墙壁式旋臂起重机结构设计(全套图纸)

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1、 墙壁式旋臂起重机结构设计 摘要：墙壁式旋臂起重机是一种安装在墙壁上的起重设备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，在生产车间运用广泛。 本次课题首先进行墙壁式旋臂起重机结构形式选择，然后将所选择结构转化为力学模型进行受力分析，并选择零件材料，设计零件尺寸。设计计算完成后，运用SolidWorks对所选墙壁式旋臂起重机结构进行三维建模，分析内容包括起重机整体变形与其所受应力，在分析过程中对达不到设计要求的部位进行了改进，最终得到满足使用要求的起重机结构。 关键词：墙壁式旋臂起重机；结构设计；三维建模

2、 Structure Design and Analysis of Wall Jib Crane Abstract:The wall jib crane is a lifting equipment installed on the wall. It has many features:unique stuctures, safe, reliable, high efficiency, energy saving, time saving, labor saving, flexible and so on.So it is widely used i

3、n the production workship. This paper chose the structure of the wall jib crane first,and then translated the selected structure into mechanical model for stress analysis, and selected the parts material and designed the dimension of the parts. After the design calculation, used SolidWorks to 3D mo

4、del the selected wall jib crane. The analysis include the overall deformation of crane and it’s stress. Parts can’t up to the design requirements has been improved during the analysis. The crane structure is finally obtained. Keywords: Wall jib crane； Structure design；3D model 目录 摘要…………………………

5、………………………………………………………………I Abstract…………………………………………………………………………………II 目录………………………………………………………………………………………III 1 绪论 1 1.1 本课题研究背景及意义 1 1.2 墙壁式旋臂起重机 2 墙壁式旋臂起重机简介 2 墙壁式旋臂起重机结构类型 2 1.3 本课题研究内容 3 2 墙壁式旋臂起重机结构设计计算 5 2.1整体受力分析 5 2.2零件具体尺寸设计 7 工字钢型号选择 7 2.2.2 计算各螺栓连接 8 2.2.3 确定拉杆的材料和尺寸 14 确定各安

6、装板的材料及尺寸 14 3 三维建模 19 3.1 建模总体方案 19 3.2零件建模过程 19 3.2.1 主梁建模过程 19 3.2.2 拉杆建模过程 21 3.2.3 安装板建模过程 23 3.3 螺栓螺母调用 27 3.4 装配体建模过程 28 4 二维工程图绘制 32 1.装配图绘制 32 2.零件工程图 33 5 总结 36 参考文献 37 致谢 38 1 绪论 1.1本课题研究背景及意义 墙壁式旋臂起重机属于中小型调运装备，结构独特，安全可靠，具备高效、节能、省时省力、灵活等特点，可以在三维空间内

7、随意操作，在短距、密集型调运的场合，比其它常规性吊运设备更显示其优越性，广泛用于各行业的不同场所 。随着我国经济发展，制造业不断发展壮大，使得用于生产制造的设备需求量不断增多，在这些设备的生产过程中都必须要使用轻便快捷的起重设备，而墙壁式旋臂起重机正是为了适应这种生产需求而设计开发的，所以壁式起重机有着实际的工程需要，其结构随着生产实际的不断变化也需要不断优化，做进一步改进，使之更加适应生产需求，更加方便快捷，更具经济性。 我国在墙壁式旋臂起重机的结构设计方面已经有了一定的经验，无论是在设计计算方面还是在三维建模分析方面都有很多极具参考的文献和成果，虽然如此，但是随着我国制造业的发展，对墙壁

8、式旋臂起重机的需求量增多的同时，对其质量和使用寿命也提出了更高的要求，而这些要求都必须从改善结构或改变材料入手，但是在结构设计方面，我国欠缺专业的结构分析软件及相关人才，相关产品从构思到设计、制造、调试至少需要几年的时间，而国内的新产品研发的周期很短，相对来说用于结构设计与调试的时间就更短，而对于起重机械来说结构的设计及相关的受力、稳定性及寿命计算分析是最重要的一个环节，而这也是我国在目前发展中需要改进的环节。其二，国内起重机在制造的水平上不能满足设计的需要，特别在细节精益设计方面和国外存在较大的差距。所以对墙壁式旋臂起重机的结构设计仍然是我国发展起重机必要的一部分，需要继续进行更好的研发。

