墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙+文檔】
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任務(wù)書填寫要求
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)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(xué)生所在系的負(fù)責(zé)人審查、簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)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(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)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(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)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(xué)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(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（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(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004年3月15日”或“2004-03-15”。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
1．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求：
設(shè)計(jì)任務(wù)為了解墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的結(jié)構(gòu)，要求完成墻壁式旋臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，并對(duì)關(guān)鍵件進(jìn)行三維建模，分析其關(guān)鍵零部件的力學(xué)性能。
2．畢業(yè)設(shè)計(jì)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(jì)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(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算；
3根據(jù)相應(yīng)計(jì)算結(jié)果對(duì)墻壁式旋臂起重機(jī)進(jìn)行三維建模，繪出（或打印出）部分相關(guān)工程圖；
4 對(duì)所建模型進(jìn)行分析；
5 撰寫設(shè)計(jì)說明書：
(1)設(shè)計(jì)合理，語(yǔ)句通順，格式規(guī)范，圖表正確，表述清晰；
(2)打印成冊(cè)。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書
3．對(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題成果的要求〔包括畢業(yè)設(shè)計(jì)、圖紙、實(shí)物樣品等)：
1 畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告一份；
2 畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一本，要求思路清晰，語(yǔ)句通順，無錯(cuò)別字；
3 圖紙一套，要求結(jié)構(gòu)合理，表達(dá)正確、清晰。
4．畢業(yè)設(shè)計(jì)課題工作進(jìn)度計(jì)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(xué)習(xí)相關(guān)軟件，查閱資料，撰寫開題報(bào)告；
熟悉開發(fā)環(huán)境，詳細(xì)設(shè)計(jì)；
撰寫說明書；
畢業(yè)答辯。
學(xué)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(jī)設(shè)計(jì)
I. Kh. Kaplan
眾所周知，當(dāng)升降閘門的楔形槽的導(dǎo)軌是活動(dòng)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(yùn)行，然后從吊索，即松弛下垂的電纜發(fā)生突然的自發(fā)運(yùn)動(dòng)后（下降）的門時(shí)，動(dòng)態(tài)負(fù)載（工件）大大超過設(shè)計(jì)負(fù)荷的情況也是時(shí)有發(fā)生的。
限制超載的起重機(jī)在吊裝和限制放松電纜在柵降低，負(fù)載繼電器安裝在起重機(jī)在起吊過程中，應(yīng)提供不超過25%的額定負(fù)載的過載和下降時(shí)應(yīng)提供最大松弛的電纜相當(dāng)于吊索的張力。
同時(shí)，同一個(gè)起重機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)的起升機(jī)構(gòu)有不同的起升機(jī)構(gòu)，從而導(dǎo)致起重機(jī)車架和起重機(jī)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(jī)和受約束的負(fù)載是一個(gè)單一的系統(tǒng)和一個(gè)裝置，該裝置執(zhí)行功能的保護(hù)，這兩個(gè)起重機(jī)和約束的負(fù)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(jī)上安裝不同容量的額外的機(jī)制，有必要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)特殊的裝置，可以改變（或轉(zhuǎn)移）所需的標(biāo)稱容量的起重機(jī)和起重機(jī)過載保護(hù)和約束載荷，減少電纜的各種能力。此外，長(zhǎng)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(jì)部鋼液壓結(jié)構(gòu)（mosgidrostal”）開發(fā)一種用于對(duì)kambarata 2號(hào)水電站進(jìn)水口和出口門式起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)控制的[I]。用于控制起重機(jī)起升機(jī)構(gòu)裝置位于起重機(jī)運(yùn)輸，這使得它有可能改變（在給定的情況下，對(duì)減少其容量從30~100噸和保護(hù)起重機(jī)和約束載荷過載和放緩的電纜每能力。
開發(fā)設(shè)計(jì)的控制裝置起升機(jī)構(gòu)液壓缸的主要執(zhí)行機(jī)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(jī)或slckening電纜的價(jià)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(jī)，它是由起重機(jī)操作員直接從操作艙。裝置（圖1）：
