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，
Abstract
with the development of society, the car has become an indispensable m eans of transport, car repair and maintenance is also more and more, i n a variety of car repair plant shop, car lift repair machiner y are essential, and the double column type auto should be used mor e. Now, there are many types of lifting machine market, double lif t, machine, auto lift machine combination. This paper introduces a s imple type of lifting machine, we provide data to determine the lif ting scheme, the choice of Long men double column lifting machine wa s designed and introduced, the lifting stability and safety, and th e back lifting machine structure and process are analyzed and calcula ted. Then just check the strength of double column, the strength c hecking calculation. Back then the safety of the piston rod of the h ydraulic cylinder and the stiffness and strut strength checking, ens ure the hoist in accordance with there quire of design, safety and pra cticality.
This graduation design is a common type of Long men automobile repa ir double column lifting machine, we use the hydraulic drive mode, de sign features include: 1, simple operation, safe and reliable; 2 aff ordable, with a large market share; 3 Long men type beams, convenie nt disassembly and assembly; 4 with telescopic asymmetric arm incre ase the scope of work; 5, applicable to all kinds of car 6; long s ervice 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 (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。
举升机的分类及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。
上滑轮
滑台
钢丝绳下滑轮
2件
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为支撑托臂的工作围示意图。
图2.4左右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。
Ⅱ
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。
12
3
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。
y
Z2
3
Z
Z
1
Z
Z′
1
2
A
2A
2
1
2
2
1
3
A
3
2
A
1
C
3
Y′
Y c′
Y2′
A1
2
e
e
1
1
Y′=
C
C
C
2
3
1
)
(
3948
6
270
6
194
6
1942
1
mm
A=
?
+
?
+
?
=
)
(
612
2
6
)6
57
(2
2
mm
A＝
?
?
-
=
)
(
348
2
6
)6
35
(2
3
mm
A＝
?
?
-
=
∴重心C到相应边的距离e：
2222
''
11
121942706
58.429()
2()2(121942706)
aH bd
Y e mm
aH bd
+?+?
====
+?+?
[19]………………(4.1)
)
(
571
.
135
429
.
58
194
'
1
'
2
mm
e
H
e=
-
=
-
=
)
(
191
3
194
'
2
mm
Y=
-
=
)
(5.
173
5.
14
6
194
'
3
mm
Y=
-
-
=
下面计算截面型心C相对在Y轴上距离为；
)
(
119
.
83
348
612
3948
5.
173
348
191
612
429
.
58
3948
3
2
1
'
3
3
'
2
2
'
1
1
'mm
A
A
A
Y
A
Y
A
Y
A
A
Y
A
Y i i
C
=
+
+
?
?
+
?
=
+
+
+
+
=
=
∑＋…(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：)(69.24429.58119.8311mm CC a =-==
)(881.107119.8319122mm CC a =-== )(381.90119.835.17333mm CC a =-==
由平行移轴公式，三截面对中性轴Z 的惯性矩分别为：
)(36.1815394869.243423
2
331121
'1
1cm ae bh Be A a I
I Z Z ＝?++-=+= …………(4.3)
)
(448.712612881.107212651423
22
2
'2
2cm A a I I Z Z ＝?+??=+=
)(711.286348381.90212
296423
323
'3
3cm A a I
I Z Z ＝?+??=+=
'1
Z I 、'2Z I 、'3Z I 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Z I ：
)
(519.2814711.286448.71236.18154321cm I I I I Z Z Z Z =++=++=
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：
)(577.737672
119
.83194)119.831946231mm S A =-?
