家用升降移动小车设计-电动爬楼机器人含SW三维及11张CAD图
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摘 要本次设计的题目是家用升降移动小车的设计,家用升降移动小车设计初衷为了方便家庭搬运物品,具有无污染,辅助力强,该产品具有结构紧凑,运输灵活,操作简单,回转半径小等特点。适用于家庭购物的搬运如米、面、油的运输。家用升降移动小车配合液压升降盘可减少人的搬运工作量,提高搬运效率。它主要包括三个部分的内容:框架材料选取、行走机构的设计,升降系统的设计。在本设计中将升降液压系统的设计做为主要的内容进行设计,行走机构及其框架材料作为次要设计。关键词: 家用升降移动小车;家庭搬运; 液压系统;行走机构 IAbstracThe topic of this design is the design of the household lifting mobile trolley. The original design of the household lifting mobile trolley is designed to facilitate the family to carry items. It has no pollution and strong auxiliary force. The product has the characteristics of compact structure, flexible transportation, simple operation, small turning radius, etc. It is suitable for transportation such as rice, noodles and oil for family shopping.The household lifting mobile trolley combined with the hydraulic lifting plate can reduce peoples handling workload and improve handling efficiency. It mainly includes three parts: the selection of frame materials, the design of the walking mechanism, and the design of the lifting system. In this design, the design of the lifting hydraulic system is taken as the main content, and the walking mechanism and its frame material are used as the secondary design.Key words: household lifting mobile trolley; family handling; hydraulic system;walking mechanismII目录摘 要IAbstracII前言11家用升降移动小车简介21.1家用升降移动小车的用途21.2家用升降移动小车的组成21.3家用升降移动小车在国内外发展现状21.4 本文的主要内容42家用升降搬运小车整体设计及机构部件计算52.1总体方案的产品方案设计52.2家用升降移动小车的设计方案52.2.1基本结构52.2.2工作原理52.3框架结构设计及材料选择62.3.1 框架材料的选用62.3.2导轨的选型82.4杆受力分析83 液压控制系统设计113.1家用升降移动小车液压控制系统工作原理113.2 液压系统的组成123.3 主要参数的计算123.3.1系统工作压力的计算123.3.2油缸的作用力134. 提升结构强度分析204.1 网格划分简介204.1.1ANSYS可选择的网格划分方式204.1.2指定单元划分形状204.2边界条件214.3结果分析265. 主要零部件的选型校核275.1伺服电机的选型275.2轮轴的计算285.3联轴器选型计算315.4轴承的选择315.5轴承的校核325.6键的类型及选择335.7 家用升降小车整体结构35致谢36参考文献37IV前言 当前我们经常讲的家用升降移动小车从工作原理上讲是一种采用行走加升降的搬运小车。家用升降移动小车移动机构有履带式、轮组式和移动式等,家用生姜移动小车有大功率和小功率之分。