（设计） 小型汽车电动液压千斤顶的设计 摘 要 液压传动的基础原理是机械能与液压能的相互转换。电动液压千斤顶就是一个典型的液压设备，与液压千斤顶不同的就是合理的添加了电机设备。本课

  设计的千斤顶为小型车用液压千斤顶，其结构轻巧紧固、灵活可靠，一个人就可携带和操作。电动液压千斤顶是用刚性顶举件作为工作装置，通过顶部托座在小行程顶升重物的轻小起重设备。其正常工作必须依托各个组成部分合理的设计。本论文通过对车用电动液压千斤顶的原理的分析，设计了一个利用凸轮机构驱动、底板供油的总体

  。通过对该液压设备的分析，确定了其工作所承受的压力，同时根据工作载荷对电机进行了选择。 关键词：电动；液压；千斤顶 ABSTRACT The basic principle of hydraulic transmission is the conversion between mechanical energy and hydraulic energy. Electric hydraulic jack is a typical hydraulic equipment, different from the hydraulic jack is a reasonable added electrical equipment. Jack this topic design for small vehicle hydraulic jack, its light structure, flexible and reliable fastening, a person can carry and operation. Electric hydraulic jack is a rigid lifting as working device, through the top bracket in the short distance lift heavy Light small lifting equipment. The normal work must rely on the various components of a reasonable design. In this paper, by using the analysis of principles of electric hydraulic jack for vehicle, design the overall scheme of drive, a cam mechanism is used for baseoil. Through the analysis of the hydraulic equipment, the working pressure and at the same time, according to the work load of motor selection. Key words: Electric ; Hydraulic pressure; Jack; 目 录 1 1 绪论 1 1.1 项目的研究意义 2 1.2 课题的国内外发展研究现状 2 1.3 课题研究的主要内容 3 2 电动液压千斤顶概论 3 2.1 液压千斤顶的工作原理 3 2.2 设计的基本要求 4 2.3 确定总体方案 8 2.4 电动液压千斤顶使用需要注意的几点 9 3 参数确定 9 3.1 电机选择 15 3.3 活塞杆设计计算 15 3.4 吸油缸参数计算 18 3.5 油箱的设计 20 3.6 密封圈的选择 20 3.7 柱塞弹簧的设计 22 4 技术方面的要求 22 4.1 缸体技术方面的要求 22 4.2 活塞杆技术方面的要求 22 4.3 缸盖技术方面的要求 24 5 强度校核 24 5.1 缸体与缸盖焊接强度校核 24 5.2 缸头螺纹联接处强度校核 26 5.3 底座的校核 26 5.4 柱塞缸缸体校核 26 5.5 活塞杆校核 28 结 论 29 参 考 文 献 30 致 谢 1 绪论 1.1 项目的研究意义 据统计，我国国内的轿车保有量2013年已达到2080余万辆，这必然导致真实的生活中车辆维修的烦恼发生。