【正文】 ............................. 32 進(jìn)行機(jī)構(gòu)分析 ..................................................................................... 33 總 結(jié) .................................................................................................................. 37 參考文獻(xiàn) .............................................................................................................. 38 湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒 論 課題來(lái)源 在升降機(jī)的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，零件的裝配和運(yùn)動(dòng)分析是極其重要的一步?，F(xiàn)研究基于 Pro/ENGINEER 對(duì)升降機(jī)的造型、裝配與運(yùn)動(dòng)進(jìn)行仿真分析即可節(jié)省資源縮短研發(fā)時(shí)間。就消費(fèi)者而言，其消費(fèi)需求日益主體化、個(gè)性化、多元化，而且不同程度地體現(xiàn)出短時(shí)性；而對(duì)于制造商來(lái)說(shuō)，隨著區(qū)域性、國(guó)際性市場(chǎng)壁壘的淡化，他們面對(duì)著的是全球市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就要求人們將制造技術(shù)與飛速發(fā)展著的系統(tǒng)科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、虛擬現(xiàn)實(shí)、人工智能等有機(jī)融合，形成全新概念的具有信息化、自動(dòng)化、智能化、敏捷化等特點(diǎn)的虛擬設(shè)計(jì)制造技術(shù)。設(shè)計(jì)階段決定了升降機(jī)如何加工、如何裝配，甚至決定了升降機(jī)將來(lái)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的地位。 裝配是升降機(jī)生命周期的重要環(huán)節(jié)，是升降機(jī)功能實(shí)現(xiàn)的主要過(guò)程。一般要反復(fù)修改，進(jìn)行多次試裝配，致使升降機(jī)的開(kāi)發(fā)周期延長(zhǎng)，研發(fā)成本增加，因而升降機(jī)的設(shè)計(jì)極有可能成為限制新產(chǎn)品研發(fā)速度的瓶頸。它是用可視化手段來(lái)模擬裝配體的實(shí)際裝配過(guò)程，即利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和仿真技術(shù)，在計(jì)算機(jī)上建立機(jī)械系統(tǒng)模型，并進(jìn)行三維可視化處理，模擬產(chǎn)品的實(shí)際裝配過(guò)程。 國(guó)內(nèi)外研究狀況和發(fā)展趨勢(shì) Pro/Engineer 是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化、基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一數(shù)據(jù)庫(kù)功能。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。例如，一旦工程詳圖有改變， NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這一優(yōu)點(diǎn)使得設(shè)計(jì)更優(yōu)化，成品質(zhì)量更高，產(chǎn)品能更好地推向市場(chǎng) ，價(jià)格也更便宜。 Pro/Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng)，即造型是通過(guò)各種不同設(shè)計(jì)專用功能來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中包括：筋（ Ribs）、槽（ Slots）、倒角（ Chamfers）和抽空（ Shells）等，采用這種手段來(lái)建立形體，對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然，更直觀，無(wú)需采用復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式。這種功能使得修改更為方便和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng)用。 水平固定剪叉式機(jī)構(gòu)，通過(guò)分析計(jì)算可知，平臺(tái)的升降行程大于液壓缸的行程，在應(yīng)用過(guò)程中可以實(shí)現(xiàn)快速控制升降的目的，但不足之處是活塞桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。所以實(shí)際也很少采用。結(jié)構(gòu)比較合理，平臺(tái)的升降行程可以達(dá)到液壓缸行程的二倍以上。本設(shè)計(jì)就重點(diǎn)對(duì)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)形式加以分析、論述。該機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)任意位置撤銷動(dòng)力自鎖， “安全可靠 ”和 “小動(dòng)力大推力 ”是它的主要特征。齒輪箱內(nèi)部機(jī)構(gòu)齒輪相互銜接運(yùn)轉(zhuǎn)，幾乎不產(chǎn)生噪音。與直線導(dǎo)軌，滑動(dòng) 軸承，直線軸承不同，它的導(dǎo)軌以單元形式組成，固容易維修，部件的規(guī)格化也使部件更換迅速?？梢愿鶕?jù)設(shè)計(jì)者的意圖多樣設(shè)計(jì)，減少設(shè)計(jì)時(shí)間。齒輪齒條結(jié)構(gòu)支撐完美同步，環(huán)境惡劣也 可保持同步。 湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第 三 章 剪叉式升降臺(tái)的應(yīng)用及其受力分析 剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式 本討論的目的通過(guò)分析氣液動(dòng)類的剪叉式升降平臺(tái)機(jī) 構(gòu)特點(diǎn)，論述了設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題及其應(yīng)用范圍。在民航、交通運(yùn)輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應(yīng)用。在設(shè)計(jì)氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的過(guò)程中，一般我們會(huì)考慮如下三種設(shè)計(jì)方案，如簡(jiǎn)圖 21 所示： 圖 31 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 圖中表示氣液動(dòng)剪叉式升降平臺(tái)的三種結(jié)構(gòu)形式。圖中的三種結(jié)構(gòu)形式的不同之處在于驅(qū)動(dòng)件液壓缸的安裝位置不同。