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I 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 摘要 本次課題首先進(jìn)行墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式選擇 然后將所選擇結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn) 化為力學(xué)模型進(jìn)行受力分析 并選擇工件材料 確定工件尺寸 根據(jù)計(jì)算結(jié)果 在 SolidWorks 對所選墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維建模 并運(yùn)用 ANSYS 對所建三維 模型進(jìn)行靜態(tài)有限元分析 分析內(nèi)容包括起重機(jī)整體變形與其所受應(yīng)力 墻壁式旋臂 起重機(jī)是一種安裝在墻壁上的起重設(shè)備 結(jié)構(gòu)獨(dú)特 安全可靠 具備高效 節(jié)能 省 時省力 靈活等特點(diǎn) 在生產(chǎn)車間運(yùn)用廣泛 關(guān)鍵詞 墻壁式旋臂起重機(jī) 三維建模 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 有限元分析 II Structure Design and Analysis of Wall Jib Crane Abstract This paper chose the structure of the wall jib crane first and then translated the selected structure into mechanical model for stress analysis and selected the parts material and designed the dimension of the parts After the design calculation used SolidWorks to 3D model the selected wall jib crane and used ANSYS static finite element to analyse the 3D model The analysis include the overall deformation of crane and it s stress The crane structure is finally obtained The wall jib crane is a lifting equipment installed on the wall It has many features unique stuctures safe reliable high efficiency energy saving time saving labor saving flexible and so on So it is widely used in the production workship Keywords Wall jib crane 3D model Structure design Finite element analysis 目 錄 摘 要 Abstract 目 錄 1 緒論 1 1 1 本課題研究背景及意義 1 1 2 墻壁式旋臂起重機(jī)簡介 2 1 3 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)類型 2 1 4 本課題研究內(nèi)容 3 2 墻壁式旋臂起重機(jī)參數(shù)確定 5 2 1 墻壁式旋臂起重機(jī)型號與參數(shù)確定 5 2 2 旋臂工字鋼型號選擇 6 2 3 確定拉桿的材料和尺寸 7 2 4 計(jì)算各螺栓連接 7 2 5 確定各裝配板的材料及尺寸 8 3 墻壁式旋臂起重機(jī)三維建模 12 3 1 墻壁式旋臂起重機(jī)建模方案 12 3 2 主梁建模 12 3 3 拉桿建模 14 3 4 裝配板建模 14 3 5 螺栓螺母調(diào)用 16 3 6 裝配體建模步驟 17 4 靜力分析 20 4 1 有限元分析概述 20 4 2 有限元結(jié)構(gòu)分析 20 5 總結(jié) 26 參考文獻(xiàn) 27 致謝 29 1 1 緒論 1 1 本課題研究背景及意義 墻壁式旋臂起重機(jī)是一種中小型的起吊運(yùn)輸設(shè)備 其按結(jié)構(gòu)可分為 