机械设计大赛说明书讲解

1、第四届全国大学生机械创新设计大赛决赛参赛作品便携式万向千斤移设计说明书目录作品内容简介 3便携式万向千斤移设计说明书1 研制背景及意义 32 设计方案 42.1 总体结构 42.2 “零抬起”机构的设计 52.3 动态水平支撑机构的设计 52.4 可控双向棘轮设计 63 理论设计计算 63.1 轴的校核 63.2 撬头的校核 73.3 三角板连接销校核 :84 工作原理及性能分析 84.1 “零抬起”工作原理 84.2 提升工作原理 94.3 动态水平支撑工作原理 104.4 移动重物工作原理可控双向棘轮 104.5 性能分析 115 创新点及应用 116 作品实物照片 11参考文献 12便携

2、式万向千斤移设计说明书作品内容简介通过长期的调研、 计算与实践， 我们小组设计并制造了一台用于地震、 泥石流等灾难的便携式万向千斤移设计说明书救援排障工具，其名称为便携式万向千斤移。本作品体积小，携带方便，功能全面，工作效 率高， 主要用于排除障碍， 可以将障碍物从紧贴地面抬起， 而在抬起到合适的高度时可将重 物进行移动，并且可向前、向后移动和顺时针、逆时针转动， 可以很好地达到其排除障碍的 目的。 本作品创新点多并突出， 主要体现在其对障碍物的 “零抬起”功能及移动旋转障碍物 功能。其实现功能的主要机构为：液压式千斤顶、可控双向棘轮机构、前轮锁紧机构、四杆 稳定平面抬起机构以及各链轮传动机构

3、。 主要零件全为标准件和常用件， 即降低成本又便于 维护和更换。该作品主要应用协助灾难现场的救援破障工作， 它的便携性使它能在灾难发生时第一时 间赶赴现场，其强大的救援排障功能若将来普遍使用可成为营救生命的第一先锋器械。本作品已申请国家专利，专利申请号为： 201020520020.9联系人：孙学雁 联系电话：Email:sxy195510041 研制背景及意义近年来，地震、泥石流等自然灾害频频发生， 不但造成大量的人员伤亡与房 屋坍塌，同时还造成公路桥梁损坏或被障碍物阻塞， 使大型的排障救援车辆和工 具无法第一时间赶赴灾难现场， 人们只能通过简单的棍棒、 铁具甚至徒

4、手来进行 救援与破障，其效率和安全性可想而知。据调研相关资料后得知，震后 20 分钟获救的救活率达 98%以上，震后一小 时获救的救活率下降到 63%，震后 2 小时还无法获救的人员中，窒息死亡人数占 死亡人数的 58%。他们不是在地震中因建筑物垮塌砸死，而是窒息死亡，如能及 时救助，是完全可以获得生命的。 而唐山大地震中就有几十万人被埋压在废墟中。因此，目前我们极需一种小型便携、 能在灾难发生时第一时间出现在现场的 排障工具，并且需要这种工具能够使用方便、功能全面，能够应用于紧急情况， 提高救援效率。所以，本小组研发并制造出了“便携式万向千斤移” 。2 设计方案本小组经过调研发现， 国内外现

5、有的普通千斤顶须在重物与地面之间存在一 定距离时使用， 它的局限性令其不能很好的应用于灾难现场。 于是，为了解决现 有普通千斤顶使用局限性的缺点，我们设计了“零抬起”机构。并且，我们巧妙 的利用了可控双向棘轮的特点， 设计了平移和旋转重物的机构， 该机构使本作品 在处理灾难现场的障碍物时能发挥更大的作用。 除此以外，考虑到千斤顶提升重 物时的平稳性， 我们设计了四杆水平提升机构， 从而使本作品能更好的处理重物 的重心。便携式万向千斤移设计说明书2.1 总体结构总体由抬起机构、 提升机构、 传动机构和控制机构四部分组成。 图 1 为本作 品整体结构图。2.2 “零抬起”机构的设计 图 1 整体结

6、构图实现该机构功能的主要零件为： 撬头、曲形提扣、提升架、液压缸和操作杆， 如图 2 所示。当操作杆往复按压液压缸时， 提升架上升， 曲形提扣拉动撬头像上 翘起。便携式万向千斤移设计说明书图3 提升机构简图图2 抬起机构简图2.3 动态水平支撑机构的设计实现该机构功能的主要零件有： 提升轮、平衡轮、提升架、三角板和长条杆， 如图 3所示。其中三角板、 长条杆、提升架和机架组成的四杆机构可使提升轮和 平衡轮保持水平上升。2.4 可控双向棘轮设计该设计由两个可控制的双向棘轮制作而成，其完成效果见图 4，通过分别控 制两棘轮方向可实现两提升轮的转向， 固图中蓝色开关即为该装置的转向控制开 关。便携式

