浅析双柱式机械式举升机的设计及应用

浅析双柱式机械式举升机的设计及应用

摘要：随着汽车维修需求激增，同时市面上的举升机主要是液压或者钢绳为主

的情况，本论文设计了一款通过齿轮齿条传动进行举升的汽车举升机。本论文对

包括框型立柱，滑架，托臂受力部件以及齿轮、链条等在内的传动部件的材料强

度进行了选择和分析，通过预设各种工作情况，取得较大的安全系数，并根据各

部件的尺寸，进行了详细的计算设计和合理的空间布置，设计出一款安全快速，

经济实用，结构紧凑的汽车举升机。最后对此举升机的应用进行了分析。

关键词：齿条；链条；安全系数；材料强度

1、绪论

1.1 研究现状

汽车保有量的激增，同时催育了另一庞大消费市场——汽车后市场。而这些

行业对举升机的需求量也在不断提高。现在几乎所有的轿车维修店面，都配备有

举升机。

举升机按支柱数量和种类数量，可分为双柱、四柱、剪式。根据主要的举升

动力来源，一般分为液压式和机械式两种。按照安装形式，又分为地上式和地藏式。

1.2设计类型选取依据

机械式相较液压式举升机维护费用较高，但同步性好。目前市面上的机械式

举升机，举升受力部件通常选择用钢丝绳或链条。但钢丝绳和链条的缺点是工作

中可能伸长，使得托臂或托架不能同步。而采用螺杆螺母传动，由主螺母带动托

臂运动实现汽车升降的举升机，随着磨损容易出现事故。为了解决这一问题，设

计了一款使用齿轮齿条进行举升的机械举升机。

四柱式举升机一般用于大型的修理厂，相对于此设备适用性广的设计预期，

适用范围较小。而剪式举升机虽然与两柱和四柱举升机相比，空间占用率较小，

但一般剪式举升机是地藏式的，安装不便，需要配备专门的控制设备，因为有严

格的补油平衡要求，使得价格较为昂贵。所以选择设计地上式的双柱式举升机。

1.3设计主要内容及步骤

通过对所要举升的车辆尺寸进行预期选择，进而对所设计的双柱式机械举升

机进行尺寸等预设，然后对包括电机和传动系统在内的部件进行设计，最后进行

合理的空间布局安排。

2、举升机总体结构

2.1载重汽车参数设置

所要设计的举升机结构和尺寸，是与服务的车尺寸息息相关。

通过在专门的汽车官网对比资料，整理出如下信息：

普通轿车车重在1吨到2吨之间，一般在1.4吨左右，排量较高的高档车可

达2吨多。几乎全部轿车车宽在1.8米到1.9米之间，高度在1.4米到1.5米之间。结合整理的资料，设车辆最大的尺寸为：高1500mm，宽1900mm，质量2000kg。以下对设备的设计都以这个尺寸为参考。

2.2主要设计部件

2.2.1承重部件

包括立柱、托臂、滑动部件三部分。设计的立柱为中空结构，初定电机和链

条在立柱上方。根据实际情况设计有导向作用的滑槽。托臂与滑板相连。

图1 电机控制线路

2.2.2传动部件

主要有电动机、V带、链条、齿轮、齿条、轴承，这几部分。这是所设计机械的重点。

2.3电机的选择

选取额定功率P=1.5kw。通过查询资料发现，在相同功率时，转速越高，体型就越小，价格越便宜，但功率因数和效率都相对较低，同时启动电流大，启动转矩小，电机轴承也易磨损。所以结合成本等方面的考虑，应选适当的转速。查工程手册常用的电机型号，选择了型号为Y90L-4的电机，转速n=1400r/min，质量为26kg。

2.4电机启动线路设计

电动机控制线路如下：

3、传动系统的设计

3.1带传动的设计

3.1.1确定计算功率

公式(3-1)为： (3-1)

式中：KA为工作情况系数，通过载荷变动较大，且每日工作小时数小于10的情况实际，通过查表取KA=1.2；

P为电机功率即P=1.5kw；

代入数值得

Pca=1.2*1.5=1.8kw

3.1.2选择带的型号

通过查询《机械设计手册》错误！未找到引用源。普通V带选型图，选择带型为Z型。

3.2链传动的设计

3.2.1确定已知条件

传递功率P=1.5kw；

链轮转速n1=n2=280r/min；

输入动力种类为电动机；

传动种类为水平传动；

传动速度为中速传动，范围0.6m/s~8m/s；

中心距条件为可调；

载荷种类为中等冲击载荷；

张紧装置为托板。

3.2.2选择齿轮齿数

齿轮过少，会有传动不均匀性增加，加速链节、链条的磨损等缺点，齿数过大同样会缩短链条的使用寿命错误！未找到引用源。。

通过查询资料，传动比为1时，小齿轮齿数应大于25

结合链轮标准齿数，选取齿数Z1=Z2=29

3.2.2确定链轮型号

链轮型号的选择，需要确定转速n和计算出所需额定功率P0

通过查询资料，P0值用公式(3-11)进行计算

(3-11)

3.3齿轮传动的设计

由于预先确定了举升速度，50秒举升1750毫米，即2.1m/min，所以齿条和

与其啮合的齿轮线速度是首先确定下来的。而齿轮的尺寸未知，无法知其转速，

所以决定从与齿条啮合的齿轮开始设计，确定其转速，进而设计齿轮传动级数以

及各级的传动比和齿轮尺寸。

4、举升机的应用

在汽车保养或者维修时，都能用到设计的这款举升机。特别是汽车大修的时候，举升机的作用显得更为重要。如更换刹车片时，将汽车举升到合适的高度，

既省时又省力。汽车保养时，这个设备同样能发挥极大的作用。如检查车辆底部

各部件的磨损等情况。这些时候将车辆举升到头顶，车底的情况一目了然，同时

方便工作人员的行动。

用2018新款的宝马X1系列中的sDrive18Li时尚版的检修或保养，对本文设

计的举升机的应用进行举例。

操作步骤如下：①将车辆驶入或拖入举升机下，并使车底盘中心与托臂中心

对齐。②启动电机，开始对车辆进行举升。③注意车辆车顶与举升机的顶部的

距离，在车顶与举升机的顶部相距一小段距离时停止电机。总用时大约50秒。

④此时工作人员可以进入车辆底部，对车底部件进行保养或检修。

参考文献

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