【正文】 拉簧、扇形鎖板和能操縱鎖板轉(zhuǎn)動的手柄組成。鎖板的上下極限位置都能自鎖，上極限位置靠彈簧偏心力矩自鎖，下極限位置連臂曲線自鎖。在起重量比較大的起重鉗中，采用液壓操作輔助夾緊裝置。 采用輔助夾緊裝置可以使起重鉗起吊前在彈簧力作用下能夠獲得較佳的預(yù)夾緊力從而使起重鉗在起吊的一剎那或?qū)τ诳焖偕仙?、下降時的突然停止，仍能保持足夠的夾持力，以防止起吊物從鉗口滑脫，造成意外事故，它也可以說是一個安全保險裝置，它的另一個作用是在吊運(yùn)完畢 之后，鎖板在操作手柄作用下，起重鉗能順利地張開鉗口以卸下起吊物。輔助夾緊裝置的結(jié)構(gòu)比較簡單，但能起到安全保險作用，并能提高起重鉗的裝卸速度，它是起重鉗不可缺少的極為重要的裝置。 本文所要介紹的夾鉗的主要組成部分由：吊軸、鉗臂 鉗臂 梁軸、光軸 1光軸 軸 軸 自動控制裝置等主要部件組成，結(jié)構(gòu)如圖 2 所示。與其它吊具相比，此夾鉗具有結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、能夠適應(yīng)極其復(fù)雜的工作環(huán)境等優(yōu)點。 在設(shè)計時，由于該夾鉗所夾的是 100k g 板坯，而且鉗口有耐高溫的作用，所以型號定為熱軋扁鋼 20 150 1000 。經(jīng)過簡要計算可得該夾鉗可以夾持 2 塊板坯。所以，我們設(shè)計鉗口高度不小于 28 mm，定為 30mm。鉗口寬度定為 168m m，整個夾鉗的寬度定為 282 .5m m。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 23 從圖 2 中也可以大致的看到夾鉗機(jī)構(gòu)的一些危險截面，我們在以后在計算中就重點計算這些截面和點。我們在計算時不計夾鉗自重，這樣的精度能基本符合要求，而且能大大簡化計算方法。 吊臂的設(shè)計 吊臂主要是受到拉力的作用，在其端點和與吊軸的連接處應(yīng)力比較復(fù)雜。但吊臂的主要部分仍然可以用拉伸時的強(qiáng)度計算來校核。對于吊臂上端的強(qiáng)度校核，我們等到吊軸的設(shè)計時再計 算。下端則由于是焊接成型，故其強(qiáng)度與吊臂中間部分大致一樣。 吊臂的材料的選擇 根據(jù)上面起重機(jī)選擇材料的介紹，吊臂的材料宜選擇 45 號鋼。 吊臂的尺寸計算 由于 4 5 號鋼為塑性材料，以材料的屈服強(qiáng)度為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，查表得 MPa335?s? ,在 設(shè)計中安全系數(shù) n= ， 計算材料的許用應(yīng)力 M ]σ[ ??? Mpas (51) 設(shè)計吊臂的寬度 b，已知吊臂總能夠承受的重物的重量為 m=100 k g。依據(jù)構(gòu)件的強(qiáng)度 校核公式 ]σ[≤σ AP= ，得：][σmgA≥ (52) 則： 26 ≥ ????A 為了以后的計算及其他因素的考慮，我們暫取 A= 60 2mm , 另外，確定吊臂的厚度 a=10mm，由此可計算得出寬度 b=6mm。 鉗臂的設(shè)計 由于我們在計算鉗臂時都不計鉗臂本身質(zhì)量。這有利于計算的簡化。同時，與吊臂的計算一樣，吊臂圓孔處的強(qiáng)度校核到軸的設(shè)計計算時再校核 ]13[ 。 鉗臂的材料的選擇 根據(jù)設(shè)計要求，鉗臂的材料的選擇與前述吊臂的材料相同，即都選擇 45 鋼。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 鉗臂 1 的設(shè)計 根據(jù)平面力系平衡方程，確定主軸兩端所受的力分別為 43 FF、 ，暫憑經(jīng)驗估計數(shù)據(jù)尺寸如圖 所示，由上述知 2121 ????? mgFF 根據(jù)平面力系列平衡方程 ]12[ ： 0)(,0 =∑=∑ FMY A (53) 可得：02 8 2 . 5) 1 9( 1 904214321=++=+FFFFFFF 圖 52 主軸受力分析圖 解得： N245,245 43 ?? FNF 已知前述軸的屈服強(qiáng)度極限 MPa335?s? ，取安全系數(shù) n=，計算許用應(yīng)力M ]σ[ ??? s ，取 Mpa237]σ[ ? 。 設(shè)計鉗臂的面積 A： 根據(jù)軸的強(qiáng)度條件計算公式 ][≤σ σAP= 得 ]14[ ： (54) 26612 ≈10237 245]σ[≥ ???FA 根據(jù)計算的結(jié)果可看出預(yù)先估計的數(shù)據(jù)在設(shè)計的要求范圍內(nèi)，根據(jù)設(shè)計需要，暫取截面積 2125mmA= ，取鉗臂 1 的厚度為 b=5mm,寬度 a=25mm。 