半自动负重爬楼器设计车体结构设计.docx
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1、北京理工大学珠海学院2020届本科生毕业设计 半自动负重爬楼器设计-车体结构设计半自动负重爬楼器设计-车体结构设计摘 要本毕业设计是一个半自动负重爬楼机设计。我主要负责车体的设计首先,对半自动负重爬楼机车体结构作了简单的概述;接着进行计算车体的承重选择最经济适用的材料;然后通过查阅设计准则进行设计。车体结构主要由四部分组成:载货平台,载人平台,主体支架以及前轮支架组成。在设计之初对比了市面上同类型爬楼机的车体结构设计出方便收纳且承重较好的方案,然后通过CAD做出各个零件的二维图,在通过solidworks建立三维建模,在通过配合装配进行动画模拟。半自动负重爬楼器向长距离,高速度,低摩擦的方向发
2、展,在设计中,该半自动负重爬楼器结构的研制与应用,与市场先进水平相比,可以说是各有优劣。在市场上的半自动负重爬楼器结构的制造中存在着许多问题,例如产品功能单一、保护措施不完善、结构强度不合格等。其中最大的劣势是体积太大,在狭窄楼梯使用不方便。而体积小巧,则可以增添许多便利。关键词:车体结构;材料;装配 Design of semi-automatic load crawler - body structure designAbstractThe graduation project is a semi-automatic load climbing structure design. Firs
3、t of all, the structure of semi-automatic load-bearing crawler is briefly summarized; then the calculation of the load bearing machine to choose the most cost-effective materials; Then design by consulting the design guidelines. The structure of semi-automatic crawler is composed of six main compone
4、nts: the crawler, the load-bearing mechanism, the motor, the car body, the bracket and the transmission mechanism. In the future, semi-automatic crawlers are developing towards long distance, high speed and low friction. In recent years, semi-automatic load-bearing crawlers are one of them. At prese
5、nt, there is still a big gap between the design and application of semi-automatic negative crawler in China and that of foreign countries.The structural design of semi-automatic load-bearing climbing device represents the general process of design, which has certain reference value for the selection
6、 of future design work.Keywords: Vehicle body structure; Materials; assembly目录1、前言11.1 半自动负重爬楼器的现状及未来趋势11.2 半自动负重爬楼器的主要用途21.3 发展方向21.4 国外研究现状发展方向31.5 国内现状31.6 研究方案52、车体的载荷及方案确定72.1计算车体的最大载荷72.2支架轴的设计计算82.3支架变形计算82.4轴的结构设计102.5轴的强度计算112.6材料选择122.7载重平台方案143、半自动负重爬楼器的运动仿真204、总结22参考文献23致谢24 1 前言半自动负重爬楼器
