雙層舉升機(jī)設(shè)計(jì)

雙層舉升機(jī)設(shè)計(jì),雙層,舉升機(jī),設(shè)計(jì) XX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 雙層四輪定位汽車舉升機(jī)設(shè)計(jì) 所在學(xué)院 專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)老師 年 月 日 摘 要 本文首先對(duì)雙層舉升機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)以及國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀做了相關(guān)的概述。接著，從車廂的設(shè)計(jì)、舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了雙層舉升機(jī)的總體設(shè)計(jì)。本文通過對(duì)幾種常見的舉升機(jī)構(gòu)進(jìn)行逐一分析與比較，然后選擇其中一種方案作為雙層舉升機(jī)的設(shè)計(jì)最終方案，然后根據(jù)這種方案進(jìn)行分析與計(jì)算得出結(jié)論。最后進(jìn)行了校核與驗(yàn)證，得出設(shè)計(jì)結(jié)果的正確性和合理性。 關(guān)鍵字：雙層舉升機(jī)，總體布置設(shè)計(jì)，舉升機(jī)構(gòu) Abstract This paper firstly truck design features as well as the domestic and foreign development status of related. Then, from the compartment, the design of lifting mechanism of the design aspects of the overall design of Hongyan dumper. Based on several common lifting mechanism to analyze and compare, then choose one as high dump truck design final plan, then according to the schemes are analyzed and calculated. Finally carried on the verification and validation of the results obtained, the correctness and rationality of the design. Key Words: Dump truck, general layout design, lifting mechanism 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒論 1 1.1課題研究的目的 1 1.2雙層舉升機(jī)概述 1 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容 2 第2章 課題總體設(shè)計(jì) 3 2.1總體布置原則 3 2.2 車廂的設(shè)計(jì) 4 2.2.1 雙層舉升機(jī)車廂的結(jié)構(gòu)形式 4 2.2.2 車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定 4 2.3 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5 2.3.1 舉升機(jī)構(gòu)形式的選擇 5 2.3.2 直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) 5 2.3.3 連桿組合式舉升機(jī)構(gòu) 6 2.4 雙層舉升機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式 8 2.5 雙層舉升機(jī)機(jī)構(gòu)中三種液壓缸布置方式的分析比較 9 2.5.1問題的提出 9 2.5.2三種方案的分析和比較 9 2.6 總體方案確定及總體設(shè)計(jì) 11 第3章 主要分析計(jì)算 12 3.1 實(shí)例分析 12 3.1.1雙層舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 12 3.1.2機(jī)構(gòu)受力分析 13 3.2 剪叉臂長(zhǎng)度及液壓缸安裝位置的確定 16 3.3 強(qiáng)度校核 17 3.3.1 剪叉臂的強(qiáng)度校核 18 3.3.2 液壓缸底架固定橫梁的強(qiáng)度校核 20 3.4 軸的強(qiáng)度校核 23 3.4.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強(qiáng)度校核 23 3.4.2 液壓缸缸體尾部銷軸的強(qiáng)度校核 23 3.4.3 液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強(qiáng)度校核 24 第2章 零件的三維造型 25 2.1 UG軟件介紹 25 2.2 三維造型設(shè)計(jì) 26 第3章 雙層舉升機(jī)的有限元研究 28 3.1雙層舉升機(jī)研究對(duì)象 28 3.2 雙層舉升機(jī)3D模型建立及處理 28 3.3單元類型以及材料的選擇 29 3.4 網(wǎng)格劃分 33 3.5施加的約束 34 3.6施加的載荷 36 3.7結(jié)果分析 37 3.8本章小結(jié) 39 第四章 雙層舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化 41 4.1 引言 41 4.2 探究經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與有限元分析數(shù)據(jù)誤差的原因 41 4.3 降低應(yīng)力的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 42 4.4 本章小結(jié) 42 總結(jié)與展望 43 總結(jié) 44 參考文獻(xiàn) 45 致 謝 1 1 第1章 緒論 1.1課題研究的目的 隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，尤其是自2001年11月10日起，中國正式成為WTO成員國，國內(nèi)市場(chǎng)逐漸開放。同時(shí)，我國亦確立了以擴(kuò)大內(nèi)需為主的經(jīng)濟(jì)政策，實(shí)施西部大開發(fā)戰(zhàn)略，加大對(duì)基建項(xiàng)目的投資力度，農(nóng)林牧漁、采礦、水利、軍工、環(huán)保、商業(yè)運(yùn)輸、交通、通訊、金融、機(jī)場(chǎng)、電力、城市建設(shè)和石油開采等行業(yè)均快速發(fā)展，使各種類型的專用車需求量大增。在廣大城鄉(xiāng)的沙場(chǎng)、礦山、工地及一般的土木工程等的運(yùn)輸作業(yè)中，輕型農(nóng)用雙層舉升機(jī)以其靈活機(jī)動(dòng)、價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。舉升機(jī)構(gòu)是輕型農(nóng)用雙層舉升機(jī)卸料作業(yè)的關(guān)鍵部件，它直接影響著輕型農(nóng)用雙層舉升機(jī)的整車性能和舉升性能，是雙層舉升機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)首先需要解決的問題。液動(dòng)舉升機(jī)構(gòu)是工程雙層舉升機(jī)常用的一種舉升機(jī)構(gòu)，它實(shí)際上是一種演化形式的四連桿機(jī)構(gòu)，通過外力（液壓舉升油缸施加）作用實(shí)現(xiàn)四連桿運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)將貨物傾卸的目的。 1.2雙層舉升機(jī)概述 雙層舉升機(jī)是利用本車發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)液壓舉升機(jī)構(gòu)，將其車廂傾斜一定角度卸貨，并依靠車廂自重使其復(fù)位的專用汽車。 