電動(dòng)式螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)[剪式千斤頂]

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This paper mainly for automotive design and manufacturing technology jacks were studied. Firstly, a comprehensive analysis of domestic and foreign cars with extremely heavy items and structural features of the current development, discussed the development of new car with a jack significance. In the comprehensive analysis and comparison of existing car with a jack program features, based on the proposed electric manual rapid switching jack design. This paper focuses on a selected vehicle program was extremely heavy items conceptual design and detailed design, also completed the research work required design drawings. According to the National Bureau of Statistics show that China's personal car ownership in 1999 reached 5.34 million, in 2002 domestic car has broken one million annual sales in 2003, the trend has continued to grow. Of auto parts companies only supply the domestic market demand, production and export annually about 500 million vehicles with a jack to the world. Taking into account the country's automotive manufacturing extremely heavy items yield tremendous, if we adopt the method proposed in this paper the design and manufacture of the product, you can save a lot of material costs, its economic benefits are substantial. Meanwhile, the optimized products under the premise of reducing production costs, the reliability and stability has also been improved to some extent. Key word: Car with a jack； optimal design；development status 電動(dòng)式螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 編號(hào) 南京航空航天大學(xué) 畢業(yè)論文 題 目 電動(dòng)式螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 馮杰 學(xué) 號(hào) 070810123 學(xué) 院 民航（飛行）學(xué)院 專 業(yè) 空中交通管理與簽派 班 級 0708101 指導(dǎo)教師 李海峰（講師） 二〇一二年六月 南京航空航天大學(xué) 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）誠信承諾書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）（題目： 電動(dòng)式螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)）是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。盡本人所知，除了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。 作者簽名： 年 月 日 學(xué)號(hào)： 電動(dòng)式螺旋千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì) 目錄 摘要 1 Abstract 2 第一章、序言 4 1.1本課題研究的意義 4 1.2國內(nèi)外千斤頂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 7 1.2.1國外發(fā)展情況 8 1.2.2國內(nèi)發(fā)展情況 8 1.3本課題的主要研究任務(wù) 9 第二章、電動(dòng)千斤頂?shù)母拍钤O(shè)計(jì) 10 2.1 概述 10 2.2 典型汽車用千斤頂特點(diǎn)比較 10 2.3新型千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案確定和論證 11 2.4 本章小結(jié) 12 第三章：電動(dòng)千斤頂關(guān)鍵部件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 14 3.1 電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕O(shè)計(jì)參數(shù) 14 3.1.1電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕O(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 14 3.1.2電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕褂脳l件 14 3.2 電動(dòng)千斤頂運(yùn)動(dòng)與受力分析 14 3.2.1千斤頂運(yùn)動(dòng)分析 14 3.2．2千斤頂受力分析 18 3.3 電動(dòng)千斤頂?shù)牟考O(shè)計(jì) 19 3.3．1螺旋傳動(dòng)裝置 19 3.3．2減速裝置 20 3.4 本章小結(jié) 23 第四章:傳動(dòng)裝置計(jì)算及各軸設(shè)計(jì)與校核 24 4.1 傳動(dòng)裝置的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 24 4.2 各軸的設(shè)計(jì) 25 第五章：維護(hù)與使用說明 36 第六章：結(jié)論 38 參考文獻(xiàn) 40 謝詞 42 42 42 電動(dòng)式螺旋千斤頂設(shè)計(jì) 摘要 千斤頂作為一種傳統(tǒng)頂舉重物的工具，在建筑、鐵路、醫(yī)療、汽車維修等各領(lǐng)域均得到廣泛的應(yīng)用。本文主要針對汽車用千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)與制造技術(shù)進(jìn)行了研究。 本文首先綜合分析了國內(nèi)外汽車用千斤項(xiàng)的發(fā)展現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，討論了開發(fā)新型汽車用千斤頂?shù)囊饬x。在綜合分析比較各種現(xiàn)有汽車用千斤頂方案特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了電動(dòng)手動(dòng)快速切換千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案。 本文主要對選定的汽車用千斤項(xiàng)方案進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，還完成了課題研究所需的圖紙?jiān)O(shè)計(jì)工作。 據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)信息顯示，我國個(gè)人汽車保有量1999年已達(dá)534萬輛，2002年國內(nèi)轎車年產(chǎn)銷量均突破100萬輛，2003年有繼續(xù)增長的趨勢。我國汽配企業(yè)不僅供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，每年還生產(chǎn)出口約500萬臺(tái)汽車用千斤頂?shù)绞澜绺鲊？