汽车起重机优化设计

摘要：随着经济建设的快速发展，中国的基础设施逐渐扩大，道路，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施建设规模也越来越大，汽车起重机市场的需求也增加了,本课题是基于对20吨汽车起重机的研究，进一步的伸缩臂的设计，和对其结构工艺的改良是当务之急，也是机械工业发展的必然趋势和前景。 本文通过SolidWorks软件对20吨汽车起重机进行三维建模，并设计出该起重机中伸缩臂中的一伸臂端，二伸臂端，三伸臂端以及滑轮组的具体结构，对关键零部件伸缩臂进行有限元分析，进一步确定它的刚度和强度是否符合要求。关键词： 汽车起重机；伸缩臂；结构；有限元 Abstract：The design of the transmission gear box box than the islands design, including the identification of parts for the processing technology, the design should first understand the workpiece intheprocessing line and calculation process to determine the tapping spindle diameter, motion model and the initial machine selection part. Three figure (process map parts to be machined, the processing schematic drawing, the machine contact size map, machine productivity calculation card). Multi axle box design, established the transmission components coordinate calculation of shaft drive system, and check the total spindlebox This paper is basis on the secirty modset, design of the drilling, tapping combination two one, reduce machining cost, save time, improve production efficiency.Key words：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 录 绪论1 1. 课题的来源及研究的目的和意义12. 国内汽车起重机的发展概况和发展趋势5 2.1 国内汽车起重机的发展概况5 2.2 国外汽车起重机的发展概况5 2.3 Solidworks设计基础4 2.3.1 草图绘制5 2.3.2 基准特征，参考几何体的创建6 2.3.3 拉伸、旋转、扫描和放样特征建7 2.3.4 工程图的设计10 2.3.5 装配设计113. 主臂伸缩机构的设计计算13 3.1 臂架伸缩机构驱动形式与传动的驱动形式的比较与优化14 3.1.1 伸缩臂截面形状的比较与优化16 3.1.2 伸缩臂材料性能方面的比较与优化17 3.2 臂架伸缩机构的驱动形式19 3.3 臂架伸缩液压缸的计算及选择21 3.3.1 负载图与速度图的确定214. 零部件的选择22 4.1 钢丝绳的计算和选择23 4.2 滑轮及滑轮组的选择245. 主臂的三维建模及装配25 5.1 基本臂的总装配25 5.2 主臂建模总装配25 5.3 汽车起重机的三维建模266. 汽车起重机伸缩臂中关键零件的有限元应力、应变分析26 6.1 基本臂的有限元分析277. 结论28I 参考文献29致谢30II 绪论1 课题的来源及研究的目的和意义 起重机主要用于起重，运输，装卸和安装材料。它可以完成人力搬运不可能完成的动作，减轻人的体力劳动，提高生产效率，在许多地区，工厂，矿山，港口，铁路站施工现场，仓库，水电站等部门得到了广泛的应用，随着生产规模的日益扩大，特别是现代，专业生产的需要，各种专用起重机已经产生，在许多重要部门，不仅辅助机械生产过程，而且能够实现许多人力不可能完成的作业。 