因为家用升降移动小车的应用范围越来越广,所以有必要了解各种家用升降移动小车的最合适的应用范围。小功率的只适合做家用小件物品的搬用。大功率家用升降移动小车可以做大型家具家电的搬运不适合家庭使用,适用于搬家公司。它是为了解决中高楼层的居民和平房居民上下楼或远距离携带了重物以后难以搬运行走爬楼的问题而设计的。如今是21世纪,城市里住宅楼越来越多了。虽然楼层越来越高了,但是在相应的通道上对人们的影响也比较大。特别是在古老的建筑物里。需要随身携带行李的人,室内外楼梯、步行距离远的人等会妨碍工作。为了解决这个问题,在国内外很多研究中,爬楼梯的设备已经有很多,但是没有相对稳定的缺陷。在城市里有越来越多的住宅。虽然一层楼越来越高,但它有助于人们通过适当的通道。但不是完美的。特别是在旧建筑。携带行李的人会妨碍工作:内部和外部的楼梯,那些离步行很远的楼梯。为了解决这个问题,许多国内和国外的研究除此之外,楼梯提升设备已经存在,但没有相对稳定的缺陷。目前,国家机械楼梯装置研究处于初步阶段,这项研究不够成熟,产品不多。然而随着社会劳动生产率的提高,人们的生活水平也在提高。正在考虑使老年人和残疾人更方便地使用更加简化更加安全的爬楼装置,并考虑开发设备,一个升降机器人的出现和发展可以有效地提高老年人和残疾人的生活质量,并为他们做出积极贡献。我们社会的可持续发展。外国人的爬楼装置研究的比较早,能在1982年,美国的科学家就已经对好的容易进行了深入的研究,并于同年发表了相关论文以及专利的申请,管理已经发表,各国纷纷效仿,入一定的研发资金进行爬楼的的研究。希望能对老年人以及残疾人的生活生比较大的帮助。此后,各国纷纷投入到这项研究中,包括美国,英国,德国和日本为主,技术相对成熟,并且已经有一些产品在市场上使用。我们的这些设备的研究,虽然起步较晚,但近几年在这方面,许多专利出现,也很少投入实际使用。我们把目前世界拥有的爬楼装置专利论文进行研究。网友主要分为四个方面。一种为履带式。女的是具有结构稳定,爬楼不容易侧翻的优点。轮组式结构相对简单。步行式和其他附加辅助是爬楼装置。1家用升降移动小车简介1.1家用升降移动小车的用途1)家庭生活用品米、面、油等用品的拉运。2)小型家电的搬运。1.2家用升降移动小车的组成家用升降移动小车是通过机械结构部分、液压部分、电气系统结构来组成的。这些都是家用升降移动小车的硬件部分,家用升降移动小车的机械几何部分通过行走机构、提升机构 ,框架机构跟梁部分组成。电路跟电气部分是通过电源板、键盘、电脑接线盘组成。1) 控制系统:开关电源,升降控制阀,行走开关。2)液压系统:液压泵、油缸。3)传动系统:步进电机,若干个齿轮组成。4)机械平台:通过底座、连杆、承重板等机械配件组成 控制系统:是家用升降移动小车的核心,实现其行走升降功能。液压系统:实现家用升降移动小车提升结构的升降动力源。传动系统:它是家用升降移动小车执行机构的驱动部件,包括主轴驱动单元、主轴电机等。他在数控装置的控制下通过电气或电液伺服系统实现家用小车的移动。当几个进给联动时,可以完成行走爬楼动作。 升降装置:家用升降移动小车的载货状态下的上升下降。1.3家用升降移动小车在国内外发展现状众所周知,家用移动小车行业是一个比较特殊的机械,其发展跟制造业有很大的关系,家用移动小车行业跟制造业的发展,技术的发展等等都是相互影响的,它的发展都是受制造业的限制,还有爬楼技术方面也会影响到家用移动小车行业的发展。下面是我了解的内容:经过30多年的发展,特别是近10年的快速发展,我国国内的升降小车产业已达到相当规模,并具有一定水平,形成了完整的研究设计、生产制造体系。在国内运输部门,运输技术正逐渐成为一个独立的分支。但是,与世界先进水平相比,中国有着较大的差距,以来看的性能,质量,品种等的地步。如今,在全球化的市场中,汽车之间的竞争,中国汽车产业的崛起和成长的特点是新的机遇和挑战,但在任何情况下,发展和创新是必不可少的。目前,世界各国企业发展迅速。中国正处于建设阶段。越来越多的家用升降小车。需求下移,增加了他们的生产和越来越多的高水平自动化规模。这些公司无法迫使不发达国家对国产移动式升降平台机械进行紧凑、高效、高水平的自动化改造。德国移动家用电梯轿厢产业非常发达,技术处于领先地位,是上下移动轿厢出口国,国内生产总值在各类装卸机械产品生产中居首位。此之外,美国以及日本等众多国家,在家用升降小车制造业取得了较为大的突破。他们的技术已经达到了世界比较领先的水平。通过于家用升降移动小车市场的快速扩张,以后家用升降移动小车行业的竞争将会越来越大。