小型吊裝機(jī)的設(shè)計(jì)

小型吊裝機(jī)的設(shè)計(jì),小型吊裝機(jī)的設(shè)計(jì),小型,吊裝,設(shè)計(jì) 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………… 1 1 前言 ………………………………………………………………………………2 2 小型吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………2 2.1設(shè)計(jì)參數(shù)…………………………………………………………………………2 2.2設(shè)計(jì)原理…………………………………………………………………………2 2.3功能分析…………………………………………………………………………3 2.4零件設(shè)計(jì)…………………………………………………………………………3 2.4.1設(shè)計(jì)分析………………………………………………………………………3 2.4.2抱緊機(jī)構(gòu)零件建?！? 2.4.3抱緊機(jī)構(gòu)上液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算…………………………………………………10 2.4.4起重機(jī)構(gòu)建?！?2 （一）零件建模………………………………………………………………………12 （二）起重機(jī)構(gòu)分析…………………………………………………………………17 （三）起重機(jī)構(gòu)上液壓缸行程及壓力計(jì)算…………………………………………19 2.5零件校核…………………………………………………………………………22 3 液壓缸設(shè)計(jì)和計(jì)算…………………………………………………………………30 3.1液壓缸整體設(shè)計(jì)…………………………………………………………………30 3.2強(qiáng)度校核………………………………………………………………………… 31 總結(jié)與體會(huì)……………………………………………………………………………33 致謝詞…………………………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………35 摘 要 本設(shè)計(jì)是受日常生活啟發(fā)而設(shè)計(jì)，在日常生活中，砍伐的樹(shù)木在裝車(chē)時(shí)幾乎全是靠人力將樹(shù)木一根一根的抬上車(chē)去。費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，而且效率非常低。因此，想設(shè)計(jì)一種簡(jiǎn)單的吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程，以機(jī)械力替代人力，從而減小人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)也可以節(jié)約更多的成本。該小型吊裝機(jī)同時(shí)可運(yùn)用在其抱合，起重范圍之內(nèi)的整體物件的起吊安裝。設(shè)計(jì)該小型吊裝機(jī)綜合運(yùn)用了機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計(jì)，理論力學(xué)，材料力學(xué)等學(xué)科知識(shí)。其執(zhí)行起吊機(jī)構(gòu)是這次設(shè)計(jì)的主題，總體要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的剛度和強(qiáng)度，實(shí)用范圍盡量廣。 【關(guān)鍵詞】執(zhí)行機(jī)構(gòu)、設(shè)計(jì)、剛度、強(qiáng)度 Abstract This design is designed by the daily life inspired。In daily life，the trees which be hewed in loading is almost entirely by men carried them onto the truck， Slow and arduous, and efficiency is very low Accordingly, want to design a simple hoisting machine actuators to achieve this process，To replace mechanical force of human, thus reduce labor intensity，Also can save more cost。This small hoisting machine also can be used in its embrace range，Lifting the whole thing within the hookon installation。Design the small hoisting machine comprehensive use of the mechanical theory，Mechanical design，Theoretical mechanics，The mechanics of materials, and other disciplines knowledge。The theme execution of this design agency is crane-vehicle，General requirements actuators have enough stiffness and strength, practical scope。 【Key words】Actuators；Design；Stiffness；Strength 1前言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的人力勞動(dòng)正漸漸的被機(jī)械勞動(dòng)替代。