橋架式 輕 小型起重設(shè)備 臂架式 其中墻壁式旋臂起重機(jī)就是屬于其中的臂架式起重機(jī)設(shè)備 伴隨著我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步提高 大幅度增加的商品流通 快速發(fā)展的運(yùn)輸交通 業(yè) 起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械的需求量也越發(fā)突顯出來 對其使用性能的要求也日益提高 在 這些設(shè)備的生產(chǎn)過程中都必須要使用輕便快捷的起重設(shè)備 墻壁式旋臂起重機(jī)設(shè)備屬 于通用機(jī)械 在高速發(fā)展的 20 多年中 漸漸的向著規(guī)?；?集團(tuán)化 機(jī)械化方向發(fā)展 在機(jī)械行業(yè)的輔助加工生產(chǎn)廣泛接受 能夠起到實(shí)現(xiàn)各加工工序連續(xù)性和自動化的作 用 極大地提高了勞動生產(chǎn)率 減輕勞動強(qiáng)度 具有平穩(wěn)可靠的工作 簡單便捷的操 作維護(hù)等優(yōu)點(diǎn) 伴隨著我國整體經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)一步提高 大幅度增加的商品流通 快速發(fā)展的運(yùn)輸 交通業(yè) 起重機(jī)運(yùn)輸機(jī)械的需求量也越發(fā)突顯出來 對其使用性能的要求也日益提高 雖然如此 但是隨著我國制造業(yè)的發(fā)展 目前 旋臂起重機(jī)產(chǎn)品綜合性能比較差 對 于旋轉(zhuǎn)起重機(jī)而言 中國產(chǎn)品性能比日本產(chǎn)品強(qiáng) 但使用經(jīng)濟(jì)性 可維護(hù)性 操作便 利性和可靠性相對要差 中國產(chǎn)品雖然起重性能并不亞于國際品牌 但旋臂起重機(jī)的 幾何結(jié)構(gòu)和載荷情況比較復(fù)雜 傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定其結(jié)構(gòu)參數(shù) 沒有精 確的強(qiáng)度計(jì)算 為了滿足可靠性要求 通常取較大的安全系數(shù) 從而造成材料浪費(fèi) 成本提高需要繼續(xù)進(jìn)行更好的研發(fā) 隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)控制技術(shù)飛速發(fā)展 使得旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì)在綜合考慮控制系統(tǒng) 安全可靠性 操作的舒適性 機(jī)構(gòu)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化等方面有了更高的要求 旋臂起重機(jī)創(chuàng) 新設(shè)計(jì)的發(fā)展方向是零部件集成化 機(jī)構(gòu)簡潔化 結(jié)構(gòu)全面優(yōu)化的整機(jī)設(shè)計(jì) 滿足個 性用戶的特殊要求的個性化設(shè)計(jì) 滿足市場多樣性和低成本要求的具有新技術(shù)特征的 起重機(jī)新系列產(chǎn)品的模塊化設(shè)計(jì) 基于產(chǎn)品全壽命周期的方便維護(hù)維修的設(shè)計(jì)及免維 護(hù)的設(shè)計(jì) 大型單臺復(fù)雜產(chǎn)品的虛擬設(shè)計(jì)及動態(tài)仿真的實(shí)現(xiàn) 真正意義上的創(chuàng)新設(shè)計(jì) 是上述諸多設(shè)計(jì)方法和技術(shù)的有機(jī)組合及綜合利用 2 1 2 墻壁式旋臂起重機(jī)簡介 起重機(jī)根據(jù)結(jié)構(gòu)類型可分為 輕小型起重設(shè)備 橋架式 臂架式 纜索式 而墻 壁式旋臂起重機(jī)屬于其中的臂架式起重機(jī) 工作情況如圖 1 1 所示 圖 1 1 墻壁式旋臂起重機(jī) 墻壁式旋臂起重機(jī)也可以叫做墻壁吊 墻壁式旋臂起重機(jī)自身擁有的特點(diǎn)就是 結(jié)構(gòu)簡單 使用操作過程方便 工作范圍靈活 作業(yè)空間廣等優(yōu)點(diǎn) 在吊運(yùn)裝備中屬 于是節(jié)能高效的一類 在日常生產(chǎn)中廣泛使用于車間的裝配線 生產(chǎn)線和生產(chǎn)中的上 下工件及倉庫 貨場等場合的重物吊運(yùn) 墻壁式旋臂起重機(jī)又稱墻壁吊 