雙層舉升機(jī)按其用途可分為兩大類：一類屬非公路運(yùn)輸用的重型和超重型(裝載質(zhì)量在20t以上)雙層舉升機(jī)。主要承擔(dān)大型礦山、水利工地等運(yùn)輸任務(wù)，通常是與挖掘機(jī)配套使用。這類汽車也稱為礦用雙層舉升機(jī)。它的長(zhǎng)度、寬度、高度以及軸荷等不受公路法規(guī)的限制，但它只能在礦山、工地上使用。另一類用于公路運(yùn)輸用的輕、中、重型(裝載質(zhì)量在2～20 t)普通雙層舉升機(jī)。它主要承擔(dān)砂石、泥土、煤炭等松散貨物運(yùn)輸，通常是與裝載機(jī)配套使用。 某些雙層舉升機(jī)是針對(duì)專門用途設(shè)計(jì)的，故又稱專用雙層舉升機(jī)。如：擺臂式自裝卸汽車、自裝卸垃圾汽車等。圖1-1為普通雙層舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)組成。 普通雙層舉升機(jī)技裝載質(zhì)量分為：輕型雙層舉升機(jī)、中型雙層舉升機(jī)和重型雙層舉升機(jī)；按運(yùn)載貨物傾卸方向分為：后傾式、側(cè)傾式、三面傾式和底卸式雙層舉升機(jī)；按車廂欄板結(jié)構(gòu)分為：欄板一面開啟式、欄板三面開啟式和簸箕式(即無后欄板)雙層舉升機(jī)。 隨著國內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)需要不斷增加，雙層舉升機(jī)產(chǎn)量近年來一直保持較高產(chǎn)銷量，在專用車綜合產(chǎn)量中保持第一位置，但在種類、型式、材料運(yùn)用方面與國外還有一定的差距。雙層舉升機(jī)繼續(xù)快速增長(zhǎng)，銷量超過載貨汽車上升到第一位。主要原因是固定資產(chǎn)投資強(qiáng)勁增長(zhǎng)，巨大的投資規(guī)模奠定了雙層舉升機(jī)市場(chǎng)需求基礎(chǔ)；雙層舉升機(jī)品種增加，不僅適應(yīng)和滿足施工需求，同時(shí)向運(yùn)輸市場(chǎng)發(fā)展；牽引汽車保持較快發(fā)展，已成為長(zhǎng)距離公路運(yùn)輸?shù)闹髁囆汀? 1.3 本課題的研究?jī)?nèi)容 本設(shè)計(jì)主要研究的內(nèi)容有：車廂舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、車廂傾卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算、液壓傳動(dòng)裝置選型，后進(jìn)行車輛的總體布置和性能分析，并用總布置草圖表達(dá)主要底盤部件的改動(dòng)和重要工作裝置的布置；最后通過正確的計(jì)算，完成部部件設(shè)計(jì)選型，達(dá)到工藝合理、小批量加工容易、成本低、可靠性高的設(shè)計(jì)要求，并附之以總裝配圖，清楚表達(dá)設(shè)計(jì)。 第2章 課題總體設(shè)計(jì) 2.1總體布置原則 在進(jìn)行總體布置時(shí)應(yīng)按照以下原則： 盡量避免對(duì)汽車底盤各總成位置的變動(dòng)因?yàn)橐恍┛偝刹考恢玫淖儎?dòng)，不僅會(huì)增加成本，而且也可能影響到整車性能。但有時(shí)為了滿足專用工作裝置的性能要求，也需要作一些改動(dòng)，如截短原汽車底盤的后懸、燃油箱和備胎架的位置作適當(dāng)調(diào)整等。但改變的原則是不影響整車性能。 應(yīng)滿足專用工作裝置性能的要求，使專用功能得到充分發(fā)揮 例如氣卸散裝水泥罐式汽車的專用功能是利用壓縮空氣使水泥流態(tài)化后，通過管道將水泥輸送到具有一定高度和水平距離的水泥庫中。氣卸水泥的主要性能指標(biāo)是水泥剩余率或?；衣?，為了降低這一指標(biāo)，可將罐體布置成與水平線成一定角度，如圖2-1所示。但這樣布置會(huì)使整車質(zhì)心提高，減少了側(cè)傾穩(wěn)定角，因此也可以水平布置。所以在進(jìn)行總布置時(shí)，要從多方面綜合考慮。 裝載質(zhì)量、軸載質(zhì)量分配等參數(shù)的估算和校核 為適應(yīng)汽車底盤或總成件的承載能力和整車性能要求，在總布置初步完成后應(yīng)對(duì)某些參數(shù)其中最主要涉及的是裝載質(zhì)量的確定和軸載質(zhì)量的分配進(jìn)行估算和校核，這些參數(shù)對(duì)整車性能有很大影響。若不滿足要求．應(yīng)修改總體布置方案。 應(yīng)避免工作裝置的布置對(duì)車架造成集中載荷。 應(yīng)盡量減少專用汽車的整車整備質(zhì)量，提高裝載質(zhì)量。 由于專用汽車工作裝置的增加，使得專用汽車的整備質(zhì)量比同類底盤的普通貨車要增加。據(jù)統(tǒng)計(jì)，一般雙層舉升機(jī)要增加耗材5％～10％，一般罐式車要增加耗材15％～25％，因此，減少整備質(zhì)量，充分利用底盤的裝載質(zhì)量，增大質(zhì)量利用系數(shù)，是專用汽車改裝設(shè)計(jì)過程個(gè)要追求的主要指標(biāo)之一。 應(yīng)符合有關(guān)法規(guī)的要求 例如對(duì)整車的長(zhǎng)、寬、高、后懸等尺寸在相關(guān)法規(guī)中部有明確的規(guī)定，一定不能超出標(biāo)準(zhǔn)的要求。 專用汽車總體布置的任務(wù)是正確選定整車參數(shù)，合理布置工作裝置和附件。使取力裝置、專用工作裝置、其它附件與所選定的汽車底盤構(gòu)成相互協(xié)調(diào)和匹配的整體，達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)書所提出的整車基本性能和專用性能的要求。 2.2 車廂的設(shè)計(jì) 2.2.1 雙層舉升機(jī)車廂的結(jié)構(gòu)形式 車廂是用于裝載和傾卸貨物。它一般是由前欄板、左右側(cè)欄板，圖2-3為典型的底板橫剖面呈矩形的后傾式車廂結(jié)構(gòu)。為避免裝載時(shí)物料下落碰壞駕駛室頂孟，通常車廂前欄板加做向上前方延伸的防護(hù)擋板。車廂底板固定在車廂底架之上。車廂的側(cè)欄板、前后欄板外側(cè)面通常布置有加強(qiáng)筋。 后傾式車廂廣泛用于輕、中和重型雙層舉升機(jī)。它的左右側(cè)欄板固定，后欄板左右兩端上部與側(cè)欄板餃接，后欄板借此即可開啟或關(guān)閉。 側(cè)傾式及三面傾卸式車廂欄板與底板為直角，如圖2-4所示。其欄板開啟、關(guān)閉的鉸接軸為上置式，開啟時(shí)，欄板呈自由懸垂?fàn)?，多用于有?cè)傾要求的中型雙層舉升機(jī)。 礦用白卸汽車和重型雙層舉升機(jī)的車廂多采用簸箕式，以方便裝載，傾卸礦石、砂石等。有的簸箕式車廂采用雙層底板結(jié)構(gòu)，以增加底板的強(qiáng)度和剛度，并可減輕自重。 2.2.2 車廂的設(shè)計(jì)規(guī)范及尺寸確定 將全金屬焊接車廂設(shè)計(jì)成等剛度體車廂是雙層舉升機(jī)設(shè)計(jì)的重點(diǎn).但是很難既能保證高強(qiáng)度又能保證輕量化。 就整車而言，可以看成由車輪、前軸、后橋殼、懸架、車架、車廂及其橡膠緩沖塊等不同剛度單元組合而成的彈性體，受力時(shí)，將按照各自的剛度產(chǎn)生各自的變形，其變形量與剛度成反比，吸收的能量與剛度成正比。 車廂剛度，無論是彎曲剛度還是扭轉(zhuǎn)剛度，都會(huì)增加車架的相應(yīng)剛度，兩者的剛度是相輔相成、互相補(bǔ)償?shù)?。?dāng)汽車前后左右車輪處于高差較大的路面，車架扭曲較大時(shí)，車廂應(yīng)該有一定的扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)性。如果車相的扭轉(zhuǎn)剛度過大，當(dāng)車架扭轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)，車廂前支承緩沖塊相應(yīng)的一側(cè)壓到極限位置，車廂縱梁的另一側(cè)可能離開緩沖塊，車廂前端的一大部分重量轉(zhuǎn)移到一側(cè)的車架縱梁上，縱梁可能超載損壞。如果車廂扭轉(zhuǎn)剛度過小，能與車架扭轉(zhuǎn)隨動(dòng)，當(dāng)車架產(chǎn)生較大扭曲時(shí)，車廂可能因變形過大而早期損壞。 