7、万向千斤移设计说明书图4 可控双向棘轮零件效果图3 理论设计计算3.1 轴的校核C轴（零起传动机构轴 ）的直径为 d 20mm ，长度为 40mm ，材料为 45钢 其承受重物重量为 G 10000 N 。做出梁的计算图 :图5 梁计算图做出剪力图和弯矩图：图6 剪力图便携式万向千斤移设计说明书图 7 弯矩图得 : G 2FM1 F L 1.0 105 NmmD3323203785323mmmax W51.0 105127MPa785已知120 MPa 因此 max 接近 ，所以该轴满足强度条件3.2 撬头的校核该机构材料为 Q345B钢， L 38mm,h 10mm,d 45mm5F d 1

8、.0 104 45 4.5 105NmmT1Ft 1.0 105 NFt 1.0 104 26 .3 MPa 38 10A116bh2 1 38 10 2407 mm 36T24.5 105186.9MPa2407maxT1 T2 26.3 186.9 213.2MPa钢体的安全系数为 St = 2.5213.2 85.28 100MPa max 2.5所以该撬头能满足使用要求3.3 三角板连接销校核 :便携式万向千斤移设计说明书此销轴材料为 45 钢，截面直径 d 12mm 由动态水平支撑机构可知 :1F110000 2500 N14F1 70 F2 38得 : F2 4605.26N 根据

9、切应力计算公式得：100MPaF24605.262 40.7A 3.14 62此销轴合格。4 工作原理及性能分析4.1 “零抬起”工作原理将撬头放入重物与地面之间的缝隙， 如图 8 所示。当按动操作杆令液压缸工 作推动提升架上升时， 撬头受提升架的拉动而往上顶起如图 9 所示。此时重物一 端被翘起并随撬头像前运动直至接触提升轮，此时须停止液压缸的操作。图8 “零抬起”工作原理示意图a便携式万向千斤移设计说明书图 9 “零抬起”工作原理示意图 b4.2 提升工作原理该机构的主要作用在于可以将 “零抬起” 机构所提起的重物承接托起， 进而 进行大幅度的提升工作。具体工作原理如图 10 所示。当往复

10、按动插于可控双向 棘轮套筒上的操作杆时， 链传动机构带动提升轮顺时针旋转， 并由于提升轮与重 物底面的高摩擦促使重物向上移动，直至落于提升轮的上方。图 10 提升工作原理示意便携式万向千斤移设计说明书4.3 动态水平支撑工作原理如图 11 所示，该机构为由提升架（杆 1）、三角板（杆 2） 、长条杆（杆 3） 和机架组成的四杆机构。其中杆 1和杆 3长度相等，机架上两支点 AE距离与杆 2 短边 CD长度相等， ACDE构成了一个平行四边形。在提升架上升的过程中，由 于 CD永远平行于 AE，因此 BC将永远保持水平。4.4 移动重物工作原理可控双向棘轮图 12 移动重物工作原理示意图如图 1

11、2 所示，当重物位于提升轮上方时，通过改变两棘轮各自的转向即可 控制分别控制两提升轮的转向。 当两轮转向相同时， 重物做前移或后移动作； 当 两轮转向不同时，重物做原地旋转动作。10便携式万向千斤移设计说明书4.5 性能分析通过计算和校核撬头及各轴的强度， 并对实践进行分析， 该装置最大能承受 重量能力超过 1 吨。而在处理重物的过程中， 能平稳地完成提升、 移动和旋转动 作。由于制作时考虑到排障负荷大强度高， 所以该装置大部分零件采用了现有的 标准件和常用件，如有损坏可方便更换。5 创新点及应用三核心机构成为了本作品最主要的创新点。1）“零抬起”传递机构 ：置于机构前方的撬头可以将紧贴地面的

12、物体撬起，并将 重物一端放到提升移动轮上，从而进行下一步提升工作。2）动态水平支撑机构 ：该机构通过四杆机构设计，可将重物水平放置并使其平 稳上升。3）可控双向棘轮机构 ：可控制两侧提升移动轮的旋转方向，从而达到可令重物 前移、后移和旋转的功能。其余，我们还采用了许多巧妙地细节设计。 应用撬头，实现自锁的特性，使撬头协助油压缸承载重物的压力。 装置前轮加装制动螺栓，令装置更平稳提升重物而不前后滑动。 两个刹车制动螺栓和一个油压缸控制螺栓的松紧度可用一个操作杆来控制， 使用起来更加方便，更加人性化。 装置两侧分别是操作杆的夹套和把手，使用完便可将操作杆夹于夹套上，而 把手则使整台装置可单手提起，便于携带。本作品属救援破障工具。 目前使用在突发灾难现场的工作少之又少， 本作品 的出现弥补了该领域的空白， 它的便携特点与设计巧妙的机构在将来必获得广泛 的应用。6 作品实物照片11便携式万向千斤移设计说明书12便携式万向千斤移设计说明书13便携式万向千斤移设计说明书14便携式万向千斤移设计说明书15便携式万向千斤移设计说明书参考文献1 蔡春源 主编 简明机械零件手册 冶金工业出版社 1996.32 东北工学院机械