李登_電動(dòng)單梁起重機(jī)實(shí)體建模及強(qiáng)度分析_論文定稿

1、河北工業(yè)大學(xué)2013屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）河 北 工 業(yè) 大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)(論文)作 者： 李登 學(xué) 號(hào)： 090311 學(xué) 院： 機(jī)械工程學(xué)院 系(專業(yè))： 車(chē)輛工程 題 目： 電動(dòng)單梁起重機(jī)實(shí)體建模及強(qiáng)度分析 指導(dǎo)者： 劉茜 副教授 (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù))評(píng)閱者： (姓 名) (專業(yè)技術(shù)職務(wù)) 2013 年 5 月 24 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要 電動(dòng)單梁起重機(jī)實(shí)體建模及強(qiáng)度分析摘要：起重機(jī)在現(xiàn)在的生產(chǎn)和生活中應(yīng)用得十分廣泛，對(duì)于實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程機(jī)械化、自動(dòng)化、提高搬運(yùn)效率起著十分重要的作用，有力地推動(dòng)了工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。電動(dòng)單梁起重機(jī)是一種小型起重類機(jī)械，具有操縱方便、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的特

2、點(diǎn)，主要應(yīng)用于在倉(cāng)庫(kù)或者車(chē)間里搬運(yùn)重物。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，主要根據(jù)電動(dòng)單梁起重機(jī)生產(chǎn)廠家已有的設(shè)計(jì)圖紙，利用UG對(duì)起重機(jī)的組成零部件進(jìn)行實(shí)體建模，并根據(jù)裝配圖完成起重機(jī)的裝配工作。為了保證起重機(jī)在工作過(guò)程中的安全，本次設(shè)計(jì)還要利用有限元軟件對(duì)起重機(jī)的主要受力部件進(jìn)行強(qiáng)度校核。通過(guò)查閱書(shū)籍和資料，學(xué)習(xí)了起重機(jī)的結(jié)構(gòu)類型、功能作用、使用場(chǎng)合，并且根據(jù)給定的圖紙，了解了起重機(jī)主要部件主梁、端梁的具體結(jié)構(gòu)和各零件的功能，利用UG完成了起重機(jī)的實(shí)體建模工作，并對(duì)主要受力部件進(jìn)行了有限元分析，得到的有限元分析的應(yīng)力應(yīng)變圖均在允許的范圍內(nèi)，確保了起重機(jī)的安全。關(guān)鍵詞：電動(dòng)單梁起重機(jī) 實(shí)體建模 有限元分析 U

3、G畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）外文摘要Title：Modeling and analysis of the intensity of electric single girder craneAbstract：Cranes are now widely used in production and daily life, they play a very important role for the realization of the production process mechanization, automation, improving the handling efficiency, and t

4、hat is a strong impetus to the development of industrial production. Electric single beam crane is a small lifting of a simple structure, convenient operation, mainly used for carrying heavy loads in a warehouse or shop.In the graduation design, I completed the solid modeling for components of a cra

5、ne according to the design drawings of electric single girder crane manufacturer. And according to the assembly work assembly complete crane. In order to ensure the safety in the working process of the crane, this design will check the parts of crane which is mainly controlled by the intensity compo

6、nent of force using the finite element software. Through the consulting books and materials, I learned the structure type, crane function, using cases. And according to the given drawings, I understood the main components of crane end beam, concrete structure and the functions of the parts .After th

7、at I finished the modeling work of crane, and then the main stress components are analyzed by finite element analysis with the help of UG and ANSYS. The finite analysis of the stress strain diagram is in the allowed range. The safety of the crane is ensured.Keywords： Electric single beam crane Solid

8、 modeling Finite element analysis目 錄1 引言52 電動(dòng)單梁起重機(jī)概述62.1梁式起重機(jī)72.2單梁橋式起重機(jī)的分類83 電動(dòng)單梁起重機(jī)的結(jié)構(gòu)93.1電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁各部件、總成及功能93.2電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁各部件、總成及功能143.3電動(dòng)單梁起重機(jī)的其他部件及功能174 利用UG軟件對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模184.1 UG在建模過(guò)程中的應(yīng)用184.2 UG在零件裝配中的應(yīng)用194.3電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁裝配圖214.4電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁裝配圖234.5電動(dòng)單梁起重機(jī)的主、端梁裝配圖244.6利用UG得到的建模結(jié)果255 電動(dòng)單梁起重機(jī)其他部件簡(jiǎn)析265

9、.1起重機(jī)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)275.2主梁與端梁的連接275.3電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)形式285.4電動(dòng)單梁起重機(jī)材料的選擇295.5端梁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇296 電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁與端梁的受力分析及有限元分析306.1電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁的分析306.2電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁的分析346.3有限元分析的結(jié)果及自己的見(jiàn)解36結(jié) 論38參 考 文 獻(xiàn)39致 謝401 引言從古代開(kāi)始，人們?cè)趶氖鹿まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過(guò)程中，為了提高生產(chǎn)效率，總會(huì)發(fā)明出一些工具來(lái)代替人力，從而更快更好地完成工作，起重機(jī)便是從開(kāi)始的十分簡(jiǎn)陋的工具發(fā)展至今成為種類齊全的重要起重機(jī)械，成為工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的不可或缺的搬運(yùn)工具，有效地提高了生產(chǎn)效率，

