普通-式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)
普通-式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì),普通,式雙柱,汽車(chē),舉升機(jī),設(shè)計(jì)
畢業(yè)設(shè)計(jì)（畢業(yè)論文）任務(wù)書(shū)
學(xué) 院
機(jī)械工程學(xué)院
專(zhuān) 業(yè)
機(jī)械工程及自動(dòng)化
班 級(jí)
學(xué) 生
指導(dǎo)教師
題 目
普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)
任務(wù)規(guī)定
進(jìn)行日期 自 2005 年 2 月 28 日起，至 2005 年 7 月 1 日止
一、題目來(lái)源、目的、意義
本課題來(lái)源于科技股份有限公司與本校合作項(xiàng)目——汽車(chē)舉升機(jī)
設(shè)計(jì)科研項(xiàng)目。盡管?chē)?guó)內(nèi)有不少舉升機(jī)生產(chǎn)單位，其產(chǎn)品占有了國(guó)內(nèi)一定的市
場(chǎng)份額，但總體質(zhì)量有待提高。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研、分析，本設(shè)備預(yù)計(jì)有一定的國(guó)外
市場(chǎng)需求，有較好的國(guó)內(nèi)外應(yīng)用前景，價(jià)格適中，適合在國(guó)內(nèi)外推廣應(yīng)用。雙
柱式舉升機(jī)是一種廣泛用于轎車(chē)等小型車(chē)維修用的舉升設(shè)備。隨著轎車(chē)工業(yè)的
發(fā)展和轎車(chē)等小型車(chē)的使用日趨普及，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。
課題緊貼當(dāng)前的制造業(yè)領(lǐng)域，為學(xué)生提供了一種專(zhuān)業(yè)訓(xùn)練的形式。
二、主要工作內(nèi)容
課題的主要工作內(nèi)容以機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為主，使學(xué)生在接觸實(shí)際科研項(xiàng)目中，
學(xué)會(huì)如何解決實(shí)際問(wèn)題，如何綜合運(yùn)用所學(xué)的理論知識(shí)，設(shè)計(jì)出規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)
化的圖紙用于加工生產(chǎn)。
主要內(nèi)容：在參考國(guó)內(nèi)外各種舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，考慮到由于QJY04-02
型（含B型）舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀(guān)、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，適用于各
種汽車(chē)修理和保養(yǎng)單位，故針對(duì)QJY04-02（含B型）型普通雙柱式舉升機(jī)，分
析其結(jié)構(gòu)的合理性，并進(jìn)行校核驗(yàn)算。通過(guò)對(duì)普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
與計(jì)算，保證所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)滿(mǎn)足工作使用要求。
三、主要技術(shù)指標(biāo)（或主要論點(diǎn)）
雙柱式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，QJY04-02型（含B型）舉升機(jī)系指液
壓驅(qū)動(dòng)的雙柱式舉升機(jī)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由兩立
柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安
裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。
本機(jī)主要技術(shù)性能指標(biāo)為：額定舉升載荷4噸；電動(dòng)機(jī)功率2.2 KW；舉
升臂在最低位置時(shí)的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為
1730mm，總高為2630mm，總寬為3254mm。
四、進(jìn)度計(jì)劃
第1周~第3周：查閱資料，翻譯要求字?jǐn)?shù)的英文資料，調(diào)研市場(chǎng)上幾種主要
的舉升機(jī)，并進(jìn)行方案論證，寫(xiě)出開(kāi)題報(bào)告。
第4周~第6周：參考一些樣機(jī)結(jié)構(gòu)，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與計(jì)算。
第7周~第9周：結(jié)構(gòu)分析與驗(yàn)算，滿(mǎn)足技術(shù)性能指標(biāo)和使用要求。
第10周~第14周：計(jì)算機(jī)繪制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖紙，包括裝配圖和零件圖。
第15周~第16周：編寫(xiě)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。
第17周~第18周：評(píng)審、答辯。
五、主要參考資料（外文資料至少一篇）
[1] 孔紅梅，等.液壓舉升機(jī)同步系統(tǒng)[J] .液壓氣動(dòng)與密封，2000,(1):20~23.
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Bar[J].Journal of the South African Institute of Mining and Metallurgy.
V99n2 1999, (2)：93-96.
六、系審批意見(jiàn)
系主任（簽名）:
七、院領(lǐng)導(dǎo)審核意見(jiàn)
院領(lǐng)導(dǎo)（簽名）:
八、學(xué)生實(shí)際完成日期 九、同組設(shè)計(jì)（論文）者
4
成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)
開(kāi)題報(bào)告
題 目：行星輪越障機(jī)器人
院 校：成都電子機(jī)械高等專(zhuān)科學(xué)校
專(zhuān) 業(yè)：機(jī)電一體化技術(shù)
姓 名：張 偉
班 級(jí)：05415 班
指導(dǎo)老師：李剛俊
2008年3月25日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 開(kāi)題報(bào)告
1 課題分析
1.1 常用汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型
目前，全國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)舉升機(jī)的廠(chǎng)家較多，生產(chǎn)的型式也較繁多。有雙柱式、四柱式、剪式、組合移動(dòng)汽車(chē)式等。
其中各類(lèi)舉升機(jī)從不同的方面又可分成好幾類(lèi)：
單從舉升機(jī)的外型來(lái)分類(lèi)的基本形式有：普通雙柱、龍門(mén)雙柱、四立柱、剪式、移動(dòng)式和單立柱式等（分別如下列各圖所示1.1～1.6）。
圖1.1普通雙柱式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.2 龍門(mén)雙柱式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.3 四立柱式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.4 剪式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.5 組合移動(dòng)式汽車(chē)舉升機(jī)
