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1、学士学位毕业论文摩托车专用升降平台设计摘要: 升降台的种类很多，按照升降结构的不同，可分为剪叉式升降台、升缩式升降台、套筒式升降台、升缩臂式升降台及折臂式升降台等。液压升降台采用液压驱动，整机由主机、液压系统、控制系统组成。本文所介绍的摩托车专用升降台最大载重量是500kg，它有两部分组成：剪叉机构和液压系统。剪叉机构的操作控制是由脚踏式液压泵和液压缸来完成的。这样的液压升降台的设计通常根据设计参数要求，粗略估算剪叉尺寸，然后求出液压缸推力，从而进行液压缸选型。由于液压缸的尺寸及摆放的位置不同，设计当中可能会产生干涉。解决的办法是通过对机构中三种液压缸布置方式的分析和比较，确立一种方案，并根据
2、需要，设计最优的剪叉机构，及对连接零件、滑动装置的选型等。在满足机构设计的基础上，对受力较大的机构进行强度和刚度的校核，检验是否满足设计要求。作为控制系统，液压系统的设计很重要，这包括回路保压设计，液压泵的选取及其他元件的选型等。最终完成摩托车专用升降台的设计。本设计借鉴了相关的资料，采用了相关的标准，充分的吸收了前人的宝贵的经验。关键词：升降台，液压系统，剪叉机构，脚踏式液压泵，液压缸指导老师签名：THE DESIGN OF THE LIFT TABLE RESERVED FOR MOTOR BICYCLEStudent name:Wang Hao Class:0781053Supervis
3、or:Yuan NingAbstract : There are many types of lift table, according to the structure of the different movements ,which can be divided into scissors-lifts or shrink-lifts ,sleeve-lifts or shrink arm lifts and arm folding lifts and so on . The hydraulic pressure actuation is used in hydraulic pressur
4、e lift table, and the whole machine was made of the main body, the hydraulic system and the control system. Maximal load capacity of hydraulic press described by this paper is 500 kg , it has two parts: this scissors fork and hydraulic pressure system. This operation of the scissors fork is under th
5、e control of foot-operated hydraulic pump and hydraulic cylinder.Such hydraulic lifts are usually designed in accordance with the requirements of the design parameters, then the hydraulic cylinder thrust force is extracted by the sketchy estimate size.Thus the typle of the hydraulic cylinder can be
6、sure. As the size of hydraulic cylinders and the positions for securing are different, it possibly have the interference in the design. The solution is to establish a programe through the analysis and comparison in the hydraulic cylinder layout.According to the need, we can design the optimal scisso