在靠近墻壁 處服務(wù)于一個半圓形空間 是一種往復(fù)的 間歇動作的 短距離搬運(yùn)機(jī)械 它旋轉(zhuǎn)工 作范圍通常為 180 壁式旋臂起重機(jī)用于吊起輕小型重物 它的起重范圍一半為 0 5t 5t 可沿著墻壁 大大的提高電動葫蘆使用的工作范圍 是一種非常經(jīng)濟(jì)的起重設(shè) 備 1 3 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)類型 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)類型大概分為兩種 一種為帶斜拉桿的結(jié)構(gòu)如圖 1 2 2 一種為不帶斜拉桿的結(jié)構(gòu)如圖 1 2 1 依照其實(shí)際工作需求和環(huán)境要求 靈活的選用 3 墻壁式旋臂起重機(jī) 才能夠使其發(fā)揮最大化的用途 圖 1 2 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式 帶拉桿 圖 1 3 墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)形式 不帶拉桿 1 4 本課題研究內(nèi)容 1 4 1 確定起重機(jī)參數(shù) 本課題為墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 主要對所選起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分進(jìn) 行設(shè)計(jì) 建模與分析 使所設(shè)計(jì)起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)滿足強(qiáng)度使用要求 所選起重機(jī)參數(shù) 如下 起重量 2t 回轉(zhuǎn)半徑 3 5m 起升高度 旋轉(zhuǎn)角度 m6 180 1 4 2 確定起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果 4 1 起重機(jī)結(jié)構(gòu)確定 前面提到墻壁式旋臂起重機(jī)總共有兩種主要形式 本次設(shè)計(jì)由于起重機(jī)跨度大 懸臂長度過長 為了增加起重機(jī)的穩(wěn)定性 則選擇帶有斜向拉桿形式的結(jié)構(gòu) 2 相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算 第一步 選取各零件和組件的材料 選定主梁和拉桿的截面形狀 第二步 計(jì)算所選擇各零件的受力 并對結(jié)構(gòu)受力分析 第三步 對零件進(jìn)行校核 根據(jù)要求的剛度強(qiáng)度計(jì)算部件結(jié)構(gòu)尺寸 3 建模與分析 第一步是把各個部分部件依據(jù)前期運(yùn)算所確定的尺寸 在 SolidWorks 三維建模軟 件進(jìn)行零件的建模 每個零件的三維模型建立完畢后 第二步依據(jù)裝配關(guān)系 完成起 重機(jī)的裝配 在使用 ANSYS 軟件打開裝配體 加入零件材料 正確的建立零件相互間 的連接關(guān)系 依照實(shí)際受力對起重機(jī)添加載荷 完成起重機(jī)的靜態(tài)有限元分析 5 2 墻壁式旋臂起重機(jī)參數(shù)確定 2 1 墻壁式旋臂起重機(jī)的參數(shù)確定 1 起重機(jī)受力 根據(jù)起重機(jī)起重量為 2 噸 查河北真牛起重設(shè)備有限公司電動葫蘆產(chǎn)品手冊 1 選取自重 的電動葫蘆 選擇截面梁為工字鋼的主梁 型號是 32a 查閱鋼型kgG96 手冊可知 理論質(zhì)量 mNkgq52071 5 2 計(jì)算主梁受力 a 對主梁作分離分析 解出受力狀況如下圖 2 1 所示 圖 2 1 主梁受力 b 根據(jù) 結(jié)構(gòu)力學(xué) 知識 分析主梁的受力 及主梁為二次超靜定結(jié)構(gòu) 撤去 2 B 處與拉桿連接的力 以 代替 如下圖 2 2 所示 1F21 x 圖 2 2 分解受力圖 6 c 根據(jù)三角形原理算得 所以 斜拉桿施NxNx01 3267 5 7816 加給主梁的拉力 F904拉 d 根據(jù)以上計(jì)算可得主梁受力圖示如下圖 2 3 a 主梁所受彎矩 彎矩圖如下圖 2 3 b 所示 PMxM 21 a 主梁受力圖 b 主梁彎矩圖 圖 2 3 主梁受力 彎矩圖 2 2 旋臂工字鋼型號選擇 查 機(jī)械設(shè)計(jì)手冊 選擇工字鋼材料為 