基于虛擬樣機技術(shù)的四柱式汽車舉升機畢業(yè)設(shè)計（可編輯）

1、 摘 要 本文通過對我國汽車舉升機現(xiàn)狀的調(diào)查、研究、分析,參考國內(nèi)外解決舉升機安全與穩(wěn)定性問題的解決措施,對幾種舉升機進行了分析,并結(jié)合我國舉升機存在的實際情況,提出了適合我國汽車修理行業(yè)的四柱式汽車舉升機設(shè)計方案。 本文首先闡述了四柱式汽車舉升機設(shè)計的目的和意義、發(fā)展?fàn)顩r以及應(yīng)用前景。分析論證了一種舉升承載質(zhì)量為3.5t的四柱式汽車舉升機總體設(shè)計方案,進行了舉升機構(gòu)的機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等主要機構(gòu)的方案分析和選擇,并對機械部分進行了運動分析以及強度和剛度的校核計算,對液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)進行了設(shè)計和計算。本課題基于計算機仿真平臺,應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的二維軟件Auto

2、CAD、三維軟Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學(xué)仿真軟件ADAMS,進行汽車舉升機二維圖紙設(shè)計、三維實體建模、舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析,可以代替舉升機物理樣機的前期試驗,為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考,進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性,提高產(chǎn)品的市場競爭力。關(guān)鍵詞:四柱式舉升機;虛擬樣機技術(shù);三維設(shè)計;有限元;動態(tài)仿真 ABSTRACT In this paper, the status quo of China's automotive lift investigation, research, ana

3、lysis, refer to lift at home and abroad to resolve the issue of security and stability of the solutions of several lift analysis, combined with the existence of our country lift the actual situation, put forward for China's auto repair industry, four-post car lift design. This paper described th

4、e first four-post car lift for the purpose and significance of design, development and application prospects. Analysis demonstrated that the quality of a 3.5t load lifting the four-post car lift design program, a lifting mechanism of the mechanical system, hydraulic system, electrical system and oth

5、er major institutions of program analysis and selection, and mechanical parts of the motion analysis, as well as strength and stiffness of the calculation of the calibration of the hydraulic system and electrical system design and calculation. The subject of computer-based simulation platform, the a

6、pplication of current CAD / CAE broader field of application of two-dimensional software, AutoCAD, three-dimensional soft-Pro / E, the finite element software ANSYS and dynamic simulation software ADAMS, two-dimensional drawings for the design of car lift, three-dimensional Solid Modeling, lift the

7、strength, stiffness, stability and dynamic characteristics of such areas as research and analysis of computer simulation, can replace the lift of the pre-physical prototype testing, car lift for our product design, technology development theory to provide more information to further improve China-ma

8、de auto lift stability and reliability, and increase market competitiveness.Key words: Four-post Type Lift; Virtual Prototyping Technology; Three-dimensional Design;Finite Element;Dynamic Simulation目 錄摘要IAbstractII第1章 緒論11.1 選題背景、研究目的和意義11.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11.3 舉升機的發(fā)展方向與前景31.4 研究內(nèi)容和研究方法3第2章 四柱式汽車舉升機方案選擇62.1

9、 四柱式汽車舉升機方案對比論證分析62.2 總體方案72.3 本章小結(jié)7第3章 四柱式汽車舉升機結(jié)構(gòu)設(shè)計93.1 四柱式汽車舉升機工作原理93.2 主要技術(shù)參數(shù)113.3 舉升機機械部件設(shè)計與校核133.3.3 立柱校核173.3.4 軸與梁處校核193.3.5 鎖條校核193.3.6 提高梁彎曲強度的措施203.4 整體裝配圖的Pro/E實體建模213.5 摩擦角與自鎖263.6 鋼絲繩的選用273.6.1 鋼絲繩用途273.6.2 鋼絲繩材料273.6.3 鋼絲繩直徑的確定293.7 本章小結(jié)30第4章 液壓系統(tǒng)及電氣設(shè)計314.1 汽車舉升機液壓系統(tǒng)設(shè)計要求314.2 液壓系統(tǒng)組成314

10、.2.1 液壓系統(tǒng)組成314.2.2 油箱324.3 油缸的計算與選型324.3.1 舉升液壓缸推力及行程的確定324.3.2 油缸直徑及行程的確定334.3.3 舉升機構(gòu)油缸直徑與行程的計算334.4 油泵的計算與選型344.5 油箱與油管的計算與選型364.6 電氣系統(tǒng)組成364.7 電氣系統(tǒng)控制圖384.7.1上升電路384.7.2 停止電路394.8 四柱式舉升機構(gòu)電動機的選用394.8.1 電動機類型的選擇394.8.2 絕緣等級394.8.3 功率404.8.4 電動機的選擇與驗算40 4.9 本章小結(jié)41第5章 計算機仿真分析425.1 建立Pro/E與ANSYS接口425.2