起重机的工作周期短，属于物料搬运机械的一种，一般包括进料，运输，装卸和回到原位的过程，在高层建筑，冶金，化工，电厂建设和其他大型项目，需要提升很重很大的物体，其中许多物体的重量高达上百吨重。因此，我们必须选择一些大型起重机吊装工作设备。大型起重机通常是用龙门起重机，门式起重机，塔式起重机，履带式起重机，轮式起重机和桥式起重机装置。 道路，桥梁，水利电力建设用起重机，使用的范围是非常广泛，不管什么类型的加载设备，起重设备，电厂设备安装，混凝土浇筑，模板的运输，施工垃圾和其他建筑材料都需要使用起重机械，特别是水电工程建设，不仅工程规模浩大，其特殊的地理条件，季节性强的施工，工程本身又很复杂，和起重搬运设备，大量各种建筑材料。除了以上介绍的起重机等大型设备外，还应用于水利水电工程，如电缆起重机，浮式起重机，各类起重机在车间在工厂和建筑安装，为机组，闸门检修，吊装垃圾，这些大型龙门起重机，固定卷扬起重机和门座起重机等。这些专用起重机一般属于大吨位起重机，与龙门式，固定起重机工程起重机共同发挥着重要的作用，在未来的国家建设中，起重机也将发挥更大的作用。 机械工业是国民的装备部，是为国民经济提供装备和为人民生活提供耐用消费品的产业。不论是传统产业，还是新兴产业，都离不开各种各样的机械装备，机械工业所提供装备的性能、质量和成本，对国民经济各部门技术进步和经济效益有很大的和直接的影响。机械工业的规模和技术水平是衡量国家经济实力和科学技术水平的重要标志。因此，世界各国都把发展机械工业作为发展本国经济的战略重点之一。机械工程的服务领域广阔而多面，凡是使用机械、工具，以至能源和材料生产的部门，都需要机械工程的服务。概括说来，现代机械工程有五大服务领域：研制和提供能量转换机械、研制和提供用以生产各种产品的机械、研制和提供从事各种服务的机械、研制和提供家庭和个人生活中应用的机械、研制和提供各种机械武器。 不论服务于哪一领域，机械工程的工作内容基本相同，主要有：建立和发展机械工程的工程理论基础。例如，研究力和运动的工程力学和流体力学；研究金属和非金属材料的性能，及其应用的工程材料学；研究热能的产生、传导和转换的热力学；研究各类有独立功能的机械元件的工作原理、结构、设计和计算的机械原理和机械零件学；研究金属和非金属的成形和切削加工的金属工艺学和非金属工艺学等等。 研究、设计和发展新的机械产品，不断改进现有机械产品和生产新一代机械产品，以适应当前和将来的需要。机械产品的生产，包括：生产设施的规划和实现；生产计划的制订和生产调度；编制和贯彻制造工艺；设计和制造工具、模具；确定劳动定额和材料定额；组织加工、装配、试车和包装发运；对产品质量进行有效的控制。机械制造企业的经营和管理。机械一般是由许多各有独特的成形、加工过程的精密零件组装而成的复杂的制品。生产批量有单件和小批，也有中批、大批，直至大量生产。销售对象遍及全部产业和个人、家庭。而且销售量在社会经济状况的影响下，可能出现很大的波动。因此，机械制造企业的管理和经营特别复杂，企业的生产管理、规划和经营等的研究也多是肇始于机械工业。 机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。机械产品的应用。这方面包括选择、订购、验收、安装、调整、操作、维护、修理和改造各产业所使用的机械和成套机械装备，以保证机械产品在长期使用中的可靠性和经济性。研究机械产品在制造过程中，尤其是在使用中所产生的环境污染，和自然资源过度耗费方面的问题，及其处理措施。这是现代机械工程的一项特别重要的任务，而且其重要性与日俱增。机械的种类繁多，可以按几个不同方面分为各种类别，如：按功能可分为动力机械、物料搬运机械、粉碎机械等；按服务的产业可分为农业机械、矿山机械、纺织机械等；按工作原理可分为热力机械、流体机械、仿生机械等。另外，机械在其研究、开发、设计、制造、运用等过程中都要经过几个工作性质不同的阶段。按这些不同阶段，机械工程又可划分为互相衔接、互相配合的几个分支系统，如机械科研、机械设计、机械制造、机械运用和维修等。 这些按不同方面分成的多种分支学科系统互相交叉，互相重叠，从而使机械工程可能分化成上百个分支学科。