升機液壓系統(tǒng)，除要求能在一定的范圍內將汽車同步舉升和下降外，還要求其能使汽車在任意高度停止并保持不動，因此，液壓系統(tǒng)必須具有定位保持功能。另外，因汽車的重量較大，一旦液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障，舉升機支承部分在汽車重力的作用下會迅速下滑，可能會對低位車輛造成威脅，而且舉升機上面的汽車也有被摔壞的危險。所以，為了防止這樣的情況發(fā)生，舉升機必須具有機械鎖定裝置。機械鎖由分別安裝在橫梁兩側頂端和立柱內的鎖條構成。鎖條焊接在立柱頂端蓋板處。當舉升臂處于定位狀態(tài)或液壓系統(tǒng)出現(xiàn)故障。油壓低于一定數(shù)值時，保險滑塊就會在重力彈簧力的作用下與保險鐵條嚙合，機械鎖鎖死，使載車板不會下滑，這樣就確保高位車輛和下面人員不會出現(xiàn)危險。
4.2 液壓系統(tǒng)組成
4.2.1 液壓系統(tǒng)組成
液壓系統(tǒng)主要由液壓發(fā)生機構、液壓執(zhí)行機構、液壓控制調節(jié)機構和輔助裝置等四大部分組成[13]。
1、液壓發(fā)生機構—油泵
它是由液壓系統(tǒng)中供給有壓力油的裝置和壓力傳動的機械動力。它的作用是將原動機輸入的機械能轉換為流動液體的壓力能。液壓發(fā)生機構在液壓系統(tǒng)中的位置和作用如圖4.1所示。
2、液壓執(zhí)行機構—油缸
它是液壓傳動的執(zhí)行機構又稱液壓機，其作用是將液能變?yōu)闄C械能的轉換裝置，這種裝置有兩種。此雙柱式舉升機所采用的是液體壓力能轉變?yōu)橹本€往復運動機械能的單作用推力油缸。它既能節(jié)省動力、又能頻繁地進行換向。
液壓控制裝置
方向閥壓力閥
液壓發(fā)生裝置
泵
液壓執(zhí)行機構
缸——活塞
圖4.1 液壓系統(tǒng)方框圖像
3、液壓控制調節(jié)裝置——各種液壓控制閥
它是由來控制和調解液壓系統(tǒng)中液油流動，方向、壓力、流量和滿足工況要求的裝置。根據(jù)用途和特點控制可分為三類。方向控制閥用來控制液壓系統(tǒng)中的油流方向和經(jīng)由路徑；根據(jù)實際情況利用單向閥或換向閥的作用來改變執(zhí)行機構的運動方向和工作順序；壓力控制閥（包括溢流閥、減壓閥和順序閥等）用來控制液壓系統(tǒng)的壓力以滿足執(zhí)行機構所需要的動力或對液壓系統(tǒng)起安全保護作用；流量控制閥（包括節(jié)流閥、調速閥、分流和集流閥），用來控制和調節(jié)液壓系統(tǒng)中的流量，以滿足執(zhí)行機構工作時運動速度的要求。
由于液壓系統(tǒng)控制閥種類很多，為使用方便和結構緊湊，在設計時合理的將各種閥類元件組合在一起構成組合閥。
4.2.2 油箱
油箱的主要功用是儲存油液，同時箱體還具有散熱、沉淀污物、析出油液中滲入的空氣以及作為安裝平臺等作用。
油箱屬于非標準件，在實際情況下常根據(jù)需要自行設計。油箱設計時主要考慮油箱的容積、結構、散熱等問題。
四柱式汽車舉升機液壓系統(tǒng)設計的好壞，將直接影響舉升的性能和效率。四柱式汽車舉升機液壓系統(tǒng)主要是舉升液壓系統(tǒng)。
本次四柱式汽車舉升機設計主要偏重于機械機構的設計與分析，而其液壓系統(tǒng)所采用的油泵、油缸、液壓閥等液壓系統(tǒng)元件均為高度標準化、系列化與通用化且由專業(yè)化液壓件廠集中生產(chǎn)供應。因此在本設計中只需要進行液壓元件計算選型。其主要內容包括油缸的直徑與行程、油泵工作壓力、流量、功率以及各種相關控制閥的選型等。
4.3 油缸的計算與選型
油缸是液壓系統(tǒng)執(zhí)行元件，也是舉升機構的直接動力來源。通常油缸分為活塞式和浮拄式兩類?；钊骄鶠閱蜗蜃饔?，其缸體長度大而伸縮長度小、使用油壓低（一般不超過14MPa）。浮拄式為多級伸縮式油缸，一般有2～5個伸縮節(jié)，其結構緊湊，并具有短而粗、伸縮長度大、使用油壓高（可達35MPa），易于安裝布置等優(yōu)點。浮拄式油缸又分為單向作用式與雙向作用式。雙向作用式用油壓輔助車廂降落，因此工作平穩(wěn)，降落速度快。直推式傾卸機構多采用單作用多級油缸；而桿系組合式傾卸機構多采用單作用單級油缸[15]。
4.3.1 舉升液壓缸推力及行程的確定