圖1.6單立柱式汽車(chē)舉升機(jī)
各種形式各有千秋，適用于不同的場(chǎng)合。最常用的形式是前四種，即：普通雙柱式、龍門(mén)雙柱式、四立柱式和剪式。剪式舉升機(jī)分為大剪（子母式）、小剪（單剪式）舉升機(jī)。
雙柱式舉升機(jī)分又分為機(jī)械式和液壓式舉升機(jī)。機(jī)械式舉升機(jī)曾流行于1992-1998年間，該舉升機(jī)特點(diǎn)是同步性好，但由于機(jī)械磨損維護(hù)成本高（經(jīng)常需要更換銅鑼母以及軸承），每年一臺(tái)舉升機(jī)的維修更換需要1000元左右，因此目前不生產(chǎn)此舉升機(jī)，使用者們最終會(huì)將該產(chǎn)品更換為維護(hù)成本小的液壓舉升機(jī)。
1.2 各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的使用情況
從調(diào)研的情況來(lái)看，雙立柱結(jié)構(gòu)形式的汽車(chē)舉升機(jī)為最多，其次是四立柱式，同時(shí)還有少些的剪式舉升機(jī)。
汽車(chē)舉升機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)的市場(chǎng)占有率如表1.1和圖1.7，其中永紅和寶得寶生產(chǎn)的舉升機(jī)市場(chǎng)占有率最高，分別為34.1%和28.5%。國(guó)產(chǎn)和進(jìn)口的百分比分別為：77.1%和22.9% 。進(jìn)口的舉升機(jī)大部分是比較早期的產(chǎn)品。另外，未被統(tǒng)計(jì)的大部分小廠(chǎng)都是擁有國(guó)產(chǎn)的舉升機(jī)。
表1.1舉升機(jī)主要生產(chǎn)廠(chǎng)的市場(chǎng)占有率
總臺(tái)數(shù) 編號(hào) 生產(chǎn)廠(chǎng) 臺(tái)數(shù) 百分比
1 寶得寶 61 28.5%
2 永紅 73 34.11%
舉升機(jī)總數(shù) 214 3 中大 8 3.74%
4 序達(dá) 9 4.21%
5 其他 41 19.16%
6 進(jìn)口 49 22.90%
圖1.7汽車(chē)舉升機(jī)主要生產(chǎn)廠(chǎng)的市場(chǎng)占有率百分比圖
1.3 汽車(chē)舉升機(jī)的主要參數(shù)
普通雙立柱式、龍門(mén)雙立柱式、和四立柱式這三種目前市場(chǎng)上主要的汽車(chē)舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1.2，1.3，1.4所示。
表1.2普通雙立柱式汽車(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
表1.3龍門(mén)雙立柱式汽車(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
表1.4四立柱式汽車(chē)舉升機(jī)主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
2.5-3.5 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
2 舉升機(jī)的方案擬定
2.1 主要結(jié)構(gòu)及其結(jié)構(gòu)形式
舉升機(jī)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(dòng)方式；（4）平衡方式；（5）保險(xiǎn)與保護(hù)方式；（6）托盤(pán)結(jié)構(gòu)。
常用的幾種舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式包括有普通式、龍門(mén)式、四柱式、剪式、移動(dòng)式和單立柱式六種。
目前市場(chǎng)上最常見(jiàn)的是普通式和龍門(mén)式。普通式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式比較簡(jiǎn)單，制作成本相對(duì)于龍門(mén)式稍低。但從整個(gè)機(jī)器的強(qiáng)剛度的角度去考慮，龍門(mén)式就占優(yōu)勢(shì)了，簡(jiǎn)單地說(shuō)就等于是在普通式的基礎(chǔ)上再多加了橫梁，于是便形成了龍門(mén)式，但也因此增加了它的制作成本。
四柱式的定位非常穩(wěn)固，但一般用于比小轎車(chē)稍大的車(chē)型的維修和保養(yǎng)，制作成本不低。
剪式舉升機(jī)又分為大剪（子母式）和小剪（單剪）舉升機(jī)。但由于不是批量，所以?xún)r(jià)格偏高。
對(duì)于體積可以說(shuō)是龐大的大型客車(chē)來(lái)說(shuō)，使用以上幾種舉升機(jī)就比較困難。因此，又有了組合移動(dòng)式舉升機(jī)。既可以是雙柱式的，也可以是四柱式。這樣的組合方便地適用于各種車(chē)型，但一般僅在給大型車(chē)進(jìn)行維修或保養(yǎng)的時(shí)候才使用。
單立柱式舉升機(jī)占地面積小，適用于小型汽車(chē)使用。由于是單柱，較大型車(chē)就無(wú)法使用，就降低了它的使用價(jià)值。
常用的幾種舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式的主要特點(diǎn)如下表2.1所示：
表2.1各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)
結(jié)構(gòu)形式 主 要 特 點(diǎn)
普通雙柱 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本低、使用方便，但對(duì)地基要求較高。
龍門(mén)雙柱 強(qiáng)度比普通雙柱的高、但成本也有所提高。
四立柱 能作四輪定位用。
剪式 能隱藏與地面水平，不占空間，對(duì)地基要求低。
移動(dòng)式 能雙柱、四柱或多柱聯(lián)動(dòng)，方便地適應(yīng)于各種車(chē)型。
單立柱式 占地小，適用于小型汽車(chē)。
2.2 驅(qū)動(dòng)、舉升及同步方式
舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式主要有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)和液壓驅(qū)動(dòng)。液壓驅(qū)動(dòng)方式通常有鏈條傳動(dòng)舉升和液壓缸直接舉升方式。液壓式舉升機(jī)維護(hù)成本低，油缸的油封為進(jìn)口的話(huà)一般使用5——10年沒(méi)問(wèn)題。其中電機(jī)驅(qū)動(dòng)又分單電機(jī)和多電機(jī)，液壓驅(qū)動(dòng)又分單液壓缸和多液壓缸等多種驅(qū)動(dòng)方式。單缸舉升機(jī)也分為兩種，一直被業(yè)內(nèi)人士稱(chēng)作老單缸和新單缸。單缸的優(yōu)點(diǎn)是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，有底板，舉升機(jī)得扭力靠底板抵消，安全性好，是目前最理想得舉升機(jī)。雙缸舉升機(jī)也分有兩種：龍門(mén)式舉升機(jī)和無(wú)地板舉升機(jī)。但由于是雙缸，所以同步性問(wèn)題難以解決，往往要靠?jī)筛摻z繩來(lái)平衡。油缸以及鋼絲繩只要調(diào)整得松緊一致，舉升機(jī)就可以同步運(yùn)作。雙缸的優(yōu)點(diǎn)是：沒(méi)有底板，為了最大得節(jié)省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面來(lái)抵消，所以對(duì)地基要求很高。
如果驅(qū)動(dòng)是單液壓缸，則升降運(yùn)動(dòng)采用機(jī)械方式同步。如果采用多個(gè)液壓缸驅(qū)動(dòng)，則升降運(yùn)動(dòng)既可以采用機(jī)械同步（如，鋼絲繩同步），也可以采用同步液壓缸或副缸隨同主缸同步升降。
