1、陕西理工学院毕业设计（论文）子母剪式举升机设计作者：楚斌（陕西理工学院机械工程学院机自 071 班 陕西 汉中 723003）指导老师：何亚娟摘要本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，依据有限元、虚拟装配技术及结构 优化设计等理论，建立 举 升机 Pro/E 三维实体模型，CAD 作图，并进 行虚拟装配，获得举升机在载荷工况作用下的应力、 应变及变形状况，进一步提高举升机的稳定性及安全性。关键词子母剪式举升机 Pro/E CADShear type elevator machine designAuthors: Chu Bin（Grade 07,Class1,Major
2、machine design manufacture and autormation，school of Mechanical Engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723003，Shaanxi）Tutor: He Ya JuanAbstract：The design of the car lift in considering the structure of the typical form and on the basis of actual working conditions, based on finite el
3、ement method, structural optimization of virtual assembly technology and design theory, the Lift Pro / E three-dimensional solid model, CAD Mapping, and the virtual assembly, access to lift the load under conditions of stress, strain and deformation conditions, to further improve the stability and s
4、afety of lift.Key words：Picture Scissor Lift Pro / E CAD陕西理工学院毕业设计（论文）目录第 1章 绪 论 .11.1 选择背景、研究目的及意义 .11.2 国内外研究现状 .21.2.1 举升机的发展历史 .21.2.2 国内外研究状况 .21.3 研究内容及研究方法 .31.3.1 研究内容 .31.3.2 研究方法 .3第 2章 剪刀式举升机结构设计 .42.1 举升机结构确定 .42.1.1 举升机整体结构形式及基本组成 .42.1.2 举升机各零部件之间的连接关系 .52.2 确定剪刀式举升机的各结构尺寸 .52.2.1 建立轿车
5、模型 .52.2.2 子母剪式举升机主要结构尺寸确定 .62.4 电机的选用 .82.5 剪刀式举升机各部件重量 .82.6 本章小结 .10第 3章 剪式举升机机构建模 .113.1 剪刀式举升机构力学模型 .113.1.1 举升机构力学模型建立与分析 .11陕西理工学院毕业设计（论文）3.1.2 计算液压缸的推力 .123.2 举升机的力学分析与计算 .123.2.1 举升机最低状态时，各臂受力情况 .133.2.2 举升机举升到最高位置时，各臂受力情况 .143.2.3 剪刀式举升机构主要受力杆件强度校核计算 .143.2.4 连接螺栓的校核 .183.3 结构加强措施 .213.4 本
6、章小结 .21第 4章 液压系统和电气系统的选择 .234.1 液压系统 .234.1.1 液压系统组成 .234.2 液压系统的选择 .254.2.1 汽车举升机液压系统设计要求 .254.2.2 液压系统的设计 .264.3 液压缸的计算与选型 .274.3.1 液压缸的安装位置 .274.3.2 举升机液压缸推力及行程的确定 .284.3.3 液压缸的选型 .284.4 液压泵的计算与选型 .284.4.1 液压泵工作压力的计算 .294.4.2 液压泵功率的计算 .294.4.3 油泵流量的计算 .30陕西理工学院毕业设计（论文）4.4.4 油泵的选型 .304.5 电气系统设计 .3