紤]到每年我國生產(chǎn)制造的汽車用千斤項(xiàng)產(chǎn)量巨大，若能采用本文提出的方法設(shè)計(jì)制造該產(chǎn)品，則可大量節(jié)約材料成本，其經(jīng)濟(jì)效益十分可觀。同時(shí)，優(yōu)化后的產(chǎn)品在降低生產(chǎn)成本的前提下，其可靠性和穩(wěn)定性方面也有了一定的提高。 關(guān)鍵字:汽車用千斤頂，優(yōu)化設(shè)計(jì)，發(fā)展現(xiàn)狀 Electric screw jack design Abstract Jack as a traditional top-heavy lifting tools in construction, railway, medical, automotive repair and other fields have been widely used. This paper mainly for automotive design and manufacturing technology jacks were studied. Firstly, a comprehensive analysis of domestic and foreign cars with extremely heavy items and structural features of the current development, discussed the development of new car with a jack significance. In the comprehensive analysis and comparison of existing car with a jack program features, based on the proposed electric manual rapid switching jack design. This paper focuses on a selected vehicle program was extremely heavy items conceptual design and detailed design, also completed the research work required design drawings. According to the National Bureau of Statistics show that China's personal car ownership in 1999 reached 5.34 million, in 2002 domestic car has broken one million annual sales in 2003, the trend has continued to grow. Of auto parts companies only supply the domestic market demand, production and export annually about 500 million vehicles with a jack to the world. Taking into account the country's automotive manufacturing extremely heavy items yield tremendous, if we adopt the method proposed in this paper the design and manufacture of the product, you can save a lot of material costs, its economic benefits are substantial. Meanwhile, the optimized products under the premise of reducing production costs, the reliability and stability has also been improved to some extent. Key word: Car with a jack； optimal design；development status 第一章、序言 1.1本課題研究的意義 本課題的主要任務(wù)是探討已有的汽車用千斤頂技術(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)一種新型的電動(dòng)手動(dòng)快速切換汽車用千斤頂，并將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法運(yùn)用于汽車用千斤頂設(shè)計(jì)，提高其使用性能，降低生成成本。 千斤頂對于人們來說并不陌生，日常生產(chǎn)實(shí)踐中經(jīng)常會(huì)遇到這樣一些情況：例如需要將重物如車輛、大型設(shè)備、井下軌道等在沒有起吊設(shè)備的情況下移動(dòng)或抬起它們，而僅靠人工操作是非常困難甚至根本無法實(shí)現(xiàn)的，這就需要用到千斤項(xiàng)。 由此可見，千斤頂與人們的生活密切相關(guān)。作為一種傳統(tǒng)頂舉重物的工具，千斤頂在建筑、鐵路、醫(yī)療、汽車維修等各領(lǐng)域均得到了廣泛的應(yīng)用。目前，在生產(chǎn)實(shí)踐中使用著以下各種各樣的千斤項(xiàng)； (1)在建筑領(lǐng)域中應(yīng)用的千斤頂主要有鋼絞線千斤頂、松卡式千斤頂、穿心式千斤頂、掩護(hù)支架平衡千斤頂、預(yù)應(yīng)力前卡式千斤頂、預(yù)應(yīng)力張拉式千斤頂、窄空間小噸位千斤頂?shù)龋? (2)在汽車運(yùn)輸維修部門應(yīng)用的千斤頂有螺旋千斤頂、液壓千斤頂、充氣千斤頂?shù)龋? (3)在醫(yī)療衛(wèi)生部門應(yīng)用的有X線刀機(jī)械微調(diào)千斤頂； (4)除此以外還有應(yīng)用在其他領(lǐng)域的一些千斤項(xiàng)。 由于使用對象的差別和使用場合的不同，在汽車維修領(lǐng)域也有各種各樣不同類型的產(chǎn)品出現(xiàn)。汽車用千斤頂?shù)姆诸惙椒ㄈ缦拢? (1)按汽車用千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類，可分為立式千斤頂、臥式千斤頂和剪式千斤頂。 目前開發(fā)出的立式千斤頂多為手動(dòng)方式，它是一種常用的頂舉或提升重物的輕小型起重設(shè)備，廣泛應(yīng)用于起重、運(yùn)輸、裝卸、安裝及某些特殊工藝操作。這種立式千斤頂技術(shù)成熟，但在送入車下起頂部位和起頂時(shí)，由于操作者不能完全在車外部進(jìn)行操作，因此操作不便。 臥式千斤頂由油泵、工作油缸、頂臂、承力盤、手柄、側(cè)板和輪子組成，使用時(shí)可以讓用戶在車外方便地操作。它的起頂高度低，可達(dá)高度高，上升速度也較快，但起重噸位較低，本身尺寸較大，目前常用的有以下幾種臥式千斤頂： 輕型：用于轎車隨車工具或自各外出以供急需，由于對象固定，因而可設(shè)計(jì)得小巧、輕便。用于隨車工具或私人車庫維修設(shè)備，屬不定期使用，故并不強(qiáng)調(diào)牢固耐用。 中型：用于一般汽車維修工具，供修理汽車用，由于對象范圍廣，使用頻度高，故要求操作方便快速，穩(wěn)定性好，并要求一定壽命。 重型：用于有較大周轉(zhuǎn)場地的維修或事故搶救。由于使用條件限制，因而要求數(shù)量不是很多，從而單價(jià)高、使用頻度高，因此這種千斤頂一般須有使用壽命的要求(一般不低于200次)。 剪式千斤頂?shù)耐庑稳鐖D1-1所示，它是一種原理臥式千斤頂。剪式千斤頂有機(jī)械式的，也有液壓式的。機(jī)械剪式千斤頂整個(gè)系統(tǒng)一般由上下舉臂、絲桿和底座組成。若是電動(dòng)剪式千斤頂，則還有電機(jī)、減速箱和固定板；液壓剪式千斤頂則在底座上設(shè)有油室及油路連通機(jī)構(gòu)。剪式千斤頂一般有手動(dòng)和電動(dòng)兩種操作方式。 圖1-1 剪式千斤頂示意圖 (2)根據(jù)汽車用千斤頂動(dòng)力來源的不同，可分為手動(dòng)千斤頂、電動(dòng)千斤項(xiàng)和電動(dòng)手動(dòng)兩用千斤頂。 手動(dòng)千斤頂?shù)膭?dòng)力來源是人力驅(qū)動(dòng)。雖然制造簡單，價(jià)格低廉，但由于使用時(shí)必須用手不斷操作才能升降套簡或舉臂，所以費(fèi)時(shí)費(fèi)力，使用極其不便。如前面提到的立式千斤頂和臥式千斤項(xiàng)太都是手動(dòng)方式。 電動(dòng)千斤頂?shù)膭?dòng)力來源是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。使用時(shí)直接利用汽車自備電源，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)，通過適當(dāng)?shù)目刂齐娐穪韺?shí)現(xiàn)所需要的功能，代替手工操作控制千斤頂?shù)纳?。因此相對手?dòng)千斤頂來說它提高了工作效率，避免了重復(fù)繁重的體力勞動(dòng)，為司機(jī)創(chuàng)造出一種方便、高效、省力的修車環(huán)境和條件。