畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）-汽車起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)（全套圖紙三維）

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1、 成都學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文（設(shè)計(jì)） 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 汽車起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 學(xué) 院 工業(yè)制造學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 學(xué)生姓名 學(xué) 號(hào) 年級(jí) 11

2、 指導(dǎo)教師 職稱 講師 2015年3月28日  汽車起重機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì) 專 業(yè)： 學(xué) 號(hào)： 學(xué) 生： 指導(dǎo)教師： 摘要：隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，中國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施逐漸擴(kuò)大，道路，機(jī)場(chǎng)，港口，水利水電，市政建設(shè)等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模也越來(lái)越大，汽車起重機(jī)市場(chǎng)的需求也增加了,本課題是基于對(duì)20噸汽車起重機(jī)的研究，進(jìn)一步的伸縮臂的設(shè)計(jì)，和對(duì)其結(jié)構(gòu)工藝的改良

3、是當(dāng)務(wù)之急，也是機(jī)械工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和前景。 本文通過SolidWorks軟件對(duì)20噸汽車起重機(jī)進(jìn)行三維建模，并設(shè)計(jì)出該起重機(jī)中伸縮臂中的一伸臂端，二伸臂端，三伸臂端以及滑輪組的具體結(jié)構(gòu)，對(duì)關(guān)鍵零部件伸縮臂進(jìn)行有限元分析，進(jìn)一步確定它的剛度和強(qiáng)度是否符合要求。 關(guān)鍵詞： 汽車起重機(jī)；伸縮臂；結(jié)構(gòu)；有限元 ??????? 全套圖紙，加153893706 The Optimization design of automobile crane

4、 Specialty： Student Number： Student： Supervisor： Abstract：The design of the transmission gear box box than the island's design, including the identification of parts for the processing technology, the design should first understand the workpiece intheproce

5、ssing line and calculation process to determine the tapping spindle diameter, motion model and the initial machine selection part. Three figure (process map parts to be machined, the processing schematic drawing, the machine contact size map, machine productivity calculation card). Multi axle box d

6、esign, established the transmission components coordinate calculation of shaft drive system, and check the total spindlebox This paper is basis on the secirty modset, design of the drilling, tapping combination two one, reduce machining cost, save time, improve production efficiency. Key word

7、s：Machine manufacture;Crankshaft;Processing craft;Fixture; 目 錄 緒論 1 1. 課題的來(lái)源及研究的目的和意義 1 2. 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 5 2.1 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 5 2.2 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 5 2.3 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 4

8、 2.3.1 草圖繪制 5 2.3.2 基準(zhǔn)特征，參考幾何體的創(chuàng)建 6 2.3.3 拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建 7 2.3.4 工程圖的設(shè)計(jì) 10 2.3.5 裝配設(shè)計(jì) 11 3. 主臂伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 13 3.1 臂架伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形式與傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式的比較與優(yōu)化 14 3.1.1 伸縮臂截面形狀的比較與優(yōu)化 16 3.1.2 伸縮臂材料性能方面的比較與優(yōu)化 17 3.2 臂架伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)形式 19 3.3 臂架伸縮液壓缸的計(jì)算及選擇 21

9、 3.3.1 負(fù)載圖與速度圖的確定 21 4. 零部件的選擇 22 4.1 鋼絲繩的計(jì)算和選擇 23 4.2 滑輪及滑輪組的選擇 24 5. 主臂的三維建模及裝配 25 5.1 基本臂的總裝配 25 5.2 主臂建?？傃b配 25 5.3 汽車起重機(jī)的三維建模 26 6. 汽車起重機(jī)伸縮臂中關(guān)鍵零件的有限元應(yīng)力、應(yīng)變分析 26 6.1 基本臂的有限元分析 27 7. 結(jié)論 28 II

10、 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 II 緒論 1 課題的來(lái)源及研究的目的和意義 起重機(jī)主要用于起重，運(yùn)輸，裝卸和安裝材料。它可以完成人力搬運(yùn)不可能完成的動(dòng)作，減輕人的體力勞動(dòng)，提高生產(chǎn)效率，在許多地區(qū)，工廠，礦山，港口，鐵路站施工現(xiàn)場(chǎng)，倉(cāng)庫(kù)，水電站等部門得到了廣泛的應(yīng)用，隨著生產(chǎn)規(guī)模的日益擴(kuò)大，特別是現(xiàn)代，專業(yè)生產(chǎn)的需要，各種專用起重機(jī)已經(jīng)產(chǎn)生，在許多重要部門，不僅輔助機(jī)械生產(chǎn)過

11、程，而且能夠?qū)崿F(xiàn)許多人力不可能完成的作業(yè)。 起重機(jī)的工作周期短，屬于物料搬運(yùn)機(jī)械的一種，一般包括進(jìn)料，運(yùn)輸，裝卸和回到原位的過程，在高層建筑，冶金，化工，電廠建設(shè)和其他大型項(xiàng)目，需要提升很重很大的物體，其中許多物體的重量高達(dá)上百噸重。因此，我們必須選擇一些大型起重機(jī)吊裝工作設(shè)備。大型起重機(jī)通常是用龍門起重機(jī)，門式起重機(jī)，塔式起重機(jī)，履帶式起重機(jī)，輪式起重機(jī)和橋式起重機(jī)裝置。 道路，橋梁，水利電力建設(shè)用起重機(jī)，使用的范圍是非常廣泛，不管什么類型的加載設(shè)備，起重設(shè)備，電廠設(shè)備安裝，混凝土澆筑，模板的運(yùn)輸，施工垃圾和其他建筑材料都需要使用起重機(jī)械，特別是水電工程建設(shè)，不僅工程