9、 本次以墙壁式旋臂起重机结构设计与分析作为毕业设计的课题，通过对起重机已有文献的学习及总结，在了解了起重机特别是壁式起重机设计现状、发展趋势、设计过程中所需注意问题及目前设计中所面临的问题之后，使我对起重机有了更深入的了解，此次设计能够结合以往他人对壁式起重机的设计，在起重机结构设计上进行更具体的设计分析计算。 1.2 墙壁式旋臂起重机 墙壁式旋臂起重机简介 起重机根据结构类型可分为：轻小型起重设备、桥架式（桥式、门式起重机）、臂架式（自行式、塔式、门座式、铁路式、浮船式、桅杆式起重机）、缆索式 ，而墙壁式旋臂起重机属于其中的臂架式起重机，使用情况如图1-1所示。

10、 （图一） 墙壁式旋臂起重机又称墙壁吊、 壁柱式旋臂起重机。可分为：BX型墙壁式旋臂吊 、BX-JKBK型墙壁式旋臂吊，墙壁式旋臂起重机用于靠近墙壁且起重作业较为频繁的场所，在靠近墙壁处服务于一个半圆形空间，是一种循环的、间歇动作的、短程搬运物料的机械，其旋转工作范围一般为200 。壁式旋臂起重机用于吊起轻小型重物，它的起重范围一般为 ，是一种非常经济的起重设备，可以沿着墙壁或者工厂结构，最大化葫芦使用的工作范围，或作为高架起重机及单轨系统的有效补充 。 通常壁式旋臂起重机是由起升机构（使重物上下运动）、变幅机构和回

11、转机构(使物品水平面内移动)，再加上金属机构，动力装置，操纵控制及必要的辅助装置组合而成 。本次对墙壁式旋臂起重机设计只对其金属结构部分进行设计，其余机构只进行重量选择。 1.2.2 墙壁式旋臂起重机结构类型 墙壁式旋臂起重机结构类型大概分为两种，一种为带斜拉杆的结构如图1-2（b），一种为不带斜拉杆的结构如图1-2（a）。两种结构有各自的优缺点，对于图（b）结构来说，相对于图（a）由于主梁、拉杆和墙体部分组成三角形结构，所以其稳定性要好，整体变形也小。而图(a)中的结构由于少了拉杆等零件，可以减少材料使用。在起重机结构设计中若图(a)中的结构形式可以达到稳定性和变形要求，则可优先考虑以减

12、少材料使用。 （a）不带拉杆形式 （b）带拉杆形式 图1-2 墙壁式旋臂起重机结构形式 1.3 本课题研究内容 1) 确定起重机参数 本课题为墙壁式旋臂起重机结构设计，主要对所选起重机金属结构部分进行设计、建模，使所设计起重机金属结构满足强度使用要求。所选起重机参数如下： 起重量：；有效半径：；起升高度：；旋转角度：180 2) 确定结构与设计计算内容 a) 结构确定 前面提到墙壁式旋臂起重机总共有两种主要形式，此处由于起重机跨度大，悬臂长度过长，为了减少起重机整体变形，增加其稳定性，此处选择图1-2

13、（b）中所示的，带有斜向拉杆形式的结构。所选起重机结构形式如下图1-3： 图1-3 起重机结构 b) 相关设计计算 第一步：确定主梁和拉杆的截面形状，各零件或组件的材料，从而确定各部分的许用强度和刚度； 第二步：对所选择结构进行受力分析，并计算各零件的受力； 第三步：根据零件受力，由其强度和刚度要求计算各零件结构尺寸，并对其进行校核。 3）建模 首先对各零部件根据计算所得尺寸使用SolidWorks三维建模软件进行建模，零件模型建好之后，根据装配关系进行装配。

14、 2 墙壁式旋臂起重机结构设计计算 2.1整体受力分析 1) 起重机受力 所设计起重机起重量，查电动葫芦产品手册，选择电动葫芦的自重。初选主梁为工字钢截面梁，工字钢梁型号为32a,其理论质量。 2) 转化力学模型 图2-1 起重机力学模型 根据起重机的结构形式，将其转化为上图2-1所示力学模型，以便进行计算。其中，q为工字钢的自重，简化为分布力，而F为起重机的起重量Q与电动葫芦的自重G的和。 3) 计算主梁受力 a) 如图2-1中所示，距离，，。将主梁分离分析，受力状况如下图2-2所示： 图2-2 主梁受力 b) 根

15、据《结构力学》知识，用力法分析主梁的受力，主梁为二次超静定结构，撤去B处与拉杆连接的力，以代替，如下图2-3所示： 列力法典型方程： （式2-1） 图2-3 分解受力图 c) 因为为轴力，所以弯矩为0。参数，，， 将上述参数代入式2-1，根据三角形原理得， ；所以，斜拉杆施加给主梁的拉力。 d) 根据以上计算可得主梁受力图示如下图2-4（a）,主梁所受弯矩，弯矩图如下图2-4（b）所示。 （a） 主梁受力图 （b） 主梁弯矩图 图2-4 主梁受力、弯矩图 2.2零件具体尺寸设计 工字钢型号选择 选取工字钢材料为Q235，查《机械设计手册》，得到Q235的

