二柱液压式汽车举升机的设计

前言汽车发明后不久，汽车维修机械师就在想：怎样才能够把汽车举升到空中，从而可以在其下面工作？举升机的发展史告诉我们，发明第一台自动举升机的灵感来自理发师的椅子，因为它可以快速升降和旋转，以适应于不同身高和胖瘦的顾客。早期的单柱地基式液压举升机，大大地提高了比它问世还早的千斤顶和台架的功能，这种早期举升机的旋转功能可以在举起汽车以后，将其旋转360°。也许你经常去的一个汽车维修厂，现在仍然利用这种举升机为客户提供日常的汽车维修服务，这种举升机大多已经工作了75年了。随着汽车工业的发展，单柱式举升机设计上的局限性很快就显露出来了。如果只是在汽车四周进行检测维修工作的话，这种举升机也就足够了，但是这种举升机的起重臂和中央立柱会妨碍进入汽车底部的大部分区域。针对单柱式举升机的这些局限性，工程师已经提出了很多举升机的设计方案并作了许多改进工作。现在，举升机的选择范围很大，有地基式、托举式、剪式、平行四边形式、便携式、单柱式、双柱式、四柱式、驱动式、接触车架式、对称式、非对称式、小行程、大升程、队列式以及其它的各种举升机设计方案。某些举升机可能同时具有这些设计方案中的几个特点。同样汽车举升设备按汽车被举升的部位不同，可以分为车桥举升设备、车轮举升设备和车架举升设备。车桥举升设备是通过汽车的前后桥或者横梁把整车举升的。这类设备的主要特点是装有支撑前后桥或者横梁的专用支座或者托架。车桥举升设备一般由一个以上的独立的举升装置组成，举升装置可以做成固定式的，也可以做成移动式的。这类举升机的举升重量一般较大，最大重量可达30吨，所以主要用于大型汽车的举升作业;缺点是造价较高，稳定性较低。车轮举升设备是通过车轮把汽车举升到一定的高度的，它的特点是具有支撑汽车车轮的轨道或者托架，可以采用移动式单轮举升设备成组使用，也可以采用固定式整车举升结构。其优点是，只要把汽车开到举升机的轨道或者托架上，或者将移动式单轮举升器推到轮胎处，就可以进行举升作业，所以具有安全和高效的特点；其缺点是，由于车辆的支撑部位是车轮，因此不能在举升机上直接进行轮胎和制动器的保修作业。车轮举升设备主要用于小客车的维修作业，但大型汽车的使用也很方便。车架举升设备是通过车架或者纵梁把整部汽车举升的，举升后，汽车的轮胎、前后桥、传动系统、排气系统和悬挂装置全部悬空，因此可以方便地在车下进行多项保修作业。车架举升设备所用承重机构多为V形、X形或H形承重支臂。为了便于调整和供多种类型的汽车使用，承重支臂大多做成伸缩式或者旋转式结构。这种设备的缺点是受承重支臂的限制，举升重量较小，一般不超过4吨，主要是供小客车或者轻型载汽车的举升作业使用。毕业设计过程中，主要是在老师的指导下，通过查阅相关资料，以了解举升机的相关知识，根据举升机现有的一些形式，确定本设计的传动方案、联动方案等；然后通过对汽车参数的调研，从而确定举升机的部分参数；随后根据所用于的参数进行设计计算，对主要的零部件进行设计计算和校核。同时用从新学习了CAD电子图版这个软件，方便了后来装配图和零件图绘制。最后再根据有关的知识，画出举升机的装配图，并绘制所有的非标零件零件图；最后完成设计计算说明书。§1设计要求§1.1该机的用途二柱举升机用途主要是用于汽车的维修，也可以用于汽车的停放。§1.2该机的工作原理本机在工作时，由电动机提供源动力驱动液压泵工作，液压泵输出的液压油经过所需要的一些液压元件进入液压缸，驱动液压缸推动活塞杆移动，这时即可推动钢丝绳移动，从而升降架移动，最终可将所需维修的汽车举升一定的高度，以便于维修，提高维修效率。§1.3设计技术参数及要求（1）所设计的二柱液压举升机应该能够适应所有小汽车的举升的重量、长宽尺寸的要求；（2）举升机的最大举升高度为1800mm；（3）举升机升降过程中及停留在空中时，要保证升降平稳，工作可靠，锁定可靠；（4）进行必要的支承结构件的强度与刚性验算，保证结构合理。（5）液压传动系统工作可靠，操纵方便，结构紧凑。