目 錄 第 1 章 緒論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 第 1. 1 節(jié) 平衡吊的發(fā)展工程及優(yōu)點(diǎn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1. 1 平衡吊的發(fā)展過程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 1. 2 平衡吊的優(yōu)點(diǎn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 4 6 . 2節(jié) 平衡吊的分類及不足 7如需要圖紙等資料，聯(lián)系 研究成果的嚴(yán)肅態(tài)度以及向讀者提供有關(guān)信息的出處， 正文之后一般應(yīng)列出參考文獻(xiàn)表引文應(yīng)以原始文獻(xiàn)和手資料為原則。 所有引用別人的觀點(diǎn)或文字， 無論曾否發(fā)表， 無論是紙質(zhì)或電子版， 都必須注明出處或加以注釋。 凡轉(zhuǎn)引文獻(xiàn)資料， 應(yīng)如實(shí)說明。 對(duì)已有學(xué)術(shù)成果的介紹、評(píng)論、 引用和注釋， 應(yīng)力求客觀、 公允、 準(zhǔn)確。 偽注、 偽造、 篡改文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)等， 均屬學(xué)術(shù)不端行為致謝一項(xiàng)科研成果或技術(shù)創(chuàng)新, 往往不是獨(dú)自一人可以完成的, 還需要各方面的人力, 財(cái)力, 物力的支持和幫助. 因此, 在許多論文的末尾都列有致謝 1) 著錄參考文獻(xiàn)可以反映論文作者的科學(xué)態(tài)度和論文具有真實(shí)、 廣泛的科學(xué)依據(jù)， 也反映出該論文的起點(diǎn)和深度。 2) 著錄參考文獻(xiàn)能方便地把論文作者的成果與前人的成果區(qū)別開來。 3) 著錄參考文獻(xiàn)能起索引作用。 4) 著錄參考文獻(xiàn)有利于節(jié)省論文篇幅。 [01] Brown, H. D. Teaching by Principles: An Interactive Approach to Language Pedagogy[M]. Prentice Hall Regents, 1994. [02] Brown, J Set al. Situated Cognition and the Culture of Learning[J]. Educational Reasercher, 1, 1989. [03] Chris, Dede. The Evolution of Constructivist Learning Envi-ronments: Immersion in Distributed Virtual Worlds[J] . Ed-ucational Technology, Sept-Oct, 1995. 學(xué)位申請(qǐng)者如果能通過規(guī)定的課程考試， 而論文的審查和答辯合格， 那么就給予學(xué)位。 如果說學(xué)位申請(qǐng)者的課程考試通過了， 但論文在答辯時(shí)被評(píng)為不合格， 那么就不會(huì)授予他學(xué)位。 有資格申請(qǐng)學(xué)位并為申請(qǐng)學(xué)位所寫的那篇畢業(yè)論文就稱為學(xué)位論文， 學(xué)士學(xué)位論文。 學(xué)士學(xué) 位 論 文 既 如 需 要 圖 紙 等 資 料 ， 是學(xué)位論文又是畢業(yè)論文 聯(lián) 系 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn) VDC 001. 81、 CB 7713-87號(hào)文件給學(xué)術(shù)論文的定義為： 學(xué)術(shù)論文是某一學(xué)術(shù)課題在實(shí)驗(yàn)性、 理論性或觀測(cè)性上具有新的科學(xué)研究成果或創(chuàng)新見解的知識(shí)和科現(xiàn)象、 制定新理論的一種手段， 舊的科學(xué)理論就必然會(huì)不斷地為新理論推翻?！保ㄋ沟俜?梅森） 因此， 沒有創(chuàng)造性， 學(xué)術(shù)論文就沒有科學(xué)價(jià)值。 三、 創(chuàng)造性 學(xué)術(shù)論文在形式上是屬于議論文的， 但它與一般議論文不同， 它必須是有自己的理論系統(tǒng)的，不能只是材料的羅列， 應(yīng)對(duì)大量的事實(shí)、 材料進(jìn)行分析、 研究， 使感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)。一般來說， 學(xué)術(shù)論文具有論證色彩， 或具有論辯色彩。 論文的內(nèi)容必須符合歷史唯物主義和唯物辯證法， 符合“實(shí)事求是”、“有的放矢”、“既分析又綜合” 的科學(xué)研究方法。 一般普通刊物（省級(jí)、 ） 審核時(shí)間為一周， 高質(zhì)量的雜志， 審核時(shí)間為14-20天。 核心期刊審核時(shí)間一般為4個(gè)月， 須經(jīng)過初審、 復(fù)審、 終審三道程序。 3. 期刊的級(jí)別問題。 國家沒有對(duì)期刊進(jìn)行級(jí)別劃分。 但各單位一般根據(jù)期刊的主管單位的級(jí)別來對(duì)期刊劃為省級(jí)期刊和期刊。 