7、是企业短距离运输短距离,较重货物普遍运用到的产品,半自动负重爬楼器设计是否人性化技术是否够好,关系到企业生产效率的高低,从而影响企业的经济效益。而半自动负重爬楼器因为具有结构简单、处理能力强、工作可靠等优点在所有同类别机器中占有绝对优势,在市场占有量巨大。我们小组研究的方向主要以载物为主。目前楼房越来越高想要搬运较重的货物除了货梯没有其他方便省力的方法,对于那些货物较重但楼层不高的商家选择爬楼机要比货梯方便,我们小组主要针对这些中高层的用户需求设计了一款全自动载重爬楼梯。同时这款爬楼机还能帮助腿脚不便的老年人或残疾人能够安全的上楼半自动负重爬楼器经过两个世纪的发展,已广泛应用于运输行业。特别是
8、第三次工业革命的新技术、新设备的应用带来的,半自动负重爬楼器的发展,使半自动负重爬楼器进入了一个新纪元。现在,从爬楼能力,爬楼距离,无论各方面,来衡量的经济效益,成为各个国家和行业的发展。半自动负重爬楼器是一种爬楼工具。其特点是承载支架的爬楼盘也是传递动力的爬楼。高效的半自动负重爬楼器,它与其他爬楼机器相比,不仅具有进行长距离运动、连续爬楼能力强的优点,同时它运行可靠、易于实现自动化,可以实现集中控制。半自动负重爬楼器已成为实现高效爬楼的机电一体化技术与装备的关键设备。最近几年,各国对半自动负重爬楼器的研究逐渐重视并且新研制出来的爬楼机不仅仅的单一的运送货物,强化爬楼参数,大型化,零部件的化,
9、也是目前发展的趋势,新半自动负重爬楼器结构的出现都是围绕着半自动负重爬楼器结构发展起来的。下面就半自动负重爬楼器结构发展概况结构强度作一下阐述。1.1 半自动负重爬楼器的现状及未来趋势半自动负重爬楼器自被发明于1795,经过两个世纪的发展,已广泛应用于运输行业。特别是第三次工业革命的新技术、新设备的应用带来的,半自动负重爬楼器的发展,使半自动负重爬楼器进入了一个新纪元。现在,从爬楼能力,爬楼距离,无论各方面,来衡量的经济效益,成为各个国家和行业的发展。半自动负重爬楼器是一种爬楼工具。其特点是承载支架的爬楼盘也是传递动力的爬楼。根据轴承的部分可分为平形,槽形,双槽,波纹挡边斗,波纹边袋,圆管形,
10、和半自动负重爬楼器圆管形半自动负重爬楼器。高效的半自动负重爬楼器,与其他爬楼设备相比,不仅具有长距离,连续爬楼能力的优点而且运行可靠,易于实现自动化,省时省力,半自动负重爬楼器已成为半自动负重爬楼器高效开采机电一体化技术与装备的关键设备。目前,中国的共约1200000台半自动负重爬楼器,爬楼机也向大批量,长距离,高速方向发展。1.2半自动负重爬楼器的主要用途半自动负重爬楼器已广泛应用于工厂,现在大部分工厂用于全部机轮,少数工厂只用作前轮爬楼机,与后轮的机械爬楼机配合,以使爬楼机有较高的爬楼时的方向稳定性。目前半自动负重爬楼器在新机型及高端机型中逐渐被采用。首先我们对爬楼机进行了方案设计和选择,
11、主要包括爬楼机的最低技术要求,机械结构,爬楼过程,多种用法的转换的方案设计。爬楼机适用于需要上下楼梯不方便的行动能力有问题的人群,使其在没有电梯等上下楼辅助设备的时候,可以顺畅通行。目前市场上面的辅助设备价格比较昂贵,使用较为复杂,普通家庭若是购买,则需要一定的经济条件。现在有许多老旧楼房在建造之初,没有安装电梯。而现在大多数是一些行动不便的老年人居住在这些楼房之中,高楼层的出行就成为了一种困难。因此,一款家用轻型、物美价廉的辅助设备,对于这些家庭来说,可以解决许多问题。爬楼机属于机器辅助,在设计过程中确保爬楼机器传动过程中的安全、稳定和高效等,以及操作控制的难易程度。对爬楼机器的传动机构进行
12、方案设计和仿真设计,主要包括爬楼机器传动机构实现上下楼梯等动作,实现手动控制、电机运行,从而达到对行动不便人群上下楼梯的辅助效果。以及通过一定的设计,转变为对小型货物的楼梯上下运输,降低人力,提供便利。1.3发展方向(1)结构大型化,爬楼能力不断增强为了满足工业化水平增高机械生产的需要,半自动负重爬楼器的爬楼能力要加大,长距离、高载重、高效率是将来发展的必要。爬楼齿合面对于可伸缩半自动负重爬楼器爬楼距离要达到600mm以上,对于钢板芯强力半自动负重爬楼器须达到1400mm以上,单台爬楼盘功率要达到10002500kW 以上(2) 提高性能和可靠性(1)规模,提高爬楼能力(2)提高爬楼的安全性爬
13、楼机的可靠性是基于结构的合理以及性能的优劣,中国作为半自动负重爬楼器主要制造商,一直没有出现,大型专业爬楼。目前世界各国还在不断地研究和开发新的技术,在保证安全的前提下提高可靠性。(3)扩大功能,一机多用半自动负重爬楼器是连续爬楼的理想设备,还没有完全发挥作用。可以用来修改半自动负重爬楼器的结构,采取一定的安全措施,可以扩大运作,运作方式单向爬楼或双向爬楼功能,一机多用,经济效益最大化。 (4) 开发专用为了高效传送,本次设计了半自动负重爬楼器专用机型。以下介绍半自动负重爬楼器专用圆盘的主要设计参数及相关计算。1.4 国外研究现状国外从17 世纪开始半自动负重爬楼器结构的研究与生产,在19 世
