對(duì)剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)

第1章緒論選擇背景、研究目的及意義近年來(lái)，我國(guó)汽車業(yè)蓬勃發(fā)展，尤其是轎車行業(yè)，多年來(lái)轎車進(jìn)入普通家庭的夢(mèng)想已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，汽車維修行業(yè)也隨之得到大力發(fā)展，汽車舉升機(jī)是現(xiàn)代汽車維修作業(yè)中必不可少的設(shè)備，無(wú)論整車大修，還是小修保養(yǎng)，都離不開(kāi)它。在規(guī)模各異的維修養(yǎng)護(hù)企業(yè)中，無(wú)論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營(yíng)范圍單一的街邊店（如輪胎店），幾乎都配備有舉升機(jī)。它的主要作用就是為發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等養(yǎng)護(hù)和維修提供方便。舉升機(jī)的重要性和普及性，決定了它是一種備受專業(yè)人士和經(jīng)營(yíng)管理者重視的設(shè)備。舉升機(jī)一般有柱式、剪式的，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。目前，使用的汽車剪刀式舉升機(jī)可能發(fā)生汽車墜落的原因較多，有安裝基礎(chǔ)不牢、自鎖裝置失效、舉升臂變形、兩側(cè)舉升臂上升速度不等、液壓油路爆裂、汽車拖墊打滑等，經(jīng)過(guò)對(duì)失效的剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行檢測(cè)分析發(fā)現(xiàn)，這些事故的主要原因往往是設(shè)計(jì)上存在著缺陷，如果做工不好或者設(shè)計(jì)不好就容易導(dǎo)致臺(tái)面不平、導(dǎo)致單邊升降等危險(xiǎn)發(fā)生，因此，進(jìn)一步提高剪刀式舉升機(jī)產(chǎn)品的性能與可靠T生，是國(guó)內(nèi)舉升機(jī)任重道遠(yuǎn)且亟需改進(jìn)的地方。本設(shè)計(jì)采用計(jì)算機(jī)CAD/CAE對(duì)剪刀式舉升機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的綜合性能和安全可靠性。計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)是一種嶄新的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)技術(shù)，是國(guó)際上 20世紀(jì)80年代隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而迅速發(fā)展的一項(xiàng)計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)。該技術(shù)一出現(xiàn)，立即受到了工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的有尖科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)公司的極大重視，許多著名的制造廠商紛紛將計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)引入各自的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)在一些發(fā)達(dá)國(guó)家，如美國(guó)、德國(guó)、日本等已得到廣泛應(yīng)用，應(yīng)用領(lǐng)域極廣，如汽車制造業(yè)、工程機(jī)械、航空航天業(yè)、造船業(yè)、機(jī)械電子工業(yè)、國(guó)防工業(yè)、醫(yī)學(xué)及工程咨詢等多方面。目前,計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)已在我國(guó)得到了應(yīng)用與推廣，主要在汽車、航天航空、武器制造、機(jī)械工程等方面。而從我國(guó)目前的情況來(lái)看，計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)主要在汽車制造業(yè)和武器裝備制造業(yè)中應(yīng)用較為廣泛 ，但只停留在初步應(yīng)用階段?，F(xiàn)今，在我國(guó)利用CAD/CAE技術(shù)對(duì)汽車舉升機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究還尚未見(jiàn)成果發(fā)表。只有將汽車舉升機(jī)的工程實(shí)踐和計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)結(jié)合起來(lái)，才能真正加快汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的發(fā)展歷程，為此，本課題基于計(jì)算機(jī)CAD/CAE技術(shù)平臺(tái)，利用當(dāng)前CAD/CAE領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的三維軟件Pro/E、有限元軟件ANSYS進(jìn)行汽車舉升機(jī)的強(qiáng)度、剛度、穩(wěn)定性及動(dòng)態(tài)特性等方面的計(jì)算機(jī)有限元分析與研究，可以代替剪刀式舉升機(jī)物理樣機(jī)的前期試驗(yàn)，為我國(guó)汽車舉升機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)方面提供更多的理論參考，進(jìn)一步提高國(guó)產(chǎn)汽車舉升機(jī)的穩(wěn)定性和可靠性，提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該設(shè)計(jì)的研究方法，也可應(yīng)用于汽車舉升機(jī)及其他新產(chǎn)品的研究開(kāi)發(fā)中，可以縮短新產(chǎn)品研制周期，減少研制經(jīng)費(fèi)，提高設(shè)計(jì)精度和效率，對(duì)于國(guó)內(nèi)舉升機(jī)的發(fā)展具有重大的現(xiàn)實(shí)意義O1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀1.2.1舉升機(jī)的發(fā)展歷史汽車舉升機(jī)在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國(guó)生產(chǎn)的第一臺(tái)汽車舉升機(jī)，它是一種由氣動(dòng)控制的單柱舉升機(jī)，由于當(dāng)時(shí)采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時(shí)采用皮革進(jìn)行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動(dòng)時(shí)的彈跳嚴(yán)重且乂不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機(jī)才在美國(guó)以外的其它地方開(kāi)始采用。發(fā)展至今經(jīng)歷了許多的變化改進(jìn)，種類也比較多，一般有柱式、剪式，其驅(qū)動(dòng)方式有鏈條傳動(dòng)，液壓傳動(dòng)，氣壓傳動(dòng)等。其中剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小，受到很多實(shí)力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來(lái)舉升機(jī)的發(fā)展方向。在市場(chǎng)上可以看到的型式各異、尺寸不同的舉升機(jī)中，有一些特別適合于從事特殊類型的維修作業(yè)，也有少數(shù)的舉升機(jī)適合進(jìn)行一些其它的維修作業(yè)。1.2.2國(guó)內(nèi)外研究狀況目前，發(fā)達(dá)國(guó)家（如美國(guó)）生產(chǎn)的汽車舉升機(jī)質(zhì)量較好、性能較穩(wěn)定、設(shè)備操作簡(jiǎn)單，在經(jīng)銷商中口碑良好。我國(guó)的汽車舉升機(jī)是20世紀(jì)90年代依據(jù)國(guó)外的產(chǎn)品技術(shù)生產(chǎn)的，國(guó)內(nèi)最早研究剪式舉升機(jī)的是上海寶得寶，1999年開(kāi)始，寶得寶機(jī)型比較笨重，主要的質(zhì)量問(wèn)題集中在油管易爆和平臺(tái)不同步，2000年后質(zhì)量有了改進(jìn)。但由于不是批量，所以價(jià)格偏高。到現(xiàn)在舉升機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)擁有近百個(gè)中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。然而國(guó)內(nèi)汽車舉升機(jī)雖然也相對(duì)定型，但很多產(chǎn)品性能還不夠穩(wěn)定，故障多，可靠性差，夕卜觀不夠美觀，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)等方面都還有很多地方有待改進(jìn)。剪刀式舉升機(jī)是一個(gè)使用較廣的舉升機(jī)，在最近幾年所有新銷售的舉升機(jī)中，至少二分之一都是這種類型的。這種設(shè)計(jì)之所以很流行，有幾方面的原因的：一就是這種舉升機(jī)安裝起來(lái)很快，不需要大范圍的開(kāi)挖，也不需要對(duì)維修廠的整體布局進(jìn)行一些永久性的變動(dòng)。二是功能的多樣性，它適用于大多數(shù)轎車的維修和保養(yǎng)。三是剪式舉升機(jī)使用方便，占地空間較小。四是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，剪式舉升機(jī)較為精密o無(wú)論是維修多種車型的綜合類修理廠，還是經(jīng)營(yíng)范圍單一的街邊店（如輪胎店）都適用。