【正文】 以采用整體式力的分析也可以采用分離式，在此選擇了后者。24 回轉(zhuǎn)支承裝置的計算 在本章的第一節(jié)中講到轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)時候提到過回轉(zhuǎn)支撐的概念以及相應(yīng)的類型在本章節(jié)中將會著重介紹回轉(zhuǎn)支承的的選用以及相應(yīng)的計算。 載荷工況B為起重機在最小幅度起吊最大起重量G的作業(yè)工況，承受工作狀態(tài)下的最大風(fēng)載荷,鋼絲繩偏斜角為。載荷工況D為起重機在非工作狀態(tài)時承受非工作狀態(tài)最大風(fēng)壓R產(chǎn)生的風(fēng)載荷,風(fēng)向按不利于回轉(zhuǎn)支承裝置受載的方向洗取。2 確定回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)形式：采用單排四點式。1 考慮八級風(fēng)力時的最大工作載荷=94532 不計風(fēng)力、考慮實驗載荷的最大工作載荷==112633 不計風(fēng)力最大工作載荷 （工況1為動態(tài)容量計算載荷，工況2為靜態(tài)容量計算載荷）回轉(zhuǎn)支承考慮采用單排四點式（01）系列。3 計算回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量載荷根據(jù)設(shè)計可知： 不同工況下的回轉(zhuǎn)支承受到的力也是不一樣的 1 考慮八級風(fēng)力時的最大工作載荷=94532 不計風(fēng)力、考慮實驗載荷的最大工作載荷==112633 不計風(fēng)力最大工作載荷 （工況1為動態(tài)容量計算載荷，工況2為靜態(tài)容量計算載荷）回轉(zhuǎn)支承考慮采用單排四點式（01）系列,基本號為（）如下圖217： 圖217 回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)圖工況參數(shù)和餓載荷換算系數(shù)如下： 4 回轉(zhuǎn)支承當(dāng)量載荷為 靜態(tài)： 動態(tài)： 螺栓計算載荷：167。其主要的優(yōu)點是：傳動準(zhǔn)確可靠，可傳遞空間兩軸之間的運動和動力；適用的功率和速度范圍廣；傳動效率高；工作可靠壽命長；外廓尺寸小結(jié)構(gòu)緊湊。在高空作業(yè)小車轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，轉(zhuǎn)臺若想能進(jìn)行工作，必須要通過傳動齒輪將下部連接的液壓馬達(dá)的輸出功率傳給轉(zhuǎn)臺。故齒輪的計算是轉(zhuǎn)臺設(shè)計中的重要部分不可缺少，在此設(shè)計者將對下部傳動齒輪進(jìn)行設(shè)計。由外嚙合之后將所得的動力通過螺栓的聯(lián)結(jié)傳給上部轉(zhuǎn)臺的底板，來帶動轉(zhuǎn)臺做相應(yīng)的轉(zhuǎn)動。由已知條件可得：1 選擇齒輪材料因載荷平穩(wěn)，傳遞的轉(zhuǎn)矩較小，小齒輪選鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為，大齒輪采用45鋼，調(diào)質(zhì)處理，齒面硬度為220HBS。7． 輪傳動的幾何尺寸兩輪分度圓直徑： 兩輪的中心距： 兩輪的齒寬： (按所選型號取為60)其他尺寸略。 有限元方法的基礎(chǔ)知識有限元法(或稱有限單元法)是在當(dāng)今工程分析中獲得最廣泛應(yīng)用的數(shù)值計算方法。伴隨著計算機科學(xué)和技術(shù)的快速發(fā)展，現(xiàn)已成為計算機輔助工程和數(shù)值仿真的重要組成部分。由于在聯(lián)結(jié)相鄰單元的結(jié)點上，場函數(shù)應(yīng)具有相同的數(shù)值，因而將它們用作數(shù)值求解的基本未知量。(基本方程、邊界條件)等效的變分原理或加權(quán)余量法，建立求解基本未知量(場函數(shù)的結(jié)點值)的代數(shù)方程組或常微分方程組。接著用數(shù)值方法求解此方程，從而得到問題的解答。只要原問題的數(shù)學(xué)模型是正確的，同時用來求解有限元方程的算法是穩(wěn)定、可靠的，則隨著單元數(shù)目的增加，即單元尺寸的縮小，或者隨著單元自由度數(shù)目的增加及插值函數(shù)階次的提高，有限元解的近似程度將不斷地被改進(jìn)。隨著計算機軟硬件技術(shù)的高速發(fā)展，以及新的數(shù)值計算方法的不斷出現(xiàn)，大型復(fù)雜問題的有限元分析已成為工程技術(shù)領(lǐng)域的常規(guī)工作。[13]前處理包括產(chǎn)生一個有限元模型的幾何體的全過程，輸入物理特性，描述邊界條件和載荷，以及檢查模型。IDEAS求解能夠解答線性和非線性的，靜態(tài)的，動態(tài)的，屈曲，熱傳導(dǎo)和勢位能分析問題。 