QY16U型汽车起重机吊臂及伸缩机构毕业设计说明书

1、沈阳建筑大学毕业设计PAGE PAGE 41摘 要 在我国，汽车起重机发展已有六十多年的历史了，由于受到客观条件的限制，一度发展较慢，进入九十年代发展迅速，但与国际先进水平还相差很远，主要表现在产品质量的稳定性，自动化，智能化等方面。随着经济建设的迅速发展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，汽车起重机的市场需求也随之增加。本文是对QY16U型汽车起重机的吊臂伸缩机构进行设计，确定吊臂主要尺寸、质量参数，确定各部件、总成的相互位置关系，利用Solidworks完成QY16U汽车起重机吊臂伸缩机构的三维实体装配模型，利用Ansys

2、对结构件进行强度校核，对确定中、小型汽车起重机的设计方案具有很强的现实意义。关键词：汽车起起重机 ；吊臂臂 ； 伸缩机机构ABSTTRACCTThe dessignn annd pprodducttionn off thhe ttrucck ccranne hhavee moore thaan 550 yyearrs hhisttoryy inn ouur ccounntryy. TThe devveloopmeent of truuck craane, hoowevver,hass slloweed ddownn foor ssomee obbjecctivve rreassonss. SS

3、incce 119900s, it wass acccelleraatedd inn ouur ccounntryy, bbut thee prroduuctss sttilll coouldd noot rreacch tthe advvancced intternnatiionaal lleveel iin tthe quaalitty sstabbiliity, auutnaatioon, andd inntellliggentt.Withh thhe rrapiid ddeveeloppmennt oof eeconnomiic cconsstruuctiion, Chhinaas i

4、nffrasstruuctuure is graaduaallyy immproovinng tthe inttenssityy. RRoadd trrafffic, aiirpoortss, pportts, watter connserrvanncy andd hyydroopowwer, muuniccipaal cconsstruuctiion of inffrasstruuctuure succh aas tthe scaale of connstrructtionn iss allso rappidlly ggrowwingg. CCranne ttrucck ccranne mm

5、arkket is alsso oon ddemaand witth tthe inccreaase.The theesiss iss thhe sstuddy oof tthe typpe oof ttrucck ccranne QQY166U deesiggn aand thee diiscooursse uuponn chhoicces of Tellesccopiic ccranne aagenncy.The oveeralll llayoout andd sttabiilitty, thhe ddesiign of thee liiftiing mecchannismm annd c

6、calcculaatioon mmethhodss.It is alsso ddisccusssed chiieflly cconccernns wwithh hoow tto ddeteermiine thee whholee maachiine sizze , quualiity parrameeterrs, andd hoow tto ddeteermiine thee coompoonennts, asssemmblyy loocattionn off thhe mmutuual rellatiionss. TThe usiing of Sollidwworkks tto ccompp

7、lette tthe QY116U teelesscoppic craane ageencyy off thhreee-diimennsioonall soolidd moodell, aand thee ussingg off Annsyss tooanaalysse tthe strrenggth of strructturaal,havve aa sttronng ppraccticcal siggnifficaanceeto ideentiify thee smmalll annd mmediium-sizzed truuck craane dessignn.Keywwordds: t

8、ruuck craane ； Tellesccopiic ； ccranne aagenncy目 录TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc170360737 第一章绪绪论 PAGEREF _Toc170360737 h 1 HYPERLINK l _Toc170360738 1.1 概论 PAGEREF _Toc170360738 h 1 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2 汽车起起重机的的发展趋趋势 PAGEREF _Toc170360739 h 1 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.1广泛泛采用液液压技术术 PAG

9、EREF _Toc170360739 h 1 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.2通用用与专用用起重机机2 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.3重视视“三化”逐步过过渡采用用国际化化标准22 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.4发展展一机多多用产品品2 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.5采用用新技术术、新材材料、新新结构、新工艺艺3 HYPERLINK l _Toc170360739 1.2.6国外外汽车起起重机发发展过程程及主要要机种33 HYPERLINK l _Toc17036074

10、3 1.3 汽车起重重机现代代设计方方法概述述4 HYPERLINK l _Toc170360743 1.3.1汽车车起重机机现代设设计方法法概述计计算机辅辅助设计计（CAAD）5 HYPERLINK l _Toc170360743 1.3.2模块块化设计计5 HYPERLINK l _Toc170360743 1.3.3有限限元设计计5 HYPERLINK l _Toc170360743 1.3.4优化化设计55 HYPERLINK l _Toc170360743 1.3.5动态态仿真设设计5 HYPERLINK l _Toc170360744 1.4 课题背背景6 HYPERLINK l

11、_Toc170360745 1.5 课题任任务7 HYPERLINK l _Toc170360746 第二章吊吊臂技术术参数的的确定88 HYPERLINK l _Toc170360747 2.1 吊臂主主要性能能参数88 HYPERLINK l _Toc170360748 2.2 QY116U型汽车车起重机机吊臂主主要参数数8 HYPERLINK l _Toc170360748 2.3各各节吊臂臂尺寸的的确定99 HYPERLINK l _Toc170360749 第三章臂臂架伸缩缩机构的的设计112 HYPERLINK l _Toc170360750 3.1臂臂架伸缩缩机构的的设计112

12、HYPERLINK l _Toc170360751 3.1.1 臂臂架伸缩缩机构类类型12 HYPERLINK l _Toc170360752 3.1.2 伸伸缩方式式对起重重机性能能的影响响12 HYPERLINK l _Toc170360753 3.1.3 伸伸缩臂截截面形式式的分析析比较及及选择113 HYPERLINK l _Toc170360754 3.1.4 吊吊臂截面面尺寸的的确定116 HYPERLINK l _Toc170360755 3.2 臂架计计算16 HYPERLINK l _Toc170360756 3.2.1 载载荷的确确定和组组合16 HYPERLINK l _

