機(jī)械式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì),機(jī)械式,汽車(chē),舉升機(jī),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）任務(wù)書(shū)
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
班 級(jí)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)
任務(wù)規(guī)定
進(jìn)行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止
一、題目來(lái)源、目的、意義
本課題來(lái)源于科技股份有限公司與本校合作項(xiàng)目——汽車(chē)舉升機(jī)
設(shè)計(jì)科研項(xiàng)目。盡管?chē)?guó)內(nèi)有不少舉升機(jī)生產(chǎn)單位，其產(chǎn)品占有了國(guó)內(nèi)一定的市
場(chǎng)份額，但總體質(zhì)量有待提高。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研、分析，本設(shè)備預(yù)計(jì)有一定的國(guó)外
市場(chǎng)需求，有較好的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用前景，價(jià)格適中，適合在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用。雙
柱式舉升機(jī)是一種廣泛用于轎車(chē)等小型車(chē)維修用的舉升設(shè)備。隨著轎車(chē)工業(yè)的
發(fā)展和轎車(chē)等小型車(chē)的使用日趨普及，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。
課題緊貼當(dāng)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(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，使學(xué)生在接觸實(shí)際科研項(xiàng)目中，
學(xué)會(huì)如何解決實(shí)際問(wèn)題，如何綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)
化的圖紙用于加工生產(chǎn)。
主要內(nèi)容：在參考國(guó)內(nèi)外各種舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮到由于QJY04-02
型（含B型）舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，適用于各
種汽車(chē)修理和保養(yǎng)單位，故針對(duì)QJY04-02（含B型）型普通雙柱式舉升機(jī)，分
析其結(jié)構(gòu)的合理性，并進(jìn)行校核驗(yàn)算。通過(guò)對(duì)普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
與計(jì)算，保證所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)滿足工作使用要求。
三、主要技術(shù)指標(biāo)（或主要論點(diǎn)）
雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，QJY04-02型（含B型）舉升機(jī)系指液
壓驅(qū)動(dòng)的雙柱式舉升機(jī)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由兩立
柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安
裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。
本機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)為：額定舉升載荷4噸；電動(dòng)機(jī)功率2.2 KW；舉
升臂在最低位置時(shí)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(jìn)度計(jì)劃
第1周~第3周：查閱資料，翻譯要求字?jǐn)?shù)的英文資料，調(diào)研市場(chǎng)上幾種主要
的舉升機(jī)，并進(jìn)行方案論證，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
第4周~第6周：參考一些樣機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。
第7周~第9周：結(jié)構(gòu)分析與驗(yàn)算，滿足技術(shù)性能指標(biāo)和使用要求。
第10周~第14周：計(jì)算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，包括裝配圖和零件圖。
第15周~第16周：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第17周~第18周：評(píng)審、答辯。
五、主要參考資料（外文資料至少一篇）
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六、系審批意見(jiàn)
系主任（簽名）:
七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見(jiàn)
院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）:
八、學(xué)生實(shí)際完成日期 九、同組設(shè)計(jì)（論文）者
5
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開(kāi)題報(bào)告
1 課題分析
1.1 常用汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型
目前，全國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)舉升機(jī)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(dòng)汽車(chē)式等。
其中各類(lèi)舉升機(jī)從不同的方面又可分成好幾類(lèi)：
單從舉升機(jī)的外型來(lái)分類(lèi)的基本形式有：普通雙柱、龍門(mén)雙柱、四立柱、剪式、移動(dòng)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(chē)舉升機(jī)
圖1.2 龍門(mén)雙柱式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.3 四立柱式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.4 剪式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.5 組合移動(dòng)式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.6單立柱式汽車(chē)舉升機(jī)
各種形式各有千秋，適用于不同的場(chǎng)合。最常用的形式是前四種，即：普通雙柱式、龍門(mén)雙柱式、四立柱式和剪式。剪式舉升機(jī)分為大剪（子母式）、小剪（單剪式）舉升機(jī)。
雙柱式舉升機(jī)分又分為機(jī)械式和液壓式舉升機(jī)。機(jī)械式舉升機(jī)曾流行于1992-1998年間，該舉升機(jī)特點(diǎn)是同步性好，但由于機(jī)械磨損維護(hù)成本高（經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承），每年一臺(tái)舉升機(jī)的維修更換需要1000元左右，因此目前不生產(chǎn)此舉升機(jī)，使用者們最終會(huì)將該產(chǎn)品更換為維護(hù)成本小的液壓舉升機(jī)。
1.2 各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的使用情況
從調(diào)研的情況來(lái)看，雙立柱結(jié)構(gòu)形式的汽車(chē)舉升機(jī)為最多，其次是四立柱式，同時(shí)還有少些的剪式舉升機(jī)。
汽車(chē)舉升機(jī)生產(chǎn)廠的市場(chǎng)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(jī)市場(chǎng)占有率最高，分別為34.1%和28.5%。國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的百分比分別為：77.1%和22.9% 。進(jìn)口的舉升機(jī)大部分是比較早期的產(chǎn)品。另外，未被統(tǒng)計(jì)的大部分小廠都是擁有國(guó)產(chǎn)的舉升機(jī)。
表1.1舉升機(jī)主要生產(chǎn)廠的市場(chǎng)占有率
總臺(tái)數(shù) 編號(hào) 生產(chǎn)廠 臺(tái)數(shù) 百分比
1 寶得寶 61 28.5%
2 永紅 73 34.11%
舉升機(jī)總數(shù) 214 3 中大 8 3.74%
4 序達(dá) 9 4.21%
5 其他 41 19.16%
6 進(jìn)口 49 22.90%
圖1.7汽車(chē)舉升機(jī)主要生產(chǎn)廠的市場(chǎng)占有率百分比圖
1.3 汽車(chē)舉升機(jī)的主要參數(shù)
普通雙立柱式、龍門(mén)雙立柱式、和四立柱式這三種目前市場(chǎng)上主要的汽車(chē)舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1.2，1.3，1.4所示。
表1.2普通雙立柱式汽車(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
表1.3龍門(mén)雙立柱式汽車(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)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(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
2 舉升機(jī)的方案擬定
2.1 主要結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)形式
舉升機(jī)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(dòng)方式；（4）平衡方式；（5）保險(xiǎn)與保護(hù)方式；（6）托盤(pán)結(jié)構(gòu)。
常用的幾種舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式包括有普通式、龍門(mén)式、四柱式、剪式、移動(dòng)式和單立柱式六種。
目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是普通式和龍門(mén)式。普通式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，制作成本相對(duì)于龍門(mén)式稍低。但從整個(gè)機(jī)器的強(qiáng)剛度的角度去考慮，龍門(mén)式就占優(yōu)勢(shì)了，簡(jiǎn)單地說(shuō)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(mén)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(chē)稍大的車(chē)型的維修和保養(yǎng)，制作成本不低。
