臂行式悬臂起重机结构设计与分析

1、更多相关文档资源请访问/lzj781219完整CAD设计文件以及仿真建模文件，资料请联系68661508索要毕业设计说明书臂行式悬臂起重机结构设计与分析学生姓名： 学号： 学 院： 系 名： 机械工程与自动化系 专 业： 机械设计制造及其自动化 指导教师： 年 6月壁行式悬臂起重机结构设计与分析摘 要壁行式起重机是一种新型物料吊运设备。该机运行于3条轨道上，安装于厂房的立柱支撑上，沿着道轨可做纵向运动，同时电动葫芦又可完成沿悬臂的横向运动以及垂直方向的起吊。另外壁行式起重机具有独立的行走轨道，行走在常规桥式起重机之下，它不同于常规的工作岗位旋臂吊，可以同时服务于多个工作岗位，极大的扩展了作业范

2、围，更为有效的利用了厂房空间，对大跨径厂房提供合适的起重机工作区域，使用效果更加理想。适用于库房，码头，货物作短距离搬运装卸之用，为钢结构厂房或生产流水线提供理想的起重机械，使用安全可靠，转动灵活，从而减轻工人的作业强度，提高生产率。本文主要是设计一小型的在工厂车间里运行的壁行式起重机，设计的主要内容包括该设备的主梁设计，大车运行机构的设计和电动葫芦小车设计。主梁的设计主要包括机构设计、受力计算分析、连接结构的受力分析，大车运行机构的设计主要包括大车运行机构的选择和大车运行时的受力计算。设计的主要目的是为了更有效的提高该类型起重机的实用性、可靠性。 关键词：壁行式起重机，主梁设计，大车运行机构

3、 Arm line-like cantilever craneABSTRACTCranes line the wall is a new type of material lifting equipment. It runs on there tracks, installed in the column to support the plant, along the Road-rail movement can be vertical, electric hoist can be completed at the same time along the horizontal movement

4、 of the cantilever and the vertical lifting. Cranes line the other wall has a separate walking track, walking under the bridge crane in the conventional, it is different from the conventional hoist Arm jobs can be served on a number of jobs at the same time, greatly expand the scope of the operation

5、, more effective use of factory space, for long-span factory buildings provide a suitable working area of the crane, the use of the effect even better. Apply to the Treasury, docks, cargo loading and unloading for short-distance transportation purposes, for the steel plant or production line provide

6、s an ideal lifting machinery, the use of safe, reliable, flexible rotation, so as to reduce the operating strength of workers, increase productivity. This paper is to design a small workshop in the factory wall line running cranes, including the design of the main contents of the main beam of the de

7、vice design, cart design and operation of institutions designed electric hoist trolley. Main beam is designed for use mainly include mechanical design, analysis of the force to connect the structure of mechanical analysis, carts are primarily designed to run institutions, including the choice of car

8、ts run institutions and carts of run-time calculation. The main purpose of the design of more effective to improve the usefulness of this type of crane, reliability.Key words: wall line crane，main beam design，carts run institutions目 录1 绪 论1.1 起重机的发展现状和趋势-11.2 壁行式起重机的介绍和应用领域-31.3 主要研究内容、研究思路及方案-41.3.

9、1 主要研究内容、研究思路-41.3.2 采用的设计思路和设计方案-52 壁行式起重机总体结构设计2.1 壁行式起重机总体设计-62.1.1 大车轮距的确定-62.1.2 悬臂梁选用类型和尺寸的确定-62.1.3 端梁尺寸的确定-82.2 主梁（悬臂梁）的受力计算-82.2.1 主梁的弯矩计算-92.2.2 对于悬臂梁的强度校核-102.2.3 悬臂梁稳定性分析-132.3 悬臂梁与端梁、（上）下端梁焊缝连接计算-142.3.1 悬臂梁上翼缘板与斜板连接焊缝计算-152.3.2 端梁连接板焊缝计算-162.3.3 下端梁连接板焊缝计算-193 螺栓连接、刚度和翘度的计算3.1 螺栓连接计算-2

10、03.2 刚度计算-263.2.1 悬臂梁垂直静挠度-263.2.2 悬臂梁水平惯性位移-273.2.3 起重机垂直动刚度-273.2.4 起重机水平动刚度-283.3 悬臂梁的翘度-284 三维建模4.1 三维模型展示-304.2 二维图展示-335 有限元分析5.1 有限元分析软件介绍-345.2 分析过程及结果-346 总结-39参考文献-40致 谢-411 绪 论1.1 起重机的发展现状和趋势（1）、重点产品大型化，高速化和专用化由于工业生产规模不断扩大，生产效率日益提高，以及产品生产过程中物料装卸搬运费用所占比例逐渐增加，促使大型或高速起重机的需求量不断增长，起重量越来越大，工作速度