常用的舉升方式有：絲杠螺母方式舉升、鋼絲繩或鏈條傳動(dòng)舉升方式和液壓缸直接舉升等方式。
從液壓和機(jī)械兩種舉升方式來(lái)看，機(jī)械方式和液壓方式各占一半，但機(jī)械的略多有些，如圖2.1所示：
圖2.1汽車(chē)舉升機(jī)舉升方式百分比圖
1——液壓；2——機(jī)械
絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)的舉升方式一般采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)。如用單電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則各柱的升降運(yùn)動(dòng)，一般應(yīng)用機(jī)械同步方式；若用多電機(jī)驅(qū)動(dòng)，則采用機(jī)械同步或采用電氣方式同步進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。在電氣方式同步時(shí)，副柱上的升降是隨同主柱的升降運(yùn)動(dòng)同步進(jìn)行的。
鋼絲繩或鏈條傳動(dòng)舉升方式可采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)或液壓缸驅(qū)動(dòng)，一般采用鋼絲繩平衡同步舉升。
上述各種方式各有特點(diǎn)：絲杠螺母方式傳動(dòng)的自鎖性好，安全性也較好。而且采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)，維護(hù)保養(yǎng)均較方便，傳遞比較清潔，沒(méi)有液壓油，但制造工藝性差。而液壓驅(qū)動(dòng)舉升方式則工作平穩(wěn)，加工制造方便，但是需要液壓系統(tǒng)。與機(jī)械系統(tǒng)相比，液壓回路容易產(chǎn)生故障，維護(hù)保養(yǎng)工作較多。
相比液壓缸舉升機(jī)產(chǎn)生成本比絲杠螺母舉升形式的要低。液壓缸的產(chǎn)生遠(yuǎn)比絲杠螺母機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易組織產(chǎn)生。且使用壽命比絲杠螺母要長(zhǎng)。所以本次設(shè)計(jì)所采用的是液壓舉升方式。
2.3 舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
此次將舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)為普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。普通式汽車(chē)舉升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)如圖2.3所示：
圖2.3普通式二柱汽車(chē)舉升機(jī)的總體結(jié)構(gòu)
（1）舉升機(jī)構(gòu)
舉升機(jī)構(gòu)是由液壓系統(tǒng)以及電器系統(tǒng)組成的。通過(guò)電器系統(tǒng)來(lái)控制液壓?jiǎn)卧?，油液通過(guò)進(jìn)出液壓缸并通過(guò)滑臺(tái)鏈條來(lái)帶動(dòng)整個(gè)設(shè)備的舉升動(dòng)作，如圖2.4所示：
圖2.4舉升機(jī)構(gòu)示意圖
（2）立柱與支撐機(jī)構(gòu)
舉升機(jī)的立柱包括左、右兩個(gè)主立柱，中間放置滑臺(tái)和液壓系統(tǒng)。舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)是托臂。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時(shí)，就是通過(guò)改變搖臂的角度或方向來(lái)改變托臂的整個(gè)工作范圍的寬度。
（3）平衡機(jī)構(gòu)
由于舉升機(jī)在上升或下降時(shí)必須有強(qiáng)制性平衡裝置以確保汽車(chē)整體的水平位置，所以本次設(shè)計(jì)采用了左右對(duì)稱(chēng)的鋼絲繩走向，可以通過(guò)改變鋼絲繩的張力來(lái)使左右兩邊的滑臺(tái)在抬升的過(guò)程中保持平衡。
（4）保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)與保護(hù)
汽車(chē)舉升機(jī)是一種安全性能要求特別高設(shè)備。通常設(shè)有多種保險(xiǎn)裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險(xiǎn)裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過(guò)載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。
本次設(shè)計(jì)中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：兩個(gè)滑臺(tái)上均有安裝安全卡位條，在汽車(chē)升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)。
3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)方案的確定
通過(guò)對(duì)舉升機(jī)的了解，確定了本次設(shè)計(jì)采用的方案。本次設(shè)計(jì)所采用的是液壓驅(qū)動(dòng)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。此舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制的，由兩邊兩個(gè)立柱里安裝的液壓油缸來(lái)推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。用鋼絲繩作為同步裝置來(lái)保持整個(gè)舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺(tái)相連，當(dāng)滑臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)托臂一起移動(dòng)。
參考文獻(xiàn)
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普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)設(shè)計(jì)
目 錄
摘要………………………………………………………………………… 1
1 舉升機(jī)的方案擬定……………………………………………………… 1
1．1 舉升機(jī)的基本情況 ………………………………………………… 1
1．1．1 常用汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型…………………………………… 1
1．1．2 汽車(chē)舉升機(jī)的主要參數(shù)………………………………………… 1
1．2 汽車(chē)舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求…………………………………… 2
1．2．1舉升裝置的要求………………………………………………… 2
1．3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定 ………………………… 2
2 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………… 3
2．1 舉升裝置…………………………………………………………… 3
2．2 立柱………………………………………………………………… 4
2．3 支撐機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 5