剪式舉升機(jī)又分為大剪（子母式）和小剪（單剪）舉升機(jī)。但由于不是批量，所以價(jià)格偏高。
對(duì)于體積可以說(shuō)是龐大的大型客車(chē)來(lái)說(shuō)，使用以上幾種舉升機(jī)就比較困難。因此，又有了組合移動(dòng)式舉升機(jī)。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(chē)型，但一般僅在給大型車(chē)進(jìn)行維修或保養(yǎng)的時(shí)候才使用。
單立柱式舉升機(jī)占地面積小，適用于小型汽車(chē)使用。由于是單柱，較大型車(chē)就無(wú)法使用，就降低了它的使用價(jià)值。
常用的幾種舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)如下表2.1所示：
表2.1各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)形式 主 要 特 點(diǎn)
普通雙柱 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低、使用方便，但對(duì)地基要求較高。
龍門(mén)雙柱 強(qiáng)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(duì)地基要求低。
移動(dòng)式 能雙柱、四柱或多柱聯(lián)動(dòng)，方便地適應(yīng)于各種車(chē)型。
單立柱式 占地小，適用于小型汽車(chē)。
2.2 驅(qū)動(dòng)、舉升及同步方式
舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)方式通常有鏈條傳動(dòng)舉升和液壓缸直接舉升方式。液壓式舉升機(jī)維護(hù)成本低，油缸的油封為進(jìn)口的話一般使用5——10年沒(méi)問(wèn)題。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)又分單電機(jī)和多電機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)又分單液壓缸和多液壓缸等多種驅(qū)動(dòng)方式。單缸舉升機(jī)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(diǎn)是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，有底板，舉升機(jī)得扭力靠底板抵消，安全性好，是目前最理想得舉升機(jī)。雙缸舉升機(jī)也分有兩種：龍門(mén)式舉升機(jī)和無(wú)地板舉升機(jī)。但由于是雙缸，所以同步性問(wèn)題難以解決，往往要靠?jī)筛摻z繩來(lái)平衡。油缸以及鋼絲繩只要調(diào)整得松緊一致，舉升機(jī)就可以同步運(yùn)作。雙缸的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)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(lái)抵消，所以對(duì)地基要求很高。
如果驅(qū)動(dòng)是單液壓缸，則升降運(yùn)動(dòng)采用機(jī)械方式同步。如果采用多個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，則升降運(yùn)動(dòng)既可以采用機(jī)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(dòng)舉升方式和液壓缸直接舉升等方式。
從液壓和機(jī)械兩種舉升方式來(lái)看，機(jī)械方式和液壓方式各占一半，但機(jī)械的略多有些，如圖2.1所示：
圖2.1汽車(chē)舉升機(jī)舉升方式百分比圖
1——液壓；2——機(jī)械
絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的舉升方式一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則各柱的升降運(yùn)動(dòng)，一般應(yīng)用機(jī)械同步方式；若用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則采用機(jī)械同步或采用電氣方式同步進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。在電氣方式同步時(shí)，副柱上的升降是隨同主柱的升降運(yùn)動(dòng)同步進(jìn)行的。
鋼絲繩或鏈條傳動(dòng)舉升方式可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓缸驅(qū)動(dòng)，一般采用鋼絲繩平衡同步舉升。
上述各種方式各有特點(diǎn)：絲杠螺母方式傳動(dòng)的自鎖性好，安全性也較好。而且采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，維護(hù)保養(yǎng)均較方便，傳遞比較清潔，沒(méi)有液壓油，但制造工藝性差。而液壓驅(qū)動(dòng)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(jī)械系統(tǒng)相比，液壓回路容易產(chǎn)生故障，維護(hù)保養(yǎng)工作較多。
相比液壓缸舉升機(jī)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(yuǎn)比絲杠螺母機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易組織產(chǎn)生。且使用壽命比絲杠螺母要長(zhǎng)。所以本次設(shè)計(jì)所采用的是液壓舉升方式。
2.3 舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此次將舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。普通式汽車(chē)舉升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：
圖2.3普通式二柱汽車(chē)舉升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
（1）舉升機(jī)構(gòu)
舉升機(jī)構(gòu)是由液壓系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)組成的。通過(guò)電器系統(tǒng)來(lái)控制液壓?jiǎn)卧?，油液通過(guò)進(jìn)出液壓缸并通過(guò)滑臺(tái)鏈條來(lái)帶動(dòng)整個(gè)設(shè)備的舉升動(dòng)作，如圖2.4所示：
圖2.4舉升機(jī)構(gòu)示意圖
（2）立柱與支撐機(jī)構(gòu)
舉升機(jī)的立柱包括左、右兩個(gè)主立柱，中間放置滑臺(tái)和液壓系統(tǒng)。舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)是托臂。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時(shí)，就是通過(guò)改變搖臂的角度或方向來(lái)改變托臂的整個(gè)工作范圍的寬度。
（3）平衡機(jī)構(gòu)
由于舉升機(jī)在上升或下降時(shí)必須有強(qiáng)制性平衡裝置以確保汽車(chē)整體的水平位置，所以本次設(shè)計(jì)采用了左右對(duì)稱的鋼絲繩走向，可以通過(guò)改變鋼絲繩的張力來(lái)使左右兩邊的滑臺(tái)在抬升的過(guò)程中保持平衡。
（4）保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)與保護(hù)
汽車(chē)舉升機(jī)是一種安全性能要求特別高設(shè)備。通常設(shè)有多種保險(xiǎn)裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險(xiǎn)裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過(guò)載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。
本次設(shè)計(jì)中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：兩個(gè)滑臺(tái)上均有安裝安全卡位條，在汽車(chē)升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)。
3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)方案的確定
通過(guò)對(duì)舉升機(jī)的了解，確定了本次設(shè)計(jì)采用的方案。本次設(shè)計(jì)所采用的是液壓驅(qū)動(dòng)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。此舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制的，由兩邊兩個(gè)立柱里安裝的液壓油缸來(lái)推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。用鋼絲繩作為同步裝置來(lái)保持整個(gè)舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺(tái)相連，當(dāng)滑臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)托臂一起移動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
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摘 要
雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)通過(guò)支撐汽車(chē)底盤(pán)或車(chē)身的某一部分，是使汽車(chē)升降的設(shè)備。汽車(chē)舉升機(jī)在維修保養(yǎng)中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，無(wú)論是整車(chē)大修還是小修保養(yǎng)，都離不開(kāi)他。機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)作為整個(gè)汽車(chē)舉升機(jī)中的一員，他有著其他舉升機(jī)不具有的優(yōu)勢(shì)，例如它的工作范圍廣，可以維修高頂棚車(chē)輛，工作占用空間小等。本文較全面的介紹了舉升機(jī)的種類(lèi)，在確定所要設(shè)計(jì)的方案之后，針對(duì)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)與說(shuō)明。具體說(shuō)，涉及原動(dòng)機(jī)分析選擇，帶傳動(dòng)分析設(shè)計(jì)，螺旋傳動(dòng)分析設(shè)計(jì)，導(dǎo)軌分析選擇，支撐懸臂應(yīng)力校核，鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇。本課題所設(shè)計(jì)的是雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)。
