機械設計畢業(yè)論文伸縮升降臺伸縮系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　伸縮升降臺伸縮系統(tǒng)設計 </p><p>　　所在學院 </p><p>　　專業(yè)班級 機械設計制造及自動化

2、 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期 年 月 </p><p><b>　　摘 要</b></p&g

3、t;<p>　　長期以來伸縮升降臺的研制一直采用傳統(tǒng)的方法，它的生產周期長，物理樣機制造成本高，而且當產品制出后，經常會出現(xiàn)部件、零部件之間相互干涉，而無法裝配等問題。本文介紹了應用美國公司進行伸縮升降臺單體虛擬制造和運動仿真的過程。還通過分析升降臺的結構特征，依照對稱性按照氣缸推動的剪叉數量將升降臺分為一副剪叉被一個氣缸推動，兩幅剪叉被一個氣缸推動和三副剪叉被一個氣缸推動的三種基本模塊，然后利用虛功原理推導出三種基本模塊

4、的理論計算公式。利用SolidWorks對建立的伸縮升降臺單體的各零部件三維實體模型進行約束和連接裝配，形成伸縮升降臺單體整體裝配，然后通過軟件進行運動仿真，仿真結果表明，可以利用該仿真平臺對伸縮升降臺進行性能和結構設計分析，這種方法提高了伸縮升降臺設計的效率和準確性，具有一定的實用價值，為將來樣機實驗奠定了基礎。</p><p>　　關鍵詞：虛擬樣機技術；仿真；伸縮升降臺</p><p>

5、;<b>　　Abstract:</b></p><p>　　Since long ago the elevator development always uses traditional the method, its production cycle is long, the physical prototype production cost is high, moreover aft

6、er product generating, can appear between frequently the part, the spare part interferes mutually, but is unable to assemble and so on the questions. This article introduced software carries on the elevator monomer hypot

7、hesized manufacture and the movement simulation process using American ..platformBy the reaserch,the mathematic mo</p><p>　　Key word： Virtual prototyping; simulation ; Elevat</p><p><b>　　

8、目 錄</b></p><p>　　第 1章 國內外伸縮升降臺的發(fā)展形勢1</p><p>　　1.1國外伸縮升降臺的發(fā)展形勢1</p><p>　　1.2國內伸縮升降臺的發(fā)展形勢1</p><p>　　1.3 課題研究的目的意義及主要內容2</p><p>　　1.3.1 課題研究的目的意

9、義2</p><p>　　1.3.2 課題研究的主要內容3</p><p>　　1.4防撞預警系統(tǒng)工作原理3</p><p>　　第 2章 伸縮升降臺的應用及其受力分析的討論4</p><p>　　2.1伸縮升降臺的結構形式4</p><p>　　2.2 伸縮升降臺機構的位置參數計算5</p>

10、<p>　　2.3伸縮升降臺機構的動力參數計6</p><p>　　第 3章 零部件的設計計算8</p><p>　　3.1確定叉桿的結構材料及尺寸8</p><p>　　3.2橫軸的選取11</p><p>　　3.3 系統(tǒng)壓力的初步確定12</p><p>　　3.4 氣泵的選擇13<

11、/p><p>　　3.5 電機的選擇13</p><p>　　3.6 方向控制閥的選用14</p><p>　　3.7 壓力控制閥的選擇15</p><p>　　3.8 流量控制閥的選擇15</p><p>　　第 4章 伸縮升降臺制造與運動仿真16</p><p><b>　　

12、4.1 零件16</b></p><p>　　4.1.1支撐桿16</p><p>　　4.1.2長橫桿17</p><p>　　4.1.3短橫桿17</p><p>　　4.1.4導向軸17</p><p>　　4.1.5連接桿18</p><p>　　4.1.6平臺

13、18</p><p>　　4.1.7機座19</p><p><b>　　4.2 裝配19</b></p><p><b>　　4.3 仿真20</b></p><p>　　4.3.1工作表20</p><p>　　4.3.2運動曲線20</p>&l

14、t;p>　　4.3.3創(chuàng)建連桿21</p><p>　　4.3.4創(chuàng)建運動副21</p><p>　　第 5章 伸縮升降臺數學模型的建立22</p><p>　　5.1 伸縮升降臺簡介22</p><p>　　5.2 伸縮升降臺的模塊劃分22</p><p>　　5.3 伸縮升降臺數學模型分析23&l

15、t;/p><p>　　5.3.1虛位移原理23</p><p>　　5.3.2單桿的運動分析23</p><p>　　5.3.3Ⅱ級桿組的運動分析24</p><p>　　5.3.4有源組的運動分析26</p><p><b>　　結 論29</b></p><p&

16、gt;<b>　　致 謝30</b></p><p><b>　　參考文獻31</b></p><p>　　第1章 國內外伸縮升降臺的發(fā)展形勢</p><p>　　升降臺是一種垂直運送人或物的起重機械。也指在工廠、自動倉庫等物流系統(tǒng)中進行垂直輸送的設備，升降臺上往往還裝有各種平面輸送設備，作為不同高度輸送線的連接

17、裝置。一般采用液壓驅動，故稱液壓升降臺。除作為不同高度的貨物輸送外，廣泛應用于高空的安裝、維修等作業(yè)。升降臺自由升降的特點目前已經廣泛運用于市政維修，碼頭、物流中心貨物運輸，建筑裝潢等，安裝了汽車底盤、電瓶車底盤等能自由行走，工作高度空間也有所改變，具有重量輕、自行走、電啟動、自支腿、操作簡單、作業(yè)面大，能跨越障礙進行高空作業(yè)等360度自由旋轉優(yōu)點。</p><p>　　1.1國外伸縮升降臺的發(fā)展形勢 <

