【正文】 ）可得出鋼絲繩直徑d=，取整得d=16mm。選擇鋼絲繩公稱抗拉強度為1850N/，經(jīng)計算，取整得即型號為：6T（25）141850I光右交GB110274。大型滑輪（直徑D800mm）由輪緣及帶筋板的輪輻和輪轂焊接而成，單件生產(chǎn)時也易選擇焊接滑輪。），繩槽側(cè)壁將受到很大橫向力的作用，容易使槽口損壞，使鋼絲繩脫槽，為了減小鋼絲繩的磨損，在滑輪繩槽中可用鋁或聚酰胺作為墊襯材料，這使滑輪構(gòu)造復(fù)雜，只有當鋼絲繩很長，在技術(shù)和經(jīng)濟上要求較高時，才推薦使用。 d—鋼絲繩直徑。（b）輪轂寬度B一般情況下，B=（～） （37）式中：—滑輪軸徑，此處設(shè)計為30mm。（3）滑輪繩槽尺寸由于選用滑輪為鑄造滑輪，參考《起重機設(shè)計手冊》可選用，表面粗糙度為2級的繩槽斷面。按照構(gòu)造特點分為單聯(lián)滑輪組和多聯(lián)滑輪組，本項目設(shè)計的汽車起重機起升機構(gòu)的滑輪組為雙聯(lián)滑輪組。圖33 滑輪組配置簡圖 本章小結(jié)本章主要介紹了汽車起重機的主要技術(shù)參數(shù)和工作級別的確定，通過調(diào)研資料和《起重機設(shè)計手冊》來確定起重機吊臂的各節(jié)參數(shù)；又通過起重機在最大起重量下的載荷狀態(tài)，來選定液壓缸、鋼絲繩、和滑輪及滑輪組。（1）吊臂在變幅平面承受的載荷（a）自重載荷自重載荷是指在起重機金屬結(jié)構(gòu)、機構(gòu)、動力或電氣裝備，以及裝在起重機上的料倉、連續(xù)輸送機及相應(yīng)的物料等質(zhì)量的重力（起升質(zhì)量的重力除外），最常用的估算方法是參考相近或相似的現(xiàn)有起重機或利用統(tǒng)計經(jīng)驗公式和圖表，最后加以修正。起升高度小于時起升鋼絲繩的質(zhì)量可以忽略不計。式中 —穩(wěn)定起升速度，與起升吊具有關(guān)，由空載電動機或發(fā)動機的穩(wěn)定轉(zhuǎn)速導(dǎo)出；—起升載荷級別系數(shù)，表41所示—起升載荷最小動載系數(shù)，與起升狀態(tài)級別有關(guān)，表41所示根據(jù)起重機械的動力特性，起重機的起升狀態(tài)分為四種級別，本項目將其取為，起升載荷施加到吊臂上的力為。Ⅱ．風(fēng)力系數(shù)和風(fēng)力高度變化系數(shù)的確定風(fēng)力系數(shù)跟迎風(fēng)面形狀和充實率有關(guān)，結(jié)合《起重機設(shè)計手冊》，本項目取。計算機工作狀態(tài)的計算風(fēng)俗按陣風(fēng)風(fēng)速考慮，非工作狀態(tài)的計算風(fēng)速為2min時的平均風(fēng)速。（3）吊臂在極端工況下所受載荷詳細情況和其載荷狀態(tài)圖（a）吊臂在變幅平面載荷狀態(tài) 經(jīng)查閱《起重機設(shè)計手冊》，吊臂在變幅平面所受的力如圖41所示：垂直載荷；吊臂導(dǎo)向定滑輪對吊臂施加的力：由于吊臂自重引起的垂直載荷會在后面各節(jié)吊臂詳細分析時分開考慮，先暫不作分析。由上述力得出平衡方程如下[11]：式中。聯(lián)立，得：。圖46 更正后二節(jié)臂變幅平面受力情況更正后，得出力的平衡方程如下：有經(jīng)驗知，和的關(guān)系為:聯(lián)立，得：（2）橫向平面的受力分析風(fēng)載荷轉(zhuǎn)化到臂端的載荷：由受力情況可得：聯(lián)立，得：（1）基本臂變幅平面的受力分析由于利用ANSYS進行受力分析時，確定了載荷和約束就可以直接求解了，故基本臂C點和D點不用求出其受力情況即可。有限元的基本思想是把連續(xù)的幾何結(jié)構(gòu)離散成有限個單元，并在每一個單元中設(shè)定有限個節(jié)點，從而將連續(xù)體看作僅在節(jié)點處相連接的一組單元的集合體，同時選定場函數(shù)的節(jié)點值作為基本未知量，并在每一單元中假設(shè)一個近似插值函數(shù)以表示單元中場函數(shù)的分布規(guī)律，再建立用于求解節(jié)點未知量的有限元方程組，從而講一個連續(xù)域中的無限自由度問題轉(zhuǎn)化為離散域中的有限自由度問題，求解得到節(jié)點值后就可以通過設(shè)定的插值函數(shù)確定單元上以致整個集合體上的場函數(shù)。從理論上講，無限增加單元的數(shù)量，可以得到問題的精確解，但此舉必會導(dǎo)致計算時間的無限增加，因此，在解決實際工程過程中，求解所得的數(shù)據(jù)只要滿足工程需要即可[]。 