全金屬焊接等剛度車廂設(shè)計(jì)的規(guī)范化的定量的設(shè)計(jì)計(jì)算方法并不是很完善，根據(jù)一些經(jīng)驗(yàn)，可以知道一些設(shè)汁規(guī)范和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)： 表2.2 底盤技術(shù)參數(shù)列表 車型 CQ1113T6F23G461 駕駛室最高點(diǎn)距車架上翼面距離（mm） 2056 汽車底盤長(zhǎng)（mm） 8208 駕駛室后圍距前軸（mm） 508 軸距（mm） 4600 外氣管距前軸距離（mm） 752 車架有效長(zhǎng)度（mm） 5578 車架上平面離地高度（滿載）（mm） 1007 車架外寬（mm） 780 底盤整備質(zhì)量（kg） 4080 推薦貨物重心（mm） 890 底盤軸荷前軸/后軸（kg） 1680/2400 車輛前懸/車架后懸（mm） 1548/1800 底盤最大承載質(zhì)量（kg） 7320 汽車底盤總高（mm） 3060 廠定最大設(shè)計(jì)總質(zhì)量（kg） 11400 2.3 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 2.3.1 舉升機(jī)構(gòu)形式的選擇 舉升機(jī)構(gòu)分為兩大類：直推式和連桿組合式，它們均采用液體壓力作為舉升動(dòng)力 直推式舉升機(jī)構(gòu)利用液壓油缸直接舉升車廂傾卸。該機(jī)構(gòu)布置簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、舉升效率高。但由于液壓油缸工作行程長(zhǎng)，故一般要求采用單作用的2級(jí)或3級(jí)伸縮式套筒油缸。 2.3.2 直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) 油缸直接作用在車廂底板上的舉升機(jī)構(gòu)稱為直接推動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)稱直推式舉升機(jī)構(gòu)。按舉升點(diǎn)在車廂底板下表面的位置，該類舉升機(jī)構(gòu)又可分為油缸中置(圖2-1a)和油缸前置(圖2-1b)兩種型式。前者油缸支在車廂中部，油缸行程較小，油缸的舉升力較大，多采用雙缸雙柱式油缸；后者的油缸支在車廂前部，油缸的舉升力較小，油缸行程較大，一般用于重型雙層舉升機(jī)上，油缸則通常采用多級(jí)伸縮油缸。 圖2-1 直接推送式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-1 The lifting mechanism of direct-push model 2.3.3 連桿組合式舉升機(jī)構(gòu) 油缸與車廂底板之間通過連桿機(jī)構(gòu)連接的舉升結(jié)構(gòu)稱為連桿組合式舉升機(jī)構(gòu)。生產(chǎn)實(shí)踐表明，連桿組臺(tái)式舉升機(jī)構(gòu)具有很大的優(yōu)越性。根據(jù)油缸的安裝特點(diǎn)，連桿組臺(tái)式舉升機(jī)構(gòu)又可分為油缸前推(后推)連桿放大式、油缸前推(后推)杠桿平衡式、油缸浮動(dòng)等多種結(jié)構(gòu)型式。 （1）油缸前推連桿放大式(馬勒里式)舉升機(jī)構(gòu) 該種舉升機(jī)構(gòu)(圖2-2所示)通過三角板與車廂底板相連，車廂的舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部，故車廂受力狀況較好；當(dāng)達(dá)到最大舉升角度時(shí)，油缸幾乎處于垂直狀態(tài)，車廂上升到最置不易傾下，穩(wěn)定性好；油缸最大推力較小，油壓特性好。但整個(gè)機(jī)構(gòu)較龐大，油缸在舉升過程中的擺角較大，工作行程較大。 圖2-2 前推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-2The lifting mechanism of lever magnify model from the forward （2）油缸前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu) 該種舉升機(jī)構(gòu)(圖2-3所示)通過拉桿與車廂底板相連，舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部，故車廂受力狀況較好；初始時(shí)拉桿幾乎是垂直頂起車廂，因此機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)性能好。但該機(jī)構(gòu)三角形連桿的幾何尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊，油缸擺角較大，工作行程較大，液壓管路不易布置。 圖2-3前推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-3The lifting mechanism of lever balance model from the front （3）油缸后推連桿放大式(加伍德式)舉升機(jī)構(gòu) 該種舉升機(jī)構(gòu)(圖2-4所示)通過三角板與車廂底板相連推動(dòng)車廂，啟動(dòng)性能較好，并能承受較大的偏置載荷；舉升支點(diǎn)在車廂幾何中心附近，車廂受力狀況較好。但該機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)較大，工作效率較低。 圖2-4 后推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-4 The lifting mechanism of lever magnitude model from the behind （4）油缸后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu) 該種舉升機(jī)構(gòu)(圖2-5所示)的油缸下鉸點(diǎn)、三角板的固定鉸點(diǎn)、車廂翻轉(zhuǎn)鉸點(diǎn)幾乎均勻分布在副車架上，減少了車架后部的集中載荷；同時(shí)，這種三點(diǎn)支承方式有利于改善機(jī)構(gòu)的整體橫向剛性。舉升過程中油缸擺角小，機(jī)構(gòu)的工作效率也較高，但機(jī)構(gòu)舉升力系數(shù)較大，使相同舉升質(zhì)量所需舉升力較其他舉升機(jī)構(gòu)大。 圖2-5 后推杠桿平衡式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-5The lifting mechanism of lever balance model from the behind （5）油缸浮動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) 圖2-6 油缸浮動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) Fig.2-6 The lifting mechanism of float model 該種機(jī)構(gòu)(圖2-6所示)油缸的一端直接與車廂底板相連，另一端不是固定在車架上，而是可以隨著車廂的翻轉(zhuǎn)而運(yùn)動(dòng)，故稱為油缸浮動(dòng)式舉升機(jī)構(gòu) 該機(jī)構(gòu)的拉桿也與車廂底板直接相連，舉升支點(diǎn)較靠近車廂的前部，故車廂受力狀況較好，工作效率較高。但該機(jī)構(gòu)幾何尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊,舉升過程中油缸擺角較大，使得液壓管路難于布置。 由以上分析可知，現(xiàn)在的液壓舉升機(jī)構(gòu)有多種型式，每種型式的性能各有千秋，要因車而異，合理選用，選用的原則是:首先必須充分考慮車輛的使用條件和環(huán)境；其次要考慮制造工藝；最后要兼顧成本。 根據(jù)本車的使用特點(diǎn)和環(huán)境來看，工作條件差，用戶經(jīng)常嚴(yán)重超載，經(jīng)常在無路的環(huán)境中工作，塵土多，維修條件差，對(duì)價(jià)格方面的要求是造價(jià)低，性價(jià)比要求高，車輛離地間隙較大(大于200mm)，建造縱深小，選用橫向剛度好、舉升轉(zhuǎn)動(dòng)圓滑、車廂骨架受力均衡、維修簡(jiǎn)便、具有壽命長(zhǎng)、密封工藝好、不易泄漏、制造成本低、超載能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)的前推連桿放大式舉升機(jī)構(gòu)較為合適，即小的裝載質(zhì)量、大的超載系數(shù)和良好的經(jīng)濟(jì)性能。 