Q235 得到 Q235 的性質(zhì)如下 3 抗拉強(qiáng)度 MPab75 屈服強(qiáng)度 ps23 取安全系數(shù)為 S 2 許用應(yīng)力 MPa5 17 7 結(jié)合前面的計(jì)算結(jié)果 所以危險(xiǎn)截面是主梁與拉桿連接的 B 處 這時抗彎截面系數(shù)計(jì)算得出 3106 3mW 查 材料力學(xué) 型鋼表選擇 18 號工字鋼進(jìn)行校核 此時 截 4 31085 Wm 面積 同時考慮軸力 及彎矩 M 的影響 進(jìn)行校核 工字鋼危險(xiǎn)截面26 3075mA yF B 的下邊緣各點(diǎn)上壓應(yīng)力為 MPaWAyB 1 2maxmax 結(jié)果表明 18 號工字鋼可以滿足強(qiáng)度要求 所以選擇工字鋼梁的型號為 18a 2 3 確定拉桿的材料和尺寸 選擇強(qiáng)度高的材料設(shè)計(jì)拉桿 本次設(shè)計(jì)拉桿的材料選為 45 圓鋼 45 鋼是在機(jī)械 設(shè)備中常用的一種材料 其參數(shù)為 抗拉強(qiáng)度 MPab60 屈服強(qiáng)度 S35 設(shè)計(jì)中拉桿安全系數(shù) 2 拉桿的許用應(yīng)力 MPaS5 17 綜上所述 拉桿選為直徑為 30mm 的 45 圓鋼 2 4 計(jì)算各螺栓連接 本次起重機(jī)設(shè)計(jì)所有連接處均選用螺栓連接 將所有螺栓連接 均為鉸制孔用螺 栓 查 機(jī)械設(shè)計(jì) 螺紋表選取螺栓性能等級為 4 6 螺母性能等級為 4 級 5 8 由選擇的螺栓連接的性能等級 可得到螺栓的性能 公稱抗拉強(qiáng)度 MPaB40 屈服強(qiáng)度 S2 選取螺栓連接的安全系數(shù) 抗剪安全系數(shù) 得出螺栓5 2 S251p 抗拉許用應(yīng)力 MPaS192 40 抗剪許用應(yīng)力 S65 擠壓許用應(yīng)力 MPaSP192 240 2 5 確定各裝配板的材料及尺寸 作為起重機(jī)中重要的零件 選擇裝配板的材料為 Q235 根據(jù)之前螺栓直徑及拉桿 直徑的計(jì)算 可以確定在各裝配板上螺栓孔的直徑和個數(shù) 裝配板 1 尺寸設(shè)計(jì) 9 圖 2 6 裝配板 1 基本尺寸 1 裝配板 2 尺寸設(shè)計(jì) 圖 2 7 裝配板 2 基本尺寸 10 2 裝配板 3 上尺寸設(shè)計(jì) 圖 2 8 裝配板 3 上基本尺寸 3 裝配板 3 下尺寸設(shè)計(jì) 圖 2 9 裝配板 3 下基本尺寸 4 主梁安裝孔尺寸設(shè)計(jì) 起重機(jī)主梁選取 18 工字鋼 其余具體尺寸見圖 2 18 a 和 2 18 b 單位 mm a 主梁根部 11 b 主梁端部 圖 2 10 主梁安裝孔 12 3 墻壁式旋臂起重機(jī)三維建模 3 1 墻壁式旋臂起重機(jī)建模方案 根據(jù)前面計(jì)算所得起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)部分根據(jù)設(shè)計(jì)尺寸建出相應(yīng)零件模型 然后將 零件按照裝配要求組裝成完整的裝配體用于分析 再將裝配體和零件轉(zhuǎn)化為工程圖 對于墻壁式旋臂起重機(jī)的設(shè)計(jì) 為保證其形象性 準(zhǔn)確性 我采用 SolidWorks 軟 件進(jìn)行三維建模 SolidWorks 是一款參數(shù)化 基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng) 具有單一 集成的數(shù)據(jù)庫功能 SolidWorks 的用戶可以運(yùn)用智能的 基于特征的建模方法生成各 種特征和實(shí)體模型及各類工藝特征 如體 腔 殼 孔 筋 槽 倒圓角及倒角等 這些功能使設(shè)計(jì)者的操作更加快捷和靈活零件建模完成后按照安裝要求組裝成壁式起 重機(jī) 并能符合相應(yīng)運(yùn)動要求 3 2 主梁建模 1 工字鋼拉伸 利用 SolidWorks 軟件 新建零件 首先選定基準(zhǔn)面 根據(jù) 18 工字鋼的截面形狀 和尺寸在草圖中繪制工字鋼截面 繪制完成后退出草圖 使用拉伸命令 輸入工字鋼 長度 3500 點(diǎn)擊完成拉伸 這樣得到標(biāo)準(zhǔn) 18 工字鋼如圖 3 1 圖 3 1 工字鋼建模 2 主梁安裝孔建模 13 得到 18 工字鋼的建模后 要在工字鋼梁上對安裝板 1 安裝板 2 及限位角鋼的安 裝孔進(jìn)行建模 首先對安裝板 