1449-摩托车专用升降平台设计
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毕业设计(论文)英文资料翻译题目 压电液压驱动器的设计和测试专 业 名 称 机械设计制造及其自动化班 级 学 号 068105331学 生 姓 名 徐 越指 导 教 师 袁 宁填 表 日 期 2009 年 3 月 25 日由 SPIE 智能结构和材料研讨会提交,智能结构技术的工业与商业应用,圣地亚哥, 2003 年 3 月,第 5054-11 号文件压电液压驱动器的设计和测试杰森兰德勒,埃里克安德森加州山景里窝那街 2565 号,加空局工程公司马克东瑞格布拉格加州山景里窝那街 2565 号,菱形顾问组摘要本文介绍的设计方法是建设一个使用智能材料提供液压流体动力的驱动器。在被描述的驱动器类,液压油从硬盘频率压电或其他智能材料中分离输出缸的运行频率。这种解耦允许在高频压电驱动,以提取物质的最高大量能源,以及液压缸在低频驱动提供长冲程。然而,由于遵循流体的可压缩性和结构性,基本阻抗匹配和流体之间的压电很难能量转换成加压压电液压油流。在材料,机械设计,以及流体机械接口领域的基本设计权衡和重大技术问题存在争论。提出原型设备和元件测量。介绍测试方法,测试量化泵压力和流量,得出动力量和速度。一系列的试验表明由智能材料提供强力长冲程驱动的装置的可能性。关键词:压电,智能材料, 压电液压 ,驱动,电源的电线,水泵导言智能材料,如压电, 磁限和电限长期应用在精确控制方面。由于其形变能力有限,这些材料通常没有用于要求大量直线运动的驱动器。近几十年出现了依靠各种技术增加来自智能材料核心的驱动力的设计。其中常见的是机械放大或转型,如那些正在使用的杠杆和支点,并分步重复类型,例如,蠕动。最近,研究人员已经认识到整合智能材料和液体,使泵的一个基本组成部分加以利用线性驱动的可能性。这种新方法有望实现长冲程高功率驱动。与包括常规伺服液压和各种电磁类型在内的其他类型的驱动相比,压电液压驱动有优点,也有缺点。相比传统液压,主要优点表现在电线方面,即消除液压配电线路。与电磁方法相比,包括电机驱动滚珠丝杠,压电液压驱动提供强力液压和潜在的更迅速的响应时间。相比于传统液压,新型驱动器在热分布和漏油方面有不利之处。与电磁驱动器相比,尽管使用少量液压油,新型驱动器仍然需要电气和液压一体化。压电液压驱动的这些特点中有许多和电限驱动器( EHAs )的是相同的 ,如用在联合攻击战斗机。压电液压驱动比其他EHAs 在压电材料本身的能量密度方面有一个潜在的优势。提取这种能量是一项艰巨的任务,本文试图描述许多当前发展努力的挑战中的一些。整体设计目标是要通过不同阶段由压电栈元件转换电力输入由一个驱动器输出缸将机械动力传到外部负载。设计始于压电智能材料,延伸到压电流体界面,通过阀门,并最终到输出缸。尽管电子驱动器的驱动器在其他地方讨论,但它也是一个考虑。像许多系统,整体设计是一项综合性和反复的工作,单个的组件能够被设计,但需要重新设计与其他子系统相配合。子系统和系统级在这一进程中测试元件。测试以个别要素之间的互动和合作为特点。设备的总机械输出(力量,速度,或电量)的衡量和最大化是最终目标。本文阐述了在固液混合驱动,可说明的操作和突出的局限性方面的基本概念。提出执行器的设计理念的下一步,和阐述各个关键子系统。审议压电性能重要的优先性的应用。决定加压室的设计和描述原型器件。分析部分或全部器件特性的各种测试方法,强调每种方法的价值。本文通过测试结果和解释对多代压电液压设备得出结论。固液混合驱动更广泛地说,压电液压或智能材料液压驱动可称为“固液混合”驱动。能源传送到智能材料生产加压流体。然后机械阀调整振荡流体压力促使加压流体流动。由于有液压蓄能器和另一个阀门,固体介质可以不在所要求的负荷时的频率下运行。一般来说,固体驱动器运行的频率远高于所要求的负荷时的频率,也许达到 100 倍。虽然理论上是吸引人的,但实际的限制会限制固液混合驱动方式的效率。特别是,流体粘度和压缩结合活性物质的机制中所固有的损失,以限制驱动器和驱动器的总输出功率有效带宽。同时,如果最大功率驱动器是可用来驱动机械负荷,必须非常小心地设计使流体的输送和输出符合驱动器的特点。如图 1 所示是目前发展状况下通用的设备。图中,设备组成有几个要素组成:刚度为 k 的固态要素推动面积为 A1 的活塞对工作流体加压,流体通道通过四个阀门将加压室与液压输出缸和累加器相连接。图 1 :固液混合驱动器概念图 2 显示了混合驱动器的动作顺序。阀门开口定时使加压流体到一个输出缸的分室。固态驱动器在冲程时,任一的输出活塞缸的端口是直接通向累加器腔的,使得输出活塞在每个腔内分离出不同的容积。一旦加压冲程已经到达了极限,阀门开口就会调整,以使加压腔从低压输出缸和累加器腔吸取流体。流体的这种流离从输出活塞的一侧反向移动到活塞的另一侧以达到平均流动。 前进 反向增压或入口 降压或出口图 2 :混合驱动器操作顺序设备的自由运行输出速度是诱导应变器和运作的循环频率分离的流体容积变化的结果,以输出活塞的区域区分。腔的大小和流体性质可以调整,以实现在任何特定驱动因素下大范围的力量-速度输出特性。然而,张力动作器的操作能力的基本考虑将显示,在理论上每周期运行频率 f = 1/T 时的最大的机械动力是其中 Fb 是驱动器阻力值,MAX 是驱动器的最大自由诱发冲程( Ps 是“零速”压力,即没有流体可移动时驱动器的压力,且 VMAX = A1 MAX) 。在固态驱动器的负载线力量-位移之下对应的工作量的最大值区域可以表示为长方形,压力-容积也一样,如图 3 所示。流体可压缩性的考虑要求,固态驱动器的加压腔有一种有限流体的动刚度。加压腔刚度示是 A1 / V ,其中 是流体可压缩性。腔的流体刚度显示了对驱动器的载荷,如图 3 所示 ,从而降低了最高可达到的压力和动力输出,它们分别为 图 3 :混合驱动器的工作显示损失的解释流体从加压腔流动到输出缸引起必要的压降进一步降低了集成设备可用的输出:很难在实际中得到等式 1 中计算的输出功率。实际上,等式 2 给出了特定驱动器的最大输出功率。特别是,阀压降,流体可压缩性,和加压空间的有效高度( V1/A1)必须尽量减少,并建立各种因素下的高度下限。由于流体通道的工作需要,粘性流通过这些通道的相关损失(包括 PV)和流体的温度、气泡等可变性质,这些目标还远远没有直接达到。这可能是行使模型的基于上述讨论和在参考 8 中所描述的其他假设生产仿真的结果如图 4 。该图显示的循环周期的压力以及由此产生活塞的高低压两侧的压电。它还显示驱动器的输出轴的位置,因为它一段时间内增加的总体反应是低于压电响应超过一个数量级。图 4 :在启动时产生的压力的压电和输出位置以及输出位移 通过建模表明固液混合驱动器的最大驱动力的基本限制不仅包括固态驱动因素固有的物理限制(例如刚度,冲程,稳定的运行频率) ,而且还限制了工作流(例如压缩,蒸汽压力) 。随着固态驱动因素的工作频率的增加,液体空穴的可能性是输出功率增加的主要限制因素。参考 8 提供一个简单的表达式可以实现在最大输出功率下估计运行频率:其中 P 是该装置充气压力。