機(jī)械設(shè)計及其自動化專業(yè) 電動汽車液壓千斤頂設(shè)計

電動汽車液壓千斤頂設(shè)計摘要電動液壓千斤頂本質(zhì)上是一個典型的液壓設(shè)備，和普通的液壓千斤頂明顯的區(qū)別之處就是在其中科學(xué)合理的增加的電機(jī)設(shè)備。實際上工作裝置為剛性頂舉件，然后用過頂部托座在較小的形成內(nèi)頂升重物的輕小起重裝備就是電動液壓千斤頂，要使其正常工作就必須對于各個組成部分進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計。本文主要研究的就是電動汽車液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計，在本次設(shè)計中與普通的液壓千斤頂存在有較大的差異，具體表現(xiàn)在經(jīng)過綜合的優(yōu)化設(shè)計，運(yùn)用電能驅(qū)動液壓千斤頂，將傳統(tǒng)液壓千斤頂?shù)臋C(jī)械工作變成電動工作，在千斤頂設(shè)計中中將其使用的安全可靠和輕便靈活的特征體現(xiàn)出現(xiàn)，更好的滿足用戶使用的需求，為以后液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計提供一定的參考借鑒。關(guān)鍵詞：電動；液壓；千斤頂AbstractElectro-hydraulic jack is essentially a typical hydraulic equipment, and ordinary hydraulic jack obvious difference is where science and reasonable increase in electrical equipment. Actually, the working device is a rigid top lifting member, and then the top lifting bracket is used on the smaller lifting gear which forms the inner lifting weight, which is the electro-hydraulic jack. For normal operation, the components must be scientifically Reasonable design. The main research of this paper is the design of hydraulic jack for electric vehicle. In this design, there is a big difference between this design and the ordinary hydraulic jacks. Through the comprehensive optimization design, the hydraulic jacks are driven by electric energy, Work into electric work in the jack design in the use of its safe and reliable and lightweight and flexible features appear to better meet the needs of users to provide a reference for future hydraulic jack design.Key words: electric power; hydraulic; Jack目錄摘要1Abstract11序言31.1研究背景及意義31.2研究現(xiàn)狀31.3研究內(nèi)容42電動機(jī)液壓千斤頂概述52.