變支點(diǎn)交替支撐式撬杠設(shè)計(jì)說明書

1、變支點(diǎn)交替支撐式撬杠設(shè)計(jì)者：鄧學(xué)威，張擴(kuò)指導(dǎo)教師：鄭春祿，嚴(yán)國慶（滄州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，滄州 061001）摘要 ：變支點(diǎn)交替支撐式撬杠雙桿聯(lián)動(dòng)交替工作，增加了操作的協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性，縮短了撬動(dòng)或移動(dòng)重物的時(shí)間，可以一人完成交替撬動(dòng)過程，提高工作效率，為救災(zāi)爭取了寶貴的時(shí)間。變支點(diǎn)交替支撐式撬杠由兩根撬杠及一個(gè)支座組成，撬杠在支座套筒內(nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支點(diǎn)的變化。在使用撬杠撬動(dòng)或移動(dòng)重物時(shí)，根據(jù)需要撬動(dòng)重物大小，可由一人或多人操作，撬杠也可根據(jù)需要加長。關(guān)鍵詞 ：撬杠；雙桿交替；變支點(diǎn)1、 引言在日常工作或救援等需要移動(dòng)重物的現(xiàn)場，因地形環(huán)境，普通撬杠常常會(huì)有找不到合適的支點(diǎn)，或需要多撬杠共同協(xié)作完成時(shí)，

2、普通撬杠很不方便，受地形和地理位置的影響較大，于是我們設(shè)計(jì)了雙撬杠、支點(diǎn)可變且一人可完成普通撬杠雙人才能完成任務(wù)的新型工具。采用杠桿原理，把兩根撬杠組合安裝在一個(gè)支架上，以去除普通撬杠滑動(dòng)滾落的危險(xiǎn)。結(jié)構(gòu)如圖1所示：圖1 撬杠工作示意圖2、研究概況普通撬杠存在支點(diǎn)不穩(wěn)，撬動(dòng)連續(xù)性差,而且單人難以完成，變支點(diǎn)交替支撐式撬杠在普通撬杠基礎(chǔ)上把兩根撬杠組合安裝在一個(gè)支架上，以消除撬杠滑動(dòng)滾落的危險(xiǎn)。并且可由一人同時(shí)操作兩根撬杠，工作穩(wěn)定，撬動(dòng)連續(xù)，協(xié)調(diào)性好。2.1 支座設(shè)計(jì)支座為整個(gè)作品的支撐部分，由支架和底座組成，為了保證工作穩(wěn)定，底座需要有一定的占地面積和質(zhì)量。在不影響正常操作和搬運(yùn)的前提下，適

3、當(dāng)增加底座自重可以保證工作時(shí)不會(huì)發(fā)生底座晃動(dòng)和離地的情況。同時(shí)增大底座占地面積可以使工作時(shí)底座陷入土中的可能性減小，使作品適用的工作環(huán)境更廣泛。將底板尺寸設(shè)計(jì)成400×400（mm）的正方形并且使支架焊接在底板的前半部，這樣可以有效的防止工作時(shí)支架向后翻轉(zhuǎn)。底板可用花紋鋼板，增加和地面的摩擦力。支架連接底座和套筒，是重要的支撐部位，支架的尺寸決定了撬杠的活動(dòng)范圍，所以支架厚度為40mm，開深度60mm，寬22mm的凹槽。兩支架的間隔為300mm這樣兩個(gè)撬杠交替工作時(shí)不會(huì)互相干擾，而且在特殊情況需要雙人配合工作時(shí)兩人之間有合適的間隔。支架的高度如果太高會(huì)影響支撐的穩(wěn)定性，太矮則影響撬杠