1.3研究?jī)?nèi)容及研究方法1.3.1研究?jī)?nèi)容本設(shè)計(jì)在考慮典型的汽車舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)形式和實(shí)際工況條件基礎(chǔ)上，依據(jù)有限元、虛擬裝配技術(shù)及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)等理論，建立舉升機(jī)Pro/E三維實(shí)體模型，并進(jìn)行虛擬裝配，將尖鍵零部件模型導(dǎo)入ANSY軟件進(jìn)行有限元分析，獲得舉升機(jī)在載荷工況作用下的應(yīng)力、應(yīng)變及變形狀況，進(jìn)一步提高舉升機(jī)的穩(wěn)定性及安全性o設(shè)計(jì)中我們研究的主要內(nèi)容如下：剪刀式舉升機(jī)工作原理與結(jié)構(gòu)形式的研究與分析;剪刀式舉升機(jī)二維結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；剪刀式舉升機(jī)Pro/E三維建模與虛擬裝配；剪刀式舉升機(jī)尖鍵部件ANSYS有限元分析1.3.2研究方法撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)第2章剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1舉升機(jī)結(jié)構(gòu)確定21.1舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式及基本組成此次課題設(shè)計(jì)的內(nèi)容為剪刀式舉升機(jī)，剪刀式舉升機(jī)的發(fā)展較迅速，種類也很齊全按照剪刀的大小分為大剪式舉升機(jī)（又叫子母式），還有小剪（單剪）舉升機(jī)；按照驅(qū)動(dòng)形式又可分為機(jī)械式、液壓式'氣液驅(qū)動(dòng)式；按照安裝形式又可以分為藏地安裝，地面安裝。因?yàn)榇舜卧O(shè)計(jì)所要舉升的重量為3t以下的轎車，所以采用小剪式液壓驅(qū)動(dòng)舉升機(jī)就完全可以。為了適合大小維修廠，對(duì)地基沒(méi)有過(guò)多要求，地面安裝即可。整體結(jié)構(gòu)形式如圖2.1所示圖2.1剪刀式舉升機(jī)整體結(jié)構(gòu)形式剪刀式液壓平板舉升機(jī)由機(jī)架、液壓系統(tǒng)、電氣三部分組成。設(shè)置限位裝置、升程自鎖保護(hù)裝置等以保證舉升機(jī)安全使用，保障維修工人的生命安全。剪刀式舉升機(jī)有兩組完全相同的舉升機(jī)構(gòu)，分別放于左右兩側(cè)車輪之間，因兩側(cè)結(jié)構(gòu)完全相同，可以左右互換。舉升機(jī)由電氣系統(tǒng)控制，由液壓系統(tǒng)輸出液壓油作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)活塞桿伸縮，帶動(dòng)兩側(cè)舉升臂同時(shí)上升、下降、鎖止。舉升機(jī)一側(cè)上下端為固定錢支座，舉升臂由銷連接固定在錢支座上［2］。另一側(cè)上下端為滑輪滑動(dòng)，舉升臂通過(guò)軸與滑輪連接O舉升機(jī)在工作過(guò)程中，以固定錢支座一側(cè)為支點(diǎn)，滑輪向內(nèi)或向外滑動(dòng)，使舉升機(jī)上升下降，當(dāng)達(dá)到適當(dāng)?shù)呐e升位置時(shí)，利用液壓缸上的機(jī)械鎖鎖止。剪刀式舉升機(jī)使用方便，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地面積小，適用于大多數(shù)轎車、汽車的檢測(cè)、維修及保養(yǎng)，安全可靠⑶02.1.2舉升機(jī)各零部件之間的連接矢系舉升機(jī)的工作是靠液壓缸活塞桿的運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)舉升下降的。 液壓缸固定在下外側(cè)舉升臂上通過(guò)軸連接，活塞桿作用在上端軸上，軸直接連接兩舉升臂。如圖 2.1所示，活塞桿向外伸出時(shí)，帶動(dòng)舉升臂向上運(yùn)動(dòng)。各舉升臂必須相互聯(lián)系，采用螺栓連接，圖中左側(cè)用軸連接，因各較接處均有摩擦，所以采用潤(rùn)滑脂潤(rùn)滑。舉升臂向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)軸帶動(dòng)滑輪滑動(dòng)，舉升臂、軸與滑輪之間需使用鍵進(jìn)行周向固定，力才能相互傳遞，滑輪軸上還放有套筒，并采用鎖止螺釘進(jìn)行軸向固定，軸兩端用彈性擋圈固定，防止臂和滑輪外移；連接螺栓處用止動(dòng)墊圈固定鎖止；固定較支座處用銷鏈接，銷通過(guò)鎖止螺釘鎖止；底座通過(guò)地腳螺栓固定于地面上；這樣舉升機(jī)才能正常工作。2.2確定剪刀式舉升機(jī)的各結(jié)構(gòu)尺寸2.2.1建立轎車模型為使舉升機(jī)使用范圍廣，本設(shè)計(jì)首先建立了一個(gè)轎車模型 ⑴0根據(jù)表2.1所列車身參數(shù)信息。 表21參數(shù)信息車身信車型長(zhǎng)豐帕杰羅3.0GLS手動(dòng)上海大眾勁取車身長(zhǎng)/寬/高（mm）4830/1895/18854200/1650/1465刖輪距15751460后輪距15601460軸距27752460刖輪規(guī)格215/60R16195/55R15后輪規(guī)格215/60R16195/55R15根據(jù)豐田和大眾轎車的車身信息確定一個(gè)使用較廣的車模：它的車身參數(shù)是：車身長(zhǎng)4.7m，寬1.75m,高1?5m,軸距2.1m，前后輪距平均為1?5m，車自重1?5t，該轎車模型集豐田轎車外型，奧迪外型，大眾車系于一體，具有較廣的代表性。2.2.2剪刀式舉升機(jī)主要結(jié)構(gòu)尺寸確定1、剪刀式舉升機(jī)已知的主要技術(shù)參數(shù)如表 2.2所示表2.2主要技術(shù)參數(shù)技術(shù)數(shù)據(jù)數(shù)值單位舉升車暈3T舉升高度350-2000Mm提升時(shí)間60S要求舉升機(jī)的提升速度是經(jīng)1min時(shí)間內(nèi)舉升機(jī)能升高到2m,實(shí)際升高1.65m，并且舉升機(jī)在各高度工 作 時(shí) ，都 能 自 鎖。設(shè)計(jì)過(guò)程中參考了廣力牌GL3.0/A小剪式舉升機(jī)，上海繁寶剪式舉升機(jī)，JumboLiftNT剪式舉升平臺(tái)。2、舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)各部分尺寸1）支撐平臺(tái)尺寸因剪刀式舉升機(jī)放于兩輪胎之間的下部，所以舉升機(jī)在使用過(guò)程中要保證舉升機(jī)不能與輪胎發(fā)生干涉⑵。根據(jù)轎車軸距為2.6m，轎車輪胎直徑一般不超過(guò)700mm，為避免干涉，舉升機(jī)平臺(tái)兩端與輪胎邊緣要有一定距離，取平臺(tái)邊距輪胎邊緣之間距離為150mm，則平臺(tái)外型長(zhǎng)La=2600-3502-1502=1600mm。平臺(tái)寬一般為500mm?600mm左右，我們?nèi)∑脚_(tái)寬為Bp=550mm。舉升時(shí)，重量作用在整個(gè)平臺(tái)上，力并不集中，所以平臺(tái)不宜過(guò)厚，增加舉升機(jī)重量，取外型高為70mm，實(shí)厚為15mm，只在四周加工凸臺(tái)邊緣，平臺(tái)尺寸如圖2.2所示?！?11.*******■???????????????*??****?*?■■■■■???????■??????????■?■??■??■???■■■1■?1500圖2.2平臺(tái)尺寸2）舉升臂尺寸因平臺(tái)長(zhǎng)La=1600mm,固定較支座和滑動(dòng)滾輪分別放于平臺(tái)下， 降低到最低點(diǎn)時(shí)舉升臂不能超出平臺(tái)邊緣，與汽車相干涉，所以固定錢支座和滑動(dòng)滾輪要與平臺(tái)有一定的距離，取支座距平臺(tái)邊緣的距離為 150mm。則固定錢支座與滑動(dòng)滾輪之間距離Lb=1600-1502=1300mm。舉升機(jī)壓縮到最低位置時(shí)，舉升機(jī)高為 350mm,（底座到平臺(tái)面的距離）。如圖2.3所示底座厚為15mm，滾輪直徑D=50mm，滾輪處軸徑Dz=24mm，為了避免滾輪直接磨損底座，設(shè)計(jì)時(shí)，加工滾輪滑道，滑道厚為10mm，滑道寬35mm，滑道長(zhǎng)為750mm。上下兩滾輪之間的距離為 Hd=350?152-352=250mm根據(jù)勾股定理求舉升臂長(zhǎng)L,L二（Lb2（號(hào)°）2求得L=1306mm,舉升臂寬110mm，厚為20mm。圖2.3舉升機(jī)壓縮到最低點(diǎn)時(shí)的狀態(tài)3、舉升機(jī)升高到2m時(shí)尺寸變化舉升機(jī)向上舉升時(shí)，滑輪向內(nèi)側(cè)滾動(dòng)，液壓系統(tǒng)向上伸縮，固定錢支座和滑動(dòng)錢支座之間距離縮短，平臺(tái)與底座之間距離越來(lái)越大。舉升機(jī)升高到 2m時(shí)，舉升機(jī)上下兩滑輪之間的距離為Hg=2000?15怙35*2=1900mm因舉升臂長(zhǎng)L=1306mm,固定錢接處與滑輪之間的距離為L(zhǎng)b,由勾股定理得Lb二」L?（|羅o）2,則Lb=896.15mm,;t動(dòng)輪滑動(dòng)距離Lx=1300-896.15=403.75mm舉升機(jī)升高到2m時(shí)，結(jié)構(gòu)狀態(tài)如圖2.4所示圖2.4升高到2m時(shí)舉升機(jī)主視圖和左視圖因我們的舉升臂寬為110mm，所以連接處螺栓軸徑適當(dāng)取Ds=30mm,滑動(dòng)滾輪處軸徑取Dz=24mm,滑輪總寬為30mm，與滑道實(shí)際接觸尺寸為25mm，另外5mm為階梯凸臺(tái)，直接與舉升臂接觸，減小摩擦。2.3舉升機(jī)在地面上安裝尺寸考慮到維修廠的地面情況，剪刀式舉升機(jī)平放于地面就可以，采用地腳螺栓固定，6060舉升機(jī)兩端各焊接一二角臺(tái)，便于汽車上升根據(jù)轎車寬為1?75m,刖后輪距平均為1?5m,左右兩輪臺(tái)內(nèi)側(cè)邊緣之間的距離為800mm,舉升機(jī)之間要有一定的距離供維修工人走動(dòng)，為了滿足以上尺寸要求，舉升機(jī)平臺(tái)之間的距離取900mm,平臺(tái)長(zhǎng)1600mm，舉升機(jī)左右結(jié)構(gòu)完全相同，設(shè)備控制箱可以左右互換。如果舉升機(jī)平臺(tái)直接與汽車底盤(pán)接觸，對(duì)汽車底盤(pán)磨損嚴(yán)重，所以平臺(tái)上端放硬質(zhì)橡膠，硬質(zhì)橡膠塊距邊緣為20mm,則硬質(zhì)橡膠長(zhǎng)Lj=510mm，寬Bj=150mm。舉升機(jī)在地面安裝情況如圖2.5所示。930圖2.5舉升機(jī)占地情況及安裝示意圖2.4電機(jī)的選用剪刀式舉升機(jī)舉升重量3t，舉升機(jī)自身及其附件的重量再加上一部分的余量為 0.7t，所以取W=3.7to(2.1)舉升平臺(tái)上方放有汽車時(shí)，設(shè)計(jì)上升速度為 Vw=s(2.1)tS=2000-350=1650(mm)165由公式(2.1)得 Vw=1162=0.0275m/s=1,65m/min60FwVw載車板上升功率： Pw=(2.2)Fw=m(2.3)其中m=3.7kg,g=10N/kg由公式(3.3)Vw取1.65m/min由公式Vw取1.65m/min由公式(2.2)得Pw=3zXxg5=102(KW)602.5剪刀式舉升機(jī)各部件重量查《工程材料手冊(cè)》所知，舉升、起重機(jī)械的板形材料多用 0275鋼。