双柱举升机设计.doc

双柱举升机设计
普通式双柱汽车举升机设计

摘 要：随着社会发展，汽车成了必不可少的交通工具，汽车的维修和保养也越来越多，在各种各样汽车维修厂和保养店中，汽车举升机都是必不可少的维修机械，而其中双柱式汽车举升机应用的较多。现在，市场上有许多种类的举升机，双柱举升机，四柱举升机，剪式举升机，汽车举升机组合。此文简单的介绍了举升机的种类，我们根据提供的数据来确定举升机的方案之后，选择了龙门双柱式举升机来进行了设计与说明，使得举升稳定且安全，后面又对举升机的结构和工艺进行了分析和计算。然后校核双柱的刚强度，校核计算托臂的强度。后面再对液压缸的活塞杆的安全性和刚度和压杆强度校核，确保提升机按照设计使用要求，安全实用。
这次的毕业设计是汽车维修普通龙门式双柱举升机，我们采用了液压驱动的方式，设计的特点包含有：1操作简单，安全可靠；2价格实惠，拥有较大的市场份额；3龙门式无横梁，拆装方便；4采用可伸缩式非对称托臂，加大托臂工作范围；5适用于各种轿车；6使用寿命较长；7低能耗，节约能源。

关键词：龙门式，双柱举升机，举升安全稳定，保险装置，液压启动、强度校核，

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Abstract
with the development of society, the car has become an indispensable means of transport, car repair and maintenance is also more and more, in a variety of car repair plant  shop, car lift repair machinery are essential, and the double column type auto should be used more. Now, there are many types of lifting machine market, double lift, machine, auto lift machine combination. This paper introduces a simple type of lifting machine, we provide data to determine the lifting scheme, the choice of Long men double column lifting machine was designed and introduced, the lifting stability and safety, and the back lifting machine structure and process are analyzed and calculated. Then just check the strength of double column, the strength checking calculation. Back then the safety of the piston rod of the hydraulic cylinder and the stiffness and strut strength checking, ensure the hoist in accordance with there quire of design, safety and practicality.
This graduation design is a common type of Long men automobile repair double column lifting machine, we use the hydraulic drive mode, design features include: 1, simple operation, safe and reliable; 2 affordable, with a large market share;  3 Long men type beams, convenient disassembly and assembly; 4 with telescopic asymmetric arm increase the scope of work; 5, applicable to all kinds of car 6; long service life; 7 low energy consumption, energy saving.

Key words: Long men type, double lift, lifting safety, safety device,  hydraulic starting, strength check。

目 录
第一章绪论 1
1.1引言 1
1.2 举升机的方案拟定 1
1.2.1 常用汽车举升机的结构类型 1
1.2.2汽车举升机的重要参数 1
1.3汽车举升机的主要结构与要求 2
1.3.1 举升装置的要求 2
1.4 普通式双柱汽车举升机结构方案的确定 2
2 普通式双柱汽车举升机的结构设计 3
2.1 举升装置 3
2.2 平衡机构 4
2.3 立柱 5
2.4 支撑机构 5
2.5 保险机构 6
3 普通式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算 7
3.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算 7
3.1.1 主立柱的受力分析与计算[5] 7
3.1.2 对立柱截面进行分析和计算。 8
3.1.3 确定惯性矩 9
3.1.4立柱静矩S的计算： 9
3.1.5 主立柱的强度分析与验算 10
3.1.6滑台部件受力情况分析 10
3.1.7 举升机主立柱受力情况分析 11
3.1.8主立柱强度校核计算 12
3.1.9主立柱的刚度计算 15
3.2 托臂部分的强度校核 16
3.2.1 托臂部分截面特性 16
3.2.2 托臂部分强度核算 16
3.2.3 从托臂处考虑挠度情况 19
4 液压系统 20
4.1 液压系统工作原理 20
4.2 液压缸活塞杆受压校核 21
4.2.1 液压缸活塞杆强度验算 21
4.2.2 液压缸活塞杆受压稳定性校核 21
5 结论 23
参考文献 24
致谢 25

第一章绪论
1.1引言
随着科学的不断发展，人民生活越来越好，汽车也越来越多，汽车维修和保养的市场也日渐加大。而举升机在汽车维修和保养中至关重要。在各式各样的修理厂和4S店、就算是平常的一家补胎店中都会配备举升机。所以举升机市场竞争越发激烈。
最早的单柱式举升机越来越不适应现在的市场，因其只适应于修理汽车四周的地方，汽车底部的大部分会被阻挡，所以举升机有了很多修改方案，有了简单的如双柱式、四柱式、剪式。还有组合移动汽车式等。而其中双柱式简单可靠，维护简易，安全系数高，而且拥有优秀的价格优势。占据了举升机的一大部分市场。

