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墙壁式旋臂起重机结构设计【带SolidWorks三维图】【6张CAD图纸+毕业论文+开题报告+外文翻译】

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关键词：: 墙壁式旋臂起重机结构设计 solidworks三维 cad图纸毕业论文开题报告墙壁式旋臂起重机外文翻译

资源描述：

墙壁式旋臂起重机结构设计

41页 11000字数+论文说明书+任务书+开题报告+SolidWorks三维+外文翻译+6张CAD图纸【详情如下】

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墙壁式旋臂起重机结构设计

摘要：墙壁式旋臂起重机是一种安装在墙壁上的起重设备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，在生产车间运用广泛。

本次课题首先进行墙壁式旋臂起重机结构形式选择，然后将所选择结构转化为力学模型进行受力分析，并选择零件材料，设计零件尺寸。设计计算完成后，运用SolidWorks对所选墙壁式旋臂起重机结构进行三维建模，分析内容包括起重机整体变形与其所受应力，在分析过程中对达不到设计要求的部位进行了改进，最终得到满足使用要求的起重机结构。

关键词：墙壁式旋臂起重机；结构设计；三维建模

Structure Design and Analysis of Wall Jib Crane

Abstract: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.

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. The analysis include the overall deformation of crane and it’s stress. Parts can’t up to the design requirements has been improved during the analysis. The crane structure is finally obtained.

Keywords: Wall jib crane； Structure design；3D model

摘要……………………………………I

Abstract………………………………II

目录……………………………………III

1 绪论 1

1.1 本课题研究背景及意义 1

1.2 墙壁式旋臂起重机 2

1.2.1墙壁式旋臂起重机简介 2

1.2.2 墙壁式旋臂起重机结构类型 2

1.3 本课题研究内容 3

2 墙壁式旋臂起重机结构设计计算 5

2.1整体受力分析 5

2.2零件具体尺寸设计 7

2.2.1 工字钢型号选择 7

2.2.2 计算各螺栓连接 8

2.2.3 确定拉杆的材料和尺寸 14

2.2.4确定各安装板的材料及尺寸 14

3 三维建模 19

3.1 建模总体方案 19

3.2零件建模过程 19

3.2.1 主梁建模过程 19

3.2.2 拉杆建模过程 21

3.2.3 安装板建模过程 23

3.3 螺栓螺母调用 27

3.4 装配体建模过程 28

4 二维工程图绘制 32

1.装配图绘制 32

2.零件工程图 33

5 总结 36

参考文献 37

致谢 38

1 绪论

1.1本课题研究背景及意义

墙壁式旋臂起重机属于中小型调运装备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，可以在三维空间内随意操作，在短距、密集型调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性，广泛用于各行业的不同场所。随着我国经济发展，制造业不断发展壮大，使得用于生产制造的设备需求量不断增多，在这些设备的生产过程中都必须要使用轻便快捷的起重设备，而墙壁式旋臂起重机正是为了适应这种生产需求而设计开发的，所以壁式起重机有着实际的工程需要，其结构随着生产实际的不断变化也需要不断优化，做进一步改进，使之更加适应生产需求，更加方便快捷，更具经济性。

我国在墙壁式旋臂起重机的结构设计方面已经有了一定的经验，无论是在设计计算方面还是在三维建模分析方面都有很多极具参考的文献和成果，虽然如此，但是随着我国制造业的发展，对墙壁式旋臂起重机的需求量增多的同时，对其质量和使用寿命也提出了更高的要求，而这些要求都必须从改善结构或改变材料入手，但是在结构设计方面，我国欠缺专业的结构分析软件及相关人才，相关产品从构思到设计、制造、调试至少需要几年的时间，而国内的新产品研发的周期很短，相对来说用于结构设计与调试的时间就更短，而对于起重机械来说结构的设计及相关的受力、稳定性及寿命计算分析是最重要的一个环节，而这也是我国在目前发展中需要改进的环节。其二，国内起重机在制造的水平上不能满足设计的需要，特别在细节精益设计方面和国外存在较大的差距。所以对墙壁式旋臂起重机的结构设计仍然是我国发展起重机必要的一部分，需要继续进行更好的研发。

本次以墙壁式旋臂起重机结构设计与分析作为毕业设计的课题，通过对起重机已有文献的学习及总结，在了解了起重机特别是壁式起重机设计现状、发展趋势、设计过程中所需注意问题及目前设计中所面临的问题之后，使我对起重机有了更深入的了解，此次设计能够结合以往他人对壁式起重机的设计，在起重机结构设计上进行更具体的设计分析计算。

5 总结

说明书第1章简单介绍了壁式起重机的相关知识，记述了我国壁式起重机的发展历程和前景，剖析了国产起重机发展过程中存在的问题，并指出设计改进起重机结构是壁式起重机发展关键。

第2章对起重机设计计算过程进行了详细介绍，特别是起重机的受力分析部分，将所运用的结构力学知识按步骤进行了说明；此外，还包含每个零件和标准件的尺寸计算和强度校核。

第3章阐述零件的建模过程，对每个零件的建模过程都做了详细介绍，该章侧重于零件的建模过程。

第4章对于装配体的装配过程和二维工程图的绘制只介绍了使用过的命令，具体的操作过程需要读者实际练习。

本文的特色在于，设计计算部分详细记述了受力分析及零件设计过程，包括其中所涉及的知识要点及参考文献；建模过程中对每个零件的建模过程都做了详细的介绍，对不了解SolidWorks软件的读者有很好的帮助。

但由于对起重机结构设计相关知识的掌握程度与个人学识能力有限，文章难免会有不足与疏漏之处，敬请谅解。

参考文献

[1]电动葫芦产品手册[Z].河北真牛起重设备有限公司.2014.

[2]郑荣跃.结构力学[M]. 北京：科学出版社.2012.06.

[3]吴宗泽，罗胜国，高志，李威.机械设计课程设计手册. 第四版.北京：高等教育出版社.2012.

