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1、徐州师范大学本科生毕业设计 高空作业车的转台结构设计及有限元分析高空作业车转台的结构设计及分析摘 要 本课题针对GKZ系列车型转台部分的要求工作装置，对GKZ型高空作业车回转机构进行设计及分析。高空作业车由液压马达、回转减速器及回转小齿轮、回转支承等组成。进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。本课题确定了高空作业车回转机构的传动方案，采用的单排四点接触球式回转支承，此类支承的主要优点是同时承受轴向、径向力和复合力矩。适用子中小型起重机。转台的结构设计采用的是
2、倒型结构，前后两个高强板，左右各一个支承板，再加两个加强筋形成。对转台采用PRO/E进行建模，将建好的模型通过转化放入ANSYS中进行有限元分析，分析出变形最大和受应力最大的接触面，对分析的结果的提出改进方案，对改进后的方案进行有限元分析比较, 确定最佳方案。本方案的设计为同类转台的结构设计提供了理论依据和分析方法。在课题设计的过程中使用的方法有：（1）在结构设计过程中主要对转台的的受力情况进行分析，计算出转台的受力大小和转台的自重，对传动齿轮的设计及强度校核，运用绘图软件PRO/E进行建模。（2）将模型导入ANSYS中，对转台的受力情况进行分析查看其分析的结果，确保转台的变形和所受的应力均能
3、符合设计要求。关键词：高空作业车； 转台结构设计；有限元分析；ANSYS Constructional design and analysis for turn-table of aerial work platformsAbstractAccording to the requirement of working devices of turn-tables in the machine series type GKZ, this paper presented the constructional design and analysis for slewing mechanism of a
4、erial work platforms. The aerial work platforms comprised hydraulic motors, rotary speed reducers, revolving pinions, slewing bearings and so on. When the turn-table slewed, the hydraulic motor transmitted power output which enabled pinions on the output shaft to revolve. Pinions were meshed with ri
5、ng gear on slewing bearings. Due to rigid connection between the ring gear on slewing bearings and the chassis, turn-tables were rotated by rotary speed reducers. Gear plan for slewing mechanism of aerial work platforms and constructional design for turn-table were presented. Gear plans transmission
6、 for slewing mechanism of aerial work platforms was provided in which single-row four-point contact ball slewing bearings were adopted. The advantage of this type of bearing, which suited small and medium crane, was that it can bear axial force, radial force and compound moment at the same time. Con
7、figurations of anti type were adopted in constructional design for turn-table, in which there were two high strength plates in tandem, two eudipleural supporting plates and two stiffened panels. Modeling and simulation of turn tables were obtained using PRO/E. The obtained modeling was transformatio
8、n and analyzed by ANSYS Finite Element Analysis software. Consequently, contact area in the maximum of deformation and stress were analyzed. According to the results, improved schemes were presented, which were further analyzed and compared by finite element analysis. Finally, the best scheme was fo
9、unded. This project provided the approaches of constructional design for the similar type of turn-table in theory.The following methods were used in this project: 1) Force situation of turn tables were analyzed in constructional design, and force variation and mass of turn-tables were calculated. Th
10、e design and intensity of transmission gear were checked. Modeling and simulation were obtained using drawing software PRO/E; 2) The modeling were imputed into ANSYS and bearing force of turn-tables were analyzed. The results ensured that the deformation of turn-tables and their bearing force would
11、meet the design requirements.Keywords: Aerial work platform; Turn-tables; Constructional design; Finite element analysis; ANSYS目 录第一章 绪 论111 引 言112 高空作业车的国内外发展概况11.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向21.2.2高空作业车国内现状、差距与如何提高的方法3 1.3 高空作业车的组成51.3.1工作机构51.3.2金属结构61.3.3动力装置61.3.4控制系统7 1.4 本课题研究的意义7第二章 高空作业车的转台的结构分析82.1 高
12、空作业车的转台总体结构设计82.1.1转台的组成82-2 转台的受力分析132.2.1转台的自重G142-3 上下臂的受力分析及计算162.3.1上臂的受力分析172.3.2下臂的受力分析192-4 回转支承装置的计算212.4.1回转支承装置的计算载荷212.4.2转盘式回转支承装置的计算222.4.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号222.4.4转盘式回转支承装置的计算242.4.5按承载能力曲线选取合适的回转支承型号242.5 传动齿轮的计算25第三章 转台的有限元分析283.1 有限元方法的基础知识283.2 有限元分析软件ANSYS303.3 转台结构的有限元分析343.3.1
13、实体建模343.3.2计算模型343.3.3有限元模型36第4章 结 论43致 谢44参 考 文 献45第一章 绪 论11 引 言 工程机械广泛应用于经济建设的各部门，并且在整个经济发展中占有十分重要的地位。解放以后，我国的机械工业在十分薄弱的基础上，经过近五十年的艰苦努力，从小到大，从修配到制造，从仅仅仿造一般机械产品到能制造大型、中型、精密设备，从制造单机到制造重大成套设备，逐步形成了一个门类比较齐全，具有较大规模，较先进技术水平和成套水平不断提高的工业体系。 80年代以来，工程机械发展速度快。其主要原因:一是我国在改革开放政策指引下，经济发展快，对工程机械的需要增多;二是从中央到地方给与
14、发展的优惠政策，增加资金注入，加以扶植;三是引进国外多项先进技术，经过消化吸收，产品技术水平提高;四是，企业经过组织结构调整，相互合作，并在竞争中促使相互提高。但是我国工程机械与国外工业发达国家相比较以及与国内建设要求相比还有不少差距，还有许多问题A待研究解决。随着目前高科技产业的发展，尤其是计算机的出现及其广泛应用，它带动了整个工业的发展，在机械行业更为引人注目，设计上的优化等使机器向高精密化发展，带来了一场新的变革。当然一向以笨重著称的大型工程机械，更有着广阔的发展余地。高空作业车作为一种大型的工程机械设备，日前广泛应用在船舶、建筑、市政建设、消防、港口货运等行业，是新兴的技术产业，有着广
15、阔的发展前景。高空作业机械是在工程起重机械基础上发展起来的产业系统，只有二十几年的历史。尽管我国在高空作业车设计制造上取得了一些成绩，但是国内生产制造的高空作业机械同国外同类型高空作业机械产品相比仍有一定差距，土要表现为技术含量低、大型的较少、结构笨重、作业时微动性能差等问题。12 高空作业车的国内外发展概况高空作业车的分类方式有好多种，按臂架的展开方式分类，有折叠式和伸缩式及混合式三种;按臂架的形状分类有，直臂式和曲臂式;按驱动方式分类，有自动式、拖动式和手动式等等。1.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向国外高空作业机械属新兴行业，是在工程起重机械基础卜发展起来的高新技术产业系统，只有二十几年的历史。目前，专业生产高空作业机械的公司比较少。近年来，由于汽车起重机销售量下降及市场平淡，一批汽车起重制造公司，相继发展高空作业机械，但总计年产量仍不能满足市场需求，正处于发展时期。11.2.1.1作业车的发展趋势 国外高空作业机械，发展迅速，技术水平不断提高。工业发达国家，一般都有专门的跨国公司和集团主营和兼营高空作业机械，如美国GROVE公司(格鲁夫)和GENIE
