高空作业车机械综合设计课件

1、目 录引言31 选题背景41.1 问题的提出41.2 研究现状41.3 设计的技术要求及指标41.3.1我们的研究内容：41.3.2我们预期达成的成果52 机构选型62.1 设计方案的提出62.2设计方案的确定83 尺度综合113.1 机构关键尺寸计算113.2机构关键尺寸优化134 受力分析144.1 机构动态静力描述144.2 机构动态静力变化曲线描述155 机构建模165.1 机构运动简图及尺寸标注165.2 机构关键构件建模过程195.2.1车架建模195.2.2车座建模255.2.3其余关键零件建模展示285.2.4标准零件建模如下：345.3 机构总体装配过程365.3.1装配过程

2、365.3.2 创建爆炸视图436 机构仿真486.1 SolidWorks机构仿真486.1.1 机构仿真配置486.1.2 机构仿真过程描述486.1.3 仿真参数测量及分析566.2 Adams机构仿真666.2.1 机构仿真配置666.2.2 机构仿真过程描述666.2.3 仿真参数测量及分析716.2.4仿真中存在的不足737有限元分析747.1 载物台有限元分析747.1.1载物台的设置过程747.1.2 分析报表内容777.1.3 材料优化改进807.2支撑架静应力分析817.2.1 支撑架的参数设置过程817.2.2修改后的结构应力分析847.3 整车有限元分析868设计总结9

3、69收获及体会9710致谢9811 参考文献99引言在国家的生产建设中，大型的工程机械是不能缺少的技术设备，它在城市建设、交通运输、农田水利、广告摄影、能源开发和国防建设等多个方面都发挥着至关重要的作用。高空作业车即是用来运送工作人员和工作设备到达指定高度进行作业的一种大型工程机械设备。由于其本身拥有的降低劳动强度、提高工作效率、节省劳动力和费用的优势，在多个领域扮演着重要的角色，有着广阔的发展前景。高空作业车作为一种工程车辆，其特殊性在于：一是载人高空作业，其作业安全性要求比一般工程车辆高，即所谓“高安全性”；二是施工场所环境的“非结构性”，即其工作环境不可预知并且多变，因此要求对环境具有“

4、高适应性”；三是其经常用于抢修作业，并且多为室外或野外作业，作业环境条件差，所以要求其具有作业的“高效率”。我国高空作业车行业起步较晚， 自20世纪60年代开始研制，70年代才推出商业化机样，随着经济的发展和技术的进步，高空作业车在国内的需求日益增多。国内一些厂商开始把高空作业车单独作为一个模块进行了研究，形成了一批知名企业，但与外国相比，仍有一定的差距。本次课程设计综合运用了机械原理、机械设计等课程所学知识，参考现有产品及相关资料，设计一个简单的高空作业车，并利用SolidWorks，Adams等软件进行三维模型的制作、机构简图的绘制及零件渲染和运动仿真。1 选题背景1.1 问题的提出高空作

5、业车是指用来运送工作人员和工作设备到达指定高度进行作业的一种大型工程机械设备，是一种先进的登高作业方式。随着我国的经济建设的飞速发展，城市中的高层和超高层建筑不断涌现，高空作业和消防任务也日益突出，高空作业车由于其本身拥有的降低劳动强度、提高工作效率、节省劳动力和费用的优势，在多个领域扮演着重要的角色，有着广阔的发展前景。但由于我国此行业起步较晚，发展时间短暂，因此相比于一些重工业发达的国家，产品不够成熟，市场也不够广泛，迫切需要重视和发展。1.2 研究现状高空作业车，其发展与国民经济的发展水平密切相关，据国外高空作业机械专业媒体杂志Access International统计，经济越发达，需

6、求量越大，并且单位GDP需求量也越大。与发达国家和地区相比，我国不仅单位GDP需求量小，而且单位GDP需求量与GDP的比例也低，这说明高空作业车的市场需求量既与经济规模有关，又与经济发达程度有关，这也恰恰表明高空作业车在我国有非常广阔的发展前景。我国高空作业车行业起步较晚，自20世纪60年代开始研制，70年代才推出商业化机样，随着经济的发展和技术的进步，高空作业车在国内的需求日益增多，逐渐引入国外高新技术及其产品，但与外国相比，仍有一定的差距。目前我国高空作业车年销售量在2千台左右，产品技术水平差距较大，产品结构单一。市场销售、使用及保有量最大的车型还是折叠臂式，其他型式如伸缩臂式和混 合臂式

