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塔里木大學(xué)
畢業(yè)論文（設(shè)計）任務(wù)書
學(xué)院
機械電氣化工程學(xué)院
班級
學(xué)生姓名
學(xué)號
課題名稱
轎車修理舉升機的設(shè)計與仿真
起止時間
2012年3月 1日—— 2012年5 月 25日（共 14 周）
指導(dǎo)教師
職稱
課題內(nèi)容
按題目要求設(shè)計轎車修理舉升機，查找相關(guān)資料、文獻，確定課題方向、確定最優(yōu)方案，繪制機構(gòu)零件圖、裝配圖。制作機構(gòu)的運動仿真動畫，撰寫設(shè)計說明書。
擬定工作進度（以周為單位）
第1周至第2周：查閱相關(guān)文獻，撰寫開題報告；
第3周至第4周：確定總體方案，明確設(shè)計內(nèi)容；
第5周至第6周根據(jù)設(shè)計要求查閱相關(guān)手冊，對各部分機構(gòu)進行設(shè)計；
第7周至第8周：繪制零件圖、裝配圖；
第9周至第11周：完成對產(chǎn)品的校核工作及設(shè)計說明書；
第12周至第13周：整理資料，做好答辯準備；
第14周：整理畢業(yè)設(shè)計,上交學(xué)院。
主要參考文獻
[1] 孔紅梅，等.液壓舉升機同步系統(tǒng)[J].液壓氣動與密封，2000,(1):20--23.
[2] 劉敏杰,等.幾種舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)與性能分析[J].專業(yè)汽車，1999,(2):23--25.
[3] 王惠.舉升機液壓系統(tǒng)的設(shè)計[J].機械設(shè)計，1996,(4)：25--27.
[4] 胡均安,等.汽車舉升機立柱結(jié)構(gòu)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建立[J].湖北工學(xué)院學(xué)報，2001,(4):56--58.
[5] 陳耀華.重型自卸汽車多級缸式液壓舉升系統(tǒng)的設(shè)計計算[J].汽車研究與開發(fā),1994,(3):22--26.
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[7] 林晨.新型液壓汽車舉升機[J].林產(chǎn)化工通訊,1995,(2):22.
[8] 文嘉性,馮克良,章武烈.QJ-2型汽車舉升機的設(shè)計與制造[J].陜西汽車,1995,(3):17-25.
[9] 鐘建琳. Pro/Engineer典型機械設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002年：1~10.
任務(wù)下達人（簽字）
年 月 日
任務(wù)接受人意見
任務(wù)接受人簽名
年 月 日
注：1、此任務(wù)書由指導(dǎo)教師填寫，任務(wù)下達人為指導(dǎo)教師。
2、此任務(wù)書須在學(xué)生畢業(yè)實踐環(huán)節(jié)開始前一周下達給學(xué)生本人。
3、此任務(wù)書一式三份，一份留學(xué)院存檔，一份學(xué)生本人留存，一份指導(dǎo)教師留存。
轎車修理舉升機的設(shè)計與仿真
設(shè)計說明書
學(xué)生姓名
學(xué) 號
所屬學(xué)院
專 業(yè)
班 級 12-2
指導(dǎo)教師
日 期
塔里木大學(xué)教務(wù)處制
前 言
進入21世紀，轎車舉升機作為轎車保養(yǎng)產(chǎn)品的一種，隨著近幾年我國的轎車行業(yè)發(fā)展，在轎車維修行較廣泛的應(yīng)用，適用業(yè)有了于室內(nèi)和室外實現(xiàn)對轎車的維修，裝配，檢測，清洗和停車。舉升機在汽車維修養(yǎng)護中發(fā)揮著至關(guān)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(shè)備。而隨著我國轎車數(shù)量的巨增，作為維修保養(yǎng)的須具備的一種工具，舉升機有廣泛的市場和應(yīng)用前途。私人購買成為購車的主流，售后市場也將得到蓬勃發(fā)展，舉升機在未來的需求量也將不斷增加，據(jù)業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，在未來三年內(nèi)，舉升機市場將維持在8％～12％的增長率。因此，設(shè)計出一款簡單實用的舉升機有很大利潤，也能增加轎車維修行業(yè)的工具，減少轎車維修工人體力勞動，增加維修效率。
雙柱式汽車舉升機是一種汽車修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設(shè)備，廣泛應(yīng)用于轎車等小型車的維修和保養(yǎng)。目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機的廠家較多，生產(chǎn)的舉升機的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機、四柱式舉升機、剪式舉升機、組合移動汽車式舉升機等。本文較全面地介紹了舉升機的分類，在確定了所要設(shè)計的舉升機的方案之后，即針對舉升機的結(jié)構(gòu)及其特點要求進行了設(shè)計與說明，同時對舉升機設(shè)計過程中所涉及到的工藝性問題進行補充說明。然后分析了普通式雙柱汽車舉升機主立柱的截面特性，并對主立柱的強剛度和托臂的強度進行了校核驗算。 對液壓缸活塞桿強度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進行了驗算，以保證所設(shè)計的舉升機滿足使用要求。本課題所設(shè)計的是液壓驅(qū)動的普通式雙柱汽車舉升機。