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?2.2設(shè)計要求52.3確定總體方案53參數(shù)確定63.1底板油路設(shè)計63.2柱塞缸設(shè)計73.3電機(jī)選擇73.4確定頂升液壓缸的參數(shù)83.5液壓缸的缸筒厚度計算83.6活塞桿設(shè)計計算84強(qiáng)度校核84.1缸體與缸蓋焊接強(qiáng)度校核94.2柱塞缸缸體強(qiáng)度校核94.3活塞桿校核9總結(jié)10參考文獻(xiàn)10致謝101序言1.1研究背景及意義千斤頂是一種簡答的其中設(shè)備，在猖狂、交通運(yùn)輸及車輛修理都有著非常廣發(fā)的應(yīng)用。電動汽車液壓千斤頂運(yùn)用連接傳動帶和電機(jī)代替了大力，實現(xiàn)了千斤頂?shù)淖詣踊?，不僅可以減少人力輸出，還可以減少升舉的時間。我國轎車的保有量不斷上升，在現(xiàn)實生活中車輛維修的煩惱也就越老越多了，尤其是在炎熱的夏季或者雨雪天氣中，修車不僅全身累死，還會使人渾身油膩。因此汽車維修工業(yè)不斷的發(fā)展中，用于其中的液壓千斤頂子在市場上出現(xiàn)，其結(jié)構(gòu)簡單、操作方面，修理汽車的時候可以將設(shè)備頂起，給予操作人員充足的操作空間，增加了維修的效率和精度?；谂了箍ㄔ砟軌蜃屢簤呵Ы镯斶M(jìn)行工作，液壓千斤頂由幾個重要的部分組成，分別是控制流向的閥體、油缸和油箱。液壓千斤頂?shù)膬?yōu)缺點如下所述。千斤頂運(yùn)用液壓傳動擁有以下幾個優(yōu)點：（1）液壓傳動中是采用油管對于裝置進(jìn)行連接的，所以在其連接的地方可以非常靈活和方便的布置傳動機(jī)構(gòu)，在這個方面液壓傳動比機(jī)械傳動的優(yōu)勢更加明顯。（2）液壓傳動設(shè)備的重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、慣性小。（3）在液壓傳動機(jī)構(gòu)中過載保護(hù)不想機(jī)械傳動那樣難以實現(xiàn)，這是因為兩個方面的原因，一方面其可以運(yùn)用溢流閥控制并調(diào)節(jié)裝置，另一方面在運(yùn)行的過程中液壓件可以自動潤滑，所以液壓裝置一般都有著更長的使用壽命。（4）液壓傳動在運(yùn)行中更加的平穩(wěn)均勻，尤其是負(fù)載變化擁有非常穩(wěn)定的速度。（5）目前液壓元件有很多系列，并且呈現(xiàn)出通用化和標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展趨勢，在設(shè)計和制作中的使用將會越來越方便，有利于其應(yīng)用的進(jìn)一步推廣。而千斤頂采用液壓千斤頂傳動的缺點：（1）傳動介質(zhì)易泄漏和可壓縮性會使傳動比不能嚴(yán)格保證。（2）在對能量進(jìn)行傳動的過程中，因為有泄露和壓力損失現(xiàn)象的發(fā)生，所以不能保證比較嚴(yán)格的傳動比。（3）在比較惡劣的環(huán)境中，比如高溫這種環(huán)境下液壓設(shè)備不能良好的工作。（4）由于液壓設(shè)備控制元件制造精度高，致使故障診斷有難度。現(xiàn)代生活水平不斷的提升，人們的需求在不斷的發(fā)生變化，市場競爭越來越激烈，使得千斤頂?shù)脑O(shè)計和質(zhì)量也要在不斷的提升，以便滿足消費者的需求。如今市場和消費者對于千斤頂?shù)男枨笾饾u對千斤頂推出了一些新的要求，比如外觀小巧、重量較強(qiáng)、使用便捷等，甚至在智能化和自動化這兩個方面也出現(xiàn)了一些新的需求。所以千斤頂設(shè)計技術(shù)的發(fā)展將對于這些方面的發(fā)展產(chǎn)生及其深遠(yuǎn)的影響。