但在遠(yuǎn)離城市的鄉(xiāng)村，基本都是人力勞動(dòng)為主，最實(shí)在的例子就是在將砍伐的樹(shù)木裝車(chē)車(chē)時(shí)幾乎全是靠人力抬。實(shí)在沒(méi)人力勞動(dòng)時(shí)所用的吊機(jī)也是以繩子為主，但是繩子需要人為裝卸，效率比較低。因此想設(shè)計(jì)一種吊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這種吊機(jī)只需要一個(gè)操作人員操作，簡(jiǎn)單方便，能大大的提高工作效率。 2小型吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)參數(shù) 本設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際需要，初步預(yù)設(shè)計(jì)起吊物件最大質(zhì)量M=500Kg，最大起吊高度H=3m，起吊物件最大直徑D=500mm,起吊物件最長(zhǎng)L=4m 2.2 設(shè)計(jì)原理 該設(shè)計(jì)原理主要是運(yùn)用機(jī)械原理知識(shí)，其機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理圖如圖1 圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖 如圖所示：由液壓缸1帶動(dòng)連桿3上下做直線運(yùn)動(dòng)，連桿1、2和連桿3由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿1、2和連桿4也是由轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。因此當(dāng)連桿3上下運(yùn)動(dòng)時(shí)。便能帶動(dòng)連桿4張合運(yùn)動(dòng)，其中，當(dāng)連桿3向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿4張開(kāi)運(yùn)動(dòng)，反之，當(dāng)連桿3向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，連桿4合攏運(yùn)動(dòng)，因此可以抱緊所要提升的物件。連桿5左端與液壓缸1固定件用轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，連桿5右端與液壓缸3連接。連桿5同時(shí)又與連桿6通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接。因此，當(dāng)液壓缸3伸縮時(shí)候便可帶動(dòng)連桿3轉(zhuǎn)動(dòng)，左端固定件則可以上下移動(dòng)。液壓缸2也通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，主要作用是保持左端固定件保持垂直。連桿右端與固定架通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，液壓缸4與連桿6及固定架通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)副連接，因此在液壓缸4在伸縮運(yùn)動(dòng)時(shí)便可帶動(dòng)連桿6旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到左端固定件升的更高的要求。 2.3 功能分析 該起吊機(jī)構(gòu)在起吊一些類(lèi)似樹(shù)木，鋼材的圓形物件時(shí)，相比較傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)有較大優(yōu)勢(shì)。首先，在傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)中，需要人為的將物件裝上起吊機(jī)構(gòu)，在放下物件時(shí)候也需要人為的去卸載，而且傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)在起吊物件時(shí)候不能限制物件轉(zhuǎn)動(dòng)，左右移動(dòng)，同時(shí)在卸下物件時(shí)候也需要人為參與，容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。其次，傳統(tǒng)的以繩索起吊機(jī)構(gòu)多以電機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)物件的起吊運(yùn)動(dòng)，如果遇到超載現(xiàn)象容易導(dǎo)致電機(jī)燒壞。 而該執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比傳統(tǒng)的繩索吊裝機(jī)構(gòu)有明顯的優(yōu)勢(shì)。首先，在人力上只需要一個(gè)人便能完成，而且安全系數(shù)更高。其次，該機(jī)構(gòu)采用液壓系統(tǒng)做起吊的輸出力，這樣可以使整個(gè)機(jī)構(gòu)在起吊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中更加平穩(wěn)。其次，該機(jī)構(gòu)限制物件在起吊時(shí)的轉(zhuǎn)動(dòng)和左右移動(dòng)的自由度，從而可以保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)更加平穩(wěn)。