摆杆式举升机构的设计与研究

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Design and Research of Pendulum Rod Liing MechanismGOU Pin，CHEN Yin，ZHANG Hong-xunWuhan University of Science and Technology，Hubei Wuhan 43008 1，ChinaAbstract：The liftingprocess ofobjectfochieved by controling the relative rotationof two pendulums.Due to nonlinear movement of object in this ling proifficult todetermine.n order to so e this problem.the simulation of movement，℃ on in the ling process with AutoCAD geometrymapping method WObe used.t WOS proved by如s and manufactheavy wheel thatthis method is simple.convenient and efficient.The stress fo肌 of suspensionfork is cantilever structure and its stressconditions is poor，and the structure stifness is relative low；The movement of suspension fork needs the support of doorfr.,ne，resulting in overal large equipment volume ；suspensionfork ling mechanism is usually driven by hydraulic pressureand the screw mechanism，onty being able to make the adjustment of the vertical direction when lifting,and the leveladjustment needs to be done manually，causingthe horizontal centring adjustment ofthe object dificult.t was alzo shown bythe application that the designed device is characterized by simple structure，hi# ratefor the removal，z动 z weight，smallsize，easy carryingin the vehwle an d usingin the ld.

Key W ords：Pendulum Rod；Lifting Mechanism ；Efective Lifting Value；Heavy W heel上 J商在重型汽车 、大型工程机械和大型可行驶装备的维修过程中，其重型车轮及变速箱等部件因体积和质量大，在维护更换时是非常费力和困难，特别是车辆在野外现场的车轮更换。现有的举升机多采用悬叉式举升机构，即悬叉沿门架上下移动举升。

悬叉受力形式为悬臂结构 ，其受力条件较差 ，结构刚度较低 ；悬叉的移动需要门架支承，造成设备的整体体积较大 ；悬叉式举升机构多由液压和螺旋机构驱动，举升时只能做垂直方向的调整，水平调整需要人工手动完成，造成物体的水平对中调整困难 1。针对此问题 ，提出-种新型的摆杆式举升机构，该机构具有结构简单、操作方便 、体积小 、重量轻，便于车载和野外使用的特点。

2摆杆式举升机构2.1举升机构的结构方案摆杆式举升机构由左右对称的两摆杆机构组成，摆杆机构固定在 u型框架 5上，如图 1所示；摆杆机构由滚筒 2、摆杆 3和摆杆轴 4组成，摆杆轴4的-端与减速机 6的输出端联接，扶手 1同定在 u型框架 5的横梁上，U型框架 5的下面装有四个滚轮 7。

为了增加u”型框架水平面的刚度和承载能力，在u”型框架的开口处设有附加拉杆，附加拉杆可根据工作状况活动的卡上或取下。

2.2举升机构的工作原理车轮举升机构的工作原理为：推动扶手，使u型框架沿地面插入车轮，分别转动两减速机带动摆杆轴转动，改变摆杆的角度 ，来稿日期：2012-11-14基金项目：湖北省自然科学基金2006ABA289作者简介：张洪汛，1955-，男，河南扶沟县人，学士，副教授，主要研究方向：机械设计方面研究；陈 引，1988-，男，湖北仙桃人，硕士，研究生，主要研究方向：机械设计和汽车节能减排182 勾 频等：摆杆式举升机构的设计与研究 第 9期确定滚筒的位置，从而调整支承在滚筒上的车轮的位置。

1.扶手 2.滚筒 3.摆杆 4.摆杆轴 5.U型框架 6.减速机 7.滚轮图 1摆杆式举升机构的结构视图Fig.1 Structure View of Rocker Type Lifting Mechanism车轮位置的调整方式为：通过两摆杆相对合拢或张开实现车轮的举升或下降；两摆杆-起向左或向右转动，实现车轮向左或向右移动；转动滚筒，通过摩擦力使车轮绕其中心轴旋转，实现车轮圆周方向的对中调整。

前后推拉扶手，通过U型框架上的滚轮使本装置前进和倒退，实现车轮轮辋螺孔与轮毂螺栓对准后的结合或车轮拆卸时的分离。

2.3设计参数装置的结构尺寸需根据车轮的尺寸和质量确定，在保证车轮举升调整范围的基础上，做到强度高、体积孝重量轻及操作方便。主要的设计参数有：摆杆轴间距 ，摆杆长 ，滚筒半径 筒，滚筒宽度 筒，减速机传动比 ，摆杆轴离地高度 等。

3举升机构运动轨迹区域模拟由于摆杆机构举升运动轨迹的非线性，造成机构的有效举升量难以确定。通过CAD几何作图法，模拟举升机构运动轨迹区域，分析影响轨迹区域的因素，并结合举升物体要求来确定机构有效举升量。

3.1车轮在机构上的位置状态分析车轮在机构上的位置状态，对车轮举升时的运动轨迹区域进行分析，用几何作图法确定机构在举升车轮时的轨迹区域边界，从而确定举升机构的有效调整范围。在摆杆转动过程中，车轮在举升机构上的位置有三种状态：第-种状态：车轮由左右两滚筒支撑，车轮中心的位置可通过调整摆杆角度而改变控制，且处于上边界到下边界之间的区域内。

第二种状态：车轮的-侧由滚筒支撑，另-侧由摆杆轴支撑，此状态下的-种情形，如图 2所示。转动左滚筒，车轮绕右摆杆轴转动，车轮中心处在轨迹区域的下边界AB。同理，若转动右摆杆滚筒，车轮绕左摆杆轴滚筒转动，车轮中心处在轨迹区域的上边界 BC。

