毕业设计蓝本

1、江门职业技术学院学生毕业论文（设计）论 文 题 目： 实验吊臂模型 作 者： 罗冠东 指 导 老 师： 林放 所 学 专 业： 数控加工与维护 班 级： 08数控2班 年 级： 08级数控 完 成 日 期： 2011年03月15日 江门职业技术学院毕业论文（设计）指导教师指导记录论文（设计）题目： 实验吊臂模型 机电技术 系 数控加工与维护 专业 2008 届阶段时间地点教师指导情况12345指导教师（签名） 林放 学生（签名） 江门职业技术学院学生毕业论文（设计）评审表 专业：数控加工与维护 年级： 08数控 班别：08数控2班 评审日期： 年 月 日姓名凌栢权性别男年龄22学号281206

2、015题 目实验吊臂模型主 要 内 容1、简易吊臂的分类及组成2、简易吊臂的机身结构3、简易吊臂的夹具结构4、简易吊臂实用性解决方案及应用以 上 各 项 由 学 生 本 人 填 写指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签名： _答 辩 小 组 意 见 成绩：_组长签名：_系 部 意 见 （系部盖章）备注江门职业技术学院学生毕业论文（设计）写作申请表申 请 人：_罗冠东 _ 学 号：281206022所学专业： 数控加工与维护 年 级： 08数控 班别：08数控2班所选论文（设计）题目可调式螺旋桨机构初步写作设想1） 、整理设计思路2） 、收集资料，熟悉课题3） 、完成零件图4） 、进行零件组装5

3、） 、撰写设计说明书、完成论文初稿6） 、毕业论文修改定稿7） 、参加毕业答辩拟完成论文（设计）时间2011年1月15日前指导教师意见 （盖章）教学系意见 （盖章）其 他填表日期：2010年12月15日 申请人（签名）： 江门职业技术学院学生毕业论文（设计）开题报告姓 名： 罗冠东 专 业： 数控加工与维护 学 号：281206022 年 级： 08数控 班 别：08数控2班 提交日期：2010年12月15日论文（设计）选题：实验吊臂模型一、 关于论题（提出什么问题；提出问题的根据；论题的价值）问题：该机构在实际上能运用到吊臂运动性能或相关领域吗？根据：有限元的机构与伸缩缸的伸缩长度调配论题价

4、值：利用嵌入式约束条件可利用待定系数法形成一个有限的运动轨迹二、对论题的初步认识（切入的角度和方法；拟阅读的书目和搜集资料的方向、范围；论文结构框架）本设计是通过改变结构（支架长度）来实现对轨迹可变性优化的目的。为此，在网上以改变吊臂体积规模作为搜索方向，从中提取适用的内容。论文结构框架是：简介-总体描绘-模块分析-设计思想三研究和撰写计划：1、 搜索、收集资料，熟悉课题，撰写开题报告2、 零件设计方案3、 绘制模具装配图4、 撰写设计说明书, 完成论文初稿5、 毕业论文修改定稿6、 参加毕业答辩四、个人情况介绍： 罗冠东，数控加工与维护专业，08级数控2班学生。 意愿从事与本专业相关的领域如

5、：绘图，销售机床等五、指导教师意见年 月 日 江门职业技术学院毕业论文工作计划 机电技术系08届学生姓名 罗冠东专业数控加工与维护指导老师 林放 课题名称实验吊臂模型工作计划（包括时间划分及阶段主要工作）11. 2311.25 整理设计思路11.2611.29 收集资料，熟悉课题12.112.7 完成零件图12.712.8 进行零件组装12.812.11 撰写设计说明书、完成论文初稿12.11 毕业论文修改定稿下学期 参加毕业答辩学生签名： 2009年1月 10 日指导教师意见 指导教师签名： 2010年12月15 日摘要随着大吨位起重机产品的不断开发,高强度钢板被大量应用,吊臂强度也大幅上升

6、,但无法发挥全部材料的应用程度,吊臂结构变形也会加大。变形增大的结果,将使吊臂轴向力引起的弯矩成为一个无法忽略的因素。在考虑吊臂的变形情况下对吊臂进行重新设计计算。 伴随着中小型民营企业在社会中占有的比重越来越大，大吨位起重机显得无法满足其需求。起重机在演化的过程中，减少了体积及重量，强化了结构，加大了结构的使用性（吊臂的演化）等等来适应有限空间资源的利用。本课程基于吊臂的原始结构，镶嵌了从数学函数、物理力学、有限元计算及机械设计基础、液（气）压基础等知识对吊臂的局部机构和性能进行了一个框架性的叙述。【关键词】 有限元 气压 数学 函数目 录一、简易吊臂的分类及组成 1.1 吊臂结构及性能上的