13、Toc170360757 3.2.2 臂臂架强度度验算118 HYPERLINK l _Toc170360758 3.2.3 臂臂架箱板板的局部部稳定性性校核221 HYPERLINK l _Toc170360759 第四章SSoliidwoorkss三维实实体设计计23 HYPERLINK l _Toc170360760 4.1 Sollidwworkks软件件的特点点23 HYPERLINK l _Toc170360761 4.2 Sollidwworkks在本本设计中中的作用用23 HYPERLINK l _Toc170360762 第五章有有限元分分析26 HYPERLINK l _T

14、oc170360763 5.1伸伸缩吊臂臂的结构构组成及及分析方方法26 HYPERLINK l _Toc170360764 5.2伸伸缩吊臂臂有限元元模型建建立27 HYPERLINK l _Toc170360765 5.2.1实体体建模227 HYPERLINK l _Toc170360766 5.2.2 单单元选取取及网格格划分227 HYPERLINK l _Toc170360767 5.2.3 滑滑块接触触处模型型处理228 HYPERLINK l _Toc170360768 5.2.4 加加载及约约束处理理28 HYPERLINK l _Toc170360769 5.3 计算结结果

15、与分分析29 HYPERLINK l _Toc170360771 5.4本本章小结结31 HYPERLINK l _Toc170360772 第六章结结论与技技术经济济分析332 HYPERLINK l _Toc170360771 6.1结结论32 HYPERLINK l _Toc170360769 6.2计计算结果果与分析析33 HYPERLINK l _Toc170360773 第七章汽汽车起重重机发展展34 HYPERLINK l _Toc170360774 参考文献献 PAGEREF _Toc170360774 h 38 HYPERLINK l _Toc170360775 致谢400

16、HYPERLINK l _Toc170360776 附录一中中文翻译译 HYPERLINK l _Toc170360777 附录二外外文资料料原文前言 现今，随着工工业建设设和民用用建设的的飞速发发展，汽汽车起重重机已经经成为水水利、电电力、冶冶金、化化工、港港口装卸卸、国防防建设及及房屋建建设必不不可少的的工程机机械。正正确选用用、维护护和保养养好汽车车起重机机，是保保证施工工进度、延长汽汽车起重重机使用用寿命、保障安安全生产产的必须须举措。本文对QQY166U型汽汽车起重重机的吊吊臂伸缩缩机构的的设计和和计算方方法做出出阐述。确定吊吊臂主要要尺寸、质量参参数，确确定各部部件、总总成的相相互

17、位置置关系，通过各各部件、总成位位置关系系，利用用Sollidwworkks完成成QY116U汽汽车起重重机吊臂臂伸缩机机构的三三维实体体装配模模型，利利用Annsyss对结构构件进行行强度校校核，对对确定中中、小型型汽车起起重机的的设计方方案具有有很强的的现实意意义。本次设计计中力求求实用、新颖、有一定定创新之之处，由由于本次次采用计计算机辅辅助设计计并借鉴鉴大量以以往产品品，因此此，它具具有美观观、结构构轻等特特点，在在完成设设计要求求的前提提下力求求完美。因能力有有限，说说明书中中不妥或或错误之之处，敬敬请老师师和各位位同学批批评指正正。20122年6月月QY166U型汽汽车起重重机吊臂

18、臂及伸缩缩机构设设计第一一章 绪绪论1.1 概论通常，习习惯把安安装在通通用或专专用载重重汽车底底盘上的的起重机机称为汽汽车起重重机。汽车式起起重机由由于利用用汽车底底盘，所所以具有有汽车的的行驶通通过性能能，机动动灵活，行驶速速度高，可快速速转移，转移到到作业场场地后能能迅速投投入工作作，因此此特别适适用于流流动性大大、不固固定的作作业场所所。由于于汽车底底盘通常常是由专专业厂生生产的，因而在在现成的的汽车底底盘上改改装成起起重机比比较容易易和经济济。因此此，随着着汽车工工业的迅迅速发展展，近年年来各国国汽车起起重机的的品种和和产量都都有很大大发展。但汽车车起重机机也有其其弱点，主要是是起重

19、机机总体布布局布置置受汽车车底盘的的限制，一般车车身较长长，转弯弯半径大大，并且且只能在在起重机机左右两两侧和后后方作业业。1.2 汽车起起重机的的发展趋趋势近年来，随着建建设工程程规模的的不断扩扩大，起起重安装装工程量量越来越越大，尤尤其是现现代化大大型石油油、化工工、冶炼炼、电力力工程以以及高层层建筑的的安装作作业逐年年增多，对工程程起重机机，特别别是大功功率工程程起重机机的需要要日益增增加。随随着现代代科学的的发展，各种新新技术、新材料料、新结结构、新新工艺在在工程起起重机上上得到了了广泛应应用，有有力地促促进了工工程起重重机的发发展，主主要体现现在以下下几个方方面：1.2.1广泛泛采用