16、抗拉强度，屈服强度，取安全系数为S=2，则该工字钢梁的许用应力，从前面计算得到主梁所受弯矩最大处位于与拉杆连接处，最大弯矩,所以主梁与拉杆连接的B处为危险截面。 开始试算时，可以不先考虑轴力的影响只根据弯曲强度条件选取工字钢。这时抗弯截面系数 查《材料力学》型钢表4 热轧工字钢（GB 706-88），选取16号工字钢，，截面积。选定工字钢后，同时考虑轴力及弯矩M的影响，在进行强度校核。在工字钢危险截面B的下边缘各点上压应力最大，且其值为 结果表明，最大压应力大于许用应力，所以重新选择18号工字钢进行校核，此时，截面积。同时考虑轴力及弯矩M的影响，进行校核。工字钢危险截面B的下边缘各

17、点上压应力为 结果表明，18号工字钢可以满足强度要求，所以选择工字钢梁的型号为18a。 计算各螺栓连接 图2-5 螺栓连接编号 本次起重机设计所选择结构形式如图3所示，所有连接处均选用螺栓连接，将所有螺栓连接进行编号如上图2-5。本次设计中选择螺栓在无特殊说明下，均为铰制孔用螺栓，查《机械设计》螺纹连接部分表5-8和表5-9，选取螺栓性能等级为4.6，螺母性能等级为4级。 由选择的螺栓连接的性能等级，可得到螺栓的公称抗拉强度，屈服强度。查表5-10，选取螺栓连接的安全系数，抗剪安全系数，。计算螺栓的抗拉许用应力；抗剪许用应力。挤压许用应力 1）计算1处螺栓 根据起重机

18、受力情况，1处螺栓受到拉力与剪力，此处，我们根据拉力选择螺栓直径尺寸，然后进行抗剪强度校核。1处共有4个相同的螺栓，所受总拉力为，每个螺栓所受拉力，此处螺栓连接为紧螺栓连接，根据《机械设计》式5-36,螺栓直径 所以选取的螺栓，校核选取螺栓的抗剪强度与挤压强度是否符合需要。 连接处受到的总剪力，每个螺栓受到的剪力。的铰制孔用螺栓承受剪力部分直径，参考《机械设计》式5-41，校核抗剪强度 所以，所选择螺栓的强度不满足使用要求，要选择直径更大的螺栓，选取的螺栓，其抗剪部分直径。再进行抗剪强度的校核： 可见，此时选择的螺栓直径是满足要求的。之后校核的螺栓的抗挤压强度是否满足要求。

19、此处安装板厚,螺栓与连接件接触最短处是工字钢上缘板厚，取其平均厚度，连接处受到的挤压应力: ， 所以满足挤压强度要求。综上，1处选择的螺栓。 2)计算2处螺栓 2处为松螺栓连接，由于此处螺栓承受剪力和挤压力，所以选用铰制孔用螺栓以能更好承受剪力和挤压应力。此处为单螺栓受力，且所受剪切力和挤压力，根据螺栓的挤压应力计算螺栓直径，然后利用剪切应力校核。 螺栓的每个剪切面所受剪力，由《材料力学》式2.24得 所以，先选取的铰制孔用螺栓。下面利用剪切强度进行校核，看所选取螺栓是否满足要求。螺栓所受剪切应力： 满足剪切强度要求，所以2处选择的铰制孔用螺栓。 3)计算4处螺栓

20、 4处共有4个螺栓，其受到的力整体为斜拉杆施加的拉力，首先将拉力进行分解，如下图2-7： 图2-7 力的分解 计算可得与夹角。计算可得： 使安装板受到倾覆力矩，螺栓之间的距离，由《机械设计》式5-16得： 在倾覆力矩下的最大工作载荷： 使安装板受到拉应力，每个螺栓受到的拉力，经分析上侧螺栓受拉，下侧螺栓受压，可知上侧两个螺栓受力最大，其所受总的力： 根据受力，计算螺栓直径：，选取的螺栓，受剪切和挤压的部分直径为。 4)计算5处螺栓 若4、5处选取相同的螺栓，利用4处所选螺栓校核是否满足5处的强度要求，5处螺栓的受力状况如下图2-8所示： 其中，，，。螺栓由力矩