CAD 圖設(shè)計如下： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 AAR 1 234R 153 0 01 4 5+ 0 . 5012R 10R2038R60R80R54R 1 3圖 53 鉗臂 1的結(jié)構(gòu)圖 鉗臂 2 的設(shè)計 根據(jù)鉗臂 2 的結(jié)構(gòu)如下圖 圖 54 鉗臂 2的結(jié)構(gòu)簡圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 已知：00 r c c o o sa r cO B C14030c o s,===∠====故，mmABBOmmBCmmAB (55) 對鉗臂 2 進(jìn)行受力分析，畫出如圖 所示示意圖，并對其進(jìn)行計 算，并設(shè)AC=,CD=。 圖 55 鉗臂 2的受力示意圖 由正弦定理求得 a 的值： mmaaAC i n i n? i n30s i n0000 === (56) 由下圖 由余弦定理求得 b 的值： 圖 56 鉗臂 2的受力簡圖 畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 i nM C 5 1 0 6, 9 2 3 0? i n30s i n, o s30c o sF0Y∑0X∑ r c s i nα? i nCDαs i n?c o s 1 6 .5 8 CD 2 a0m a x0000a000222??????????????????adcdacdFACACFNFFFFFbmmbCDab處所受的最大彎矩為在得：，方程：根據(jù)平面任意力系平衡又由正弦定理得： (57) 鉗臂 2 的受力情況比較復(fù)雜，為了簡化起見，我們?nèi)匀徊捎勉Q臂 1 的計算方法。由于鉗臂 2同時受到軸 向拉伸和彎矩的作用。所以我們分開計算這兩項，最后計算出總。再根據(jù)總應(yīng)力的大小和實際的需要來確定鉗臂 2 的尺寸。在 AC 段的軸向壓力為： 0 9 5 9 2 3 os 00aAC ???? FF 軸 根據(jù)軸的強(qiáng)度校核條件 ]14[ ： ]σ[≤σ AP= (58) 和前述所知的許用應(yīng)力 MPa237][ ?? 。 256 952][ ????? ?FA AC 初定 2175mmAAC = ，并取厚度 b=50mm，則寬度 a=350mm。 在 C 處截面的截面系數(shù)為 62baW= (59) 代人數(shù)據(jù)可得： 36922 ?????? baW 計算 C 處截面的最大的彎曲應(yīng)力： M P 3m a xm a x ???? WM? (510) 由 ][max σσ ，所以該尺寸符合強(qiáng)度條件。 在 CE 段，該段基本與 dF 平行，故只要受拉力作用，現(xiàn)校核該段鉗臂： 畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 M P 66 ????? dF? (511) 由 ][max σσ ，故符合條件。 ED 段主要受彎曲作用， dF 對 ED 段的最大彎矩發(fā)生在 E 處截面。 先計算最大彎矩： o s 330m a x ???????? dFM 再計算 E 截面處的應(yīng)力： M P 3m a xm a x ???? WM? (511) 比 ][σ 小的多，故而也是安全的 ]15[ 。 軸的設(shè)計 軸的材料選擇 軸的材料主要是碳鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應(yīng)力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學(xué)熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲強(qiáng)度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是 45 鋼。 合金鋼比碳鋼具有更高的力學(xué)性能和更好的淬火性能。因此，在傳遞大動力，并要求減小尺寸與質(zhì)量，提高軸頸的耐磨性，以處于高溫或低溫條件下工作的軸，常采用合金鋼。 必須指出：在一般工作溫度下（低于 20 0 攝氏度），各種碳鋼和合金鋼的彈性模均相差不多，因此在選擇鋼的種類和決定鋼的熱處理方法時，所根據(jù)的是強(qiáng)度與耐性，磨而不是軸的彎曲或扭轉(zhuǎn)剛度。