尤其是在炎热的夏天和严寒而又绵绵细雨的冬天，大约半个小时才能修复好汽车，不仅全身劳累死，而且浑身油腻。随着汽车维修工业的加快速度进行发展，一种起重工具液压千斤顶大量涌现在市场，其结构相对比较简单、操作便捷，修理汽车等设备使其顶起，为操作人员设置足够的操作空间，与传统的汽车维修厂修建的维修沟相比，其空间合理，占地面积狭小，光线明亮，利于操作人员工作，同时增加了维修的效率和精度。液压千斤顶是根据帕斯卡原理工作，他由油缸、控制流向的阀体以及油箱等几部分所组成。 千斤顶是一种起重高度小的简单的起重设备，分为机械式千斤顶和液压式千斤顶，原理各有不同，液压式千斤顶基于帕斯卡原理，一定压强下，在比较小的活塞上面施加的压力比较小，而大的活塞上施加的压力也比较大，这样子就能够保持液体的静止。所以通过液体的传递，能够获得不同端上的不同的压力，这样就能够达到一个变换的目的。机械千斤顶采用机械原理，以往复扳动手柄，拔爪即推动棘轮间隙回转，小伞齿轮带动大伞齿轮、使举重螺杆旋转，从而使升降套筒获得起升或下降，而达到起重拉力的功能。但不如液压千斤顶简易。 千斤顶采取了液压千斤顶传动的优点： （1） 由于液压传动是油管连接，所以借助油管的连接可以方便灵活地布置传动机构，这就是比物理运动的优越的地方。 （2） 液压传动设备的重量轻、结构紧密相连、惯性小。 （3） 液压装置易于实现过载保护，借助于控制调节装置溢流阀等，同时液压件能自行润滑，因此常规使用的寿命长。 （4） 传递运动均匀平稳，负载变化时速度稳定。 （5） 液压元件已实现了

  化、系列化和通用化，以便于设计、制造和推广使用。 而千斤顶采取了液压千斤顶传动的缺点： （6） 传动介质易泄漏和可压缩性会使传动比不能严格保证。 （7） 能量传动过程中压力损失和泄漏的存在使传动比效率低。 （8） 液压设备不能再相对恶劣的环境中工作，比如高温。 （9） 由于液压设备控制元件制造精度高，致使故障诊断有难度。 随着生活水平的发展,市场之间的竞争的加剧，用户想要的一直在变化，将迫使千斤顶的设计质量逐步的提升，以适应用户的需求。用户喜欢的，市场需要千斤顶不仅要求重量轻，携带方便，外形好看，使用可靠，还会对千斤顶的进一步自动化，智能化都有所要求。因此对千斤顶技术的发展将直接或间接影响到这些部门的正常运转和工作。本人通过网上调查和实践考察，发现如果千斤顶可以随意组合使用，将会更便利，市场上还没有同类的产品，所以电动液压千斤顶的研究是适应工业发展的表现，会促进千斤顶更加的方便，更加的人性化。 1.2 课题的国内外发展研究现状 自18世纪末英国制成世界上第一台水压机算起，液压传动技术已有两三百年的历史。直到20世纪30年代它才较为普遍的用于起重机，机床及工程机械。在第二次世界大战期间，由于战争需要,出现了由响应迅速、精度高的液压控制机构所装备的各种军事武器。第二次世界大战结束后，液压技术迅速转向民用工业，液压技术不断应用于各种自动机械及自动生产线年代以后，液压技术随着原子能，空间技术，计算机技术的发展而快速地发展，因此，液压传动真正的发展也就是近三四十年的事，当前液压技术正向迅速，高压，大功率，高效，低噪声，经久耐用，高度集成化的方向发展，同时，新型液压元件和液压系统的计算机辅助设计，计算机辅助测试，计算机直接控制，机电一体化技术，可靠性技术等方面也是当前液压传动及控制技术发展和研究的方向。