机械类毕业设计-汽车起重机主臂的设计、汽车曲柄连杆机构毕业设计.docx

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1、随着经济建设的迅速开展，我国的基础建设力度正逐渐加大，道路交通，机场，港口，水利 水电，市政建设等基础设施的建设规模也越来越大，市场汽车起重机的需求也随之增加。本文通 过对徐工50吨汽车起重机主臂进行研究，进一步进行主臂设计，通过计算对主臂的三较点、主臂 的长度、及每节臂的长度、液压缸尺寸进行确定，选择零部件，确定主臂伸缩方式及主臂内钢丝 绳的缠绕方法，通过SOLID WORKS软件对主臂进行三维建模。关键词：50吨汽车起重机、主臂设计、三较点、伸缩方式、三维建模黑龙江工程学院本科生毕业设计本，同时在机械线使用机械代替人工操作如焊接机械手和配用机械手等。国外起重机的未来开展之路是走向专业化，标

2、准化，和系列化，只有这样才能最快的制造 和装配出品种多样化的产品1.4 solid works软件的介绍美国Solid Works公司是一家专门从事开发三维机械设计软件的高科技公司，公司宗旨是 使每位设计工程师都能在自己的微机上使用功能强大的世界最新CAD/CAE/CAM/PDM系统，公司 主导产品是世界领先水平的Solid Works软件。90年代初，国际微机市场发生了根本性的变化，微机性能大幅提高，而价格一路下滑，微 机卓越的性能足以运行三维CAD软件。为了开发世界空白的基于微机平台的三维CAD系统，1993 年PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁成立SolidWorks公司，并于19

3、95年成功推出了 SolidWorks软件，引起世界相关领域的一片赞叹。在SolidWorks软件的促动下，1998年开始, 国内、外也陆续推出了相关软件；原来运行在UNIX操作系统的工作站CAD软件，也从1999年 开始，将其程序移植到Windows操作系统中。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华 尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万的高额市值将SolidWorks全资 并购。公司原来的风险投资商和股东，以原来一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报, 创造了 CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原

4、来的品牌和管理技术队伍继续独立运作, 成为CAD行业一家高素质的专业化公司。功能描述(1) Top Down (自顶向下)的设计(2)、Down Top (自下向上)的设计(3)、配置管理(4) .易用性及对传统数据格式的支持(5) .零部件镜像(6) .装配特征(7) .工程图(8) . eDrawing(9) .镀金设计(10) . 3D 草图VI黑龙江工程学院本科生毕业设计与活塞销座开挡之间的间隙为45加，但当制造精度有保证时，两边共23mm就足够了，取间隙为 3mm o12.3.2 3. 3.2验算比压力销座比压力为：q =上=8126 R8= 23.3MPa 23+*/4.3743黑

5、龙江工程学院本科生毕业设计=23395.57 mm4将式(4. 10)改成(4. 11)式中：心一连杆系数，h=l + c一一 乜式中：心一连杆系数，h=l + c一一 乜149 =1+ 0.002 xx 154.45 = 1.1 o4x23395.57那么在垂直于摆动平面内的合成应力为:一 17521.614“八bv = I.lx= 124.79 MPay154.45和0V的许用值为250400 Mp。，所以校核合格。(3)连杆杆身的平安系数连杆杆身所受的是非对称的交变循环载荷，把或。、，看作循环中的最大应力，看作是循环中的最小应力,入 y即可求得杆身的疲劳平安系数。循环的应力幅b0和平均应

6、力，在连杆摆动平面为:(4. 12)(4. 13)=4一巧=129.33-68.11 = 3a6J Mpa129.33 + 68.11 : 98.72 MPa在垂直摆动平面内为:% 一%124.79 - 68.11=28.34 MPa(4. 13)好口.功(4. 14)连杆杆身的平安系数为:(4. 15)式中：51材料在对称循环下的拉压疲劳极限，=2.53.5xl()2 N/mn?(合金钢)，取黑龙江工程学院本科生毕业设计0 = 2.5xlO2 N/mm2；材料对应力循环不对称的敏感系数，取。0 =02一工艺系数，= 0.4 - 0.6 ,取 0.45。那么在连杆摆动平面内连杆杆身的平安系数为

7、：= 2.8= 3.02.5xl()230.61 八 c CC FF 0.2 x 98.720.45在垂直摆动平面内连杆杆身的平安系数为:2.5 xlO2n 二28.34 八 0.45杆身平安系数许用值在1.53的范围内，那么校核合格。连杆大头的结构设计与强度、刚度计算1、连杆大头的结构设计与主要尺寸连杆大头的结构与尺寸基本上决定于曲柄销直径。2、长度台2、连杆轴瓦厚度2和连杆螺栓直径4。其 中在。2、当在曲轴设计中确定，。2=478历2, B2 = 26.73mm ,那么大头宽度仇=26.73M帆，轴瓦 厚度 & = (1.5 3) nvn ,取 2 = 2.5mm ,大头孔直径 d? =