7、占有的比重还很小，最大作业高度只有3 5 m。相对来说，国外产品技术成熟，市场广泛，平台的载荷最大可以达到500kg，作业高度也早已超过110m，具有多种安全保护措施，作业场地适应能力较强。1.3 设计的技术要求及指标1.3.1我们的研究内容：（1） 运动的实现整个机构整体的运动分析、运动臂运动分析、摇臂尺寸的优化选择。（2） 运动臂受力分析 作业车整车受力分析、运动臂静力力分析和动力分析、单个运动构件的动力分析。（3） 动力输入及能量传递整个高空作业车的运动效率、 运动臂动力传递方式选择、增大效率的方式选择。（4） 人机设计标准人机工程学设计、安全性能设计、有限元分析。（5） 运动臂材料的选

8、择构件材料的选取、外形美观设计等。1.3.2我们预期达成的成果（1） 运用SolidWorks绘制高空作业车各零件的零件图、以及装配图。（2） 查阅相关文献并结合机械原理所学对机构的参数进行分析，并进行运动分析。（3） 学习adams运动分析软件进行运动仿真。（4） 确定高空作业车的一些基本参数，比如尺寸、材料等。（5） 整理编写机械设计说明书2 机构选型 2.1 设计方案的提出我们分析了高空作业车的各个分类图2.1.1 各种高空作业车对其运动规律进行了初步的分析，得出以下四种结构示意图：表 2.1结构示意图类别结构示意图说明剪切式 多组交叉连杆框架铰接成剪形。一般是通过装在连杆框架间的液压缸

9、的伸缩来改变连杆交叉的角度，从而改变举升机构的升降高度。这种垂直升降的剪式举升机构，能完成较低高度的作业，工作平稳，作业平稳，作业平台较大，被广泛地用于飞机、船舶制造、室内维修、清洁电车线路维修等作业场地。但是，这种作业车越障能力差、工作范围小。伸缩臂式由多节套装、可伸缩的箱型臂构成的。包括基本臂、伸缩臂和液压缸等，在其末端装有作业斗或其他作业装置，有变幅液压缸和伸缩液压缸，以实现臂架的变幅和伸缩。伸缩臂节数依据高空作业车的最大作业高度而异，由于伸缩臂式举升机构可获得较大的作业高度和变幅，因此，被广泛地用于各种高空作业车上。但是，这种作业车的越障能力差曲臂式曲臂式高空作业车能悬伸作业、跨越一定

10、的障碍或在一处升降可进行多点作业;平台载重量大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备;升降平台移动性好，转移场地方便;外型美观，适于室内外作业和存放。适用于车站、码头、商场、体育场馆、小区物业、厂矿车间等大范围作业。混合臂式伸缩臂式和铰接式的结合，充分结合了两种作业车的优点，解决了原有的作业车功能单一的问题，既可以在室内进行维护作业又可以在室外进行拆装作业，减少了工作车的数量工作性能最好，但相对来说最为复杂。如表 2.1说明所示，各类高空作业车各有优缺点，剪切式作业车越障能力差、工作范围小；伸缩臂式作业车越障能力差；而混合臂式对染工作性能做好，但其结构相对来说最为复杂。因此，在性能与条件的

11、权衡下，经过讨论，我们得到如下图所示初步方案：图2.1.2 机构示意图（初步方案）2.2设计方案的确定改进方案机构简图如图2.2.1所示图2.2.1结构示意图（改进方案）在此方案中所用机构如表2.2所示：表2.2 所用机构所用机构机构示意图说明连杆机构利用液压缸的驱动进行运动 液压 利用液压原理，把液压能转换为机械能，为系统提供动力再经过一些细节上的改进后，得到最终设计方案，如下图所示：图2.2.2 最终设计方案（附录有大图）3 尺度综合3.1 机构关键尺寸计算我们的一些尺寸由1:87的模型多次测量之后再经过在网上的查询得到，然后利用机械原理所学知识进行相关尺寸坐标的计算，如下所示：图 3.1

12、 最终方案结构示意图如图3.1所示，设O点坐标为（），建立直角坐标系。以下将对各点静止时刻坐标进行分析：（1） 求C点坐标：对于C点，设液压缸1长度为（可变），则可列出方程组（2） 求B点坐标：同理，,对于B点，有，其中，（3） 求D点坐标：由几何关系，可列出方程,其中，=4350（4） 求E、F点坐标：由几何关系,其中，已知=562，=1310，=994（5） 求A坐标: 设液压缸2长度为，有,其中已知=3090（6） 求G坐标，求法同D,利用几何关系，可列出方程组，其中，=3700（7） 求坐标:同上，有,其中，=3000（8） 求H坐标:设液压缸3的长度为(可变)，则有,其中，=870（

