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1、墙壁式旋臂起重机结构设计与分析摘要：本次课题首先进行墙壁式旋臂起重机结构形式选择，然后将所选择结构转化为力学模型进行受力分析，并选择工件材料，确定工件尺寸。根据计算结果，在SolidWorks对所选墙壁式旋臂起重机结构进行三维建模，并运用ANSYS对所建三维模型进行静态有限元分析，分析内容包括起重机整体变形与其所受应力。墙壁式旋臂起重机是一种安装在墙壁上的起重设备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，在生产车间运用广泛。关键词：墙壁式旋臂起重机；三维建模；结构设计；有限元分析 Structure Design and Analysis of Wall Jib CraneA
2、bstract 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 wal
3、l jib crane, and used ANSYS static finite element to analyse the 3D model. The analysis include the overall deformation of crane and its 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, relia
4、ble, 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 analysisII目 录摘要Abstract目录1绪论11.1本课题研究背景及意义11.2墙壁式旋臂起重机简介21.3墙壁式旋臂起重机结构类型21.4本课题研究内容32 墙壁式旋臂起重机参数确定52.1墙
5、壁式旋臂起重机型号与参数确定52.2 旋臂工字钢型号选择62.3 确定拉杆的材料和尺寸72.4 计算各螺栓连接72.5 确定各装配板的材料及尺寸83墙壁式旋臂起重机三维建模123.1墙壁式旋臂起重机建模方案123.2 主梁建模123.3 拉杆建模143.4装配板建模 143.5螺栓螺母调用163.6装配体建模步骤174静力分析204.1有限元分析概述204.2有限元结构分析205总结26参考文献 27致谢 291 绪论1.1 本课题研究背景及意义墙壁式旋臂起重机是一种中小型的起吊运输设备，其按结构可分为：桥架式、轻小型起重设备、臂架式，其中墙壁式旋臂起重机就是属于其中的臂架式起重机设备 。伴随
6、着我国整体经济建设进一步提高，大幅度增加的商品流通，快速发展的运输交通业，起重机运输机械的需求量也越发突显出来，对其使用性能的要求也日益提高，在这些设备的生产过程中都必须要使用轻便快捷的起重设备。墙壁式旋臂起重机设备属于通用机械，在高速发展的20多年中，渐渐的向着规模化，集团化，机械化方向发展。在机械行业的辅助加工生产广泛接受，能够起到实现各加工工序连续性和自动化的作用，极大地提高了劳动生产率，减轻劳动强度。具有平稳可靠的工作，简单便捷的操作维护等优点。伴随着我国整体经济建设进一步提高，大幅度增加的商品流通，快速发展的运输交通业，起重机运输机械的需求量也越发突显出来，对其使用性能的要求也日益提
7、高，虽然如此，但是随着我国制造业的发展，目前，旋臂起重机产品综合性能比较差。对于旋转起重机而言，中国产品性能比日本产品强，但使用经济性，可维护性，操作便利性和可靠性相对要差。中国产品虽然起重性能并不亚于国际品牌，但旋臂起重机的几何结构和载荷情况比较复杂，传统的设计主要是根据经验确定其结构参数，没有精确的强度计算，为了满足可靠性要求，通常取较大的安全系数，从而造成材料浪费，成本提高需要继续进行更好的研发。随着现代计算机控制技术飞速发展，使得旋臂起重机的设计在综合考虑控制系统安全可靠性，操作的舒适性，机构及结构优化等方面有了更高的要求。旋臂起重机创新设计的发展方向是零部件集成化，机构简洁化，结构全
8、面优化的整机设计；满足个性用户的特殊要求的个性化设计；满足市场多样性和低成本要求的具有新技术特征的起重机新系列产品的模块化设计；基于产品全寿命周期的方便维护维修的设计及免维护的设计；大型单台复杂产品的虚拟设计及动态仿真的实现。真正意义上的创新设计是上述诸多设计方法和技术的有机组合及综合利用。1.2 墙壁式旋臂起重机简介起重机根据结构类型可分为：轻小型起重设备、桥架式、臂架式、缆索式 ，而墙壁式旋臂起重机属于其中的臂架式起重机，工作情况如图1-1所示。 图1-1 墙壁式旋臂起重机墙壁式旋臂起重机也可以叫做墙壁吊。墙壁式旋臂起重机自身拥有的特点就是：结构简单，使用操作过程方便，工作范围灵活，作业空