7、分类. 5 1.2 吊臂基础部件组成. 6二、简易吊臂的机身结构2.1 机身的设计. 72.2 机身的运动性. 10三、简易吊臂的夹具结构3.1夹具的设计. 133.2夹具的运动性. 15四、简易吊臂实用性解决方案及应用 4.1 对载荷数量及体积分析194.2 总结（本文）简易吊臂21参考文献 致谢 第一章 简易吊臂的分类及组成1.1吊臂的结构及性能分类吊臂结构（一） 伸缩式【上图】此种吊臂机身是通过伸缩不同套筒缸径的差异,利用液压输出压力，运用液压方向阀对缸的伸缩达到切换作用，使得不同缸径的套筒的长度叠加（减小），从而得到伸缩（变幅）的效果。（二）直立式 此种吊臂机身通过电机带动皮带或者链条

8、运输重物，它是最原始及最简单的机身设计，运输距离较远，能够运输较轻的负载。缺点是机身的长度不利于小型规模工事上及杠杆原理的而不能够载荷过重。常用于大型楼宇建筑等方面。( 三)变幅式此种吊臂通过简单的三角形或者四边形变幅，实现空间的长度及方向变换,结合数学及物理知识，使得作用杆按照一定的轨迹及运动幅度运动。这种变幅型吊臂将会是未来发展建筑、工事中得到广泛应用。【注】此方法灵活性和开放性较强，对于镶嵌特定的约束条件进而规划出吊臂的轮廓，本人将采取第三种（变幅式）方法作为本文（设计）主要理论基础的论述。 1.2吊臂的基础部件（一） 底座：用于支承和连接若干部件的基础零件，如旋转式底座（应用于挖掘机）

9、，固定式（依靠底盘重量或固定地面对整体的重心固定机身作用） 等等。（二） 机身：它是连接底座和接触器的枢纽，机身的构造（设计）决定了吊臂种类及用途。（三） 连接部件（钢缆）：钢缆对吊臂起辅助作用，通过电动机带动皮带轮实现接触器上下移动功能。它在吊臂领域中应用广泛。【此部件在本文中未作详细论述】（四） 夹具：用于夹紧货物、器件的功能，它由于在设计上有甚多的差异，所形成的功能也种类繁多，适用不同的场合作业。它也是机械部件中重要的部件之一。第二章 简易吊臂的机身结构2.1 机身的设计本文首先使用平面四杆机构的设计，它主要是根据已知条件确定机构各构件的尺寸。在实际生产中，对平面机构提出的工作要求是多种

10、多样的。给定的条件也不同，通常可以归纳为以下两类问题：（1） 实现给定的运动规律。例如，要求满足一定的急回特性，实现连杆的几组给定位置等。（2） 实现给定的运动轨迹。例如，要求连杆上某点能沿着给定的轨迹运动等。平面连杆机构的设计方法有图解法、解析法、和实验法。图解法直观；解析法要求建立方程，然后求解，结果比较精准；实验法是借助已汇编成册的连杆曲线图，根据预定运动轨迹从图谱中选择形状相近的曲线，同时查得机构各杆尺寸及描述点在连杆平面上的位置，再用缩放仪求出图谱曲线与所需轨迹曲线的缩放系数，即刻求出四杆机构的机构和运动尺寸，这种方法简单方便。【注】本人在大学期间只学习了图解法，所以本章节主要以图解

11、法为构思基础进而论述本文。机身初步构思根据上文所提及的变幅机构,既要达到像伸缩缸的长度伸缩效果，也要结构相对简略，所以挑选了以简单的三角形及四边形来构建一个机身骨架，运用有限元法将函数定义在简单几何形状（如二维问题中的三角形或任意四边形），进行限位分析。三角形：具有强的静定性，通过三边的相互约束（有限元），实现可变更的角度变化。三角之和等于180四边形：根据四边形能够结合机械设计的平面机构的结构分析设计出具有一定的运动轨迹的四边形连杆，具有运动干涉的平面机构。如下图示： 三角形 四边形基于（上图）正方形和菱形在相等长度的边中产生了对角线的长度差异，实现的机构的变幅功能，符合了平面机构的分析要求

12、。结合“取不同构件为机架”的四杆机构演化原理和平面四杆机构特性得知：必要条件：最短杆与最长杆的长度之和小于或者等于其余两杆长度。充分条件：连架杆与机架中必有一个为最短杆。有曲杆的条件可知1 当最长杆与最短杆的长度之和大于其余两杆长度之和时， 得到双曲杆机构； 2 当满足曲杆存在的必要条件时，最短杆为机架时，得到双曲杆机构； 当最短杆的相邻杆为机架时得到曲柄摇杆机构。根据上文得知：对于一个曲柄摇杆机构变更机架，该机构可以演化为双摇杆机构、双曲柄机构和另一个曲柄摇杆机构。 “取不同构件为机架”的四杆机构演化原理如下图：（1）（2）（3）（4）从上图可以得知只有只有双摇杆机构（2图）才是我所需要的。