吊臂力學(xué)模型的結(jié)構(gòu)分析本節(jié)內(nèi)容主要是對汽車起重機吊臂的各節(jié)吊臂進行有限元分析，考慮到有限元軟件ANSYS的建模功能比較薄弱，所以本項目的初始設(shè)想是利用建模功能強大的三維CAD軟件Pro/E進行建模，然后通過Pro/E軟件與ANSYS軟件之間的接口，將實體模型調(diào)入到ANSYS下以生成有限元模型，但是由于模型的結(jié)構(gòu)尺寸在長度上遠遠大十其寬度和厚度，所以在進行有限元分析中所選取的單元類型為二維殼單元，即Shell63單元，由于該單元是二維面單元，所以在進行有限元網(wǎng)格劃分時只能對面進行網(wǎng)格劃分，所以利用Pro/E建立的三維實體模型無法進行有限元分析，所以最后決定在ANSYS中直接進行建模。 圖52 第三節(jié)吊臂在Pro/E中的三維模型利用ANSYS進行有限元分析的過程如下：（1）設(shè)定分析模塊使用“Preference”對話框選擇“Structual”分析模塊。（5）在ANSYS中的幾何建模在ANSYS中建立的模型如圖53 所示。Ⅱ．其他外載荷的施加，加在所設(shè)的位置即可。得出三節(jié)臂的位移的分布云圖和應(yīng)力分布云圖如圖557所示。圖59 二節(jié)臂位移分布云圖圖510 二節(jié)臂應(yīng)力分布云圖綜上結(jié)果，得出：，位于二節(jié)臂的頂端；最大應(yīng)力出現(xiàn)在三節(jié)臂與二節(jié)臂通過滑塊接觸部位，—，這在16Mn的強度范圍內(nèi)。 本章小結(jié)本章主要內(nèi)容是利用第四章所分析的各節(jié)吊臂的受力模型，在ANSYS中進行了結(jié)構(gòu)分析，得出了各節(jié)吊臂的位移分布云圖和應(yīng)力分布云圖，得出最大變形量和最大應(yīng)力所在位置，為下章對吊臂的結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供依據(jù)。自底向上的裝配，需要先創(chuàng)建好組成裝配體的各個元件，然后按照一定的裝配順序依次將其組裝為組件。組合起來的整體就是裝配體。MDX所創(chuàng)建的運動機構(gòu)能導(dǎo)入Pro/MECHANICA Motion模塊中進行進一步分析，與Pro/Mechanica Motion相比，MDX完全集成于Pro/E中，操作直觀簡便、便于掌握，但功能相對薄弱，因此更適用于不十分復(fù)雜的機構(gòu)運動分析[18]。美國波音 (Boeing)公司對747飛機機身進行優(yōu)化設(shè)計，收到增加裁員、減輕質(zhì)量、縮短生產(chǎn)周期和降低成本的效果[19]。，這已經(jīng)接近16Mn的許用應(yīng)力，故暫時不作優(yōu)化。參考文獻[1] 顧迪民．工程起重機．哈爾濱：中國建筑工業(yè)出版社，1988.[2] 徐格寧．起重運輸機金屬結(jié)構(gòu)設(shè)計．北京：機械工業(yè)出版社，1997[3] 黃大巍，李風(fēng)，毛文杰．現(xiàn)代起重運輸機械．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006年5月[4] 趙明．輪胎式履帶式起重機維修圖解手冊．南京：江蘇科學(xué)技術(shù)出版社，2007年2月[5] 戴軍．汽車起重機簡介．機電設(shè)備船舶，2006，4：29～31[6] 嚴大考．起重機械．鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2003年9月[7] 高秀華，王云超，李國忠．金屬結(jié)構(gòu)．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006年4月[8] 王福錦．起重機械技術(shù)檢測．北京：北京理工大學(xué)出版社，2008年4月[9] 汽車起重機和輪胎起重機術(shù)語．北京：中國標準出版社，1984年6月[10] 張志文．起重機設(shè)計手冊．北京：中國鐵道出版社,1998年3月[11] 藺海榮．材料力學(xué)．北京：國防工業(yè)出版社，2008年2月[12] 王富恥，張朝暉．ANSYS ．北京：電子工業(yè)出版社，2006年5月[13] ．有限元法實用教程．長沙：湖南大學(xué)出版社，2004年10月[14] 王建江，胡仁喜，劉英林．ANSYS ．北京：機械工業(yè)出版社，2008年4月[15] 張亞歐，谷志飛，宋勇．ANSYS ．北京：清華大學(xué)出版社，2004年7月[16] 李黎明．