受力分析及材料选择

1、十、按对策实施： 经过与现场施工师傅的交流，以及向机械设备厂的相关专家请教，小组各成员各抒己见，最终一致认为：新型压缩波纹管机构包括两大部分，新型伸开波纹管机构也是包括两大部分。其中的组成部分的关系见下图。 1、 新型压缩波纹管机构设计 1.1 模型确定 从结构形式上，有3个方案，其支撑结构及需要液压机数量分 别如下图所示： 压缩波纹管机构一 压缩波纹管机构二 压缩波纹管机构三 三种结构对比分析 结构名称 调查分析 特点 结论 压缩波纹管 机构一 (1)使用4个千斤顶从4个相隔90的角进行压缩波纹管 (2)用时分析：现场组装用时8min,压缩时间9min，总时间17min。 (3)人员分析：需

2、要两个人同时操作 (4)成本分析：7920元 优点：可缩短压缩时间 缺点： (1)现场组装时间过长 使用4个千斤顶，需要步/Tt才实施，操作要求较局 波纹管的四个角落比较容易产生压缩偏差，导致法兰向/、平，影响安装 所帝总时间取K。 不米用 压缩波纹管 (1)使用1个千斤顶在中间通过一条横跨 优点： (1)现场组装时间短 采用 机构二 直径的槽钢进行压缩波纹管 (2)用时分析：现场组装用时3min,压缩时间12min,总时间 15min (3)人员分析：需要两个人同时操作 (4)成本分析：2820元 只使用一个千斤顶， 操作简单 波纹管的四个角落压缩偏差比较小，法兰面较平整，方便安装。 造价低

3、。 缺点：因为只用了1个千斤顶，压缩时间稍慢。 压缩波纹管 机构三 (1)使用1个千斤顶在中间通过一条横跨直径的槽钢进行压缩波纹管 (2)用时分析：现场组装用时5min,压缩时间12min,总时间 17min (3)人员分析：需要两个人同时操作 (4)成本分析：3620元 优点： (1)只使用1个千斤顶，操作简单 (2)波纹管的四个角落压缩偏差比较小，法兰面较平整，方便安装。 缺点： (1)造价也不是最低， (2)所帝总时间取K。 不米用 综上所述：用压缩波纹管机构二压缩一个波纹管所需的总工作时间最短，成本最低，所以选择压缩波纹管机构二为模型进行研发制作。2、材料选择 机构材料的选择。制作材料

4、的选择主要从质量、安全性能考虑。 经小组的讨论，决定从合金钢、镒铁合金、硅铁合金三种材料 中选择。各材料参数如下所示: 材料 项目 合金钢 钮铁合金 硅铁合金 自身质量 13Kg 9Kg 8.1Kg 承重能力 2t 2t 制造价格 285元 228元 410元 制作难易程度 易 中 难 是否采用 是 否 否 考虑到合金钢焊接容易、制作方便，制作价格也不算高，且承 重能力符合要求，所以选择合金钢 动力装置选择经小组全体成员讨论， 动力机具由机械式千斤顶与电动液压泵两者之 中选择 、_图力装置项目 机械式千斤顶 电动液压顶（带液压泵） 装置样式 1 承重能力 2T 010T 起升高度 80mm 1

5、50mm 升起60mnW度用时 10min 2.2min 维护周期 1年 1年 参考价格 39元 1500元 是否采用 否 是 由于机械千斤顶的起升速度较慢，起升用时比较长，且使用不方便, 所以我们最终决定采用电动液压顶。液压千斤顶中与液压油接触的传 动轴的直径为42mm当液压泵输出的压力未70Mpa时，其输出压力F=pXS（p是压强（单位为帕斯卡）、F是压力（单位为牛顿）、S是受力面积（单位是平方米），所以其输出压力是70X106X3.14X21X21+106=96932N 结构受力分析与材料选择 结构受力分析 压缩波纹管机构受力分析 机构如下图所示，由三种材料构成：工字钢、热镀锌水管、梢钢

6、。此 三种材料都是由Q235钢制造而成的。查国标得Q235钢的各许用应力 如下：许用弯曲应力（r=158MPa 许用剪切应力T=98MPa 许用挤压应力（rp=240MPa 4.1,1.1工字钢受力分析及材料选择 工字钢参数表 型号 尺寸/mm 截面面积/cm 2 参考数值 XX h b d t r r1 Ix/cm4 Wx/cm3 ix/cm Ix:Sx 10 100 68 4.5 7.6 6.5 3.4 14.345 245 49 4.14 8.59 12.6 126 74 5.0 8.4 7.0 3.5 18.118 488 77.5 5.20 10.8 14 140 80 5.5 9.