目 錄
1 緒論 1
1.1 舉升機的概況 1
1.1.1 常用汽車舉升機的類型 1
1.1.2 汽車舉升機的主要參數(shù) 1
2 舉升機方案的擬定 1
2.1 舉升裝置的要求 1
2.2 普通式雙柱汽車舉升機結(jié)構(gòu)方案的確定 1
3 普通式雙柱汽車舉升機的結(jié)構(gòu)設(shè)計 2
3.1 舉升裝置 2
3.2 立柱 3
3.3 支撐機構(gòu) 3
3.4 平衡機構(gòu) 4
3.5 保險機構(gòu) 5
4 普通式雙柱汽車舉升機的強剛度分析與驗算 5
4.1 普通式雙柱舉升機立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗算 5
4.1.1 主立柱的截面特性分析與計算 5
4.1.2 主立柱的強度分析與驗算 7
4.1.3 主立柱的剛度計算 11
4.2 托臂部分的強度校核 12
4.2.1 托臂部分截面特性 12
4.2.2 托臂部分強度核算 12
4.2.3 從托臂處考慮撓度情況 14
5 液壓系統(tǒng) 14
5.1 液壓系統(tǒng)工作原理 14
5.2 液壓缸活塞桿受壓校核 15
5.2.1 液壓缸活塞桿強度驗算 15
5.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核 15
6 結(jié)論 16
致 謝 17
參考文獻 18
塔里木大學(xué)畢業(yè)設(shè)計
1 緒論
1.1 舉升機的概況
1.1.1 常用汽車舉升機的類型
目前，全國生產(chǎn)汽車舉升機的廠家較多，有雙柱式舉升機、四柱式、剪式、組合移動汽車式等。
從舉升機的外型來分類的基本形式就有：普通雙柱式、龍門雙柱式、四立柱式、剪式、移動式和單立柱式等汽車舉升機
按照舉升機的舉升裝置的形式分類也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機。
從舉升機的驅(qū)動方式，主要有：電機驅(qū)動式舉升機和液壓驅(qū)動式舉升機。
1.1.2 汽車舉升機的主要參數(shù)
普通式雙柱舉升機、龍門式雙柱舉升機和四立柱式舉升機這三種目前市場上主要的汽車舉升機的主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計如表1-1所示。
表1-1汽車舉升機的主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量
最大舉升高度
盤距地高度
全程上升時間
全程下降時間
普通式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
龍門式雙柱
2.5-4 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
四立柱式
2.5-4.5 T
1700-1800mm
110-180mm
50-70 Sec
20-60 Sec
2舉升機方案的擬定
舉升機的結(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)動方式；（4）平衡方式；（5）保險與保護方式；（6）托盤結(jié)構(gòu)。
2.1 舉升裝置的要求[2]
在我國的規(guī)定中講到舉升機的設(shè)備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護電路的連續(xù)性都要符合GB5226的有關(guān)規(guī)定。而在歐美地區(qū)同樣也有其相應(yīng)的明文規(guī)定。
舉升機的設(shè)計中液壓系統(tǒng)的設(shè)計也是至關(guān)重要的。在歐洲地區(qū)液壓缸、氣缸、管路及接頭受調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力的限制。他們至少應(yīng)承受該壓力的2倍（采用液壓驅(qū)動時）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動時）并且要沒有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設(shè)計時應(yīng)使之承受至少3倍的調(diào)壓閥設(shè)定的最大壓力值的爆破壓力。
我國對舉升機的性能要求也比較繁多，例如：
（1）舉升機應(yīng)設(shè)有限制行程限位裝置，如有需要則該裝置應(yīng)動作靈敏、安全可靠。
（2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無振動、無爬行現(xiàn)象。
（3）液壓式舉升機除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應(yīng)沒有機械鎖止裝置。
（4）機械式舉升機任意時刻都能安全自鎖。
（5）舉升機正常運行時的噪音不得超過80dB。
（6）舉升機工作環(huán)境溫度為0—40℃，全行程連續(xù)舉升額定質(zhì)量20次，油溫不得高于60℃。
（7）在試驗臺上對液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，保持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異常現(xiàn)象。
（8）在無故障工作基礎(chǔ)上，機械式舉升機的使用繼續(xù)進行到3000次，則液壓舉升機可以繼續(xù)進行到9000次，以安全可靠為前提，檢查零部件損壞程度，允許更換損壞件，允許添加潤滑劑。
2.2 普通式雙柱汽車舉升機結(jié)構(gòu)方案的確定
通過對汽車舉升機的結(jié)構(gòu)的認識和了解，確定了本次設(shè)計的舉升機的總體方案。如下圖2-1所示：
