【JX618】摇臂式行车设计【13张CAD图纸+论文+PPT】【机械毕业设计论文】【通过答辩】
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- 内容简介：
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各位老师、同学 大家上午好！ 题目：摇臂式行车设计 014届毕业设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 刘 斌 学 号： 20101160 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 机制 1004班 指导教师： 李 涛 内容： 工字梁的受力分析： 工字梁的最大转矩 工字梁的刚度计算 工字梁与立柱连接主轴设计计算 轴的强度校核 确定个轴段的直径 3 电葫芦的选择 : 4 开式齿轮的选取 5 轴承的选用 6 回转驱动装置选择 8 机座的固定 一、前言 起重机是一种作循环、间歇运动的机械。一个工作循环包括：取物装置从取物地把物品提起，然后水平移动到指定地点降下物品，接着进行反向运动，使取物装置返回原位，以便进行下一次循环。通常起重机械由起升机构、运行机构、 变幅机构和回转机构，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。它主要用来吊运成件物品，配备适当吊具后也可吊运散状物料和液态物料。起重机的工作特点是作间歇性运动，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。各机构经常处于起动、制动和正反方向运转的工作状态。起重机机构有四类，即：使货物升降的起升机构，做平面运动的运动机构，是起重机回转的回转机构，以及改变回转半径的回转机构。 摇臂式行车是近年发展起来的中小型吊运设备，安全，可靠，具有高效、节能、省时省力、灵活的特点。三维空间内随意操作，在短距，密集型吊运场合比常规的设备更显优越性，广泛应用于各行业的不同场合。摇臂式行车由立柱，回转臂回转驱动装置及电葫芦组成，立柱下端通过地脚螺栓国定在混呢图基础上，由齿轮啮合驱动摇臂回转，电葫芦在悬臂工字钢上作左右直线运动，并起吊重物。 二、设计任务 本次设计主要由其运动原理设计摇臂式行车的外部外形、安装结构及回转运动结构。 三方案分析 构形式 本结构设计是将其分为回转结构设计、及外部结构设计。 回转结构设计是选择一种方式将电机转动转化为摇臂的回转运动。 外部结构设计，主要是各部件的安装外置及尺寸大小。 械结构设计特点 机械结构设计的任务是在总体设计的基础上，根据所确定的原理方案，确定并绘出具体的结构图，以体现所要求的功能。是将抽象的工作原理具体化为某类构件或零部件，具体内容为在确定结构件的材料、形状、尺寸、公差、热处理方式和表面状况的同时，还须考虑其加工工艺、强度、刚度、精度以及与其它零件相互之间关系等问题。 四回转结构设计 转结构的设计 将电机的转动转化为摇臂的转动，可以通过齿轮啮合传动实现。可将齿轮焊接在立柱上与与减速机连接的齿轮啮合，通过小齿轮的转动传递到摇臂上。 在这里我们需要考虑的问题时如何实现摇臂的回转。单单摇臂本身无法完成。 转机构的结构 根据前面的考虑，可将摇臂与立柱连接实现回转。而中间的连接部分是我们需要设计的。可通过法兰板将工字梁与轴焊接在一起，从而再在轴端套上圆锥滚子轴承与立柱相连实现连接。具体结构如图： s1）工字梁的设计 通过对工字梁的受力分析，从而算出其许用应力（屈服极限） 通过对工字梁进行弯矩分析，算出所需达到的抗弯截面模量。查表得出选择 16号工字钢。 