關(guān)鍵字：螺旋傳動(dòng)；帶傳動(dòng)；汽車(chē)舉升機(jī)；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(jì)（論文）
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 汽車(chē)舉升機(jī)簡(jiǎn)介及發(fā)展概況 1
1.2 汽車(chē)舉升機(jī)分類(lèi) 2
第2章 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì) 5
2.1 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 5
2.2 舉升機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 5
2.2.1 擬定設(shè)計(jì)方案 5
2.2.2 確定總體設(shè)計(jì)方案 6
第三章 原動(dòng)機(jī)分析選擇 9
3.1原動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇 9
3.1.1 選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 9
3.1.2原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇及功率計(jì)算 9
第四章 帶傳動(dòng)分析設(shè)計(jì) 10
4.1 帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類(lèi)型選擇 10
4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 10
4.2.1 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件 10
4.2.2 帶傳動(dòng)主要失效形式和設(shè)計(jì)依據(jù) 11
4.2.3 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 11
4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
第五章 舉升機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 14
5.1 舉升機(jī)構(gòu)的分析選擇 14
5.2 滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 16
5.2.1 材料的選擇 16
5.2.2 耐磨性 16
5.2.3 驗(yàn)算自鎖 17
5.2.4 螺桿強(qiáng)度：校核當(dāng)量應(yīng)力 18
5.2.5 螺紋牙強(qiáng)度 18
5.2.6 螺桿的穩(wěn)定性 18
5.2.7 橫向振動(dòng)-驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 19
5.2.8 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率 19
第六章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 20
6.1 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
6.2 支撐機(jī)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(jì) 24
7.1 導(dǎo)軌類(lèi)型分析選擇 24
7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算 25
7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算 26
7.3.1 壽命計(jì)算的基本公式 26
7.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算及選用規(guī)格 27
第八章 鎖緊機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì) 30
8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性 30
8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)原理分析 30
8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇 32
8.4 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 33
第九章 螺栓連接件的校核 35
9.1 升降臺(tái)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(xiàn) 40
致謝 41
ii
- -
第一章 緒論
1.1 汽車(chē)舉升機(jī)簡(jiǎn)介及發(fā)展概況
汽車(chē)舉升機(jī)在汽車(chē)保養(yǎng)和維修行業(yè)中占有重要地位。汽車(chē)舉升機(jī)根據(jù)保養(yǎng)維修工況，將需要保養(yǎng)或維修的汽車(chē)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(chē)舉升機(jī)具有至關(guān)重要及難以替代的作用，是汽車(chē)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(jì)初期，汽車(chē)維修特別是汽車(chē)底盤(pán)維修時(shí)，汽車(chē)維修技術(shù)工人一般通過(guò)鉆到車(chē)底下進(jìn)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(zhǎng)時(shí)間在車(chē)底作業(yè)，導(dǎo)致維修效率很低。 最初出現(xiàn)的舉升機(jī)由電力驅(qū)動(dòng)，可以把汽車(chē)升到空中，但是舉升的高度不高。到了20世紀(jì)20年代，Weaver和Manley等生產(chǎn)的汽車(chē)舉升機(jī)最大舉升高度可以達(dá)到4英尺，并且可以根據(jù)工況需求在最高高度下對(duì)舉升高度進(jìn)行任意調(diào)整，舉升機(jī)通過(guò)支撐車(chē)軸把汽車(chē)舉升起來(lái)，這樣保證了汽車(chē)被舉起后車(chē)輪可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 在1925年，美國(guó)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(tái)液壓舉升機(jī)，這使修理汽車(chē)變得更加容易。 之后又出現(xiàn)了單柱框架接觸式舉升機(jī)，它保證了工作人員可以方便地對(duì) 4 個(gè)車(chē)輪維修，但是該設(shè)計(jì)方案的代價(jià)是犧牲了車(chē)底空間 ，使得工作人員無(wú)法對(duì)車(chē)底的某些部位進(jìn)行維修。隨后兩柱舉升機(jī)的出現(xiàn)使得技師可以方便維修汽車(chē)底盤(pán)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(dòng)化控制技術(shù)結(jié)合在一起，通過(guò)電子設(shè)備來(lái)控制舉升機(jī)的舉升動(dòng)作，同時(shí)設(shè)計(jì)開(kāi)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(guó)的汽車(chē)舉升機(jī)起步較晚，直到20 世紀(jì) 80 年代初才根據(jù)外國(guó)的技術(shù)生產(chǎn)。 汽車(chē)舉升機(jī)因?yàn)楸阌诩紟熅S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(guó)汽車(chē)工業(yè)的繁榮，隨之形成了 一個(gè)龐大的汽車(chē)周邊市場(chǎng)，汽車(chē)舉升機(jī)的市場(chǎng)擴(kuò)大迅速。 到了2000 年，舉升機(jī)產(chǎn)品形式和種類(lèi)已發(fā)展到各式各樣，并且成為汽車(chē)維修行業(yè)取得二級(jí)維修資質(zhì)必備的汽修設(shè)備。 隨著我國(guó)汽車(chē)保有量的不斷增多，私人購(gòu)買(mǎi)汽車(chē)成為主流，汽車(chē)售后市場(chǎng)得到蓬勃發(fā)展，汽車(chē)舉升機(jī)成為一種使用頻率極高而且?guī)缀醪豢苫蛉钡钠?chē)維修設(shè)備。
自從中國(guó)加入WTO后，中國(guó)汽車(chē)維修業(yè)受到的影響是巨大的。外國(guó)汽車(chē)廠商為適應(yīng)售后服務(wù)的要求, 外國(guó)維修業(yè)開(kāi)始相繼進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng), 外國(guó)汽車(chē)維修業(yè)的進(jìn)軍給中國(guó)汽車(chē)維修市場(chǎng)提供了一個(gè)較為先進(jìn)和高效的國(guó)際技術(shù)環(huán)境, 這對(duì)促進(jìn)國(guó)內(nèi)汽車(chē)維修業(yè)的更新改造、加速汽車(chē)維修業(yè)技術(shù)進(jìn)步是一個(gè)機(jī)遇, 必然會(huì)起到良好的推動(dòng)作用。
現(xiàn)代汽車(chē)維修方式必然代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車(chē)的維修方式、維修制度和經(jīng)營(yíng)模式。以往的汽車(chē)維修通常就是維修談維修, 而現(xiàn)代汽車(chē)維修是集汽車(chē)銷(xiāo)售、零件銷(xiāo)售、資訊及售后服務(wù)四位為一體。維修對(duì)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(duì)象的社會(huì)化將是現(xiàn)代汽修的新趨勢(shì)。國(guó)外汽車(chē)維修企業(yè)通過(guò)汽車(chē)服務(wù)貿(mào)易的形式進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng), 這使我國(guó)汽車(chē)維修行業(yè)面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 而在汽車(chē)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(chē)維修行業(yè)的服務(wù)優(yōu)質(zhì)化、品牌化、數(shù)字化，勢(shì)在必行。
1.2 汽車(chē)舉升機(jī)分類(lèi)
汽車(chē)舉升機(jī)有多種類(lèi)型, 根據(jù)傳動(dòng)方式一般可分為機(jī)械傳動(dòng)和液壓傳動(dòng), 其主要性能對(duì)比見(jiàn)表1-1。其中機(jī)械傳動(dòng)舉升機(jī)由于其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)容易發(fā)生絲杠或工作螺母滑扣, 導(dǎo)致所舉汽車(chē)跌落或絲杠卡死等故障, 存在很大的安全隱患。液壓傳動(dòng)舉升機(jī)由于其性能優(yōu)勢(shì)逐漸成為主流的舉升機(jī)產(chǎn)品類(lèi)型。