但是單純的電動(dòng)千斤頂同樣存在著局限性，如當(dāng)電動(dòng)裝置損壞或者由于別的原因而導(dǎo)致電動(dòng)裝置無法工作時(shí)千斤頂就無法使用。 電動(dòng)手動(dòng)兩用千斤頂?shù)膭?dòng)力來源既可以是電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)又可以是人力驅(qū)動(dòng)。用戶可以根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的驅(qū)動(dòng)方式。這種功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵是電動(dòng)方式與手動(dòng)方式的切換裝置。它既可吐克服手動(dòng)千斤項(xiàng)的低效、費(fèi)力、不便等缺點(diǎn)，又可以擁有單純電動(dòng)千斤頂所無法具有的廣泛實(shí)用性優(yōu)點(diǎn)。所以現(xiàn)在大多數(shù)用戶已經(jīng)不再使用傳統(tǒng)的手動(dòng)千斤頂，轉(zhuǎn)而使用電動(dòng)或電動(dòng)手動(dòng)兩用千斤項(xiàng)?，F(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出的電動(dòng)千斤頂種類較多，有機(jī)械式的，也有液壓式的；有直接控制式的，也有紅外遙控式的。 (3)根據(jù)汽車用千斤項(xiàng)傳動(dòng)類型的不同，可分為機(jī)械傳動(dòng)千斤頂和液壓傳動(dòng)千斤頂。 機(jī)械傳動(dòng)千斤頂是通過機(jī)械裝置來實(shí)現(xiàn)千斤項(xiàng)的傳動(dòng)功能，如立式螺旋千斤頂。工作時(shí)千斤頂?shù)穆菽腹潭?，利用手柄直接?qū)動(dòng)螺桿作螺旋運(yùn)動(dòng)，從而將螺桿端部承力盤上的重物頂起。立式螺旋千斤頂除了采用手柄直接驅(qū)動(dòng)螺桿的傳統(tǒng)方式以外，還有以齒輪傳動(dòng)(圓柱直齒或錐齒輪)來驅(qū)動(dòng)螺桿的方式。 液壓千斤項(xiàng)則是通過液壓裝置來實(shí)現(xiàn)千斤頂?shù)膫鲃?dòng)功能。它將密封在油缸中的液體作為介質(zhì)，把液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而將重物向上項(xiàng)起。液壓千斤頂結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，自潤滑性好，舉升力大，易于維修，但同時(shí)制造精度要求較高，效率低，操作不當(dāng)時(shí)支點(diǎn)易滑脫，存在不安全因素。若出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象將引起舉升汽車的下降，保險(xiǎn)系數(shù)降低，使用其舉升時(shí)易受部位和地方的限制。 綜上所述，雖然已有多種汽車用千斤頂，但這些產(chǎn)品大多利用傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，存在進(jìn)一步改進(jìn)設(shè)計(jì)、提高性能、降低成本的可能。 另一方面，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們消費(fèi)水平的提高，用戶需求也在發(fā)生著巨大的變化。消費(fèi)者將不再僅僅追求產(chǎn)品的結(jié)實(shí)、耐用、安全，而進(jìn)一步關(guān)注產(chǎn)品的功能、經(jīng)濟(jì)、美學(xué)等特性。就汽車用千斤頂來說，隨著人們生活質(zhì)量的提高，人們也對產(chǎn)品提出了更高的要求，千斤項(xiàng)應(yīng)當(dāng)在滿足功能要求的前提下向輕便化、美觀化、經(jīng)濟(jì)化發(fā)展。 目前世界轎車產(chǎn)量一年在4000萬臺(tái)以上，每輛車應(yīng)當(dāng)配備一臺(tái)千斤頂，以便在途中更換輪胎時(shí)使用，以此計(jì)算，每年全世界的汽車用千斤頂需求量就達(dá)4000萬臺(tái)。隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近幾年汽車用量也大幅增長，為千斤頂制造商提供了極好的發(fā)展機(jī)遇。據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料顯示，2002年全國轎車產(chǎn)銷量分別為106.24萬輛和105.8萬輛，比上年增長52.8％和50％。2003年全國汽車需求量約為380萬輛，國產(chǎn)轎車需求143.5萬輛，如果每輛轎車配備一臺(tái)千斤頂，則汽車用千斤頂就達(dá)到百萬臺(tái)以上的產(chǎn)量，再加上出口數(shù)量的提高，其總產(chǎn)量十分可觀。龐大的汽車銷售市場，孕育著汽車隨車工具的巨大市場。千斤頂作為汽車保養(yǎng)、維修所不可缺少的主要舉升工具，市場前景也非?？春?。據(jù)業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，本世紀(jì)該行業(yè)將進(jìn)入新一輪競爭。但是傳統(tǒng)的千斤頂(如螺旋式、液壓式等)，多為手動(dòng)操作，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，勞動(dòng)條件差且安全性低；而目前使用的電動(dòng)千斤頂又大多結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量重、工作穩(wěn)定性較差且生產(chǎn)成本高，需要加以改進(jìn)。 隨著計(jì)算機(jī)、信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方法(用計(jì)算機(jī)完成繪圖、模擬、優(yōu)化和其他數(shù)值分析等任務(wù))來進(jìn)行概念設(shè)計(jì)、優(yōu)化設(shè)計(jì)、有限元分析、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)繪圖等己成為常用設(shè)計(jì)方法。 同時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)的高速發(fā)展也使優(yōu)化設(shè)計(jì)過程變得更簡單易行。我們可以根據(jù)數(shù)學(xué)模型的特性，選擇適當(dāng)?shù)膬?yōu)化設(shè)計(jì)計(jì)算方法，獲得最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。 而對我國當(dāng)前千斤頂設(shè)計(jì)制造技術(shù)水平比較落后，激烈的市場競爭和巨大的市場潛力同時(shí)存在的情形，有必要將現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法應(yīng)用到傳統(tǒng)產(chǎn)品(如千斤項(xiàng))開發(fā)過程中，以提高我國千斤頂設(shè)計(jì)制造技術(shù)的水平。 1.2國內(nèi)外千斤頂技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 1.2.1國外發(fā)展情況 早在20世紀(jì)40年代，臥式千斤頂就已經(jīng)開始在國外的汽車維修部門使用，但由于當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)和使用上的原因，其尺寸較大，承載量較低。后來隨著社會(huì)需求量的增大以及千斤頂本身技術(shù)的發(fā)展，臥式千斤頂逐漸向小型化發(fā)展。在90年代初國外絕大部分用戶已以臥式千斤頂替代了立式千斤頂。 在90年代后期國外研制出了充氣千斤頂，和便攜式液壓千斤頂?shù)刃滦颓Ы镯?。充氣千斤頂是由保加利亞～汽車運(yùn)輸研究所發(fā)明的，它用有彈性而又非常堅(jiān)固的橡膠制成。使用時(shí)，用軟管將千斤頂連在汽車的排氣管上，經(jīng)過15—20秒，汽車千斤頂鼓起，成為圓柱體。這種千斤項(xiàng)可以把1.5t重的汽車頂起70cm。Power.Riser II型便攜式液壓千斤頂則可用于所有類型的鐵道車輛，包括裝運(yùn)三層汽車的貨車、聯(lián)運(yùn)車以及高車頂車輛。同時(shí)它具有一個(gè)將負(fù)載定位的機(jī)械鎖定環(huán)、一個(gè)三維機(jī)械手、一個(gè)全封閉構(gòu)架以及一個(gè)用于防止雜質(zhì)進(jìn)入液壓系統(tǒng)的外置過濾器。Truck Jack型便攜式液壓千斤頂則可用于對已斷裂的貨車轉(zhuǎn)向架彈簧進(jìn)行俠速的現(xiàn)場維修。該千斤頂能在現(xiàn)場從側(cè)面對裝有70—125t級轉(zhuǎn)向架的大多數(shù)卸載貨車進(jìn)行維修，并能完全由轉(zhuǎn)向架側(cè)架支撐住。