7、rs fork, and select the connector of parts, sliding devices and so on. In the foundation of the design,the intensity and the rigidity examination to the large stress organization should bemade to examine whether that satisfy the design requirements. As the control system, hydraulic systems design is
8、 very important, including the design of the return route for guarantee presses, hydraulic pumps selection and other parts shaping and so on. In the entire process, the floor fluctuation and the turn over complete by hydraulic cylinders expansion.Finally,the design of the lift table reserved for mot
9、or bicycle is completed.The design draws lessons from the pertinent data, has adopt the pertinent standard,and admit sufficiently the prehominid precious experience. Keywords: lift table, hydraulic system, scissors fork mechanism, foot-operated hydraulic pump, hydraulic cylinder Signature of Supervi
10、sor:目 录1 绪论 1.1 升降台的发展现状. （1） 1.2 升降台的发展前景. （1） 1.3 摩托车升降台的设计特点. （2） 1.4 摩托车升降台的安全要求. （2） 1.4.1设计的安全要求. （2） 1.4.2其他安全要求. （3）2 摩托车升降台的总体设计 2.1 设计参数及要求. （4） 2.2 摩托车升降台机构设计时应注意的问题. （4）2.3 摩托车升降台的两种结构形式. （4） 2.4 摩托车升降台机构中三种液压缸布置方式的分析比较. （5） 2.4.1问题的提出. （5） 2.4.2三种方案的分析和比较. （5） 2.5 总体方案确定及总体设计. （7）3 摩托车专
11、用升降台的受力分析计算 3.1 实例分析. （8） 3.1.1摩托车专用升降台的结构简化. （8） 3.1.2升降台受力分析. （8） 3.2 实例计算. （12） 3.2.1剪叉臂长度及液压缸安装位置的确定. （12） 3.2.2液压缸推力的计算及选型. （14） 3.2.3其他力的计算. （15）4 各参数及结构设计 4.1 升降台主要零部件材料的选择. （17） 4.1.1底座材料的选择. （17） 4.1.2 液压缸缸体尾部横梁的材料选择. （17） 4.1.3搭板的材料选择. （17） 4.1.4工作台的材料选择. （17） 4.2 内外剪叉臂与底架连接的销轴结构设计. （18） 4
12、.3 轴套的结构设计. （18） 4.4 滚轮的结构设计. （18） 4.5 脚轮的选型. （19）5 液压系统的分析与设计 5.1 负载分析. （20） 5.2 液压系统方案设计. （20）6 液压系统的参数计算与元件选择 6.1 液压泵的选择. （21） 6.1.1液压泵压力的计算. （21） 6.1.2液压泵的选择. （21） 6.2 液压缸作用时间的计算. （21） 6.3 油管的选择. （22）7 强度校核 7.1 剪叉臂的强度校核. （23） 7.2 液压缸底架固定横梁的强度校核. （25） 7.3 轴的强度校核. （28） 7.3.1内剪叉臂固定端销轴的强度校核. （28） 7.
13、3.2液压缸缸体尾部销轴的强度校核. （28） 7.3.3液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核. （29）8 校核 8.1 重量核算. （30） 8.2 成本核算. （30） 8.2.1成本的概念. （30） 8.2.2产品生产成本项目. （31） 8.2.3生产成本的核算. （31）9 结论.（33）参考文献. （34）致谢. （35）1 绪论1.1 升降台的发展现状升降台是一种当前应用广泛，发展良好的将人或货物升降到某一高度的设备。我国目前正处于建设的发展阶段，升降台的研制，开发虽然在一定的程度上得到发展成熟，但是有些地方还需要完善和改进，还需要进一步的研究。升降台种类丰富，类型繁多，总的来讲
