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任務(wù)書填寫要求 1 畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫 經(jīng) 學生所在系的負責人審查 簽字后生效 此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計開始 前一周內(nèi)填好并發(fā)給學生 2 任務(wù)書內(nèi)容必須用黑筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子 文檔標準格式 可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載 打印 不得隨便涂改或潦草 書寫 禁止打印在其它紙上后剪貼 3 任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容 必須和學生畢業(yè)設(shè)計完成的情況相一 致 若有變更 應(yīng)當經(jīng)過所在專業(yè)及系主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫 4 任務(wù)書內(nèi)有關(guān) 學院 系 專業(yè) 等名稱的填寫 應(yīng)寫中 文全稱 不能寫數(shù)字代碼 學生的 學號 要寫全號 如 02011401X02 不能只寫最后 2 位或 1 位數(shù)字 5 有關(guān)年月日等日期的填寫 應(yīng)當按照國標 GB T 7408 94 數(shù)據(jù)元和交換格式 信息交換 日期和時間表示法 規(guī)定的要求 一律用阿拉伯數(shù)字書寫 如 2004 年 3 月 15 日 或 2004 03 15 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 1 畢業(yè)設(shè)計課題的任務(wù)和要求 設(shè)計任務(wù)為了解墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析的結(jié)構(gòu) 要求完成墻壁式旋臂起 重機的結(jié)構(gòu)設(shè)計計算 并對關(guān)鍵件進行三維建模 分析其關(guān)鍵零部件的力學性能 2 畢業(yè)設(shè)計課題的具體工作內(nèi)容 包括原始數(shù)據(jù) 技術(shù)要求 工作要求等 1 掌握三維設(shè)計軟件及分析軟件的使用技術(shù) 2 根據(jù)相關(guān)參數(shù) 熟悉墻壁式旋臂起重機的結(jié)構(gòu)計算 3 根據(jù)相應(yīng)計算結(jié)果對墻壁式旋臂起重機進行三維建模 繪出 或打印出 部分相關(guān) 工程圖 4 對所建模型進行分析 5 撰寫設(shè)計說明書 1 設(shè)計合理 語句通順 格式規(guī)范 圖表正確 表述清晰 2 打印成冊 畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書 3 對畢業(yè)設(shè)計課題成果的要求 包括畢業(yè)設(shè)計 圖紙 實物樣品等 1 畢業(yè)設(shè)計開題報告一份 2 畢業(yè)設(shè)計說明書一本 要求思路清晰 語句通順 無錯別字 3 圖紙一套 要求結(jié)構(gòu)合理 表達正確 清晰 4 畢業(yè)設(shè)計課題工作進度計劃 起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容 2016 年 2 月 29 日 3 月 20 日 3 月 21 日 4 月 20 日 4 月 20 日 5 月 10 日 5 月 11 日 6 月 5 日 學習相關(guān)軟件 查閱資料 撰寫開題報告 熟悉開發(fā)環(huán)境 詳細設(shè)計 撰寫說明書 畢業(yè)答辯 學生所在系審查意見 同意下發(fā)任務(wù)書 系主任 2016 年 2 月 29 日 門式起重機設(shè)計 I Kh Kaplan 眾所周知 當升降閘門的楔形槽的導(dǎo)軌是活動的 由于這兩超載吊裝設(shè)備 和傳輸牽引力的增加 起重設(shè)備閘門 攔物柵 抓斗等 在門槽的導(dǎo)軌干擾降低是可能的 在這種情況下 吊裝設(shè)備繼續(xù)運行 然 后從吊索 即松弛下垂的電纜發(fā)生突然的自發(fā)運動后 下降 的門時 動態(tài)負 載 工件 大大超過設(shè)計負荷的情況也是時有發(fā)生的 限制超載的起重機在吊裝和限制放松電纜在柵降低 負載繼電器安裝在起 重機在起吊過程中 應(yīng)提供不超過 25 的額定負載的過載和下降時應(yīng)提供最大 松弛的電纜相當于吊索的張力 同時 同一個起重機操作不同的門架 在這種情況下 不同的牽引力提高 門架要求 在楔形門或架在槽內(nèi)的情況下 額定拉力的起重機加上超載 25 發(fā) 送到約束載荷 門架 等 由于所需拉力操作不同的門的差異較大 在楔形約 束加載工作的起重機的拉力可以導(dǎo)致其受到破壞 在這種情況下 在不同的約束荷載作用下 起重機的起升機構(gòu)有不同的起 升機構(gòu) 從而導(dǎo)致起重機車架和起重機的整體尺寸增大 從上述兩種裝置中 可以清楚地表明 它所操作的起重機和受約束的負載 是一個單一的系統(tǒng)和一個裝置 該裝置執(zhí)行功能的保護 這兩個起重機和約束 的負載下的各種必要的拉力是必要的 這樣的系統(tǒng) 為了不在起重機上安裝不 同容量的額外的機制 有必要創(chuàng)建一個特殊的裝置 可以改變 或轉(zhuǎn)移 所需 的標稱容量的起重機和起重機過載保護和約束載荷 減少電纜的各種能力 此 外 長期以來一直有需要更換不可靠操作彈簧和偏心型載荷限制器 莫斯科式特別設(shè)計部鋼液壓結(jié)構(gòu) mosgidrostal 開發(fā)一種用于對 kambarata 2 