例如，按功能分的动力机械，它与按工作原理分的热力机械、流体机械、透平机械、往复机械、蒸汽动力机械、核动力装置、内燃机、燃气轮机，以及与按行业分的中心电站设备、工业动力装置、铁路机车、船舶轮机工程、汽车工程等都有复杂的交叉和重叠关系。船用汽轮机是动力机械，也是热力机械、流体机械和透平机械，它属于船舶动力装置、蒸汽动力装置，可能也属于核动力装置等等。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。械工程以增加生产、提高劳动生产率、提高生产的经济性为目标来研制和发展新的机械产品。在未来的时代，新产品的研制将以降低资源消耗，发展洁净的再生能源，治理、减轻以至消除环境污染作为超经济的目标任务。 机械可以完成人用双手和双目，以及双足、双耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。现代机械工程创造出越来越精巧和越来越复杂的机械和机械装置，使过去的许多幻想成为现实。人类现在已能上游天空和宇宙，下潜大洋深层，远窥百亿光年，近察细胞和分子。新兴的电子计算机硬、软件科学使人类开始有了加强，并部分代替人脑的科技手段，这就是人工智能。这一新的发展已经显示出巨大的影响，而在未来年代它还将不断地创造出人们无法想象的奇迹。人类智慧的增长并不减少双手的作用，相反地却要求手作更多、更精巧、更复杂的工作，从而更促进手的功能。手的实践反过来又促进人脑的智慧。在人类的整个进化过程中，以及在每个人的成长过程中，脑与手是互相促进和平行进化的。 人工智能与机械工程之间的关系近似于脑与手之间的关系，其区别仅在于人工智能的硬件还需要利用机械制造出来。过去，各种机械离不开人的操作和控制，其反应速度和操作精度受到进化很慢的人脑和神经系统的限制，人工智能将会消除了这个限制。计算机科学与机械工程之间的互相促进，平行前进，将使机械工程在更高的层次上开始新的一轮大发展。19世纪时，机械工程的知识总量还很有限，在欧洲的大学院校中它一般还与土木工程综合为一个学科，被称为民用工程，19世纪下半叶才逐渐成为一个独立学科。进入20世纪，随着机械工程技术的发展和知识总量的增长，机械工程开始分解，陆续出现了专业化的分支学科。这种分解的趋势在20世纪中期，即在第二次世界大战结束的前后期间达到了最高峰。 由于机械工程的知识总量已扩大到远非个人所能全部掌握，一定的专业化是必不可少的。但是过度的专业化造成知识过分分割，视野狭窄，不能统观和统筹稍大规模的工程的全貌和全局，并且缩小技术交流的范围，阻碍新技术的出现和技术整体的进步，对外界条件变化的适应能力很差。封闭性专业的专家们掌握的知识过狭，考虑问题过专，在协同工作时配合协调困难，也不利于继续自学提高。因此自20世纪中、后期开始，又出现了综合的趋势。人们更多地注意了基础理论，拓宽专业领域，合并分化过细的专业。综合-专业分化-再综合的反复循环，是知识发展的合理的和必经的过程。不同专业的专家们各具有精湛的专业知识，又具有足够的综合知识来认识、理解其他学科的问题和工程整体的面貌，才能形成互相协同工作的有力集体。综合与专业是多层次的。在机械工程内部有综合与专业的矛盾；在全面的工程技术中也同样有综合和专业问题。在人类的全部知识中，包括社会科学、自然科学和工程技术，也有处于更高一层、更宏观的综合与专业问题。2 国内汽车起重机的发展概况和发展趋势 2.1 国内汽车起重机的发展概况中国的汽车式起重机诞生于上世纪的10年代，经过了近30年的发展，期间有过3次主要的技术改进，分别为70年代引进苏联的技术，80年代引进日本的技术，90年代引进德国的技术。但是总体来说，中国的汽车式起重机产业始终走着自主创新的道路，有着自己清晰的发展脉络，尤其是进几年，中国的汽车式起重机产业取得了长足的发展，虽然与国外相比还有一定的差距，但是这个差距正在逐渐的缩小。而且我国目前在中小吨位的汽车式起重机的性能已经完好，能够满足现实生产的要求。在不久的将来，我国的汽车式起重机行业一定会发展成为一个发展稳定，市场化程度高的成熟产业。 许多专家认为，高速发展的市场，是中国汽车式起重机产业各个厂商有利的技术创新基础和环境。