那些基于制成品的反馈需求和市场信息,产品的发展方向经常会看到,你可以利用移动的材料家装,方便,设计,生产和销售的创新型产品的开发,并完全进入市场,谁就能走率先抢占市场。世界知名厂商,如山特维克和肯纳,加快中国市场发展的步伐,例如,建立一个新的公司。中国的国内生产工厂,增加的中国分公司,接触,广泛招聘销售人员和技术人员的点。随着人们生活水平的提高,家用升降移动小车行业的家庭购买量程度也得到了提高。同时,家用升降移动小车最新技术不断提高,便捷性智能化快速发展。随着高科技迅猛发展,家用升降移动小车行业的竞争也十分激烈,通过于时代的进步,人们生活水平一天比一天优异,大家提出了对家用升降小车更大的要求,大公司为了利益,投入了大量的资金进行家用升降小车的研发。使其功能更加全面性能更加优异,操作更加简单。在其他国家,家用升降小车模块的设计更加智能化,简单的方向的一侧。中国已经通过使用应用程序,新材料,新设计工具产品线,采用柔性构件,驱动和控制系统进行标准化设计,结构优化工具的应用取得了新的组件,如开发了长足的进步。现在厂家的技术日益完善,我们应对家用升降小车我更高的技术要求。发展方向分为以下几点。1.据老年人提出的要求,应对结构更加规划更加安全。;2.人工智能方向做出更大的改进,到人人都会使用。;3.我用升降小车应该更加成套化,更加全面化。;4.用小车框架的材料提出更高方向的研究,使其更加轻。;5.升降小车体积上,向体积更加小方向发现;6.采用新理论、新方法、新技术提高设计质量;7.和现代纳米技术使其更加人性化;随着家用升降小车精化和智能化方向的上下移动和家用物品的动态特性汽车的越来越大。因此,除了静态分析,动态分析也是非常重要的优化方式。在这项研究中,国内移动叉车的结构动力学仍然缺乏,分析是应用程序结构的相对小的动态响应,它没有形成一个完整的利用率。此外,设计的模式还是靠经验来达到优化的目的,同时也优化任何结构的尺寸设计,但仅限于一个复杂的结构设计却无能为力结构的组成部分。1.4 本文的主要内容本文通过家用移动小车作为研究对象,具体研究家用移动小车的状况结构设计,选型,零部件选型,模拟分析。论文通过对家用移动小车设计方法的研究,完成家用移动小车的初步设计。具体内容如下:第一章:通过查阅和知识积累,了解目前家用升降移动小车系统研究的相关方法和方向。第二章:设计家用升降移动小车的框架结构,分析家用升降移动小车在工作过程中的受力情况。第三章:根据专用家用升降移动小车的供场地使用人群设计液压系统方案。第四章:家用升降移动小车主要部件的模拟分析。第五章:主要零部件选型及其强度计算校核。第五章:总结2家用升降搬运小车整体设计及机构部件计算2.1总体方案的产品方案设计 利用电机驱动的方式,实现家用升降移动小车的移动,利用油缸实现升降机构的升降,该设计实现性较好,安全方便,产品稳定性较好。因为家用升降移动小车适用范围广,无论是小件的搬运,如大米、面粉等还是大物件的搬运都有比较强的实用性能,而且这种方案设计,还能解决物件靠人力无法放置高处的缺陷,设计出的产品体积小、成本低,适用于多种场合。2.2家用升降移动小车的设计方案2.2.1基本结构 目前家用升降移动小车主要通过框架结构部分、液压部分、电气系统结构、行走系统和操作系统组成。 本次设计的家用升降移动小车主要分为4个部分,分别是框架结构、升降结构设计,结构有限元分析,升降液压系统设计。2.2.2工作原理 初步设计本家用升降移动小车其平面移动依靠人力进行在人力推动或者拉动中行走,在爬楼工作时动力电机启动,在齿轮的传动下使三对轮子传动达到上楼目的,重物的升降依靠提升机构(油缸)实现。此时液压系统启动,提升油缸上升下降使家用升降移动小车提升台实现上升下降,拉运完毕关闭电源即可。 图2.1家用升降移动小车的结构示意图为了方便用户使用,齿轮的使用也存在一些缺点,如冬季空难时链条的润滑和保养。经过几点考虑,本设计采用驱动机构来驱动电机,伺服电机的工作原理是将电力输入输出轴的动力压力,通过驱动辊带动输出轴旋转。在国产动车减速比的变速箱上加装合理的伺服电机,省钱。而且维修方便、经济、可靠。2.3框架结构设计及材料选择2.3.1 框架材料的选用本设计采利用方钢及其圆钢作为框架材料,制造安装方便,自身质量小,选用热轧方型钢,根据承重计算选用14#方形钢,其强度刚度满足本载重100kg不变形。具体尺寸见表3-1。表3-12.3.2导轨的选型家用升降移动小车的架构,安全性能的三个主要因素考虑。1、载重性能要有足够的强度的支架才能保证其良好的实用性2、静态载重性能家用升降移动小车在五以及外界变变形。