圖一、水力機(jī)械圖的控制裝置起升機(jī)構(gòu)：I）液壓缸；2）起重機(jī)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(jì)；13）安全閥；14）濾波器；15）止回閥；16）電動(dòng)機(jī)；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(dòng)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(gè)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(gè)焊接罐、一個(gè)齒輪泵抽油機(jī)、管道、面板、液壓裝置、加熱系統(tǒng)、負(fù)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(dāng)于規(guī)定的過載的機(jī)制，壓力繼電器動(dòng)作，起升機(jī)構(gòu)和電機(jī)泵的關(guān)閉。在約束載荷的降低時(shí)，油壓力系統(tǒng)也被打開，油從泵進(jìn)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(diǎn)。油流變化方向。油開始進(jìn)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(jī)構(gòu)被打開，以降低負(fù)載?；钊纳仙粫?huì)發(fā)生，因?yàn)橛驮趬毫ο孪喈?dāng)于桿上的力，等于0.5的懸浮液，通過支護(hù)閥進(jìn)入罐中。當(dāng)桿上的負(fù)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(diǎn)的壓力繼電器，然后發(fā)生限位開關(guān)。該泵的起重機(jī)構(gòu)和電動(dòng)機(jī)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(dá)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(gè)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(jī)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(jì)是類似的原型。試驗(yàn)證實(shí)該裝置和業(yè)績(jī)公布調(diào)整和規(guī)范設(shè)備的kambarata 2號(hào)水電站起重機(jī)絕緣后。
設(shè)備的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)
改造（指派）的可能性，使起升機(jī)構(gòu)的能力，使得有可能減少起重機(jī)的起升機(jī)構(gòu)的數(shù)量，這反過來又使有可能減少起重機(jī)運(yùn)輸和起重機(jī)本身的尺寸和重量；
限制超載起重機(jī)的增加，即準(zhǔn)確性、起重機(jī)的超載降低由于使用代替機(jī)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(jī)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(hù)支架，箱蓋，抓斗，等，因此，機(jī)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(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)器的能力增加一個(gè)小動(dòng)力，以起升并與減少負(fù)載提升或降低速度。
參 考 文 獻(xiàn)
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).
開題報(bào)告填寫要求
1．開題報(bào)告作為畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯委員會(huì)對(duì)學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報(bào)告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在系審查后生效；
2．開題報(bào)告內(nèi)容必須用按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁(yè)上下載）打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時(shí)交給指導(dǎo)教師簽署意見；
3．學(xué)生寫文獻(xiàn)綜述的參考文獻(xiàn)應(yīng)不少于15篇（不包括辭典、手冊(cè)）。文中應(yīng)用參考文獻(xiàn)處應(yīng)標(biāo)出文獻(xiàn)序號(hào)，文后“參考文獻(xiàn)”的書寫，應(yīng)按照國(guó)標(biāo)GB 7714—87《文后參考文獻(xiàn)著錄規(guī)則》的要求書寫，不能有隨意性；
4．學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)（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(dāng)按照國(guó)標(biāo)GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2016年3月15日”或“2016-03-15”；
6. 指導(dǎo)教師意見和所在系意見用黑墨水筆工整書寫，不得隨便涂改或潦草書寫。
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)情況，根據(jù)所查閱的文獻(xiàn)資料，撰寫2000字左右的文獻(xiàn)綜述：
文 獻(xiàn) 綜 述
1. 旋臂起重機(jī)的應(yīng)用及結(jié)構(gòu)
旋臂起重機(jī)是一種中小型的起吊運(yùn)輸設(shè)備，起吊運(yùn)輸設(shè)備，起吊的重量范圍是0-1250kg，有機(jī)械傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)和氣動(dòng)傳動(dòng)等幾種型式。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣的是機(jī)械傳動(dòng)，機(jī)械起重機(jī)通常是用螺旋副驅(qū)動(dòng)裝置通過四連桿吊臂帶動(dòng)吊物升降。
旋臂起重機(jī)按構(gòu)造分，有立柱式旋臂起重機(jī)和壁式起重機(jī)。旋臂起重機(jī)具有結(jié)構(gòu)新穎簡(jiǎn)單，操作使用方便，回轉(zhuǎn)靈活，作業(yè)空間大等優(yōu)點(diǎn)，是節(jié)能高效的物料吊運(yùn)裝備[1]可廣泛使用于車間的生產(chǎn)線，裝配線和機(jī)床的上下工件及倉(cāng)庫(kù)，碼頭等場(chǎng)合的重物吊運(yùn)。本機(jī)由立柱，回轉(zhuǎn)懸臂及環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆等組成。立柱下端固定于混凝土地面上，懸臂可根據(jù)用戶需求進(jìn)行回轉(zhuǎn)[2]?；剞D(zhuǎn)部分分為手動(dòng)回轉(zhuǎn)和電動(dòng)回轉(zhuǎn)（安裝擺線針輪減速器與上托板配合或者下托板帶動(dòng)轉(zhuǎn)管懸臂回轉(zhuǎn)）。