11、載車板模型的有限元分析445.3 橫梁的ANSYS分析495. 4 立柱的有限元分析515. 5 滑輪軸的有限元分析535.6 建立Pro/E與ADAMS接口555.7 ADAMS的簡介565.8 導(dǎo)入模型585.9 ADAMS仿真模擬605.9.1 設(shè)置工作環(huán)境605.9.2 添加運動副605.9.3 添加滑動副625.9.4 添加驅(qū)動及仿真計算625.10 仿真結(jié)果對比分析645.11 本章小結(jié)66結(jié)論67參考文獻67致謝70附錄71第1章 緒 論 1.1 選題背景、研究目的和意義 近年來,我國汽車業(yè)蓬勃發(fā)展,尤其是轎車行業(yè),多年來轎車進入普通家庭的夢想已經(jīng)成為現(xiàn)實,汽車維修行業(yè)也隨之得到

12、大力發(fā)展,各種維修設(shè)備的需求迅速擴大, 汽車舉升機是維修廠必備的,也是最重要的維修機械。汽車舉升機一般分為立柱式和剪式兩種,無論哪一種,它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度,以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進行維修,正因為維修人員要在汽車的下面,因此要求舉升機一定要安全可靠,否則一旦發(fā)生危險,后果不堪設(shè)想。因此,對汽車舉升機的安全性進行研究將具有重大的意義。 目前使用的汽車舉升機可能發(fā)生汽車墜落的原因較多,有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、立柱或拖臂變形、單側(cè)托臂突然下落、板式鏈斷裂、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等,經(jīng)過對失效的舉升機進行檢測分析發(fā)現(xiàn),這些事故的主要原因往往是設(shè)計上存在

13、著缺陷。因此,如何提高汽車舉升機設(shè)計上的穩(wěn)定性及可靠性是擺在我們面前的一個重要研究課題。 計算機仿真技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開發(fā)技術(shù),是國際上20世紀(jì)80年代隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項計算機輔助工程技術(shù),該技術(shù)一出現(xiàn),立即受到了工業(yè)發(fā)達國家的有關(guān)科研機構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視,許多著名的制造廠商紛紛將計算機仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開發(fā),取得了良好的經(jīng)濟效益,它是建造物理樣機之前,通過建立機械系統(tǒng)的數(shù)字模型(即虛擬樣機)進行仿真分析,并用圖形顯示該系統(tǒng)在真實工作條件下的運動特性,輔助修改設(shè)計方案。本課題研究利用計算機仿真技術(shù),對汽車舉升機進行強度、剛度、穩(wěn)定性、可靠性及動態(tài)特性等方面進行研究與

14、分析,修正設(shè)計上存在的缺陷并提出結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案,不僅可以為汽車舉升機的設(shè)計制造提供重要的理論依據(jù),而且對于提高舉升機的安全性具有重大的現(xiàn)實意義。該項目的研究方法,也可應(yīng)用于汽車舉升機新產(chǎn)品的研究開發(fā)中,可以縮短新產(chǎn)品研制周期,減少研制經(jīng)費,提高設(shè)計精度和效率,與此同時該方法還可以被同類產(chǎn)品所應(yīng)用與借鑒,經(jīng)濟效益和社會效益顯著。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 隨著汽車行業(yè)的蓬勃發(fā)展,汽車修理行業(yè)也迎來巨大的市場需求。在維修領(lǐng)域中,常以汽車舉升機作為重要工具。它的作用都是將需要維修的汽車水平提升到合適的高度,以便于維修工人在汽車底盤下方對汽車進行維修,正因為維修人員要在汽車的下面,因此要求舉升機一定要安

15、全可靠,否則一旦發(fā)生危險,后果不堪設(shè)想。我國生產(chǎn)的舉升機性能還不算穩(wěn)定。舉升時存在保險不可靠、舉升不平衡、鋼絲繩斷裂、橫梁脫落等。是影響舉升安全的不穩(wěn)定因素。因此加強舉升機的安全性和穩(wěn)定性是我國舉升機行業(yè)迫切解決的問題。而本課題研究運用虛擬樣機技術(shù)對車輛舉升設(shè)備的虛擬設(shè)計,在產(chǎn)品制造之前運用ANSYS、ADAMS軟件進行仿真研究,可以發(fā)現(xiàn)并更正設(shè)計缺陷,完善設(shè)計方案,縮短開發(fā)周期,提高設(shè)計質(zhì)量和效率,為生產(chǎn)實際提供理論支持2。 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

