自用家庭泊车升降装置设计

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1、自用家庭泊车升降装置设计 昆明学院 2013届毕业设忧论文） 设计（论文）题目 自用家庭泊车升降装置设计 子课题题目 举升重量：2吨；举升速度：0.5米/ 分钟；举升高度：1.7米，双柱式结构 姓 名 学 号 所属院（系） 自动控制与机械工程学院 专业年级 指导教师 2013 年12 月 双柱式自用家庭泊车系统采用单缸液压举升装置， 依靠一个液压缸提供托举 力，再靠拖臂的刚性连接来实现同步上升和下降， 这种设计结构简单，布局合理, 采用一个单向柱塞缸，一个供油机构，两个单向阀，一个电控单元，一个电磁阀 等共同控制，由于采用单缸，且不用大精度，所以采用机械同

2、步，用单向柱塞缸 也省去了换向阀，使用密封的装置控制停机下沉，再加上定量阀和单向阀的组合， 更能控制下沉。液压传动的柱式举升机是目前举升机的主要形式。它是利用安装 于柱子内部的液压缸推动滑台部件实现升降功能。这种设计不用考虑复杂同步问 题，且设计成本低廉，维修简单。 关键词：单液压缸，电控单元，机械同步。 Abstract Double column occupied home parking system adopts hydraulic lifting cylinderdevice, rely on a hydraulic cylinder provide support force

3、, and then rely on the trailing arm rigid connection to realize synchronous rise and fall, this design has the advantages of simple structure, reasonable layout, using asingle plunger cylinder, an oil supply mechanism, two one-way valve, an electronic control unit electromagnetic valve, a common con

4、trol, because of the single cylinder, and do not have high precision, so adopting the mechanical synchronous, with unidirectional piston cylinder also eliminates thereversing valve, the use of sealed device control stop sinking, combined withquantitative valve and check valve, can control the sinkin

5、g. Post lift hydraulic transmission is the main form of lifting machine. It is installed in the hydraulic cylinder with internal impetus slide column components to achieve the lifting function. This design without considering the complex synchronization problem,and the design of low cost, simple rep

6、air. Keywords: Single hydraulic cylinder; electronic control unit mechanical synchronization 第一章绪论 6 1.1 前言 6 1.2 自用家庭泊车系统概述 6 第二章工艺参数和工况分析 7 2.1 工艺参数 7 2.2 工况分析 7 2.3 举开装置要求 7 第三章举开机的方案拟定 8 3.1.1 常用汽车举升机的结构类型 8 3.1.2 汽车举升机的主要参数 8 3.2举升机方案的确定 8 第四章自用家庭泊车升降装置的结构设计 9 4.1 举升装置 9 4.2

7、立柱 10 4.3 拖盘支撑结构 10 4.4 平衡机构 11 4.5 保险机构 11 第五章自用家庭泊车升降装置刚强度的分析与计算 13 5.1 立柱的结构分析和验算 13 5.1.1 立柱的截面特性分析与验算 13 5.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置 13 5.1.1.2 确定惯性矩 14 5.1.1.3 立柱静距S的计算 15 5.1.2 立柱的强度分析 16 5.1.2.1 滑台部件受力情况分析 16 5.1.2.2 主立柱受力情况分析 18 5.1.2.3 主立柱强度校核计算 18 5.1.3 立柱刚度计算 22 5.2 拖

8、盘部分的强度校核 23 5.2.1 拖盘部分截面特性 23 5.2.2 拖盘部分计算 23 5.2.2.1 拟定托盘托举质量 23 5.2.2.2 托盘主体结构的材料选择 24 5.2.2.3 托盘强度计算 25 5.2.3 拖臂扰度情况 28 5.2.4 导轨的选择 28 5.3 钢丝绳的选择和计算 29 5.4 限位装置的选定 29 第六章液压系统的计算 30 6.1 液压系统的工作原理 30 6.2 液压活塞杆受压校核 31 6.2.1 液压缸活塞杆强度验算 31 6.2.2 液压缸活塞杆受压稳定性校核 31 6.2.3 活塞与活塞杆的计算 32

9、 6.2.4 活塞与缸筒的密封结构 33 6.2.5 活塞杆的结构 33 6.3 液压缸流量计算 33 6.4 液压系统的选择 34 6.4.1 油路循环方式的选择 34 6.4.1.1 确定油路循环的方式 35 6.4.2 油泵的选择 35 6.4.2.1 额定流量 35 6.4.2.2 泵的最高工作压力 35 6.4.2.3 电机功率的确定 36 第七章设计结论与总结 39 7.1 设计结论 39 7.2 总结 40 参考文献 41 辞谢 43 自用家庭泊车升降装置设计 第一章绪论 1.1 前言 近年国民经济的发展和人民生活水平的提高 ，我国汽

10、车拥有量急剧增长，城 市中有限的地面已经无法提供足够的停车车位 ，停车问题已成为许多大城市亟待 解决的难题，建造立体停车库无疑是解决这一难题的重要途径。汽车举升机是用 以支撑汽车底盘或车身的某一部分，使汽车升降的设备。它在汽车维修保养和车 库停靠中发挥至关重要的作用，无论是整车大修还是小修保养，车库停车升降都 离不开它。选择液压升降系统是因其功率重量比大、易实现无级调速以及安全可 靠等优势在车库上得到广泛应用。因此，设计成本较低、高效、可靠、节能的液 压系统对推进液压技术在立体停车工程中的应用有重要意义， 比如垂直升降停车 场，横移式停车场和立体停车场等等，双柱式举升机是一种广泛用于轿车等小