本次設(shè)計的是由液壓驅(qū)動的普通式雙柱汽車舉升機。它的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個部分：舉升裝置、同步驅(qū)動裝置、立柱和托臂。普通式雙柱汽車舉升機的舉升機構(gòu)的傳動系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來驅(qū)動和控制的，由兩邊兩個立柱里安裝的液壓油缸來推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。用鋼絲繩作為同步裝置來保持整個舉升機的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺相連，當滑臺上下移動時就帶動托臂一起移動。
它的特點是：①性能可靠，低能耗，操作方便；②無橫梁，結(jié)構(gòu)簡單；③非對稱托臂可伸縮，保證了安全性；④托腳的最低位置低，使得車輛的底盤可以比較低，對各種車輛的應(yīng)性大了；⑤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。
圖2-1 普通式雙柱舉升機的結(jié)構(gòu)示意圖
3 普通式雙柱汽車舉升機的結(jié)構(gòu)設(shè)計
3.1 舉升裝置[9]
本次設(shè)計的舉升機的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過電箱的開關(guān)啟動電動機來控制液壓單元，液壓油進出液壓缸，并通過鏈條連接液壓缸和滑臺來帶動整個設(shè)備的舉升動作，如圖所示
圖3-1 驅(qū)動舉升裝置示意圖
圖3-1是本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機的驅(qū)動裝置及舉升裝置的示意圖，從圖中可以看到左右兩邊立柱內(nèi)的兩個舉升裝置是通過液壓軟管來連接的，它的一個不足的地方就是左右兩個液壓缸在開始舉升時有一個時間差，這會導(dǎo)致因左右兩邊的舉升速度不一樣而舉升不平衡。因此，我們在液壓舉升的基礎(chǔ)上增加了鋼絲繩的同步裝置，用這樣的同步裝置來彌補液壓缸帶來的缺點。圖3-2是普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖：
圖3-2 普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖
從圖中可以看到，普通式雙柱汽車舉升機的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來帶動液壓桿達到舉升的目的。
3.2 立柱
普通式雙柱汽車舉升機的立柱有兩個，分別是左、右兩邊各一個立柱。圖3-3是左邊立柱的俯視圖。整個舉升機的重量幾乎都是由立柱來支撐的，因此它必須要有一定的強度和剛度。（強剛度的設(shè)計計算在第四章）。立柱中間的空間是用來放置舉升裝置以及滑臺部件的。整個立柱部分的行位公差要求也比較高，如圖水平方向的立柱臂和垂直方向的立柱壁要求要保持一定的直線度和平行度，立柱內(nèi)外表面還要有一定的粗糙度[7]等。
圖3-3 左立柱的俯視圖
3.3 支撐機構(gòu)
托臂部分是屬于舉升機的支撐機構(gòu)。當汽車進入到舉升機的范圍里時，整個支撐機構(gòu)就通過改變搖臂的角度或方向來改變托臂的整個工作范圍的寬度。本次設(shè)計的支撐機構(gòu)是非對稱式的托臂，這樣設(shè)計增加了托臂的寬度，實質(zhì)就等于增加了托臂的工作范圍，而且左右兩側(cè)的托臂的臂長都是有一定的伸縮性的。如圖3-4所示：
圖3-4 非對稱式托臂的工作范圍示意圖
1—托臂原始工作位置，2—托臂伸長后的工作位置
其中，圖中方格陰影部分就是托臂的工作范圍。托臂未伸長前的工作范圍按照軌跡1來運動；托臂伸長后的工作范圍按照軌跡2來運動；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個極限位置，在1和2的范圍內(nèi)，托臂的長度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機構(gòu)，它是要承受一定的重量的，所以本次設(shè)計采用非對稱式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強度和剛度了。非對稱式托臂的詳細結(jié)構(gòu)如下圖3-5所示：
圖3-5 非對稱式托臂的結(jié)構(gòu)圖
3.4 平衡機構(gòu)
由于舉升機在上升或下降時必須要采用強制性的平衡裝置來確保汽車整體的水平位置保持一致，所以本次設(shè)計采用了鋼絲繩來作為整個舉升機的平衡機構(gòu)。本次設(shè)計所采用的是在單個立柱內(nèi)安裝兩副左右對稱的鋼絲繩，但是在這個單個立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個相反的方向，用戶可以通過改變鋼絲繩的張力來使左右兩邊的滑臺在抬升的過程中保持平衡。要注意的是兩邊確定的鋼絲繩的張力必須一致，這樣才能真正的平衡。
單個立柱里的鋼絲繩的走向如圖3-6所示：
圖3-6 單個立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖
3.5 保險機構(gòu)
汽車舉升機是一種對安全性能要求特別高的舉升設(shè)備。通常設(shè)有多種保險裝置和保護措施：液壓回路的保壓、機械鎖止保險裝置、機械自鎖裝置、舉升過載保護、沖頂保護、防滑等等。機械自鎖是指失去驅(qū)動力后，利用機械機構(gòu)的重力（被驅(qū)動物體的阻力）來自動阻礙其運動的保護[1]。