Q275鋼的材料性能如下： 表2.3Q275鋼材料性能彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)度密度200-220/GPa0.3490—610/MPa7.85g/cm3質(zhì)量基本計(jì)算公式【9]:1WFL(2.4)1000式中：w(kg)……表示鋼的理論質(zhì)量F(mm2)…型鋼截面積L(m) 鋼材的長(zhǎng)度p(g/cm3)-一所用材料鋼的密度1、 平臺(tái)的質(zhì)量Wp7.85(1.61555025580.552250.5421.54530220.81035)"1000116.37kg因平臺(tái)加工有較薄的邊緣，所以計(jì)算時(shí)數(shù)據(jù)較多，后續(xù)計(jì)算中我們?nèi)∑脚_(tái)質(zhì)量為Wp=120kg2、 舉升臂的質(zhì)量1,,Wb7.85(1.30611020) 22.55kg1000在實(shí)際運(yùn)用中，連接處都加工有加強(qiáng)肋，連接處還攜帶一些附件所以取舉升臂質(zhì)量為23kg。左側(cè)和右側(cè)舉升機(jī)完全相同，每側(cè)共有八個(gè)舉升臂，則舉升臂重量和為Wbz238 184kg3、底座重量在實(shí)圖中舉升機(jī)底座并非實(shí)體，但為了計(jì)算方便，我們按實(shí)體計(jì)算，則1Wd7.85(1.615550) 103.62kg，我們?nèi)〉鬃亓繛閃d=104kg°舉升機(jī)總重1000Wz2Wp2Wb2Wd800kg。整理前面計(jì)算的數(shù)據(jù)如表2.4表2.4剪刀式舉升機(jī)主要技術(shù)參數(shù)舉升車量3000kg舉升高度350—2000mm實(shí)際上升高度1650mm總寬2000mm總長(zhǎng)2060mm平臺(tái)長(zhǎng)/寬1600/550mm舉升臂長(zhǎng)1306mm平臺(tái)間寬900mm上升時(shí)間50s下降時(shí)間40s電機(jī)功率1.2KW電源220V/380V/50HZ額定油壓18MPa整機(jī)重暈800kg滑輪移動(dòng)距罔896.15mm2.6本章小結(jié)本章主要將剪刀式舉升機(jī)的外型尺寸，各部分結(jié)構(gòu)尺寸，各結(jié)構(gòu)的安裝位置確定出來(lái)，為后續(xù)的設(shè)計(jì)工作做好準(zhǔn)備。在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們參考了廣力牌 GL3.0/A小剪式舉升機(jī)，上海繁寶剪式舉升機(jī)， JumboLiftNT剪式舉升平臺(tái)的設(shè)計(jì)，并根據(jù)現(xiàn)今社會(huì)上使用普遍的轎車種類的車身結(jié)構(gòu)尺寸，確定了我所設(shè)計(jì)的剪刀式舉升機(jī)的組成結(jié)構(gòu)，包括控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，還有所需的零部件。本章還敘述了剪刀式舉升機(jī)是如何運(yùn)動(dòng)的，實(shí)現(xiàn)舉升，將車舉到我們希望的高度。第3章剪刀式舉升機(jī)機(jī)構(gòu)建模3.1剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型剪刀式舉升機(jī)構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、承載量大、通過(guò)性強(qiáng)和操控性好的特點(diǎn)，因此在現(xiàn)代物流、航空裝卸、大型設(shè)備的制造與維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用。剪刀式舉升機(jī)構(gòu)作為舉升平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)的尖鍵組成部分，其力學(xué)特性對(duì)平臺(tái)性能產(chǎn)生直接影響o對(duì)于剪刀式舉升機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō)，影響其力學(xué)性能的尖鍵因素是舉升油缸的安裝位置。 計(jì)算、分析剪刀式起升機(jī)構(gòu)的傳統(tǒng)方法通常為手工試算或整體有限元分析方法。但手工試算法精度不高 ，效率低;整體有限元分析法較適用于后期的驗(yàn)算分析，但在設(shè)計(jì)分析初期，存在建模困難和較難快速調(diào)整模型參數(shù)的問(wèn)題。在建立力學(xué)模型時(shí)，我們利用 MATLAB軟件所具有的強(qiáng)大矩陣計(jì)算功能，對(duì)影響剪刀式起升機(jī)構(gòu)力學(xué)特性的矢鍵參數(shù)展開(kāi)研究 ,從而得到剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型⑹。3.1.1舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型建立與分析舉升機(jī)之所以斜置，是因?yàn)榕e升機(jī)右側(cè)為固定錢支座，左側(cè)為滑動(dòng)錢支座，平臺(tái)上放有荷載，舉升機(jī)上升過(guò)程中，荷載重心相對(duì)前移，在高空中容易前翻，對(duì)工作人員十分危險(xiǎn)，斜置安裝可以抵制荷載前翻的情況。安裝情況如圖3.1，圖中F4與F6作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的固定較支座位置，F(xiàn)3與F5作用點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)平臺(tái)和底座的滑動(dòng)錢支座位置。為分析方便，我們將平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和簡(jiǎn)化為 W1，剪刀式舉升機(jī)構(gòu)自重載荷為W3,油缸自重載荷為Wcy根據(jù)分析，假設(shè)舉升臂機(jī)構(gòu)自重載荷為W3和油缸自重載荷為Wcy忽略不計(jì)。如圖所示，根據(jù)上一章所定舉升臂兩端銷孔中心連線長(zhǎng)度為L(zhǎng),L=1306mm其與水平線夾角為"淀義d為液壓缸下安裝點(diǎn)與舉升臂中心銷孔距離（平行于舉升臂），f為上安裝點(diǎn)與舉升臂端銷孔的距離，定義上下兩錢接點(diǎn)高度為Hg,定義滑動(dòng)較支座與固定較支座之間的距離為 Lb,根據(jù)幾何矢系，液壓缸軸線與水平線夾角B與"有以下函數(shù)尖系：LdtanLtancfLf （3.1）2由式（3.1）可知，液壓缸軸線與水平線夾角B是d、f、的函數(shù)，而當(dāng)d、f這2個(gè)參數(shù)確定時(shí)，在舉升機(jī)構(gòu)升降過(guò)程中B隨a變化。平臺(tái)和剪刀式舉升機(jī)構(gòu)建立其力學(xué)模型如圖 3.2所示。為平臺(tái)簡(jiǎn)化模型⑹。圖3.2平臺(tái)簡(jiǎn)化模型假定W1作用于平臺(tái)中心位置，則當(dāng)平臺(tái)起升，剪刀機(jī)構(gòu)變幅帶動(dòng)滑輪內(nèi)移時(shí)，則W1、F3>F4和"有如下矢系「佰（B近似等于L/2）F3F4W1(3.2)F3LeosF40W1B(3.3)圖3.2和圖3.3為剪刀舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型圖。剪叉舉升機(jī)構(gòu)外載狀況如圖3.3所示。

為計(jì)算剪刀式舉升機(jī)構(gòu)內(nèi)每個(gè)支架錢接點(diǎn)的內(nèi)力和油缸推力,以研究該機(jī)構(gòu)各內(nèi)力、油缸

推力與"角之間的矢系，并找出其最惡劣工況，我們將該機(jī)構(gòu)拆分為4個(gè)獨(dú)立的隔離體，分

0100000000F010100000K1000-LcLs0000cosK2Pcos01000100sinK3010000100(1一)sin(+)K4F0000LcLs00FcosK5F000010-100K6000001010K700000LcLs000K8Fcos00100010sinPF00010001cos000LcLs00002s.. 、?Fcos—sin(+)在上面的矩陣中，設(shè)Lc=cosa,Ls=sina。由于油缸的自重忽略不計(jì)，故設(shè)F=F3=F4=F5=F3=W1/4。以上矩陣給出了外載、剪刀式舉升機(jī)構(gòu)幾何參數(shù)與油缸推力及各剪刀舉升臂受力的相互矢系，為剪刀式舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算及尖鍵參數(shù)的研究提供理論依據(jù)。通過(guò)編寫(xiě)的MATLAE程序矩陣解以上多元方程得以下結(jié)果：別對(duì)應(yīng)該機(jī)構(gòu)從上到下的各段剪叉桿⑸，如圖3.4所示。圖3.4各剪桿受力分析圖該圖使用的符號(hào)說(shuō)明如下：Kx為剪叉機(jī)構(gòu)各錢接點(diǎn)內(nèi)力=1,2,3??8淇中奇數(shù)為該錢接點(diǎn)丫方向受力，偶數(shù)為對(duì)應(yīng)錢接點(diǎn)X方向受力；Fx為作用在剪刀式舉升臂機(jī)構(gòu)上的外力,x=3,4,5,6;P為液壓缸的推力o據(jù)此,在不考慮摩擦力的情況下，建立力學(xué)平衡方程如下面矩陣所示⑸:(3.4)4Lcos(3.4)2sin()fsin()Lsin()L

