度最为简单,它的悬臂驱动装置的驱动轴与立柱轴线并不在条直线上,这种结构使悬臂驱动装置独立于立柱之外,另外设立悬臂回转轴,简化了立柱的结构。但是,由于悬臂回转轴与立柱轴线并不共线,悬臂的回转会受到立柱的阻碍,所以没有办法使悬臂的回转角度达到。经过估算这种结构所能达到的最大回转角度只可以达到,应此与方案相比器作业面积要小,由于存在作业盲区,所以不太适合在些空间狭小,同时又要求大范围作业的工况。方案需要有上下支座支撑,加大了固定难度,环境局限性强。经过分析折中,选定功能全面,安装方便的方案作为结构方案。图下支座立柱式悬臂起重机图下支座的立柱式悬臂起重机图上下支座立柱式悬臂起重机图小车外悬挂图小车内悬挂电葫芦或小车是悬臂起重机直接吊装载荷的重要装备。它与悬臂梁的连接主要采取轮轨方式,这种悬挂方式主要分为两种外悬挂式,如图内悬挂式,如图。学院毕业设计说明书第页共页外悬挂方式的运行轨道为工字轨,如图所示,加工轨面简单,维护容易,加工以及维护成本较低。相对于外悬挂式,内悬挂式的轨面在悬臂内,这样的设计加工难度较大,不易维护,加工成本高。但是由于轨面在内侧,不易受环境影响,滑动平稳,精度较高。由于本次设计的悬臂起重机主要用在仓库及车间等场所,对精密吊装要求较低,故选择方案。在机械行业标准悬臂起重机中所推荐的起重机基本参数中起重机起重量为,有效半径,通过调查和查阅资料,用户所需的定柱式旋臂起重机的基本参数在以下范围起重量,起升高度,有效半径。基本参数的选择起升重量起重机正常工作时允许次起升的最大重量称为额定起重量。起重机中的悬臂起重机对应不同的臂架长度有不同的额定起重量,额定起重量不止个时通常称额定起重量为最大起重量,或简称起重量,用表示,单位吨。根据最大起重量国际标准,选定额定起重量为。起升高度起升高度是指自地面到吊钩钩口中心的距离,用表示单位米,它的参数标定值通常以额定起升高度表示。旋臂起重机的起升高度为定值,设计值定为。在前边步骤完成之后,接着将进行外部条件的设定。在此次分析中,零件的约束有两个地方如图所示,分别是底面法兰盘上的个与地脚螺栓配合的孔,还有与水泥固定面接触的法兰盘底面。所以在分析中将上述部位固定,以便施加载荷进行分析。学院毕业设计说明书第页共页图立柱的约束施加载荷以及指定约束位置如图指定零件的位置,并在下拉菜单中选择插入压力命令来添加载荷。由于悬臂梁的结构包含了个端固定在立柱中部轴承上的支撑肋板,所以立柱的受力状态为,上部的通过轴承与梁连接的部分只承受向下的压应力载荷和轴套的侧向力,而中部立柱对于支撑肋板的支反力来平衡主梁产生的力矩。如图所示。图轴载荷学院毕业设计说明书第页共页图主结构受力简图下面来计算立柱所承受的载荷。如上图所示为起重机主要结构的受力简图。在图中,为起升载荷即起重量加上小车的自重。与为对作用力与反作用力,为悬臂支撑结构作用在立柱上的压力,根据吊车静止,所以和力矩为,可以根据的大小得到的值。解的的值约为,所以的大小也为。再单独分析立柱,水平方向的合力为,所以解的大小也为。单独分析横梁,竖直方向上合力为,所以与大小相等方向相反,。与为对作用力与反作用力,所以至此,立柱上的除底面固定约束外的所有载荷,已经全部解出。作用点以及方向如图所示。执行分析在下拉菜单中,选择运行命令来执行分析,生成报告。主梁设计检查结果图安全系数详图起重机按许用应力法进行静强度和疲劳计算时,基本条件是保证零部件或构建危险截面或所选计算截面上的危险点的计算应力,小于许用应力。安全系数的大小与零部件或构件的安全性和重要性,载荷和应力计算的精确性等因素有关。我国起重机设计规范对机构传动零件和结构构件强度和疲劳计算的安全系数有明确的规定。经过查阅,重要的结构构件的静强度安全系数应该在。设计检查结果显示最小安全系数是,在国家标准之上,但又没有高出太多造成浪费。立柱建立实体模型分析立柱的实体模型如图所示。主要结构由两个轴肩,底部法兰盘,地脚螺栓孔以及加强肋板等特征组成。从上至下第轴段通过轴承与主梁配合,中段的凸起定位安装个圆锥滚子轴承与主梁的支撑肋板相连接。学院毕业设计说明书第页共页图立柱模型立柱的材料为铸铁,各部分材料相同,并为个整体。首先在中建立个静态研究,接着选择材料,如图所示选择作为材料图立柱材料参数建立网格与网格设定。在完成建模新增分析程序的材料参数的定义后,接着将进行网格的划分。约束限制条件以及指定约束位置。定柱式悬臂起重机结构设计与分析。设计改进在主梁和立柱的分析中发现了些在传统设计方法中无法及时发现的问题。