本次設(shè)計中電磁鐵安全鎖機構(gòu)的組成是：在兩個滑臺上均有安裝安全卡位條，當汽車升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機械自鎖機構(gòu)，由于兩個立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖3-7所示，并且這兩個安全鎖所裝的位置不在同一直線上而是互相錯開在對角線上，起到雙保險的作用。
圖3-7 電磁鐵安全鎖
1—電磁鐵，2—保險孔板，3—保險孔支撐座
作為保險裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個零件組成的。其中主要的幾個零件包括：電磁鐵、保險孔板、保險孔支撐座。當電磁鐵得電將保險孔支撐座吸住時，它和鎖緊板之間沒有接觸，此時的舉升機處于保險打開狀態(tài)，整個滑臺可以自由地上下移動。當電磁鐵失電時，保險孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時的保險孔支撐座將與滑臺上的鎖緊板互相頂住，使滑臺固定在一個位置而不能上下移動，起到保險的作用。
4 普通式雙柱汽車舉升機的強剛度分析與驗算
雙柱式汽車舉升機的結(jié)構(gòu)形式有多種，本次設(shè)計舉升機是指液壓驅(qū)動的雙柱舉升機。此類舉升機構(gòu)的傳動系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動和控制的，通過兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實現(xiàn)上下運動，推動連接立柱與滑臺的鏈條，使滑臺上安裝的大滾輪沿立柱滾動，實現(xiàn)滑臺的上下移動。舉升設(shè)備的主要部分有：舉升機構(gòu)、支承機構(gòu)、平衡機構(gòu)和電磁鐵安全鎖機構(gòu)。
本次設(shè)計的舉升機的主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷4噸；在載重4噸情況下，由最低位置舉升到最高位置需50秒；當拉下操縱桿使溢流閥接通，4噸轎車由最高位置降到最低位置所需時間不小于50秒；電動機功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。
4.1 普通式雙柱舉升機立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗算
4.1.1 主立柱的截面特性分析與計算
主立柱體是舉升機主要的受力承重部件。舉升機立柱在工作時受來自于保險鎖機構(gòu)處因承重的壓力和升降滑臺滾輪作用在立柱上的彎矩。因此，立柱在這兩種力的作用下，有向內(nèi)彎的變形趨勢，底部焊口在拉壓應(yīng)力的作用下有開裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強筋。
立柱殼體用鋼板整體壓制成形，其內(nèi)部相應(yīng)位置焊有保險裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時受力和承重，下部與底座焊接。其中一個立柱體上還裝有液壓泵站和電氣控制箱。主立柱作為主要的承重部件，先對其截面特征進行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。
(1) 確定立柱截面形心和中性軸的位置[4]
將整個截面分為A1、A2、A3三個部分，取與截面底邊互相重合的Z′軸為參考軸（見圖4-1舉升機主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個組合截面的中性軸，則三個截面的面積及其形心至Z＇軸的距離分別為：
圖4-1舉升機主立柱橫截面示意圖
∴重心C到相應(yīng)邊的距離e：
[5] (4-1)
整個截面形心C在對稱軸Y上的位置則為：
(4-2)
(2) 確定慣性矩
設(shè)三截面的形心分別為C1、C2、C3，其形心軸為Z1、Z2、Z3（圖3-1），它們距Z軸的距離分別為：
由平行移軸公式，三截面對中性軸Z的慣性矩分別為：
(4-3)
、、為三截面對各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個截面對中性軸Z的慣性矩：
(3) 立柱靜矩S的計算：
立柱整個截面上半部分的靜矩S1：
(4-4)
其中、、分別為三截面各自的靜矩，所以立柱整個截面上半部分的靜矩S為：
立柱整個截面下半部分的靜矩S2：
4.1.2 主立柱的強度分析與驗算[5]
舉升機工作時，其托臂將汽車舉升至一定高度后鎖定，舉升機直接承載處位于托臂端部，故應(yīng)先對滑臺部件進行受力分析（見圖4-2滑臺部件受力情況示意圖）：
在分析之前，對滑臺部件進行了調(diào)查。其中本次設(shè)計的滑臺部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類形狀有很多，有“兩個大圓柱滾輪型”、“四個頂角處是采用四個小滾輪型”、還有最原始的“四個角用四個橡膠滑塊”或是“用兩個滑塊代替兩個大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類型的滾輪例如用滑塊來代替滾輪，那么整個滑臺就不容易鎖定，容易滑動；除此之外就是同步性的問題也不容易解決[2]。
圖4-2滑臺部件受力情況示意圖
(1) 滑臺部件受力情況分析
滑臺部件自身重量近似估算如下：
滑臺組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm
滑臺體積：
搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長440mm
搖臂座體積：
托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長（800＋310）＝1110mm
托臂體積：
鋼材比重選?。?