使用器件的典型参数值, P 是 5 兆帕( 725 磅), fMAX 大约是 740 赫兹。这种装置的有限空蚀最大输出功率也取决于工作流体的内在可压缩性,以及作用于驱动器的外部载荷。显然,有必要精心设计阀门来纠正工作流体的高频率加压。阀门必须运行在高频率,尤其是,他们必须有足够的速度和开放领域在增压室的入口通道形成低压降。一系列的阀门和流体加压的几种方法已在将被介绍的设备中做过测试。驱动器概念智能材料液压传动的主要部分的基本概念如图 1 所示。这一概念连同设计的实物照片在框形图 5 中显示出来。该器件从外部接口获得电力和指令并传回遥感数据(例如加载或位移)状态或安全信息。微控制器或低端数字信号处理器(DSP)进行必要的计算,以配合指令,传送遥感信息,规范驱动和阀门定时。高功率放大器驱动主要的智能材料驱动器,低功率放大器驱动里的任何活跃阀门。主要的加压驱动器压缩加压室中的流体,并且阀门迅速传送流体进出腔体、蓄电池和输出设备。输出驱动器活塞驱动频率范围为内部驱动器驱动频率的1/100 到 1/50。驱动器输出驱动负载,和传输全球遥感数据,如旗帜角度,是提供给嵌入式控制器。图 5 :智能材料液压混合动力驱动器的基本架构执行器基本上是一个泵,有时被称为增压和阀门(PVA) ,加上一个输出设备。这两个子系统之间的耦合是重要的,没有考虑输出驱动器和负载的泵的设计会导致效率低下。最一般的设计中,无论是首要驱动器的频率和振幅都可以通过该系统调节不同的流量和压力。从总体效率的角度来看这是最好调节此驱动器的方法,而不是故意限制通过阀的流量,增大大的压降,和作为热源释放能量。机械腔体所起的作用是安装其他的组成部分,存留和传送流体。腔体必须为流体密封留有余量,腔体必须尽量减少,特别是在附近的主要流体压缩室。腔体也有起到传热的次要作用,且必须包含可应用依赖安装的手段。整体形状不像轴是可以接受的,与 PVA 和液压输出装置构成两个大组。显然,内部流体路径的长度应限于对高带宽操作,通道的宽度或直径也应尽量减少。传送通道里少量的流体是可取的,就像没有限制和压降的自由流体。对工作流来说,高体积弹性模量和低粘度是首选。在实际中,有效的流体体积弹性模量受到存在的气量的影响。最后,如上述情况,设备应尽量在压力差或预置的情况下操作。整个驱动器的关键要素很大程度上是阀门。通过阀门的压降限制带宽和整体输出功率,与其中进口阀是最关键的。在研制中,一些主动和被动的阀已被测试。高速被动阀性能较差,但机构很简单。被动阀结构有许多选择。积极阀门必须在最低限度下提供方向控制,扭转输出设备的流体流向,以改变输出方向。主动阀开启和关闭的时机对高效率运作是至关重要的,一定程度上,每个周期无惯性扭转时阀的形状是首选。压电材料和制动器在过去 20 年设备的发展和演变中,压电驱动器的使用已被公认为是不同于许多“智能结构”的应用。高能量密度和高能量传递是基本的需求,而不是精确定位或振动控制。混合驱动器需要智能材料应用在主要压力和某些架构,作为一种手段来推动积极阀。由于多种原因,选择压电材料优于其他的选择。相比于有尺寸和压电带宽要求的形状记忆材料,因此,在高频下提供压力的能力是应首先考虑的。相比于磁限 ,压电在材料里产生较低的能量密度,而当包括辅助领域线圈时产生更大的密度。相比于电限,压电材料和驱动器有更多的选择。可用性大得多。但是,对分析、建模和设计的一无所知将排除任一智能材料。在压电材料中,重要的数量是功率密度,即单位体积或单位质量产生的机械功率输出量。机械能转换为电能的机电耦合系数应该是高的。因为重要的不仅仅是设备的一次性运作,还因为驱动方式需要许多周期,其他因素也很重要。介电损耗有非常重要的三个原因。首先,它表明从电能输入到机械输出转换的能源浪费。第二,在持续高驱动时产生的热量可能会导致材料退化。最后,热量必须被驱动器体消散一部分。高居里温度也是可取的,以便在高温环境中作业驱动器自加热使温度进一步提高。与控制其他高功率应用的这些特性相反,如这里提到的之一,共同侧重于压电系数 d33 和 d31 。压电材料将用于设备的堆栈器配置。这堆栈应该是机械僵硬,即夹层薄薄的一点或端盖。然而,堆栈形状可以优化产生非常匹配流体介质的刚度。它应该是机械的不平,且无内部制造压力。它必须能够承受较高的热,及运作超过十亿周期的电力和机械应力环境。此应用至少需要一些其他方面的周期。设想在 2000 赫兹运作 140 小时的驱动器试验超过 10 亿周期。加压室设计与压电液压驱动器一样,压电泵的目标是把电力转换为流体动力。能量转换的实现有两个主要步骤。首先,压电材料在一个小腔中加压液压油。然后,阀门调整振荡压力使加压流体流动。然而,从压电里转换每个周期的大部分能能量需要压电和流体之间的阻抗匹配(图 6) 。图中可用能量的总量在具体的例子中大约是 0.5 焦耳/周期。这种驱动器如果运作在 2000 赫兹将产生 1000 瓦。图 6 :特定负载刚度对压电每个周期的能量虽然可用的功率很大,但压电的高刚度和流体的可压缩性的阻抗匹配实际上难以实现。作为一个例子,液压油缸的计算刚度表明了难以提供一个负载从压电中每个周期转换最多能量(图 7) 。结果表明,即使是小流体腔,有限刚度也减少了每个周期从压电中获得能量。图 7 :液压油缸的典型刚度此外,金属腔里流体刚度、缸体刚度还降低了装置的性能。研究缸体刚度设计的影响,压电泵被制造以决定最高获取的压降(图 8) 。在此设计,智能材料把流体由设备的一侧输送到远端。压电泵将流体输送到完全封闭的腔室,并在阻压力的远端腔室产生压升(图 9) 。腔室和流体腔的有效刚度以阻压力的值表示(图 10) 。 图 8 :液压油增压测试的设计图 9 :测试液压油增压的实验装置 图 10 :有压电材料的流体增压测试结果一般来说,纯粹的液压油的体积弹性模量就是独立压力。然而,大多数液压油有一定的溶气量,从而导致液体混合物的有效体积模量在低压变化。为了尽量减少溶气量的影响,高压力降低了液体中的空气的体积分数。通常在阻压力测试之前,外部液压泵从进口加压产生的压力通常在 250 到 1000 磅之间。然而,通常任何最低限度在 700 磅以上能改善设备的性能。设备等级测试和结果一些原型驱动装置已被开发和测试。每代设备都增加重要数据,如一体化程度、带宽或功率输出。从单个压电栈到完整的机械功率输出的测量,设备以不同层次的一体化来区分。在单元的流体动力生产核心,即泵,和输出机械动力的完整驱动器之间的一个主要区分已确定。通常情况下,压电泵的第一次测试是测量装置的阻压力(图 11 ) 。在这种情况下,所有外部阀门关闭,压电是在低频启动。小流量泵增加出口的压力,直到达到阻压力。阻压力试验衡量总体设备刚度,这对量化看到的压电负载阻抗是非常重要的。然后,充分开放从出口到进口的阀门确定设备的无负载流量。在这种情况下,多个压电的驱动频率下的流量被记录。该点的频率增加不会增加提供了一个该器件最大工作频率的估计的流量。然后,部分关闭阀门节流可以测量多个驱动频率下的压力与流量。这是压电液压泵纯电阻负荷下的功率的一种测量方法。图 11 :用来定性力量与速度的实验测试系统下一个测试是一个弹簧加载器采用液压驱动的压电泵(图 12 ) 。