2.4 雙層舉升機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式 圖2-1 機(jī)構(gòu)一 圖2-2 機(jī)構(gòu)二 雙層舉升機(jī)的兩種機(jī)構(gòu)形式如圖2-1和圖2-2所示，它們只是兩側(cè)相同機(jī)構(gòu)的一側(cè)。由以上兩圖可看出，機(jī)構(gòu)一（圖2-1）是全部為固定鉸支座的兩平行桿同步運(yùn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)，機(jī)構(gòu)二（圖2-2）是兩固定鉸支座和兩個(gè)滑動(dòng)鉸支座的剪叉式結(jié)構(gòu)。這兩種機(jī)構(gòu)都可以實(shí)現(xiàn)上板臺(tái)面升降的運(yùn)動(dòng)，但相比較之下，機(jī)構(gòu)一有三點(diǎn)不足： a) 機(jī)構(gòu)一在升降過程中上板不僅有豎直方向的位移變化，而且還有水平方向的位移變化，而機(jī)構(gòu)二的上板在升降過程中只有豎直方向的位移變化。這樣，在總體尺寸一樣的情況下，機(jī)構(gòu)二升降時(shí)所需的空間較小。 b) 機(jī)構(gòu)一在升降的過程中，所載物體的質(zhì)心相對(duì)機(jī)構(gòu)的支撐中心的變化很大，這樣就要求更大的動(dòng)力，即要求推力更大的液壓缸。結(jié)果會(huì)增加安裝尺寸和生產(chǎn)成本。 c) 機(jī)構(gòu)一的穩(wěn)定性沒有機(jī)構(gòu)二的對(duì)角雙三角的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性好。 綜上所述，機(jī)構(gòu)二較機(jī)構(gòu)一更合理。所以，在結(jié)構(gòu)上選擇機(jī)構(gòu)二。 2.5 雙層舉升機(jī)機(jī)構(gòu)中三種液壓缸布置方式的分析比較 2.5.1問題的提出 液壓缸的布置方式主要包括液壓缸對(duì)機(jī)構(gòu)的作用力（動(dòng)力）點(diǎn)位置及液壓缸的起始安裝角度等。 在機(jī)構(gòu)確定的情況下，動(dòng)力的作用點(diǎn)是關(guān)系所需動(dòng)力大小的關(guān)鍵。而雙層舉升機(jī)的動(dòng)力由液壓缸提供，因此，作用點(diǎn)的位置直接關(guān)系液壓缸的選擇。此外，液壓缸的安裝起始角度也對(duì)所需動(dòng)力大小有較大影響。 總之，液壓缸的布置方式是設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是設(shè)計(jì)成功與否的關(guān)鍵之一。那么液壓缸究竟選擇怎樣的布置方式？ 2.5.2三種方案的分析和比較 以下是液壓缸的三種布置方式，如圖2-3，圖2-4，圖2-5所示，基于剪叉式機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，它們都是采用剪叉式機(jī)構(gòu)，可以看做三種方案： 方案一（圖2-3）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1上靠近滾動(dòng)鉸支座的位置。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座的夾角很小，這時(shí)要把臺(tái)面升起就需要液壓缸提供很大的推力，甚至不能把臺(tái)面升起。此外，液壓缸的布置需要在底座長(zhǎng)度比支架還更長(zhǎng)的基礎(chǔ)上額外地加長(zhǎng)底座，這樣就需要跟多的底座材料。 方案二（圖2-4）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在支架1與支架2的鉸支軸上。當(dāng)兩支架幾乎處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座的夾角也很小，這時(shí)要把臺(tái)面升起也需要液壓缸提供很大的推力。雖然液壓缸推動(dòng)支架的力臂會(huì)隨著臺(tái)面的升起而迅速增大，從而使所需的液壓缸的推力迅速減小。然而，同時(shí)也使液壓缸的行程增加迅速增加，最終就需要大行程的液壓缸，而液壓缸的布置需要更大的長(zhǎng)度空間，可能在液壓缸完全收縮時(shí)支架仍不能完全收回，造成臺(tái)面的高度過高。 方案三（圖2-5）：液壓缸的一端在底座的固定鉸支座上，另一端支撐在與支架2成一定角度且同固定鉸支座的桿上。這樣，當(dāng)兩支架處于水平位置時(shí)，液壓缸與底座仍有一定夾角，且>>，這時(shí)要把臺(tái)面升起所需要液壓缸提供的推力就會(huì)比前兩種布置的推力小很多。雖然液壓缸推動(dòng)支架的力臂隨著臺(tái)面的升起而增大幅度沒有方案二的快，即使所需的液壓缸的推力減小更平緩。然而，同時(shí)液壓缸的行程增加也比較平緩，最終所需要的液壓缸行程也不會(huì)很大，布置液壓缸的空間也是足夠的。因此，在稍微增加了液壓缸推力的同時(shí)獲得了更多的優(yōu)點(diǎn)。 圖2-3 方案一 圖2-4 方案二 圖2-5 方案三 綜上所述，方案三是雙層舉升機(jī)設(shè)計(jì)的最佳方案（如圖2-5所示）。 2.6 總體方案確定及總體設(shè)計(jì) 由于該課題研究的雙層舉升機(jī)是雙層舉升機(jī)，各前述列舉的方案是一般的雙層舉升機(jī)方案。 由2.5.2可知，雙層舉升機(jī)的最佳總體方案為：機(jī)構(gòu)二形式和液壓缸布置三的方式相結(jié)合。 總體結(jié)構(gòu)示意圖如圖2-6所示 圖2-6 總體機(jī)構(gòu)示意圖 第3章 主要分析計(jì)算 3.1 實(shí)例分析 整車整備質(zhì)量是指汽車完全裝備好的質(zhì)量，包括潤(rùn)滑油、燃料、隨車工具、備胎等所有裝置的質(zhì)量。參考同類普通雙層舉升機(jī)的整車整備質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上在增加車廂升高裝置的質(zhì)量，便可估算雙層舉升機(jī)的整車整備質(zhì)量。 主要技術(shù)指標(biāo)、要求或生產(chǎn)綱領(lǐng)：電源為220V/380V/50Hz，功率為2.2KW，主機(jī)舉升重量為3.5t，舉升高度為330～1850mm，二次舉升高度為450mm。又由于車廂升高的同時(shí)，其質(zhì)心向后移，因此該雙層舉升機(jī)的整車質(zhì)心位置可比同類普通雙層舉升機(jī)的質(zhì)量略向前移。 3.1.1雙層舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化 機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)如圖3-1所示 圖3-1 液壓機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu) 機(jī)構(gòu)b、d點(diǎn)為固定鉸支座，a、c兩點(diǎn)分別可沿機(jī)構(gòu)底架軌道及工作臺(tái)下方軌道水平移動(dòng)，a、c兩點(diǎn)采用同樣的支撐結(jié)構(gòu)時(shí)，其摩擦阻力系數(shù)皆為。aed，ceb桿件長(zhǎng)度皆為，且設(shè)為無重桿件，e鉸接點(diǎn)位于上述兩桿件的中點(diǎn)。fg為液壓缸推力的作用線，其一端與底架鉸接于f點(diǎn)，另一端與aed桿鉸接于g點(diǎn)。aed，ceb與水平面得夾角為，fg線與水平面得夾角為，且∠gde=。機(jī)構(gòu)面與所載工件重量合為，其作用線距b點(diǎn)為，顯然，現(xiàn)在機(jī)構(gòu)升降過程中值不變。 3.1.2機(jī)構(gòu)受力分析 1.以整體作為研究對(duì)象，如圖3-2所示 圖3-2 整體受力分析圖 將分解到a、b兩端，則有 ..........................................(3.1) .......................................(3.2) ......................................