起重机吊臂总体设计论文毕业论文.docx

毕业设计（论文）专用纸
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摘要
随着国家现代化建设的飞速发展，科学技术的不断进步，现代施工项目对能力。
关键词:ADAMS；仿真；机械臂
Abstract
With the rapid development of the country's modernization, the improvement of e crawler crane. It is reported, current trinity technology has 3200t following crawler crane with the r&d competence.
Key word：ADAMS; Simulation ; Mechanical arm

目录

摘要 1
Abstract 2
1 绪论 4
1.1起重机的工作特点及其在国民经济中的作用 4
1.2国内起重机的发展状况及发展趋势 5
1.2.1国内起重机的发展状况 5
1.2.2国内起重机的发展趋势 6
1.3国外起重机的发展状况及发展趋势 7
1.3.1国外起重机的发展状况 7
1.3.2国外起重机的发展趋势 9
1.4本课题研究的内容和重要意义 10
1.4.1课题内容 10
2 起重机吊臂总体设计 12
2.1起重机的主要技术参数 12
2.2起重机伸缩机构的驱动形式 13
2.3不同杆件结构的分析 14
3 三维模型的建立及装配 17
3.1 proe简介 17
3.2起重机吊臂三维实体的创建 21
3.3起重机吊臂的装配 23
4 运动学仿真 24
4.1ADAMS简介 24
4.2ADAMS的参数设置 26
4.2.1单位的设置 26
4.2.2重力的设置 26
4.2.3质量的设置 27
4.2.4运动副的设置 27
4.3运动仿真 28
4.3.1添加驱动 28
4.3.2仿真参数的设置 28
4.3.3运动仿真 29
4.4仿真运动分析 30
总结 35
致谢 36
参考文献 37

1 绪论
1.1起重机的工作特点及其在国民经济中的作用
起重机械式用来对物料进行起重、运输、装卸和安装作业的机械。它可以完上安装各种类型的起重机，供检修机组，启闭闸门，及起吊拦污栏之用，这些起重机由大型龙门起重机，固定卷扬起重机以及弧形闸门起重机等。这些专门用途的起重机一般吨位较大，如用起吊闸门的龙门起重机，和固定卷扬起重机，起到了工程起重机的作用，起重机在未来的国家建设当中，还将起到更大的作用。
1.2国内起重机的发展状况及发展趋势
1.2.1国内起重机的发展状况
中国的汽车式起重机诞生于上世纪的10年代，经过了近30年的发展，期间有过3次主要的技术改进，分别为70年代引进苏联的技术，80年代引进日本的技国际市场的过程中，我国汽车式起重机产业近几年品质水平的快速提高，也得到了国际拥护的高度肯定，由于产品使用规范，用户的专业素质较高，出口产品的质量反馈比在过内有了明显的减少，产品反映较好。这都为中国汽车式起重机行业的发展打下了良好的基础。
1.2.2国内起重机的发展趋势
目前世界上约有百余家企业生产汽车起重机，但著名的也就右十余家，如美
就分布于三大市场的产品而言，以德国为主的欧洲市场，其产品主要特点为：
（1） 全地面起重机占主导地位，约占市场份额的80%。
（2）
（3） 专用配套件多，这以为欧洲发展汽车起重机的得天独厚的条件。
以日本为主的东亚市场和以美国为主的北美市场，其产品主要特点有：
（1） 越野汽车起重机占主导地位，约占70%～80%，其次为轮式起重机，全地面起重机所占比例较小。
（2） 多系列生产，中大吨位居多。
（3） 注重适应性和经济性。在保证产品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不强调追赶新技术，故产品可靠性较好。
目前经打上了坚实的烙印，这也使的国外起重机的继续发展占有了更大的优势。
1.3国外起重机的发展状况及发展趋势
1.3.1国外起重机的发展状况
目前世界市场，其产品主要特点为：
（1） 全地面起重机占主导地位，约占市场份额的80%。
（2） 大吨位产品为主，利勃海尔公司占销售额的70%～80%式100吨以上的产品。
（3） 技术先进，及时采用世界最新的技术成果。
（4） 专用配套件多，这以为欧洲发展汽车起重机的得天独厚的条件。
以日本为主的东亚市场和以美国为主的北美市场，其产品主要特点有：
（4） 越野汽车起重机占主导地位，约占70%～80%，其次为轮式起重机，全地面起重机所占比例较小。
（5） 多系列生产，中大吨位居多。
（6） 注重适应性和经济性。在保证产品性能和功能的前提下，大量采用通用配套件，而不强调追赶新技术，故产品可靠性较好。
目前，世界汽车起重机的生产，从技术上讲，德国利勃海尔公司略占优势，但从企业规模上讲，美国格鲁公司居世界首位。而生产量则是日本的多田野和藤重机的设计中也已广泛的应用，很多企业的品牌在用户的心中已经打上了坚实的烙印，这也使的国外起重机的继续发展占有了更大的优势。
1.3.2国外起重机的发展趋势
（1） 设计、制造的计算机化、自动化
模块生产，能使较少的模块形式，组合成不同规格的起重机，满足市场的需求，增强了竞争力。
（2） 起重机控制元件的革新与应用
起重机的定位精度是对起重机的重要要求，多数采用转角码盘，齿轮链，激光，一般首先发出信号警示，接着将大车车速减小到50%，最后切断电机电源，将大车制动。
（3） 新材料、新工艺的应用。
由于钢铁工业新技术的应用，刚才质量得以提高，在设计起重机主梁强度时，可是走向专业化，标准化，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本课题研究的内容和重要意义
1.4.1课题内容
本课题主要用Pro/Engineer建立液压机械臂模型，利用Mechanism/Pro生成adams模型，并进行运动仿真，分析不同杆件结构液压机械臂最大张角及液。基本臂是起重机的最主要的部件，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。