20、液液压技术术由于液压压传动具具有体积积小、重重量轻、结构紧紧凑、能能实现无无极调速速、操纵纵轻便、运转平平稳和工工作安全全可靠等等优点，近年来来在国外外各种类类型的工工程起重重机上得得到了广广泛应用用。我国国主要工工程起重重机生产产厂的产产品多是是液压起起重机，包括33t、55t、88t、112t、20tt、655t、880t、1255t等吨吨级的伸伸缩臂式式液压起起重机。国外液液压起重重机在品品种和产产量方面面都有较较大发展展，特别别是大吨吨级液压压起重机机发展非非常迅速速，1000t以以上大型型伸缩臂臂式起重重机已采采用液压压传动，中，小小吨位的的起重机机已普遍遍采用液液压传动动。随着着液

21、压技技术的液液压元件件的发展展，液压压起重机机将会获获得进一一步发展展。1.2.2通用用与专用用起重机机为了提高高工程建建设装卸卸作业的的机械化化程度，工程起起重机的的发展仍仍以轻便便灵活的的中小型型起重机机为主。目前国国外普遍遍使用110440t级级的工程程起重机机。从数数量上来来看，中中小吨级级的占多多数，因因此，国国外很重重视改进进、提高高中型（1640tt级）液液压起重重机的性性能。但但为了满满足大型型石油、化工、冶炼设设备和高高层建筑筑大型板板材、构构件的安安装，国国内外也也生产了了一些11005000t级的的大型、特大型型轮胎式式起重机机和各类类型的履履带式起起重机。1.2.3重视

22、视“三化”，逐步步过渡采采用国际际标准目前，各各国在发发展工程程起重机机新产品品中都很很重视“三化”（标准准化、系系列化、通用化化）。一一些国家家对工程程起重机机制订了了国家标标准，规规定了起起重量系系列。有有些国家家对起重重量虽然然没有统统一的规规定，但但各制造造厂自成成系列，注意采采用通用用零部件件，为生生产和使使用提供供有利条条件。一一些国家家还按起起重机的的卷扬机机构、回回转机构构、驱动动桥、转转向桥以以及中心心回转接接头等，不分用用于汽车车起重机机还是轮轮胎起重重机，一一律进行行标准化化、系列列化、通通用化，使一种种不见可可以用在在两种不不同类型型的起重重机上。产品标准准化还可可使一

23、种种部件用用到起重重量大小小不同的的起重机机上。如如设计系系列化吊吊臂，小小起重量量起重机机的主臂臂可作为为大起重重量起重重机的副副臂；小小起重量量液压起起重机基基本臂可可作为打打起重量量起重机机的二节节臂等。有些国国家要求求相近吨吨级的起起重机基基本部件件通用化化，如110116t、2440tt、6551000t的的起重机机主副卷卷扬机构构、回转转机构等等完全通通用。1.2.4发展展一机多多用产品品为了充分分发挥工工程起重重机的作作用，扩扩大其使使用范围围，有的的国家在在设计起起重机时时重视产产品的多多用性。例如，在工作作装置设设计方面面，除了了使用吊吊钩外，还设计计了配置置有电磁磁吸盘、抓

24、斗、拉铲和和木料抓抓取器等等取物装装置。有有的还设设计成用用于建筑筑基础工工程中，如钻孔孔装置等等。1.2.5采用用新技术术、新材材料、新新结构、新工艺艺为了减轻轻起重机机的自重重，提高高起重性性能，保保证起重重机高效效可靠的的工作，各国都都非常重重视采用用新技术术、新材材料、新新结构和和新工艺艺。新技术的的应用除除广泛采采用液压压传动外外，有的的起重机机还采用用液力传传动。由由液力变变矩器与与发动机机恰当匹匹配，使使发动机机扭矩自自动适应应行驶条条件；采采用动力力换挡变变速箱、液压转转向装置置，以减减轻司机机的操作作强度。为了防止止起重机机超载以以致倾翻翻，近年年来研制制了电子子式起重重力矩

25、限限制器。这是一一种较为为完善的的安全装装置。当当载荷接接近额定定起重量量时，自自动发出出警报信信号。当当超载时时，力矩矩限制器器自动切切断起重重机的工工作机构构，以保保证起重重机整机机稳定安安全。1.2.6国外外汽车起起重机发发展过程程及主要要机种汽车起重重机最初初是以诞诞生于118699年的蒸蒸汽轨道道式起重重机发展展而来的的，经历历了轨道道式、实实心轮胎胎式、充充气轮胎胎式的发发展变化化过程。充气轮轮胎式起起重机是是20世世纪300年代随随着汽车车工业的的发展而而出现的的。由于汽车车起重机机具有机机动灵活活、操作作方便、效率高高等特点点，在二二战后修修复战争争创伤和和经济建建设中得得到广

26、泛泛应用。早期的的汽车起起重机大大多采用用机械传传动的析析架式臂臂架。随随着600年代中中期液压压技术的的发展，液压伸伸缩臂轮轮式起重重机得到到迅速发发展。到到80年年代末，中小吨吨位的轮轮式起重重机已多多数采用用液压伸伸缩式臂臂架，仅仅有一部部分大吨吨位汽车车起重机机仍采用用析架式式臂架。20世纪纪60年年代末期期，特别别是从770年代代开始，随着大大型建筑筑、石油油化工、水电站站等大型型工程的的发展，对轮式式起重机机的性能能、工作作效率和和安全性性提出了了更高的的要求。由于当当时液压压技术、电子技技术、汽汽车工业业的发展展及新型型高强度度钢材的的不断出出现，使使轮式起起重机开开始向大大型化