11、越来越高，并对能耗和可靠性提出更高的要求。起重机已成为自动化生产流程中的重要环节。起重机不但要容易操作，容易维护，而且安全性要好，可靠性要高，要求具有优异的耐久性、无故障性、维修性和使用经济性。目前世界上最大的履带起重机起重量3000t，最大的桥式起重机起生日一1200t，集装箱岸连装卸桥小车的最大运行速度已达350m/min，堆垛起重机级最大运行速度240mmin，垃圾处理用起重机的起升速度达100mmin。（2）、系列产品模块化、组合化和标准化用模块化设计代替传统的整机设计方法，将起重机上功能基本相同的构件、部件和零件制成有多种用途，有相同联接要素和可互换的标准模块，通过不同模块的相互组合

12、，形成不同类型和规格的起重机。对起重机进行改进，只需针对某几个模块。设计新型起重机，只需选用不同模块重新进行组合。可使单件小批量生产的起重机改换成具有相当批量的模块生产，实现高效率的专业化生产，企业的生产组织也可由产品管理变为模块管理。达到改善整机性能，降低制造成本，提高通用化程度，用较少规格数的零部件组成多品种、多规格的系列产品，充分满足用户需求。目前，德国、英国、法国、美国和日本的著名起重机公司都已采用起重机模块化设计，并取得了显著的效益。德国德马格公司的标准起重机系列改用模块化设计后，比单件设计的设计费用下降12，生产成本下降45，经济效益十分可观。德国德马格公司还开发了一种KBK柔性组

13、合式悬挂起重机，起重机的钢结构由冷轧型轨组合而成，起重机运行线路可沿生产工艺流程任意布置，可有叉道、转弯、过跨、变轨距。所有部件都可实现大扎遏生产，再根据用户的不同需求和具体物料搬运路线在短时间内将各种部件组合搭配即成。这种起重机组合性非常好，操作方便，能充分利用空间，运行成本低。有手动、自动多种形式，还能组成悬挂系统、单梁悬挂起重机、双梁悬挂起重机、悬臂起重机、轻型门式起重机及手动堆垛起重机，甚至能组成大型自动化物料搬运系统。（3）、通用产品小型化、轻型化和多样化有相当批量的起重机是在通用的场合使用，工作并不很繁重。这类起重机批量大、用途广，考虑综合效益，要求起重机尽量降低外形高度，简化结构

14、，减小自重和轮压，也可命名整个建筑物高度下降，建筑结构轻型化，降低造价。因此电动葫芦桥式起重机和梁式起重机会有更快的发展，并将大部分取代中小吨位的一般用途桥式起重机。德国德马格公司经过几十年的开发和创新，已形成了一个轻型组合式的标准起重机系列。起重量180吨，工作级别A1A7，整个系列由工字形和箱型单梁、悬挂箱形单梁、角形小车箱形单梁和箱形双梁等多个品种组成。主梁与端梁相接以及起重小车的布置有多种型式，可适合不同建筑物及不同起吊高度的要求。根据用户需要每种规格起重机都有三种单速及三种双速供任意选择，还可以选用变频调速。操纵方式有地面手电门自行移动、手电门随小车移动、手电门固定、无线遥控、司机室

15、固定、司机室随小车移动、司机室自行移动等七种选择。大车及小车的供电有电缆小车导电、DVS系统两种方式。如此多的选择项，通过不同的组合，可搭配成百上千种起重机，充分满足用户不同的需求。这种起重机的另一最大优点是轻型化，自重轻、轮压轻、外形尺寸高度小，可大大降低厂房建筑物的建造成本，同时也可减小起重机的运行功率和运行成本。与通用产品相比较，起重量10t，跨度22.5m，通用双梁桥式起重机自重24t，起重机轨面以上高度1876mm，起重机宽度5980mm；德马格起重机的自重只有8.7t，重量轻了176，起重机轨面以上高度920mm，降低了104，起重机宽度2980mm，外形尺寸减少了100%。（4）

16、、产品性能自动化、智能化和数字化起重机的更新和发展，在很大程度上取决于电气传动与控制的改进。将机械技术和电子技术相结合，将先进的计算机技术、微电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术、模糊控制技术应用到机械的驱动和控制系统，实现起重机的自动化和智能化。大型高效起重机新一代电气控制装置已发展为全电子数字化控制系统。主要由全数字化控制驱动装置、可编程序控制器、故障诊断及数据管理系统、数字化操纵给定检测等设备组成。变压变频调速、射频数据通讯、故障自诊监控、吊具防摇的模糊控制、激光查找起吊物重心、近场感应防碰撞技术、现场总线、载波通讯及控制、无接触供电及三维条形码技术等将广泛得到应用。使起重机具有更