13、9） 求坐标:设液压缸4的长度为(可变)，则有,其中，=3260（10） 求K坐标: ,其中=7260（11） 求M坐标:设液压缸5的长度为（可变），有（12） 求L坐标: 同上，有,其中=1090（13） 求N坐标:设液压缸6的长度为由几何关系，有3.2机构关键尺寸优化我们的机构中大量使用了连杆和液压系统，为保证正常工作，需要使各连杆机构的长度能做到既满足实际使用需求又能互相高效率配合，避免不必要的互相影响，同时也要考虑到液压系统带来的额外影响，综合考虑之后对尺寸进行优化处理。优化的最终结果如上文所示，在这里不再单独进行解释。 最终的尺寸是经过多次修改确定下来的,确定与优化都是在装配时进行过

14、多次修改，详见后文装配环节，另外在有限元分析中也会出现各种干涉，对非必要干涉可以忽略，但大部分要修正尺寸以满足分析仿真要求，从而求出最优解。4 受力分析4.1 机构动态静力描述图4.1 静力受力图 如上图所示，由系统的静力受力示意图可知，各转动副处有沿连杆方向的力，液压系统提供沿其径向的驱动力。下面将对工作时的情形为例进行静力分析：设L、N中点为,则由上述所得数据，可知点坐标为，假设一个质量为m（单位为KG）的工作人员站在工作台上，在液压系统未工作时，可估算出此时点所受扭矩： 另外还有各连杆、各液压系统的重力及各处的摩擦力，具体见有限元分析，在此不再进行一一描述。4.2 机构动态静力变化曲线描

15、述我们在有限元章节中对各部分构件的静力学进行了详细的研究，机构动态静力变化图表具体见有限元分析。5 机构建模5.1 机构运动简图及尺寸标注机构运动简图主要运用Microsoft Visio2010绘制，生成vsd文件，运用Microsoft Visio2010打开，具体属性如下图5.1.1 运动简图文件属性绘制过程如下：1.新建工程，选择部件和工程模板图5.1.2 新建工程2.选择合适的绘图工具，并绘制草绘简图图5.1.3 草图绘制3.绘制尺寸及其尺寸数据的编辑，并添加文字说明图5.1.4 绘制、编辑尺寸并文字说明4.最终完成并保存 图5.1.5 最终所得机构运动简图图5.1.6 保存机构简图

16、5.2 机构关键构件建模过程零件的三维建模主要是运用三维建模软件Solid Works绘制，由于零件比较多，主要选取部分关键部件的零件进行介绍，另外也详见经典建模过程的绘制视频载物台。 5.2.1车架建模使用SolidWorks 进行车架建模，首先进行整体的空间布置构思，进行零件的绘制步骤分析，然后绘制底盘草图图5.2.1 绘制地盘草图绘制好草图后进行凸台拉伸操作。图5.2.2 拉伸添加车架其他特征，以配合轮胎使用，具体如下图。首先选定好基准面，绘制拉伸草图。图5.2.3 绘制拉伸草图编辑拉伸特征数据图5.2.4 编辑拉伸特征数据进行镜像编辑，如下图：图5.2.5 镜像编辑然后继续添加其他特征

17、，进行底部抽壳工作，如下图所示：图5.2.6 添加其他特征并底部抽壳绘制耳朵特征编辑，并镜像，如下图。图5.2.7 绘制耳朵特性并镜像添加车架与车座的配合部位的特征，如下图图5.2.8 添加车架车座配合部位特征 绘制拉伸切除特征以配合轮胎，如下图所示。图5.2.9 绘制拉伸切除特征以配合轮胎最终绘制效果如下图所示图5.2.10 最终绘制效果5.2.2车座建模首先绘制整体的拉伸特征供后面进行切除特征，如下图所示图5.2.11 绘制整体的拉伸特征然后进行拉伸切除特征编辑并进行圆角特征编辑，如下图所示。图5.2.12 拉伸切除特征并编辑圆角进行拉伸切除特征编辑，做出可供支撑架运动的空间，如下图所示：

18、图5.2.13 拉伸切除特征编辑进行车底部抽壳工作，并且切除不必要的部分，如下图所示。图5.2.14 车底部抽壳并切除不必要的部分然后进行倒圆角编辑，如下图所示。图5.2.15 进行倒圆角编辑最终效果如下图。图5.2.16 最终效果5.2.3其余关键零件建模展示 车架底部支撑建模如下图：图5.2.16 车架底部支撑建模底部框架建模如图所示：图5.2.17 底部框架建模载物台配合小部件如图所示：图5.2.18 载物台配合小部件液压缸组件如下图所示：图5.2.19 液压缸组件图5.2.20 液压缸组件气缸配合小部件如下：图5.2.21气缸配合小部件载物台建模如下图所示：图5.2.22 载物台建模支