后處理包括描繪出偏移和應(yīng)力，利用失效準(zhǔn)則，諸如允許的最大偏移，材質(zhì)的靜態(tài)和疲勞強度等等來比較這些結(jié)果。167。力圖選取一個較合理的建模方案，對轉(zhuǎn)臺進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析。我們能夠應(yīng)用ANSYS進(jìn)行靜態(tài)、動態(tài)、熱傳導(dǎo)、流體流動和電磁學(xué)分析。當(dāng)前的ANSYS版本帶有圖形用戶界面(GUI )的窗口下、下拉菜單、對話框和工具條等，與過去相比已經(jīng)煥然一新。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用有限元分析軟件。[7]一、軟件功能簡介 軟件主要包括三個部分:前處理模塊，分析計算模塊和后處理模塊。分析計算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行線性分析、非線性分析和高度非線性分析)、流體動力學(xué)分析、電磁場分析、聲場分析、壓電分析以及多物理場的禍合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。軟件提供了100種以上的單元類型，用來模擬工程中的各種結(jié)構(gòu)和材料。啟動ANASYS，進(jìn)入歡迎畫面以后，程序停留在開始平臺。ANSYS用戶手冊的全部內(nèi)容都可以聯(lián)機查閱。1．實體建模 ANSYS程序提供了兩種實體建模方法:ANSYS的前處理模塊。 自頂向下進(jìn)行實體建模時，用戶定義一個模型的最高級圖元，如球、棱柱，稱為基元，程序則自動定義相關(guān)的面、線及關(guān)鍵點。無論使用自頂向下還是自底向上方法建模，用戶均能使用布爾運算來組合數(shù)據(jù)集，從而“雕塑出”一個實體模型。在創(chuàng)建復(fù)雜實體模型時，對線、面、體、基元的布爾操作能減少相當(dāng)可觀的建模工作量。附加的功能還包括圓弧構(gòu)造、切線構(gòu)造、通過拖拉與旋轉(zhuǎn)生成面和體、線與面的自動相交運算、自動倒角生成、用于網(wǎng)格劃分的硬點的建立、移動、拷貝和刪除。2．網(wǎng)格劃分 ANSYS程序提供了使用便捷、高質(zhì)量的對CAD模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分的功能。延伸網(wǎng)格劃分可將一個二維網(wǎng)格延伸成一個三維網(wǎng)格。ANSYS程序的自由網(wǎng)格劃分器功能是十分強大的，可對復(fù)雜模型直接劃分，避免了用戶對各個部分分別劃分然后進(jìn)行組裝時各部分網(wǎng)格不匹配帶來的麻煩。三、求解模塊SOLUTION前處理階段完成建模以后，用戶可以在求解階段獲得分析結(jié)果。在該階段，用戶可以定義分析類型、分析選項、載荷數(shù)據(jù)和載荷步選項，然后開始有限元求解。靜力分析很適合求解慣性和阻尼對結(jié)構(gòu)的影響并不顯著的問題。結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析用來求解隨時間變化的載荷對結(jié)構(gòu)或部件的影響。ANSYS可進(jìn)行的結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析類型包括:瞬態(tài)動力學(xué)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析及隨機振動響應(yīng)分析。ANSYS程序可求解靜態(tài)和瞬態(tài)非線性問題，包括材料非線性、幾何非線性和單元非線性三種。當(dāng)運動的積累影響起主要作用時，可使用這些功能分析復(fù)雜結(jié)構(gòu)在空間中的運動特性，并確定結(jié)構(gòu)中由此產(chǎn)生的應(yīng)力、應(yīng)變和變形。四、后處理模塊POSTl和POST26 ANSYS軟件的后處理過程包括兩個部分:通用后處理模塊POST1和時間歷程后處理模塊POST26。這些結(jié)果可能包括位移、溫度、應(yīng)力、應(yīng)變、速度及熱流等，輸出形式可以有圖形顯示和數(shù)據(jù)列表兩種。2. 施加載荷并求解（1）施加載荷及載荷選項、設(shè)定約束條件。3. 查看結(jié)果（1）查看分析結(jié)果。用有限元法進(jìn)行工程分析的一般過程如圖33所示： CAD軟件三維建模輸入材料參數(shù) 前置處理給定載荷及約束修改網(wǎng)格生成有限元分析程序有限元分析后置處理顯示輸出N滿意 Y結(jié) 束 圖33 有限元法進(jìn)行工程分析的一般過程六、ANSYS軟件的質(zhì)量認(rèn)證ANSYS軟件是第一個通過IS09001質(zhì)量認(rèn)證的大型分析設(shè)計類軟件，是美國機械工程師協(xié)會(ASME )、美國核安全局(NQA)及近二十種專業(yè)技術(shù)協(xié)會認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)分析軟件。