[优秀毕业设计精品]电动汽车升降仪系统结构设计.doc

毕业设计说明书(论文) 作 者： 学 号： 学 院： 机械工程学院 系(专业)： 机械设计制造及其自动化专业 题 目： 电动汽车升降仪系统结构设计 指导者： 教授 评阅者： 2010 年 06 月 01 日毕业设计（论文）中文摘要电动汽车升降仪摘要： 本文主要设计了专用于升降汽车的双立柱升降机，采用电动机作为驱动元件，通过带轮传动使传动螺杆旋转，根据螺旋装置的特性将梯形螺杆螺母的旋转运动转化为轴向的上下运动，从而实现设计目的。本设计加入了保险螺母的设计，加强传动的安全保障。另外，还采用了行程位置极限保护装置，即采用JR-1型继电器和行程开关达到控制升降臂不超过最低、最高升降范围。在润滑方面，本设计采用了手动液体吸油器润滑以提高其寿命。在设计过程中，主要进行了两部分的设计：机械部分和控制电路部分。机械部分有：螺旋传动的强度校核、带及带轮选择计算、轴承选择、保险螺母等的设计；控制电路部分主要确定继电器在本设计中的工作原理及控制图设计。通过控制电路对机械部分进行运转调节，方便、快捷的实现运动要求，实现机械与电子系统化、可靠性的设计。关键词：螺旋副传动;行程极位;继电器;吸油器毕业设计（论文）外文摘要Title THE DESIGN OF AUTOMOBILE ELEVATOR AbstractThis design is about a double-column automobile elevator specially designed for lifting vehicles.I choose the motor as power supplier,which can activate the screw rotation through belt drive.According to the characteristics of helical device,the rotation of trapezoidal screw and nut can be turned into up and down movement along the axle direction,so the goal promised can be achieved.The mechanical structure is compactively and securitilly planned by adding the design of Insurance nut.Still more,I state a protection device of limit position in the design.That is using the relay typed JR-1 to ensure the arm will never travel exceed the minimum or maximum location.In the lubrication area,I select a manual device using liquid lubrication oil to enhance its life.There are two sections in my thesis:the mechanical part and the circuit controlling part.The mechanical part include:the strength calculation of screw drive,the selection of belt,pully and bearing,the design of insurance nut and so on.In the circuitcontrolling field,I mostly focused on the working principle of the relay applied and the design of controlling charts.The mechanism of the elevator can work smoothly,conveniently and rapidly through operating buttons controlled by the circuit relay.Keywords： screw drive limit position relay oil-absorbing