2．4 平衡機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6
2．5 保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)…………………………………………………………… 6
3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的強(qiáng)剛度分析與驗(yàn)算………………………… 7
3．1 普通式雙柱舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算……………………… 7
3．1．1 主立柱的截面特性分析與計(jì)算………………………………… 7
3．1．2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算……………………………………… 9
3．1．3 主立柱的剛度計(jì)算……………………………………………… 15
3.2 托臂的強(qiáng)度校核……………………………………………………… 15
3．2．1 托臂的截面特性………………………………………………… 15
3．2．2 托臂的強(qiáng)度核算………………………………………………… 16
3．2．3 從托臂處考慮撓度情況………………………………………… 18
4 液壓系統(tǒng)………………………………………………………………… 19
4．1 液壓系統(tǒng)工作原理………………………………………………… 19
4．2 液壓缸活塞桿受壓校核…………………………………………… 20
4．2．1 液壓缸活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算………………………………………… 20
4．2．2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核………………………………… 20
5 結(jié)論……………………………………………………………………… 21
參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………… 21
摘 要：雙柱式汽車(chē)舉升機(jī)是一種汽車(chē)修理和保養(yǎng)單位常用的舉升設(shè)備，廣泛應(yīng)用于轎車(chē)等小型車(chē)的維修和保養(yǎng)。目前，全國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)舉升機(jī)的廠(chǎng)家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式舉升機(jī)、剪式舉升機(jī)、組合移動(dòng)汽車(chē)式舉升機(jī)等。本文較全面地介紹了舉升機(jī)的分類(lèi)，在確定了所要設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的方案之后，即針對(duì)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)及其特點(diǎn)要求進(jìn)行了設(shè)計(jì)與說(shuō)明，同時(shí)對(duì)舉升機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中所涉及到的工藝性問(wèn)題進(jìn)行補(bǔ)充說(shuō)明。然后分析了普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)主立柱的截面特性，并對(duì)主立柱的強(qiáng)剛度和托臂的強(qiáng)度進(jìn)行了校核驗(yàn)算。對(duì)液壓缸活塞桿強(qiáng)度以及受壓桿的穩(wěn)定性也進(jìn)行了驗(yàn)算，以保證所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)滿(mǎn)足使用要求。
本課題所設(shè)計(jì)的是液壓驅(qū)動(dòng)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。它的特點(diǎn)是：①性能可靠，低能耗，操作方便；②無(wú)橫梁，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；③非對(duì)稱(chēng)托臂可伸縮，保證了安全性；④托腳的最低位置低，使得車(chē)輛的底盤(pán)可以比較低，對(duì)各種車(chē)輛的適應(yīng)性擴(kuò)大了；⑤與螺桿式的舉升機(jī)相比，使用壽命較長(zhǎng)；⑥價(jià)格低廉，擁有的市場(chǎng)份額較大。
關(guān)鍵詞：普通式，雙柱舉升機(jī)，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，非對(duì)稱(chēng)式，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，液壓驅(qū)動(dòng)，截面特性
1 舉升機(jī)的方案擬定
1.1 舉升機(jī)的基本情況
1.1.1 常用汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型
目前，全國(guó)生產(chǎn)汽車(chē)舉升機(jī)的廠(chǎng)家較多，生產(chǎn)的舉升機(jī)的形式也比較繁多，有雙柱式舉升機(jī)、四柱式、剪式、組合移動(dòng)汽車(chē)式等。
僅從舉升機(jī)的外型來(lái)分類(lèi)的基本形式就有：普通雙柱式、龍門(mén)雙柱式、四立柱式、剪式、移動(dòng)式和單立柱式等汽車(chē)舉升機(jī)
按照舉升機(jī)的舉升裝置的形式分類(lèi)也有很多種，包括絲杠螺母舉升式、鏈條傳動(dòng)舉升式、液壓缸舉升式、齒輪齒條舉升式等舉升機(jī)。
從舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式分，主要有：電機(jī)驅(qū)動(dòng)式舉升機(jī)和液壓驅(qū)動(dòng)式舉
升機(jī)。
1.1.2 汽車(chē)舉升機(jī)的主要參數(shù)
普通式雙柱舉升機(jī)、龍門(mén)式雙柱舉升機(jī)和四立柱式舉升機(jī)這三種目前市場(chǎng)上主要的汽車(chē)舉升機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)統(tǒng)計(jì)如表1.2所示。
表1.2汽車(chē)舉升機(jī)的主要參數(shù)
額定舉升質(zhì)量 最大舉升高度 盤(pán)距地高度 全程上升時(shí)間 全程下降時(shí)間
普通式雙柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 Sec
龍門(mén)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
1.2 汽車(chē)舉升機(jī)的主要結(jié)構(gòu)與要求
舉升機(jī)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(dòng)方式；（4）平衡方式；（5）保險(xiǎn)與保護(hù)方式；（6）托盤(pán)結(jié)構(gòu)。
1.2.1 舉升裝置的要求
在我國(guó)的規(guī)定中講到舉升機(jī)的設(shè)備安裝電器系統(tǒng)的絕緣、耐壓和保護(hù)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(jī)的設(shè)計(jì)中液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dòng)時(shí)）或是該壓力的3倍（采用氣壓驅(qū)動(dòng)時(shí)）并且要沒(méi)有永久變形。軟管、氣袋、膜盒的尺寸在設(shè)計(jì)時(shí)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(guó)對(duì)舉升機(jī)的性能要求也比較繁多，例如：
