完整版四柱举升机毕业设计最强.docx

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汽车用四柱式举升机的设计

摘要:

随着汽车行业的不断发展，随之而来的汽车维修的任务也愈来愈重。

随着汽车维修业的迅猛发展，这样的维修方法已经不能够满足繁忙的汽车维修工作。

于是就有了汽车举升机的出现，这种机器是将整辆汽车举升到一定高度，这样可以使维修工人很方便的在汽车底部工作。

本设计是四柱液压汽车举升机的结构设计，首先对题目进行分析，再结合现有的汽车举升机的结构和液压系统，加上对汽车举升机的深入研究，然后对其中的方案进行拟定选择，并且对其中的重要零部件进行设计校核，并且画出装配图及零件图，从而将四柱液压汽车举升机设计完成。

关键词：

汽车维修；四柱；举升机

DesignofFourColumnTypeLiftingMachineforAutomobile

ABSTRACT:

With the continuous development of the automotive industry， followed by the vehicle maintenance tasks also increasing. Before the life did not appear .As the vehicle maintenance industry is rapidly developing， the maintenance of this   make it convenient to work in the car at the bottom. The design is of four-post ， the first topic for analysis， combined with the existing car lift the structure and the  The program for development of choice， and one of the important parts of the design verification， and painted parts and assembly plans， which will lift of four-post  is completed.

KEYWORDS:

Vehicle Maintenance;Four-Post;Lift

1绪论1

1.1选题背景及意义1

1.2汽车举升机的研究现状1

1.2.1国外研究现状1

1.2.2国内研究现状4

1.3本次设计的内容及目标5

2汽车举升机的概述及基本原理6

2.1举升机的功用及分类6

2.1.1举升机的功用6

2.1.2分析比较各类举升机的特点6

2.1.3各类汽车举升机的主要参数9

2.2汽车举升机的主要结构与工作原理9

2.2.1剪式举升机的结构与工作原理9

2.2.2双柱式举升机的结构与工作原理9

2.2.3四柱式举升机的结构与工作原理9

3四柱式汽车举升机设计方案的确定10

3.1联动装置方案的确定10

3.2驱动机构方案的确定11

3.3导向装置方案的确定11

3.4安全保险机构的确定11

4四柱式汽车举升机的设计12

4.1立柱的设计与计算12

4.2横梁的设计与计算14

4.3承车跑板的设计与计算16

4.4支撑结构的确定19

4.5锁止机构的确定20

4.6各轴的确定20

4.6.1对称滑轮轴的设计计算20

4.6.2其它轴径的确定26

4.7液压系统的确定26

4.7.1液压缸参数的设定26

4.7.2液压缸大小的确定26

4.7.3液压马达的确定26

4.7.4液压系统的工作原理及示意图27

4.8钢丝绳及滑轮的选用28

4.8.1钢丝绳型号的选定28

4.8.2滑轮的的选定28

4.8.3钢丝绳长度的确定30

4.9其它标准件的选定30

5装配要求及使用说明32

5.1地基要求32

5.2安装说明32

5.3使用说明及注意事项32

5.3.1使用范围与性能32

5.3.2举升机使用说明书32

5.3.3举升机的安全操作规程33

5.4保养维护34

6结论及展望36

参考文献37

致谢38

外文翻译39

1绪论

1.1选题背景及意义

进入21世纪，轿车举升机作为轿车保养产品的一种，随着近几年我国的轿车行业发展，举升机在轿车维修行业有了较为广泛的应用，适用于室内和室外对轿车的维修，装配，检测，清洗和停车。

举升机在汽车维修养护中发挥着至关重要的作用，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，还是经营范围单一的街边店（如轮胎店），几乎都配备有举升机。