10、促進(jìn)了工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展。中國(guó)古代的提水工具桔槔便是起重機(jī)的雛形，此后，起重機(jī)從材料、結(jié)構(gòu)到驅(qū)動(dòng)方式不斷更新?lián)Q代，到了今天，起重機(jī)的技術(shù)已經(jīng)非常成熟而且門(mén)類齊全，有適用于各種場(chǎng)合的不同操縱方式的起重機(jī)。現(xiàn)在的起重機(jī)主要以電動(dòng)機(jī)和內(nèi)燃機(jī)為驅(qū)動(dòng)裝置，能夠完成全天候的起重作業(yè)。從起重機(jī)結(jié)構(gòu)、性能和使用場(chǎng)合來(lái)劃分，主要將其分為輕型起重設(shè)備、橋式起重機(jī)、門(mén)式起重機(jī)、臂架類型起重機(jī)。輕型起重設(shè)備包括電動(dòng)葫蘆、手拉葫蘆、千斤頂?shù)?，此類起重設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、體積小，使用維修方便，且便于操作攜帶；橋式起重機(jī)使用最為普遍，它在建筑物上的固定軌道運(yùn)行，本次設(shè)計(jì)中的電動(dòng)單梁起重機(jī)屬于橋式起重機(jī)的一種；門(mén)式起重機(jī)使用兩個(gè)

11、高大的支架來(lái)支撐主梁，可以在露天工作；臂架類型起重機(jī)有固定式回轉(zhuǎn)起重機(jī)、門(mén)座式起重機(jī)、汽車(chē)起重機(jī)；塔式起重機(jī)等。1 圖1.1電動(dòng)葫蘆 圖1.2汽車(chē)起重機(jī) 圖1.3門(mén)式起重機(jī) 圖1.4塔式起重機(jī)在我們的生活中到處都有起重機(jī)的身影，汽車(chē)幾乎隨車(chē)攜帶千斤頂，當(dāng)輪胎遇到問(wèn)題，可以用來(lái)起升汽車(chē)修理輪胎；在大城市里到處可見(jiàn)施工的建筑，塔式起重機(jī)可以完成在高空的重物搬運(yùn)，很好地適應(yīng)了當(dāng)今高層建筑的建設(shè)；在規(guī)模不大的車(chē)間里，幾乎都裝有手動(dòng)或者電動(dòng)單梁起重機(jī)，其操作方便靈活，可以完成不同質(zhì)量零件的即時(shí)搬運(yùn)；在港口上，大型的集裝箱起重機(jī)將輪船上的集裝箱升起轉(zhuǎn)移到岸上，集裝箱起重機(jī)起重量高，幾乎是不間斷工作；火箭的

12、發(fā)射也需要大型起重機(jī)的搬運(yùn)才能到達(dá)制定發(fā)射場(chǎng)地。由此可見(jiàn)，起重機(jī)在生活和生產(chǎn)中都有不可替代的作用，并且也改變著人們的生活。各種類型的起重機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著不可替代的作用，有效地提高了生產(chǎn)效率，促進(jìn)了生產(chǎn)過(guò)程的機(jī)械化，提高了生產(chǎn)的自動(dòng)化水平。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，更多類型的起重機(jī)將會(huì)被研發(fā)并應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，更大噸位的起重機(jī)將會(huì)得到開(kāi)發(fā)應(yīng)用，各種特種起重機(jī)械也將會(huì)有更廣闊的發(fā)展空間。由于起重機(jī)搬運(yùn)的物件一般都比較大，因此其安全問(wèn)題應(yīng)該格外注意，一旦在搬運(yùn)過(guò)程中出現(xiàn)意外，容易造成人身安全損害，因此起重機(jī)在投入使用前應(yīng)進(jìn)行全面的安全檢測(cè)。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模，由于起重機(jī)主

13、梁受到的力較為集中，尤其是重物位于主梁中間位置和邊緣位置兩種工況，主梁的應(yīng)力和應(yīng)變比較大，容易發(fā)生損壞，因此對(duì)其主要受力部件進(jìn)行強(qiáng)度分析，確認(rèn)其安全性能。以確保起重機(jī)在工作過(guò)程中的安全。22 電動(dòng)單梁起重機(jī)概述電動(dòng)單梁起重機(jī)主要應(yīng)用在車(chē)間以及倉(cāng)庫(kù)里，工作環(huán)境不是很繁忙的場(chǎng)合，它容易操作，維護(hù)簡(jiǎn)單，價(jià)格較低，應(yīng)用較為普遍。2.1梁式起重機(jī)梁式起重機(jī)的工作環(huán)境需要長(zhǎng)方形場(chǎng)地，可以完成露天、車(chē)間、廠房等場(chǎng)所的搬運(yùn)工作。單梁橋式起重機(jī)和雙梁橋式起重機(jī)是目前在實(shí)際中很普遍的兩種梁式起重機(jī)，如下圖：圖2.1單梁式起重機(jī)圖2.2雙梁橋式起重機(jī)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，圖紙?zhí)峁┑氖菃瘟簶蚴狡鹬貦C(jī)，單梁橋式起重機(jī)主梁是鋼