由于液压执行器压缩弹簧,在棒中冲程的速度被记录。这一次测试将会给出设备的全部力量-速度关系(图 13 ) ,随着弹簧压缩,负荷增加而速度减小。这个测试然后记录多个工作频率下在力量与速度的性能出现最大功率时的频率。图 12 :用来确定装置力量速度性能的弹簧负载图中,该驱动器被驱动是从一个极端(高速,低力)到另一个极端(低速,高力) 。值得注意的是,力量和速度关系的结果是功率,并且最大功率输出是在最大速度的大约 50 达到。具体数据显示为内部驱动频率的 400 赫兹。特殊装置已经被驱动到 600 赫兹,而另一些已经到 1 千赫以上。图 13 :压电液压驱动器的弹簧负载测试结果42 W 的输出功率是令人鼓舞的,该设备的输出功率与每个原型一起继续增加。然而,被测的功率大约是把唯一的基本流体损失理想化预测所得的 40-50。更新的模型获取更多的流体损失和更准确地预测。该设备的未来版本将尝试速度和力量的双输出,将比总输出功率翻两番。结论本文提出了一个驱动的概念,即利用智能材料,如压电,结合液压传动制造紧凑型混合动力装置。智能材料常常被用于低力量定位或振动控制,但它们内在的优势之一是它们固有的高能量或功率密度。这可以利用多种方式开发,本文描述的就是其中之一。基本建模考虑对这一类型压电液压驱动器作了介绍。解释了基本的操作,并综述了粘度、压缩和内部阀开口不足的限制。特别适合于实际的设备已提交。对关键分系统和部件进行了讨论,并且突出了在每个子系统和互动的子系统的设计中重要因素的考虑。解决了有关压电材料和驱动器的问题。对实现高内部压力的设计考虑进行了讨论。在这种类型的设备中激烈压电驱动器和短柱流体之间的匹配阻抗是至关重要的。本文指出了几种类型的试验,和阐述了设备的全面安装测试。提出了一个设备典型的结果,和目前正处于发展的其他高速设备。鸣谢本文介绍了驱动器在国防部高级研究计划局紧凑型混合驱动项目资助下的发展,该项目与空军研究实验室签订了合同。作者感谢主办者以及格雷戈包尔斯、布莱恩赫巴特和理查华纳的贡献。参考文献1. 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Regelbrugge, M., Lindler, J. and Anderson, E., “Design Model for Piezohydraulic Actuators,” AIAA Adaptive Structures Conference, 2003, AIAA Paper 2006-1640.学士学位论文原创性声明本人声明,所呈交的论文是本人在导师的指导下独立完成的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含法律意义上已属于他人的任何形式的研究成果,也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式表明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名: 日期:学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。本人授权南昌航空大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。作者签名: 日期:导师签名: 日期:南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文摩托车专用升降平台设计学生姓名:徐樾 班级:0681053指导老师:袁宁摘要: 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:南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文THE DESIGN OF THE LIFT TABLE RESERVED FOR MOTOR BICYCLEStudent name:Xu Yue Class:0681053Supervisor: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 pressure 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 the 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 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 scissors 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 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 motor 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 cylinderSignature of Supervisor:南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文11 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,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。液压南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文2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)21)(fn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) ;1承受最大载重量时结构构件内增加的应力(Pa) ;2应力集中系数;1f动载荷系数。 2南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文3注: 和 的值可以在样机上通过试验分析得出。如果不采用试验结构 和 的值1f2 1f2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)21MK式中: 总抗倾覆力矩;1总倾覆力矩, 。2 4.12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1/3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。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文4南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文52 摩托车升降台的总体设计2.1 设计参数及要求基本参数: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 300mm 左右,平台尺寸为 2200mm 700mm。