device目录1绪论.61.1课题简介.61.2方案拟定.61.3汽车升降机的组成及其性能.91.3.1汽车升降机的组成.91.3.2设计方案综述.101.3.3工作原理.102升降机机械机构设计.122.1传动方案的设计.122.2传动螺旋副的设计.122.2.1设计参数及选材.122.2.2螺杆强度校核.152.2.3螺纹牙强度计算与校核.152.2.4按抗磨损能力计算螺母的旋合圈数.162.3电动机的选择.172.3.1基本参数.172.3.2电动机的选用计算.172.4带及带轮的设计选择.182.4.1带的型号选择.182.4.2确定带轮直径.192.4.3验算带速.192.4.4确定带长L及中心距a.192.4.5校核小带轮包角.202.4.6带的根数Z计算.212.4.7轴拉力F计算.212.4.8带轮型号的选用.222.5轴承的选择.222.5.1螺杆顶部的轴承的选择.222.5.2螺杆底部的轴承的选择.232.6法兰盘设计.242.7保险螺母的设计.252.7.1从弯曲强度计算螺母允许磨损的最大量.252.7.2从剪切应力计算螺母允许的磨损最大量.263控制电路的设计.273.1继电器简介.273.2控制电路的设计.273.2.1主要实现的功能：.273.2.2控制原理图：.283.2.3控制原理说明.284吸油器的润滑.294.1吸油器简介.294.2吸油器的工作原理.30结论.32致谢.33参考文献.341 绪论1.1课题简介 随着工业社会的飞速发展，我国的汽车产业也得到了前所未有的壮大。国产车辆和进口车辆的增加，人民生活水平的提高都使汽车的普及程度日趋加大。但是，随之而来的便是汽车保养和维护的问题，如何使之简便呢？为了解决这个问题，人们设计出了升降机，它的运用极大方便了汽车的维护，尤其是在地盘维修时，更显其优越性。 纵观国内外的研究概况，目前的举升机主要分为气动、液动、机械式三大类。其中尤以液动居多，机械式次之，气动最少,且每类里又可分为二柱式和四柱式。具体言之，液动的特点是平稳、噪音小、力量大，缺点是用久之后易漏油，污染工作环境。而机械式的一般多为电机驱动，螺旋传动，它不存在漏油问题，且自锁保护简单易行。 就其发展趋势而言，一定是朝着安全、简便、使用寿命长、噪音小、价格低廉的方向发展。1.2方案拟定通常机器由动力源、传动装置、执行装置、控制装置及辅助系统等组成：1.方案选择（1）液压、气压、机电传动系统的比较：1）液压传动系统利用液压泵将原动机的机械能转换为液体的压力能，通过液体压力能的变化来传递能量，经过各种控制阀和管路的传递，借助于液压执行元件(液压缸或马达)把液体压力能转换为机械能，从而驱动工作机构，实现直线往复运动和回转运动。液压传动的优点有：体积小、重量轻；调速范围大；换向容易；空间位置无严格要求；操纵控制简便；自动化程度高；容易实现过载保护；液压元件实现了标准化、系列化、通用化、便于设计、制造和使用。其缺点主要有：使用液压传动对维护的要求高、工作油要始终保持清洁；对液压元件制造精度要求高，工艺复杂，成本较高；液压元件维修较复杂，且需有较高的技术水平；液压传动在能量转化的过程中，特别是在节流调速系统中，其压力大，流量损失大，故系统效率较低；液压传动对油温变化较敏感，这会影响它的工作稳定性，这不适用于对于平衡要求较高的汽车升降机构。2）气压传动系统是以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功。其传动的特点是:工作压力低,一般为0.30.8兆帕，气体粘度小，管道阻力损失小，便于集中供气和中距离输送，使用安全，无爆炸和电击危险，有过载保护能力；但气压传动速度低，需要气源。气压传动由气源、气动执行元件、气动控制阀和气动辅件组成。气动执行元件把压缩气体的压力能转换为机械能，用来驱动工作部件，包括气缸和气动马达。气动控制阀用来调节气流的方向、压力和流量，相应地分为方向控制阀、压力控制阀和流量控制阀。气压传动的基本特点类似于液压传动，二者合称为流体传动，若应用于汽车维修升降机结构，不能保持两侧抬升的平稳，因此在此情况下并不适用。3）机械传动系统利用机械方式传递动力和运动的传动。机械传动在机械工程中应用非常广泛，有多种形式，主要可分为两类：靠机件间的摩擦力传递动力和运动的摩擦传动，包括带传动、绳传动和摩擦轮传动等。摩擦传动容易实现无级变速，大都能适应轴间距较大的传动场合，过载打滑还能起到缓冲和保护传动装置的作用，但这种传动一般不能用于大功率的场合，也不能保证准确的传动比。靠主动件与从动件啮合或借助中间件啮合传递动力或运动的啮合传动，包括齿轮传动、链传动、螺旋传动等。啮合传动能够用于大功率的场合，传动比准确，一般要求较高的制造精度和安装精度。带传动一般用于两轴平行、且同向转动的场合（称为开口传动），中小功率电机与工作机之间的动力传递。卷筒式钢绳传动结构简单，自重较轻，但不适用于速度改变频率较高的场合，且工作温度对钢绳寿命影响较严重。摩擦轮中由于轮面没有轮齿，所以制造简单，过载时可打滑保护装置，但会产生赶摩擦而导致磨损快、寿命低且必须采用压紧装置。齿轮传动是利用两齿轮的轮齿相互啮合传递动力和运动的机械传动，齿轮传动的特点是：齿轮传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大，但是制造齿轮需要有专门的设备，啮合传动会产生噪声。链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。