[4]刘鸿文.材料力学[M]. 第五版.北京：高等教育出版社.2011.

[5]濮良贵.纪名刚.机械设计[M].第八版.北京：高等教育出版社.2006.

[6]王守岗.刘云峰.壁式悬臂起重机.中国专利：200920303201.3. 2010-07-21.

[7]杨文柱.起重吊装简易计算[M].北京：机械工业出版社.2007.

[8]张青.张瑞军.工程起重机结构与设计[M].北京：化学工业出版社.2008.

[9]张质文等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社.1997

[10]史凤兰.机械结构优化设计发展综述.中国科技信息，2010,22:129～134

[11]陈道南，盛汉中.起重机课程设计.北京：冶金工业出版社

[12]陈道南.周培德.起重运输机械. 北京：机械工业出版社

[13]罗俊尧,陈志梅,孟文俊. 基于遗传算法的三维起重机滑模控制方法研究[J]. 起重运输机械. 2011(09)

[14]仉传兴,肖汉斌. 桥式起重机金属结构剩余安全使用期限估算[J]. 起重运输机械. 2009(01)

[15]邢静忠,王永岗等编著.有限元基础与ANSYS入门[M]. 机械工业出版社, 2005

[16]杨家斌主编.实用五金手册[M]. 机械工业出版社, 2004

内容简介：: 任务书填写要求 1毕业设计任务书由指导教师根据各课题的具体情况填写，经学生所在系的负责人审查、签字后生效。此任务书应在毕业设计开始前一周内填好并发给学生； 2 任务书内容必须用黑笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，不得随便涂改或潦草书写，禁止打印在其它纸上后剪贴； 3 任务书内填写的内容，必须和学生毕业设计完成的情况相一致，若有变更，应当经过所在专业及系主管领导审批后方可重新填写； 4 任务书内有关“学院、系”、“专业”等名称的填写，应写中文全称，不能写数字代码。学生的“学号”要写全号（如 02011401不能只写最后 2 位或 1 位数字； 5 有关年月日等日期的填写，应当按照国标 7408 94数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“ 2004 年 3 月 15 日”或“ 2004 毕业设计任务书 1毕业设计课题的任务和要求：设计任务为了解墙壁式旋臂起重机结构设计与分析的结构，要求完成墙壁式旋臂起重机的结构设计计算，并对关键件进行三维建模，绘制关键件的二维图纸。 2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）： 1 掌握三维设计软件及分析软件的使用技术； 2 根据相关参数，熟悉墙壁式旋臂起重机的结构计算； 3 根据相应计算结果对墙壁式旋臂起重机进行三维建模； 4 绘出（或打印出）部分相关工程图； 5 撰写设计说明书： (1)设计合理，语句通顺，格式规范，图表正确，表述清晰； (2)打印成册。毕业设计任务书 3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等 )： 1 毕业设计开题报告一份； 2 毕业设计说明书一本，要求思路清晰，语句通顺，无错别字； 3 图纸一套，要求结构合理，表达正确、清晰。 4毕业设计课题工作进度计划：起迄日期工作内容 2016 年 2 月 29 日 3 月 21 日 3 月 22 日 4 月 19 日 4 月 20 日 5 月 18 日 5 月 18 日 5 月 28 日 5 月 28 日 6 月 5 日学习相关软件，查阅资料，撰写开题报告；熟悉开发环境，详细设计；撰写说明书；完成毕业初稿；学生所在系审查意见：同意下发任务书系主任： 2016 年 2 月 29 日毕业设计开题报告 1结合毕业设计情况，根据所查阅的文献资料，撰写 2000 字左右的文献综述：文献综述墙壁式旋臂起重机属于起重机的一个分类，由于起重机具有重量轻，轮压小的特点，新厂房空间可以设计的更小，功能更齐全。较小的厂房意味着初期建设投资，以及长期供热、空调及其他维护费中可以节省一笔可观的资金。图 1 墙壁式旋臂起重机通常起重机械由起升机构 (使物品上下运动 )、运行机构 (使起重机械移动 )、变幅机构和回转机构 (使物品作水平移动 )，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。在建桥工程中所用的起重机械，根据其构造和性能的不同，一般可分为轻小型起重设备、桥式类型起重机械和臂架类型起重机三大类。轻小型起重设备如：千斤顶、气动葫芦、电动葫芦、平衡葫芦（又名平衡吊）、卷扬机等。桥架类型起重机械如梁式起重机、龙门起重机等。臂架类型起重机如固定式回转起重机、塔式起重机、汽车起重机、轮胎起重机、履带起重机等。在一定范围内垂直提升和水平搬运重物的多动作起重机械。又称吊车。属于物料搬运机械。起重机的工作特点是做间歇性运动，即在一个工作循环中取料、运移、卸载等动作的相应机构是交替工作的。墙壁式旋臂起重机是与有操作简便、运行可靠、维修方便等特点。广泛适用于车间机床的上、下物料和工序间、生产线的工件吊运等场合。旋臂起重机在作业时，用手推动悬空的重物或拉环，实现起吊物体的移动。墙壁式旋臂吊其最大优点就是可以直接安装在墙面或立柱上，或者也可以安装在机器设备上，从而不需要占用任何地面空间，安装方式简便。