1 和限位角鋼的安裝孔進(jìn)行建模 選定繪制草圖的前視基準(zhǔn)面 在 相應(yīng)的尺寸位置繪制草圖如圖 3 2 a 草圖繪制完成后退出草圖 選擇拉伸切除命令 即在主梁的對應(yīng)位置上完成安裝孔的建模如圖 3 2 b a 安裝孔草圖 b 安裝孔特征 圖 3 2 主梁安裝孔建模 14 3 3 斜拉桿建模 圖 3 3 斜拉桿建模 3 4 裝配板建模 介紹裝配板的建模過程時 由于裝配板 1 裝配板 2 和上下裝配板 3 結(jié)構(gòu)形式相同 建模過程也類似 只是尺寸上的不同 所以只以裝配板 2 作為示例進(jìn)行介紹其建模過 程 1 裝配板 2 建模 裝配板 2 建模的首先也是建立空心圓柱模型 該步建模過程同裝配板 1 只是繪制 同心圓的尺寸不同 所以該步過程參考安裝板 1 的過程 空心圓柱建模完成后 選擇 上視基準(zhǔn)面繪制側(cè)板的草圖如圖 3 4 a 將草圖兩側(cè)對稱拉伸 可得到側(cè)板如圖 3 4 b a 側(cè)板草圖 b 側(cè)板模型 15 圖 3 4 側(cè)板拉伸 初始模型建好后 要對側(cè)板的安裝孔進(jìn)行拉伸切除 選定右視基準(zhǔn)面 按照定位 尺寸與加工尺寸繪制安裝孔的草圖如圖 3 5 a 利用草圖對側(cè)板進(jìn)行拉伸切除 再對安 裝板 3 的相應(yīng)邊線進(jìn)行倒角和倒圓角 就能得到圖 3 5 b 所示的安裝板 3 a 側(cè)板草圖 b 安裝板 3 圖 3 5 安裝板 3 建模 3 5 螺栓螺母調(diào)用 1 螺栓調(diào)用 螺栓是標(biāo)準(zhǔn)件可以在 SolidWorks 中的 Toolbox 插件中直接調(diào)取標(biāo)準(zhǔn)件使用 減少 建模時間 下面以 螺栓的調(diào)用過程 18M 16 a 在 SolidWorks 初始界面點(diǎn)擊右側(cè)的 設(shè)計(jì)庫 圖標(biāo) 在彈出的工具欄中 雙擊選擇 toolbox b Toolbox 插入下點(diǎn)擊現(xiàn)在插入 然后在彈出的各文件夾下選擇 Gb 即 國標(biāo) 文件夾 c 在彈出的子文件夾中選擇 bolts and studs 即螺栓文件夾 再選擇六角頭螺栓子文件夾下的 六角頭鉸制孔用螺栓 A 和 B 級 GB T27 1988 一項(xiàng) 右鍵點(diǎn)擊 生成零件 選項(xiàng) d 在彈出生成螺栓屬性的命令欄中 選擇 的螺栓 長度選擇 如圖 3 6 1 18Mm50 點(diǎn)擊確定即能得到滿足使用要求的簡化螺栓如圖 3 6 2 1 螺栓屬性 2 螺栓 圖 3 6 螺栓調(diào)用 2 螺母調(diào)用 螺母標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用過程與螺栓類似 以 的螺母為例介紹調(diào)用過程 前兩步的18M 打開過程和螺栓一樣 只是從第三步中 Gb 下的子文件夾中要打開 螺母 文件夾 在螺母文件夾內(nèi)選擇 六角螺母 文件夾 選擇 六角螺母 C 級 GB T 41 2000 型螺 母 在彈出的螺母屬性欄中選擇 的螺母如圖 3 7 1 選擇完屬性點(diǎn)擊確定 就能得18M 到符合要求的螺母如圖 3 7 2 17 1 螺母屬性 2 螺母 圖 3 7 螺母調(diào)用 3 5 裝配體建模步驟 1 零件導(dǎo)入 在 SolidWorks 中新建裝配體后 首先要插入零部件 本例中首先導(dǎo)入工字鋼主梁 接著導(dǎo)入其它零件 為了裝配過程中不產(chǎn)生混淆 相同或類似的零件最好等上一個相 似零件裝配完成后再導(dǎo)入另一個 2 配合 配合的過程就是將導(dǎo)入的零件按照裝配關(guān)系裝配的過程 介紹配合過程時 類似 的配合及所用命令相同的配合只選取單例介紹 a 裝配板 1 與主梁配合 裝配板 1 與主梁的配合首先選定裝配板 1 的某個安裝孔 讓其與主梁上與之對應(yīng) 的安裝孔以同軸方式配合 第一步配合完成后選擇選擇主梁腹板的某個面和裝配板側(cè) 板的面重合 該步完成后就能得到配合完成的裝配板 1 與主梁如圖 3 8 18 圖 3 8 安裝板 1 配合 b 下裝配板 2 裝配 裝配板 1 與下裝配板 2 配合首先選定裝配板 2 側(cè)板安裝孔與裝配板 1 的圓柱孔配 合 然后選擇裝配板 2 相應(yīng)平面與裝配板 1 側(cè)板面平行 就可配合完成裝配板 1 與下 裝配板 2 圖 3 9 圖 3 9 安裝板 2 裝配 c 拉桿裝配 將拉桿一端側(cè)板安裝孔與主梁上對應(yīng)的安裝孔以同軸的方式配合 再選擇拉桿一 19 