14、板與工字鋼的組合截面，即箱形工字梁截面，配合電動(dòng)葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)，電動(dòng)葫蘆在工字鋼的下翼板上緣往復(fù)運(yùn)動(dòng)。另外根據(jù)軌道安裝方式，分為支承式和懸掛式兩種，如圖：圖2.3 懸掛式圖2.4支承式2.2單梁橋式起重機(jī)的分類單梁起重機(jī)按照操縱方式可分為手動(dòng)式和電動(dòng)式，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)是針對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)，因此對(duì)手動(dòng)式單梁起重機(jī)只做簡(jiǎn)單介紹，不做過(guò)多贅述。手動(dòng)單梁起重機(jī)，顧名思義，就是人工手動(dòng)操縱的起重機(jī)，它的簡(jiǎn)寫(xiě)為SL，它可以在無(wú)電源的條件下工作，主要用于工況簡(jiǎn)單，起重量不大，運(yùn)行速度要求較低的工作場(chǎng)合，它有自身的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修保養(yǎng)方便；價(jià)格成本較低，適合于規(guī)模小的車(chē)間；質(zhì)量較小，操作靈活。手動(dòng)單梁起重

15、機(jī)多采用手拉葫蘆作為起升機(jī)構(gòu)，端梁采用鋼板焊接而成，主梁一般情況下為單根工字鋼。電動(dòng)單梁起重機(jī)的簡(jiǎn)寫(xiě)為L(zhǎng)D（LDA），相對(duì)于手動(dòng)單梁起重機(jī)，它有更高的運(yùn)行速度和工作效率，更高的起重量，由于起重量的提高，對(duì)主梁及端梁的結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，因此它的成本較手動(dòng)單梁起重機(jī)高。電動(dòng)單梁起重機(jī)主要由橋架、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆及電氣設(shè)備組成。橋架與運(yùn)行機(jī)構(gòu)相配合，電動(dòng)葫蘆沿著主梁下翼緣移動(dòng)，兩者運(yùn)動(dòng)方向相垂直，可以實(shí)現(xiàn)貨物的搬運(yùn)工作。電動(dòng)單梁起重機(jī)是一種在工作環(huán)境不繁忙的工礦企業(yè)的車(chē)間或倉(cāng)庫(kù)內(nèi)做起重運(yùn)輸物件之用的特種起重設(shè)備它具有重量輕、造價(jià)低、組裝維修方便等突出優(yōu)點(diǎn)。不適用于有酸堿性或者其他腐蝕性化學(xué)

16、氣體的車(chē)間，也不能用來(lái)吊運(yùn)熔化金屬、熾熱金屬；易燃品及危險(xiǎn)品。3作為現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中至關(guān)重要的搬運(yùn)起重機(jī)械，電動(dòng)單梁起重機(jī)在各個(gè)部門(mén)領(lǐng)域廣泛使用。本次設(shè)計(jì)通過(guò)對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模與強(qiáng)度分析，增加了理論與實(shí)踐的聯(lián)系，有利于把學(xué)到的知識(shí)在實(shí)際應(yīng)用中找到落腳點(diǎn)。下面我將會(huì)對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)的各部件結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。3 電動(dòng)單梁起重機(jī)的結(jié)構(gòu)電動(dòng)單梁起重機(jī)主要由四部分組成，橋架、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆及電氣設(shè)備，其中電動(dòng)葫蘆用于升降重物和沿著主梁運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于起重小車(chē)；電氣設(shè)備用來(lái)控制起重機(jī)的升降及運(yùn)行；橋架和大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)則負(fù)責(zé)物件的運(yùn)行。本次設(shè)計(jì)主要是對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)實(shí)體建模及強(qiáng)度分析，下面我將對(duì)起重機(jī)

17、各零部件進(jìn)行介紹，運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電動(dòng)葫蘆、電氣設(shè)備將會(huì)做簡(jiǎn)要分析。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所提供的電動(dòng)單梁起重機(jī)的各技術(shù)參數(shù)如下：起重量：10噸;跨度：12.5米；起升高度：10米；起升速度：7米/分鐘；起重機(jī)運(yùn)行速度：30米/分鐘；電源380伏 50赫茲；起重機(jī)運(yùn)行軌道面寬：68毫米。3.1電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁各部件、總成及功能在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)提供的圖紙中，主梁采用箱形工字梁，主梁鋼結(jié)構(gòu)采取焊接連接，圖紙?zhí)峁┲髁航Y(jié)構(gòu)如下圖：圖3.1主梁結(jié)構(gòu)及剖視圖主梁主要包括隔板、腹板、連接板1、連接板2、工字鋼、緩沖器支架、緩沖器、側(cè)板及其他部件，部件如下圖3.2至3.10。1. 隔板圖3.2主梁隔板2. 腹板圖3.3主梁腹

18、板圖3. 連接板1圖3.4主梁與端梁的連接板圖4. 連接板2圖3.5連接板圖5. 工字鋼圖3.6工字鋼圖6. 緩沖器支架圖3.7緩沖器支架7. 緩沖器圖3.8緩沖器8. 側(cè)板圖3.9側(cè)板9. 其他部件圖3.10其他部件10.電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁總成及功能將主梁的以上零件按照?qǐng)D紙對(duì)其進(jìn)行焊接組裝，可以得到主梁的總成圖。如圖3.11。圖3.11主梁總成圖主梁的功能：主梁是承載物件質(zhì)量和運(yùn)輸物件的主要載體，電動(dòng)葫蘆將物件吊起并沿著主梁工字鋼運(yùn)行，在電氣系統(tǒng)的控制下，橋架沿著軌道運(yùn)行，將物件搬運(yùn)到指定位置。在起重機(jī)工作過(guò)程中，主梁是主要的受力部件，它的工作條件比較嚴(yán)峻，因此為了保證主梁的強(qiáng)度，確保安全，