第三种状态：车轮由两摆杆轴支撑，车轮中心处在最低点。

32轨迹区域边界的确定根据车轮在举升机构上位置状态，以车轮中心为质点，采用CAD几何作图方法，获得车轮举升机构轨迹区域边界，A BCD区域，如图2所示。

图2机构轨迹区域几何分析图Fig.2 Regional Mechanism Path Geometry Analysis Diagram机构轨迹区域的下边界是车轮绕着摆杆轴转动得到的车轮中心的轨迹线，即以摆杆轴 O 为圆心，以摆杆轴中心到车轮中心的最小连线为半径画弧，得到圆弧 AB，最小连线长度 抽懈 为摆杆轴半径，R 为车轮半径，如图2所示，左右对称的两侧圆弧的交点A为机构轨迹区域的最低点。

同理，机构轨迹区域的上边界以摆杆轴 0。为圆心，以摆杆轴中心到车轮中心的最大连线为半径画弧，得到圆弧CB，最大连线 ∞f杆帜 轮尺筒为滚筒半径， 为摆杆长，如图 2所示，左右对称的两侧圆弧的交点c为机构轨迹区域的最高点。

由图2知，轨迹区域各边界圆弧的曲率半径较大，轨迹区域可近似ざ任猲，横向对角线长度 DB为 b，棱形内切圆0 的直径为 D。轨迹区域的大型形状受摆杆长 和摆杆轴间距 影响。其中，摆杆长z 对棱形区域的面积影响较大，摆杆轴间距对棱形区域的形状高度 cA和宽度 DB较为明显。

C图3机构轨迹有效区域图Fig.3 Mechanism Effective Regional Path Diagram3.3物体调整区域确定物体调整区域是指物体拆装时所需的调整量，其形状和大小瘸讨芯偕?髡?且月朱甭菟ㄎ?勘辏?迪致朱甭菟ㄓ肼珠?萱軱对中后的结合。由于轮毂螺栓为圆周分布，车轮安装时调整区域的形状为-个圆形，即圆O，，在确定此调整量时应考虑：1轮毂螺栓与轮辋螺孔的配合间隙h20～50mm，公路平地取小值，野外取大值；4安装车轮时举升机构与轮毂左右不对中引起垂直方向的附加调整量e<50mm。

No.9Sept.2013 机 械设 计 与 制造 183综合考虑上述因素，调整区域的圆0 的直径D应满足： 4.4实际应用D≥ 。 13.4有效调整范围的确定机构有效调整范围是指机构轨迹区域中与物体调整区域相匹配的区域，其形状根据举升物体要求有圆形，如对中心的调整；或矩形 ，如对平面的调整。

设有效调整范围半径为R右，由图3得，由三角形定理，可得，有效调整范围半径与棱形纵向对角线 cA的关系为：R有costpx cosarctan ×口 2车轮调整区域圆o，应位于机构轨迹有效调整范围之内，因此，应满足：D<2R ；若调整区域为矩形，其矩形应位于机构轨迹区域边界 ABCD区域之内。

4设计与应用本设计以WS型重型越野车车轮为对象，其轮径 1 500mm，轮宽650mm，轮重400kg，车轮拆装时离地高度大于20mm，重型车轮拆装装置主要结构尺寸，如表 1所示。

表 1装置结构尺寸Tab.1 Device Structure Size尺寸摆杆轴间距 Lmm摆杆长Zfmm摆杆轴直径 d mm滚筒宽度 mm滚筒直径 /hmm减速机传动比 倍数1Ooo1503O7oo5O564.1确定举升机构轨迹区域：根据表 1中的数据，采用 CAD绘图法得到举升机构轨迹区域边界 ，如图 4中的棱形所示，并运用标注工具得到棱形纵向对角线长度 a212mm，纵向对角线长度 b292mm。

4。2确定机构轨迹有效区域由式 2得 R 1 xcosarctg212/292x21286mm，通过 AutoCAD作图获得机构轨迹有效区域，如图4中直径为17lmm的圆。

图 4举升机构轨迹区域图Fig-4 Lifting Mechanism Path Area Chart4.3确定车轮调整区域考虑车轮在野#Hz充气状态下安装，则hi1mm；hz5Omm；h35Omm；e50mm；由式1得：D151mm<171mm，即机构的有效调整范围能满足车轮安装时的调整区域要求。

据表 1中的结构参数，研制出摆杆式车轮举升装置，对 WS越野车的车轮进行野外拆装，如图 6所示。原车轮野外拆装需 4个人操作，费时40min，采用本装置拆装只需2人，共耗时5min，极大地提高了拆装效率，减轻劳动强度。

图 5举升机构的实际应用Fig.5 The Practical Application of Lifting Mechanism5嗅1摆杆式举升机构通过控制两摆杆的角度，实现对车轮垂直升中和水平移动的控制，可在举升过程中完成水平方向的调整。

2机构采用摆杆举升，省去了常用的举升门架，结构空间减小，可用于低姓间下的零部件的拆装，如拆装汽车变速器、底盘零件等。

3摆杆式举升机构的轨迹区域为棱形，其短边 a和长边 b受摆杆长度和两摆杆间距离影响。

4机构的调整范围能满足要求条件是，机构轨迹区域边界能够满足车轮调整区域。