定柱式懸臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析,定柱式,懸臂,起重機,結(jié)構(gòu)設(shè)計,分析 **** 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計開題報告 學(xué) 生 姓 名： **** 學(xué) 號： **** 學(xué) 院、系： **** 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 設(shè) 計 題 目： 定柱式懸臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與分析 指導(dǎo)教師: **** **** 年 3 月 21 日 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 1．結(jié)合畢業(yè)設(shè)計情況，根據(jù)所查閱的文獻資料，撰寫2000字左右的文獻綜述： 文 獻 綜 述 1.研究背景和意義 懸臂起重機是近年發(fā)展起來的中小型起重裝備，結(jié)構(gòu)獨特，安全可靠，具備高效、節(jié)能、省時省力、靈活等特點，三維空間內(nèi)隨意操作，在短距、密集性調(diào)運的場合，比其它常規(guī)性吊運設(shè)備更顯示其優(yōu)越性[1]。本產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)的不同場所。懸臂起重機工作強度為輕型，起重機由立柱，回轉(zhuǎn)臂回轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置及電動葫蘆組成，立柱下端通過地腳螺栓固定在混凝土基礎(chǔ)上，由擺線針輪減速裝置來驅(qū)動旋臂回轉(zhuǎn)，電動葫蘆在旋臂工字鋼上作左右直線運行，并起吊重物。[2]起重機旋臂為空心型鋼結(jié)構(gòu)，自重輕，跨度大，起重量大，經(jīng)濟耐用。 [3] 定柱式懸臂起重機又稱立柱式懸臂起重機，起重量在125Kg-5000Kg，立柱式旋臂吊具有結(jié)構(gòu)新穎、合理、簡單、操作方便、回轉(zhuǎn)靈活、作業(yè)空間大等優(yōu)點，是節(jié)能高效的物料吊運設(shè)備，可廣泛適用于廠礦、車間的生產(chǎn)線、裝配線和機床的上、下工作及倉庫、碼頭等場合的重物吊運。[4]定柱式旋臂吊根據(jù)其旋臂所使用型鋼的不同可以分為：BZD型和BZD-JKBK型。[5] 近年來，隨著電子計算機的廣泛應(yīng)用，許多起重機制造商從應(yīng)用計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)（CAD），提高到應(yīng)用計算機進行起重機的模塊化設(shè)計。根據(jù)市場調(diào)查預(yù)測的統(tǒng)計數(shù)字和積累的資料、圖表、圖線規(guī)律，在嚴密的科學(xué)理論指導(dǎo)下，擬定起重機結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、部件等多層次的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化單元。[6]起重機采用模塊單元化設(shè)計，不僅是一種設(shè)計方法的改革，而且將影響整個起重機行業(yè)的技術(shù)、生產(chǎn)和管理水平，老產(chǎn)品的更新?lián)Q代、新產(chǎn)品的研制速度都將大大加快。對起重機的改進，只需針對幾個需要修改的模塊；設(shè)計新的起重機只需選用不同的模塊重新進行組合；提高了通用化程度，可使單件小批量的產(chǎn)品改換成相對批量的模塊生產(chǎn)。亦能以較少的模塊形式，組合成不同功能和不同規(guī)格的起重機，滿足市場的需求，增加競爭能力。[7] 隨著我國國民經(jīng)濟建設(shè)進一步深入，商品流通量大幅度增加，交通運輸業(yè)快速發(fā)展，起重運輸機械的需求量越來越大，其實用性能的要求也越來越高。懸臂起重機設(shè)備，非常適用于一噸左右重量的工件定點頻繁起吊運輸。[8]在機械加工領(lǐng)域，懸臂起重機具有強大的購買市場和廣闊的發(fā)展前景。 2.國內(nèi)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 中國的起重機產(chǎn)業(yè)誕生于上世紀70年代，經(jīng)過40余年的發(fā)展，經(jīng)歷了70年代引進蘇聯(lián)技術(shù)，80年代初引進日本技術(shù)和90年代初引進德國技術(shù)等三次主要技術(shù)改進，始終走著一條自主創(chuàng)新的道路。[9] 2000年以來，隨著國內(nèi)外技術(shù)交流的日益頻繁和國產(chǎn)自主研發(fā)能力的顯著增強，更多的國外先進技術(shù)被成功引進應(yīng)用，并進行了自主創(chuàng)新，獲得自主知識產(chǎn)權(quán)。隨著國產(chǎn)起重機產(chǎn)業(yè)制造水平的全面提升，與國外先進技術(shù)的差距不斷縮小，中國起重機產(chǎn)品開始在國際市場上體現(xiàn)出明顯的競爭力。[10]懸臂起重機設(shè)備屬于通用機械，在二十多年高速發(fā)展過程中，已經(jīng)逐漸實現(xiàn)了規(guī)模化、集團化、機械化。在輔助加工生產(chǎn)中和自動化的作用，大大提高了勞動生產(chǎn)效率，減輕工人勞動強度。