小型吊裝機(jī)的設(shè)計,小型吊裝機(jī)的設(shè)計,小型,吊裝,設(shè)計 西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 目 錄 摘要 ……………………………………………………………………………… 1 1 前言 ………………………………………………………………………………2 2 小型吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 ………………………………………………………2 2.1設(shè)計參數(shù)…………………………………………………………………………2 2.2設(shè)計原理…………………………………………………………………………2 2.3功能分析…………………………………………………………………………3 2.4零件設(shè)計…………………………………………………………………………3 2.4.1設(shè)計分析………………………………………………………………………3 2.4.2抱緊機(jī)構(gòu)零件建?！? 2.4.3抱緊機(jī)構(gòu)上液壓缸設(shè)計計算…………………………………………………10 2.4.4起重機(jī)構(gòu)建模…………………………………………………………………12 （一）零件建?！?2 （二）起重機(jī)構(gòu)分析…………………………………………………………………17 （三）起重機(jī)構(gòu)上液壓缸行程及壓力計算…………………………………………19 2.5零件校核…………………………………………………………………………22 3 液壓缸設(shè)計和計算…………………………………………………………………30 3.1液壓缸整體設(shè)計…………………………………………………………………30 3.2強(qiáng)度校核………………………………………………………………………… 31 總結(jié)與體會……………………………………………………………………………33 致謝詞…………………………………………………………………………………34 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………35 摘 要 本設(shè)計是受日常生活啟發(fā)而設(shè)計，在日常生活中，砍伐的樹木在裝車時幾乎全是靠人力將樹木一根一根的抬上車去。費(fèi)時又費(fèi)力，而且效率非常低。因此，想設(shè)計一種簡單的吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)這一過程，以機(jī)械力替代人力，從而減小人的勞動強(qiáng)度，同時也可以節(jié)約更多的成本。該小型吊裝機(jī)同時可運(yùn)用在其抱合，起重范圍之內(nèi)的整體物件的起吊安裝。設(shè)計該小型吊裝機(jī)綜合運(yùn)用了機(jī)械原理，機(jī)械設(shè)計，理論力學(xué)，材料力學(xué)等學(xué)科知識。其執(zhí)行起吊機(jī)構(gòu)是這次設(shè)計的主題，總體要求執(zhí)行機(jī)構(gòu)有足夠的剛度和強(qiáng)度，實(shí)用范圍盡量廣。 【關(guān)鍵詞】執(zhí)行機(jī)構(gòu)、設(shè)計、剛度、強(qiáng)度 Abstract This design is designed by the daily life inspired。In daily life，the trees which be hewed in loading is almost entirely by men carried them onto the truck， Slow and arduous, and efficiency is very low Accordingly, want to design a simple hoisting machine actuators to achieve this process，To replace mechanical force of human, thus reduce labor intensity，Also can save more cost。This small hoisting machine also can be used in its embrace range，Lifting the whole thing within the hookon installation。Design the small hoisting machine comprehensive use of the mechanical theory，Mechanical design，Theoretical mechanics，The mechanics of materials, and other disciplines knowledge。