端裝配板上某個面與主梁的某個面重合 之后就能得到正切的配合 拉桿即裝配完成 如圖 3 10 圖 3 10 安裝板裝配 將所有零件依照前面所述裝配方法 按照裝配關(guān)系裝配完成即可得到圖 3 11 所示 完整的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu) 圖 3 11 起重機(jī)裝配體 20 4 靜力分析 4 1 有限元分析概述 為了保證所設(shè)計(jì)的起重機(jī)符合使用要求 在實(shí)際生產(chǎn)前要對設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)運(yùn)用分析 軟件進(jìn)行強(qiáng)度及變形等靜態(tài)分析 此次分析過程中 運(yùn)用 ANSYS 軟件進(jìn)行起重機(jī)整體 變形和起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力的分析 15 0 根據(jù)第 2 章介紹 起重機(jī)應(yīng)用材料除了拉桿應(yīng)用 45 鋼外 各安裝板 螺栓 螺母 和主梁材料都為 Q235 鋼 在分析過程中需要添加材料性能 現(xiàn)查得兩種材料的性能如 表 4 1 所示 表 4 1 材料性能表 性能 材料 材料密度 3mkg 彈性模量 2mN 泊松比 Q235 785010 28 45 鋼 919269 起重機(jī)結(jié)構(gòu)的分析過程要明確起重機(jī)的受力大小和類型 以及起重機(jī)的約束形式 本次課題分析中 要加載的力為起重機(jī)的起升重量和電動葫蘆自重 總載荷 上下安裝板 5 為固定端 其安裝面為固定約束 起重機(jī)自重在分析中添NF2960 加為 地心引力 類型 起重機(jī)具體受力形式可以參考圖 2 1 4 2 有限元結(jié)構(gòu)分析 在 Workbench 中新建靜態(tài)分析 彈出圖 4 1 所示對話框 在第二欄 Engineering Data 雙擊 打開添加材料的窗口 按照表 4 1 給出的材料性能依次將 Q235 和 45 鋼 添加進(jìn)來 返回新建靜態(tài)分析界面 在第三欄 Geometry 中導(dǎo)入在 SolidWorks 中建 好的裝配體模型 然后雙擊第四欄 Model 進(jìn)入分析界面 下面部分介紹分析的 17 21 具體過程 圖 4 1 靜態(tài)分析對話框 1 選擇零件材料 在分析界面左側(cè)工具欄如圖 4 2 a 中 選中零件模型 在界面左下角會出現(xiàn)零件屬 性表如圖 4 2 b 在 Material 下的 Assignment 欄中選擇零件材料 拉桿為 45 鋼 其余零件為 Q235 a 分析工具欄 b 零件屬性表 圖 4 2 零件材料設(shè)置 2 建立零件連接方式 在圖 4 2 a 中的 Connection 中設(shè)置零件的連接方式 Workbench 分析導(dǎo)入的裝 配體 軟件默認(rèn)設(shè)置相接觸的零件表面為焊接 因?yàn)槟J(rèn)連接方式和實(shí)際連接差別不 大 所以本次分析中選擇軟件默認(rèn)添加的連接方式 對連接部分沒有做修改 22 3 劃分網(wǎng)格 在圖 4 2 a 的工具欄中選擇 Mesh 劃分網(wǎng)格 選中 Mesh 右鍵中選擇 Generate Mesh 就能自動劃分出如圖 4 3 所示網(wǎng)格 圖 4 3 網(wǎng)格劃分 4 添加載荷與約束 在圖 4 2 a 的工具欄中 選中 Static Structural A5 右鍵 Insert 會彈出圖 4 4 所示的命令欄 在彈出的命令欄中選擇要加載荷 約束的類型 圖 4 4 載荷類型圖 a 添加固定約束 選擇圖 4 4 中的 Fixed Support 為固定約束 選擇后界面左 23 下角彈出圖 4 5 所示對話框 在 Geometry 中選擇上下安裝板 5 的安裝面點(diǎn) 擊 Apply 即可添加該固定約束 圖 4 5 固定約束屬性欄 b 添加載荷 選擇圖 4 4 中的 Force 為載荷項(xiàng) 選擇后界面左下角彈出圖 4 6 a 所示對話框 在 Geometry 中選擇主梁下翼板的受力面點(diǎn)擊 Apply 即可添加圖 4 6 b 所示載荷 a 載荷屬性欄 b 加載示意圖 圖 4 6 加載過程圖 c 添加重力 選擇圖 4 4 a 中的 Standard Earth Gravity 添加標(biāo)準(zhǔn)地心引力即重 力 在界面左下角彈出的圖 4 7 所示的屬性欄中選擇正確的重力方向 本例為 Y 方向 重力就添加完畢 24 圖 4 