3.1.2舉升機(jī)構(gòu)矢鍵參數(shù)研究與確定分析前述剪刀式舉升機(jī)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)Pmax和油缸軸線與支架梁之間的夾角（9■“）有較大尖系。給定載荷下，起升油缸夾角越小，則所需推力越大。由式（3.4）可知,起升油缸的最小夾角由d,f這2個(gè)尖鍵的幾何參數(shù)決定⑸。因此，上述4個(gè)矢鍵參數(shù)可在一定范圍內(nèi)調(diào)整而不產(chǎn)生干涉。根據(jù)剪刀式舉升機(jī)構(gòu)力學(xué)模型式及編制的 MATLAB運(yùn)算程序，在d,f這2個(gè)矢鍵幾何參數(shù)允許調(diào)整的范圍內(nèi)進(jìn)行計(jì)算，研究它們與起升油缸推力Pmax的矢系。經(jīng)對(duì)d,f這2個(gè)尖鍵參數(shù)的研究，結(jié)合防止機(jī)構(gòu)幾何干涉，并且不發(fā)生死角現(xiàn)象及制造工藝方面的考慮，確定其值:d=170mm,f=500mm。3.1.3計(jì)算液壓缸的推力1、舉升機(jī)升高到2m時(shí)液壓缸的推力Hg舉升機(jī)升高到2m時(shí)，tana=2=950 46.67丘由式（3.1）得72.78。Lb896舉升機(jī)的重心不變F3和F4之間的距離為896mm，由式（3.2）和（3.3）求得F3=11.7509KN,則F4=4.45KN將=11.7509KN,則F4=4.45KN將f=500mm、d=250mm、46.675。、72.78。、F=F3=11.7509KN代入式（34）中，我們得到P=136.643KN。2、舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)液壓缸的推力根據(jù)圖（3.3）所示的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸,根據(jù)圖（3.3）所示的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸,可求出a角度,tana=竺1300a5.49。再丄d根據(jù)式（丄d根據(jù)式（3.1），tan-—2tand2f將a=5.49° 9=16.22°、L=1306mm解得tan諏區(qū)XT?tan5.4922。f=500mm、d=250mm代入到式（3.4）中，解液壓缸的最大推力為P=324.08KN由前面分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，此時(shí)液壓缸的推力是整個(gè)舉升過(guò)程中所需推力最大值，選擇液壓系統(tǒng)時(shí)根據(jù)推力最大值確定。3.2舉升機(jī)的力學(xué)分析與計(jì)算剪刀式舉升機(jī)是一種可以廣泛用于維修廠的舉升機(jī)，具有結(jié)構(gòu)緊湊、外形美觀、操作簡(jiǎn)便等特點(diǎn)，只需用此種安全可靠的舉升設(shè)備將汽車舉升到一定的高度，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)汽車的發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、變速器等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)和維修功能。隨著我國(guó)私家車保有量越來(lái)越大，此種型式的舉升機(jī)需求量也會(huì)日益增大。本機(jī)主要性能參數(shù)為：額定舉升載荷 3t；在載重3t情況下，由最低位置舉升到最高位置需60s；當(dāng)按下下降按鈕使三位四通閥右位接通，車輛

由最高位置降到最低位置需40s；電動(dòng)機(jī)功率1,02kW;舉升機(jī)在最低位置時(shí)的舉升高度為350mm，最大舉升高度為2000mm,工作行程為1650mm。剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)型式有多種，本設(shè)計(jì)中的舉升機(jī)結(jié)構(gòu)系指液壓驅(qū)動(dòng)的小剪式舉升機(jī)構(gòu)。舉升機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)系統(tǒng)為液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)和控制，由舉升臂內(nèi)安裝的液壓油缸實(shí)現(xiàn)上下運(yùn)動(dòng)，推動(dòng)連接兩側(cè)舉升臂的軸，使安裝在上下位置的滑輪沿滑道滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)舉升機(jī)的上下移動(dòng)。設(shè)備的主要部分有：控制機(jī)構(gòu)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、平衡機(jī)構(gòu)和安全鎖機(jī)構(gòu)。分析剪式舉升機(jī)不同舉升高度的受力情況可知，在給定載荷下，舉升機(jī)舉升到不同高度時(shí)，所需油缸推力不同，各舉升臂與軸所受的力也不同。為分析方便，在計(jì)算過(guò)程中，我們只分析舉手機(jī)最低點(diǎn)和舉升到最高位置的受力情況即可。3.2.1舉升機(jī)最^狀態(tài)時(shí)，各臂受力情況1、 與平臺(tái)接觸處的兩錢接點(diǎn)的力學(xué)分析與計(jì)算由前一節(jié)分析可知，舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)，舉升機(jī)重量均勻的分布在平臺(tái)上，平臺(tái)鋼結(jié)構(gòu)和平臺(tái)有效載荷之和Wz1所產(chǎn)生的重力直接作用在滑動(dòng)錢支座和固定錢支座上。在最低點(diǎn)時(shí)，舉升臂并不水平放置。存在一很小的角度a。 tana二丄25a5.49。1300因a很小，所以計(jì)算過(guò)程中我們可以將 WZ1近似看成作用在平臺(tái)中心位置，WZ1為舉升重量與平臺(tái)重量之和，即Wz1（3tWp）g（3 0.122）10N/kg32.4kNg?。?0N/kg）因舉升重量和平臺(tái)質(zhì)量之和由兩側(cè)舉升機(jī)共同承受，所以代入式（ 3.2）和（3.3）中的W1只是Wz1的一半，W仁16.2kN解得F3F48.1kN2、 計(jì)算各舉升臂的受力14f14f圖3.5舉升臂受力圖圖3.5為桿1的受力情況，F(xiàn)3作用處為滑動(dòng)錢支座，根據(jù)受力分析圖列力和力矩平衡方程。方程如下:

k18.1k5k284.2410.4k5k18.1k5k284.2410.4k5k5k5k684.24 10.4k5k1k5F3 解得F3650k5650k662.5，］'F31300k262.5k1I650分析計(jì)算結(jié)果，我們可以看到，k1,k2,k6三個(gè)未知量都與k5有尖，只要確定出k5,其他就都能解出。觀察圖3-1力學(xué)方案示意圖，我們能夠很快分析出，舉升重量全部作用在平臺(tái)上，在舉升機(jī)起升瞬間，a5.49。，則k5較接孔處豎直方向分力很小，幾乎為零，對(duì)桿件只起連接作用，我們將k5取0N。則我們將k18.1kNk284.24kNk684.24kN。K2K4K3圖3.6舉升臂2受力情況圖3.6為舉升臂2的受力圖，液壓缸的推力直接作用在連接兩側(cè)舉升臂之間的軸上，間接作用在舉升臂2上。k3,k4,F4x為未知量，P=324.08KN列力和力矩平衡方程F4k1Psink3k4F4xk2PcosPcosfsinPsinfcosk262.5k1650F4x125F41300k374.21kN解得k413.397kNF4x381.96kN通過(guò)計(jì)算結(jié)果，我們可以看出液壓缸在瞬間舉升時(shí)，水平方向的分力和固定錢支座處的水平方向分力都很大。所以舉升機(jī)的剛度強(qiáng)度一定要滿足要求，否則維修工人在作業(yè)時(shí)將很危險(xiǎn)。3+TKfB3+TKfB圖3.7舉升臂3受力圖舉升臂3在實(shí)際工作過(guò)程中，對(duì)整個(gè)舉升機(jī)受力情況沒(méi)有太多影響，主要起連接件的作用。F5和F6支撐上面所有的重量Wz也心8“00.92 18.5kN式中的20.92KN為液壓缸重量產(chǎn)生的重力(初步確定)。圖中k7和k8為未知量。列方程如下：F5F6WzF5F69.25KNF5FA解得k79.25KNk5k7F5k884.24KNk6k80圖3.8舉升臂4的受力圖舉升臂4的力F6作用處是固定較支座，所以有兩個(gè)方向作用力。液壓缸的固定端作用在連接舉升臂的軸上o舉升臂承受液壓缸的重力，并不承受液壓缸的推力。液壓缸的推力有輸入的液壓油來(lái)平衡。在這個(gè)受力圖中，只有F6x是未知的。k413.397KNk884.24KN 解得 F6x70.843KNk4k8F6x03.2.2舉升機(jī)舉升到最高位置時(shí)，各臂受力情況舉升機(jī)升高到2m時(shí)，舉升機(jī)向內(nèi)滑動(dòng) 403.75mm，兩腳支座之間的距離為46.675液896.15mm。上下兩滑輪之間的距離為1900mm46.675液壓缸與水平方向夾角為72.78°，液壓缸推力P=136.643KN。壓缸與水平方向夾角為分析和計(jì)算方法同上。先求舉升臂1的受力情況如圖3.5,由式(3.2)和(3.3)解

得F311.75KN，F(xiàn)44.45KN因舉升到2m時(shí)，舉升臂與水平方向夾角為46.675。，所以豎直方向力和水平方向力k2k60k123.051.06k6k5k1F3解得k2k6F3448k5448k6475k6k6F3896k2475k1448k51.06k611.75k116.69KN應(yīng)近似相等。取k66KN。則k26KNk55.39KN舉升臂2的受力情況如圖3.6所示，F(xiàn)4k1Psink3k4F4xk2Pcosk2475k1448F4x950F4896PcosfsinPsin cosk2475k1448F4x950F4896k3109.35KN解得k433.89KNF4x12.56KN舉升臂3的受力情況如圖3.7F5F6WzF5F6解得K73.25KNK85.39KNk5k7F5k6k80舉升臂的受力情況如圖3.8，k433.89KNk85.Q9KN解得F6x28.5KNk4k8F6x03.2.3剪刀式舉升機(jī)構(gòu)主要受力桿件強(qiáng)度校核計(jì)算1、位于上端的滑輪軸的強(qiáng)度校核滑輪軸通過(guò)滑輪與平臺(tái)接觸，作用在滑動(dòng)端的力F3均勻作用在兩個(gè)滑動(dòng)輪上?；瑒?dòng)的兩輪之間距離為405mm。滑動(dòng)輪外側(cè)與舉升臂接觸。舉升機(jī)最低點(diǎn)時(shí)，對(duì)于滑輪軸而言，與舉升臂接觸處，相當(dāng)于固定支點(diǎn)，即被約束。圖 3.9是滑輪軸的受力圖、剪力圖、彎矩圖。由圖可知，滑輪軸只受豎直方向力，沒(méi)有水平方向的力，所以滑輪軸不發(fā)生扭轉(zhuǎn)變形。我們從剪力圖和彎矩圖中還可分析出，在長(zhǎng)度為405mm的線段內(nèi)橫街面上的剪力FQ=0,而彎矩M為一常數(shù)，這種只有彎矩的的情況，稱為純彎曲。所以長(zhǎng)度為405mm的線段內(nèi)只發(fā)生彎曲變形，而沒(méi)有發(fā)生剪切變形。是彎曲理論中最簡(jiǎn)單的一種情況。由上面的計(jì)算可以知道，上滑輪軸在舉升機(jī)升高到2m況。由上面的計(jì)算可以知道，上滑輪軸在舉升機(jī)升高到2m時(shí)，受力最大,F311.75KN，所以我們只校核舉升機(jī)升到2m時(shí)的滑輪軸強(qiáng)度即能說(shuō)明軸的強(qiáng)度是否合格F3/FFQjy卜：r?忙 /rnTm[||[]|[|111411[||[||[||[|111[|]|11[||[||[1\圖3.9滑輪軸的剪力圖與彎矩圖對(duì)滑輪軸進(jìn)行強(qiáng)度校核，軸的材料為45鋼，抗拉強(qiáng)度b600MPas355MPa彈性模量E為196:216GPa，一般取E21OGPa。