17、高的柔性，以适合多批次少批量的柔性生产模式，提高单机综合自动化水平。重点开发以微处理机为核心的高性能电气传动装置，使起重机具有优良的调速和静动特性，可进行操作的自动控制、自动显示与记录，起重机运行的自动保护与自动检测，特殊场合的远距离遥控等，以适应自动化生产的需要。1.2 壁行式起重机的介绍和应用领域 壁行式起重机运行于3条轨道上，安装于厂房的墙壁上或立式支撑上，沿着轨道可做横向运动，同时点动葫芦又可完成沿悬臂的横向运动以及垂直方向的起吊。简单介绍如下：1、壁行式起重机运用于大跨度厂房单边工作区域的使用。其运行轨道全部在墙壁或立柱上方，地面没有任何障碍，可以让客户更灵活地布置工作区域。 2、大

18、车运行标准速度为25mmin（无级变频），小车运行标准速度为：205mmin（双速变频）。 3、所有的壁行起重机除了标准双速起升速度外还有多种速度可供选择，也可选择变频控制起升，在起升高度方面也有多种选择，一般起升范围为3m到9m之间。 4、壁行起重机有多种控制方式：手电门、遥控器、手电门遥控器。以下我们对壁行式起重机的一种产品CXT系列壁行式起重机的结构来进行分析，介绍它的一些简单功能和它的优势。新一代革新产品CXT钢丝绳电动葫芦打破传统的设计，为物流业展现一个全新的解决方案。KCI科尼公司为CXT的更新改造申请了十多项研制专利。新颖的结构设计，稳定的速度控制和高性能电机使钢丝绳电动葫芦的技

19、术进入了一个崭新的时代。CXT钢丝绳电动葫芦性能优越，结构紧凑，尺寸更小，符合人体工学的设计，使装载更容易，更安全。无论是工业用起重机，单轨起重机，还是老式起重设备的改造，CXT钢丝绳电动葫芦的应用将为您的投资带来更丰厚的回报。（1）全新的CXT设计更加人性化 简便，有效的装载CXT钢丝绳电动葫芦运行平稳，定位快捷。小车运行中变频控制系统的应用有效地解决了装载物的摇摆。大直径卷筒设计大大减少了吊钩起吊时的水平位移，从而使准确装载和定位变得更加快捷方便。（2）紧凑型设计革命性设计理念使CXT具有轻巧的结构和卓越的性能，同时在最大程度上缩小了吊钩的运行极限距离，有效地提高了空间使用率，轻巧的结构使

20、设备的更新改造也变得轻而易举。（3）全新的CXT为您带来更多利益CXT钢丝绳电动葫芦的领先技术为您带来更多的利益。通过设备的更新改造从而大大的提高设备性能和生产率，同时也增加了安全性。（4）性能更优良起升电机在想当程度上决定起重机的性能和起重量。KCI科尼公司致力于开发高性能的起升电机，使其具有强劲的马力和良好的冷却特性。60%的接电持续率不但可以满足短时期内频繁使用的要求，同时也增加了可靠性。双速起升控制和变频运行控制机构有效地提高了生产率。（5）更安全、更可靠新型的CXT钢丝绳电动葫芦具有良好的安全性和可靠性。从设计选材到制造工艺都采用了最先进科技，尤其在频繁作业时更显其优越性。相对于传统

21、的设计，CXT的大直径卷筒设计成倍地延长了钢丝绳的寿命，使磨损程序达到最低。符合人体工学的吊钩和安全扣使装卸工作变得更加安全，快捷。CXT完美的传动制动系统大大提高了它的安全性和可靠性。高性能的制动器采用防尘设计，可自动调节，安全使用寿命超过100万次。CXT的传动齿轮加工精确，齿面经硬化，研磨处理，确保长期无故障运行。1.3 主要研究内容、研究思路及方案1.3.1 主要研究内容、研究思路壁行式起重机主要的组成部分有：电动葫芦、端梁、大车及小车、驱动电气及电控设备等结构组成。我们的设计内容是对它进行整体设计。研究内容包括：主要是选择和确定壁行式起重机的运行机构、起升机构的数据计算、梁的结构设计