所以，滑臺部件、搖臂座和托臂的重量為
將滑臺、搖臂座和托臂一起考慮
圖4-2中，單側(cè)托臂受到的最大載荷為2噸，加上自重，托臂端部受力為2066.37kg,F1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處為支承點，假定自重全部集中在負載處，有：
(4-5)
(4-6)
(4-7)
由式4-7得，，代入式4-6
假定
則由式4-5得：
綜上所述，考慮滑臺部件中滑臺、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負載處，近似估算值為66.37kg。單側(cè)托臂受到的最大載荷為2000kg，加上滑臺部件的自重，托臂端部受力大小為2066.37kg，F(xiàn)1和F2是立柱通過滾輪給予的反力，F(xiàn)1=F2，F(xiàn)BX和FBY為保險支承板給予的支承力，B處是支承點位置，則：
。
(2) 舉升機主立柱受力情況分析
主立柱受力情況（見圖4-3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖），F(xiàn)1和F2是滑臺通過滾輪作用在立柱上的力（圖示為最高位置），F(xiàn)BX和FBY為滑臺作用在立柱上的支承力（壓力），RHX、RHY和MH為底部支座反力。針對立柱受力情況，經(jīng)計算得：
圖4-3普通式雙柱舉升機主立柱受力情況示意圖
(3) 普通式雙柱舉升機主立柱強度校核計算[11]
從圖4-3看出，整個立柱體相當于一個懸臂梁，可畫出立柱的彎矩圖和剪力圖。
由F1引起的彎矩圖和剪力圖見圖4-4：
圖4-4 立柱上F1作用力及其彎矩圖和剪力圖
l=2600mm b=2415mm a=185mm
由F2引起的彎矩圖和剪力圖見圖4-5：
圖4-5 立柱上F2作用力及其彎矩圖和剪力圖
l=2600mm b=1890mm a=710mm
由FBY產(chǎn)生的M引起的彎矩圖見圖4-6：
圖4-6立柱上M作用力及其彎矩圖
綜上所述，立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖如圖4-7所示。
圖4-7立柱受力的合成彎矩圖和合成剪力圖
從圖中可以得出
在截面C處，剪力最大，彎矩最大,所以此處是危險截面，前面計算已經(jīng)得到， 抗彎截面模數(shù)為 (4-8)
截面上半部分靜矩 ， (4-9)
以下進行強度校核：
（1）校核正應(yīng)力強度：
(4-10)
許用應(yīng)力選： (4-11)
，滿足強度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強度：
(4-12)
選，而許用應(yīng)力 (4-13)
，滿足強度條件。
（3） 折算應(yīng)力強度校核：
主立柱橫截面上的最大正應(yīng)力產(chǎn)生在離中性軸最遠的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過上面的校核說明在這兩處的強度都是滿足要求的，但是因為在截面C處，M和Q都具有最大值，正應(yīng)力和剪應(yīng)力都比較大，因此這里的主應(yīng)力就比較大，有必要根據(jù)適當?shù)膹姸壤碚撨M行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點K進行計算：
(4-14)
(4-15)
由于點K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱體材料采用的HT200鋼是塑性材料，可以采用第四強度理論，將的數(shù)值代入，用統(tǒng)計平均剪應(yīng)力理論對此應(yīng)力狀態(tài)建立的強度條件為： (4-16)
所以
即 (4-17)
∴按第四強度理論所算得的折算應(yīng)力也滿足許用強度要求。
4.1.3 主立柱的剛度計算
用迭加法：
（1）
由F2引起的繞度：
（往外彎）用式 (4-18)
E：彈性模量的選擇： 碳鋼?。?