1.2 举升机的方案拟定
1.2.1 常用汽车举升机的结构类型
现在，生产汽车维修用举升机的厂家众多，举升机的类型也多种多样。
举升机的分类与升降装置的形式也有很多种，包括螺旋升降，升降液压缸，齿轮齿条，起重链条传动升降式提升机等。
举升驱动力一般有两种：电机动力式举升机和液压动力驱动式举升机。

1.2.2汽车举升机的重要参数
下图是一家厂家普通龙门式双柱举升机一些重要技术参数 如表1.2所示。

表1.2

表1.2为这次设计所要求的数据，我所设计的是采用T-4.0C的数据要求。

1.3汽车举升机的主要结构与要求
普通举升机的主要结构设计分为6种，其中有（1）整体结构设计；（2）举升方式设计；（3）驱动模式选择；（4）平衡装置设计；（5）安全与保险设计；（6）托盘结构设计。
1.3.1 举升装置的要求
根据国家GB5226中的相关规定，普通举升机的电器系统的安全绝缘耐压符合要求。
液压系统在设计举升机时非常重要的重点，为动力结构。在平常的举升机设计中，其中的液压缸、各种连接管路和接头调压阀所能最大能承受的压力至少要是设定压力的两倍。且这些装置不能产生永久变形。
1.4 普通式双柱汽车举升机结构方案的确定
根据我们对一般的举升机的要求和认识，我设计了如图1.4的双柱举升机的结构示意图

图1.4龙门式双柱举升机的结构示意图

从示意图可大致看出，这个举升机由立柱、滑台、托臂、液压系统、举升系统、同步机构组成。这个举升机通过液压系统来提供动力并控制机械启动和停止。在这次设计中我们安装了两个液压油缸，由液压缸来通过链条带动托臂上升，来实现汽车的升降。

2 普通式双柱汽车举升机的结构设计
2.1 举升装置
下图为这次设计的举升机的举升装置的结构的示意图。，

图2.1举升装置结构图

从上图中可以看到，我们通过滑轮机构来使得液压缸行程来缩短，我们将链条放入滑轮槽中，链条的其中一端固定在立柱上，而另一端固定在滑台上。在液压缸举升时，滑台上升的高度就为液压缸行程的两倍，这样变相可以使液压缸行程减半并带动托臂上升。

图2.2动力装置示意图
这次设计的举升机举升装置是通过开启电动机来控制液压系统的液压单元，将液压油压进液压缸中，使得活塞杠杆上升，来推动滑台升降。如图2.2
从图2.2中可以看出这次举升机设计驱动装置的大致示意图，可以看出这个液压通过外接的控制单元来控制液压油进出，但由于有这两个液压缸是通过一个液压胶管来连接的，这会导致左右两个液压缸的举升有一个时间差，有可能使得启动不平稳，还有可能让两边的举升速度不一致而托臂不平衡，这样就不安全稳定。故此，我们在这基础上加上了两套钢丝绳来同步举升。
2.2 平衡机构
举升机的上升和下降时，为了安全，两边的托臂必须同时上升和下降。为了保持平衡，我们应用了平衡装置来保证两边同时上升和下降，而平常我们利用钢丝绳来平衡两边滑台。这次我们安装了两副走向相反，左右对称的钢丝绳，使得这两副钢丝绳的张力一致，这样就能保证平衡。其中一个立柱中的钢丝绳走向如图2.2所示。

图2.2钢丝绳的走向示意图

2.3 立柱
双柱举升机，顾名思义，由左右两个立柱构成，立柱需要有较大的强度和刚度，用来支撑整个托举装置和汽车的重量。且立柱内部装有滑台和液压举升装置，为了平稳的上升和下降，立柱必须有一定的行位公差，立柱的内壁必须要有相应的直线度和平行度。这样才能使滑台能平稳安全上升和下降。如图2.3，为这次设计的立柱俯视图。

图2.3立柱的俯视图

2.4 支撑机构
支撑机构采用非对称式托臂，托臂还具有伸缩性，这样加大了托臂的工作范围，能更好的更安全的托起汽车。适应于各种汽车，达到维修目的。如图2.4为支撑托臂的工作范围示意图。