（1）舉升機(jī)應(yīng)設(shè)有限制行程限位裝置，如有需要?jiǎng)t該裝置應(yīng)動(dòng)作靈敏、安全可靠。
（2）液壓系統(tǒng)工作應(yīng)平穩(wěn)、無(wú)振動(dòng)、無(wú)爬行現(xiàn)象。
（3）液壓式舉升機(jī)除液壓系統(tǒng)能自鎖外還應(yīng)沒(méi)有機(jī)械鎖止裝置。
（4）機(jī)械式舉升機(jī)任意時(shí)刻都能安全自鎖。
（5）舉升機(jī)正常運(yùn)行時(shí)的噪音不得超過(guò)80dB。
（6）舉升機(jī)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(yàn)臺(tái)上對(duì)液壓系統(tǒng)施高150%的額定使用壓力，維持2min，不允許有永久變形、漏油及其他異常現(xiàn)象。
（8）在無(wú)故障工作基礎(chǔ)上，機(jī)械式舉升機(jī)的使用繼續(xù)進(jìn)行到3000次，則液壓舉升機(jī)可以繼續(xù)進(jìn)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(rùn)滑劑。
1.3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)結(jié)構(gòu)方案的確定
通過(guò)對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)和了解，確定了本次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的總體方案。如下圖1.10所示：
圖1.10普通式雙柱舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖
本次設(shè)計(jì)的是由液壓驅(qū)動(dòng)的QJY04-02B型普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)。它的結(jié)構(gòu)主要包括以下幾個(gè)部分：舉升裝置、同步驅(qū)動(dòng)裝置、立柱和托臂。QJY04-02B型普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)是由液壓系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)和控制的，由兩邊兩個(gè)立柱里安裝的液壓油缸來(lái)推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。用鋼絲繩作為同步裝置來(lái)保持整個(gè)舉升機(jī)的同步性。托臂與立柱內(nèi)的滑臺(tái)相連，當(dāng)滑臺(tái)上下移動(dòng)時(shí)就帶動(dòng)托臂一起移動(dòng)。
2 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.1 舉升裝置
本次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的舉升裝置是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。通過(guò)電箱的開(kāi)關(guān)啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)控制液壓?jiǎn)卧簤河瓦M(jìn)出液壓缸，并通過(guò)鏈條連接液壓缸和滑臺(tái)來(lái)帶動(dòng)整個(gè)設(shè)備的舉升動(dòng)作，如圖2.1所示：
圖2.1驅(qū)動(dòng)舉升裝置示意圖
圖2.1是本次設(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)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(gè)舉升裝置是通過(guò)液壓軟管來(lái)連接的，它的一個(gè)不足的地方就是左右兩個(gè)液壓缸在開(kāi)始舉升時(shí)有一個(gè)時(shí)間差，這會(huì)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?cè)谝簤号e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(lái)彌補(bǔ)液壓缸帶來(lái)的缺點(diǎn)。圖2.2是普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的舉升裝置的結(jié)構(gòu)圖：
圖2.2普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的舉升裝置結(jié)構(gòu)圖
從圖中可以看到，普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的舉升裝置是將鏈條鑲嵌在滑輪槽內(nèi)來(lái)帶動(dòng)液壓桿達(dá)到舉升的目的。
2.2 立柱
普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的立柱有兩個(gè)，分別是左、右兩邊各一個(gè)立柱。圖2.3是左邊立柱的俯視圖。整個(gè)舉升機(jī)的重量幾乎都是由立柱來(lái)支撐的，因此它必須要有一定的強(qiáng)度和剛度。（強(qiáng)剛度的設(shè)計(jì)計(jì)算在第四章）。立柱中間的空間是用來(lái)放置舉升裝置以及滑臺(tái)部件的。整個(gè)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(xiàn)度和平行度，立柱內(nèi)外表面還要有一定的粗糙度等。
圖2.3左立柱的俯視圖
2.3 支撐機(jī)構(gòu)
托臂部分是屬于舉升機(jī)的支撐機(jī)構(gòu)。當(dāng)汽車(chē)進(jìn)入到舉升機(jī)的范圍里時(shí)，整個(gè)支撐機(jī)構(gòu)就通過(guò)改變搖臂的角度或方向來(lái)改變托臂的整個(gè)工作范圍的寬度。本次設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)是非對(duì)稱(chēng)式的托臂，這樣設(shè)計(jì)增加了托臂的寬度，實(shí)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(zhǎng)都是有一定的伸縮性的。如圖2.4所示：
圖2.4非對(duì)稱(chēng)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(zhǎng)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(zhǎng)前的工作范圍按照軌跡1來(lái)運(yùn)動(dòng)；托臂伸長(zhǎng)后的工作范圍按照軌跡2來(lái)運(yùn)動(dòng)；而且，圖中的軌跡1和2是托臂的兩個(gè)極限位置，在1和2的范圍內(nèi)，托臂的長(zhǎng)度是可以伸縮的。但是由于托臂屬于支撐機(jī)構(gòu)，它是要承受一定的重量的，所以本次設(shè)計(jì)采用非對(duì)稱(chēng)式的結(jié)構(gòu)就更能保證托臂的強(qiáng)剛度了。非對(duì)稱(chēng)式托臂的詳細(xì)結(jié)構(gòu)如下圖2.5所示：
圖2.5非對(duì)稱(chēng)式托臂的結(jié)構(gòu)圖
2.4 平衡機(jī)構(gòu)
由于舉升機(jī)在上升或下降時(shí)必須要采用強(qiáng)制性的平衡裝置來(lái)確保汽車(chē)整體的水平位置保持一致，所以本次設(shè)計(jì)采用了鋼絲繩來(lái)作為整個(gè)舉升機(jī)的平衡機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)所采用的是在單個(gè)立柱內(nèi)安裝兩副左右對(duì)稱(chēng)的鋼絲繩，但是在這個(gè)單個(gè)立柱里面的鋼絲繩的走向確是兩個(gè)相反的方向，用戶(hù)可以通過(guò)改變鋼絲繩的張力來(lái)使左右兩邊的滑臺(tái)在抬升的過(guò)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(gè)立柱里的鋼絲繩的走向如圖2.6所示：