2. 旋臂起重機(jī)的研究進(jìn)展與發(fā)展前景
2.1研究進(jìn)展
隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步深入，商品流通大幅度增加，交通運(yùn)輸業(yè)快速發(fā)展，起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械的需求量越來越大其使用性能的要求也越來越高[3]。
中國(guó)的起重機(jī)產(chǎn)業(yè)誕生于上世紀(jì)70年代，經(jīng)過40余年的發(fā)展，經(jīng)歷了70年代引進(jìn)蘇聯(lián)技術(shù)，80年代初引進(jìn)日本技術(shù)和90年代初引進(jìn)德國(guó)技術(shù)等三次主要技術(shù)改進(jìn)，始終走著一條自主創(chuàng)新的道路。[4]
2000年以來，隨著國(guó)內(nèi)外技術(shù)交流的日益頻繁和國(guó)產(chǎn)自主研發(fā)能力的顯著增強(qiáng)，更多的國(guó)外先進(jìn)技術(shù)被成功引進(jìn)應(yīng)用，如起重機(jī)電液比例控制技術(shù)，橢圓型截面吊臂設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，多節(jié)臂單缸插銷伸縮技術(shù)，全地面起重機(jī)油氣懸掛和多模式多橋轉(zhuǎn)向技術(shù)等進(jìn)行了自主創(chuàng)新，獲得自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，并將其應(yīng)用在自主研發(fā)的系列大噸位輪式起重機(jī)產(chǎn)品上。隨著國(guó)產(chǎn)起重機(jī)產(chǎn)業(yè)水品的全面提升，與國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的差距不斷縮小，中國(guó)起重機(jī)產(chǎn)品開始在國(guó)際市場(chǎng)上體現(xiàn)出明顯的競(jìng)爭(zhēng)力，中國(guó)起重機(jī)產(chǎn)品開始在國(guó)際市場(chǎng)上體現(xiàn)出明顯的競(jìng)爭(zhēng)力。旋臂起重機(jī)設(shè)備屬于通用機(jī)械，在二十多年高速發(fā)展過程中，已逐漸實(shí)現(xiàn)了規(guī)?；?，集團(tuán)化，機(jī)械化。在輔助加工生產(chǎn)中被機(jī)械行業(yè)廣泛接受，能夠起到實(shí)現(xiàn)各加工工序連續(xù)性和自動(dòng)化的作用，大大提高了勞動(dòng)生產(chǎn)效率，減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度。具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護(hù)簡(jiǎn)單，方便等優(yōu)點(diǎn)[5]。
2.2發(fā)展前景
隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，機(jī)械行業(yè)有很長(zhǎng)一段時(shí)間處于旺盛發(fā)展階段，整體機(jī)械行業(yè)以及未來發(fā)展過程中，旋臂起重機(jī)的使用處于不可替代，不可缺少的地位，在整體工業(yè)化過程中發(fā)揮著重要的輔助生產(chǎn)的作用。旋臂起重機(jī)具有以下特點(diǎn):在其工作空間范圍內(nèi)，能夠自由活動(dòng)前提下保持重物自身在任意空間靜止平衡。這本身就形成一個(gè)廣大的市場(chǎng)和無數(shù)的客戶群體。
旋臂起重機(jī)設(shè)備，非常適用一頓左右重量的工件定點(diǎn)頻繁起吊運(yùn)輸。設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，特別適合于兩人操作，一人控制，一人安裝，效率高，制造，維護(hù)方便，在集團(tuán)化，規(guī)?；a(chǎn)中旋臂起重機(jī)得到肯定和普及推廣。廣泛用于工廠車間的機(jī)床上下料，各工序間，生產(chǎn)線的工件吊運(yùn)，零部件裝配及車間碼頭，倉(cāng)庫(kù)等場(chǎng)合的吊運(yùn)作業(yè)，有效地減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度[6]。是車間里面電動(dòng)葫蘆和起重天車不可替代的簡(jiǎn)單實(shí)用的新設(shè)備，在機(jī)械加工領(lǐng)域，旋臂起重機(jī)有強(qiáng)大的購(gòu)買力市場(chǎng)和廣闊的發(fā)展前景。
3. 旋臂起重機(jī)存在的問題與發(fā)展方向
3.1存在的問題
旋臂起重機(jī)作為機(jī)械輔助加工的小型起重設(shè)備，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已形成具有一定規(guī)模的市場(chǎng)，在使用中發(fā)現(xiàn)存在諸多問題。
（1） 目前，旋臂起重機(jī)產(chǎn)品綜合性能比較差。對(duì)于旋轉(zhuǎn)起重機(jī)而言，中國(guó)產(chǎn)品性能比日本產(chǎn)品強(qiáng)，但使用經(jīng)濟(jì)性，可維護(hù)性，操作便利性和可靠性相對(duì)要差[7]。中國(guó)產(chǎn)品雖然起重性能并不亞于國(guó)際品牌[8]，但自重偏重，使用成本高。
（2） 旋臂起重機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)和載荷情況比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，沒有精確的強(qiáng)度計(jì)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(fèi)，成本提高[9]
（3） 基礎(chǔ)的技術(shù)應(yīng)用水平和很多國(guó)外企業(yè)相比存在差距。國(guó)外品牌廠家重視技術(shù)應(yīng)用和產(chǎn)品開發(fā)，如利勃海爾在吊臂設(shè)計(jì)，伸縮機(jī)設(shè)計(jì)，臂頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，支腿設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)向設(shè)計(jì)，配重自裝配技術(shù)，發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)等方面進(jìn)行了一輪又一輪的創(chuàng)新，大大提升了產(chǎn)品各方面的性能。其產(chǎn)品更像工藝品，有著完美的外形設(shè)計(jì)，產(chǎn)品設(shè)計(jì)力求均衡[10].國(guó)內(nèi)企業(yè)則技術(shù)研究較少，導(dǎo)致產(chǎn)品技術(shù)水平和可靠性存在差距。
3.2結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)軟件發(fā)展歷程及現(xiàn)行軟件