1—托臂未伸缩是工作路线，2—托臂伸长后的工作路线
我们可以看出托臂的工作范围为图中的阴影部分，四个托臂都可以伸缩，轨迹1是未伸缩时的工作线路，轨迹2是伸缩后的工作路线。1和2所构成的扇形区域为整个托臂的工作范围，这样的设计就更加适应了大多数汽车底盘，加大了适应面。可是托臂要用来支撑整个汽车的重量，所以我们设计了非对称的托臂，用来保证托臂的刚强度。托臂如图2.5所示。

图2.5非对称式托臂的结构图

2.5 保险机构
对于汽车举升机来说，因为维修工作常在车底要求，故安全性能是其中一项至关重要的要求。所以对平常的举升机，我们都会为其加上多种保险装置和保护措施，防止事故的发生。其中有液压自锁、托臂机械自锁。在这次设计中，通过电磁安全锁来达到保证安全的作用，我们在滑台的一侧设计了棘轮，在汽车上升时，安全锁打开，顶住滑台，预防滑台在失去重力后滑落，从而达到保险的作用。而且我们在左右两个立柱都装有安全锁，防止其中一个失效，达到双保险的作用。滑台一侧为棘轮，在失去动力时，防止滑台滑落，保证安全。

图2.7电磁铁安全锁
1—电磁铁，2—保险孔板，3—保险孔支撑座
如图2.7，为我们设计所需要的电磁安全锁，它主要部分是由电次铁，保险孔套和保险孔支撑板所构成。保险孔板用来支撑住滑台，而电磁铁来控制保险孔板的开关，如图是电磁铁失电时，保险孔板顶住滑台，这样滑台就无法下降。

3 普通式双柱汽车举升机的强刚度分析与验算
双柱式汽车举升机，用于举升汽车，一般的工作负荷都好大，而且一定要确保安全，故我们必须要对举升机的主要结构进行强度分析和校核，这次我们对主力柱、滑台、托臂液压缸活塞杠这几个关键部位进行了受力分析和强度校核。
图3.0

从图3.0中看出，这次毕业设计的双柱举升机T-4.0C型号为，可以看出举升机的主要性能参数为：额定举升重量为4000kg；举升臂在最低高度100mm，最大举升高度为1800mm，所以工作行程为1700mm。在举升4000kg的时候，从最低位置举升到最高位置的时间为55s；当将4000kg汽车下降时，从最高下降到最低点时间为50s；我们所采用的电动机功率2.2 KW；
3.1 普通式双柱举升机立柱的结构分析和验算
3.1.1 主立柱的受力分析与计算[5]
举升机的主力柱将承担滑台和棘轮处所受的向内弯的力矩。所以我们必须要在立柱的底部焊接两个加强筋，防止立柱低裂开，造成危险事故。同时立柱为主要受力机构，必须要有一定的刚度和硬度，我们先通过对其截面进行计算确定立柱截面形心的位置，然后来进行计算受力和刚度和强度。
3.1.2 对立柱截面进行分析和计算。

图4.0 .
我们要计算出整个截面的形心，可以先把主力柱的截面分为A1.A2.A3三个部分，如图4.0所示。Z1，Z2和Z3分别三中性轴复合部分，三部分的面积和中心Z轴距离分别为
计算各部分的面积

∴重心C到相应边的距离e：
[19] ………………(4.1)

下面计算截面型心C相对在Y轴上距离为；
…(4.2)
3.1.3 确定惯性矩
根据图4.0所示，三质心的段分别C1，C2，C3，Z1，Z2，Z3的心轴，他们是从Z轴的距离分别为：

由平行移轴公式，三截面对中性轴Z的惯性矩分别为：
…………(4.3)

、、为三截面对各自心轴Z1、Z2、Z3的惯性矩，将三截面对中性轴Z的惯性矩相加，可得立柱整个截面对中性轴Z的惯性矩：

3.1.4立柱静矩S的计算：
（1）先计算举升机主力柱截面上部分的静矩S1：
………………(4.4)

计算出了、、，将其相加的出立柱截面上部分的静矩S为：

（2）然后计算举升机主立柱截面下部分的静矩S2：

3.1.5 主立柱的强度分析与验算
在维修汽车时，托臂需要将汽车固定在一定的高度，且这必须稳定，牢固。所以我们要对举升机构进行强度分析和演算。我们先计算滑台的受力。