圖2.6單個(gè)立柱內(nèi)鋼絲繩的走向示意圖
2.5 保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)
汽車(chē)舉升機(jī)是一種對(duì)安全性能要求特別高的舉升設(shè)備。通常設(shè)有多種保險(xiǎn)裝置和保護(hù)措施：液壓回路的保壓、機(jī)械鎖止保險(xiǎn)裝置、機(jī)械自鎖裝置、舉升過(guò)載保護(hù)、沖頂保護(hù)、防滑等等。機(jī)械自鎖是指失去驅(qū)動(dòng)力后，利用機(jī)械機(jī)構(gòu)的重力（被驅(qū)動(dòng)物體的阻力）來(lái)自動(dòng)阻礙其運(yùn)動(dòng)的保護(hù)[10]。
本次設(shè)計(jì)中電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)的組成是：在兩個(gè)滑臺(tái)上均有安裝安全卡位條，當(dāng)汽車(chē)升起后，卡位條與電磁鐵連接的支撐板構(gòu)成機(jī)械自鎖機(jī)構(gòu)，由于兩個(gè)立柱上均裝有電磁鐵安全鎖，如圖2.7所示，并且這兩個(gè)安全鎖所裝的位置不在同一直線(xiàn)上而是互相錯(cuò)開(kāi)在對(duì)角線(xiàn)上，起到雙保險(xiǎn)的作用[7]。
圖2.7電磁鐵安全鎖
1—電磁鐵，2—保險(xiǎn)孔板，3—保險(xiǎn)孔支撐座
作為保險(xiǎn)裝置的電磁鐵安全鎖是由好幾個(gè)零件組成的。其中主要的幾個(gè)零件包括：保險(xiǎn)孔板、保險(xiǎn)孔支撐座和電磁鐵。當(dāng)電磁鐵得電將保險(xiǎn)孔支撐座吸住時(shí)，它和鎖緊板之間沒(méi)有接觸，此時(shí)的舉升機(jī)處于保險(xiǎn)打開(kāi)狀態(tài)，整個(gè)滑臺(tái)可以自由地上下移動(dòng)。當(dāng)電磁鐵失電時(shí)，保險(xiǎn)孔支撐座處于圖示狀態(tài)，此時(shí)的保險(xiǎn)孔支撐座將與滑臺(tái)上的鎖緊板互相頂住，使滑臺(tái)固定在一個(gè)位置而不能上下移動(dòng)，起到保險(xiǎn)的作用。
3 普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的強(qiáng)剛度分析與驗(yàn)算
雙柱式汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式有多種，QJY04-02B型舉升機(jī)系是指液壓驅(qū)動(dòng)的雙柱舉升機(jī)。此類(lèi)舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)由液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制的，通過(guò)兩立柱內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接立柱與滑臺(tái)的鏈條，使滑臺(tái)上安裝的大滾輪沿立柱滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)滑臺(tái)的上下移動(dòng)。舉升設(shè)備的主要部分有：舉升機(jī)構(gòu)、支承機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和電磁鐵安全鎖機(jī)構(gòu)。
本次設(shè)計(jì)的舉升機(jī)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(dāng)拉下操縱桿使溢流閥接通，4噸轎車(chē)由最高位置降到最低位置所需時(shí)間不小于50秒；電動(dòng)機(jī)功率2.2 KW；舉升臂在最低位置時(shí)的舉升高度為120mm，最大舉升高度為1850mm，工作行程為1730mm。
3.1 普通式雙柱舉升機(jī)立柱的結(jié)構(gòu)分析和驗(yàn)算
3.1.1 主立柱的截面特性分析與計(jì)算[5]
主立柱體是舉升機(jī)主要的受力承重部件。舉升機(jī)立柱在工作時(shí)受來(lái)自于保險(xiǎn)鎖機(jī)構(gòu)處因承重的壓力和升降滑臺(tái)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(shì)，底部焊口在拉壓應(yīng)力的作用下有開(kāi)裂的傾向，故立柱底部與底座處焊有加強(qiáng)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(xiǎn)裝置支承板，用于鎖定狀態(tài)時(shí)受力和承重，下部與底座焊接。其中一個(gè)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(duì)其截面特征進(jìn)行分析，主要是確定立柱截面形心的位置和截面的慣性矩。
3.1.1.1 確定立柱截面形心和中性軸的位置
將整個(gè)截面分為A1、A2、A3三個(gè)部分，取與截面底邊互相重合的Z′軸為參考軸（見(jiàn)圖4.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖），Z1、Z2、Z3分別為三個(gè)組合截面的中性軸，則三個(gè)截面的面積及其形心至Z＇軸的距離分別為：
圖4.1舉升機(jī)主立柱橫截面示意圖
∴重心C到相應(yīng)邊的距離e：
[19] ………………(4.1)
整個(gè)截面形心C在對(duì)稱(chēng)軸Y上的位置則為：
…(4.2)
3.1.1.2 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4.1），它們距Z軸的距離分別為：
由平行移軸公式，三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩分別為：
…………(4.3)
、、為三截面對(duì)各自心軸Z1、Z2、Z3的慣性矩，將三截面對(duì)中性軸Z的慣性矩相加，可得立柱整個(gè)截面對(duì)中性軸Z的慣性矩：
3.1.1.3 立柱靜矩S的計(jì)算：
（1）立柱整個(gè)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(gè)截面上半部分的靜矩S為：
（2）立柱整個(gè)截面下半部分的靜矩S2：
3.1.2 主立柱的強(qiáng)度分析與驗(yàn)算
舉升機(jī)工作時(shí)，其托臂將汽車(chē)舉升至一定高度后鎖定，舉升機(jī)直接承載處位于托臂端部，故應(yīng)先對(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行受力分析（見(jiàn)圖4.2滑臺(tái)部件受力情況示意圖）：
在分析之前，對(duì)滑臺(tái)部件進(jìn)行了調(diào)查。其中本次設(shè)計(jì)的滑臺(tái)部件的組成之一是大滑輪，滑輪的種類(lèi)形狀有很多，有“兩個(gè)大圓柱滾輪型”、“四個(gè)頂角處是采用四個(gè)小滾輪型”、還有最原始的“四個(gè)角用四個(gè)橡膠滑塊”或是“用兩個(gè)滑塊代替兩個(gè)大圓柱滾輪”，但是用的較多的是“采用兩個(gè)大圓柱滾輪”的形式，如果采用其他類(lèi)型的滾輪例如用滑塊來(lái)代替滾輪，那么整個(gè)滑臺(tái)就不容易鎖定，容易滑動(dòng)；除此之外就是同步性的問(wèn)題也不容易解決。
圖4.2滑臺(tái)部件受力情況示意圖
3.1.2.1 滑臺(tái)部件受力情況分析
滑臺(tái)部件自身重量近似估算如下：
滑臺(tái)組合件尺寸：采用160×160方鋼，壁厚8 mm，高800mm
滑臺(tái)體積：
搖臂座尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長(zhǎng)440mm
搖臂座體積：
托臂近似尺寸：采用100×100方鋼，壁厚8 mm，長(zhǎng)（800＋310）＝1110mm
托臂體積：
鋼材比重選?。?