再次，采用液壓系統(tǒng)來(lái)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可以有效的保證電機(jī)等元件的安全，在超載的情況下可以在液壓系統(tǒng)中通過(guò)安全閥來(lái)控制。 2.4 零件設(shè)計(jì) 2.4.1 設(shè)計(jì)分析 設(shè)計(jì)參數(shù)中要求起吊物件最大質(zhì)量M=500Kg，最大起吊高度H=3m，起吊物件直徑D=500mm，最長(zhǎng)L=4m 根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖，機(jī)構(gòu)所用材料除液壓缸部分外全部采用20鋼。 20鋼性能如下： 牌號(hào)：20鋼 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T699-1988 力學(xué)性能： 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 伸長(zhǎng)率 斷面收縮率 硬度：未熱處理， 密度：7.85 2.4.2 抱緊機(jī)構(gòu)零件建模 根據(jù)設(shè)計(jì)原理圖，采用三維軟件UG建立抱緊機(jī)構(gòu)的模型 （1） 建立模型1如圖3 圖3 模型1 （2） 建立模型2如圖4 圖4 模型2 （3） 建立模型如圖5 圖5 模型3 （4） 建立模型4如圖6 圖6 模型4 （5） 建立模型5如圖7 圖7 模型5 （6） 建立模型6如圖8 圖8 模型6 （7） 建立模型7如圖9 圖9 模型7 （8） 建立模型8如圖10 圖10 模型8 （9） 建立模型9如圖11 圖11 模型9 （10） 建立模型10如圖12 圖12 模型10 抱緊機(jī)構(gòu)各個(gè)零件建模完成后，將各個(gè)零件進(jìn)行裝配，其裝配模型如圖13 圖13 抱緊機(jī)構(gòu)裝配模型 接下來(lái)對(duì)抱緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析，其分析如下： （1） 抱緊機(jī)構(gòu)中的抱桿套接 在掛桿上，兩兩抱桿中間通過(guò)套筒隔開(kāi)，這樣可以保證兩兩抱桿之間有一定的間距。在起吊物件時(shí)也能更能在一定程度上保證起吊物件的平衡性。 （2） 由液壓缸上下運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)滑槽內(nèi)的圓柱銷(xiāo)上下移動(dòng)，而兩側(cè)的連桿套接在圓柱銷(xiāo)上，圓柱銷(xiāo)在滑槽內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)可以帶動(dòng)兩側(cè)的連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 抱桿的張合運(yùn)動(dòng)，其中抱桿的張合程度大小與圓柱銷(xiāo)在滑槽內(nèi)的行程和兩側(cè)連桿的長(zhǎng)度有關(guān)。其關(guān)系有兩種：1、當(dāng)兩側(cè)的連桿長(zhǎng)度一定時(shí)，通過(guò)改變滑槽的行程，可以改變抱桿的張合程度，而滑槽長(zhǎng)度一定，而通過(guò)改變滑槽的 最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的位置時(shí)也可以改變抱桿的張合程度。當(dāng)連桿長(zhǎng)度和滑槽行程一定時(shí)，滑槽最高點(diǎn)位置越高則抱桿張開(kāi)距離越大，同時(shí)抱桿合攏距離也將增大。但一般情況下要求抱桿的最小 抱合距離應(yīng)該盡量的小，這樣更能 抱緊物件，使物件在起吊過(guò)程中更加平穩(wěn)，更加安全。因此在連桿長(zhǎng)度一定的時(shí)候，應(yīng)使滑槽的最低點(diǎn)盡量靠近主懸臂梁。2、當(dāng)滑槽的行程距離一定的時(shí)候，可以改變兩側(cè)的連桿長(zhǎng)度來(lái)改變抱桿的張合距離，當(dāng)滑槽行程的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)都定的情況下，在都達(dá)到滑槽的最高點(diǎn)時(shí)，連桿越長(zhǎng)的抱桿張開(kāi)距離比連桿較短的抱桿張開(kāi)距離要小，在滑槽的最低點(diǎn)連桿長(zhǎng)的使抱桿合攏距離比連桿較短的使抱桿合攏距離更小。因此要需要綜合考慮滑槽的行程和連桿的長(zhǎng)度。 （3） 在確定滑槽的行程和連桿的長(zhǎng)度時(shí)要綜合考慮各個(gè)方面的因素，例如，如果連桿太長(zhǎng)，而要保證滿足設(shè)計(jì)參數(shù)，則必須要求滑槽行程的 最高點(diǎn)和最點(diǎn)點(diǎn)都距離主懸臂梁表面更遠(yuǎn)，這樣將增加抱緊機(jī)構(gòu)的整體高度，進(jìn)而將增加整個(gè)吊機(jī)的尺寸。 （4） 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)設(shè)計(jì)原理圖來(lái)計(jì)算滑槽的行程和連桿的長(zhǎng)度。但那樣計(jì)算比較麻煩，費(fèi)時(shí)又費(fèi)力。而今有三維設(shè)計(jì)軟件，在將模型建好并裝配 好以后只需要修改零件的長(zhǎng)度和滑槽的長(zhǎng)度以及滑槽的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)位置就能測(cè)出抱合距離的最大最小距離，如圖13就是在連桿長(zhǎng)度和滑槽行程一定的情況下圓柱銷(xiāo)達(dá)到滑槽的最低位置時(shí)，抱桿的最小合攏距離，最小合攏距離為50mm,基本可以達(dá)到抱緊起吊物件的要求。如圖14就是圓柱銷(xiāo)達(dá)到滑槽最高點(diǎn)時(shí)抱桿的張開(kāi)距離，此時(shí)張開(kāi)距離為508mm 圖14 抱緊機(jī)構(gòu)的最大張開(kāi)距離 因此，利用三維設(shè)計(jì)軟件很快的就可以設(shè)計(jì)出連桿的長(zhǎng)度和滑槽的行程。