表1.1 根據(jù)傳動(dòng)方式分類(lèi)
種類(lèi)名稱
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
機(jī)械傳動(dòng)舉升機(jī)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 價(jià)格便宜
機(jī)械磨損大，易發(fā)生汽車(chē)跌落
液壓傳動(dòng)舉升機(jī)
安全性能好、運(yùn) 行平穩(wěn)、維護(hù)簡(jiǎn)單以及工作效率高
成本高
近年來(lái)，隨著材料學(xué)科和其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)開(kāi)始展顯出新的活力。圖1.1是現(xiàn)在正在銷(xiāo)售的德國(guó)康索舉升設(shè)備。
圖1.1 德國(guó)康索舉升設(shè)備
根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型來(lái)分，有雙柱式、四柱式和剪式，其主要性能對(duì)比見(jiàn)表1-2。
機(jī)械式舉升機(jī)：同步性雖好，但機(jī)械維護(hù)成本高（需要換銅螺母及軸承）。機(jī)械傳動(dòng)可以是鋼絲或鏈條，但這樣設(shè)計(jì)有一個(gè)缺點(diǎn)：如果鋼絲或者鏈條在工作中有略微伸長(zhǎng)，就會(huì)導(dǎo)致升降時(shí)拖架的移動(dòng)不能同步。
液壓式舉升機(jī)：維護(hù)成本較低，單缸同步性好，但是雙缸同步性較差。液壓式細(xì)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(mén)式和無(wú)地板式。單缸同步性雖好，但油缸機(jī)械式連接在對(duì)面立柱的托架上。
雙柱式液壓舉升機(jī)：液壓舉升，維修較少。質(zhì)量較穩(wěn)定，下降時(shí)需要兩邊拉開(kāi)保險(xiǎn)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(jī)：四柱式同時(shí)具有雙柱式液壓舉升機(jī)的特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)四輪定位的檢測(cè)，安裝升舉更加方便，一般在中大型的修理場(chǎng)中有廣泛的應(yīng)用。四柱式舉升機(jī)見(jiàn)圖1.2。
圖1.2 四柱式舉升機(jī)
剪式舉升機(jī)：舉升平穩(wěn)，安全性高，但是剪式舉升機(jī)的精度要求高，容易卡死。剪式舉升機(jī)見(jiàn)圖1.3。
圖1.3 剪式汽車(chē)舉升機(jī)
表1.2 根據(jù)結(jié)構(gòu)類(lèi)型分類(lèi)
種類(lèi)名稱
優(yōu)點(diǎn)
缺點(diǎn)
雙柱式舉升機(jī)
同步性好，占地面積較小
機(jī)械式機(jī)械磨損較大；液壓是成本高；
四柱式舉升機(jī)
適合四輪定位結(jié)構(gòu)的使用
占地面積較大
剪式舉升機(jī)
安全性高，操作簡(jiǎn)單；空間利用率高
精度要求較高，易發(fā)生舉升平臺(tái)不平衡，單邊升降
第2章 舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì)
2.1舉升機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)
根據(jù)實(shí)際轎車(chē)的外形尺寸和質(zhì)量，見(jiàn)表2.1，以及維修保養(yǎng)店的實(shí)地考察，本汽車(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)要求如下表2.2：
表2.1 轎車(chē)車(chē)體尺寸
小型轎車(chē)
中小型轎車(chē)
中型轎車(chē)
大型轎車(chē)
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(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)要求
項(xiàng)目
數(shù)據(jù)
額定舉升質(zhì)量
3000kg
最大舉升高度
2000mm
懸臂托盤(pán)距地面最低高度
115
全程上升/下降時(shí)間
≤1min
舉升機(jī)外形尺寸
3440×2512×427
2.2舉升機(jī)總體方案設(shè)計(jì)
2.2.1擬定設(shè)計(jì)方案
1、 電機(jī)配置方案
1）單電機(jī)方案：傳動(dòng)路線為電機(jī)-帶傳動(dòng)-螺旋傳動(dòng)-同步機(jī)構(gòu)-螺旋傳動(dòng)。此方案預(yù)選電機(jī)功率為4kw，同步機(jī)構(gòu)占用空間使汽車(chē)不方便駛過(guò)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高。
2）雙電機(jī)方案：兩邊立柱上各有一電動(dòng)機(jī)。此方案預(yù)選電機(jī)功率為2.2kw，通過(guò)電機(jī)的通斷來(lái)控制懸臂的同步運(yùn)動(dòng)，省去中間同步傳動(dòng)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。
2、舉升機(jī)構(gòu)
1）齒條傳動(dòng)齒條傳動(dòng)，采用以齒條為承載軌道進(jìn)行同步升舉。機(jī)械能轉(zhuǎn)化率高，但承載較次。
2）滾珠絲杠傳動(dòng)，采用以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，平穩(wěn)輕便快捷，機(jī)械能轉(zhuǎn)化率低。
3）滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，采用以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，平穩(wěn)承載能力強(qiáng)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化率低。
4）液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力大，也簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，但制造精度高，成本高，使用維護(hù)嚴(yán)格。
3、 單電機(jī)方案中同步機(jī)構(gòu)
舉升機(jī)左右兩立柱上的四個(gè)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(zhǎng)軸——錐齒輪——螺旋副機(jī)械傳動(dòng)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(zhǎng)軸雖可采用無(wú)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(gè)電動(dòng)機(jī)與加工精度相近的在裝配時(shí)進(jìn)行調(diào)整選配的兩個(gè)螺旋副.分別驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。
3）鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重小，結(jié)構(gòu)安全可靠傳動(dòng)效率較高，但需要安裝張緊裝置和托板。
4）同步帶傳動(dòng)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率較高，但兩帶輪間距過(guò)大，需要設(shè)置張緊裝置，且同步帶傳動(dòng)使用維護(hù)嚴(yán)格。
4、鎖緊保險(xiǎn)裝置
除了利用螺旋傳動(dòng)的自鎖特性和雙螺母實(shí)現(xiàn)預(yù)定高度的鎖緊，汽車(chē)舉升機(jī)還應(yīng)該另外設(shè)置鎖緊保險(xiǎn)裝置，使懸臂不會(huì)因液壓系統(tǒng)的干擾、維修過(guò)程中的振動(dòng)而使汽車(chē)掉落或劇烈振動(dòng)。
1）包含電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的自鎖保險(xiǎn)裝置。
2）在舉升機(jī)立柱的不同高度上分別設(shè)置若干止動(dòng)板以及升降臂端部對(duì)應(yīng)于止動(dòng)板處分別設(shè)置有可轉(zhuǎn)動(dòng)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(jì)方案
方案一：原動(dòng)機(jī)采用一個(gè)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)普通V帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞到右側(cè)螺桿，螺旋傳動(dòng)將右側(cè)螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)，左側(cè)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)比為1的鏈傳動(dòng)傳遞到右側(cè)螺桿，實(shí)現(xiàn)左右螺桿的同步運(yùn)動(dòng)，即右側(cè)螺桿將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。原理如圖2.1。
圖2.1 單電機(jī)舉升機(jī)傳動(dòng)方案原理圖
方案二：原動(dòng)機(jī)為分別安裝在左右立柱上的兩電機(jī)，通過(guò)兩電機(jī)的通斷電實(shí)現(xiàn)左右螺桿的同步運(yùn)動(dòng)，螺桿把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，從而是螺母同步上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)升降。
圖2.2 雙電機(jī)舉升機(jī)傳動(dòng)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(jī)械的同步運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了機(jī)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(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)選擇方案二。
第三章 原動(dòng)機(jī)選擇及運(yùn)動(dòng)學(xué)分析
3.1原動(dòng)機(jī)的計(jì)算選擇
3.1.1選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu)
原動(dòng)機(jī)選擇最常見(jiàn)的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，它是按國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。其中Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為籠型封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴侵入電機(jī)內(nèi)部，自扇冷卻；可采用全壓或降壓?jiǎn)?dòng)，B級(jí)絕緣[13]。