18、/p><p>　　對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠，最早的伸縮升降臺使用人力、畜力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前都一直依靠這些基本的動力方式。 </p><p>　　目前，瑞士格勞賓登州正在興建的“圣哥達隧道”是一條從阿爾卑斯山滑雪勝地通往歐洲其他國家的地下鐵路隧道，全長57公里，預計2016年建成通車。在距地面大約800米的“阿爾卑斯”高速列車站，將興建一個直接抵達地面的伸縮升

19、降臺。建成后，它將是世界上升降距離最長的一部伸縮升降臺了。旅客通過伸縮升降臺抵達地面后，便可搭乘阿爾卑斯冰河觀光快速列車，兩個小時后就能到達山上的度假村了。汽車舉升機在世界上已經有了70年歷史。1925年在美國生產的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于當時采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。

20、</p><p>　　1966年，一家德國公司生產出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一突破性進展，但是直到1977這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占據牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長</p><p>　　到20世紀50年代至70年代，世界上出現(xiàn)了許多致力于液壓升降平臺生產和研制的公司其是致力于液壓電梯生產和研制的公司。在這些公司的努力下，液壓升降平臺實現(xiàn)了

21、大規(guī)模的工業(yè)生產，它的結構和種類也有了很大發(fā)展，如直頂式、側頂式、單節(jié)式、多級式、側支繞繩式等，這些不同形式的液壓升降平臺可以適用于許多不同的工作環(huán)境，在許多方面為我們帶來便利。隨著各類更加成熟和完善的新型液壓原件被用到液壓升降平臺上，使液壓升降平臺的穩(wěn)定性和控制精度都有了進一步的提高。</p><p>　　1.2國內伸縮升降臺的發(fā)展形勢</p><p>　　有關專家曾表示，我國已超過日本

22、成為世界最大的新裝升降機市場。由于房地產業(yè)、城市公共建設等產業(yè)發(fā)展迅速，預計未來10年，我國的升降機市場仍將保持每年20%的遞增速度，年平均銷售額至少500億美元。</p><p>　　然而，08年8月受美國次貸危機的影響,全球經濟市場出現(xiàn)內需萎縮。在中國本土市場，受房地產下滑，以及各種不利因素影響，直接降低了升降機市場的增幅，中國升降機市場風光大減。中國本土的升降機企業(yè)正經受著考驗，迎來了中國升降機發(fā)展史上第一

23、個嚴冬，各大、中、小升降機企業(yè)為度過這個嚴冬都做出了最大的努力。這個冬天雖然冷,但對加速中國升降機行業(yè)整合，提高企業(yè)競爭力，進一步適應國際市場是一種積極的推進。</p><p>　　縱觀中國升降機業(yè)發(fā)展歷程，升降機企業(yè)在飛速發(fā)展，不論是技術革新、企業(yè)規(guī)模、管理方法，中國升降機企業(yè)的競爭力在加強。現(xiàn)在的局勢正是對中國本地升降機企業(yè)最嚴峻考驗，有專家分析，全球金融危機雖然在短期內為中國經濟增長帶來了負面影響，但長期來

24、看，卻不失為一次機遇與挑戰(zhàn)并存的戰(zhàn)略性轉折機會。企業(yè)需要理性的思索，并通過提高戰(zhàn)略能力來掌控未來。</p><p>　　1.3 課題研究的目的意義及主要內容</p><p>　　1.3.1 課題研究的目的意義</p><p>　　升降機是一種升降性能好，適用范圍大的貨物舉升機構，可以用于生產有高度差設備的流水線之間的貨物運送，物體上料，下料，舉升共件裝配時的部件，大

25、型機庫上料，下料，倉儲裝卸等場所，與叉車等車輛配套使用，以及快速裝卸貨物等。它使用全氣壓系統(tǒng)控制，利用用氣壓系統(tǒng)有很多特點：</p><p>　　以空氣為工作介質，工作介質獲得比較容易，用后的空氣排到大氣中，處理方便，與液壓傳動相比不必設置回收的油箱和管道。 </p><p>　　因空氣的粘度很?。s為液壓油動力粘度的萬分之一），其損失也很小，所以便于集中供氣、遠距離輸送。外泄漏不會像

26、液壓傳動那樣嚴重污染環(huán)境。 </p><p>　　與液壓傳動相比，氣壓傳動動作迅速、反應快、維護簡單、工作介質清潔，不存在介質變質等問題。 </p><p>　　工作環(huán)境適應性好，特別在易燃、易爆、多塵埃、強磁、輻射、振動等惡劣工作環(huán)境中，比液壓、電子、電氣控制優(yōu)越。 </p><p>　　成本低，過載能自動保護</p><p>

27、　　近年來，隨著社會的發(fā)展，升降臺作為一種升降性能好，適用范圍廣的貨物舉升機構，社會生活中對升降臺的需求越來越大，可用于生產流水線高度差設備之間的貨物運送，物料上線，下線，共件裝配時部件的舉升，大型機庫上料，下料，倉儲裝卸等場所，所以升降臺的研發(fā)越來越緊迫。本論文即在于進行伸縮升降臺伸縮系統(tǒng)設計方面進行預研，其意義在于為今后承接此類企業(yè)課題做準備。</p><p>　　1.3.2 課題研究的主要內容</p&

28、gt;<p>　　伸縮臺伸縮系統(tǒng)要求：能裝載5t自動往反行走于間隔12000間距上自動關停，在工作過程中，能主動識別遇障并在碰撞前主動停止前行工作，避免事故發(fā)生。伸縮臺伸縮系統(tǒng)屬于非標專機生產。從零件結構特征、伸縮臺伸縮系統(tǒng)的性能、技術要求及結構工藝性的分析；伸縮臺伸縮系統(tǒng)的設計；驅動系統(tǒng)設計；驅動輪與從動輪零件的結構設計和計算等。伸縮臺伸縮系統(tǒng)設計方案正確完善, 伸縮臺伸縮系統(tǒng)動作原理正確,圖紙表達準確無誤,尺寸及偏差,