The theme execution of this design agency is crane-vehicle，General requirements actuators have enough stiffness and strength, practical scope。 【Key words】Actuators；Design；Stiffness；Strength 1前言 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，科技的進(jìn)步，傳統(tǒng)的人力勞動正漸漸的被機(jī)械勞動替代。但在遠(yuǎn)離城市的鄉(xiāng)村，基本都是人力勞動為主，最實(shí)在的例子就是在將砍伐的樹木裝車車時幾乎全是靠人力抬。實(shí)在沒人力勞動時所用的吊機(jī)也是以繩子為主，但是繩子需要人為裝卸，效率比較低。因此想設(shè)計一種吊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，這種吊機(jī)只需要一個操作人員操作，簡單方便，能大大的提高工作效率。 2小型吊裝機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計 2.1 設(shè)計參數(shù) 本設(shè)計根據(jù)實(shí)際需要，初步預(yù)設(shè)計起吊物件最大質(zhì)量M=500Kg，最大起吊高度H=3m，起吊物件最大直徑D=500mm,起吊物件最長L=4m 2.2 設(shè)計原理 該設(shè)計原理主要是運(yùn)用機(jī)械原理知識，其機(jī)構(gòu)設(shè)計原理圖如圖1 圖1 執(zhí)行機(jī)構(gòu)原理圖 如圖所示：由液壓缸1帶動連桿3上下做直線運(yùn)動，連桿1、2和連桿3由轉(zhuǎn)動副連接，連桿1、2和連桿4也是由轉(zhuǎn)動副連接。因此當(dāng)連桿3上下運(yùn)動時。便能帶動連桿4張合運(yùn)動，其中，當(dāng)連桿3向上運(yùn)動時，連桿4張開運(yùn)動，反之，當(dāng)連桿3向下運(yùn)動時，連桿4合攏運(yùn)動，因此可以抱緊所要提升的物件。連桿5左端與液壓缸1固定件用轉(zhuǎn)動副連接，連桿5右端與液壓缸3連接。連桿5同時又與連桿6通過轉(zhuǎn)動副連接。因此，當(dāng)液壓缸3伸縮時候便可帶動連桿3轉(zhuǎn)動，左端固定件則可以上下移動。液壓缸2也通過轉(zhuǎn)動副連接，主要作用是保持左端固定件保持垂直。連桿右端與固定架通過轉(zhuǎn)動副連接，液壓缸4與連桿6及固定架通過轉(zhuǎn)動副連接，因此在液壓缸4在伸縮運(yùn)動時便可帶動連桿6旋轉(zhuǎn)，最終達(dá)到左端固定件升的更高的要求。 2.3 功能分析 該起吊機(jī)構(gòu)在起吊一些類似樹木，鋼材的圓形物件時，相比較傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)有較大優(yōu)勢。首先，在傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)中，需要人為的將物件裝上起吊機(jī)構(gòu)，在放下物件時候也需要人為的去卸載，而且傳統(tǒng)的繩索起吊機(jī)構(gòu)在起吊物件時候不能限制物件轉(zhuǎn)動，左右移動，同時在卸下物件時候也需要人為參與，容易導(dǎo)致安全事故的發(fā)生。其次，傳統(tǒng)的以繩索起吊機(jī)構(gòu)多以電機(jī)實(shí)現(xiàn)對物件的起吊運(yùn)動，如果遇到超載現(xiàn)象容易導(dǎo)致電機(jī)燒壞。 而該執(zhí)行機(jī)構(gòu)相比傳統(tǒng)的繩索吊裝機(jī)構(gòu)有明顯的優(yōu)勢。首先，在人力上只需要一個人便能完成，而且安全系數(shù)更高。其次，該機(jī)構(gòu)采用液壓系統(tǒng)做起吊的輸出力，這樣可以使整個機(jī)構(gòu)在起吊運(yùn)動過程中更加平穩(wěn)。其次，該機(jī)構(gòu)限制物件在起吊時的轉(zhuǎn)動和左右移動的自由度，從而可以保證機(jī)構(gòu)運(yùn)動時更加平穩(wěn)。再次，采用液壓系統(tǒng)來驅(qū)動機(jī)構(gòu)運(yùn)動可以有效的保證電機(jī)等元件的安全，在超載的情況下可以在液壓系統(tǒng)中通過安全閥來控制。 