近几年，中国汽车式起重机产业除了一家较小的公司与日本起重机品牌厂家合资以外，其余厂家一直在追赶国外先进水平的进程中，一直坚持自主的技术创新道路，基本上没有整体引进国外技术的做法，也使的中国汽车式起重机产业在达到和接近国际先进水平的同时，在产品技术上有明显的中国特质。中国汽车式起重机已经大量使用PLC可编程集成控制技术，带有总线接口的液压阀块，液压马达，油泵等控制和执行元件已较为成熟，液压和电器已实现了紧密的结合。可通过软件实现控制性能的调整，大幅度简化控制系统，减少液压元件，提高系统的稳定性，具备了实现故障自动诊断，远程控制的能力。 当前我国新一代汽车起重机产品，起重作业的操作方式，大面积应用先导比例控制，具有良好的微调性能和精控性能，操作力小，不易疲劳。通过先导比例手柄实现比例输送多种负荷的无级调速，有效防止起重作业时的二次下滑现象，极大的提高了起重作业的安全性、可靠性和作业效率。部分大型汽车式起重机还在伸缩臂上使用了单缸插销的伸缩技术，通过液压销作用，以单个液压油缸可完成多节伸臂的运动，并达到各种工况的程度控制和自动伸缩，改变了以往能不油缸加内部绳排的作业方式，使起重机相对更轻，拓展了起重机向更高工作高度发展的空间。在走向国际市场的过程中，我国汽车式起重机产业近几年品质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产品使用规范，用户的专业素质较高，出口产品的质量反馈比在过内有了明显的减少，产品反映较好。这都为中国汽车式起重机行业的发展打下了良好的基础。 2.2 国外汽车起重机的发展概况 我国的汽车式起重机的生产企业要想在本领域生存与发展，需要做的事情还很多，由于市场需求的增大，也要求生产企业不断创新，在保证起重机性能的基础上还要不断开发出更大吨位的新产品，满足市场的需求。只有这样才能从市场中获得养分和活力使自己生存，在生存中发展，在发展中壮大。主要的发展趋势应该有以下几点： （1） 扩大产品的品种。在企业内部应建立完善的产品研究和开发体系，使产品系列化，品种齐全，要形成大中小完整系列，增多产品数量，使生产规模不断的扩展。（2） 增大起重力矩。目前我国生产的汽车式起重机大多是50吨以下的中小吨位的起重机，大吨位生产的很少，而，随着社会的发展，对机动灵活的大型起重机械的需求越来越大，这都是汽车式起重机发展的养分，所以增大其中力矩迫在眉睫。（3） 增加起重机功能。随着国民经济的快速发展，用户对汽车式起重机的使用上的要求越来越多，希望能够一机多用，已经不仅仅是在搬运重物时使用，而是满足在不同环境和工种的使用，这些都为未来起重机的发展找清了方向。（4） 全力打造自己的品牌。目前中国的汽车起重机生产企业，缺少自己的专业研究人员和开发队伍，而是去模仿别人生产的成品，没有发展方向和竞争力。未来经济的全球化以及由此引发的一系列问题，使得竞争手段从传统的产品，价格等层次转嫁到品牌的竞争上来。所以各大汽车式生产企业应该 努力打造自己的品牌，从而使自己发展壮大。（5） 开创自我空间占领市场。我国的各大汽车式起重机生产企业要不断创新，大胆进行运行急智的改革，面向市场，结构优化，人员重组，引进设备，进行刻苦的技术研发，在不断完善自我的前提下，占领市场。 2.3 Solidworks设计基础 2.3.1 草图绘制掌握点、直线、矩形、弧度圆等基本图形的绘制方法；掌握样条、文字等高级几何图形的绘制方法；理解集合约束的概念并在草图绘制中熟练应用几何约束；熟练应用阵列、实体转换等草图绘制工具；能综合应用各种草图绘制实体和利用草图绘制工具完成草图绘。 2.3.2 基准特征-参考几何体的创建清楚明白基于特征的建模方式、参数化思想等概念；灵活运用各种建立基准点的方法；灵活运用各种建立基准轴方法；灵活运用各种建立基准面的方法；灵活运用坐标系的建立方法；能根据建模需要综合应用各种参考几何体。 2.3.3拉伸、旋转、扫描和放样特征建模灵活运用拉伸特征的概念与建立方法；灵活运用旋转特征的概念与建立方法；掌握扫描特征的概念与建立方法；灵活运用放样特征的概念与建立方法；通过实践能够准确分析零件的特征，灵活运用拉伸和旋转也正建立三维模型。综合应用扫描、放样、弯曲、镜向、阵列等特征建立各种实体。 2.3.4工程图设计灵活运用用户自定义工程图格式文件的方法；灵活运用建立标准三视图，剖视图，断面图，局部图，辅助视图等方法；灵活运用各种注释的方法。 