小车的支架具有良好的刚度以及屈服强度。有比较好的静态变形性能。3、动态载重性能家用升降移动小车在外界激振力作用下抵抗变形的能力称为动态抗振性能。在升降时,前后左右移动,会对支架产生一定的震动,产生机械疲劳。本设计最大载重为100kg,根据其最大载重我们选用市场上的圆型导轨做材料。共需1.5米。型号为C40不锈钢材质,示意图如3-1所示2.4杆受力分析顶升装置构通过两根中间用枢轴连接,可在平面内升降,滑块可在杆上滑动,杆与滑块单元连接组成移动副。通过油缸的升降最后达到指定位置,从而完成一个升降过程。顶升装置主要通过底座、顶升油缸装置和工作台三个部分组成,顶升油缸。是不可替代的零部件。如下所示,所述滑块和所述水平速度vb垂直高速互联网之间的链路进行分析。运动是平面运动,分析如下。 通过(1)、(2)式代入可知:通过几何关系代入可知: 将(4)代入(3)代入可知:公式里,K 为速度放大系数。在(5)公公式里,当测定点B(即已知VB)的移动速度在与实验室相对应的时间t确定时,测定升降平台的时间t V速度。因此,可以对VB升降平台进行调整,在运动中表现良好。AB直杆的受力分析 1)受力简图,如下图所示。 连杆的受力分析简图计算支承反力在水平面上在垂直面上 故 3 液压控制系统设计3.1家用升降移动小车液压控制系统工作原理 升起时,阀门打开液压油进入油缸,压力在油缸中增加,完成上升动作。静止时:当泵入B级阀门柱塞工况,液压油锁定因此静止。下降时:阀门打开,缸内的液压油流回油箱。 1油缸 2手动阀 3液压泵 4先导式溢流阀 5滤清器 6油箱液压系统图我查阅参考资料,我们选阀门为手动阀门册选定手动阀工作压力为12mpa,直径为8mm。溢流阀用先导式。将压力值设定在0.5到30Mpa。流量选取的范围为55到130升每分钟。3.2 液压系统的组成液压系统主要由四个主要部分组成:液压发电机、液压执行机构,液压调节机构及辅助装置。1、液压系统的发生机构它是由一个液压系统组成,并且包括一机械传动装置的润滑装置。发动机的机械的输入能量被转换成压力能量液体通道。2、液压系统的执行机构液压传动,又名液压机。其功能是将液压能转换为机械能。液压控制装置方向阀压力阀液压发生装置泵液压执行机构缸活塞 图3.2 液压系统方框图像3、液压控制调节装置各种液压控制阀用于调节在道路的液压系统中的流量和液压流量和压力,这些控制系统是一个单向阀装置,或改变方向的实际效果和操作启动模公式里,液压系统压力的控制阀,所述顺序阀,球阀。所需的电力传输或液压系统遵守的安全标准,它们被用于控制液压系统的流量和调整,以适应致动器的操作速度是必需的。液压系统通过一起构成组合阀许多不同类型的控制阀,易用性和紧凑的结构,设计合理的各种阀组件。4、油箱油箱的主要功能是液压油贮备站点,油箱有热耗散,结垢沉积物,透气性,通常基于实际的设计。液压升降台液压系统的设计将直接影响到家用升降移动小车的性能和效率。3.3 主要参数的计算3.3.1系统工作压力的计算油缸有效工作压力可从下表中确定:表3.1所列汽缸与工作压力杆之间的关系 牵引力F(能)50工作压P(MPa)57通过于油缸8千牛的推力,按照以上两个表可以最初确定油缸的操作压力:P = 2兆帕。3.3.2油缸的作用力油缸的推力当油缸或牵引工作,在液压工作缸,向上延伸的推力的油缸,因此,当液压流体在推力室的计算被注入的情况下,其中产生的压力无杆: F=公式里:p油缸的工作压力 Pa 取p= D 活塞的内径数值为 油缸的效率0.95 代入数据: F = F = 即油缸工作时产生的推力为10.28KN。 确定所述汽缸的内径数值为。如权利要求所述的汽缸、油压是通过计算以下公式来计算的。油压活塞往复运动速度:=1.25公式里:活塞杆的伸出速度,m/min;活塞杆的缩回速度,m/min;D油缸缸径,m;d活塞杆直径,m。 D= 78mm 根据选型公式取圆整值为 D=80mm油缸的内径数值为、活塞的外径和识别值是由活塞和活塞棒必须有其他部件来确定的,例如密封密封件、标准化的和特殊的制造商,因此,活塞和油缸的内径数值为也必须标准化和选择部件恩达尔稳定活塞杆的直径由等距部分法确定,不受偏移负荷的限制。 时,在这种形式的结构和安装中,油缸两侧使用铰链,其值为: 将上述值代入公式即可获得。: 故校核采用的式子为: 公式里: n=1 安装类型系数E活插塞材料弹性模数,钢材取 J活塞截面的旋转惯性力矩,L长度,代入数据: =371KN 其稳定条件为: 公式里: 稳定安全系数,通常=2-4接收=3 F油缸的推力 代入数据: =123KN 因此,稳定的活塞杆,以满足要求。