2.4 零件設(shè)計 2.4.1 設(shè)計分析 設(shè)計參數(shù)中要求起吊物件最大質(zhì)量M=500Kg，最大起吊高度H=3m，起吊物件直徑D=500mm，最長L=4m 根據(jù)設(shè)計原理圖，機(jī)構(gòu)所用材料除液壓缸部分外全部采用20鋼。 20鋼性能如下： 牌號：20鋼 標(biāo)準(zhǔn)：GB/T699-1988 力學(xué)性能： 抗拉強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 伸長率 斷面收縮率 硬度：未熱處理， 密度：7.85 2.4.2 抱緊機(jī)構(gòu)零件建模 根據(jù)設(shè)計原理圖，采用三維軟件UG建立抱緊機(jī)構(gòu)的模型 （1） 建立模型1如圖3 圖3 模型1 （2） 建立模型2如圖4 圖4 模型2 （3） 建立模型如圖5 圖5 模型3 （4） 建立模型4如圖6 圖6 模型4 （5） 建立模型5如圖7 圖7 模型5 （6） 建立模型6如圖8 圖8 模型6 （7） 建立模型7如圖9 圖9 模型7 （8） 建立模型8如圖10 圖10 模型8 （9） 建立模型9如圖11 圖11 模型9 （10） 建立模型10如圖12 圖12 模型10 抱緊機(jī)構(gòu)各個零件建模完成后，將各個零件進(jìn)行裝配，其裝配模型如圖13 圖13 抱緊機(jī)構(gòu)裝配模型 接下來對抱緊機(jī)構(gòu)進(jìn)行運(yùn)動分析，其分析如下： （1） 抱緊機(jī)構(gòu)中的抱桿套接 在掛桿上，兩兩抱桿中間通過套筒隔開，這樣可以保證兩兩抱桿之間有一定的間距。在起吊物件時也能更能在一定程度上保證起吊物件的平衡性。 （2） 由液壓缸上下運(yùn)動帶動滑槽內(nèi)的圓柱銷上下移動，而兩側(cè)的連桿套接在圓柱銷上，圓柱銷在滑槽內(nèi)上下移動時可以帶動兩側(cè)的連桿轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實(shí)現(xiàn) 抱桿的張合運(yùn)動，其中抱桿的張合程度大小與圓柱銷在滑槽內(nèi)的行程和兩側(cè)連桿的長度有關(guān)。其關(guān)系有兩種：1、當(dāng)兩側(cè)的連桿長度一定時，通過改變滑槽的行程，可以改變抱桿的張合程度，而滑槽長度一定，而通過改變滑槽的 最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的位置時也可以改變抱桿的張合程度。當(dāng)連桿長度和滑槽行程一定時，滑槽最高點(diǎn)位置越高則抱桿張開距離越大，同時抱桿合攏距離也將增大。但一般情況下要求抱桿的最小 抱合距離應(yīng)該盡量的小，這樣更能 抱緊物件，使物件在起吊過程中更加平穩(wěn)，更加安全。因此在連桿長度一定的時候，應(yīng)使滑槽的最低點(diǎn)盡量靠近主懸臂梁。2、當(dāng)滑槽的行程距離一定的時候，可以改變兩側(cè)的連桿長度來改變抱桿的張合距離，當(dāng)滑槽行程的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)都定的情況下，在都達(dá)到滑槽的最高點(diǎn)時，連桿越長的抱桿張開距離比連桿較短的抱桿張開距離要小，在滑槽的最低點(diǎn)連桿長的使抱桿合攏距離比連桿較短的使抱桿合攏距離更小。因此要需要綜合考慮滑槽的行程和連桿的長度。 （3） 在確定滑槽的行程和連桿的長度時要綜合考慮各個方面的因素，例如，如果連桿太長，而要保證滿足設(shè)計參數(shù)，則必須要求滑槽行程的 最高點(diǎn)和最點(diǎn)點(diǎn)都距離主懸臂梁表面更遠(yuǎn)，這樣將增加抱緊機(jī)構(gòu)的整體高度，進(jìn)而將增加整個吊機(jī)的尺寸。 （4） 傳統(tǒng)的設(shè)計方法，是通過設(shè)計原理圖來計算滑槽的行程和連桿的長度。但那樣計算比較麻煩，費(fèi)時又費(fèi)力。而今有三維設(shè)計軟件，在將模型建好并裝配 好以后只需要修改零件的長度和滑槽的長度以及滑槽的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)位置就能測出抱合距離的最大最小距離，如圖13就是在連桿長度和滑槽行程一定的情況下圓柱銷達(dá)到滑槽的最低位置時，抱桿的最小合攏距離，最小合攏距離為50mm,基本可以達(dá)到抱緊起吊物件的要求。如圖14就是圓柱銷達(dá)到滑槽最高點(diǎn)時抱桿的張開距離，此時張開距離為508mm 圖14 抱緊機(jī)構(gòu)的最大張開距離 因此，利用三維設(shè)計軟件很快的就可以設(shè)計出連桿的長度和滑槽的行程?；鄣男谐蘈=165mm，連桿的長度l=500mm因?yàn)閳A柱銷有厚度20mm,所以液壓缸的行程應(yīng)該在0—145mm。 