12、規(guī)模浩大，其特殊的地理?xiàng)l件，季節(jié)性強(qiáng)的施工，工程本身又很復(fù)雜，和起重搬運(yùn)設(shè)備，大量各種建筑材料。除了以上介紹的起重機(jī)等大型設(shè)備外，還應(yīng)用于水利水電工程，如電纜起重機(jī)，浮式起重機(jī)，各類起重機(jī)在車間在工廠和建筑安裝，為機(jī)組，閘門檢修，吊裝垃圾，這些大型龍門起重機(jī)，固定卷?yè)P(yáng)起重機(jī)和門座起重機(jī)等。這些專用起重機(jī)一般屬于大噸位起重機(jī)，與龍門式，固定起重機(jī)工程起重機(jī)共同發(fā)揮著重要的作用，在未來(lái)的國(guó)家建設(shè)中，起重機(jī)也將發(fā)揮更大的作用。 機(jī)械工業(yè)是國(guó)民的裝備部，是為國(guó)民經(jīng)濟(jì)提供裝備和為人民生活提供耐用消費(fèi)品的產(chǎn)業(yè)。不論是傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，還是新興產(chǎn)業(yè)，都離不開各種各樣的機(jī)械裝備，機(jī)械工業(yè)所提供裝備的性能、

13、質(zhì)量和成本，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益有很大的和直接的影響。機(jī)械工業(yè)的規(guī)模和技術(shù)水平是衡量國(guó)家經(jīng)濟(jì)實(shí)力和科學(xué)技術(shù)水平的重要標(biāo)志。因此，世界各國(guó)都把發(fā)展機(jī)械工業(yè)作為發(fā)展本國(guó)經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略重點(diǎn)之一。機(jī)械工程的服務(wù)領(lǐng)域廣闊而多面，凡是使用機(jī)械、工具，以至能源和材料生產(chǎn)的部門，都需要機(jī)械工程的服務(wù)。概括說來(lái)，現(xiàn)代機(jī)械工程有五大服務(wù)領(lǐng)域：研制和提供能量轉(zhuǎn)換機(jī)械、研制和提供用以生產(chǎn)各種產(chǎn)品的機(jī)械、研制和提供從事各種服務(wù)的機(jī)械、研制和提供家庭和個(gè)人生活中應(yīng)用的機(jī)械、研制和提供各種機(jī)械武器。 ? 不論服務(wù)于哪一領(lǐng)域，機(jī)械工程的工作內(nèi)容基本相同，主要有：建立和發(fā)展機(jī)械工程的工程理論基礎(chǔ)。例如，研究力和運(yùn)

14、動(dòng)的工程力學(xué)和流體力學(xué)；研究金屬和非金屬材料的性能，及其應(yīng)用的工程材料學(xué)；研究熱能的產(chǎn)生、傳導(dǎo)和轉(zhuǎn)換的熱力學(xué)；研究各類有獨(dú)立功能的機(jī)械元件的工作原理、結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)和計(jì)算的機(jī)械原理和機(jī)械零件學(xué)；研究金屬和非金屬的成形和切削加工的金屬工藝學(xué)和非金屬工藝學(xué)等等。 研究、設(shè)計(jì)和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品，不斷改進(jìn)現(xiàn)有機(jī)械產(chǎn)品和生產(chǎn)新一代機(jī)械產(chǎn)品，以適應(yīng)當(dāng)前和將來(lái)的需要。機(jī)械產(chǎn)品的生產(chǎn)，包括：生產(chǎn)設(shè)施的規(guī)劃和實(shí)現(xiàn)；生產(chǎn)計(jì)劃的制訂和生產(chǎn)調(diào)度；編制和貫徹制造工藝；設(shè)計(jì)和制造工具、模具；確定勞動(dòng)定額和材料定額；組織加工、裝配、試車和包裝發(fā)運(yùn)；對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行有效的控制。機(jī)械制造企業(yè)的經(jīng)營(yíng)和管理。機(jī)械一般是由許多各

15、有獨(dú)特的成形、加工過程的精密零件組裝而成的復(fù)雜的制品。生產(chǎn)批量有單件和小批，也有中批、大批，直至大量生產(chǎn)。銷售對(duì)象遍及全部產(chǎn)業(yè)和個(gè)人、家庭。而且銷售量在社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況的影響下，可能出現(xiàn)很大的波動(dòng)。因此，機(jī)械制造企業(yè)的管理和經(jīng)營(yíng)特別復(fù)雜，企業(yè)的生產(chǎn)管理、規(guī)劃和經(jīng)營(yíng)等的研究也多是肇始于機(jī)械工業(yè)。 ? 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。 機(jī)械產(chǎn)品的應(yīng)用。這方面包括選擇、訂購(gòu)、驗(yàn)收、安裝、調(diào)整、操作、維護(hù)、修理和改造各產(chǎn)業(yè)所使用的機(jī)械和成套機(jī)械裝備，以保證機(jī)械產(chǎn)品在長(zhǎng)期使用中的