液壓缸通過(guò)活塞桿使上平板鉛直升降。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿控制平臺(tái)鉛直升降。液壓缸驅(qū)動(dòng)活塞桿可控制平臺(tái)鉛直升降。 直立固定剪叉式結(jié)構(gòu)，液壓缸的行程等于平臺(tái)的升降行程，整體結(jié)構(gòu)尺寸龐大，且球鉸鏈加工負(fù)載，在實(shí)際種應(yīng)用較少。而且活塞桿所承受的載荷力要比實(shí)際平臺(tái)上的載荷力要大的多。 雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)避免了上述缺點(diǎn)。因此，在工程實(shí)際中逐漸得到廣泛的應(yīng)用。 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的位置參數(shù)計(jì)算 由圖 32 可知 圖 32 位置參數(shù)示意圖 2 1 / 2s in (1 c o s ) ,C L C LH ll????? （ 1） 2 2 2()c o s 。 以下相同。 雙鉸接剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算： 圖 33 運(yùn)動(dòng)參數(shù)示意圖 圖中， FV 是 F 點(diǎn)的絕對(duì)速度； BV 是 B 點(diǎn)絕 對(duì)速度； 1? 是 AB 支撐桿的速度； 1V 是液壓缸活塞平均相對(duì)速度； 2V 是升降平臺(tái)升降速度。（ 5） 湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 在（ 5）式中， —— 液壓缸活塞平均相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度； —— 升降平臺(tái)升降速度； —— 支撐桿與水平線的夾角。 雙鉸接剪叉式升降平 臺(tái)機(jī)構(gòu)的動(dòng)力參數(shù)計(jì)算 圖 34 動(dòng)力參數(shù)示意圖 圖中， P 是由液壓缸作用于活塞桿上的推力， Q 是升降平臺(tái)所承受的重力載荷。 由于滾動(dòng)輪與導(dǎo)向槽之間為滾動(dòng)摩擦，摩擦系數(shù)很小（ f=） ,為簡(jiǎn)化計(jì)算，或湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 忽略不計(jì)，由（ 6）、（ 7）式簡(jiǎn)化為： cossin( )PLQl ???? ? （ 8） 剪叉式升降平臺(tái)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題 由式（ 5）和（ 8）可知：當(dāng) ? 、 ? 增大時(shí)， 21/VV值隨之減??；當(dāng) ? 、 ? 減小時(shí)，P/Q 值隨之增大。因此設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)綜合考慮升降行程與液壓缸受力兩個(gè)因素。而且在整個(gè)機(jī)構(gòu)中 AB 支撐桿是主要受力桿件，承受有最大的彎矩，所以應(yīng)重點(diǎn)對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核。一般我們都采用單作用柱塞缸，因?yàn)椴捎眠@樣的缸比較經(jīng)濟(jì)，而且總體泄漏量少，密封件壽命長(zhǎng)。否則，會(huì)導(dǎo)致升降平臺(tái)降不下來(lái)。液壓缸初始長(zhǎng)度 0C =595mm；最大行程 maxS =320mm。機(jī)架長(zhǎng)度 T=1 200。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表 表 2 和統(tǒng)計(jì)圖（其中滾動(dòng)摩擦忽略不計(jì)）。2ta n c osH L T SP l fbQL??? ? ??? 。 湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 從計(jì)算結(jié)果可以看出：在整體結(jié)構(gòu)尺寸相同、液壓缸行程相同的前提下，作用在液壓缸活塞桿上的最大推力 ,水平固定剪叉式結(jié)構(gòu)大于雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)；升降臺(tái)最大行程 ，雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)大于水平固 定剪叉式結(jié)構(gòu)。 綜上所述，氣液動(dòng)雙鉸接剪叉式結(jié)構(gòu)液壓升降平臺(tái)整體尺寸較小，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，節(jié)省投資；可獲得缸體二倍以上的升降形成；非常適合于空間尺寸小、升降行程大的場(chǎng)合，是一種值得推薦使用的升降機(jī)構(gòu)。 從直觀的角度分析考慮，如下圖： 桿1桿2 圖 36 液壓缸工作示意圖 我們可以從圖上看出，液壓缸的尾部是連接在右側(cè)支撐桿活動(dòng)的區(qū)域的，液壓缸的頭部是連接在桿 1 的右端（偏向桿 1 的活動(dòng)鉸連接）。利用瞬時(shí)速度中心法和虛位移原理，推導(dǎo)出這兩種布置方式液壓缸活塞運(yùn)動(dòng)速度與臺(tái)面升降速度的關(guān)系式及活塞推力與臺(tái)面荷重的關(guān)系式，并對(duì)兩種布置方式進(jìn)行了分析比較，指出了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用場(chǎng)合。 問(wèn)題的提出： 液壓缸驅(qū)動(dòng)的剪叉機(jī)構(gòu)再各種升降臺(tái)中廣泛應(yīng)用，因安裝的空間不同，其折合后的高 度也必然就不同，所以液壓缸在剪叉機(jī)構(gòu)內(nèi)的布置要受到折合后高度的約束。 以上兩式的推導(dǎo)基于工程中常用的液壓缸布置方式，即液壓缸下支點(diǎn)與剪叉機(jī)構(gòu)的固定支點(diǎn)在同一側(cè)，如上圖。存在的問(wèn)題是在剪叉機(jī)構(gòu)折合后的高度 h 較湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 18 小的情況下（即 角較小），所需液壓缸的推力將大大增加。 兩種布置方式的分析和比較： 為了解決以上提出的問(wèn)題，可考慮將液壓缸反向布置（即采用第一種設(shè)計(jì)方案），計(jì)算一下該方案的有關(guān)參數(shù)再將兩者作以比較。桿ＦＤ上Ｄ點(diǎn)、Ａ點(diǎn)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)中心為 F 點(diǎn)， D 點(diǎn)、 A 點(diǎn)的速度為： 2()DAvlv l a????? 臺(tái)面升降速度： c os 2 c osyDv v l? ? ??? Ａ點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速 度： ()2 cos yA l a vv l ??? 活塞運(yùn)動(dòng)速度： 湖北 理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 19 ( ) s in ( )c o s2 c o sA lavv l ??? ????? （３） 式中， 11 ( ) s ins in , ta n2 ( ) c o sh l al L l a ??? ??? ??? ?? 依據(jù)虛位移原理有： ( ) 00ix i ix i ix ix p y