如果作业场合壁柱可以利用，且吊运工作半径靠近壁柱，用户选用墙壁式旋臂起重机较为经济实惠。用户可在 2吨的范围内选择产品的起重量。随着近年来我国大型基础设施建设、能源行业、房地产行业、石化工业和造船工业等行业的快速发展，极大地带动了我国起重机等重型机械制造业的发展，以三一重工、中联重工、徐州重工、上海振华、大连重工、太原重工等优秀重型机械制造企业的崛起，我国起重机行业也正日益跻身世界起重机制造强国之列。国际起重机制造业已有几百年的发展历史，主要生产国为德国、美国、日本、法国、意大利等，世界顶级公司有 10多家，世界市场主要集中在北美、欧洲和亚洲。欧洲作为起重机的发源地，轮式起重机生产技术水平最高。最负盛名的生产企业有利勃海尔、德马克、森内博根、德国格鲁夫等 ;美国既是生产起重机的主要国家，又是最大的世界市场之一，年市场需求量达 600 亿美元，主要生产企业为马尼托瓦克公司，特点是技术较先进、性能较高、可靠性能高，产品主要销往美洲地区和亚太地区 ;日本从 70年代起成为工程起重机生产大国，其产品特点是技术水平、性能、可靠性仅次于欧美， 40%的产品用于出口至欧美市场，已成为国际上制造起重机的主要国家之一。 20世纪 80年代以来，我国在充分吸收国外先进起重机械技术的基础上，开始引进消化国外技术，实现起重机械产品及关键零部件的国产化成为技术发展主流。经过多年发展，中国起重机械企业已经有能力对现有技术进行自主创新，研发出符合国内、外市场需求的个性化工程机械和道路机械等应用领域的各类产品。到目前，我国起重机械行业的产品种类已超过 1000个，并不断有新的起重机械设备问世。前瞻产业研究院发布的中国起重机制造行业市场需求预测与转型升级分析报告数据显示： 2011年，中国起重机制造行业规模以上企业有 758家 ;现利润总额产规模为中，产品销售利润和利润总额的增速均超过 30%，行业经营状况较好。我国作为世界重要的起重机制造产地，每年还向外出口大量的起重机设备。据中国海关的数据显示， 2011年，我国起重机制造行业进出口总额为同比增长其中，出口额为比增长实现贸易顺差上年增长。近年来，在国内基础工业和基础建设大发展的拉动下，能源、房地产、石化工业、仓储物流、造船工业、冶金行业、机械加工、航空工业和集装箱等行业发展迅速，带动我国起重机制造业快速发展，涌现出三一、中联、徐工、振华重工、大连重工、太原重工等一批优秀的起重机制造企业。数据显示， 2011 年，我国起重机制造企业年产值超过 100亿的有 7家，分别为三一重工、中联重科、徐州重工、上海振华重工、大连重工、太原重工和沈阳三洋建筑机械有限公司，这 7家企业工业总产值高达元。世界起重机市场正进一步趋向一体化，且欧美一些发达国家的起重机市场已经趋于饱和，外资巨头不断进入中国，以其在技术方面的优势抢占中国市场，中国也成为众多国外工程机械企业的必争之地。但与此同时，中国本土的起重机械企业依然表现抢眼，三一重工、徐工集团和中联重科已基本形成“三足鼎立”的竞争格局。中国已成为名副其实的“制造大国”， 220 多种工业品产量居世界第一位，制造业净出口居世界第一位，起重机制造业增加值在世界占比例达到墙壁式旋臂起重机作为一种小型的起重设备，能够在工程实际中广泛应用，是因为其运行操作简单，占用空间少，安装简便，适合在生产车间内移动短距离重物，使生产较重零件时能够节约时间提高生产效率，随着我国经济发展，制造业不断发展壮大，使得用于生产制作的设备需求量不断增多，在这些设备的生产过程中都必须要使用轻快便捷的起重设备，而墙壁式旋臂起重机正是为了适应这种生产需求而设计开发的，所以旋臂起重机有着实际的工程需要，其结构也需要不断优化，做进一步改进，使之更加适应生产需求，更加方便快捷，更具经济性。本次对墙壁式旋臂起重机结构设计作为毕业设计的课题，我通过对起重机已有文献的学习和总计，在了解了起重机特别是臂式起重机设计现状、发展趋势、设计过程中所需注意问题及目前设计所面临的问题之后，使我对起重机有了很深入的了解，此次设计能够结合以往他人对壁式起重机的设计，在起重机结构设计上进行更具体的结构分析计算。参考文献 1我国起重机制造业增加值占世界控网 2中国吊车咨询网 3 李向东起重运输机械， 2008,2:10 12 4 刘长江问题 2008,11:26 27 5 卢素玲焦作大学学报， 2011,3:101 102 6 李芳，凌道盛工程设计学报， 2002,9（ 5） :229 235 7 李晶，鹿晓阳，陈世英工程建设， 2007,39 （ 6） :21 31 8 蔡新，李洪煊，武颖利等河海大学学报， 2011,39 （ 3） :269 276 9 梁亮山河南科技， 2010,6（下旬刊） :34 10 史凤兰中国科技信息， 2010,22:129 134 11陈道南，盛汉中北京：冶金工业出版社 12陈道南起重运输机械 . 北京：机械工业出版社 13 罗俊尧 ,陈志梅 ,孟文俊 . 基于遗传算法的三维起重机滑模控制方法研究 J. 起重运输机械 . 2011(09) 14 仉传兴 ,肖汉斌 . 桥式起重机金属结构剩余安全使用期限估算 J. 起重运输机械 . 2009(01) 15 邢静忠 ,王永岗等编著门 M. 机械工业出版社 , 2005 16 杨家斌主编 M. 