9、间广等优点，在吊运装备中属于是节能高效的一类，在日常生产中广泛使用于车间的装配线，生产线和生产中的上下工件及仓库，货场等场合的重物吊运。墙壁式旋臂起重机又称墙壁吊，在靠近墙壁处服务于一个半圆形空间，是一种往复的，间歇动作的，短距离搬运机械，它旋转工作范围通常为180。壁式旋臂起重机用于吊起轻小型重物，它的起重范围一半为0.5t 5t，可沿着墙壁，大大的提高电动葫芦使用的工作范围，是一种非常经济的起重设备。1.3 墙壁式旋臂起重机结构类型墙壁式旋臂起重机结构类型大概分为两种，一种为带斜拉杆的结构如图1-2（2），一种为不带斜拉杆的结构如图1-2（1）。依照其实际工作需求和环境要求，灵活的选用墙壁
10、式旋臂起重机，才能够使其发挥最大化的用途。图1-2 墙壁式旋臂起重机结构形式（带拉杆）图1-3 墙壁式旋臂起重机结构形式（不带拉杆）1.4本课题研究内容1.4.1确定起重机参数本课题为墙壁式旋臂起重机结构设计与分析，主要对所选起重机金属结构部分进行设计、建模与分析，使所设计起重机金属结构满足强度使用要求。所选起重机参数如下： 起重量：2t；回转半径：3.5m；起升高度：；旋转角度：1801.4.2 确定起重机结构与设计计算结果(1) 起重机结构确定前面提到墙壁式旋臂起重机总共有两种主要形式，本次设计由于起重机跨度大，悬臂长度过长，为了增加起重机的稳定性，则选择带有斜向拉杆形式的结构。 (2)
11、相关设计计算 第一步：选取各零件和组件的材料，选定主梁和拉杆的截面形状； 第二步：计算所选择各零件的受力，并对结构受力分析； 第三步：对零件进行校核，根据要求的刚度强度计算部件结构尺寸。（3）建模与分析第一步是把各个部分部件依据前期运算所确定的尺寸，在SolidWorks三维建模软件进行零件的建模，每个零件的三维模型建立完毕后，第二步依据装配关系，完成起重机的装配，在使用ANSYS软件打开装配体，加入零件材料，正确的建立零件相互间的连接关系，依照实际受力对起重机添加载荷，完成起重机的静态有限元分析。2 墙壁式旋臂起重机参数确定2.1墙壁式旋臂起重机的参数确定(1) 起重机受力 根据起重机起重量
12、为2吨，查河北真牛起重设备有限公司电动葫芦产品手册，选取自重的电动葫芦。选择截面梁为工字钢的主梁，型号是32a,查阅钢型手册可知，理论质量。 (2) 计算主梁受力a) 对主梁作分离分析，解出受力状况如下图2-1所示：图2-1 主梁受力b) 根据结构力学知识，分析主梁的受力，及主梁为二次超静定结构，撤去B处与拉杆连接的力，以代替，如下图2-2所示：图2-2 分解受力图c) 根据三角形原理算得， ；所以，斜拉杆施加给主梁的拉力。d) 根据以上计算可得主梁受力图示如下图2-3（a）,主梁所受弯矩，弯矩图如下图2-3（b）所示。（a） 主梁受力图（b） 主梁弯矩图图2-3 主梁受力、弯矩图2.2旋臂工
13、字钢型号选择查机械设计手册，选择工字钢材料为Q235，得到Q235的性质如下：抗拉强度；屈服强度；取安全系数为S=2；许用应力，结合前面的计算结果，所以危险截面是主梁与拉杆连接的B处。这时抗弯截面系数计算得出查材料力学型钢表选择18号工字钢进行校核，此时，截面积。同时考虑轴力及弯矩M的影响，进行校核。工字钢危险截面B的下边缘各点上压应力为结果表明，18号工字钢可以满足强度要求，所以选择工字钢梁的型号为18a。2.3 确定拉杆的材料和尺寸选择强度高的材料设计拉杆，本次设计拉杆的材料选为45#圆钢。45#钢是在机械设备中常用的一种材料，其参数为：抗拉强度；屈服强度；设计中拉杆安全系数；拉杆的许用应
14、力。综上所述，拉杆选为直径为30mm的45#圆钢。2.4 计算各螺栓连接本次起重机设计所有连接处均选用螺栓连接，将所有螺栓连接。均为铰制孔用螺栓，查机械设计螺纹表选取螺栓性能等级为4.6，螺母性能等级为4级。由选择的螺栓连接的性能等级，可得到螺栓的性能：公称抗拉强度，屈服强度。选取螺栓连接的安全系数，抗剪安全系数，。得出螺栓抗拉许用应力；抗剪许用应力；挤压许用应力2.5确定各装配板的材料及尺寸作为起重机中重要的零件，选择装配板的材料为Q235。根据之前螺栓直径及拉杆直径的计算，可以确定在各装配板上螺栓孔的直径和个数。装配板1尺寸设计 图2-6 装配板1基本尺寸 1) 装配板2尺寸设计。 图2-7 装配板2基本尺寸 2) 装配板3上尺寸设计 图2-8 装配板3上基本尺寸3) 装配板3下尺寸设计 图2-9 装配板3下基本尺寸4) 主梁安装孔尺寸设