16、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。目前,發(fā)達國家(如美國)生產(chǎn)的汽車舉升機質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡單,在經(jīng)銷商中口碑良好。我國的汽車舉升機是20世紀(jì)90年代依據(jù)國外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的,到現(xiàn)在舉升機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌,產(chǎn)品系列成百上千。然而國內(nèi)汽車舉升機雖然也相對定型,但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定,故障多,可靠性差,外觀不夠美觀,在產(chǎn)品設(shè)計、技術(shù)開發(fā)等方面都還有很多地方有待改進。因此,進一步提高產(chǎn)品性能與可靠性,是國內(nèi)舉升機任重道遠且亟需改進的地方。 計算機仿真技術(shù)在一些發(fā)達國家,如美國、德國、日本等已得到廣泛

17、應(yīng)用,應(yīng)用領(lǐng)域從汽車制造業(yè)、工程機械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機械電子工業(yè)、國防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計算機仿真技術(shù)已在我國得到了應(yīng)用與推廣,主要在汽車、航天航空、武器制造、機械工程等方面。但從我國目前的情況來看,計算機仿真技術(shù)主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛,但只停留在初步應(yīng)用階段。我國對于計算機仿真技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)水平還很低,但是卻有很大的提升空間。計算機仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用是通過界面友好、功能強大、性能穩(wěn)定的商業(yè)化計算機軟件來實現(xiàn)的。目前,在我國還沒有出現(xiàn)利用計算機仿真技術(shù)對汽車舉升機進行研究,只有將汽車舉升機的工程實踐和計算機仿真技術(shù)結(jié)合起來,才能真正加快

18、汽車舉升機產(chǎn)品的發(fā)展歷程,為此,本課題基于計算機仿真平臺,應(yīng)用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS及動力學(xué)仿真軟件ADAMS,進行汽車舉升機的強度、剛度、穩(wěn)定性及動態(tài)特性等方面的計算機仿真研究與分析,可以代替舉升機物理樣機的前期試驗,為我國汽車舉升機產(chǎn)品的設(shè)計、技術(shù)開發(fā)方面提供更多的理論參考,進一步提高國產(chǎn)汽車舉升機的穩(wěn)定性和可靠性,提高產(chǎn)品的市場競爭力。1.3 舉升機的發(fā)展方向與前景 對汽車維修保養(yǎng)行業(yè)而言,舉升機一定要安全可靠、維護簡單,否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統(tǒng)的機械式舉升機安全性較差,所需的維護工作較多,已基本被液壓式舉升機取代。它具

19、有安全性能好、維護周期長以及工作效率高等優(yōu)點。 國內(nèi)汽車舉升機品牌繁多,質(zhì)量高低參差不齊,除少數(shù)大型專業(yè)化企業(yè)具有較強的研發(fā)隊伍、完備地制造設(shè)施、完善地質(zhì)量監(jiān)控手段外,大多數(shù)生產(chǎn)廠場地狹小、制造設(shè)施落后、監(jiān)控手段單一。 國內(nèi)舉升機結(jié)構(gòu)上大同小異,在安全保護上也比較雷同。主要零部件有立柱、升降臂、液壓動力單元、油缸、保險。在安全保護裝置上,不能做到在任何時候都能起到作用。在智能化、人性化上涉及較少。 國外舉升機在結(jié)構(gòu)、選材上比國內(nèi)有優(yōu)勢外,在安全性上有比較明顯的優(yōu)勢。國外舉升機在鋼絲繩斷裂、油管爆裂、下降過程意外情況等可能情況的安全研究和應(yīng)用都有涉足。 隨著汽車技術(shù)開發(fā)的日新月異,舉升機在設(shè)計方

20、面越來越智能化和人性化,將會向遙控、電腦控制方向發(fā)展。同時隨著技術(shù)的不斷成熟,其標(biāo)準(zhǔn)也將逐步統(tǒng)一化。技術(shù)先進、質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品將占領(lǐng)市場。1.4 研究內(nèi)容和研究方法1.4.1 研究內(nèi)容 本課題在考慮典型的汽車舉升機的結(jié)構(gòu)形式和實際工況條件基礎(chǔ)上,將研究內(nèi)容如下。 (1)利用二維軟件設(shè)計繪制舉升機的總體裝配圖紙及零件圖紙; (2)建立舉升機Pro/E三維實體模型,并進行虛擬裝配及干涉檢查; (3)將關(guān)鍵零部件模型通過專用數(shù)據(jù)裝換接口導(dǎo)入ANSYS軟件進行有限元受力分析,獲得舉升機在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀況; (4)將裝配模型通過專用數(shù)據(jù)接口導(dǎo)入到ADAMS軟件進行運動/動力學(xué)仿真分析,