机械工业出版社 , 2004 毕业设计开题报告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：（ 1）起重机结构与参数图 2 结构简图结构如上图 2参数如下：起升重量 :2t 起升高度 :7m 跨度： 4m （ 2）设计内容 A：确定起重机的型号和主要参数 B：设计计算相关的各项数据，确定结构尺寸参数，选择零件材料，并进行校验核算。 C：利用维设计进行三维建模设计。 (3)设计方法 A:对原零件进行材料力学计算，通过计算，以得出各种设计因素间的相互关系，以及及对强度、刚度的影响。 B：根据所确定的设计结构参数，用出三维模型。 (4)进度安排 2月 17日日：学习相关资料，查阅文献资料 3月 3日 0 日：撰写毕业设计开题报告 3月 11日 6 日：运用行建模，绘制零件及装配图纸 3月 27日 0 日：完成毕业论文初稿 5月 21日 0 日：根据指导老师意见，修改初稿，完成终稿，准备答辩。毕业设计开题报告指导教师意见：该生可以为墙壁式旋臂起重机结构设计，选题具有一定的使用价值。该生通过查阅文献，了解了墙壁式旋臂起重机结构设计的结构、工作原理，文献综述部分对起重机的发展概况作了较为完整的叙述，并明确了课题设计将要设计的主要内容。在第二部分确定了课题的要求，给出了合理的研究方法和设计思路，并确定了正确的研究途径。开题报告书写格式规范、条理清晰，基本达到要求。同意该生开题。指导教师： 2016 年 3 月 19 日所在系审查意见：同意开题系主任： 2016年 3月 20日 I 墙壁式旋臂起重机结构设计摘要：墙壁式旋臂起重机是一种安装在墙壁上的起重设备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，在生产车间运用广泛。本次课题首先进行墙壁式旋臂起重机结构形式选择，然后将所选择结构转化为力学模型进行受力分析，并选择零件材料，设计零件尺寸。设计计算完成后，运用析内容包括起重机整体变形与其所受应力，在分析过程中对达不到设计要求的部位进行了改进，最终得到满足使用要求的起重机结构。关键词：墙壁式旋臂起重机；结构设计；三维建模 he is a on It so it is in of of D of its t up to is 3D 录摘要 I 录绪论 . 1 课题研究背景及意义 . 1 壁式旋臂起重机 . 2 壁式旋臂起重机简介 . 2 壁式旋臂起重机结构类型 . 2 课题研究内容 . 3 2 墙壁式旋臂起重机结构设计计算 . 5 体受力分析 . 5 件具体尺寸设计 . 7 字钢型号选择 . 7 算各螺栓连接 . 8 定拉杆的材料和尺寸 . 14 定各安装板的材料及尺寸 . 14 3 三维建模 . 19 模总体方案 . 19 件建模过程 . 19 梁建模过程 . 19 杆建模过程 . 21 装板建模过程 . 23 栓螺母调用 . 27 配体建模过程 . 28 4 二维工程图绘制 . 32 . 32 . 33 5 总结 . 36 参考文献 . 37 致谢 . 37 1 1 绪论课题研究背景及意义墙壁式旋臂起重机属于中小型调运装备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，可以在三维空间内随意操作，在短距、密集型调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性，广泛用于各行业的不同场所。随着我国经济发展，制造业不断发展壮大，使得用于生产制造的设备需求量不断增多，在这些设备的生产过程中都必须要使用轻便快捷的起重设备，而墙壁式旋臂起重机正是为了适应这种生产需求而设计开发的，所以壁式起重机有着实际的工程需要，其结构随着生产实际的不断变化也需要不断优化，做进一步改进，使之更加适应生产需求，更加方便快捷，更具经济性。我国在墙壁式旋臂起重机的结构设计方面已经有了一定的经验，无论是在设计计算方面还是在三维建模分析方面都有很多极具参考的文献和成果，虽然如此，但是随着我国制造业的发展，对墙壁式旋臂起重机的需求量增多的同时，对其质量和使用寿命也提出了更高的要求，而这些要求都必须从改善结构或改变材料入手，但是在结构设计方面，我国欠缺专业的结构分析软件及相关人才，相关产品从构思到设计、制造、调试至少需要几年的时间，而国内的新产品研发的周期很短，相对来说用于结构设计与调试的时间就更短，而对于起重机械来说结构的设计及相关的受力、稳定性及寿命计算分析是最重要的一个环节，而这也是我国在目前发展中需要改进的环节。其二，国内起重机在制造的水平上不能满足设计的需要，特别在细节精益设计方面和国外存在较大的差距。所以对墙壁式旋臂起重机的结构设计仍然是我国发展起重机必要的一部分，需要继续进行更好的研发。本次以墙壁式旋臂起重机结构设计与分析作为毕业设计的课题，通过对起重机已有文献的学习及总结，在了解了起重机特别是壁式起重机设计现状、发展趋势、设计过程中所需注意问题及目前设计中所面临的问题之后，使我对起重机有了更深入的了解，此次设计能够结合以往他人对壁式起重机的设计，在起重机结构设计上进行更具体的设计分析计算。 2 墙壁式旋臂起重机壁式旋臂起重机简介起重机根据结构类型可分为：轻小型起重设备、桥架式（桥式、门式起重机）、臂架式（自行式、塔式、门座式、铁路式、浮船式、桅杆式起重机）、缆索式，而墙壁式旋臂起重机属于其中的臂架式起重机，使用情况如图 1示。（图一）墙壁式旋臂起重机又称墙壁吊、壁柱式旋臂起重机。可分为：墙壁式旋臂吊、墙壁式旋臂吊，墙壁式旋臂起重机用于靠近墙壁且起重作业较为频繁的场所，在靠近墙壁处服务于一个半圆形空间，是一种循环的、间歇动作的、短程搬运物料的机械，其旋转工作范围一般为 200 。