21、引起的最大工作载荷： 图2-8 受力图 使安装板受压力，分配到每个螺栓上，压力，分析知，上侧螺栓受到拉应力，下侧螺栓被放松，上侧螺栓受到的合拉力，则上侧螺栓受到的拉应力。 除此之外，螺栓还受到由引起的剪切和挤压应力。每个螺栓，受到的剪切和挤压力，板厚，则螺栓受到的剪切应力和挤压应力分别为： 可见，所选螺栓满足强度要求，所以5处也选用的螺栓。 5) 计算6处螺栓 已知，6处共有4个螺栓，矩形分布，首先分析6处螺栓的受力状况，每个螺栓受到两个力一个矩，受力方向如图2-9所示： 其中，，，。在、作用下，每个螺栓受力：

22、 图2-9 受力图 在力矩作用下，螺栓受到的最大工作剪力： ，经分析可知，位于右上角的螺栓受力最大，下面计算该螺栓所受的合力： a.将进行分解，x方向上：，y方向上：。 b.右上角螺栓x方向上受到的合力，y方向上受到的合力 c.右上角螺栓受到总的合力 算得受力最大的螺栓受到的合力后，先按照剪力计算螺栓直径： 因此，选择的铰制孔用螺栓，然后，校验该直径的螺栓是否符合挤压强度要求，螺栓所受挤压应力： 综上所述，此处选择的铰制孔用螺栓能够满足强度要求。 6）计算7、8两处螺栓 由于7、8两处螺栓连接形式相同，都为单螺栓连接，所以考虑将两处选为相同的

23、螺栓，根据两处螺栓受力的大小可知，7处螺栓受力要大，所以若7处所用螺栓满足强度要求，则8处的螺栓一定满足，所以按照7处计算螺栓的直径参数。 7处螺栓的受力状况如右图2-10所示： 其中，，，，根据受力状况，螺栓下侧受剪切和 挤压力大。由引起的力 图2-10 受力图 由力矩引起的力，可以算得螺栓下侧所受到的合力，按照剪力计算螺栓直径： 取，所以要选择的铰制孔用螺栓，然后用此直径校核校核是否满足挤压强度要求： ，满足要求。 综上所述，7、8处选用的铰制孔用螺栓。 确定拉杆的材料和尺寸 拉杆为该起重机设计中的一个重要受力件，所以其材料的选择中要选

24、择强度较好的材料。本次设计拉杆的材料选为45#圆钢，拉杆的两头有螺纹，用来将拉杆与安装板固定，也便于调节长度使得起重机安装合适。45#钢是在机械设备中常用的一种材料，其抗拉强度，屈服强度，设计中拉杆安全系数，由此可以计算得出拉杆的许用应力。 拉杆的螺纹连接处。由于螺纹的小径处直径最小，所以强度最差，应该按螺纹小径处计算拉杆的直径。拉杆受到的拉力，按照抗拉强度来确定拉杆的直径： 这是按照螺纹连接计算得到拉杆螺纹处的小径尺寸，而拉杆的真正直径要大于该值。取拉杆直径。 综上所述，拉杆选为直径为30mm的45#圆钢。 确定各安装板的材料及尺寸 安装板是起重机中重要的零件，材料为Q235。

25、根据之前螺栓直径及拉杆直径的计算，可以初步确定在各安装板上螺栓孔的直径和个数。除此以外，安装板还需要确定加工尺寸，下面补充设计安装板的其余尺寸，包括螺栓孔的位置尺寸及安装板的整体尺寸。还有主梁上螺栓安装孔的位置尺寸，从而确定安装板在主梁上的安装位置。为了便于分辨安装，将各安装板进行了编号，编号情况如下图2-11所示： 图2-11 安装板序号图 1) 安装板1尺寸设计 安装板1用于将主梁与墙壁上的下安装板连接，在与安装板5下的连接中，使用的铰制孔用螺栓连接，此处螺栓孔直径为。与主梁连接处有4个螺栓孔，安装板的厚度定为，宽度，整体长度为，具体各尺寸数值，见图2-12（单位：mm）。

26、 图2-12 安装板1基本尺寸 2) 安装板2尺寸设计 图2-13 安装板2基本尺寸 安装板2用于拉杆安装板4与主梁的连接，其受力形式为斜向的拉杆拉力，安装板2和主梁间用四颗的铰制孔用螺栓连接，需要四个的安装孔；和安装板4间用一颗的铰制孔用螺栓连接，两侧板各需要一个安装孔，经前面计算得板厚，两侧板有4个的倒角，具体尺寸见图2-13（单位：mm）。 3) 安装板3尺寸设计 安装板3用于起重机上端墙壁安装板5与拉杆安装板4的连接，受力形式为拉杆的斜向拉力，安装板3和安装板5上之间用单个的螺栓连接，连接需要一个的通孔；和拉杆安装板4之间连接，