號水電站進水口和出口門式起重機起升機構(gòu)控制的 I 用于控制 起重機起升機構(gòu)裝置位于起重機運輸 這使得它有可能改變 在給定的情況下 對減少其容量從 30 100 噸和保護起重機和約束載荷過載和放緩的電纜每能力 開發(fā)設(shè)計的控制裝置起升機構(gòu)液壓缸的主要執(zhí)行機構(gòu) 液壓裝置 電氣裝 置 這使得它可以容易地確定該起重機或 slckening 電纜的價值超載程度 以 及黑客的控制系統(tǒng) 壓力繼電器和限開關(guān) 此外 它成為可能選擇 分配 的 能力的起重機 它是由起重機操作員直接從操作艙 裝置 圖 1 圖一 水力機械圖的控制裝置起升機構(gòu) I 液壓缸 2 起重機的車架 3 桿 4 平衡滑車 5 滑輪 6 起吊滾筒 7 限位開關(guān) 8 壓力繼電器 9 節(jié)流止回閥 I0 配電盤 11 配套閥門 12 壓力計 13 安全閥 14 濾波器 15 止回閥 16 電動 機 17 泵 18 油箱 19 尺 液壓活塞缸 上桿系平衡滑車 液壓缸在橫梁安裝在滾動接觸軸承體 這 使得它可以安排液壓油缸所需的角度 從而消除傳遞的水平力而產(chǎn)生的電纜張 力在一個角度的平衡塊的桿 提供工作流體壓力的液壓缸下為了創(chuàng)造必要的力油壓系統(tǒng) 油壓系統(tǒng)由一 個焊接罐 一個齒輪泵抽油機 管道 面板 液壓裝置 加熱系統(tǒng) 負溫度 熱繼電器 檢查油箱內(nèi)的油溫度組成 有保溫和防水系統(tǒng)外罩 活塞試著下降 在這種情況下壓力開始增加在較低的空腔 隨著壓力的增 加變得相當于規(guī)定的過載的機制 壓力繼電器動作 起升機構(gòu)和電機泵的關(guān)閉 在約束載荷的降低時 油壓力系統(tǒng)也被打開 油從泵進入液壓缸的上腔 活塞 與平衡塊和規(guī)則下 規(guī)則閉合限位開關(guān)觸點 油流變化方向 油開始進入液壓 缸的下腔 在較低的腔壓力開始增加 壓力繼電器工作 和起升機構(gòu)被打開 以降低負載 活塞的上升不會發(fā)生 因為油在壓力下相當于桿上的力 等于 0 5 的懸浮液 通過支護閥進入罐中 當桿上的負載減少 由于減少電纜發(fā)生 活塞開始上升 系統(tǒng)中的壓力降 開觸點的壓力繼電器 然后發(fā)生限位開關(guān) 該泵的起重機構(gòu)和電動機被切斷 裝置中的油的加熱裝置 在低于 5 的空氣溫 度下 設(shè)備的加熱被打開 電熱水器開始加熱油 并在外殼下到達 5 的空氣溫 度下 加熱被關(guān)閉 罐中的油的溫度制度是由一個熱繼電器調(diào)節(jié) 檢查設(shè)備的 性能 mosgidrostal 的開發(fā)和制造的控制起升機構(gòu)的裝置 該裝置是基于液壓 和電氣設(shè)備產(chǎn)生的工業(yè)設(shè)計是類似的原型 試驗證實該裝置和業(yè)績公布調(diào)整和 規(guī)范設(shè)備的 kambarata 2 號水電站起重機絕緣后 設(shè)備的技術(shù)和經(jīng)濟指標 改造 指派 的可能性 使起升機構(gòu)的能力 使得有可能減少起重機的起 升機構(gòu)的數(shù)量 這反過來又使有可能減少起重機運輸和起重機本身的尺寸和重 量 限制超載起重機的增加 即準確性 起重機的超載降低由于使用代替機械 部件采用彈簧或偏心型載荷限制器的電氣和液壓裝置 在起重機的增加操作的安全性 自控制裝置中備份設(shè)備 改變能力的可能 性 使得它可以保護支架 箱蓋 抓斗 等 因此 機械設(shè)備增加了操作可靠 性和失效的概率降低 如果有必要 該設(shè)備可以作為一個獨立的驅(qū)動器的能力增加一個小動力 以起升并與減少負載提升或降低速度 參 考 文 獻 1 I Kh Kaplan Device for controlling the hoisting mechanism of cranes Inventor s Certificate No 1428681 in Russian 2 S N Popchenko Yu N Kasatkin and G V Borisov Asphaltic Concrete Facings of HYdraulic Structures in Russian Energiya Leningrad 1970 3 Recommendations on the Design of Reversed Filters of Hydraulic Structures II 92 80 VNIIG in Russian Leningrad 1984 4 Yu N Kasatkin Design of the composition of transition layers of asphalt concrete diaphragms in earth dams Gidrotekh Stroit No 6 1981 5 V F Van Asbek Use of Bitumens in Hydrotechnical Construction in Russian Energiya Leningrad 1975 I 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 摘要 本次課題首先進行墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)形式選擇 然后將所選擇結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 化為力學模型進行受力分析 并選擇工件材料 確定工件尺寸 根據(jù)計算結(jié)果 在 SolidWorks 對所選墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)進行三維建模 并運用 ANSYS 對所建三維 模型進行靜態(tài)有限元分析 分析內(nèi)容包括起重機整體變形與其所受應(yīng)力 墻壁式旋臂 起重機是一種安裝在墻壁上的起重設(shè)備 結(jié)構(gòu)獨特 安全可靠 具備高效 節(jié)能 省 