滑槽的行程L=165mm，連桿的長(zhǎng)度l=500mm因?yàn)閳A柱銷(xiāo)有厚度20mm,所以液壓缸的行程應(yīng)該在0—145mm。 2.4.3 抱緊機(jī)構(gòu)上液壓缸設(shè)計(jì)計(jì)算 （一）由上述可知抱緊機(jī)構(gòu)上的液壓缸行程在0—145mm之間，其簡(jiǎn)圖如圖15 圖15 單桿液壓缸簡(jiǎn)圖 單桿液壓缸僅在一側(cè)有活塞桿。它主要由缸底、活塞、密封圈、缸體、活塞桿、導(dǎo)向套等組成。當(dāng)無(wú)桿腔進(jìn)壓力油，有桿腔回油時(shí)活塞推力和運(yùn)動(dòng)速度分別為： F=Ap= V= 當(dāng)有桿腔進(jìn)壓力油，無(wú)桿腔回油時(shí)，活塞推力F和運(yùn)動(dòng)速度V分別為： F=Ap= V= 式中，A為無(wú)桿 腔有效工作面積（m）；V為活塞（或缸體）運(yùn)動(dòng)速度m/s F為活塞（或缸體）上的作用力（N）；A為缸有桿腔有效工作面積（m）；V為活塞（或缸體）運(yùn)動(dòng)速度（m/s）；F為活塞 （或缸體）上的作用力（N）。 從上面的公式可知：VF，即無(wú) 桿腔進(jìn)壓力油工作時(shí)，推力大，速度低。有桿腔進(jìn)壓力油工作時(shí)，推力小，速度高。因此，單出桿液壓缸常用于一個(gè)方向有較大負(fù)載但運(yùn)行速度較低，而另一個(gè)方向?yàn)榭蛰d快速退回運(yùn)動(dòng)的設(shè)備。單出桿液壓缸兩腔同時(shí)通入壓力油時(shí)，由于無(wú) 桿腔工作 面積比有桿腔工作面積大，對(duì)活塞 向右的推力大于向左的推力，故其向右移動(dòng)。液壓缸的這中連接稱(chēng)為差動(dòng)連接。差動(dòng)連接時(shí)，對(duì)活塞的推力F為 F=（A-A）p=Ap= 若活塞的速度為V，則無(wú)桿腔的進(jìn)油量為VA，有桿腔的出油量為VA，因而有下式 VA=QV+VA V= 抱緊機(jī)構(gòu)上的液壓缸在上下移動(dòng)時(shí)，只承受抱緊機(jī)構(gòu)的自重，其中抱桿的體積V，所以每一個(gè)抱桿的重量M=7850= 10.36kg，共八根抱桿，所以抱桿總重G，連桿體積V=0.00193m,因此，連桿總重M=7850，所以兩根連桿總重G=302N。與連桿和抱桿連接的輔助裝置體積V=0.00061m,兩個(gè)輔助裝置總重G=104N以此算出各個(gè)零件的重量，最后得到抱緊機(jī)構(gòu)的總重G=1236N，因此設(shè)計(jì)液壓缸的推力以極限值1500N來(lái)設(shè)計(jì)。 （二）液壓缸壓力計(jì)算 由于液壓傳動(dòng)的用途不同，系統(tǒng)所需要的壓力也不相同。為了便于液壓元件的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和使用將壓力分為幾個(gè)等級(jí)，如下表： 壓力等級(jí) 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 壓力（MP） >2.5-8 >8-16 >16-32 >32 根據(jù)抱緊機(jī)構(gòu)的自重，液壓缸推力按極限值1500N計(jì)算，無(wú)桿腔選用低壓壓力油，取p=1MP，因此根據(jù)公式 F=Ap= 計(jì)算得D 有桿腔選用低壓壓力油取P=1.5MP根據(jù)公式 F=Ap= 計(jì)算得d 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)需要，可以選取D=45mm，d=25mm來(lái)設(shè)計(jì)液壓缸桿。 2.4.4 起重機(jī)構(gòu)建模 （一）零件建模 （1）建立模型1如圖16 圖16 模型1 （2）建立模型2如圖17 圖17 模型2 （3）建立模型3如圖18 圖18 模型3 （5） 建立模型4如圖19 圖19 模型4 （6） 建立模型5如圖20 圖20 模型5 （7） 建立模型6如圖21 圖21 模型6 （8） 建立模型7如圖22 圖22 模型7 （9） 建立模型8如圖23 圖23 模型8 （10） 建立模型9如圖24 圖24 模型9 （11）將各個(gè)模型進(jìn)行裝配如圖25 圖25 裝配總圖 （二）起重機(jī)構(gòu)分析 （1）在裝配總圖中，依次從左到右將各個(gè)液壓缸編號(hào)為1、2、3、4?，F(xiàn)將各個(gè)液壓缸在該執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的作用說(shuō)明如下： l 一號(hào)液壓缸在抱緊機(jī)構(gòu)上，主要是用來(lái)控制抱桿的張合運(yùn)動(dòng)即抱緊與松開(kāi)作用。 l 二號(hào)液壓缸在次起重臂上，它的主要作用是控制抱緊機(jī)構(gòu)保持垂直 l 三號(hào)液壓缸在主起重臂上，它的主要作用是帶動(dòng)次起重臂轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而起到提升物件的作用。 l 四號(hào)液壓缸與機(jī)座鉸接，它的作用是帶動(dòng)主起重臂轉(zhuǎn)動(dòng)，從而將所吊物件提升的更高。 （2起吊物件的最終高度是由3號(hào)液壓缸和四號(hào)液壓缸的行程共同決定。當(dāng)三號(hào)液壓缸的行程為0，四號(hào)液壓缸的行程達(dá)到最大時(shí)，起吊物件能達(dá)到最大提升值，當(dāng)三號(hào)液壓缸的行程達(dá)到最大，四號(hào)液壓缸的行程為0時(shí)，抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低高度。抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最高位置時(shí)如圖26 圖26 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最高位置 此時(shí)，抱緊機(jī)構(gòu)離機(jī)座距離為2900mm 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低位置時(shí)如圖27 圖27 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低位置 此時(shí)，抱緊機(jī)構(gòu)距離機(jī)座距離為-560mm 因此，抱緊機(jī)構(gòu)最低點(diǎn)的升降范圍在-560mm—2900mm之間，在設(shè)計(jì)參數(shù)要求起吊高度H=3m之內(nèi)。 （三）起重機(jī)構(gòu)上液壓缸行程及壓力計(jì)算 （1）各個(gè)液壓缸行程計(jì)算 首先計(jì)算液壓缸行程，4號(hào)液壓缸與機(jī)座連接，當(dāng)抱緊機(jī)構(gòu)從最低位置到最高位置時(shí)，4號(hào)液壓缸的行程剛好從0到最大位置，而三號(hào)液壓缸的行程剛好與四號(hào)液壓缸相反，3號(hào)液壓缸的行程是從最大到0，2號(hào)液壓缸和4號(hào)液壓缸相同，也是從0到最大行程。 通過(guò)三維軟件建模進(jìn)行分析，很容易得到4號(hào)液壓缸的行程為0—200mm，三號(hào)液壓缸行程為0—275mm，2號(hào)液壓缸行程為0—280mm。其中各個(gè)液壓缸中推桿的長(zhǎng)度都以實(shí)際建模的長(zhǎng)度為準(zhǔn)，各個(gè)液壓缸的安裝位置和長(zhǎng)度均以實(shí)際建模長(zhǎng)度為標(biāo)準(zhǔn)。 （2）各個(gè)液壓缸的壓力計(jì)算 1）首先，計(jì)算2號(hào)液壓缸的壓力，2號(hào)液壓缸的主要作用是保持抱緊機(jī)構(gòu)垂直于地面，限制抱緊機(jī)構(gòu)前后轉(zhuǎn)動(dòng)的自由度。所以，在抱緊機(jī)構(gòu)下降高度抱緊物件之前，2號(hào)液壓缸的有桿腔進(jìn)壓力油，無(wú)桿腔回油，保持抱緊機(jī)構(gòu)垂直于地面。此時(shí)液壓缸所承受的力比較小，只要能限制抱緊機(jī)構(gòu)的前后轉(zhuǎn)動(dòng)自由度就可以。因此無(wú)桿腔可以選用低壓壓力油取P=1MP，取F=1000N計(jì)算按公式 F=Ap= 可以計(jì)算得D 有桿腔選用壓力油P=1.5MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計(jì)算得d 因此，可以按D=35mm，d=20mm來(lái)設(shè)計(jì)液壓缸。 2）其次，計(jì)算3號(hào)液壓缸的壓力，三號(hào)液壓缸在起吊主臂上，其主要作用是提升抱緊機(jī)構(gòu)的高度。在起吊整個(gè)抱緊機(jī)構(gòu)時(shí)，三號(hào)液壓缸將承受，抱緊機(jī)構(gòu)的自重和所吊物件的重量。通過(guò)三維軟件可以測(cè)得并計(jì)算出抱緊機(jī)構(gòu)的總自重G，，但為了安全起見(jiàn)，在設(shè)計(jì)三號(hào)液壓缸時(shí)，按G=3000N設(shè)計(jì)液壓缸。其中次吊臂受力簡(jiǎn)圖如圖28 圖28 吊臂受力簡(jiǎn)圖 左端F大小等于抱緊機(jī)構(gòu)的自重與起吊物件的自重，F(xiàn)=8000N，F(xiàn)即為三號(hào)液壓缸的拉力。根據(jù)公式 FL=FL 其中，L=1500mm，L=510mm 因此，可以計(jì)算得F=23529.411N，所以計(jì)算三號(hào)液壓缸的拉力或者推力可以取F=24000N，無(wú)桿腔取中壓壓力油P=5MP進(jìn)行液壓缸的設(shè)計(jì)。根據(jù)公式 F=Ap= 可計(jì)算得D，有桿腔取中高壓力油P=10MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計(jì)算得d 因此可以根據(jù)D=80mm,d=55mm來(lái)設(shè)計(jì)三號(hào)液壓缸。 3）再次，計(jì)算四號(hào)液壓缸的壓力，四號(hào)液壓缸與機(jī)座相連，其受力簡(jiǎn)圖如圖29 圖29 四號(hào)液壓缸受力簡(jiǎn)圖 其中，四號(hào)液壓缸的受力情況不是恒定的，它隨著吊臂的旋轉(zhuǎn)角度不同，所受的力也在不斷變化。為了保證液壓缸有足夠的推力，現(xiàn)取液壓缸受最大力的位置進(jìn)行計(jì)算，其所受最大力的位置應(yīng)該與吊臂垂直，根據(jù)公式： F+F=F F（L+L）—FL=0 其中，F(xiàn) 由上述兩個(gè)公式可以共同解得 F 以上計(jì)算得到的力沒(méi)有計(jì)算吊臂自身的重量，因此計(jì)算四號(hào)液壓缸的最大推力以F=45000N計(jì)算 對(duì)于四號(hào)液壓缸無(wú)桿腔可選用中高壓力油P=9MP，根據(jù)公式 F=Ap= 計(jì)算得 對(duì)于有桿腔也選用中高壓力油Ｐ＝15MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計(jì)算得 由此，可以取，來(lái)設(shè)計(jì)四號(hào)液壓缸。 2.5 零件的校核 1、主懸臂梁的強(qiáng)度校核（圖3） 主懸臂梁將承受抱緊機(jī)構(gòu)的自重和所起吊的物件重量，其中抱緊機(jī)構(gòu)的自重計(jì)算如下。 1）如零件圖30 圖30 其體積V，計(jì)算得 2)如零件圖31 圖31 其體積V，計(jì)算得 3）如零件圖32 圖32 其體積V，計(jì)算得 主要零件的質(zhì)量之和M=116.66kg，加上套筒等其他輔助零件的質(zhì)量，所以抱緊機(jī)構(gòu)的自重以M=130kg進(jìn)行校核，起吊物件質(zhì)量M最大為500kg,所以總質(zhì)量M=630kg,其重力G=6300N。 