3.1.2原動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速選擇及功率計(jì)算
考慮到舉升機(jī)的上升速度，選擇滑動(dòng)螺旋副的轉(zhuǎn)速為240r/min，又因?yàn)榱⒅潴w尺寸，選定帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為i = 4，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇為6級(jí)，同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速約為960r/min。根據(jù)舉升機(jī)設(shè)計(jì)要求，F(xiàn) = 22050N。
根據(jù)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩
則滑動(dòng)螺旋副所需功率，電動(dòng)機(jī)的功率為。傳動(dòng)裝置的總效率，其中，η1為帶傳動(dòng)效率，取0.96；η2軸承效率，取0.98。
綜上，電動(dòng)機(jī)的功率P=2.2kw。
根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇Y112M-6，其各項(xiàng)參數(shù)如表3.1。
表3.1 電機(jī)Y112M-6各項(xiàng)參數(shù)
電機(jī)型號(hào)
額定功率
kw
滿載轉(zhuǎn)速r/min
啟動(dòng)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(dòng)分析設(shè)計(jì)
4.1帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類(lèi)型選擇
帶傳動(dòng)是利用張緊在帶輪上的傳動(dòng)帶，借助帶和帶輪間的摩擦或嚙合來(lái)傳遞運(yùn)和力 的。帶傳動(dòng)具有傳動(dòng)平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、不需潤(rùn)滑和能緩傳動(dòng)吸振等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)械傳動(dòng)中被廣泛的應(yīng)用[1]。
根據(jù)帶傳動(dòng)原理不同,帶傳動(dòng)可分為摩擦型和嚙合型兩大類(lèi),前者過(guò)載可以打滑,但傳動(dòng)比不準(zhǔn)確(滑動(dòng)率在2%以下);后者可保證同步傳動(dòng)。根據(jù)帶的形狀可分為平帶傳動(dòng)，v帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)。根據(jù)用途，有一般工業(yè)用途、汽車(chē)用和農(nóng)機(jī)用之分[1]。
帶傳動(dòng)的功率損失方式共有四種：滯后損失、滑動(dòng)損失、空氣阻力和軸承摩擦損失。鑒于上述功率損失，帶傳動(dòng)的效率約在0.8~0.98范圍內(nèi)，根據(jù)帶的種類(lèi)而定。各種類(lèi)帶傳動(dòng)的效率如表4.1。
表4.1 各類(lèi)帶傳動(dòng)的效率
帶的種類(lèi)
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(chē)舉升機(jī)的工況條件和第三章電機(jī)的容量，選擇效率較高、最常見(jiàn)的普通V帶傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)為繩芯結(jié)構(gòu)。繩芯結(jié)構(gòu)的普通V帶當(dāng)量摩擦因數(shù)大，工作面與輪槽粘附著好，允許包角小、傳動(dòng)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(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
4.2.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件
根據(jù)第三章的總體分析，確定帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的初始條件，見(jiàn)表4.2。
表4.2 帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件
項(xiàng)目
值
單位
電機(jī)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(dòng)主要失效形式和設(shè)計(jì)依據(jù)
1)帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)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(dòng)在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命是V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)，也是靠摩擦傳動(dòng)的其他帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。
4.2.3帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算
1、 設(shè)計(jì)功率
KA - 工況系數(shù)，由于舉升機(jī)載荷變化較大并且一般每天工作小時(shí)數(shù)不大于10
小時(shí)，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(jì)功率Pd和小帶輪帶速n1選取帶型為A型。
3、 傳動(dòng)比
4、 小帶輪基準(zhǔn)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(zhǔn)直徑。
5、 大帶輪基準(zhǔn)直徑
，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取大帶輪基準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)直徑
對(duì)于普通V帶，，滿足條件。
7、 初定軸間距
，所以
8、 所需基準(zhǔn)長(zhǎng)度
，其中，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度
9、 實(shí)際軸間距
安裝時(shí)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(dòng)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(zhǎng)修正系數(shù)，查表取0.93。
4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1、 帶輪設(shè)計(jì)要求
設(shè)計(jì)帶輪時(shí)，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(guò)大的內(nèi)應(yīng)力。V ＞ 5m/s時(shí)要進(jìn)行靜平衡，V ＞ 25m/s時(shí)則應(yīng)進(jìn)行動(dòng)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?；诣T鐵應(yīng)用最廣，當(dāng)v≤30m/s時(shí)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(dòng)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(shí)心、孔板和橢圓輪輻等三種。
通過(guò)查找機(jī)械手冊(cè)，確定小帶輪為實(shí)心輪，大帶輪為孔板輪，材料都為HT200。
第五章 舉升機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)
5.1舉升機(jī)構(gòu)的分析選擇
螺旋傳動(dòng)的基本原理是通過(guò)螺桿和螺母的旋合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。螺旋傳動(dòng)主要是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，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(dāng)螺旋傳動(dòng)不自鎖時(shí)，也可以將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
根據(jù)螺紋副摩擦性質(zhì)不同，可分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓螺旋傳動(dòng)，各類(lèi)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用舉例見(jiàn)表5.1。
表5.1 各類(lèi)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用[2]
種類(lèi)
滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)
滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)
靜壓螺旋傳動(dòng)
特點(diǎn)
1. 摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低
2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便
3. 易于自鎖
4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行
5. 螺紋有側(cè)向間隙，反向時(shí)有空程
6. 磨損快
1. 摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高
2. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難
3. 具有傳動(dòng)可逆性
4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行
5. 抗沖擊性能較差
6. 工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障
1. 摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率高
2. 螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜
3. 具有傳動(dòng)可逆性
4. 工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象
5. 反向時(shí)無(wú)空程
6. 磨損小，壽命長(zhǎng)
7. 需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過(guò)濾要求較高的供油系統(tǒng)
應(yīng)用舉例
金屬切削機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的螺旋傳動(dòng)，摩擦壓力機(jī)，千斤頂?shù)膫髁β菪?