時省力 靈活等特點 在生產(chǎn)車間運用廣泛 關(guān)鍵詞 墻壁式旋臂起重機 三維建模 結(jié)構(gòu)設(shè)計 有限元分析 II Structure Design and Analysis of Wall Jib Crane Abstract This paper chose the structure of the wall jib crane first and then translated the selected structure into mechanical model for stress analysis and selected the parts material and designed the dimension of the parts After the design calculation used SolidWorks to 3D model the selected wall jib crane and used ANSYS static finite element to analyse the 3D model The analysis include the overall deformation of crane and it s stress The crane structure is finally obtained The wall jib crane is a lifting equipment installed on the wall It has many features unique stuctures safe reliable high efficiency energy saving time saving labor saving flexible and so on So it is widely used in the production workship Keywords Wall jib crane 3D model Structure design Finite element analysis 目 錄 摘 要 Abstract 目 錄 1 緒論 1 1 1 本課題研究背景及意義 1 1 2 墻壁式旋臂起重機簡介 2 1 3 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)類型 2 1 4 本課題研究內(nèi)容 3 2 墻壁式旋臂起重機參數(shù)確定 5 2 1 墻壁式旋臂起重機型號與參數(shù)確定 5 2 2 旋臂工字鋼型號選擇 6 2 3 確定拉桿的材料和尺寸 7 2 4 計算各螺栓連接 7 2 5 確定各裝配板的材料及尺寸 8 3 墻壁式旋臂起重機三維建模 12 3 1 墻壁式旋臂起重機建模方案 12 3 2 主梁建模 12 3 3 拉桿建模 14 3 4 裝配板建模 14 3 5 螺栓螺母調(diào)用 16 3 6 裝配體建模步驟 17 4 靜力分析 20 4 1 有限元分析概述 20 4 2 有限元結(jié)構(gòu)分析 20 5 總結(jié) 26 參考文獻 27 致謝 29 1 緒論 1 1 本課題研究背景及意義 墻壁式旋臂起重機是一種中小型的起吊運輸設(shè)備 其按結(jié)構(gòu)可分為 橋架式 輕 小型起重設(shè)備 臂架式 其中墻壁式旋臂起重機就是屬于其中的臂架式起重機設(shè)備 伴隨著我國整體經(jīng)濟建設(shè)進一步提高 大幅度增加的商品流通 快速發(fā)展的運輸交通 業(yè) 起重機運輸機械的需求量也越發(fā)突顯出來 對其使用性能的要求也日益提高 在 這些設(shè)備的生產(chǎn)過程中都必須要使用輕便快捷的起重設(shè)備 墻壁式旋臂起重機設(shè)備屬 于通用機械 在高速發(fā)展的 20 多年中 漸漸的向著規(guī)模化 集團化 機械化方向發(fā)展 在機械行業(yè)的輔助加工生產(chǎn)廣泛接受 能夠起到實現(xiàn)各加工工序連續(xù)性和自動化的作 用 極大地提高了勞動生產(chǎn)率 減輕勞動強度 具有 I 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 摘要 本次課題首先進行墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)形式選擇 然后將所選擇結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 化為力學模型進行受力分析 并選擇工件材料 確定工件尺寸 根據(jù)計算結(jié)果 在 SolidWorks 對所選墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)進行三維建模 并運用 ANSYS 對所建三維 模型進行靜態(tài)有限元分析 分析內(nèi)容包括起重機整體變形與其所受應(yīng)力 墻壁式旋臂 起重機是一種安裝在墻壁上的起重設(shè)備 結(jié)構(gòu)獨特 安全可靠 具備高效 節(jié)能 省 時省力 靈活等特點 在生產(chǎn)車間運用廣泛 關(guān)鍵詞 墻壁式旋臂起重機 三維建模 結(jié)構(gòu)設(shè)計 有限元分析 II Structure Design and Analysis of Wall Jib Crane Abstract This paper chose the structure of the wall jib crane first and then translated the selected structure into mechanical model for stress analysis and selected the parts material and designed the dimension of the parts After the design calculation used SolidWorks to 3D model the selected wall jib crane