2.3.5装配设计灵活运用自底向上的装配方法；灵活运用生成装配体爆炸图的方法；灵活运用SolidWorks智能装配技术；灵活运用装配体零部件的状态和属性控制，并能够在装配体中设计子装配体；灵活运用干涉检查；灵活运用自上向下的装配方法；灵活运用在装配模型工程图中添加零件序号；灵活运用生成装配体材料明细表的方法。3. 主臂伸缩机构的设计计算 3.1 臂架伸缩机构驱动形式与传动的驱动形式的比较与优化 3.1.1 伸缩臂截面形状的比较与优化本次设计的是20吨汽车起重机的优化设计，主要的设计研究的部分为起重机主臂也就是伸缩臂的设计，其具体结构方案图如图3-1所示：图3-1 伸缩吊臂的截面形状由很多种，主要包括：矩形、正梯形、倒梯形、六边形、槽形、角钢组合式等。其在总体设计中，高度比一般在1.31.8范围内，侧板一般选用薄钢板，厚度在3.210范围内，侧板薄一些对减轻吊臂重量极为有效，但必须考虑其局部失稳的问题，有的在钢板上格一段距离扎一条横向筋，或者在侧板受压区设置纵向筋，以增加其抗屈曲能力。有的为了减轻重量也可在侧板上开大孔，并卷边加强。下地板一般做的臂上底板后些，一方面可以使截面中性轴下移，从而减少下底板上的压缩应力，一方面满足下底板局部应力的需要，为了减轻自重，吊臂应尽量做成等强度式梁。整个箱形吊臂也可做成头稍细，根稍粗的棱锥体状，但大多采用贴加强板的方法来改变截面的面积特性，在局部高应力处采用局部加强板局部加强。矩形的箱形截面的最危险处为四角焊缝处，该处应力最大，也是最容易产生应力集中的地方为了改善应力状况最号选用其它形式。梯形截面的横向抗弯刚度和抗扭刚度比矩形好，正梯形侧板的上半部拉应力较大，提高了侧板的稳定系数：倒梯形的下底板载，可以避免下地板的局部失稳。吊臂下截面做成圆形或其它折线状（即槽形和六边形），都是为了提高下底板的抗局部失稳的能力，和减小侧板的计算宽度，这样一来可以采用更薄的钢板，而充分利用钢板的强度，特别在采用高强度钢材时。因为高强度钢板的抗局部失稳的能力并不比普通钢板的能力号，所以，改变局部失稳在此显得更为重要角钢组合式截面正像桁架臂炫杆那样，将材料集中在四各受力最大的角上，同时将焊缝移至中部，大大改善了应力集中现象，该截面工艺复杂，制造成本高。在经过研究计算结果和实际生产表明，吊臂截面上半部分采用矩形，下半部分采用外凸折板形（即槽形）最好。以相同起重能力为条件，以矩形截面为比较标准，将其它截面的截面面积的下降百分比数（即耗钢量）列于下表中：传统的伸缩吊臂和改进后的伸缩吊臂的截面分别如图3-2，3-3所示： 3-2 传统的截面吊臂截面 3-3 改进后的截面吊臂截面通过比较可以，此次设计的截面材料用得更少，重量也更轻，通过校验，复合设备工况要求。3.1.2 伸缩臂材料性能方面的比较与优化 传统的伸缩臂采用的材料基本上都是铁板才通过焊接而成，这样做成的伸缩臂无疑会很重。而此次设计的汽车起重机的伸缩臂的材料是采用碳钢板制作而成，此种材料做成的伸缩臂不断重量轻，而且强度好，能够满足要求。图3-3为传统的伸缩臂，图3-4为此次设计的伸缩臂结构。 3-3 传统的伸缩臂结构 3-4 此次设计的伸缩臂结构3.2 臂架伸缩机构的驱动形式 主臂的伸缩机构很多，可以从两种角度进行分类，即按驱动形式的不同，以及各节臂间的伸缩次序关系不同进行分类。按驱动形式的不同，可分为液压、液压机械和人力三种。采用液压驱动时，执行元件选用液压油缸，利用缸体和活塞杆的相对运动推动，推动下节臂的伸缩，在设计三节臂伸缩机构时，为了减轻重量，还可以利用吊臂之间的伸缩比例，采用钢丝绳和滑轮组实现第三节臂的伸缩，以实现第三节臂的伸缩，这就形成了液压机械驱动。在某些情况下可以取消伸缩机构，代之采用人力驱动，或采用推杆和绳索的器件，而辅之以人工安装插销等方法伸缩吊臂，这就形成了人力驱动。这几种方法往往在小于等于三节臂的情况下使用。对于拥有三节或三节以上的吊臂来讲，各节臂的伸缩方式可以由不同的选择，但是，大致可以分为三类。（1）顺序伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂必须按一定先后顺序，完成伸缩动作。（2）同步伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂同时以相同的形成比例进行伸缩。