27、需要的通孔，与安装板4连接的侧板，板厚，且侧板有倒角，具体尺寸见图2-14（单位：mm）。 图2-14 安装板3基本尺寸 4) 安装板4尺寸设计 图2-15安装板4基本尺寸 本次设计中安装板4要用到两块，用于拉杆和主梁与墙壁之间的连接，在安装板4与拉杆连接处要有的孔；与安装板2、安装板5上连接的两侧板有的孔，安装板厚，其余外形及定位尺寸见图2-15（单位：mm）。 5) 安装板5上尺寸设计 安装板5上用于将起重机安装在墙壁上，受力为斜向下的拉力，与墙壁的连接用4个的铰制孔用螺栓，需要有4个的孔；与安装板4的连接用一个的螺栓，

28、两侧板要有的孔。安装板厚，其余尺寸见图2-16（单位：mm）。 图2-16 安装板5上基本尺寸 6) 安装板5下尺寸设计 安装板5下与安装板1和墙壁连接，和墙壁连接处用4个的铰制孔用螺栓，需要有4个的安装孔；和安8装板1连接处用的铰制孔用螺栓连接，需要有一个的孔。安装板的板厚，其余尺寸见图2-17（单位：mm）。 图2-17 安装板5下基本尺寸 7) 主梁安装孔尺寸设计 起重机主梁选取18#工字钢。上面需要加工安装孔，用来连接安装板1、安装板2以及限定电葫芦位置的角钢，安装板1和安装板2的安装所用螺栓直径及安装孔的大小已在前面说明，安装

29、角钢的孔为的小孔，主梁的总长度，其余具体尺寸见图2-18(a)和2-18(b)（单位：mm）。 (a) 主梁主视图 (b) 主梁俯视图 图2-18 主梁安装孔 3 三维建模 3.1 建模总体方案 研究课题要求对墙壁式旋臂起重机金属结构部分进行设计分析，建模内容就是对前面计算所得起重机金属结构部分根据设计尺寸建出相应零件模型，然后将零件按照装配要求组装成完整的装配体用于分析，再将装配体和零件转化为工程图。 本次建模软件选用SolidWorks，具体内容是对主梁、拉杆及各安装板进行零件建模，其余螺栓连接需要的螺栓、螺母等标准件在标准零件

30、库内按尺寸要求调用。建模顺序是先对主梁建模，再对拉杆建模，最后对各安装板进行建模，完成之后根据所用到的螺栓、螺母尺寸类型要求在标准零件库内选择，生成相应标准零件。零件建模完成后按照安装要求组装成壁式起重机，并能符合相应运动要求。 3.2零件建模过程 主梁建模过程 1) 主梁拉伸 利用SolidWorks软件，新建零件，首先选定基准面，根据18#工字钢的截面形状和尺寸在草图中绘制工字钢截面如图3-1(a)。绘制完成后退出草图，选择拉伸命令，输入工字钢长度数值，完成拉伸。这样得到未经加工的标准18#工字钢如图3-1(b)。 (a)工字钢草图

31、 (b) 工字钢拉伸轴测图 图3-1工字钢建模 2) 主梁安装孔 利用拉伸命令完成18#工字钢的建模后，要在工字钢梁上对安装板1、安装板2及限位角钢的安装孔进行建模。 首先对安装板1和限位角钢的安装孔进行建模，选定绘制草图的前视基准面，在相应的尺寸位置绘制草图如图3-2(a)，草图绘制完成后退出草图，选择拉伸切除命令，即在主梁的对应位置上完成安装孔的建模如图3-2(b)。 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔特征 图3-2 主梁安装孔建模 安装孔2的特征建模步骤和安装孔1及角钢安装孔建模步骤一样，只是在选择草图基准

32、面时不同，安装孔1和角钢安装孔草图绘制在前视基准面上，而安装孔2的草图绘制在工字钢的上侧表面上，按照定位尺寸等相关参数将草图绘制完成后，再次选择拉伸切除命令，即可建模得到如下图3-3所示安装孔2的特征。 图3-3 安装孔2特征 拉杆建模过程 前面设计计算中已确定拉杆为直径的45#圆钢，且在拉杆的两端各有的螺纹用于拉杆与安装板的连接。建模过程中，首先选择前视基准面绘制直径为30的圆，完成后退出草图选择拉伸命令，拉伸长度，拉伸完成就得到直径长3330的圆拉杆如下图3-4。 图3-4 圆钢拉伸 得到圆拉杆后利用“扫描切除”命令，对拉杆端部的螺纹建模：首先用草图命令在拉杆端面绘