2）轴的设计 通过对轴的材料选择、轴上零件定位选择，根据结构工艺性，对轴的尺寸进行设计。由轴只承受弯矩，根据挠度与弯矩的关系，算出轴的最小直径。从而选择适合的轴直径。然后对其进行校核。根据轴的挠度的大小与徐克挠度进行比较判定是否合适 五进行齿轮选择 选定齿轮的类型及基本参数 1）选择直齿圆柱齿轮 2）根据摇臂式起重机的工作环境，确定选用 4级精度 3）材料的选择。一般选用 45钢，进行调质处理 4）选定齿轮的齿数 54。 十一 毕业设计是 综合运用本专业有 关 课程的理论和技术，作出解决实际问题的设计。 毕业设计是高等学校教学过程的重要环节之一。相当于一般毕业论文，是总结检查学生在校期间的学习成果，是评定毕业成绩的重要依据；同时，通过毕业设计，也使学生对某一课题作专门深入系统的研究，巩固、扩大、加深已有知识，培养综合运用已有知识独立解决问题的能力。毕业设计也是我们学生走上国家建设岗位前的一次重要的实习。 经过这次毕业设计的时间 自己 对工程问题有了跟深入的认识体会，体会到了现代的毕业设计。跟 他人 交流发现了 自己在毕业设计中考虑问题不全面的的缺点 。 在设计过程中 ,是 我对专业基础知识有了一次系统的复习和巩固，同时也学会了查找相关资料与标准，学会了分析数据，提高了自己的 能更熟练的运用 得了许多经验公式的获得是前人不懈努力的结果。 致 谢 这次毕业设计工作至此结束，首先向的指导老师李涛老师表示感谢，感谢它的全程指导，以及全程的督促。另外在毕业设计期间，同学刘文志、刘士安、贺先等同学指导，技术计算的等个工作，再次表示感谢。最后感谢母校江西农业大学给我提供了四年的学习机会，迎来了今天这个毕业的时刻！在此也感谢个给评委老师给予作出的客观点评！ 虽然大学即将结束 ,但学习是人一生的事 ,在以后的工作中 ,我一定努力学习 ,不辜负老师同学对我的期待 ,也为社会做出自己的一份贡献。 科 毕 业 论 文（设 计） 题目 ： 摇臂式行车设计 学 院： 工学院 姓 名： 刘斌 学 号： 20101160 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 2010 级 指导教师： 李涛 职 称： 助理实验师 二 0 一四 年 五 月 目 录 摘要 . 1 . 2 1 前言 . 3 2 设计计算 . 4 工字梁的选取 . 4 工字梁的受力分析 . 4 工字梁的最大转矩 . 5 字梁的刚度计算 . 9 2 2 工字梁与立柱连接主轴设计计算 . 10 轴的材料选择 . 10 轴的结构设计 . 10 轴上零件的定位 . 10 轴的结构工艺性 . 11 轴的尺寸的设计计算： . 11 轴的强度校核 . 13 确定个轴段的直径 . 14 3 电葫芦的选择 : . 14 4 开式齿轮的选取 . 15 5 轴承的校核选用 . 15 6 回转驱动装置选择 . 15 . 16 8 机座的固定 . 17 参考文献 . 18 致谢 . 19 1 摘要 摇 臂 式行车 又称立柱式 摇 臂起重机，起重量在 125千克至 5000 千克 ， 是由电葫芦、摇臂驱动装置、摇臂和立柱构成。立柱下面底座由地脚螺栓安定在混泥土上，由电机带动减速驱动装置使摇臂回转，电动葫芦在工字钢上作直线往复运动作业。它的特点有：自重轻、梁长、起重量大，安装、操作、维修方便。它们完全独立， 是一种很好的工作岗位起重机，并适用于各种场合的货场和装卸平台。立柱占地面积小。对于提升空间非常小的情况下也可以获得相当大的起重高度。 关键词 :摇臂式、立柱式、起重机 2 is 25is of an is in by a in Its is an is of is 25is of an in is an is of 3 1 前言 起重机是一种间歇运动 ,回收机械。