壁式旋臂起重机用于吊起轻小型重物，它的起重范围一般为，是一种非常经济的起重设备，可以沿着墙壁或者工厂结构，最大化葫芦使用的工作范围，或作为高架起重机及单轨系统的有效补充。通常壁式旋臂起重机是由起升机构（使重物上下运动）、变幅机构和回转机构 (使物品水平面内移动 )，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成。本次对墙壁式旋臂起重机设计只对其金属结构部分进行设计，其余机构只进行重量选择。壁式旋臂起重机结构类型墙壁式旋臂起重机结构类型大概分为两种，一种为带斜拉杆的结构如图 1b），一种为不带斜拉杆的结构如图 1a）。两种结构有各自的优缺点，对于图（ b）结构来 3 说，相对于图（ a）由于主梁、拉杆和墙体部分组成三角形结构，所以其稳定性要好，整体变形也小。而图 (a)中的结构由于少了拉杆等零件，可以减少材料使用。在起重机结构设计中若图 (a)中的结构形式可以达到稳定性和变形要求，则可优先考虑以减少材料使用。（ a）不带拉杆形式（ b）带拉杆形式图 1壁式旋臂起重机结构形式课题研究内容 1) 确定起重机参数本课题为墙壁式旋臂起重机结构设计，主要对所选起重机金属结构部分进行设计、建模，使所设计起重机金属结构满足强度使用要求。所选起重机参数如下：起重量： 2t ；有效半径：起升高度：旋转角度： 180 2) 确定结构与设计计算内容 a) 结构确定前面提到墙壁式旋臂起重机总共有两种主要形式，此处由于起重机跨度大，悬臂长度过长，为了减少起重机整体变形，增加其稳定性，此处选择图 1b）中所示的，带有斜向拉杆形式的结构。所选起重机结构形式如下图 1 4 图 1起重机结构 b) 相关设计计算第一步：确定主梁和拉杆的截面形状，各零件或组件的材料，从而确定各部分的许用强度和刚度；第二步：对所选择结构进行受力分析，并计算各零件的受力；第三步：根据零件受力，由其强度和刚度要求计算各零件结构尺寸，并对其进行校核。 3）建模首先对各零部件根据计算所得尺寸使用维建模软件进行建模，零件模型建好之后，根据装配关系进行装配。 5 2 墙壁式旋臂起重机结构设计计算体受力分析 1) 起重机受力所设计起重机起重量，查电动葫芦产品手册 1 ，选择电动葫芦的自重96 。初选主梁为工字钢截面梁，工字钢梁型号为 32a,其理论质量。 2) 转化力学模型图 2起重机力学模型根据起重机的结构形式，将其转化为上图 2示力学模型，以便进行计算。其中，q 为工字钢的自重，简化为分布力，而 F 为起重机的起重量 Q 与电动葫芦的自重 G 的和。 3) 计算主梁受力 a) 如图 2所示，距离 400 ， 000 ， 50 。将主梁分离分析，受力状况如下图 2示：图 2 主梁受力 6 b) 根据结构力学 2 知识，用力法分析主梁的受力，主梁为二次超静定结构，撤去 B 处与拉杆连接的力 1F ，以 21,替，如下图 2示：列力法典型方程： 01212111 02222121 （式 2 图 2解受力图 c) 因为 1x 为轴力，所以弯矩为 0 。参数 0211211 ， 22 ， 01 p，42 将上述参数代入式2据三角形原理得， 6 6 7, 1 6 7 21 ；所以，斜拉杆施加给主梁的拉力。 d) 根据以上计算可得主梁受力图示如下图 2 a ） , 主梁所受弯矩 2211 ，弯矩图如下图 2b）所示。（ a）主梁受力图 7 （ b）主梁弯矩图图 2梁受力、弯矩图件具体尺寸设计字钢型号选择选取工字钢材料为机械设计手册 3 ，得到抗拉强度75 ，屈服强度 35 ，取安全系数为 S=2，则该工字钢梁的许用应力，从前面计算得到主梁所受弯矩最大处位于与拉杆连接处，最大弯矩所以主梁与拉杆连接的 B 处为危险截面。开始试算时，可以不先考虑轴力的影响只根据弯曲强度条件选取工字钢。这时抗弯截面系数 33356 查材料力学 4 型钢表 4 热轧工字钢（ 706选取 16 号工字钢，3310141=W ，截面积 22610 。选定工字钢后，同时考虑轴力的影响，在进行强度校核。在工字钢危险截面 B 的下边缘各点上压应力最大，且其值为 8 1 6 7- 36324结果表明，最大压应力大于许用应力，所以重新选择 18 号工字钢进行校核，此时3310185=W ，截面积。同时考虑轴力的影响，进行校核。工字钢危险截面 B 的下边缘各点上压应力为 8 8167- 36324结果表明， 18 号工字钢可以满足强度要求，所以选择工字钢梁的型号为 18a。算各螺栓连接图 2螺栓连接编号本次起重机设计所选择结构形式如图 3 所示，所有连接处均选用螺栓连接，将所有螺栓连接进行编号如上图 2次设计中选择螺栓在无特殊说明下，均为铰制孔用螺栓，查机械设计 5 螺纹连接部分表 5表 5选取螺栓性能等级为母性能等级为 4 级。由选择的螺栓连接的性能等级，可得到螺栓的公称抗拉强度 00 ，屈服强度 40 。查表 5取螺栓连接的安全系数，抗剪安全系数 S，25.1计算螺栓的抗拉许用应力 M P 1 9 0 ；抗剪许用应力。挤压许用应力 MP S 19 1）计算 1 处螺栓根据起重机受力情况， 1 处螺栓受到拉力与剪力，此处，我们根据拉力选择螺栓直径尺寸，然后进行抗剪强度校核。 1 处共有 4 个相同的螺栓，拉，每个螺栓所受拉力拉拉，此处螺栓连接为紧螺 9 栓连接，根据机械设计 5 式 5栓直径 d 1 所以选取螺栓，校核选取螺栓的抗剪强度与挤压强度是否符合需要。连接处受到的总剪力，每个螺栓受到的剪。