就優(yōu)化軟件發(fā)展歷程而言，70年代的結(jié)構(gòu)優(yōu)化程序系統(tǒng)ACCESS是當(dāng)時(shí)非線性規(guī)劃的最好成就[11]。早期的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件是獨(dú)立于商用有限元軟件的，近年流行的方法是在已有商用有限元軟件的基礎(chǔ)上增加靈敏度分析和優(yōu)化功能，發(fā)展成為商品化的結(jié)構(gòu)優(yōu)化軟件 [12]。ANSYS是以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件，利用ANSYS將工程實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為優(yōu)化模型，減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)中的編程部分，大大的減少了優(yōu)化設(shè)計(jì)的時(shí)間與難度 [13-14]。ANSYS優(yōu)化設(shè)計(jì)過程與傳統(tǒng)過程相似，都要先確定好設(shè)計(jì)變量、約束函數(shù)和目標(biāo)函數(shù)，不同的是，這些數(shù)學(xué)模型要用參數(shù)來表示。[15]鑒于ANSYS公司是世界上最大的CAE軟件開發(fā)者，同時(shí)，用ANSYS做結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)在國(guó)內(nèi)十分流行，故本課題選用ANSYS進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)。
3.3發(fā)展方向及設(shè)計(jì)意義
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，使得旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)在綜合考慮控制系統(tǒng)安全可靠性，操作的舒適性，機(jī)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(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是零部件集成化，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔化，結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化的整機(jī)設(shè)計(jì)；滿足個(gè)性用戶的特殊要求的個(gè)性化設(shè)計(jì)；滿足市場(chǎng)多樣性和低成本要求的具有新技術(shù)特征的起重機(jī)新系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)；基于產(chǎn)品全壽命周期的方便維護(hù)維修的設(shè)計(jì)及免維護(hù)的設(shè)計(jì)；大型單臺(tái)復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)。真正意義上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是上述諸多設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的有機(jī)組合及綜合利用。
參考文獻(xiàn)：
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畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）：
2.1結(jié)構(gòu)方案及主要參數(shù)
（1）墻壁式旋臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)（見下圖一）
（圖一）
（2）墻壁式懸臂起重機(jī)的主要參數(shù)：
額定起重量：2t 最大回轉(zhuǎn)半徑：3.5m 起吊高度：3m
2．2 設(shè)計(jì)內(nèi)容
（1） 確定起重機(jī)的型號(hào)和主要參數(shù)。
（2） 計(jì)算相關(guān)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，確定結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)，選擇材料，并進(jìn)行校核驗(yàn)算。
（3） 進(jìn)行三維建模設(shè)計(jì)
（4） 對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)性能分析
2.3 設(shè)計(jì)方法
（1） 對(duì)原零件進(jìn)行材料力學(xué)計(jì)算。通過計(jì)算，以得出各種設(shè)計(jì)因素的相互關(guān)系及對(duì)強(qiáng)度、剛度的影響
（2） 根據(jù)所確定設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，用SolidWorks畫出三維模型。
（3） 利用ANSYS對(duì)所設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。
2.4進(jìn)度安排
2月17日-2月23日：查閱資料
2月24日-3月2日 ：確定畢業(yè)設(shè)計(jì)思路
3月3日-3月10日 ：撰寫開題報(bào)告
3月11日-3月26日：熟悉Solidworks環(huán)境,建立起重機(jī)三維模型
3月27日-5月18日：熟悉ANSYS環(huán)境，對(duì)起重機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析
5月19日-5月29日： 完成畢業(yè)論文初稿
5月29日—6月2日：根據(jù)指導(dǎo)老師意見，修改論文初稿，完成終稿，準(zhǔn)備答辯
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告
指導(dǎo)教師意見：
該生設(shè)計(jì)題目為墻壁式懸臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，開題之前，該生通過查閱資料，對(duì)自己要做的課題有了初步的了解。
開題報(bào)告文獻(xiàn)綜述部分詳細(xì)敘述了懸臂起重機(jī)的應(yīng)用背景、研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并明確了自己的設(shè)計(jì)任務(wù)。
在第二部分首先明確了設(shè)計(jì)要求，確定了制定了課題研究方案，然后確定了研究的內(nèi)容，并制定了設(shè)計(jì)進(jìn)程。
開題報(bào)告條理清晰，格式規(guī)范，內(nèi)容詳實(shí)，制定的研究方案合理可行。
同意該生開題。
指導(dǎo)教師：
2016 年 3 月20 日
所在系審查意見：
同意開題
系主任：
2016 年 3 月 22 日
墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析