11、型 车泊车的举升设备。随着轿车工业的发展和轿车等小型车的使用日趋普及， 泊车 时，此种型式的举升机需求量也会日益增大。 本次设计的主要任务是液压升降机的设计， 升降机是一种升降性能好，适用 范围广的举升机构。它采用全液压系统控制，采用液压系统有以下特点： (1)在同等的体积下，液压装置能比其他装置产生更多的动力，在同等的 功率下，液压装置的体积小，重量轻，功率密度大，结构紧凑，液压马达的体积 和重量只有同等功率电机的12% (2)液压装置工作比较平稳，由于重量轻，惯性小，反应快，液压装置易 于实现快速启动，制动和频繁的换向。 (3)液压装置可在大范围内实现无级调速，(调速范围可达到2

12、000),还可 以在运行的过程中实现调速。 (4)液压传动易于实现自动化，他对液体压力，流量和流动方向易于进行 调解或控制。 (5)液压装置易于实现过载保护。 自用家庭泊车升降装置设计 (6)液压元件以实现了标准化，系列化，通用化，压也系统的设计制造和 使用都比较方便。 第二章工艺参数和工况分析 该升降台主要有两部分组成：机械系统和液压系统。机械机构主要起传递和 支撑作用，液压系统主要提供动力，他们两者共同作用实现升降机的功能。 2.3举升机要求 举升机的设计中液压系统的设计也是至关重要的。在欧洲地区液压缸、气缸、 管路及接头受调压阀设定的最大压力的限制。 他们至少应

13、承受该压力的2倍(采 用液压驱动时)或是该压力的3倍(采用气压驱动时)并且要没有永久变形。软 管、气袋、膜盒的尺寸在设计时应使之承受至少 3倍的调压阀设定的最大压力值 的爆破压力。 我国对举升机的性能要求也比较繁多，例如： (1)举升机应设有限制行程限位装置，如有需要则该装置应动作灵敏、安全可 罪。 (2)液压系统工作应平稳、无振动、无爬行现象。 (3)液压式举升机除液压系统能自锁外还应没有机械锁止装置。 (4)机械式举升机任意时刻都能安全自锁。 (5)举升机正常运行时的噪音不得超过 80dR (6)举开机工作环境温度为0—40C,全行程连续举开额定质量 20次，油温不 得高于

14、60Co 自用家庭泊车升降装置设计 (7)在试验台上对液压系统施高150%勺额定使用压力，维持2min,不允许有永 久变形、漏油及其他异常现象。 第三章举升机的方案拟定 3.1 举升机的基本情况 3.1.1 常用汽车举升机的结构类型 目前，全国生产汽车举升机的厂家较多，生产的举升机的形式也比较繁多， 有双柱式举升机、四柱式、剪式、组合移动汽车式等。 仅从举升机的外型来分类的基本形式就有：普通双柱式、龙门双柱式、四立 柱式、剪式、移动式和单立柱式等汽车举升机 按照举升机的举升装置的形式分类也有很多种，包括丝杠螺母举升式、链条 传动举升式、液压缸举升式、齿轮齿条举升式等举升机。

15、从举升机的驱动方式分，主要有：电机驱动式举升机和液压驱动式举 升机。 3.1.2 汽车举升机的主要参数 普通式双柱举升机、龙门式双柱举升机和四立柱式举升机这三种目前市场上 主要的汽车举升机的主要技术参数统计如表 3.1所示。 表3.1汽车举升机的主要参数 额定举升质量最大举升高度盘距地高度全程上升时间全程下降时间 普通式双柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 龙门式双柱 2.5-4 T 1700-1800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 2.5-4.5 T 1700-1

16、800mm 110-180mm 50-70 Sec 20-60 3.2 举升机方案的确定 通过对举升机的了解，确定了采用龙门双柱式的结构 自用家庭泊车升降装置设计 第四章 自用家庭泊车升降装置的结构设计 4.1 举升装置 举开装置通过电控单元的开关启动电动机来控制液压单元，液压油进出液 压缸，并通过链条连接液压缸和滑台来带动整个设备的举升动作。 如图4.1就是 该装置的简图；液压缸带动镶嵌在滑轮槽内的链条实现举开，由于采用的是单缸， 仅仅考托盘的刚性连接还不够来托举， 且不安全，所以还要钢丝绳来做牵引和同 步，如图4.2. 图4.1液压缸 图4.