铰制孔用螺栓承受剪力部分直径 11 ，参考机械设计 5 式 5核抗剪强度 142 所以，所选择螺栓的强度不满足使用要求，要选择直径更大的螺栓，选取螺栓，其抗剪部分直径 19 。再进行抗剪强度的校核： 2 可见，此时选择的螺栓直径是满足要求的。之后校核螺栓的抗挤压强度是否满足要求。此处安装板厚 5 ,螺栓与连接件接触最短处是工字钢上缘板厚，取其平均厚度 1 ，连接处受到的挤压应力 : 921661115 F 2 ，所以满足挤压强度要求。综上， 1 处选择螺栓。 2)计算 2 处螺栓 2 处为松螺栓连接，由于此处螺栓承受剪力和挤压力，所以选用铰制孔用螺栓以能更好承受剪力和挤压应力。此处为单螺栓受力，且所受剪切力和挤压力，根据螺栓的挤压应力计算螺栓直径，然后利用剪切应力校核。 10 螺栓的每个剪切面所受剪力，由材料力学式 p 1 所以，先选取铰制孔用螺栓。下面利用剪切强度进行校核，看所选取螺栓是否满足要求。螺栓所受剪切应力： 942 满足剪切强度要求，所以 2 处选择铰制孔用螺栓。 3)计算 4 处螺栓 4 处共有 4 个螺栓，其受到的力整体为斜拉杆施加的拉力 1F ，首先将拉力 1F 进行分解，如下图 2 图 2的分解计算可得 1F 与角 23 。计算可得： x 6 6 7s i y 螺栓之间的距离 2 ，由机械设计 5 式 5 y 倾覆力矩下的最大工作载荷： 1 412 11 安装板受到拉应力，每个螺栓受到的拉力 NF x x ，经分析上侧螺栓受拉，下侧螺栓受压，可知上侧两个螺栓受力最大，其所受总的力：根据受力，计算螺栓直径：，选取 22M 的螺栓，受剪切和挤压的部分直径为 23 。 4)计算 5处螺栓若 4、 5 处选取相同的螺栓，利用 4 处所选螺栓校核是否满足 5 处的强度要求， 5处螺栓的受力状况如下图 2示：其中，，。螺栓由力矩 M 引起的最大工作载荷：图 2力图 412安装板受压力，分配到每个螺栓上，压力 NF x x ，分析知，上侧螺栓受到拉应力，下侧螺栓被放松，上侧螺栓受到的合拉力 x ，则上侧螺栓受到的拉应力 2 。除此之外，螺栓还受到由每个螺栓，受到的剪切和挤压力 NF y y ，板厚，则螺栓受到的剪切应力和挤压应力分别为： 12 2 可见，所选螺栓满足强度要求，所以 5 处也选用 22M 的螺栓。 5) 计算 6处螺栓已知， 6 处共有 4 个螺栓，矩形分布，首先分析 6 处螺栓的受力状况，每个螺栓受到两个力一个矩，受力方向如图 2示：其中， NF x ，在用下，每个螺栓受力：图 2受力图在力矩 M 作用下，螺栓受到的最大工作剪力：，经分析可知，位于右上角的螺栓受力最大，下面计算该螺栓所受的合力： a.将行分解， x 方向上：， y 方向上： 0 6 645 。 x 方向上受到的合力， y 方向上受到的合力 602121 算得受力最大的螺栓受到的合力后，先按照剪力计算螺栓直径： 13 因此，选择 30M 的铰制孔用螺栓，然后，校验该直径的螺栓是否符合挤压强度要求，螺栓所受挤压应力：上所述，此处选择 30M 的铰制孔用螺栓能够满足强度要求。 6）计算 7、 8 两处螺栓由于 7、 8 两处螺栓连接形式相同，都为单螺栓连接，所以考虑将两处选为相同的螺栓，根据两处螺栓受力的大小可知， 7 处螺栓受力要大，所以若 7 处所用螺栓满足强度要求，则 8 处的螺栓一定满足，所以按照 7 处计算螺栓的直径参数。 7 处螺栓的受力状况如右图 2示：其中， 1 6 7 ，根据受力状况，螺栓下侧受剪切和挤压力大。由起的力 x 图 2力图由力矩 M 引起的力 Nm ，可以算得螺栓下侧所受到的合力 4 7 0 621合，按照剪力计算螺栓直径： 4 7 0 644 合取 38 ，所以要选择 36M 的铰制孔用螺栓，然后用此直径校核校核是否满足挤压强度要求： 14 4 70 6合，满足要求。综上所述， 7、 8 处选用 36M 的铰制孔用螺栓。定拉杆的材料和尺寸拉杆为该起重机设计中的一个重要受力件，所以其材料的选择中要选择强度较好的材料。本次设计拉杆的材料选为 45#圆钢，拉杆的两头有螺纹，用来将拉杆与安装板固定，也便于调节长度使得起重机安装合适。 45#钢是在机械设备中常用的一种材料，其抗拉强度 00 ，屈服强度 55 ，设计中拉杆安全系数 2S ，由此可以计算得出拉杆的许用应力。拉杆的螺纹连接处。由于螺纹的小径处直径最小，所以强度最差，应该按螺纹小径处计算拉杆的直径。拉杆受到的拉力，按照抗拉强度来确定拉杆的直径：这是按照螺纹连接计算得到拉杆螺纹处的小径尺寸，而拉杆的真正直径要大于该值。取拉杆直径 0 。综上所述，拉杆选为直径为 30 45#圆钢。定各安装板的材料及尺寸安装板是起重机中重要的零件，材料为根据之前螺栓直径及拉杆直径的计算，可以初步确定在各安装板上螺栓孔的直径和个数。除此以外，安装板还需要确定加工尺寸，下面补充设计安装板的其余尺寸，包括螺栓孔的位置尺寸及安装板的整体尺寸。还有主梁上螺栓安装孔的位置尺寸，从而确定安装板在主梁上的安装位置。为了便于分辨安装，将各安装板进行了编号，编号情况 6 如下图 2示： 15 图 2安装板序号图 1) 安装板 1 尺寸设计安装板 1用于将主梁与墙壁上的下安装板连接，在与安装板 5下的连接中，使用 36制孔用螺栓连接，此处螺栓孔直径为 38 。