1、江門職業(yè)技術(shù)學院學生畢業(yè)論文（設計）論 文 題 目： 實驗吊臂模型 作 者： 羅冠東 指 導 老 師： 林放 所 學 專 業(yè)： 數(shù)控加工與維護 班 級： 08數(shù)控2班 年 級： 08級數(shù)控 完 成 日 期： 2011年03月15日 江門職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文（設計）指導教師指導記錄論文（設計）題目： 實驗吊臂模型 機電技術(shù) 系 數(shù)控加工與維護 專業(yè) 2008 屆階段時間地點教師指導情況12345指導教師（簽名） 林放 學生（簽名） 江門職業(yè)技術(shù)學院學生畢業(yè)論文（設計）評審表 專業(yè)：數(shù)控加工與維護 年級： 08數(shù)控 班別：08數(shù)控2班 評審日期： 年 月 日姓名凌栢權(quán)性別男年齡22學號281206

2、015題 目實驗吊臂模型主 要 內(nèi) 容1、簡易吊臂的分類及組成2、簡易吊臂的機身結(jié)構(gòu)3、簡易吊臂的夾具結(jié)構(gòu)4、簡易吊臂實用性解決方案及應用以 上 各 項 由 學 生 本 人 填 寫指導教師評語及成績 成績： 指導教師簽名： _答 辯 小 組 意 見 成績：_組長簽名：_系 部 意 見 （系部蓋章）備注江門職業(yè)技術(shù)學院學生畢業(yè)論文（設計）寫作申請表申 請 人：_羅冠東 _ 學 號：281206022所學專業(yè)： 數(shù)控加工與維護 年 級： 08數(shù)控 班別：08數(shù)控2班所選論文（設計）題目可調(diào)式螺旋槳機構(gòu)初步寫作設想1） 、整理設計思路2） 、收集資料，熟悉課題3） 、完成零件圖4） 、進行零件組裝5

3、） 、撰寫設計說明書、完成論文初稿6） 、畢業(yè)論文修改定稿7） 、參加畢業(yè)答辯擬完成論文（設計）時間2011年1月15日前指導教師意見 （蓋章）教學系意見 （蓋章）其 他填表日期：2010年12月15日 申請人（簽名）： 江門職業(yè)技術(shù)學院學生畢業(yè)論文（設計）開題報告姓 名： 羅冠東 專 業(yè)： 數(shù)控加工與維護 學 號：281206022 年 級： 08數(shù)控 班 別：08數(shù)控2班 提交日期：2010年12月15日論文（設計）選題：實驗吊臂模型一、 關(guān)于論題（提出什么問題；提出問題的根據(jù)；論題的價值）問題：該機構(gòu)在實際上能運用到吊臂運動性能或相關(guān)領域嗎？根據(jù)：有限元的機構(gòu)與伸縮缸的伸縮長度調(diào)配論題價

4、值：利用嵌入式約束條件可利用待定系數(shù)法形成一個有限的運動軌跡二、對論題的初步認識（切入的角度和方法；擬閱讀的書目和搜集資料的方向、范圍；論文結(jié)構(gòu)框架）本設計是通過改變結(jié)構(gòu)（支架長度）來實現(xiàn)對軌跡可變性優(yōu)化的目的。為此，在網(wǎng)上以改變吊臂體積規(guī)模作為搜索方向，從中提取適用的內(nèi)容。論文結(jié)構(gòu)框架是：簡介-總體描繪-模塊分析-設計思想三研究和撰寫計劃：1、 搜索、收集資料，熟悉課題，撰寫開題報告2、 零件設計方案3、 繪制模具裝配圖4、 撰寫設計說明書, 完成論文初稿5、 畢業(yè)論文修改定稿6、 參加畢業(yè)答辯四、個人情況介紹： 羅冠東，數(shù)控加工與維護專業(yè)，08級數(shù)控2班學生。 意愿從事與本專業(yè)相關(guān)的領域如

5、：繪圖，銷售機床等五、指導教師意見年 月 日 江門職業(yè)技術(shù)學院畢業(yè)論文工作計劃 機電技術(shù)系08屆學生姓名 羅冠東專業(yè)數(shù)控加工與維護指導老師 林放 課題名稱實驗吊臂模型工作計劃（包括時間劃分及階段主要工作）11. 2311.25 整理設計思路11.2611.29 收集資料，熟悉課題12.112.7 完成零件圖12.712.8 進行零件組裝12.812.11 撰寫設計說明書、完成論文初稿12.11 畢業(yè)論文修改定稿下學期 參加畢業(yè)答辯學生簽名： 2009年1月 10 日指導教師意見 指導教師簽名： 2010年12月15 日摘要隨著大噸位起重機產(chǎn)品的不斷開發(fā),高強度鋼板被大量應用,吊臂強度也大幅上升