本文基于小型汽車使用的電動液壓千斤頂為基礎(chǔ)，對于一種體積輕巧、攜帶方面的電動汽車液壓千斤頂進(jìn)行設(shè)計，為小型汽車使用的千斤頂?shù)陌l(fā)展有著理論上和實踐上的重要意義。1.2研究現(xiàn)狀世界上第一臺水壓機(jī)于18世紀(jì)末期誕生在英國，從那時候開始傳動技術(shù)開始發(fā)展至今大概有200-300年了，液壓傳動技術(shù)在這個發(fā)展時期內(nèi)得到長足的發(fā)展。在上世紀(jì)三是年代的時候逐漸在起重機(jī)、機(jī)床和工程機(jī)械中進(jìn)行了非常廣泛的使用。第二次世界大戰(zhàn)的時候，因為戰(zhàn)爭的需求，在短時間內(nèi)研究出現(xiàn)了響應(yīng)速度快、精度較高的液壓控制機(jī)構(gòu)進(jìn)行裝備的各種各樣的軍事武器。液壓技術(shù)在第二次世界大戰(zhàn)之后在短時間內(nèi)成為民用工業(yè)的使用重心，很快的在自動機(jī)和自動生產(chǎn)線上開始使用。原子能、計算機(jī)技術(shù)和空間技術(shù)在20世紀(jì)60年代的時候開始迅猛的發(fā)展，期間與其聯(lián)系緊密的液壓技術(shù)也緊隨其后。目前液壓技術(shù)的發(fā)展有著驚人的速度，其發(fā)展的方向也趨向于多元化，比如高壓、大功率、高度集成等方面。我國的千斤頂技術(shù)因為一些歷史因素的影響，因此在1979年的時候才正是接觸到臥式千斤頂，相比較于國外，發(fā)展非常晚，但在在接觸這方面的技術(shù)及應(yīng)用之后，就開始對其進(jìn)行全面的改進(jìn)和重新的設(shè)計，在之后自主研究出來在外形美觀程度、攜帶便捷程度上、操作簡單程度，還有其壽命和其承載力方面的性能都非常優(yōu)秀，很快的在歐美市場中占有一席之地，比國外同期產(chǎn)品性能優(yōu)異很多。在多年發(fā)展和設(shè)計制造商的不斷努力和實踐下，除了臥式千斤頂之外，我國還研制設(shè)計出了規(guī)格上較為齊全的形成了系列的千斤頂產(chǎn)品。目前，液壓技術(shù)在許多領(lǐng)域都得到充分的應(yīng)用，尤其在千斤頂設(shè)計領(lǐng)域中設(shè)計的液壓千斤頂呈現(xiàn)出人性化的趨向。因此國內(nèi)外千斤頂設(shè)計的在滿足相應(yīng)的性能需求的同時，還應(yīng)該對其操作的靈活方面以及攜帶的便捷進(jìn)行考慮。1.3研究內(nèi)容本文將電動汽車液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計分為以下四個部分進(jìn)行闡述。第一部分首先電動汽車液壓千斤頂設(shè)計的研究背景和意義，然后論述了其研究現(xiàn)狀，最后闡述大體的研究內(nèi)容。第二部分是對于電動機(jī)液壓千斤頂進(jìn)行了概述，其中先是介紹了液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟?，然后闡述了本文的設(shè)計要求，最后確定了本課題設(shè)計的總體方案。第三部分主要論述了電動液壓千斤頂設(shè)計的參數(shù)確定，其中確定了地板油路的設(shè)計、柱塞缸的設(shè)計、電機(jī)的選擇，還對于頂升液壓缸的參數(shù)進(jìn)行確定，并計算了液壓缸的缸筒厚度和活塞桿的設(shè)計。第四部分對于設(shè)計進(jìn)行了強(qiáng)度校核，其中包含了缸體與缸蓋焊接前度校核、柱塞缸缸體強(qiáng)度校核及活塞桿校核。2電動機(jī)液壓千斤頂概述2.1液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟韴D1 液壓千斤頂工作原理圖1杠桿手柄 2小油缸 3小活塞 4，7單向閥 5吸油管6，10管道 8大活塞 9大油缸 11截止閥 12油箱液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟砣鐖D1所示。