19、需要對(duì)主梁進(jìn)行有限元分析，根據(jù)分析結(jié)果確定起重機(jī)的安全情況是否符合要求。3.2電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁各部件、總成及功能電動(dòng)單梁起重機(jī)的端梁安裝有主動(dòng)和被動(dòng)車(chē)輪，車(chē)輪與運(yùn)行軌道相接觸，電動(dòng)機(jī)安裝在端梁上主動(dòng)車(chē)輪處，驅(qū)動(dòng)端梁沿軌道運(yùn)行。端梁結(jié)構(gòu)圖如下：圖3.12端梁結(jié)構(gòu)及剖視圖端梁主要包括蓋板裝置、端梁前板、端梁后板、端梁頂板、端梁底板、筋板和連接板，各部件如圖1.蓋板圖3.13蓋板圖2.端梁前板圖3.14端梁前板3.端梁后板圖3.15端梁后板4.端梁頂板圖3.16端梁頂板3.蓋板裝置圖3.17蓋板裝置4.底板圖3.18底板圖5.其他部件圖3.19筋板圖圖3.20端梁連接板6.電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁總成及

20、功能將端梁各部件按照給定圖紙進(jìn)行焊接組裝，可得到端梁的總成圖。如下：圖3.21端梁裝配圖端梁功能：端梁通過(guò)螺栓與主梁連接，對(duì)主梁起到支持的作用，端梁上的車(chē)輪與運(yùn)行軌道接觸，主動(dòng)輪由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)電動(dòng)單梁起重機(jī)在軌道上的運(yùn)行，完成重物的搬運(yùn)。3.3電動(dòng)單梁起重機(jī)的其他部件及功能1.電氣設(shè)備電氣設(shè)備是控制電動(dòng)單梁起重機(jī)工作的樞紐，是起重機(jī)的大腦。操作人員通過(guò)控制電氣設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)起重機(jī)的運(yùn)行，進(jìn)而完成物件的搬運(yùn)工作。當(dāng)前電動(dòng)單梁起重機(jī)的操縱方式主要有室內(nèi)操作和地面操作，地面操縱采用按鈕控制；室內(nèi)操縱則是在橋架的適當(dāng)位置安裝具備了電動(dòng)葫蘆控制器、電動(dòng)機(jī)控制器以及配電盤(pán)的駕駛室，操縱人員在駕駛室內(nèi)便

21、可以完成對(duì)搬運(yùn)過(guò)程的控制。兩種操縱方法各有優(yōu)勢(shì)，有不同的應(yīng)用場(chǎng)合。3起重機(jī)通過(guò)安裝在橋架一端的導(dǎo)電裝置將電流引入起重機(jī)，起重機(jī)的端梁兩端有限位開(kāi)關(guān)，電動(dòng)葫蘆上裝有提升高度的限位開(kāi)關(guān)，當(dāng)限位開(kāi)關(guān)動(dòng)作后即切斷電流，該機(jī)構(gòu)立即停止，再接通電源時(shí)。機(jī)構(gòu)反向運(yùn)轉(zhuǎn)。32.電動(dòng)葫蘆電動(dòng)葫蘆一般由電動(dòng)機(jī)、減速器、電動(dòng)小車(chē)、卷筒裝置、電氣部分組成。電動(dòng)機(jī)用來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)小車(chē)沿主梁工字鋼運(yùn)行；減速器可以將小車(chē)的運(yùn)行速度控制在一定的安全范圍內(nèi)；卷筒裝置用來(lái)提升物件，并且可以固定物件提升的高度；電動(dòng)小車(chē)可以帶動(dòng)物件運(yùn)動(dòng)；電氣部分則與控制系統(tǒng)相連，用來(lái)控制電動(dòng)葫蘆的工作與停止，并可以控制小車(chē)的行進(jìn)速度以及小車(chē)的移動(dòng)距離。設(shè)

22、計(jì)圖紙里小車(chē)共有八個(gè)車(chē)輪兩個(gè)電動(dòng)機(jī)，兩個(gè)電動(dòng)機(jī)分別用來(lái)驅(qū)動(dòng)小車(chē)和卷筒裝置。圖3.22電動(dòng)葫蘆3.電動(dòng)單梁起重機(jī)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)單梁起重機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動(dòng)裝置、主動(dòng)車(chē)輪裝置、被動(dòng)車(chē)輪裝置、減速器及電氣部分。驅(qū)動(dòng)裝置采用適當(dāng)?shù)碾妱?dòng)機(jī)，與主動(dòng)車(chē)輪通過(guò)齒輪傳動(dòng)，進(jìn)一步帶動(dòng)被動(dòng)車(chē)輪運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)起重機(jī)沿軌道的行駛；減速器將運(yùn)行速度控制在安全范圍內(nèi)；電控系統(tǒng)通過(guò)電氣部分實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度、運(yùn)行方向、運(yùn)行距離的控制；車(chē)輪通過(guò)軸承裝于角形軸承箱上，便于對(duì)運(yùn)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢查及維修保養(yǎng)。4 利用UG軟件對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)進(jìn)行實(shí)體建模本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目為“電動(dòng)單梁起重機(jī)實(shí)體建模及強(qiáng)度分析”，因此設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)現(xiàn)有