7、14.5.1 电气系统组成 .314.5.2 电气系统控制设计 .324.5.3 电动机类型的选择 .344.5.4 功率 .344.5.5 电动机的选择与验算 .35第 5章 结 论 .37致 谢 .38参考文献 .39陕西理工学院毕业设计（论文）第 1 页 共 40 页第 1章 绪 论1.1 选择背景、研究目的及意义近年来，我国汽车业蓬勃发展,尤其是轿车行业，多年来轿车进入普通家庭的梦想已经成为现实，汽车维修行业也随之得到大力发展，汽车举升机是现代汽车维修作业中必不可少的设备，无论整车大修，还是小修保养，都离不开它。在规模各异的维修养护企业中，无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围
8、单一的街边店（如轮胎店） ，几乎都配备有举升机。它的主要作用就是为发动机、底盘、变速器等养护和维修提供方便。举升机的重要性和普及性，决定了它是一种备受专业人士和经营管理者重视的设备。举升机一般有柱式、剪式的，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。目前，使用的汽车剪刀式举升机可能发生汽车坠落的原因较多，有安装基础不牢、自锁装置失效、举升臂变形、两侧举升臂上升速度不等、液压油路爆裂、汽车拖垫打滑等，经过对失效的剪刀式举升机进行检测分析发现,这些事故的主要原因往往是设计上存在着缺陷，如果做工不好或者设计不好就容易导致台面不平、导致单边升降等危险发生，因此，进一步提高剪刀式举升机产品的性能与可靠
9、性，是国内举升机任重道远且亟需改进的地方。本设计采用计算机 CAD/CAE 对剪刀式举升机进行结构设计，提高产品的综合性能和安全可靠性。计算机 CAD/CAE 技术是一种崭新的产品开发技术，是国际上 20 世纪80 年代随着计算机技术的发展而迅速发展的一项计算机辅助工程技术。该技术一出现，立即受到了工业发达国家的有关科研机构和企业公司的极大重视，许多著名的制造厂商纷纷将计算机仿真技术引入各自的产品开发，取得了良好的经济效益。计算机 CAD/CAE 技术在一些发达国家,如美国、德国、日本等已得到广泛应用,应用领域极广，如汽车制造业、工程机械、航空航天业、造船业、机械电子工业、国防工业、医学及工程
10、咨询等多方面。目前,计算机 CAD/CAE 技术已在我国得到了应用与推广,主要在汽车、航天航空、武器制造、机械工程等方面。而从我国目前的情况来看,计算机 CAD/CAE 技术主要在汽车制造业和武器装备制造业中应用较为广泛,但只停留在初步应用阶段。现今，在我国利用 CAD/CAE 技术对汽车举升机进行设计研究还尚未见成果发表。只有将汽车举升机的工程实践和计算机 CAD/CAE 技术结合起来，才能真陕西理工学院毕业设计（论文）第 2 页 共 40 页正加快汽车举升机产品的发展历程，为此，本课题基于计算机 CAD/CAE 技术平台，利用当前 CAD/CAE 领域内应用比较广泛的三维软件 Pro/E、
11、有限元软件 ANSYS 进行汽车举升机的强度、刚度、稳定性及动态特性等方面的计算机有限元分析与研究，可以代替剪刀式举升机物理样机的前期试验，为我国汽车举升机产品的设计、技术开发方面提供更多的理论参考，进一步提高国产汽车举升机的稳定性和可靠性，提高产品的市场竞争力。该设计的研究方法，也可应用于汽车举升机及其他新产品的研究开发中，可以缩短新产品研制周期，减少研制经费，提高设计精度和效率，对于国内举升机的发展具有重大的现实意义。1.2 国内外研究现状1.2.1 举升机的发展历史汽车举升机在世界上已经有了 70 年历史。1925 年在美国生产的第一台汽车举升机，它是一种由气动控制的单柱举升机，由于当时