19、撑架部件1如下图所示：图5.2.23支撑架部件1 支撑架部件2如下图所示：图5.2.24支撑架部件2支撑架部件3如下图所示：图5.2.25支撑架部件3支撑架小部件1如下图所示：图5.2.26 小部件1支撑架小部件2如下图所示：图5.2.27小部件2轮胎建模如下图所示：5.2.28 轮胎5.2.4标准零件建模如下：插入tool零件库：图5.2.29 标准零件建模1图5.2.30 标准零件建模2设定参数完成标准件的建模：图5.2.31 标准零件建模35.3 机构总体装配过程5.3.1装配过程 本次装配主要运用的SolidWorks中的装配体命令，在前面的步骤中我们已经绘制好了单一的零件，然后理清好

20、零部件之间的配合关系，然后进行总成装配，具体装配过程如下。新建装配体文件：图5.3.1新建装配体文件选择插入零部件，选择之前完成的建模零件，并调整好视图方向后插入：5.3.2选择插入零部件选择配合类型，添加相应约束，如下图所示图5.3.3选择配合类型图5.3.4 添加相应约束选择好配合类型：图5.3.5 添加相应配合完成总成装配图，调整视图，为下步渲染做准备：图5.3.6总装配图插入photoview插件，选择合适的材料并添加颜色。图5.3.7插入photoview插件图5.3.8选择合适的材料并添加颜色插入光源和相机，并调整。图5.3.9 插入光源和相机图5.3.10 调整7编辑外观结束后预

21、览装配体图5.3.11预览装配体8.完成渲染过程。图5.3.12 渲染1图5.3.13 渲染2图5.3.14 渲染35.3.2 创建爆炸视图在装配完成的配合体重创建爆炸视图自主设计爆炸方向幷逐一爆炸图5.3.15 创建爆炸视图最终完成爆炸视图。图5.3.16 完成爆炸视图表5.3.16 爆炸零件视图项目号零件号说明数量1底部框架112液压支撑架233液压支撑架334支撑架215小部件46支撑框架117底部18底部219底板2110轮胎2411液压支撑架5112支撑框架2113支撑架3114支撑架伸缩杆115载物台2116液压支撑架4117液压支撑架1118支撑架119液压支撑5SLDPRT1创

22、建爆炸动画，点击点击第一个动画向导按钮选择爆炸动画，电脑自动创建成功。图5.3.17创建爆炸动画调整视向和相机，自主设计选择视频方向，以便直观的展示装配体的装配过程。图5.3.18调整视向和相机调整视频帧数和高宽比例并保存文件。具体文件见附件图5.3.19调整视频帧数和高宽比例并保存文件6 机构仿真在完成建模以及装配后，我们选用了两种软件进行仿真分析，adams软件侧重于机构运动简图的运动学分析，能够得出相对比较理想的数据处理结果，SolidWorks软件中的motion分析插件能够综合模型得出运动学和动力学仿真分析结果。我们分工合作，赵延垒负责SolidWorks的仿真分析，林严负责adam

23、s软件的学习和分析，金潇负责尺寸数据的整合和分析，并尽可能的提出改进方案。 6.1 SolidWorks机构仿真6.1.1 机构仿真配置运用SolidWorks软件分析首先要插入motion分析插件，具体方法类比tool和photoview 插件的插入方法，然后选择新建运动算例，左下角选择motion分析。图6.1.1 motion分析6.1.2 机构仿真过程描述首先对我们所完成的装配体进行了干涉检查，共发现5处干涉，其中有两初位置我们对零件进行了小细节的修正，另外三处并影响装配体的仿真结果，对其进行了忽略。图6.1.2 干涉检查图然后我们在载人台添加了力，考虑到工程工作需要，我们选择了两个成

24、年人的体重为标准，设定了载人重量的受力函数。图6.1.3 仿真图1在液压缸部位添加工作线性马达，进行仿真处理。 图6.1.4 仿真图2在后面的仿真分析中我们发现结果偏离太大，由于我们所学的液压缸的运动规律方程受限，对工作的马达位置进行了修正，在悬臂梁处添加了旋转马达进行仿真，这样就忽略了液压缸运动的先后顺序对整个仿真结果的影响，为了补偿其实际过程中产生的误差故在其马达位置添加了阻尼。图6.1.5 改进后的马达仿真图图6.1.6 改进后的阻尼添加图总共添加了五个旋转马达，一个重力，五个阻尼， 如下图所示图6.1.7 仿真设置示意图由于液压缸的运动速度需要四个精确控制，我们编写了旋转马达的相应运动