取
= = (4-19)
（2）
（往內(nèi)彎）由F1引起的繞度：
（3）由M引起的繞度：
(4-20)
（往外彎）此植可忽略不計。
實際往內(nèi)彎的繞度
4.2 托臂部分的強度校核[11]
4.2.1 托臂部分截面特性
托臂部分截面屬于變截面，以下先計算截面特性數(shù)據(jù)：
（1）小臂截面尺寸：70×70方鋼，壁厚8mm，a=70,b=54
慣性矩： (4-21)
(4-22)
靜矩計算：
（2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76
慣性矩：
4.2.2 托臂部分強度核算
圖中的A、B、C、D分別對應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個截面：：
圖4-9 托臂示意圖
(a) A-A截面 (b) B-B截面（同D-D截面） (c) C-C截面
圖4-10 典型截面示意圖
（1）A截面：
慣性矩： ;
保險系數(shù)較小可滿足強度要求。
（2） B截面：92×92方鋼
所以 cm4
保險系數(shù)較小可滿足強度要求。
（3） C截面：
所以
滿足強度要求。
（4）D截面：
慣性矩：
保險系數(shù)較小可滿足強度要求。
4.2.3 從托臂處考慮撓度情況
托臂亦相當于一個懸臂梁，端部受力，托臂部件由大臂和小臂組成，將從大臂和小臂處分別考慮：
小臂端部處撓度： （4-23）
大臂端部處撓度：經(jīng)受力分析，大臂端部受一個力P＝2066.37kg和一個彎矩 M＝2066.37×70＝144645.9kgcm；
（4-24）
因載荷引起的撓度為：
因托臂的大小臂之間有1mm間隙，由此產(chǎn)生撓度：
主立柱的彎曲繞度使滑臺產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，滑臺的轉(zhuǎn)動又使托臂有一定的下沉量，經(jīng)計算，。
故托臂端部總下沉量為：
在舉升機行業(yè)標準中，此值滿足距立柱最遠點的托臂支承面下沉量要求。
5 液壓系統(tǒng)
5.1 液壓系統(tǒng)工作原理[3]
啟動電動機按鈕后電機起動并帶動油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動，此時安全溢流閥關(guān)閉。此閥的壓力在出廠前已經(jīng)調(diào)好，以保證起重的額定載荷的要求。當系統(tǒng)中壓力超過極限時，自動溢流卸油閥松開，起動按鈕停止供油，提升結(jié)束，開始作業(yè)工作。如果拉動滑臺上兩個機械安全鎖后再按手動式下降閥便開始卸油下降。
5.2 液壓缸活塞桿受壓校核[8]
5.2.1 液壓缸活塞桿強度驗算
根據(jù)活塞桿只受壓力的工作情況，強度驗算公式為：
(5-1)
式中：F—載荷力KN。
這里 （5-2)
—活塞桿材料應(yīng)用應(yīng)力MPa
(5-3)
其中：—材料屈服極限，n=安全系數(shù)。取
則
實際采用之活塞桿直徑，所以符合受壓強度要求。
5.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核[3]
液壓缸壓桿安裝形式如下圖示[8]：
已知：缸體長度
工作行程
活塞桿直徑
計算長度
活塞桿截面積
活塞桿轉(zhuǎn)動慣量
活塞桿回轉(zhuǎn)半徑
柔性系數(shù)
末端條件系數(shù)
圖5-1 液壓缸壓桿安裝圖
則
由于，則可按下列公式計算臨界載荷
(5-4)
式中：E—材料彈性模量，取
則：
取安全系數(shù), 臨界穩(wěn)定載荷
實際工作載荷
所以滿足壓桿穩(wěn)定條件。
6 結(jié)論
本文首先對所有的汽車舉升機的情況進行了簡單的闡述，并介紹了各類汽車舉升機的結(jié)構(gòu)特點，對汽車舉升機有了初步了認識。然后再根據(jù)各類汽車舉升機的各種使用要求，結(jié)合前人設(shè)計的舉升機的各種結(jié)構(gòu)，按照自己所要設(shè)計的舉升機的要求對汽車舉升機進行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計。
本次所設(shè)計的舉升機是采用以液壓驅(qū)動、液壓缸為舉升裝置以及鋼絲繩為同步裝置的普通式雙柱汽車舉升機。液壓驅(qū)動是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。整個舉升機的外形是雙柱式的，同時它的支撐機構(gòu)是非對稱式的托臂。通過電磁鐵安全鎖將立柱內(nèi)的滑臺固定住，起到保護的作用。
總結(jié)這次普通式雙柱汽車舉升機的設(shè)計，可以歸納為以下幾點：
⑴通過市場調(diào)查，首先了解了汽車舉升機種類，并熟悉了各類汽車舉升機的外形以及它們的功能特點和使用要求等。在對汽車舉升機有了一定的了解后，將各類汽車舉升機的裝配結(jié)構(gòu)作了對比，最終確定了本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機的設(shè)計方案。
⑵在確定了設(shè)計方案之后，就對普通式雙柱汽車舉升機的結(jié)構(gòu)進行了設(shè)計。在設(shè)計過程中通過參考其它形式的舉升機的結(jié)構(gòu)特點，再結(jié)合了自己的設(shè)計思想，最終把此次普通式雙柱汽車舉升機的結(jié)構(gòu)設(shè)計成由舉升裝置、立柱、支撐機構(gòu)、平衡機構(gòu)和保險機構(gòu)五大部分組成。
⑶由于汽車舉升機是一種將汽車抬升到一定高度后用于汽車維修或保養(yǎng)的舉升設(shè)備。因此，在工作的情況下它必須要承受一定的載荷。所以，在設(shè)計了汽車舉升機的結(jié)構(gòu)之后，還對它的強度、剛度進行驗算，以保證舉升機有足夠的承載能力來安全有效地工作。
⑷除了對普通式雙柱汽車舉升機的機械結(jié)構(gòu)進行設(shè)計、驗算外，還進行了液壓部分的驗算。因為本次設(shè)計的普通式雙柱汽車舉升機的驅(qū)動系統(tǒng)采用的是液壓驅(qū)動，而且它的舉升裝置采用了液壓缸舉升。而液壓缸受壓的活塞桿是屬于細長桿，所以設(shè)計時必須要考慮到細長桿的穩(wěn)定性，所設(shè)計的方案必須要通得過驗算。
致 謝
隨著在學(xué)校的畢業(yè)設(shè)計的結(jié)束,離校之際也離我們不遠了，設(shè)計雖然很累,但是我們從中學(xué)到了學(xué)多知識與技能。在設(shè)計中,無論是老師還是同學(xué)都給了我很大的幫助,作大學(xué)生活和學(xué)習中的最后一次作業(yè),它考察的不僅僅是我們所學(xué)的知識,更體現(xiàn)出了我們把所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實踐中的能力。
從定畢業(yè)論文題目到論文的結(jié)束,這期間遇到了許多困難，有些事自己解決的，有些是同學(xué)給予的幫助，實在困難時還有我們的指導(dǎo)老師張有強老師做后盾，張老師曾細心的給我們講解論文的格式和設(shè)計的思路，和他的交談中我們感受到的是強烈的責任感,我很榮幸有這么好的老師。在這里我發(fā)自肺腑的說一句“張老師謝謝你”。同時也感謝在這四年中給予我們知識的所有老師,是你們的辛勤播種造就了我們的明天,在我們即將走出校園時,我忠心的祝福你們身體健康,工作順利.在我們走向工作崗位后,我們也會用我們的實際行動來回報你們對我的教育之恩!
參考文獻
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17
附錄A
Lifts optimization design
Cars with glass lifts is key to guide gibs problem. Guide gibs function is to make window glass up and down movement, can in vertical, front and back, the or so direction assurance guidance; General use metal, leather, felt or rubber is made. The above test method although considered the guide friction factors, but DuoZhong and all kinds of automobile glass lifts the actual trajectory there are still differences, a lack of corresponding conversion method. Such as xiali, mai hing industrial vehicle glass lifts, its lifting movement track are big radius arc (R1250mm. 2500 mm). Xiali car window of installed in lifting arm brackets, the window in lifting movement, is to use the