【導讀】工程機械種類繁多，應用十分廣泛。隨著全球市場化的飛速發(fā)展，工程機械行業(yè)近年來。了新的要求和挑戰(zhàn)。化工、港口裝卸、國防建設及房屋建設必不可少的工程機械。正確選用、維護和保養(yǎng)好汽車。起重機，是保證施工進度、延長汽車起重機使用壽命、保障安全生產的必須舉措。方面，起著非常重要的作用。本文對QY16汽車起重機的吊臂伸縮機構的設計和計算方法做出闡述。起重機的設計方案具有很強的現(xiàn)實意義。量以往產品，因此，它具有美觀、結構輕等特點，在完成設計要求的前提下力求完美。因能力有限，說明書中不妥或錯誤之處，敬請老師和各位同學批評指正。

　　

【正文】 為各節(jié)伸縮臂的伸縮長度。 伸縮長度取同一數值，即為 L? 則外伸長度 aLLLL ????? 32 ， 2a 、 3a 、 4a 為二 三 四節(jié)臂縮回后外露部分的長度，在計算時取同一數值 a= 若假設 0a 為臂頭中心離基本臂端面的距離，則基本臂結構長度加上 0a 即為基本臂的工作長度 01010 aLaLL ????? 而 )1(4320 ????????? aakaaaa LkakLL )1()1(0m a x ????? = akLkL )1()1(1 ?????? = LkL ??? )1(0 =+ L?3 = 10+ L?3 =31 解得 L39。= L’ = 從而得到外伸長度 ????? aLLLL 39。32 += += 在第 i 節(jié)臂退回后，除外露部分長度 a外， 在前節(jié)（ ）節(jié)臂中的長度 39。il 加上伸出后仍在前節(jié)臂中的那部分搭接長度 39。il ，第 i 節(jié)臂插在前節(jié)臂內的長度為（ 39。il +39。il ），假設第 i節(jié)二〇一三屆機械設計制造及其自動化（工程機械）專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 19 臂的結構長度為 39。il ，則 39。39。39。39。39。0 iiiii llalll ????? （式 ） 搭 接長度應該短些，以減輕吊臂重量。但是，太短將搭接部分反力增大了，引起搭接部分吊臂的蓋板或側板局部失穩(wěn)，同時，也是吊臂的間隙變形增大。因此，搭接部分要根據實際經驗和優(yōu)化設計而定，一般為伸縮臂外伸長度的 1/4— 1/5。 各節(jié)伸縮臂插入前一節(jié)都留有一段距離 c，這是結構上的需要，在此距離內要設置伸縮油缸的鉸支座和其它的結構構件，其大小視情況而定，在此次設計中選擇 c=。 在第二節(jié)臂退回后，除外露部分長度 a外，在前一節(jié)臂中的長度 iL? 加上伸出后仍在前節(jié)臂中的那部分搭接長度 ?Li 。 ????????? iiii LLaLLLi （式 ） 因此前后兩節(jié)臂有這樣的 acll ii ??? ?0 10 關系， 由式 帶入 可得， cllall iiii ????? ?? 139。 139。 已知， 39。39。 139。 lll ii ?? ? ，從上式可知，后一節(jié)的搭接長度比前一節(jié)的搭接長度要小一些，因為一空情況下結構空間 c 比外露空間啊大一些，得出 acll ii ??? ? 1 （式 ） 參考 QY16 噸汽車起重機設計各節(jié)臂尺寸的確定，最終長度為 01l =1009mm 02l =9909mm 03l =9685mm 04l =9609m 各節(jié)臂長度尺寸的驗算 maxL =31m a= c= 1 . 2 ( 1 ) 1 . 2 ( ) ( 1 )L k c L a k c?? ? ? ? ? ? = +3 = l0 =l01 +a(k1)=10+= 故計算各節(jié)臂長度滿足要求 XXX： QY16 汽車起重機工作裝置設計 20 吊臂截面尺寸的確定 伸縮吊臂的截面形狀由很多種，主要包括：矩形、正梯形、倒梯形、六邊形、槽形、角鋼組合式等。其在總體設計中，高度比一般 在 ～ 范圍內，側板一般選用薄鋼板，厚度在 ～ 10 范圍內，側板薄一些對減輕吊臂重量極為有效，但必須考慮其局部失穩(wěn)的問題，有的在鋼板上格一段距離扎一條橫向筋，或者在側板受壓區(qū)設置縱向筋，以增加其抗屈曲能力。有的為了減輕重量也可在側板上開大孔，并卷邊加強。下地板一般做的臂上底板后些，一方面可以使截面中性軸下移，從而減少下底板上的壓縮應力，一方面滿足下底板局部應力的需要，為了減輕自重，吊臂應盡量做成等強度式梁。