工作周期 :从获取获取设备的项目 ,然后线性运动到目标位置项 ,然后反向运动 ,使取设备回原位 ,然后下一个周期。起重机械一般通过提高机制 (物品上下运动 )、运行 (起重机械 )、变幅机构和回转机构(移动项目级别 ),再加上焊接机制 ,动力装置 ,操纵和控制的重要辅助设备。上下一定范围内搬运重物的起重机械更多的行动 ,也称为起重机。用于提升项目 ,配备适当的机也可以解除后材料和液体材料。起重机的工作特点是间歇运动 ,采取在一个工作循 环 ,即材料运输、卸载相应机构替代工作。机构通常在启动、制动和运行工况的积极和消极的方向。 起重机机构有四类 ,即 :货物电梯起重机构 ,水平运动机制 ,是一个旋转起重机回转机构 ,回转机构 ,改变回转半径。 摆臂式起重机是近年来发展起来的中小型起重设备 ,可靠、安全、高效、节能、节省时间和精力 ,灵活的特点。 简而言之 ,任何操作空间紧张的场合比传统设备的优势 ,广泛应用于各种行业。 摇臂式行车由回转臂回转驱动装置，立柱及电葫芦组成，立柱下面通过地脚螺栓国定在混呢图基础上，由齿轮啮合驱动摇臂回转，电葫芦在悬臂工字 钢上作左右直线运动，并起吊重物。如图 1 4 本次设计为 柱摇臂式起重机，起重提升部分选用标准的 电动葫芦，电动葫芦是一种轻小型起重设备，具有重量轻，结构紧凑，零部件通用性强，体积小，操作简便等等优点。 动葫芦减速器 使 用特殊硬化的材料加工硬化 制成，运转动静 小，稳定性强，寿命长久。为有效避免联轴器故障，电机和减速器间的驱动是直连式的。起升电机是一个带有平面盘式制动圆柱电动机。电机和制动器的设计会保证高效率、高循环性的连续性运行。制动器是高寿命摩擦和弹力制动隔板构成。就算在电源断电的时候，也具有稳定性和自动制动的作用。摩擦衬垫寿命长，制动系统具有自动补偿功能。 电动葫芦可以安装无线遥控 ,远程控制的范围内可以容易使用和工作更方便。 由于电动葫芦具有重量轻、体积小、操作方便、外形美观等特点，拥有独特的电机热保护装置，更具安全性。本次设计选用的市场上可购的 号 2 设计计算 工字梁的选取 本次设计已知数据：整机高度 3000臂长 2500 起升高度： 2500小车行走速度 20m/起升速度 8m/ 工字梁的受力分析 由图可知工字钢受力为悬臂梁，工字梁上手下拉重物 G=500臂长2500图 2 5 图 2字梁的许用应力： 根据参考文献【 1】工字梁的材料为 低碳钢塑性材料， 由公式： ）（ 1 式中： 屈服极限； 安全系数，一般选（ 通常安全系数的选取是从安全和经济的角度出发，如果安全系数越大，强度越大，但安全却不经济。因此二者需要统一，材料的许用应力和安全系数也不是恒定不变的，随着科技的发展及人们对客观事物的深入认识，二者应选取的更切合实 际。 因为起重过程中有冲击载荷的存在，上述二者一般是在静载荷状态下选取的，所以取 = 参考文献【 1】表 235所以 = 工字梁的最大转矩 由于电葫芦在工字梁上可以往返运动，所以工字梁受力有两个极限即一个在最外边与最里边。 6 （ 1） 电葫芦在工字梁的最外端时：工字梁自重先忽略，在选取 工字梁的时候参数选取大一个等级，补偿重力的缺失。 受力如图 2 图 2支反力：由梁的整体静力平衡方程，可得出支反力。 5 列弯矩方程。取梁的左端 弯矩方程为： )(M X 7 绘制弯矩图：根据弯矩方程绘出此梁的弯矩图。如图 2示：图 2最大弯矩为： a x 8 （ 2） 当电动葫芦在最内端的时候，如图 2 图 2支反力：由梁的整体静力平衡方程，可得出支反力。 5 列弯矩方程。