167。ANSYS提供了強大的與其它CAD系統(tǒng)的接口。利用ANSYS本身的實體建模功能建立實體模型很不方便，特別是對結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的實體模型，坐標(biāo)系和工作面需頻繁轉(zhuǎn)換，建模難度很大。由于作業(yè)臂結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，因此，本課題采用在PRO/E中建立實體模型，然后通過SAT格式導(dǎo)入，其優(yōu)點是用 SAT 文件轉(zhuǎn)換方便，而且一般不會有轉(zhuǎn)換問題。單元選取 對一個結(jié)構(gòu)建立模型，特別是對于一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)來說，肯定有許多種建模方案，因此要合理選擇方案，使之既要滿足精度要求，又要節(jié)省資源，降低工作量，也是應(yīng)用有限元法的主要研究課題之一。 對于方法一來說，因為ANSYS強大的建模功能，運用實體單元建模,可以很直觀的反映實際生產(chǎn)中的轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)，而且，又由于ANSYS強大的后處理功能，其建立的模型，經(jīng)過網(wǎng)格劃分和ANSYS軟件的分析計算，可以直觀的顯示轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)受載后變形云圖和應(yīng)力云圖等。對于方法二來說，因為采用板殼單元的方法建立模型，用平面來描述實體模型，占用相對較少的計算機內(nèi)存，從而大大減少了有限元計算對計算機資源的消耗，因而可以在相同的計算機資源的基礎(chǔ)上，可以將模型網(wǎng)格劃分更細(xì)致和建立能夠反映盡量貼近實際工程中的轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)(即可以執(zhí)行更加少的模型簡化操作)，因而可以得到更加精確的結(jié)果。所以在本次分析過程采用了第一種方法進(jìn)行分析：結(jié)構(gòu)簡化 實踐證明，對于一個復(fù)雜結(jié)構(gòu)在不影響計算精度的前提下，做些適當(dāng)?shù)暮喕ぷ魇潜匾摹? 對于轉(zhuǎn)臺這樣的結(jié)構(gòu)，基本上是按照自然結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行的。 ，代之以直線形式。實際結(jié)果證明也是如此。盡管支座寬厚之比不太大，不太滿足板殼元的條件，然而由于此處受力情況不太復(fù)雜，而 且對此處加強，在技術(shù)上和工程上都是非常容易的，再者依據(jù)圣維南原理，此處計算產(chǎn)生的誤差不會影響到轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的整體分析結(jié)果。因為這些細(xì)小部件將使模型有限元網(wǎng)格的劃分變得極其困難，造成大量的形狀失效單元，甚至可能導(dǎo)致無法正常計算。在下圖顯示的是轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的實體模型圖：由本圖可以看出以下特點：實體采用的是前后高強板，前后加上加強筋來加強強度的設(shè)計，在轉(zhuǎn)臺的左右加薄板進(jìn)行加強的，而底版則采用的是大型圓盤形結(jié)構(gòu)。在此進(jìn)行ANSYS分析時不考慮焊接的應(yīng)力影響。網(wǎng)格劃分 ，不過可以利用以下方法來測定是否當(dāng)前的網(wǎng)格劃分可以認(rèn)為是合理的： (1)利用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分產(chǎn)生可滿足能量誤差估計準(zhǔn)則的網(wǎng)格； (2)與先前獨立得到的試驗結(jié)果或已知解析解進(jìn)行對比，對已知和算得結(jié)果偏差過大的地方進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化； (3)執(zhí)行一個自認(rèn)為是合理的網(wǎng)格劃分的初始分析，再在危險區(qū)域利用兩倍多的網(wǎng)格重新分析并比較兩者的結(jié)果。如果產(chǎn)生了顯著不同的結(jié)果，應(yīng)該繼續(xù)細(xì)化網(wǎng)格直到隨后的劃分獲得了近似相等的結(jié)果。如果網(wǎng)格過于細(xì)致，將花費過多的計算時間，浪費計算資源，使模型占的計算機內(nèi)存過大至于不能在計算機上運行。 