摘要：本次課題首先進(jìn)行墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式選擇，然后將所選擇結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為力學(xué)模型進(jìn)行受力分析，并選擇工件材料，確定工件尺寸。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，在SolidWorks對(duì)所選墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模，并運(yùn)用ANSYS對(duì)所建三維模型進(jìn)行靜態(tài)有限元分析，分析內(nèi)容包括起重機(jī)整體變形與其所受應(yīng)力。墻壁式旋臂起重機(jī)是一種安裝在墻壁上的起重設(shè)備，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時(shí)省力、靈活等特點(diǎn)，在生產(chǎn)車間運(yùn)用廣泛。
關(guān)鍵詞：墻壁式旋臂起重機(jī)；三維建模；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；有限元分析
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
I
目 錄
摘要···············································································Ⅰ
Abstract············································································Ⅱ
目錄···············································································Ⅲ
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(jī)簡(jiǎn)介 2
1.3墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)類型 2
1.4 本課題研究?jī)?nèi)容 3
2 墻壁式旋臂起重機(jī)參數(shù)確定 5
2.1墻壁式旋臂起重機(jī)型號(hào)與參數(shù)確定 5
2.2 旋臂工字鋼型號(hào)選擇 6
2.3 確定拉桿的材料和尺寸 7
2.4 計(jì)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(jī)三維建模 12
3.1 墻壁式旋臂起重機(jī)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(xiàn) 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(jī)是一種中小型的起吊運(yùn)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(jī)就是屬于其中的臂架式起重機(jī)設(shè)備 。伴隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步提高，大幅度增加的商品流通，快速發(fā)展的運(yùn)輸交通業(yè)，起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械的需求量也越發(fā)突顯出來，對(duì)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(jī)設(shè)備屬于通用機(jī)械，在高速發(fā)展的20多年中，漸漸的向著規(guī)?；瘓F(tuán)化，機(jī)械化方向發(fā)展。在機(jī)械行業(yè)的輔助加工生產(chǎn)廣泛接受，能夠起到實(shí)現(xiàn)各加工工序連續(xù)性和自動(dòng)化的作用，極大地提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。具有平穩(wěn)可靠的工作，簡(jiǎn)單便捷的操作維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。
伴隨著我國(guó)整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步提高，大幅度增加的商品流通，快速發(fā)展的運(yùn)輸交通業(yè)，起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械的需求量也越發(fā)突顯出來，對(duì)其使用性能的要求也日益提高，雖然如此，但是隨著我國(guó)制造業(yè)的發(fā)展，目前，旋臂起重機(jī)產(chǎn)品綜合性能比較差。對(duì)于旋轉(zhuǎn)起重機(jī)而言，中國(guó)產(chǎn)品性能比日本產(chǎn)品強(qiáng)，但使用經(jīng)濟(jì)性，可維護(hù)性，操作便利性和可靠性相對(duì)要差。中國(guó)產(chǎn)品雖然起重性能并不亞于國(guó)際品牌，但旋臂起重機(jī)的幾何結(jié)構(gòu)和載荷情況比較復(fù)雜，傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其結(jié)構(gòu)參數(shù)，沒有精確的強(qiáng)度計(jì)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(fèi)，成本提高需要繼續(xù)進(jìn)行更好的研發(fā)。
隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展，使得旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)在綜合考慮控制系統(tǒng)安全可靠性，操作的舒適性，機(jī)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(jī)創(chuàng)新設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是零部件集成化，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔化，結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化的整機(jī)設(shè)計(jì)；滿足個(gè)性用戶的特殊要求的個(gè)性化設(shè)計(jì)；滿足市場(chǎng)多樣性和低成本要求的具有新技術(shù)特征的起重機(jī)新系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì)；基于產(chǎn)品全壽命周期的方便維護(hù)維修的設(shè)計(jì)及免維護(hù)的設(shè)計(jì)；大型單臺(tái)復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn)。真正意義上的創(chuàng)新設(shè)計(jì)是上述諸多設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的有機(jī)組合及綜合利用。
1.2 墻壁式旋臂起重機(jī)簡(jiǎn)介
起重機(jī)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(jī)屬于其中的臂架式起重機(jī)，工作情況如圖1-1所示。