21、獲得舉升機的升降速度、加速度以及升降耗時等狀況。 通過上述研究方法,進一步提高舉升機的穩(wěn)定性及安全性,可以代替舉升機物理樣機的前期試驗,為舉升機設(shè)計提供理論參考10。 圖1.1舉升機設(shè)計流程圖 1.4.2 研究方法 (1)深入研究汽車舉升機的結(jié)構(gòu)形式、工作原理及力學(xué)特性,建立舉升機的數(shù)學(xué)模型,合理選取仿真分析的研究平臺; (2)在Windows環(huán)境下,以三維建模軟件Pro/E為圖形平臺,建立汽車舉升機的三維實體模型并進行虛擬裝配及干涉檢查; (3)將汽車舉升機三維實體模型通過專用模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入ANSYS,獲得不同壓力場的應(yīng)力、應(yīng)變及位移分布狀況; (4)將汽車舉升機裝配模型通過專用的數(shù)據(jù)

22、轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到ADAMS,完成運動約束和運動激勵的定義,產(chǎn)生參數(shù)化的舉升機模型,獲得不同工況下舉升機的速度、加速度狀況,流程如圖1.1所示。第2章 四柱式汽車舉升機方案選擇2.1 四柱式汽車舉升機方案對比論證分析2.1.1 舉升類設(shè)備的分類 1、四柱式舉升機構(gòu) 四柱舉升機構(gòu)主要依靠四根粗鋼索拉起四角,拉力油缸置于平板下面,通過6個圓盤將力傳達四面。這種結(jié)構(gòu)比較緊湊,自重降低,保險裝置為楔塊式,四個楔塊利用拉桿聯(lián)動,扳動拉桿就可打開保險裝置,方便耐用,四柱舉升機構(gòu)容易調(diào)水平,適合于汽車4S店四輪定位使用,因為有一四輪定位檔位,可以調(diào)整,可以確保水平。 2、雙柱式舉升機構(gòu) 雙柱舉升機構(gòu)實用、簡潔、

23、合理而且節(jié)省占地空間,使用靈活方便。升降平穩(wěn)低噪聲,設(shè)有升程自鎖保護裝置,保養(yǎng)簡單,操作方便,成本低13。2.1.2 傳動機構(gòu)的分類 舉升機可以采用鋼絲繩傳動、鏈條傳動和液壓傳動3種形式。 1、機械式 機械式舉升機構(gòu)流行于19921998年間,該舉升機構(gòu)特點是同步性好,但由于機械磨損維護成本高(經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承),每年一臺舉升機構(gòu)的維修更換需要1000元左右,客戶最終會將該產(chǎn)品更換為維護成本小的液壓舉升機構(gòu)1。 鋼絲繩傳動采用蝸輪蝸桿減速器,主要傳動件為鋼絲繩卷筒、輪系等。鋼絲繩傳動的柔性好,沖擊小,噪聲低。但鋼絲繩易延伸、斷股、斷絲,需要經(jīng)常調(diào)整長度,給設(shè)備的使用和維護帶來不便。

24、鏈條傳動通過電動機驅(qū)動鏈輪機構(gòu),牽引鏈條使載車板升降。性能穩(wěn)定可靠,壽命長,不存在彈性伸縮,有準(zhǔn)確的平均傳動比,維護性好,但需要裝設(shè)卷筒,傳動機構(gòu)較復(fù)雜,運行時有一定的沖擊和噪聲。 2、液壓式 液壓傳動通過液壓工作站為多個液壓缸提供壓力,由活塞桿實現(xiàn)載車板的升降和車輛的存取。結(jié)構(gòu)簡單,運行平穩(wěn),噪聲低,但傳動效率較低 1。 本課題所設(shè)計的是液壓驅(qū)動的四柱舉升類設(shè)備,它的特點是: (1)性能可靠,低能耗,操作方便; (2)無龍門式橫梁,結(jié)構(gòu)簡單; (3)有升程自鎖保護裝置,保證了安全性; (4)升降車架的最低位置低,使得車輛的底盤可以比較低,對各種車輛的適應(yīng)性都比較強; (5)采用液壓傳動的驅(qū)動

25、方式,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,便于推廣。2.2 總體方案 四柱式汽車舉升機總體方案為四立柱安裝于水平地面,立柱下端焊接鋼板,增大與地板接觸面。用膨脹螺栓固定于地面。螺栓直徑為16毫米,深度大于140毫米保證牢固。兩橫梁于45號鋼材料焊接而成,通過滑輪和鋼絲繩在立柱內(nèi)沿保險槽型鐵條做垂直運動。其中四個滑輪安裝于一個載車板下方,另外四個滑輪安裝兩橫梁兩端。鋼絲繩采用國際6*19外徑11毫米通過特殊方法擠壓緊固而成。鋼絲繩和保險槽型條通過螺栓固定于立柱頂端蓋板處。鋼絲繩于滑輪接觸處用油脂潤滑且保持清潔。晃動量不大于10毫米。如圖2.1所示5。 當(dāng)需要