23、圖紙對(duì)起重機(jī)各部件進(jìn)行實(shí)體建模。為了完成建模工作，需要對(duì)UG軟件進(jìn)行學(xué)習(xí)。掌握一定的UG知識(shí)。44.1 UG在建模過(guò)程中的應(yīng)用電動(dòng)單梁起重機(jī)主要由鋼板焊接而成，因此其板類部件較多，對(duì)于這種情況，我充分利用UG的草圖功能，先按照?qǐng)D紙畫(huà)出零件的草圖，再對(duì)草圖進(jìn)行拉伸，即可得到相應(yīng)的部件。部分零件圖如下： 圖4.1腹板草圖及腹板圖在部分零件處由于要用螺栓進(jìn)行固定或者安裝軸承（端梁兩側(cè)板車(chē)輪處需要安裝軸承），需要在部件上打孔，這既可以直接通過(guò)孔來(lái)進(jìn)行操作，也可以在草圖上畫(huà)出孔的具體位置，利用反向拉伸求差生成孔，如主端梁的連接板： 圖4.2端梁連接板草圖及連接板對(duì)于一些中心對(duì)稱的零件，可以利用回轉(zhuǎn)來(lái)完成

24、建模，步驟為先畫(huà)出零件的基本的回轉(zhuǎn)輪廓，確定回轉(zhuǎn)軸，再利用回轉(zhuǎn)操作對(duì)草圖進(jìn)行回轉(zhuǎn)，即可得到結(jié)果如下圖： 圖4.3車(chē)輪草圖及回轉(zhuǎn)體在建模過(guò)程中，應(yīng)用最多的為拉伸、體、孔、回轉(zhuǎn)、邊倒圓、布爾運(yùn)算等，其余零件也基本用這些命令完成，因此不再贅述。4.2 UG在零件裝配中的應(yīng)用UG的功能十分全面，除了可以建模外，還可以進(jìn)行零件的裝配。在完成所有必要零件的建模后，就可以打開(kāi)UG的裝配模塊進(jìn)行裝配了，首先，新建一個(gè)裝配模型，然后按照?qǐng)D紙，按順序添加零件，利用裝配約束中接觸對(duì)齊、同心、距離、垂直、平行等命令，將零件裝配在正確的位置，然后保存，就可以得到裝配的結(jié)果。在UG裝配圖中，各個(gè)零件是引用到裝配圖中來(lái)的，

25、改變某一零件，其相應(yīng)的改變也會(huì)顯示在裝配圖中。這一點(diǎn)應(yīng)注意。5 部分裝配如圖：1.蓋板裝置圖 圖4.4蓋板裝置及裝配圖2.緩沖器圖 圖4.5緩沖器部件及裝配圖3.腹板圖圖4.6腹板部件及裝配圖4.電動(dòng)機(jī)圖圖4.7電動(dòng)機(jī)裝配圖4.3電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁裝配圖由于本設(shè)計(jì)中各零件的尺寸較大，要十分注意裝配的細(xì)節(jié)，確保正確裝配。主梁主要包括工字鋼、腹板、隔板、連接板，工字鋼是電動(dòng)葫蘆的行走軌道，隔板起到加強(qiáng)主梁整體強(qiáng)度的作用，連接板用于主梁與端梁的連接，腹板是主梁的骨架。在添加完主梁各部件后，得到裝配圖各視角如下圖：圖4.8主梁裝配圖4.4電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁裝配圖端梁相對(duì)于主梁來(lái)說(shuō)，它的尺寸較小，主要包

26、括前后側(cè)板，上板、底板、筋板、蓋板裝置，在完成各部件的建模后，按照?qǐng)D紙的要求完成端梁的裝配。端梁的裝配圖如下：圖4.9端梁裝配圖4.5電動(dòng)單梁起重機(jī)的主、端梁裝配圖在完成主梁和端梁的裝配后，根據(jù)主、端梁連接板螺栓孔的位置，利用同心約束以及主梁連接板的平面止口進(jìn)行定位，即可得到電動(dòng)單梁起重機(jī)主、端梁裝配在一起后的大體形狀。裝配圖的不同視角如下圖：圖4.10主、裝配圖端梁4.6利用UG得到的建模結(jié)果在完成起重機(jī)各零部件的建?；A(chǔ)上，并參看圖紙完成主、端梁的裝配工作，得到了電動(dòng)單梁起重機(jī)的大體模型，再加上其他部件，如電動(dòng)葫蘆、電動(dòng)機(jī)，即可得到電動(dòng)單梁起重機(jī)的總體裝配。電動(dòng)葫蘆、電動(dòng)機(jī)圖如下： 圖4.

27、11端梁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī) 圖4.12電動(dòng)葫蘆示意圖在完成主梁與端梁裝配的基礎(chǔ)上，完成主梁與電動(dòng)葫蘆的裝配，電動(dòng)機(jī)與端梁的裝配，最終完成了電動(dòng)單梁起重機(jī)的總體裝配工作，不同視角圖如下：圖4.13電動(dòng)單梁起重機(jī)總裝配圖5 電動(dòng)單梁起重機(jī)其他部件簡(jiǎn)析電動(dòng)單梁起重機(jī)除主梁、端梁外的部件主要有電動(dòng)葫蘆、大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)、電氣設(shè)備。電動(dòng)葫蘆一般都有產(chǎn)品系列，可以根據(jù)實(shí)際要求進(jìn)行合理選擇，在這里就不再做討論；電氣設(shè)備是與電動(dòng)單梁起重機(jī)的各部件相互匹配的，由地面操縱或者室內(nèi)操縱具體控制，在這里我們只需了解一下；起重機(jī)的大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)使起重機(jī)沿著特定的軌道運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)物件的搬運(yùn)，相當(dāng)于起重機(jī)的“腿”。此外，在查閱資料的過(guò)程中