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摩托车升降台机构设计时应注意以下几个的问题:a)摩托车的质心最好接近升降台的支撑中心;b)当有适当偏载时,机构运动仍能运行顺畅;c)升降台的安装平面平行于固定点在轨迹圆上上下极限位置所确定的弦;d)运动干涉检查(可用 ug 运动分析模块) ;e)验证机构内部是否利于液压系统的安装。2.3 摩托车升降台的两种机构形式图 2-1 机构一图 2-2 机构二南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文6摩托车升降台的两种机构形式如图 2-1 和图 2-2 所示,它们只是两侧相同机构的一侧。由以上两图可看出,机构一(图 2-1)是全部为固定铰支座的两平行杆同步运动的结构,机构二(图 2-2)是两固定铰支座和两个滑动铰支座的剪叉式结构。这两种机构都可以实现上板台面升降的运动,但相比较之下,机构一有三点不足:a) 机构一在升降过程中上板不仅有竖直方向的位移变化,而且还有水平方向的位移变化,而机构二的上板在升降过程中只有竖直方向的位移变化。这样,在总体尺寸一样的情况下,机构二升降时所需的空间较小。b) 机构一在升降的过程中,摩托车的质心相对升降台的支撑中心的变化很大,这样就要求更大的动力,即要求推力更大的液压缸。结果会增加安装尺寸和生产成本。c) 机构一的稳定性没有机构二的对角双三角的结构稳定性好。综上所述,机构二较机构一更合理。所以,在结构上选择机构二。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2.4.1 问题的提出液压缸的布置方式主要包括液压缸对机构的作用力(动力)点位置及液压缸的起始安装角度等。在机构确定的情况下,动力的作用点是关系所需动力大小的关键。而摩托车升降台的动力由液压缸提供,因此,作用点的位置直接关系液压缸的选择。此外,液压缸的安装起始角度也对所需动力大小有较大影响。总之,液压缸的布置方式是设计的一个重要环节,是设计成功与否的关键之一。那么液压缸究竟选择怎样的布置方式?2.4.2 三种方案的分析和比较以下是液压缸的三种布置方式,如图 2-3,图 2-4,图 2-5 所示,基于剪叉式机构的优点,它们都是采用剪叉式机构,可以看做三种方案:方案一(图 2-3):液压缸的一端在底座的固定铰支座上,另一端支撑在支架1 上靠近滚动铰支座的位置。当两支架几乎处于水平位置时,液压缸与底座的夹角很小,这时要把台面升起就需要液压缸提供很大的推力,甚至不能把台面升起。此外,液压缸的布置需要在底座长度比支架还更长的基础上额外地加长底座,这样就需要跟多的底座材料。方案二(图 2-4):液压缸的一端在底座的固定铰支座上,另一端支撑在支架1 与支架 2 的铰支轴上。当两支架几乎处于水平位置时,液压缸与底座的夹角 也2南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文7很小,这时要把台面升起也需要液压缸提供很大的推力。虽然液压缸推动支架的力臂会随着台面的升起而迅速增大,从而使所需的液压缸的推力迅速减小。然而,同时也使液压缸的行程增加迅速增加,最终就需要大行程的液压缸,而液压缸的布置需要更大的长度空间,可能在液压缸完全收缩时支架仍不能完全收回,造成台面的高度过高。方案三(图 2-5):液压缸的一端在底座的固定铰支座上,另一端支撑在与支架 2 成一定角度且同固定铰支座的杆上。这样,当两支架处于水平位置时,液压缸与底座仍有一定夹角 ,且 ,这时要把台面升起所需要液压缸提供的推3321力就会比前两种布置的推力小很多。虽然液压缸推动支架的力臂随着台面的升起而增大幅度没有方案二的快,即使所需的液压缸的推力减小更平缓。然而,同时液压缸的行程增加也比较平缓,最终所需要的液压缸行程也不会很大,布置液压缸的空间也是足够的。因此,在稍微增加了液压缸推力的同时获得了更多的优点。图 2-3 方案一南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文8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-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-台面南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文9南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文103 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 。faed,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。fgL为液压缸推力的作用线,其一端与底架铰接于 f 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GPP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 所示南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文11图 3-2 整体受力分析图 将 分解到 a、b 两端,则有2/G.(3.1)cosLPFy.(3.2)2by.(3.3)cosLGPffFayx.(3.4)2faxb.(3.5)fFcyx式中: a 点所受水平方向上的力;a 点所受竖直方向上的力;yb 点所受水平方向上的力;xb 点所受竖直方向上的力;yFc 点所受水平方向上的力;xc 点所受竖直方向上的力。y2.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 aed 杆受力分析图 南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文12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0Md.(3.6)0cossincos2sin2)i(2)(in11 LFLF LFlTlTayaxey ex当 b 点力矩平衡,即 时,则0b.(3.7)cossincs2in2LFLy cxeyex又 aed 及 ceb 杆的水平与竖直方向受力平衡,即有 和 ,0XY当 时,有0X.(3.8)0cos2axedx FTF.(3.9)excbx当 时,有0Y.(3.10)0os2ayedy FTF.(3.11)byecy整理解得:.(3.12)sin()cosin(21 flGLfT南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文13【静态时: 】)sin(co1lGLT.