金屬切削機(jī)床、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋等
精密機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋
根據(jù)雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用，選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)作為汽車(chē)舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)。
滑動(dòng)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(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表5.2
表5.2 三種螺紋副的螺紋種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用[2]
種類(lèi)
特點(diǎn)
應(yīng)用
梯形螺紋
牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng)；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(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)床的絲桿、載重螺旋式起重機(jī)
鋸齒形螺紋
外螺紋牙根處有相當(dāng)大的圓角，減小了應(yīng)力集中，提高了動(dòng)載強(qiáng)度；大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中；和梯形螺紋一樣都有螺紋強(qiáng)度高、工藝性好的特點(diǎn)，但有更高的效率
用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機(jī)的傳力螺旋、火炮的炮栓機(jī)構(gòu)
矩形螺紋
傳動(dòng)效率高，但精度制造困難；螺紋強(qiáng)度比梯形螺紋和鋸齒形螺紋低，對(duì)中精度低，螺紋副磨損后的間隙難以補(bǔ)償與修復(fù)
用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋，如一般起重機(jī)
根據(jù)雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋副的特點(diǎn)和應(yīng)用，此汽車(chē)舉升機(jī)的滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)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(dòng)螺紋傳動(dòng)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(diǎn)見(jiàn)表5.3。
表5.3 三種螺母結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)
種類(lèi)
整體螺母
組合螺母
剖分式螺母
特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適用于精度較低的螺旋傳動(dòng)
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(dòng)的空程
結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以補(bǔ)償旋合螺紋的磨損
雖然組合螺母和剖分式螺母有補(bǔ)償間隙、避免反轉(zhuǎn)空程或補(bǔ)償磨損的優(yōu)點(diǎn)，但是組合螺母和剖分式螺母結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，且剖分式螺母主要運(yùn)用于傳導(dǎo)螺旋中，所以本舉升機(jī)選擇整體螺母。組合螺母結(jié)構(gòu)見(jiàn)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(jī)構(gòu)見(jiàn)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(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)選擇滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，梯形螺紋和整體螺母作為舉升機(jī)構(gòu)。
5.2滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算
根據(jù)上一節(jié)分析，滑動(dòng)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(qiáng)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(chē)舉升機(jī)的螺桿應(yīng)進(jìn)行熱處理，以保證其耐磨性。
對(duì)于中等精度的一般傳動(dòng)，螺桿材料選擇45鋼，熱處理過(guò)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(qiáng)度高，適用于重載、低速傳動(dòng)。
5.2.2耐磨性
滑動(dòng)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(jì)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(qiáng)，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(shí)滿足螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強(qiáng)度、螺紋牙強(qiáng)度、螺桿穩(wěn)定性和橫向振動(dòng)等設(shè)計(jì)要求，所以螺桿中徑d2取35mm，再由標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)
5.2.3驗(yàn)算自鎖
要求自鎖的螺桿應(yīng)校核其自鎖性。
5.2.4螺桿強(qiáng)度：校核當(dāng)量應(yīng)力
傳力螺旋應(yīng)校核螺桿危險(xiǎn)截面的強(qiáng)度；
其中，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩
5.2.5螺紋牙強(qiáng)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(qiáng)度。
1. 螺紋牙底寬度
梯形螺紋
2. 螺桿抗剪強(qiáng)度
3. 螺桿抗彎強(qiáng)度
4. 螺母抗剪強(qiáng)度
5. 螺母抗彎強(qiáng)度
5.2.6螺桿的穩(wěn)定性
當(dāng)螺桿受壓力，其長(zhǎng)徑比又很大時(shí)，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(zhǎng)度系數(shù)μ=0.5。螺桿的最大工作長(zhǎng)度l = 2000mm。螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩。螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，對(duì)于鋼，取E=2.06e5。
當(dāng)時(shí),螺桿的臨界載荷為：
則，滿足條件。
5.2.7橫向振動(dòng)-驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，可能產(chǎn)生橫向振動(dòng)，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(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率
第六章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析設(shè)計(jì)
6.1 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
升降臺(tái)的懸臂部分是屬于本汽車(chē)舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)目標(biāo)汽車(chē)進(jìn)入到汽車(chē)舉升機(jī)的范圍里時(shí)，整個(gè)支撐機(jī)構(gòu)就通過(guò)改變懸臂的角度和長(zhǎng)度來(lái)改變懸臂的整個(gè)工作范圍的寬度。本汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)為對(duì)稱式懸臂，這樣設(shè)計(jì)有利于保持維修汽車(chē)的穩(wěn)定，使立柱中各機(jī)構(gòu)的受力更均勻，同時(shí)又滿足了各類(lèi)汽車(chē)所需的距離，如圖6.1所示：
圖6.1 對(duì)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(lèi)轎車(chē)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(zhǎng)或縮短，伸縮范圍為250mm，見(jiàn)圖6.2。懸臂材料選擇Q235焊接而成。
6.2 支撐機(jī)構(gòu)的應(yīng)力校核
本節(jié)將通過(guò)簡(jiǎn)化模型對(duì)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行校核，整個(gè)懸臂可以簡(jiǎn)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(guò)查閱《材料力學(xué)》可知，彎曲切應(yīng)力的計(jì)算公式為：
式中，F(xiàn)s - 橫截面上的剪力；
b - 截面寬度；
Iz - 整個(gè)截面對(duì)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(duì)中性軸的靜距。
1） 計(jì)算Fs
由本舉升機(jī)的設(shè)計(jì)要求，懸臂末端Fs = 7450N。
2） 計(jì)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(jì)算S*z
由公式可知，要計(jì)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(biāo)。
計(jì)算可以利用組合法，見(jiàn)圖6.4。由于截面關(guān)于Y軸對(duì)稱，因此計(jì)算只計(jì)算Y軸左側(cè)。
圖6.4 組合法計(jì)算形心坐標(biāo)
所以
化簡(jiǎn)可得：
所以懸臂的彎曲切應(yīng)力為：
所以為y = 0時(shí)，＜0.6[σ]=141Mpa，滿足條件。
6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力
通過(guò)查閱《材料力學(xué)》可知，懸臂的彎曲正應(yīng)力計(jì)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(gè)截面對(duì)中性軸的慣性矩；
y - 截面上距中性軸為y的橫線。
通過(guò)上一小節(jié)的計(jì)算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長(zhǎng)距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5N·m。再由以上公式可以計(jì)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(jì)
7.1導(dǎo)軌類(lèi)型分析選擇