22、和参数计算等。1、整体梁结构能满足承载要求,有足够的强度和刚度，能承受足够的弯矩。2、大车运行机构要紧凑，重量要轻；和上下轨道配合要平稳，避免端梁产生过大的倾覆力矩。1.3.2采用的设计思路和设计方案依据上面提出的设计要求，提出以下的设计方案：1、整体梁的结构设计整体梁结构主要是主梁和支撑架组成，主梁采用的是箱型梁的设计类型，主要焊接而成；支撑架主要是连接主梁和大车，用焊接的方式将其连接为一个整体。整体梁设计方案见图1.1所示。主梁的跨度L为8.7m，支撑架的高度为3m。支撑架用的是普通的立式的钢体结构，考虑到其要支撑的重量，在其顶部要固定在一运行轨道上。图1.1 大梁的结构设计简图依据课题设

23、计任务书，提出以上设计方案。通过对起重机的整体设计，应能达到预期的设计要求。使起重机在正常工作条件下，正常工作。2 壁行式起重机总体结构设计根据毕业设计任务书上的基本参数，查找起重机设计手册得到以下的相关BX型号壁行式起重机的参数。表2.1 BB型2t/8.7m壁行式起重机技术参数表级别 A5有效水平行程 7.4m起升重量 2t起重机运行速度 32m/min起升高度 7.5m电动葫芦运行速度 20/5m/min起升速度 5/0.8m/min大梁的跨度 8.7m2.1壁行式起重机总体设计 根据起重机设计手册的中起重机的一些主要机构的尺寸参数设计要求和计算公式得壁行式起重机的金属机构主要尺寸。2.

24、1.1大车轮距的确定根据参考文献其中的L为大梁的最大跨度L=8.7m=8700mm垂直滚轮轮距 （1.1） 实际取。根据参考文献上水平反滚轮轮距 （1.2） 实际取。下水平反滚轮轮 实际取2.1.2 悬臂梁选用类型和尺寸的确定查找桥式起重机设计及其计算一书，查得主梁的几种方案做比较。将表2.2中方案进行对比，根据课题中的要求起升重量是2t，跨度为8.7m。由于起重量和悬臂长都偏大，且壁行式起重机的主梁是悬臂梁，故宜选用箱形截面梁。表2.2 方案比较表方案号主梁类型适用类型和优缺点一架主梁它是一种用型钢连成三角架子连成的架子梁。依靠梁弯曲的外力作用下，杆内产生轴向的拉力和压力。优点：只要增加架子

25、的高度，就可以实现强度高，高负载的起升，而且它是架子组成，自重轻。缺点：体积太大，不适用于室内的安装。二箱型梁该梁主要是用薄钢板焊接而成的优化设计，中间是空心的，故自重轻，它能实现较大的跨度。因为它是闭合的截面设计，所以抗扭刚度大，而且起重结构可以设计的紧凑且美观。三单腹板梁较多的适用于小吨位和小跨度的起重机上，由钢板焊接而成，截面为开字形，扭转刚度小，易于大车车轮通轨道良好的接触，改善大车运行性能。但是 因为它是开字形式截面，所以容易发生侧向屈曲，需要核实抗侧屈曲的安全性。根据参考文献悬臂梁根部截面的理论高度为： （1.3） 根据参考文献悬臂梁两腹板外侧间距为： （1.4） 根据参考文献第三

26、章第3小节悬臂梁翼缘板宽度受钢丝绳电动葫芦尺寸的限制，故取=410mm，考虑到箱形梁内部焊接的要求，两腹板外侧间距取为；按箱形梁整体稳定性条件，实际取，这样选定的悬臂梁截面尺寸偏小，只能采用较厚的翼缘和腹板才能满足强度要求，故选取翼缘板厚度分别为上翼缘板厚度为12mm、下翼缘板厚度为16mm、腹板厚度为6mm。2.1.3 端梁尺寸的确定根据参考文献端梁理论高度为 （1.5） 根据参考文献第四章第二小节实际取，考虑到垂直大车轮安装尺寸，端梁总宽取端梁两腹板外侧间距为182mm。由于端梁受较大载荷，为满足强度要求。上端梁理论高度为，实际取，考虑到水平大车轮安装尺寸，上端梁总宽取，上端梁两腹板往外侧

27、间距为218mm,由于上端梁受较大载荷，为满足强度要求，选取较厚翼缘板和腹板，翼缘板厚度为16mm、腹板厚度为14mm。下端梁与上端梁由于受到的载荷基本相同，故取相同尺寸，下端梁总宽 ，两腹板外侧间距为218mm、翼缘板厚度为16mm、腹板厚度为14mm。悬臂梁与端梁连接采用焊缝连接，并尽量采用自动焊。2.2主梁（悬臂梁）的受力计算在梁的计算当中，载荷种类主要有垂直载荷、水平载荷和风载。现在对主梁的受力进行计算。主梁的垂直载荷和受力的计算分析：根据参考文献悬臂梁自重载荷为 （1.6） 根据参考文献葫芦小车集中载荷为 （1.7） 起重质量（kg） ； 葫芦小车质量（kg）。根据参考文献表4.2动