groove and roll in the bracket the axial clearance, to constantly adjust Angle brackets, in order to adapt to the window glass in the guide groove movement up and down, so the actual working condition and test on the stage of the simulation working condition is showed in the. In order to make the test requirements close to the actual working condition, through the nearly sample comparative experiments, the statistics and analysis, find the suitable correlation coefficient, is the production of all kinds of glass lifts to all kinds of models of the door, that ensure the match door window product performance, also improve the quality of the test bed of practical value.
Because arm type glass lifts manufacturing process relatively simple, low cost, at present our country about 80% of the automobile glass lifts the arm type glass lifts. And soft type glass lifts from stability and resistance movement is much better than the former more compact structure, and the installation and layout are more convenient, but at present our country about soft type lifts, there is no formal national standards.
Soft shaft type glass lifts in the world of high-grade vehicle especially cars has been used in great quantities, it is a more advanced glass lifts. In recent years the introduction of domestic automobile products, such as the truck, Beijing, nanjing Cherokee and tell YiWeiKe provided by the lifter. At present some domestic auto parts factory has in such as Beijing automobile glass lifts factory, nac accessory tools factory, sichuan car factory accessories factory completed the soft shaft type glass lifts production technology of technological development (introduction), can provide the product localization. With its low value-added production level, can also be used to replace arm type glass lifts.
As the car structure layout design, manufacturing cost, manufacturing technology, the requirements of the manual push-pull type window of adjusting mechanism for many still vehicle in use. At present the arm type and manual (mechanical) glass lifts as the main use the type, the gentle type glass lifts is limited to introduce the application of the model, and electricity-powered glass lifts application is less.
Electric glass lifts in foreign high-grade car is very normal, due to the application of the complicated structure, and high cost, and domestic small motor performance instability, the products in our country at present is used in automobile products is less. Can foresee, along with the car design, manufacturing level enhancement, electric glass lifts will more and more application in automobile products.
Glass lifts the door system of the door is the attachment. Glass lifts is to realize the car door glass doors accessories lifting movement. Through the glass lifts drive glass bracket for up and down movement, thus make the glass door window frame of door along the guide groove or guide for lifting movement. The common glass lifts main has a fork arm type transmission and rope wheel drive two common form. The latter can adapt to the glass in the big curvature of the surface movement and arc. In addition there is a hand control type two kinds of control ways he electric. The door design and layout. Proper selection and arrangement glass lifts is to guarantee the glass lift control light and reliable work of the key.
As the door system of moving parts, lifts and body not only of the layout related internal and external board, at the same time also and the door both sides of guide rail and glass of water cut, sealed inside and outside the door, even have a certain correlation and speakers. In the door system especially inside and outside door plank and glass shape after confirmation, need to be in preliminary based on the door system and glass lifts associated parts layout and analysis. At the same time in the leg levelers mathematical model (CAD) before building also need on the door system and the mutual relationship between nt together.this may and related mechanical analysis.