16、可靠性和經(jīng)濟(jì)性。研究機(jī)械產(chǎn)品在制造過程中，尤其是在使用中所產(chǎn)生的環(huán)境污染，和自然資源過度耗費(fèi)方面的問題，及其處理措施。這是現(xiàn)代機(jī)械工程的一項(xiàng)特別重要的任務(wù)，而且其重要性與日俱增。機(jī)械的種類繁多，可以按幾個(gè)不同方面分為各種類別，如：按功能可分為動(dòng)力機(jī)械、物料搬運(yùn)機(jī)械、粉碎機(jī)械等；按服務(wù)的產(chǎn)業(yè)可分為農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、紡織機(jī)械等；按工作原理可分為熱力機(jī)械、流體機(jī)械、仿生機(jī)械等。另外，機(jī)械在其研究、開發(fā)、設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)用等過程中都要經(jīng)過幾個(gè)工作性質(zhì)不同的階段。按這些不同階段，機(jī)械工程又可劃分為互相銜接、互相配合的幾個(gè)分支系統(tǒng)，如機(jī)械科研、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械制造、機(jī)械運(yùn)用和維修等。 這些按不同方

17、面分成的多種分支學(xué)科系統(tǒng)互相交叉，互相重疊，從而使機(jī)械工程可能分化成上百個(gè)分支學(xué)科。例如，按功能分的動(dòng)力機(jī)械，它與按工作原理分的熱力機(jī)械、流體機(jī)械、透平機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、蒸汽動(dòng)力機(jī)械、核動(dòng)力裝置、內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)，以及與按行業(yè)分的中心電站設(shè)備、工業(yè)動(dòng)力裝置、鐵路機(jī)車、船舶輪機(jī)工程、汽車工程等都有復(fù)雜的交叉和重疊關(guān)系。船用汽輪機(jī)是動(dòng)力機(jī)械，也是熱力機(jī)械、流體機(jī)械和透平機(jī)械，它屬于船舶動(dòng)力裝置、蒸汽動(dòng)力裝置，可能也屬于核動(dòng)力裝置等等。19世紀(jì)時(shí)，機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械

18、工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識(shí)過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知識(shí)過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分

19、化過細(xì)的專業(yè)。械工程以增加生產(chǎn)、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率、提高生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性為目標(biāo)來(lái)研制和發(fā)展新的機(jī)械產(chǎn)品。在未來(lái)的時(shí)代，新產(chǎn)品的研制將以降低資源消耗，發(fā)展?jié)崈舻脑偕茉?，治理、減輕以至消除環(huán)境污染作為超經(jīng)濟(jì)的目標(biāo)任務(wù)。 機(jī)械可以完成人用雙手和雙目，以及雙足、雙耳直接完成和不能直接完成的工作，而且完成得更快、更好。現(xiàn)代機(jī)械工程創(chuàng)造出越來(lái)越精巧和越來(lái)越復(fù)雜的機(jī)械和機(jī)械裝置，使過去的許多幻想成為現(xiàn)實(shí)。 人類現(xiàn)在已能上游天空和宇宙，下潛大洋深層，遠(yuǎn)窺百億光年，近察細(xì)胞和分子。新興的電子計(jì)算機(jī)硬、軟件科學(xué)使人類開始有了加強(qiáng)，并部分代替人腦的科技手段，這就是人工智能。這一新的發(fā)展已經(jīng)顯示出巨大的影響，而

20、在未來(lái)年代它還將不斷地創(chuàng)造出人們無(wú)法想象的奇跡。 人類智慧的增長(zhǎng)并不減少雙手的作用，相反地卻要求手作更多、更精巧、更復(fù)雜的工作，從而更促進(jìn)手的功能。手的實(shí)踐反過來(lái)又促進(jìn)人腦的智慧。在人類的整個(gè)進(jìn)化過程中，以及在每個(gè)人的成長(zhǎng)過程中，腦與手是互相促進(jìn)和平行進(jìn)化的。 人工智能與機(jī)械工程之間的關(guān)系近似于腦與手之間的關(guān)系，其區(qū)別僅在于人工智能的硬件還需要利用機(jī)械制造出來(lái)。過去，各種機(jī)械離不開人的操作和控制，其反應(yīng)速度和操作精度受到進(jìn)化很慢的人腦和神經(jīng)系統(tǒng)的限制，人工智能將會(huì)消除了這個(gè)限制。計(jì)算機(jī)科學(xué)與機(jī)械工程之間的互相促進(jìn)，平行前進(jìn)，將使機(jī)械工程在更高的層次上開始新的一輪大發(fā)展。19世紀(jì)時(shí)，

21、機(jī)械工程的知識(shí)總量還很有限，在歐洲的大學(xué)院校中它一般還與土木工程綜合為一個(gè)學(xué)科，被稱為民用工程，19世紀(jì)下半葉才逐漸成為一個(gè)獨(dú)立學(xué)科。進(jìn)入20世紀(jì)，隨著機(jī)械工程技術(shù)的發(fā)展和知識(shí)總量的增長(zhǎng)，機(jī)械工程開始分解，陸續(xù)出現(xiàn)了專業(yè)化的分支學(xué)科。這種分解的趨勢(shì)在20世紀(jì)中期，即在第二次世界大戰(zhàn)結(jié)束的前后期間達(dá)到了最高峰。 由于機(jī)械工程的知識(shí)總量已擴(kuò)大到遠(yuǎn)非個(gè)人所能全部掌握，一定的專業(yè)化是必不可少的。但是過度的專業(yè)化造成知識(shí)過分分割，視野狹窄，不能統(tǒng)觀和統(tǒng)籌稍大規(guī)模的工程的全貌和全局，并且縮小技術(shù)交流的范圍，阻礙新技術(shù)的出現(xiàn)和技術(shù)整體的進(jìn)步，對(duì)外界條件變化的適應(yīng)能力很差。封閉性專業(yè)的專家們掌握的知