(3.13)coi(2fLPFcy.(3.14)cossin(2fLGfcyx.(3.15)i(o2fLPfFex.(3.16)cosin(cs2csinsin2fLffGey.(3.17)oTFexadx.(3.18)sin2eyady式中: 液压缸的推力;Td 点所受水平方向上的力;xFd 点所受竖直方向上的力;ye 点所受水平方向上的力;xe 点所受竖直方向上的力。y3.确定 角与 角的函数关系角与 角的几何关系见图 3-1)cos(inta12l即 .(3.19)(irt12l4.受力分析结论(1)各铰点处的受力(包括油缸推力)与载荷 成正比;G(2) 、 、 、 、 、 值随 值的增大而增大,在 值确定时,这axFybxcFydxl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P值得减小而增大;南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文14(3)在计算油缸推力 时,动态值比静态值增大了 ;T )sin()cosin(21 flGPf(4)油缸的推力 与 值成反比;1l(5)力 、 随 值的增大而增大。dxFyT3.2 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L比底座的长度 b 小一些,一般可取.(3.20)bL)9.08(由设计参数可知: , , 。初选底座长度ma2h5NG50,系数为 0.8,则根据式(3.20)可得剪叉臂的长度 。mb150 mL1202.液压缸安装位置的确定由图 3-4 可知 .(3.21)sinLh则 maxaxsihmini所以, 567.018sinm即 5.34ax而 0min初选 , , , , , 。2l1ml5402NG50mP601.f南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文15而液压升降台的有效垂直升降高度 为h.(3.22)sin(imiaxminax Lh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dgf.(3.23)co(211llS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)cos(2max11max llSinin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S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1K2.(3.24)K21min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.(3.25)SS21max式(3.24)和式(3.25)中的 和 根据液压缸的具体结构决定。K南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文16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yx则有 .(3.26)hyx.(3.27)sin(1l由式(3.21)、(3.26)和(3.27)得 .(3.28)sin(i1lL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y图 3-7 - 关系曲线y3.2.2 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T南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文17图 3-8 随 值变化的曲线T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0 y不可取。同时我们可看出当 时, 。060y那么,就取 ,此时,由式(3.12)得6min N3158max而 ,则5.34axNT18203i若取安全系数为 1.5,则 .475.max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6装连接尺寸 ZM+为 295mm+S,最大行程 800mm。当 时,由式(3.23)得6minS295301min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ax到最大,计算得 ,故液压缸的行程和安装尺寸都符合要求。S817.40ax综上所述,选择缸径为 的杆端外螺纹杆头耳环式液压缸。63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 LmldV1.017.43221 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 3-9axFbcxeF所示南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文18图 3-9 力 、 、 、 与 的关系曲线axFbcxeF力 、 、 、 、 、 与 的关系曲线如图 3-10 所示ayFbcydye图 3-10 力 、 、 、 、 、 与 的关系曲线ayFbcydxFye南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文19南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文204 各参数及结构设计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4063bh钢,型号为 12.5/8,基本尺寸为 。底架结构如图 4-1 所示。78125dB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,0.3tBH基本厚度为 3mm。 4.1.4 工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 12.5/8,4063bh基本尺寸为 。支撑梁的结构如图 4-2 所示780125dB南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文21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 所示南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文22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。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。