and used ANSYS static finite element to analyse the 3D model The analysis include the overall deformation of crane and it s stress The crane structure is finally obtained The wall jib crane is a lifting equipment installed on the wall It has many features unique stuctures safe reliable high efficiency energy saving time saving labor saving flexible and so on So it is widely used in the production workship Keywords Wall jib crane 3D model Structure design Finite element analysis 目 錄 摘 要 Abstract 目 錄 1 緒論 1 1 1 本課題研究背景及意義 1 1 2 墻壁式旋臂起重機簡介 2 1 3 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)類型 2 1 4 本課題研究內(nèi)容 3 2 墻壁式旋臂起重機參數(shù)確定 5 2 1 墻壁式旋臂起重機型號與參數(shù)確定 5 2 2 旋臂工字鋼型號選擇 6 2 3 確定拉桿的材料和尺寸 7 2 4 計算各螺栓連接 7 2 5 確定各裝配板的材料及尺寸 8 3 墻壁式旋臂起重機三維建模 12 3 1 墻壁式旋臂起重機建模方案 12 3 2 主梁建模 12 3 3 拉桿建模 14 3 4 裝配板建模 14 3 5 螺栓螺母調(diào)用 16 3 6 裝配體建模步驟 17 4 靜力分析 20 4 1 有限元分析概述 20 4 2 有限元結(jié)構(gòu)分析 20 5 總結(jié) 26 參考文獻 27 致謝 29 1 1 緒論 1 1 本課題研究背景及意義 墻壁式旋臂起重機是一種中小型的起吊運輸設(shè)備 其按結(jié)構(gòu)可分為 橋架式 輕 小型起重設(shè)備 臂架式 其中墻壁式旋臂起重機就是屬于其中的臂架式起重機設(shè)備 伴隨著我國整體經(jīng)濟建設(shè)進一步提高 大幅度增加的商品流通 快速發(fā)展的運輸交通 業(yè) 起重機運輸機械的需求量也越發(fā)突顯出來 對其使用性能的要求也日益提高 在 這些設(shè)備的生產(chǎn)過程中都必須要使用輕便快捷的起重設(shè)備 墻壁式旋臂起重機設(shè)備屬 于通用機械 在高速發(fā)展的 20 多年中 漸漸的向著規(guī)?；?集團化 機械化方向發(fā)展 在機械行業(yè)的輔助加工生產(chǎn)廣泛接受 能夠起到實現(xiàn)各加工工序連續(xù)性和自動化的作 用 極大地提高了勞動生產(chǎn)率 減輕勞動強度 具有平穩(wěn)可靠的工作 簡單便捷的操 作維護等優(yōu)點 伴隨著我國整體經(jīng)濟建設(shè)進一步提高 大幅度增加的商品流通 快速發(fā)展的運輸 交通業(yè) 起重機運輸機械的需求量也越發(fā)突顯出來 對其使用性能的要求也日益提高 雖然如此 但是隨著我國制造業(yè)的發(fā)展 目前 旋臂起重機產(chǎn)品綜合性能比較差 對 于旋轉(zhuǎn)起重機而言 中國產(chǎn)品性能比日本產(chǎn)品強 但使用經(jīng)濟性 可維護性 操作便 利性和可靠性相對要差 中國產(chǎn)品雖然起重性能并不亞于國際品牌 但旋臂起重機的 幾何結(jié)構(gòu)和載荷情況比較復(fù)雜 傳統(tǒng)的設(shè)計主要是根據(jù)經(jīng)驗確定其結(jié)構(gòu)參數(shù) 沒有精 確的強度計算 為了滿足可靠性要求 通常取較大的安全系數(shù) 從而造成材料浪費 成本提高需要繼續(xù)進行更好的研發(fā) 隨著現(xiàn)代計算機控制技術(shù)飛速發(fā)展 使得旋臂起重機的設(shè)計在綜合考慮控制系統(tǒng) 安全可靠性 操作的舒適性 機構(gòu)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面有了更高的要求 旋臂起重機創(chuàng) 新設(shè)計的發(fā)展方向是零部件集成化 機構(gòu)簡潔化 結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化的整機設(shè)計 滿足個 性用戶的特殊要求的個性化設(shè)計 滿足市場多樣性和低成本要求的具有新技術(shù)特征的 起重機新系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計 基于產(chǎn)品全壽命周期的方便維護維修的設(shè)計及免維 護的設(shè)計 大型單臺復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計及動態(tài)仿真的實現(xiàn) 真正意義上的創(chuàng)新設(shè)計 是上述諸多設(shè)計方法和技術(shù)的有機組合及綜合利用 2 1 2 墻壁式旋臂起重機簡介 起重機根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可分為 輕小型起重設(shè)備 橋架式 臂架式 纜索式 而墻 壁式旋臂起重機屬于其中的臂架式起重機 工作情況如圖 1 1 所示 圖 1 1 墻壁式旋臂起重機 墻壁式旋臂起重機也可以叫做墻壁吊 墻壁式旋臂起重機自身擁有的特點就是 結(jié)構(gòu)簡單 使用操作過程方便 工作范圍靈活 作業(yè)空間廣等優(yōu)點 在吊運裝備中屬 于是節(jié)能高效的一類 在日常生產(chǎn)中廣泛使用于車間的裝配線 生產(chǎn)線和生產(chǎn)中的上 下工件及倉庫 