22、識(shí)過狹，考慮問題過專，在協(xié)同工作時(shí)配合協(xié)調(diào)困難，也不利于繼續(xù)自學(xué)提高。因此自20世紀(jì)中、后期開始，又出現(xiàn)了綜合的趨勢(shì)。人們更多地注意了基礎(chǔ)理論，拓寬專業(yè)領(lǐng)域，合并分化過細(xì)的專業(yè)。綜合-專業(yè)分化-再綜合的反復(fù)循環(huán)，是知識(shí)發(fā)展的合理的和必經(jīng)的過程。不同專業(yè)的專家們各具有精湛的專業(yè)知識(shí)，又具有足夠的綜合知識(shí)來(lái)認(rèn)識(shí)、理解其他學(xué)科的問題和工程整體的面貌，才能形成互相協(xié)同工作的有力集體。綜合與專業(yè)是多層次的。在機(jī)械工程內(nèi)部有綜合與專業(yè)的矛盾；在全面的工程技術(shù)中也同樣有綜合和專業(yè)問題。在人類的全部知識(shí)中，包括社會(huì)科學(xué)、自然科學(xué)和工程技術(shù)，也有處于更高一層、更宏觀的綜合與專業(yè)問題。

23、2 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況和發(fā)展趨勢(shì) 2.1 國(guó)內(nèi)汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 中國(guó)的汽車式起重機(jī)誕生于上世紀(jì)的10年代，經(jīng)過了近30年的發(fā)展，期間有過3次主要的技術(shù)改進(jìn)，分別為70年代引進(jìn)蘇聯(lián)的技術(shù)，80年代引進(jìn)日本的技術(shù)，90年代引進(jìn)德國(guó)的技術(shù)。但是總體來(lái)說，中國(guó)的汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)始終走著自主創(chuàng)新的道路，有著自己清晰的發(fā)展脈絡(luò)，尤其是進(jìn)幾年，中國(guó)的汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，雖然與國(guó)外相比還有一定的差距，但是這個(gè)差距正在逐漸的縮小。而且我國(guó)目前在中小噸位的汽車式起重機(jī)的性能已經(jīng)完好，能夠滿足現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)的要求。在不久的將來(lái)，我國(guó)的汽車式起重機(jī)行業(yè)一定會(huì)發(fā)展成為一個(gè)發(fā)展穩(wěn)定，市場(chǎng)化程度高

24、的成熟產(chǎn)業(yè)。 許多專家認(rèn)為，高速發(fā)展的市場(chǎng)，是中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)各個(gè)廠商有利的技術(shù)創(chuàng)新基礎(chǔ)和環(huán)境。近幾年，中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)除了一家較小的公司與日本起重機(jī)品牌廠家合資以外，其余廠家一直在追趕國(guó)外先進(jìn)水平的進(jìn)程中，一直堅(jiān)持自主的技術(shù)創(chuàng)新道路，基本上沒有整體引進(jìn)國(guó)外技術(shù)的做法，也使的中國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)在達(dá)到和接近國(guó)際先進(jìn)水平的同時(shí)，在產(chǎn)品技術(shù)上有明顯的中國(guó)特質(zhì)。 中國(guó)汽車式起重機(jī)已經(jīng)大量使用PLC可編程集成控制技術(shù)，帶有總線接口的液壓閥塊，液壓馬達(dá)，油泵等控制和執(zhí)行元件已較為成熟，液壓和電器已實(shí)現(xiàn)了緊密的結(jié)合?？赏ㄟ^軟件實(shí)現(xiàn)控制性能的調(diào)整，大幅度簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)，減少液壓元件，提高系統(tǒng)的穩(wěn)

25、定性，具備了實(shí)現(xiàn)故障自動(dòng)診斷，遠(yuǎn)程控制的能力。 當(dāng)前我國(guó)新一代汽車起重機(jī)產(chǎn)品，起重作業(yè)的操作方式，大面積應(yīng)用先導(dǎo)比例控制，具有良好的微調(diào)性能和精控性能，操作力小，不易疲勞。通過先導(dǎo)比例手柄實(shí)現(xiàn)比例輸送多種負(fù)荷的無(wú)級(jí)調(diào)速，有效防止起重作業(yè)時(shí)的二次下滑現(xiàn)象，極大的提高了起重作業(yè)的安全性、可靠性和作業(yè)效率。 部分大型汽車式起重機(jī)還在伸縮臂上使用了單缸插銷的伸縮技術(shù)，通過液壓銷作用，以單個(gè)液壓油缸可完成多節(jié)伸臂的運(yùn)動(dòng)，并達(dá)到各種工況的程度控制和自動(dòng)伸縮，改變了以往能不油缸加內(nèi)部繩排的作業(yè)方式，使起重機(jī)相對(duì)更輕，拓展了起重機(jī)向更高工作高度發(fā)展的空間。 在走向國(guó)際市場(chǎng)的過程中，我國(guó)汽車式起重機(jī)產(chǎn)業(yè)