軸的直徑d=24mm。查《機(jī)械設(shè)(1)軸的彎矩圖如圖3.9所示。F3由圖可知、最大正彎矩M=27.55.875kN27.5mm161.56N?m2(2)軸的強(qiáng)度校核maxMmaxMM訕?56 npMpnd30.1d311b.ooMra0.12432b600MPa式中：M——為橫截面上的彎矩W——軸的抗彎截面系數(shù)經(jīng)校核可以看出，軸的截面強(qiáng)度足夠。2、 位于下端的滑輪軸的強(qiáng)度校核S最下端軸的校核和最上端軸的校核方法一樣，下端滑輪軸最低點(diǎn)和最高點(diǎn)時(shí)受力情況一樣。受力圖、剪力圖、彎矩圖如圖 3.10所示。SIlII'I阿「怖吊Hill用門(mén)IIHIIHIH川川11門(mén)川氐圖3.10下滑輪軸的剪力圖與彎矩卜滑輪軸旳叼料也足43鋼，航拉理度dbuuivirao卜滑半蟄田支旳刀％:9.25KNF52=29.25KNF52=2彎矩圖如圖3.10所示4.625KN，軸的直徑d=24mm。F5由圖可知最大彎矩2由圖可知最大彎矩227.5 127.187N?m(2)下滑輪軸的強(qiáng)度校核MMmax 3WndMMmax 3Wnd3M0.1d30.124392MPab600MPa32校核后可得出軸的強(qiáng)度足夠。3、對(duì)舉升臂1和2進(jìn)行強(qiáng)度校核舉升臂1和2位于舉升機(jī)的上半部分，軸液壓缸的作用點(diǎn)直接作用在連接舉升臂2的上，舉升臂2和1又通過(guò)中間螺栓相連，只所以2和1的受力情況比較惡劣。在校核時(shí)，對(duì)這兩個(gè)舉升臂進(jìn)行校核即可。舉升臂1的強(qiáng)度校核F3y 1*ccsct垂直辛升骨方向旳為kZ+ccsa沿璋升胃方向的力FQLLUX小 F3/Z*CQ5*L/2FN軸力囤圖3.11舉升臂1的剪力圖與彎矩圖因舉升臂為板材，近似梁。所以分析過(guò)程中，我們按梁的強(qiáng)度校核方法來(lái)分析舉升臂。由圖3.11舉升臂1的受力圖可以看到，舉升臂既有水平方向的力，又有豎直方向的力，并且兩個(gè)方向的力在同一平面， 屬拉伸(壓縮)與彎曲組合變形"卩。我們將力進(jìn)行分解，沿舉升臂軸線方向和垂直軸線方向最大正應(yīng)力為寶最大正應(yīng)力為寶12400 5.64MPa22舉升臂1的受力圖、剪力圖、彎矩圖、軸力圖如圖3.11所示。由圖所知，舉升臂

在中間截面組合變形最大E11］。舉升臂的材料為Q275鋼，抗拉強(qiáng)度 b490-61OMPa,彈性模量E=200-220GPa丄為舉升臂長(zhǎng)L=1306mm。舉升臂在最低狀態(tài)時(shí)（ 5.49。），校核過(guò)程如下:）舉升臂的彎矩圖如圖3.11所示舉升臂最大負(fù)彎矩M空cos- 81COS5.46653 2632.52Ngm222）確定舉升臂1中性軸的位置截面形心距底邊為 y—"°—5555mm20110因舉升臂1結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心線 Z即為中，性軸3） 截面對(duì)中性軸的慣鎧3lz20-110 2.218106m4124） 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為2.6321035510彳2.2185）最大軸向正應(yīng)力2.2185）最大軸向正應(yīng)力(k2cosk1sinF3sin)FN2截面積為A110202200mm2，則正應(yīng)力為6）校核舉升臂的強(qiáng)度兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力 max—A結(jié)果表明最大彎矩處截面強(qiáng)度足夠。舉升機(jī)升高到2m時(shí)的強(qiáng)度校核情況:空cos653空

22——2.63210355103最大彎曲應(yīng)力為6 65.26MPa2.218106527MPa■(84.24cos5.49°8.1sin5.49°8.1sin5.49。)彩7kn19.40MPa220019.4065.26 84.67MPab490MPa( 46.675。)cos46.675653 2632.27Ngm軸力為：f(k2cosk1卜n2sinF3sin) (6cos46.675。16.69sin46.675。11.75sin46.675。)124KN

總應(yīng)力為A2200Fnmax—A5.6465.2670.89MPab490MPa強(qiáng)度充分滿足條件舉升臂2的強(qiáng)度校核8^ina? TJa1nanClY垂直舉升臂方向的力inaOLFQ總應(yīng)力為A2200Fnmax—A5.6465.2670.89MPab490MPa強(qiáng)度充分滿足條件舉升臂2的強(qiáng)度校核8^ina? TJa1nanClY垂直舉升臂方向的力inaOLFQFNp5*31n9 1ncip*c-osH專poSa沿舉升臂方向的力彎距圖1nacosa(p4.0QtB?po?C抽.労圍心ffi3.12舉升臂2的彎矩圖和剪力圖、軸力圖在勇刀舉升機(jī)構(gòu)屮，連接舉升骨2的軸，要7氏受液壓缸的推丿J,推丿J間接作用在舉升臂2上。所以舉升臂2的工作條件最為惡劣，要求最高。對(duì)舉升臂 2進(jìn)行強(qiáng)度校核?？紤]到制造工藝性，所以舉升臂2的材料暫都選用Q275鋼。觀察圖3.12舉升臂2的受力情況，可以看出舉升臂2也受水平和豎直方向，我們同樣將水平方向的力與豎直方向的力進(jìn)行分解。舉升臂在最低點(diǎn)時(shí)的校核情況如下從圖中可以看出中間較接點(diǎn)的變形最為嚴(yán)重值1)最大彎矩由彎矩圖可看出舉升臂2存在最大負(fù)彎矩和最大負(fù)彎矩情況k4Msk4Ms(sin2222cos)500( sin5.49° cos5.49°)50018.787KNgm2）確定舉升臂2中性軸的位置截面形心距底邊為 y20110_5555mm20110因舉升臂2結(jié)構(gòu)可近似一方鋼，所以通過(guò)截面中心的中心線Z即為中性軸3） 截面對(duì)中性軸的慣鎧3I201103 64lz 2.218106m4124） 舉升臂的最大彎曲應(yīng)力為18.78710318.78710355103465.86MPa2.2181065）軸向正應(yīng)力5）軸向正應(yīng)力Pcoscos礙Sin(k/1論k3sin)仃9.51KN179510A220081.59MPab490MPa:610MPaMS譚Sink32COS)500(33丁sin46675o10935179510A220081.59MPab490MPa:610MPaMS譚Sink32COS)500(33丁sin46675o10935cos46.675°)50024.920KNgm最大彎曲應(yīng)力24.92010355IO?2.218106617.94MPa軸向最大應(yīng)力PcosgosPsinsin(k4cosk3sin)241.20KN截面積為A110202200mm2，則正應(yīng)力為6）校核舉升臂的強(qiáng)度兩種變形產(chǎn)生的總應(yīng)力FNmax81.59465.86 547.45MPa最大截面處的強(qiáng)度雖符合Q275鋼的強(qiáng)度要求，但從值可以看出，實(shí)際應(yīng)用時(shí)很可能發(fā)生危險(xiǎn)。舉升臂升到2米時(shí)的校核情況最大負(fù)彎矩為則正應(yīng)力為多;0 18-73MPaFnmax617.9418.73636.67MPab61OMPa強(qiáng)度已經(jīng)不滿足條件。通過(guò)以上計(jì)算，我們可以看出，液壓缸的推力通過(guò)軸直接作用到舉升臂上，會(huì)導(dǎo)致比的強(qiáng)度不足。我們?cè)谂e升臂2的中間焊接一方鋼作為加強(qiáng)肋，肋上加工有支座，液壓

缸通過(guò)軸放置在支座上，如圖3.13所示?；钊麠U的推力直接由軸承受，并且軸變形不會(huì)直接影響舉升臂。下面對(duì)主受推力的軸進(jìn)行校核?卜181口門(mén)?卜181口門(mén)I11廿4 011 1????圖3.13方鋼加強(qiáng)肋與支座主推力軸校核FQd?剪FQd?剪IMI力圖11P-彎矩圖圖3.14活塞桿推力軸彎矩圖和剪力圖因此軸只承受液壓缸推力，推力垂直于軸線方向，為示圖方便，我們將力豎直作用到軸上，兩端固定處為支座處o因軸只受推力作用，屬于純彎曲情況，所以軸只發(fā)生彎曲變形。受力如圖3.14所示：軸的材料為40Cr，抗拉強(qiáng)度blOOOMPas981MPa，軸徑為60mm。舉升機(jī)在最點(diǎn)時(shí)，推力最大只校核此刻強(qiáng)度即可。(1)軸的彎矩圖如圖3.13所示。P32408由圖可知‘最大正彎矩 M=—81一kN91mm14745.64N?m22軸的強(qiáng)度校核根據(jù)第三強(qiáng)度理論 根據(jù)第三強(qiáng)度理論 11.814.257.56MPa[]98MPamaxMncP32M0.1dmaxMncP32M0.1d314745.640.1603682.668MPablOOOMPa經(jīng)校核軸的強(qiáng)度足夠，加工加強(qiáng)肋合理。3.2.4連接螺栓的校核螺栓在舉升機(jī)中起連接作用，主要承受剪切變形。校核時(shí)只考慮剪切變形就可以。以下是對(duì)圖2.4中的1、3、4處的螺栓進(jìn)行強(qiáng)度校核。螺栓材料為 Q235-A鋼，許用剪切應(yīng)力[]=98MPa。1、1處螺栓受的剪切力如圖3.15所示kl/2kl/2水平方向承受的應(yīng)力為FQn21水平方向承受的應(yīng)力為FQn21A?Q.2rl4k1豎直方向承受的應(yīng)力為Q22AQ-d24(1)舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算k?根據(jù)第三強(qiáng)度理論1￡ 53.89MPa[]98MPa圖3.151處螺栓所受剪切力圖8424 3103丄 59.62MPa3024811032 5.73MPa—3024滿足強(qiáng)度要求。(2)舉升到2m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算輕103k2水平方向承受的應(yīng)力為2/11.81MPaAQ—d243024豎直方向承受的應(yīng)力為k12§1032AQ-d24匚302