貨場等場合的重物吊運 墻壁式旋臂起重機又稱墻壁吊 在靠近墻壁 處服務(wù)于一個半圓形空間 是一種往復(fù)的 間歇動作的 短距離搬運機械 它旋轉(zhuǎn)工 作范圍通常為 180 壁式旋臂起重機用于吊起輕小型重物 它的起重范圍一半為 0 5t 5t 可沿著墻壁 大大的提高電動葫蘆使用的工作范圍 是一種非常經(jīng)濟的起重設(shè) 備 1 3 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)類型 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)類型大概分為兩種 一種為帶斜拉桿的結(jié)構(gòu)如圖 1 2 2 一種為不帶斜拉桿的結(jié)構(gòu)如圖 1 2 1 依照其實際工作需求和環(huán)境要求 靈活的選用 3 墻壁式旋臂起重機 才能夠使其發(fā)揮最大化的用途 圖 1 2 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)形式 帶拉桿 圖 1 3 墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)形式 不帶拉桿 1 4 本課題研究內(nèi)容 1 4 1 確定起重機參數(shù) 本課題為墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 主要對所選起重機金屬結(jié)構(gòu)部分進 行設(shè)計 建模與分析 使所設(shè)計起重機金屬結(jié)構(gòu)滿足強度使用要求 所選起重機參數(shù) 如下 起重量 2t 回轉(zhuǎn)半徑 3 5m 起升高度 旋轉(zhuǎn)角度 m6 180 1 4 2 確定起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計計算結(jié)果 4 1 起重機結(jié)構(gòu)確定 前面提到墻壁式旋臂起重機總共有兩種主要形式 本次設(shè)計由于起重機跨度大 懸臂長度過長 為了增加起重機的穩(wěn)定性 則選擇帶有斜向拉桿形式的結(jié)構(gòu) 2 相關(guān)設(shè)計計算 第一步 選取各零件和組件的材料 選定主梁和拉桿的截面形狀 第二步 計算所選擇各零件的受力 并對結(jié)構(gòu)受力分析 第三步 對零件進行校核 根據(jù)要求的剛度強度計算部件結(jié)構(gòu)尺寸 3 建模與分析 第一步是把各個部分部件依據(jù)前期運算所確定的尺寸 在 SolidWorks 三維建模軟 件進行零件的建模 每個零件的三維模型建立完畢后 第二步依據(jù)裝配關(guān)系 完成起 重機的裝配 在使用 ANSYS 軟件打開裝配體 加入零件材料 正確的建立零件相互間 的連接關(guān)系 依照實際受力對起重機添加載荷 完成起重機的靜態(tài)有限元分析 5 2 墻壁式旋臂起重機參數(shù)確定 2 1 墻壁式旋臂起重機的參數(shù)確定 1 起重機受力 根據(jù)起重機起重量為 2 噸 查河北真牛起重設(shè)備有限公司電動葫蘆產(chǎn)品手冊 1 選取自重 的電動葫蘆 選擇截面梁為工字鋼的主梁 型號是 32a 查閱鋼型kgG96 手冊可知 理論質(zhì)量 mNkgq52071 5 2 計算主梁受力 a 對主梁作分離分析 解出受力狀況如下圖 2 1 所示 圖 2 1 主梁受力 b 根據(jù) 結(jié)構(gòu)力學 知識 分析主梁的受力 及主梁為二次超靜定結(jié)構(gòu) 撤去 2 B 處與拉桿連接的力 以 代替 如下圖 2 2 所示 1F21 x 圖 2 2 分解受力圖 6 c 根據(jù)三角形原理算得 所以 斜拉桿施NxNx01 3267 5 7816 加給主梁的拉力 F904拉 d 根據(jù)以上計算可得主梁受力圖示如下圖 2 3 a 主梁所受彎矩 彎矩圖如下圖 2 3 b 所示 PMxM 21 a 主梁受力圖 b 主梁彎矩圖 圖 2 3 主梁受力 彎矩圖 2 2 旋臂工字鋼型號選擇 查 機械設(shè)計手冊 選擇工字鋼材料為 Q235 得到 Q235 的性質(zhì)如下 3 抗拉強度 MPab75 屈服強度 ps23 取安全系數(shù)為 S 2 許用應(yīng)力 MPa5 17 7 結(jié)合前面的計算結(jié)果 所以危險截面是主梁與拉桿連接的 B 處 這時抗彎截面系數(shù)計算得出 3106 3mW 查 材料力學 型鋼表選擇 18 號工字鋼進行校核 此時 截 4 31085 Wm 面積 同時考慮軸力 及彎矩 M 的影響 進行校核 工字鋼危險截面26 3075mA yF B 的下邊緣各點上壓應(yīng)力為 MPaWAyB 1 2maxmax 結(jié)果表明 18 號工字鋼可以滿足強度要求 所以選擇工字鋼梁的型號為 18a 2 3 確定拉桿的材料和尺寸 選擇強度高的材料設(shè)計拉桿 本次設(shè)計拉桿的材料選為 45 圓鋼 45 鋼是在機械 設(shè)備中常用的一種材料 其參數(shù)為 抗拉強度 MPab60 屈服強度 S35 設(shè)計中拉桿安全系數(shù) 2 拉桿的許用應(yīng)力 MPaS5 17 綜上所述 拉桿選為直徑為 30mm 的 45 圓鋼 2 4 計算各螺栓連接 本次起重機設(shè)計所有連接處均選用螺栓連接 將所有螺栓連接 均為鉸制孔用螺 栓 查 機械設(shè)計 螺紋表選取螺栓性能等級為 4 6 螺母性能等級為 4 級 5 8 由選擇的螺栓連接的性能等級 可得到螺栓的性能 公稱抗拉強度 MPaB40 屈服強度 S2 選取螺栓連接的安全系數(shù) 抗剪安全系數(shù) 得出螺栓5 2 S251p 抗拉許用應(yīng)力 MPaS192 40 抗剪許用應(yīng)力 S65 擠壓許用應(yīng)力 MPaSP192 240 2 5 確定各裝配板的材料及尺寸 作為起重機中重要的零件 選擇裝配板的材料為 Q235 根據(jù)之前螺栓直徑及拉桿 直徑的計算 可以確定在各裝配板上螺栓孔的直徑和個數(shù) 裝配板 