整個箱形吊臂也可做成頭稍細，根稍粗的棱錐體狀，但大多采用貼加強板的方法來改變截面的面積特性， 在局部高應力處采用局部加強板局部加強。 矩形的箱形截面的最危險處為四角焊縫處，該處應力最大，也是最容易產生應力集中的地方，為了改善應力狀況最號選用其它形式。梯形截面的橫向抗彎剛度和抗扭剛度比矩形好，正梯形側板的上半部拉應力較大，提高了側板的穩(wěn)定系數：倒梯形的下底板載，可以避免下地板的局部失穩(wěn)。吊臂下截面做成圓形或其它折線狀（即槽形和六邊形），都是為了提高下底板的抗局部失穩(wěn)的能力，和減小側板的計算寬度，這樣一來可以采用更薄的鋼板，而充分利用鋼板的強度，特別在采用高強度鋼材時。因為高強度鋼板的抗局部失穩(wěn)的能力并 不比普通鋼板的能力號，所以，改變局部失穩(wěn)在此顯得更為重要。角鋼組合式截面正像桁架臂炫桿那樣，將材料集中在四各受力最大的角上，同時將焊縫移至中部，大大改善了應力集中現(xiàn)象，該截面工藝復雜，制造成本高。 在經過研究計算結果和實際生產表明，吊臂截面上半部分采用矩形，下半部分采用外凸折板形（即槽形）最好。以相同起重能力為條件，以矩形截面為比較標準，將其它截面的截面面積的下降百分比數（即耗鋼量）列于表 中。 表 各種截面形狀的比較表 正梯形 倒梯形 六邊形 角鋼組合式 槽形 20% 5% 25% 24% 35% 通過上述所述，選擇所設計的截面形狀為槽形。槽形截面避免了滑塊支撐在蓋板上或側板正下方時，將產生附加局部彎曲或局部壓縮，對板的穩(wěn)定不利。同時在槽形截面中，滑塊的布置能使伸縮臂在滑塊上自動對中，減少了回轉切向平面內的側向間隙饒度，這可以大大改善吊臂的受力情況。吊臂截面尺寸如下圖所示， 二〇一三屆機械設計制造及其自動化（工程機械）專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 21 圖 吊臂截面尺寸示意圖 根據公式 1l = 2l + 2l ， 四節(jié)的尺寸依次為： 455660、 420600、 3855 350480 （ mm） 表 QY16 汽車起重機截面尺寸 單位（ mm） L h δ 1 δ2 基本臂端 590 670 6 7 一伸臂端 496 623 6 7 二伸臂端 454 582 5 6 三伸臂端 340 537 5 5 XXX： QY16 汽車起重機工作裝置設計 22 第四章 臂架計算 載荷的確定和組合 臂架的支撐情況 :根部與回轉平臺由水平銷軸聯(lián)接，可以在垂直平面 (變幅平面 )內自由轉動。變幅液壓缸位于吊臂中線平面內，支撐處可做成雙向球鉸，使其在橫向對臂架無約束，因此臂架在變幅平面內可視為一外伸梁，而在臂架橫向平面內 (即回轉平面 )可視為懸臂梁，在根部固接。 作用在臂架上的載荷 :自重、吊重、慣性力、風力等。由于伸縮臂式起重機的工作級別屬 A3A6，可不驗算疲勞。因吊臂可伸縮，可不驗算非工作狀態(tài)下的強度。因此，只要按工作狀 態(tài)下的最大載荷來作強度計算即可。 載荷組合情況 :自重 +考慮動載系數的吊重 +吊臂切向水平慣性力 +吊重偏載引起的水平力 (包括風力 )。將吊臂在變幅平面內和回轉平面內的載荷，包括考慮動載的吊重重量、起升繩拉力、分布在臂架上的自重載荷，轉化到吊臂端部 (如圖 )，分別為 : 圖 臂架在變幅平面內、回轉切向平面內受力情況 二〇一三屆機械設計制造及其自動化（工程機械）專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 23 變幅平面內： 回轉切向平面內： zNQGrQN bb /s ins in 22 ???????? ???? zQGQN bb /s ins in 22 ???????? ????? ???? c o sc o s2 ?????? bby GQH wGQH bbpx ?????? ??? zQeQeM x /s in 21220 ?????? ??? 其中 : e1, e2:起升繩導向滑輪軸心和吊鉤定滑輪軸心到吊臂中性軸線的距離 z:吊鉤滑輪組倍率 η :滑輪組效率 γ p:慣性力的轉化系數，以 代入 γ b:均布載荷的轉化系數 2? :動載系數 (根據起重機設計規(guī)范 2? =1+:起升速度 m/s) 臂架強度驗算 設臂架任一截面上的 彎矩為 39。xM 、 39。yM 扭矩為 zM 軸向壓力為 N 橫向剪力為 xS 、 yS 吊臂截面凈面積為 A 抗彎模量為 xW 、 yW 截面的最大壓應力 1? 