取梁的左端 弯矩方程为： )(M X 绘制弯矩图：根据弯矩方程绘出此梁的弯矩图，如图 2 29 则最大弯矩为： a a 1】根据公式，计算所要达到的抗弯截面模量： 3z W 由参考文献【 1】查表可得，选用 16号工字钢，其 3141 z 。 本次设计选用 16号工字钢。 字梁的刚度计算 在工程设计中，通常按梁的强度条件选择梁的截面尺寸，然后按梁的刚度进行校核，校核梁的刚度的目的，就是要控制梁的变形，使梁的最大挠度或最大转角在规定的许可范围内，故梁的刚度条件，由参考文献【 1】得： ww 式中 : w 3式中： 最大挠度； F 工字梁受力； l 悬臂梁的长度； E 工字钢弹性模量； I 工字钢截面惯性矩 工字钢受力可知当工字钢在外端时，此梁受力最大，受集中力 G=5力处跨度 l=2500据工作 性质规定 。 16号工字钢 E=200 故此梁满足刚度 10 2 2 工字梁与立柱连接主轴设计计算 轴是机械设备的重要部件之一。在轴的计算 ,因此 ,不仅考虑轴本身 ,还必须设计影响轴向轴部分。轴通过轴承连接列 ,安装在轴旋转部分轴运动 ,形成了一个轴轴部分的基础上。它的主要功能房间支持旋转运动和运动和权力转移。 轴的材料选择 选择轴的材料时除第 一要满足使用要求外，第二考虑材料的加工工艺性及经济性。轴的材料一般采用碳素钢和合金钢，轴的坯一般用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。轴的常用材料为优质中碳钢，如 35、 45、 50钢，其中以 45钢最为常用。起重设备载荷大，而且冲击载荷的存在，因此，在这里应工作要求较高选用 45钢。 轴的结构设计 轴的结构设计要确定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构设计本身一定要考虑强度问题，结构的合理性，同时应满足使用要求。 轴上零件的定位 1)轴上零件的轴向固定 轴端挡圈同样也用于固定 轴端部件，可以承受较大的轴向力。轴端挡圈可以使用螺钉固定，为了预防轴端挡圈转动造成螺钉松脱，可使用双螺钉加止动垫圈放松等固定方法。 轴向零件在轴向的准确工作位置是靠一定的轴向固定的方法实现的。可选用轴肩、轴端挡板、轴承端盖等来定位。 2）轴上零件的周向固定 周向固定的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。常用的周向定位零件有键、花键、销、紧定螺钉以及过盈配合等。 3）各段轴直径和长度的确定 11 确定各段轴的直径时，可根据轴所受弯矩初步估算轴所需的直径。将初步求出直径作为承受弯矩的轴端最小直径，然后再按轴上零件的装 配方案和定位要求，从最小直径处开始慢慢确定各段轴的直径。 确定各段轴端的长度时，应尽量使结构紧凑，同时也要保证零件所需的装配和调整空间。轴的各段长度主要按照各零件与轴配合部分的轴向尺寸和相邻零件间必要的空隙来确定的。 轴的结构工艺性 轴的结构工艺性是指轴的结构形式应便于加工和装配轴上零件，而且生产率高、成本低。轴的结构越简单， 它的工 艺性越好。 1） 为了便于轴上零件的装配，在轴端加工出 倒 角。 2） 同一轴上直径相近的地方的不同轴端上的键槽采用 一种 规格的键槽截面尺寸，并放在轴的同一母线上。 3）为减少加工刀具种类和提高劳动生产率，轴上直径相近处的倒角应尽量采用相同尺寸。 轴的尺寸的设计计算： 已知：轴只承受弯矩，不传递转矩。 工字梁： 电动葫芦： 由文献 【 2】 查得选用 提升重物拉力： 根据受力分析图 2 12 图 2字梁与立柱连接轴之间受到一个拉力 ，则主轴底部受一个支撑力，如图 2 1） 弯矩方程： 2)绘制弯矩图 2 图 2 13 所以： 由参考文献【 1】公式： 式中： 屈服极限， 45钢 =360 安全系数，选取 3 则 =120 由参考文献【 1】公式：323 所以： 32a x 得出 选 。 