26、舉升汽車時按下舉升開關(guān)電動機啟動,帶動液壓缸工作,液壓油推動拉桿回縮拉動鋼絲繩。鋼絲繩繞與滑輪上連接于四根立柱頂端。這樣在鋼絲繩的帶動下提升橫梁向上運動,載車板固定于橫梁之上。 當(dāng)需要下行時,現(xiàn)將舉升機提升些許高度,關(guān)閉保險鎖,關(guān)閉開關(guān),在汽車自重下慢慢下落到地面。 為防止意外,載車板與支架立柱間設(shè)有防墜落保險裝置,通過保險的機械撞擊聲可判斷保險是否進入鎖止?fàn)顟B(tài),在液壓缸下腔油壓突然喪失時可以保證車輛與人員的安全。2.3 本章小結(jié) 本章主要進行四柱式汽車舉升機設(shè)備總體方案的選擇,通過將現(xiàn)有舉升機構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、驅(qū)動方式以及傳動機構(gòu)進行了對比,最終選定采用四柱結(jié)構(gòu)的舉升類設(shè)備,通過液壓驅(qū)動,工作平

27、穩(wěn),操作方便,噪聲低,內(nèi)部設(shè)有升程自鎖保護保險裝置,安全可靠,占地空間小,是舉升機的理想設(shè)備。 圖2.1鋼絲繩安裝示意圖 第3章 四柱式汽車舉升機結(jié)構(gòu)設(shè)計 3.1 四柱式汽車舉升機工作原理3.1.1 整體結(jié)構(gòu)及基本組成 四柱式汽車舉升設(shè)備采用立柱、支承梁、載車板的結(jié)構(gòu),由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護裝置等以保證舉升機構(gòu)安全使用,適用于室內(nèi)立體舉升設(shè)備的安裝與使用。四柱式舉升機構(gòu)以四根立柱為主體,由液壓系統(tǒng)驅(qū)動油缸,拉動提拉桿,帶動提升鋼絲繩提升橫梁(見圖3.1)。支承梁鉸接于載車板,兩橫梁由同步鋼絲繩保持同步升降。兩橫梁內(nèi)設(shè)有機械保險裝置。在提升時由于機械保險鍵

28、能自動進入和脫開保險點,發(fā)出撞擊聲,以作為判斷機械保險裝置工作正常與否和兩橫梁是否同步。 1、立柱的結(jié)構(gòu)形式 立柱是由薄壁板折彎而成。通常將立柱的橫截面做成槽鋼形,它的四角作為導(dǎo)軌,一般采用46mm鋼板,本設(shè)計采用4mm鋼板。該立柱4道彎折為橫梁運行提供了導(dǎo)軌空間,滿足了設(shè)備的要求。如圖3.2所示。 圖3.2立柱截面形式 2、載車板的結(jié)構(gòu)形式 載車板與車身底盤直接接觸,是梁結(jié)構(gòu),通常采用45號槽型鋼,支承梁在承載升降過程中會產(chǎn)生疲勞破壞和變形,因此支承梁必須具有足夠的橫截面面積以抵抗彎曲變形。如圖3.3所示。 圖 3.3 橫梁 3、安全機構(gòu) 四柱舉升類設(shè)備的安全機構(gòu)是由保險鍵、拉簧、支撐板、齒

29、塊等組成,其功能如下:當(dāng)工作臺上升時,齒塊碰到支撐板使支撐板翻轉(zhuǎn),失去對保險鍵的控制,保險鍵在拉簧的作用下彈進齒塊空擋,若發(fā)生意外(如高壓油管或鋼絲繩爆斷),保險鍵即被齒塊卡住,防止滑車下滑,確保安全。 當(dāng)工作臺需下降時,先將工作臺上升少許1020mm,再將兩滑車前面的安全鎖拉線拉出后不再自動縮回即打開了機械保險。按手動卸荷閥,工作臺在自重的作用下下降。3.1.2 工作原理 四柱舉升類停車設(shè)備的傳動原理是:由電動油泵提供動力給載車板底面的油缸,再由油缸分別頂舉兩側(cè)支承橫梁、載車板將高位車輛舉起。油缸運行的同步性由調(diào)平衡的鋼絲繩來實現(xiàn)。設(shè)備由機械系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及電氣系統(tǒng)等三大系統(tǒng)組成。其中,機械