因此，链传动多用在不宜采用带传动与齿轮传动，而两轴平行，且距离较远，功率较大，平均传动比准确的场合。螺旋传动是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，因此虽然轴向力F相当大，而转矩T则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。螺旋副传动结构紧凑、操作简单、保养方便。此传动方式主要用于负荷大、低速与无需频繁工作的场所。其梯形螺旋特性具有自动锁定功能，既使没有制动装置也可保持载重。2.根据设计指导及各部件工作要求，确定方案如下： （1）动力源：采用Y系列三相异步电动机； （2）传动装置：考虑经济成本及可互换性、使用寿命等方面，采用广泛运用的螺杆螺母传动； （3）执行装置：通过螺旋传动带动螺母沿轴向上下移动，使螺母与举升臂连接，从而实现使汽车抬升下降的功能； （4）控制部分：采用行程位置极限保护装置，即通过采用JR-1型继电器和行程开关来达到控制举升臂不超过最低、最高举升范围的目的。另外通过使用JR-1型继电器使两立柱内螺旋传动同时工作，当有一旋转副停止时，立即停止电机，避免汽车倾斜，以达到保护人、机的目的； （5）辅助部分：在润滑方面，此采用了吸油器自动润滑以提高其寿命。1.汽车升降机的组成及其性能1.3.1汽车升降机的组成升降机系列是由传动机构、抬升机构，电动控制机构，支撑机构组成的一种升降机设备。汽车升降机的机械结构简图：1.3.2设计方案综述此汽车维修升降机采用三相鼠笼型异步电动机作为源动力装置通过带传动带动螺旋副的螺杆转动，根据螺旋传动的属性，将旋转运动转化为升降臂沿轴向的运动，整个机械系统通过继电器控制电路的开关进行操纵，可根据实际需要随时换档位以达到要求的运动过程。传动螺旋副本身带有自锁的功能，在设计中加入保险螺母，可进一步保证升降机的安全使用，在升降臂运动到极限位置时，控制电路自动断开电机的开关，确保升降臂在设定的高度内抬升与下降。此类型升降机的开发在汽车维护领域占有一定的优势，采用双立柱式身架，有利于工人进行维修工作，且可根据自身需求随时调整抬升高度。其外观灵巧、占地面积小、结构明了、操作简单、利于控制并可根据发展进一步改造、而且制造成本不高，是维修市场的又一股清流。1.3.3工作原理系统的工作原理简述如下：2升降机机械机构设计2.1传动方案的设计 根据上述各传动方案的比较，螺旋副传动有其他传动方式不可比拟的优势，其自身所带的自锁功能在升降机械类的设计中是不容忽视的，在此方案中，立柱两端采用对称式的螺杆螺母传动，两台电动机通过一个电机开关控制，使两端同时启动，而达到保持两端升降臂平衡的效果。在监督人员视觉出工作异常时，可随时通过断开保护按钮停止电机的转动，以达到安全保障的要求。2.2传动螺旋副的设计2.2.1设计参数及选材1.已知条件：(1)轴向载荷Q最大抬升重量为1.5吨，假设单边举升臂的重量为150千克：Q=1500/2×9.8+150×9.8(N)=8820N(2)最大抬升高度LL=2000mm(3) 最大工作宽度DD=1900mm2.选材参见参考书目<4>,表101选取材料：螺杆45钢螺母青铜选梯形螺纹=15°（2=30°），取单头、梯形螺纹，整体螺母3. 由螺纹副耐磨性计算中径(1)螺纹副材料：钢（螺杆）对青铜（螺母）P =11MPa取值（=H/），H为螺母旋合长度当螺母为整体式、磨损后间隙不能调整时，宜取=1.22.5当螺母为两半式、间隙能够调整，或螺母兼作支承而受力较大时，可取=2.53.5所以取=1.8(2) 求中径矩形、梯形螺纹： 式（2.1）式中Q轴向力；P螺距；比例系数=H/；h螺纹工作高度，梯形和矩形螺纹h=0.5p,锯齿形螺纹h=0.75p；P许用压强；矩形、梯形螺纹中：按梯形螺纹计算查有关手册取标准值：取公称直径d=20mm,螺距p=4mm螺纹中径：=d-0.5×p； 式（2.2）螺纹小径：=d-p； 式（2.3）螺纹大径：； 式（2.4）其中=0.25；求得： 18mm， 16mm， 20.5mm4.计算螺母高度HH =1.8×18(mm)=32.4m5. 螺杆螺母旋合圈数Z求解根据式: 式（2.5）由于旋合各圈螺纹牙受力不均，Z不宜大于10求得符合条件6.校核自锁自锁条件 式（2.6）(1)对于值，可由参考书<14>,表10-2中f求得：f=0.10=arctgf=arctg0.10=5.71° 式（2.7）(2)当量摩擦系数的计算(3)当量摩擦角的计算=5.91°(4)校核，可以实现自锁.2.22螺杆强度校核螺杆受有压力（或拉力）F和扭距T，根据第四强度理论，其强度条件为： 式（2.8）1. 扭拧力矩式（2.12）2.许用应力对碳钢可取50N.mm80N.mm本设计取为=60MPa3. 计算据式（2.11）得=47.19MPa<60MPa因此合格2.23螺纹牙强度计算与校核螺纹牙的剪切和弯曲破坏多发生在螺母，因此主要计算和校核螺母的剪切和弯曲强度1.