ANSYS有限元分析實用教程．北京：清華大學(xué)出版社，2005年1月[17] 譚雪松，張黎驊，漆向軍．Pro/ENGINNEER基礎(chǔ)教程．北京：人民郵電出版社，2009年4月[18] 寧濤，于強．Pro/E機械設(shè)計基礎(chǔ)教程．北京：清華大學(xué)出版社，2006年6月[19] 郭仁生．優(yōu)化設(shè)計應(yīng)用．北京：電子工業(yè)出版社，2003年8月。第7章 結(jié)論與展望本論文旨在目前普遍存在的以經(jīng)驗來設(shè)計汽車起重機吊臂，缺乏科學(xué)數(shù)值分析的問題，在研究汽車起重機吊臂各組件工作原理并自主設(shè)計的基礎(chǔ)上，完成吊臂力學(xué)模型的建立，并利用有限元分析軟件ANSYS對三節(jié)吊臂分別進行應(yīng)力分析，并利用分析結(jié)果對設(shè)計的吊臂的尺寸方面進行簡單優(yōu)化，使整機重量得以減輕，達到節(jié)約材料的的目的。，—，現(xiàn)在將其整體鋼板厚度分別改為7mm和6mm，施加同樣的載荷和約束，經(jīng)過求解后得其位移和應(yīng)力分布云圖分別如圖6圖65和圖6圖67所示：圖64 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為7mm時位移分布云圖圖65 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為7mm時應(yīng)力分布云圖圖66 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為6mm時位移分布云圖圖67 第三節(jié)吊臂鋼板厚度為6mm時應(yīng)力分布云圖當?shù)谌?jié)吊臂鋼板的厚度減為6mm時，這仍在16Mn的安全范圍之內(nèi)，并且第三節(jié)吊臂重量可減輕約25%左右，可以達到減少整機重量的目的。圖64 吊臂伸縮階段速度和時間關(guān)系圖65 吊臂變幅階段速度和時間的關(guān)系 吊臂的減重可行性分析優(yōu)化設(shè)計是從20世紀60年代發(fā)展起來的，將最優(yōu)化原理與計算機技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域的科學(xué)設(shè)計方法，已經(jīng)在機械、寧航、電機、石油、化工、建筑、造船、輕工等各個行業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，獲得顯著的技術(shù)與經(jīng)濟效益。典型的裝配圖和爆炸圖如圖6圖63所示。設(shè)計時，首先從整體上勾畫出產(chǎn)品的整體結(jié)構(gòu)關(guān)系或創(chuàng)建裝配體的二位零件布局關(guān)系圖，然后再根據(jù)這些關(guān)系或布局逐一設(shè)計出產(chǎn)品的零件模型。要想完成吊臂的裝配模型，需要先建立零件的三維模型。圖511基本臂的在Pro/E中建立的三維模型，只是約束和載荷情況不同（）在此不做贅述，經(jīng)過求解，后處理后得到基本臂的位移分布云圖和應(yīng)力云圖如圖512，513所示。第二節(jié)吊臂的在Pro/E中建立的三維模型如圖58所示。（9）后處理進入后處理器，后處理通過圖形或列表方式顯示分析結(jié)果。（b）載荷的施加Ⅰ．自重載荷的施加對于吊臂的自重，在ANSYS軟件前處理模塊中輸入吊臂所用材料的密度和重力加速度，程序便根據(jù)輸入的單元類型、實常數(shù)，自動將單元載荷因子的信息計入總載荷進行計算。 （3）定義實常數(shù)吊臂單元厚度為8mm。在ANSYS中有兩種建模方式可供選擇：（1）以吊臂真實工況進行建模，力保留原來的方向（包括自重）；（2）按全局坐標系對吊臂進行建模，將各個載荷分解到全局坐標系的各個坐標軸上,考慮到建模的方便，本項目采用第二種方法建模[1416]。有限元分析過程也可以表述為如下框圖如圖51 所示：圖51 有限元分析基本過程ANSYS程序是美國ANSYS公司研制的大型有限元分析軟件，從70年代誕生至今，經(jīng)過近30年的發(fā)展，已經(jīng)成為能夠緊跟計算機硬、軟件發(fā)展的最新水平、功能豐富、用戶界面友好、前后處理和圖形功能完備的，使用高效的有限元軟件系統(tǒng)。由于單元可以設(shè)計成不同的幾何形狀，因而運用有限元法可以模擬和逼近復(fù)雜的求解域。圖48 基本臂橫向平面受力情況 本章小結(jié)本章主要通過分析吊臂的垂直載荷、偏