13、曲柄机构（某一边旋转360）显然不合适2.1 机身的设计经过从上图筛选出的双摇杆机构将作为本文吊臂机身的骨架基础以下步骤就是要设定设定每一条边的长度，要是结合实际吊臂摆置在一个具有达到一定规模厂房的实际面积跟高度来约束吊臂的尺寸是最合适的。假设一厂房有长30米，宽18米，高7.5米，货车的长为7米，宽为2米，如下图示： （远照）图 （近照）图2.1.2从上面可以知道：在机身的垂直高度最大不可超过7.5米，至于吊臂水平延伸的距离约为5米（为了凸显吊臂的变幅功能，设定约为2.5个车宽的水平长度）。2.2 机身的运动性以下通过计算机以【有限元】分析骨架的构造，包括四边的长度、摆角及有限行程（2D图形

14、分析）图【水平约束长度】以一个基座为水平面高3米（P27），倾斜度为60，所展开四边形变幅机构其实现（水平延伸距离为6米）最短有效【最佳】变幅长度约为7.755米【对角线】。而机架的对边和邻边之和（最佳有效）的投影长度应该为7.755-3.464/2=6.023（米）【垂直约束高度】在极限距离（7.5米）中 ，将【对角线】长度设定为极限长度7.5米，因为机架的邻边长度还没有设定，将极限位置设定为变幅行程最后的一点，所以在三边都齐全及有一个定位点的情况下确定了第四条边的长度。如下图：图结合上述两图：骨架的有效伸缩长度为（从原点计算），约为1.282米（P20）,至5米（P19），而四边形变幅所经

15、过的长度约为1/4的圆周长度。以3D实体建模展示：图上图为机架移动到垂直高度最高点时的情况下图为机架移动到水平极限位置图图三、简易吊臂的手抓（爪子）结构 3.1 夹具的设计机械结构上有余下方式：预紧式手抓： 图（三爪卡盘）夹持式：图 （四爪手柄）本文主要通过以夹持方式的四抓夹具作为主要论述方式通过观察上图的手柄是通过运动结构的死点进行特殊的固定持有物体的方式来设计的。本设计是通过三角形的移动轨迹来实现（约束）手持部分【长幅和短幅关节】的张开及收缩功能。3.2 夹具的运动性 如下图2D图形的图上图为长幅手臂（单边）在伸张到最大临界值情况：它在伸张水平跨度（长度）为： (P10+P17)*2=(1

16、131.37+750)*2=3762.74(mm) 垂直极限高度为：P16=931.371(mm)下图为长幅手臂（单边）最小临界值（静止）情况：图思考：要如何才能从 过渡到（1） （2） 根据从本文开头的伸缩缸及套筒的伸缩方法，可以通过改变三角形的某条边的大小从而改变三角形的点的轨迹。图实现长度变化功能示意图套筒的最短有效长度为：设 P1= P15 - P26 + 介质（空气）压缩量=776-750+112.042=138.042（mm） P2= P14 - P27 + 介质 （空气）压缩量=1036.160 - 850 + 112.042 =298.202（mm） 注: 经查表 空气在4 M

17、pa时（常温）空气压缩系数为0.5863以下通过3D图形展示：图图2.2.为长幅夹具最大 (展开幅度)时图图2.2.为短幅夹具最大（展开幅度）时第四章 简易吊臂实用性解决方案及应用 4.1 对物料架的装夹基于下图2.2.的设计图从直观上看：手抓适合装夹物体外形类似接近 正方形 及 圆形 的工件如图：图图 图4.2 对载荷数量及体积分析根据上图2.2.载荷的最大垂直高度为： P16=931.371(mm)最大水平【单边】长度为： P10+P17=1131.37 +750=1881.37（mm） 适合放置在料架的物体如下图规格为长52厘米，宽52厘米，高84厘米的洗衣机4台（2X2）4.3 总结（本文）简易吊臂 本文在机架的设计是纯粹的数学模型，在实际的应用上需要通过某些关节特定的相互配合才能够顺利运动。 机架的边长选用是较为困难的因为在四条外边的配合和四边形里面两条对角线的约束，要使得功能得以实现又要满足各边的最大值（行程）约束，需要通过多次的调配边长，用实际的几个空间约束来描绘机架（有可能出现）大致的轮廓。 夹具方面：要解决一条线围绕一个点来旋转（圆的轨迹）的轨迹。如何才能够过渡得到改变长度从而改变一个点的运动轨迹的概念的萌生。通过改变三角形的边长，从而改变三角形围绕一个点旋转的轨迹。致 谢本人自入学于江门职业技术学院至今，在这两年的学习中，得到了老师（