從圖中可以看出，液壓缸是8和9共同組成的（其中用數(shù)字編號代表液壓千斤頂工作的各個部分，下同）手動液壓油泵是由1、2、3共同組成的。將1提出向上移動3，其下端油腔的溶劑增大，造成局部真空，這時候?qū)?打開，5會從12中吸油；之后用力壓下1，會使3下移，其下腔壓力升高，將4關(guān)閉，打開7，將6下腔的油液會輸入舉升9的下腔中，關(guān)閉11上的大活塞向上移動頂起重物。再次將1提起吸油的時候，自動關(guān)閉7，油液不能形成倒流，這時候就可以保障重物不會發(fā)生自行下落的情況。將手柄不斷的往復(fù)扳動，就能夠?qū)⒂鸵翰粩嗟膲喝胍簤焊椎南虑恢校瑢⒅匚锷胶线m的高度和位置。如果將11打開，那么液壓缸下腔的油液就會經(jīng)過10和11流回油箱，重物下移。以上就是液壓千斤頂?shù)墓ぷ髟怼?.2設(shè)計要求本次課題設(shè)計的要求具體如下：（1）對于汽車的便利條件進(jìn)行合適的應(yīng)用。（2）設(shè)計出一個兩級伸縮式液壓缸。（3）小型汽車的重量存在一定的范圍，對其進(jìn)行初步的考慮，在本次設(shè)計中將電動汽車液壓千斤頂?shù)某兄卦O(shè)計為1.0t。（4）以小型汽車的底盤條件為基礎(chǔ)，將本次電動汽車液壓千斤頂能夠舉起的最高高度設(shè)置為150mm左右。（5）本次設(shè)計的電動汽車液壓千斤頂?shù)尿?qū)動電源為直流電。2.3確定總體方案圖2 液壓回路原理圖基于上文講到的千斤頂?shù)墓ぷ髟?，與文本課題設(shè)計要求原則結(jié)合，設(shè)計出千斤頂?shù)囊簤夯芈啡鐖D2所示。其中液壓泵是由電動機(jī)和柱塞缸共同組成的，然后運(yùn)用電動機(jī)進(jìn)行帶動使得偏心輪對于柱塞泵進(jìn)行驅(qū)動實現(xiàn)工作的運(yùn)行。吸油行程中通過單向閥2從油箱2吸油，而壓油行程中單向閥2具備單向性，因此油液的回流不能通過單向閥2。打開單向閥1之后，液壓油輸出到液壓缸，將重物頂起。當(dāng)重物上升到合適的位置之后，斷開電源使柱塞泵停止運(yùn)動。這個時候二位二通電磁換向閥是關(guān)閉的，因此只要打開控制臺的響應(yīng)開關(guān)就會將其打開，油液就可以流回油箱。為了表面電機(jī)和液壓系統(tǒng)出現(xiàn)過載損壞，油路中還設(shè)計了安全閥，當(dāng)出現(xiàn)油管堵塞或者其他情況的時候，液壓油就可以經(jīng)過安全閥流回油箱。3參數(shù)確定3.1底板油路設(shè)計在進(jìn)行底板油路設(shè)計的時候要注重其機(jī)械加工的可行性。具體的底板油路設(shè)計圖為圖3，柱塞桿右移時柱塞缸內(nèi)的油壓會減小，而油箱內(nèi)擁有較高的油壓，之后就會頂開彈簧小球。將柱塞缸內(nèi)和兩級伸縮式套筒油缸中的油壓相比較，可以發(fā)現(xiàn)后者的油壓比較高，彈簧小球2就會堵塞聯(lián)結(jié)的管道，液壓油會進(jìn)入柱塞缸內(nèi)。柱塞桿左移時柱塞缸內(nèi)的壓力會增大，油箱內(nèi)的油壓反而不高，彈簧小球1就會堵塞油路。相比于柱塞缸內(nèi)的油壓，兩級伸縮式套筒油缸有著較低的油壓，聯(lián)結(jié)其的管道會被彈簧小球2打開且被壓如液壓油，進(jìn)而將負(fù)載的高度提升。當(dāng)需要放回負(fù)載的時候，打開二位二通電磁換向閥，液壓油就會經(jīng)過其和管道流進(jìn)油箱。如果堵塞油路的現(xiàn)象出現(xiàn)，就會增大系統(tǒng)內(nèi)的油壓，導(dǎo)師底板的安全閥被頂開且油箱內(nèi)流入油液。