14、，按照升降结构的不同，可分为剪叉式升降台、升缩式升降台、套筒式升降台、升缩臂式升降台及折臂式升降台等。按移动的方法不同分：固定式升降台、拖拉式升降台、车载式升降台、可驾驶式升降台等。根据液压升降台的工作原理可分为：剪式举升台（非叉式）、移动式液压举升台、剪叉式固定液压升降台以及直桶式液压升降台等。剪叉式升降台又可以分为电动剪叉式和液压剪叉式。根据其传动系统的不同又可分为：液压传动、链条传动、蜗轮蜗杆传动、齿轮齿条驱动、大螺旋驱动等。车载式升降台是为了提高升降台的机动性，将升降台固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降台的升降功能，以适应厂区内外的高空作业。车载式升降台适用范
15、围广泛应用宾馆，大厦，机场，车站，车间，仓库等场所的高空作业等，也可作为临时性的高空照明，广告宣传等。液压传动是机械设备中发展最快的技术之一，特别是近年来随着机电一体化技术的发展，与微电子、计算机技术相结合，液压与气压传动进入了一个新的发展阶段。现今，采用液压传动的程度也成为衡量一个国家工业水平的重要标志之一。如发达国家的生产的95%的工程机械、90%的数控加工中心、95%以上的自动线都采用了液压传动。目前使用比较成熟，效果较好的液压缸斜置驱动的剪叉式升降台，具有机构紧凑、运行平稳、噪声小、频响快、传递功率大、易于操作等优点。但在实际使用中也存在一些不足， 比如负载不能太大、起重动力矩与负载的
16、比偏大，起始高度较高，有时液压升降平台还会因为长时间的负载而引起漏油，有些升降台体积较大，占用空间等。1.2 升降台的发展前景升降台是现代机械行业不可缺少的基本设备，为了满足不同的升降高度，升降台分为单级，双级以及多级；为了满足不同的功能要求，台面有滚道式，旋转式和翻转式等。随着科技的发展，为了更好的控制升降台的升降速度，引入计算机控制系统代替开关液压阀的形式控制液压系统，运用计算机的智能处理能力，根据需要同时控制升降台的位置和速度，既能保证速度均匀稳定，又能更准确的定位。液压升降台正朝着人体化，智能化、集成型和环保节能的方向发展，逐渐运用在各个领域。1.3 摩托车升降台的设计特点 随着摩托车
17、使用量的迅速增加，社会对摩托车维修工具和设备的工作效率也越来越高。由此原因，设计一种维修设备，它可根据摩托车维修部位的不同而随时调整摩托车的高度位置，方便维修，减轻维修人员的劳动负荷从而提高工作效率，就成为必然需要。具有结构紧凑，占地面积小，安装和拆卸操作方便，故障率低，常见故障易处理，维护方便等优点的摩托车升降平台，就可以满足摩托车维修对提高工作效率的要求。总体来说，摩托车升降台的设计特点就是安全、可靠、经济、方便。1.4 摩托车升降台的安全要求 由于摩托车升降台容易产生的危险如下： a)机械危险；b)电气危险；c)在设计时由于忽略了人类工效学产生的危险；d)由于能源失效、机械零件损坏或其他
18、功能故障产生的危险；e)由于安全措施错误或不正确的定位产生的危险。 因此，在设计和制造摩托车升降台及其他方面应满足一定的安全要求。1.4.1设计的安全要求 设计时，金属结构的布置应便于检查、维修，且金属结构应达到国家标准要求的安全系数。 在确定安全系数时，设计应力必须是当升降台置放在水平面上，工作台均匀承受最大载重量，按使用说明书使用时构件中产生的最大应力。安全系数n按式(1.1)计算： .（1.1）式中：塑性材料的屈服极限脆性材料的强度极限（Pa）； 结构自重引起的应力（Pa）； 承受最大载重量时结构构件内增加的应力（Pa）； 应力集中系数； 动载荷系数。 注：和的值可以在样机上通过试验分析
19、得出。如果不采用试验结构和的值分别不得小于1.10和1.25。 a)升降台承载构件(不包括脆性材料)按式(1.1)求得的安全系数n不得小于2；b)脆性材料(如铸铁等)制成的升降台承载构件其材料按式(1.1)求得的安全系数n不得小于5；1.4.2其他安全要求 1.摩托车升降台的稳定性 升降台的稳定系数为： .(1.2) 式中：总抗倾覆力矩； 总倾覆力矩，。 升降台的工作台若伸出,必须使工作台伸至极限位置,在伸出部分均布130%该部承受的最大载重量,在最大起升高度处应稳定。 在承受偏载荷时，升降台置于水平面上，支腿伸出且使底盘保持水平，将最大载重量以集中载荷放置在距工作台周边为工作台的长或宽的1/