26、近幾年品質(zhì)水平的快速提高，也得到了國(guó)際擁護(hù)的高度肯定，由于產(chǎn)品使用規(guī)范，用戶的專業(yè)素質(zhì)較高，出口產(chǎn)品的質(zhì)量反饋比在過內(nèi)有了明顯的減少，產(chǎn)品反映較好。這都為中國(guó)汽車式起重機(jī)行業(yè)的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。 2.2 國(guó)外汽車起重機(jī)的發(fā)展概況 我國(guó)的汽車式起重機(jī)的生產(chǎn)企業(yè)要想在本領(lǐng)域生存與發(fā)展，需要做的事情還很多，由于市場(chǎng)需求的增大，也要求生產(chǎn)企業(yè)不斷創(chuàng)新，在保證起重機(jī)性能的基礎(chǔ)上還要不斷開發(fā)出更大噸位的新產(chǎn)品，滿足市場(chǎng)的需求。只有這樣才能從市場(chǎng)中獲得養(yǎng)分和活力使自己生存，在生存中發(fā)展，在發(fā)展中壯大。 主要的發(fā)展趨勢(shì)應(yīng)該有以下幾點(diǎn)： （1） 擴(kuò)大產(chǎn)品的品種。 在企業(yè)內(nèi)部應(yīng)建立完善的產(chǎn)品

27、研究和開發(fā)體系，使產(chǎn)品系列化，品種齊全，要形成大中小完整系列，增多產(chǎn)品數(shù)量，使生產(chǎn)規(guī)模不斷的擴(kuò)展。 （2） 增大起重力矩。 目前我國(guó)生產(chǎn)的汽車式起重機(jī)大多是50噸以下的中小噸位的起重機(jī)，大噸位生產(chǎn)的很少，而，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)機(jī)動(dòng)靈活的大型起重機(jī)械的需求越來(lái)越大，這都是汽車式起重機(jī)發(fā)展的養(yǎng)分， 所以增大其中力矩迫在眉睫。 （3） 增加起重機(jī)功能。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用戶對(duì)汽車式起重機(jī)的使用上的要求越來(lái)越多，希望能夠一機(jī)多用，已經(jīng)不僅僅是在搬運(yùn)重物時(shí)使用，而是滿足在不同環(huán)境和工種的使用，這些都為未來(lái)起重機(jī)的發(fā)展找清了方向。 （4） 全力打造自己的品牌。 目前中國(guó)的

28、汽車起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，缺少自己的專業(yè)研究人員和開發(fā)隊(duì)伍，而是去模仿別人生產(chǎn)的成品，沒有發(fā)展方向和競(jìng)爭(zhēng)力。未來(lái)經(jīng)濟(jì)的全球化以及由此引發(fā)的一系列問題，使得競(jìng)爭(zhēng)手段從傳統(tǒng)的產(chǎn)品，價(jià)格等層次轉(zhuǎn)嫁到品牌的競(jìng)爭(zhēng)上來(lái)。所以各大汽車式生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)該 努力打造自己的品牌，從而使自己發(fā)展壯大。 （5） 開創(chuàng)自我空間占領(lǐng)市場(chǎng)。 我國(guó)的各大汽車式起重機(jī)生產(chǎn)企業(yè)要不斷創(chuàng)新，大膽進(jìn)行運(yùn)行急智的改革，面向市場(chǎng)，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，人員重組，引進(jìn)設(shè)備，進(jìn)行刻苦的技術(shù)研發(fā)，在不斷完善自我的前提下，占領(lǐng)市場(chǎng)。 2.3 Solidworks設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 2.3.1 草圖繪制 掌握點(diǎn)、直線、矩形、弧度圓等基本圖形的繪制方法；掌握

29、樣條、文字等高級(jí)幾何圖形的繪制方法；理解集合約束的概念并在草圖繪制中熟練應(yīng)用幾何約束；熟練應(yīng)用陣列、實(shí)體轉(zhuǎn)換等草圖繪制工具；能綜合應(yīng)用各種草圖繪制實(shí)體和利用草圖繪制工具完成草圖繪。 2.3.2 基準(zhǔn)特征-參考幾何體的創(chuàng)建 清楚明白基于特征的建模方式、參數(shù)化思想等概念；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)點(diǎn)的方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)軸方法；靈活運(yùn)用各種建立基準(zhǔn)面的方法；靈活運(yùn)用坐標(biāo)系的建立方法；能根據(jù)建模需要綜合應(yīng)用各種參考幾何體。 2.3.3拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描和放樣特征建模 靈活運(yùn)用拉伸特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用旋轉(zhuǎn)特征的概念與建立方法；掌握掃描特征的概念與建立方法；靈活運(yùn)用放樣特征的概念