常用的三種直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌基本性能見(jiàn)表7.1。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的運(yùn)行速度已達(dá)200m/min。在歐美各國(guó)2/3以上的高速數(shù)控機(jī)床都采用了滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。它已在各種現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用[3]。
表7.1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌基本性能比較
運(yùn)動(dòng)形式
滑動(dòng)導(dǎo)軌
滾動(dòng)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(yùn)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(chē)舉升機(jī)的工況條件，選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)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(chē)舉升機(jī)選擇四方向等載荷型。
四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖7.1。這種類(lèi)型的滾動(dòng)直線導(dǎo)軌具有以下特點(diǎn)：
1） 滾動(dòng)體與圓弧溝槽相接觸，與點(diǎn)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(dòng)導(dǎo)軌副的1/20~1/50，節(jié)省動(dòng)力，可以承受上下左右四個(gè)方向的載荷。
3） 磨損小，壽命長(zhǎng)，安裝、維修、潤(rùn)滑簡(jiǎn)便。運(yùn)動(dòng)靈活、無(wú)沖擊，在低速微量進(jìn)給時(shí)，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(jī)床、機(jī)器人、機(jī)械手等。
圖7.1 四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
綜上所述，本汽車(chē)舉升機(jī)的導(dǎo)軌選擇四方向等載荷滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副。
7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算
直線運(yùn)動(dòng)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(dòng)力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動(dòng)及停止時(shí)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(guò)查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，以下為四滑塊工作臺(tái)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算方法。
圖7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載情況計(jì)算示意圖
上圖直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載計(jì)算模型適用于立式導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的受載計(jì)算，常見(jiàn)于工業(yè)用立式機(jī)械手、自動(dòng)噴涂機(jī)械、起重機(jī)等場(chǎng)合。本汽車(chē)舉升機(jī)由于舉升速度小，計(jì)算中忽略啟動(dòng)及停止時(shí)因慣性力引起的載荷變化，計(jì)算公式如下：
式中： W - 外加載荷
P1、P2、... - 垂直于運(yùn)動(dòng)平面的支反力
P1T、P2T、... - 平行于運(yùn)動(dòng)平面且垂直于導(dǎo)軌的支反力，下同
F - 驅(qū)動(dòng)（推）力
根據(jù)第三章的總體設(shè)計(jì)，本汽車(chē)舉升機(jī)的左右對(duì)稱中心線與導(dǎo)軌中心線的距離為1515mm，由轎車(chē)車(chē)寬（見(jiàn)表7.2)可計(jì)算出外加載荷作用線據(jù)導(dǎo)軌中心線的最長(zhǎng)距離為690mm。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷示意圖見(jiàn)圖7.3。
表7.2 轎車(chē)車(chē)體車(chē)寬（單位：mm）
小型轎車(chē)
中小型轎車(chē)
中型轎車(chē)
大型轎車(chē)
165
170
175
190
圖7.3直線運(yùn)動(dòng)載荷示意圖
本雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)導(dǎo)軌設(shè)置為左右立柱各一根導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌兩個(gè)滑塊，共4個(gè)滑塊，根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載計(jì)算公式可以求得：
7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算
滾動(dòng)功能部件的主要失效形式是滾動(dòng)元件與滾動(dòng)軌道的疲勞點(diǎn)蝕與塑性變形，其相應(yīng)的計(jì)算準(zhǔn)則為壽命（或動(dòng)載荷）計(jì)算和靜載荷計(jì)算。某些滾動(dòng)功能部件還具有滾動(dòng)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(hù)來(lái)避免。
7.3.1壽命計(jì)算的基本公式
直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件壽命計(jì)算的基本公式如下：
滾動(dòng)體為球時(shí)：
（7-3-1）
式中
L - 額定壽命，指一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)部件，在相同條件下運(yùn)行，其數(shù)量的90%不發(fā)生疲勞時(shí)所能達(dá)到的總運(yùn)行里程，km；
C - 基本額定動(dòng)載荷，指垂直于運(yùn)動(dòng)方向且大小不變地作用于一組同樣的直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件上使額定壽命為L(zhǎng) = 50km（對(duì)球形滾動(dòng)體）時(shí)的載荷，kN；
P - 計(jì)算載荷，指直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件所承受的垂直于運(yùn)動(dòng)方向的載荷，kN；
fH - 硬度系數(shù)，一般廠家滾動(dòng)元件及滾動(dòng)軌道表面的實(shí)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(shí)數(shù)表示的額定壽命Lh為：
（7-3-2）
式中
l - 直線運(yùn)動(dòng)部件單向行程長(zhǎng)度，m；
n - 直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，1/min。
7.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算及選用規(guī)格
本雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)工作壽命為五年，按每年300天計(jì)算，則共有工作小時(shí)數(shù)：
根據(jù)公式（7-3-2）可得：
式中 l - 直線運(yùn)動(dòng)部件單相行程長(zhǎng)度，取l = 2m
n - 直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況，按一次修車(chē)15min
計(jì)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(gè)滑塊，取值為0.81；
fW - 載荷系數(shù)，無(wú)外部沖擊或振蕩的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，速度小于15m/min，
取值為1.1。
通過(guò)查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用規(guī)格為25，基本額定動(dòng)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(xì)參數(shù)見(jiàn)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(xì)參數(shù)
第八章 鎖緊機(jī)構(gòu)分析設(shè)計(jì)
8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性
汽車(chē)舉升機(jī)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(guò)程中不會(huì)因?yàn)榧脊ぞS修過(guò)程中的振動(dòng)而使汽車(chē)掉落或劇烈振動(dòng)。汽車(chē)舉升機(jī)的穩(wěn)定性以及鎖緊機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)合理, 對(duì)維修技工的安全具有重要的保護(hù)作用。能否設(shè)計(jì)出經(jīng)濟(jì)且安全的鎖緊機(jī)構(gòu)是舉升機(jī)生產(chǎn)廠家提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的又一重要因素。
在現(xiàn)有技術(shù)中, 有下列幾種鎖緊機(jī)構(gòu)：
1） 部分廠家在機(jī)械結(jié)構(gòu)上設(shè)置包含電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的鎖緊機(jī)構(gòu)。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵的設(shè)計(jì)制造質(zhì)量問(wèn)題不一,易使電磁鐵工作噪聲過(guò)大, 而且容易出現(xiàn)被燒毀等問(wèn)題, 給用戶帶來(lái)各種安全隱患。
2） 包含彈簧的鎖緊裝置, 常常因?yàn)榕まD(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(jī)鎖緊性能, 給舉升機(jī)的使用帶來(lái)很大的安全隱患。