图4.1
滑台部件受力情况示意图
3.1.6滑台部件受力情况分析
对滑台部件重量进行近似故算，如下：
滑台组合件尺寸：采用的
滑台体积：
摇臂座尺寸：采用100mm×100mm钢材，壁厚8 mm，长440mm
摇臂座体积：
对托臂部件进行近视估算，如下：
托臂近似尺寸：采用100×100钢材，壁厚8 mm，长度为1110mm=
托臂体积：
钢材比重选取：
分别计算出滑台，托臂座和托臂的重量

将滑台、摇臂座和托臂相加，可以得出总质量：

因为有两个托臂，最大载重为4吨，所以其中一个的托臂受载为2吨，再加上其本身的重量。
计算出滑台应受到的力，如下：
……………………………(4.5)
……………………………(4.6)
……………………………………………………(4.7)

由式4.7得，，代入式4.6

假定
则由式4.5得：
计算出滑台对负载的力，，F1=F2，FBX和FBB处是支承点位置，则：
。
3.1.7 举升机主立柱受力情况分析
上面我们已经计算出了滑台对主立柱的力F1.F2.. by。其中和 by是滑台对主力柱的压力；而F1和F2为滑台对主力柱的衡向力。从图4.3可以看出其的具体受力情况。

图4.2主立柱受力情况示意图

根据图4.2我们可以通过计算得出Mh：

RHX=0 RHY=FBY=2066.37kg

3.1.8主立柱强度校核计算
上面我们已经计算出了主立柱的受力，下面我们对主力柱的强度进行校核。
我们可以立柱体看成是一个悬臂梁，这样就可以画出主立柱的受力图，详情见图4.4：

图4.3主力柱F1所造成的弯矩图和剪力图

l=2600mm b=2415mm a=185mm

图4.4为力F2所造成的弯矩图和剪力图。

图4.4为力F2所造成的弯矩图和剪力图。

l=2600mm b=1890mm a=710mm

图4.5力Fby所造成的弯矩图和剪力图。

将上面的所求的力合成。得出图图4.7

图4.6F1.F2和Fby合成弯矩图和剪力图

从上图中可以看出

C处的受力，剪力和弯矩都达到了最大，所以这个地方为危险截面。所以我们对C处进行强度校核。
通过上面计算的的，所以抗弯截面模数应该为： ………………………………………(4.8)
所以我们可以算出截面上半部分静矩为， …………(4.9)
下面开始进行强度校核：
（1）校核正应力强度：
………………(4.10)
许用应力选： …………………………(4.11)
，满足强度条件。
（2）校核剪应力强度：
…………………(4.12)
选，而许用应力………(4.13)
，满足强度条件。
（3）折算应力强度校核：
可以知道，截面上的最大正应力在离中性轴最远的地方。所以在截面C的边缘去某点k
……………………(4.14)
………………………………(4.15)

因为立柱为塑性材料，故计算K点的受力，我们应用第四强度理论，
将 的数值代入，得： …………………(4.16)
所以
即 …………………………………………………(4.17)
∴计算所得的应力应该满足第四强度理论的要求。
3.1.9主立柱的刚度计算
我们应用迭加法：
（1）
由F2引起的绕度：
用式 ………………………………………(4.18)
E：弹性模量的选择：
碳钢取；
== …………(4.19)
（2）
由F1引起的绕度：

（3）由M引起的绕度：
………………………(4.20)
此植可忽略不计。
实际往内弯的绕度
3.2 托臂部分的强度校核
3.2.1 托臂部分截面特性
我们先计算托臂的力矩。
（1）小臂截面尺寸：70mm×70mm方钢，壁厚8mm，a=70,b=54
惯性矩： …………………………(4.21)
……………………………(4.22)
静矩计算：
（2）大臂截面尺寸：92mm×92mm方钢，壁厚8mm，故a=92,b=76
惯性矩：

3.2.2 托臂部分强度核算
图示为左后托臂部件图：

图4.9左后托臂部件图

可以看到图中的A、B、C、D四个截面：
下图是托臂示意图：

图4.10托臂示意图
A,B,C,D处各个截面的截面图如下：

(a) A处截面 (b) B处截面（同D处截面） (c)C处截面
图4.10典型截面示意图

（1）A截面：
惯性矩：I=129.235cm4 ；Wx=36.92cm3

保险系数较小可满足强度要求。
（2）B截面：92*92方钢
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

保险系数较小可满足强度要求。
（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=1585.32cm4
=183.36cm3
MC=2066.37×94=194238.78kgcm