(3.3) ........................................(3.4) ..............................................(3.5) 式中：—a點(diǎn)所受水平方向上的力； —a點(diǎn)所受豎直方向上的力； —b點(diǎn)所受水平方向上的力； —b點(diǎn)所受豎直方向上的力； —c點(diǎn)所受水平方向上的力； —c點(diǎn)所受豎直方向上的力。 2.分別以aed及ceb桿為研究對(duì)象，如圖3-2和圖3-3所示 圖3-2 aed桿受力分析圖 圖3-3 ceb桿受力分析圖 列平衡方程式，有 當(dāng)d點(diǎn)力矩平衡，即時(shí)，則 ............ (3.6) 當(dāng)b點(diǎn)力矩平衡，即時(shí)，則 ..........................(3.7) 又aed及ceb桿的水平與豎直方向受力平衡，即有和， 當(dāng)時(shí)，有 ..................................(3.8) ...........................................(3.9) 當(dāng)時(shí)，有 ................................(3.10) ..........................................(3.11) 整理解得： ...........................(3.12) 【靜態(tài)時(shí)：】 ......................................(3.13) ..........................(3.14) .............................(3.15) .............(3.16) .......................................(3.17) ......................................(3.18) 式中： —液壓缸的推力； —d點(diǎn)所受水平方向上的力； —d點(diǎn)所受豎直方向上的力； —e點(diǎn)所受水平方向上的力； —e點(diǎn)所受豎直方向上的力。 3.確定角與角的函數(shù)關(guān)系 角與角的幾何關(guān)系見圖3-1 即.......................................(3.19) 4.受力分析結(jié)論 （1）各鉸點(diǎn)處的受力（包括油缸推力）與載荷成正比； （2）、、、、 、值隨值的增大而增大，在值確定時(shí)，這些力又與值成正比;而、值隨值的增大而減小，在值確定時(shí)，它們隨值得減小而增大； （3）在計(jì)算油缸推力時(shí)，動(dòng)態(tài)值比靜態(tài)值增大了； （4）油缸的推力與值成反比； （5）力、隨值的增大而增大。 3.2 剪叉臂長(zhǎng)度及液壓缸安裝位置的確定 1.剪叉臂的長(zhǎng)度確定 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理如圖3-4所示 圖3-4 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)原理圖 為了使工作臺(tái)面下降至最低位置時(shí)滾輪不至于脫離滑道，剪叉臂的長(zhǎng)度應(yīng)該比底座的長(zhǎng)度b小一些，一般可取 .............................(3.20) 由設(shè)計(jì)參數(shù)可知：，，。初選底座長(zhǎng)度，系數(shù)為0.8，則根據(jù)式(3.20)可得剪叉臂的長(zhǎng)度。 2.液壓缸安裝位置的確定 由圖3-4可知 ...............................(3.21) 則 所以， 即 而 初選 ，，,,，。 而液壓機(jī)構(gòu)的有效垂直升降高度為 .....................(3.22) 根據(jù)，液壓缸上下交接點(diǎn)g、f的距離S（即液壓缸的瞬時(shí)長(zhǎng)度）為 ............................(3.23) 液壓缸兩交接點(diǎn)之間的最大距離和最小距離分別為 設(shè)液壓缸的有效行程為，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最小值時(shí)，柱塞不抵到液壓缸缸底，并考慮液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸和（如圖3-6所示），一般應(yīng)取 ...............................(3.24) 同樣，為了使液壓缸兩鉸接點(diǎn)之間的距離為最大值時(shí)，柱塞不會(huì)脫離液壓缸中的導(dǎo)向套，一般應(yīng)取 ..............................(3.25) 式（3.24）和式（3.25）中的和根據(jù)液壓缸的具體結(jié)構(gòu)決定。 圖3-6 液壓缸結(jié)構(gòu)尺寸 3.3 強(qiáng)度校核 整個(gè)機(jī)構(gòu)，受力較大的零部件有內(nèi)剪叉臂，液壓缸的支撐橫梁，銷軸等，所以進(jìn)行校核時(shí)，只需對(duì)這些受力較大的零件校核即可。 3.3.1 剪叉臂的強(qiáng)度校核 由圖3-9和圖3-10可知，內(nèi)剪叉臂aed受力要遠(yuǎn)大大于外剪叉臂bec，所以這里只校核外臂。外剪叉臂受力如圖3-1所示。又由圖4-8可知，的角度越小，則推力的值越大。若取最大值時(shí)滿足強(qiáng)度要求，則該剪叉臂即滿足強(qiáng)度要求。當(dāng)機(jī)構(gòu)在最低位置時(shí)，的值最小，即值最大。參照?qǐng)D3-1，剪叉臂所受的力都與剪叉臂有一定的夾角，為方便受力分析，將所有的力都按沿剪叉臂方向和垂直剪叉臂方向分解，有下列式子： ...................................................................(7.1) ...................................................................(7.2) ...................................................................(7.3) ...................................................................(7.4) ............................................................................(7.5) .............................................................................(7.6) ...................................................................(7.7) .................................................................(7.8) 圖3-1 內(nèi)剪叉臂aed受力圖 各力分解后的受力圖如圖3-2(a)所示，彎矩圖見圖3-2(c) 圖3-2 內(nèi)剪叉臂aed的軸向及徑向分解受力圖 剪叉臂的g處由于是有一個(gè)肋板作用，可看作力作用在剪叉臂上為均布載荷。由圖3-2（c）中可知，最大彎矩發(fā)生在k點(diǎn)處，但需校核e、k兩點(diǎn)處的強(qiáng)度，且圖中有，，。又已知剪叉臂的橫截面寬和高分別為，，，如圖3-3所示，圖3-3（a）是e點(diǎn)處的截面圖，圖3-3（b）是k點(diǎn)處的截面圖。 e點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為 k點(diǎn)處的抗彎截面系數(shù)為 圖3-3 剪叉臂e、k兩點(diǎn)處的截面圖 因?yàn)楫?dāng)時(shí)，此時(shí)e、k兩點(diǎn)的彎矩最大，且由式（7.8）得， ，則 選擇材料為，參照參考文獻(xiàn)[1]，，所以是安全的。 