轴的强度校核 参考文献【 1】由公式： 式中： 最大挠度； 轴的受力； 轴跨度受力长度； 轴的弹性变量； 轴的截面惯性矩 F=100据工作性质规定 。 45钢轴 。 其中： 许可挠度，起重机连接轴跨度系数： 代入公式： 14 故此梁满足刚度要求。 取 。 确定个轴段的直径 主轴下端安装圆锥滚子轴承。根据 ,根据参考文献【 3】机械制图手册，选 用圆锥滚子轴承 30208，其尺寸为 ,所以取轴 2段是连接悬臂梁与焊接在一起的法兰板焊接在一起， 取 3 电葫芦的选择 : 电动葫芦是一种特殊的起重设备 ,安装在起重机、龙门起重机 ,电动葫芦体积小 ,重量轻 ,操作简单 ,方便使用 ,等 ,用于工矿企业、仓储码头和其他地方。提升重量平均为 80吨 ,举升高度是 3 30 米。由电动机、传动机构和卷筒或链轮组成 ,分为钢丝绳电动葫芦 ,电动葫芦链条。链式电动葫芦可分为进口和国内两种 ;钢丝绳电动葫芦单速升级 D 速提升 ;迷你电动葫芦、起重机、多功能电梯。 在这里， 根据工作环境要求，我们选取 型电动葫芦。 各项参数如下： 起重量： 升高度： 3m 起升速度： 8m/行速度： 20m/丝绳： 的直径 ) 运行轨道：工字钢梁型号为 16 电源：额定电压为 380 起重电机： 定功率 转速为 1440r/ 15 4 开式齿轮的选取 选定齿轮的类型及基本参数 1）选择直齿圆柱齿轮 2）根据摇臂式起重机的工作环境，确定选用精度 等级 4 3）材料的选择。一般选用 45钢 ，进行调质处理 4）选定齿轮的齿数。 开式齿轮的传动，由于齿数主要为磨损失效为是齿轮不知过小，故小齿轮不宜选用过多的齿数，一般可取 1725,。大齿轮是焊在立柱外端，内径为 200mm。m 是齿轮抗弯能力的重要标志，根据工作环境的使用要求，选用 m=5。从而选出大齿轮为齿数 54，分度圆半径为 270轮宽度为 B=50 5 轴承的校核选用 本次设计中选用滚动轴承，与滑动轴承相比，滚动轴承具有摩擦阻力小，起动灵敏，效率高，轮滑简便和易于互换等特点，得到广泛使用。由图纸可知，轴承既收到轴向力也受到径向力，所以选用圆锥滚子轴承，它可以同时承受径向载荷及轴向载荷，外圈可分离，安装时可调轴承的游隙。 因为主轴的最小直径为 40以选用 30208 型的圆锥滚子轴承。 6 回转驱动装置选择 电动回转驱动装置通常装在起重机的回转部分上，电机进过减速器带动最后一级齿轮相啮合，以实现起重机回转。 在起重机回转机构中常用的是下列三种形式的机械传动装置： 立式电动机与蜗轮减速起传动 立式电动机与立式圆柱齿轮减速器传动 立式电动机与行星减速器传动 市场上，摇臂式起重机采用行星齿轮系减速原理，即第三种形式。这种形式应用行星式传动原理，采用摆线针齿啮合的新颖传动装置。 摆线针轮减速机传动 16 装置可以分为三个部分 :输入部分、减速部分和输出部分。位错在输入轴上配备了一个 180的双偏心套筒 ,打开偏心套筒配备两个称为滚柱轴承的手臂 ,H 的形成 ,两个摆线齿轮中心孔的偏心套筒转臂轴承滚道 ,由一群摆线齿轮和销齿轮啮合圆形 排列的针 ,形成齿差 ,内啮合齿轮减速器的机构 (为了减少摩擦 ,在小比例的减速机 ,针与针齿齿轮组 )。 这种传动方法的优点结构紧凑体积小 ,运转平稳噪音低 ,使用可靠、寿命长，设计合理维修方便，容易分解安装。 这种传动分为单级传动和双级传动：单级传动的传动比一般为 987，而双级传动的传动比一般为 1217569。 根据此次设计的摇臂式起重机的工作状态：摇臂的转速为 2r/而应该
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