穿戴式轎車位移設計裝置

王至恒

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

穿戴式轎車位移設計裝置

王至恒

（長安大學汽車學院，陜西 西安 710064）

為了解決汽車遇到前后堵車不能出位，無法移出或者原地調頭改道行駛這一問題，設計了一種輕便可移動式轎車舉升器。首先對本設計的創新點進行大致介紹；然后根據汽車參數計算舉升器所需要的基本數據；最后對其主要零部件進行尺寸確定和強度校核，檢驗設計的合理性。

舉升器；穿戴式；轎車；便攜式

CLC NO.:U462.1 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2017)15-44-03

前言

舉升器作為汽車行業一種重要的工具。目前，其發展重點均為維修用舉升器，不具備便攜功能，更不具備家庭使用功能。在泊車用舉升器方面研究較少，已經成為舉升器行業發展的一個巨大的市場。

本文通過運用工程力學和機械設計的方法，對該舉升器進行尺寸方面的設計，然后對該舉升器進行尺寸方面的確定和危險截面強度方面的校核，以確保設計的合理性。

1 本設計的創新點

本設計裝置創新優點在于四個方面：

（1）解決了先前裝置不能調節寬窄的問題，使舉升起不同寬度車輪的轎車成為可能；

（2）解決了先前裝置不能調節輪胎直徑的問題，使舉升起不同直徑車輪的轎車成為可能；

（3）增加了套筒和控制桿件之間的綁定系統，使該裝置的鎖定能夠更加安全可靠。

（4）解決了先前裝置必須依靠千斤頂才能舉升轎車的步驟，增加了動力系統，使該裝置能自行舉升，操作更加方便高效。

2 舉升器參數計算及總體概述

2.1 轎車的參數對設計條件的要求

為了保證設計具有普適性，轎車重量方面，重量定為2t；輪胎寬度范圍在15～30cm；輪胎的直徑有以下計算：185/60R14、195/55R15、205/55R16、225/40R18。輪輞14-22inch，1inch=25.4mm，高度 355.6--558.8mm，輪胎寬度165-245mm，扁平率70-40，斷面高度115-100mm，外徑60-80 cm。軸荷分配前軸70%，后軸30%[1]。每個前輪軸荷為70%

中的50%，后輪為30%中的50%。車輪受到的地面法向反力：以2000kg的轎車為例，前軸受到的地面法向反力為13720N，每個車輪為6860N。同理，每個后輪為2940N。故設計時應以6860N為準。

2.2 本裝置的總體概述

圖1 穿戴式轎車位移設計裝置總裝圖

其中：（1）鋼索，（2）U形鋼索環，（3）L形左抓臂，（4）鎖緊螺母，（5）螺紋套筒，（6）調整螺釘，（7）連接板，（8）側板，（9）導筒，（10）從動錐齒輪，（11）軸向推力軸承，（12）螺桿，（13）T形定位銷，（14）L形右抓臂，（15）蝶形螺母，（16）方形定位塊，（17）帶環螺栓，（18）直角板，（19）主動錐齒輪，（20）支撐銷，（21）調整螺母，（22）支撐肋，（23）導柱，（24）底板，（25）萬向輪。

3 穿戴式移動轎車舉升器結構設計

3.1 螺旋傳動的設計計算

人在下蹲時的手搖力F在5-15kg，取F=10×9.8N；人力輸入速度應＜1m/s，取V=0.8m/s；根據各類轎車資料，取手柄旋轉半徑L=100mm；當需舉升2000kg重量，F螺桿舉升重量19600N。

螺桿和螺母均采用45鋼，價格較低，可滿足經濟型的要求。裝置的許用應力為7.5-13，取8。

螺紋公稱直徑d：

根據計算出的螺紋中徑，然后查找公稱直徑以及螺距，即可完成螺桿螺紋設計。選用30°的鋸齒形螺紋進行計算[2]

φ取1.5，前輪地面法向反力F=6860N，許用應力[P] =8，得d2≥15.541。設螺距P為3，d得17.488mm，根據GBT196-2003，選用中徑22.052mm的螺桿較合適，此時螺桿的公稱直徑24，螺距3。

3.2 錐齒輪尺寸的設計計算

錐齒輪模數計算公式[3]：

m—大端模數；YFa—齒形系數；YSa—齒根應力修正系數；[σH]——應取配對齒輪中的較小許用接觸應力。

錐齒輪的傳動效率取0.95，滾動軸承傳動效率取0.98；滑動軸承傳動效率取0.97。

確定各參數值：K=1，小齒輪傳動轉矩T=9.55×P/ n =4.9× 109。Y=2.28，Y=1.73，[σ] =253MPa，Y Y/[σ]=

Fa SaHFaSaH 0.0155。模數m=2.15，取m=3。分度圓直徑：d1=z1m=14× 3=42 mm，d2=z2m=28× 3=84mm。分錐角：δ1=arctan(1/u )=26.565°，δ=90°-26.565°=63.435°。齒輪寬度：