17、2钢丝绳连接方式 4.2 立柱 普通式双柱汽车举升机的立柱有两个，左、右两边各一个立柱。图2.3是左 边立柱的俯视图。整个举升机的重量几乎都是由立柱来支撑的， 因此它必须要有 一定的强度和刚度。立柱中间的空间是用来放置举升装置以及滑台部件的。 整个 立柱部分的行位公差要求也比较高，如图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线度和平行度， 立柱内外表面还要有一定的粗糙度等。 如图 4.3为立柱俯视图 图4.3支柱俯视图 4.3 拖盘支撑结构 自用家庭泊车升降装置设计 /,限位器 暗税图 4.4 平衡机构 由于举升机在上升或下降时必须要采用

18、强制性的平衡装置来确保汽车整体 的水平位置保持一致，所以本次设计采用了钢丝绳来作为整个举升机的平衡机 构。本次设计所采用的是在单个立柱内安装两副左右对称的钢丝纯， 但是在这个 单个立柱里面的钢丝绳的走向确是两个相反的方向， 用户可以通过改变钢丝绳的 张力来使左右两边的滑台在抬升的过程中保持平衡。 要注意的是两边确定的钢丝 纯的张力必须一致，这样才能真正的平衡。 4.5 保险机构 汽车举升机是一种对安全性能要求特别高的举升设备。通常设有多种保险装 置和保护措施：液压回路的保压、机械锁止保险装置、机械自锁装置、举开过载 保护、冲顶保护、防滑等等。机械自锁是指失去驱动力后，利用机械机构的重

19、力 来自动阻碍其运动的保护。 本次设计中电磁铁安全锁机构的组成是：在两个滑台上均有安装安全卡位 条，当汽车升起后，卡位条与电磁铁连接的支撑板构成机械自锁机构， 由于两个 立柱上均装有电磁铁安全锁，如图4.5所示，并且这两个安全锁所装的位置不在 同一直线上而是互相错开在对角线上，起到双保险的作用。 自用家庭泊车升降装置设计 1 2 3 图4.5电磁铁安全锁 1—电磁铁，2—保险孔板，3一保险孔支撑座 作为保险装置的电磁铁安全锁是由好几个零件组成的。其中主要的几个零件包 括：保险孔板、保险孔支撑座和电磁铁。当电磁铁得电将保险孔支撑座吸住时， 它和锁紧板之间没有接触

20、，此时的举升机处于保险打开状态，整个滑台可以自由 地上下移动。当电磁铁失电时，保险孔支撑座处于图示状态，此时的保险孔支撑 座将与滑台上的锁紧板互相顶住，使滑台固定在一个位置而不能上下移动， 起到 保险的作用。 自用家庭泊车升降装置设计 第五章 自用家庭泊车升降装置刚强度的分析与计算 本次设计的自用家庭泊车升降装置的传动系统由液压系统驱动和控制的， 通 过一侧立柱内安装的液压油缸实现上下运动， 推动连接立柱与滑台的链条，使滑 台上安装的大滚轮沿立柱滚动并且带动钢丝绳的位移使另一侧的大滚轮也跟着 滚动，从而实现滑台的上下移动。举升设备的主要部分有：举升机构、支承机构、 平衡机构和

21、电磁铁安全锁机构。 主要参数：举升最大高度1.7m,最大载重量2吨，最大速度0.5m/分钟。 5.1 立柱的结构分析和验算 5.1.1 主立柱的截面特性分析与验算 主立柱体是举升机主要的受力承重部件。举升机立柱在工作时受来自于保险 锁机构处因承重的压力和升降滑台滚轮作用在立柱上的弯矩。 所以，立柱在这两 种力的共同作用下，有向内弯的变形趋势，底部焊口在拉压应力的作用下有开裂 的倾向，因此立柱底部与底座处焊有加强筋。 立柱壳体用钢板整体压制成形，其内部相应位置焊有保险装置支承板，用于 锁定状态时受力和承重，下部与底座焊接。其中一个立柱体上还装有液压泵站和 电气控制箱。主立柱作为主要的

22、承重部件，对其截面特征进行分析，主要是确定 立柱截面形心的位置和截面的惯性矩。 5.1.1.1 确定立柱截面形心和中性轴的位置 将整个截面分为A、A A三个部分，取与截面底边互相重合的 Z轴为参考 轴如图5.1 ,乙、乙、乙分别为三个组合截面的中性轴，则三个截面的面积及其 形心至Z，轴的距离分别为: 图5.1举升机主立柱横截面示意图 2、 A =194 6 194 6 270 6 =3948(mm2) 2、 A2 =(57 -6) 6 2= 612(mm2) 2、 A3 =(35 - 6) 6 2=348(mm2) 丁•重心C到相应边的距离e： 2 2 aH2

23、bd2 2(aH bd) 2 2 12x1942 + 270x62 2(12 194+ 270 6) = 58.429(mm)[19] (5.1) e2 -H -e1 -194 -58.429 -135.571(mm) Y2 =194-3 =191(mm) Y3 =194-6 -14.5 =173.5(mm) 整个截面形心C在对称轴Y上的位置则为： Z AiYi A1Y1' +A2Y2 +A3Y3 3948M58.429 +612M191 + 348M173.5 ... Yc = = 2 2 = =83.119(mm) A A1 A2 A3 3948 612 34

24、8 (5.2) 5.1.1.2 确定惯性矩 设三截面的形心分别为 G、G、G,其形心轴为 乙、乙、乙(图5.1),它们 距Z轴的距离分别为： a1 =CC1 =83.119-58.429 = 24.69(mm) a2 =CC2 =191 -83.119 =107.881(mm) a3 =CC3 =173.5 -83.119 =90.381(mm) 由平行移轴公式，三截面对中性轴 Z的惯性矩分别为: 3 2 __2 _ 4 2 24.69 3948= 1815.36(cm ) 3 . . 3 (5.3) ’ 2 Be1 - bh ae I Z1 = I zi