30、系統(tǒng)包括:立柱、鋼絲繩、支承梁、載車板。液壓系統(tǒng)包括:小排量齒輪泵及油缸。電氣系統(tǒng)包括:油泵用電機、控制開關(guān)及電控箱。提升架上配有導(dǎo)向滑塊,起動電動油泵由油缸頂舉提升架,使提升架上面的四個滑塊在立柱導(dǎo)軌中運行,確保了載車板運行的直線度要求。使載車板托舉著高位車輛升高,直到高位車輛被安全、穩(wěn)固地舉升至所需高度為止。3.2 主要技術(shù)參數(shù)3.2.1 基本尺寸參數(shù)的確定 1、重心位置的范圍 前輪驅(qū)動的車輛有以下優(yōu)點:前驅(qū)車的傳動效率比后驅(qū)車要高。所有的前驅(qū)車在設(shè)計的時候,不管發(fā)動機橫置還是縱置,它的重心都偏于前軸,也就是在車頭側(cè),與驅(qū)動輪的位置很近,傳動距離短。其中又以前橫置發(fā)動機效率最高,這也是大多

31、數(shù)前驅(qū)車所采用的布置方式。由于發(fā)動機的輸出軸與汽車前軸平行,變速箱與驅(qū)動橋是做成一體的固定在發(fā)動機旁,動力可以直接通過斜齒輪傳遞到差速器上,再經(jīng)變速箱、驅(qū)動橋,減速增扭后傳遞給兩根半軸最后驅(qū)動車的前輪旋轉(zhuǎn),顯然這種距離最短,且沒有經(jīng)過任何轉(zhuǎn)換的傳動效率是最高的。 正是基于以上的原因,所以現(xiàn)代汽車大多采用發(fā)動機前置,使車輛的重量分布比大約是3:2,重心偏前。 2、舉升機外形尺寸的確定 例如:路虎新CRV(排量2.4L) 表3.1 路虎新CRV基本參數(shù)范圍 長 度 mm寬度mm 高 度 mm 軸距 mm 質(zhì) 量 kg輪 距mm 4530 1820 1680 2620 15901565/1565 高

32、位車輛:排量1.8升以下的轎車表3.2 中型三廂轎車基本參數(shù)范圍長度mm 寬度mm 高度mm 軸距mm 質(zhì)量kg4300470017001800130015002600280010001500 例如:比亞迪F3白金版(排量1.5L)表3.3 比亞迪F3基本參數(shù)范圍長度mm寬度mm高度mm軸距mm質(zhì)量kg輪距mm453317051490260012001480/1460 根據(jù)所舉升車輛的基本尺寸初步確定舉升機構(gòu)的主要技術(shù)參數(shù)如表3.4所示。表3.4 四柱式汽車舉升機主要技術(shù)參數(shù) 舉升重量 3500kg 舉升高度 1700mm 總高度 1965mm 總寬 3000mm 總長 4584mm 車道寬度

33、 500mm 上升時間 40s 下降時間 25s 電機功率 1.5KW 電源 380V3.2.2 電機的選用 高位汽車重量2t,汽車載車板及其附件的重量加上一部分的余量1.5t,所以取3.5t。載車板有汽車時上升設(shè)計速度14: Vw 3.1 除去舉升機臺面自身高度225mm,所以舉升1475mm。 由公式(3.1)得Vw2.21m/min 載車板上升功率: Pw 3.2 Fwmg 3.3 其中m3.5kg,由公式(3.3) Fw 3.59.8 34.3KN Vw取2.55m/min 由公式(3.2)得 Pw1.26(KW)3.3舉升機機械部件設(shè)計與校核3.3.1 橫梁校核 舉升機有兩根橫梁,橫

34、梁材料初步選擇45鋼、其中前橫梁承受取舉升總重的2/3。原因上述已說明。下面進行校核4。 1、做梁的彎矩圖 2、確定中性軸位置 因為此截面為對稱截面,所以中性軸 為中點位置。 Yc 160/2 80mm 通過截面形心與縱向?qū)ΨQ軸垂直的形心主軸即為中性軸。 3、截面對中性軸的慣矩 計算危險截面處 4、校核梁的強度 因為梁的許用拉、壓應(yīng)力不同,而且梁的截面形狀對中性軸不對稱,所以,必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負彎矩截面的強度。 截面強度校核8201.9N.m處正負彎矩相等固最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力相等。 5、撓度的校核 應(yīng)用的撓曲線方程 1.06 9.17mm3.3.2 載車板校核 舉升機有兩根

35、載車板,其中載車板前端承受舉升總重的2/3。原因上述已說明。下面進行校核。 圖3.4載車板截面 1、做梁的彎矩圖 2、確定中性軸位置 截面形心距底邊為 0.098m 通過截面形心與縱向?qū)ΨQ軸垂直的形心主軸即為中性軸 3、截面對中性軸的慣矩 12.99 4、校核梁的強度 因為梁的許用拉、壓應(yīng)力不同,而且梁的截面形狀對中性軸不對稱,所以,必須校核梁的最大正彎矩截面和最大負彎矩截面的強度。 截面強度校核12.25KN.m處最大拉應(yīng)力與最大壓應(yīng)力。 梁的下截面承受拉應(yīng)力 92.417MPa 梁的上截面承受壓應(yīng)力 39.607MPa 5、撓度的校核 應(yīng)用的撓曲線方程 5.56 6.95 當(dāng)ab時變形量在