30、與建立方法；通過實(shí)踐能夠準(zhǔn)確分析零件的特征，靈活運(yùn)用拉伸和旋轉(zhuǎn)也正建立三維模型。綜合應(yīng)用掃描、放樣、彎曲、鏡向、陣列等特征建立各種實(shí)體。 2.3.4工程圖設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用用戶自定義工程圖格式文件的方法；靈活運(yùn)用建立標(biāo)準(zhǔn)三視圖，剖視圖，斷面圖，局部圖，輔助視圖等方法；靈活運(yùn)用各種注釋的方法。 2.3.5裝配設(shè)計(jì) 靈活運(yùn)用自底向上的裝配方法；靈活運(yùn)用生成裝配體爆炸圖的方法；靈活運(yùn)用SolidWorks智能裝配技術(shù)；靈活運(yùn)用裝配體零部件的狀態(tài)和屬性控制，并能夠在裝配體中設(shè)計(jì)子裝配體；靈活運(yùn)用干涉檢查；靈活運(yùn)用自上向下的裝配方法；靈活運(yùn)用在裝配模型工程圖中添加零件序號(hào)；靈活運(yùn)用生成裝配體

31、材料明細(xì)表的方法。 3. 主臂伸縮機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算 3.1 臂架伸縮機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形式與傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)形式的比較與優(yōu)化 3.1.1 伸縮臂截面形狀的比較與優(yōu)化 本次設(shè)計(jì)的是20噸汽車起重機(jī)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，主要的設(shè)計(jì)研究的部分為起重機(jī)主臂也就是伸縮臂的設(shè)計(jì)，其具體結(jié)構(gòu)方案圖如圖3-1所示： 圖3-1 伸縮吊臂的截面形狀由很多種，主要包括：矩形、正梯形、倒梯形、六邊形、槽形、角鋼組合式等。其在總體設(shè)計(jì)中，高度比一般在1.3～1.8范圍內(nèi)，側(cè)板一般選 用薄鋼板，厚度在3.2～10范圍內(nèi)，側(cè)板薄一些對(duì)減輕吊臂重量極為有效，但必須考慮其局部失穩(wěn)的問題，有的在鋼板上格一段距離扎一條橫向筋，或者

32、在側(cè)板受壓區(qū)設(shè)置縱向筋，以增加其抗屈曲能力。有的為了減輕重量也可在側(cè)板上開大孔，并卷邊加強(qiáng)。下地板一般做的臂上底板后些，一方面可以使截面中性軸下移，從而減少下底板上的壓縮應(yīng)力，一方面滿足下底板局部應(yīng)力的需要，為了減輕自重，吊臂應(yīng)盡量做成等強(qiáng)度式梁。 整個(gè)箱形吊臂也可做成頭稍細(xì)，根稍粗的棱錐體狀，但大多采用貼加強(qiáng)板的方法來(lái)改變截面的面積特性，在局部高應(yīng)力處采用局部加強(qiáng)板局部加強(qiáng)。矩形的箱形截面的最危險(xiǎn)處為四角焊縫處，該處應(yīng)力最大，也是最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中的地方為了改善應(yīng)力狀況最號(hào)選用其它形式。梯形截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度比矩形好，正梯形側(cè)板的上半部拉應(yīng)力較大，提高了側(cè)板的穩(wěn)定系數(shù)：倒梯形的下

33、底板載，可以避免下地板的局部失穩(wěn)。吊臂下截面做成圓形或其它折線狀（即槽形和六邊形），都是為了提高下底板的抗局部失穩(wěn)的能力，和減小側(cè)板的計(jì)算寬度，這樣一來(lái)可以采用更薄的鋼板，而充分利用鋼板的強(qiáng)度，特別在采用高強(qiáng)度鋼材時(shí)。因?yàn)楦邚?qiáng)度鋼板的抗局部失穩(wěn)的能力并不比普通鋼板的能力號(hào)，所以，改變局部失穩(wěn)在此顯得更為重要角鋼組合式截面正像桁架臂炫桿那樣，將材料集中在四各受力最大的角上，同時(shí)將焊縫移至中部，大大改善了應(yīng)力集中現(xiàn)象，該截面工藝復(fù)雜，制造成本高。 在經(jīng)過研究計(jì)算結(jié)果和實(shí)際生產(chǎn)表明，吊臂截面上半部分采用矩形，下半部分采 用外凸折板形（即槽形）最好。以相同起重能力為條件，以矩形截面為比較標(biāo)準(zhǔn)，將

34、 其它截面的截面面積的下降百分比數(shù)（即耗鋼量）列于下表中： 傳統(tǒng)的伸縮吊臂和改進(jìn)后的伸縮吊臂的截面分別如圖3-2，3-3所示： 3-2 傳統(tǒng)的截面吊臂截面 3-3 改進(jìn)后的截面吊臂截面 通過比較可以，此次設(shè)計(jì)的截面材料用得更少，重量也更輕，通過校驗(yàn)，復(fù)合設(shè)備工況要求。 3.1.2 伸縮臂材料性能方面的比較與優(yōu)化 傳統(tǒng)的伸縮臂采用的材料基本上都是鐵板才通過焊接而成，這樣做成的伸縮臂無(wú)疑會(huì)很重。而此次設(shè)計(jì)的汽車起重機(jī)的伸縮臂的材料是采用碳鋼板制作而成，此種材料做成的伸縮臂不斷重量輕，而且強(qiáng)度好，能夠滿足要求。