与主梁连接处有 4 个 32 螺栓孔，安装板的厚度定为 5 ，宽度 20 ，整体长度为 34 ，具体各尺寸数值，见图 2位：图 2装板 1 基本尺寸 2) 安装板 2 尺寸设计图 2安装板 2 基本尺寸 16 安装板 2 用于拉杆安装板 4 与主梁的连接，其受力形式为斜向的拉杆拉力，安装板2 和主梁间用四颗 18M 的铰制孔用螺栓连接，需要四个 19 的安装孔；和安装板 4 间用一颗 24M 的铰制孔用螺栓连接，两侧板各需要一个 25 安装孔，经前面计算得板厚5 ，两侧板有 4 个 020 的倒角，具体尺寸见图 2位： 3) 安装板 3 尺寸设计安装板 3 用于起重机上端墙壁安装板 5 与拉杆安装板 4 的连接，受力形式为拉杆的斜向拉力，安装板 3 和安装板 5 上之间用单个 36M 的螺栓连接，连接需要一个 38 的通孔；和拉杆安装板 4之间连接，需要 25 的通孔，与安装板 4连接的侧板，板厚 5 ，且侧板有 020 倒角，具体尺寸见图 2位：图 2安装板 3 基本尺寸 4) 安装板 4 尺寸设计图 2装板 4 基本尺寸 17 本次设计中安装板 4 要用到两块，用于拉杆和主梁与墙壁之间的连接，在安装板 4与拉杆连接处要有 30 的孔；与安装板 2、安装板 5 上连接的两侧板有 25 的孔，安装板厚 5 ，其余外形及定位尺寸见图 2位： 5) 安装板 5 上尺寸设计安装板 5 上用于将起重机安装在墙壁上，受力为斜向下的拉力，与墙壁的连接用 4个 22M 的铰制孔用螺栓，需要有 4 个 23 的孔；与安装板 4 的连接用一个 24M 的螺栓，两侧板要有 25 的孔。安装板厚 5 ，其余尺寸见图 2位：图 2 安装板 5 上基本尺寸 6) 安装板 5 下尺寸设计安装板 5 下与安装板 1 和墙壁连接，和墙壁连接处用 4 个 22M 的铰制孔用螺栓，需要有 4 个 23 的安装孔；和安 8 装板 1 连接处用 36M 的铰制孔用螺栓连接，需要有一个38 的孔。安装板的板厚 5 ，其余尺寸见图 2位：图 2装板 5 下基本尺寸 18 7) 主梁安装孔尺寸设计起重机主梁选取 18#工字钢。上面需要加工安装孔，用来连接安装板 1、安装板 2以及限定电葫芦位置的角钢，安装板 1 和安装板 2 的安装所用螺栓直径及安装孔的大小已在前面说明，安装角钢的孔为 10 的小孔，主梁的总长度 000 ，其余具体尺寸见图 2a)和 2b)（单位： (a) 主梁主视图 (b) 主梁俯视图图 2梁安装孔 19 3 三维建模模总体方案研究课题要求对墙壁式旋臂起重机金属结构部分进行设计分析，建模内容就是对前面计算所得起重机金属结构部分根据设计尺寸建出相应零件模型，然后将零件按照装配要求组装成完整的装配体用于分析，再将装配体和零件转化为工程图。本次建模软件选用具体内容是对主梁、拉杆及各安装板进行零件建模，其余螺栓连接需要的螺栓、螺母等标准件在标准零件库内按尺寸要求调用。建模顺序是先对主梁建模，再对拉杆建模，最后对各安装板进行建模，完成之后根据所用到的螺栓、螺母尺寸类型要求在标准零件库内选择，生成相应标准零件。零件建模完成后按照安装要求组装成壁式起重机，并能符合相应运动要求 1610 。件建模过程梁建模过程 1) 主梁拉伸利用件，新建零件，首先选定基准面，根据 18#工字钢的截面形状和尺寸在草图中绘制工字钢截面如图 3-1(a)。绘制完成后退出草图，选择拉伸命令，输入工字钢长度数值，完成拉伸。这样得到未经加工的标准 18#工字钢如图 3-1(b)。 (a)工字钢草图 (b) 工字钢拉伸轴测图图 3字钢建模 2) 主梁安装孔 20 利用拉伸命令完成 18#工字钢的建模后，要在工字钢梁上对安装板 1、安装板 2 及限位角钢的安装孔进行建模。首先对安装板 1 和限位角钢的安装孔进行建模，选定绘制草图的前视基准面，在相应的尺寸位置绘制草图如图 3-2(a)，草图绘制完成后退出草图，选择拉伸切除命令，即在主梁的对应位置上完成安装孔的建模如图 3-2(b)。 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔特征图 3主梁安装孔建模安装孔 2 的特征建模步骤和安装孔 1 及角钢安装孔建模步骤一样，只是在选择草图基准面时不同，安装孔 1 和角钢安装孔草图绘制在前视基准面上，而安装孔 2 的草图绘制在工字钢的上侧表面上，按照定位尺寸等相关参数将草图绘制完成后，再次选择拉伸 21 切除命令，即可建模得到如下图 3示安装孔 2 的特征。图 3 安装孔 2 特征杆建模过程前面设计计算中已确定拉杆为直径 30 的 45#圆钢，且在拉杆的两端各有螺纹用于拉杆与安装板的连接。建模过程中，首先选择前视基准面绘制直径为 30 的圆，完成后退出草图选择拉伸命令，拉伸长度 330 ，拉伸完成就得到直径 30 长 3330的圆拉杆如下图 3 图 3圆钢拉伸得到圆拉杆后利用“扫描切除”命令，对拉杆端部的螺纹建模：首先用草图命令在拉杆端面绘制添加螺旋线 /涡状线的基圆，绘制完成后，选择工具栏曲线下的螺旋线 /涡状线，在螺旋线特性栏中输入 30M 螺纹的螺距，及纹线对应的螺纹线圈数，选择正确的螺纹旋向如图 3-5(a)，就能在拉杆端部生成螺旋线如图 3-5(b)。 22 (a) 螺旋线参数 (b) 生成螺旋线图 3绘制螺旋线生成螺旋线后，选择螺旋线端部正对的基准面绘制扫描截面，拉杆连接所用螺纹类型为三角形螺纹，绘制扫描截面为等边三角形，草图面为右视基准面，与拉杆圆柱面相交部分线段长度为螺纹螺距，绘制截面如图 3-6(a)，截面绘制完成后，退出草图，选择工具栏中的“扫描切除”命令，扫描轮廓选择三角形，扫描路径选择螺旋线，即可建立图 3-6(b)拉杆螺纹特征。 (a) 扫描轮廓绘制 (b) 拉杆螺纹图 3螺纹特征建立 23 在拉杆的另一端用同样的方法建立螺纹特征，完成螺纹特征后，拉杆建模完成，保存零件。装板建模过程介绍安装板的建模过程时，由于安装板 2、安装板 4 和上下安装板 5 结构形式相同，建模过程也类似，只是尺寸上的不同，所以只以安装板 2 作为示例进行介绍；而安装板1 和安装板 3 则分别介绍其建模过程。 1) 安装板 2 建模安装板 2 的建模首先选定基准面，按照其侧面形状尺寸参数绘制出凹字形的截面轮廓如图 3-7(a)所示，绘制草图结束后，选择工具栏中的“拉伸”命令，将草图拉伸成安装板 2 的初始模型如图 3-7(b)。 (a) 安装板 2 轮廓草图 (b) 安装板 2 初始模型图 3拉伸特征初始模型建好后，使用 “ 拉伸切除 ”命令，对安装孔建模，先对下面 4 个安装孔建模，选择底部上侧安装面绘制草图如图 3-8(a)，草图绘制完成，选择工具栏“拉伸切除”命令。完成后选择工具栏“圆角”命令下的倒角，对安装板侧面上的四个边角进行倒角，在弹出的倒角特征栏中选择要倒角的四条边线，输入距离角度 45 ，点击确定，就可得到图 3-8(b)所示的安装孔和倒角。两侧板的安装孔建模步骤与上面所述 4 个安装孔的步骤一样，只是在选择绘制草图的基准面时要选择与侧板平行的基准面，本例中选择前视基准面，由于前视基准面位于两侧板中间位置，在拉伸切除时要选择两侧对称拉 24 伸。两侧板安装孔的建模过程不再具体详述，参照上面四个安装孔的过程即可。 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔特征图图 3拉伸切除特征 2) 安装板 1 建模对于安装板 1，首先对其与安装板 5 连接的空心圆柱进行建模。选择上视基准面，绘制两个同心圆草图如图 3-9(a)，将草图拉伸即可得到图 3-9(b)所示的空心圆柱特征。 (a) 空心圆柱草图 (b) 空心圆柱图 3拉伸特征建模完成后，对与主梁连接的板进行建模，开始建模时，要新建基准面：点击工具栏中“参考几何体”命令下的基准面，在弹出的命令栏中选择右视基准面为第一参考，距离一栏输入侧板的长度如图 3a)，点击确定就能建立符合需要的基准面如图 25 3b)。 (a) 基准面命令栏 (b) 新建基准面图 3基准面建立建得基准面后，在所建基准面上绘制安装板 1 与主梁连接的侧板侧面草图 3a)，然后拉伸该草图，拉伸过程中选择“成型至一面”命令，成形到之前建好的外圆柱面，即可拉伸得到安装板 1 的初始特征如图 3b)。 (a) 侧板草图 (b) 侧板模型图 3侧板建模安装板 1 的初始外形建模完成后，选择安装孔所在表面为基准面，按照定位尺寸与加工尺寸要求，绘制安装孔草图如图 3a)，绘制草图结束后，退出草图绘制，在工具栏中选择“拉伸切除”命令，用所绘草图对侧板进行切除，然后，工具栏中选择“圆角”命令，对空心圆柱的边线倒的圆角，即可得到如图 3b)所示的安装板 1。 26 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔图 3 安装孔建模 3) 安装板 3 建模安装板 3 建模的首先也是建立空心圆柱模型，该步建模过程同安装板 1，只是绘制同心圆的尺寸不同，所以该步过程参考安装板 1 的过程。空心圆柱建模完成后，选择上视基准面绘制侧板的草图如图 3a)，将草图两侧对称拉伸，可得到侧板如图 3b)。 (a) 侧板草图 (b) 侧板模型图 3侧板拉伸 27 初始模型建好后，要对侧板的安装孔进行拉伸切除，选定右视基准面，按照定位尺寸与加工尺寸绘制安装孔的草图如图 3a)，利用草图对侧板进行拉伸切除，再对安装板 3 的相应边线进行倒角和倒圆角，就能得到图 3b)所示的安装板 3。 (a) 侧板草图 (b) 安装板 3 图 3安装板 3 建模栓螺母调用 1) 螺栓调用螺栓是标准件可以在的件中直接调取标准件使用，减少建模时间。下面以 18M 的铰制孔用螺栓为例介绍调用过程： a) 在始界面点击右侧的 “ 设计库 ” 图标，在弹出的工具栏中，双击选择 b) 入下点击现在插入，然后在弹出的各文件夹下选择 “ “国标”文件夹如图 3a)所示。 c) 在弹出的子文件夹中选择“ 螺栓文件夹，再选择六角头螺栓子文件夹下的“六角头铰制孔用螺栓 A 和 B 级 27项，右键点击“生成零件”选项。 d) 在弹出生成螺栓属性的命令栏中，选择 18M 的螺栓，长度选择图 3b)，点击确定即能得到满足使用要求的简化螺栓如图 3c)。 28 (a) 文件夹选择 (b) 螺栓属性 (c) 螺栓图 3螺栓调用 2) 螺母调用螺母标准件的调用过程与螺栓类似，以 18M 的螺母为例介绍调用过程。前两步的打开过程和螺栓一样，只是从第三步中 “ 的子文件夹中要打开“螺母”文件夹如图3a)，在螺母文件夹内选择“六角螺母”文件夹，选择“六角螺母 C 级 41螺母。在弹出的螺母属性栏中选择 18M 的螺母如图 3b)，选择完属性点击确定，就能得到符合要求的螺母如图 3c)。 (a) 螺母文件夹 (b) 螺母属性 (c) 螺母图 3母调用配体建模过程前面几节已经介绍了该设计墙壁式旋臂起重机零件的建模过程。零件建模完成后，要将所有零件按照装配关系在装配成完整的起重机模型。下面介绍装配的具体过程： 29

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