8、50.3mm。连杆大头与连杆盖的分开面采用平切口，大头凸台高度a六“2六(350.5)6/2 ,取 =0.454 =22.可加根，取“，=0.43。2 =21.63小机，为了提高连杆大头结构刚度和紧凑性，连杆 螺栓孔间距离。二(1.241.31)出，取。=1.27。2 = 63.881加加，一般螺栓孔外侧壁厚不小于2毫米， 取3毫米，螺栓头支承面到杆身或大头盖的过渡采用尽可能大的圆角。2、连杆大头的强度校核假设通过螺栓的紧固连接，把大头与大头盖近似视为一个整体，弹性的大头盖支承在刚性的连杆体上，固 定角为以)，通常取40。，作用力通过曲柄销作用在大头盖上按余弦规律分布，大头盖的断面假定是不变的

9、, 且其大小与中间断面一致，大头的曲率半径为C/2。连杆盖的最大载荷是在进气冲程开始的，计算得：黑龙江工程学院本科生毕业设计(11) ,曲面设计(12) .基于INTERNET的协同工作(13)动画功能Animator1.5本课题内容及重要意义课题内容：学习solid works软件，能熟练应用软件进行建模，并进行装配。通过计算确定基本参数，对各节臂的尺寸进行确定，对臂的钦点进行确定。主臂运动方案确实定，大臂采用形式，伸缩方式以及钢丝绳绕线方式等。在solid works环境下进行机械结构设计，建立50吨汽车起重机的基本臂的三维模型 课题重要意义：近年来，随着社会的开展，社会生活中对起重机的需

10、求越来越大，所以起重机的 研发越来越紧迫，由于汽车式起重机转场灵活，从而方便快捷，所以进几年我国的汽 车式起重机开展很快。但是，与国外汽车式起重机相比，国外汽车式起重机技术得到 了飞速开展，为了降低整机本钱，提高性能，整机质量越来越小，在起重性能相同的 情况下，自重约比十年前降低了 2 0 %左右，由于车辆自重的减小，使车辆采用尽可 能少的轴数(尤其是大吨位起重机)，这样，大大简化了车辆的结构，本钱降低，同时 提高了起重机的作业能力及使用经济性，所以，同等吨位的销售价较前十年有大幅下 降，对中国国内市场造成了很大冲击，因此，对我国的汽车式起重机的生产者来说是 一个严峻的考验。基本臂是起重机的最

11、主要的部件，它的优劣直接关系到起重机的性 能，所以加大对汽车式起重机的基本臂结构设计的研究，努力创新和借鉴外国经验是 当务之急。VII黑龙江工程学院本科生毕业设计P. = P. ax + P= 10519 .681 + 6923 .799 = 17443 .48 NNJ Ill d Ar作用在危险断面上的弯矩A/1和法向力N1由经验公式求得:MP2x-(0.0127 + O.OOO83ao) = 17443.48 x 61881 x (0.0127 + 0.00083 x 40) = 25545.2N、=P? (0.522 + 0.003 6r() = 17443 .48 x (0.522 +

12、 0.003 x 40)= 11198 .71N (4.16)由此求得作用于大头盖中间断面的弯矩为:(4. 17)作用于大头盖中间断面的法向力为:N、(4. 18)式中：式大头盖及轴瓦的惯性矩，根根7R h3 B2()3 26.73 x(63881-50.3 )3I =Z=Z= 5579.727mm4121212/= = Q = 26.73 x 2S=3481mm31212A, 4大头盖及轴瓦的断面面积，mm?,12A = B2h = 26.73x 63.88；-50.3 =181 51相根2,A = 62 X 3 = 26.73 X 2.5 = 66.8252在中间断面的应力为:(4. 18

13、)W式中：w大头盖断面的抗弯断面系数，26.73 x(63,881-50.3)-=1394.93mm3计算连杆大头盖的应力为:N、i+41 Ha =1W A25545.1834.811 +5579.727 +1394.9311198.7166.8251 +18L51 = 63.29 MPa181.51一般发动机连杆大头盖的应力许用值为150200 MPa，那么校核合格。黑龙江工程学院本科生毕业设计13.2 4. 2连杆螺栓的设计13.2.1 连杆螺栓的工作负荷与预紧力根据气缸直径D初选连杆螺纹直径dM，根据统计dM =(0.1- 0.12)D，取九=0.1。= 8.09相加。发动机工作时连杆螺

14、栓受到两种力的作用：预紧力P和最大拉伸载荷尸.，预紧力由两局部组成：一是保 证连杆轴瓦过盈度所必须具有的预紧力片；二是保证发动机工作时，连杆大头与大头盖之间的结合面不致因惯 性力而分开所必须具有的预紧力P2l，51o连杆上的螺栓数目为2,那么每个螺栓承受的最大拉伸载荷P；为往复惯性力Pj和旋转惯性力Pr在气缸中心 线上的分力之和，Pj+Prx cos a 10519 .681 + 6923 .799 xcosl32-2Pj+Prx cos a 10519 .681 + 6923 .799 xcosl32-2= 18633 .01N(4. 19)轴瓦过盈量所必须具有的预紧力P1由轴瓦最小应力巧如