??=－（ ………………(4.4)
)(172.660233881.110651232mm S A ）＝－（???= )
(588.31452)5.146881.110629233mm S A =--???=（
计算出了1A S 、2A S 、
3
A S ，将其相加的出立柱截面上部分的静矩S 为：
)
(337.1712433321mm S S S S A A A =++=
（2）然后计算举升机主立柱截面下部分的静矩S 2：
)(609.414522
119
.83119.83623'mm S =???=
)(78.1297923119.8362703"mm S ）＝（-??= )(389.1712453"'2mm S S S =+=
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
摇臂座体积：)(36.1295444.84.84410103cm V YBZ ＝－????= 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：
)(84.32671114.84.811110103
cm V TB ＝－????= 钢材比重选取：)/,/(/85.7333cm g dm kg m t
分别计算出滑台，托臂座和托臂的重量
kg G HT 55.3085.72.3891=?=
kg G YBZ 17.1085.736.1295=?= kg G TB 65.2585.784.3267=?=
将滑台、摇臂座和托臂相加，可以得出总质量：
)(37.6665.2517.1055.30kg G G G TB YBZ HT =++=++
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：
=∑B
M
133037.206616068521???＝－F F ……………………………(4.5)
=∑C
M
133037.20661605251??+?＝BX F F ……………………………(4.6)
0=∑X BX F F F
+=21
……………………………………………………(4.7)
0=∑Y kg F
BY
37.2066=
由式4.7得，21F F F BX -=，代入式4.6
133037.2066)160525211?=-?F F F （＋
假定0,21==BX F F F
则由式4.5得：kg
F kg F kg
F BY 37.2066804.5234804.523421===
计算出滑台对负载的力，，F 1=F 2，F BX 和F B B 处是支承点位置，则：
kg F F kg F F BY BX 37.2066,0,804.523421====。
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.BX F . F by 。其中BX F 和 F 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。
根据图4.2我们可以通过计算得出Mh ：
0)12119.83()5251890(1890,012=-?++?-?+=∑BY H H
F F F M M
0,0=-=∑HY BY
R F
Y
R HX =0 R HY =F BY =2066.37kg
)(9.2601313119.715251kgmm F F M BY H =?-?=
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：
A
(+)
2
Q
图4.3主力柱F1所造成的弯矩图和剪力图
l=2600mm b=2415mm a=185mm
)(66.12642051)1852600(804.5234)(max kgmm a l P M =-?=-
=
kg
P Q 804.5234max ==
图4.4为力F2所造成的弯矩图和剪力图。
A
1M (-)
1
(-)
Q
图4.4为力F2所造成的弯矩图和剪力图。
l=2600mm b=1890mm a=710mm
)(56.9893779)7102600(804.5234)(max kgmm a l P M -=-?-=--=
kg
P Q 804.5234max -=-=
A
M 3
(-)
图4.5力Fby 所造成的弯矩图和剪力图。
kg F M BY 2.146958119.71=?=
)
(168.146958)12119.83(max kgmm F M M BY -=-?-=-=
将上面的所求的力合成。得出图图4.7
合成弯矩图
A
C
D
(+)
A
(+)
C 合成剪力图
B
B
图4.6F1.F2和Fby 合成弯矩图和剪力图
从上图中可以看出
)(1.2748272525804.5234)(21kgmm a a P M ＝?=-= )(9.2601313168.1469581.2748272kgmm M D =-=
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4519.2814cm I Z =，所以抗弯截面模数应该为：
34
283.253881.11010519.2814cm e I W Z ＝?== ………………………………………(4.8)
所以我们可以算出截面上半部分静矩为
，
mm S I Z 436.1624
.171519.2814== …………(4.9) 下面开始进行强度校核： （1）校核正应力强度：
)/(72.108283
.253101.274827221
max max
cm kg W M W M C =?===-σ ………………(4.10) 许用应力选：
[]2
/04.11025
8.9100541cm kg ＝＝??σ …………………………(4.11)
][max σσ?，满足强度条件。 （2）校核剪应力强度：
)/(294.112.28436.16804.5234/2max max cm kg cm
kg
S b I Q b I S Q Z C Z ＝?===
τ…………………(4.12) 选MPa S 235=σ，而许用应力[])/(59.4795
8.9100
2352cm kg =??=
τ………(4.13)
][max ττ?，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
）（＝21/71.1082519
.28140881.11102748272cm kg I My x ??==-σ……………………(4.14)
）
（＝2/29.112
.28519.281425
.171804.5234cm kg Ib QS x ??==
τ………………………………(4.15) x
y ττ-=
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x x τσ, 的数值代入，得： []στσσ≤+=223j …………………(4.16) 所以2222/082.1104][/71.108229.11371.1082cm kg cm kg j =?=?+=σσ
即 []σσ≤j …………………………………………………(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） 727.02600
1890
;273.02600710,=======
l b l a l x βαξ 由F 2引起的绕度：
用式)3(62β-=EI
l
Pb f A ………………………………………(4.18) E ：弹性模量的选择： 碳钢取；
1A f =)3(62β-EI l
Pb =
)(2.3519
.2814101.206273
.28.9260189804.523462cm ＝??????? …………(4.19) （2） 929.02600
2415,273.02600710,=======
l b l a l x βαξ 由F 1引起的绕度：
)(7.4519
.2814101.206071.28.92605.241804.5234)3(66
222
cm EI l Pb f A =???????=-=β （3）由M 引起的绕度：
)(086.0519
.2814101.2028.926082.146952622cm EI Ml f W
=?????== ………………………(4.20) 此植可忽略不计。
实际往弯的绕度)(5.12.37.421cm f f f A A A =-=+=
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：44
444225.12912
547012cm b a I =-=-=
…………………………(4.21) 34
44492.3670
654706cm a b a W x =?-=-= ……………………………(4.22)
静矩计算：()3192.234278545.173582cm S =+??+???=
（2）大臂截面尺寸：92mm ×92mm 方钢，壁厚8mm ，故a=92,b=76
惯性矩：44
444976.31812
769212cm b a I =-=-=
34
444342.6992
676926cm a b a W x =?-=-=
3.2.2 托臂部分强度核算
图示为左后托臂部件图：