圖1-1 墻壁式旋臂起重機(jī)
墻壁式旋臂起重機(jī)也可以叫做墻壁吊。墻壁式旋臂起重機(jī)自身?yè)碛械奶攸c(diǎn)就是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)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(diǎn)，在吊運(yùn)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(cāng)庫(kù)，貨場(chǎng)等場(chǎng)合的重物吊運(yùn)。墻壁式旋臂起重機(jī)又稱墻壁吊，在靠近墻壁處服務(wù)于一個(gè)半圓形空間，是一種往復(fù)的，間歇?jiǎng)幼鞯?，短距離搬運(yùn)機(jī)械，它旋轉(zhuǎn)工作范圍通常為180°。壁式旋臂起重機(jī)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(dòng)葫蘆使用的工作范圍，是一種非常經(jīng)濟(jì)的起重設(shè)備。
1.3 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)類型
墻壁式旋臂起重機(jī)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(shí)際工作需求和環(huán)境要求，靈活的選用墻壁式旋臂起重機(jī)，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(jī)結(jié)構(gòu)形式（帶拉桿）
圖1-3 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式（不帶拉桿）
1.4本課題研究?jī)?nèi)容
1.4.1確定起重機(jī)參數(shù)
本課題為墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，主要對(duì)所選起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分進(jìn)行設(shè)計(jì)、建模與分析，使所設(shè)計(jì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度使用要求。所選起重機(jī)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：≤180°
1.4.2 確定起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果
(1) 起重機(jī)結(jié)構(gòu)確定
前面提到墻壁式旋臂起重機(jī)總共有兩種主要形式，本次設(shè)計(jì)由于起重機(jī)跨度大，懸臂長(zhǎng)度過長(zhǎng)，為了增加起重機(jī)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(jì)計(jì)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(jì)算所選擇各零件的受力，并對(duì)結(jié)構(gòu)受力分析；
第三步：對(duì)零件進(jìn)行校核，根據(jù)要求的剛度強(qiáng)度計(jì)算部件結(jié)構(gòu)尺寸。
（3）建模與分析
第一步是把各個(gè)部分部件依據(jù)前期運(yùn)算所確定的尺寸，在SolidWorks三維建模軟件進(jìn)行零件的建模，每個(gè)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(jī)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(shí)際受力對(duì)起重機(jī)添加載荷，完成起重機(jī)的靜態(tài)有限元分析。
2 墻壁式旋臂起重機(jī)參數(shù)確定
2.1墻壁式旋臂起重機(jī)的參數(shù)確定
(1) 起重機(jī)受力
根據(jù)起重機(jī)起重量為2噸，查河北真牛起重設(shè)備有限公司電動(dòng)葫蘆產(chǎn)品手冊(cè)，選取自重的電動(dòng)葫蘆。選擇截面梁為工字鋼的主梁，型號(hào)是32a,查閱鋼型手冊(cè)可知，理論質(zhì)量。
(2) 計(jì)算主梁受力
a) 對(duì)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(xué)》知識(shí)，分析主梁的受力，及主梁為二次超靜定結(jié)構(gòu)，撤去B處與拉桿連接的力，以代替，如下圖2-2所示：
圖2-2 分解受力圖
c) 根據(jù)三角形原理算得， ；所以，斜拉桿施加給主梁的拉力。
d) 根據(jù)以上計(jì)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。
（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(hào)選擇
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》，選擇工字鋼材料為Q235，得到Q235的性質(zhì)如下：
抗拉強(qiáng)度；
屈服強(qiáng)度；
取安全系數(shù)為S=2；
許用應(yīng)力，
結(jié)合前面的計(jì)算結(jié)果，所以危險(xiǎn)截面是主梁與拉桿連接的B處。
這時(shí)抗彎截面系數(shù)計(jì)算得出
查《材料力學(xué)》型鋼表選擇18號(hào)工字鋼進(jìn)行校核，此時(shí)，截面積。同時(shí)考慮軸力及彎矩M的影響，進(jìn)行校核。工字鋼危險(xiǎn)截面B的下邊緣各點(diǎn)上壓應(yīng)力為
結(jié)果表明，18號(hào)工字鋼可以滿足強(qiáng)度要求，所以選擇工字鋼梁的型號(hào)為18a。
2.3 確定拉桿的材料和尺寸
選擇強(qiáng)度高的材料設(shè)計(jì)拉桿，本次設(shè)計(jì)拉桿的材料選為45#圓鋼。45#鋼是在機(jī)械設(shè)備中常用的一種材料，其參數(shù)為：
抗拉強(qiáng)度；
屈服強(qiáng)度；
設(shè)計(jì)中拉桿安全系數(shù)；
拉桿的許用應(yīng)力。
綜上所述，拉桿選為直徑為30mm的45#圓鋼。
2.4 計(jì)算各螺栓連接
本次起重機(jī)設(shè)計(jì)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(jī)械設(shè)計(jì)》螺紋表選取螺栓性能等級(jí)為4.6，螺母性能等級(jí)為4級(jí)。
由選擇的螺栓連接的性能等級(jí)，可得到螺栓的性能：
公稱抗拉強(qiáng)度，
屈服強(qiáng)度。
選取螺栓連接的安全系數(shù)，抗剪安全系數(shù)，。得出螺栓
抗拉許用應(yīng)力；
抗剪許用應(yīng)力；
擠壓許用應(yīng)力
2.5確定各裝配板的材料及尺寸
作為起重機(jī)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(jì)算，可以確定在各裝配板上螺栓孔的直徑和個(gè)數(shù)。
裝配板1尺寸設(shè)計(jì)
圖2-6 裝配板1基本尺寸
1) 裝配板2尺寸設(shè)計(jì)
。
圖2-7 裝配板2基本尺寸
2) 裝配板3上尺寸設(shè)計(jì)
圖2-8 裝配板3上基本尺寸
3) 裝配板3下尺寸設(shè)計(jì)