28、，對(duì)主梁與端梁的連接方式以及主梁截面性能特點(diǎn)也有了一定的認(rèn)識(shí)。5.1起重機(jī)大車(chē)運(yùn)行機(jī)構(gòu)起重機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置是通過(guò)螺栓與配合止口連接于端梁上的，運(yùn)行機(jī)構(gòu)是一個(gè)“三合一”的機(jī)構(gòu)，它的組成包括錐形電機(jī)和減速器，其中錐形電機(jī)還具有減速功能。該裝置安裝維護(hù)方便，結(jié)構(gòu)緊湊、噪聲小。應(yīng)用普遍。65.2主梁與端梁的連接本次設(shè)計(jì)，圖紙采用的是螺栓連接，如下圖5.1，主梁一端有用于連接的連接板，在端梁中部的對(duì)應(yīng)位置，有與主梁連接板相對(duì)應(yīng)的連接板，主梁與端梁的連接板如下圖5.2和5.3。圖5.1主梁與端梁的連接 圖5.2主梁連接板 圖5.3端梁連接板在主梁的連接板的上部帶有平面止口，平面止口用來(lái)定位，主端梁的連接板通過(guò)

29、八個(gè)螺栓實(shí)現(xiàn)連接，這種連接方法較為簡(jiǎn)單常見(jiàn)。主梁和端梁可以單獨(dú)生產(chǎn)，然后按照?qǐng)D紙規(guī)定跨度進(jìn)行組裝。7但我認(rèn)為這種連接方法使得主梁及重物的重力過(guò)于集中于端梁的一側(cè)，會(huì)對(duì)車(chē)輪的磨損造成一定影響。主梁和端梁除了這種連接方法外，還有其他方法，主梁搭在端梁上，這樣不僅可以增加端梁的剛度和強(qiáng)度，使端梁的兩側(cè)受力較為均勻，減少車(chē)輪磨損。增加端梁的平衡性。還可以稍微增加起重機(jī)的起升高度。8連接方法如下圖1從動(dòng)輪2端梁3主梁4主梁加強(qiáng)支承板5主動(dòng)車(chē)輪6動(dòng)軸線輪系減速器7驅(qū)動(dòng)電機(jī)8端梁上連接板9主梁上連接板10連接螺栓圖5.4主梁與端梁的搭接5.3電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁結(jié)構(gòu)形式本次設(shè)計(jì)中，電動(dòng)單梁起重機(jī)采用的是箱形工

30、字梁，如下圖5.5，主梁是由工字鋼與型鋼或者鋼板焊接而成，工字鋼下翼緣板則作為電動(dòng)葫蘆（小車(chē)）吊運(yùn)物件的運(yùn)行軌道。本次設(shè)計(jì)中，箱形工字梁有六條焊縫，兩個(gè)腹板與上蓋板焊接，再與兩個(gè)斜放置的側(cè)板焊接。最后側(cè)板與工字鋼焊接。9此外，在主梁內(nèi)，上蓋板、兩側(cè)腹板、與工字鋼之間按一定距離焊接有隔板，隔板起到加大強(qiáng)度的作用，隔板在圖5.5中也有顯示，其具體形狀如圖5.6 圖5.5主梁的箱形截面圖 圖5.6主梁隔板圖另外一種應(yīng)用較多的主梁結(jié)構(gòu)形式是箱形主梁，箱形主梁結(jié)構(gòu)如下圖，與箱形工字梁相比，箱形主梁具有一定的優(yōu)勢(shì)，箱形主梁共有四條焊縫，剪應(yīng)力、局部壓應(yīng)力小，因此其截面特性較好，而且制造過(guò)程較為簡(jiǎn)單，生產(chǎn)率

31、較高。但箱形梁需要完全不同的電動(dòng)葫蘆。不能與箱形工字梁通用。9圖5.7主梁箱形截面圖在現(xiàn)階段箱形工字梁的應(yīng)用還是占較大的比例，但箱形工字梁相對(duì)于箱形工字梁的優(yōu)勢(shì)是非常明顯的，尤其是在截面性能與生產(chǎn)效率方面。只要與箱型梁相配套的電動(dòng)葫蘆在研發(fā)與投產(chǎn)方面加快腳步，我認(rèn)為箱型梁將逐步取代箱形工字梁。5.4電動(dòng)單梁起重機(jī)材料的選擇電動(dòng)單梁起重機(jī)的主梁是在搬運(yùn)物件時(shí)的直接受力部件，其次端梁與主梁的連接部位也受到主梁、物件、電動(dòng)葫蘆的整體的壓力，車(chē)輪受到軌道向上的支持力。電動(dòng)單梁起重機(jī)的主梁各零件全部焊接而成，因此其受力情況為整體受力；端梁同樣為焊接件，車(chē)輪處通過(guò)軸承連接。普通碳素鋼在電動(dòng)單梁起重機(jī)中應(yīng)用