29、形位公差,粗糙度等標注正確。伸縮臺伸縮系統(tǒng)零件選材合理,熱處理及硬度標注準確。設計說明書計算無誤, 條理清楚,依據充分,有自己的見解。</p><p>　　1.4防撞預警系統(tǒng)工作原理</p><p>　　防撞報警系統(tǒng)選用AT89S51 單片機作為控制器，其具體工作過程如下：系統(tǒng)采用超聲波測距的方對障礙物進行測距，首先由超聲波發(fā)射電路發(fā)出信號， 刺激超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波，當超聲波遇到障礙物

30、后，立即產生反射波；然后超聲波接收探頭接收到超聲波，激勵超聲波接收電路向單片機傳輸信號。系統(tǒng)利用霍爾傳感器測量前方障礙，通過內部程序計算障礙的行進速度。單片機控制器內部程序將該障礙時速下的距離計算出來，利用數碼管組顯示給用戶，另外還將此距離和安全距離相比較，如果小于安全距離則利用警示燈或蜂鳴器進行聲光報警；如果大于安全距離則只顯示距離，不報警。</p><p>　　第2章 伸縮升降臺的應用及其受力分析的討論<

31、;/p><p>　　2.1伸縮升降臺的結構形式</p><p>　　本討論的目的通過分析氣動類的伸縮升降臺機構特點，論述了設計時應注意的問題及其應用范圍。氣液動伸縮升降臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應用。本設計中主要側重于小型家用式的伸縮升降臺。如簡圖2-1所示：</p><p><b&g

32、t;　　圖2-1</b></p><p>　　剪叉式高空作業(yè)平臺是用途廣泛的高空作業(yè)專用設備，如圖2-1所示，它的剪叉式機械結構，使升降臺起升 后有較高的穩(wěn)定性，寬大的作業(yè)平臺和較高的承載能力，使高空作業(yè)范圍更大，并適合多人同時作業(yè)。它使高空作業(yè)效率更高，更安全。舉升機構采用高強度錳鋼鉅形管制作。設有防止升降臺超載的安全保護裝置。設有防止氣壓管路破裂的安全保護閥。設有停電情況下的應急下降裝置。該產品適

33、用于各行業(yè)高空設備安裝、檢修等可移動性高空作業(yè)。根據不同要求可選擇不同動力形式（如：三相交流電源、單相交流電源、直流電源和內燃動力等），加配上手動氣壓裝置，可在停電或無電源場所照常升降工作，并可加伸縮平臺，在平臺長度不足時可延伸至所需位置，從而提高工作效率 </p><p>　　固定機構，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于導向軸的行程，在應用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是連接桿桿受到橫向力的作用

34、，影響密封件的使用壽命。而且連接桿桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力要大的多。</p><p>　　2.2 伸縮升降臺機構的位置參數計算</p><p>　　本設計升降機為全氣壓系統(tǒng)，相關工藝參數為：</p><p>　　額定載荷：5000kg 最低高度：500 mm 最大起升高度：12000mm </p><p>　　最大高度：1400

35、0mm 平臺尺寸：2600x2000mm 電源：380v,50Hz</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　上式中：</b></p><p>　　H——任意位置時伸縮升降臺的高度；</p&

36、gt;<p>　　C——任意位置時鉸接點F到鉸接點G的距離；</p><p>　　L——支撐桿的長度；</p><p>　　——支撐桿固定鉸支點A到鉸接點F的距離；</p><p>　　T——機架長度（A到G點的距離）；</p><p>　　——連接桿桿與線的夾角。</p><p><b>　　

37、以下相同。</b></p><p>　　將（2-2）式代入（2-1）式，并整理得</p><p>　　。 （2-3）</p><p>　　設代入（2-3）式得</p><p>　　。

38、 （2-4）</p><p><b>　　在（4）式中，</b></p><p>　　——伸縮升降臺的初始高度；</p><p>　　——導向軸初始長度。</p><p>　　伸縮升降臺機構的運動參數計算：</p><p>　　是F點的絕對速度；是B點絕對速度；是AB支撐桿的速度；</p&

39、gt;<p>　　是導向軸連接桿平均相對速度；是伸縮升降臺升降速度?？芍?lt;/p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　　在（2-5）式中，</b></p><p>　　——導向軸連接桿平均相對運動速度；</p><p>　　——伸縮升降臺升降速度；<

40、;/p><p>　　——支撐桿與線的夾角。</p><p><b>　　以下相同。</b></p><p>　　2.3伸縮升降臺機構的動力參數計</p><p>　　P是由推力，Q是伸縮升降臺所承受的重力載荷。通過分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出：</p><p><b>　　伸縮

41、升降臺上升時</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p><b>　　伸縮升降臺下降時</b></p><p>　?。?-7） </p>&

42、lt;p><b>　?。?-6）式中，</b></p><p><b>　　P——推力；</b></p><p>　　Q——伸縮升降臺所承受的重力載荷；</p><p>　　f——滾動摩擦系數；</p><p>　　b——載荷Q的作用線到上平板左鉸支點M的距離。</p><

43、p>　　由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數很?。╢=0.01）,為簡化計算，或忽略不計。</p><p>　　第3章 零部件的設計計算</p><p>　　臺板位于伸縮升降臺的最上部，是支撐件的組成部分。能夠在伸縮升降臺上平穩(wěn)的停放就是臺板起了關鍵的作用。在進行維修作業(yè)之前首先得駛上臺板。需要說明的是臺板并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為伸縮升降臺叉桿臂上有滑輪，滑

44、道的作用就是使滑輪在滑道內來回滑動，使伸縮升降臺完成舉升和回落動作。下底板也如此，如下圖3-1。</p><p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　根據上面原始參數，確定臺板的長度為2600mm，寬度450mm，材料采用熱軋鋼板。其形狀見圖紙。需要說明的是臺板并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為伸縮升降臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑

45、道內來回滑動，使伸縮升降臺完成舉升和回落動作。</p><p>　　叉桿是伸縮升降臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構。對其設計的成功與否關系到整個設計工作的成敗，選材45號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖3-2所示。</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　3.1確定叉桿的結構材料及尺寸</p><

46、p>　　1.對支撐叉桿進行受力分析</p><p>　　首先定義每根桿的名稱編號，</p><p>　　對于桿3、桿4的活動鉸聯(lián)接在方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計，現(xiàn)在只考慮其豎直方向上的受力就可以了。經過分析桿3的受力情況如圖3-3：</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>

47、　　計算其最大彎矩及軸向力： （3-1）</p><p>　　經力學分析，當伸縮升降臺處于最低位置，時，所受彎矩最大，</p><p><b>　?。?-2）</b></p><p>　　當伸縮升降臺處于最高位置，時，軸向力最大，</p><p>　　，（正值為拉力，負值為壓力）。</p>

48、<p>　　桿4受力情況同桿3。</p><p>　　下面再分析一下桿1,對桿1作受力分析</p><p>　　對D點做力矩分析：，</p><p>　　可得 = -110.1N。</p><p>　　計算彎矩，可轉化成下圖3-4</p><p>　　來分析：

49、 （3-3）</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p>　　由此圖可知，桿1的最大彎矩在C點。經計算當時，有最大值，即擁有最大彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將，W=9800N，P=11.6W（P與W的關系值根據上述的公 式求得）代入以上各式，求得的值如下圖3-5</p><p>

50、;<b>　　圖3-5</b></p><p>　　則。 （3-4）</p><p>　　計算軸向力，同樣將桿1的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析</p><p>　　經分析計算，CD段受到的軸向壓縮力最大，。由于剛剛計算出的桿3與桿4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿

51、1的值，故不對桿3桿4計算工作應力。計算桿1該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積A=bh,如圖3-6： </p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　則該狀態(tài)下的工作應力為 </p><p>　　其中， ——叉桿實際工作應力,</p><p><b>　　——材料許用應力，</b>

52、;</p><p>　　——材料的極限應力，對于45號鋼，為340Mpa </p><p>　　n——安全系數,一般為大于1的值，這里取n=2。</p><p>　　根據經驗初選h=0.1m。</p><p>　　由此式可以看出彎矩對工作應力的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎矩為主要計算對象。桿1所承受的最大工作應力。桿1的

53、C截面擁有最大彎矩，即可以認為C截面擁有最大的工作應力。我們按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將h=0.1m代入上式：</p><p>　　最大工作應力。這里取，即叉桿的橫截面為。</p><p><b>　　3.2橫軸的選取</b></p><p>　　選取套聯(lián)在連接桿桿端部的橫軸，根據總體結構布局確定橫軸長度需要220mm，由于是單耳環(huán)

54、聯(lián)接，其內徑CD=50，橫軸的外徑也應為50mm,但考慮到二者需要相對滑動，應使橫軸的外徑略小于50mm,這里取d=48mm。單耳環(huán)的寬度值EW=60mm。將叉桿要聯(lián)接到橫軸處的孔進行處理，使兩者接觸面積適當的增大以減小彎曲應力及及剪應力。因此可按下圖3-7</p><p><b>　　分析橫軸所受應力：</b></p><p><b>　　圖3-7<

55、/b></p><p>　　當時，P=113680N，可求得。作用于橫軸上的力</p><p><b>　　圖3-8</b></p><p>　　P是均勻分布的，分布距離為60mm，故集度為：，截面O上的最大彎矩為，截面C和D上的剪力</p><p>　?。ㄟ@里沒有考慮剪力與彎矩的正負）。</p>&

56、lt;p>　　其彎曲應力為 （3-5）</p><p>　　剪應力 （3-6）</p><p>　　對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直徑各為35mm、40mm是完全可以的，這里就不一一校核了。</p&g

57、t;<p>　　3.3 系統(tǒng)壓力的初步確定</p><p>　　氣壓缸的總阻力就是執(zhí)行元件的載荷，氣缸運動時必須克服其阻力才能運行，所以在此需要計算出氣缸的總阻力，而氣缸的總阻力主要包括：運動部件之間的摩擦阻力，密封裝置的摩擦阻力，阻礙工作運動的切削力，氣腔因為被壓作用因而產生的阻力，換向過程或啟動制動中的慣性力，它的最大牽引力就是液壓缸的總阻力： </p><p>　　

58、（1）切削力。根據它的概念：阻礙物體工作運動的產生力，在這次設計中就是額定負載的重力和上頂板和支架的重力：</p><p><b>　　其計算式為：</b></p><p>　?。?）摩擦力。各個運動部件之間是為無潤滑的鋼-鋼之間的接觸摩擦就是摩擦力，取，</p><p><b>　　其具體計算式為： </b></p

59、><p>　?。?）密封裝置中的密封阻力。根據密封裝置的不同，分別采用下式計算：</p><p>　　O形密封圈： 氣壓缸的推力 </p><p><b>　　Y形密封圈： </b></p><p><b>　　f 摩擦系數，取</b></p><p>　　p 密封處的工作壓力

60、單位Pa</p><p>　　d 密封處的直徑 單位m </p><p>　　密封圈有效高度 單位m </p><p>　　采用經驗公式來計算密封摩擦力，一般取</p><p>　　（4）運動部件的慣性力。</p><p><b>　　其計算式為： </b></p><p

61、>　　式中： G 運動部件的總重力 單位N</p><p>　　g 重力加速度 單位</p><p>　　啟動或制動時的速度變量 單位m/s </p><p>　　起動制動所需要的時間 單位s</p><p>　　對于行走機械取，本設計中取值為</p><p>　?。?）背壓