§2该机主要参数的确定§2.1汽车的主要参数该机的作用是为了将所要维修的汽车举升到所要求的高度，因此首先将汽车的主要参数调查清楚。汽车的主要参数是长、宽、高、轴距、轮距、重量等，对它们的解释如下：一，长（mm）汽车长是垂直于车辆纵向对称平面并分别抵靠在汽车前，后最外端突出部位的两垂面之间的距离。简单的说,就是沿着汽车前进的方向，最前端到最后端的距离。如（图2.1）所示：图2.1汽车的长度示意图二，宽（mm）汽车宽是平行于车辆纵向对称平面并分别抵靠车辆两侧固定突出部位的两平面之间的距离。简单的说，就是汽车最左端到最右端的距离。其中所说的“两侧固定突出部位”并不包括后视镜，侧面标志灯，示灯示位灯，转向指，挠性挡泥板，防滑链以及轮胎与地面接触部分的变形。如（图2.2）所示：图2.2汽车宽度示意图三，高（mm）汽车高是车辆支承平面与车辆最高突出部位相抵靠的水平面之间的距离。简单的说就是从地面到汽车最高点的距离。如（图2.3）所示：图2.3汽车高度示意图四，轴距(mm)轴矩,是通过车辆同一侧相邻两车轮的中点,并垂直于车辆纵向对称平面的二垂线之间的距离.简单的说,就是汽车前轴中心到后轴中心的距离。五，汽车轮距（mm）汽车轮距是车轮在车辆支承平面(一般就是地面)上留下的轨迹的中心线之间的距离。如果车轴的两端是双车轮时，轮距是双车轮两个中心平面之间的距离。汽车的轮距有前轮距和后轮距之分，前轮距是前面两个轮中心平面之间的距离，后轮距是后面两个轮中心平面之间的距离，两者可以相同，也可以有所差别。六，胎宽胎的宽度以毫米为单位（例如175mm）。一般轿车轮胎的名义断面宽度从125mm（例如125/80R12）到大约335mm（例如335/30R19）。每个宽度之间都相差10mm。新的“车轮轮胎技术”所用的特殊轮胎（例如邓禄普的TD轮胎与米其林的TRX与TDX轮胎）有其他的宽度参数，也已毫米为单位。宽度从160mm到240mm。真正的宽度会比标出的名义宽度有所不同，因生产上会出现一些可接受的误差，各厂家的轮胎会出现不同的误差，范围不会超过几毫米。轮胎的宽度也要看此轮胎安装在哪个轮毂上。大部分轮胎可安装在不同宽度的轮毂上。一些汽车只可以安装一定品牌的轮胎或必须与一定轮毂配套的轮胎，因为只有指定的品牌轮胎可以在任何情况下保证安全。§2.2各种小型汽车的主要参数对现在国内的各种轿车、小型越野车、小型休闲车等小型汽车的长、宽、高、轴距、车重、轮距进行调研。具体情况如（表2.1）所示：表2.1几种具有代表性汽车的主要参数车牌长（mm）宽（mm）高（mm）轴距（mm）车重（kg）轮距（mm）宝马Z4Coupe3.0Si409117811268249514951473/1523新梅赛德斯奔驰E系481818221452285416901577/1570奔驰GL450越野车508819201840307523551645/1648宝马3系320i452018171421276013951500/1513宝马5523Li498118461477302815951558/1582广州本田飞度三厢1.3430016901495245014891455/1455广州田－雅阁2.4EX494518451480280015151590/1585广州本田思迪439016901495245010681455/1455一汽丰田普拉多4.0GX497018751905279020501575/1575金杯07款锐驰2.4丰田50701690193525901700一汽丰田花冠EX1.6G453017051490260016001470/1460现代雅绅特1.443101695148025001130北京现代雅绅特.4ATGL431016981480250011601470/1460赛欧SCX402616081448244310691387/1388别克凯越04款1.6451517251445260012201475/1476马自达62.3467017801