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。

而随着我国轿车数量的巨增，作为维修保养的须具备的一种工具，举升机有广泛的市场和应用前途。

私人购买成为购车的主流，售后市场也将得到蓬勃发展，举升机在未来的需求量也将不断增加。

因此，设计出一款简单实用的举升机有很大利润，也能增加轿车维修行业的工具，减少轿车维修工人体力劳动，增加维修效率。

1.2汽车举升机的研究现状

20世纪20年代，Weaver和Manley等生产的举升机最大举升高度达到4英尺，并且可以根据工作需求在极限高度下任意调整举升高度，通过支撑车轴把汽车举升起来，保证了汽车被举起后，车轮可以自由转动。

1925年美国的Rotary公司创始人Lunati受到理发师座椅原理的启发，制造出世界上第一台液力举升机，使修理汽车变得更加容易。

随后出现了单柱框架接触式举升机。

我国的举升机起步较晚，20世纪80年代初才依据国外的技术生产。

举升机由于便于技师维修工作，逐渐代替了以前通用的地沟模式。

随着我国汽车工业的繁荣，伴随着形成了一个庞大的汽车后市场，汽车举升机的市场迅速扩大。

2000年，举升机产品形式和种类发展成多种多样，成为汽车维修行业取得二级维修资质必备的设备。

随着汽车保有量的不断增多，私人购买成为购车的主流，售后市场得到蓬勃发展，汽车举升机成为一种必不可少且使用频率极高的汽车维修设备，举升机生产厂家相继出现，举升机产品系列成百上千，但国产举升机质量良莠不齐。

现在市场常见的举升机主要分为双柱举升机、四柱举升机、剪式举升机、地埋式举升机四大类，双柱举升机销量最大，因此国内外对双柱举升机结构的研究也最多，但对四柱举升机的研究还较少，四柱举升机现拥有20%的举升机市场占有率，结构稳定，承载量大。

1.2.1国外研究现状

汽车举升机在世界上已经有了80多年的历史。

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，如图1.1所示。

由于当时采用的气压较低，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被采用。

图1.1单柱举升机

1937年美国另外一家公司生产出第一台四柱举升机，随后在美国一家公司也生产出类似的举升机，如图1.2所示。

这两种举升机均由螺旋驱动。

其方案是:

每一立柱内均有一螺母及螺杆，由装在地面上的链条串连起来以实现同步驱动，此四柱举升机在市场上并未获得成功，而单柱举升机却继续得到更大的普及。

图1.2四柱举升机

1948年JosephBardbury&Sohs（即现在的TIBardbury）生产出该公司的第一举升机，其方案是:

在四柱举升机的一个主柱内装有一套螺旋驱动机构，举升台板的其它三个角落通过钢丝绳与动力主柱相连。

1950年Bardbury将机械式螺旋驱动机构改为液压机构，只采用一个液压缸，其他立柱通过钢丝绳连接以实现同步举升，由于当时的液压压力尚未超过35～40Kgcm²因而第一台液压举升机的缸体直径较大。

五十年代初单柱举升机在欧洲市场上的销路急剧下降，而四柱举升机却跃居主导地位;但是在美国单柱举升机却继续受到人们的喜爱。

1956年BorgWarner和Plessey生产液压压力能达到140～175Kgcm²的液压齿轮泵;借助于此，Bardbury又生产出双功能举升机，这在举升机的设计上是一个突破性进展。

此举升机可以用两种方式支撑汽车:

车轮支撑型;车轮自由型。

此发明在市场上很受欢迎。

到1960年在英国的市场上占有率竟达75%。

1961年Bardbury生产出四柱举升机改进后的车轮自由系统，并在全世界17个国家获得了专利。

但在南美洲仍然喜爱单柱举升机，只是现在已将其改为液压传动。

1966年，一家德国公司生产出第一台双柱举升机，如图1.3所示。

图1.3双柱举升机

这是举升机设计上的又一个突破性进展，但是直到1977年这种举升机才在德国以外的其它国家出现。

现在双柱举升机在市场上已占据牢固的地位，其销量还在继续增长。

它和四柱举升机相比，既有优点，也有缺点，以下将作一简要说明。

我们所见到的绝大多数举升机均采用固定安装方式，在举升前汽车必须驶上举升机。

在移动式举升机方面也有几项成功设计，如简式举升机上、菱架式举升机等。

但这类举升机仍存在两个主要问题:

接近汽车下部较难，在车间移动举升机时难逾越地面上的障碍物。

当然，可移动性是这类举升机的突出优点。

现在固定安装的单柱、双柱、四柱举升机已在维修现场广泛采用，而移动式举升机却相对要少得多。

最初设计单柱举升机外，车辆较大，其底盘也能明显辨认，因而汽车检修区远远大于举升器件。

而今绝大多数汽车均为“紧凑型”或“半紧凑型”，导致汽车检修区域接近主要举升机器件而不便操作。

但在南美洲却属例外，那里仍然采用较大的车辆，这可能是单柱举升机在该地区的市场上仍然继续受到欢迎的重要原因。

单柱举升机有两大优点:

当其下降后，不会成为维修车间的障碍物;汽车可在举升机上转动。

但美国却受到了责难，主要是举升机的旋转会带来撞击操作人员的危险。

单柱举升机的主要缺点是:

第一，它需要在车间的地面挖掘一个相当大的坑穴后才能安装;其次，它只能为使用提供车轮支撑方式;第三，使用时难于接近汽车下部的一些重要检修区域。

举升机用的主油缸潜藏在地下也给维修带来两大问题:

第一是检修这些零部件颇为困难;其次是油缸所处的环境条件差，容易生锈，特别是地下水位较高时更是如此。

双柱举升机（包括液压式和机械式），均具有以下优点:

第一，检修汽车下部具有很高的可接近性（几乎达到100%）;其次，采用车轮自由型的方式支撑车辆，因而拆卸车轮时不需要其它辅助性的举升措施;第三，结构紧凑，专地面积小。

双柱举升机的缺点是:

第一，为确保安全，安置举升机时的要求非常严格，否则在举升过程中容易摇晃或颠覆;第二，由于此举升机常采用车轮自由型的方式支撑汽车，如需采取车轮支撑型的方式维修汽车则甚感不便，如检查悬挂系统、检查转向机构间隙或进行车轮定位检验等;第三，由于举升臂和立柱承受悬臂或载荷所产生的巨大应力，其承力件易于磨损。

因而双柱举升机的安全工作寿命一般要比四柱举升机低。

如图1.2所示，四柱举升机有四根立柱、两根横梁、用于支撑汽车的两个台板。

举升前，汽车很容易正确无误的驶上四柱举升机的台板。

由于台板内侧设备有凸缘，当汽车驶上台板时也不致于坠入其间的空隙中，车轮支承型四柱举升机的优点是:

第一，举升机装载汽车时勿需较高的技术，操作又很简单;第二，承载时非常稳定;第三，支承载荷受力简单，应力较低，从而延长了设备的使用寿命;第四，由于具有较高的使用价值，从经济上来看也是合算的;第五，易于维修;第六，在车间现场进行安装也较方便，只要地面平坦，其混凝土厚度能够牢固立柱的地脚螺栓即可。

四柱举升机的缺点是:

和双柱举升机相比，占地面积较大，对汽车检修区域的可接近性差。

1.2.2国内研究现状

由于我国汽车维修检测设备行业起步晚、起点低，整体上仍然相当落后。

举升机制造企业生产规模小、经济技术力量薄弱、各自为政、缺乏专业分工和广泛合作；技术吸收、运用、开发、创新能力不强；抄袭、伪造现象和短期行为严重；市场营销及服务水平低等问题还普遍存在，致使全行业产品质量差、结构不合理、总量增长受到限制。