25、方程以满足高空作业车的整车运动规律要求，具体的运动规律如下图所示。图6.1.8旋转马达1运动规律图6.1.9 旋转马达2.3.4.运动规律图6.1.10 旋转马达5运动规律设置完成后添加实体接触，防止装配体各零件键产生交叉，一般选择实体接触，如下图所示。图6.1.11 接触按钮图图6.1.12 接触设置图添加引力参数设置，如下图所示。图6.1.13 引力按钮设置图图6.1.14 引力参数设置图设置完成后，点击计算，完成motion分析的运动仿真过程，时间较长，中间尽量不要中断，有错误在计算完成之后进行更改。图6.1.15 计算按钮图最终生成下图所示的六秒的运动仿真动画，由于时间较短，我设置了0

26、.1倍速播放，并生成了仿真动画视频，具体见附件。图6.1.16仿真动画图6.1.3 仿真参数测量及分析（1）载物台运动参数分析 高空作业车最重要的是保证作业人员的安全，所以我们首先对整体进行了仿真分析，设置参数为载物台的跟踪路径，具体如下图所示图6.1.17 跟踪路径图由图中可以看出，作业车的上升和下落轨迹为同一条曲线，基本符合实际情况，说明配合关系和接触的设置是正确的。 我们对载物台的质量中心进行了仿真分析，分别得到了x分量、y分量、z分量的数据曲线图。图6.1.18 载物台质量中心x分量图6.1.19 载物台质量中心y分量图6.1.20 载物台质量中心z分量由图像可以看出，载物台的质量中心

27、在三个方向上的运动规律都类似于三角函数曲线，符合人机工程学要求。 载物台的线性位移类似于质量中心位移，由于图像类似我们只选取了y分量的位移数据进行研究。图6.1.21 载物台线性位移y分量由图像可以看出，载物台的位移为一条圆滑的曲线，可以保证工程车上工作人员的安全，不会产生危险，说明所设计的高空作业车符合人机工程学和安全性能的要求。 对载物台的线性速度进行了仿真分析，得出以下数据图表。 图6.1.22 载物台线性位移x分量图6.1.23 载物台线性位移y分量图6.1.24 载物台线性位移z分量由图表可以看出，初始速度为0，随着时间的上升速度逐渐升快，然后再下降，符合作业过程中初始速度慢，中间速

28、度可以加快以便节约时间，接近工作高度时候速度下降的实际要求。说明我们所设计的高空作业车满足工程作业的要求。 我们对载物台的线性加速度进行了数据分析，结果如下。图6.1.25 载物台线性加速度x分量由于三个方向的加速度基本一致，我们之、只对载物台线性加速度的x分量进行分析。由图像可以看出在6s之前的加速度基本为平滑曲线，在中间是由于从最高处开始下降，加速度有个突变，而在图中红线以后加速度呈现无规律跳动，主要是由于我们只设置了6s的马达运动规律，6s后马达停止，加速度突变，而且此时载物台处于最低处，此处的图像为偶然误差，主要是由于未设置载物台与地面的实体接触（地面为默认的原点与xy轴所在平面，地面

29、不是实体模型，无法设置）所产生的，可以忽略，总体看加速度符合高空作业车的作业规律，说明模型主体功能设计成功，但此处的跳动误差应该设置避免掉，下次考虑把地面设置成平面模型，从而添加实体接触。 载物台角速度曲线类似于载物台的线速度曲线，在次不加赘述。图6.1.26 载物台角速度 载物台相对于车底盘的俯仰角度，如下图所示。图6.1.27 俯仰角度图由图像可以看出，载物台的俯仰角度呈现正选规律，总体符合设计要求。 载物台动力学分析图6.1.28 反作用力图图6.1.29 反力矩图由图像可以看出载物台与其配合的支撑臂3气缸间的反作用力和饭力矩初始状态很低，可规定为零值，在极限位置（即最高处）时所受到的力

30、和力矩都为最大值，满足实际作业要求。（2）支撑架运动参数分析（以靠近车架的支臂梁为例）支撑架运动参数在所设计的高空作业车中占有很大比重，所以我们选择了第一个支臂梁作为我们的研究对象，具体过程如下。 我们首先对支臂梁的线性位移进行了数据分析，得到了线性位移x分量、y分量、z分量的数据图表。图6.1.30 线性位移图1图6.1.31线性位移图2图6.1.32 线性位移图3通过以上的图表可以看出，支臂梁的线性位移呈现三角函数曲线关系，基本符合高空作业车的工程实际要求，另外在运动过程中，我们设定的是xyz三个方向同时运动以满足实际作业要求，有x分量的位移曲线可以看出，当高空作业车上升到最高处时，x分量