首先分析横梁。在横梁的有限元分析中发现,横梁的强度和刚度都满足了设计的要求,其中强度值非常充足。相对于强度值,刚度值满足设计要求,但是没有很大的裕度。这也是现在发现的普遍的问题,就是强度有余而刚度不足,因此无法再进行优化设计。另外还有在支撑结构与工字钢梁的接触线发现不严重的应学院毕业设计说明书第页共页力集中现象,这里设计个圆角结构可以很好的减轻应力集中现象,但是这里加圆角会大大提高工件的加工难度,且应力集中现象并不严重,所以决定保持原来的设计方案不变。再来分析立柱。在立柱的有限元分析中发现,通过传统设计,以及经验公式的方法设计出的工件强度和刚度都出现了较大幅度的冗余。这样的设计浪费了材料,增加了成本,使体积笨重。所以有必要对立柱进行优化设计,以便把强度和刚度控制在合理的范围内。优化设计的方案具体有两种。种为改变立柱的内部结构,即将立柱内部设计为中空的结构以便节省材料第种为减小立柱的截面积以便降低冗余强度和刚度。在立柱的优化设计中以上两种方法,第种会改变轴上的特征的大小,特征变化后,不管是横梁,还是轴承都得重新选用设计。所以这里采用改变内部结构的方法优化设计。具体方案为,立柱将不采用实心结构,而是设计为个壁厚为的空心管状结构,以减少铸造的用料量。同时这种方案并没有大幅提高加工工艺的复杂性,所以,采用此种方案后再进行分析。图如图所示,图中为修改后的立柱实体模型,可以从其底部清楚的看到其管状空心结构,大幅度的节省了铸造的材料。学院毕业设计说明书第页共页模型建好后如分析立柱样施加载荷与约束,划分网格进行有限元分析,具体步骤同立柱的分析,这里不做赘述。分析结果如图所示。图立柱应力分析图从图中可以清楚的看出其最小安全系数已经回落到了个合理的值,表优化后的有关值名称类型最小位置最大位置应力结果应力节节名称类型最小位置最大位置位移结果合力位移节节表为优化后的应力结果和位移结果,应力结果中最大的应力已经达到了接近了,但是还是留有定的安全裕度。总的说来,这此优化设计达到了目的。学院毕业设计说明书第页共页轴承的选用与装配体整个装配体共用到轴承个,如下图所示。图全部轴承在图中,从上到下共有个轴承。从上面开始,第个轴承是个深沟球轴承,轴承的代号,是个标准件。第个轴承是推力球轴承,轴承代号,外径,内径,也是标准件。第个轴承为角接触球轴承,轴承代号,是标准件。个轴承所受载荷均小于许用载荷。装配体图如下图所示。图总装配体学院毕业设计说明书第页共页总结定柱式旋臂起重机是种新型轻小起重设备,具有投资少占地面积小安全高效节能及使用方便等特点,直为先进工业国家广泛地采用。但中国对该产品的开发研制很晚,生产厂家很少,不能满足市场需求。而且生产中多采用传统方法设计,设计过程中无法全面直观地了解整机以及些关键部位的应力状况和位移变形情况,造成整机结构笨重的缺陷,些局部结构设计也往往不尽合理。基于上述原因,该课题旨在在分析和研究国内外该型起重机的先进技术的同时,根据实际需要,取长补短对定柱式旋臂起重机进行结构优化设计,并运用软件进行维建模并导出维图形,从而确定相关尺寸。在设计过程中,严格按照设计标注和起重机设计手册来完成,采取传统的力学设计方法,取长补短,利用现有各种关于起重机械技术的优点,对定柱式旋臂起重机的整体结构布局进行紧凑而合理的设计,合理设计尺寸和利用材料,既保证该起重机满足要求,又节约成本,进而符合该课题的要求和全新的设计理念。并且通过此次设计,要提高自己的分析问题和解决问题的能力,将自己所学运用到实际的工作中,提高自己的实践能力。学院毕业设计说明书第页共页参考文献陈道南起重运输机械北京机械工业出版社,郁祝年工程力学和工程结构北京中国电力出版社,付荣柏起重机钢结构制造工艺北京中国铁道出版社,胡宗武,顾迪民起重机设计计算北京科学技术出版社,陈国璋,孙桂林起重机计算实例北京中国铁道出版社,李静工程起重机综合评价方法研究硕士学位论文大连大连理工大学,刘长江悬臂起重机设计制造中应注意的问题起重运输机械,黄琳起重机伸缩臂结构优化研究硕士学位论文大连大连理工大学,严正宏起重机运动机构参数优化设计硕士学位论文浙江浙江大学,陈玲,宋平娜,彭佳等基于的定柱式悬臂起重机的有限元分析天津理工大学学报陈建萱起重机械的电动机选择起重运输机械,总第期卢素玲悬臂起重机应用与研究进展焦作大学学报,张质文等起重机设计手册北京中国铁道出版社,徐格宁,陆凤仪,张亮有定柱式旋臂起重机结构整体优化研究,同济大学学报,陈玮璋起重机械金属结构北京人民交通出版社,赵经文,王宏钰结构有限