3.3.2 液壓缸底架固定橫梁的強(qiáng)度校核 液壓缸底架固定橫梁（如圖3-4所示）選擇的是60號(hào)方鋼，其受力情況如圖3-5所示；已知60號(hào)鋼的邊長(zhǎng)為60mm，液壓缸推力作用點(diǎn)到坐標(biāo)系O的距離為65mm，，分別為推力在X，Y軸上的分力，且，。 當(dāng)液壓缸在最小角度，即工作臺(tái)在最低位置時(shí)，液壓缸推力最大，雖然此時(shí)最小，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。 當(dāng)液壓缸在最大角度，即工作臺(tái)在最置時(shí)，雖然液壓缸推力最大，此時(shí)最 大，即,，分力最大，所以由式(3.19)可得，則。 圖3-4 液壓缸與底架連接的橫梁 圖3-5 液壓缸與底架連接的橫梁截面圖 把它們平移到O點(diǎn)后，有 （1） 對(duì)于X軸方向，其受力如圖3-6所示 圖3-6 橫梁X軸方向的受力圖 因?yàn)榱旱目箯澖孛嫦禂?shù)， 所以 （2）對(duì)于Y軸方向，液壓缸固定橫梁受力如圖3-7 圖3-7 橫梁Y軸方向的受力圖 又梁的抗彎截面系數(shù)， 則 （3）當(dāng)作用點(diǎn)平移到O點(diǎn)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)扭矩，該扭矩的大小為 又，其中，此時(shí)，該扭矩對(duì)橫梁截面產(chǎn)生的剪切力為 參照參考文獻(xiàn)[7]，又由第四強(qiáng)度理論 帶入并化簡(jiǎn)： 又選材料為，參照參考文獻(xiàn)[7]， 取安全系數(shù)為2，則，所以是安全的。 3.4 軸的強(qiáng)度校核 由圖分析可知，剪叉臂受力最大的地方為g點(diǎn)和d點(diǎn)，所以只需校核該兩處的銷軸即可。 3.4.1 內(nèi)剪叉臂固定端銷軸的強(qiáng)度校核 因?yàn)殇N軸較短，所以只受切應(yīng)力。依圖3-2可知，剪叉臂固定端（即d點(diǎn)）銷軸所受的力為。當(dāng)機(jī)構(gòu)面處于最低位置，即時(shí)，銷軸受到的剪力最大，根據(jù)式(7.7)得。 又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其橫截面積為 又銷軸受力情況見圖3-8，從圖中可知銷軸受剪力為雙剪切，又參照參考文獻(xiàn)[7]， 銷軸的材料為35鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻(xiàn)[7]，35鋼的許用應(yīng)力。取安全系數(shù)為2，則有，所以滿足要求。 3.4.2 液壓缸缸體尾部銷軸的強(qiáng)度校核 液壓缸尾部銷軸的受的力即為液壓缸的推力，如圖3-8所示，因?yàn)殇N軸較短，所以只受切應(yīng)力。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔的直徑為，則銷軸的橫截面積為 圖3-8 尾部銷軸的受力圖 參照3.2.2節(jié)，有 選擇銷軸材料為35，又35鋼的許用應(yīng)力，取安全系數(shù)為2，則有 ，所以設(shè)計(jì)的銷軸滿足要求。 3.4.3 液壓缸活塞桿頭部支撐軸的強(qiáng)度校核 依圖3-2可知，液壓缸頭部支撐軸（即g點(diǎn)）所受的力為。當(dāng)機(jī)構(gòu)面處于最低位置，即時(shí)，液壓缸受到的推力最大，即。又銷軸的直徑為，導(dǎo)油孔直徑為，則其抗彎截面系數(shù)為 又銷軸受力情況見圖3-9，參照參考文獻(xiàn)[7]，校核軸的彎曲強(qiáng)度為 圖3-9 頭部支承軸的受力圖 軸的材料為鋼，經(jīng)表面熱處理，參照參考文獻(xiàn)[7]，鋼的許用應(yīng)力。所以滿足要求。 第2章 零件的三維造型 2.1 UG軟件介紹 UG（Unigraphics NX）是EDS公司出品的一個(gè)產(chǎn)品工程解決方案，它為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段。Unigraphics NX針對(duì)用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。 來自UGS PLM的NX使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開放系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標(biāo)。NX包含了企業(yè)中應(yīng)用最廣泛的集成應(yīng)用套件，用于產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工程和制造全范圍的開發(fā)過程。 如今制造業(yè)所面臨的挑戰(zhàn)是，通過產(chǎn)品開發(fā)的技術(shù)創(chuàng)新，在持續(xù)的成本縮減以及收入和利潤(rùn)的逐漸增加的要求之間取得平衡。為了真正地支持革新，必須評(píng)審更多的可選設(shè)計(jì)方案，而且在開發(fā)過程中必須根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)中所獲得的知識(shí)更早地做出關(guān)鍵性的決策。 NX是UGS PLM新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。NX獨(dú)特之處是其知識(shí)管理基礎(chǔ)，它使得工程專業(yè)人員能夠推動(dòng)革新以創(chuàng)造出更大的利潤(rùn)。NX可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。 NX建立在為客戶提供無與倫比的解決方案的成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，這些解決方案可以全面地改善設(shè)計(jì)過程的效率，削減成本，并縮短進(jìn)入市場(chǎng)的時(shí)間。通過再一次將注意力集中于跨越整個(gè)產(chǎn)品生命周期的技術(shù)創(chuàng)新，NX的成功已經(jīng)得到了充分的證實(shí)。這些目標(biāo)使得NX通過無可匹敵的全范圍產(chǎn)品檢驗(yàn)應(yīng)用和過程自動(dòng)化工具，把產(chǎn)品制造早期的從概念到生產(chǎn)的過程都集成到一個(gè)實(shí)現(xiàn)數(shù)字化管理和協(xié)同的框架中。 工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格造型 NX為那些培養(yǎng)創(chuàng)造性的產(chǎn)品技術(shù)革新的工業(yè)設(shè)計(jì)和風(fēng)格提供了強(qiáng)有力的解決方案。利用NX建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)概念的審美要求。 產(chǎn)品設(shè)計(jì) NX包括了世界上最強(qiáng)大、最廣泛的產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)用模塊。NX具有高性能的機(jī)械設(shè)計(jì)和制圖功能，為制造設(shè)計(jì)提供了高性能和靈活性，以滿足客戶設(shè)計(jì)任何復(fù)雜產(chǎn)品的需要。NX優(yōu)于通用的設(shè)計(jì)工具，具有專業(yè)的管路和線路設(shè)計(jì)系統(tǒng)、鈑金模塊、專用塑料設(shè)計(jì)模塊和其他行業(yè)設(shè)計(jì)所需的專業(yè)應(yīng)用程序。 仿真、確認(rèn)和優(yōu)化 NX允許制造商以數(shù)字化的方式仿真、確認(rèn)和優(yōu)化產(chǎn)品及其開發(fā)過程。通過在開發(fā)周期中較早地運(yùn)用數(shù)字化仿真性能，制造商可以改善產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)減少或消除對(duì)于物理樣機(jī)的昂貴耗時(shí)的設(shè)計(jì)、構(gòu)建，以及對(duì)變更周期的依賴。 開發(fā)環(huán)境 NX產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。