材 料 密 度: 重力加速度: （2）、 加載和約束加載方式為：采用集中力的方式加載。由于采用的外部載荷主要是針對的半圓上受到的集中力如若想要得到半圓上的均勻受力則必須進(jìn)行一定的計算： 由于2點和6點的半圓面積是不一樣的，在此進(jìn)行計算： 轉(zhuǎn) 臺 的 工 況 一受 力 要 求受 力 方 向2 點 受 力6 點 受 力受200kg外力Y 方 向 受 力5141720N13662420N約束和加載的圖分別如下：圖43 轉(zhuǎn)臺加約束和受加載圖查看應(yīng)力變化及變形 圖44 轉(zhuǎn)臺的變形圖 圖45 轉(zhuǎn)臺的應(yīng)力圖根據(jù)應(yīng)力變云形圖可知：根據(jù)計算結(jié)果，由圖44和45可知，轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的最大變形在轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)的尾部。轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)形狀突變處的局部應(yīng)力值較高，其余部位為不大。從整體的設(shè)計來看本次設(shè)計的轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)在強度上還是符合要求的應(yīng)力值和變形均很小所以本次所采用的設(shè)計是符合要求的。結(jié)構(gòu)模型圖：首先也是采用的單元選取,和方案一一樣采用的是SOLID45的格式,然后進(jìn)行了網(wǎng)格的化分,再進(jìn)行加載分析結(jié)果。發(fā)生在轉(zhuǎn)臺尾部的與伸縮油缸的連接部位。由此可以看出設(shè)計方案二的變形和應(yīng)力值也不大，在強度要求上也是能夠滿足要求，高空作業(yè)小車可以正常工作,本設(shè)計也是符合要求的?？紤]到經(jīng)濟(jì)實用和材料的浪費，特選擇方案二為最佳方案。采用了ANSYS軟件進(jìn)行分析，驗證了結(jié)構(gòu)設(shè)計的合理性。在整體結(jié)構(gòu)的總體設(shè)計中，強調(diào)了穩(wěn)定、實用的特點，力求減輕結(jié)構(gòu)的重量，降低整體高度，在此基礎(chǔ)上做出了詳細(xì)的計算。，采用了齒輪傳動利用齒輪的外嚙合來傳遞動力，對此特別對傳動齒輪進(jìn)行了設(shè)計和強度的分析和計算最后的結(jié)果在強度上滿足要求。在靜力性能分析中，分析了承受外加載荷時的變形和應(yīng)力情況，分析結(jié)果表明，轉(zhuǎn)臺結(jié)構(gòu)選取符合要求，結(jié)構(gòu)設(shè)計合理?？傊?，在該設(shè)備的設(shè)計過程中，綜合了諸多對各種轉(zhuǎn)臺設(shè)備的設(shè)計經(jīng)驗，采用了合理的結(jié)構(gòu)形式，對制造過程中的加工和裝配質(zhì)量也提出了嚴(yán)格要求，所以該設(shè)備在使用過程中應(yīng)完全能滿足使用要求。本論文是在指導(dǎo)導(dǎo)師的嚴(yán)格要求和悉心指導(dǎo)下完成的，從課題的產(chǎn)生、構(gòu)思、開題，到論文的寫作、修改以及最終定稿，都傾注了蔣老師大量的心血與智慧。而且對論文作了反復(fù)的推敲與斟酌。蔣老師嚴(yán)謹(jǐn)、求實、積極、負(fù)責(zé)的工作態(tài)度、寬厚待人的優(yōu)良品質(zhì)都使我受益匪淺，在此，向他致以深深的感謝和崇高的敬意。另外，我還要感謝我的同學(xué)，是他們給予我鼓勵，激勵我奮進(jìn)，對他們的熱心幫助，在此表示誠摯的謝意。 由于本人水平和時間有限，因而該類型的轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計及運動分析的研究，在深度和廣度還有待進(jìn)一步的改進(jìn)。在即將畢業(yè)之際，再次感謝所有對我提供幫助和關(guān)心的朋友們！謝謝你們！ 2007年6月參 考 文 獻(xiàn)[1] 張華,(5):4952[2] 柏紅專,(8 ):5456[3] ,2005:7期553[4] ,2003(8):15[5] ,2004:1118[6] ：機械工業(yè)出版社 [7] ,1997(6) [8] :[9] 吳東香，:17[10] ,2001(2):46[11] 鄭文偉，吳克堅。碩士論文是碩士研究生所撰寫的學(xué)術(shù)論文。較之學(xué)士論文，碩士論文應(yīng)當(dāng)具有一定的理論深度和更高的學(xué)術(shù)水平，更加強調(diào)作者思想觀點的獨創(chuàng)性，以及研究成果應(yīng)具備更強的實用價值和更高的科學(xué)價值。電路與系統(tǒng) 學(xué)科研究電路與系統(tǒng)的理論、分析、測試、設(shè)計和