具有工作平穩(wěn)可靠，操作維護簡單、方便等優(yōu)點。[11] 根據(jù)當(dāng)前我國情況來看，機械工業(yè)處于上升勢頭，汽車工業(yè)、機動車行業(yè)都處于強省發(fā)展期。專家預(yù)測，隨著國民經(jīng)濟的的增長，機械行業(yè)有很長一段時間處于旺盛發(fā)展階段，整體機械行業(yè)以及未來發(fā)展過程中，懸臂起重機的使用處于不可替代、不可缺少的地位，在整體工業(yè)化過程中發(fā)揮著重要的輔助生產(chǎn)的作用。[12]因此，我們在設(shè)計中應(yīng)大膽采用先進的設(shè)計理念，充分利用計算機輔助工藝規(guī)劃、計算機輔助制造、柔性自動化系統(tǒng)等新技術(shù)、新工藝，縮短設(shè)計和生產(chǎn)周期、降低成本，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、企業(yè)結(jié)構(gòu)，增強企業(yè)參與市場競爭的能力，使中國起重機制造行業(yè)趕上世界先進水平。[13] 3.國外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 近二十年來，世界工程起重機行業(yè)發(fā)生了很大變化，世界工程起重機市場進一步趨向一體化。[14]目前世界工程起重機年銷售額已達75億美元左右，主要生產(chǎn)國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有十多家，主要集中在北美、亞洲（日本）和歐洲。美國既是工程起重機的主要生產(chǎn)國，又是最大的世界市場之一。但由于日本、德國起重機工業(yè)的迅速發(fā)展，美國廠商在世界市場獲取的主導(dǎo)地位逐步受到削弱，從而形成了美國、日本和德國三足鼎立之勢。 4.小結(jié) 隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，特別是國家中小企業(yè)的發(fā)展，中小企業(yè)規(guī)?；a(chǎn)日益擴大，需要用起重機吊裝和搬運的結(jié)構(gòu)件和機器設(shè)備的數(shù)量與使用頻率也越來越大，且對起重機的安全性能、效率及耐久性的要求越來越高。因此，根據(jù)中小型起重機起吊頻繁，起重量不大的特點，合理的設(shè)計這樣一臺起重機有著十分重要的意義。[15] 參考文獻： [1]陳道南.起重運輸機械. 北京:機械工業(yè)出版社,1998.12-178. 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[15]盧素玲.懸臂起重機應(yīng)用與研究進展.焦作大學(xué)學(xué)報，2011,25(3):101-102. 畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 ２．本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段（途徑）： 一、 本課題要研究或解決的問題 該課題是對定柱式懸臂起重機的機構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要內(nèi)容的機械產(chǎn)品設(shè)計，課題涉及機械結(jié)構(gòu)與傳動、機械加工與裝配、機械試驗與測試等。其中，分析了該起重機所要求實現(xiàn)的功能和相應(yīng)結(jié)構(gòu)，了解起重機的工作原理，基本結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)組成及功能，掌握Solidworks的使用技術(shù)并完成橋式起重機的三維建模，繪制關(guān)鍵零部件的二維工程圖，并學(xué)會基于ANSYS做有限元分析。本研究主要是對該起重機的懸臂梁設(shè)計及旋轉(zhuǎn)功能部分的機構(gòu)設(shè)計及參數(shù)的選擇。包括起升，回轉(zhuǎn)，變幅及金屬結(jié)構(gòu)的設(shè)計。最終使其能很好地實現(xiàn)起重機的運行，而且互不干涉且配合良好。并且通過此次設(shè)計，要提高自己的分析問題和解決問題的能力，將自己所學(xué)運用到實際的工作中，提高自己的實踐能力。 二、 設(shè)計步驟 1、熟悉定柱式懸臂起重機的結(jié)構(gòu)； （1）懸臂起重機系列可分為：定柱式懸臂起重機,JKBK定柱式懸臂起重機,移動式懸臂起重機,墻壁式懸臂起重機壁行式懸臂起重機,輕型龍門式懸臂起重機曲臂式懸臂起重機,雙臂式懸臂起重機等。 （2）定柱式懸臂起重機：主要包括 上立柱、下立柱、主梁、主梁拉桿、起升機構(gòu)（電動葫蘆）、回轉(zhuǎn)機構(gòu)、電氣系統(tǒng)、爬梯及檢修平臺組成。 2、對設(shè)計參數(shù)進行分析； (1)起重機械的基本參數(shù)是用來說明起重機械的性能和規(guī)格的一些數(shù)據(jù)，也是提供設(shè)計計算和選擇使用起重機械的主要依據(jù)。起重機械的基本參數(shù)包括如下幾項： (2)額定起重量Q 吊鉤所能吊起的最大重量。如使用其他輔助取物裝置和吊具時，這些裝置的自重應(yīng)包括在額定起重量內(nèi)。 (3)起升高度H 吊鉤最低位置到吊鉤最高位置間的垂直距離。 (4)幅度α 是指旋轉(zhuǎn)起重機的旋轉(zhuǎn)中心線到吊鉤中心線之間的水平距離。 (5)工作速度v 包括起升，運行，變幅和旋轉(zhuǎn)速度，但旋轉(zhuǎn)速度用n表示。 (6)自重及外形尺寸 這是任何一種機器都應(yīng)有的技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)，不僅影響起重機本身機械性能的優(yōu)劣，而且直接影響基建費用的投資。 3、根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)進行整機尺寸的基本設(shè)計； 4、進行立柱、主軸、懸臂和起重裝置的設(shè)計； (1)立柱是定柱式旋轉(zhuǎn)起重機的最主要的支承構(gòu)件之一。其作用是支持起重機的旋轉(zhuǎn)部分，承受起重機在工作時所產(chǎn)生的全部垂直力和水平力。 1>立柱材料 通常由A3、A5、20和40鋼鍛造并加工而成。有時也用厚壁鋼管來制造。 2>立柱的形狀尺寸 根據(jù)材料力學(xué)的理論，立柱在水平在和作用下的撓度和水平力H只成一次方的正比關(guān)系，而與立柱的高度h卻成三次方的正比關(guān)系。因此，總希望h的數(shù)值盡可能地小一些。 3>立柱的強度計算 立柱相當(dāng)于在下端固定的懸臂梁一樣，承受力矩H*h所產(chǎn)生的彎曲和垂直力V所產(chǎn)生的壓縮，應(yīng)按照彎曲和壓縮聯(lián)合作用進行驗算。 4>立柱的撓度計算 立柱上端水平位移直接影響起重機的正常工作，因此要加以控制。立柱的最大撓度發(fā)生在上端水平力的著力點處。因為立柱的斷面是變化的，所以應(yīng)用材料力學(xué)中介紹過的圖解法來確定立柱撓度較為方便。 (2)主軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計本身必須考慮強度問題，結(jié)構(gòu)不合理往往給強度帶來不利的影響。在許多情況下，軸的結(jié)構(gòu)要求決定了它的外形及尺寸，且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)使軸具有合理的外形結(jié)構(gòu)，同時應(yīng)滿足使用要求。軸是機械設(shè)備中重要零件之一。其主要功能是支撐作回轉(zhuǎn)運動的零件，并傳遞運動和動力。軸通過軸承與立柱相聯(lián)，裝在軸上的零件都在圍繞軸作回轉(zhuǎn)運動，形成了一個以軸為基礎(chǔ)的軸系部件。因此在軸的設(shè)計計算中，不能只考慮軸的本身，還必須設(shè)計軸系零件對軸的影響。 1>軸的材料選擇 軸的材料主要采用碳素鋼和合金鋼。軸毛坯多用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。選擇軸的材料時除首先要滿足使用要求外，還要考慮材料的工藝性及經(jīng)濟性。 2>軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計就是要確定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計本身必須考慮強度問題，結(jié)構(gòu)不合理往往給強度帶來不利的影響。在許多情況下，軸的結(jié)構(gòu)要求決定了它的外形及尺寸，且軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)使軸具有合理的外形結(jié)構(gòu)，同時應(yīng)滿足使用要求。 3>軸上零件的定位 （3）懸臂 1>懸臂梁的選取 2>懸臂梁的受力分析 3>懸臂梁的最大轉(zhuǎn)矩 （4）起重裝置 5、根據(jù)相應(yīng)計算結(jié)果對定柱式懸臂起重機進行三維建模； 6、利用ANSYS軟件進行力學(xué)有限元分析。 （1）有限元模型的建立，進行有限元模型簡化。如圖： （2）進行有限元的計算 1>整機應(yīng)變分析 2>整機應(yīng)力分析 3>材料力學(xué)計算 4>模態(tài)分析 5>結(jié)果討論 7、繪出（或打印出）部分相關(guān)工程圖； 8、設(shè)計進度計劃 2月25日---3月 3日 查閱并收集相關(guān)資料 3月 4日---3月11日 完成開題報告初稿 3月11日---3月18日 完善開題報告 3月19日---4月 2日 繼續(xù)查閱相關(guān)資料完成全部設(shè)計構(gòu)思 4月 3日---4月10日 懸臂起重機架構(gòu)的設(shè)計 4月11日---4月18日 確定系統(tǒng)總體方案、方案設(shè)計 4月19日---4月26日 設(shè)計與計算 4月27日---5月10日 定柱式懸臂起重機結(jié)構(gòu)設(shè)計與繪制 5月11日---5月26日 零件圖設(shè)計與繪制，編寫設(shè)計說明書 5月26日---6月10日 完成設(shè)計總結(jié)，準(zhǔn)備答辯  畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告 指導(dǎo)教師意見： 該課題是以懸臂起重機機構(gòu)和結(jié)構(gòu)設(shè)計為主要內(nèi)容的機械產(chǎn)品設(shè)計，具有一定的研究意義，該生通過查閱資料，對研究對象有了初步了解，并應(yīng)用已學(xué)過的理論知識，擬定了懸臂起重機的設(shè)計方案，采用工程分析計算方法和計算機輔助設(shè)計，完成零部件工程圖繪制和設(shè)計說明書編寫等。 擬采取的研究方法合理，可行。 同意開題。 指導(dǎo)教師： 年 月 日 所在系審查意見： 系主任： 年 月 日