最大拉應力為 3? 。則該截面上的壓、拉應力及剪應力 : yyLxx WMWMAN 39。39。1 ????? ?? 1211 2)( bZbbxb MbS ???? ??????? yyLxx WMWMAN 39。39。2 ????? ?? 2212 2)( bzbbxb MbS ???? ??????? yyLxx WMWMAN 39。39。3 ????? ?? XXX： QY16 汽車起重機工作裝置設計 24 yyLxx WMWMAN 39。39。4 ????? ?? hzhyh MbH ??? ??????? 22 式中 : N?? :為截面上的軸向壓力，α在吊臂仰角 45186。～ 60186。時取 :在吊臂仰角大于 60186。時取 39。xM ＝ 39。xM + yH )( zL? + )2c os( LzfN oy ?? ? 39。yM ＝ 39。yM + xH )( zL? + )2co s ( LzfN ox ?? ? oyf ＝ )1(2/1/)1( 39。11 ????? ??? kLL iiki ??? oxf :吊臂各節(jié)的側向間隙所造成的端部撓度 ε :每節(jié)臂搭接處的側向間隙，ε = oyf :吊臂在變幅平面內，各臂節(jié)的底部間隙所造成的端部撓度，因吊臂伸出后由于滑塊的負間隙造成吊臂上翹可消除間隙變形，故 oyf 可取 0 k:吊臂節(jié)數 k＝ 4 Li:i十 1 節(jié)臂插入 i 節(jié)臂的長度 α i:吊臂長度系數見圖 Si:截面處的剪力 截面位于吊臂各節(jié)兩端的搭接部分時 Si =H (L1+ L1+1+… + Lk )/ Li*。截面在吊臂各節(jié)中部時為 Si =H 1b? 、 2b? 、 h? :分別為上蓋板、下蓋板、腹板剪應力 H:臂架端部的橫向力 Li:各節(jié)臂外伸長度 Li*:該截面處搭接長度 Ω :臂架截面板中心線所包容的面積 二〇一三屆機械設計制造及其自動化（工程機械）專業(yè)畢業(yè)設計（論文） 25 圖 臂長度系數計算圖 在臂架的導向滑塊處和上下蓋板 的邊棱附近產生附加的局部彎曲縱向應力 (圖 )可用半經驗公式計算。 圖 塊上集中力對下蓋板引起的局部彎曲 )2c o s (1)2c o s (1lo g4131 2????????babapbm???????? 式中 :γ :材料泊桑比 a:導向滑塊中心離側板中心的距離 P:導向滑塊傳遞的集中力 因為是局部的，一般 a較小，故可忽略不計。 按第四強度理論，吊臂截面上的最大拉、壓應力組合（忽略局部應力時） ][3 22 a x ???? ???? XXX： QY16 汽車起重機工作裝置設計 26 臂架箱板的局部穩(wěn)定性校核 臂架腹板和下蓋板都存在局部失穩(wěn)的可能。腹板存在拉、壓 及剪切應力 。下蓋板承受線性分布的壓應力及剪切應力。下蓋板和腹板之間的支承即不是鉸接支承 (簡支 )，也不是固接支承，而是介于兩者之間的彈性嵌固支承。校核受有正應力和剪應力同時作用的薄板的局部穩(wěn)定公式為 : ncr 1)()43(41 2122121 ??????? ???????? 式中：στФ：最小應力與最大應力之比，在下蓋板中Ф＝σ 2/σ 1， 0≤Ф 1。在腹板中 Ф＝σ 4/σ 1， 1Ф 0，由于壓縮應力大于拉伸應力那一側腹板比拉伸力大于壓縮應力的一側容易失穩(wěn)，所以校核壓縮應力大的一側。 cr? ：正應 力單獨作用時的板局部失穩(wěn)的臨界應力。δ：板厚 , b：板寬 22111 )/( bKKcr ?? ???? 2b? ：剪應力單獨作用時的板局部失穩(wěn)的臨界應力。 221112 )/( bKKb ?? ???? 1K ：支撐邊系數，彈性嵌固支撐取 。 2K ：薄板穩(wěn)定系數： 0≤ ? 1 時： )( ?? ?K 1≤ ? 0 時： 22 ??? ??K 39。1K :支撐邊系數，彈性嵌固支撐取 。 n:安全系數，取 。 為了減輕吊臂自重，通常將翼緣板和腹板的厚度取得很薄。有可能在承載時，吊臂的某個板件喪失穩(wěn)定而發(fā)生局部翹曲變形，退出工作所以需要對翼緣板與腹板的局部穩(wěn)定性進行校核。由于本設計是采用類比方法進行設計，所以這里僅對應力最大的第三節(jié)臂的腹板為例做局部穩(wěn)定校核。 臨界應力： M P abKK crcr 5 5)1 0 0(19 211 ???? ????? ? M P abKK crcr 5 0 3)1 0