1 尺寸設(shè)計 9 圖 2 6 裝配板 1 基本尺寸 1 裝配板 2 尺寸設(shè)計 圖 2 7 裝配板 2 基本尺寸 10 2 裝配板 3 上尺寸設(shè)計 圖 2 8 裝配板 3 上基本尺寸 3 裝配板 3 下尺寸設(shè)計 圖 2 9 裝配板 3 下基本尺寸 4 主梁安裝孔尺寸設(shè)計 起重機主梁選取 18 工字鋼 其余具體尺寸見圖 2 18 a 和 2 18 b 單位 mm a 主梁根部 11 b 主梁端部 圖 2 10 主梁安裝孔 12 3 墻壁式旋臂起重機三維建模 3 1 墻壁式旋臂起重機建模方案 根據(jù)前面計算所得起重機金屬結(jié)構(gòu)部分根據(jù)設(shè)計尺寸建出相應(yīng)零件模型 然后將 零件按照裝配要求組裝成完整的裝配體用于分析 再將裝配體和零件轉(zhuǎn)化為工程圖 對于墻壁式旋臂起重機的設(shè)計 為保證其形象性 準確性 我采用 SolidWorks 軟 件進行三維建模 SolidWorks 是一款參數(shù)化 基于特征的實體造型系統(tǒng) 具有單一 集成的數(shù)據(jù)庫功能 SolidWorks 的用戶可以運用智能的 基于特征的建模方法生成各 種特征和實體模型及各類工藝特征 如體 腔 殼 孔 筋 槽 倒圓角及倒角等 這些功能使設(shè)計者的操作更加快捷和靈活零件建模完成后按照安裝要求組裝成壁式起 重機 并能符合相應(yīng)運動要求 3 2 主梁建模 1 工字鋼拉伸 利用 SolidWorks 軟件 新建零件 首先選定基準面 根據(jù) 18 工字鋼的截面形狀 和尺寸在草圖中繪制工字鋼截面 繪制完成后退出草圖 使用拉伸命令 輸入工字鋼 長度 3500 點擊完成拉伸 這樣得到標準 18 工字鋼如圖 3 1 圖 3 1 工字鋼建模 2 主梁安裝孔建模 13 得到 18 工字鋼的建模后 要在工字鋼梁上對安裝板 1 安裝板 2 及限位角鋼的安 裝孔進行建模 首先對安裝板 1 和限位角鋼的安裝孔進行建模 選定繪制草圖的前視基準面 在 相應(yīng)的尺寸位置繪制草圖如圖 3 2 a 草圖繪制完成后退出草圖 選擇拉伸切除命令 即在主梁的對應(yīng)位置上完成安裝孔的建模如圖 3 2 b a 安裝孔草圖 b 安裝孔特征 圖 3 2 主梁安裝孔建模 14 3 3 斜拉桿建模 圖 3 3 斜拉桿建模 3 4 裝配板建模 介紹裝配板的建模過程時 由于裝配板 1 裝配板 2 和上下裝配板 3 結(jié)構(gòu)形式相同 建模過程也類似 只是尺寸上的不同 所以只以裝配板 2 作為示例進行介紹其建模過 程 1 裝配板 2 建模 裝配板 2 建模的首先也是建立空心圓柱模型 該步建模過程同裝配板 1 只是繪制 同心圓的尺寸不同 所以該步過程參考安裝板 1 的過程 空心圓柱建模完成后 選擇 上視基準面繪制側(cè)板的草圖如圖 3 4 a 將草圖兩側(cè)對稱拉伸 可得到側(cè)板如圖 3 4 b a 側(cè)板草圖 b 側(cè)板模型 15 圖 3 4 側(cè)板拉伸 初始模型建好后 要對側(cè)板的安裝孔進行拉伸切除 選定右視基準面 按照定位 尺寸與加工尺寸繪制安裝孔的草圖如圖 3 5 a 利用草圖對側(cè)板進行拉伸切除 再對安 裝板 3 的相應(yīng)邊線進行倒角和倒圓角 就能得到圖 3 5 b 所示的安裝板 3 a 側(cè)板草圖 b 安裝板 3 圖 3 5 安裝板 3 建模 3 5 螺栓螺母調(diào)用 1 螺栓調(diào)用 螺栓是標準件可以在 SolidWorks 中的 Toolbox 插件中直接調(diào)取標準件使用 減少 建模時間 下面以 螺栓的調(diào)用過程 18M 16 a 在 SolidWorks 初始界面點擊右側(cè)的 設(shè)計庫 圖標 在彈出的工具欄中 雙擊選擇 toolbox b Toolbox 插入下點擊現(xiàn)在插入 然后在彈出的各文件夾下選擇 Gb 即 國標 文件夾 c 在彈出的子文件夾中選擇 bolts and studs 即螺栓文件夾 再選擇六角頭螺栓子文件夾下的 六角頭鉸制孔用螺栓 A 和 B 級 GB T27 1988 一項 右鍵點擊 生成零件 選項 d 在彈出生成螺栓屬性的命令欄中 選擇 的螺栓 長度選擇 如圖 3 6 1 18Mm50 點擊確定即能得到滿足使用要求的簡化螺栓如圖 3 6 2 1 螺栓屬性 2 螺栓 圖 3 6 螺栓調(diào)用 2 螺母調(diào)用 螺母標準件的調(diào)用過程與螺栓類似 以 的螺母為例介紹調(diào)用過程 前兩步的18M 打開過程和螺栓一樣 只是從第三步中 Gb 下的子文件夾中要打開 螺母 文件夾 在螺母文件夾內(nèi)選擇 六角螺母 文件夾 選擇 六角螺母 C 級 GB T 41 2000 型螺 母 在彈出的螺母屬性欄中選擇 的螺母如圖 3 7 1 選擇完屬性點擊確定 就能得18M 到符合要求的螺母如圖 3 7 2 17 1 螺母屬性 2 螺母 圖 3 7 螺母調(diào)用 3 5 裝配體建模步驟 1 零件導(dǎo)入 在 SolidWorks 中新建裝配體后 首先要插入零部件 本例中首先導(dǎo)入工字鋼主梁 接著導(dǎo)入其它零件 為了裝配過程中不產(chǎn)生混淆 相同或類似的零件最好等上一個相 似零件裝配完成后再導(dǎo)入另一個 2 配合 配合的過程就是將導(dǎo)入的零件按照裝配關(guān)系裝配的過程 介紹配合過程時 類似 的配合及所用命令相同的配合只選取單例介紹 a 裝配板 1 與主梁配合 裝配板 1 與主梁的配合首先選定裝配板 1 的某個安裝孔 讓其與主梁上與之對應(yīng) 的安裝孔以同軸方式配合 第一步配合完成后選擇選擇主梁腹板的某個面和裝配板側(cè) 板的面重合 該步完成后就能得到配合完成的裝配板 1 與主梁如圖 3 8 18 圖 3 8 安裝板 1 配合 b 下裝配板 2 裝配 裝配板 1 與下裝配板 2 配合首先選定裝配板 2 側(cè)板安裝孔與裝配板 1 的圓柱孔配 合 然后選擇裝配板 2 相應(yīng)平面與裝配板 1 側(cè)板面平行 就可配合完成裝配板 1 與下 裝配板 2 圖 3 9 圖 3 9 