35、圖3-3為傳統(tǒng)的伸縮臂，圖3-4為此次設(shè)計(jì)的伸縮臂結(jié)構(gòu)。 3-3 傳統(tǒng)的伸縮臂結(jié)構(gòu) 3-4 此次設(shè)計(jì)的伸縮臂結(jié)構(gòu) 3.2 臂架伸縮機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)形式 主臂的伸縮機(jī)構(gòu)很多，可以從兩種角度進(jìn)行分類，即按驅(qū)動(dòng)形式的不同，以及各節(jié)臂間的伸縮次序關(guān)系不同進(jìn)行分類。按驅(qū)動(dòng)形式的不同，可分為液壓、液壓—機(jī)械和人力三種。采用液壓驅(qū)動(dòng)時(shí)，執(zhí)行元件選用液壓油缸，利用缸體和活塞桿的相對(duì)運(yùn)動(dòng)推動(dòng)，推動(dòng)下節(jié)臂的伸縮，在設(shè)計(jì)三節(jié)臂伸縮機(jī)構(gòu)時(shí)，為了減輕重量，還可以利用吊臂之間的伸縮比例，采用鋼絲繩和滑輪組實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，以

36、實(shí)現(xiàn)第三節(jié)臂的伸縮，這就形成了液壓機(jī)械驅(qū)動(dòng)。在某些情況下可以取消伸縮機(jī)構(gòu)，代之采用人力驅(qū)動(dòng)，或采用推桿和繩索的器件，而輔之以人工安裝插銷等方法伸縮吊臂，這就形成了人力驅(qū)動(dòng)。這幾種方法往往在小于等于三節(jié)臂的情況下使用。對(duì)于擁有三節(jié)或三節(jié)以上的吊臂來(lái)講，各節(jié)臂的伸縮方式可以由不同的選擇，但是，大致可以分為三類。 ?（1）順序伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂必須按一定先后順序，完成伸縮動(dòng)作。 ?（2）同步伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)伸縮臂同時(shí)以相同的形成比例進(jìn)行伸縮。 ?（3）獨(dú)立伸縮：指吊臂在伸縮過程中，各節(jié)臂均能獨(dú)立進(jìn)行伸縮。顯然，獨(dú)立伸縮機(jī)構(gòu)，同樣也可以完成順序伸縮或同步伸縮的動(dòng)作

37、。 ? 在現(xiàn)實(shí)中，三節(jié)伸縮臂或三節(jié)以上的伸縮機(jī)構(gòu)，往往式上述幾種伸縮機(jī)構(gòu)的中和，而很少單獨(dú)采用某一種伸縮機(jī)構(gòu)。在三節(jié)伸縮臂時(shí)，基本上采用一個(gè)液壓缸加一個(gè)滑輪組的同步伸縮機(jī)構(gòu)。超過三節(jié)臂時(shí)，常用兩個(gè)液壓缸加一個(gè)滑輪組的伸縮機(jī)構(gòu)，或采用三各液壓缸的伸縮機(jī)構(gòu)，五節(jié)臂時(shí)為兩個(gè)液壓缸加兩個(gè)滑輪組，或最后一節(jié)的伸縮可用手動(dòng)的或簡(jiǎn)單的插銷式伸縮機(jī)構(gòu)。本次設(shè)計(jì)的是三節(jié)臂的伸縮，其具體結(jié)構(gòu)圖如下： 其工作原理為：液壓缸伸出時(shí)，直接帶動(dòng)二節(jié)臂及其余的臂同時(shí)伸出，這個(gè)時(shí)候完成第一次的伸出動(dòng)作。直接帶動(dòng)三節(jié)臂向前運(yùn)動(dòng)，這時(shí)由于鋼絲繩的長(zhǎng)度是不變的，導(dǎo)致鋼絲繩另

38、一端變長(zhǎng)，一端也得隨之運(yùn)動(dòng)，顧通過滑輪帶動(dòng)四節(jié)臂向前運(yùn)動(dòng)；四節(jié)臂在向前運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，由于鋼絲繩的長(zhǎng)度是不變的，上述過程綜合在一起是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的過程，彼此相連，同時(shí)運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到了同步伸縮的目的。縮回的過程是通過，回繩滑輪鋼絲繩的帶動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，其過程與吊臂伸繩的過程完全相同。 3.3 臂架伸縮液壓缸的計(jì)算及選擇 液壓缸是液壓系統(tǒng)中活塞桿作往復(fù)運(yùn)動(dòng)的工作機(jī)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)形式均為單活塞桿雙作用耳環(huán)安裝式。主要用于工程機(jī)械、運(yùn)輸機(jī)械、礦山機(jī)械及車輛等。 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算： 由于液壓執(zhí)行元件與主機(jī)結(jié)構(gòu)有著直接關(guān)系，因此液壓缸的主要尺寸包括缸筒內(nèi)徑D、活塞桿直徑d和缸筒長(zhǎng)度L。 ??根據(jù)負(fù)載大小和

39、液壓缸的工作壓力確定活塞的有效工作面積，再根據(jù)液壓缸的不同結(jié)構(gòu)形式計(jì)算出缸筒的內(nèi)徑?；钊麠U直徑是按受力情況決定的，可按表3.1初步選取。缸筒長(zhǎng)度的確定要考慮活塞最大行程、活塞厚度、導(dǎo)向和密封所需長(zhǎng)度等因素。通常情況L≤(20~30)d。計(jì)算結(jié)果要圓整成國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中的推薦值。主要尺寸初步確定后，還要按速度要求進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)滿足力和速度的要求后才可以確定下來(lái)。 液壓缸工作壓力與活塞桿直徑 液壓缸工作壓力p/MPa <5 5～7 >7 推薦活塞桿直徑d (0.5～0.55)D (0.6～0.7)D 0.7D 強(qiáng)度校核的項(xiàng)目包括缸筒壁厚δ、活塞桿直徑d和缸蓋固定螺栓的直徑ds。