弯曲强度 式（2.9）式中d螺母螺纹大径，d =20mm；Q为轴向力，Q=8820N；(1)b为螺纹牙底宽度矩形螺纹b =0.5P梯形螺纹b =0.65P锯齿形螺纹b =0.736p所以b =0.65×4=2.6mm(2)h为螺纹工作高度对矩形和梯形螺纹h =0.5P所以h =0.5×4=2mm(3)H为螺母高度，则旋合圈数则螺母的弯曲应力为：(4)许用弯曲应力（见参考书<13>，表10-3）青铜螺母MPa=50即，符合应用条件2.牙的剪切应力计算 式（2.10）Q=8820N,=3.14,d=20mm,b=2.6mm,Z=8.1青铜螺母=30MPa 40MPa可见：<，符合应用条件2.2.4按抗磨损能力计算螺母的旋合圈数螺纹的旋合圈数Z可由下式得到： 式（2.11）=8820/3.14=7.98圈又=8.10圈7.98圈，因此合格2.3电动机的选择 电动机是常用的原动机，并且是系列化和标准化产品。机械设计中需要根据工作机的工作情况和运动，动力参数，合理地选择电动机类型，结构形式，传递的功率和转速,确定电动机的型号。电动机有交流电动机和直流电动机之分.由于直流电动机需要直流电源，结构较复杂，价格较高，维护比较不方便，因此无特殊要求时不宜采用。工业上常采用交流电动机。交流电动机有异步电动机和同步电动机两类，异步电动机又分为笼型和绕线型两种，其中以普通笼型异步电动机应用最广泛。本设计初步拟定选用笼型Y系列三相异步电动机。2.3.1基本参数 设计中可设举升速度约为v=0 .04m/s,抬升高度为2000mm,总上升时间约50s,最大升重量由参考书<>知各传动件的传动效率分别为式（2.12）2.3.2电动机的选用计算电动机的输出功率为： 由参考书<>知,取电动机的额定功率为1.1kw Y系列三相异步电动机是一般用途低压三相鼠笼型异步电动机基本系列。此类电动机具有高效、节能、性能好、振动小、噪声低、寿命长、可靠性高、维护方便、起动转矩打等优点。安装尺寸和功率等级完全符合IEC标准。采用B级绝缘、外壳防护等级为IP44，冷却方式IC411.其额定电压为380V，额定频率为50Hz，3kw及以下为“Y”接法,4kw及以上为“”接法。 选用电动机的型号为Y90S?4，满载转速为1400 r/min。2.4带及带轮的设计选择 带传动是两个或多个带轮之间用带作为挠性拉拽零件的传动，工作时借助零件之间的摩擦（或啮合）来传递运动和动力。根据带的截面形状不同，可分为平带传动、V带传动、同步带传动等。 带传动是用中间挠性件的一种传动，所以： 1）能缓和载荷冲击； 2）运行平稳，无噪声； 3）制造和安装精度不像啮合传动那样严格； 4）过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件的损坏； 5）可增加带长以适应中心距较大的工作条件。2.4.1带的型号选择1. 螺杆转速传动功率P =1.1kw转速=1400 r/min举升机的升程为2000mm，导程为4mm及初步定的上升时间50s,可推算出螺杆转速：由,知=600r/min2.确定计算功率查参考书目<4>,表7-3的工作情况系数=1.2则根据：(kw) 式（2.13）式中P名义功率求得=1.1×1.2=1.32kw3.选V带型号由，查参考书<6>中图7-15确定V带型号，截面尺寸见参考书<2>中的表7-1可知：可选取A型带2.4.2确定带轮直径由参考书<3>，表7-4选=100 mm， 式（2.14)就取 250mm传动比： 式（2.15）2.4.3验算带速 须V=5 m/s25m/s,则所取带轮基本尺寸符合转动条件2.4.4确定带长L及中心距a1.初选带长,中心距a(1)初取中心距 式（2.16）0.7(100+250)=245mm2(100+250)=700mm选 500mm(2) 初取带长L0 式（2.17）式中：2.选标准带长L由参考书<2>,表7-2选与相近稍长的L选L =1600mm,=0.993.实际中心距 式（2.18）可留出调整余量±0.03La=500+（1600-1560.75）/2=519.63mm，取a =520mmL =±0.03×1600=±48mm2.4.5校核小带轮包角V带传动的包角一般不小于120°由式： 式（2.19）须符合>120°实际=故合适2.4.6带的根数Z计算 式（2.20）包角系数；长度系数；K材质系数1.由参考书目2，表11-10查得值当选择A带，传动比i>2时取= 0.17kw2.由参考书目<3>,表11-8查出(用插值法算出中间值)= 1.3kw3.由查考书<5>,查11-7查出包角系数=0.95由查考书<5>,表11-12查出长度系数=0.994.材质系数K的取值(1)棉窗布,棉线绳结构K=0.75(2)化纤绳结构K=1.0 本设计的取K=1.05. 计算根数 式（2.21）考虑带传动的使用寿命及外观等，可取Z=4根2.4.7轴拉力F计算1.查参考书目<13>，表7-1，查出q值（密度）：2.计算初拉力 式（2.22）由：此可作为设计轴承的依据2.4.8带轮型号的选用由参考书<2>可知：（1）带轮基准直径2.5d（d为轴的直径，单位为mm）时