它適用于車間或軌道上無需使用鋼軌、道碴或軌枕作支承的情況 1.2.2國內(nèi)發(fā)展情況 我國千斤頂技術(shù)起步較晚，由于歷史的原因，直到1979年才接觸到類似于國外臥式千斤頂這樣的產(chǎn)品。 經(jīng)過多年設(shè)計(jì)與制造的實(shí)踐，除了臥式千斤項(xiàng)以外，我國還研制出了新型折疊式液壓千斤頊、新型剪式千斤頂、快速升降千斤頂、多用千斤頂、便攜式電(手)動(dòng)汽車用千斤頂、單動(dòng)式千斤頂、雙動(dòng)式千斤頂、薄型千斤項(xiàng)、超薄型千斤項(xiàng)、空心千斤頂、實(shí)心千斤頂、柱塞千斤頂、高噸位千斤項(xiàng)等多種千斤頂。 便攜式電(手)動(dòng)汽車用千斤頂是一種多用千斤頂，配合電動(dòng)扳手(便攜式電動(dòng)汽車輪胎專用拆裝扳手)使用，即為電動(dòng)千斤頂；單獨(dú)使用可作手動(dòng)千斤項(xiàng)使用。配有專用撬棒，既可做手工拆裝螺栓，也可配合千斤頂使用。 薄型千斤頂體積小，并具有良好的工作能力。 超薄型千斤頂體積進(jìn)一步減小，并可產(chǎn)生更大的工作能力，特別適合在空問位置狹窄的地方使用。 單動(dòng)式空心柱塞千斤頂，不但具有舉升功能，還有拉伸功能。 單動(dòng)式實(shí)心柱塞千斤頂是常規(guī)通用型，可應(yīng)用于設(shè)備維修、安裝及常規(guī)工業(yè)生產(chǎn)中。 經(jīng)過我國自行研發(fā)生產(chǎn)，我國生產(chǎn)的汽車用千斤頂產(chǎn)品在外形、使用、承載力、壽命等方面都得到了很大的改進(jìn)，有些已經(jīng)達(dá)到甚至超過了國外同類產(chǎn)品。目前我國的汽配企業(yè)不僅供應(yīng)國內(nèi)市場的需要，每年還出口約500萬臺(tái)汽車用千斤頂?shù)绞澜绺鞯?。雖然如此，仔細(xì)分析千斤頂設(shè)計(jì)制造的技術(shù)水平，采用先進(jìn)技術(shù)不足，仍存在較大的改進(jìn)空間。 1.3本課題的主要研究任務(wù) 鑒于當(dāng)前汽車用千斤頂技術(shù)的現(xiàn)狀，本課題主要研制一種結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安全高效且生產(chǎn)成本低的新型電動(dòng)手動(dòng)快速切換便攜式千斤頂。本課題的主要任務(wù)如下： 通過閱讀大量國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，在對國內(nèi)外汽車用千斤頂技術(shù)的現(xiàn)狀和特點(diǎn)進(jìn)行綜合分析的基礎(chǔ)上，對新型千斤頂進(jìn)行概念設(shè)計(jì)，確定可行的新型千斤頂設(shè)計(jì)方案；在概念設(shè)計(jì)基礎(chǔ)上對新型千斤頂?shù)年P(guān)鍵部件進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，主要包括對千斤頂頂舉結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文和設(shè)計(jì)計(jì)算說明書，運(yùn)用CAD應(yīng)用軟件繪制裝配圖和主要零件工作圖，編寫所設(shè)計(jì)裝置的使用說明書。 第二章、電動(dòng)千斤頂?shù)母拍钤O(shè)計(jì) 2.1 概述 在機(jī)械產(chǎn)品開發(fā)過程中，概念設(shè)計(jì)是非常關(guān)鍵和重要的階段。它首先需要仔細(xì)分析所研究的問題，并通過歸納、抽象等方法擬定功能結(jié)構(gòu)，選擇或設(shè)計(jì)合適的工作原理，進(jìn)行產(chǎn)品的初始方案設(shè)計(jì)，為產(chǎn)品進(jìn)一步的詳細(xì)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。 對于本文來說，所研究的主要問題就是針對目前汽車用千斤頂市場的實(shí)際情況，研究開發(fā)出一種新型的便攜式汽車隨車千斤頂，要求這種千斤頂具有電動(dòng)手動(dòng)快速切換的功能，同時(shí)應(yīng)盡可能使結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕且生產(chǎn)成本低。 2.2 典型汽車用千斤頂特點(diǎn)比較 1.立式千斤頂 如緒論中所述．立式千斤頂雖然技術(shù)比較成熟，但在送入車下起頂部位和起頂時(shí)，操作者不能在汽車外部進(jìn)行操作，造成使用不便。而且它的起頂高度比較高，不適合底盤很低的小轎車使用，限制了其應(yīng)用范圍。因此在設(shè)計(jì)制造新型千斤頂時(shí)不采用立式結(jié)構(gòu)。 2.臥式千斤頂 臥式千斤頂在使用時(shí)可以讓用戶在車外方便地操作，同時(shí)它的起頂高度低，可達(dá)高度高，上升速度也較快，很好地克服了立式千斤頂存在的不足。但是由于臥式千斤頂自身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，也存在著尺寸較大、起重噸位較低等不足。 3.剪式千斤頂 剪式千斤頂分液壓式和機(jī)械式兩種傳動(dòng)方式。 普通液壓式剪式千斤頂具有結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，自潤滑性好，舉升力大，便于維修等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)具有效率低，存在不安全因素等缺點(diǎn)。雖然采用改進(jìn)之后的結(jié)構(gòu)可以克服上述不足，但同時(shí)又會(huì)增加設(shè)備的制造難度和成本；而且液壓千斤頂存在液壓油容易泄漏，造成環(huán)境污染等問題。所以本課題不采用液壓傳動(dòng)方式。 機(jī)械式剪式千斤頂能夠穩(wěn)定、安全、迅速、可靠地將車輛或重物舉起，同時(shí)還具有起頂高度低、可達(dá)高度高、起重噸位太、尺寸緊湊等優(yōu)點(diǎn)，適合作為各種車輛的修車必備工具而隨車攜帶。 表2-1為現(xiàn)有各種汽車用千斤頂設(shè)計(jì)方案的詳細(xì)比較。 表2-1現(xiàn)有千斤頂設(shè)計(jì)方案比較表 方案名稱 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 紅外線遙控電動(dòng)千斤頂 可以實(shí)現(xiàn)一定距離內(nèi)的遙控操作 遙控距離有限，靈敏度不高 行星減速器遙控電動(dòng)千斤頂 自動(dòng)化程度較高，可自動(dòng)停止升降運(yùn)動(dòng)，可手動(dòng)操作 手動(dòng)操作時(shí)需將電動(dòng)機(jī)、行星減速器和電控裝置拆下，使用不便。 普通電動(dòng)千斤頂 由撥叉裝置實(shí)現(xiàn)的電動(dòng)手動(dòng)切換方式使用方便 撥叉裝置結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造成本高 錐齒輪螺旋千斤頂 可保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，操作時(shí)對工作行程沒有限制 起頂高度太大，對于底盤很低的車輛不適用 臥式千斤頂 能夠穩(wěn)定、安全、迅速的將車輛舉起 起頂噸位較低，尺寸較大 普通液壓千斤頂 輸出推力大、重量輕、體積小、潤滑好 效率低，存在不安全因素 新型液壓千斤頂 輸出推力大，空行程段能快速上升 制造精度要求較高，導(dǎo)紙制造成本增加 2.3新型千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案確定和論證 隨著小轎車的逐漸普及，用戶范圍也相應(yīng)擴(kuò)大。以往多為男士司機(jī)，而現(xiàn)在不乏女士駕車，甚至也有一部分年紀(jì)較大的人士經(jīng)常使用車輛。因此過去笨重難看、操作困難的汽車用千斤頂已無法完全滿足市場需求。因此所開發(fā)設(shè)計(jì)的新型汽車用千斤頂必須要求結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、安全高效、電動(dòng)手動(dòng)快速切換且生產(chǎn)成本低。 通過上述分析可知，現(xiàn)有多種方案各有優(yōu)點(diǎn)，但都存在著一定的不足，為滿足本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要求，擬采用機(jī)械剪式電動(dòng)手動(dòng)快速切換千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案，見該方案操作簡單，制造方便，可降低生產(chǎn)成本，且有如下優(yōu)點(diǎn)： (1)性能良好：起頂高度低，可達(dá)高度高； (2)結(jié)構(gòu)簡單：重量輕，堅(jiān)固耐用，成本低； (3)操作方便； 電動(dòng)時(shí)操作者只需按下開關(guān)盒上相應(yīng)的控制按鈕就能控制千斤項(xiàng)的升降；手動(dòng)時(shí)直接轉(zhuǎn)動(dòng)手柄即可實(shí)現(xiàn)千斤項(xiàng)的升降：電動(dòng)手動(dòng)切換時(shí)只需擰松頂緊螺母，使中間傳動(dòng)齒輪在彈簧彈力作用下自動(dòng)彈出，脫開與主驅(qū)動(dòng)齒輪和雙聯(lián)齒輪2的嚙合狀態(tài)即可實(shí)現(xiàn)。 