28、力效应系数为： 起升冲击系数；起升载荷动载系数， （1.8） 起升速度（m/s） 运行冲击系数 （h=1mm）起重机运行速度（m/s）h轨道连接焊缝处两轨道面的高度差，2.2.1 主梁的弯矩计算当葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，悬臂梁根部受到最大弯矩，按悬臂梁计算，如图2.1所示： 图2.1 葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时悬臂梁受力和弯矩图根据参考文献悬臂梁根部的弯矩为 =根据参考文献悬臂梁根部的剪切力 当葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，悬臂梁根部受到最小弯矩，按悬臂梁计算，如图2.2所示 图2.2 葫芦小车位于悬臂梁根部极限位置时悬臂梁的受力和弯矩图根据参考文献悬臂梁根部的弯矩为 根据

29、参考文献悬臂梁根部的剪切力为 2.2.2对于悬臂梁的强度校核根据根据参考文献对于悬臂梁的强度校核需要计算悬臂梁根部截面危险点、点的强度。：当小车位于端部时，梁的根部截面最远的点，：当小车位于根部极限时，梁根部截面腹板边缘的点，：当小车位于根部极限时，梁根部截面轮压作用的点，：悬臂梁截面危险点的组合应力点。：当葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，悬臂梁根部截面最远角点的应力根据参考文献垂直弯矩产生的应力为根据根据参考文献水平弯矩产生的应力为根据参考文献悬臂梁根部截面危险点的组合应力为按载荷组合计算许用应力，查阅起重机设计手册查得安全系数 根据参考文献校核拉伸、压缩、弯曲许用应力为根据参考文献剪切应

30、力为故 ，满足强度要求。：当葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，悬臂梁根部截面腹板边缘的应力根据参考文献垂直弯矩产生的应力为根据参考文献水平弯矩产生的应力为根据参考文献悬臂梁根部垂直切应力为为主梁腹板高度， 为主梁腹板厚度 ；根据参考文献所以 根据参考文献由以上的数据得悬臂梁根部截面危险点的组合应力为所以 ，满足强度要求。：当葫芦小车位于悬臂梁根部极限位置时，悬臂梁根部截面轮压作用点翼缘板的弯曲应力根据参考文献垂直弯矩产生的应力为 根据参考文献水平弯矩产生的应力为：轮压作用下翼缘板的局部弯曲应力，根据参考文献葫芦小车最大轮压为：葫芦小车的集中载荷K不均匀系数N轮子的个数根据根据参考文献，取不均匀

31、系数为K=1.45,根据，查得计算系数：，。轮压作用点 ：根据参考文献横向应力: 根据参考文献纵向应力: 翼缘板外边缘：式中，t为下翼缘板厚度。悬臂梁根部截面危险点的组合应力为所以 ，满足强度要求。悬臂梁根部截面危险点的组合应力为：所以 ，满足强度要求。2.2.3 悬臂梁稳定性分析大梁的整体稳定性分析：根据参考文献悬臂梁高宽比，满足要求，不需验算整体稳定性。局部稳定性分析：悬臂梁受压翼缘外伸部分不失稳的极限宽厚比为悬臂梁两腹板之间的受压翼缘板不失稳的极限宽厚比为悬臂梁腹板不失稳的极限宽厚比为 两腹板内侧间距下翼缘板厚下翼缘外伸净宽度腹板高度腹板厚度根据以上数据得局部稳定性满足要求，不需验算局部

32、稳定性，只需设置横向隔板，间距为a=1.4m2=1.48m,隔板中间不需要开孔，隔板厚度为6mm。2.3 悬臂梁与端梁、（上）下端梁焊缝连接计算根据参考文献悬臂梁与端梁支承立柱的连接，采用贴角焊缝连接，焊缝厚度悬臂梁与端梁支承立柱的焊缝连接简图如图2.3所示：图2.3悬臂梁与端梁支承立柱的焊缝连接简图悬臂梁与端梁支承立柱的连接处贴角焊缝承受垂直弯矩和水平弯矩作用，当满载葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，连接处贴角焊缝承受最大垂直弯矩和水平弯矩作用连接处贴角焊缝承受最大垂直弯矩 =连接处贴角焊缝承受最大水平弯矩：在最大垂直弯矩和水平弯矩作用下，与焊缝连接的悬臂梁下翼缘板所受的力为： +=+= 由