故主要涉及結論為：齒數z1=14，z2=28，模數m=3，壓力角α=20°，變位系數x1= x2=0，分錐角δ1=26.565°、δ2=63.435°，齒寬b1= b2=14mm。小齒輪選用45Cr調質鋼，大齒輪選用45調質鋼。齒輪按7級精度設計。

3.3 L型抓臂及裝置總長度確定

3.3.1 L形抓臂長度范圍的確定

輪輞高度 355.6--558.8mm，輪胎寬度165-245mm，扁平率70-40，斷面高度115-100mm，外徑60-80 cm。

《閱微草堂筆記》載：御史某公性格多疑且迷信，并因此幾次搬家。后來搬到一個大宅子里，又擔心有鬼怪，便請和尚道士誦經度鬼、設壇驅狐，折騰數日。此宅本福邸，一通折騰后，卻招來鬼魅，拋磚擲瓦，夜夜鬧騰，某公只好又搬家。

抬舉車輪時L型抓臂的狀態如下圖所示：

圖2 抬舉車輪時的L形抓臂狀態

工作狀態抽象為：

得L形抓臂長度及其固定桿長度范圍為60cm-80cm。

3.3.2 抓鉤長度范圍的確定抓舉寬窄輪胎時抓鉤狀態：

圖4 輪胎抓舉示意圖

輪胎寬度15cm～30cm，故該裝置的L形抓臂的抓鉤的長度15cm～30cm。

3.3.3 該裝置其他桿件的尺寸的確定

從圖4.3知，該裝置受力如懸臂梁，L形抓臂和萬向輪之間的支撐板是受力最嚴重的地方。

3.4 重要結構的剛度、強度校核

3.4.1 螺桿-螺母傳動副的剛度強度校核

（1）螺桿-螺母傳動副耐磨性校核螺紋接觸處的壓強p校核公式為[4]

該桿件長20cm，b≥3.12cm,取b=5cm，

式中：Fa—軸向力，N；z—螺紋圈數；d2—螺紋中徑，mm；h—螺紋工作高度，mm；[p]—許用壓強。

得p=7.3358。滿足負荷要求。

（2）螺桿-螺母自鎖性校核

M24螺距3mm，中徑22.052mm，升角計算公式：

得M24螺紋升角ψ=2.48°；

當量摩擦角計算公式：

當量摩擦角ρ=6.61°，ψ＜ρ。

螺桿-螺母裝置可自鎖，校核完畢。

3.4.2 錐齒輪疲勞強度校核

b1= b2=14mm，齒數z1=14，z2=28，模數m=3，壓力角α=20°。σH=213MPa＜[σH]=253MPa。接觸疲勞強度符合要求。

3.4.3 穿戴式轎車舉升器其他桿件的彎曲強度校核

懸臂梁結構應校核其彎曲強度，由以下公式來校核材料的彎曲強度：

計算得到σ =336 MPa＜[σ]。該桿件確定的尺寸是安全可靠的[6]。

4 總結與展望

為緩解城市擁堵現象，設計出一款便攜式穿戴式轎車位移裝置，對其中的主要零部件進行尺寸的設計，并對其進行校核。驗證了該裝置的實用性和可靠性。

本裝置市場前景巨大，經濟效益可觀。若能真正付諸實際生產，普及使用，能夠批量生產，既可緩解一定交通堵塞問題，又可解決普遍存在的進出停車位的問題，大大提高人們的生活效率。

[1] 許洪國. 汽車運用工程[M]. 第4版. 北京：人民交通出版社, 2009.1.

[2] 濮良貴,陳國定,吳立言. 機械設計[M]. 第9版. 北京：高等教育出版社,2013.5.

[3] 聞邦椿. 汽車設計手冊[M]. 第2版. 北京：機械工業出版社, 2010.1.

[4] 向柏林. 自卸車舉升機構的優化設計. 汽車技術,1992.5.

[5] 西南交通大學應用力學與工程系. 工程力學[M]. 第2版. 北京：高等教育出版社,2009.1.

[6] 王望予. 汽車設計[M]. 第2版. 北京：機械工業出版社,2011.6.1.

Displacement design device for wearable car

Wang Zhiheng
( School of Automobile, Chang’an University, Shaanxi Xi’an 710064 )

In order to solve the problem that car can’tcome out, be removed or turn round in traffic jam, we design a kind of portable car lift.Firstly, we generally introduce the innovation points of the design; thenwe calculate the basic data according to the parameters of the vehicle; finally, we determine the size and strength of its main parts to test the rationality of design. Keywords: Lifting jack; Wearable; Automobile; Portable

U462.1

A

1671-7988 (2017)15-44-03

王至恒（1993—），男，長安大學工程汽車學院碩士研究生，載運工具運用工程專業。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2017.15.016