2.4.3 抱緊機(jī)構(gòu)上液壓缸設(shè)計計算 （一）由上述可知抱緊機(jī)構(gòu)上的液壓缸行程在0—145mm之間，其簡圖如圖15 圖15 單桿液壓缸簡圖 單桿液壓缸僅在一側(cè)有活塞桿。它主要由缸底、活塞、密封圈、缸體、活塞桿、導(dǎo)向套等組成。當(dāng)無桿腔進(jìn)壓力油，有桿腔回油時活塞推力和運(yùn)動速度分別為： F=Ap= V= 當(dāng)有桿腔進(jìn)壓力油，無桿腔回油時，活塞推力F和運(yùn)動速度V分別為： F=Ap= V= 式中，A為無桿 腔有效工作面積（m）；V為活塞（或缸體）運(yùn)動速度m/s F為活塞（或缸體）上的作用力（N）；A為缸有桿腔有效工作面積（m）；V為活塞（或缸體）運(yùn)動速度（m/s）；F為活塞 （或缸體）上的作用力（N）。 從上面的公式可知：VF，即無 桿腔進(jìn)壓力油工作時，推力大，速度低。有桿腔進(jìn)壓力油工作時，推力小，速度高。因此，單出桿液壓缸常用于一個方向有較大負(fù)載但運(yùn)行速度較低，而另一個方向?yàn)榭蛰d快速退回運(yùn)動的設(shè)備。單出桿液壓缸兩腔同時通入壓力油時，由于無 桿腔工作 面積比有桿腔工作面積大，對活塞 向右的推力大于向左的推力，故其向右移動。液壓缸的這中連接稱為差動連接。差動連接時，對活塞的推力F為 F=（A-A）p=Ap= 若活塞的速度為V，則無桿腔的進(jìn)油量為VA，有桿腔的出油量為VA，因而有下式 VA=QV+VA V= 抱緊機(jī)構(gòu)上的液壓缸在上下移動時，只承受抱緊機(jī)構(gòu)的自重，其中抱桿的體積V，所以每一個抱桿的重量M=7850= 10.36kg，共八根抱桿，所以抱桿總重G，連桿體積V=0.00193m,因此，連桿總重M=7850，所以兩根連桿總重G=302N。與連桿和抱桿連接的輔助裝置體積V=0.00061m,兩個輔助裝置總重G=104N以此算出各個零件的重量，最后得到抱緊機(jī)構(gòu)的總重G=1236N，因此設(shè)計液壓缸的推力以極限值1500N來設(shè)計。 （二）液壓缸壓力計算 由于液壓傳動的用途不同，系統(tǒng)所需要的壓力也不相同。為了便于液壓元件的設(shè)計、生產(chǎn)和使用將壓力分為幾個等級，如下表： 壓力等級 低壓 中壓 中高壓 高壓 超高壓 壓力（MP） >2.5-8 >8-16 >16-32 >32 根據(jù)抱緊機(jī)構(gòu)的自重，液壓缸推力按極限值1500N計算，無桿腔選用低壓壓力油，取p=1MP，因此根據(jù)公式 F=Ap= 計算得D 有桿腔選用低壓壓力油取P=1.5MP根據(jù)公式 F=Ap= 計算得d 根據(jù)實(shí)際設(shè)計需要，可以選取D=45mm，d=25mm來設(shè)計液壓缸桿。 2.4.4 起重機(jī)構(gòu)建模 （一）零件建模 （1）建立模型1如圖16 圖16 模型1 （2）建立模型2如圖17 圖17 模型2 （3）建立模型3如圖18 圖18 模型3 （5） 建立模型4如圖19 圖19 模型4 （6） 建立模型5如圖20 圖20 模型5 （7） 建立模型6如圖21 圖21 模型6 （8） 建立模型7如圖22 圖22 模型7 （9） 建立模型8如圖23 圖23 模型8 （10） 建立模型9如圖24 圖24 模型9 （11）將各個模型進(jìn)行裝配如圖25 圖25 裝配總圖 （二）起重機(jī)構(gòu)分析 （1）在裝配總圖中，依次從左到右將各個液壓缸編號為1、2、3、4。現(xiàn)將各個液壓缸在該執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的作用說明如下： l 一號液壓缸在抱緊機(jī)構(gòu)上，主要是用來控制抱桿的張合運(yùn)動即抱緊與松開作用。 l 二號液壓缸在次起重臂上，它的主要作用是控制抱緊機(jī)構(gòu)保持垂直 l 三號液壓缸在主起重臂上，它的主要作用是帶動次起重臂轉(zhuǎn)動，進(jìn)而起到提升物件的作用。 l 四號液壓缸與機(jī)座鉸接，它的作用是帶動主起重臂轉(zhuǎn)動，從而將所吊物件提升的更高。 （2起吊物件的最終高度是由3號液壓缸和四號液壓缸的行程共同決定。當(dāng)三號液壓缸的行程為0，四號液壓缸的行程達(dá)到最大時，起吊物件能達(dá)到最大提升值，當(dāng)三號液壓缸的行程達(dá)到最大，四號液壓缸的行程為0時，抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低高度。抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最高位置時如圖26 圖26 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最高位置 此時，抱緊機(jī)構(gòu)離機(jī)座距離為2900mm 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低位置時如圖27 圖27 抱緊機(jī)構(gòu)達(dá)到最低位置 此時，抱緊機(jī)構(gòu)距離機(jī)座距離為-560mm 因此，抱緊機(jī)構(gòu)最低點(diǎn)的升降范圍在-560mm—2900mm之間，在設(shè)計參數(shù)要求起吊高度H=3m之內(nèi)。 （三）起重機(jī)構(gòu)上液壓缸行程及壓力計算 （1）各個液壓缸行程計算 首先計算液壓缸行程，4號液壓缸與機(jī)座連接，當(dāng)抱緊機(jī)構(gòu)從最低位置到最高位置時，4號液壓缸的行程剛好從0到最大位置，而三號液壓缸的行程剛好與四號液壓缸相反，3號液壓缸的行程是從最大到0，2號液壓缸和4號液壓缸相同，也是從0到最大行程。 通過三維軟件建模進(jìn)行分析，很容易得到4號液壓缸的行程為0—200mm，三號液壓缸行程為0—275mm，2號液壓缸行程為0—280mm。其中各個液壓缸中推桿的長度都以實(shí)際建模的長度為準(zhǔn)，各個液壓缸的安裝位置和長度均以實(shí)際建模長度為標(biāo)準(zhǔn)。 （2）各個液壓缸的壓力計算 1）首先，計算2號液壓缸的壓力，2號液壓缸的主要作用是保持抱緊機(jī)構(gòu)垂直于地面，限制抱緊機(jī)構(gòu)前后轉(zhuǎn)動的自由度。所以，在抱緊機(jī)構(gòu)下降高度抱緊物件之前，2號液壓缸的有桿腔進(jìn)壓力油，無桿腔回油，保持抱緊機(jī)構(gòu)垂直于地面。此時液壓缸所承受的力比較小，只要能限制抱緊機(jī)構(gòu)的前后轉(zhuǎn)動自由度就可以。因此無桿腔可以選用低壓壓力油取P=1MP，取F=1000N計算按公式 F=Ap= 可以計算得D 有桿腔選用壓力油P=1.5MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計算得d 因此，可以按D=35mm，d=20mm來設(shè)計液壓缸。 2）其次，計算3號液壓缸的壓力，三號液壓缸在起吊主臂上，其主要作用是提升抱緊機(jī)構(gòu)的高度。在起吊整個抱緊機(jī)構(gòu)時，三號液壓缸將承受，抱緊機(jī)構(gòu)的自重和所吊物件的重量。通過三維軟件可以測得并計算出抱緊機(jī)構(gòu)的總自重G，，但為了安全起見，在設(shè)計三號液壓缸時，按G=3000N設(shè)計液壓缸。其中次吊臂受力簡圖如圖28 圖28 吊臂受力簡圖 左端F大小等于抱緊機(jī)構(gòu)的自重與起吊物件的自重，F(xiàn)=8000N，F(xiàn)即為三號液壓缸的拉力。根據(jù)公式 FL=FL 其中，L=1500mm，L=510mm 因此，可以計算得F=23529.411N，所以計算三號液壓缸的拉力或者推力可以取F=24000N，無桿腔取中壓壓力油P=5MP進(jìn)行液壓缸的設(shè)計。根據(jù)公式 F=Ap= 可計算得D，有桿腔取中高壓力油P=10MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計算得d 因此可以根據(jù)D=80mm,d=55mm來設(shè)計三號液壓缸。 3）再次，計算四號液壓缸的壓力，四號液壓缸與機(jī)座相連，其受力簡圖如圖29 圖29 四號液壓缸受力簡圖 其中，四號液壓缸的受力情況不是恒定的，它隨著吊臂的旋轉(zhuǎn)角度不同，所受的力也在不斷變化。為了保證液壓缸有足夠的推力，現(xiàn)取液壓缸受最大力的位置進(jìn)行計算，其所受最大力的位置應(yīng)該與吊臂垂直，根據(jù)公式： F+F=F F（L+L）—FL=0 其中，F(xiàn) 由上述兩個公式可以共同解得 F 以上計算得到的力沒有計算吊臂自身的重量，因此計算四號液壓缸的最大推力以F=45000N計算 對于四號液壓缸無桿腔可選用中高壓力油P=9MP，根據(jù)公式 F=Ap= 計算得 對于有桿腔也選用中高壓力油Ｐ＝15MP，根據(jù)公式 F=Ap= 可以計算得 由此，可以取，來設(shè)計四號液壓缸。 2.5 零件的校核 1、主懸臂梁的強(qiáng)度校核（圖3） 主懸臂梁將承受抱緊機(jī)構(gòu)的自重和所起吊的物件重量，其中抱緊機(jī)構(gòu)的自重計算如下。 1）如零件圖30 圖30 其體積V，計算得 2)如零件圖31 圖31 其體積V，計算得 3）如零件圖32 圖32 其體積V，計算得 主要零件的質(zhì)量之和M=116.66kg，加上套筒等其他輔助零件的質(zhì)量，所以抱緊機(jī)構(gòu)的自重以M=130kg進(jìn)行校核，起吊物件質(zhì)量M最大為500kg,所以總質(zhì)量M=630kg,其重力G=6300N。 