14、纪欧洲工业革命时期,半自动负重爬楼器结构得到迅速发展,到本世纪,半自动负重爬楼器结构发展到一个较高水平。随着材料技术的不断更新爬楼机的技术水平不断提高高,美国公司生产200多种半自动负重爬楼器结构,通用化程度较高,日本公司和海因勒曼公司都研制了双倾角的半自动负重爬楼器结构。1.5 国内现状我国工业化进程开始较慢机械化的水平对比德、日本等公认的制造业强国仍有差距,所以我国半自动负重爬楼器结构的发展是本世纪近50 年的事情,这期间,仿制了前苏联的I 系列半自动负重爬楼器结构、D型摇动爬楼;波兰的GD。半自动负重爬楼器结构、CE 型摇动爬楼和GH型吊式直线半自动负重爬楼器结构。这些半自动负重爬楼器结
15、构仿制成功,为我国半自动负重爬楼器结构的发展奠定了坚实的基础,并培养了一批技术人员。图1.1爬楼机图1.2 爬楼机1.6 研究方案参考国内外爬楼机的车体结构,主要有两种载重方案一种是可拆装式,载物和载人是两个独立的载物平台在需要切换时必须通过拆装实现,这种方案不便于携带而且经常会因为切换机构老化造成断裂。第二种只能满足单一的运载载人或载物,要想同时实现载人和载物必须买两部爬楼机才行,这种方式既费钱同时还战地方。在车体结构上我们主要需要设计出一种同时兼备载人和载物的结构方案,初步决定的方案时机器最底部是载物平台,在承重车体是在加入一个载人平台,这两个平台相互独立不可一起使用,在使用一个平台时另一
16、个平台必须折叠起来,图1.3是方案的简图。图1.3 方案简图本次毕业设计我们是以小组的形式进行的,按照毕业设计的要求,我们每个人负责不同的部分。因此,整个半自动爬楼器也分为了三个部分:传动系统方案设计与仿真设计、载人及运货结构设计和车体结构设计。我负责的部分是车体部分,这个部分是整个机器的骨架也是最先入手的地方,它不单单要承受重量还要担负起移动爬楼的功能。小组成员王占江负责的是载人及运货结构设计,这一部分是半自动负重爬楼器实现多功能的关键,我们所希望的是它不仅仅可以运输货物上下楼梯,在有需求时,它还可以进行一些结构的转变,实现载人的功用。小组成员孔金圆主要负责传动以及动态仿真,这是这部机器的“
17、灵魂”所在,传动让整部机子动了起来而运动模拟可以帮助我们进行方案的结果分析,验证数据的可行性,为修改和完善设计,提供很大的帮助。2、车体的载荷及方案确定2.1计算车体的最大载荷 在计算载人平台的承重时,平台所能展开的最大角度为90,所选用的材料是结构钢其密度为7.85,载人平台重量5.5kg图2.1受力示意图由图2.1可得如下方程:X方向合力为零得 &FtcosTcosTf=0 (1)Y方向合力为零得 &W+Ftsin+Tsin=0 (2)式中:Ft载重机构的推力 ,也就是载重机构的最大载荷 载重机构的安装角度 90 载重机构板上方物体对载重机构板的作用力 为的旋转角度 载重机构板机构的重力
18、W=mg=vg=7.087物体重量和载重机构板机构重量在底板上产生的摩擦力 (3)载重机构机构的重量计算Ft=Tcos+Tfcos=140kg底部钢管:m=WL=7.087L =7.087*1.822.2 轴的设计计算 支架轴的设计计算输出轴的功率、转速和转矩 =0.442 =124.1于是 2.作用在支架上的力 已知支架轴的分度圆直径为而圆周力径向力3.初步确定轴的最小直径 轴选用材料40Cr。根据估算轴的最小直径。 取 则轴的最小直径显然是安装从动支架处轴的直径。此轴上有一键槽,应适当增大轴径:单键增大5%。 取 为了使所选的轴与支架孔径相适应,同时,支架轴孔的直径是,故取;又由于支架毂齿
19、合面为,故该轴尺寸;2.3 支架变形计算垂直静钢度计算 f= f= 式中:f-半自动负重爬楼器结构垂直静挠度(cm)P-静载荷(N)P=Q+G=200+21=221NL-跨度 L=100厘米E-材料弹性衡量,对3号钢E=2.1103103N/厘米2Jx-半自动负重爬楼器结构断面垂直惯性矩()Jx=206 f-许用垂直静挠度(cm),取f= 厘米所以:f=22110003(482.110310320336)=0.68cm f=1000700=1.43cm ff 所以满足要求结果:水平静刚度计算 f水=f水= 出自26-108式式中: f水-半自动负重爬楼器结构支架水平静挠度(cm) P-水平惯性
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