7 重力屬性欄 5 添加求解內(nèi)容 在圖 4 2 a 的工具欄中 選中 Solution A6 在圖 4 8 所示的界面上方工具欄中 選擇 Deformation 下的 total 添加起重機(jī)結(jié)構(gòu)的整體變形為求解結(jié)果 再選擇 Stress 下的 Equivalent von Mises 添加應(yīng)力求解項(xiàng) 19 8 圖 4 8 求解內(nèi)容圖 6 分析求解結(jié)果 完成上面步驟后 點(diǎn)擊圖 4 8 工具欄上的 Solve 軟件就會求解出起重機(jī)結(jié)構(gòu) 在所加載荷與約束下的變形和應(yīng)力 a 求解出的應(yīng)力結(jié)果如圖 4 9 所示 圖 4 9 應(yīng)力圖 從求解出的結(jié)果看 最大應(yīng)力 出現(xiàn)在拉桿上如圖MPa154054 18max 4 9 所示 拉桿選用材料為 45 鋼 其最大許用應(yīng)力 因 7 max 此 該設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)零件強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求 25 b 求解出的起重機(jī)變形量如圖 4 10 所示 圖 4 10 變形圖 從從分析結(jié)果圖看出 最大變形量 查 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊 cmL54 0 的跨度為 起升高度為 的壁式起重機(jī)允許最大變形量 6m3 5m6 cmL5 1 因此 該設(shè)計(jì)起重機(jī)變形沒有超過允許值 符合撓度要求 L 綜上 最終的起重機(jī)能夠滿足強(qiáng)度和撓度要求 所以最終的設(shè)計(jì)能達(dá)到課題設(shè)計(jì) 要求 26 5 總結(jié) 通過這次對墻壁式旋臂起重機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析 重新學(xué)習(xí)了大學(xué)四年所學(xué)的課 程 了解了各學(xué)科之間的關(guān)系 進(jìn)一步加強(qiáng)了自己所學(xué)的知識 重新學(xué)習(xí)了自己先前 沒有學(xué)會的知識 不僅把知識融會貫通 而且豐富了大腦 同時在查找資料的過程中 也了解了許多課外知識 開拓了視野 認(rèn)識了將來機(jī)械設(shè)計(jì)的發(fā)展方向 同時完善提 高了自己的設(shè)計(jì)水平 為以后走向工作崗位打下良好的基礎(chǔ) 通過閱讀大量的文獻(xiàn)資料 對墻壁式旋臂起重機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理等技術(shù)進(jìn)行了深 入的了解和研究 并對該種設(shè)備的國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述 本次設(shè)計(jì)通過學(xué)習(xí)使用 SolidWorks 軟件進(jìn)行零件繪制 零件之間的組裝和零件及 裝配圖的三維繪制等 發(fā)現(xiàn)了 SolidWorks 軟件在機(jī)械制造業(yè)所發(fā)揮的重要作用 它在 繪制零件方便快捷 裝配起來靈活自如 轉(zhuǎn)化三維視圖直截了當(dāng) 它把零件以三維的 形式展現(xiàn)在設(shè)計(jì)者的眼前 很形象的突出零件各個部分的結(jié)構(gòu) 便于設(shè)計(jì)者發(fā)現(xiàn)零件 的現(xiàn)實(shí)性 合理性和可用性 這樣就減少了因?yàn)樵O(shè)計(jì)而帶來的不合理經(jīng)濟(jì)損失 而且 它的二次開發(fā)也做的非常好 像一些粗糙度 形位公差 公差等用起來非常的方便 27 參 考 文 獻(xiàn) 1 電動葫蘆產(chǎn)品手冊 Z 河北真牛起重設(shè)備有限公司 2014 2 鄭榮躍 結(jié)構(gòu)力學(xué) M 北京 科學(xué)出版社 2012 06 3 吳宗澤 羅勝國 高志 李威 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊 第四版 北京 高等教育出版社 2012 4 劉鴻文 材料力學(xué) M 第五版 北京 高等教育出版社 2011 5 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) M 第八版 