圖3 底板油路設(shè)計3.2柱塞缸設(shè)計如圖4所示是柱塞缸的結(jié)構(gòu)示意圖。這次設(shè)計中柱塞缸是由密封工作腔體、柱塞設(shè)計組成的，為了使液壓缸千斤頂更加容易攜帶，就要將其外形尺寸進(jìn)行減小，所以本次設(shè)計采用了兩級活塞驅(qū)動。第一級活塞缸的活塞由第二級活塞的缸體充當(dāng)，因此在工作時候伸出就會具備較長的行程，而在縮回的時候也能較好的保持小巧的外形結(jié)構(gòu)。當(dāng)液壓油輸入無桿腔中，開始伸出的是擁有最大有效面積的活塞缸，在其完全運(yùn)行之后，有效面積排在第二位的缸筒也會開始伸出。伸縮式液壓的伸出順序是從大到小，有利于較長工作行程的獲得，而外伸缸的角度出發(fā)，可以發(fā)現(xiàn)有效面積越小越早伸出，而且速度上也比較占優(yōu)勢。因為伸出的速度存在差異。所以液壓推力的形成，就會負(fù)荷這種從大到小的變化規(guī)律，這與各種自動裝卸機(jī)械的速度和推力標(biāo)準(zhǔn)是相符的。而縮回的順序通常是按照由小到大的，其具有較短的軸向長度，空間占有比較小，結(jié)構(gòu)上非常的緊湊。這種柱塞缸設(shè)計一般在工程機(jī)械和其他行走機(jī)械中也有較多應(yīng)用，比如起重機(jī)的液壓系統(tǒng)。圖4 兩級伸縮式液壓缸結(jié)構(gòu)圖3.3電機(jī)選擇設(shè)第二級液壓缸的上升速度；選用原則依據(jù)GB2324-80標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)值，取，系統(tǒng)流量。這個時候液壓缸用來支撐汽車的功率就為： （1）式子中，電機(jī)的額定功率，單位；機(jī)械損失，通常去0.9；容量損失，通常取1。代入數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，電機(jī)的額定功率為。查詢相關(guān)知識及機(jī)械設(shè)計手冊，選用電壓、直流、額定功率、轉(zhuǎn)速為的電動機(jī)。3.4確定頂升液壓缸的參數(shù)這次設(shè)計中液壓缸的實際伸縮量要求達(dá)到。所以經(jīng)過考慮和推算，最終決定運(yùn)用伸縮式套筒液壓缸。查閱相關(guān)的機(jī)械手冊之后，在課題設(shè)計中將液壓缸的第一級和第二級行程進(jìn)行了確定，分別是。在運(yùn)動過程中伸縮式液壓缸缸體在輸出力和運(yùn)動速度一直都在發(fā)生變化。3.5液壓缸的缸筒厚度計算查閱相關(guān)的機(jī)械設(shè)計手冊，確定在本次設(shè)計中采用標(biāo)準(zhǔn)液壓缸的外徑，其中第一級液壓缸的參數(shù)選擇為。按照中等壁厚對于第二級液壓缸的參數(shù)進(jìn)行計算，當(dāng)?shù)臅r候，經(jīng)過計算得知液壓缸缸體筒厚度為： （2）式中，強(qiáng)度系數(shù)，取1；實驗壓力，。3.6活塞桿設(shè)計計算液壓缸在進(jìn)行工作的時候，在運(yùn)動的速度比上沒有什么要求。液壓缸工作壓力55-77推薦活塞桿的直徑（0.5-0.55）D（0.6-0.7）D0.7D4強(qiáng)度校核本次設(shè)計的強(qiáng)度校核指的是對電動液壓千斤頂中一些重要零件的計算。此外，還校核了一些焊接部位的計算。4.1缸體與缸蓋焊接強(qiáng)度校核如圖3所示，是缸底連接缸底用的對焊。圖3 缸底對焊對于焊縫的拉應(yīng)力進(jìn)行計算為： （3）式中，液壓缸外徑，取值為60mm；焊縫底徑，取值為42mm；焊接效率，一般取0.7。4.2柱塞缸缸體強(qiáng)度校核通常柱塞缸的缸壁比較薄，因此作用在缸體上的作用力比較大，就需要進(jìn)行校核，缸體會受到的力是拉力，具體的校核過程如下： （4）式中，缸體橫向拉應(yīng)力，單位Mpa；缸體外徑，單位mm；缸體的內(nèi)徑，單位mm?？