我国的液压技术最初应用于机床和锻压设备上，后来用于拖拉机和工程机械。现在，随着从国外引进一些液压元件，生产技术和进行自行设计，我国的液压元件已形成了系列，并在各种机械设备上得到普遍的使用。 我国千斤顶技术起步较晚,由于历史的原因,直到1979 年才接触到类似于国外卧式千斤顶这样的产品。但是经过全面改进和重新设计,在外形好看,使用起来更便捷,承载力大,寿命长等方面,都超过了国外的同种类型的产品, 并且迅速打入欧美市场。经过多年设计与制造的实践,除了卧式千斤顶以外,我国的千斤顶还规格齐全,形成系列产品。  现在，液压技术被应用到所有的领域，液压千斤顶的设计也慢慢变得趋向人性化。目前，国内外的千斤顶在性能满足要求的同时，还应该要考虑千斤顶操作的灵活方便。结合实际需要，目前市场的千斤顶有Y2系列千斤顶、超薄型千斤顶、自锁式千斤顶等系列。 1.3 课题研究的主要内容 （1） 根据千斤顶的原理设计电动液压千斤顶的总体方案。 （2） 根据工作情况设计液压千斤顶的具体结构，确定主要零件的参数。同时进行强度校核。 （3） 绘制二维零件图及其装配图。 2 电动液压千斤顶概论 2.1 液压千斤顶的工作原理 图1 液压千斤顶工作原理图 1—杠杆手柄 2—小油缸 3—小活塞 4，7—单向阀 5—吸油管 6，10—管道 8—大活塞 9—大油缸 11—截止阀 12—油箱 图1是液压千斤顶的工作原理图。油缸9和大活塞8组成液压缸，由杠杆手柄1、小油缸2、活塞3组成手动液压泵。提起手柄使小活塞向上移动，小活塞下端油腔容积增大，形成局部线中吸油；而用力压下手柄时，小活塞3下移，小活塞下腔压力升高，此时单向阀4关闭，单向阀7打开，下腔的油液经管道6输入举升油缸9的下腔中，截止阀11已关闭迫使大活塞8向上移动，顶起重物。再次提起手柄吸油时，单向阀7自动关闭，使油液不能倒流，来保证了重物不会自行下落。不断地往复扳动手柄，就能不断地把油液压入液压缸下腔，使重物逐渐地升起到合适位置。如果打开截止阀11，液压缸下腔的油液通过管道10、截止阀11流回油箱，重物就向下移动。这就是液压千斤顶的工作原理。 本次设计中，考虑到手动液压千斤顶的操作麻烦又不省力，故在本次设计中，将小活塞换为电动驱动，利用汽车点烟器上的电源，通过电机带动偏心轮机构驱动活塞往复运动，从而为液压缸提供油液。 2.2 设计的基本要求 本课题的设计的基本要求： （1） 合适的应用汽车便利条件。 （2） 设计一个两级伸缩式液压缸。 （3） 考虑到小型汽车的重量轻，初步确定本设计中千斤顶举起的汽车最大重量为1.0t。 （4） 根据小型汽车的地盘等条件，初步设计千斤顶的举起的最大高度为150 mm左右。 （5） 驱动千斤顶电机的电源选择为直流电压。 2.3 确定总体方案 2.3.1 液压油回路设计 图2 液压回路原理图 根据液压千斤顶的工作原理图，同时结合本课题设计的基本要求原则，设计的电动液压千斤顶液压回路如图2所示。其中液压泵是由柱塞缸和电动机组成，工作原理是通过电机带动偏心轮驱动柱塞泵正常工作。吸程通过单向阀2从油箱吸入。压程中单向阀2具有单向性，既油液不能通过单向阀2回流。单向阀1打开，液压油输出到液压缸，将负载顶起。当顶升到合适的位置时，断电，柱塞泵停止运动。此时，二位二通电磁换向阀都处于关闭状态，阻止了液压油流向油箱，保证了负载保持所需要的位置。