33、制添加螺旋线/涡状线的基圆，绘制完成后，选择工具栏曲线下的螺旋线/涡状线，在螺旋线特性栏中输入螺纹的螺距，及螺纹线对应的螺纹线圈数，选择正确的螺纹旋向如图3-5(a)，就能在拉杆端部生成螺旋线如图3-5(b)。 (a) 螺旋线参数 (b) 生成螺旋线 图3-5 绘制螺旋线 生成螺旋线后，选择螺旋线端部正对的基准面绘制扫描截面，拉杆连接所用螺纹类型为三角形螺纹，绘制扫描截面为等边三角形，草图面为右视基准面，与拉杆圆柱面相交部分线段长度为螺纹螺距，绘制截面如图3-6(a)，截面绘制完成后，退出草图

34、，选择工具栏中的“扫描切除”命令，扫描轮廓选择三角形，扫描路径选择螺旋线，即可建立图3-6(b)拉杆螺纹特征。 (a) 扫描轮廓绘制 (b) 拉杆螺纹 图3-6 螺纹特征建立 在拉杆的另一端用同样的方法建立螺纹特征，完成螺纹特征后，拉杆建模完成，保存零件。 安装板建模过程 介绍安装板的建模过程时，由于安装板2、安装板4和上下安装板5结构形式相同，建模过程也类似，只是尺寸上的不同，所以只以安装板2作为示例进行介绍；而安装板1和安装板3则分别介绍其建模过程。 1) 安装板2建模 安装板2的建模首先选定基准面，按照其侧面形状尺寸参数绘制出凹字形的截面轮廓如图3-7(a

35、)所示，绘制草图结束后，选择工具栏中的“拉伸”命令，将草图拉伸成安装板2的初始模型如图3-7(b)。 (a) 安装板2轮廓草图 (b) 安装板2初始模型 图3-7 拉伸特征 初始模型建好后，使用“拉伸切除”命令，对安装孔建模，先对下面4个安装孔建模，选择底部上侧安装面绘制草图如图3-8(a)，草图绘制完成，选择工具栏“拉伸切除”命令。完成后选择工具栏“圆角”命令下的倒角，对安装板侧面上的四个边角进行倒角，在弹出的倒角特征栏中选择要倒角的四条边线，输入距离，角度，点击确定，就可得到图3-8(b)所示的安装孔和倒角

36、。两侧板的安装孔建模步骤与上面所述4个安装孔的步骤一样，只是在选择绘制草图的基准面时要选择与侧板平行的基准面，本例中选择前视基准面，由于前视基准面位于两侧板中间位置，在拉伸切除时要选择两侧对称拉伸。两侧板安装孔的建模过程不再具体详述，参照上面四个安装孔的过程即可。 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔特征图 图3-8 拉伸切除特征 2) 安装板1建模 对于安装板1，首先对其与安装板5连接的空心圆柱进行建模。选择上视基准面，绘制两个同心圆草图如图3-9(a)，将草图拉伸即可得到图3-9(b)所

37、示的空心圆柱特征。 (a) 空心圆柱草图 (b) 空心圆柱 图3-9 拉伸特征 建模完成后，对与主梁连接的板进行建模，开始建模时，要新建基准面：点击工具栏中“参考几何体”命令下的基准面，在弹出的命令栏中选择右视基准面为第一参考，距离一栏输入侧板的长度如图3-10(a)，点击确定就能建立符合需要的基准面如图3-10(b)。 (a) 基准面命令栏 (b) 新建基准面 图3-10 基准面建立 建得基准面后，在所建基准面

38、上绘制安装板1与主梁连接的侧板侧面草图3-11(a)，然后拉伸该草图，拉伸过程中选择“成型至一面”命令，成形到之前建好的外圆柱面，即可拉伸得到安装板1的初始特征如图3-11(b)。 (a) 侧板草图 (b) 侧板模型 图3-11 侧板建模 安装板1的初始外形建模完成后，选择安装孔所在表面为基准面，按照定位尺寸与加工尺寸要求，绘制安装孔草图如图3-12(a)，绘制草图结束后，退出草图绘制，在工具栏中选择“拉伸切除”命令，用所绘草图对侧板进行切除，然后，工具栏中选择“圆角”命令，对空心圆柱的边线倒的圆角，即可得到