所以，滑臺(tái)部件、搖臂座和托臂的重量為
將滑臺(tái)、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(guò)滾輪給予的反力，F(xiàn)BX和FBY為保險(xiǎn)支承板給予的支承力，B處為支承點(diǎn)，假定自重全部集中在負(fù)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(tái)部件中滑臺(tái)、搖臂座和托臂的總自重，假定自重全部集中在負(fù)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(tái)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(guò)滾輪給予的反力，F(xiàn)1=F2，F(xiàn)BX和FBY為保險(xiǎn)支承板給予的支承力，B處是支承點(diǎn)位置，則：
。
3.1.2.2 舉升機(jī)主立柱受力情況分析
主立柱受力情況（見(jiàn)圖4.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖），F(xiàn)1和F2是滑臺(tái)通過(guò)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(tái)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(duì)立柱受力情況，經(jīng)計(jì)算得：
圖4.3普通式雙柱舉升機(jī)主立柱受力情況示意圖
RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg
3.1.2.3 普通式雙柱舉升機(jī)主立柱強(qiáng)度校核計(jì)算
從圖4.3看出，整個(gè)立柱體相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，可畫(huà)出立柱的彎矩圖和剪力圖。
由F1引起的彎矩圖和剪力圖見(jiàn)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(jiàn)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(jiàn)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（QC=5234.804kg），彎矩最大（MC=2748272.1kg）,所以此處是危險(xiǎn)截面。前面計(jì)算已經(jīng)得到，抗彎截面模數(shù)為： ………………………………………(4.8)
截面上半部分靜矩S＝171.24cm3， …………(4.9)
以下進(jìn)行強(qiáng)度校核：
（1）校核正應(yīng)力強(qiáng)度：
………………(4.10)
許用應(yīng)力選： …………………………(4.11)
，滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。
（2）校核剪應(yīng)力強(qiáng)度：
…………………(4.12)
選，而許用應(yīng)力………(4.13)
，滿(mǎn)足強(qiáng)度條件。
（3）折算應(yīng)力強(qiáng)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(yuǎn)的邊緣處，而最大剪應(yīng)力則產(chǎn)生在中性軸上，雖然通過(guò)上面的校核說(shuō)明在這兩處的強(qiáng)度都是滿(mǎn)足要求的，但是因?yàn)樵诮孛鍯處，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(dāng)?shù)膹?qiáng)度理論進(jìn)行折算應(yīng)力校核，取該截面邊緣處某點(diǎn)K進(jìn)行計(jì)算：
……………………(4.14)
………………………………(4.15)
由于點(diǎn)K處在復(fù)雜應(yīng)力狀態(tài)，立柱體材料采用的30鋼是塑性材料，可以采用第四強(qiáng)度理論[20]，將 的數(shù)值代入，用統(tǒng)計(jì)平均剪應(yīng)力理論對(duì)此應(yīng)力狀態(tài)建立的強(qiáng)度條件為： …………………(4.16)
所以
即 …………………………………………………(4.17)
∴按第四強(qiáng)度理論所算得的折算應(yīng)力也滿(mǎn)足許用強(qiáng)度要求。
3.1.3 主立柱的剛度計(jì)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?。?96－206Gpa
取201Gpa=20.1×106N/cm2
= = …………(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(jì)。
實(shí)際往內(nèi)彎的繞度
3.2 托臂部分的強(qiáng)度校核
3.2.1 托臂部分截面特性
托臂部分截面屬于變截面，以下先計(jì)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(jì)算：
（2）大臂截面尺寸：92×92方鋼，壁厚8mm，a=92,b=76
慣性矩：
3.2.2 托臂部分強(qiáng)度核算
圖示為左后托臂部件圖：
圖4.9左后托臂部件圖
圖中的A、B、C、D分別對(duì)應(yīng)著托臂示意圖中的A、B、C、D四個(gè)截面：
下圖是托臂示意圖：
圖4.10托臂示意圖
按照A,B,C,D幾個(gè)典型截面進(jìn)行分析，各個(gè)截面的截面圖如下：
(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：I=129.225cm4 ；Wx=36.92cm3
保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
（2）B截面：92*92方鋼
A1=80×15=1200mm2
yA1=92+15/2=99.5mm
A2=92×92-76×76=8464-5776=2688mm2
yA2=92/2=46mm
YC=(1200×99.5+2688×46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm
IA1=80×153/2+(99.5-62.51)2×1200=1664412.12mm4
IA2=(924-764)/12+(62.51-46)2×2688=392.46cm4
所以cm4
W=89.41cm3
保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
（3）C截面：
A1=12cm2
yA1=92+15/2+60=15.95cm
A2=26.88cm2
yA2=4.6cm
A3=60×10=6cm2
yA3=92+60/2=12.2cm
yC=(12×15.95+26.88×4.6+6×12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm
IA1=50×153/2+(15.95-8.56)2×12=641.73cm4
IA2=(924-764)/12+(8.56-4.6)2×16.88=759.875cm4
IA3=1*63/12+(12.2-8.56)2×6=183.615cm4
所以IA總=IA1+IA2+IA3=1585.22cm4
W=I總/8.65=1585.22/8.65=183.26cm3
MC=2066.37×94=194238.78kgcm
滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
（4）D截面：
慣性矩：I=318.976cm4 ； W=69.342cm3
MD=2066.37×53=109517.61kgcm
,保險(xiǎn)系數(shù)較小可滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。
3.2.3 從托臂處考慮撓度情況
托臂亦相當(dāng)于一個(gè)懸臂梁，端部受力P＝2066.37kg，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(gè)力P＝2066.37kg和一個(gè)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(tái)產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，滑臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)又使托臂有一定的下沉量，經(jīng)計(jì)算，。