25、 a〔 Ai 二 ' 2 51 63 2 4 Iz2 =Iz2 a2A2 = 2 107.881 612=712.448(cm ) 12 Iz3 =Iz3 a2A3 =6—2^ 2 90.3812 348= 286.711(cm4) 12 Izi、Iz2、IZ3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 IZ =IZ1 IZ2 IZ3 =1815.36 712.448 286.711 =2814.519(cm4) 5.1.1.3 立柱静矩S的计算： (1)立柱整个截面上半部分的静矩 Si： 194

26、 -83.119 o SA1 = 2父6 x(194-83.119)父 二73767.577(mm3) (4.(4) SA2 =2父51M6 x (110.881—3)=66023.172(mm3) SA3 = 2」29乂 6乂 (110.881 -6-14.5) = 31452.588(mm3) 其中SA1、SA2、Sa3分别为三截面各自的静矩，所以立柱整个截面上半部分 的静矩S为： — — — — _ _ _ _ _ _ 3 S =Sa1 Sa2 Sa3 =171243.337(mm ) (2)立柱整个截面下半部分的静矩 S2: S' = 2 6 83.119 83

27、.119 9 = 41452.609(mm3) S" =270^6 父(83.119-3)=12979278(mm3) S2 = S S =171245.389(mm3) 5.1.2立柱的强度分析与验算 举开机工作主要的受力部位在拖臂的端部，所以先对滑台部件进行受理分 析，如图5.2。 滑台主要部件选用的是滑轮，相比别的滑块之类的滑台，这个使用比较的简 单和方便固定锁死。 5.1.2.1 滑台部件受力情况分析 滑台部件自身重量近似估算如下： 滑台组合件尺寸：采用160X 160方钢，壁厚8 mm 高800mm 滑台体积：VHT =16 16 80—14.4 14.

28、4 80=3891.2(cm3) 摇臂座尺寸：采用100X100方钢，壁厚8 mm，长440mm 摇臂座体积：VYBZ =10 10 44- 8.4 8.4 44= 1295.36(cm3) 托臂近似尺寸：采用100X 100方钢，壁厚8 mm长( 800+ 310) = 1110mm 托臂体积：Vtb =10 10 111—8.4 8.4 111= 3267.84(cm3) 钢材比重选取：7.85t/m3(kg/dm3, g/cm3) 所以，滑台部件、摇臂座和托臂的重量为 Ght =3891.2 7.85 = 30.55kg GYBZ =1295.36 7.85 = 10.1

29、7kg Gtb =3267.84 7.85= 25.65kg 将滑台、摇臂座和托臂所有部件一起考虑 Ght Gybz Gtb =30.55 10.17 25.65 = 66.37(kg) 图5.2中，单侧托臂受到的最大载荷为 1吨，加上自重，托臂端部受力为 1066.37kg,F 1和F2是立柱通过滚轮给予的反力，Fbx和Fby为保险支承板给予的支 承力，B处为支承点，假定自重全部集中在负载处，有: Z Mb =0 f1M685- F2 M160=1066.37父1330 (5.5) '、Mc =0 F1 525 Fbx 160=1066.37 1330 (5.6)

30、 (5.7) -X=0 F1=F2 FBX Fby = 1066.37kg 由式5.7得，Fbx =F1 — F2,代入式5.6 Fi 525+160Fi -Fz) =1066.37 1330 假定 F1 =F2，FBX =0 F1 -2701.470kg 则由式 5.5 得：F2 = 2701.470kg Fby = 1066.37kg 综上所述，考虑滑台部件中滑台、摇臂座和托臂的总自重，假定自重全部集 中在负载处，近似估算值为66.37kg。单侧托臂受到的最大载荷为1000kg，加上 滑台部件的自重，托臂端部受力大小为 1066.37kg, F1和F2是立柱通过滚轮

31、给予 的反力，F1 = F2, Fbx和Fby为保险支承板给予的 F1 =F2 =2701.470kg,FBx "Fby -1066.37kg 支承力，B处是支承点位置，则: 自用家庭泊车升降装置设计 5.1.2.2主立柱受力情况分析 主立柱受力情况(见图 5.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图)，Fl 和F2是滑台通过滚轮作用在立柱上的力(图示为最高位置),FBX和FBY为滑台作 用在立柱上的支承力(压力)，Rx、Ry和MH为底部支座反力。针对立柱受力情况， 经计算得： F i ■ IBM ■■ ■■ ■ ■ F2 Mh 33 ' I 彳- ? / RhxQ.J

32、 I 1r 产 jF ■r*1" Rhy 图5.3普通式双柱举升机主立柱受力情况示意图 '、Mh =0,Mh F2 1890 - Fi (1890 525) Fby (83.119-12)=0 “ Y =0,Fby - Rhy =0 Rx=0 R HY=『Y=1066.37kg Mh=F1 525 - Fby 71.119 =23785165(kgmm) 5.1.2.3 主立柱强度校核计算 从图5.3看出，整个立柱体相当于一个悬臂梁，可画出立柱的弯矩图和 剪力图。由F1引起的弯矩图和剪力图见图5.4: 图5.4立柱上F1作用力及其弯矩图和剪力图 l=2600mm

33、b=2415mm a=185mm M max = P(l - a) = 2701.470 (2600 -185)= 6524050.05(kgmm) Qmax =P = 2701.470kg 由F2引起的弯矩图和剪力图见图5.5 : 2701. 47OIEE [=2 金。0 --LLL^LkuiLLL[j« I H I [ 1 I I [1