附錄B
升降器優(yōu)化
汽車用玻璃升降器的關(guān)鍵是導(dǎo)向槽問題。導(dǎo)向槽的功能是使車窗玻璃上下運動時，能在垂直、前后及左右方向上保證導(dǎo)向作用；一般用金屬、毛氈或橡膠制成。上述試驗方法雖然考慮了導(dǎo)軌摩擦等多種因素，但與各種汽車用玻璃升降器的實際運動軌跡仍有差異，也缺少相應(yīng)的換算方法。如夏利、華利車用玻璃升降器，其升降運動軌跡均為大半徑圓弧(R1250mm．2500mm)。夏利車的車窗玻璃安裝在舉升臂托架上，車窗玻璃在升降運動中，是利用托架內(nèi)的凹槽與滾輪軸軸向間隙，來不斷調(diào)整托架角度，以適應(yīng)車窗玻璃在導(dǎo)向槽內(nèi)的上下運動，因此實際工況與試驗臺上模擬的工況是有出入的。為了使試驗要求貼近實際工況，通過近百個樣件的對比試驗，采用統(tǒng)計與分析方法，找到了適宜的相關(guān)系數(shù)，是生產(chǎn)的各種玻璃升降器能與各種車型的車門門窗匹配，即保證了產(chǎn)品性能質(zhì)量，也提高了試驗臺的實用價值。
由于臂式玻璃升降器制造工藝相對簡單，成本低，目前我國80％左右的汽車玻璃升降器采用臂式玻璃升降器。而柔式玻璃升降器從平穩(wěn)性、運動阻力來說大大優(yōu)于前者結(jié)構(gòu)更緊湊，且安裝和布置都較為方便，但目前我國關(guān)于柔式升降器尚無正式的國家標準。
軟軸式玻璃升降器在世界各種中高檔車輛特別是轎車上已被大量采用，是一種比較先進的玻璃升降器。近年來國內(nèi)的引進汽車產(chǎn)品，如重汽斯泰爾、北京切諾基和南京依維柯等均采用這種升降器。目前已在國內(nèi)一些汽配廠如北京汽車玻璃升降器廠、南汽隨車工具廠、四川汽車廠附件廠等完成了有關(guān)軟軸式玻璃升降器的生產(chǎn)工藝的技術(shù)開發(fā)(引進)，可提供國產(chǎn)化產(chǎn)品。隨著其批量化生產(chǎn)水平的提高，亦可用于替代臂式玻璃升降器。
由于汽車結(jié)構(gòu)布局設(shè)計、制造成本、制造技術(shù)的要求，手動推拉式的車窗調(diào)整機構(gòu)仍為許多車輛采用。目前臂式及手動(機械式)玻璃升降器為主要使用類型，柔式玻璃升降器的應(yīng)用尚限于引進車型，而電動式玻璃升降器應(yīng)用較少。
電動玻璃升降器在國外中高檔車上應(yīng)用已很普通，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高、且國內(nèi)小型電機產(chǎn)品性能不穩(wěn)定，故目前在我國汽車產(chǎn)品中應(yīng)用尚少。可以預(yù)見，隨著我國汽車設(shè)計、制造水平的提高，電動玻璃升降器將越來越多地應(yīng)用于汽車產(chǎn)品。
玻璃升降器是車門系統(tǒng)中的車門附件。玻璃升降器是實現(xiàn)轎車車門玻璃升降運動的車門附件。通過玻璃升降器帶動玻璃托架作上下運動，從而使得車門玻璃沿著車門窗框的導(dǎo)槽或?qū)к壸魃颠\動。目前常用的玻璃升降器主要有叉臂式傳動和繩輪式傳動兩種常見結(jié)構(gòu)型式。后者能夠適應(yīng)玻璃在大曲率的弧形升降面上移動。此外有手操縱式卒電動兩種操縱方式。車門設(shè)計和布局中．正確選擇和布置玻璃升降器是保證玻璃升降操縱輕便、工作可靠的關(guān)鍵。
作為車門系統(tǒng)中的運動部件，升降器不僅僅和車身內(nèi)外板的空間布局相關(guān)，同時也和車門兩側(cè)導(dǎo)軌、玻璃內(nèi)外水切、密封條、門鎖甚至和揚聲器都有一定關(guān)聯(lián)。在車門系統(tǒng)特別是內(nèi)外門板和玻璃形狀初步確認后，需要在基于車門系統(tǒng)和玻璃升降器相關(guān)聯(lián)部件進行布局和分析。與此同時在升降器數(shù)學(xué)模型(CAD)構(gòu)建之前也需要對車門系統(tǒng)和升降器之間相互關(guān)系進行運動校核及相關(guān)的力學(xué)分析。