（3）独立伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节臂均能独立进行伸缩。显然，独立伸缩机构，同样也可以完成顺序伸缩或同步伸缩的动作。 在现实中，三节伸缩臂或三节以上的伸缩机构，往往式上述几种伸缩机构的中和，而很少单独采用某一种伸缩机构。在三节伸缩臂时，基本上采用一个液压缸加一个滑轮组的同步伸缩机构。超过三节臂时，常用两个液压缸加一个滑轮组的伸缩机构，或采用三各液压缸的伸缩机构，五节臂时为两个液压缸加两个滑轮组，或最后一节的伸缩可用手动的或简单的插销式伸缩机构。本次设计的是三节臂的伸缩，其具体结构图如下： 其工作原理为：液压缸伸出时，直接带动二节臂及其余的臂同时伸出，这个时候完成第一次的伸出动作。直接带动三节臂向前运动，这时由于钢丝绳的长度是不变的，导致钢丝绳另一端变长，一端也得随之运动，顾通过滑轮带动四节臂向前运动；四节臂在向前运动的时候，由于钢丝绳的长度是不变的，上述过程综合在一起是一个联动的过程，彼此相连，同时运动，从而达到了同步伸缩的目的。缩回的过程是通过，回绳滑轮钢丝绳的带动实现的，其过程与吊臂伸绳的过程完全相同。 3.3 臂架伸缩液压缸的计算及选择 液压缸是液压系统中活塞杆作往复运动的工作机构。其结构形式均为单活塞杆双作用耳环安装式。主要用于工程机械、运输机械、矿山机械及车辆等。液压缸的设计计算： 由于液压执行元件与主机结构有着直接关系，因此液压缸的主要尺寸包括缸筒内径D、活塞杆直径d和缸筒长度L。根据负载大小和液压缸的工作压力确定活塞的有效工作面积，再根据液压缸的不同结构形式计算出缸筒的内径。活塞杆直径是按受力情况决定的，可按表3.1初步选取。缸筒长度的确定要考虑活塞最大行程、活塞厚度、导向和密封所需长度等因素。通常情况L(2030)d。计算结果要圆整成国家标准中的推荐值。主要尺寸初步确定后，还要按速度要求进行验证。同时满足力和速度的要求后才可以确定下来。液压缸工作压力与活塞杆直径液压缸工作压力p/MPa7推荐活塞杆直径d(0.50.55)D(0.60.7)D0.7D强度校核的项目包括缸筒壁厚、活塞杆直径d和缸盖固定螺栓的直径ds。 当D/10时为薄壁，按下式校核:式中，D-缸筒内径；缸筒材料的许用应力，=b/n，b是材料的抗拉强度，一般取安全系数n=5；py试验压力，当缸的额定压力pn16Mpa时，py=1.5pn；pn16Mpa时，py=1.25pn。当D/10时为厚壁，按下式校核:2.活塞杆直径d式中，F活塞杆上的作用力；活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。3.缸盖固定螺栓直径ds式中，F活塞杆上的作用力；k螺纹拧紧定螺栓个数；螺栓材料的许用应力，= s/（1.222.5），s为材料的屈服点。活塞杆材料的许用应力，= b/1.4。液压缸缸体壁厚的计算：按薄壁筒计算： 按中等壁厚计算：按厚壁筒计算：缸体材料许用应力；b/n；b缸体材料的抗拉强度。对于45钢正火处理，b580Mpa；n安全系数；一般取3.55；强度系数；对于无缝钢管1；c计入管壁公差及侵蚀的附加壁厚；一般按标准圆整缸体外圆值；D缸体内径(mm); 平形无油孔：;平形有油孔：d0 油口直径(mm)；式中：Ppl缸筒发生完全塑性变形的压力；s缸体材料的屈服强度。对于45钢正火处理，s340Mpa；D1缸体外径式中：D 缸体材料在试验压力下的变形量；E缸体材料弹性模数；对于钢材E2.1105Mpa；缸体材料的泊松系数；对于钢材0.3；活塞杆强度计算公式为：d1为活塞杆危险截面直径； 根据以上计算可知本次设计的液压缸型号为LMN200X3000。 3.3.1 负载图与速度图的确定 取液压缸的机械效率=0.9，计算液压缸各工作阶段的负载情况 启动：F=Ffj=880N;F=F/=1160/0.9 N=1289 N;加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N;F=F/=1073.20/0.9=1193 N;快进：F=Ffd=290 N;F=F/=580/0.9=645 N;工进：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N;F=F/=3763/0.9=4182 N;快退：F=Ffd=290N;F=F/=580/0.9=645 N;根据工况负载F及行程S，绘制负载图（根据工进速度V1，快进速度V2确定下图）：4 零部件的选择 4.1 钢丝绳的计算和选择当满载时，大臂仰角为60，作用在缸的轴向力为：F=50/sin60=58xN。