圖2-9 裝配板3下基本尺寸
4) 主梁安裝孔尺寸設(shè)計(jì)
起重機(jī)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
(b) 主梁端部
圖2-10 主梁安裝孔
3 墻壁式旋臂起重機(jī)三維建模
3.1 墻壁式旋臂起重機(jī)建模方案
根據(jù)前面計(jì)算所得起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分根據(jù)設(shè)計(jì)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(duì)于墻壁式旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)，為保證其形象性，準(zhǔn)確性，我采用SolidWorks軟件進(jìn)行三維建模，SolidWorks是一款參數(shù)化，基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，具有單一，集成的數(shù)據(jù)庫(kù)功能。SolidWorks的用戶可以運(yùn)用智能的，基于特征的建模方法生成各種特征和實(shí)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(jì)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(jī)，并能符合相應(yīng)運(yùn)動(dòng)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(zhǔn)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(zhǎng)度3500，點(diǎn)擊完成拉伸。這樣得到標(biāo)準(zhǔn)18#工字鋼如圖3-1。
圖3-1工字鋼建模
2) 主梁安裝孔建模
得到18#工字鋼的建模后，要在工字鋼梁上對(duì)安裝板1、安裝板2及限位角鋼的安裝孔進(jìn)行建模。
首先對(duì)安裝板1和限位角鋼的安裝孔進(jìn)行建模，選定繪制草圖的前視基準(zhǔn)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(duì)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
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(shí)，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(jìn)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?？招膱A柱建模完成后，選擇上視基準(zhǔn)面繪制側(cè)板的草圖如圖3-4(a)，將草圖兩側(cè)對(duì)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
圖3-4 側(cè)板拉伸
初始模型建好后，要對(duì)側(cè)板的安裝孔進(jìn)行拉伸切除，選定右視基準(zhǔn)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(duì)側(cè)板進(jìn)行拉伸切除，再對(duì)安裝板3的相應(yīng)邊線進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)件可以在SolidWorks中的Toolbox插件中直接調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)件使用，減少建模時(shí)間。下面以螺栓的調(diào)用過程：
a) 在SolidWorks初始界面點(diǎn)擊右側(cè)的“設(shè)計(jì)庫(kù)”圖標(biāo)，在彈出的工具欄中，雙擊選擇toolbox。
b) Toolbox插入下點(diǎn)擊現(xiàn)在插入，然后在彈出的各文件夾下選擇“Gb”即“國(guó)標(biāo)”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(jí) GB/T27-1988”一項(xiàng)，右鍵點(diǎn)擊“生成零件”選項(xiàng)。
d) 在彈出生成螺栓屬性的命令欄中，選擇的螺栓，長(zhǎng)度選擇如圖3-6(1)，點(diǎn)擊確定即能得到滿足使用要求的簡(jiǎn)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(biāo)準(zhǔn)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(jí) 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(diǎn)擊確定，就能得到符合要求的螺母如圖3-7(2)。
(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(gè)相似零件裝配完成后再導(dǎo)入另一個(gè)。
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(shí)，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(gè)安裝孔，讓其與主梁上與之對(duì)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(gè)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。
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(duì)應(yīng)的安裝孔以同軸的方式配合，再選擇拉桿一端裝配板上某個(gè)面與主梁的某個(gè)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(jī)金屬結(jié)構(gòu)。
圖3-11 起重機(jī)裝配體
4 靜力分析
4.1 有限元分析概述
為了保證所設(shè)計(jì)的起重機(jī)符合使用要求，在實(shí)際生產(chǎn)前要對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)運(yùn)用分析軟件進(jìn)行強(qiáng)度及變形等靜態(tài)分析。此次分析過程中，運(yùn)用ANSYS軟件進(jìn)行起重機(jī)整體變形和起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的分析。
根據(jù)第2章介紹，起重機(jī)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
（ ）
彈性模量
（ ）
泊松比
Q235
45#鋼
起重機(jī)結(jié)構(gòu)的分析過程要明確起重機(jī)的受力大小和類型，以及起重機(jī)的約束形式，本次課題分析中，要加載的力為起重機(jī)的起升重量和電動(dòng)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(jī)自重在分析中添加為“地心引力”類型。起重機(jī)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(duì)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(jìn)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(jìn)入分析界面。下面部分介紹分析的具體過程。