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文235 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液压泵 3溢流阀 4单向阀 5手动换向阀6节流阀 7液压缸南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文246 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pP p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MPap5.0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NT3185mxAFp 2.634158.2所以 。Pap .0.1.06.1.2 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 。MPaMacmkgf1.0/122/63.10cmkgfp根据以上要求选择 型脚踏液压泵,其基本尺寸为FTHYP7Lbh=250140250mm,其输出压力为 ,储油量为 升,)(/72sickgf 4.0重量为 ,低压吐油量 12.26cc/次,高压吐油量 2.26cc/次。kg5.86.2 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, , ,63mS301inmS17.40ax, ,下面计算液压缸的作用时间。设每次液踩踏液压泵所需mS17.06.时间为 2s,参照参考文献5,则有液压缸的作用时间为.(6.1)QSAVt式中:V液压缸的体积( ) ;3m液压缸的流量( ) ;QsA液压缸作用面积( ) ;2S液压缸的行程( m) 。不带活塞杆的一侧, ,所以2)/63(A当低压时,有 ,代入式(6.1)得ssc/10.1236t 5403.64769min 当高压时,当 ,代入式(6.1)得smscQ/1.2/36南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文25st 293103.4762max 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)mvQ130式中: 液体流量, ( ) ;Qs/流速( ),推荐流速:对于压油管 (压力高、管道v/ smv/63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 ) ,sv/10这里取 。sm/5.0应当代入低压时的液体流量,数据代入式(6.2)得: md45.013616参照参考文献5,压油管选择外径 的胶管。油管里所需的油量为 LmldV0126.14322所需油量为 LV4.03.21 故液压泵的油量选择是合适的。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文267 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TT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T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)cossin1xcyF.(7.2) i2c.(7.3)ssi1exey.(7.4)inco2F.(7.5)s(1Tg.(7.6)in2F.(7.7)sico1dydx.(7.8)i2F图 7-1 内剪叉臂 aed 受力图各力分解后的受力图如图 7-2(a)所示,弯矩图见图 7-2(c)南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文27图 7-2 内剪叉臂 aed 的轴向及径向分解受力图剪叉臂的 g 处由于是有一个肋板作用,可看作力 作用在剪叉臂上为均布载2/T荷 。由图 7-2(c)中可知,最大弯矩发生在 k 点处,但需校核 e、k 两点处的强度,q且图中有 , , 。又已知剪叉臂的横截面宽和高分别mlq20l1062gqFl为 , , ,如图 7-3 所示,图 7-3(a)是 e 点处的截面bhd2图,图 7-3(b)是 k 点处的截面图。e 点处的抗弯截面系数为南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文28363922332121 107.1060/1/ mbdhbhdIWze k 点处的抗弯截面系数为 363922 10260mbhk 图 7-3 剪叉臂 e、k 两点处的截面图因为当 时,此时 e、 k 两点的弯矩最大,且由式(7.8)得 ,6 NFd291,则NFg97.832 mmNlFlMqgqdk 843.06.097.68330.291)/()(22maxLe 7856.045.1/ MPaaWkk .72836maxaxMee 4.10.56axax 选择材料为 ,参照参考文献1, ,所以是安全的。23QPab257.2 液压缸底架固定横梁的强度校核液压缸底架固定横梁(如图 7-4 所示)选择的是 60 号方钢,其受力情况如图 7-5 所示;已知 60 号钢的边长为 60mm,液压缸推力 作用点到坐标系 O 的距离为T65mm, , 分别为推力 在 X,Y 轴上的分力,且 , 。xTyTcosxsinTy当液压缸在最小角度,即工作台在最低位置时,液压缸推力最大,虽然此时最小,即 , ,分力 最大,所以由式(3.19) 可得 ,则N3158max6x 85.17。x 7.04cosa南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文29当液压缸在最大角度,即工作台在最高位置时,虽然液压缸推力最大,此时最大,即 , ,分力 最大,所以由式(3.19)可得 ,则NT62.180min5.34yT5.39。y 9sax图 7-4 液压缸与底架连接的横梁图 7-5 液压缸与底架连接的横梁截面图把它们平移到 O 点后,有(1) 对于 X 轴方向,其受力如图 7-6 所示南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文30图 7-6 横梁 X 轴方向的受力图因为梁的抗弯截面系数 ,3639310610mhW所以 MPaMx 5103684.9(2)对于 Y 轴方向,液压缸固定横梁受力如图 7-7图 7-7 横梁 Y 轴方向的受力图又梁的抗弯截面系数 ,3610mW则 MPaMy 24.71036.2南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文31(3)当 作用点平移到 O 点时,会产生一个扭矩,该扭矩的大小为xT又 ,其中 ,zsIhF82ma 4941233 060621mbhIz 此时,该扭矩对横梁截面产生的剪切力为Nxs57.3064 MPamNIhFzsxy 58.3710368.492622ma 参照参考文献7,又由第四强度理论 )(3)()()(21 22222 zxyxxzzyyxe 带入并化简: MPae 72.9)058.37()90()24.73().95(21 22又选材料为 ,参照参考文献 7,QMPas取安全系数为 2,则 ,所以是安全的。