39、如图3-12(b)所示的安装板1。 (a) 安装孔草图 (b) 安装孔 图3-12 安装孔建模 3) 安装板3建模 安装板3建模的首先也是建立空心圆柱模型，该步建模过程同安装板1，只是绘制同心圆的尺寸不同，所以该步过程参考安装板1的过程。空心圆柱建模完成后，选择上视基准面绘制侧板的草图如图3-13(a)，将草图两侧对称拉伸，可得到侧板如图3-13(b)。 (a) 侧板草图 (b) 侧板模型 图3-13 侧板拉伸 初始模型建好后，要对侧板的安装孔进行拉伸切除，选定右视基准

40、面，按照定位尺寸与加工尺寸绘制安装孔的草图如图3-14(a)，利用草图对侧板进行拉伸切除，再对安装板3的相应边线进行倒角和倒圆角，就能得到图3-14(b)所示的安装板3。 (a) 侧板草图 (b) 安装板3 图3-14 安装板3建模 3.3螺栓螺母调用 1) 螺栓调用 螺栓是标准件可以在SolidWorks中的Toolbox插件中直接调取标准件使用，减少建模时间。下面以的铰制孔用螺栓为例介绍调用过程： a) 在SolidWorks初始界面点击右侧的“设计库”图标，在弹出的工具栏中，双击选择t

41、oolbox。 b) Toolbox插入下点击现在插入，然后在弹出的各文件夹下选择“Gb”即“国标”文件夹如图3-15(a)所示。 c) 在弹出的子文件夹中选择“bolts and studs”即螺栓文件夹，再选择六角头螺栓子文件夹下的“六角头铰制孔用螺栓 A和B级 GB/T27-1988”一项，右键点击“生成零件”选项。 d) 在弹出生成螺栓属性的命令栏中，选择的螺栓，长度选择如图3-15(b)，点击确定即能得到满足使用要求的简化螺栓如图3-15(c)。 (a) 文件夹选择 (b) 螺栓属性

42、 (c) 螺栓 图3-15 螺栓调用 2) 螺母调用 螺母标准件的调用过程与螺栓类似，以的螺母为例介绍调用过程。前两步的打开过程和螺栓一样，只是从第三步中“Gb”下的子文件夹中要打开“螺母”文件夹如图3-16(a)，在螺母文件夹内选择“六角螺母”文件夹，选择“六角螺母 C级 GB/T 41-2000”型螺母。在弹出的螺母属性栏中选择的螺母如图3-16(b)，选择完属性点击确定，就能得到符合要求的螺母如图3-16(c)。 (a) 螺母文件夹 (b) 螺母属性 (c) 螺母 图3-16螺母

43、调用 3.4装配体建模过程 前面几节已经介绍了该设计墙壁式旋臂起重机零件的建模过程。零件建模完成后，要将所有零件按照装配关系在SolidWorks中装配成完整的起重机模型。下面介绍装配的具体过程： 1) 零件导入 在SolidWorks中新建装配体后，首先要插入零部件，本例中首先导入工字钢主梁，接着导入其它零件，为了装配过程中不产生混淆，相同或类似的零件最好等上一个相似零件装配完成后再导入另一个。 2) 配合 配合的过程就是将导入的零件按照装配关系装配的过程，介绍配合过程时，类似的配合及所用命令相同的配合只选取单例介绍。 a. 安装板1与主梁配合 安装板1与主梁的配合首先选定安

44、装板1的某个安装孔，让其与主梁上与之对应的安装孔以同轴方式配合；第一步配合完成后选择选择主梁腹板的某个面和安装板侧板的面重合；该步完成后就能得到配合完成的安装板1与主梁如图3-17。 图3-17 安装板1配合 b. 下安装板5装配 安装板1与下安装板5配合首先选定安装板5侧板安装孔与安装板1的圆柱孔配合，然后选择安装板5相应平面与安装板1侧板面平行，就可配合完成安装板1与下安装板5如图3-18。 图3-18 安装板5装配 c. 安装板4装配 将安装板2按照安装板1所介绍的方式装配到主梁上后，就可以继续将安装板4与安装板2进行配合，首先要先将安装板4的螺栓安装孔与安装板2

45、的侧板安装孔进行同轴配合，再选择安装板4的侧板面与安装板2的侧板面重合，然后选择配合安装板4的下侧面与主梁的上端面夹角为（拉杆的安装角）；安装板4即装配完成如图3-19。 图3-19 安装板装配 d. 其它零件装配 其它安装板零件装配过程，与前面所介绍各安装板的装配相似，用到的都是相同的命令，所以不再详细介绍。螺栓螺母的装配与拉杆的装配类似，装配步骤是先配合圆柱面的同轴，然后装配接触面重合即可。 将所有零件依照前面所述装配方法，按照装配关系装配完成即可得到图3-20所示完整的壁式起重机金属结构。 图3-20 起重机装配体