当负载需要放回时，只需要打开控制台相应的的开关，即打开二位二通电磁换向阀，油液便可流向油箱。为避免电机及液压系统过载损坏，在油路中设计了相应的安全阀，当出现油管堵塞时或者其他情况使油压过大时，液压油便会通过安全阀流向油箱。 进油路：单向阀2→液压泵→单向阀1→液压缸左腔 回油路：液压缸左腔→二位二通电磁换向阀→油箱 2.3.2 总体结构设计 图3 液压千斤顶结构图 该电动液压千斤顶由12V直流电机、偏心轮机构、柱塞缸；两级伸缩式套筒油缸和若干个液压控制阀体及操纵控制器等组成。大小活塞杆和两级伸缩式套筒液压缸组成顶升液压缸，其中，前一级活塞缸的活塞是下一级活塞缸的缸体。工作时，将液压缸的电源插头插入汽车的点烟器上的插座上，打开操纵控制器尚的开关，直流电机带动偏心轮机构柱塞左右往复运动，当电动机偏心轮机构使柱塞向右移动柱塞左侧油腔空间增大，形成局部真空，这时于联接油箱的油路上的弹簧小球管道打开，柱塞缸通过吸油管将液压油吸入腔内。柱塞杆左移时，柱塞左侧油腔油压增大，与油箱相联接的弹簧小球堵塞管道，而与两级伸缩式套筒油缸的弹簧小球打开了，油液经管道输入顶升两级伸缩式套筒油缸的下腔，迫使大活塞向上运动，顶起车辆。活塞杆再次右移时，与两级伸缩式套筒油缸相联接的油路上的弹簧小球堵塞管道，油液不能倒流，来保证了重物不落下和柱塞缸再次的吸油。柱塞杆不断地往复运动，就能不断地把油液压入两级伸缩式套筒油缸下腔，汽车逐渐的升起。如果汽车到达了一定的高度，你只需要打开电磁换向阀，两级伸缩套筒油缸内的油液就会通过二位二通电磁换向阀和管道进入油箱。 2.3.3 底板油路设计 为了携带方便，液压千斤顶的结构尺寸不能太大。在传动比一定的情况下，设计的柱塞缸的尺寸一般较小，若用管道联接每个部分，势必导致管道的内径变小，管道的油压损失较大。液压油一般较粘稠，管道的内径过小会使管道堵塞，影响到千斤顶正常工作。采用底板油路不仅减少许多管道部件，以及管联接方面的许多麻烦，简化了系统，同时也使油路的内径变大，设计的底板油路如图4所示 图4 底板油路设计 底板的设计过程最大限度地考虑了机械加工的可行性。柱塞杆向右移动时，柱塞缸内的油压减小，而油箱内的油压很高，导致弹簧小球被顶开。而两级伸缩式套筒油缸比柱塞缸内的油压高，弹簧小球2将堵塞联接两级伸缩式套筒油缸的管道，此时液压油吸入柱塞缸内。柱塞杆向左移动时，柱塞缸内的压力变大，油箱内的油压不高，导致弹簧小球把油路堵塞。而两级伸缩式套筒油缸比柱塞缸内的油压相对低，弹簧小球2将打开联接两级伸缩式套筒油缸的管道，液压油被压入两级伸缩式套筒油缸，从而抬升负载的高度。当负载需呀放回时，将二位二通电磁换向阀打开，液压油经过管道和二位二通电磁换向阀流进油箱。如果油路出现堵塞现象时，系统内的油压将增大，此时底板的安全阀被顶开，油液流进油箱。 2.3.4 两级伸缩式套筒油缸设计 图5 两级伸缩式套筒油缸结构示意图 为了减小液压缸千斤顶的外观尺寸，便于携带，本次设计的千斤顶液压缸体采用两级活塞驱动。第一级活塞缸的的活塞是第二级活塞缸的缸体，伸出时能够得到很长的工作行程，缩回时保持很小的外形结构。 第一级活塞液压缸体与缸底采用焊接技术，缸体与缸头采用螺纹联接。第二级活塞与活塞杆采用整体式。活塞与缸体之间采用O形密封圈密封。为了使千斤顶使用安全方便，在活塞杆的上端用螺纹联接一个凹槽部件，与汽车上相应的凸起部件相配合，达到预期效果。电动液压千斤顶工作时，液压油首先进入第一级活塞液压缸体内，第一级活塞开始升起，并达到最顶端，然后第二季开始被顶出，此时第二级活塞缸内的压力比第一级增大一部分，来保证负载逐渐升起到预定位置。 2.3.5 柱塞缸设计 图6 柱塞缸结构示意图 柱塞缸体结构示意图如6所示，本次设计的柱塞缸体由密封工作腔体、弹簧、柱塞组成。