“十一五”规划的发展思路和目标是：

建立和完善一整套适应社会主义市场经济要求的汽车维修检测设备行业管理体制；密切结合汽车技术的发展要求及汽车维修作业的实际需要，力争在产品质量提高、品种配套、高新技术含量增大等三个方面，使汽车举升机整体上接近国际先进水平。

1.3本次设计的内容及目标

设计适合汽车维修行业使用的四柱式结构的举升机。

要求：

四柱举升机采用四根钢丝绳拉起四个角，双保险自锁保护装置，安全可靠。

机械式保险，有效保护车辆和人身安全，最低高度为125mm，利于维修低底盘轿车。

2汽车举升机的概述及基本原理

2.1举升机的功用及分类

2.1.1举升机的功用

举升机的作用在于将汽车举升一定高度后锁定，使汽车底部留出有很大的操作空间汽车的维修保养人员在汽车底部或侧面进行操作。

2.1.2分析比较各类举升机的特点

举升机在众多的类型中，各种类型各有各的优点和缺点。

下面就分析各种举升机的特点：

1）双柱举升机

图2.1双柱式举升机

双柱举升机分为机械式和液压式，机械式举升机流行于年间，期间生产的厂家也很多，该举升机的特点是同步性好，但由于机械磨损维护成本高（经常需要更换螺母以及轴承），因此该类型的举升机已开始逐渐淘汰。

液压式举升机维护成本低，油缸使用5－10年没问题，液压举升机分为两种一种是单缸举升机，一种是双缸举升机。

单缸液压举升机特点：

同步性好，不存在颠簸现象，有底板，举升机得扭力靠底板抵消，安全性好。

双缸液压举升机特点：

双缸举升机分为龙门式举升机和薄地板举升机，由于是双缸，同步问题难以解决，往往靠两根钢丝绳来平衡，油缸以及钢丝绳要调整得松紧一致，举升机就可以同步。

薄地板举升机没了地板是为了最大节省材料，去掉底板，使得立柱得扭力靠地面来抵消，所以对地基要求很高。

若是有横梁（龙门举升机）就靠横梁抵消。

值得一提的是目前举升机的保险解锁方式的不一样，导致使用者的劳动强度不一样，目前大部分保险解锁均为手动解锁，这样员工需要跑来跑去拉保险每上升一点就要拉保险才能下降，然而电动解锁只需一个按钮就可解锁，这类举升机将成为以后举升机的主流产品。

2）四柱举升机

四柱举升机按结构分为上油缸式以及下油缸式，上油缸式指油缸置于立柱顶部（带横梁），下油缸式指油缸置于平板下面。

图2.2上油缸四柱式举升机

上油缸四柱举升机：

上油缸四柱举升机主要依靠四根链条拉起四个角，拉力油缸置于顶部，这种结构简单，但自重增加。

二次举升为手动或气动，修理工需要跑到底下操作，这对于经常使用二次举升得用户不方便和不安全，保险装置为气动装置，若没有气源则比较麻烦。

本机型也适合四轮定位用，因为有一四轮定位档位，可以调整，可以确保水平。

图2.3下油缸四柱式举升机

下油缸四柱举升机：

下油缸四柱举升机主要依靠四根粗钢索拉起四角，拉力油缸置于平板下面，通过6个圆盘将力传达四面。

这种结构比较紧凑，自重降低，二次举升一般为电动液压，和主泵连接在一起，只要转动转换阀即可，升降速度快，保险装置为楔块式，四个楔块利用拉杆联动，扳动拉杆就可打开保险装置，方便耐用。

本机型容易调水平，适合四轮定位用。

3）剪式举升机

图2.4剪式举升机

剪式举升机分为大剪（子母式），小剪（单剪）举升机，超薄系列举升机。

小剪举升机：

该类型主要用于汽车维修保养，安全性高，操作方便。

挖槽后与地面相平。

大剪举升机：

大剪举升机涌出比较多，是配合四轮定位仪的最佳设备，并可以作为汽车维修，轮胎，底盘检修用。

可以挖槽，也可以直接安装在地面上。

超薄系列剪式举升机：

超薄系列剪式举升机无需挖槽，适用于任何修理厂，有一些楼板上不适合安装二柱举升机以及普通四柱举升机，而本机器与楼板接触面广，这样可以安装在任何可以开车的楼板上面，解决客户场地问题。