46、4 二维工程图绘制 前面已把壁式起重机的金属结构设计与建模工作完成，起重机要完成生产必须要有完整的二维工程图作为生产指导。所以，该课题的设计过程还要绘制完整的装配体及零件的二维工程图。下面以装配体和安装板1工程图为例介绍二维工程图的绘制过程，其余零件工程图绘制过程与之相同。 本次设计选择SolidWorks软件来绘制工程图。因为在分析过程中起重机零件和结构方面有改动，所以在工程图介绍部分以改进后满足要求的装配体和零件进行说明。 1.装配图绘制 图4-1 表零件剖视图 在SolidWorks中新建A3工程图文件

47、，导入装配体后可自动生成装配体的三视图，为了标注安装板1和安装角钢的螺栓螺母，对装配体进行A-A剖视和D-D剖视，如图4-1所示；为了表达安装板5处螺栓与安装孔的装配关系对装配进行B-B剖视和C-C剖视，如图4-2所示；点击工具栏上“自动零件序号”命令，即可按装配顺序生成零件序号；点击“注解”命令，对装配体进行必要的装配尺寸、配合公差和总体尺寸的标注，生成装配图明细表，写明技术要求。即完成装配体的工程图如图4-3。 图4-2 表装配关系剖视图 图4-3 装配体工程图 2.零件工程图 在SolidWorks中新建A4工程图文件，导入安装板1后生成三视图，点击工具栏 “注解”

48、命令，对安装板1主视图进行部分加工及定位尺寸标注，并对左侧安装孔进行粗糙度标注如图4-4所示；在其它视图中标注其它必要的加工尺寸如图4-5所示，写明技术要求；在图的右上角标注其余粗糙度要求为Ra12.5；即完成安装板1工程图如图4-6。 图4-4 主视图尺寸标注 (a) 左视图尺寸标注 (b) 俯视图尺寸标注 图4-5 其他视图尺寸标注 图4-6 安装板1工程图 5 总结 说明书第1章简单介绍了壁式起重机的相关知识，记述了我国壁式起重机的发展历程和前景，剖析了国产起重机发展过程中存在的问题，并指出设计改进起重机结构是壁式起

49、重机发展关键。 第2章对起重机设计计算过程进行了详细介绍，特别是起重机的受力分析部分，将所运用的结构力学知识按步骤进行了说明；此外，还包含每个零件和标准件的尺寸计算和强度校核。 第3章阐述零件的建模过程，对每个零件的建模过程都做了详细介绍，该章侧重于零件的建模过程。 第4章对于装配体的装配过程和二维工程图的绘制只介绍了使用过的命令，具体的操作过程需要读者实际练习。 本文的特色在于，设计计算部分详细记述了受力分析及零件设计过程，包括其中所涉及的知识要点及参考文献；建模过程中对每个零件的建模过程都做了详细的介绍，对不了解SolidWorks软件的读者有很好的帮助。 但由于对起重机结构设计

50、相关知识的掌握程度与个人学识能力有限，文章难免会有不足与疏漏之处，敬请谅解。 参 考 文 献 [1]电动葫芦产品手册[Z].河北真牛起重设备有限公司.2014. [2]郑荣跃.结构力学[M]. 北京：科学出版社.2012.06. [3]吴宗泽，罗胜国，高志，李威.机械设计课程设计手册. 第四版.北京：高等教育出版社.2012. [4]刘鸿文.材料力学[M]. 第五版.北京：高等教育出版社.2011. [5]濮良贵.纪名刚.机械设计[M].第八版.北京：高等教育出版社.2006. [6]王守岗.刘云峰.壁式悬臂起重机.中国专利：2009

51、20303201.3. 2010-07-21. [7]杨文柱.起重吊装简易计算[M].北京：机械工业出版社.2007. [8]张青.张瑞军.工程起重机结构与设计[M].北京：化学工业出版社.2008. [9]张质文等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社.1997 [10]史凤兰.机械结构优化设计发展综述.中国科技信息，2010,22:129～134 [11]陈道南，盛汉中.起重机课程设计.北京：冶金工业出版社 [12]陈道南.周培德.起重运输机械. 北京：机械工业出版社 [13]罗俊尧,陈志梅,孟文俊.  基于遗传算法的三维起重机滑模控制方法研究[J]. 起重运 输机械. 2011(09) [14]仉传兴,肖汉斌.  桥式起重机金属结构剩余安全使用期限估算[J]. 起重运输机械. 2009(01) [15]邢静忠,王永岗等编著.有限元基础与ANSYS入门[M]. 机械工业出版社, 2005 [16]杨家斌主编.实用五金手册[M]. 机械工业出版社, 2004 致 谢