鑒于以上優(yōu)點(diǎn)，本課題中自行設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)手動(dòng)快速切換千斤頂可以作為各種轎車的修車必備工具隨車攜帶。 1-小齒輪 2-雙聯(lián)齒輪1 3-雙聯(lián)齒輪2 4-中間傳動(dòng)齒輪 5-主驅(qū)動(dòng)齒輪 圖2-2 新型電動(dòng)千斤頂減速器系統(tǒng)簡圖 2.4 本章小結(jié) 本章對典型汽車用千斤頂?shù)囊延性O(shè)計(jì)方案迸行了優(yōu)缺點(diǎn)分析和比較，提出了新型電動(dòng)手動(dòng)快速切換千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案，并對本文提出的新型設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹和論證。使本文自行設(shè)計(jì)的新型電動(dòng)千斤頂具有性能良好、結(jié)構(gòu)簡單和操作方便的優(yōu)點(diǎn)。 第三章：電動(dòng)千斤頂關(guān)鍵部件的詳細(xì)設(shè)計(jì) 3.1 電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕O(shè)計(jì)參數(shù) 3.1.1電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕O(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo) 汽車用千斤頂作為汽車的舉升工具，其主要功能是承受汽車車身重量。由汽車用千斤頂通常使用情況可知其實(shí)際承載一般不超過車身重量的一半，由于通常的小轎車車身重量在2000kg以下，因此為了使設(shè)計(jì)的產(chǎn)品具有普遍適用性，將其最大承受載荷設(shè)計(jì)為1000kg。其具體技術(shù)指標(biāo)如下： (1)最大承受載荷：1000kg (2)最低高度：165mm (3)起升高度：220mm (4)最大高度：385mm (5)驅(qū)動(dòng)方式：電動(dòng) (6)凈重：5kg (7)外型尺寸：457×248×166(mm3) 3.1.2電動(dòng)千斤頂?shù)闹饕褂脳l件 (1)承載載荷不能長時(shí)間超過1000kg (2)驅(qū)動(dòng)電壓不能超過直流12V (3)注意防銹 (4)頂車時(shí)選好承重點(diǎn) (5)千斤頂應(yīng)安放在平整的可以承重的路面 3.2 電動(dòng)千斤頂運(yùn)動(dòng)與受力分析 3.2.1千斤頂運(yùn)動(dòng)分析 1. 千斤頂運(yùn)動(dòng)模型的建立 對于所選設(shè)計(jì)方案，根據(jù)汽車用千斤頂實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況可知，螺桿運(yùn)動(dòng)副一端為鉸接副，另外一端為移動(dòng)副。當(dāng)電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聯(lián)接螺母相對于螺桿作水平運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)舉臂升降(螺桿順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聯(lián)接螺母相對于螺桿向著靠近鉸接端運(yùn)動(dòng)，舉臂上升；螺桿逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，聯(lián)接螺母相對于螺桿向著遠(yuǎn)離鉸接端運(yùn)動(dòng)，舉臂下降)。此時(shí)隨著舉臂的升降，螺桿本身也存在著水平運(yùn)動(dòng)和垂直運(yùn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)和固定板同樣隨著千斤頂舉臂的升降而一起升降，而支撐底座始終保持不動(dòng)。 由此可以建立機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)模型圖。如圖3-1所示，以底座D為坐標(biāo)原點(diǎn)（0,0），設(shè)螺桿與舉臂的夾角為，臂長為L，則鉸接點(diǎn)A和移動(dòng)副C點(diǎn)的坐標(biāo)分別為 A點(diǎn)： C點(diǎn)： 頂舉重物支撐點(diǎn)B處坐標(biāo)為 B點(diǎn)： 圖3-1 千斤頂運(yùn)動(dòng)模型圖 2. 千斤頂運(yùn)動(dòng)速度分析 主要分析A、B、C三點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度。A點(diǎn)與C點(diǎn)相對于千斤頂縱向軸線對稱， 其運(yùn)動(dòng)情況相同，因此只需分析C點(diǎn)即可。 1) C點(diǎn)分析 由點(diǎn)的速度合成定理可知，動(dòng)點(diǎn)C在某瞬時(shí)的絕對速度等于它在該瞬時(shí)的牽連速度與相對速度的矢量和。設(shè)C點(diǎn)的絕對速度為，牽連速度為，相對速度為，則 。 設(shè)螺桿導(dǎo)程為S，表示螺紋上任一點(diǎn)沿同一條螺旋線轉(zhuǎn)一周所移動(dòng)的軸向距離。螺距為p，螺紋線數(shù)為x，螺桿轉(zhuǎn)速為n，螺母相對于螺桿的軸向速度為V，則 （對于單線螺紋，x=1） 在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中，螺桿隨著A點(diǎn)水平向右運(yùn)動(dòng)，C點(diǎn)相對于螺桿水平向左運(yùn)動(dòng)。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，螺母相對于螺桿的軸向位移為S，A點(diǎn)和C點(diǎn)各有位移S/2，因此C點(diǎn)相對于螺桿水平向左運(yùn)動(dòng)的速度應(yīng)為螺桿速度的一半，即 由速度合成圖可知： 所以 2) B點(diǎn)分析 由理論力學(xué)知識(shí)可知，舉臂可以視為一剛體，從而可用剛體的平面運(yùn)動(dòng)方法加以平均分解。平面圖形內(nèi)任一點(diǎn)的速度等于基點(diǎn)的速度與該店隨圖形繞基點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的速度的矢量和，則B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度合成分析如圖3-2所示。 圖3-2 B點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度合成圖 以C點(diǎn)為基點(diǎn)求B點(diǎn)的速度，則 式中，表示基點(diǎn)C的絕對速度，即 將上式兩端分別對x，y軸投影，得 又因?yàn)?，，（l為舉臂長度），得 最終得 其中：B點(diǎn)上升速度，mm/s 螺桿轉(zhuǎn)速，r/min 螺桿螺距，mm 螺桿與舉臂夾角 B點(diǎn)速度為在螺桿轉(zhuǎn)速為n，螺距為p的情況下，當(dāng)螺桿與舉臂夾角為a的時(shí)刻千斤頂頂起重物上升的速度。由上式可以看出，千斤頂頂舉重物上升的速度隨a增大而減小。由于在千斤頂上升過程中，螺桿與舉臂夾角逐漸增大，因此千斤頂頂舉重物的速度逐漸變小，在極限位置停止運(yùn)動(dòng)。 3.2．2千斤頂受力分析 (1)千斤頂受力模型的建立 千斤頂支承點(diǎn)B受到頂舉重物的壓力G，兩上舉臂受壓力，方向沿著舉臂軸線向里，所以舉臂對支承點(diǎn)B的頂舉力為反作用力，方向沿著舉臂向外，與重物對支承點(diǎn)B的壓力平衡，頂舉重物不斷上升，見圖3-4。以桿二為研究對象，它受到來自于重物(通過B點(diǎn)作用在桿二端部)的約束力和來自于螺桿移動(dòng)副的約束力，由于它只在兩個(gè)力作用下平衡，因此是二力桿。由二力桿的性質(zhì)可知這兩個(gè)力必定沿二力作用點(diǎn)的連線，等值、反向。其它舉臂可以此類推。兩上舉臂(桿一和桿二)分別受軸向壓力和，由力的作用與反作用可知，桿一和桿二對支承點(diǎn)B的作用力分別為和，方向沿著舉臂軸線向外，與重物對支承點(diǎn)的壓力G形成三力平衡。 螺桿作連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并且在水平方向上運(yùn)動(dòng)，形成移動(dòng)副。