33、于悬臂梁与端梁支承立柱的连接是悬臂梁下翼缘板与立柱贴角焊缝连接，故在最大弯矩作用下，下翼缘板的最大承载能力可按翼缘板承受的轴向力计算悬臂梁下翼缘板的截面积，所以 根据参考文献下翼缘板与立柱采用四周围焊，焊缝的焊脚尺寸，下翼缘板焊缝承载剪力应等于，则焊缝剪切应力为：查得金属材料学得材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为，故 ，焊缝满足强度要求。2.3.1悬臂梁上翼缘板与斜板连接焊缝计算由于上翼缘板与斜板焊缝连接同样承受最大垂直弯矩和水平弯矩作用，所以在最大垂直弯矩和水平弯矩作用下，与焊缝连接的悬臂梁上翼缘板所受的应力为： +=故在最大弯矩作用下，上翼缘板的最大承载能力可按翼缘板承受的轴向力计算悬臂梁

34、上翼缘板的截面积， 即 上翼缘板与斜板为单焊缝，焊缝的焊脚尺寸，上翼缘板焊缝承载剪力应等于，则焊缝剪切应力为：查得金属材料学得材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为故 ，焊缝满足强度要求。2.3.2端梁连接板焊缝计算由于端梁上翼缘板与连接板处受最大弯矩为：所以端梁上翼缘板与连接板处承受弯曲正应力为：故端梁上翼缘板与连接板处承受的轴向力为：端梁上翼缘板的截面积， 端梁上翼缘板与连接板处焊缝简图如图2.4所示：端图2.4 梁上翼缘板与连接板处焊缝简图上翼缘板与连接板为四周围焊缝，焊缝的焊脚尺寸，上翼缘板焊缝承载剪力应等于，则焊缝剪切应力为： 材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为故 ，焊缝满足强度要求。上

35、端梁连接分别有右连接板和下连接板，它们分别承受水平弯矩作用和垂直弯矩作用。右连接板与上端梁上翼缘板连接处承受的水平弯矩为 右连接板与上端梁上翼缘板连接处承受的弯曲正应力为： 则右连接板与上端梁上翼缘板承受的轴向力为：上端梁上翼缘板的截面积， 右连接板焊缝为四周围焊缝，如图2.5所示 图2.5右连接板焊缝简图由于右连接板焊缝承载的剪切力应等于故右连接板焊缝的剪应力为材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为故 ，焊缝满足强度要求。下连接板与上端梁腹板连接处承受的垂直弯矩为下连接板与上端梁腹板连接处承受的弯曲正应力为则下连接板与上端梁腹板承受的轴向力为：上端梁腹板的截面积，下连接板焊缝为四周围焊缝，如图2

36、.6所示 图2.6下连接板焊缝简图由于下连接板焊缝承载的剪切力应等于故下连接板焊缝的剪应力为材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为故 ，焊缝满足强度要求。2.3.3下端梁连接板焊缝计算下端梁连接板分别有左连接板和上连接板，由于左连接板焊缝与上连接焊缝共用一条焊缝，而且上连接板主要受轴力，故只计算上连接板焊缝【21】。上连接板所受轴向力： 上连接板焊缝简图如2.7所示图2.7上连接板焊缝简图上连接板焊缝所受剪应力为 材料,贴角焊缝时，焊缝的许用应力为故 ，焊缝满足强度要求。3 螺栓连接、刚度和翘度的计算3.1 螺栓连接计算由于上端梁与悬臂梁连接处螺栓只受拉力，故上端梁与悬臂梁连接采用普通螺栓连接，上

37、端梁螺栓连接简图如图4.1所示图3.1上端梁螺栓连接简图上端梁的右连接板螺栓连接分布简图如图4.2所示，由于螺栓只受拉力，故只计算螺栓连接的抗拉承载力图3.2 右连接板螺栓连接分布简图由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，根据参考文献螺栓的拉伸许用应力 （3.1）根据参考文献右连接板单个螺栓所承受的拉力为 （3.2）根据参考文献右连接板单个螺栓的许用拉力为 （3.3）故 ，普通螺栓满足要求。上端梁的下连接板螺栓连接分布简图如图4.3所示，由于螺栓只受拉力，故只计算螺栓连接的抗拉承载力。 图3.3 下连接板螺栓连接分布简图由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹

38、小径，螺栓杆径，根据参考文献螺栓的拉伸许用应力。 （3.4）下连接板单个螺栓所承受的拉力为下连接板单个螺栓的许用拉力为故 ，普通螺栓满足要求。由于下端梁与立柱连接处螺栓只受拉力，故下端梁与立柱连接采用普通螺栓连接，下端梁螺栓连接简图如图3.4所示 图3.4 下端梁螺栓连接简图下端梁的左连接板螺栓连接分布简图如图3.5所示，由于螺栓只受拉力，故只计算螺栓连接的抗拉承载力。 图3.5左连接板螺栓连接分布简图由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，螺栓的拉伸许用应力。左连接板单个螺栓所承受的拉力为左连接板单个螺栓的许用拉力为故 ，普通螺栓满足要求。下端梁的上连接板螺栓连接分布