27、发发展，并并且在普普通轮胎胎式起重重机的基基础上开开发出越越野轮胎胎起重机机，随后后又开发发出全路路面起重重机。全全路面起起重机综综合了汽汽车起重重机高速速行驶和和越野轮轮胎起重重机吊重重行走及及高通过过性的特特点，在在近200多年得得到很大大发展。目前国外外汽车起起重机生生产国主主要有日日本、美美国、德德国、法法国、意意大利等等。生产产厂商有有1000多个，最著名名的仅有有10来来家。世世界轮式式起重机机市场主主要划分分为以日日本为主主的亚洲洲市场、以美国国为主的的北美市市场、以以德国为为主的欧欧洲市场场。亚洲洲约占世世界年销销售台数数的400%，北北美和欧欧洲各占占20%，世界界其它地地区

28、占220%。日本市场场 : 从年总总产量上上讲，日日本生产产的轮式式起重机机居世界界首位。在19995年年4月一一19998年33月间，日本轮轮式起重重机平均均年销售售量为881400台，其其中越野野轮胎式式起重机机约占日日本市场场的600%，其其次为汽汽车起重重机，全全路面起起重机占占比重很很小，但但年销量量在不断断上升。美国市场场 : 美国是是轮式起起重机的的生产大大国，在在起重机机制造能能力及规规模上居居世界首首位。在在美国市市场上，越野轮轮胎起重重机占主主导地位位，约占占市场份份额的665%，其次是是工业轮轮胎起重重机和汽汽车起重重机，全全路面起起重机所所占份额额较小，不到110%.德

29、国市场场 : 德国是是欧洲最最大的轮轮式起重重机生产产国，也也是全路路面起重重机的发发源地，多年来来他在开开发大型型、特大大型轮式式起重机机方面一一直处于于领先地地位。1.3 汽车起起重机现现代设计计方法概概述随着计算算机技术术的广泛泛应用和和系统工工程、优优化工程程、价值值工程、人机工工程等现现代设计计理论的的不断发发展，促促使许多多跨学科科的现代代设计方方法出现现，使起起重机设设计进入入高质量量、高效效率的阶阶段。1.3.1计算算机辅助助设计(CADD)计算机辅辅助设计计是随着着计算机机及其外外围设备备发展而而迅速形形成的一一门新兴兴的现代代设计方方法。它它的发展展与应用用，对提提高设计计

30、质量和和效率、提高产产品的市市场生存存和竞争争力发挥挥十分明明显的作作用。电电子技术术和计算算机技术术的发展展使计算算机辅助助设计硬硬件设备备性能得得以提高高，各种种硬件设设备不仅仅已形成成了产品品，而且且己成为为CADD的一般般配置。目前，计算机机辅助设设计方法法已成为为工程技技术人员员进行创创造性设设计活动动不可缺缺少的手手段。1.3.2模块块化设计计模块化设设计是根根据模块块化原则则，设计计一些基基本的模模块单元元，通过过不同的的组合形形成不同同的产品品，以满满足用户户的多种种需要。起重机机模块化化设计以以功能分分析为基基础，将将起重机机上同一一功能的的基本部部件、元元件、零零件设计计成

31、具有有不同用用途、不不同功能能的模块块，这些些模块具具有相同同的连接接要素，可以互互换，选选用不同同的模块块进行组组合可形形成不同同类型和和规格的的产品。1.3.3有限限元设计计有限元设设计是根根据变分分原理求求解数学学、物理理问题的的一种数数值计算算方法。它能整整体、全全面、多多功能随随意组合合，进行行静力、动力、电场、磁场等等分析。对完成成结构复复杂的系系统分析析十分有有效，现现己在起起重机结结构计算算中应用用。1.3.4优化化设计优化设计计方法可可根据产产品要求求，合理理的确定定和计算算各种参参数，以以其达到到最佳的的设计目目的。1.3.5.动动态仿真真设计国外近年年来在起起重机设设计中

32、采采用了动动态仿真真设计的的新方法法，即用用计算机机对机构构与结构构在各种种工况下下承受载载荷进行行运行状状态随时时间变化化过程的的仿真模模拟，得得到仿真真输出参参数和结结果，以以此来估估计和推推断实际际运行的的各种数数据，并并在对起起重机进进行动态态分析计计算时采采用。1.4 课题背背景在中国移移动式起起重机领领域，汽汽车起重重机占有有80%以上的的市场份份额。220000-20009年年十年间间中国汽汽车起重重机取得得了200%以上上的复合合增长率率；20008年年销量成成功突破破200000台台；20009年年在国家家大规模模工程项项目投资资的拉动动下，汽汽车起重重机不但但抵制住住了金融

33、融危机的的不利影影响，销销量更是是取得了了大幅增增长，在在移动起起重机中中的份额额进一步步提升。 由于国国情和所所处发展展阶段不不同，欧欧洲、美美国和日日本的移移动起重重机市场场结构与与我国有有很大区区别，欧欧洲的移移动式起起重机市市场以价价格昂贵贵的全路路面起重重机和大大吨位履履带式起起重机为为主，美美国以随随车起重重机、全全路面起起重机和和越野轮轮胎起重重机为主主，而日日本是以以随车起起重机和和越野轮轮胎起重重机为主主，这些些世界上上最主要要的移动动式起重重机生产产地区都都较少发发展汽车车起重机机。我国国对于汽汽车起重重机发展展潜力相相当看好好。积极极研发新新型汽车车起重机机。目前起重重机