圖4-1 靜態(tài)分析對(duì)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(huì)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(rèn)設(shè)置相接觸的零件表面為焊接，因?yàn)槟J(rèn)連接方式和實(shí)際連接差別不大，所以本次分析中選擇軟件默認(rèn)添加的連接方式，對(duì)連接部分沒有做修改。
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(dòng)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(huì)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，選擇后界面左下角彈出圖4-5所示對(duì)話框，在“Geometry”中選擇上下安裝板5的安裝面點(diǎn)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(xiàng)，選擇后界面左下角彈出圖4-6(a)所示對(duì)話框，在“Geometry”中選擇主梁下翼板的受力面點(diǎn)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(biāo)準(zhǔn)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。
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(jī)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(xiàng)。
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(diǎn)擊圖4-8工具欄上的“Solve”，軟件就會(huì)求解出起重機(jī)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4-9所示，拉桿選用材料為45#鋼，其最大許用應(yīng)力，，因此，該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)零件強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求。
b) 求解出的起重機(jī)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(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》的跨度為，起升高度為的壁式起重機(jī)允許最大變形量。，因此，該設(shè)計(jì)起重機(jī)變形沒有超過允許值，符合撓度要求。
綜上，最終的起重機(jī)能夠滿足強(qiáng)度和撓度要求，所以最終的設(shè)計(jì)能達(dá)到課題設(shè)計(jì)要求。
5 總結(jié)
通過這次對(duì)墻壁式旋臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析，重新學(xué)習(xí)了大學(xué)四年所學(xué)的課程，了解了各學(xué)科之間的關(guān)系，進(jìn)一步加強(qiáng)了自己所學(xué)的知識(shí)，重新學(xué)習(xí)了自己先前沒有學(xué)會(huì)的知識(shí)，不僅把知識(shí)融會(huì)貫通，而且豐富了大腦，同時(shí)在查找資料的過程中也了解了許多課外知識(shí)，開拓了視野，認(rèn)識(shí)了將來機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向。同時(shí)完善提高了自己的設(shè)計(jì)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(xiàn)資料，對(duì)墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理等技術(shù)進(jìn)行了深入的了解和研究，并對(duì)該種設(shè)備的國(guó)內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述。
本次設(shè)計(jì)通過學(xué)習(xí)使用SolidWorks軟件進(jìn)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(jī)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(dāng)；它把零件以三維的形式展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者的眼前，很形象的突出零件各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)零件的現(xiàn)實(shí)性，合理性和可用性，這樣就減少了因?yàn)樵O(shè)計(jì)而帶來的不合理經(jīng)濟(jì)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。
參 考 文 獻(xiàn)
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致 謝
就本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，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(jì)這短短的三個(gè)月來，為我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，提供了很多發(fā)展機(jī)會(huì)，不僅教會(huì)我很多的專業(yè)技能，也在工作方式、治學(xué)態(tài)度上言傳身教。同時(shí)感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我、幫助過我的老師，正是因?yàn)樗麄兌嗄陙碜巫尾痪氲慕陶d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(duì)零件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，墻壁式旋臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng)、淵博的學(xué)術(shù)造詣及熱情誠(chéng)懇的待人態(tài)度使我受益非淺。在此，對(duì)吳淑芳老師長(zhǎng)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(shí)，我感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們，感謝他們的鼓勵(lì)與支持，感謝他們?cè)诟鞣矫娼o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！
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