32、較多，如Q195、Q215、Q235、Q255等，另外鋼板型鋼的低合金材料也應(yīng)用于電動(dòng)單梁起重機(jī)，如16Mn。根據(jù)實(shí)際工作情況、成本、制作工藝等方面的因素，在材料的選擇上我傾向于Q235，其中Q代表屈服極限，即發(fā)生塑性變形的極限，235為屈服值。Q235的屈服極限在235MPa左右。105.5端梁驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇雖然在本次設(shè)計(jì)中沒(méi)有要求對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行分析，而且在實(shí)際中根據(jù)起重機(jī)的起重量及跨度有對(duì)應(yīng)功率的電動(dòng)機(jī)供選擇，但通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的分析可以熟悉起重機(jī)的受力情況，因此對(duì)電動(dòng)機(jī)的功率計(jì)算作簡(jiǎn)要介紹。首先分析起重機(jī)運(yùn)行時(shí)的受力，主要有摩擦阻力、坡道阻力、以及風(fēng)阻力，電動(dòng)單梁起重機(jī)一般在室內(nèi)工作，風(fēng)阻力

33、可以忽略，另外起重機(jī)的運(yùn)行軌道一般是水平的，因此坡道阻力也可以忽略，因此在起重機(jī)的行進(jìn)過(guò)程中主要受到摩擦力的作用，F(xiàn)=（起升重量+起重機(jī)自重）*摩擦系數(shù)。然后計(jì)算起重機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行功率，功率P=(F*運(yùn)行速度V)/(1000*電動(dòng)機(jī)效率*電動(dòng)機(jī)數(shù)量)，功率的單位是千瓦。由于要考慮實(shí)際運(yùn)行及安裝情況，選擇電動(dòng)機(jī)的功率硬幣計(jì)算功率稍大，應(yīng)為計(jì)算功率乘以（1.11.3）。再根據(jù)結(jié)果選擇合適的電動(dòng)機(jī)。106 電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁與端梁的受力分析及有限元分析電動(dòng)單梁起重機(jī)屬于應(yīng)用廣泛的起重機(jī)械，起重量較大，存在一定的危險(xiǎn)性，因此其安全性能必須得到保證。為了避免在使用過(guò)程中發(fā)生意外，對(duì)操作人員造成人身傷害，應(yīng)

34、對(duì)其主要受力部件進(jìn)行有限元分析，確保其強(qiáng)度，保證其在使用年限內(nèi)不出現(xiàn)意外損壞。使生產(chǎn)作業(yè)安全有序進(jìn)行。11畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)要求對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)的主要受力部件進(jìn)行強(qiáng)度分析，我選取ANSYS對(duì)進(jìn)行有限元分析。ANSYS是一款十分強(qiáng)大的有限元分析軟件，由美國(guó)ANSYS公司開(kāi)發(fā)，它的應(yīng)用范圍十分廣泛，幾乎涵蓋所有的重要工業(yè)領(lǐng)域，可以求解結(jié)構(gòu)、流體等問(wèn)題，并且可以與眾多的CAD軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的共享，ANSYS的單元類型提供了眾多的用來(lái)模擬的材料供用戶選擇，為有限元的分析提供了最大限度的便利。在本次設(shè)計(jì)中，我主要使用ANSYS的結(jié)構(gòu)靜力分析功能，來(lái)求解載荷對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)引起的位移和應(yīng)力，來(lái)確定其加載后的變化

35、是否在允許的范圍內(nèi)。從而確保工作過(guò)程中的安全。126.1電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁的分析對(duì)于電動(dòng)單梁起重機(jī)主梁的分析分為兩種情況，針對(duì)起重機(jī)工作過(guò)程中的兩種極限工作狀況，分別是電動(dòng)葫蘆吊運(yùn)最大起重量運(yùn)行到主梁中間和一端，保證這兩種工況的安全即可確保主梁的安全。首先，把電動(dòng)單梁起重機(jī)的主梁從UG6.0導(dǎo)出成適合ANSYS的格式，然后用ANSYS打開(kāi)，接著對(duì)主梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)主梁進(jìn)行固定并將起重機(jī)的最大起重載荷加到指定位置，起重載荷包括起重量10噸、電動(dòng)葫蘆1010kg，進(jìn)一步按照規(guī)程進(jìn)行分析，主梁的網(wǎng)格圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖如下：1.對(duì)主梁進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格圖如圖6.1圖6.1主梁網(wǎng)格圖2.在對(duì)主梁進(jìn)行有

36、限元網(wǎng)格劃分后繼續(xù)對(duì)其進(jìn)行有限元分析，首先將主梁的兩端連接板進(jìn)行固定，然后首先在主梁的中間位置加載荷，在這里為了模擬電動(dòng)葫蘆的小車(chē)對(duì)主梁工字鋼的力的作用，在主梁工字鋼的中間位置加一個(gè)小平面做為受力平面，電動(dòng)葫蘆的小車(chē)有8個(gè)車(chē)輪，其加載力的形式為8個(gè)輪子分散加載，因此這個(gè)平面的受力情況比小車(chē)的情況更嚴(yán)峻，假如這種情況安全，小車(chē)在主梁工字鋼上運(yùn)行也就是安全的。在分析完主梁中間的受力情況后，繼續(xù)分析重物在主梁工字鋼一端時(shí)的情況，分析過(guò)程與中間位置的分析類似。下面圖6.2至6.6是有限元分析時(shí)的兩種情況的應(yīng)力應(yīng)變圖圖6.2用來(lái)模擬主梁受力的平面3.重物在中間位置時(shí)的應(yīng)變圖圖6.3主梁應(yīng)變圖3.重物在中