安裝板 2 裝配 c 拉桿裝配 將拉桿一端側(cè)板安裝孔與主梁上對應(yīng)的安裝孔以同軸的方式配合 再選擇拉桿一 19 端裝配板上某個面與主梁的某個面重合 之后就能得到正切的配合 拉桿即裝配完成 如圖 3 10 圖 3 10 安裝板裝配 將所有零件依照前面所述裝配方法 按照裝配關(guān)系裝配完成即可得到圖 3 11 所示 完整的起重機金屬結(jié)構(gòu) 圖 3 11 起重機裝配體 20 4 靜力分析 4 1 有限元分析概述 為了保證所設(shè)計的起重機符合使用要求 在實際生產(chǎn)前要對設(shè)計的結(jié)構(gòu)運用分析 軟件進行強度及變形等靜態(tài)分析 此次分析過程中 運用 ANSYS 軟件進行起重機整體 變形和起重機金屬結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的分析 15 0 根據(jù)第 2 章介紹 起重機應(yīng)用材料除了拉桿應(yīng)用 45 鋼外 各安裝板 螺栓 螺母 和主梁材料都為 Q235 鋼 在分析過程中需要添加材料性能 現(xiàn)查得兩種材料的性能如 表 4 1 所示 表 4 1 材料性能表 性能 材料 材料密度 3mkg 彈性模量 2mN 泊松比 Q235 785010 28 45 鋼 919269 起重機結(jié)構(gòu)的分析過程要明確起重機的受力大小和類型 以及起重機的約束形式 本次課題分析中 要加載的力為起重機的起升重量和電動葫蘆自重 總載荷 上下安裝板 5 為固定端 其安裝面為固定約束 起重機自重在分析中添NF2960 加為 地心引力 類型 起重機具體受力形式可以參考圖 2 1 4 2 有限元結(jié)構(gòu)分析 在 Workbench 中新建靜態(tài)分析 彈出圖 4 1 所示對話框 在第二欄 Engineering Data 雙擊 打開添加材料的窗口 按照表 4 1 給出的材料性能依次將 Q235 和 45 鋼 添加進來 返回新建靜態(tài)分析界面 在第三欄 Geometry 中導(dǎo)入在 SolidWorks 中建 好的裝配體模型 然后雙擊第四欄 Model 進入分析界面 下面部分介紹分析的 17 21 具體過程 圖 4 1 靜態(tài)分析對話框 1 選擇零件材料 在分析界面左側(cè)工具欄如圖 4 2 a 中 選中零件模型 在界面左下角會出現(xiàn)零件屬 性表如圖 4 2 b 在 Material 下的 Assignment 欄中選擇零件材料 拉桿為 45 鋼 其余零件為 Q235 a 分析工具欄 b 零件屬性表 圖 4 2 零件材料設(shè)置 2 建立零件連接方式 在圖 4 2 a 中的 Connection 中設(shè)置零件的連接方式 Workbench 分析導(dǎo)入的裝 配體 軟件默認設(shè)置相接觸的零件表面為焊接 因為默認連接方式和實際連接差別不 大 所以本次分析中選擇軟件默認添加的連接方式 對連接部分沒有做修改 22 3 劃分網(wǎng)格 在圖 4 2 a 的工具欄中選擇 Mesh 劃分網(wǎng)格 選中 Mesh 右鍵中選擇 Generate Mesh 就能自動劃分出如圖 4 3 所示網(wǎng)格 圖 4 3 網(wǎng)格劃分 4 添加載荷與約束 在圖 4 2 a 的工具欄中 選中 Static Structural A5 右鍵 Insert 會彈出圖 4 4 所示的命令欄 在彈出的命令欄中選擇要加載荷 約束的類型 圖 4 4 載荷類型圖 a 添加固定約束 選擇圖 4 4 中的 Fixed Support 為固定約束 選擇后界面左 23 下角彈出圖 4 5 所示對話框 在 Geometry 中選擇上下安裝板 5 的安裝面點 擊 Apply 即可添加該固定約束 圖 4 5 固定約束屬性欄 b 添加載荷 選擇圖 4 4 中的 Force 為載荷項 選擇后界面左下角彈出圖 4 6 a 所示對話框 在 Geometry 中選擇主梁下翼板的受力面點擊 Apply 即可添加圖 4 6 b 所示載荷 a 載荷屬性欄 b 加載示意圖 圖 4 6 加載過程圖 c 添加重力 選擇圖 4 4 a 中的 Standard Earth Gravity 添加標準地心引力即重 力 在界面左下角彈出的圖 4 7 所示的屬性欄中選擇正確的重力方向 本例為 Y 方向 重力就添加完畢 24 圖 4 7 重力屬性欄 5 添加求解內(nèi)容 在圖 4 2 a 的工具欄中 選中 Solution A6 在圖 4 8 所示的界面上方工具欄中 選擇 Deformation 下的 total 添加起重機結(jié)構(gòu)的整體變形為求解結(jié)果 再選擇 Stress 下的 Equivalent von Mises 添加應(yīng)力求解項 19 8 圖 4 8 求解內(nèi)容圖 6 分析求解結(jié)果 完成上面步驟后 點擊圖 4 8 工具欄上的 Solve 軟件就會求解出起重機結(jié)構(gòu) 在所加載荷與約束下的變形和應(yīng)力 a 求解出的應(yīng)力結(jié)果如圖 4 9 所示 圖 4 9 應(yīng)力圖 從求解出的結(jié)果看 最大應(yīng)力 出現(xiàn)在拉桿上如圖MPa154054 18max 4 9 所示 拉桿選用材料為 45 鋼 其最大許用應(yīng)力 因 7 max 此 該設(shè)計結(jié)構(gòu)零件強度符合強度要求 25 b 求解出的起重機變形量如圖 4 10 所示 圖 4 10 變形圖 從從分析結(jié)果圖看出 最大變形量 查 起重機設(shè)計手冊 cmL54 0 的跨度為 起升高度為 的壁式起重機允許最大變形量 6m3 5m6 cmL5 1 因此 該設(shè)計起重機變形沒有超過允許值 符合撓度要求 L 綜上 最終的起重機能夠滿足強度和撓度要求 所以最終的設(shè)計能達到課題設(shè)計 要求 26 5 總結(jié) 通過這次對墻壁式旋臂起重機的結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 重新學習了大學四年所學的課 程 