39、简图如图3.6所示，由于螺栓只受拉力，故只计算螺栓连接的抗拉承载力。图3.6上连接板螺栓连接分布简图由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，螺栓的拉伸许用应。上连接板单个螺栓所承受的拉力为上连接板单个螺栓的许用拉力为故 ，普通螺栓满足要求。由于端梁与立柱连接处螺栓只受拉力，故端梁与立柱连接采用普通螺栓连接，端梁螺栓连接分布简图如图4.7所示图3.7端梁连接板螺栓连接分布简图由于端梁与立柱连接处螺栓只受拉力，故只计算螺栓连接的抗拉承载力。由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，螺栓的拉伸许用应力。上连接板单个螺栓所承受的拉力为上连接板单个螺栓的许用

40、拉力为故 ，普通螺栓满足要求。支承管与悬臂梁螺栓连接受轴向力，采用普通螺栓,支承管与悬臂梁螺栓连简图如图3.8所示 图3.8支承管与悬臂梁螺栓连接简图 由于连接处悬臂梁弯矩作用，故连接板受轴向力作用支承管与悬臂梁连接处弯矩为 =125127 支承管与悬臂梁连接处上翼缘板应力为支承管与悬臂梁连接处连接板所受轴向力A悬臂梁上翼缘板截面积 图3.9支承管与悬臂梁上连接板螺栓分布简图图3.10支图承管与悬臂梁下连接板螺栓分布简图由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，螺栓的剪切许用应力:。 连接板单个螺栓所承受的剪切力为连接板单个螺栓的许用剪切力为故 ，普通螺栓满足要求。图3.

41、11支承管与上端梁螺栓连接简图图3.12支承管与上端梁螺栓连接分布简图支承管与上端梁螺栓连接受拉力，支承管与上端梁螺栓连接简图如图3.11和图3.12所示由于有两根支承管与上端梁螺栓连接，故两个连接板螺栓群受的拉力为N=147307，每个连接板螺栓群受拉力为 由于采用普通螺栓连接，材料为Q235，故螺栓螺纹小径，螺栓杆径，螺栓的拉伸许用应力。连接板单个螺栓所承受的拉力为连接板单个螺栓的许用拉力为故 ，普通螺栓满足要求。3.2 刚度计算3.2.1 悬臂梁垂直静挠度根据参考文献满载葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，产生的静挠度为 （3.9） =悬臂梁垂直静挠度,满足设计要求。3.2.2悬臂梁水平惯

42、性位移根据参考文献满载葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时，大车运行、制动产生的悬臂梁端部惯性位移，按水平悬臂梁计算 = （3.10）悬臂梁水平惯性位移,满足设计要求。3.2.3 起重机垂直动刚度根据参考文献起重机垂直刚度，以满载葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时的垂直自振频率来表征起重量葫芦小车质量吊具质量悬臂梁端部换算质量为 起升质量 起升载荷 起升钢丝绳滑轮组的最大下放长度为根据参考文献悬臂梁端部静位移为 （3.11）根据参考文献起升钢丝绳滑轮组的静伸长为 （3.12）根据参考文献结构质量影响系数为 （3.13）根据参考文献悬臂梁端部的垂直自振频率为 （3.14）悬臂梁端部的垂直自振频率，满足

43、设计要求。3.2.4起重机水平动刚度起重机水平动刚度以物品高位悬挂、满载葫芦小车位于悬臂梁端部极限位置时的水平自振频率来表征悬臂梁端部换算质量为:根据参考文献悬臂梁端部在单位水平力作用下产生的水平位移为 （3.15）根据参考文献悬臂梁起重机的水平自振频率为: （3.16）悬臂梁端部的水平自振频率，满足设计要求。3.3 悬臂梁的翘度 根据参考文献悬臂梁的标准翘度值为 （3.17） 考虑制造因素，实际取悬臂梁的翘度值，悬臂梁端部一边按抛物线，设置翘度，如图3.13所示：图3.13 悬臂梁的翘度简图悬臂梁的点， 悬臂梁的点，悬臂梁的点，悬臂梁的点，悬臂梁的点，4 三维建模及二维图展示4.1 三维模型