34、的特特点主要要体现在在如下几几方面:吊臂采用用易于定定心、对对腹板抗抗失稳能能力、抗抗扭曲变变形能力力强的大大圆角形形截面;转台采用用立板加加筋结构构;这种种结构在在满足强强度要求求的同时时减轻了了重量，提高起起重性能能，使材材料的机机械性能能得到进进一步利利用;采用前悬悬下沉全全景驾驶驶室专用用汽车底底盘。这这种底盘盘车身长长，适合合较长吊吊臂的布布置(吊吊臂的增增长，使使整机的的起升高高度增加加)，且且乘坐舒舒适、视视野开阔阔;液压系统统增设回回转制动动阀、液液压先导导控制阀阀、液控控操纵回回路，使使回转抗抗冲击能能力增强强、操纵纵更加方方便:液压辅件件采用新新型锥面面密封与与0型圈圈相结

35、合合的双重重密封，提高管管路密封封寿命；利用现代代设计方方法和手手段，开开发、编编制相关关的计算算软件，提高设设计质量量和效率率，缩短短产品研研发周期期。软件件要有良良好的通通用型，己适应应其他吨吨位产品品的开发发。1.5 课题任任务QY166U汽车车起重机机吊臂伸伸缩机构构三维实实体及有有限元设设计该题题目结合合实际，对QYY16U汽汽车起重重机吊臂臂伸缩机机构进行行设计。主要内内容包括括：吊臂伸缩缩载荷的的确定；吊臂结构构型式的的选择设设计；吊臂伸缩缩机构伸伸缩方式式的选择择设计；吊臂结构构的设计计。第二章 吊臂技技术参数数的确定定2.1 吊臂主主要性能能参数汽车起重重机的主主要性能能参数

36、是是起重机机工作性性能指标标，也是是设计的的依据，主要包包括起重重量、工工作幅度度、起重重力矩、起升高高度等。额定起重重量:汽车起重重机额定定起重量量是在各各种工况况下安全全作业所所容许起起吊重量量的最大大质量值值，包括括取物装装置重量量。工作幅度度:在额定起起重量下下，起重重机回转转中心的的轴线距距吊钩中中心的距距离。工工作幅度度决定起起重机的的工作范范围。起重力矩矩:起重机的的工作幅幅度与相相应起重重量的乘乘积为起起重力矩矩，它是是综合起起重量与与幅度两两个因数数的参数数，能比比较全面面和确切切地反映映起重机机的起重重能力。起升高度度:吊钩起升升到最高高位置时时，钩口口中心到到支撑地地面的

37、距距离。在在标定起起重机性性能参数数时，通通常以额额定起升升高度表表示。额额定起升升高度是是指满载载时吊钩钩上升到到最高极极限位置置时从钩钩口中心心至支撑撑地面的的跟离。对于动动臂式起起重机，当吊臂臂长度一一定时，起升高高度随幅幅度的减减小而增增加。2.2 QY116U型型汽车起起重机吊吊臂主要要参数最大额定定起重量量(kNN) : 1770最大起重重量力矩矩(kNN m): 7706基本臂长长度(mm) : 110全伸臂长长度(mm): 31主臂节数数: 4 主臂最最大起升升高度(m) : 311.12.3吊吊臂各节节尺寸的的确定 主吊吊臂的最最长长度度是由基基本臂结结构长度度和外伸伸长度所

38、所组成即，=其中 为为各节伸伸缩臂的的伸缩长长度伸缩长度度取同一一数值，即为则外伸长长度，为二 三 四四节臂缩缩回后外外露部分分的长度度，在计计算时取取同一数数值a=0.22若假设为为臂头中中心离基基本臂端端面的距距离，则则基本臂臂结构长长度加上上即为基基本臂的的工作长长度而= = =110.115+=32.4m110+=31解得L=7.42mm LL=7.00m从而得到到外伸长长度7.42+0.22=7.62mm7.00+0.2=77.2mm在第i节节臂退回回后，除除外露部部分长度度a外，在前节节（i-1）节节臂中的的长度加加上伸出出后仍在在前节臂臂中的那那部分搭搭接长度度，第ii节臂插插在

39、前节节臂内的的长度为为（+），假假设第ii节臂的的结构长长度为，则=+aa =+ 2-6 搭接长长度应该该短些，以减轻轻吊臂重重量。但但是，太太短将搭搭接部分分反力增增大了，引起搭搭接部分分吊臂的的盖板或或侧板局局部失稳稳，同时时，也是是吊臂的的间隙变变形增大大。因此此，搭接接部分要要根据实实际经验验和优化化设计而而定，一一般为伸伸缩臂外外伸长度度的1/41/55。 各节伸伸缩臂插插入前一一节都留留有一段段距离cc，这是是结构上上的需要要，在此此距离内内要设置置伸缩油油缸的铰铰支座和和其它的的结构构构件，其其大小视视情况而而定，在在此次设设计中选选择c=0.55m。在第二节节臂退回回后，除除外

40、露部部分长度度a外，在前一一节臂中中的长度度加上伸伸出后仍仍在前节节臂中的的那部分分搭接长长度。因此前后后两节臂臂有这样样的关系系， 22-7由式2-6带入入2-77可得，已知，从上式式可知，后一节节的搭接接长度比比前一节节的搭接接长度要要小一些些，因为为一空情情况下结结构空间间c比外外露空间间啊大一一些，得得出2-8参考QYY16吨汽汽车起重重机设计计各节臂臂尺寸的的确定，最终长长度为10099mm99909mmm96855mm96609mm各节臂长长度尺寸寸的验算算31m a=0.22m c=00.5mm = EMBED Equation.3 1.27.2 =100.14410+00.6=