通過螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)舉臂不斷上升，舉臂(桿二和桿三)受到移動(dòng)副施加的沿著舉臂軸線向里的壓力和，所以舉臂對移動(dòng)副的反作用力為和，方向沿著舉臂軸線向外，與螺桿對移動(dòng)副的拉力F形成平衡力。千斤頂受力分析模型見圖3-4。 圖3-4 千斤頂受力模型 (2)千斤頂受力分析 1. 節(jié)點(diǎn)B： 如圖3-4所示，千斤頂頂起重量為G，B點(diǎn)受到重物的壓力G和桿一、桿 二的反作用力和，此三力平衡，平衡方程如下： 2. 節(jié)點(diǎn)C： 在螺桿連接處的C點(diǎn)受到桿二、桿三的沿著舉臂軸線向外的反作用力 和，同時(shí)還受到螺桿軸向拉力F，此三力平衡，平衡方程如下： 式中： 聯(lián)立以上兩式，得 式中：—螺桿受到的軸向拉力，N —舉臂受到的軸向拉力，N —被頂舉重物的重量，N —螺桿與舉臂的夾角，度 由上式可知，當(dāng)不斷增大，不斷減小，所以初始位置時(shí)，螺桿受力最大，應(yīng)該按初始位置進(jìn)行校核。 3.3 電動(dòng)千斤頂?shù)牟考O(shè)計(jì) 3.3．1螺旋傳動(dòng)裝置 螺旋傳動(dòng)平穩(wěn)，選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)程角可以使機(jī)構(gòu)具有自鎖性，能獲得很大的減速比和力的增益。但同時(shí)其機(jī)械效率低，具有自鎖性的螺旋機(jī)構(gòu)的效率一般低于50%。由于汽車千斤頂?shù)闹饕猛臼窃谄嚲S修時(shí)使用，要求將汽車頂起并穩(wěn)定在某一位置，因此需要千斤頂?shù)穆菪齻鲃?dòng)具有傳遞動(dòng)力和自鎖功能。根據(jù)千斤頂自身的使用場合和螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)，選用滑動(dòng)螺旋，單頭梯形螺紋，螺紋具有較小的導(dǎo)程及導(dǎo)程角。所設(shè)計(jì)的千斤頂結(jié)構(gòu)中的螺旋機(jī)構(gòu)部分由螺桿、螺母和底座組成。螺桿為主動(dòng)件，作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；螺母為從動(dòng)件，作軸向移動(dòng)。整個(gè)螺旋傳動(dòng)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)進(jìn)行能量和力的傳遞。 對于一般的傳力螺紋，其主要失效形式是螺紋表面的磨損，螺桿的拉斷(或受壓時(shí)喪失穩(wěn)定)或剪斷以及螺紋根部的剪斷及彎斷。設(shè)計(jì)時(shí)通常以耐磨性計(jì)算和強(qiáng)度計(jì)算確定螺旋傳動(dòng)的主要尺寸。 根據(jù)實(shí)際需要，汽車用千斤頂作為汽車的舉升工具．必須承受汽車車身很大的重量。根據(jù)一般的小轎車車身重量和汽車用千斤頂通常使用情況可知，汽車用千斤頂額定承受載荷設(shè)計(jì)為1000kg具有普遍的適應(yīng)性。以額定承載1000kg計(jì)算，螺桿最大軸向載荷為。這需要螺桿材料具有較高的強(qiáng)度和良好的加工性，螺桿材料選45號(hào)鋼，調(diào)質(zhì)處理，材料屈服極限為360MPa，材料許用應(yīng)力為235 MPa。 對螺桿主要從耐磨性、自鎖性和穩(wěn)定性三方面來計(jì)算和校驗(yàn)。計(jì)算結(jié)果如下： 公稱直徑： 螺桿中徑： 螺距： 螺紋升角： 螺桿效率： 3.3．2減速裝置 對于減速系統(tǒng)，由前述已確定的傳動(dòng)方案可知，本設(shè)計(jì)中的傳動(dòng)由一系列軸線相對于機(jī)架位置均固定的外嚙合標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪組成，屬于定軸輪系，見圖3-5。 1-電動(dòng)機(jī) 2-軸1 3-軸2 4-軸3 5-軸套 6-螺桿 7-主驅(qū)動(dòng)齒輪 8-手柄架 9-固定板 10-中間傳動(dòng)齒輪 11-雙聯(lián)齒輪2 12-雙聯(lián)齒輪1 13-小齒輪 圖3-5 千斤頂減速裝置示意圖 本減速裝置設(shè)計(jì)的主要任務(wù)包括：傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、電動(dòng)機(jī)選擇。 1．傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 齒輪傳動(dòng)是機(jī)械傳動(dòng)中最主要的一類傳動(dòng)，應(yīng)用非常廣泛。就裝置型式來說，齒輪傳動(dòng)有開式、半開式及閉式之分。針對汽車用千斤頂?shù)氖褂脠龊霞皩?shí)際情況，選擇閉式齒輪傳動(dòng)裝置。 根據(jù)千斤頂?shù)倪\(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，螺桿的轉(zhuǎn)速相對于直流電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速低很多，因此必須在直流電動(dòng)機(jī)和螺桿之間用減速機(jī)構(gòu)連接。為滿足千斤頂性能要求，且工作可靠，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，加工方便，成本低廉，效率高，必須選用合理的傳動(dòng)方案。本設(shè)計(jì)中擬采用四級齒輪傳動(dòng)。直流電動(dòng)機(jī)自帶一減速比為40的行星齒輪系減速器，減速后通過電機(jī)一行星輸出軸上的小齒輪輸出，再經(jīng)過多級齒輪傳動(dòng)減速，由最終輸出軸輸出所要求的扭矩和轉(zhuǎn)速。 根據(jù)傳動(dòng)比分配的原則：各級傳動(dòng)比應(yīng)在合理的范圍內(nèi)，以符合傳動(dòng)型式的特點(diǎn)，使結(jié)構(gòu)緊湊、合理。傳動(dòng)裝置中各級傳動(dòng)間應(yīng)尺寸協(xié)調(diào)，結(jié)構(gòu)均勻，各傳動(dòng)件不發(fā)生干涉碰撞。結(jié)合千斤頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，近似?。? 第一級傳動(dòng)比 第二級傳動(dòng)比 第三級傳動(dòng)比 第四級傳動(dòng)比 由于齒輪的失效形式主要有輪齒折斷、齒面磨損、齒面點(diǎn)蝕、齒面膠合和塑性變形等。因此在設(shè)計(jì)齒輪時(shí)必須保證齒輪傳動(dòng)在具體的工作情況下有足夠的、相應(yīng)的工作能力，以保證在整個(gè)工作壽命期間不致失效。對于閉式齒輪傳動(dòng)，通常以保證齒面接觸疲勞強(qiáng)度為主。由于汽車用千斤頂并不要求傳動(dòng)精度非常高，考慮到成本、體積等綜合因素，所有齒輪均選用漸開線直齒圓柱齒輪，9級精度，材料選用45號(hào)鋼。由此計(jì)算出各級齒輪傳動(dòng)的參數(shù)見表3-1。 表3-1 齒輪傳動(dòng)主要幾何參數(shù) 壓力角 模數(shù) 小齒輪齒數(shù) 大齒輪齒數(shù) 齒寬系數(shù) a 20 1 1 1 13 18 20 34 45 46 92 0.81 2．電動(dòng)機(jī)的選擇 (1)電動(dòng)機(jī)類型的選擇 在產(chǎn)品中選用合適的電動(dòng)機(jī)非常重要。電動(dòng)機(jī)的選擇主要是容量的選擇。容量選擇不當(dāng)將會(huì)直接影響到系統(tǒng)的性能好壞。容量過小，一方面不能充分發(fā)揮機(jī)械設(shè)備的能力，使系統(tǒng)效率降低，另一方面電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在過載下運(yùn)行，會(huì)使它過早損壞，同時(shí)還可能出現(xiàn)啟動(dòng)困難、經(jīng)受不起沖擊負(fù)載等故障；容量過大，則不僅使系統(tǒng)成本增加，而且由于電動(dòng)機(jī)經(jīng)常在輕載下運(yùn)行，運(yùn)行效率和功率因數(shù)(對異步電動(dòng)機(jī)而言)都會(huì)下降。因此必須根據(jù)實(shí)際需要選用合適的容量。當(dāng)然除了容量的選擇外，還需要根據(jù)產(chǎn)品系統(tǒng)的要求、技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和工作環(huán)境等條件來正確選擇電動(dòng)機(jī)的種類、電壓、轉(zhuǎn)速和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)型式。 考慮到新型電動(dòng)千斤頂主要用于小轎車的頂舉，并可能在使用過程中頻繁啟動(dòng)、反轉(zhuǎn)、制動(dòng)等，所以選用直流電動(dòng)機(jī)，電源電壓采用12V(直接使用汽車點(diǎn)煙器輸出電壓，方便用戶操作)。 (2)電動(dòng)機(jī)功率的確定 根據(jù)千斤頂額定載荷1000kg，上升速度最大1.5mm/s，得 根據(jù)前面計(jì)算，螺桿效率為，取減速器的效率為，電動(dòng)機(jī)自帶減速裝置的效率為，則 根據(jù)千斤頂頂舉重量和速度要求需要選用型號(hào)為RS-775SH-7513的直流電動(dòng)機(jī)，技術(shù)參數(shù)見表3-2。 表3-2 電動(dòng)機(jī)參數(shù)表 外形尺寸（mm） 重量（g） 電壓 空載 最大效率時(shí) 直徑 長度 使用范圍 常用值 速度（r/min） 電流（A） 速度（r/min） 電流（A） 轉(zhuǎn)矩（g.cm） 輸出功率（w） Ф42 67 320 6~15V 12V 18700 2.2 16000 13.6 710 117 3.4 本章小結(jié) 本章對新型電動(dòng)千斤項(xiàng)方案的關(guān)鍵部件進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計(jì)，包括確定主要設(shè)計(jì)參數(shù)、進(jìn)行運(yùn)動(dòng)和受力分析，設(shè)計(jì)螺旋傳動(dòng)裝置和減速裝置，完成了優(yōu)化設(shè)計(jì)的前期工作。 第四章:傳動(dòng)裝置計(jì)算及各軸設(shè)計(jì)與校核 4.1 傳動(dòng)裝置的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 由前面可知，重物舉升速度，電機(jī)轉(zhuǎn)速為16000r/min，電機(jī)自帶減速比，減速器各級傳動(dòng)比分別為，，，，螺桿螺距。根據(jù)前面所推導(dǎo)出的公式，將以上各值代入式得：，計(jì)算得（—螺桿與舉臂的夾角，度）。 1. 各軸轉(zhuǎn)速 2. 各軸輸入功率 則各軸的輸出功率為： 3. 各軸輸入轉(zhuǎn)矩 電動(dòng)機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩為 則電機(jī)經(jīng)自帶減速器后輸出的轉(zhuǎn)矩 輸出轉(zhuǎn)矩為： 4.2 各軸的設(shè)計(jì) I軸的設(shè)計(jì) 1. 輸入軸上的功率、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩分別為： ，， 2. 求作用在齒輪上的力 已知I軸上小齒輪的分度圓直徑為 則 3. 初步確定軸的最小直徑 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表15-3，取A0 = 100，得： 選取: 。由軸承樣本查詢得I軸兩端的軸承選用6000深溝球軸承，尺寸為。 4. 軸的受力分析和校核: 1）作軸的計(jì)算簡圖（見圖a）: 根據(jù)6000深溝球軸承查手冊得T = 8 mm 齒寬中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L2 = (16/2+8+15-8/2)mm = 27 mm 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 = (16/2+8-8/2)mm = 12 mm 2）計(jì)算軸的支反力： 水平面支反力（見圖b）： 垂直面支反力（見圖d）： 3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖： 截面C處的水平彎矩： MH = FNH1L2 = 304×27 Nmm = 8208Nmm 截面A處的垂直彎矩： MV0 = FQL1 = 562.5×16.5 Nmm = 9281 Nmm 截面C處的垂直彎矩： MV1 = FNV1L2 = -796×27 Nmm = -21492 Nmm MV2 = FNV2L3 = 543.1×12 Nmm = 6517Nmm 分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。 截面C處的合成彎矩： M1 = = 23006 Nmm M2 = = 10480 Nmm 作合成彎矩圖（圖f）。 4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。 5）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度： 通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。必要時(shí)也對其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式（14-4），取a = 0.6，則有： 故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度（注：計(jì)算W時(shí)，忽略單鍵槽的影響）。軸的彎扭受力圖如下： II軸的設(shè)計(jì) 1 求中間軸上的功率P2、轉(zhuǎn)速n2和轉(zhuǎn)矩T2： P2 = 0.1089 KW n2 =61.54r/min T2 = 17.65Nm 2 求作用在齒輪上的力: 已知II軸上大齒輪的分度圓直徑為 則: Fr = Ft×tanat =784×tan200 =286N 已知II軸上小齒輪的分度圓直徑為: 則: Fr = Ft×tanat = 1765×tan200 = 642N 3 初步確定軸的最小直徑: 選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表15-3，?。篈0 =95，得: 中間軸最小直徑顯然是安裝軸承的直徑d12和d67,選定軸承型號(hào)為：6001型深溝球軸承，其尺寸為：d×D×T = 12×28×8 mm。 4 軸的受力分析和校核： 1）作軸的計(jì)算簡圖（見圖a）: 根據(jù)6002深溝球軸承查手冊得T =8 mm 2）計(jì)算軸的支反力： 水平面支反力（見圖b）： 垂直面支反力（見圖d）： FNV1 = = = -63.9 N FNV2 = = = -618.7 N 3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖： 截面B、C處的水平彎矩： MH1 = FNH1L1 = 1731.6×54 Nmm = 93506 Nmm MH2 = FNH2L3 = 2295.8×63 Nmm = 144635 Nmm 截面B、C處的垂直彎矩： MV1 = FNV1L1 = -63.9×54 Nmm = -3451 Nmm MV2 = FNV2L3 = -618.7×63 Nmm = -38978 Nmm 分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。 截面B、C處的合成彎矩： M1 = = 93570 Nmm M2 = = 149795 Nmm 作合成彎矩圖（圖f）。 4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。 5）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度： 通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面（即危險(xiǎn)截面B）的強(qiáng)度。必要時(shí)也對其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式（14-4），取a = 0.6，則有： sca = = = MPa = 41.6 MPa≤[s-1] = 60 MPa 故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度（注：計(jì)算W時(shí)，忽略單鍵槽的影響）。軸的彎扭受力圖如下： III軸的設(shè)計(jì) 1 求輸出軸上的功率P3、轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3： P3 =0.1078KW n3 =26.76 r/min T3 = 40.18Nm 2 求作用在齒輪上的力: 已知低速級大齒輪的分度圓直徑為: 則: Fr = Ft×tanat = 1747×tan200 = 636N 3 初步確定軸的最小直徑: 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼（調(diào)質(zhì)），根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）》表15-3，取:A0 = 100，得: III軸最小直徑顯然是安裝軸承的直徑d12和d67,選定軸承型號(hào)為：6002型深溝球軸承，其尺寸為：d×D×T = 15×32×9mm。 4 軸的受力分析和校核: 1）作軸的計(jì)算簡圖（見圖a）: 根據(jù)6003深溝球軸承查手冊得T= 9 mm 齒寬中點(diǎn)距左支點(diǎn)距離L2 = (84/2+10+79.5+20-20/2)mm = 134 mm 齒寬中點(diǎn)距右支點(diǎn)距離L3 = (84/2-2+41.5-20/2)mm = 65 mm 2）計(jì)算軸的支反力： 水平面支反力（見圖b）： 垂直面支反力（見圖d）： FNV1 = = = 337.3 N FNV2 = = = 695.3 N 3）計(jì)算軸的彎矩，并做彎矩圖： 截面C處的水平彎矩： MH = FNH1L2 = 926.7×134 Nmm = 124178 Nmm 截面C處的垂直彎矩： MV = FNV1L2 = 337.3×134 Nmm = 45198 Nmm 分別作水平面彎矩圖（圖c）和垂直面彎矩圖（圖e）。 