44、展示（1）上端梁绘制先建立草图画出矩形长板，利用拉升凸台画出长方体，以矩形长板正面为平面创建草图，通过拉伸切除画出滑轮槽，通过镜像画出另两个滑轮槽。（如图4.1）图4.1上端梁（2）上端梁滚轮绘制建立草图，画出一个圆柱体，利用拉伸切除使中间通孔，然后以滚轮的底面为基准建立草图，与滚轮为同心圆，画出滚轮轴即可。最后画出滚轮，镜像出另两个滚轮。（如图4.2）图4.2上端梁滚轮（2）立梁的绘制 建立草图画出矩形长板，利用拉伸凸台画出一个长方体，然后以长方体正面为基准面建立草图，在左下角建立一个正方形，利用拉伸切除切去一个正方体，即为立梁。（如图4.3）图4.3立梁6、悬臂梁建立草图画出一个长宽比例较

45、高的长方体，以长方体右面为基准面建立草图，做一个对角中心线重合的矩形，选择拉伸切除，即可做出中空的悬臂梁，然后再按要求画出一个较大的长方形，拉伸即可画出端盖。（如图4.4）图4.4悬臂梁8、总装图图4.5 装配图1图4.6 装配图2图4.7 装配图34.2 二维图展示1、装配图图示图4.8二维总装图5 有限元分析5.1有限元分析软件介绍Solid Works Simulation; 是一个与 Solid Works; 完全集成的设计分析系统。Solid Works Simulation 提供了单一屏幕解决方案来进行应力分析、频率分析、扭曲分析、热分析和优化分析。Solid Works Simu

46、lation 凭借着快速解算器的强有力支持，使得您能够使用个人计算机快速解决大型问题。Solid Works Simulation 提供了多种捆绑包，可满足您的分析需要。Solid Works Simulation 节省了搜索最佳设计所需的时间和精力，可大大缩短产品上市时间。Solid Works Simulation press 为 Solid Works 用户提供了一个容易使用的初步应力分析工具。Simulation press 通过在计算机上测试您的设计而取代昂贵并费时的实地测试可帮助您降低成本及上市时间。例如，您可能要检查向水龙头施加的力的效果。Simulation press 仿真设

47、计周期，并提供应力结果。它还会显示水龙头的临界区域以及各区域的安全级别。根据这些结果，您可以加强不安全区域，并去掉超安全标准设计区域的材料。 Simulation press 使用的仿真技术与 Solid Works Simulation用来进行应力分析的技术相同。Solid Works Simulation 的产品系列可提供更多的高级仿真功能。Simulation press 的向导界面采用了所有 Simulation 界面的内容，可一步步指导您指定夹具、载荷、材料，进行分析和查看结果。结果的准确度取决于夹具、载荷和材料属性。要使结果有效，指定的材料属性必须准确描述零件材料，夹具与载荷也必须

48、准确描述零件的工作条件。Simulation press 支持对单实体的分析。但它不支持装配体、多实体零件或曲面实体【18】。5.2分析过程及结果应用Simulation分析问题时，通常有3个基本步骤：1、前处理；2、求解；3、后处理。其中前处理包括：模型处理、定义分析类型、添加材料属性、施加载荷、网格划分。后处理主要是对结果进行分析。下面将逐一进行介绍【20】。 1、模型处理在分析之前，我们需要对模型进行相应的简化与处理，以满足网格划分的要求。这种修改包括特征消隐、理想化或清除等方法。利用这些处理可简化网格，保证网格顺利划分。 2、新建算例要生成算例，请右键单击Simulation Anal

49、ysis Manager树中的顶部图标，然后单击“算例”。按照名称、网格类型、分析类型和属性定义算例。图5.1建立新算例 3、添加材料属性在右击Simulation Analysis Manager树中“实体”/“壳体”中定义材料，打开对话框，可从Solid Works、Simulation材料库中选取，用户还可自定义图5.2添加属性材料 4、定义约束和载荷用户可通过“载荷与约束”添加所需的载荷与约束形式，Simulation提供了丰富的载荷与约束形式。图5.3定义约束和载荷 5、网格划分用户根据需要选择合适网格大小与精度，进行网格划分。图5.4网格划分 6、求解、后处理运行完成后，“结果“文件夹将出现应力、应变、位移图解，用户还可根据需要添加其他图解，如安全系数图解等【19】。（1）应力图图5.5应力图（2）位移图图5.6位移图（3）应变图图5.7应变图从以上仿真结果可以得出一下结论：悬梁臂在工作过程中的最大应力主要集中在悬梁臂和立梁的接触部位，较为集中，最大应力达到96.9MPa，在设计选用材料的许用应力范围内。形成原因可以归纳为工作过程中的垂直方向的压力作用的结果。悬臂起重机在工作过程中的最大变形主要集中在悬臂梁的根部，存在运动最大形变，均在材料的承受范围之内，所以本设计选用方案可行。6 总结我的设计题目是起升重量是2t，跨度为