2 起重机吊臂总体设计
2.1起重机的主要技术参数
起重机的技术参数表征起重机的作业能力，汽车式起重机的主要技术参数包
（1）起重量
重行使时，起重臂必须前置。起重机不用支腿作业和吊重行使时的额定起重量决定于轮胎、车桥（或轮对转向架）的承载能力。
（2）起升高度
起升高度是指从地面或轨道顶面至取物装置最高起生位置的铅垂距离（吊钩取取车内。
（3）幅度
旋转工作的可能性。
（4）起重力矩
起重矩一般用t·m为单位。
2.2起重机伸缩机构的驱动形式
主臂的伸缩机构很多，可以从两种角度进行分类，即按驱动形式的不同，以及各。
（1）顺序伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂必须按一定先后顺序，完成伸缩动作。
（2）同步伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节伸缩臂同时以相同的形成比例进行伸缩。
（3）独立伸缩：指吊臂在伸缩过程中，各节臂均能独立进行伸缩。显然，独立伸缩机构，同样也可以完成顺序伸缩或同步伸缩的动作。
节臂伸缩，采用后种方法过于落后，顾采用第一种方法。即，用三个液压缸的伸缩方式。
2.3不同杆件结构的分析
方案一：四杆四副
设计原理图

图2-1 四杆四副的原理图
采用四杆四副的结构，设置3个转动副、1个移动副，应用到机械臂中结构图如下

图2-2 四杆四副的结构图
方案二：六杆七副
设计原理图

图2-3 六杆七副的原理图
采用六杆七副的结构，设置6个转动副，1个移动副，应用到机械臂中结构图如下

图2-4 六杆七副的结构图
方案三：六杆七副
设计原理图

图2-5 六杆七副的原理图
采用六杆七副的结构，设置6个转动副、1个移动副，结构与方案二不同

图2-6 六杆七副的结构图
方案四：六杆七副
设计原理图

图2-7 六杆七副的原理图
采用六杆七副的结构，设置6个转动副、1个移动副，两个连杆，结构图如下

图2-8 六杆七副的结构图
方案的选择：分析以上四种杆件结构方案，方案一的结构最简单，但机械臂的张角较小，适用于基本臂与二节臂之间。方案二的结构较复杂，但张角很大，方案三与方案四的结构与方案二的结构类似，但张角没有方案二的张角大，所以在二节臂、三节臂、四节臂之间都用方案二的结构。

3 三维模型的建立及装配
3.1 pr
术，其主要特点如下。
（1）基于特征：将某些具有代表性的实体几何形状定义为特征，并将其所有尺寸存为可变参数，以此为基础来进行更为复杂的几何形体的构造。
（2）全尺寸约束：将形状和尺寸联合起来考虑，通过尺寸约束实现对几何形状的控制。造型必须以完整的尺寸参数为出发点（全约束），不能漏标尺寸（欠约束），不能多标尺寸（过约束）。
（3）尺寸驱动设计修改：通过编辑尺寸数值来驱动几何形状的改变。
（4）全数据相关：尺寸参数的修改导致其他相关模块的相关尺寸得以全盘存在。
能体现在3个方面：智能模型、目标驱动式设计工具和一个开放式可扩展的环境。
（1）智能模型——能捕捉设计和过程信息以及定义以一件名品所需要的各得智能模型具有高度灵活性，从而对环境的变化反应迅速。
（2）目标驱动式设计─—能优化每件产品设计，以满足使用自适应过程特前提下，工程师能够自由发挥创造力和专业技能，改进设计。
（3）开放式可扩展环境——开放式可扩展环境是行为建模技术的第三大支活性，并生成更可靠的设计[7]。