41、10.6110.114故计算各各节臂长长度满足足要求第三章 臂架伸伸缩机构构的设计计3.1臂臂架伸缩缩机构的的设计3.1.1 臂臂架伸缩缩机构类类型臂的伸缩缩机构种种类很多多，按各各节臂伸伸缩次序序关系不不同可分分为以下下三种:顺序伸缩缩:臂架架在伸缩缩过程中中，各节节伸缩臂臂必须按按一定先先后顺序序完成伸伸缩动作作。同步伸缩缩:臂架架在伸缩缩过程中中，各节节伸缩臂臂同时以以相同的的行程比比率进行行伸缩。独立伸缩缩:各节节臂均能能独立进进行伸缩缩。显然然，独立立伸缩机机构可以以完成顺顺序伸缩缩动作。3.1.2 伸伸缩方式式对起重重机性能能的影响响伸缩方式式的选择择，对臂臂架自重重有一些些影响。

42、一般来来说，独独立伸缩缩机构最最重，顺顺序伸缩缩机构最最轻，若若起重特特性相同同时，用用顺序伸伸缩机构构比较经经济。但但是除了了伸缩的的开始和和终了，在其它它位置上上，当臂臂长相等等时，同同步伸缩缩的臂架架重心距距回转中中心较近近，所以以相同的的臂架，如果采采用同步步伸缩，在中长长臂时，起重性性能可以以提高，如图33-1。图3-2是对对某起重重机臂架架在不同同伸缩方方式下，各搭接接处的支支反力进进行的定定量分析析。可以以看到在在中长臂臂时，顺顺序伸缩缩支反力力大于同同步伸缩缩的支反反力。1-同步步伸缩提提高的起起重能力力 22-顺序序伸缩的的折算起起重量 3-同步伸伸缩的折折算起重重量 K-自

43、重重折算的的起重量量图3-11 不同同伸缩方方式重心心位置对对起重量量的影响响Aa-顺顺序伸缩缩 Ab-同步步伸缩 图图3-22 不同同伸缩方方式对搭搭接支反反力的影影响本起重机机选择单单液压缸缸带动四四节臂的的同步伸伸缩方式式，其伸伸缩机构构原理图图3-33。图 3-3 四四节臂的的同步伸伸缩方式式3.1.3 伸伸缩臂截截面形式式的分析析比较及及选择伸缩式吊吊臂多数数制成矩矩形截面面的箱形形结构，箱形结结构内装装有伸缩缩油缸，吊臂根根部与转转台铰接接，靠近近吊臂根根部装有有变幅油油缸，在在吊臂的的每个外外节段内内装有支支承内节节段的滚滚子或滑滑块支座座。汽车起重重机的伸伸缩式吊吊臂是一一个双

44、向向压弯构构件，除除受有整整体强度度、刚度度、稳定定性的约约束外，主要受受局部稳稳定性约约束，因因此把伸伸缩臂制制成为箱箱形截面面是合理理的。过过去在生生产实践践和科学学研究中中，为了了减轻伸伸缩臂的的重量，人们对对它的截截面形式式曾作过过许多讨讨论。归归纳起来来，伸缩缩臂可以以制成下下列几种种典型箱箱形截面面（图33-4 所示）：矩形，矩矩形截面面是由翼翼缘板和和腹板焊焊接而成成的，它它是目前前汽车起起重机伸伸缩臂中中用的最最多的截截面形式式。与其其他截面面形式相相比，矩矩形截面面的制造造工艺简简单，具具有较好好的抗弯弯能力与与抗扭刚刚度，因因此，中中、小吨吨位轮式式起重机机的伸缩缩臂通常常

45、都采用用这一形形式，但但是这种种截面没没有充分分发挥材材料的承承载能力力，以及及为了使使伸缩臂臂各节间间能很好好地传递递扭矩和和横向力力，需设设附加支支承。梯形截面面，梯形形截面地地上翼缘缘板窄，下翼缘缘板宽，截面中中型层靠靠下能发发挥上翼翼缘板的的机械性性能，提提高腹板板的稳定定性，前前步滑块块可接近近腹板布布置，后后部滑块块传递给给上翼缘缘板的集集中力因因上翼缘缘板窄，产生的的弯曲力力矩减小小。梯形形截面的的扭转刚刚度和横横向刚度度均较矩矩形截面面大，但但是，这这种截面面的下翼翼缘板宽宽，对局局部稳定定不利，材料性性能得不不到充分分发挥，且需设设侧向支支撑装置置，这是是梯形截截面的缺缺点。

46、倒置梯形形截面的的下翼缘缘板窄，上翼缘缘板宽，对提高高下翼缘缘板的局局部稳定定性很有有好处，材料能能得到充充分利用用，且和和梯形截截面一样样，具有有较大的的横向刚刚度与扭扭转刚度度，倒置置梯形伸伸缩臂对对安装变变幅油缸缸较为有有利，但但是这种种截面对对上翼缘缘板的局局部弯曲曲和腹板板的稳定定性并不不是很有有利，亦亦需设侧侧向支承承。梯形形和倒置置梯形截截面的伸伸缩臂通通常用于于大吨位位的轮式式起重机机。八边形和和大圆角角矩形截截面的下下翼缘板板和腹板板的实际际计算宽宽度较小小，有利利于提高高抗失稳稳的能力力。前后后滑块均均支承在在四角处处，伸缩缩臂各板板不产生生局部弯弯曲，且且能较好好地传递递