根钢丝绳来承担（其中1根拉第2节臂，其中2根拉第3节臂），每根钢丝绳绳承受的拉力为7.5310N。可知，选择钢丝绳直径为d=13mm，公称抗拉强度为1700N/2mm，最小破断拉力为113KN。即型号为：6X（37）-13-1700-I-光-右交GB1102-74。 4.2 滑轮及滑轮组的选择滑轮的主要尺寸是滑轮直径D,轮毂宽度B和绳槽尺寸，滑轮结构尺寸可按钢丝绳直径进行选定。（1） 工作滑轮直径：式中：D-按钢丝绳中心计算的滑轮直径（mm），d钢丝绳直径。e-轮绳直径比系数与机构工作级别，丝绳结构有关。由于机构工作级别为M4，于是选得轮绳直径比系数为18，将数值带入式（得出起升用滑轮）得到滑轮轮毂宽度B为：一般情况下，B=（1.51.8）0d；式中：0d-滑轮轴径，此处设计为30mm。参照上式取得B=54mm。5 主臂的三维建模及装配 5.1 基本臂的总装配5.2 主臂建模总装配5.3 汽车起重机的三维建模6. 汽车起重机伸缩臂中关键零件的有限元应力、应变分析 6.1 基本臂的有限元分析 在汽车起重机这一设备里，基本臂是受力最大也是最重要的零件，在这里，我们以基本臂为例，进行受力分析，案例如下： 基本臂三维零件图操作步骤如下图所示：点击分析工具栏命令，如图所示： 点击“添加夹具”按钮，对主轴添加一个夹具，我们选择基臂左侧为夹具，如下图所示： 再接着在伸缩臂的右边添加一个力，如图所示：选择材料为普通碳钢，如下图所示：点击开始分析按钮，系统就会自动对模型进行应力等方面的分析，如下图所示：这就是分析后的基本臂的应力分布情况，可以看出，该基本臂的强度符合要求，可以使用。7 结 论在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度，本文所设计的是20吨汽车起重机的优化设计，通过初期的定题，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。 通过此次设计，又一次提升了运用三维软件的水平，并吸收了不少经验，总结为一下几点。有零件图纸作图与空想设计作图不同，零件尺寸已经给出，作图时先不考虑尺寸是否真的合适，根据尺寸作出零件的三维图，但到装配时必须要考虑尺寸是否合适，由于AutoCAD图纸效果不好，导致尺寸会有出错，甚至有出现欠定义尺寸，所以，此时必须通过配合后在衡量尺寸，再进行修改，直到满足配合要求。工具集的确方便了作图，通过选择零件类型，输入数据，就能生成出标准零件，但有时需要用到的零件在工具集上也未必能找到，所以此时要随机应变，运用其他零件代替并通过修改或添加零件使其满足要求。作三维图时要灵活变通，解决问题的方法总比问题多，当一种方法不能正常作图时，试试另一种方法，这不但能完成零件制作，同时也可以培养出更好的作图思路，和打破规矩的新想法。规则的零件，要学会使用一些能够节省时间的命令，如镜向，阵列等，“能省则省”。关于装配，曾经带给我很大的阻碍，花了很多时间才弄清原因所在。在一可活动子装配体上，即使活动范围会产生干涉，也不能对其设定活动范围，如高级配合里的距离范围，和角度范围，即使在该活动范围并不影响父配体，也不可设定。因为一旦设定范围后，在父装配体上会将子装配体视为完全定义的模型，这样会对子装配体之间的配合产生矛盾，将不能完成装配。看懂图是作图的首要任务，看图就是了解零件的工具，没有工具则无法制出 零件，所以画图不能急于下笔，想透了零件的结构，想透图中的虚实线，这才是高效作图的重中之重。进行零件建模前，一般应进行深入的特征分析，搞清零件是由那几个特征组成，明确各个特征的形状，他们之间的相对位置和表面连接关系，然后按照特征的主次关系，按一定的顺序进行建模。一个复杂的零件，可能是许多个简单特征经过相互之间的叠加、切除或相交组成。所以零件建模时，特征的生成顺序十分重要，不同的建模过程虽然可以构造出同样的实体零件，但其造型过程及实体的构型结构却直接影响到实体模型的稳定性、可修改性、可理解性及实体模型的应用。 