这类机器是今后的主流产品，国外大规模使用本类产品。

总的来说，剪式举升机是较为精密的仪器，如果做工不好或者设计不好都容易导致台面不平，单边升降等危险的发生，大部分用户用该类型的举升机是用来作为四轮定位仪的平台，这样设计该类型则需要求更加严格。

2.1.3各类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2.1所示。

表2.1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2.5-4Tmmmm50-70Sec20-60Sec

龙门式双柱2.5-4Tmmmm50-70Sec20-60Sec

四立柱式2.5-4.5Tmmmm50-70Sec20-60Sec

2.2汽车举升机的主要结构与工作原理

举升机的结构形式主要有：

（1）整体结构形式；

（2）举升方式；（3）驱动方式；（4）平衡方式；（5）保险与保护方式；（6）托盘结构。

2.2.1剪式举升机的结构与工作原理

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。

2.2.2双柱式举升机的结构与工作原理

双柱式举升机有举升装置、立柱、支撑机构、平衡机构、保险机构。

启动电动机按钮后电机起动并带动油泵从油箱中吸入压力油送到举升缸中使活塞杆移动，此时安全溢流阀关闭。

此阀的压力在出厂前已经调好，以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，提升结束，开始作业工作。

如果拉动滑台上两个机械安全锁后再按手动式下降阀便开始卸油下降。

2.2.3四柱式举升机的结构与工作原理

它的结构主要包括以下几个部分：

立柱、承车跑板、横梁。

普通式四柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由承车跑板下安装的液压油缸来推动连接立柱与横梁的钢丝绳，使横梁上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现承车跑板的上下移动。

3四柱式汽车举升机设计方案的确定

本次设计的是由液压驱动的普通式四柱汽车举升机。

它的结构主要包括以下几个部分：

立柱、承车跑板、横梁、锁止机构及液压油缸。

普通式四柱汽车举升机的举升机构的传动系统是由液压系统来驱动和控制的，由承车跑板下安装的液压油缸来推动连接立柱与横梁的钢丝绳，使横梁上安装的大滚轮沿立柱滚动，实现承车跑板的上下移动。