62、力。背壓力在此次計算中忽略，而將其計入氣壓系統(tǒng)的效率之中。</p><p>　　由上述說明可以計算出液壓缸的總阻力為： </p><p>　　≥5000X10=50KN</p><p>　　氣壓缸的有效工作壓力可以根據下表確定：</p><p>　　表6.1 氣壓缸牽引力與工作壓力之間的關系</p><p>　　由于該

63、氣壓缸的牽引力即推力大于50KN，根據上表，可以確定氣壓缸的工作壓力為：p=5MPa </p><p><b>　　3.4 氣泵的選擇</b></p><p>　　泵的工作壓力是根據氣壓缸的工作壓力來確定，即</p><p>　　式中： 泵的工作壓力 單位Pa</p><p>　　執(zhí)行元件的最高工作壓力 單位

64、Pa</p><p>　　進氣路和出氣路總的壓力損失。</p><p>　　剛開始計算時，比較簡單的氣路和節(jié)流調速可以取 ,對于進氣路有調速閥和管路比較復雜的系統(tǒng)可以取。</p><p><b>　　代入數據： </b></p><p>　　考慮到氣壓系統(tǒng)的動態(tài)壓力及油泵的使用壽命，通常在選擇氣泵時，其額定壓力比工作

65、壓力大25%--60% ，即泵的額定壓力為5.125--7.0，取其額定壓力為7。</p><p><b>　　3.5 電機的選擇</b></p><p>　　氣壓系統(tǒng)在選擇電機的時候的主要是看實際需要的輸入功率，由于氣壓泵有容積損失和機械損失，氣壓泵為滿足向系統(tǒng)輸出所需要的的壓力和流量，液壓泵的輸入功率必須大于它的輸出功率，則液壓泵實際需要的輸入功率為：

66、 </p><p>　　式中： P 氣壓泵的實際最高工作壓力 單位Pa</p><p>　　q 氣壓泵的實際流量 單位</p><p>　　氣壓泵的輸入功率 單位</p><p>　　氣壓泵向系統(tǒng)輸出的理論流量 單位</p><p>　　氣壓泵的總效率 見下表</p>&

67、lt;p><b>　　氣壓泵的機械效率</b></p><p><b>　　換算系數</b></p><p><b>　　代入數據： </b></p><p>　　一般氣壓泵的效率在0.7到0.95之間 這里取0.9</p><p>　　（2）可以根據機械手冊找電機的功率

68、，根據《機械設計手冊》，可以查出電機的驅動功率為7.5，這次設計以機械手冊的數據為標準 ，所以取電機的功率為7.5。</p><p>　　通過上述計算，現(xiàn)在就可以進行電機的選取，本氣壓系統(tǒng)是普通的氣壓系統(tǒng)，所以通常選取三相異步電動機就能夠滿足要求，初步確定電機的功率和相關參數如下： </p><p><b>　　型號：</b></p><p&g

69、t;<b>　　額定功率：7.5</b></p><p><b>　　滿載時轉速： </b></p><p><b>　　電流： </b></p><p>　　效率： 86.2% </p><p><b>　　凈重： 74Kg </b></p>

70、<p><b>　　額定轉矩：</b></p><p>　　電機的安裝形式為 型，其參數為：</p><p>　　基座號：112M 極數：4 國際標準基座號：</p><p>　　活塞式氣動馬達，其參數如下：</p><p>　　規(guī)格： </p><p>

71、　　壓力： 4 </p><p>　　流量： 26.6</p><p>　　功率： 7.5</p><p>　　吸入口直徑： mm 25</p><p>　　排出口直徑： mm 20</p><p>　　重量：

72、 Kg 11</p><p>　　3.6 方向控制閥的選用</p><p>　　方向控制閥的選用原則如下：</p><p>　　壓力：氣壓系統(tǒng)的最大壓力應低于閥的額定壓力</p><p>　　流量：流經方向控制閥最大流量一般不大于閥的流量。</p><p>　　滑閥機能：滑閥機能之換向閥處于

73、中位時的通路形式。</p><p>　　操縱方式：選擇合適的操縱方式，如手動，電動，液動等。</p><p>　　方向控制閥在該系統(tǒng)中主要是指電磁換向閥，通過換向閥處于不同的位置，來實現(xiàn)氣路的通斷。所選擇的換向閥型號及規(guī)格如下：</p><p>　　型號：4WE5E5OF 額定流量：15L/min </p><p

74、>　　消耗功率：26KW 電源電壓：</p><p>　　工作壓力：A.B.P腔 T腔： 重量：1.4Kg</p><p>　　3.7 壓力控制閥的選擇</p><p>　?。?、空氣減壓閥是在一般氣動控制系統(tǒng)和一般氣動管路中需要保持一定空氣壓力的條件下使用。</p><p>　?。?/p>

75、、空氣減壓閥亦稱氣動調壓閥是溢流式直動型空氣減壓閥，它直接靠手柄操縱調壓彈簧來調節(jié)輸出壓力，可在規(guī)定調壓范圍內實現(xiàn)無級調壓，并保持穩(wěn)定于調定值。</p><p>　　３、空氣減壓閥下游壓力輸出口壓力超過調定壓力時，溢流閥開始溢流，故對于不準溢漏到空氣中的有害氣體，不得直接采用本系列產品。</p><p>　?。?、空氣減壓閥采用平衡式進氣閥，故輸入壓力在高于調定壓力的范圍內的變動對輸出壓力影

76、響甚微。</p><p>　　3.8 流量控制閥的選擇</p><p>　　流量控制閥的選用原則如下： </p><p>　　壓力：系統(tǒng)壓力的變化必須在閥的額定壓力之內。</p><p>　　流量：通過流量控制閥的流量應小于該閥的額定流量。</p><p>　　測量范圍：流量控制閥的流量調節(jié)范圍應大于系統(tǒng)要求的流量范圍