es5.1/7.3 轴的强度校核由图分析可知,剪叉臂受力最大的地方为 g 点和 d 点,所以只需校核该两处的销轴即可。7.3.1 内剪叉臂固定端销轴的强度校核因为销轴较短,所以只受切应力。依图 7-2 可知,剪叉臂固定端(即 d 点)销轴所受的力为 。当升降台面处于最低位置,即 时,销轴受到的剪力最大,1dF6根据式(7.7)得 。N4.8又销轴的直径为 ,导油孔直径为 ,则其横截面积为254262622 103.7810)(4)( mdDA 又销轴受力情况见图 7-8,从图中可知销轴受剪力为双剪切,又参照参考文献7, MPaFd .459.3012861max销轴的材料为 35 钢,经表面热处理,参照参考文献7,35 钢的许用应力。取安全系数为 2,则有 ,所以满足MP 36.4968.2MPa要求。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文327.3.2 液压缸缸体尾部销轴的强度校核液压缸尾部销轴的受的力即为液压缸的推力 ,如图 7-8 所示,因为销轴较短,T所以只受切应力。又销轴的直径为 ,导油孔的直径为 ,则销轴的横截面积为2542662 103.478104)(4)( mdDA 图 7-8 尾部销轴的受力图参照 3.2.2 节,有MPaAT02.313.478256max 选择销轴材料为 35,又 35 钢的许用应力 ,取安全系数为 2,则有1,所以设计的销轴满足要求。0.32max PaM7.3.3 液压缸活塞杆头部支撑轴的强度校核依图 7-2 可知,液压缸头部支撑轴(即 g 点)所受的力为 。当升降台面处于T最低位置,即 时,液压缸受到的推力最大,即 。又销轴的直径为6 N3158,导油孔直径为 ,则其抗弯截面系数为50m4363933 1027.2105dW又销轴受力情况见图 7-9,参照参考文献7,校核轴的弯曲强度为图 7-9 头部支承轴的受力图 MPaWlTMAC2067.12430582南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文33轴的材料为 钢,经表面热处理,参照参考文献7, 钢的许用应力235Q235Q。所以满足要求。MPa25南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文348 核算8.1 重量核算本设计有重量限制要求,即摩托车升降台总重 ,故在此应做重量核算,kg20参考参考文献1及装配图,大型件及非标准件的核算过程及结果如表 8-1 所示。表 8-1序号 名称 单件重量 数量 总重(kg)1 扁豆形花纹钢板 20.3kg/m2 1 35.7282 工作台槽钢 3.256kg/m 2 14.32643 工作台角钢 11.06kg/m 1 7.74624 底架槽钢 3.256kg/m 2 9.7685 底架角钢 11.06kg/m 2 15.49246 剪叉臂 9.42kg/m 4 45.2167 支撑肋板 1kg/个 2 28 搭板 8.26 kg/个 1 8.269 扁钢 1.96 kg/m 1 0.9810 液压泵 8.5kg/个 1 8.511 液压缸 17kg/个 1 1712 油管 1.5kg/m 1 1.513 脚轮 0.75kg/个 4 314 滚轮 0.35kg/个 4 1.415 前轮固定架 0.6kg/个 1 0.616 推车扶手柄 1kg/个 1 117 液压缸支撑底架梁 32kg/m 1 16总计 189.4546其他紧固件(包括螺栓、螺钉、螺帽、垫圈等) ,销轴等做大概的核算,总重大概为 7.5kg。则总重量 G=189.4546kg+7.5kg197kg ,故总重量符合设计任kg20务要求。8.2 成本核算8.2.1 成本的概念根据我国企业会计准则的规定,成本的经济实质是:生产经营过程中所耗费的生产资料转移的价值和劳动者创造的价值的货币表现。也就是企业在生产经营过程南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文35中所耗费的资金总和。例如,为生产产品需要耗费材料、磨损固定资产、用现金向职工支付工资等职工薪酬。材料、固定资产和现金都是企业的固定资产。这些资产的耗费,在企业内部表现为一种资产转变成另一种资产,是资产内部的相互转变,不会导致企业所有者权益的减少,不是经济利益流出企业,因此不是企业的费用。8.2.2 产品生产成本项目根据生产特点和管理要求,企业一般设立以下 3 个成本项目:a)直接材料直接材料是指企业在生产产品和提供劳务过程中所耗费的直接用于产品生产并购成产品实体店原料、主要材料、外购半成品成品以及有助于产品形成的辅助材料等。b)直接人工直接人工是指企业在生产产品和提供劳务过程中,直接参加产品生产的工人工资以及其他各种形式的职工薪酬。c)制造费用制造费用是指企业为生产产品和提供劳务而发生的各项间接费用,包括生产车间管理人员的工资等职工薪酬、折旧费、机物料消耗、劳动保护费等费用。8.2.3 生产成本的核算由 8.2.2 可知,生产成本的核算可先做以下三项核算,最后求总即可。a)直接材料成本的核算本摩托车专用升降台要用到的材料有 45 号钢、Q235 钢板、角钢、6.3 号槽钢、50 号方钢、锻钢以及一些标准件等,在装配过程中还要用到焊条,经咨询得各种材料及标准件的价格如下:45 号钢:3650 元/吨;Q235:3180 元/吨;槽钢:3450 元/吨;角钢:3480 元/吨;方刚:3490 元/吨;钢板:4129 元/吨;扁钢:3110 元/吨;轴承:3 元/个 ;螺母,螺栓和弹簧垫片:1 元/套;紧定螺钉:0.2 元/个;销轴:4 元/个;脚轮:30元/只;脚踏式液压泵:750 元/台;油管:20 元/米;液压缸:200 元/台; 钢30管:3000 元/吨;滚轮:15 元/个。考虑到材料因加工而造成的损耗,各种自制件的材料的价格都乘上一个系数,经咨询知此系数为 1.21.4,本文取 1.3,根据表 8-1 中各种材料的重量和标准件的个数以及装配图中标注的材料得:直接材料成本南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文36=1.3(31100.004+34500.025+34800.024+41290.042+31800.046+34900.016+128+44+0.24)+304+7501+200.5+2001+154=1.3602.548+11401923.3(元)b)直接人工成本的核算经咨询得知升降台制造行业工人的工资在大约在 10002000 元左右,本文中取 1500 元,该厂有 100 位工人,升降台月产量为 1000 台,则应向每台升降台摊派150 元;经咨询知工人的福利(五险一金等)250-300 元左右,本文取 270 元,则应向每台升降台摊派 27 元.