确定汽缸壁的厚度,烃孔径,气缸,气缸盖厚度的底部的厚度。1.计算从上述可见,活塞杆直径mm,活塞往复运动的距离,油的流量m2/s。(1)油缸储油量L 活塞往复运动的距离,油箱容积的3-5倍,所以3-5倍的4.8和30L符合要求。(2)输出功率:kw 油缸的输出功率,输出功率单位为KN,所述输出缸M / C缸油缸来计算结构的参数,包括汽缸壁的厚度,气缸直径,柱面,磁头厚度,以及许多其他的底部的厚度。(3)壁厚的计算根据计算公式: 根据参考文献mm。公式里:缸筒的壁厚直查阅机械手册得到MPa-据上文油缸的取值,取110MPa强度系数,无缝钢管C计入壁厚公差及腐蚀的附加厚度检验:因满足中等壁厚。(4)缸体外径的计算 mm 缸体外径的尺寸106mm,得到数值,同时确定mm。(5)油口尺寸的计算油缸油口直径通过活塞最大运动速度和油口最大流速mm确定 mm。公式里:油缸港口的尺寸油缸的内径数值为尺寸油缸的出油速度油缸口液压油的流速(6)缸底的厚度计算平行缸底有油孔则厚度 公式里:缸底的厚度油缸的内径数值为油缸测试压力油缸材料的许用压力值(7)厚度的计算油缸的接头采用法兰接头的形式, mm选型手册密封圈的选取 那内径数值为尺寸。90.0mm,密封圈的外径尺寸。90+2*2.65=95.3mm。(8)缸盖的计算与上文计算,。端面轴A、B和直径轴的8精度垂直公差。其中表面粗糙度为m。焊接圆筒形端连接器。油缸主体焊接到焊接拉伸应力 公式里: F油缸输出的最大推力NN公式里: 油缸内径数值为系统最大工作压力油钢的外径尺寸焊接效率取焊缝的底部直径尺寸mmPa 通过计算 MPa 2.活塞尺寸的计算。活塞宽度的0.6至1.0倍,0.8d=22 mm,22 mm孔,活塞材料外径的0.8倍-铸铁。柱塞杆用于实心杆,外螺纹端使用,由钢制成,尺寸为柱塞45。是250 mm柱塞的长度。 3.活塞的尺寸活塞和柱塞杆的连接,我们采用了常用的螺纹连接。(1)根据计算公式得到如下方程MPa N计算出切应力的大小是。MPa (4.12)MPa= 由于柱塞杆105-125mpa材料的许用应力,以适应要求。张紧PA,螺合系数以促进7毫米螺钉的螺钉5毫米内径值,气缸内80毫米直径A液压系统的压力,直径六十三毫米活塞杆,容许杆材料的输出的d值的内径的负荷值电压,(2)表面的压应力计算。 通过参考资料计算方程,我们可以得到材料的强度可以满足需求。4.校核计算算出其长度mm=2.03046m直径的到63mm。当计算出的直径比柱塞杆10的行程长度,柱塞杆应检查的稳定性。 当按欧拉公式计算临界载荷 KN 。因,。安全系数应在2-3之间,满足要求。屈曲活塞杆载荷的严重失效等于N,完成条件因子和固定端的1/8。由于活塞杆单元e的弹性材料为钢PA,截面中的力矩J为活塞杆的惯性,M4为刚性杆,活塞杆截面惯性半径的计算长度为活塞杆、活塞杆和柔性系数140。5.管道尺寸的计算据其在液压系统中的作用,管线歧管可分为以下几种:吸入管路;填料管和返回管线输送:排出管线时,液压油进入管道或邮箱项目,根据钢管尺寸仅计算。(1)吸油管参数计算用于管式和液体的流动速率的内直径的值依赖于驱动管,该管的直径由底部确定: 公式里: d油管的直径 Q油管内液压油的流量,4. 提升结构强度分析4.1 网格划分简介4.1.1ANSYS可选择的网格划分方式ANSYS可以将实体网格化,主要有两种方法:自通过网格与映射网格。上方所述的“自通过网格”具体通过软件的分析形势,单元的形式是没有限制的,网格划分是不规则的,基本上适用于所有结构类型。映射网格必须符合一定的规则,对结构平面有较强的要求,包括四边和三角形的平面,所描述的网格元素只包含一个六角网格的显示。对比映射网格生成的单元形状比较规则,映射网格适用范围较小。4.1.2指定单元划分形状通过有限元软件中的网格功能,我们将其划分为二维和三维单元。划分形式多种多样,我们可以将单元格划分为三角形六边形以及常见的四面体。具体样式如下图4-1所示图4-1 提升结构有限元模型4.2边界条件在工作过程中提升结构,提升结构上部受规定的压力限制,每个单元的提升结构首尾对接,形成提升结构链后平行排列。通过于作用在提升结构的升力和重力,与夹紧装置保持如此活动提升结构的端部连接,使得力可以直接施加于力的各个节点。4.2.1工况的确定及载荷计算a、该工况下,工作装置位置描述通过ANSYS行动,我们首先把改进结构分割成网格,设定80网格的网格密度,确定网格质量参数是Medium,通过软件配置来提高大小或结构网格,如下文所述。通过结构分析提升结构模型整体来说规则,在进行网格分割时,可以选择一个六角网格的形状。