4）計(jì)算材料的抗彎截面系數(shù)W，按公式 經(jīng)計(jì)算得主懸臂梁的抗彎截面系數(shù)W= 5）計(jì)算主懸臂梁的彎矩 圖33 主懸臂梁受力圖 如圖33為主懸臂梁的受力簡(jiǎn)圖，根據(jù)力平衡原理列出下列計(jì)算式 F+F+2F=2F 其中，， 計(jì)算得=-， ，根據(jù)起受力圖求出C截面和D截面的剪力分別為 2400N， 其剪力圖如圖34 圖34 主懸臂梁剪力圖 其彎矩圖如圖35 圖35 主懸臂梁彎矩圖 其最大彎矩M=2400，因此 所以主懸臂梁能滿足強(qiáng)度要求。 2、兩邊掛桿強(qiáng)度校核（圖6） 1）其受力圖如圖36 圖36 掛桿受力簡(jiǎn)圖 其中，因此根據(jù)力平衡原理計(jì)算得 2）其剪力圖如圖37 圖37 掛桿剪力圖 其彎矩圖如圖38 圖38 掛桿彎矩圖 其最大彎矩M=1466=117.28N 掛桿的截面為圓柱形，因此其抗彎截面系數(shù)，經(jīng)計(jì)算得，根據(jù)公式 因此滿足其強(qiáng)度要求。 3、2號(hào)起吊臂強(qiáng)度校核（圖17） 1）其受力圖如圖39 圖39 起吊臂受力簡(jiǎn)圖 其中， 2）其剪力圖如圖40 圖40 吊臂剪力圖 3）其彎矩圖如圖41 圖41 吊臂彎矩圖 其最大彎矩，其抗彎截面 系數(shù)W=0.00047m因此根據(jù)公式 因此，吊臂滿足強(qiáng)度要求。 4、起重臂強(qiáng)度校核（圖19） 1）其受力圖如圖42 圖42 起重臂受力簡(jiǎn)圖 其中F=32000N，F(xiàn)=45000N，計(jì)算得 2）其剪力圖如圖43 圖43 起重臂剪力圖 3）其彎矩圖如圖44 圖44 起重臂彎矩圖 其中最大彎矩，其抗彎截面系數(shù)，根據(jù)公式 < 因此滿足強(qiáng)度要求。 3 液壓缸設(shè)計(jì)和計(jì)算 3.1液壓缸整體設(shè)計(jì) 液壓缸的設(shè)計(jì)是整個(gè)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容之一。由于液壓缸時(shí)液壓傳動(dòng)的執(zhí)行元件，它和主機(jī)機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系。對(duì)于不同的機(jī)械設(shè)備及其工作機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求，因此在設(shè)計(jì)液壓缸之前，必須對(duì)整個(gè)液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類(lèi)型，按負(fù)載情況、運(yùn)動(dòng)要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 1、液壓缸設(shè)計(jì)中應(yīng)注意的問(wèn)題 不同的液壓缸有不同的設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求。一般在設(shè)計(jì)液壓缸的結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題： 1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動(dòng)問(wèn)題和液壓缸排氣問(wèn)題。缸內(nèi)如無(wú)緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需要有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問(wèn)題。 3）根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式。但液壓缸只能一端定位。 4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 2、液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸的鋼筒內(nèi)徑D，是根據(jù)負(fù)載的大小和選定工作壓力，或者運(yùn)動(dòng)速度和輸入的流量，計(jì)算而得出。 （1）活塞桿直徑d，液壓缸活塞桿直徑d通常先滿足液壓缸速度或速度比的要求來(lái)選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，若速度比為，則 （2）液壓缸缸筒的長(zhǎng)度L，液壓缸的缸筒長(zhǎng)度L由最大工作行程長(zhǎng)度決定，缸筒的長(zhǎng)度一般最好不超過(guò)其內(nèi)徑的20倍。 （3）最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，當(dāng)活塞桿全部外伸時(shí)，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動(dòng)面中點(diǎn)的距離稱(chēng)為最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H。如果導(dǎo)向長(zhǎng)度過(guò)小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須保證有一最小導(dǎo)向長(zhǎng)度。對(duì)于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L(zhǎng)，缸筒直徑為D時(shí)，最小導(dǎo)向長(zhǎng)度為 其中，活塞的寬度一般取B=（0.6—1.0）D；導(dǎo)向套滑動(dòng)面的長(zhǎng)度A，在D<80mm時(shí)取A=（0.6—1.0）D，在D>80mm時(shí)取A=（0.6—1.0）d。