所以直接人工成本费为 177 元/台。c)制造成本的核算经咨询得知该行业管理人的工资在大约在 20003000 元左右,本文中取 2500元,升降台月产量为 1000 台,设该厂有 10 位管理人员,所以每台摊派 25 元;摊派折旧费按每台 100 元;摊派机物料费按每台 10 元;摊派劳动保护费按每台 5 元;摊派水电费按每台 10 元。所以直接人工成本为 150 元/台。有以上三项核算可知:生产成本直接材料成本+直接人工成本+制造成本即得出生产成本=1923.3+177+1502250.3(元)南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文37南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文389 结论在设计摩托车专用升降台时,其相关参数的确定比较复杂。如设计剪叉杆和油缸时,要以其工作过程中最大承载力计算,其中,当每个剪叉杆各部分受最大力时,升降台面并不是处在同一高度位置上。所以,在设计之初,通过动态受力分析来确定每一部分的最大受力。但要得到比较合理的的参数值及各主要部件的尺寸,往往需要经过多次反复的修改计算,但只要按照论文中的分析计算步骤和计算公式,并掌握各参数的取值原则,总会得到满意的结果。手工计算会比较繁琐,如果采用计算机编程进行优化设计,则很快就可以确定各参数值。此次摩托车专用升降台的毕业设计没有要求运用编程优化设计,但我通过Excel 表格处理数据,得出不同取值下的各参数值,然后进行比较优选。尽管这样得出的结果没有编程优化的合理,但比手工计算方便、轻松和合理多了,而且这种方法容易掌握。最终,本次设计的各项主要技术参数及要求均得到了设计任务书的要求。本次毕业设计使我能综合运用机械原理、液压与气压传动、材料力学及其它所学专业课程的知识,分析和解决机械设计问题,进一步巩固、加深和拓宽所学的知识。通过设计实践,逐步树立正确的设计思想,增强创新意识和竞争意识,熟悉掌握机械设计的一般规律,培养分析问题和及解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等相关资料,进行全面的机械设计基本技能的训练。因此,它在我们的四年大学生活中占有重要而又独特的的地位。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文39南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文40参考文献1. 曾正明.机械工程材料手册(金属材料) ,第六版.北京:机械工业出版社,2004。2. 濮良贵等.机械设计,第八版.北京:高等教育出版社,2006。3. 左键民.液压与气压传动,第 4 版.北京:机械工业出版社,2008 4. 叶玉驹等.机械制图手册,第四版.北京:机械工业出版社,20085. 机械设计手册新版,第 4 卷.北京:机械工业出版社,20046. 张占宽.双剪叉液压升降台动态受力分析J.林业机械与木工设备,1997,25(7):16-187. 刘鸿文.材料力学 ,第 4 版.北京:高等教育出版社,20068. 谢立生.剪式液压升降台相关参数的确定J.工程机械,2008.11(39):46-499. 孙德善.摩托车维修工技能.北京,机械工业出版社,200810. 孙恒,陈作模.机械原理,第七版.北京:高等教育出版社,200611. 须雷.现代升降机的特征和发展趋向J.起重运输机械,1997(10):3712. 须雷.升降机的现代设计方法J.起重运输机械,1996(8):3813. 杨黎明.机械零件设计手册.北京:国防工业出版社,199614. 王昆等.机械设计(机械设计基础)课程设计.高等教育出版社,200615. 徐灏.机械设计手册.北京:机械工业出版社,1995.1216. 赵桂娟等.成本会计学.北京:机械工业出版社,200817. 周元康等.机械设计课程设计.重庆:重庆大学出版社,200118. 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YeZhonghe,Lan Zhaohui.Mechanisms and Machine Theory.Higher Education Press,2001.724. E.G.Hoffman.JIGS AND FIXTURE DESIGN.Lonon,199025. Purdum.T. Machine DesignM. Journal of Science & Engineering,1998南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文41致 谢在袁老师的悉心指导下完成的,导师渊博的专业知识,严谨的精益求精的工作作风,诲人不倦的高尚师德,严以律己,宽以待人的崇高风范,不仅使我树立了远大的学术目标,掌握了基本知识,还使我明白了许多待人接物与为人处世的道理。在毕业设计即将完成之际,我要非常感谢我的毕业设计指导老师袁老师。首先,他有着丰富的工作及实践经验,对我们的指导很注重从实践的角度出发,比如要求我们通过网络及亲身调查市场,考察相关产品的有关参数,价格等等。我想这对即将走上工作岗位的我们尽快了解社会生产有着很重要的帮助。再次,在做毕业设计的过程中,他对我们严格要求,虽然每次见老师都有批评的声音,但正式这一次又一次的批评把的许多错误指正了,把我的疑难问题迎刃解决了,同时它也是一种督促。其次,他要求我们要能文理结合,综合运用,这也体现在毕业设计当中,比如设计任务书要求我们做成本核算,但由于成本核算较复杂,我们一时还学不太懂,他就只要求我们做个简单的成本核算。在此我还要感谢和我一起做毕业设计的几个同班同学,我们之间的互相帮助和借鉴学习,在帮助我们顺利完成毕业设计上起到了重要的作用。在即将毕业时,我们有进一步加深了我们之间的友情,让我们更加珍惜毕业前的这段时光。最后,感想母校四年来的培养,给予我这么好的学习和生活得环境。让我学到了很多知识,使我能成为对社会更有用的人。南昌航空大学科技学院学士学位毕业论文42附录 A基本术语及定义 A1基本术语A1.1 可靠性机械、零部件或装置在规定条件下和规定期限内执行所要求的功能而不出现故障的能力。A1.2 可维修性根据实际情况,采用特定的方法对机械执行所需的各种维修活动,使其实现或恢复预定使用条件下功能状态的能力。A1.3 安全性按使用说明书规定的预定使用条件下,执行其功能和在运输、安装、调整、拆卸和处理时不产生损伤和危害健康的能力。A1.4 危险有能伤害或危害健康的起源。A1.5
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