12、采用的气压较低，因而缸体较大；同时采用皮革进行密封，因而压缩空气驱动时的弹跳严重且又不稳定。直到 10 年以后，即1935 年这种单柱举升机才在美国以外的其它地方开始采用。发展至今经历了许多的变化改进，种类也比较多，一般有柱式、剪式，其驱动方式有链条传动，液压传动，气压传动等。其中剪式举升机使用方便，占地空间较小，受到很多实力雄厚的特约维修站的欢迎，这也是未来举升机的发展方向。在市场上可以看到的型式各异、尺寸不同的举升机中，有一些特别适合于从事特殊类型的维修作业，也有少数的举升机适合进行一些其它的维修作业。1.2.2 国内外研究状况目前，发达国家（如美国）生产的汽车举升机质量较好、性能较稳定、
13、设备操作简单，在经销商中口碑良好。我国的汽车举升机是20世纪90年代依据国外的产品技术生产的，国内最早研究剪式举升机的是上海宝得宝，1999年开始，宝得宝机型比较笨重，主要的质量问题集中在油管易爆和平台不同步，2000年后质量有了改进。但由于不是批量，所以价格偏高。到现在举升机市场已经拥有近百个中外品牌，产品系列成百上千。然而国内汽车举升机虽然也相对定型，但很多产品性能还不够稳定，故障多，可靠性差，外观不够美观，在产品设计、技术开发等方面都还有很多地方有待改进。陕西理工学院毕业设计（论文）第 3 页 共 40 页剪刀式举升机是一个使用较广的举升机，在最近几年所有新销售的举升机中，至少二分之一都
14、是这种类型的。这种设计之所以很流行，有几方面的原因的：一就是这种举升机安装起来很快，不需要大范围的开挖，也不需要对维修厂的整体布局进行一些永久性的变动。二是功能的多样性，它适用于大多数轿车的维修和保养。三是剪式举升机使用方便，占地空间较小。四是经济实惠，剪式举升机较为精密。 无论是维修多种车型的综合类修理厂，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店）都适用。1.3研究内容及研究方法1.3.1 研究内容本设计在考虑典型的汽车举升机的结构形式和实际工况条件基础上，依据有限元、虚拟装配技术及结构优化设计等理论，建立举升机Pro/E三维实体模型，并进行虚拟装配，将关键零部件模型导入ANSYS软件进行有限元分
15、析，获得举升机在载荷工况作用下的应力、应变及变形状况，进一步提高举升机的稳定性及安全性。设计中我们研究的主要内容如下：（1）子母剪式举升机工作原理与结构形式的研究与分析；（2）子母剪式举升机二维结构设计；1.3.2 研究方法资料收集及总体方案制定举升机工作原理与结构形式分析举升机二维结构设计（对各个机构零件进行强度分析）整机虚拟装配 撰写设计说明书第 2章 剪刀式举升机结构设计2.1 举升机结构确定2.1.1 举升机整体结构形式及基本组成此次课题设计的内容为子母剪式举升机，剪刀式举升机的发展较迅速，种类也很齐全。按照剪刀的大小分为大剪式举升机（又叫子母式），还有小剪（单剪）举升机 ；按照驱动形
16、式又可分为机械式、液压式、气液驱动式；按照安装形式又可以分为藏地安装，地面安装。因为此次设计所要举升的重量为 3.5t 以下的轿车 ，所以采用子母剪式液压驱动举升机就完全可以。为了适合大小维修厂，对地基没有过多要求，地面安装即可。整体结构形式如图 2.1 所示。陕西理工学院毕业设计（论文）第 4 页 共 40 页图 2.1 子母剪式举升机整体结构形式 子母剪式液压平板举升机由机架、液压系统、电气三部分组成。设置限位装置、升程自锁保护装置等以保证举升机安全使用，保障维修工人的生命安全。举升机由电气系统控制，由液压系统输出液压油作为动力驱动活塞杆伸缩，带动举升臂上升、下降、锁止。举升机一侧上下端为
17、固定铰支座，举升臂由销连接固定在铰支座上。另一侧上下端为滑轮滑动，举升臂通过轴与滑轮连接。举升机在工作过程中，以固定铰支座一侧为支点，滑轮向内或向外滑动，使举升机上升下降，当达到适当的举升位置时，利用液压缸上的机械锁锁止。子母剪式举升机使用方便，结构简单，占地面积小，适用于大多数轿车、汽车的检测、维修及保养，安全可靠。2.1.2 举升机各零部件之间的连接关系举升机的工作是靠液压缸活塞杆的运动实现举升下降的。液压缸固定在下外侧举升臂上通过轴连接，活塞杆作用在上端轴上，轴直接连接两举升臂。如图 2.1 所示，活塞杆向外伸出时，带动举升臂向上运动。各举升臂必须相互联系，采用螺栓连接，图中左侧用轴连接