4）計算材料的抗彎截面系數(shù)W，按公式 經(jīng)計算得主懸臂梁的抗彎截面系數(shù)W= 5）計算主懸臂梁的彎矩 圖33 主懸臂梁受力圖 如圖33為主懸臂梁的受力簡圖，根據(jù)力平衡原理列出下列計算式 F+F+2F=2F 其中，， 計算得=-， ，根據(jù)起受力圖求出C截面和D截面的剪力分別為 2400N， 其剪力圖如圖34 圖34 主懸臂梁剪力圖 其彎矩圖如圖35 圖35 主懸臂梁彎矩圖 其最大彎矩M=2400，因此 所以主懸臂梁能滿足強(qiáng)度要求。 2、兩邊掛桿強(qiáng)度校核（圖6） 1）其受力圖如圖36 圖36 掛桿受力簡圖 其中，因此根據(jù)力平衡原理計算得 2）其剪力圖如圖37 圖37 掛桿剪力圖 其彎矩圖如圖38 圖38 掛桿彎矩圖 其最大彎矩M=1466=117.28N 掛桿的截面為圓柱形，因此其抗彎截面系數(shù)，經(jīng)計算得，根據(jù)公式 因此滿足其強(qiáng)度要求。 3、2號起吊臂強(qiáng)度校核（圖17） 1）其受力圖如圖39 圖39 起吊臂受力簡圖 其中， 2）其剪力圖如圖40 圖40 吊臂剪力圖 3）其彎矩圖如圖41 圖41 吊臂彎矩圖 其最大彎矩，其抗彎截面 系數(shù)W=0.00047m因此根據(jù)公式 因此，吊臂滿足強(qiáng)度要求。 4、起重臂強(qiáng)度校核（圖19） 1）其受力圖如圖42 圖42 起重臂受力簡圖 其中F=32000N，F(xiàn)=45000N，計算得 2）其剪力圖如圖43 圖43 起重臂剪力圖 3）其彎矩圖如圖44 圖44 起重臂彎矩圖 其中最大彎矩，其抗彎截面系數(shù)，根據(jù)公式 < 因此滿足強(qiáng)度要求。 3 液壓缸設(shè)計和計算 3.1液壓缸整體設(shè)計 液壓缸的設(shè)計是整個液壓系統(tǒng)設(shè)計的重要內(nèi)容之一。由于液壓缸時液壓傳動的執(zhí)行元件，它和主機(jī)機(jī)構(gòu)有直接的聯(lián)系。對于不同的機(jī)械設(shè)備及其工作機(jī)構(gòu)，液壓缸具有不同的用途和工作要求，因此在設(shè)計液壓缸之前，必須對整個液壓系統(tǒng)進(jìn)行工況分析，編制負(fù)載圖，選定系統(tǒng)的工作壓力，然后根據(jù)使用要求選擇結(jié)構(gòu)類型，按負(fù)載情況、運(yùn)動要求、最大行程等確定其主要工作尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性和緩沖驗(yàn)算，最后再進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。 1、液壓缸設(shè)計中應(yīng)注意的問題 不同的液壓缸有不同的設(shè)計內(nèi)容和要求。一般在設(shè)計液壓缸的結(jié)構(gòu)時應(yīng)注意以下幾個問題： 1)盡量使液壓缸的活塞桿在受拉狀態(tài)下承受最大負(fù)載，或在受壓狀態(tài)下具有良好的縱向穩(wěn)定性。 2）考慮液壓缸行程終了處的制動問題和液壓缸排氣問題。缸內(nèi)如無緩沖裝置和排氣裝置，系統(tǒng)中需要有相應(yīng)的措施。但是并非所有的液壓缸都要考慮這些問題。 3）根據(jù)主機(jī)的工作要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，正確確定液壓缸的安裝、固定方式。但液壓缸只能一端定位。 4）液壓缸各部分的結(jié)構(gòu)需要根據(jù)推薦的結(jié)構(gòu)形式和設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計算，盡可能做到結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，加工、裝配和維修方便。 2、液壓缸主要尺寸的確定 液壓缸的鋼筒內(nèi)徑D，是根據(jù)負(fù)載的大小和選定工作壓力，或者運(yùn)動速度和輸入的流量，計算而得出。 （1）活塞桿直徑d，液壓缸活塞桿直徑d通常先滿足液壓缸速度或速度比的要求來選擇，然后再校核其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性，若速度比為，則 （2）液壓缸缸筒的長度L，液壓缸的缸筒長度L由最大工作行程長度決定，缸筒的長度一般最好不超過其內(nèi)徑的20倍。 （3）最小導(dǎo)向長度，當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支承面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H。