6、,但無法發(fā)揮全部材料的應用程度,吊臂結(jié)構(gòu)變形也會加大。變形增大的結(jié)果,將使吊臂軸向力引起的彎矩成為一個無法忽略的因素。在考慮吊臂的變形情況下對吊臂進行重新設計計算。 伴隨著中小型民營企業(yè)在社會中占有的比重越來越大，大噸位起重機顯得無法滿足其需求。起重機在演化的過程中，減少了體積及重量，強化了結(jié)構(gòu)，加大了結(jié)構(gòu)的使用性（吊臂的演化）等等來適應有限空間資源的利用。本課程基于吊臂的原始結(jié)構(gòu)，鑲嵌了從數(shù)學函數(shù)、物理力學、有限元計算及機械設計基礎、液（氣）壓基礎等知識對吊臂的局部機構(gòu)和性能進行了一個框架性的敘述?！娟P(guān)鍵詞】 有限元 氣壓 數(shù)學 函數(shù)目 錄一、簡易吊臂的分類及組成 1.1 吊臂結(jié)構(gòu)及性能上的

7、分類. 5 1.2 吊臂基礎部件組成. 6二、簡易吊臂的機身結(jié)構(gòu)2.1 機身的設計. 72.2 機身的運動性. 10三、簡易吊臂的夾具結(jié)構(gòu)3.1夾具的設計. 133.2夾具的運動性. 15四、簡易吊臂實用性解決方案及應用 4.1 對載荷數(shù)量及體積分析194.2 總結(jié)（本文）簡易吊臂21參考文獻 致謝 第一章 簡易吊臂的分類及組成1.1吊臂的結(jié)構(gòu)及性能分類吊臂結(jié)構(gòu)（一） 伸縮式【上圖】此種吊臂機身是通過伸縮不同套筒缸徑的差異,利用液壓輸出壓力，運用液壓方向閥對缸的伸縮達到切換作用，使得不同缸徑的套筒的長度疊加（減?。?，從而得到伸縮（變幅）的效果。（二）直立式 此種吊臂機身通過電機帶動皮帶或者鏈條

8、運輸重物，它是最原始及最簡單的機身設計，運輸距離較遠，能夠運輸較輕的負載。缺點是機身的長度不利于小型規(guī)模工事上及杠桿原理的而不能夠載荷過重。常用于大型樓宇建筑等方面。( 三)變幅式此種吊臂通過簡單的三角形或者四邊形變幅，實現(xiàn)空間的長度及方向變換,結(jié)合數(shù)學及物理知識，使得作用桿按照一定的軌跡及運動幅度運動。這種變幅型吊臂將會是未來發(fā)展建筑、工事中得到廣泛應用?！咀ⅰ看朔椒`活性和開放性較強，對于鑲嵌特定的約束條件進而規(guī)劃出吊臂的輪廓，本人將采取第三種（變幅式）方法作為本文（設計）主要理論基礎的論述。 1.2吊臂的基礎部件（一） 底座：用于支承和連接若干部件的基礎零件，如旋轉(zhuǎn)式底座（應用于挖掘機）

9、，固定式（依靠底盤重量或固定地面對整體的重心固定機身作用） 等等。（二） 機身：它是連接底座和接觸器的樞紐，機身的構(gòu)造（設計）決定了吊臂種類及用途。（三） 連接部件（鋼纜）：鋼纜對吊臂起輔助作用，通過電動機帶動皮帶輪實現(xiàn)接觸器上下移動功能。它在吊臂領域中應用廣泛?！敬瞬考诒疚闹形醋髟敿氄撌觥浚ㄋ模?夾具：用于夾緊貨物、器件的功能，它由于在設計上有甚多的差異，所形成的功能也種類繁多，適用不同的場合作業(yè)。它也是機械部件中重要的部件之一。第二章 簡易吊臂的機身結(jié)構(gòu)2.1 機身的設計本文首先使用平面四桿機構(gòu)的設計，它主要是根據(jù)已知條件確定機構(gòu)各構(gòu)件的尺寸。在實際生產(chǎn)中，對平面機構(gòu)提出的工作要求是多種