考慮到超載的因素，因此計算臺面荷重應有一定的安全系數(shù)，即臺面荷重：
N （4.1）
由式（4.1）得 G=3500
舉升的作用力對液壓缸的作用力P為：
N
4.3.2 油缸直徑及行程的確定
油缸選型主要依據(jù)所需的最大作用力以及最大工作行程來確定的。根據(jù)液壓系統(tǒng)中油缸的工作特點，則：
（4.2）
式中：——系統(tǒng)效率，通常按=0.8；
——液壓系統(tǒng)額定工作壓力（MPa）。
參考表4.1選取。越高，對密封要求也越高，成本亦隨之上升；根據(jù)機構的類型及其工作特點，取MPa。
表4.1 液壓設備常用的工作壓力
設備類型
機床
農(nóng)業(yè)機械或中型工程機械
液壓機、重型機械、起重運輸機械
磨床
組合機床
龍門刨床
拉床
工作壓力
P/（MPa）
0.8～2.0
3～5
2～8
8～10
10～16
20～32
4.3.3 舉升機構油缸直徑與行程的計算
由式（4.2）可知：
mm
表4.2 缸筒內徑d的系列（DG型車輛液壓缸）
缸徑 D/mm
活塞桿直徑
d/mm
工作壓力14Mpa
（拉力）/Mpa
最大行程
/mm
80
45
48.10
2500
所以缸筒內徑D=80mm 活塞桿直徑d=45mm
4.4 油泵的計算與選型
舉升機構常用油泵分為齒輪油泵與柱塞泵兩類。齒輪泵多為外嚙合式，在相同體積下齒輪泵比柱塞泵流量大但油壓低。柱塞泵最大特點是油壓高（油壓范圍16～35MPa），且在最低轉速下仍能產(chǎn)生全油壓，固可縮短舉升時間。中輕型舉升機構上多采用齒輪泵，常用系列有CB、CBX、CG、CN等；重型舉升機構常采用柱塞泵。
1、油泵工作壓力的計算
Mpa （4.3）
式中：——油泵工作壓力，（Mpa）；
——油缸最大作用力，（N）；
——油缸橫截面積，（m2）。
代入式（4.3）則：
P = F3.14πD2?3.14πd2=377303.14(802）2?3.14（452）2=10.985Mpa
在液壓系統(tǒng)中除去各種閥體的損失
所以P=10.985+1=12MPa
根據(jù)DG型車輛用液壓缸技術參數(shù)選工作壓力14MPa推出拉力為48.10KN最大行程為2500mm完全符合工作要求。
2、油泵理論流量的計算
L/min （4.4）
式中：——油泵理論流量（L/min）；
——油缸最大工作容積（m3），按下式計算：
L
、、的單位均為m；
——舉升時間，(s)，取s；
——液壓泵容積效率=0.85~0.9。
由式（4.4）則：
L
3、油泵排量的計算
mL/r （4.5）
式中： ——油泵排量，（mL/r）；
——油泵額定轉速，(r/min)。
油泵轉速n=1450r/min
那么由式（4.5）得
mL/r
4、油泵功率的計算
（4.6）
式中：——油泵最大工作壓力，(Pa)；
——油泵額定流量，(m3/s)；
——油泵總效率=0.8。
代入式（4.6）則：
KW
5、油泵的選型
根據(jù)上述計算P、、q和N的值，查閱相關資料，選擇CBB -04型號的單齒輪泵。
4.5 油箱與油管的計算與選型
1、油箱容積V的計算
一般要求油箱容積不得小于全部工作油缸工作容積的三倍，即：
則：L
取L
2、油管內徑d的計算
由
即： （4.7）
式中：——油泵理論流量，(L/min)；
——管路中油的流速；高壓管路中油的流速3.6m/s；低壓管路中油的流速m/s。
代入式（4.7）則：
高壓油管內徑mm
低壓油管內徑mm
根據(jù)管路計算結果選用（HG4-406-66）兩層鋼絲編織膠管作為高壓管，管接頭形式為A型扣壓式；低壓回油管則選用（HG4-406-66）一層鋼絲編織低壓膠管。液壓油冬季選用HJ-20號機械油，夏季HJ-30號機械油。
4.6 電氣系統(tǒng)組成
就現(xiàn)代機床或其他生產(chǎn)機械而言，它們的運動部件大多是由電動機帶動的。因此在生產(chǎn)過程中要對電機進行自動控制，使生產(chǎn)機械各部件的動作按順序進行，對電動機主要是控制它的啟動、停止、正反轉、調速及制動運行。
針對四柱式汽車舉升機，它的控制電路相對簡單。它所需要的只有啟動開關、停止按鈕、行程開關組成。其中行程控制就是當運動部件到達一定行程位置時采用行程開關來進行控制。行
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