北京 高等教育出版社 2006 6 王守崗 劉云峰 壁式懸臂起重機(jī) 中國專利 200920303201 3 2010 07 21 7 楊文柱 起重吊裝簡易計(jì)算 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 8 張青 張瑞軍 工程起重機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2008 9 張質(zhì)文等 起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊 M 北京 中國鐵道出版社 1997 10 陳錫棟 楊婕 趙曉棟 范細(xì)秋 有限元法的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用 中國制造業(yè)信息化 2010 39 11 6 8 11 浦廣益 ANSYS Workbench 基礎(chǔ)教程與實(shí)例詳解 北京 中國水利水電出版社 2010 12 馬霄 利用 AMSYS 軟件分析懸臂起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 起重運(yùn)輸機(jī)械 2004 5 15 16 13 葉紹松 阮祥發(fā) 趙燕 有限元法在結(jié)構(gòu)分析中的應(yīng)用 機(jī)械研究與應(yīng)用 2005 18 4 8 9 14 劉桂芹 江進(jìn)國 段成龍 曹明 黃亞星 有限元法及其在現(xiàn)代機(jī)械工程中的應(yīng)用 機(jī)械研究 與應(yīng)用 2005 18 2 15 16 15 魯建霞 茍惠芳 有限元法的基本思想與發(fā)展過程 機(jī)械管理開發(fā) 2009 24 2 74 75 16 李冰 王蘊(yùn) 任連勇 有限元法 的發(fā)展與應(yīng)用 甘肅科技 2014 30 1 70 71 17 凌桂龍 丁金濱 溫正 ANSYS Workbench 13 0 從入門到精通 北京 清華大學(xué)出版社 2012 28 18 H Du M K Lim K M Liew A Nonlinear Finite Element Model for Dynamics of Flexible Manipulators J Mechanism and Machine Theory 1996 31 8 1109 1119 19 Peng Ran Qin Xiao Yu Modal analysis of crane girder based on ANSYS Workbench J School of Mechanical Engineering and Automation Xihua University Chengdu Sichuan 2014 29 致 謝 就本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 首先得感謝我的指導(dǎo)教師吳淑芳老師的悉心指導(dǎo) 在畢業(yè)設(shè) 計(jì) 這短短的三個月來 為我創(chuàng)造了良好的學(xué)習(xí)環(huán)境 提供了很多發(fā)展機(jī)會 不僅教會我 很多的專業(yè)技能 也在工作方式 治學(xué)態(tài)度上言傳身教 同時感謝所有曾經(jīng)教導(dǎo)過我 幫助過我的老師 正是因?yàn)樗麄兌嗄陙碜巫尾痪氲慕陶d才使得我的專業(yè)技能有很大的 提高 在本文所涉及的利用SolidWorks軟件對零件進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì) 墻壁式旋臂起重 機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析 加工工藝內(nèi)容 吳淑芳老師都給予了我耐心指導(dǎo) 她嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)作風(fēng) 淵博的學(xué)術(shù)造詣及熱情誠懇的待人態(tài)度使我受益非淺 在此 對吳淑芳老師長期以來在專業(yè)以及生活上給我提供的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝 同時 我感謝和我一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)們 感謝他們的鼓勵與支持 感謝他們 在各方面給我提供了很大的幫助 再次一并感謝所有關(guān)心 幫助過我的人們 謝謝