截面C處的合成彎矩： M = = 132148 Nmm 作合成彎矩圖（圖f）。 4）作轉(zhuǎn)矩圖（圖g）。 5）按彎扭組合強(qiáng)度條件校核軸的強(qiáng)度： 通常只校核軸上承受最大彎矩和轉(zhuǎn)矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。必要時(shí)也對其他危險(xiǎn)截面（轉(zhuǎn)矩較大且軸頸較小的截面）進(jìn)行強(qiáng)度校核。根據(jù)公式（14-4），取a = 0.6，則有： sca = = = MPa = 12.1 MPa≤[s-1] = 60 MPa 故設(shè)計(jì)的軸有足夠的強(qiáng)度，并有一定的裕度（注：計(jì)算W時(shí)，忽略單鍵槽的影響）。軸的彎扭受力圖如下： 第五章：維護(hù)與使用說明 一、 使用說明： 1、使用前必須檢查各部是否正常。 2、使用時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守主要參數(shù)中的規(guī)定，切忌超高超載，否則當(dāng)起重高度或起重噸位超過規(guī)定時(shí)，電動(dòng)千斤頂?shù)碾姍C(jī)有可能會(huì)燒毀。 3、重物重心要選擇適中，合理選擇電動(dòng)千斤頂?shù)闹c(diǎn)，底面要墊平，同時(shí)要考慮到地面軟硬條件，是否要襯墊堅(jiān)韌的木材，放置是否平穩(wěn)，以免負(fù)重下陷或傾斜。 4、電動(dòng)千斤頂將重物頂升后，禁止將超高壓大噸位電動(dòng)千斤頂作為支撐物使用。如需長時(shí)間支撐重物請選用自鎖式千斤頂。 5、首先將千斤頂在車身下適當(dāng)?shù)奈恢梅胖煤?；然后將千斤頂電源插頭直接插入汽車點(diǎn)煙器，發(fā)動(dòng)汽車引擎并保持工作；按下控制盒上的“上升”控制按鈕，使千斤頂舉臂上升，將汽車頂起。 6、按下控制盒上的“下降”控制按鈕，此時(shí)千斤頂快速下降。當(dāng)下降到可以撤出千斤頂?shù)奈恢脮r(shí)按下“停止”按鈕，千斤項(xiàng)舉臂便停止下降；如果未按“停止”按鈕，則千斤項(xiàng)下降到極限位置時(shí)自動(dòng)停止下降。此時(shí)可以安全地從汽車車身底下撤出千斤頂。 7、用戶使用時(shí)千萬不要超過額定行程，以免損壞電動(dòng)千斤頂。 8、使用過程中應(yīng)避免千斤頂劇烈振動(dòng)。 9、不適宜在有酸堿，腐蝕性氣體的工作場所使用。 10、用戶要根據(jù)使用情況定期檢查和保養(yǎng)。 二、 維護(hù)保養(yǎng)須知： 1、使用時(shí)，不得加偏載或超載，以免電動(dòng)千斤頂破壞發(fā)生危險(xiǎn)。 2、定期檢查安裝基礎(chǔ)、密封件、傳動(dòng)軸等是否正常。 3、如正常使用時(shí)，需經(jīng)常檢查潤滑油的油位（通過油窗觀察），潤滑油的最高溫度應(yīng)小于85℃。油溫溫升變化異常，產(chǎn)生不正常噪音等現(xiàn)象時(shí)，必須立即停機(jī)檢查，排除故障后，方可繼續(xù)使用。 4、不得重力錘擊減速機(jī)外殼，以免損壞。 5、減速機(jī)工作環(huán)境溫度為-40～+40℃。當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時(shí)，啟動(dòng)前 潤滑油必須加熱到0℃以上或采用低凝固點(diǎn)的潤滑油。 6、定期檢查油的份量和質(zhì)量，保留足夠潤滑油，及時(shí)更換混入雜質(zhì)或變質(zhì)的油。 7、長期閑置的電動(dòng)千斤頂，由于密封件長期不工作而造成密封件的硬化，從而影響超高壓大噸位電動(dòng)千斤頂?shù)氖褂脡勖?，所以電?dòng)千斤頂在不用時(shí)，每月要將超高壓大噸位電動(dòng)千斤頂空載往復(fù)運(yùn)動(dòng)2-3次。 8、操作時(shí)應(yīng)嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范，用戶要根據(jù)使用情況定期檢查和保養(yǎng)。 第六章：結(jié)論 1．主要研究工作 本文系統(tǒng)地分析了國內(nèi)外汽車用千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，針對實(shí)際需要和當(dāng)前技術(shù)水平，提出了新型電動(dòng)千斤頂?shù)目傮w設(shè)計(jì)方案，并進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)。運(yùn)用理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械設(shè)計(jì)和等原理，建立了數(shù)學(xué)和物理模型，對方案進(jìn)行了計(jì)算優(yōu)化。 本課題具體所做的主要工作有以下幾個(gè)方面： (1)對典型汽車用千斤頂?shù)囊延性O(shè)計(jì)方案進(jìn)行了優(yōu)缺點(diǎn)分析和比較，提出了新型電動(dòng)千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方案。 (2)對新型汽車用千斤頂方案進(jìn)行了概念設(shè)計(jì)和詳細(xì)設(shè)計(jì)，并對新型千斤頂建立了相關(guān)數(shù)學(xué)模型。 本文還使用solidworks對新型千斤頂主要零部件及系統(tǒng)進(jìn)行了三維建模。 (5)根據(jù)計(jì)算，設(shè)計(jì)了新型汽車用千斤頂，與現(xiàn)有同類產(chǎn)品比較，降低了生產(chǎn)成本，改善了性能指標(biāo)。同時(shí)，本文涉及的產(chǎn)品在降低生產(chǎn)成本的前提下，其可靠性和穩(wěn)定性方面也有了一定的提高。 2．取得成果 據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)信息顯示，2002年我國國內(nèi)轎車年產(chǎn)銷量均突破100萬輛，2003年有繼續(xù)增長的趨勢。汽車用千斤頂是常用隨車工具。國內(nèi)年產(chǎn)量就達(dá)百萬臺(tái)以上。我國汽配企業(yè)不僅供應(yīng)國內(nèi)市場的需求，每年還生產(chǎn)出口約500萬臺(tái)汽車用千斤頂?shù)绞澜绺鲊?。若同時(shí)考慮我國個(gè)人汽車保有量(1999年已達(dá)534萬輛)，則市場潛力將更加巨大。由于產(chǎn)量巨大，做出每一項(xiàng)細(xì)小改進(jìn)均可帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益。僅本文通過千斤頂舉臂和齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化，節(jié)省的材料費(fèi)用就十分可觀。 目前使用的汽車用千斤頂存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、重量重等缺點(diǎn)，已不能很好滿足人們更高的要求。本文研制出的新型汽車用電動(dòng)千斤項(xiàng)，具有性能良好、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，為千斤頂制造行業(yè)提供了一項(xiàng)新產(chǎn)品。 3．進(jìn)一步研究的設(shè)想和展望 本課題中對新型汽車用千斤頂?shù)脑O(shè)計(jì)方面還有許多工作有待于進(jìn)一步完善，總結(jié)起來有以下幾方面： (1)目前本課題的設(shè)計(jì)部分只考慮了關(guān)鍵部件的設(shè)計(jì)，全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)則應(yīng)考慮整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化。 (2)本課題的設(shè)計(jì)只考慮了單目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)，即通過減小零件體積來達(dá)到節(jié)省材料、節(jié)省制造費(fèi)用的目的。如果進(jìn)一步全面考慮系統(tǒng)優(yōu)化，應(yīng)對重量、承載力、效率、可靠性以及成本等目標(biāo)進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。 (3)完善的優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件應(yīng)當(dāng)直接生成工程圖紙。 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