40、 當(dāng)D/δ>10時(shí)為薄壁，δ按下式校核: 式中，D-缸筒內(nèi)徑； [σ]—缸筒材料的許用應(yīng)力，[σ]=σb/n，σb是材料的抗拉強(qiáng)度，一般取安全系數(shù)n=5； py—試驗(yàn)壓力，當(dāng)缸的額定壓力pn≤16Mpa時(shí)，py=1.5pn；pn>16Mpa時(shí)，py=1.25pn。 當(dāng)D/δ<10時(shí)為厚壁，δ按下式校核: 2.活塞桿直徑d 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 3.缸蓋固定螺栓直徑ds 式中，F(xiàn)—活塞桿上的作用力；k—螺紋擰緊定螺栓個(gè)數(shù)； [σ]—螺栓材料的許用應(yīng)力，[σ]= σs/（1.22~2.5），σs為材

41、料的屈服點(diǎn)。[σ]—活塞桿材料的許用應(yīng)力，[σ]= σb/1.4。 液壓缸缸體壁厚的計(jì)算： ⑴按薄壁筒計(jì)算：? ⑵按中等壁厚計(jì)算： ⑶按厚壁筒計(jì)算： ［σ］缸體材料許用應(yīng)力；［σ］＝σb/?n； σb缸體材料的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于45鋼正火處理，σb＝580?Mpa； n安全系數(shù)；一般取3.5～5； ψ強(qiáng)度系數(shù)；對(duì)于無(wú)縫鋼管ψ＝1； c計(jì)入管壁公差及侵蝕的附加壁厚；一般按標(biāo)準(zhǔn)圓整缸體外圓值； D缸體內(nèi)徑(mm);? ⑴平形無(wú)油孔：; ⑵平形有油孔： d0 油口直徑(mm)； 式中： Ppl缸筒發(fā)生完全塑性變形的壓力； σs缸體材料的屈服強(qiáng)度。對(duì)于45鋼正火處

42、理，σs＝340?Mpa； D1缸體外徑 式中：△D? 缸體材料在試驗(yàn)壓力下的變形量； E?缸體材料彈性模數(shù)；對(duì)于鋼材E＝2.1×105Mpa； γ缸體材料的泊松系數(shù)；對(duì)于鋼材γ＝0.3； 活塞桿強(qiáng)度計(jì)算公式為： d1為活塞桿危險(xiǎn)截面直徑； 根據(jù)以上計(jì)算可知本次設(shè)計(jì)的液壓缸型號(hào)為L(zhǎng)MN200X3000。 3.3.1 負(fù)載圖與速度圖的確定 取液壓缸的機(jī)械效率η=0.9，計(jì)算液壓缸各工作階段的負(fù)載情況 啟動(dòng)：F=Ffj=880N; F‵=F/η=1160/0.9 N=1289 N; 加速：F=Ffd+Fg=580+493.20=1073.20 N; F‵=F

43、/η=1073.20/0.9=1193 N; 快進(jìn)：F=Ffd=290 N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 工進(jìn)：F=Ffd+Fw=580+3183=3763 N; F‵=F/η=3763/0.9=4182 N; 快退：F=Ffd=290N; F‵=F/η=580/0.9=645 N; 根據(jù)工況負(fù)載F及行程S，繪制負(fù)載圖（根據(jù)工進(jìn)速度V1，快進(jìn)速度V2確定下圖）： 4 零部件的選擇 4.1 鋼絲繩的計(jì)算和選擇 當(dāng)滿載時(shí)，大臂仰角為60°，作用在缸的軸向力為：F=50/sin60=58xN。 根鋼絲繩來(lái)承擔(dān)（其中1根拉第2節(jié)臂，其中2根拉第3節(jié)臂）

44、，每根鋼絲繩繩承受的拉力為7.5310N?？芍?，選擇鋼絲繩直徑為d=13mm，公稱抗拉強(qiáng)度為1700?N/2mm，最小破斷拉力為113KN。即型號(hào)為：6X（37）-13-1700-I-光-右交GB1102-74。 4.2 滑輪及滑輪組的選擇 滑輪的主要尺寸是滑輪直徑D,輪轂寬度B和繩槽尺寸，滑輪結(jié)構(gòu)尺寸可按鋼絲 繩直徑進(jìn)行選定。 （1） 工作滑輪直徑： 式中：D--按鋼絲繩中心計(jì)算的滑輪直徑（mm）， d—鋼絲繩直徑。 e--輪繩直徑比系數(shù)與機(jī)構(gòu)工作級(jí)別，絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)。 由于機(jī)構(gòu)工作級(jí)別為M4，于是選得輪繩直徑比系數(shù)為18，將數(shù)值帶入式（得出起升用滑輪）得到滑輪輪轂寬度B為： 一般情況下，B=（1.5～1.8?）0d； 式中：0d--滑輪軸徑，此處設(shè)計(jì)為30mm。參照上式取得B=54mm。 5 主臂的三維建模及裝配 5.1 基本臂的總裝配 5.2 主臂建?？傃b配 5.3 汽車起重機(jī)的三維建模 6. 汽車起重機(jī)伸縮臂中關(guān)鍵零件的有限元應(yīng)力、應(yīng)變分析 6.1 基本臂的有限元分析 19