省級(jí)期刊主管單位是省級(jí)單位。 期刊主管單位是國家部門或直屬部門。 如需要圖紙等資料， 聯(lián)系 1. 2. 1 平衡吊的分類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 2. 2 平衡吊的發(fā)展存在的不足 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 1. 3 節(jié) 平衡吊的構(gòu)造及其原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 3. 1 平衡吊的構(gòu)造 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1. 3. 2 平衡臂的平衡原理 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 9 10 10 15 第 2 章 平衡吊的方案確定 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 第 2. 1 節(jié) 平衡吊設(shè)計(jì)及計(jì)算方案 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 第 3 章 平衡吊的設(shè)計(jì)過程 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 第 3. 1 節(jié) 原型平衡臂的幾何分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 3. 2 節(jié) 桿系與立柱的受力分析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 2. 1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與作業(yè)位置編號(hào) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 2. 2 各桿件及立柱的與強(qiáng)度計(jì)算的截面尺寸確定 . . . . . . . 3. 2. 3 桿系的變形計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 24 24 29 36 第 3. 3 節(jié) 失衡分析及其補(bǔ)償 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 3. 1 平衡的條件及失衡種類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 3. 2 桿系自重失衡及其補(bǔ)償 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 3. 4 制造安裝誤差失衡 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 3. 5 電算應(yīng)用 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 3. 4 節(jié) 起重電機(jī)的選擇 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 第 3. 5 節(jié) 吊鉤的計(jì)算與校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 5. 1 吊鉤的種類和材料 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3. 5. 2 吊鉤的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 43 44 52 53 54 56 56 57 第 4 章 平衡吊設(shè)計(jì)時(shí)的注意事項(xiàng) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 總 結(jié) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 參考文獻(xiàn) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 英文原文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 中文譯文 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75 致 謝 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 第 1 章 緒論 第 1 .1 節(jié) 平衡吊的發(fā)展工程及優(yōu)點(diǎn) 1.1.1 平衡吊的發(fā)展過程 當(dāng)前國內(nèi)平街吊設(shè)計(jì)中存在的三大問題是總體設(shè)計(jì)解析化, 失衡補(bǔ)償及馭動(dòng)控制。 本文就前面兩個(gè)問題進(jìn)行論述。 首先, 推導(dǎo)出一套總體設(shè)計(jì)解析公式, 將總體設(shè)計(jì)從半經(jīng)驗(yàn)階段推進(jìn)到解析化階段, 為電算應(yīng)用開辟了道路。 其次, 作者找到的新補(bǔ)償機(jī)構(gòu)完全補(bǔ)償了桿系自重失衡。 