435267514751540/1540马自达5456517451620275015161530/1515马自达21.538851695147524901470/1445海马福美来43651705141026101470/1470海马福美来2446617051410261011801470/1470奥迪quattro4.248111933157527561575/1585奥迪A84.2519218941455307417801619/1605奥迪A6L2.0T501218551485294517301612/1618一汽大众新宝来1.6438317421446251313101513/1494帕萨特2.0AT478017401470280314251500/1500东风日产骏逸1.8XL442016901590260012801470/1475尼桑(日产)350Z3.5MT431718151324265015451535/1540红旗新明仕奥运之星479218141422268712801476/1483红旗HQ3496517961485285017301535/1535奇瑞开瑞系列461016931855270013001456/1446奇瑞旗云1.3439316821424246810501425/1419比亚迪F8449017801405252015251520/1515比亚迪F62.0484618221465274014351511/1511§2.3对该机主要参数的初步确定根据（表2.1）所述可总结得：汽车的最大长度取为5192mm，最大宽度取为1933mm，最大高度取为1935mm；轴距的最小值为2443mm,最大值为3040mm；最大重量为2355kg；轮距的最小值取为1425mm，最大距离取为1648mm。轮胎的宽度一般在160—240mm之间。通过上表所列的几款汽车的外形参数可以初步确定：1,举升的最大重量为3000kg2,举升的高度为1800mm3,托架的长度4000mm,托架的宽度为400mm，使用材料为钢板与槽钢焊接件;4,升降架的长度2600mm，使用材料为矩形空心型钢；5,立柱高度为2500mm，使用材料为内卷边槽钢。§3方案的确定§3.1联动装置方案的确定联动装置的作用是将举升托架的升降运动传递给支撑立柱的举升托架，保证两举升托架的同步运动。在二柱汽车举升机的联动装置有很多，例如：螺母丝杠联动装置、齿轮链条联动装置、钢丝绳联动装置等。而能够适合以液压为动力的举升机来说，齿轮链条和钢丝绳联动装置比较合适。对于这两种方案，各有优缺点：齿轮链条联动装置能够比较精确的保证举升同步，但是链条的使用寿命比较短，而且造价比较高。对于钢丝绳联动装置，不但能够保证同步举升，而且使用寿命长，成本比较低，并且比较容易调整钢丝绳的长度。通过这两种方案的比较，对于该机械而言钢丝绳联动比较合适。钢丝绳升降联动装置主要由钢丝绳、滑轮、螺套和螺母等构成。钢丝绳滑轮利用滑轮轴安装在升降架上；钢丝绳的端部固定在螺套中，并且用螺母安装在立柱上部的顶板上；螺母可以用来调整钢丝绳的长短，以使承重托架保证水平位置。§3.2驱动机构方案的确定驱动机构是液压举升机的动力执行元件，它主要是驱动钢丝绳运动，从而带动升降架上下运动。驱动元件主要是由液压缸组成的，它的驱动方式主要有两种，一是拉钢丝绳，二是推钢丝绳。由于举升机的行程为1800mm，如果不采取一定的特殊方式的话，那么做出的活塞杆的长度就要1800mm，那么对活塞杆的刚度要求就比较高。而且运动起来也不稳定。因此采用动滑轮的原理，可以将活塞杆的长度减为原来的一半。在活塞杆的端部安装一个滑轮，使其成为一个动滑轮，再将钢丝绳绕过滑轮，如（图3.1）所示：通过利用动滑轮原理可以减少活塞杆的行程，同时提高了活塞杆的刚度和稳定性。图3.1驱动装置的示意图最终确定活塞在向外推的时候为升降架上升，而且活塞端部采用滑轮装置。§3.3导向装置方案的确定导向装置的作用