其工作原理是依据电动机带动凸轮机构驱动柱塞杆左右往复移动，实现了密封工作腔体容积大小交替变化来实现的。它是一种机械能转化为液压能的能量转换装置，为液压系统提供具有很多压力和流量的液体，是液压系统的重要组成部分。其性能的好坏直接影响液压系统工作的可靠性和稳定能力。柱塞杆的往复运动产生容积的变化配合相应的单向阀进行吸油和压油。一般柱塞和缸体内孔都是圆柱表面，容易得到高精度的配合，密封性较好，因此效率一般较高。 2.4 电动液压千斤顶使用需要注意的几点 (1) 使用前，应将蓄电池充足电，以免电力不足。 (2) 切勿超过额定负荷 (3) 举升汽车时，应把发动机熄灭，将变速器置于空挡位置并拉紧手制动。 (4) 必要时，可以用发动机发电助力，此时使发动机工作，但一定要将变速器置于空挡，防,止汽车移动伤人。汽车升起后，应把发动机立即熄灭。 (5) 在汽车底下工作时，必须把汽车用可靠地支撑物稳妥的支撑住，以保证安全。 (6) 使用中请将车辆靠边停放，并在车辆前后竖立警告标志，提醒过往车辆注意安全 (7) 使用中要与被升降车辆保持垂直切勿倾斜操作。 3 参数确定 3.1 电机选择 图7 电机三维示意图 根据系统的具体实际的要求，并参照机械设计手册，液压缸的最大支撑力 ,确定系统的压力 设定第二级液压缸的上升速度 公式 式中 d—液压钢的内径，单位mm； P—系统工作所承受的压力，单位Mpa； F—最大支撑重量，单位N； 表1 液压缸的缸筒内径尺寸系列 （mm） 8 40 125 (280) 10 50 （140） 320 12 63 160 (360) 16 80 （180） 400 20 90 200 (450) 25 100 (220) 500 32 （110） 250 根据GB2348—80标准中选择最近的标准值作为所设计的缸筒内径的原则，取 。 此时液压缸内的压力 ，流量 其中 Q—系统的流量，单位 。 此时液压缸用来支撑汽车的功率为 式中 —电机的额定功率，单位W; —机械损失，即由于摩擦而使功率的损失，本系统中近似认为两个液压的效率相同，故用 ，一般 0.9. —容量损失 因内泄漏、气穴和油液在高压下压缩而造成的流量损失，其中内泄漏是最主要的原因，此次论文取 。 带入有关数据得到 对电动机的额定功率取整，即 。 根据机械设计手册及网络相关知识查询，选择的电动机为电压12V、直流、额定功率70W、转速 。 验证电机是不是满足第一级的要求： 差机械设计手册初步选定第一级液压缸的内径 ，查下列表格3.1.2液压缸的缸筒外径尺寸系列，知道对应液压缸内径的外径尺寸 表2 液压缸的缸筒外径尺寸系列（mm） 缸的内径（mm） 缸体的外径（mm） 20 25 31.5 40 50 50 50 54 50 60 60 60 63.5 63 76 76 83 83 80 95 95 102 102 90 108 108 108 114 100 121 121 121 127 110 133 133 133 140 125 146 146 152 152 140 168 168 168 168 160 194 194 194 194 180 219 219 219 219 200 245 245 245 245 第一级柱塞的上升速度 其中 Q—系统的流量，单位 ； d—液压缸的内径，单位mm； —上升的速度，单位 。 代入式中，得到的数据是 根据 能够获得 满足要求，说明电机的选择合理， 此时系统的工作所承受的压力 3.2 确定顶升液压缸的参数 图8 顶升液压缸原理图 本课题要求伸缩量约为150mm，所以采用伸缩式套筒液压缸。