网格的大小对结构分析结果的准定义有很大的影响:定值过大会对分析产生影响。因此,结构分析结果不准确,根据以上因素,本分析选择了更为折衷的大小,即在计算过程中,应考虑到每一种计算方法的时间长度。6.5毫米,在不影响结构分析结果的情况下,尽量减少设计计算时间。经过软件网格化处理我们可以通过界面显示看到提升结构的节点数量是39019个,总计三元数量为12066个。具体工作位置如图4-2所示。b、该工况下载荷确定通过有限元软件施加相应的力在这种情况下提升结构的受力情况如下图4-2所示。计算过程中以受力位置为计算部位,提升结构应力点受力情况如下图4-2所示。图4-2 提升结构的加压方向1.平压模型通过三维软件建立模型,导入ANSYS软件中。通过相应的网格大小将提升结构网格化划分,单元厚度为2mm,材料选用Q345高强度钢,弹性模量210GPa,泊松比0.3,密度7850kg/m3。屈服极限345MPa。提升结构强度以及刚度分析通过有线源分析,为了更加全面的分析到提升板的受力情况。我们做出了种工况计算。中得到了其受力结果。工况一提升结构应力分布一、该工况下,受力方向为45,所有前处理设置完成之后就可以对模型查看结果。计算完成之后选择查看模型的等效应力(Equivalent Stress)云图和总的变形量(Total Deformation)云图,首先查看提升结构的变形结果。结构的最大变形为0.69788mm,发生在结构的中间位置。二、或用途我们可以看出提升机构在提升到不同的位置时,其结构型面料变化非常微小,主要依据云图的蓝色和绿色分析。三、云图中蓝色面较多,可以确定其提升结构最大位移较小。因此结构在此荷载工况下,能够安全稳定运行。提升结构的位移分布如图4-3所示:图4-3 工况一提升结构位移云图(a)图4-4 工况一提升结构位移云图(b)工况二提升结构应力分布建立有限元分析模型。采用SHELL63壳单元划分网格,单元厚度为2mm,材料选用Q345高强度钢,弹性模量210GPa,泊松比0.3,密度7850kg/m3。屈服极限345MPa。该工况下,受力方向平行于螺旋单位,提升结构如图4-6所示:图4-5 工况二模型对底部节点施加约束,在顶部施加斜45度的载荷,大小为500N。如下图4-7所示:图4-7 工况二受力情况可以看出,最大应力为121MPa,最大位移为0.07mm,结构的强度和变形满足使用要求。从图4-7在控制结构的应力分布图上可以看到,在控制结构与压下装置之间的接触中,最大电压为121兆帕,在这种情况下,支撑结构被视为危险截面。从支撑结构的其他位置看,应力云图以蓝色和绿色分布为主,说明大部分区域的应力都比较小。一、计算完成之后我们选择查看模型的等效应力(Equivalent Stress)云图。通过查看结构应力云图可以看出,结构最大应力为242MPa,在结构的链接位置附近。二、,在支持结构的另一位置时,蓝色基于云的约束和绿色,最应力分布描述米塞斯面积相对较小。三、应力值的一般结构相对较弱,可能会在上述填料中描述的条件下,该结构可以正常工作,不会发生损伤。4.3结果分析通过上述与分析,代入可知以下结论: 1) 利用ANSYS软件通过有限元处理模拟支撑结构受力的工况,是计算分析支撑结构强度分析的现代计算方法。文章中使用通过有限元软件对螺结构进行应力分析,通过分析数据对比得到支撑结构受力情况及其屈服强度最大载荷的计算,可见有限元分能够直接的反映出支撑结构在各种条件下受力的真实情况,通过此可见有限元分析数据的真实性。 2)通过有限元的支撑结构强度进行分析解析计算有许多优点,如模拟过程中, 软件可以通过连续改变支撑结构工作条件等不同的输入参数,很方便的计算出相应条件下的支撑结构强度分析分布,所以可以节约设计时大量的人力,物力和财力,在无法进行完整的实验时可以通过计算机上进行模拟实验,数据也基本相同,同时也节省了大量的实验材料。3)此项研究为下一步预测支撑结构增加强度的方法奠定了基础。本设计中尚有许多待完善之处:支撑结构在运行过程中的瞬态的受力变化没有表现出来,这正是支撑结构目前研究需要解决的问题。在有限误差内,该提升件选型可行。5. 主要零部件的选型校核5.1伺服电机的选型家用升降移动小车的驱动可分为气压驱动、液压驱动及电机驱动等多种方式,它们各自的优缺点不同,适用范围也不同。(A)气动操纵的低能量成本,简单的机械结构,但相对不可靠。(B)液压驱动输出力可以调节在宽范围内,相对高的定位精确度,但对温度变化,容易流动,相对大的噪声敏感。(C)电机驱动是相比液压和气压驱动时,更加经济可靠,污染相对较小。