31、位移瞬时不变，以满足加速度突变的过程，从而减低危险性，符合人机工程学的系统要求。 支臂梁线性速度分析图6.1.33 速度图1图6.1.34 速度图2图6.1.35 速度图3由上图三个方向上的线性速度曲线可以看出，支撑臂的速度近似为三角函数曲线，满足启动时速度较低。在途中运动是速度加快，在接近临界位置时速度为0，然而支撑臂的运动曲线和载物台的运动曲线有所差距，比较两者的图像我们得出结论，整体的运动不仅仅是部分运动的集合，还是不同组件运动参数的交汇综合。在支撑架运动参数的结果中可以看出，还是有小部分的误差，虽然不影响整体的运动参数，但不容忽视。 支臂梁线性加速度分析图6.1.36 加速度图在分析线

32、性加速度时，我们可以发现总体的线性加速度类似于线性直线，但红线之后依旧出现了不规则的抖动，此处的无规律跳动类似于载物台的线性加速度的后期跳动。在之前的分析中，我们可以发现，在6s之后的跳动主要原因还是由于6s时五个马达停止，加速度出现突变，而此时的作业车载物台处于最低位置，6s后由于惯性，载物台会冲向地面，没有在地面位置与载物台添加实体约束，从而导致无规律的跳动，但此时的线性速度没有出现跳动，位移也没有异常现象，从而对实际的不会产生影响，并且在实际的作业过程中，马达被气缸所代替，不会产生如图所示的加速度抖动，安全性能从而得到保障。 支臂梁的角位移角速度和角加速度分析。图6.1.37 角位移图1

33、图6.1.38 角位移图2图6.1.39 角位移图3由图像可以看出，支撑臂的位移曲线类似于线性位移曲线，而角速度与载物台的角速度图像类似，角加速度与载物台的线性加速度曲线类似，说明整体的运动与部分的运动有着共通的关系，再次不加赘述。 支撑臂的俯仰角度。图6.1.40 俯仰角度图由图像可以看出，支撑臂的俯仰角度呈现正旋变化，但有图像纵坐标的数字为负值可以看出初始设置的零点出现问题，在以后的工作中要尽量避免。图像总体上呈现出的规律性证明我们设计的高空作业车的支臂梁运动符合实际，证明装配和设计的正确。 支撑臂动力学分析 图6.1.41 反作用力图图6.1.42 反力矩图由图像可以看出，受力曲线类似于

34、载物台但斜率比其高，这是因为载物台上需要载人，不能有太高的斜率，而支撑臂斜率较大，但由于主要起着支撑作用不会对人产生安全性的影响，也满足基本要求。6.2 Adams机构仿真6.2.1 机构仿真配置首先打开Adams如下所示：图6.2.1 Adams界面6.2.2 机构仿真过程描述（1） 模型的建立建立一个新的模型，再利用Adams里面的命令建立一个机架，随后利用命令建立连杆，然后命令建立连接板，再利用命令建立最后一个液压缸，同样用与第一个命令画出工作台的模型，这样一个简单的模型就完成了。建立模型的结果如下所示：图6.2.2模型建立图（2） 建立约束 利用命令将机架模型与地面锁定，利用命令将所有

35、的连杆之间采用转动副连接，利用命令建立一个方便自己操作的坐标系，利用将工作台上下方向约束，使其只能上下左右平动。建立约束的结果如下所示：图6.2.3约束建立图（3） 缩小图标利用Icon Settings命令将图标缩小至适合自己的大小。图6.2.4 图表缩小操作图缩小后的模型图如下所示：图6.2.5 缩小后的模型图（4） 施加驱动 利用命令对所有的转动副施加驱动，转速由自己设定，合适即可。施加驱动后的模型如下所示：图6.2.6 施加驱动后的模型图（5） 测量 利用命令测量位移和速度，选取工作台底部中点和竖直向下的地面上一点为参考点测量位移和速度。利用命令测量角位移，选取工作台底部中点、机架底部

36、中点和工作台竖直向下地面上的一点味参考点测量角位移。6.2.3 仿真参数测量及分析测量的曲线如下：图6.2.7位移曲线曲线分析：由于所加的驱动是恒转速的，且不考虑外界摩擦等因素，故工作台的下降位移曲线是接近恒速下降的，结果偏于理想化，实际的曲线会受到外界的干扰，工作台的下降曲线会出现波动。图6.2.8速度曲线曲线分析：由于理想的模型和驱动，并且不考虑外界的摩擦和影响，工作台的下降速度接近恒速，若考虑外界的影响，工作台下降的曲线会有波动，具体的波动大小根据外界的影响大小而定，曲线的平均速度应该是不变的。图6.2.9角位移曲线曲线分析：由于理想化的模型，工作台下降的角位移接近于恒角速度，若每个液压