36、處 4.77mm3.3.3 立柱校核 圖3.5 立柱截面形式 1、確定中性軸位置 截面形心距底邊為16 82.297mm 2、截面對中性軸的慣矩 5.5 3、進行校核 靜止時 上升時 3.3.4 軸與梁處校核 校核剪切應(yīng)力 6.69MPa 校核擠壓應(yīng)力 18.225MPa3.3.5 鎖條校核 圖3.6 鎖條截面形式 校核剪切應(yīng)力 29.167MPa 校核擠壓應(yīng)力 58.33MPa3.3.6提高梁彎曲強度的措施 彎曲正應(yīng)力是控制彎曲強度的主要因素。所以彎曲正應(yīng)力的強度條件往往是設(shè)計梁的主要依據(jù)。從這個條件可看出,要提高梁的承載能力應(yīng)從兩方面考慮。一方面是合理安排梁的受力情況,以降低M的數(shù)值;另一

37、方面則是采用合理的截面形狀,以提高Wz的數(shù)值,充分利用材料的性能。下面幾點進行討論。 1、減少彎矩M的措施 (1)合理安排載荷,常把集中力化為分散力,讓力作用于近支座處,如圖3.7所示. 圖a 圖b 圖3.7 力矩分散形式 (2)改變梁的形式,如圖3.8a的形式的改變?yōu)閳D3.8b的形式,也可以將靜定梁改為超靜定梁見圖3.8c的形式。 圖a 圖b圖c 圖3.8 改變力矩形式 2、采用合理截面,提高WzIz/y 圖3.9提高WzIz/y的截面形式 在同樣的用材料時,薄壁截面的Iz高。所以工程上大量使用型鋼。這些型鋼的截面中部用材較少,材料都集中在截面上下部分。對于塑性材料常采用工字型截面。對于脆性

38、材料的梁,常采用上下不對稱,中性軸偏于受拉一側(cè)的截面形狀,如圖3.9所示,在這樣最大拉應(yīng)力和最大壓應(yīng)力可同時接近許用應(yīng)力。 表3.5常用截面的WZ與A的比值 截面形狀 圓形 矩形 工字形 WZ/A 0.125d 0.167d 0.270.31d 注:d為直徑。 3、采用變截面梁 等截面除了最大彎矩所在截面外,其它各截面上的應(yīng)力均低于許用應(yīng)力,材料未能充分利用。為了節(jié)省材料,減輕梁的自重,可將梁設(shè)計成變截面的,即在彎矩較大處,采用較大截面,彎矩較小處采用較小截面。如果將變截面梁設(shè)計成等強度梁。從節(jié)省材料、減輕自重角度看,等強度梁最合理。但由于加工制造等原因,實際上只能近似做到等強度要求。 必須指

39、出,以上這些措施都是從提高彎曲強度的角度提出的。但在工程實際中,設(shè)計一個構(gòu)件還應(yīng)考慮剛度、穩(wěn)定性、加工制造等多方面因素,應(yīng)經(jīng)過綜合考慮比較后,再確定梁的截面形狀和結(jié)構(gòu)形式。3.4 整體裝配圖的Pro/E實體建模 本舉升機的主要機械部件有載車板、橫梁、立柱、保險傳動機構(gòu)下面利用Pro/E軟件對主要零件建模主要應(yīng)用的命令有拉伸、旋轉(zhuǎn)、打孔、抽殼、掃描伸出項等及相關(guān)零件的裝配,裝配應(yīng)用的主要命令有匹配、插入、相切、自動等6,完成后的效果如圖3.10所示。 1、建立載車板 建立橫梁底座(正面) 建立橫梁底座(反面) 裝配滑動蓋板、四輪定位儀蓋板 裝配鋼絲繩轉(zhuǎn)動圓盤 圖3.10舉升機部件效果圖 裝配傳動