如上所述,根据实际需要,电机驱动是家用升降小车驱动方式的选择。目前可采用的电机主要有以下几种(1)一个步进电机:直接数字控制,控制简单的结构,良好的质量控制和低成本通常可以不需要用于位置确定和速度反馈来控制位置误差不会累积。具有自锁能力。(2)具有良好的特性的DC伺服电机的转速,高转矩,相对高的功率和快速响应特性,并且控制技术是成熟的。但有些它的结构复杂,价格也很昂贵。交流伺服电机结构简单,运行可靠,稳定性好,结构紧凑,易于安装,控制简单,大扭力。结合家用升降移动小车的要求,本文选用伺服电机。本设计总计1个伺服电机如下图所示5.2轮轴的计算(1)计算轴径 根据驱动轮的使用情况,保证其强度的情况下,我们选用市面上常见的40Cr钢。查表机械设计11-6,材料的拉伸强度限,拉伸屈服限,弯曲疲劳限,扭转疲劳限。 驱动轮轴固定在轮架上,它是静态的,不具有发射功率的功能。它相当于轴承支持驱动轮转动的功能。(2)轮轴的外形设计。考虑到每个构件和固定于轴的轴部件的拆装方便使用在图5-1中所示的阶梯轴布置。 采用静止支承轴端盖具有轴承,深沟球轴承61800,长度轴的延伸到车轮支架的外侧,采取直径为20毫米。 动作部2位置固定轴承,从而比截面直径为25mm 1的部分2的直径稍大。 图5-1 驱动轮中结构简图(3) 计算支反力及绘制弯矩图和扭矩图 通过作用在驱动轴上的发送功率不仅是一个力矩,使得当如图5-2所示仅奇偶校验驱动器轴的强度。 图5-2 驱动轮轴的受力图 F力在支点产生的反力,如图5-3所示。 图5-3 驱动轮轴的支点受力图 L2=15mm L3=15mm R=FL(L2+L3)=1701530=85N ;R=F- R=170-85=85N 垂直面弯矩图,如图5-4所示。 图5-4 驱动轮轴的弯矩图 M=RL2=8515=1275Nmm 轴校验(1)强度校验 轴外加力面危险截面。 轴为40Cr, ;此截面处直径为20mm,满足机械设计手册要求。 (2)轴承的参数计算 根据机械设计表22-3对滚动轴承主要额定寿命的检查,预计寿命为300h。)设计:在工作温度估计为100)的情况下,轴承C的主要负荷为40.8千兆克。根据表16-9和10千兆克=1千帕)。L= 参考资料,我们得到轴承的使用寿命一般为28000 ;弯曲轴承的直径。 (3) 强度效验 危险截面的验算 与计算公式我们算出截面的数值 ;其中,取折合系数 。 根据查机械手册256页。; 同时查出 MPA ;此截面处直径为,最后计算该数值满足于设计要求。 靠近轮毂处的轴段,与其直径比上方所计算的数值更大,符合设计要求,故不做也算。(4)光轴的强度效验 轴的弯曲变形计算 ;=;弹性模量的计算根据参数计算惯性矩挠度 与上述大量计算轴的许用挠度;计算公式,;其偏转角度为l0.000079;要符合轴的要求。 轴的扭曲量计算。 材料的切变模量。 轴的扭转角rad,满足计算条件。5.3联轴器选型计算联轴器的计算是设计中不可缺少的。,离合器被连接到两个轴,但不是在结构中,传输速度和扭矩。这是一个非常广泛的应用。在连接的一些点也应该有具体的缓震功能。否则,这可能导致对发动机转速和扭矩通常传输离合器的损坏。根据查阅资料,连轴器的类型多种多样。当选择时,它与运动本身的结构特征相结合。选择合适的类型,然后计算相应的转矩和转速设计。最后,我们了解了C/W制造商并选择了工厂的C/W模型。联轴器的种类联轴器通常分类为:1,主要用于刚性连接机构需要高均匀性,两种或更多种偶联剂。不允许移动期间存在径向的相对运动。它操作,结构简单,所述轴的速度均匀,另外两个特性容易。联轴器典型地两个轴从一个角度或代替使用两轴的偏移量。缺点。输出速度是恒定的,每个旋转圆形的速度是不同的。对接结构可以用于速度要求。联轴器选型X方向连轴器的受力为 数值带入上方公式。算出p为4毫米。双方公式算出扭矩是9.68Nm。5.4轴承的选择那设计主要用于支撑轴部零件,以减少摩擦。滑动轴承分为不同类型的滑动轴承和滚动轴承,称为圆锥滚子轴承滚动轴承,深槽轴承,在滚珠轴承角上的接触轴承可分为各种针型等。滚动轴承和滑动轴承的相对优点如下。1.摩擦系数小,效率高2.轴向宽度较小。3.润滑简单 根据轴受到的轴向力和径向力,本设计中采用61805深沟球轴承5.5轴承的校核参考文献公式,得到如下计算。: 设计的本小车 对于用车S取30 2.轴承的校核(1)机械设计手册查得深沟球轴承的材质 (2)计算当量动载荷P 查机械设计手册表得e=0.38 查机械设计手册表得y=1.15 x=0.56取值范围是1.3-1.8 本设计取1.3 小车设计中轴的转速为(4)轴承的寿命计算 滚子轴承寿命系数 n取带入上方公式。 