47、扭矩与与横向力力，因此此这两种种截面形形式的伸伸缩臂能能够较好好地发挥挥材料机机械性能能，减轻轻自重。对大吨吨位轮式式起重机机，采用用这种截截面形式式是最合合适的。制造这这两种截截面形式式的吊臂臂，需要要大型压压床，但但是随着着工业的的发展，这两种种形式吊吊臂的应应用会逐逐渐增多多。椭圆形截截面是大大圆角矩矩形截面面的进一一步发展展，是一一种受力力较理想想的吊臂臂截面形形式，它它能充分分的发挥挥材料的的机械性性能，抗抗屈曲能能力强，但椭圆圆形截面面也需要要设立侧侧向支承承，且制制造工艺艺更为复复杂，这这是椭圆圆截面至至今很少少用来作作为伸缩缩臂的原原因。两种五边边形截面面都具有有下翼缘缘板窄的

48、的特点，对提高高下翼缘缘板的局局部稳定定性很有有好处，材料能能得到充充分利用用。六边形截截面侧板板薄，压压成折弯弯形，受受力合理理；下盖盖板较上上盖板宽宽度小，具有较较高的抗抗屈曲能能力。U型截面面所具备备的性能能与椭圆圆形截面面相似，承压能能力仅次次于椭圆圆形，但但其制造造工艺要要比前者者简单许许多，而而且经济济造价也也低于前前者。结合以上上几种截截面的特特点，根根据实际际情况本本次设计计选择UU形截面面，U型型截面相相对于其其他界面面承压较较高，仅仅次于椭椭圆形截截面，但但是由于于椭圆形形造价较较高，制制作工艺艺繁琐，考虑到到经济性性，故选选用U型型。(a)矩形截截面 （b）梯形形截面 （

49、cc）倒倒置梯形形截面 （d）五边行行截面11 （e）八边形形截面 （f）大圆圆角矩形形截面 （g）五边边形截面面2 (h)椭圆圆形截面面 （i）六边形形截面图3-55 伸缩缩臂的几几种典型型截面形形式3.1.4 吊吊臂截面面尺寸的的确定图3-55 吊臂臂截面尺尺寸示意意图表3-11 QYY16U汽汽车起重重机截面面尺寸 单位（mm）Lh12基本臂端端59067067一伸臂端端49662367二伸臂端端45458256三伸臂端端340537553.2 臂架计计算3.2.1 载载荷的确确定和组组合臂架的支支撑情况况:根部部与回转转平台由由水平销销轴联接接，可以以在垂直直平面(变幅平平面)内内自由

50、转转动。变变幅液压压缸位于于吊臂中中线平面面内，支支撑处可可做成双双向球铰铰，使其其在横向向对臂架架无约束束，因此此臂架在在变幅平平面内可可视为一一外伸梁梁，而在在臂架横横向平面面内(即即回转平平面)可可视为悬悬臂梁，在根部部固接。作用在臂臂架上的的载荷:自重、吊重、惯性力力、风力力等。由由于伸缩缩臂式起起重机的的工作级级别属AA3-AA6，可可不验算算疲劳。因吊臂臂可伸缩缩，可不不验算非非工作状状态下的的强度。因此，只要按按工作状状态下的的最大载载荷来作作强度计计算即可可。载荷组合合情况:自重+考虑动动载系数数的吊重重+吊臂臂切向水水平惯性性力+吊吊重偏载载引起的的水平力力(包括括风力)。将

51、吊吊臂在变变幅平面面内和回回转平面面内的载载荷，包包括考虑虑动载的的吊重重重量、起起升绳拉拉力、分分布在臂臂架上的的自重载载荷，转转化到吊吊臂端部部(如图图3-55)，分分别为:图3-66 臂架架在变幅幅平面内内、回转转切向平平面内手手力情况况变幅平面面内： 回转转切向平平面内：其中:e1, e2:起升升绳导向向滑轮轴轴心和吊吊钩定滑滑轮轴心心到吊臂臂中性轴轴线的距距离z:吊钩钩滑轮组组倍率:滑轮轮组效率率p:惯惯性力的的转化系系数，以以0.002R代代入b:均均布载荷荷的转化化系数:动载系系数(根根据起重重机设计计规范=1+00.355v:起起升速度度m/ss)3.2.2 臂臂架强度度验算设

52、臂架任任一截面面上的弯矩为扭矩为轴向压力力为N横向剪力力为吊臂截面面净面积积为A抗弯模量量为、截面的最最大压应应力最大大拉应力力为。则则该截面面上的压压、拉应应力及剪剪应力:式中:为截面面上的轴轴向压力力，在吊臂臂仰角445600时取00.7:在吊臂臂仰角大大于600时取00.455:吊臂各各节的侧侧向间隙隙所造成成的端部部挠度:每节节臂搭接接处的侧侧向间隙隙， =0.0033m:吊臂在在变幅平平面内，各臂节节的底部部间隙所所造成的的端部挠挠度，因因吊臂伸伸出后由由于滑块块的负间间隙造成成吊臂上上翘可消消除间隙隙变形，故可取取0k:吊臂臂节数 k44Li:ii十1节节臂插入入i节臂臂的长度度i

53、:吊吊臂长度度系数见见图3-6Si:截截面处的的剪力截面位于于吊臂各各节两端端的搭接接部分时时Si =HH (LL1+ LL1+11+ LLk )/ Lii*;截面面在吊臂臂各节中中部时为为Si =HH)、:分分别为上上盖板、下盖板板、腹板板剪应力力H:臂架架端部的的横向力力Li:各各节臂外外伸长度度Li*:该截面面处搭接接长度:臂架架截面板板中心线线所包容容的面积积图3-66 吊臂臂长度系系数计算算图在臂架的的导向滑滑块处和和上下盖盖板的边边棱附近近产生附附加的局局部弯曲曲纵向应应力(图图3-77 )可可用半经经验公式式计算。图 3-7 滑滑块上集集中力对对下盖板板引起的的局部弯弯曲式中:材