為保證最小導(dǎo)向長(zhǎng)度，過(guò)分增大A和B都是不適宜的，必要時(shí)可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套。隔套長(zhǎng)度c由需要的最小導(dǎo)向長(zhǎng)度H決定，即 3、密封裝置 液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏（液壓缸一般不允許外泄并要求內(nèi)泄漏盡可能?。?。密封裝置設(shè)計(jì)好壞對(duì)于液壓缸的靜、動(dòng)態(tài)性能有著重要的影響。一般要求密封裝置應(yīng)具有良好的密封性，盡可能長(zhǎng)的壽命，制造簡(jiǎn)單，拆裝方便，成本低。液壓缸的密封主要指活塞、活塞桿處的動(dòng)密封和缸蓋處的靜密封。 4、緩沖裝置 當(dāng)液壓缸所驅(qū)動(dòng)的工作部件質(zhì)量較大，移動(dòng)速度較快時(shí)，由于具有的動(dòng)量大，致使在行程終了時(shí)，活塞與端蓋發(fā)生碰撞，造成液壓沖擊和噪聲，甚至嚴(yán)重影響工作精度和引起整個(gè)系統(tǒng)及元件損壞，為此，在大型、高速或要求較高的液壓缸中往往要設(shè)置緩沖裝置。盡管液壓缸中的緩沖裝置結(jié)構(gòu)形式很多，但它的工作原理都是相同的，即當(dāng)活塞行程到終點(diǎn)而接近缸蓋時(shí)，增大液壓缸回油阻力，使回油腔中產(chǎn)生足夠大的緩沖壓力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊缸蓋。因此，緩沖機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)不僅需要考慮在較短的緩沖行程中吸收較大的動(dòng)能。而且緩沖腔壓力的變化比較平穩(wěn)，峰值壓力應(yīng)小于液壓缸的額定壓力的1.5倍。 5、排氣裝置 當(dāng)液壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間停止工作，系統(tǒng)中的油液由于本身重量的作用和其他原因而流出，這時(shí)使空氣進(jìn)入系統(tǒng)。如果液壓缸中有空氣或油液中混入空氣，都會(huì)使液壓缸運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)，因此一般的液壓系統(tǒng)在開(kāi)始工作前都應(yīng)使系統(tǒng)中的空氣排出。為此可在液壓缸的最高部位（那里往往是空氣聚積的地方）設(shè)置排氣裝置。排氣裝置通常有兩種，一種是在液壓缸的最高部位處開(kāi)排氣孔，并用管道連接排氣閥進(jìn)行排氣；另一種是在液壓缸的最高部位安放排氣塞。 3.2 強(qiáng)度校核 液壓缸的缸筒壁厚、活塞桿直徑和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （1）缸筒壁厚校核，液壓缸缸筒壁厚校核時(shí)分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時(shí)為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核 式中，D為缸筒內(nèi)徑；p為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力時(shí)取，當(dāng)時(shí)??；為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。 當(dāng)時(shí)，壁厚按下式進(jìn)行校核 在使用上述倆式進(jìn)行校核時(shí)，若液壓缸缸筒與 缸蓋采用半環(huán)連接，應(yīng)該取缸筒壁厚最小處的值。 （2）活塞桿直徑校核，活塞桿直徑 d校核按下式進(jìn)行 式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，。 （3）液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核，液壓缸缸蓋固定 螺栓在工作過(guò)程中同時(shí)承受拉應(yīng)力和扭應(yīng)力，其螺栓直徑可按下式校核 式中，F(xiàn)為液壓缸負(fù)載；z為固定螺栓個(gè)數(shù)；k為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12-1.5；，為材料的屈服點(diǎn)。 現(xiàn)對(duì)四號(hào)液壓缸做出以下校核： 1、液壓缸壁厚校核 四號(hào)液壓缸的額定壓力，因此取，缸體材料多數(shù)采用高強(qiáng)度鑄鐵，當(dāng)壓力超過(guò)8時(shí)采用無(wú)縫鋼管，通常采用35鋼和45鋼，因此，缸體選用45鋼。45鋼的抗拉強(qiáng)度600MPa，屈服強(qiáng)度為355MPa，伸長(zhǎng)率16%，斷面收縮率 為40%。，所以按以下公式進(jìn)行校核。 經(jīng)計(jì)算得，因此滿足強(qiáng)度要求。 2、活塞桿直徑校核 活塞桿直徑一般采用35和45鋼，因此選用材料45鋼，按下式進(jìn)行校核 經(jīng)計(jì)算得，因此能滿足強(qiáng)度要求。 3、液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核 螺栓材料選用45鋼，螺紋擰緊系數(shù)取1.2，根據(jù)公式 經(jīng)計(jì)算得，因此能滿足強(qiáng)度要求。 總結(jié)與體會(huì) 通過(guò)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在老師和同學(xué)的幫助下，我終于將畢業(yè)設(shè)計(jì)完成。