77、，特別注意，在選擇節(jié)流閥和調速閥時，所選閥的最小穩(wěn)定流量應滿足執(zhí)行元件的最低穩(wěn)定速度要求。</p><p>　　該升降機氣壓系統(tǒng)中所使用的流量控制閥有分流閥和單向分流閥，單向分流閥的規(guī)格和型號如下：</p><p>　　型號： FDL-B10H 公稱通徑：10mm</p><p>　　公稱流量: 40L/min

78、 20L/min</p><p>　　連接方式：管式連接 重量：4Kg </p><p>　　分流閥的型號為：FL-B10 </p><p>　　其余參數與以上單向分流閥相同。</p><p>　　第4章 伸縮升降臺制造與運動仿真</p><p>　　SolidWorks作為目前運行于微機上的優(yōu)秀

79、三維機械 CAD 軟件之一，是功能強大的基于特征參數化的實體造型設計工具，已在國內外中小企業(yè)中得到廣泛應用。它是世界上第一個基于 Windows 開發(fā)的三維 CAD 軟件，具有強大的實體、曲面建模功能； SolidWorks 的完全漢化，在使用過程中不會產生語言障礙，而且支持 Internet技術，可以共享設計數據；它向下兼容二維 AutoCAD，使得以前采用 AutoCAD 進行的設計可以繼續(xù)使用和轉化，而且具有雙向關聯(lián)的尺寸驅動機制

80、；提供了 VB、VC++和其它支持 OLE 的開發(fā)語言接口，可以很方便地利用 VB 和 VC++對其進行二次開發(fā)；與其它的三維設計軟件系統(tǒng)也有非常好的兼容性，在本文中，將選擇SolidWorks 作為運動仿真。</p><p>　　在 SolidWorks 環(huán)境下，伸縮升降臺零部件的三維參數化設計和變量化建模步驟如下：</p><p>　　1、首先建立零部件的參數化樣板 ，確定設計計算數學

81、模型；</p><p>　　2、按照力學計算和強度分析，建立零部件的設計計算程序獲取零部件的設計計算參數；</p><p>　　3、在此基礎上結合繪圖參數、數據庫確定零部件的詳細設計參數；</p><p>　　4、通過 API 接口，將設計數據導入參數化樣板模型數據，驅動應用程序，得到零部件的更新的三維模型；</p><p>　　5、分別生成

82、剪臂、銷軸的三維模型；</p><p>　　6、最后進行總裝配合，這樣實現(xiàn)了伸縮升降臺零部件的快速參數化設計</p><p><b>　　4.1 零件</b></p><p><b>　　4.1.1支撐桿 </b></p><p><b>　　圖4-1</b></p>

83、;<p>　　繪制支撐桿草圖,退出草圖,拉伸,方向1和方向2均為25mm，選擇基準平面，在拉伸方向中間創(chuàng)建一個基準面，右擊該平面，插入一草圖，繪制并標注，雙向拉伸，右擊該基準面，插入另一草圖，繪制并拉伸該草圖，在彈出的拉伸對話框中插入數值得到拉伸體。再次拉伸該草圖，選取其反向，在基準面另一側得到相同的拉伸體。如圖4-1</p><p><b>　　4.1.2長橫桿</b><

84、;/p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　繪制長橫桿草圖，退出草圖，旋轉，得到長橫桿。如圖4-2</p><p><b>　　4.1.3短橫桿</b></p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　在前視基準面中繪

85、制短橫桿草圖，退出草圖，旋轉，得到短橫桿如圖4-3</p><p><b>　　4.1.4導向軸</b></p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　繪制導向軸草圖，退出草圖，繞圖中底線旋轉，選擇截面得導向軸截面視圖在x-y平面插入草圖，繪制草圖，拉伸，方向1和方向2均為10mm，得到導向軸造<

86、/p><p><b>　　型。如圖4-4</b></p><p><b>　　4.1.5連接桿</b></p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　繪制連接桿草圖,退出草圖,旋轉。在x-y平面插入草圖，繪制草圖，拉伸切除，方向1和方向2均完全貫穿。得到連接桿造

87、型。</p><p><b>　　4.1.6平臺</b></p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　畫草圖拉伸的一長方體插入基準面，在距離x-z平面-235mm處插入一個基準面，在此基準面上繪制草圖，退出草圖，向-y方向拉伸，距離為25mm。選擇鏡像特征，</p><p>　

88、　選取以上得到的體特征，以在x-z平面內的體側面，鏡像得到。如圖4-6</p><p><b>　　4.1.7機座</b></p><p><b>　　圖4.1.7</b></p><p>　　繪制基座草圖，退出草圖，拉伸，距離為100mm?；鶞势矫妫x取拉伸體的兩個側面，在這個面的中間平面上創(chuàng)建一個基準面在剛創(chuàng)建的基準面

89、上插入草圖，繪制草圖，拉伸該草圖，在彈出的拉伸對話框中輸入數值，得到拉伸體。選取其反向再次拉伸該草圖，在基準面另一側得到相同的拉伸體。如圖4.1.7</p><p><b>　　4.2 裝配</b></p><p><b>　　圖4-8</b></p><p>　　建立一個新模型文件，以文件名“zhuangpeitu”保存

90、該文件。打開裝配應用模塊，開始裝配。</p><p>　?。?）選擇添加組件，插入機座和支撐桿；選擇對齊和中心對稱，同理將其它支撐桿裝配上。</p><p>　?。?）選擇添加組件，插入長橫桿；選擇中心裝配，使長橫桿與支撐桿同心裝配；然后再選擇對齊裝配，使長橫桿端面與支撐桿配合。</p><p>　　（3)選擇添加組件，插入導向軸；選擇中心裝配；選擇配對裝配，使其與