4、活動(dòng)量。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)，總結(jié)出支架高度為300mm。支架最后尺寸如圖2所示。圖2 支座示意圖2.2撬杠設(shè)計(jì)為了能滿足是日常生活和救災(zāi)時(shí)的要求，現(xiàn)以撬起一塊預(yù)制板為例，分析杠桿受力情況如下：已知：如圖3，預(yù)制板的外形尺寸為3.6×0.6×O.15m，密度1500kg/m3，又由支座的設(shè)計(jì)可知最小阻力臂xmin=0.3m，阻力臂最小時(shí)杠桿和水平面的夾角。進(jìn)行預(yù)制板對杠桿的反作用力W的分析如下：圖 3 預(yù)制板受力分析圖根據(jù)已知預(yù)制板的外形尺寸計(jì)算其重量G=4860N。當(dāng)杠桿以W從一端撬起預(yù)制板時(shí)，預(yù)制板自身為以O(shè)為支點(diǎn)的杠桿結(jié)構(gòu)，則G×L/2=W×L×

5、;cos，即W=，撬杠施加給預(yù)制板的力W與預(yù)制板施加給撬杠的力W是一對相互作用力，即，當(dāng)=0時(shí)，重物對撬杠的反作用力為最大值，由于支座限制杠桿活動(dòng)，杠桿的極限角度max=60°，那么預(yù)制板施加給杠桿的壓力。圖 4 杠桿受力簡圖經(jīng)查閱相關(guān)資料，人手臂對桿的主動(dòng)力P約為600N，則支撐點(diǎn)向上的力R= W+P=1815N，設(shè)桿長l。杠桿受力簡圖如圖4所示，那么P×(l-x)=W×x（1）得 l=0.9m，因?yàn)榍烁芤谔淄矁?nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支點(diǎn)的改變，在單人操作兩根撬杠時(shí)更方便省力，所以增加理論桿長，實(shí)際桿長l=1.8-2.0m為宜。圖 5 彎矩圖強(qiáng)度分析：由彎矩圖可知Mmax

6、=W×x=1215×0.3=364.5N/m （2）為了采購方便，撬杠采用2寸低碳鋼厚壁管，查手冊得厚壁管外徑D=50.8mm，內(nèi)徑d=47.05mm，由 （3）可得Wz=3240.08mm3則彎曲應(yīng)力= （4）為了保證工作安全，彎曲應(yīng)力應(yīng)當(dāng)小于等于許用應(yīng)力，查手冊20#鋼許用應(yīng)力=420MPa，,即撬杠選用2寸厚壁管滿足強(qiáng)度要求。剛度計(jì)算：桿的剛度條件為 （5）式中，y為許用撓度，由經(jīng)驗(yàn)確定為y=0.02。根據(jù)公式 （6）得max=0.010經(jīng)比較，滿足所以選用2寸厚壁管滿足剛度要求。2.3 銷軸設(shè)計(jì) 因?yàn)殇N軸在工作過程中承擔(dān)強(qiáng)大的載荷，所以銷軸應(yīng)盡可能增大橫截面積并盡可

7、能縮短長度。銷軸主要受力由圖 6所示：圖6 銷軸受力分析銷軸所受剪切力：Fa=Fb=Fc/2。所以銷軸的剪切應(yīng)力應(yīng)小于或等于許用剪切應(yīng)力即:=F/A（7） A=d2/4 （8）A：銷軸危險(xiǎn)截面面積（mm2）d: 銷軸直徑（mm）若銷軸采用45#鋼查表得其=30MPa，若撬杠撬起重量G=4860N的預(yù)制板，那么Fa=R/2=908N,從而得d6.2mm, 考慮制造工藝和棒料尺寸以及變形影響正常轉(zhuǎn)動(dòng)，所以取銷軸直徑d=30mm。3、 制作過程與創(chuàng)新考慮到參賽時(shí)要長距離運(yùn)輸，決定制作一個(gè)樣品(成本為60元)，制作過程如下：3.1套筒套筒與支架通過銷軸連接，套筒實(shí)現(xiàn)了撬杠的支點(diǎn)可變，同時(shí)保證了工作中撬