在此，首先向他們說(shuō)聲感謝。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目為自定，我們的導(dǎo)師并沒(méi)有強(qiáng)制性給我們題目。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)歷時(shí)3個(gè)多月，是對(duì)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)的一次綜合考核。也是對(duì)即將踏上工作崗位的我們進(jìn)行了一次很測(cè)底的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，為即將上崗的我們打下了良好的基礎(chǔ)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)所用知識(shí)基本囊括大學(xué)四年的知識(shí)，其中包括機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、液壓與氣壓傳動(dòng)、工程材料等學(xué)科知識(shí)。通過(guò)此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我不僅又重新溫習(xí)了一邊以前所學(xué)的知識(shí)，而且還將以前上課時(shí)遺留下的一些不懂的知識(shí)點(diǎn)都重新將其弄懂，并進(jìn)一步將知識(shí)加強(qiáng)鞏固。此次，此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是小型吊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，這其中主要運(yùn)用機(jī)械原理和液壓知識(shí)為主，在零件設(shè)計(jì)時(shí)，又以機(jī)械設(shè)計(jì)制造為主。 在做這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的全過(guò)程中，有喜有憂，當(dāng)遇到很難解決的問(wèn)題時(shí)，有很多煩惱，根本不想繼續(xù)做下去，或者亂做。但最終自己還是靜下心來(lái)，通過(guò)老師和同學(xué)的幫助，這些難題并一一解決。而當(dāng)我每解決一個(gè)自己認(rèn)為是難題時(shí)，那種興奮又會(huì)不言而喻。事實(shí)上，依我看，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅是檢驗(yàn)我們大學(xué)四年所學(xué)知識(shí)，更是培養(yǎng)我們獨(dú)立解決難題的那種耐心和感覺(jué)，對(duì)待難題或難事不會(huì)輕易退縮，而是勇敢迎上去克服它，解決它，因此此次畢業(yè)設(shè)計(jì)我相信只要每個(gè)都認(rèn)真做了的同學(xué)都會(huì)有非常大的收獲。由于我自己學(xué)識(shí)水平有限，設(shè)計(jì)中難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師同學(xué)批評(píng)指正。 致謝詞 我在西華大學(xué)機(jī)械工程與自動(dòng)化學(xué)院的老師秦小嶼秦老師的指導(dǎo)下完成了此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，在這期間秦老師總是很有耐心的指導(dǎo)我。有時(shí)我所遇到的問(wèn)題很難弄懂，他就一遍一遍的重復(fù)的給我講，令我內(nèi)心非常的感動(dòng)。在最開(kāi)始做畢業(yè)設(shè)計(jì)的時(shí)候，我比較茫然，根本不知道從哪個(gè)方面下手，秦老師不僅給我指出了設(shè)計(jì)方向而且給我規(guī)劃出了設(shè)計(jì)路線，可以說(shuō)，沒(méi)有秦老師的幫助，我根本無(wú)法完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這里，真誠(chéng)的向秦老師說(shuō)聲感謝，您幸苦了！另外，在做畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我身邊的同學(xué)也為了我很大的幫助，比如我們寢室的同學(xué)，他們?cè)谖依L圖時(shí)發(fā)現(xiàn)我的點(diǎn)滴問(wèn)題時(shí)總會(huì)及時(shí)向我提出，我才會(huì)得到及時(shí)的改正，否則在后期改正起來(lái)將會(huì)非常麻煩，在此也真誠(chéng)的想他們說(shuō)聲感謝。 最后，再一次向秦老師以及我身邊的同學(xué)說(shuō)一聲感謝！ 【參考文獻(xiàn)】 [1] 劉朝儒等.機(jī)械制圖（第五版）北京：高等教育出版社.2006.12 [2] 孫桓等.機(jī)械原理（第七版）北京：高等教育出版社.2006.5 [3] 濮良貴等.機(jī)械設(shè)計(jì)（第八版）北京：高等教育出版社.2006.5 [4] 左健民.液壓與氣壓傳動(dòng)（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版.2009.6 [5] 鄧志平.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）成都：西南交通大學(xué)出版.2008.8 [6] 劉鴻文.簡(jiǎn)明材料力學(xué)（第二版）北京：高等教育出版.2008.6 [7] 黃志昌.液壓與氣動(dòng)技術(shù) 北京：電子工業(yè)出版.2006.8 [8] 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