故托臂端部總下沉量為：
在舉升機(jī)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，此值滿(mǎn)足距立柱最遠(yuǎn)點(diǎn)的托臂支承面下沉量要求。
4 液壓系統(tǒng)
4.1 液壓系統(tǒng)工作原理
啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)按鈕后電機(jī)起動(dòng)并帶動(dòng)油泵從油箱中吸入壓力油送到舉升缸中使活塞桿移動(dòng)，此時(shí)安全溢流閥關(guān)閉。此閥的壓力在出廠(chǎng)前已經(jīng)調(diào)好，以保證起重的額定載荷的要求。當(dāng)系統(tǒng)中壓力超過(guò)極限時(shí)，自動(dòng)溢流卸油閥松開(kāi)，起動(dòng)按鈕停止供油，提升結(jié)束，開(kāi)始作業(yè)工作。如果拉動(dòng)滑臺(tái)上兩個(gè)機(jī)械安全鎖后再按手動(dòng)式下降閥便開(kāi)始卸油下降，其工作原理圖見(jiàn)圖5.1：
圖5.1液壓系統(tǒng)工作原理圖
1-齒輪泵，2-電動(dòng)機(jī)，3-濾油器，4-單向閥，5-溢流閥，6-手動(dòng)式下降閥， 7-伺服限流閥，8-軟管，9-防油管爆裂閥，10-舉升缸，11-液位計(jì)，12-空氣濾清
4.2 液壓缸活塞桿受壓校核
4.2.1 液壓缸活塞桿強(qiáng)度驗(yàn)算
根據(jù)活塞桿只受壓力的工作情況，強(qiáng)度驗(yàn)算公式為：
d≥35.7（F/[σ]）1/2mm ……………………………………………………(5.1)
式中：F—載荷力KN。
這里 F=1/2G=(4000/2)×g=2000Kgf=19.62KN …………………………………(5.2)
[σ]—活塞桿材料應(yīng)用應(yīng)力MPa
[σ]=σs/n ………………………………………………………………………(5.3)
其中：σs—材料屈服極限，n=安全系數(shù)。取σs =315MPa，n=3，[σ]=105MPa。
則 d≥35.7（19.62/105）1/2 =15.432 mm
實(shí)際采用之活塞桿直徑d=38mm＞＞15.432mm，所以符合受壓強(qiáng)度要求。
4.2.2 液壓缸活塞桿受壓穩(wěn)定性校核
液壓缸壓桿安裝形式如下圖示：
圖5.2液壓缸壓桿安裝圖
已知：缸體長(zhǎng)度 L=1078mm
工作行程 l=914mm
活塞桿直徑 d=38mm
計(jì)算長(zhǎng)度 l′=L+l=1992mm
活塞桿截面積 A=（π/4）×d2
活塞桿轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 J=（π/64）×d4
活塞桿回轉(zhuǎn)半徑 K=（J/A）1/2=d/4
柔性系數(shù) m=85
末端條件系數(shù) n=2
則 l′/K=4×l′/d=4×1992/38=209.684
m×n1/2=85×21/2=120.21
由于 l′/K＞ m×n1/2，則可按下列公式計(jì)算臨界載荷
PK=π2nEJ/L′2……………………………………………………………………(5.4)
式中：E—材料彈性模量，取E=2.1×105 MPa，J—mm4，l′—mm
則：PK=[3.14162×2×2.1×1011×（3.1416/64）×0.0384]/19922=106924.616N
取安全系數(shù)nK=3, 臨界穩(wěn)定載荷PK/ nK=106924.616/3=35641.539N
實(shí)際工作載荷F=1/2G=2000Kgf=19620N
F=1/2G=2000Kgf=19620N＜PK/ nK，所以滿(mǎn)足壓桿穩(wěn)定條件。
5 結(jié)論
本文首先對(duì)所有的汽車(chē)舉升機(jī)的情況進(jìn)行了簡(jiǎn)單的闡述，并介紹了各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)有了初步了認(rèn)識(shí)。然后再根據(jù)各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的各種使用要求，結(jié)合前人設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的各種結(jié)構(gòu)，按照自己所要設(shè)計(jì)的舉升機(jī)的要求對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)方面的設(shè)計(jì)。
本次所設(shè)計(jì)的舉升機(jī)是采用以液壓驅(qū)動(dòng)、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(chē)舉升機(jī)。液壓驅(qū)動(dòng)是由液壓系統(tǒng)以及電箱組成的。整個(gè)舉升機(jī)的外形是雙柱式的，同時(shí)它的支撐機(jī)構(gòu)是非對(duì)稱(chēng)式的托臂。通過(guò)電磁鐵安全鎖將立柱內(nèi)的滑臺(tái)固定住，起到保護(hù)的作用。
總結(jié)這次普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)，大體可以歸納為以下幾點(diǎn)：
⑴通過(guò)市場(chǎng)調(diào)查，首先了解了汽車(chē)舉升機(jī)種類(lèi)，并熟悉了各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的外形以及它們的功能特點(diǎn)、使用要求等。在對(duì)汽車(chē)舉升機(jī)有了一定的了解后，將各類(lèi)汽車(chē)舉升機(jī)的裝配結(jié)構(gòu)作了對(duì)比，最終確定了本次設(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的設(shè)計(jì)方案。
⑵在確定了設(shè)計(jì)方案之后，就對(duì)普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中通過(guò)參考其它形式的舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再結(jié)合了自己的設(shè)計(jì)思想，最終把此次普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成由舉升裝置、立柱、支撐機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)五大部分組成。
⑶由于汽車(chē)舉升機(jī)是一種將汽車(chē)抬升到一定高度后用于汽車(chē)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(jì)了汽車(chē)舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)之后，還對(duì)它的強(qiáng)度、剛度進(jìn)行驗(yàn)算，以保證舉升機(jī)有足夠的承載能力來(lái)安全有效地工作。
⑷除了對(duì)普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)、驗(yàn)算外，還進(jìn)行了液壓部分的驗(yàn)算。因?yàn)楸敬卧O(shè)計(jì)的普通式雙柱汽車(chē)舉升機(jī)的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)采用的是液壓驅(qū)動(dòng)，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(xì)長(zhǎng)桿，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須要考慮到細(xì)長(zhǎng)桿的穩(wěn)定性，所設(shè)計(jì)的方案必須要通得過(guò)驗(yàn)算。
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