10、多樣的。給定的條件也不同，通常可以歸納為以下兩類問題：（1） 實現(xiàn)給定的運動規(guī)律。例如，要求滿足一定的急回特性，實現(xiàn)連桿的幾組給定位置等。（2） 實現(xiàn)給定的運動軌跡。例如，要求連桿上某點能沿著給定的軌跡運動等。平面連桿機構(gòu)的設計方法有圖解法、解析法、和實驗法。圖解法直觀；解析法要求建立方程，然后求解，結(jié)果比較精準；實驗法是借助已匯編成冊的連桿曲線圖，根據(jù)預定運動軌跡從圖譜中選擇形狀相近的曲線，同時查得機構(gòu)各桿尺寸及描述點在連桿平面上的位置，再用縮放儀求出圖譜曲線與所需軌跡曲線的縮放系數(shù)，即刻求出四桿機構(gòu)的機構(gòu)和運動尺寸，這種方法簡單方便。【注】本人在大學期間只學習了圖解法，所以本章節(jié)主要以圖解

11、法為構(gòu)思基礎進而論述本文。機身初步構(gòu)思根據(jù)上文所提及的變幅機構(gòu),既要達到像伸縮缸的長度伸縮效果，也要結(jié)構(gòu)相對簡略，所以挑選了以簡單的三角形及四邊形來構(gòu)建一個機身骨架，運用有限元法將函數(shù)定義在簡單幾何形狀（如二維問題中的三角形或任意四邊形），進行限位分析。三角形：具有強的靜定性，通過三邊的相互約束（有限元），實現(xiàn)可變更的角度變化。三角之和等于180四邊形：根據(jù)四邊形能夠結(jié)合機械設計的平面機構(gòu)的結(jié)構(gòu)分析設計出具有一定的運動軌跡的四邊形連桿，具有運動干涉的平面機構(gòu)。如下圖示： 三角形 四邊形基于（上圖）正方形和菱形在相等長度的邊中產(chǎn)生了對角線的長度差異，實現(xiàn)的機構(gòu)的變幅功能，符合了平面機構(gòu)的分析要求

12、。結(jié)合“取不同構(gòu)件為機架”的四桿機構(gòu)演化原理和平面四桿機構(gòu)特性得知：必要條件：最短桿與最長桿的長度之和小于或者等于其余兩桿長度。充分條件：連架桿與機架中必有一個為最短桿。有曲桿的條件可知1 當最長桿與最短桿的長度之和大于其余兩桿長度之和時， 得到雙曲桿機構(gòu)； 2 當滿足曲桿存在的必要條件時，最短桿為機架時，得到雙曲桿機構(gòu)； 當最短桿的相鄰桿為機架時得到曲柄搖桿機構(gòu)。根據(jù)上文得知：對于一個曲柄搖桿機構(gòu)變更機架，該機構(gòu)可以演化為雙搖桿機構(gòu)、雙曲柄機構(gòu)和另一個曲柄搖桿機構(gòu)。 “取不同構(gòu)件為機架”的四桿機構(gòu)演化原理如下圖：（1）（2）（3）（4）從上圖可以得知只有只有雙搖桿機構(gòu)（2圖）才是我所需要的。

13、曲柄機構(gòu)（某一邊旋轉(zhuǎn)360）顯然不合適2.1 機身的設計經(jīng)過從上圖篩選出的雙搖桿機構(gòu)將作為本文吊臂機身的骨架基礎以下步驟就是要設定設定每一條邊的長度，要是結(jié)合實際吊臂擺置在一個具有達到一定規(guī)模廠房的實際面積跟高度來約束吊臂的尺寸是最合適的。假設一廠房有長30米，寬18米，高7.5米，貨車的長為7米，寬為2米，如下圖示： （遠照）圖 （近照）圖2.1.2從上面可以知道：在機身的垂直高度最大不可超過7.5米，至于吊臂水平延伸的距離約為5米（為了凸顯吊臂的變幅功能，設定約為2.5個車寬的水平長度）。2.2 機身的運動性以下通過計算機以【有限元】分析骨架的構(gòu)造，包括四邊的長度、擺角及有限行程（2D圖形