34、= -P = -2701.470kg 由Fby产生的M引起的弯矩图见图4.6 : A M B . J r~n m 自用家庭泊车升降装置设计 立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图如图 4.7所示。 合成弯矩图 图5.7立柱受力的合成弯矩图和合成剪力图 图5.6立柱上M作用力及其弯矩图 M =Fby 71.119 =75686kg M max = -M = -Fby (83.119-12) --5382712.634(kgmm) 综上所述, (5.10) 从图中可以得出 M = P(a1 -a2) =5234.804 525= 274

35、82721(kgmm) MD =27482721 -146958.168 = 26013139(kgmm) 在截面 C处，剪力最大(Q=5234.804kg),弯矩最大(M=2748272.1kg) 所以此处是危险截面。前面计算已经得到 Iz = 2814.519cm4 ,抗弯截面模数为: W =心 e2 2814.519 104 110.881 =253.83cm3 (5.8) (5.9) 截面上半部分静矩S= 171.24cm3,绝空但=16.436mm S 171.24 以下进行强度校核: (1)校核正应力强度： max max 274

36、8272.1 104 253.83 2 = 1082.72(kg/cm ) 自用家庭泊车升降装置设计 许用应力选; । 1 541 100 2 k J= = 1102.04kg / cm 9.8 5 (5.11) 归],满足强度条件。 (2)校核剪应力强度: QmaxS max = IZb Qc 2701.470 kg IZb/S 16.436 28.2cm 2 = 5.828(kg/cm ) (5.12) (5.13) 选crS =235MPa ,而许用应力 5r 】=235 *100 = 479.59(kg/cm2) S 9.

37、8 5 工max/],满足强度条件。 (3)折算应力强度校核: 主立柱横截面上的最大正应力^max产生在离中性轴最远的边缘处，而最大剪应力 max则产生在中性轴上，虽然通过上面的校核说明在这两处的强度都是满足要求 的，但是因为在截面C处，M和Q都具有最大值，正应力和剪应力都比较大，因 取该 此这里的主应力就比较大，有必要根据适当的强度理论进行折算应力校核, 截面边缘处某点K进行计算: -一甄一 — — x I 2748272 10,11.0881 2814.519 = 1082.71( kg / cm2) (5.14) QS x 一 Ib 照4.80”171.

38、255, 2) 2814.519 28.2 (5.15) 可以采 由于点K处在复杂应力状态，立柱体材料采用的 30钢是塑性材料, 用第四强度理论即，将6x,J的数值代入，用统计平均剪应力理论对此应力状态 (5.16) 建立的强度条件为： 二j = 2 3.2 ： LT 所以二j ^1082.712 3 11.292 =1082.71kg/cm2 ［二］=1104.082kg/cm2 (5.17) ・•.按第四强度理论所算得的折算应力也满足许用强度要求。 1890 =0.727 2600 5.1.3立柱的刚度计算 用迭加法： ,a、 x a

39、 710 -…八-b (1) V= — ,a=—= = 0.273; B =一 l l 2600 l 由F2引起的绕度： （往外弯）用式: fA 的(3」) 6EI (5.18) E:弹性模量的选择：碳钢取：196 —206Gpa 取 201Gpa=20.1xi06N/cm2 Pb2l fA1 = 6EI (3一：)5234.804 1892 260 9.8 2.273 = 7 =3.2(cm) •• (5.19) 6 20.1 106 2814.519 (2) a 710 2600 =0.27"十黑=0.929 （往内弯）由 Fi引起的绕度:

40、 — 2 Pb2l 6EI (3」) 2 5234.804 241.5 260 9.8 2.071 ,、 6 = 4.7(cm) 6 20.1 10 2814.519 （3）由M引起的绕度: 2 2 (5.20) Ml 2 14695.82 2602 9.8 6 = 0.086(cm) 2EI 2 20.1 106 2814.519 （往外弯）此植可忽略不计。 实际往内弯的绕度 fA = fA1 ・ fA2 =4.7-3.2 = 1.5(cm) 5.2.1托举部分截面特性 托举部分截面属于变截面，以下先计算截面特性数据： (1)小臂截面尺

41、寸：70X70方钢，壁厚8mm a=70,b=54 惯 性 矩 4 ,4 a - b 4 4 70 -54 =129.225cm4 12 12 (5.(21) 6a 6 70 =36.92cm3 (5.(22) 静矩计算：S=2 8 35 17.5 54 8 27 4 =23.192cm3 (2)大臂截面尺寸：92X92方钢，壁厚8mm a=92,b=76 4 i 4 4 4 惯性矩：I ^a ~b = 92 -76 = 318.976cm4 12 12 4 , 4 a - b Wx = 924 -764 6a 6 92 3 =69

42、.342cm 5.2.2托盘调查大众普遍型轿车参数，参数由表 3-1确定本课题轿车的几何 参数为：车身长为小于 5000mm车身宽为小于1900mm车身高为小于1700mm, 总重是小于1600Kg托盘为载车容器，其尺寸应该大于轿车的尺寸，故托盘的 尺寸初步定为：长L=5400mm宽W=2500mmfe了保证托盘的自由运动，左右两个 立柱间的距离应该大于托盘的宽度，因为这样既有利于轿车的存取，也有利于托 盘的安放，所以把左右两个立柱间的距离定为 2700mm车库总长度为8500mm , 宽度为5800mm高4440mm单个车位尺寸为长 5600m 宽2700m 高2000m，这是 托盘和