了解了各學科之間的關(guān)系 進一步加強了自己所學的知識 重新學習了自己先前 沒有學會的知識 不僅把知識融會貫通 而且豐富了大腦 同時在查找資料的過程中 也了解了許多課外知識 開拓了視野 認識了將來機械設(shè)計的發(fā)展方向 同時完善提 高了自己的設(shè)計水平 為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ) 通過閱讀大量的文獻資料 對墻壁式旋臂起重機結(jié)構(gòu)和工作原理等技術(shù)進行了深 入的了解和研究 并對該種設(shè)備的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀進行了綜述 本次設(shè)計通過學習使用 SolidWorks 軟件進行零件繪制 零件之間的組裝和零件及 裝配圖的三維繪制等 發(fā)現(xiàn)了 SolidWorks 軟件在機械制造業(yè)所發(fā)揮的重要作用 它在 繪制零件方便快捷 裝配起來靈活自如 轉(zhuǎn)化三維視圖直截了當 它把零件以三維的 形式展現(xiàn)在設(shè)計者的眼前 很形象的突出零件各個部分的結(jié)構(gòu) 便于設(shè)計者發(fā)現(xiàn)零件 的現(xiàn)實性 合理性和可用性 這樣就減少了因為設(shè)計而帶來的不合理經(jīng)濟損失 而且 它的二次開發(fā)也做的非常好 像一些粗糙度 形位公差 公差等用起來非常的方便 27 參 考 文 獻 1 電動葫蘆產(chǎn)品手冊 Z 河北真牛起重設(shè)備有限公司 2014 2 鄭榮躍 結(jié)構(gòu)力學 M 北京 科學出版社 2012 06 3 吳宗澤 羅勝國 高志 李威 機械設(shè)計課程設(shè)計手冊 第四版 北京 高等教育出版社 2012 4 劉鴻文 材料力學 M 第五版 北京 高等教育出版社 2011 5 濮良貴 紀名剛 機械設(shè)計 M 第八版 北京 高等教育出版社 2006 6 王守崗 劉云峰 壁式懸臂起重機 中國專利 200920303201 3 2010 07 21 7 楊文柱 起重吊裝簡易計算 M 北京 機械工業(yè)出版社 2007 8 張青 張瑞軍 工程起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計 M 北京 化學工業(yè)出版社 2008 9 張質(zhì)文等 起重機設(shè)計手冊 M 北京 中國鐵道出版社 1997 10 陳錫棟 楊婕 趙曉棟 范細秋 有限元法的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 中國制造業(yè)信息化 2010 39 11 6 8 11 浦廣益 ANSYS Workbench 基礎(chǔ)教程與實例詳解 北京 中國水利水電出版社 2010 12 馬霄 利用 AMSYS 軟件分析懸臂起重機金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 起重運輸機械 2004 5 15 16 13 葉紹松 阮祥發(fā) 趙燕 有限元法在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 機械研究與應(yīng)用 2005 18 4 8 9 14 劉桂芹 江進國 段成龍 曹明 黃亞星 有限元法及其在現(xiàn)代機械工程中的應(yīng)用 機械研究 與應(yīng)用 2005 18 2 15 16 15 魯建霞 茍惠芳 有限元法的基本思想與發(fā)展過程 機械管理開發(fā) 2009 24 2 74 75 16 李冰 王蘊 任連勇 有限元法 的發(fā)展與應(yīng)用 甘肅科技 2014 30 1 70 71 17 凌桂龍 丁金濱 溫正 ANSYS Workbench 13 0 從入門到精通 北京 清華大學出版社 2012 28 18 H Du M K Lim K M Liew A Nonlinear Finite Element Model for Dynamics of Flexible Manipulators J Mechanism and Machine Theory 1996 31 8 1109 1119 19 Peng Ran Qin Xiao Yu Modal analysis of crane girder based on ANSYS Workbench J School of Mechanical Engineering and Automation Xihua University Chengdu Sichuan 2014 29 致 謝 就本次畢業(yè)設(shè)計 首先得感謝我的指導(dǎo)教師吳淑芳老師的悉心指導(dǎo) 在畢業(yè)設(shè) 計 這短短的三個月來 為我創(chuàng)造了良好的學習環(huán)境 提供了很多發(fā)展機會 不僅教會我 很多的專業(yè)技能 也在工作方式 治學態(tài)度上言傳身教 同時感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我 幫助過我的老師 正是因為他們多年來孜孜不倦的教誨才使得我的專業(yè)技能有很大的 提高 在本文所涉及的利用SolidWorks軟件對零件進行三維造型設(shè)計 墻壁式旋臂起重 機的結(jié)構(gòu)設(shè)計和分析 加工工藝內(nèi)容 吳淑芳老師都給予了我耐心指導(dǎo) 她嚴謹?shù)闹螌W作風 淵博的學術(shù)造詣及熱情誠懇的待人態(tài)度使我受益非淺 在此 對吳淑芳老師長期以來在專業(yè)以及生活上給我提供的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝 同時 我感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計的同學們 感謝他們的鼓勵與支持 感謝他們 在各方面給我提供了很大的幫助 再次一并感謝所有關(guān)心 幫助過我的人們 謝謝