15、=200300MPa ,由实测统计可得 打 一般为1065N,取30N,由于发动机可能超速，也可能发生活塞拉缸，尸2应较理论计算值大些，一般取R=(0.750.8) P；max, P2 = 0.75 7ax = 13043.112V o 乙J 111 a A乙III a A13.2.2 连杆螺栓的屈服强度校核和疲劳计算连杆螺栓预紧力缺乏不能保证连接的可靠性，但预紧力过大那么可能引起材料超出屈服极限，那么应校核屈服 强度，满足P,、a = 30时,最大应力增加很快,因此油孔设在0小于30 处叫油道的孔径一般在;。2左右，取为4加n。14.2.6 5. 2.6曲轴两端的结构曲轴上带动辅助系统的正时

16、齿轮和皮带轮一般装在曲轴的前端，因为结构简单，维修方便。发动机的配气 机构也是由曲轴自由端驱动。这是应为曲轴自由端的轴颈允许较细，可以采用节圆直径小的齿轮，消除扭转振 动的减振器装在曲轴前端，因为这里的振幅最大。在曲轴自由端从曲轴箱伸出去额地方必须考虑密封。一方面防止曲轴箱中的机油由这里漏出去，另一方面 也防止外面的尘土等进入。密封是用甩油环和密封装置所组成，密封装置可以是密封圈，也可以是螺纹迷宫槽。 所谓迷宫槽是在轴上或在曲轴箱的对应孔壁上制出螺纹，螺纹的螺旋方向与轴的螺旋方向相反。当机油漏入轴 与孔之间的间隙中时，依靠机油的粘性和螺纹，把机油像个螺母一样地退了回去，不使它漏出机体外口。曲轴

17、后端（功率输出端）设有法兰，飞轮与后端用螺栓和定位销连接。螺栓应拧得足够紧，以便能够依靠 飞轮与法兰之间的摩擦力矩传输出曲轴的最大转矩。定位销用来保证重装飞轮时保持飞轮与曲轴的装配位置。 故定位销的布置是不对称的或只有一个。这种连接方式结构简单，工作可靠。为了提高曲轴的扭转刚度，从最 后一道主轴承到飞轮法兰这一轴段应该尽量粗短。14.2.7 5. 2.7曲轴的止推曲轴由于受热膨胀而伸长或受斜齿轮即离合器等的轴向力会产生轴向移动，为了控制发动机在工作时曲轴 的轴向窜动，在曲轴上设置有轴向定位装置，同时为了保证曲轴在受热膨胀时有一定的自由伸长量，所以曲轴 上只能有一处轴向定位。从降低曲轴和机体加工

18、尺寸链精度要求出发，止推轴承设在中间主轴承的两边。在第三主轴颈处设置轴向 止推片，止推片为四片。曲轴轴向间隙应保持 = 0.050.2加，其它各主轴承端面间隙应保证曲轴受热伸长时能自由延伸。14.3 5. 3曲轴的疲劳强度校核由于曲轴工作时承受交变载荷，它的破坏往往都由疲劳产生，因此，需要进行疲劳验算。由于实际的曲轴 是一个多支承的静不定系统，理论上应按照连续梁的概念来求解支承弯矩和支反力，因为它考虑了支承的弹性 安装不同心度以及支座弯矩等因素对曲轴应力的影响。连续梁计算方法为：把曲轴简化为支承在刚性支承上的圆柱形连续直梁，根据连续梁支承处偏转角相等的 变形协调条件，推导出各支承偏转角变化总和

19、为零的连续方程，这种方法在各单位曲拐长度相等的情况下认为 它们的刚度相等，免去繁杂的曲拐刚度计算，同时又由于不考虑支座弹性等，得到三弯矩方程，借助三弯矩方 程进行计算，得各支承处在曲拐平面和曲拐平面的垂直面内的弯矩，然后把第，支承和第i + 1支承点处的主轴黑龙江工程学院本科生毕业设计颈截面的弯矩（曲拐平面内）、Myy +1 （曲拐平面的垂直面内）和 蛆川、岭河作为载荷加到图5.2 中的曲拐受力模型上，再根据此新模型确定各支反力、各危险截面的内力矩，进而计算各名义应力四。14.3.1 作用于单元曲拐上的力和力矩1、计算公式及其推导如图5.2所示，把曲轴简化为等圆截面梁，且由于假设各轴颈按等高度

20、刚性点支承，即不考虑支座弹性及 加工形成的不同轴度，以集中方式加载，且各拐集中力作用在各曲柄销中央，平衡重离心力作用在平衡块宽度 中，为了保持转换前后的一致，需在较链处作用弯矩，再根据支承二端转角相等的变形协调条件，保证各中间 支承的连续性。由材料力学知：在i支承处左端梁转角和右端梁转角为（假设。= b）：M； x L。3EIx l0Z13EI6EI16EI“i+i x L()+ Zj x L06EI-16EI(5. 1)(5.2)由变形协调条件”二。支承i + lx L() x L()图5.2连续梁受力图Z x L()_ Al，x L()_ 4+i x L()+ Zj x L03EI 6EI 16EI 3EI 6EI 16EI黑龙江工程学院本科生毕业设计又因为= -Mf,所以8MA+32M/+8M备=