7、1 7.5 3.8 21.516 712 102 5.76 12.0 16 160 88 6.0 9.9 8.0 4.0 26.131 1130 141 6.58 13.8 18 180 94 6.5 10.7 8.5 4.3 30.756 1660 185 7.36 15.4 符号意义： h一高度；ri一腿端圆弧半径； b一腿宽度；l一惯性矩； d一腰厚度；M抗弯截面系数；t平均腿厚度; i一惯性半径；C一形心； r内圆弧半径；S一半截面的静力矩。 工字钢受力图如下所示: F1 F21F22 F1是液压千斤顶对工字钢施加的压力，也是液压千斤顶的输出 压力，所以F1=96932N F21及F2

8、2是热镀锌钢管对工字钢的拉力，因为液压千斤顶的受 力点在工字钢的中间，所以F21=F22=1/2XF1=48466N则工字钢的 剪切应力片口（其中SX是工字钢的横截面积），工字钢的剪切应力r须少 SX 于或等于Q235钢的许用剪切应力,即 r=r,所以SX48466=494.6:10-6m2=4.946cm2 SX句98106 由以上的工字钢参数表可知，#10工字钢的横截面积为14.345cm2, 符合要求. 若选择#10工字钢，则工字钢的挤压应力 =1.53Mpa96.6cm3,符合要求。 综上所述，压缩波纹管机构的工字钢需要选择#14工字钢。 4.1.1.2热镀锌钢管受力分析及材料选择 普

9、通热镀锌钢管参数表（GB30913092-2001） 公称口径 外径 普通钢管 毫米 英寸 公称尺寸（毫米） 壁厚 （毫米） +12.5% -12.5% 理论重量 （千克/米） 截面积（mm2 6 1/8 10.0 2.00 2.251.75 0.39 50.24 8 1/4 13.5 2.25 2.531.97 0.62 92.82625 10 3/8 17.0 2.25 2.531.97 0.82 148.365 15 1/2 21.3 2.75 3.092.41 1.26 179.52165 20 3/4 26.8 2.75 3.092.41 1.63 249.8184 25 1 33.

10、5 3.25 3.662.84 2.42 390.34125 32 11/4 42.3 3.25 3.662.84 3.13 600.75265 40 11/2 48.0 3.50 3.943.06 3.84 552.64 50 2 60.0 3.50 3.943.06 4.83 863.5 65 21/2 75.5 3.75 4.223.28 6.64 1158.07125 80 3 88.5 4.00 4.503.50 8.34 1124.31625 100 4 114.0 4.00 4.503.50 10.85 2351.86 125 5 140.0 4.50 5.063.94 15.0

11、4 3120.375 150 6 165.0 4.50 5.063.94 17.81 3709.125 受力图如下所示: 热镀锌钢管只受到挤压应力，A F21钢管挤压应力可 F3（Sy为钢管的横截面积） 由普通热镀锌钢管参数表可知3/4英寸钢管的横截面积 F21 Sy qMp，则Sy之 F2148466 叽240106 2 =201mm S=249.8184mm201mm符合要求。 综上所述，压缩波纹管机构的热镀锌钢管需选择3/4英寸的普通 热镀锌钢管。 4.1.1.3梢钢受力分析及材料选择 梢钢参数表 型号 尺寸/mm 截回 面积 h b d t r r1 2 /cm 5 50 37 4.5

12、 7 7 3.5 6.928 6.3 63 40 4.8 7.5 7.5 3.75 8.451 8 80 43 5 8 8 4 10.248 10 100 48 5.3 8.5 8.5 4.25 12.748 12.6 126 53 5.5 9 9 4.5 15.692 14a 140 58 6 9.5 9.5 4.75 18.516 14b 140 60 8 9.5 9.5 4.75 21.316 16a 160 63 6.5 10 10 5 21.962 16 160 65 8.5 10 10 5 25.162 h一高度： 工厂一腿端圆弧半径1b一腿宽度； I惯性矩；d一腰厚度；W一截面系数七一平均腿厚度；【一惯性半径：工一内圆瓠半径 ZLY-恂呜Y轴间距离 梢钢挤压应力、剪切应力，受力图如下所示: F3 F4 由受力平衡可知F3=F4=48466N 梢钢受到挤压应