40、軸及保險鎖拉桿 2、建立橫梁 建立橫梁 橫梁側(cè)端 橫梁側(cè)端附件的裝配(正面) 續(xù)圖3.10舉升機部件效果圖 橫梁側(cè)端附件的裝配(反面) 3、建立橫梁 建立橫梁 裝配鎖條 裝配液壓缸 續(xù)圖3.10舉升機部件效果圖 4、總裝配圖及爆炸圖 圖3.11舉升機總裝配效果圖 5、干涉檢查及爆炸圖 運用Pro/E軟件完成所有零件建模,并完成裝配。為防止整個舉升機構(gòu)在舉升過程中出現(xiàn)卡死現(xiàn)象或裝配中出現(xiàn)不合理現(xiàn)象,在裝配過程中計算機不會提示零部件有干涉現(xiàn)象,因為零部件在裝配過程中只是按照軟件內(nèi)部自定義的如匹配、自動、曲面上的點、曲面上的邊、坐標(biāo)系、對齊、插入等十一種關(guān)系進行裝配。這時有可能一個零件進入另一零件,

41、這種情況在實際情況種是不可能的。所有這時我們要進行干涉檢查,經(jīng)檢查此舉升機一百多零件無干涉現(xiàn)象6,如圖3.12所示。 圖3.12干涉檢查 圖3.13舉升機爆炸圖3.5 摩擦角與自鎖 當(dāng)摩擦力達到最大值時,全反力與法線間的夾角m稱為摩擦角。 tanm fs 即摩擦角的正切等于靜摩擦因數(shù)。摩擦角與摩擦因數(shù)一樣,也是表示摩擦性質(zhì)的物理量。 作用于物體上的全部主動力的合力FA,不論其大小如何,只要其作用線與接觸面法線間的夾角小于或等于摩擦角(即FA的作用線在摩擦角之內(nèi))物體必保持靜止。這種現(xiàn)象稱為自鎖。這種與主動力大小無關(guān),而只與摩擦角有關(guān)的平衡條件稱為自鎖條件。 反之,當(dāng)作用于物體上的全部主動力的合

42、力FA的作用線位于摩擦角之外時,則無論此合力多么小,都不能有與其共線的全反力,因而物體必定滑動。 經(jīng)計算,滑塊的摩擦角取60度時,不會發(fā)生卡死。3.6 鋼絲繩的選用 載車板固定于橫梁之上,橫梁兩端位于兩個一側(cè)立柱內(nèi)非接觸。橫梁兩端安有滑輪,鋼絲繩通過滑輪變相吊接于立柱頂部。當(dāng)液壓缸工作時,拉動鋼絲繩,鋼絲繩縮短,頂端固定不懂,迫使橫梁在鋼絲繩帶動下向上運動,此時橫梁帶動載車板沿立柱做垂直運動。鋼絲繩完成工作。3.6.1 鋼絲繩用途 鋼絲繩是一種撓性零件,具有強度高、自重輕、彈性好、運行平穩(wěn)適合于高速、遠距離、換向傳力以及極少突然破斷的優(yōu)點。用途:用于各種起重機械上。卷揚機的牽引繩等。用作設(shè)備運

43、輸時的捆綁繩,起重對象的溜繩、拖拉繩,起重設(shè)備的錨固繩。3.6.2 鋼絲繩材料 鋼絲繩的鋼絲要求有很高的強度和韌性,通常由含碳量0.5%0.8%的優(yōu)質(zhì)碳鋼,經(jīng)過多次的冷拔工藝制成的,其直徑為0.32.0mm。鋼絲的公稱抗拉強度一般為14002000N/5 。 1、按鋼絲繩繞制次數(shù)分表3.6 鋼絲繩按繞制次數(shù)分類 分類 特點 用途 雙捻(多股) 先由鋼絲繞成股,再由股圍繞繩芯繞成繩。這種鋼絲繩的繞性受繩芯材料影響很大,比單繞繩撓性好 起重機械中廣泛應(yīng)用 2、按股繩截面形狀分表3.7 鋼絲繩按股繩截面形狀分類 分類 特點 用途 圓股 股繩截面形狀是圓形 廣泛應(yīng)用 3、按鋼絲繩中絲與絲的接觸狀態(tài)分表3.8 鋼絲繩按絲與絲的接觸狀態(tài)分類 分類 特點 用途 線接觸 由不同直徑鋼絲捻制而成,股內(nèi)各層之間鋼絲全長上平行捻制,各層鋼絲螺距相等,鋼絲之間呈線狀接觸,這種鋼絲繩消除了點接觸的二次彎曲應(yīng)力,能降低工作時總的彎曲應(yīng)力,耐疲勞性能好。結(jié)構(gòu)緊密,金屬斷面利用系數(shù)高。使用壽命長,比普通鋼絲繩壽命高12倍 廣泛應(yīng)用 4、按鋼絲繩繞制方法分表3.9 鋼絲繩按繞制方法分類 分類 特點 用途 交互捻 鋼絲繞成股的方向和股捻成繩的方向相反稱為交互捻。如繩右捻,股左捻,稱為右交互捻,繩左捻,股右捻,稱為左交互捻。這種鋼絲繩的缺點是