8、杠不滑脫，最初的套筒結(jié)構(gòu)如圖7所示：圖7 原套筒示意圖但是在樣品試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)套筒左右擺動(dòng)的很明顯，軸和孔的摩擦劇烈，軸的損耗大。于是經(jīng)過修改和試驗(yàn)，套筒采用單片鋼板支撐，如圖 8 所示：圖 8 新套筒示意圖3.2支座為了樣品制作方便，節(jié)約成本，支架采用兩片型鋼為一組，先用螺栓作為銷軸把套筒和一組支架固定在一起，然后再底座相應(yīng)位置焊接。這樣避免了支架的位置偏差，導(dǎo)致套筒和銷軸的不能正常安裝。使用同樣方法，焊接另一組支架于底座上。 3.3撬杠 2寸厚壁管，長度在1.8-2.0米間。為了能插入與地面間小縫隙重物,將撬杠一端壓平,同時(shí)加工成鋸齒型,以增加摩擦力。撬杠另一端處理光滑，以防劃傷。3.4創(chuàng)新特

9、色、通過撬杠在套筒內(nèi)滑動(dòng)，實(shí)現(xiàn)支點(diǎn)變換。、兩根撬杠通過絞鏈套筒式支架，可以實(shí)現(xiàn)交替撬動(dòng)或同時(shí)撬動(dòng)?？梢詫?shí)現(xiàn)一人同時(shí)操作兩根撬杠，突破了普通撬杠只能一人操縱一根撬杠的局限性。由于兩根撬杠是連接在同一支架上，且一人操作，所以連續(xù)性、協(xié)調(diào)性和穩(wěn)定性好。、支架底座穩(wěn)定，適用于各種地面狀態(tài)，使用可靠。4 、預(yù)期應(yīng)用前景本工具結(jié)構(gòu)簡單，由7個(gè)零件組成，工作可靠，成本低廉、制作容易，零件的精度要求不高，加工工藝簡單，容易加工制造，一般焊工都可制作。材料為機(jī)械制造中廣泛應(yīng)用的型鋼。其特有的支座可以保證撬杠在工作時(shí)具備穩(wěn)定的支撐點(diǎn)，這樣可以在救災(zāi)時(shí)的復(fù)雜地勢中發(fā)揮出普通撬杠難以發(fā)揮的作用，在日常的貨物撬動(dòng)中，建

10、筑工地中也可發(fā)揮明顯優(yōu)勢，所以本作品可以廣泛應(yīng)用于物體撬動(dòng)場所，無論是災(zāi)難救援，還是日常貨物撬動(dòng)都是首選工具。致謝在作品完成之際，衷心希望這棵嫩芽通過我們辛勤汗水的澆灌，能茁壯成長，雖然我們的能力有限，但我們還是認(rèn)真的對待。在此我們謹(jǐn)向我們的指導(dǎo)老師以及在設(shè)計(jì)過程中給予我們幫助的老師、同學(xué)們致以最誠摯的謝意！在這段時(shí)間里，我們利用課余時(shí)間，查閱了大量技術(shù)文獻(xiàn)，這對順利完成設(shè)計(jì)與制作起到至關(guān)重要的作用，感謝專家、教授的辛勤勞動(dòng)，才能讓我們?nèi)玺~得水，暢游在知識的海洋中。感謝學(xué)院各級領(lǐng)導(dǎo)的大力支持，為我們的工作提供設(shè)備、工具器械、材料物資等后勤保障。感謝國家和省里各位專家老師，組織這次機(jī)械創(chuàng)新設(shè)計(jì)大賽，能讓我們有機(jī)會(huì)展示自己的作品，有機(jī)會(huì)面對面向?qū)＜依蠋熣埥谈鞣N問題，特別感謝專家老師的精彩點(diǎn)評，讓我們增長見識、開闊眼界、獲得新知識，我們將按照專家老師的指導(dǎo)意見，進(jìn)一步修改我們的作品，使之更完善、更實(shí)用，真誠的希望我們