20、3处的任一位置，在最大起升高度处应稳定。 升降台在升降过程中自然偏摆量不得大于0.5%的最大起升高度。 升降台要设有防止支腿回缩装置，在工作台承受最大载重量停留15min时，支腿的回缩量不得大于3mm。 2.工作台升降安全保护装置 a)在动力、油路等出现故障时，要有能防止工作台失控下降的安全装置（允许有控下降）； b)若工作台能水平延伸超过升降台底架且在工作台下方有障碍物，则在油路等出现故障时，要有防止工作台下降的装置； c)工作台上升至最大起升高度时（升降机构中采用一活塞式油缸的升降台除外）,上升极限位置限制器必须自动切断工作台上升动力源。2 摩托车升降台的总体设计2.1 设计参数及要求基本
21、参数：额定载荷为500kg，自重200kg，升降台的最大高度为700-850mm，升降台最小高度为200mm左右，平台尺寸为2200mm700mm。要求升降台通过脚踏式液压泵提起货物，且后轮固定，设置过载安全阀，确保操作者安全，刹车可靠，可在升程内任意位置停止升降。2.2 摩托车升降台机构设计时应注意的问题 图2-3 方案一图2-4 方案二图2-5 方案三综上所述，方案三是摩托车专用升降台设计的最佳方案（如图2-5所示）。2.5 总体方案确定及总体设计由2.4.2可知，摩托车专用升降台的最佳总体方案为：机构二形式和液压缸布置三的方式相结合。总体结构示意图如图2-6所示图2-6 总体机构示意图1
22、-搭板 2-固定脚轮 3-底架梁 4-液压缸 5-油管 6-液压泵 7-转向刹车脚轮 8-脚踏杆 9-外剪叉臂 10-内剪叉臂 11-推车扶手柄 12-摩托车前轮固定架 13-上台板梁 14-台面3 摩托车专用升降台的受力分析计算3.1 实例分析3.1.1摩托车专用升降台的结构简化升降台的简化结构如图3-1所示图3-1 液压升降台的简化结构升降台b、d点为固定铰支座，a、c两点分别可沿升降台底架轨道及工作台下方轨道水平移动，a、c两点采用同样的支撑结构时，其摩擦阻力系数皆为。aed，ceb杆件长度皆为，且设为无重杆件，e铰接点位于上述两杆件的中点。fg为液压缸推力的作用线，其一端与底架铰接于f
23、点，另一端与aed杆铰接于g点。aed，ceb与水平面得夹角为，fg线与水平面得夹角为，且gde=。升降台面与所载工件重量合为，其作用线距b点为，显然，现在升降台升降过程中值不变。3.1.2升降台受力分析 1.以整体作为研究对象，如图3-2所示图3-2 整体受力分析图 将分解到a、b两端，则有 .(3.1) .(3.2) .(3.3) .(3.4) .(3.5)式中：a点所受水平方向上的力； a点所受竖直方向上的力； b点所受水平方向上的力； b点所受竖直方向上的力； c点所受水平方向上的力； c点所受竖直方向上的力。2.分别以aed及ceb杆为研究对象，如图3-2和图3-3所示图3-2 ae
24、d杆受力分析图 图3-3 ceb杆受力分析图 列平衡方程式，有 当d点力矩平衡，即时，则 （2）、值随值的增大而增大，在值确定时，这些力又与值成正比;而、值随值的增大而减小，在值确定时，它们随值得减小而增大；（3）在计算油缸推力时，动态值比静态值增大了；（4）油缸的推力与值成反比；（5）力、随值的增大而增大。3.2 实例计算3.2.1剪叉臂长度及液压缸安装位置的确定1.剪叉臂的长度确定升降台的运动原理如图3-4所示图3-4 升降台的运动原理图为了使工作台面下降至最低位置时滚轮不至于脱离滑道，剪叉臂的长度应该比底座的长度b小一些，一般可取 .(3.20)由设计参数可知：，。初选底座长度，系数为0
25、.8，则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度。2.液压缸安装位置的确定由图3-4可知 .(3.21) 而液压升降台的有效垂直升降高度为 .(3.22)根据，液压缸上下交接点g、f的距离S（即液压缸的瞬时长度）为 .(3.23)可知，行程S是关于的变量函数，代入数值则有如图3-5所示曲线图3-5 S-关系曲线液压缸两交接点之间的最大距离和最小距离分别为 设液压缸的有效行程为，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最小值时，柱塞不抵到液压缸缸底，并考虑液压缸结构尺寸和（如图3-6所示），一般应取 .(3.24)同样，为了使液压缸两铰接点之间的距离为最大值时，柱塞不会脱离液压缸中的导向套，一般应取 .(3.