經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求[]98MPa2、3處螺栓受的剪切力如圖3.16所示[]98MPafqk6T8424水平方向承受的應(yīng)力為?d24/AQ—3024Fq-d2豎直方向承受的應(yīng)力為AQ4OMPa(1)舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算根據(jù)第三強(qiáng)度理論259A2MPa310359.62MPa圖3.163處螺栓所受剪切力圖經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求(2)舉升到2m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算k66103水平方向承受的應(yīng)力為fq2之 4.25MPa1A?.2302Qd44fQk5豎直方向承受的應(yīng)力為23.81MP2AQ-d24根據(jù)第二強(qiáng)度理論20.44MPa[]98MPa經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求3、5處螺栓受的剪切力如圖3.17所示k7/2圖3.175處螺栓所受的剪切力圖(1)舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算k88424 3103水平方向承受的應(yīng)力為“ Q2—2 59.62MPa1%930244k7豎直方向承受的應(yīng)力為c Q26.55MPa99Cd4根據(jù)第三強(qiáng)度理論彳953A7MPa1乙[]98MPa經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求(2)舉升到2m時(shí)螺栓剪切力強(qiáng)度計(jì)算Fqk85.39[Q3水平方向承受的應(yīng)力為“ Q223.81MPa1Aq-d2—30244Fqk73?25103豎直方向承受的應(yīng)力為o Q222.3MPa2aQ-d2-30244根據(jù)第三強(qiáng)度理論1 21.51MPa[]98MPa經(jīng)計(jì)算滿足強(qiáng)度要求。校核后的結(jié)果表明螺栓材料為 0235鋼是符合要求的3.3結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施由前面的力學(xué)模型中，我們能夠看到，舉升臂較接孔處都受水平和豎直方向的力，這些力將對(duì)舉升臂的強(qiáng)度造成嚴(yán)重影響。因舉升臂無(wú)論是在最彳氐位置還是在最高位置，都與水平方向成一定角度。分析時(shí)，我們沿舉升臂軸線方向和垂直舉升臂軸線方向進(jìn)行力的分解，垂直舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生彎矩變形(正應(yīng)力)沿舉升臂軸線方向的力使舉升臂產(chǎn)生拉伸或壓縮變形(拉或壓)。兩種應(yīng)力變形使舉升臂的彎曲強(qiáng)度受到嚴(yán)重影響。通過(guò)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)措施提高舉升臂的彎曲強(qiáng)度。1、舉升機(jī)上載荷作用的位置進(jìn)行加強(qiáng)經(jīng)前面的計(jì)算可知，舉升臂較接點(diǎn)處彎曲強(qiáng)度較集中，磨損嚴(yán)重，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。町以在載荷作用點(diǎn)處，加一厚度為3mm的青銅襯套，套在錢接軸上，可有效地減小最大彎矩值，提高錢接點(diǎn)的強(qiáng)度，減小摩擦；在錢接孔處加工凸臺(tái)，使舉升臂厚度加厚，增大舉升臂的橫截面積，減小舉升臂壓縮變形或拉伸變形。提高彎曲強(qiáng)度；液壓缸作用處不直接作用到舉升臂上，中間通過(guò)焊接加強(qiáng)肋進(jìn)行補(bǔ)償。液壓缸下端固定處軸上放有套筒，這樣可以減小軸的磨損；放置軸處的舉升臂加工凸臺(tái)，加厚舉升臂尺寸，增大承載面積，并加工加強(qiáng)肋3.4本章小結(jié)通過(guò)分析剪刀式舉升機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，建立剪刀舉升機(jī)機(jī)構(gòu)的力學(xué)模型，并通過(guò)該模型對(duì)決定起升油缸最大推力的矢鍵參數(shù)進(jìn)行研究，得到合理的結(jié)果。本章還通過(guò)對(duì)各舉升臂、主受力軸的受力分析與強(qiáng)度計(jì)算，來(lái)校核設(shè)計(jì)內(nèi)容是否合理。并提出一些加強(qiáng)措施，使結(jié)構(gòu)強(qiáng)度剛度充分滿足條件。以上的計(jì)算與分析對(duì)提高剪刀式舉升機(jī)系列化設(shè)計(jì)的效率和質(zhì)量有明顯的效果。第4章Pro/E三維建模與整機(jī)裝配Pro/ENGINEER軟件簡(jiǎn)介Pro/ENGINEER是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司（PTC1988年首家推出的使用參數(shù)化的特征造型技術(shù)的大型CAD/CAE/CAM集成軟件［⑵。近年來(lái)在我國(guó)大型工廠、科研單位和部分大學(xué)得到了較為普遍的應(yīng)用，深受廣大從事三維產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研究人員的喜愛(ài)。是一個(gè)全方位的三維產(chǎn)品開(kāi)發(fā)軟件，集成了零件、產(chǎn)品裝配、模具設(shè)計(jì)、數(shù)控加工。飯金設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、造型設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)仿真、應(yīng)力分析、電路布線、裝配管路設(shè)計(jì)等功能模塊和專有模塊于一體，可以實(shí)現(xiàn) DFM?面向制造設(shè)計(jì)）?DFA（面向裝配設(shè)計(jì)）、ID（逆向設(shè)計(jì)）、CE（并行工程）等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法的特性［恒：Pro/ENGINEER參數(shù)化設(shè)計(jì)的特性：3D（三維）實(shí)體模型：三維實(shí)體建?？梢詫⒂脩舻脑O(shè)計(jì)思想以最真實(shí)的三維模型在Pro/ENGINEERS用戶可以方便地對(duì)設(shè)計(jì)模型進(jìn)行旋轉(zhuǎn)、平移、縮放等操作，可以從各個(gè)不同的角度觀察模型o另外，借助于Pro/ENGINEER系統(tǒng)參數(shù)，用戶還可以隨時(shí)計(jì)算出產(chǎn)品體積、重心、重量、模型大小，極大的方便了設(shè)計(jì)人員。單一數(shù)據(jù)庫(kù)：Pro/ENGINEER是建立在單一數(shù)據(jù)庫(kù)上的。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部倆字一個(gè)庫(kù)，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生變動(dòng)，都會(huì)反應(yīng)在整個(gè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)制造過(guò)程的相尖環(huán)節(jié)上，這樣確保報(bào)數(shù)據(jù)的正確性、避免反復(fù)修改。這種特性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)制造的結(jié)合，使得整個(gè)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造嚴(yán)謹(jǐn)、有序，大大縮短了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)周期，優(yōu)化了整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程。能更快的對(duì)市場(chǎng)需求做出反應(yīng)?；谔卣鳎篜ro/ENGINEER是一個(gè)采用參數(shù)化設(shè)計(jì)、基于特征的實(shí)體模型系統(tǒng)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型。正是因?yàn)橐惶卣髂貍€(gè)需哦為設(shè)計(jì)單元，用戶可以隨時(shí)對(duì)這些特征作出合理的修改和調(diào)整。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)人員提供了前所未有的簡(jiǎn)易和靈活。參數(shù)化設(shè)計(jì)：在Pro/ENGINEER中，配合單一數(shù)據(jù)庫(kù)，所有在設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的尺寸都保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，修改模型和工程圖不再繁瑣。設(shè)計(jì)人員只需要更改三維零件的尺寸，則二維工程圖、三維裝配圖、模具等就會(huì)依照零件修改過(guò)的尺寸作出相應(yīng)變化，避免了人為修改出現(xiàn)的疏漏情況。參數(shù)化設(shè)計(jì)還使得設(shè)計(jì)人員可以利用強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算方式，建立各尺寸的尖系式，使得零件的設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)捷。4.2利用Pro/E進(jìn)行三維建模Pro/ENGINEEF是一個(gè)基于特征的三維建模軟件，它不同于 AutoCAD等二維制圖軟件，也不同于注重模型效果的三維制圖軟件 3DStudioMax等，Pro/ENGINEEF注重于對(duì)三維實(shí)體的精確建模，包含了產(chǎn)品模型的體積、面積、重心、重量、慣丿性大小等 〔12】。Pro/ENGINEEF中零件模型的構(gòu)造是由各種特征來(lái)生成的，零件的設(shè)計(jì)過(guò)程就是特征的累積過(guò)程。4.2.1軸的建立軸為回轉(zhuǎn)體，建立方法使用旋轉(zhuǎn)，之后建立整體造型后，利用拉伸特征，建立定位孔即可。具體步驟如下：第一步建立回轉(zhuǎn)體新建〉零件〉輸入文件名＞取消缺省＞選擇mmns＞進(jìn)入零件模式旋轉(zhuǎn)〉放置〉進(jìn)入草繪〉建立中心線，按照順序建立如下尺寸＞對(duì)號(hào)完成〉旋轉(zhuǎn)360度圖4.1軸的草繪圖形完成基礎(chǔ)特征如下，同時(shí)對(duì)兩端倒仔衛(wèi)上工「些二圖4.2加工倒角后的效果圖第二步建立定位孔采用拉伸命令：創(chuàng)建基準(zhǔn)面DTM1與FRONT面平行，距離為所建定位孔軸段半徑12mm＞作為定位孔的放置面＞在基準(zhǔn)面上建立一孔徑為10mm的圓后，確定＞拉伸距離7.5mm＞去除材料〉確定。如圖形狀效果。圖4.3加工定位孔后的效果圖4.2.2舉升臂2的建立舉升臂為板材，建立方法使用拉伸。建立好整體造型后，之后采用拉伸和去除材料建立孔和加強(qiáng)肋。