91、機座上的支撐同軸心配合以及與側面重合配合。</p><p>　?。?）選擇添加組件，插入連接桿；選擇中心裝配，分別使其與導向軸同心軸配合，與長橫桿同軸心配合。</p><p>　?。?）右鍵選擇機座使機座顯示其草圖、基準平面等所有對象，在裝配菜單中選擇鏡像裝配。在鏡像裝配向導中選擇下一步，選擇四個支撐桿作為要鏡像的組件，選擇機座中顯示的基準面作為鏡像面，最后單擊完成，完成鏡像裝配。<

92、/p><p>　?。?）插入平臺，選擇中心裝配；選擇配對裝配選擇平行裝配。完成裝配圖如圖4.8。</p><p><b>　　4.3 仿真</b></p><p><b>　　4.3.1工作表</b></p><p><b>　　圖4-1</b></p><p&

93、gt;<b>　　4.3.2運動曲線</b></p><p><b>　　圖4-2</b></p><p><b>　　4.3.3創(chuàng)建連桿</b></p><p>　　本機構的伸縮升降臺運動仿真，需要定義個連桿。</p><p>　?。?）機座、支撐坐（固定連桿）、輪桿為第一連

94、桿；</p><p>　　（2）支撐桿、短橫桿、長橫桿為各分別為一連桿;</p><p>　?。?）前輪、后輪各為一個連桿；</p><p>　?。?）導向軸、連接桿各為一個連桿。</p><p>　　4.3.4創(chuàng)建運動副</p><p>　　（1）轉動副 輪桿與輪子、支撐桿與長橫桿、支撐桿與短橫桿、導向軸與機架等共

95、13個轉動副；</p><p>　?。?）滑動副 輪子與地面、1個導向軸共2個滑動副；</p><p>　?。?）平行副 短橫桿、平臺共2個平行副；</p><p>　　（4）固定副 輪子與地面1個固定副，總共有22個運動副。</p><p>　　第5章 伸縮升降臺數學模型的建立</p><p>　　5.1 伸縮

96、升降臺簡介 </p><p>　　伸縮升降臺有各種各樣的結構形式，有低起升也有高起升，有許多組成剪叉臂桿的數目，油缸的布置形式也有很多；移動方式包括助力式、自動式、牽引式等等。由組成方式看，伸縮升降臺主要由工作平臺、底座、剪臂結構三部分組成。伸縮升降臺的底座一般有三種：其中一種是適合及少移動的固定式底座。這種伸縮升降臺穩(wěn)定性好，一般起升高度較低，承載較大并工作在室內，主要用于生產流水線高度差之間貨物運送。根據使

97、用要求，可以配置附屬裝置，盡最大限度的發(fā)揮伸縮升降臺的功能，取得最佳的使用效果如圖5-1</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　5.2 伸縮升降臺的模塊劃分</p><p>　　雖然伸縮升降臺有各種各樣的結構形式，有低起升也有高起升，有很多的組成剪叉臂桿，也有多種油缸的布置形式，但是不管型式有多復雜，但是由組成方式來

98、看，伸縮升降臺主要由主要由工作平臺、剪臂結構、底座三部分組成。而且起升工作臂一定是伸縮升降臺的鋼結構的主體，也是受力件的關鍵。通過分析將伸縮升降臺按氣缸推動剪叉數量進行分層，就是一個氣缸推動一個副剪叉可以分為一層，一個氣缸推動兩副剪叉又或者一個氣缸推動三副剪叉也可以分為一層，這樣分層以后就可以將多層伸縮升降臺按照層進行模塊劃分，可以大大的簡化建立數學模型及方便的推導公式。單側剪叉臂桿可以按照氣缸層可以看成一副剪叉由一個氣缸推動的結構；兩

99、副剪叉單層由一個氣缸推動的結構；三副剪叉單層由一個氣缸推動的結構，這是最簡單的三種單層型式，各種高度復雜大起升的型式都可以在這個基礎上增加剪叉和氣缸的數量而得到。由此通過歸納得到的各種各樣的形式的伸縮升降臺，按照對稱性根據氣缸推動的剪叉數量可分為三種基本構件組，即一副剪叉由一個氣缸推動（一般都只有單層）為一個構件組；兩副剪叉由一個氣缸推動（單層或多層）為一個構件組；三副剪叉由一個氣缸推動（單層或者多層）是一個構件組，</p>

100、<p>　　5.3 伸縮升降臺數學模型分析</p><p>　　伸縮升降臺的設計最大的難點就是如何正確計算出一個氣缸所需要的最大推力。本論文中通過對各個運動點的虛位移進行計算，通過虛位移原理算出氣缸所需要的的推力。通過對伸縮升降臺的模塊劃分以及模塊分析后，從而推導出三種模塊氣缸的推力公式。</p><p>　　在推導公式的過程中，全部使用與底座的固定鉸接設為坐標原點，X軸正方

101、向朝右，Y軸正方向朝上建立一個直角坐標系。</p><p>　　5.3.1虛位移原理</p><p>　　關于虛位移原理的概念分析系統(tǒng)用功的平衡問題，是一種研究靜力學平衡問題的方法。虛位移是指在某一個瞬時，在所約束允許的條件下質點系可能出現(xiàn)的某種假設性的設想出的極其微小的位移，它不僅可以是線位移，也可以是角位移。虛位移的符號用δ表示。虛位移的原理只是對于具備理想約束狀態(tài)下的質點系，作用于這

102、個質點系的全部的主動力在任何虛位移中所作出虛功的和是零的時侯才能保持其平衡。</p><p>　　建立各虛位移之間的關系是虛位移求解力的平衡關鍵，其中所常用的有三種方法：</p><p>　　1、用作圖法求解出各處的虛位移，然后直接按照幾何關系來確定各個有關虛位移之間的關系</p><p>　　2、建立一個坐標系，選用一個恰當的自變量，算出各個有關點的坐標，然后對各