3） 在汽車(chē)舉升機(jī)立柱的不同高度上分別設(shè)置若干止動(dòng)板以及升降懸臂末端部對(duì)應(yīng)于止動(dòng)板處則分別設(shè)置有可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖鉤, 當(dāng)升降懸臂需作上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 鎖鉤同時(shí)向內(nèi)縮進(jìn)或升降臂停止運(yùn)動(dòng)時(shí), 鎖鉤則可以向外伸出并鉤住止動(dòng)板的頂部, 防止升降懸臂和車(chē)輛沿立柱下滑。但此類(lèi)升降懸臂鎖緊裝置易受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的限制, 使得鎖鉤不能承受過(guò)大的載荷, 容易影響汽車(chē)舉升機(jī)的最大承載能力；同時(shí), 由于汽車(chē)舉升機(jī)的升降懸臂在作上下運(yùn)動(dòng)時(shí), 其相對(duì)應(yīng)的鎖鉤會(huì)受外力作用而向里收縮, 然而需定位時(shí), 其外作用力撤去, 此時(shí)鎖鉤依靠自重伸出, 使鎖鉤與止動(dòng)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(shí)不能全部及時(shí)復(fù)位, 因此此類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)也容易產(chǎn)生各種事故隱患。
8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理分析
為了解決上述鎖緊機(jī)構(gòu)可能產(chǎn)生的問(wèn)題，本汽車(chē)舉升機(jī)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(dāng)位置的簡(jiǎn)單卻有效的技術(shù)。升降平臺(tái)包括兩個(gè)特殊的圓環(huán)裝配件，它們通過(guò)兩個(gè)錐形環(huán)的簡(jiǎn)單物理接觸產(chǎn)生的力來(lái)卡緊圓柱軸。
當(dāng)平臺(tái)升降時(shí)，內(nèi)部非金屬圓環(huán)不會(huì)與圓柱軸接觸，所以不會(huì)影響平臺(tái)自由升降，如圖8.1。
圖8.1 平臺(tái)升降時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖
圖8.2 平臺(tái)升至設(shè)計(jì)高度時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖
當(dāng)平臺(tái)被升至設(shè)計(jì)高度時(shí)，停止傳動(dòng)力，整個(gè)平臺(tái)的所有重量都施加在外圓環(huán)上，使其產(chǎn)生一個(gè)向下的力，這個(gè)力通過(guò)斜楔的作用傳遞給內(nèi)部圓環(huán)一個(gè)水平方向的力。于是，平臺(tái)被牢固的鎖緊，如圖8.2。
平臺(tái)越重，產(chǎn)生的夾緊力也就越大。這個(gè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是軸不需要開(kāi)槽或螺紋，并且成本也得到降低。
8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇
在實(shí)際生產(chǎn)中，已經(jīng)有采用類(lèi)似原理的鎖緊機(jī)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(yùn)動(dòng)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(chē)舉升機(jī)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(dòng)動(dòng)力為氣壓，并且為常閉（Normally Closed）型，即當(dāng)不供給氣壓時(shí)，鉗制器依靠特殊彈簧的作用力等夾緊導(dǎo)軌，當(dāng)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(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)舉升質(zhì)量3000kg及導(dǎo)軌鉗制器的型號(hào)表，選擇保持力為18000N，型號(hào)為RBPS-2600的導(dǎo)軌鉗制器，具體尺寸性能見(jiàn)圖8.4。
圖8.4 RBPS-2800尺寸性能
8.4 鎖緊機(jī)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(méi)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(xì)長(zhǎng)桿件，細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)時(shí)可能會(huì)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(dāng)壓桿柔度大于等于極限柔度時(shí)，稱為大柔度壓桿，此時(shí)可以使用歐拉公式；若壓桿的柔度小于極限柔度，此時(shí)歐拉公式已不再適用，工程中對(duì)于這類(lèi)壓桿的計(jì)算，一般采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的經(jīng)驗(yàn)公式，有兩種常用的經(jīng)驗(yàn)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(zhǎng)度因數(shù)，該光軸的約束條件為兩端固定，取μ = 0.5。
對(duì)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(jì)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(zhǎng)度因數(shù)，由壓桿的約束條件決定。
對(duì)需校核的光軸應(yīng)用歐拉公式可得：
,通過(guò)查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，按抗不穩(wěn)定計(jì)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(chē)舉升機(jī)有多處連接采用螺紋連接，要校核所有螺紋連接是沒(méi)有必要的，本章著重選擇校核升降臺(tái)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(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核
升降臺(tái)與剖分式螺母的螺紋連接是通過(guò)鉸制孔用螺栓抗剪切來(lái)承受載荷的。螺栓桿與孔壁之間沒(méi)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(qiáng)度條件計(jì)算。升降臺(tái)與剖分式螺母螺紋連接的受力示意圖見(jiàn)圖9.1。
圖9.1 螺紋連接示意圖
計(jì)算時(shí)，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?yàn)檫@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(jī)械設(shè)計(jì)》可知，螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為:
螺栓桿的剪切強(qiáng)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(chē)舉升機(jī)的總體設(shè)計(jì)要求，額定舉升高度為3t，所以每個(gè)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(jí)為4.6，則屈服極限為240MPa。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》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(duì)于鋼，，取根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》的表5-10，安全系數(shù)分別取。
所以，
滿足要求。
所以，升降臺(tái)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(jí)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(guò)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(duì)較小，可用近似公式計(jì)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(jiàn)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(jì)，螺紋連接預(yù)選為M20，性能等級(jí)為5.6，共有9個(gè)螺栓。
根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》，對(duì)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(jí)選擇5.6，則屈服極限為300MPa。A1為螺栓危險(xiǎn)截面面積，所以有：
這里F0取47100N。
由于箱體地面為一矩形，長(zhǎng)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(jī)尺寸可以算出：
。又根據(jù)汽車(chē)舉升機(jī)的總體設(shè)計(jì)，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(guò)大，現(xiàn)取F0 = 20000N，再代入公式計(jì)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(guò)對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)傳動(dòng)方式和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分析計(jì)算，依據(jù)現(xiàn)有舉升機(jī)的傳動(dòng)方式和結(jié)構(gòu)，選擇了相對(duì)簡(jiǎn)單可靠的傳動(dòng)方式。同時(shí)，對(duì)主要的承重部件進(jìn)行了強(qiáng)度以及剛度的校核；對(duì)螺旋傳動(dòng)裝置、皮帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行了選擇與校核計(jì)算，對(duì)重要螺紋連接進(jìn)行了選擇與校核計(jì)算；通過(guò)對(duì)鎖緊安全裝置的設(shè)計(jì)從而保證了設(shè)計(jì)機(jī)械的安全實(shí)用性；
10.2 建議
該舉升機(jī)還有需要改進(jìn)的地方：
1、 鎖緊安全機(jī)構(gòu)可以不選用的氣動(dòng)的導(dǎo)軌鉗制器，可以設(shè)計(jì)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(jī)經(jīng)久耐用，噪音小，價(jià)格便宜。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本帶傳動(dòng)和鏈傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2.
[2] 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)單行本帶彈簧 摩擦輪及螺旋傳動(dòng) 軸[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.2.
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[13] 任濟(jì)生，唐道武，馬克新.機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)[M].徐州:中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出版社,2008.08.
致 謝
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