第一步建立草繪圖形新建〉零件〉輸入文件名＞取消缺?。具x擇mmns＞進(jìn)入零件模式拉伸〉放置〉進(jìn)入草繪〉建立中心線，按照順序建立如下尺寸＞對(duì)號(hào)完成1盅09圖4.4舉升怦草繪后的圖形完成基礎(chǔ)特征，拉伸長(zhǎng)度為20mmo圖4.5拉伸實(shí)體第二步建立連接孔采用拉伸命令：在FRONT面先繪制兩端的孔直徑分別為24mm、36mm，確定〉拉伸距離20mm＞去除材料〉確定，出現(xiàn)兩端孔。中間的錢接孔有加強(qiáng)肋，所以先在距TOP面為20mm的表面上向外拉伸30mm,直徑為52的圓柱，再在此圓柱上去出材料36mm的通孔，圖中紅色的位置為放置承受液壓缸推力作用的軸的孔，孔徑為50mmo效果如圖o圖4.6建&連接孔的效果圖4.3整機(jī)裝配我們將利用Pro/E將三維建模后的舉升機(jī)各結(jié)構(gòu)和零部件尺寸根據(jù)加強(qiáng)措施加以修改后進(jìn)行整機(jī)裝配。4.3.1裝配概述裝配是零件形成組件的過(guò)程，其實(shí)是一個(gè)通過(guò) Pro/E指定零件間約束的過(guò)程。通過(guò)指定零件間的約束，確定零件的裝配位置尖系來(lái)完成裝配圖。利用 Pro/E，在約束不足或是約束過(guò)度時(shí)，同樣能進(jìn)行零件裝配。在 Pro/E的裝配模塊中，可以將生成的零件通過(guò)相互之間的定位尖系裝配在一起，并檢查零件之間是否有干涉以及裝配體的運(yùn)動(dòng)情況是否合乎設(shè)計(jì)要求〔22】。同時(shí)在生成裝配體過(guò)程中，用戶可以根據(jù)需要添加生成新的零件和特征。1、裝配操控板Pro/ENGINEER各零件顯示設(shè)置、約束條件定義、參考特征選擇、裝配狀態(tài)顯示等整合為一個(gè)對(duì)話框，通過(guò)裝配操控板如圖 4.7,用戶可以更簡(jiǎn)單地進(jìn)行零件間的裝配。L麗匙即農(nóng)*樹(shù)*2D匝10$營(yíng)昌啓妙昶劍?A圖4.7裝配操控板2、裝配約束對(duì)零件進(jìn)行約束，從空間角度來(lái)說(shuō)，即是在X，丫，Z三個(gè)方向限制零件，約束零件的6個(gè)自由度o確定零件的約束形式有十幾種，當(dāng)引入元件放置到組件中時(shí)，默認(rèn)設(shè)置將選擇自動(dòng)”放置約束o從組件和元件中選擇一對(duì)有效參照后，系統(tǒng)將自動(dòng)選擇適合該指定對(duì)參照的約束類型?？蓮募s束列表中選擇需要的類型。也可在選擇任意參照前改變約束類型，以約束允許的參照類型。約束類型有以下11種：自動(dòng)、匹配、對(duì)齊、插入、坐標(biāo)系、相切、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊、固定和缺省。4.3.2Pro/E實(shí)體建模后的整體裝配圖1、舉升機(jī)底座圖4.8底座實(shí)體模型2、上、下舉升臂圖4.9內(nèi)側(cè)上臂 圖4.10外側(cè)上臂圖4.11外側(cè)下臂圖4.12內(nèi)測(cè)下臂3、舉升機(jī)整體裝配圖圖4.13裝配下側(cè)舉升臂圖4.15裝配液壓缸后的圖形圖4.14裝配上側(cè)舉升臂圖4.16整體裝配圖4.3.3干涉檢查剪刀式舉升機(jī)裝配后需要進(jìn)行干涉檢查。干涉檢查可以檢查零件之間是否有干涉以及裝配體的運(yùn)動(dòng)情況是否合乎設(shè)計(jì)要求。干涉界面如圖4.17'4.18所示°IfiwwtigJIf；FttlPBJn.E[UnUErRT_J 弓的HEUEFIEiU?cmm <1J^kOLMAEIWra jXC畑和iEJAEEKEiVnK-F?LJEH13 M日rw5k￡JEPCTU及裝配體的運(yùn)動(dòng)情況是否合乎設(shè)計(jì)要求。干涉界面如圖4.17'4.18所示°IfiwwtigJIf；FttlPBJn.E[UnUErRT_J 弓的HEUEFIEiU?cmm <1J^kOLMAEIWra jXC畑和iEJAEEKEiVnK-F?LJEH13 M日rw5k￡JEPCTU：L：JI口mrmFUJAcujmrei 彳*★i4i?uxnncr」評(píng)muEUsJ —MCkAI：VIicEWumM>±91恥KTvLnrumIJiiDtninaIumL-uFCjiAronnlHllUBHKmici??pw4.17干涉界面

即可解除干涉。其他裝配均合理。4.4本章小結(jié)rgWKHf：nrr.iKzrnrakJi_JaUZKih.j-fclI4￡LuJ.tl2-FHttfiIn?Pinncrh..NLU-hJI?n!40.4bMSwgh>?M=EEn丄Jm3TJT—i FBI4Lnr?TKTIQLCB心!t.T?Ir?IyXI4.18加入干涉命令圖干涉檢查結(jié)果表明：零件XIAQIANBI2和LUOMU相互干涉，將螺母向外調(diào)動(dòng)3mm本章首先通過(guò)Pro/ENGINEER寸剪刀式舉升機(jī)的各零件進(jìn)行三維建模，并進(jìn)行渲染，然后將Pro/ENGINEEF所建的零件模型利用自動(dòng)、匹配、對(duì)齊、插入、坐標(biāo)系、相切、線上點(diǎn)、曲面上的點(diǎn)、曲面上的邊、固定和缺省等11的點(diǎn)、曲面上的邊、固定和缺省等11種約束進(jìn)行整機(jī)裝配。通過(guò)對(duì)裝配后的零件進(jìn)行全局干涉檢查，說(shuō)明我們所設(shè)計(jì)的結(jié)果是否合理。第5章舉升機(jī)有限元分析ANSYS有限元分析軟件介紹ANSYS是一種應(yīng)用廣泛的通用有限元工程分析軟件［⑶。開(kāi)發(fā)初期時(shí)為了應(yīng)用與電力工業(yè)，現(xiàn)在其功能已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航空、電子、汽車、土木工程等各個(gè)領(lǐng)域，能夠滿足各行業(yè)有限元分析的需要。ANSYS有限元分析軟件包括三個(gè)模塊：前處理模塊、分析計(jì)算模塊、和后處理模塊。功能完備預(yù)處理器和后處理器（又稱與處理模塊和后處理模塊）使ANSYS具有多種多樣的分析能力，包括簡(jiǎn)單的線f生靜態(tài)分析到復(fù)雜的非線性動(dòng)態(tài)分析?？捎脕?lái)求結(jié)構(gòu)、流體、電力、電磁場(chǎng)及碰撞等問(wèn)題的解答o它還包括優(yōu)化、估計(jì)分析等模塊將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，已成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問(wèn)題必不可少的工具［皿。Pro/E與ANSY接口的倉(cāng)U建利用ANSYS對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析時(shí)，通常需要將 Pro/E建立的三維模型，導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行分析。所以需要將Pro/E三維實(shí)體模型通過(guò)專用的模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口導(dǎo)入到ANSYSt,Pro/E與ANSYS之間的接口技術(shù)常用的有以下兩種：1、Pro/E與ANS丫集成接口ANSYS在默認(rèn)的情況下是不能直接對(duì)Pro/E中的prt（或asm）文件進(jìn)行直接轉(zhuǎn)換的，必須通過(guò)以下對(duì)ANSYSS置連接過(guò)程進(jìn)行激活模塊1131:鼠標(biāo)點(diǎn)擊“開(kāi)始一程序一ANSYS8.0—Utilities—ANS_ADMIN,出現(xiàn)如下圖5.1的對(duì)話框，選擇configurationoptions—OK接下來(lái)的對(duì)話框順序選取°ConfigurationConnectionforPro/E—OK,ANSYSMultiphysics&WIN32-OK。圖5.1完成后ANSYS提示已在自己的安裝目錄中成功生成config.anscon文件,如下圖5.2所示，記完下config.anscon的路徑。在接下來(lái)出現(xiàn)的對(duì)話框中“Pro/EngireerInstallationpath"選項(xiàng)后輸入Pro/E的起始安裝路徑如“C:\ProgramFiles\proeWildfire3.0":LanguageusedwithPro/Enginee提示在Pro/E目錄下建立了一個(gè)protk.dat文件。C：\Frogr?Files\An3ysInc\v\00UKSYS\ac4\dataMntel\conf1g.ansconsuccessfullycreated.晞定圖5.2點(diǎn)擊確定完成配置，運(yùn)行Pro/E工具菜單后面出現(xiàn)了ANSYS10?說(shuō)明連接成功了。運(yùn)行Pro/E打開(kāi)某零件三維模型圖，點(diǎn)擊ANSYS10.0F的ANSYSGeom按鈕(如下圖5.3所示)，則模型自動(dòng)導(dǎo)入到ANSYS"，此時(shí)ANSYS10.C軟件自動(dòng)打開(kāi)，點(diǎn)擊Plot下的Volume，則模型導(dǎo)圖5.32、通過(guò)IGES(*.igs格式文件導(dǎo)入首先，在Pro/E環(huán)境下建立好零件模型或者完成零部件的裝配，然后，選擇主菜單【文件】下的【保存副本】子菜單，彈出保存副本對(duì)話框后,文件類型選擇IGES(*.igs),在【新名稱】框內(nèi)為模型輸入新名稱，點(diǎn)擊【確定】按鈕會(huì)彈出輸出IGES對(duì)話框，在輸出IGES對(duì)話框中可以設(shè)置輸出圖元的類型、參考坐標(biāo)系以及IGES文件結(jié)構(gòu)。輸出的圖元類型有：線框邊、曲面、實(shí)體、殼、基準(zhǔn)曲線和點(diǎn)，缺省輸出圖元是曲面，缺省是輸出所有面組，點(diǎn)擊【面組…】選擇特定面組輸出?？梢赃x擇多種圖元類型進(jìn)行輸出 ，但是不能同時(shí)輸出曲面和實(shí)體或者曲面和殼。單擊【定制層…】按鈕設(shè)置各層的輸出特性。文件結(jié)構(gòu)類型有：平整、一級(jí)、所有級(jí)別、所有零件，默認(rèn)輸出為平整。平整：將組件的所有幾何輸出到一個(gè)IGES文件o導(dǎo)入到另一個(gè)系統(tǒng)時(shí)，該組件就擔(dān)當(dāng)一個(gè)零件的角色。應(yīng)將每一個(gè)零件分別放到一個(gè)層上，以便在接受系統(tǒng)中能加以區(qū)別。一級(jí)：輸出一個(gè)組件的IGES文件，該文件只包含頂級(jí)幾何(如組件特征)。所有級(jí)別：輸出一個(gè)組件的IGES文件。用它可創(chuàng)建帶有各自的幾何和外部參照的元件零件和子組件。該選項(xiàng)支持所有層次。所有零件：將一個(gè)組件作為多個(gè)文件輸出到IGES,這些文件中包含所有元件和組件特征的幾何信息。