梢缘贸銎涫菨M足設(shè)計要求的。4.3活塞桿校核本次設(shè)計中，活塞桿主要受到的是壓縮，因此應(yīng)該對于活塞桿壓縮時候的桿壓力進(jìn)行校核。具體的校核過程如下： （5）柱塞桿截面面積，單位為m；其中活塞桿可以承受的最大壓力為20000N。經(jīng)過計算可以得出其是滿足設(shè)計要求的?？偨Y(jié)在本文研究中，基于相關(guān)的要求，對于課余時間進(jìn)行有效的利用，查閱相關(guān)時候和機(jī)械設(shè)計手冊，結(jié)合所學(xué)專業(yè)的知識，在導(dǎo)師的幫助下，較高質(zhì)量的完成了在電動汽車中使用的的性能好、體積小、重量強(qiáng)、操作便捷的小型電動汽車使用的電動液壓千斤頂。在查閱和參考了相關(guān)的文獻(xiàn)資料之后，比如機(jī)械類設(shè)計資源、液壓與其他傳動方面的文獻(xiàn)資料，基于液壓千斤頂?shù)幕竟ぷ髟?，?jīng)過設(shè)置明確的設(shè)計目標(biāo)，然后進(jìn)過一系列的計算，腳踏實地的一步步完成此次的電動液壓千斤頂設(shè)計，包括其電動機(jī)的選用、千斤頂?shù)囊簤焊赘左w外形和相應(yīng)部位的零件結(jié)構(gòu)外型設(shè)計，以及材料的選用，最后對設(shè)計的液壓千斤頂?shù)闹饕慵Y(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的校核計算，完成了電動汽車液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計。參考文獻(xiàn)1張虹. 液壓與氣壓傳動M. 電子工業(yè)出版社, 2016.2湛從昌, 傅連東, 陳新元. 液壓可靠性與故障診斷M. 冶金工業(yè)出版社, 2009.3湛從昌, 陳新元. 液壓可靠性最優(yōu)化與智能故障診斷M. 冶金工業(yè)出版社, 2015.4張堅. 液壓故障排除400問M. 湖南科學(xué)技術(shù)出版社, 2009.5馬履中, 謝俊, 尹小琴陳瑞芳,等. 機(jī)械原理與設(shè)計. 下冊M. 機(jī)械工業(yè)出版社, 2015.6吳宗澤, 羅圣國. 機(jī)械設(shè)計課程設(shè)計手冊M. 高等教育出版社, 1992.7周廣智. 家用汽車電動液壓千斤頂?shù)脑O(shè)計J. 現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備, 2016(9):60-61.致謝本文從選題到最終順利完成，許多老師、同學(xué)、朋友為我提供了幫助，在這里我要向你們致以最真誠的謝意！首先我要感謝我的導(dǎo)師XX老師，在論文設(shè)計過程中，XX老師給予了我許多的幫助，論文的選題到設(shè)計再到修修補(bǔ)補(bǔ)工作均得到了XX老師的指導(dǎo)，XX老師會定期的對我的論文設(shè)計詢問進(jìn)展，幫助我及時的指正論文錯誤，耐心的給出指導(dǎo)。在這里我衷心的感謝XX老師對我的幫助和指導(dǎo)，也對他認(rèn)真細(xì)致的工作態(tài)度非常的敬佩；其次也要感謝我的室友們，在一起生活的這些年，得到了你們許多的幫助，也很感謝遇到了你們才能讓我順利解決來自學(xué)習(xí)和生活中的許多難題，在此向他們表示衷心感謝。最后還要感謝提供本文設(shè)計的文獻(xiàn)作者們，論文設(shè)計開篇通過搜尋了大量的文獻(xiàn)資料，有了這樣的工作基礎(chǔ)才能使得我的論文順利地開展，感謝你們。另外還要感謝我的父母，感謝您們撫育我長大并給與我這么好的教育，您們對我的無私奉獻(xiàn)我將會銘記在心。