18、，因各铰接处均有摩擦，所以采用润滑脂润滑。举升臂向上运动时，通过轴带动滑轮滑动，举升臂、轴与滑轮之间需使用键进行周向固定，力才能相互传陕西理工学院毕业设计（论文）第 5 页 共 40 页递，滑轮轴上还放有套筒，并采用锁止螺钉进行轴向固定，轴两端用弹性挡圈固定，防止臂和滑轮外移；连接螺栓处用止动垫圈固定锁止；固定铰支座处用销链接，销通过锁止螺钉锁止；底座通过地脚螺栓固定于地面上；这样举升机才能正常工作。2.2 确定剪刀式举升机的各结构尺寸2.2.1 建立轿车模型为使举升机使用范围广，本设计首先建立了一个轿车模型 1。根据表 2.1 所列车身参数信息。 表 2.1 参数信息根据丰田和大众轿车的车身
19、信息确定一个使用较广的车模：它的车身参数是：车身长 4.7m，宽 1.75m，高 1.5m，轴距 2.1m，前后轮距平均为 1.5m，车自重 1.5t，该轿车模型集丰田轿车外型，奥迪外型，大众车系于一体，具有较广的代表性。2.2.2子母剪式举升机主要结构尺寸确定1、子母剪式举升机已知的主要技术参数如表 2.2所示表 2.2 主要技术参数技术数据 数值 单位举升重量 3.5 T举升高度 3002000 mm提升时间 180 S车身信息长丰帕杰罗 3.0GLS 手动 上海大众劲取车身长/宽/高（mm） 4830/1895/1885 4200/1650/1465前轮距 1575 1460后轮距 15
20、60 1460轴距 2775 2460前轮规格 215/60R16 195/55R15后轮规格 215/60R16 195/55R15车 型陕西理工学院毕业设计（论文）第 6 页 共 40 页要求举升机的提升速度是经 3min 时间内举升机能升高到 1.5m，但考虑到实际修理时 3min 太长不利于维修，设上升时间为 1min。实际升高 1.15m，并且举升机在各高度工作时，都能自锁。2、 举升机压缩到最低位置时各部分尺寸1）支撑平台尺寸大剪举升平台由于车身全部停于平台台面，所以平台尺寸应大于汽车轴距，根据一般轿车轴距为 2.6m 左右，轿车轮胎直径一般不超过 700mm，故取 3000mm
21、合适，外型高为 70mm，实厚为 15mm。 小剪举升平台根据轿车轴距为 2.6m，轿车轮胎直径一般不超过 700mm，为避免干涉，举升机小剪平台两端与轮胎边缘要有一定距离，取平台边距轮胎边缘之间距离为 150mm，则平台外型长 。平台宽一般为 500mm600mm 左右，我们La=260-35102=6 m取平台宽为 Bp=550mm。举升时，重量作用在整个平台上，力并不集中，所以平台不宜过厚，增加举升机重量，取外型高为 50mm，实厚为 10mm，只在四周加工凸台边缘。2）举升臂尺寸大剪举升臂因大剪平台长 La=3000mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，降低到最低点时举升臂不能超出
22、平台边缘，取支座距平台边缘的距离为 150mm。则固定铰支座与滑动滚轮之间距离 Lb=3000-150*2=2700mm举升机压缩到最低位置时，举升机高为 350mm,(底座到平台面的距离)。底座厚为15mm，滚轮直径 D=50mm ，滚轮处轴径 Dz=24mm ，为了避免滚轮直接磨损底座，设计时，加工滚轮滑道，滑道厚为 10mm，滑道宽 35mm，滑道长为 750mm。上下两滚轮之间的距离为 Hd=300-15*2-10-50*2=160mm 根据勾股定理求举升臂长 L ,求得 L=2705mm，设举升臂宽 110mm，厚为 20mm。小剪举升臂因为小剪平台 La=1600mm，固定铰支座和滑动滚轮分别放于平台下，大剪平台内，降至最低点时，内嵌于大剪平台内，固定铰支座和滑动滚轮要与平台有一定的距离，取支座距平台边缘的距离为 150mm。则固定铰支座与滑动滚轮之间距离。Lb=160-52130 m举升机压缩到最低位置时，举升机高度为 300mm,底座厚 10mm，滚轮直径 D=30mm，