54、料料泊桑比比 a:导向滑滑块中心心离侧板板中心的的距离 P:导向滑滑块传递递的集中中力 因为是局局部的，一般aa较小，故可忽忽略不计计。按第四强强度理论论，吊臂臂截面上上的最大大拉、压压应力组组合（忽忽略局部部应力时时）3.2.3 臂臂架箱板板的局部部稳定性性校核臂架腹板板和下盖盖板都存存在局部部失稳的的可能。腹板存存在拉、压及剪剪切应力力;下盖盖板承受受线性分分布的压压应力及及剪切应应力。下下盖板和和腹板之之间的支支承即不不是铰接接支承(简支)，也不不是固接接支承，而是介介于两者者之间的的弹性嵌嵌固支承承。校核核受有正正应力和和剪应力力同时作作用的薄薄板的局局部稳定定公式为为:式中：最小应应

55、力与最最大应力力之比，在下盖盖板中2/1，01。在腹板板中44/1，-110，由于压压缩应力力大于拉拉伸应力力那一侧侧腹板比比拉伸力力大于压压缩应力力的一侧侧容易失失稳，所所以校核核压缩应应力大的的一侧。：正应力力单独作作用时的的板局部部失稳的的临界应应力。：板厚厚 b：板宽：剪应力力单独作作用时的的板局部部失稳的的临界应应力。：支撑边边系数，弹性嵌嵌固支撑撑取1.20。：薄板稳稳定系数数：011时： -1100时：:支撑边边系数，弹性嵌嵌固支撑撑取1.25。n:安全全系数，取1.33。为了减轻轻吊臂自自重，通通常将翼翼缘板和和腹板的的厚度取取得很薄薄。有可可能在承承载时，吊臂的的某个板板件丧

56、失失稳定而而发生局局部翘曲曲变形，退出工工作所以以需要对对翼缘板板与腹板板的局部部稳定性性进行校校核。由由于本设设计是采采用类比比方法进进行设计计，所以以这里仅仅对应力力最大的的第三节节臂的腹腹板为例例做局部部稳定校校核。临界应力力：使用应力力：复合临界界应力：局部稳定定性许用用应力：局部稳定定性验算算：计算结果果表明截截面处稳稳定性通通过其他他伸缩臂臂腹板及及翼缘板板均通过过稳定性性的校核核。 第四章SSoliidwoorkss三维实实体设计计4.1 Sollidwworkks软件件的特点点Soliidwoorkss软件功功能强大大，组件件繁多。功能强强大、易易学易用用和技术术创新是是Sol

57、lidWWorkks 的的三大特特点，使使得SooliddWorrks 成为领领先的、主流的的三维CCAD解解决方案案。SooliddWorrks 能够提提供不同同的设计计方案、减少设设计过程程中的错错误以及及提高产产品质量量。SooliddWorrks 不仅提提供如此此强大的的功能，同时对对每个工工程师和和设计者者来说，操作简简单方便便、易学学易用。 对于熟悉悉微软的WWinddowss系统的的用户，基本上上就可以以用SooliddWorrks 来搞设设计了。SollidWWorkks独有有的拖拽拽功能使使用户在在比较短短的时间间内完成成大型装装配设计计。SooliddWorrks资资源管理

58、理器是同同Winndowws资源源管理器器一样的的CADD文件管管理器，用它可可以方便便地管理理CADD文件。使用SSoliidWoorkss ，用用户能在在比较短短的时间间内完成成更多的的工作，能够更更快地将将高质量量的产品品投放市市场。 在目前市市场上所所见到的的三维CCAD解解决方案案中，SSoliidWoorkss是设计计过程比比较简便便而方便便的软件件之一。美国著著名咨询询公司DDaraatecch所评评论：“在基于于Winndowws平台台的三维维CADD软件中中，SooliddWorrks是是最著名名的品牌牌，是市市场快速速增长的的领导者者。” 在强大的的设计功功能和易易学易用用

59、的操作作（包括括Winndowws风格格的拖/放、点点/击、剪切/粘贴）协同下下，使用用SollidWWorkks ，整个产产品设计计是可百百分之百百可编辑辑的，零零件设计计、装配配设计和和工程图图之间的的是全相相关的。4.2 Sollidwworkks在本本设计中中的作用用运用Sooliddworrks软软件进行行三维实实体设计计，主要要是分析析吊臂设设计过程程中的配配合问题题，防止止各臂之之间出现现装配冲冲突，或或者空隙隙过大造造成应力力不均。而且运运用Sooliddworrks的的模型模模拟运动动功能，防止吊吊臂在回回转过程程中与车车架之间间发生碰碰撞，及及时的解解决这些些装配问问题，能

60、能为实际际生产带带来很大大的便利利，利用用Sollidwworkks软件件的全参参数化设设计，对对修改设设计过程程中的数数据非常常方便，一改具具改，防防止了因因图量过过大而产产生的遗遗漏。图图4-11，图44-2，图4-3分别别为基本本臂前臂臂箍、基基本臂臂臂体，调调整滑块块实体截截图，基基本达到到Sollidwworkks软件件设计的的目的，有效防防止了装装配冲突突及运行行冲突。图4-11 基本本臂前臂臂箍图 4-2 基基本臂臂臂体图 4-2调整整滑块第五章 有限元元分析5.1伸伸缩吊臂臂的结构构组成及及分析方方法QY166U汽车车起重机机采用四四节伸缩缩式U型型吊臂，如图55-1所所示。各