满足强度要求。
（4）D截面：
惯性矩：I=318.966cm4 ； W=69.332cm3
MD=2066.37×53=109517.61kgcm

,保险系数较小可满足强度要求。

3.2.3 从托臂处考虑挠度情况
托臂我们也可以看做是一个悬臂梁，其中力，下面分别计算大臂和小臂的扰度：
小臂端部处挠度： …（4.23）
大臂端部处挠度：经受力分析，大臂端部受一个力和一个弯矩

…………………………（4.24）
因载荷引起的挠度为：

因为大小托臂中间有了一定的间隙，这样会产生挠度，这个扰度为：
又因为主力柱的弯曲扰度会使得滑台发生转动，这样又会导致托臂会一些下沉量。通过计算可得出。
故托臂端部总下沉量为：

通过查询举升机的专业标准，计算所得符合距立柱最远点得托臂支承下沉量的最低要求。
4 液压系统
4.1 液压系统工作原理
从图5.1可以看出，整个液压系统由电机提供动力，电机带动油泵将油通过单项阀慢慢的输入到液压缸中，从而使活塞杆上升，达到举升的目的。在举升过程中，安全溢流阀是关闭的，保证安全上升。当需要下降时，打开手动式下降阀，这样液压缸中的油就会开始流回油泵中。举升机也随之下降。

图5.1液压系统工作原理图

4.2 液压缸活塞杆受压校核
4.2.1 液压缸活塞杆强度验算

……………………………………………………(5.1)
式中：F—载荷力KN。
…………………………………(5.2)
[σ]活塞杆材料的应用应力应该为
[σ]=σs/n ………………………………………………………………………(5.3)

取
则
我们采用的活塞杆直径d=38mm大于15.432mm.

4.2.2 液压缸活塞杆受压稳定性校核
液压缸压杆安装形式如下图示：

图5.2液压缸压杆安装图

已知：
工作行程 l=914mm
活塞杆直径 d=38mm
计算长度 l′=L+l=1992mm
活塞杆截面积
活塞杆转动惯量
活塞杆回转半径 K=（J/A）1/2=d/4
柔性系数 m=85
末端条件系数 n=2
则
m×n1/2=85×21/2=120.21
由于 ，则可以通过下面的公式计算临界载荷
PK=π2nEJ/L′2……………………………………………………………………(5.4)
式中：E—材料弹性模量，取
故：

5 结论
这次设计我先对于举升机的发展历史，和现在市场上各种各样的汽车举升机进行了一定的了解，知道了汽车举升机的大概结构和各部件的功能。然后通过网上的资料对以前的一些举升机结构进行了了解，并结合毕业设计的举升机所需的要求，设计出了本次的双柱式举升机。
我设计的举升机是普通双柱龙门式举升机，以电机驱动液压系统，来达到举升汽车的目的，并利用平衡装置来进行平衡，再用保险装置来确保安全。最后对举升机的主要部件进行了强度和刚度校核计算。最后完成这次设计，总结为以下几点：
1分析举升机的机构性能，确定举升机的大概结构和设计方向。
2对举升机的结构分析，把举升机大致分为举升装置、立柱、支撑机构、平衡机构和保险机构五大部分组成。
3 之后对举升机的主要受力机构进行强度校核，并对液压缸受压杆进行校核，保证举升机安全平稳的工作。

参考文献

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[9] 钟建琳. Pro/Engineer典型机械设计[M].北京：机械工业出版社，2002年：1~10.

致谢
这次毕业设计的完成，意味着大学生活即将结束，也意味着人生的路途暂告一段落，但这也意味着另一种人生即将开始。时光飞逝，大学的学习生活一晃而过，回首走过的岁月，心中倍感充实，当写完这篇毕业设计的时候，内心有很大的成就感，同时也有许多感谢想要表达。
这篇毕业设计是在我的导师林金龙的亲切关怀和悉心指导下完成的。林老师不仅认真负责，学风严谨，而且对学生言传身教、诲人不倦，每天都抽出休息时间来帮我们，这些都深深地感染着和激励着我，我很庆幸能成为林老师的学生。一开始从无处下手到最终完成，林老师始终给我全面的指导和巨大的支持。在此我首先要向林老师致以真挚的谢意和来自内心的敬意，谢谢林老师的细心指导。同时，还要感谢所有教过我的老师，谢谢你们的辛勤工作，让我学会更多的知识，以便完成这次的毕业设计。我还要感谢多年来一直关心和帮助我的同学与朋友，和他们在一起，苦涩的学习生活变得丰富多彩，大家互相鼓励、齐头并进、共同成长，让我这才让我的大学生活丰富多彩。最后，我要感谢家人一直以来给我的鼓励、支持和理解。