NX與UGS PLM的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對(duì)于CAD、CAM和CAE在可控環(huán)境下的協(xié)同，產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。 2.2 三維造型設(shè)計(jì) 一 以model1.prt為名新建文件 打開軟件Unigraphics NX ,點(diǎn)擊新建圖標(biāo)，在文件名空白中輸入model1,單位選擇毫米，點(diǎn)擊OK鍵即可建立以model1.prt 為名的新文件,如圖2-1。 圖2-3 點(diǎn)擊圖標(biāo)，出現(xiàn)下拉菜單后點(diǎn)擊圖標(biāo)， 接下來就可以開始三維造型過程了 車身及輪胎部件建模 車頭建模 整體建模 第3章 雙層舉升機(jī)的有限元研究 3.1雙層舉升機(jī)研究對(duì)象 本文以某廠生產(chǎn)的雙層舉升機(jī)為研究對(duì)象，建立了雙層舉升機(jī)的三維有限元分析模型，采用對(duì)雙層舉升機(jī)進(jìn)行有限元分析，得出了雙層舉升機(jī)的應(yīng)力分布情況，并與試驗(yàn)結(jié)果相對(duì)比，以驗(yàn)證模型和計(jì)算方法的有效性。根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果對(duì)雙層舉升機(jī)的可靠性進(jìn)行了驗(yàn)證，并對(duì)雙層舉升機(jī)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，解決了原雙層舉升機(jī)可靠性低的問題。 3.2 雙層舉升機(jī)3D模型建立及處理 建立準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算模型，是應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析的重要步驟之一。在進(jìn)行有限元分析之前，應(yīng)盡量按照構(gòu)件真實(shí)的尺寸和外觀來建立有限元分析模型，但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的構(gòu)件，完全按照實(shí)物結(jié)構(gòu)來建立計(jì)算模型，進(jìn)行有限元分析有時(shí)會(huì)變得非常困難，甚至是不可能的，因此在不影響計(jì)算完整性的前提下可對(duì)構(gòu)件進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。計(jì)算模型簡(jiǎn)化的結(jié)果，只能近似地反映實(shí)際情況，或者說，計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果在不同程度上存在著誤差。一般說來，因模型帶來的誤差遠(yuǎn)比有限元計(jì)算方法本身帶來的誤差大得多。所以，結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。 本課題研究使用UG作為研究建立3D模型，建立的3D模型如下： 建立準(zhǔn)確、可靠的計(jì)算模型，是應(yīng)用有限元法進(jìn)行分析的重要步驟之一。在進(jìn)行有限元分析時(shí)，應(yīng)盡量按照實(shí)物來建立有限元分析模型，但對(duì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的物體，完全按照實(shí)物結(jié)構(gòu)來建立計(jì)算模型、進(jìn)行有限元分析有時(shí)會(huì)變得非常困難，甚至是不可能的，因此可進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化。計(jì)算模型簡(jiǎn)化的結(jié)果，只能近似地反映實(shí)際情況，或者說，計(jì)算模型的計(jì)算結(jié)果在不同程度上存在著誤差。一般來說，因模型帶來的誤差要比有限元計(jì)算方法本身的誤差大得多。所以，結(jié)構(gòu)的有限元計(jì)算的準(zhǔn)確性在很大程度上取決于計(jì)算模型的準(zhǔn)確性。為了較準(zhǔn)確地計(jì)算出雙層舉升機(jī)的應(yīng)力情況，本文的雙層舉升機(jī)計(jì)算模型只對(duì)雙層舉升機(jī)螺栓做了簡(jiǎn)化處理：包括將雙層舉升機(jī)大頭看成一個(gè)整體，不考慮雙層舉升機(jī)螺栓，根據(jù)雙層舉升機(jī)的實(shí)際結(jié)構(gòu)尺寸建立三維計(jì)算模型，包括雙層舉升機(jī)體、雙層舉升機(jī)蓋、活塞銷、雙層舉升機(jī)頸的模型。 修改后的3D模型如下圖所示。 根據(jù)該型號(hào)工廠提供的參數(shù)得到如下條件： 表1列出了計(jì)算中采用的材料性能數(shù)據(jù)。 零件 材料 彈性模量E(N/mm2) 泊松比μ 鋼板 HT300 210000 0.27 3.3單元類型以及材料的選擇 需要把UG的模型轉(zhuǎn)化為ANSYS可以讀取的方式。選擇保存方式為*.x_t格式的文件。 1、從程序中啟動(dòng)ANSYS10.0的界面。 2、打開ANSYS窗口。 3、ANSYS分析目錄一旦設(shè)定好，以后ANSYS軟件操作所產(chǎn)生的所有文件都將存放在此目錄下，建議對(duì)不同的分析用不同的工作目錄，這樣可確保每次分析所產(chǎn)生的文件不會(huì)覆蓋的危險(xiǎn)。如果沒有指定工作目錄，默認(rèn)的工作目錄為系統(tǒng)所在盤的根目錄。工作目錄設(shè)置方式有兩種： l 在進(jìn)入ANSYS軟件之前通過入口選項(xiàng)所進(jìn)行的設(shè)置； l 進(jìn)入ANSYS軟件后，可通過如下方法實(shí)現(xiàn)： ? 命令方式：在命令輸入窗口中輸入/CWD, DIRPATH（重新指定的工作目錄）； ? GUI方式：Utility Menu>Change Directory，在彈出的對(duì)話框中填入指定的工作目錄，單擊【確定】按鈕。如圖所示。 調(diào)入我們剛才保存的*.x_t文件。 6、建立結(jié)構(gòu)分析模式。命令方式：/KEYW（重新指定的分析標(biāo)題）； GUI方式：Main Menu>Preference，在彈出的如圖所示的對(duì)話框中框中選取某個(gè)選項(xiàng)使以后出現(xiàn)的圖形界面中過濾掉與選定分析選項(xiàng)無關(guān)模塊的內(nèi)容，本書主要講述結(jié)構(gòu)分析，因此選取Structural(結(jié)構(gòu)) 7、選取和定義單元.下面將給出添加單元類型具體的GUI操作路徑，對(duì)于單元的選項(xiàng)，由于和具體的單元類型有關(guān)，在這里將不做具體的介紹。此處以添加PLANE42單元作為例子來介紹添加單元的操作步驟。 具體操作步驟如下： 依次選擇Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete命令，彈出Element Types(單元類型)對(duì)話框，如圖所示。 如果想改變單元的其他輸入選項(xiàng)（即上文提及的KEYOPTs）單擊【Options…】按鈕。出現(xiàn)如圖所示的element type options（單元類型選項(xiàng)）對(duì)話框。 確定后單擊【OK】按鈕，如有需要了解各設(shè)置的具體說明，可查看ANSYS幫助文件。 返回到如圖所示的對(duì)話框后單擊【Close】按鈕，結(jié)束單元類型的添加。 8、定義材料屬性 單擊Main>Preprocessor>Material Props>Material Models彈出定義材料屬性對(duì)話框如圖所示，填入EX： 2.1e5、PRXY：0.27，在Structural下單擊Friction Coefficient彈出如圖所示對(duì)話框，填入Mu：0.27.，至此材料屬性定義完成，下一步進(jìn)入網(wǎng)格劃分。 3.4 網(wǎng)格劃分 實(shí)體建模的最終目的劃分網(wǎng)格以生成節(jié)點(diǎn)和單元，生成節(jié)點(diǎn)和單元的網(wǎng)格劃分過程分為兩個(gè)步驟：（1）定義單元屬性；（2）定義網(wǎng)格生成控制并生成網(wǎng)格。 