轴承的使用寿命达到900h。(5)轴承的保养工作每一个零件的使用都有其使用周期,在许多研究中,所有轴承的使用周期都是可以实现延长的。水平轴承使用周期的各个阶段取决于润滑油。一个多月多次维护加油大轴承使用适当的保护设备可以大大增加工作寿命,并使更多的人能够使用这些设备。有效的。不正确的润滑油被污染的造成过早故障的轴承可用于各种加热目的,尽管液压生命方式和机械轴承不是固定的,但它们延长了使用寿命。5.6键的类型及选择许多关键的关键部件的机械设计。它是用来传递机械扭矩构件,具有所述轴和所述固定轴之间的良好的定影效果。它有多种类型,但它需要合适的设计方案。键的尺寸选择。 参考资料中发现关键尺寸:宽度B=28毫米,高度=18mm或基本部分:L=55毫米,盖长度小于轮子的宽度5.5.1校核键连接的强度键、轴、毂均为钢,根据机械设计手册许用挤压应力,取其平均值,。根据轴的尺寸,我们设计键的长度为,高度为。则 那么计算我们可以得到这样的强度,适合家用升降小车。5.7 家用升降小车整体结构通过对使用环境分析,零部件选型,模拟分析中确定了该设计的具体方案,用三维软件建模得到如下模型:致谢随着毕业设计作业的完成,大学四年的生活也走向了尾声。通过于疫情原因无法回到学校,在过去的一段时间里,设计的进程经历了重重困难,但最后的结果却非常可观。对于专业知识更深入的学习丰富了我的生活,回首四年大学生活,心中充满了感慨,没有留下任何遗憾。在毕业设计即将结束之际,特向所有关心和帮助过我的老师、同学致以诚挚的谢意。 毕业设计是对大学四年来所有所学知识的综合与表达。在大学里学到的知识的熟练运用和对不熟悉的知识的自我学习探索,被原原本本的展现在设计过程中。进行毕业设计一方面是为了巩固从大学中学到的知识,另一方面是为了学习专业方面更深入层面的新知识,提高我的独立思考能力和获得信息的能力。毕业设计过程中,老师给了我很多的帮助和指导我,给了我足够的指导,从模型的分析,我想了解和分析的具体细节从来没有熟悉的模型。具有较强的专业技能,严谨的管理态度,工作,毅力和耐心的教师,使我更容易理解新知识的速度更快。学习教学对我有很大的影响。严格务实的导师态度,创造性的风格给我带来了很大的好处,我要谢谢我的导师魏永乐老师。我也想感谢所有的老师们对学生们的关心,让我们学会了丰富的专业经验。让我们在学习中,为今后工作的打下了坚实基础,感谢老师关心和爱护,谢谢你们四个年的教导,感谢您的关注和反馈给我的信息。其次,在设计撰写中,我得到了同班同学的帮助,我要感谢四年来一直生活在一起的同学们,以及给予过我帮助的学长学姐们,是你们帮助我更好的适应大学的生活,让我的大学生活变得丰富多彩,富有活力,衷心的祝愿大家,工作顺利,学业有成,前路一帆风顺。参考文献1黄宏甲、黄谊、王积伟主编 液压与气压传动 北京:机械工业出版社 20012张利平、邓钟明主编 液压气动系统设计手册 北京:机械工业出版社1997 3成大先主编 机械设计手册 第四版第四卷 化学工业出版社 20024E. Sidiropoulou, E. M. Shaban, C. J. Taylor, W. Tych, A. Chotai, LINEAR, NONLINEAR AND CLASSICAL CONTROL OF A1/5TH SCALE AUTOMATED EXCAVATOR, 18th International Conference on Systems Engineering (ICSE), At Coventry, UK 5龙驭球.有限元法概论M.人民教育出版社.19876FEA ONLINE.ANSA version 12.0.1 Tutorial GuideJ.2005,June7严静忠,王永刚.有限元基础和ANSYS入门M.机械工业出版社,20048Saeed MoaveniANSYS理论与应用M北京:电子工业出版社,2003 9李柱国.机械设计与理论M.北京:科学出版社,2003.10成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002.11孙国均.材料力学M.北京:机械工业出版社,2004.12汪恺.机械设计标准应用手册M.北京:机械工业出版社,1997.13成大先.机械设计图册M.北京:化学工业出版社,2000.38
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