26、25)式（3.24）和式（3.25）中的和根据液压缸的具体结构决定。图3-6 液压缸结构尺寸液压缸铰接点g距离工作台面的上下导轨的距离分别为和，如图3-4所示则有 .(3.26) .(3.27)由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 .(3.28)由式(3.28)可看出，是关于的变量函数，代入数值则有如图3-7所示曲线图3-7 -关系曲线3.2.2液压缸推力的计算及选型 将数值带入式(3.12)中，得出随值变化的曲线,如图3-8所示图3-8 随值变化的曲线 可看出当时，液压缸的推力最大。但由图3-7可知，此时为负值，故不可取。同时我们可看出当时，。 那么，就取，此时，由式(3.12)得
27、 而，则 若取安全系数为1.5，则 参照参考文献5,选用缸径为的杆端外螺纹杆头耳环式液压缸，其最小安装连接尺寸ZM+为295mm+S，最大行程800mm。 当时，由式(3.23)得 又由式(3.23)，当时，即工作台升至最高点，液压缸的安装尺寸达到最大，计算得，故液压缸的行程和安装尺寸都符合要求。综上所述，选择缸径为的杆端外螺纹杆头耳环式液压缸。因此从最低到最高位置上升时，液压缸在此过程中所需要补充的油量为3.2.3其它力的计算 应用Excel表格计算，并能得出力、与的关系曲线如图3-9所示图3-9 力、与的关系曲线 力、与的关系曲线如图3-10所示图3-10 力、与的关系曲线4 各参数及结构
28、设计4.1 升降台主要零部件材料的选择4.1.1底架材料的选择 底架主要用于支撑作用，也作为滚道使用，参照参考文献1，底架梁选用热扎普通槽钢，型号为6.3，基本尺寸为；底架两头横梁选用热轧不等边角钢，型号为12.5/8，基本尺寸为。底架结构如图4-1所示。图4-1 底架三维实体图4.1.2液压缸缸体尾部横梁的材料选择 液压缸缸体尾部横梁由于受到的力比较大，要求要有较高的刚度，参照参考文献1，选择热轧方钢，型号为60。4.1.3搭板材料的选择 因为搭板是由骨架和钢板焊接而成的，对于搭板的骨架，参照参考文献1，选取热扎普通槽钢，基本尺寸为；搭板面则用扁豆形花纹钢板，基本厚度为3mm。 4.1.4工
29、作台材料的选择工作台包括两根支撑梁，角钢横梁及台面。支撑梁主要用于支撑作用，也作为滚道使用，参照参考文献1，选用热扎普通槽钢，型号为6.3，基本尺寸为；参照参考文献1，角钢横梁选用热轧不等边角钢，型号为12.5/8，基本尺寸为。支撑梁的结构如图4-2所示图4-2 底架梁三维实体图4.2 内外剪叉臂与底架连接的销轴结构设计设计销轴时，除了满足连接功能外，还应该考虑到润滑等，销轴的结构如图4-3图4-3 销轴的结构图4.3 轴套的结构设计设计轴套时，也考虑到润滑及加工工艺等，其结构如图4-4图4-4 轴套结构图4.4 滚轮的结构设计考虑到滚轮轴垂直导轨面的径向负载较大，而轴的轴向受力会较小，则采用
30、两个深沟球轴承的宽滚轮，滚轮、导轨和剪叉臂在一起的结构如图4-5所示图4-5 滚轮结构图4.5 脚轮的选型根据设计要求，本摩托车专用升降台的额定载重为500kg，包括升降台本身的重量，总共4个脚轮，每轮最少负重175kg。本升降台的脚轮轮面的材料选择为聚氨酯，其中万向转向轮和固定轮各两个,万向轮刹车方式为单轮刹擎1，万向轮选择型号为42-40170-31450，固定轮选择的型号为42-40010-31450，轮子直径为100mm，轮宽为50mm，安装高度为143mm，每个轮的载重为250kg，万向轮的旋转半径为90mm，底板尺寸为110mm90mm，安装孔距为84mm71mm，孔径d=11mm