43、车库框架的大体尺寸。 自用家庭泊车升降装置设计 轿车普遍的尺寸与质量: 轿车等级 品牌列举 长(mm) 宽(mm) 高(mm) 质量(kg) 3460 1618 1465 870 微型车 3550 1495 1530 897 小型车 长安CX20 3900 1710 1570 1100 标志207 4260 1680 1468 1079 紧凑车型 雪铁龙C4 4273 1769 1458 1315 4308 1725 1453 1255 中型车 马自达6 4670 1780 1435

44、 1386 凯美瑞 4825 1820 1485 1490 大型车 凯尊 4965 1850 1475 1500 标志607 4902 1835 1442 1570 多用途车 林肯MKT 4980 1712 1700 1580 本田时韵 4570 1695 1590 1410 越野车 丰田RAV4 4630 1855 1700 1495 本田CR-V 4570 1820 1680 1475 跑车 保时捷911 4435 1808 1310 1505 宝马Z4 4239 1790 1284 1480

45、 表3-1 5.2.2.2 托盘主体结构的材料选择 托盘示意简图见零件图(A1) (1)外框空心钢管的选择 选用的结构用冷弯矩形空心钢管(GB-6728-86) 选择的尺寸180 nlmX 100mm,壁厚t=4.00 mm,理论重量16.758 kg/m. (2)托盘中用于承载汽车的钢板的选择 根据GB3277-82选择菱形花纹钢板，以增大汽车轮胎与钢板之间的摩擦 力。厚度5 nlm，宽420 nlm，其它钢板，如承载用的平行与水平面的钢板。根据 (GB709-88),选择厚度 5 mm0 对于钢板厚度4 mm,理论重量31.4 kg/m2 菱形花纹钢板 厚度4 mm

46、,理论重量33.4 kg/m2 自用家庭泊车升降装置设计 (3)角钢的选择 根据GB9787-88选择碳素钢Q235-A,尺寸为50*50*5 mm的热轧钢等，边角 钢理论重量1.822 kg/m. ⑷托盘整体采用焊接的方法： 焊缝均采用手工电弧焊，焊缝不能有透、熔、蚀等缺陷，修刺倒棱，综 上所述得出 菱形钢板宽W=0.47m长L=5.4m 矩形钢管 长L=5.4m 中间钢板宽W=1.4m 长L=5.4m 角钢 长L=2.5m 得出： 矩形钢管：M2=16.758 kg/mX4X5.4m=361.97 kg 中间钢板：M3=31.4 kg/m2x 5.4mX 1.4m

47、=237 kg 菱形钢板：M=33.4 kg/m2x2X0.47mX 5.4m=169kg 角钢： M 5=1.822 kg/mX2X2.4m=8.7 kg 其它重量：M7= 3 kg 所以上层托盘总重量为 乂总=阳乂+同+此+乂+帚+吊=779 kg. 由于底层托盘上有滚轮和齿条： 估算滚轮重量M滚=0.8 X 4=3.2 kg 齿条采用45号钢，淬火，密度为7.9X103kg/m3 长度为L=2150mm,宽度为 W=100nm,高度为H=60mm M齿条=2150 mm X 100 nlm X 60 mm X 7.9 X 103 kg/m3 X 10-12=101.91

48、 kg 底层托盘总重量为=779kg+101.91kg=880 kg 故底层托盘的重量初步定为880 kg . 图中的A、R C分别对应着托臂示意图中的 A B、C四个截面: 自用家庭泊车升降装置设计 下图是托盘下梁的示意图: 按照A,B,C几个典型截面进行分析，各个截面的截面图如下: B-B截面（同D-D截面） (b) (a) A-A截面 (c) C-C截面 图4.10典型的截面示意图 (1) A截面： 惯性矩：I=129.225cm4 ; VW=36.92cm3 Ma =1066.37 31 = 33057.47kg cm 二 maxA 3305

49、7.47 36.92 2 =895.38kg / cm _ 540 100 一- 9.8 3 . 2 =1836.73 kg/cm 自用家庭泊车升降装置设计 保险系数较小可满足强度要求 (2) B截面：92*92方钢 2 A=80X 15=1200mm yA1=92+15/2=99.5mm A2=92X 92-76 X 76=8464-5776=2688m2n yA2=92/2=46mm Yc=(1200 X 99.5+2688 乂 46)/(1200+2688)=243048/3888=62.51mm I a1=80X 153/2+(

50、99.5-62.51) 2X 1200=1664412.12mim I a2=(924-764)/12+(62.51-46) 2 2688=392.46c前 所以 Ib =Iai +口=392.46 +166.44=558.9 cm4 W=89.41cm Mb =1066.37 61 =65048.57 kg cm Mb maxB 二…. Wx 65048.57 89.41 . 2 = 727.53kg/cm 540 100 2 上 1 = =1574.34 kg / cm 9.8 3.5 保险系数较小可满足强度要求。 (3) C截面： 2 A1

51、=12cm yA1=92+15/2+60=15.95cm 2 A2=26.88cm yA2=4.6cm 2 A3=60X 10=6cm yA3=92+60/2=12.2cm y(=(12 X 15.95+26.88 X 4.6+6 乂 12.2)/(12+26.88+6)=8.56cm I ai=50X 153/2+(15.95-8.56) 2X 12=641.73cm4 I a2=(924-764)/12+(8.56-4.6) 2X 16.88=759.875cm4 I A3=1*63/12+(12.2-8.56) 2X 6=183.615cm4 所以 I A总=I