37、缸的动作不同步，则角速度不会是恒速，但是若就每一个连杆与液压缸研究，角速度应该是恒速的，在角速度恒定的情况下，站在工作台上的工人会更舒适的工作，不会有附加的加速度，即工人会站的更稳定，有利于工作，所以，我们的设计应该尽量趋向理想化的模型。6.2.4仿真中存在的不足（1）在建模时，由于水平有限，液压缸模型无法建立，液压缸的驱动力用电机的转矩代替，与原模型有些差异。测量过程不甚精确。（2）实际中的摩擦与其他影响因素不能完全考虑进去，测量的结果是在理想化的条件下才成立，与实际测量的数据有所偏差。（3）在建立模型时有些尺寸不是太精确，而且模型时简化之后的模型，与实际模型有所出入，造成测量时的误差。7有

38、限元分析在SolidWorks中运用插件solidsimulation 可进行有限元分析，导入并选择该插件，如下图所示。图7.1 导入并选择插件我们分别载物台和支撑臂进行了有限元分析，其主要负载还是以2个成年人的重力为参考，结合了所带作业工具的重量，添加了2000N的外载荷.。（由于所绘制为1:87的比例模型，故添加23N的外载荷）7.1 载物台有限元分析7.1.1载物台的设置过程首先导入零件插入插件，点击算例顾问里面的新算例。点击静应力分析。图7.1.1点击算例顾问里面的新算例然后点击应用材料，选择合金钢如下图所示。图7.1.2 选择合金钢然后选择夹具顾问里面的固定几何体，确定由于需要尽可能

39、的保证载物台水平故选择侧面为固定面图7.1.3 选择固定集合体点击外部载荷顾问选择力，设定载物台内部面为受力面，设定值为23N，确定。图7.1.4设定值23N点击运行算例，等待结果。图7.1.5点击运行算例得到以下结果图7.1.6 结果点击生成word报表图7.1.7 生成word报表7.1.2 分析报表内容如下图所示：模型名称: 载物台2当前配置: 默认实体文档名称和参考视为容积属性文档路径/修改日期镜向10实体质量:0.0217648 kg体积:2.98148e-006 m3密度:7300 kg/m3重量:0.213295 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹载物台2.SLDPR

40、TJun 25 23:34:12 2015图7.1.8 载物台静应力分析模型参考算例结果如下图所示。名称类型最小最大应力1VON:von Mises 应力1028.17 N/m2节: 47863.77377e+007 N/m2节: 90载物台2-静应力分析 1-应力-应力1图7.1.9 载物台静应力分析应力名称类型最小最大位移1URES:合位移0 mm节: 8390.0267964 mm节: 28491载物台2-静应力分析 1-位移-位移1图7.1.10载物台静应力分析位移名称类型最小最大应变1ESTRN :对等应变1.13568e-008 单元: 153020.000136265 单元: 8

41、481载物台2-静应力分析 1-应变-应变1图7.1.11 载物台静应力分析应变由图像可以看出载物台在承受两个人的重量外加工作工具的重量时受力呈现不规律性，而在应变图像中可以看出有着较为明显的应变，对此我们提出以下几点措施： 选择合适的材料，选用刚度更高的合金钢，提升载物台的承载能力。 加宽载物台的底部厚度从而提升抗应变能力 受力支撑面积加宽以提升承载能力7.1.3 材料优化改进根据以上的分析对模型进行改进，首先选择刚度较高的合金钢ss图7.1.12 参数更改界面运行算例得到另一组静应力的分析数据，具体见附件、可进行两者的比较，如下图所示。图7.1.13比较界面从图中可以看出更改材料参数后，载

42、物台的应变有所减小，这说明我们所提出的改进措施符合工程实际。7.2支撑架静应力分析7.2.1 支撑架的参数设置过程类比于载物台的设置过程，通过SolidWorks的软件分析，得到支撑架的分析报表。具体如下。模型参考属性零部件名称:合金钢模型类型:线性弹性同向性默认失败准则:最大 von Mises 应力屈服强度:6.20422e+008 N/m2张力强度:7.23826e+008 N/m2弹性模量:2.1e+011 N/m2泊松比:0.28 质量密度:7700 kg/m3抗剪模量:7.9e+010 N/m2热扩张系数:1.3e-005 /KelvinSolidBody 1(镜向2)(支撑架1)

43、曲线数据:N/A图7.2.1 模型参数界面名称类型最小最大应力1VON:von Mises 应力35.0151 N/m2节: 107581.29328e+007 N/m2节: 15693支撑架1-静应力分析 1-应力-应力1图7.2.2 支撑架静应力分析-应力界面名称类型最小最大位移1URES:合位移0 mm节: 450.00014373 mm节: 193支撑架1-静应力分析 1-位移-位移1图7.2.3支撑架静应力分析-位移界面名称类型最小最大应变1ESTRN :对等应变1.30004e-010 单元: 27802.71217e-005 单元: 38支撑架1-静应力分析 1-应变-应变1图7