尤其在二维图纸上，我们能看到的只是零件的平面图，而内部特征则以虚线给予表示，另外还有零件的相贯线，这表示了各个特征相交时出现线段。在零件的草图绘制过程中，必须要选好第一个草绘平面，这很关键，这个平面决定了往后建模的所用到的命令，简单的说，一个圆柱可以作一个圆形然后拉伸，也可以作一个长方体旋转，虽然他们的结果都一样，但所用的草绘平面和命令就截然不同。如果我们要的是一条轴，那我们就应该选择第二种方法为好了。由于此设计的零件都是比较规则的零件，所用到的命令大部分是拉伸命令和旋转命令，而且很多零件都是拥有对称关系，所以为了节省时间，提高效率，经常会用到镜向特征命令。 一张完整的工程图应具备以下4方面的内容。一组视图：用一组视图（其中包括视图、剖视图、断面图、局部放大图）确、完整、清晰地表达零件各部分的结构形状。尺寸：确定零件各部分形状的大小和位置技术要求：表明零件在制造和检验是应达到的一些要求，如表面粗糙度、尺寸公差、形位公差、材料热处理方式和指标等。标题栏：注明零件名称、材料、数量、图样比例以及图号等内容。 单击【新建文件】图标，系统显示新建SolidWorks文件对话框，双击该对话框中得装配体选项，即可进入装配体工作模式。 调入第一个零件模型并放置在装配体的原点处，即零件原点与装配体原点重合。调入一个与第一个零件模型有装配关系的零件模型。分析两个零件之间的装配约束关系，然后选取相应的约束选项进行零件操作。参考文献1 郑淑芳 机械设计理论研究与探讨 北京：科学出版社，2004.52 黄长艺 汽车起重机操作系统概述 北京：机械工业出版社，2005.13 周宏甫 汽车起重机的创新设计.高等教育出版社，2004.34 姜继海，宋锦春，高常识. 汽车起重机工作原理.高等教育出版社，2002.85 张春林，曲继方，张美麟.机械创新设计.机械工业出版社，2001.46 钱平. 加工专机应用技术 机械工业出版社，2005.17 张辽远. 汽车起重机的设计与实现. 机械工业出版社，2002.88 基恩士传感器选择手册 2010版本9 黄长艺，严普强.机械工程测试技术基础. 机械工业出版社，2001.110 张桓，陈作模.机械原理.高等教育出版社，2000.811 王昆，何小柏，汪信远. 汽车起重机原理.高等教育出版社，1995.1212 徐锦康.机械设计. 高等教育出版社，2004.413 邓星钟.机电传动控制.华中科技大学出版社，2001.314 刘延俊.液压与气压传动.机械工业出版社，2002.1215 章宏甲，黄谊，王积伟. 汽车起重机的逆向设计.机械工业出版社，2000.516 胡泓，姚伯威.机电一体化原理及应用. 北京：国防工业出版社，2000.617 陈铁鸣 汽车起重机的创新. 高等教育出版社，2003.718 孙靖民.机械优化设计. 机械工业出版社，2005.119 王勇领.系统分析与设计.北京:清华大学出版社，1991.720Hirohiko Arai, Kazuo Tanie, and Susumu Tachi. Dynamic Control of a Manipulator with Passive Joints in Operational Space致 谢至此在论文完成之际，向我的导师表示由衷的感谢！真心的感谢我的导师这几年来对我的谆谆教导，感谢我敬爱的老师，您不仅在学习学业上给我以精心的指导，同时还在思想给我以无微不至的关怀支持和理解，给予我人生的启迪，使我在顺利地完成大学阶段的学业同时，也学到了很多有用的做人的道理，明确了人生目标。知道自己想要什么了，不再是从前那个爱贪玩的我了。导师严谨求实的治学态度，锐意创新的学术作风，认真加负责，公而忘私的敬业精神，豁达开朗的宽广胸怀，平易近人。经过近半年努力的设计与计算，查找了各类的汽车起重机的设计资料，论文终于可以完成了，我的心里无比的激动和开心。虽然它不是最完美的，也不是最好的，但是在我心里，它是我最珍惜的，因为我自己已经尽力的做了，它是我用心、用汗水成就的，也是我在大学四年来对所学知识的应用和体现。四年的学习和生活，不仅丰富了我的知识，而且锻炼了我的个人能力，更重要的是从周围的老师和同学们身上潜移默化的学到了许多有用的知识，在此对所有关心我帮助我的表达我由衷敬意，谢谢各位同学老师。25