（6）焊接模型建立及文本生成
（7）We
优点：功能强大的建模能力，开放、柔性独立，用户易于快速实施。
2. 运动仿真模块
该模块包括下列功能：
（1）Pro/M机构运动性能的仿真。
减少实物样机成本，可不断升级企业解决方案。
3. 复杂产品的装配设计工具
4）定义及文本生成。
优点：由上层管理装配设计，对大型、复杂装配设计进行快书检查及信息交
16. 模具设计 17. 二次开发工具包
3.2起重机吊臂三维实体的创建
基本臂的建模：基本臂作为其余四节的主要载体，在主臂的设计中最为重要，基本臂臂箍在基本臂中的作用是，支撑第二节臂，并且对第二节臂起导向的作用。

图3-2 基本臂的模型图
二节臂的建模：

图3-3 二节臂的模型图
三节臂的建模：

图3-4 三节臂的模型图
四节臂的建模：

图3-5 四节臂的模型图
固定座、支撑块和连杆的建模：

图3-6固定座、支撑块、连杆的模型图

3.3起重机吊臂的装配
在一起的三维模型如图

图3-7 总装图

4 运动学仿真
4.1ADAMS简介
ADAMS，即机械系统动力学自动分析(Automatic Dynamic Analysis of
　　MD Adams（MD代表多学科）是在企业级 MSC SimEnterprise仿真环境中与MD N
的问题。多学科技术聚焦于提升仿真效率、保证设计初期设计的有效性、提升品质、加速产品投放市场。
4.2ADAMS的参数设置

4-1单位参数图

4-2重力参数图

图 4-4移动副设置 图4-5 转动副的设置
4.3运动仿真
4.3.1添加驱动

图4-6 驱动的设置
4.3.2仿真参数的设置

图4-7 仿真参数的设置
4.3.3运动仿真

图4-8 仿真前模型

图4-9 仿真后模型
4.4仿真运动分析

图4-10 液压缸1的驱动力的分析图
上图的左边是仿真机构的模型，对基本臂与二节臂之间的液压缸1进行仿真由图可以看到驱动力随时间的变化先变大再减小。

图4-11 液压缸1的驱动力合力的分析图

图4-12 液压缸2的驱动力的分析图
上图的左边是仿真机构的模型，对二节臂与三节臂之间的液压缸2进行仿真运动学分析，右上的曲线图是液压缸2的驱动力在X方向的曲线图，由图可以看到在仿真过程中，液压缸2 X方向的驱动力随时间的变化先变大再减小。右下的曲线图是液压缸1的驱动力在Y方向的曲线图，由图可已看到在仿真过程中，液压缸1 Y方向的驱动力随时间的变化逐渐减小，下图为液压缸2合力的曲线图，由图可以看到驱动力随时间的变化先变大后变小。

图4-13 液压缸的驱动力合力的分析图

图4-14 液压缸3驱动力的分析图
上图的左边是仿真机构的模型，对三节臂与四节臂之间的液压缸3进行仿真驱动力随时间的变化逐渐减小。

图4-15 液压缸3驱动力合力的分析图

图4-16 液压缸1驱动力最大值

图4-17 液压缸2驱动力最大值

图4-18 液压缸3驱动力最大值
由以上三张合力分析图可以得出在仿真过程中液压缸驱动力的最大值，再根仿真运动过程中需要的具体参数，然后利用这些数据反过来对零件进行详细设计。
液压缸1驱动力最大值：F=2176000N
液压缸2驱动力最大值：F=2395000N
液压缸3驱动力最大值：F=267500N
下面是有关液压缸的截面的有关计算：
1.初选液压缸的工作压力
根据分析此设备的负载大，所以初选液压缸的工作压力为30MPa。
2.计算液压缸的尺寸
根据公式A=F/p即可算出液压缸的截面积，再根据D=可以计算出直径的大小。
液压缸1：A=F/p=2176000÷30000000=0.0725
D===0.3039
液压缸2：A=F/p=2395000÷30000000=0.0798
D===0.3188
液压缸3：A=F/p=267500÷30000000=0.0089
D===0.1065

总结
通过本次毕业设计，基本上掌握了汽车起重机的结构，及其主要的工作原理，并且通过查阅资料和图纸，锻炼了自己绘图以及识图的能力。
包括机械设计方面知识的深入和巩固，以及对专业知识的全面理解和合理一个能很好的锻炼机会，有了老师的指导和自己用心的投入，做出来的东西是很有成就感的，此次毕业设计让我终生受益。

致谢
本次毕业设计历时两个多月，从选题、开题报告的撰写到查阅相关资料、零件图建模、装配体的形成、运动学仿真、完成说明书，其间每一过程都得到指导教师安宁老师的培。

参考文献
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[2] 林清安.Pro/ENGINEER 零件设计实务[M}，北大出版社
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[7] 左健民.液压与气压传动[M] .机械工业出版社
[8] 濮良贵，纪名刚.机械设计[M] .高等教育出版社，2006
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