3.5施加的約束 固定約束類型 對(duì)話框提示 3.6施加的載荷 3.7結(jié)果分析 后處理圖解 通過圖解發(fā)現(xiàn)圖示的受力部分的應(yīng)力密度最大 通過圖解發(fā)現(xiàn)圖示的受力部分的最大 通過圖解發(fā)現(xiàn)圖示的受力部分的應(yīng)力密度最大 3.8本章小結(jié) 文通過對(duì)雙層舉升機(jī)精確建模，進(jìn)而進(jìn)行受拉應(yīng)力分析，得出如下結(jié)論： 通過應(yīng)力云圖可以看出雙層舉升機(jī)在中心部位處屬于應(yīng)力集中，最容易發(fā)生破壞。中心部位應(yīng)該加工，也說明中間部位材料比較厚實(shí)的正確性和合理性質(zhì)。 從而也證明了在ANSYS中進(jìn)行應(yīng)力應(yīng)變分析的正確性，從而可以大大減少試驗(yàn)費(fèi)用，降低成本，為齒輪的優(yōu)化設(shè)計(jì)和可靠性設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的的基礎(chǔ)，進(jìn)而可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)或者優(yōu)化材料和工藝，最終實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、材料和工藝的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 第四章 雙層舉升機(jī)結(jié)構(gòu)的改進(jìn)與優(yōu)化 4.1 引言 利用有限元軟件ANSYS10.0的結(jié)構(gòu)分析模塊對(duì)雙層舉升機(jī)進(jìn)行有限元分析。通過建立雙層舉升機(jī)的幾何模型、有限元模型，對(duì)分析模型進(jìn)行平面靜力分析和雙層舉升機(jī)分析，學(xué)會(huì)對(duì)有限元分析結(jié)果進(jìn)行分析和優(yōu)化。 4.2 探究經(jīng)驗(yàn)計(jì)算與有限元分析數(shù)據(jù)誤差的原因 有限元作為一種數(shù)值計(jì)算方法，它的計(jì)算結(jié)果一般與真實(shí)解存在誤差 從多個(gè)方面來說。 1. 就是在有限元模擬的時(shí)候，我們都要對(duì)模型進(jìn)行一些簡(jiǎn)化，這一定或多或少影響計(jì)算精度的； 2. 有限元求解的時(shí)候，由于各個(gè)項(xiàng)目的差異，我們定義各種參數(shù)（和實(shí)際的一定有差異）例如滑動(dòng)摩擦系數(shù)的值等等，這也會(huì)影響理論公式的計(jì)算精度； 3. 建立有限元模型的時(shí)候網(wǎng)格的劃分，熟練人員和不熟練人員的網(wǎng)格劃分有很大差別，這更是影響著求解的計(jì)算精度； 4. 有限元求解本身就是近似計(jì)算，它用近似模型替代實(shí)際模型，所以計(jì)算的最終結(jié)果一定和實(shí)際存在著一定的差別； 5. 即使有限元的計(jì)算結(jié)果正好等于實(shí)際值，但是有的實(shí)際解在實(shí)際中根本沒辦法測(cè)量或者說即使測(cè)量了由于采取的手段的詫異，它的結(jié)果也不一定非常的精確，這樣來說實(shí)際的解本身也存在誤差； 認(rèn)為有限元計(jì)算的影響誤差主要有兩個(gè)， 1、幾何體離散：對(duì)于規(guī)則幾何體這種誤差可以消除，對(duì)于非規(guī)則幾何體這種誤差不能消除。 2、形函數(shù)的影響：對(duì)于線性形函數(shù)誤差可以消除，非線性形函數(shù)誤差不能消除。 1.有限元方法本身就是數(shù)值模擬方法，近似計(jì)算，誤差之一。 2,幾何模型近似，幾何模型到有限元模型，模型完全有節(jié)點(diǎn)組成，又是近似。 3.采用的單元本身，也是近似，也就是所說的形函數(shù)。對(duì)一個(gè)問題，采用不同的單元得到不同的結(jié)果，就體現(xiàn)了這種近似，另外即使對(duì)同一個(gè)模型，采用最適合的單元，在不同的軟件也會(huì)得到不同的結(jié)果，又體現(xiàn)了單元誤差。 例如marc，ansys，nastran，abaqus 都存在板單元，但這幾種板單元基于的假設(shè)不見得都一樣，各種軟件的相關(guān)單元并不具有完全相通性，誤差不可避免。 1 首先有限元的發(fā)展是利用現(xiàn)有的力學(xué)理論發(fā)展起來，這些理論本身就存在與實(shí)際情況存在差異，象彈性力學(xué)中其考慮為小變形，忽視了應(yīng)力應(yīng)變的高階量 這本身便會(huì)與實(shí)際情況存在誤差。 2 其次有限元的算法以及單元類型也會(huì)對(duì)結(jié)果造成影響，象我們使用協(xié)調(diào)模型推導(dǎo)處的單元函數(shù)總會(huì)使得單元偏硬 3 邊界條件和加載條件的簡(jiǎn)化也會(huì)造成差異 以前在公司打發(fā)時(shí)間時(shí)做過一個(gè)小試驗(yàn)把對(duì)稱的十字bar固定中心 計(jì)算其模態(tài)響應(yīng)，雖然是很簡(jiǎn)單的一個(gè)問題，但試驗(yàn)和計(jì)算結(jié)果始終無法完全吻合，畢竟實(shí)驗(yàn)時(shí)永遠(yuǎn)不可能做到固定一點(diǎn)以及不偏心 所以我覺得有限元的誤差大小不是很重要，大多數(shù)情況下我們使用有限元只是給我們提供一個(gè)事務(wù)變化趨勢(shì)（只要其在合理的誤差范圍內(nèi)）來指導(dǎo)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，改良并最終實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證 4.3 降低應(yīng)力的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 文通過對(duì)雙層舉升機(jī)精確建模，進(jìn)而進(jìn)行受拉應(yīng)力分析，得出如下結(jié)論： 通過應(yīng)力云圖可以看出雙層舉升機(jī)在中心部位處屬于應(yīng)力集中，最容易發(fā)生破壞。中心部位應(yīng)該加工，也說明中間部位材料比較厚實(shí)的正確性和合理性質(zhì)，加強(qiáng)結(jié)合部位的圓角過渡。 4.4 本章小結(jié) 本章主要是對(duì)前面各章節(jié)進(jìn)行總結(jié)歸納，并比較出理論計(jì)算與ANSYS有限元分析的差異。 總結(jié)與展望 一、總結(jié) 首先通過對(duì)雙層舉升機(jī)的彈性特性進(jìn)行分析，熟悉雙層舉升機(jī)的組成和類別。 通過對(duì)這些因素的分析和研究，綜合考慮各個(gè)因素，要清楚地知道所要設(shè)計(jì)的應(yīng)符合的要求。 最后，運(yùn)用三維設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行繪圖，并對(duì)所設(shè)計(jì)的雙層舉升機(jī)通過研究分析，本文基本上完成了預(yù)定的任務(wù)，設(shè)計(jì)出比較合理的雙層舉升機(jī)懸架。 二、今后研究方向 （1）雙層舉升機(jī)的應(yīng)用未來前景如何。 （2）如何將分析應(yīng)用到具體實(shí)踐當(dāng)中，去指導(dǎo)實(shí)踐。 總結(jié) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使我能綜合運(yùn)用機(jī)械原理、液壓傳動(dòng)、材料力學(xué)及其它所學(xué)專業(yè)課程的知識(shí)，分析和解決機(jī)械設(shè)計(jì)問題，進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識(shí)。通過設(shè)計(jì)實(shí)踐，逐步樹立正確的設(shè)計(jì)思想，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)和競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)，熟悉掌握機(jī)械設(shè)計(jì)的一般規(guī)律，培養(yǎng)分析問題和及解決問題的能力。通過設(shè)計(jì)計(jì)算、繪圖以及運(yùn)用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、設(shè)計(jì)手冊(cè)等相關(guān)資料，進(jìn)行全面的機(jī)械設(shè)計(jì)