但也應(yīng)當(dāng)注意，在既定條件下，有時也可選擇強(qiáng)度較低的鋼材，而用適當(dāng)增大軸的截面面積的辦法來提高軸的剛度。 各種熱處理（如高頻淬火、滲碳、氮化、氰化等）以及表面強(qiáng)化處理（如噴丸、滾 壓等），對提高軸的抗疲勞強(qiáng)度都有著顯著的效果。高強(qiáng)度鑄鐵和球墨鑄鐵容易作成復(fù)雜形狀，且具有價廉、良發(fā)的吸振性和耐磨性，以及對應(yīng)力集中的敏感性較低等優(yōu)點，可用于制成外形復(fù)雜的軸。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 根據(jù)上述 45 號鋼的特性選用軸的使用材料為 45 號鋼。 主軸的設(shè)計 主軸彎矩的計算： 根據(jù)平面力系平衡方程，確定主軸兩端所受的力 43 F、F ]16[ ，由上述知NmgFF ????? 圖 57 主軸的受力分析圖 圖 58 主軸的力矩分析圖 根據(jù)平面力系平衡方程，得： 0)(,0 =∑=∑ FMY A (512) 可得： 02 8 2 . 5) 1 9( 1 904214321=++=+FFFFFFF 解得： N2 4 5 0,2 4 5 43 ?? FNF 畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 取截面 1— 1： )1196≤≤0( 1 141 X XFM ?? 取截面 2— 2： )1680X(11 96 11 )(2 22242 ?? ???? XFXFM 取截面 3— 3： )2825≤≤(1680 168)()( 3 3132343 X XFXFXFM ?????? 得： m 2 9 3 . 0 N101 1 9 . 6 2 4 5 3m a x ?????M 根據(jù)彎曲強(qiáng)度條件 ][m axm ax σσ ≤= zWM，設(shè)計主軸的直徑 d，由上述 ][σ =237MPa 得： ?32dπW ]σ[≥233z376m a x?????????zzWdMW由 (513) 為了方便設(shè)計和實際需要，取最小直徑 d=18mm。 主軸在與鉗臂連接處還受到了剪力的作用根據(jù) 45 鋼的特性，查表得剪切疲勞極限 =τ ，取安全系數(shù) t=。 可以計算得： M P ][ 1 ??? ?? 根據(jù)前面計算結(jié)果所得已知條件： 2521213 ,245 ????? dANFF ? 故： M P 245 63 ???? AF? (514) 顯然，計算出來的 ][???? 。 下面來校核鉗臂 1 圓孔處的強(qiáng)度： 現(xiàn)在既然已經(jīng)確定了主軸的最小直徑 d=18mm，那么我們就可以 根據(jù)主軸的最小直徑來確定鉗臂 1 上端圓孔的直徑。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 由于軸與孔壁之間的相對速度很慢，但相互作用力很大。因此，配合間隙的選擇，對保證軸與孔內(nèi)壁的潤滑非常重要。 軸 1 的設(shè)計 根據(jù) 45 號鋼的特性，查表得剪切疲勞極限 ?? ，取安全因素 n=。 根據(jù)疲勞極限得出 45 號鋼的許用剪切應(yīng)力如下： M P ][ 1 ??? ?? 根據(jù)剪切強(qiáng)度條件： ]τ[≤τ AF= ，設(shè)計軸 1 的截面積 A。 ? 2450]τ[≥32662266?????????????mmddAFA (515) 根據(jù)設(shè)計與實際需要取 d=80mm 。 如下圖 59： 2603 12400283 畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 圖 59 軸一的結(jié)構(gòu)圖 軸 2 的設(shè)計 由軸 1的設(shè)計計算得出 M P ][ 1 ??? ??，根據(jù)剪切強(qiáng)度條件： ]τ[≤τ AF= ，設(shè)計軸 2 的截面積 A ：（已知軸 2 受力 ?cF ） ? ]τ[≥36262266?????????????mddAFA(516) 實際需要取 d=45mm 。 吊軸的設(shè)計 考慮到夾鉗裝置的自重需要和設(shè)計的需要，吊軸的設(shè)計與上面軸的設(shè)計方法是一樣的，這里暫取 D=10mm 。 6 起重夾鉗主要部件的工藝 一個合格的產(chǎn)品，除了對各個零部件的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度進(jìn) 行設(shè)計外，對其工藝設(shè)計分析也是必不可少的?，F(xiàn)對該裝置主要部件進(jìn)行簡要的工藝分析。