44、.2.4 支撑架静应力分析-应变界面由以上的图可以看出，支撑架有着较为明显的应变，说明我们所设计的壳体部件不满足受力要求，在前期设计时为了减轻重量我们对支撑臂的非关键部分进行了抽壳，即设计的空心壳体结构，从图中可以看出并不能很好的承受载荷，我们对其进行了反思，支撑臂是关键部件，虽然并不是全部部分都要承受载荷，但仍要用实心合金钢结构，安全性能和经济性能冲突时要首先保证安全性，不能为了节约成本就把材料设置成简单的壳体结构，在以后的工作中要注意。对于以上的结构结果，我们对其进行了以下改进： 更改初期设计的壳体架构，把支臂梁设置成实心结构以增加其承载能力 改变受力面积和受力部位，在承受转矩的地方加厚接

45、触零件以便更好的传导力矩。7.2.2修改后的结构应力分析结果如下图所示名称类型最小最大应力1VON:von Mises 应力1.22912e-006 N/m2节: 233010.520968 N/m2节: 22678支撑架1-静应力分析 1-应力-应力1图7.2.5 支撑架修正后静应力分析-应力界面名称类型最小最大位移1URES:合位移0 mm节: 13.26951e-012 mm节: 22652支撑架1-静应力分析 1-位移-位移1图7.2.6 支撑架修正后静应力分析-位移界面名称类型最小最大应变1ESTRN :对等应变4.26475e-018 单元: 31501.32193e-012 单元

46、: 4499支撑架1-静应力分析 1-应变-应变1图7.2.7支撑架修正后静应力分析-应变界面比较改进后的位移可知最大值为3.26951e-012 mm改进前位移的最大值0.00014373 mm由此可以看出物体所受的应变和位移均有较大改进，证明所提出的改进措施的正确性，此时所产生的位移数值较小，可以忽略不计，从而大大提升了支撑臂的刚度。结论：通过改进支撑臂的结构提升了支撑臂的疲劳强度，虽然小幅度的增加了相应成本，但总体提升了安全性能，总的来说是符合设计要求的。7.3 整车有限元分析我们对高空作业车整车进行了数据分析，在其中我们有很多干涉冲突，我们进行了检查和修正，并且本次的模型所有参数为1:

47、87的缩小版，会节约工作量和系统内存，但不会影响整体的结果。总体上讲符合设计要求。表7.3.1模型名称: 总图当前配置: 默认实体文档名称和参考视为容积属性文档路径/修改日期切除-拉伸4实体质量:0.00155885 kg体积:2.02448e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0152767 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹小部件.SLDPRTJun 26 11:16:50 2015切除-拉伸4实体质量:0.00155885 kg体积:2.02448e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0152767 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹小

48、部件.SLDPRTJun 26 11:16:50 2015切除-拉伸4实体质量:0.00155885 kg体积:2.02448e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0152767 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹小部件.SLDPRTJun 26 11:16:50 2015切除-拉伸4实体质量:0.00155885 kg体积:2.02448e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0152767 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹小部件.SLDPRTJun 26 11:16:50 2015镜向9实体质量:0.103359 kg体积:1.34232

49、e-005 m3密度:7700 kg/m3重量:1.01291 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹底板2.SLDPRTJun 26 11:17:59 2015圆角10实体质量:0.0666023 kg体积:8.64965e-006 m3密度:7700 kg/m3重量:0.652703 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹底部.SLDPRTJun 26 11:17:59 2015凸台-拉伸2实体质量:0.0311163 kg体积:4.04108e-006 m3密度:7700 kg/m3重量:0.30494 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹底部2.SLDPRTJ

50、un 26 11:47:37 2015镜向3实体质量:0.00618019 kg体积:8.02622e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0605658 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹底部框架1.SLDPRTJun 26 11:18:00 2015镜向2实体质量:0.0139882 kg体积:1.81665e-006 m3密度:7700 kg/m3重量:0.137084 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹支撑架2.SLDPRTJun 26 11:18:00 2015切除-拉伸5实体质量:0.0155723 kg体积:2.02237e-006 m3密度:7700 kg/m3重量:0.152608 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹支撑架3.SLDPRTJun 26 11:17:58 2015切除-拉伸2实体质量:0.00657799 kg体积:8.54285e-007 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0644643 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹支撑架j.SLDPRTJun 26 11:17:57 2015切除-拉伸3实体质量:0.00907126 kg体积:1.17809e-006 m3密度:7700 kg/m3重量:0.0888984 NE:学习设计资料相关图纸高空作业车新建文件夹支撑架伸缩