37、間位置是的應(yīng)力圖圖6.4主梁應(yīng)力圖4.重物在一端時(shí)的應(yīng)變圖圖6.5主梁應(yīng)變圖5.重物在一端時(shí)的應(yīng)力圖圖6.6主梁應(yīng)力圖由以上圖片可以看到，重物在主梁中間位置時(shí)的應(yīng)力、應(yīng)變分別為36.652MP和0.90937mm；重物在主梁一端時(shí)，應(yīng)力、應(yīng)變分別為25.078MP和0.07512mm。對(duì)于起重機(jī)本身的材料Q235來(lái)說(shuō)，它的安全系數(shù)還是比較高的，能夠保證工作過(guò)程中的安全；其應(yīng)變相對(duì)于起重機(jī)的尺寸來(lái)說(shuō)，也在允許的范圍內(nèi)。6.2電動(dòng)單梁起重機(jī)端梁的分析對(duì)于電動(dòng)單梁起重機(jī)的端梁，它的受力情況比主梁簡(jiǎn)單，端梁通過(guò)連接板與主梁連接，采用的是螺栓連接，其受力集中在連接板的螺栓孔，通過(guò)車(chē)輪孔進(jìn)行固定，將電動(dòng)機(jī)

38、加在其相應(yīng)位置，將端梁可能受到的最大載荷加在螺栓孔，即可進(jìn)行分析。端梁所受載荷包括主梁自重、電動(dòng)葫蘆以及起重最大載荷，為了模擬端梁受力的極端情況，我將主梁的自重以及整個(gè)起重載荷加到端梁的受力處。按照主梁的分析過(guò)程，將端梁從UG導(dǎo)出成適合ANSYS的格式，再用ANSYS打開(kāi)，按照分析步驟進(jìn)行分析，得到的網(wǎng)格圖、應(yīng)力圖、應(yīng)變圖如下：1.對(duì)端梁劃分網(wǎng)格圖6.7端梁網(wǎng)格圖2.在對(duì)端梁劃分網(wǎng)格后，對(duì)其進(jìn)行有限元分析，首先通過(guò)安裝車(chē)輪的孔對(duì)其進(jìn)行固定。主梁及重物的自重通過(guò)端梁的連接板加到端梁上，主梁、端梁通過(guò)8個(gè)螺栓連接，因此我將載荷加到端梁連接板及前板的8個(gè)螺栓孔上，得到端梁的應(yīng)力應(yīng)變圖，如圖6.8和6

39、.9.端梁應(yīng)變圖圖6.8端梁應(yīng)變圖由圖6.8可以看出，在端梁的受力情況最糟糕的情況下，其最大應(yīng)變?yōu)?.78mm，這對(duì)于端梁整體來(lái)說(shuō)在允許的范圍內(nèi)。3.端梁應(yīng)力圖圖6.9端梁應(yīng)變圖由圖6.9可以看出，端梁的最大應(yīng)力為159.07MP，遠(yuǎn)小于材料的極限應(yīng)力值235MP，但這是將主梁自重、電動(dòng)葫蘆以及起重物自重全部加在一個(gè)端梁的情形，在實(shí)際情況下，在起重過(guò)程中由兩處端梁共同承擔(dān)，因此實(shí)際工作時(shí)，其最大應(yīng)力遠(yuǎn)小于此值，因此其安全系數(shù)是有保障的。由上面分析可知，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，電動(dòng)單梁起重機(jī)的主梁和端梁的滿載受力情況都在安全的范圍內(nèi)，滿足使用要求。6.3有限元分析的結(jié)果及自己的見(jiàn)解經(jīng)過(guò)以上有限元分析，

40、在滿載的情況下，電動(dòng)單梁起重機(jī)的應(yīng)變和應(yīng)力都在安全的范圍內(nèi)，能確保在工作過(guò)程中安全運(yùn)行。我們選擇的電動(dòng)單梁起重機(jī)的材料是Q235，與我們得到的應(yīng)力相比較可知，此次設(shè)計(jì)中的電動(dòng)單梁起重機(jī)的安全系數(shù)還是比較高的，從節(jié)約成本的角度考慮，可以選擇其他較為便宜但滿足安全要求的材料來(lái)代替，也可以適當(dāng)減少鋼板的厚度，從而達(dá)到成本的降低，由于條件的限制，在這里不再做具體分析。結(jié) 論本次畢業(yè)設(shè)計(jì)以電動(dòng)單梁起重機(jī)為主要研究對(duì)象，通過(guò)學(xué)習(xí)研究電動(dòng)單梁起重機(jī)的CAD圖紙，對(duì)電動(dòng)單梁起重機(jī)的具體結(jié)構(gòu)部件進(jìn)行了分析，了解了其主梁端梁的結(jié)構(gòu)形式及連接方式，并對(duì)其零部件有了大體的認(rèn)識(shí)；利用UG對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行了建模，并在零件的基礎(chǔ)上完成了裝配工作，學(xué)到了更多的UG繪圖方法和裝配約束功能；對(duì)起重機(jī)的主要受力部件進(jìn)行了有限元分析，懂得了有限元分析的原理和意義以及利用有限元分析中的應(yīng)力應(yīng)變分布狀況對(duì)受力部件進(jìn)行安全評(píng)測(cè)。在此之前，我對(duì)UG建模以及隨后的有限元分析的了解十分有限，在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我對(duì)UG的使用逐步熟練，并且掌握了UG裝配過(guò)程中的一些技巧，根據(jù)CAD圖紙，