零件使用相同的參照坐標(biāo)系，使接受系統(tǒng)中的重新裝配更加容易。本次技能訓(xùn)練選擇實(shí)體特征，然后點(diǎn)擊【確定】完成。ANSYS導(dǎo)入IGES(*.igs)文件的方法有兩種：一種是通過(guò)ANSYS軟件的用戶界面操作導(dǎo)入；一種是通過(guò)輸入命令導(dǎo)入。本次技能訓(xùn)練可采用第一種方法。通過(guò)用戶界面操作導(dǎo)入 IGES的步驟是:選擇主菜單【File〕下的子菜單［Import］的次級(jí)子菜單【IGES..】，彈出導(dǎo)入IGES屬性設(shè)置對(duì)話框，在導(dǎo)入IGES屬性設(shè)置對(duì)話框中可以設(shè)置：是否導(dǎo)入所有數(shù)據(jù)，是否合并圖元，是否創(chuàng)建實(shí)體，是否刪除小面。點(diǎn)擊【0K】按鈕彈出文件路徑選擇對(duì)話框，在文件路徑選擇對(duì)話框中選擇好所需精度,輸入IGES文件路徑后，點(diǎn)擊【0K】按鈕完成IGES文件導(dǎo)入。5.3利用ANSY對(duì)舉升機(jī)進(jìn)行有限元受力分析由前面的分析可知，滑輪軸和舉升臂2是舉升機(jī)機(jī)構(gòu)中重要的結(jié)構(gòu)件，受力條件較惡劣。所以利用有限元進(jìn)行分析時(shí)，主要分析滑輪軸和舉升臂 2即可。5.3.1滑輪軸有限元受力分析上滑輪軸受力情況如圖5.4,圖中加深位置為力的作用面。支點(diǎn)為約束。圖5.4滑輪軸受力情況1、定義屬性單元屬性主要包括：?jiǎn)卧愋汀?shí)常數(shù)、材料常數(shù)。典型的實(shí)常數(shù)包括：厚度、橫截面面積、高度、梁的慣性矩等。材料屬性包括：彈性模量、泊松比、密度、熱膨脹系數(shù)等。本訓(xùn)練中定義屬性只用到其中的幾項(xiàng)。Preferences/Structura;Preprocessor/ElementType/ADDEditDelete/LibraryofElementType第一對(duì)話框選擇StructuralSolid,第二對(duì)話框選擇Tet10node187；Preprocessor/MaterialProps/MaterialModels/Structural/Linear/Elastic/lsotropic/輸入EX彈性模量)值，輸入PRXY泊松比)值。軸的材料我們選用45鋼，軸的屬性如下：彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)度密度210/GPa0.3600/MPa7.85g/cm3彈性模量取E=2.10e5 泊松比卩=0.32、網(wǎng)格劃分ANSYS為用戶提供了兩種常用的網(wǎng)格劃分類型：自由和映射o自由劃分，體現(xiàn)在沒(méi)有特定的準(zhǔn)則，對(duì)單元形狀無(wú)限制，生成的單元不規(guī)則，基本適用于所有的模型O自由網(wǎng)格生成的內(nèi)部節(jié)點(diǎn)位置比較隨意，用戶無(wú)法控制。映射網(wǎng)格劃分要求面或體形狀滿足一定規(guī)則，它生成的單元形狀比較規(guī)則，適用于形狀規(guī)則的面和體。本訓(xùn)練中主要采用自由網(wǎng)格劃分，軸模型自由劃分可采用以下兩種途徑，大家可以觀察劃分的網(wǎng)格有何區(qū)別。途徑一：劃分網(wǎng)格：Meshing/MeshTool選中SmartSize復(fù)選框(精度從1到10，1為最高，網(wǎng)格最細(xì)，但劃分耗時(shí)長(zhǎng)，一般設(shè)為5)，單擊Mesh/PickAll;途徑二：劃分網(wǎng)格：Meshing/SizeCntrls/ManualSize/Global/Size密度 為 2 0此次分析采用途徑一對(duì)軸進(jìn)行劃分，為了提高劃分速度，精度取 8,劃分后效果如下圖5.5所示ANJTLH19ZDQ?Oil301圖5.5網(wǎng)格劃分結(jié)果3、加載求解ANSYSA載荷(Loads包括邊界條件和模型內(nèi)部或外部的作用力。在結(jié)構(gòu)分析中，載荷主要有：位移、力?壓力、彎矩、溫度和重力。載荷主要分為六大類： DOF約束(自由度約束)、力(集中載荷)、表面載荷、體載荷、慣性力及耦合場(chǎng)載荷。 DOF約束(DOFconstraint)：用戶指定某個(gè)自由度為已知值，在結(jié)構(gòu)分析中約束是位移和對(duì)稱邊界條件。力(集中載荷)(Fome):施加于模型節(jié)點(diǎn)的集中載荷，如結(jié)構(gòu)分析中的力和力矩。表面載荷(SurfaceLoad)作用在某個(gè)表面上的分布載荷，如結(jié)構(gòu)分析中的壓力。體載荷(Bodyloads):作用在體積或場(chǎng)域內(nèi)，如結(jié)構(gòu)分析中的溫度和重力。慣性載荷 (Inertialoads):結(jié)構(gòu)質(zhì)量或慣性引起的載荷，如重力加速度、角速度和角加速度，主要在結(jié)構(gòu)分析中使用。耦合場(chǎng)載W(Coupled-fieldloads):它是一種特殊的情況，從一種分析中得到的結(jié)果用作另一種分析的載荷，如熱分析中得到的節(jié)點(diǎn)溫度可作為結(jié)構(gòu)分析中的體載荷施加到每一個(gè)節(jié)點(diǎn)。對(duì)剪刀式舉升機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析時(shí)我們進(jìn)行面力分析，即加的為表面載荷O加載步驟如下：Solution/AnalysisType/NewAnalysis/Static（2） Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Displacement/OnAreas;選擇軸的兩個(gè)端面進(jìn)行約束，這里有ALLDOF全約束）、UX（X方向位移）、UY（丫方向位移）、UZ（Z方向位移）、ROTX（X方向旋轉(zhuǎn)）、ROTY（丫方向旋轉(zhuǎn)）、ROTZ（Z方向旋轉(zhuǎn)），根據(jù)實(shí)際分析，兩端應(yīng)用ALLDOF全約束）；（3） Solution/DefineLoads/Apply/Structural/Pressure/Onareas選軸與滑輪接觸的上半面/輸入加載壓強(qiáng)的大?。ㄗ⒁夥较颍?，因舉升機(jī)舉升到2m位置時(shí)的受力最大輸入的為F3 11750F3 11750,, V!?tftJVF3,, V!?tftJVF3最大時(shí)嚴(yán)生的壓強(qiáng)值：20.36MPa約束和受載如圖5.6。5654.87 50 288.5132 490AMHAY134EDO?XJ-iC4B03圖5.6約束及加載求解Solve/CurrentLS/Ok/Close4、查看結(jié)果及分析查看變形結(jié)果：GeneralPostProc/PlotResults/DeformedShape/Ok變形結(jié)果可動(dòng)畫(huà)演示：PlotCtrls/Animate/DeformedShape/Ok,可直觀觀察軸的變形情況 [GeneralPostProc/PlotResults/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu/DOFSolution；XYZ總變形如面分析下圖ID^riOu?DggjlO/>.-皿］】?3￡.加叫MEIi0n.lTTCOI■uouaiuniuflPUB-jTHtfalijnj■mrpDBS?.#EJJB|腑?f?Ht~.HXL2ANWT15XTWP:34=41—HK?J粧IfIEft；?0AN■LXJIHIMdJlEYU■.IUXJ-VRJlfl-14CLA?4i jcwaa.MJK^aaVlMrhViiew0 remain.aM.W ..edE■cA1abiangsJia'ji.IKM?.w>aiUHH4L3UTM1W?O?iKp4?mW.5D1UT3Uentrnj.sie-1TCN |MTG|KTf-0MCI10RMbK>-B.-is.MB-TTtSi-6.421U.IM圖5.11X方向應(yīng)力狀況fIBilli<475MMMa圖UTM1W?O?iKp4?mW.5D1UT3Uentrnj.sie-1TCN |MTG|KTf-0MCI10RMbK>-B.-is.MB-TTtSi-6.421U.IM圖5.11X方向應(yīng)力狀況fIBilli<475MMMa圖5.12Y方向應(yīng)力狀況ANBDMK-I90QE.HEI>：i|▼ni?2劇??D)im圖5.13Z方向應(yīng)力狀況圖5.14綜合應(yīng)力情況圖5.9Z方向變形圖5.10總變形情況變形量分析：從圖中可以看出 X方向的最大變形量為 0.001112mm,丫方向0.010816mm,Z方向最大為0.00019mm，總方向最大變形為0,010816mm總方向變形量與丫方相同，可見(jiàn)軸的變形主要為豎直方向變形。變形量很小，充分滿足剛度要求。（2）查看應(yīng)力結(jié)果：GeneralPostProc/PlotResults/ContourPlot/NodalSolu/Stress/SX（X方向應(yīng)力）、SY（丫方向應(yīng)力）、SZ（Z方向應(yīng)力）、SEQV（綜合應(yīng)力）；x最3ISMM應(yīng)力結(jié)果分析：數(shù)值顯示，藍(lán)色部位應(yīng)力值最小，紅色部位應(yīng)力值最大。大應(yīng)力為21.411MPa,y方向最大應(yīng)力11.486MPa,Z方向最大應(yīng)力為8.331MPa，綜合應(yīng)力最大值為21.048MP&無(wú)論是單個(gè)方向的最大應(yīng)力，還是綜合應(yīng)力值均充分滿足強(qiáng)度要求。通過(guò)有限元分析可知，我們所設(shè)計(jì)的軸及選用的材料均符合要求。5.3.2活塞桿作用軸的有限元受力分析因我們?cè)谂e升臂中間加了一方鋼加強(qiáng)肋，所以舉升臂變形和受力都很小，我們不對(duì)其進(jìn)行，我們分析直接承受推力的軸的變形，分析方法與上述的分析方法一樣。1、定義屬性軸的材料我們選用40Cr,40Cr鋼的材料屬性如下：彈性模量泊松比抗拉強(qiáng)度密度200-220/GPa0.31000MPa7.85g/cm3彈性模量取E=2.10e5 泊松比卩=0.32、網(wǎng)格劃分后的結(jié)果JUI112009IBILPI13】rahl圖5.15網(wǎng)格劃分結(jié)果(1)約束、加載軸的受力比較簡(jiǎn)單，主要承受液壓缸推力，因舉升機(jī)在最低點(diǎn)時(shí)的液壓缸的推力最大，所以只分析受力最大即可。加載荷約束后的圖5.16如下:VCIiLCTESTtEEWTXIVCIiLCTESTtEEWTXIANjimj百2CN19uBs20：l<5.17所RIODaL3OLCTT?N?rrBE=i0 >009333 ^0X0705 >0390^9 iO?74X5.17所RIODaL3OLCTT?N?rrBE=i0 >009333 ^0X0705 >03