52、A1+I A2+I A3=1585.22cm 3 W=I 总/8.65=1585.22/8.65=183.26cm M=1066.37 X 94=194238.78kgcm 、-maxC MC 100238.78 2 C = = 546.97kg/cm2 Wx 183.26 u = 540.J00=1574.34kg/cm2 9.8 3.5 满足强度要求。 (4) D截面: 惯性矩：I=318.976cm4 ; W=69.342cm3 M=1066.37 x 53=56517.61kgcm maxD Md Wx 56517.61 69.342 2

53、 = 815.05kg/cm 卜540 x100 =i620.64kg/cm2 ,保险系数较小可满足强度要求。 9.8 3.4 5.2.3 梁的扰度情况 端部受力P= 1066.37kg,托盘部件由大臂和小臂组成，从大臂和小臂处分 别考虑： 3 3 小臂端部处挠度：f1 =」=1066.37 父 41 父9.8 =0.0924(cm) …(5.23) 3EI 3 20.1 106 129.225 大臂端部处挠度：经受力分析后得知大臂端部受一个力 P= 1066.37kg和一 个弯矩 M =1066.37 X70= 74645.9kgcm； fP pi3 3EI

54、1066.37 703 9.8 3 20.1 106 318.976 = 0.186(cm) fM Ml 1 2EI 1066.37 70 702 9.8 2 20.1 106 31 8.976 = 0.279(cm) (5.24) 因载荷引起的挠度为: f载荷=f1 f 2 f 3 =0.092 0.186 0.279 = 0.557 (cm) 因托盘的大小臂之间有1mm句隙，由此产生挠度：f间隙=1.864(mm) 主立柱的弯曲绕度使滑台产生转动，滑台的转动又使托盘有一定的下沉量, 经计算，f转动=26.325(mm)。 故托盘端部总下沉量为： f总=f载荷

55、f间隙 f转动=0.557 1.864 1.082-3.503 ： 3.5(cm)〈6(cm) 在举升机行业标准中，此值满足距立柱最远点的托臂支承面下沉量要求。 5.2.4 导轨的选择 由于轿车和托盘的重量达到 2379 kg,故选择GB11264-89中的轻轨，型号 30。查其总高是108 nlm，总宽是108 nlm，总长是车库的长度，本设计车库长度为 8500 nlm，具截面如图3-4所示： 润滑方式：采用人工加油的方式直接向导轨上浇油，不需要专门的润滑装置, 图3-4托盘的轨道 6.1 钢丝绳的选择和计算 托盘是由2根钢丝绳承载，所以每根钢丝绳所受的拉力 F为： F=

56、(G1+G2 /2= (779+2000) X 9.8/2=13617N=13.617KN 由《钢丝纯中国标准汇编》查得表 4-1知道得： 钢丝绳选择公称直径为4.8mm最小破断拉力为18.6KN。 上层托盘下降到最底下，所需要的最大高度为 1700mm托盘上两个滑轮之间 的距离为2500mm^以钢丝绳长度为L: L=2500+1700X 2=5800mm 考虑其他安装则取钢丝绳长度为 5800mm 表6-2钢丝纯中国标准汇编 结构 公称直径 允许偏差 最小破断拉力 不松散直径增大值 不大于 参考重量 MM KN MM KG/100M 6X+IWS 2.4

57、0 0.30 4.45 0.25 2.6 3.20 0.30 8.90 0.28 6.3 4.00 0.40 12.45 0.43 6.7 4.80 0.40 18.60 0.48 9.7 5.60 0.40 24.90 0.51 12.8 6.40 0.40 31.20 0.53 16.4 8.00 0.60 43.60 0.61 25.8 9.50 0.70 64.10 0.69 36.2 表6-2 6.2 限位装置的选定 这里在托盘上安装两个个普通限位器即可，车辆在倒入托盘过程

58、中起一个提 醒和限位的作用，能有效阻止车辆滑移和意外事故的发生。 自用家庭泊车升降装置设计 第六章液压系统的计算 6.1 液压系统的工作原理 启动电动机按钮后电机起动带动油泵从油箱中吸入液压油送到举开缸中使 活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。此阀的压力在出厂前已经调好，保证起重的 额定载荷的要求。当系统中压力超过极限时，自动溢流卸油阀松开，起动按钮停 止供油，提升便结束，开始作业工作。如果拉动滑台上两个机械安全锁后再接手 动式下降阀便开始卸油下降，其工作原理图见图 6.1 图6.1液压系统工作原理 1-齿轮泵，2-电动机，3-滤油器，4-单向阀，5-溢流阀，6-手

59、动式下降阀, 7-伺服限流阀，8-软管，9-防油管爆裂阀，10-举开缸，11-液位计，12-空气滤 6.2 液压缸活塞杆受压校核 自用家庭泊车升降装置设计 6.2.1 液压缸活塞杆强度验算 根据活塞杆只受压力的工作情况，强度验算公式为: d>35.7 (F/[ (r]) 1/2mm ( 6.1) 式中：F一载荷力KN 这用 F=1/2G=(4000/2) Xg=2000Kgf=19.62KN ( 6.2) [①]—活塞杆材料应用应力MPa [(t]= (Ts/n ( 6.3) 其中：n—材料屈服极限，n-安全系数。取(rs=315MPa n=3, [(r]=105