14、分析）圖【水平約束長度】以一個基座為水平面高3米（P27），傾斜度為60，所展開四邊形變幅機構(gòu)其實現(xiàn)（水平延伸距離為6米）最短有效【最佳】變幅長度約為7.755米【對角線】。而機架的對邊和鄰邊之和（最佳有效）的投影長度應該為7.755-3.464/2=6.023（米）【垂直約束高度】在極限距離（7.5米）中 ，將【對角線】長度設定為極限長度7.5米，因為機架的鄰邊長度還沒有設定，將極限位置設定為變幅行程最后的一點，所以在三邊都齊全及有一個定位點的情況下確定了第四條邊的長度。如下圖：圖結(jié)合上述兩圖：骨架的有效伸縮長度為（從原點計算），約為1.282米（P20）,至5米（P19），而四邊形變幅所經(jīng)

15、過的長度約為1/4的圓周長度。以3D實體建模展示：圖上圖為機架移動到垂直高度最高點時的情況下圖為機架移動到水平極限位置圖圖三、簡易吊臂的手抓（爪子）結(jié)構(gòu) 3.1 夾具的設計機械結(jié)構(gòu)上有余下方式：預緊式手抓： 圖（三爪卡盤）夾持式：圖 （四爪手柄）本文主要通過以夾持方式的四抓夾具作為主要論述方式通過觀察上圖的手柄是通過運動結(jié)構(gòu)的死點進行特殊的固定持有物體的方式來設計的。本設計是通過三角形的移動軌跡來實現(xiàn)（約束）手持部分【長幅和短幅關(guān)節(jié)】的張開及收縮功能。3.2 夾具的運動性 如下圖2D圖形的圖上圖為長幅手臂（單邊）在伸張到最大臨界值情況：它在伸張水平跨度（長度）為： (P10+P17)*2=(1

16、131.37+750)*2=3762.74(mm) 垂直極限高度為：P16=931.371(mm)下圖為長幅手臂（單邊）最小臨界值（靜止）情況：圖思考：要如何才能從 過渡到（1） （2） 根據(jù)從本文開頭的伸縮缸及套筒的伸縮方法，可以通過改變?nèi)切蔚哪硹l邊的大小從而改變?nèi)切蔚狞c的軌跡。圖實現(xiàn)長度變化功能示意圖套筒的最短有效長度為：設 P1= P15 - P26 + 介質(zhì)（空氣）壓縮量=776-750+112.042=138.042（mm） P2= P14 - P27 + 介質(zhì) （空氣）壓縮量=1036.160 - 850 + 112.042 =298.202（mm） 注: 經(jīng)查表 空氣在4 M

17、pa時（常溫）空氣壓縮系數(shù)為0.5863以下通過3D圖形展示：圖圖2.2.為長幅夾具最大 (展開幅度)時圖圖2.2.為短幅夾具最大（展開幅度）時第四章 簡易吊臂實用性解決方案及應用 4.1 對物料架的裝夾基于下圖2.2.的設計圖從直觀上看：手抓適合裝夾物體外形類似接近 正方形 及 圓形 的工件如圖：圖圖 圖4.2 對載荷數(shù)量及體積分析根據(jù)上圖2.2.載荷的最大垂直高度為： P16=931.371(mm)最大水平【單邊】長度為： P10+P17=1131.37 +750=1881.37（mm） 適合放置在料架的物體如下圖規(guī)格為長52厘米，寬52厘米，高84厘米的洗衣機4臺（2X2）4.3 總結(jié)（本文）簡易吊臂 本文在機架的設計是純粹的數(shù)學模型，在實際的應用上需要通過某些關(guān)節(jié)特定的相互配合才能夠順利運動。 機架的邊長選用是較為困難的因為在四條外邊的配合和四邊形里面兩條對角線的約束，要使得功能得以實現(xiàn)又要滿足各邊的最大值（行程）約束，需要通過多次的調(diào)配邊長，用實際的幾個空間約束來描繪機架（有可能出現(xiàn)）大致的輪廓。 夾具方面：要解決一條線圍繞一個點來旋轉(zhuǎn)（圓的軌跡）的軌跡。如何才能夠過渡得到改變長度從而改變一個點的運動軌跡的概念的萌生。通過改變?nèi)切蔚倪呴L，從而改變?nèi)切螄@一個點旋轉(zhuǎn)的軌跡。致 謝本人自入學于江門職業(yè)技術(shù)學院至今，在這兩年的學習中，得到了老師（