103、個坐標進行變分運算，確定各虛位移之間的關系</p><p>　　3、按照運動學的方法，假設在某處產生的虛速度，推算出各個有關點的虛速度。最后求解機構受力時，用虛位移原對運動方程進行求導用，先是解除其約束而用約束力替代，把結構變?yōu)闄C構，主動力就是約束力，就可以用虛位移原理來求解。</p><p>　　5.3.2單桿的運動分析</p><p>　　因為在實際工程中應用最

104、廣泛的是單桿和II級桿組，在這里就簡單的介紹下單桿和II級桿組數學模型的建立及分析方法。</p><p>　　如圖5.2（a）所示，是AB這個構件。如果已知這個構件上A的位置 (,)、速度、，加速度、，構件的位置角θ、角速度、角加速度，則可求出構件M上任一點B的位置（，）、速度、和加速度、。</p><p>　　圖5.2單桿件和Ⅱ級桿組運動分析模型</p><p>

105、<b>　　圖5-2</b></p><p>　　(a)單構件的運動分析模型 (b)Ⅱ級桿組的運動分析模型</p><p><b>　　1）位置分析： </b></p><p>　　=+ （5-1）</p><

106、p>　　=+ </p><p><b>　　2）速度分析：</b></p><p>　　將式（2.1）對時間進行求導數，可以得出B的速度方程為：</p><p>　　=-=- （-） （5-2）</p><p><b>　　

107、=+=+（-）</b></p><p><b>　　3）加速度分析：</b></p><p>　　將式（2.2）分別對時間進行求導數，可得B點的加速度方程為：</p><p>　　=-（-）-（-） （5-3）</p><p><b>　　=+（-）-（-）&l

108、t;/b></p><p>　　5.3.3Ⅱ級桿組的運動分析</p><p>　　如圖5.2（b）所示的Ⅱ級桿組，如果已知A、C的運動副位置 (,)、（，），速度、、、，加速度、、、，桿長、，可求出內副B的位置（，）、速度、和加速度、，以及構件1、2的位置角、，角速度、，角加速度、。</p><p><b>　　位置分析</b></

109、p><p>　　由圖5.2（b）可得兩得外副A、C的位置的距離為：</p><p>　　d= （5-4）</p><p>　　若d﹥+或d﹤∣-∣，則構件1、2無法進行裝配，此時該Ⅱ級組不能成立。</p><p><b>　　d與的夾角

110、為：</b></p><p>　　= （5-5）</p><p><b>　　d與x軸的夾角為：</b></p><p>　　= （5-6）</p><p><b>　　構件1的位

111、置角為：</b></p><p>　　=+N （5.7）</p><p>　　式中，當A、C、B為逆時針方向的三點順序時，取裝配模式參數N=1，反之取N=-1。</p><p>　　因B、A在同一構件上，由式（2.1）可得B點的位置方程為：</p>

112、;<p><b>　　=+</b></p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　=+ </p><p><b>　　構件2的位置角：</b></p><p>　　=

113、 （5.9）</p><p><b>　　速度分析</b></p><p>　　由同一構件上兩點的速度關系式（2.2）可得：</p><p>　　=- （-）=-（-） （5-10）</p><p>　　=+（-）=+（-） （5-11）</p>

114、;<p><b>　　令：Q=</b></p><p><b>　　則：</b></p><p>　　= （5.12）</p><p><b>　?。?.13）</b></p><p>　　將代入式（2.10）和（2.11）中，可得點B的速度為：

115、 </p><p><b>　　加速度分析</b></p><p>　　由兩點間同一構件上的加速度關系式（2.3）可得：</p><p><b>　?。?-14）</b></p><p><b>　　（5-15）</b></p><

116、p>　　令：F= - + </p><p><b>　　G= - +-</b></p><p><b>　　則：</b></p><p><b>　　（5-16）</b></p><p><b>　?。?-17）</b></p>

117、<p>　　將代入式（2.15）和（2.16）中，可得出B的加速度為：</p><p>　　（5-18） </p><p>　　5.3.4有源組的運動分析</p><p>　　一缸Ⅱ級組，其中A、B、C都是轉動副（A和C是外副，B為內副），E時有壓力源的氣液移動副。</p><p

118、>　　已知：外副A和C的位置 (,)、（，），速度、、、，加速度、、、；桿2相對桿3的位移s、速度、加速度；尺寸參數已知。</p><p>　　求：內副B的位置（，）、速度、和加速度、，以及桿件1和3的位置角、，角速度、，角加速度、。</p><p><b>　　位置分析</b></p><p>　　有源Ⅱ級組的位置的矢量方程</p

119、><p><b>　　（5-19）</b></p><p>　　將上式投影到直角坐標上，得</p><p><b>　?。?-20）</b></p><p>　　將上面得兩個方程可去除含的項</p><p><b>　　（5-21） </b></p

120、><p><b>　　式中</b></p><p><b>　　由三角知識得</b></p><p>　　代入式，得 （5-22）</p><p><b>　　解方程可得</b></p><p&g

121、t;<b>　?。?-23）</b></p><p>　　當模型中A、B、C為順時針三點的順序時，取“-”號，反之，取“+”號。 </p><p>　　次時，可以求出 </p><p><b>　?。?-24）</b></p><p><b>　　速度分析</b>

122、</p><p>　　把位置方程對時間t進行求導得然后投影在直角坐標軸上得</p><p><b>　?。?-25）</b></p><p><b>　　由上式可求出</b></p><p><b>　　（5-26）</b></p><p><b&

123、gt;　　此時，可以求出</b></p><p><b>　?。?-27） </b></p><p><b>　　加速度的分析 </b></p><p>　　把速度方程進行時間的求導并得出</p><p><b>　?。?-28）</b></p>