31、。脚轮结构及主要尺寸如图4-6所示。图4-6 脚轮结构尺寸示意图1单轮刹擎：安装在轮子轴套或轮胎表面，用手或脚操纵的刹擎装置。5 液压系统的分析与设计5.1 升降台的负载分析摩托车专用升降台的工作过程是：当升降台在最低位置时，加上载荷，升降台升起，当到达最大高度时，升降台停止上升，液压系统进入保压阶段；当升降台需要下降时，取消保压，靠负载的作用使液压缸回程，升降台下降到最低点停止运动。在升降台的整个工作过程中，在最低位置时液压缸推力最大。随着上平台高度的增加，液压缸的推力将逐渐减小。5.2 液压系统方案设计根据任务要求，摩托车专用升降台的动力单元采用脚踏式液压泵，执行单元采用单作用液压缸，其中
32、脚踏式液压泵自带卸荷阀，并且其内贮存有足够的液压油，其本身相当于一个油箱。部分液压回路已在液压泵和液压缸内部机构中，只需用油管将它们的出油口连接即可组成一个完整的液压回路。液压系统原理图如图5-1所示，图中虚线框内的1、2、3、4、5、6为选定的脚踏式液压泵所自带的。1其实为脚踏式液压泵内部自带一定油量的容器；2表示真正的泵的结构；3为过载安全溢流阀，当载荷过大时，液压油无法到达液压缸无杆腔内，液压缸就不工作；4起到保压的作用，当泵停工作时，使升降台面仍能保持高度不变；5为控制卸载的手动换向阀，它在脚踏式液压泵上；6为调速阀，与5一起工作，起到调节卸载速度的作用。图51 工作原理图1油箱 2液
33、压泵 3溢流阀 4单向阀 5手动换向阀 6节流阀 7液压缸6 液压系统的参数计算与元件选择6.1 液压泵的选择6.1.1 液压泵压力的计算设为液压系统元件所承受的最大的工作压力，为整个系统油路的泄露及管道压力损失，因为油路较简单，取，依升降台的工作情况，最高压力发生在最低处，即启动时。液压缸的推力为，则液压系统的压力P为 所以 。6.1.2液压泵的选择因为液压缸无杆腔承受的压力与脚踏液压泵内部压力几乎相等，即压力均为10.632，通过单位换算，故。根据以上要求选择型脚踏液压泵，其基本尺寸为Lbh=250140250mm，其输出压力为，储油量为升，重量为,低压吐油量12.26cc/次，高压吐油量
34、2.26cc/次。6.2 液压缸作用时间的计算在3.2.2中已经选定缸径的液压缸，下面计算液压缸的作用时间。设每次液踩踏液压泵所需时间为2s，参照参考文献5，则有液压缸的作用时间为.(6.1) 式中：V液压缸的体积（）； 6.3 油管的选择液压和气压传动及润滑系统的管道中常用的管子有钢管、铜管、胶管、尼龙管和塑料管等。根据本液压系统的要求及从实际工作情况考虑，选择胶管作为该系统的管道。 管子内径d（单位：mm）的计算，参照参考文献5，按流速选取，有 .(6.2) 式中： 液体流量，（）； 流速()，推荐流速：对于压油管（压力高、管道短或油粘度小的情况取大值，反之取小值，局部或特殊情况可取），这
35、里取。 应当代入低压时的液体流量，数据代入式（6.2）得： 参照参考文献5，压油管选择外径的胶管。油管里所需的油量为所需油量为 故液压泵的油量选择是合适的。7 强度校核 整个升降台，受力较大的零部件有内剪叉臂，液压缸的支撑横梁，销轴等，所以进行校核时，只需对这些受力较大的零件校核即可。7.1 剪叉臂的强度校核 由图3-9和图3-10可知，内剪叉臂aed受力要远大大于外剪叉臂bec，所以这里只校核外臂。外剪叉臂受力如图7-1所示。又由图4-8可知，的角度越小，则推力的值越大。若取最大值时满足强度要求，则该剪叉臂即满足强度要求。当升降台在最低位置时，的值最小，即值最大。参照图7-1，剪叉臂所受的力都与剪叉臂有一定的夹角，为方便受力分析，将所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子：.(7.1).(7.2) .(7.3).(7.4).(7.5).