主要参数有：

举升重量3000kg;举升高度1800mm;上升时间50s;电源380V。

图3.1四柱举升机原理图

3.1联动装置方案的确定

联动装置的作用是将举升托架的升降运动传递给支撑立柱的举升托架，保证两举升托架的同步运动。

在四柱汽车举升机的联动装置有很多，例如：

螺母丝杠联动装置、齿轮链条联动装置、钢丝绳联动装置等。

而能够适合以液压为动力的举升机来说，齿轮链条和钢丝绳联动装置比较合适。

对于这两种方案，各有优缺点：

齿轮链条联动装置能够比较精确的保证举升同步，但是链条的使用寿命比较短，而且造价比较高。

对于钢丝绳联动装置，不但能够保证同步举升，而且使用寿命长，成本比较低，并且比较容易调整钢丝绳的长度。

通过这两种方案的比较，对于该机械而言钢丝绳联动比较合适。

钢丝绳升降联动装置主要由钢丝绳、滑轮、螺套和螺母等构成。

钢丝绳滑轮利用滑轮轴安装在升降架上；钢丝绳的端部固定在螺套中，并且用螺母安装在立柱上部的顶板上；螺母可以用来调整钢丝绳的长短，以使承重托架保证水平位置。

3.2驱动机构方案的确定

驱动机构是液压举升机的动力执行元件，它主要是驱动钢丝绳运动，从而带动升降架上下运动。

驱动元件主要是由液压缸组成的，它的驱动方式主要有两种，一是拉钢丝绳，二是推钢丝绳。

由于举升机的行程为1800mm，如果不采取一定的特殊方式的话，那么做出的活塞杆的长度就要1800mm，那么对活塞杆的刚度要求就比较高。

而且运动起来也不稳定。

因此采用动滑轮的原理，可以将活塞杆的长度减为原来的一半。

在活塞杆的端部安装一个滑轮，使其成为一个动滑轮，再将钢丝绳绕过滑轮，如（图3.1）所示：

通过利用动滑轮原理可以减少活塞杆的行程，同时提高了活塞杆的刚度和稳定性。

图3.2驱动装置的示意图

最终确定活塞在向外推的时候为升降架上升，而且活塞端部采用滑轮装置。

3.3导向装置方案的确定

导向装置的作用是为了防止升降架在升降时前后左右摇摆而设定的。

导向装置有很多，例如采用导向轴和套筒。

在这里打算采用轴端轴承和导向槽来进行导向，这种机构不但安装方便，而且制造比较简单，工艺性能比较好。

3.4安全保险机构的确定

由于汽车维修工人需要在托架底下进行工作，因此对举升机的安全机构要求比较严格。

通常对于链条传动的，它的安全机构比较好设计，可以直接利用链条进行自锁。

而对于钢丝绳传动而言，就要采取期的自锁机构。

通常采用棘爪和齿条的比较多，初步也采用棘爪和齿条的锁紧机构。

4四柱式汽车举升机的设计

4.1立柱的设计与计算

立柱的高度为2500mm，而且所选的材料为钢板，其结构如（图4.1）所示：

初选型材的材料为Q235（A），其弹性模量E=206Gpa，σp=200Mpa，惯性矩：

IY=527.214cm4，截面面积：

A=20.40cm2。

图4.1立柱的截面图

所以：

λ1=

=

100

立柱所受力的情况如（图4.2）所示：

由于立柱属于一端固定，另一端自由，所以立柱的长度因数：

=2

图4.2立柱的受力图

所以惯性半径：

===50.83mm

所以：

λ===78.69

而Q235的，

因此

由于：

，即该立柱属于中等柔度压杆。

所以应选用的公式为：

=

因此临界应力为：

=

=304-1.1278.69

=215.867Mpa

则临界压力为：

所以工作的安全系数为：

由于关于稳定性的安全系数一般取10以上即可，因此适合。

4.2横梁的设计与计算

横梁的长度为2600mm，使用材料为矩形空心型钢，初选矩形空心型钢为边长A=150mm，B=100mm，壁厚t=8mm，理论重量为ρ=28.096kgm，截面系数为：

W=138.546cm3。

轮距的最小值取为1400mm。

因此分析横梁的受力情况如（图4.3）中a）图所示：

图4.3横梁的受力图、剪力图和弯矩图

a-横梁的受力图b-横梁的剪力图c-横梁的弯矩图

由于：

q=ρ×g=28.096×9.8Nm=275.3408Nm

又因：

FN1+FN2=F1+F2+q×l（4-1）

FN1=FN2（4-2）

联立

（1），

（2）可得：

（其中F1=F2=

（+2×）×g

=

×（3000+2×4×51.19）×9.8N

=8353.324N）

所以：

FN1=FN2=（F1+F2+q×l）2

=8353.324+

=8711.137N

所以在AB段中：

（0≤x≤0.6m）

Fs=FN1-q×x=（8711..3408×x）N

M=FN1×x-

q×x2=（8711.137×x-

×275.3408×x2）N.m

在BC段中：

（0.6m≤x≤2m）

Fs=FN1-q×x-F1=（357..3408×x）N

M=FN1×x-F1（x-0.6）-

q×x2

=（357.813×x-

×275.3408×x2+5011.994）N.m

在CD段中：

（2m≤x≤2.6m）

Fs=FN2-q×（l-x）=（8711..3408×（2