在本设计中，查机械设计手册，定第一级的行程为 ，第二级行程 该类型的液压缸体运动时，其输出速度和输出力都是变化的，原理图如上图3.2所示。 3.2.1液压缸的输出力 液压缸的输出力为顶其汽车的重力，即负载荷。根据本课题的要求，千斤顶要求顶起的重量为1.0t，即最大负载荷是F=10000N。 3.2.2液压缸工作过程中的阻力 液压缸工作中除了要克服负载外力外，还要遭受惯性力、摩擦阻力、运动部件的重力、回油背压阻力等作用。本次设计中考虑到液压缸的效率近似决定液压缸各部件的尺寸。因此对各阻力的大小等不再做详细的研究解释。 3.2.3液压缸输出速度 单杆活塞式液压缸和柱塞液压缸外伸时的速度 ， 式中 v—活塞的外伸速度，单位 ； Q—进入液压缸的流量，单位 A—活塞的作用面积，单位 d—活塞直径，单位m。 有上述公式知，第一级液压缸的速度为 而第二级的液压缸体的速度为 。 3.2.4液压缸的上升时间 液压缸的作用时间为 式中 t—液压缸的作用时间，单位s； V—液压缸的容积，单位 ； A—液压缸的作用面积，单位 ； s—液压缸的行程，单位m； Q—进入（或流出）液压缸的流量, 单位 。 活塞杆伸出时 液压缸的上升时间为第一级和第二级的时间和，即： —第一级的运动时间，单位s; —第二级的运动时间，单位s。 则 3.2.5液压缸的储油量 液压缸的储油量 式中 v—液压缸的储油量，单位 ； A—液压缸体的作用面积。单位 ； s—液压缸的行程，单位m。 根据公式，带入各个数据得到液压缸的储油量为 3.2.6液压缸的输出功率 液压缸的输出功率 式中 N—液压缸的输出功率。单位W； F—液压缸的输出力，单位N； v—液压缸的输出速度，单位 。 带入数据得液压缸的最大输出功率为 3.2.7 液压缸的缸筒厚度计算 本次设计中采用标准液压缸的外径，查机械设计手册知道，第一级液压缸的参数选为 ， 。如参数表图2 第二级按中等壁厚计算，当 时，液压缸体缸筒厚度此时为 式中 —强度系数，对于无缝钢管， c—计入厚度公差及腐蚀的附属厚度，通常圆整到标准厚度值； —实验压力，p

  公式估取活塞杆的直径，并且结合下列表3液压缸工作所承受的压力与活塞杆直径 表3 液压缸工作所承受的压力与活塞杆直径 液压缸工作所承受的压力（Mpa） 5 5~7

  7 推荐活塞杆的直径 (0.5~0.55)D （0.6~0.7）D 0.7D ，根据《机械设计手册》液压缸活塞杆的外径尺寸系列，活塞杆的外径圆整为18mm。 3.4 吸油缸参数计算 3.4.1 吸油缸速度计算 该液压缸的类型选择为柱塞式缸，选定的内径d=10mm。根据液压缸的流量相同，知 式中 A—吸油缸的柱塞面积，单位 ； v—吸油缸的柱塞运动的速度，单位 ； —起升液压缸的第一级内径面积，单位 ； —起升液压缸的第一级的上升速度，单位 。 则 EMBED Equation.3 3.4.2 作用于吸油缸柱塞上的力 已知液压系统中最大压力为 ，则作用于柱塞上的力 N 3.4.3 吸油缸的行程 系统的流量与柱塞的行程、柱塞的面积和电机的转速有关，其关系如下 式中 d—吸油缸的内径，单位mm； h—柱塞的行程，单位mm； n—电机的转速，单位 ； Q—系统的流量，单位 。 根据上述的公式： 3.4.4 吸油缸壁厚的计算 按中等壁厚计算，当 时，吸油缸缸筒厚度此时为 式中 —强度系数，对于无缝钢管， ； C—计入厚度公差及腐蚀的附属厚度，通常圆整到标准厚度值； —实验压力，p

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