如果導(dǎo)向長度過小，將使液壓缸的初始撓度增大，影響液壓缸的穩(wěn)定性，因此設(shè)計時必須保證有一最小導(dǎo)向長度。對于一般的液壓缸，當(dāng)液壓缸的最大行程為L，缸筒直徑為D時，最小導(dǎo)向長度為 其中，活塞的寬度一般取B=（0.6—1.0）D；導(dǎo)向套滑動面的長度A，在D<80mm時取A=（0.6—1.0）D，在D>80mm時取A=（0.6—1.0）d。為保證最小導(dǎo)向長度，過分增大A和B都是不適宜的，必要時可在導(dǎo)向套與活塞之間裝一隔套。隔套長度c由需要的最小導(dǎo)向長度H決定，即 3、密封裝置 液壓缸的密封裝置用以防止油液的泄漏（液壓缸一般不允許外泄并要求內(nèi)泄漏盡可能?。?。密封裝置設(shè)計好壞對于液壓缸的靜、動態(tài)性能有著重要的影響。一般要求密封裝置應(yīng)具有良好的密封性，盡可能長的壽命，制造簡單，拆裝方便，成本低。液壓缸的密封主要指活塞、活塞桿處的動密封和缸蓋處的靜密封。 4、緩沖裝置 當(dāng)液壓缸所驅(qū)動的工作部件質(zhì)量較大，移動速度較快時，由于具有的動量大，致使在行程終了時，活塞與端蓋發(fā)生碰撞，造成液壓沖擊和噪聲，甚至嚴(yán)重影響工作精度和引起整個系統(tǒng)及元件損壞，為此，在大型、高速或要求較高的液壓缸中往往要設(shè)置緩沖裝置。盡管液壓缸中的緩沖裝置結(jié)構(gòu)形式很多，但它的工作原理都是相同的，即當(dāng)活塞行程到終點(diǎn)而接近缸蓋時，增大液壓缸回油阻力，使回油腔中產(chǎn)生足夠大的緩沖壓力，使活塞減速，從而防止活塞撞擊缸蓋。因此，緩沖機(jī)構(gòu)的設(shè)計不僅需要考慮在較短的緩沖行程中吸收較大的動能。而且緩沖腔壓力的變化比較平穩(wěn)，峰值壓力應(yīng)小于液壓缸的額定壓力的1.5倍。 5、排氣裝置 當(dāng)液壓系統(tǒng)長時間停止工作，系統(tǒng)中的油液由于本身重量的作用和其他原因而流出，這時使空氣進(jìn)入系統(tǒng)。如果液壓缸中有空氣或油液中混入空氣，都會使液壓缸運(yùn)動不平穩(wěn)，因此一般的液壓系統(tǒng)在開始工作前都應(yīng)使系統(tǒng)中的空氣排出。為此可在液壓缸的最高部位（那里往往是空氣聚積的地方）設(shè)置排氣裝置。排氣裝置通常有兩種，一種是在液壓缸的最高部位處開排氣孔，并用管道連接排氣閥進(jìn)行排氣；另一種是在液壓缸的最高部位安放排氣塞。 3.2 強(qiáng)度校核 液壓缸的缸筒壁厚、活塞桿直徑和缸蓋處固定螺栓的直徑，在高壓系統(tǒng)中必須進(jìn)行強(qiáng)度校核。 （1）缸筒壁厚校核，液壓缸缸筒壁厚校核時分薄壁和厚壁兩種情況。當(dāng)時為薄壁，壁厚按下式進(jìn)行校核 式中，D為缸筒內(nèi)徑；p為缸筒試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力時取，當(dāng)時取；為缸筒材料的許用應(yīng)力，，為材料抗拉強(qiáng)度，n為安全系數(shù)，一般取n=5。 當(dāng)時，壁厚按下式進(jìn)行校核 在使用上述倆式進(jìn)行校核時，若液壓缸缸筒與 缸蓋采用半環(huán)連接，應(yīng)該取缸筒壁厚最小處的值。 （2）活塞桿直徑校核，活塞桿直徑 d校核按下式進(jìn)行 式中，F(xiàn)為活塞桿上的作用力；為活塞桿材料的許用應(yīng)力，。 （3）液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核，液壓缸缸蓋固定 螺栓在工作過程中同時承受拉應(yīng)力和扭應(yīng)力，其螺栓直徑可按下式校核 式中，F(xiàn)為液壓缸負(fù)載；z為固定螺栓個數(shù)；k為螺紋擰緊系數(shù)，k=1.12-1.5；，為材料的屈服點(diǎn)。 現(xiàn)對四號液壓缸做出以下校核： 1、液壓缸壁厚校核 四號液壓缸的額定壓力，因此取，缸體材料多數(shù)采用高強(qiáng)度鑄鐵，當(dāng)壓力超過8時采用無縫鋼管，通常采用35鋼和45鋼，因此，缸體選用45鋼。45鋼的抗拉強(qiáng)度600MPa，屈服強(qiáng)度為355MPa，伸長率16%，斷面收縮率 為40%。，所以按以下公式進(jìn)行校核。 經(jīng)計算得，因此滿足強(qiáng)度要求。 2、活塞桿直徑校核 活塞桿直徑一般采用35和45鋼，因此選用材料45鋼，按下式進(jìn)行校核 經(jīng)計算得，因此能滿足強(qiáng)度要求。 3、液壓缸缸蓋固定螺栓直徑校核 螺栓材料選用45鋼，螺紋擰緊系數(shù)取1.2，根據(jù)公式 經(jīng)計算得，因此能滿足強(qiáng)度要求。 