60、MPa 则 d >35.7 (19.62/105 ) 1/2 =15.432 mm 实际采用之活塞杆直径d=38mm> > 15.432mm所以符合受压强度要求。 6.2.2 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: J 图6.2液压缸压杆安装图 已知: 缸体长度 L=1078mm 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 A=（九/4 ） x d2 活塞杆转动惯量 J=（兀/64 ） x d4 活塞杆回转半径 K= （J/A） 1/2=d/4 柔性系数 m=85 末端条件

61、系数 n=2 WJ l ' /K=4 X l ' /d=4 X 1992/38=209.684 mx n1/2=85X 21/2=120.21 由于l ' /K> mxn1/2,则可按下列公式计算临界载荷 P C/L，2 ( 5.4) 式中：E—材料弹性模量，取 E=2.1 X 105 MPa, J—mrm l' -mm 则：Pk=[3.1416 2X 2X2.1 乂 1011 X (3.1416/64 ) X 0.0384]/1992 2=106924.616N 取安全系数n"3,临界稳定载荷 P/ n k=106924.616/3=35641.539N 实际工作载荷 F=1/

62、2G=2000Kgf=19620N F=1/2G=2000Kgf=19620N： Pk/ n k,所以满足压杆稳定条件。 6.2.3 活塞与活塞杆的计算 活塞与活塞杆螺纹连接时，活塞杆危险截面处的拉应力为： KFi d, / 4 1.3 20000 2 0.235672 二/4 = 59634157 Pa 螺纹处的切应力为: K〔KFd 0 0.2d； 0.12 1.3 20000 0.24 3 0.2 0.23567 =286037Pa 合成应力为: 二 n-，；- 2 3 2 = ； 596341572 3 2860372 = 59636215 Pa

63、」；7 自用家庭泊车升降装置设计 n 355 106 = 208.8 106Pa 1.7 式中K一螺纹拧紧系数，静载时K=1.25~1.5;动载时K=2.54; Ki一螺纹内摩擦系数，一般取 Ki=0.12; d o —螺纹外径，R] di一螺纹内经，mi 一般采用普通螺纹时，di=do-1.0825t （t为螺纹 螺距，mj）; D 一液压缸内经，m； [仃]—螺纹材料许用应力，Pa； J一螺纹材料屈服点，Pa； n —安全系数，通常取n=1.5~2.5; F 一液压缸输出的拉力，N; 6.2.4 活塞与缸筒的密封结构 活塞与缸筒之间既有相对运动，

64、有需要使液压缸两腔之间不漏油。根据液压 缸的工作压力及作用选择 Yx型密封圈进行密封。见文献[5],表8-49孔用Yx 形密封圈尺寸，表8-50Yx形孔用密封圈沟槽形式与尺寸；表 8-52轴用Yx形密 封圈尺寸，表8-53轴用Yx形密封圈沟槽尺寸。根据公称直径进行选取。沟槽的 公差选取为h9或H9。 6.2.5 活塞杆的结构 液压缸通常通过活塞杆的端部与其驱动机构相连接。参见文献 [5],表4-13 常用活塞杆端部结构形式，选用法兰结构形式。 6.3 液压缸流量的计算 如要保持0.5m/min的举升速度，则要计算流量，液压缸的流量余缸径和活 塞的运动有关系，当液压缸的供油量 Q不变时

65、，，活塞在行程的中间大多数时间 保持恒定速度vm,液压缸的流量可以计算如下： vA .. IT o 式中：A 活塞的有效工作面积 A= —D2 4 “cv活塞的容积效率 采用弹形密封圈时，v = 1,采用活塞 环时 cv=0.98 cv 代入数据: 2 3.14 1.92 0.5 Q = = 1.44L / m i n 0.98 4 即液压缸要达到0.5m/min值时，所需要的流量1.44L/min . 6.4 液压系统的选择 6.4.1 油路循环方式选择 油路循环方式可以分为开式和闭式两种，具各自特点及相互比较见下表: 开式系统和闭式系统的比较

66、油液循环方式 开 式 闭 式 散热条件 较方便，但油箱较大 较好，需用辅泵换油冷却 抗污染性 较差，但可用压力油箱或其它改善 较好，但油液过滤要求高 系统效率 ,路压力损失较大，用节流调速效率 低 管路压力损失较小，容积调速效率高 限速制动形式 用平衡阀进行能耗限速，用制动阀进 行能耗制动，可引起油液发热 液压泵由电机拖动时，限速及制动过程 中拖动电机能向电网输电，回收部分能 量 其 它 对泵的自吸性能要求较高 对主泵的自吸性能要求低 表6.1 6.4.1.1 确定油路循环方式 比较上述两种方式的差异，再根据升降机的性能要求，可以选择的油路循环 方式为闭式系统，因为该升降机主机和液压泵不分开安装， 不具备较大的空间存 放油箱，而且要求该升降机的结构尽可能简单，所以选择闭式循环更好。 6.4.2 油泵的选择 6.4.2.1 额定流量 泵的流量应满足执行元件最高速度要求，所以泵的输出流量应根据系统所需 要的最大流量和泄漏量来确定： qp - KQaxn 式中：qp 泵的输出流量 L/min K 系统泄漏系数 一般取K= 1.1-1.