總結(jié)與體會 通過近三個月的畢業(yè)設(shè)計，在老師和同學(xué)的幫助下，我終于將畢業(yè)設(shè)計完成。在此，首先向他們說聲感謝。此次畢業(yè)設(shè)計題目為自定，我們的導(dǎo)師并沒有強(qiáng)制性給我們題目。此次畢業(yè)設(shè)計歷時3個多月，是對我們大學(xué)四年所學(xué)知識的一次綜合考核。也是對即將踏上工作崗位的我們進(jìn)行了一次很測底的實(shí)戰(zhàn)訓(xùn)練，為即將上崗的我們打下了良好的基礎(chǔ)。此次畢業(yè)設(shè)計所用知識基本囊括大學(xué)四年的知識，其中包括機(jī)械制圖、理論力學(xué)、材料力學(xué)、機(jī)械原理、機(jī)械設(shè)計、機(jī)械制造、液壓與氣壓傳動、工程材料等學(xué)科知識。通過此次畢業(yè)設(shè)計，我不僅又重新溫習(xí)了一邊以前所學(xué)的知識，而且還將以前上課時遺留下的一些不懂的知識點(diǎn)都重新將其弄懂，并進(jìn)一步將知識加強(qiáng)鞏固。此次，此次畢業(yè)設(shè)計的題目是小型吊機(jī)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計，這其中主要運(yùn)用機(jī)械原理和液壓知識為主，在零件設(shè)計時，又以機(jī)械設(shè)計制造為主。 在做這次畢業(yè)設(shè)計的全過程中，有喜有憂，當(dāng)遇到很難解決的問題時，有很多煩惱，根本不想繼續(xù)做下去，或者亂做。但最終自己還是靜下心來，通過老師和同學(xué)的幫助，這些難題并一一解決。而當(dāng)我每解決一個自己認(rèn)為是難題時，那種興奮又會不言而喻。事實(shí)上，依我看，這次畢業(yè)設(shè)計不僅是檢驗(yàn)我們大學(xué)四年所學(xué)知識，更是培養(yǎng)我們獨(dú)立解決難題的那種耐心和感覺，對待難題或難事不會輕易退縮，而是勇敢迎上去克服它，解決它，因此此次畢業(yè)設(shè)計我相信只要每個都認(rèn)真做了的同學(xué)都會有非常大的收獲。由于我自己學(xué)識水平有限，設(shè)計中難免有不足之處，懇請各位老師同學(xué)批評指正。 致謝詞 我在西華大學(xué)機(jī)械工程與自動化學(xué)院的老師秦小嶼秦老師的指導(dǎo)下完成了此次畢業(yè)設(shè)計，在這期間秦老師總是很有耐心的指導(dǎo)我。有時我所遇到的問題很難弄懂，他就一遍一遍的重復(fù)的給我講，令我內(nèi)心非常的感動。在最開始做畢業(yè)設(shè)計的時候，我比較茫然，根本不知道從哪個方面下手，秦老師不僅給我指出了設(shè)計方向而且給我規(guī)劃出了設(shè)計路線，可以說，沒有秦老師的幫助，我根本無法完成此次畢業(yè)設(shè)計。在這里，真誠的向秦老師說聲感謝，您幸苦了！另外，在做畢業(yè)設(shè)計期間，我身邊的同學(xué)也為了我很大的幫助，比如我們寢室的同學(xué)，他們在我繪圖時發(fā)現(xiàn)我的點(diǎn)滴問題時總會及時向我提出，我才會得到及時的改正，否則在后期改正起來將會非常麻煩，在此也真誠的想他們說聲感謝。 最后，再一次向秦老師以及我身邊的同學(xué)說一聲感謝！ 【參考文獻(xiàn)】 [1] 劉朝儒等.機(jī)械制圖（第五版）北京：高等教育出版社.2006.12 [2] 孫桓等.機(jī)械原理（第七版）北京：高等教育出版社.2006.5 [3] 濮良貴等.機(jī)械設(shè)計（第八版）北京：高等教育出版社.2006.5 [4] 左健民.液壓與氣壓傳動（第四版）北京：機(jī)械工業(yè)出版.2009.6 [5] 鄧志平.機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ)（第二版）成都：西南交通大學(xué)出版.2008.8 [6] 劉鴻文.簡明材料力學(xué)（第二版）北京：高等教育出版.2008.6 [7] 黃志昌.液壓與氣動技術(shù) 北京：電子工業(yè)出版.2006.8 [8] 王啟平.機(jī)械制造工藝學(xué)（第五版）哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版.2005.8 [9] 哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)研究室.理論力學(xué)（第六版）北京：高等教育出版社.2002.8 [10]丁厚福，王立人.工程材料 武漢：武漢理工大學(xué)出版社.2001.8 [11] 戴曙.金屬切削機(jī)床 北京：機(jī)械工業(yè)出版社.2009.2 [12] 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