第三, 時(shí)桿系變形失衡進(jìn)行了分析, 提出了補(bǔ)償辦法。 后, 襯電算應(yīng)用作了初步嘗試。 平衡吊是一種新型機(jī)械化吊運(yùn)設(shè)備。 它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 操作靈活、 制造方便、 高效率、 高精度等優(yōu)點(diǎn)。 六十年代末期它在日本歐美問世以來, 得到了大力發(fā)展。 我國從七四年首次設(shè)計(jì)試制成功臺(tái)平衡吊以來, 紛紛在各地推廣應(yīng)用。 足見其強(qiáng)勁的生命力。 平衡吊是一種車間內(nèi)的新型機(jī)械化吊運(yùn)工具。 對(duì)于中小批量多品種` 目 前, 平衡吊在我國鑄造車間內(nèi)正在開始使用, 國外已大力推廣應(yīng)用。 多品種、 小批量生產(chǎn)的中等重量物件的搬運(yùn)工作機(jī)械化, 是長(zhǎng)期以來存在的困難問題。 過去通常采用吊車和電動(dòng)葫蘆等搬運(yùn)設(shè)備, 但這種機(jī)械難以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線上機(jī)械化。 效率低, 不適于高精度操作, 同時(shí)動(dòng)作的方向性受到限制, 所以在很多情況下不能滿足生產(chǎn)的需要。 六十年代末, 國外開發(fā)了一種新型的起重工具一一平衡吊。 它是一種能按操作者的意愿進(jìn)行搬運(yùn)中等重量物件的人機(jī)式機(jī)械。 它的問世引起了一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家的重視, 特別是美國、 日本在平衡吊的研制和創(chuàng) 新方面有較高的水平, 現(xiàn)在已有完善的系列產(chǎn)品。 它們不但在國內(nèi)廣泛使用, 而且已經(jīng)遠(yuǎn)銷國外。 我國發(fā)展平衡吊比美、 日等國大約晚 5~6 年, 它首先出現(xiàn)在電機(jī)行業(yè)。 1974 年, 我院在參加華北地區(qū) 6 一 9 號(hào)電機(jī)行業(yè)技術(shù)改造工作中, 了 解到這類電機(jī)的主要零部件重量在幾十公斤到數(shù)百公斤之間, 產(chǎn)量在幾萬千瓦到三、 四十萬千瓦之間, 在機(jī)械加工中, 機(jī)床上下料和工序間搬運(yùn)工時(shí)約占每個(gè)工人全日工時(shí)的 20%以上。 一個(gè)工人每班的搬運(yùn)量約為 2 一 5 噸。 由于車間現(xiàn)有起重設(shè)備不夠靈便, 效率低, 有的工在機(jī)床上下料時(shí), 停工待運(yùn)的工時(shí)達(dá)力旺工時(shí)的 25%。 有的采用人工搬運(yùn), 不僅費(fèi)時(shí)不安全, 且有損工人健康。 因此, 在這種多品種小批量的加工生產(chǎn)線上, 工人迫切要求采用通用的機(jī)械化設(shè)備來代替笨重的手工搬運(yùn)工作。 為此, 我院和北京電機(jī)于 1974 年初聯(lián)合研制出了我國代平衡吊。 平衡吊問世才數(shù)年。 目前, 在國外已開始大力發(fā)展和推廣應(yīng)用在國內(nèi)已有起重量分別為 50 公斤、 100 公斤和 300 公斤的電動(dòng)平衡吊, 并初步形成一個(gè)系列。 一九七五年底, 我院與湘潭電機(jī)聯(lián)合試制成起重力100 公斤的輪式氣動(dòng)平衡吊, 傳動(dòng)平穩(wěn)、 平衡性能比較好, 已有不少工的鑄造車間正在開始試制。 平衡吊的出現(xiàn), 受到廣大工人的歡迎。 現(xiàn)在, 平衡吊已在全國推廣, 它的用戶除機(jī)械工外, 交通運(yùn)輸、 石化、 輕工等部門也在推廣使用。全國大約有 一 500 個(gè)單位在使用平衡吊。他們一般用于機(jī)床上下料、裝配流水線、 加工生產(chǎn)線、 成品裝箱、 砂箱合模、 倉庫中的物品裝卸等工作。 去年, 我國向東南亞某國出口小電機(jī)制造成套設(shè)備中也配了一定數(shù)量的平衡吊, 作為加工、 裝配、 試驗(yàn)等生產(chǎn)線上的吊裝工具。 近年來, 我院在平衡吊的結(jié)構(gòu)形式、 傳動(dòng)及其控制、 安裝使用等方 面進(jìn)行了 許多研究和設(shè)計(jì)工作, 搞丁系列設(shè)計(jì), 發(fā)展了 新品種, 并由專業(yè)制造進(jìn)行批量生產(chǎn)。 展望未來, 平衡吊作為難以機(jī)械化部門的省力化裝置, 是很有前途的。 1.1.2 平衡吊的優(yōu)點(diǎn) 1. 操作直觀性好。 平衡吊的手臂部分是按隨遇平衡原理設(shè)計(jì)的, 同時(shí), 吊鉤處的物件重量（吊重） 不破壞這種平衡狀態(tài)當(dāng)操作者把物件吊起到所需高度后, 就可以在水平面內(nèi)用手扶著隨意移動(dòng)。 移動(dòng)時(shí)僅需克服很小的滾動(dòng)磨擦阻力即可。 2. 操作平穩(wěn)。 由于其手臂剛性較好, 被吊起的物件在移動(dòng)過程中不會(huì)像吊車、 電葫蘆等那樣容易擺動(dòng)。 3. 操作簡(jiǎn)單。 使用者只要用手扶著物件, 按電鈕或轉(zhuǎn)動(dòng)手把, 就能使物件按照操作者所要求的方位和速度（變速型平衡吊） 在三維空間內(nèi)移動(dòng)。 無重力型平衡吊具有按操作者的意愿和手的感覺控制移動(dòng)物件快慢的性。 4. 操作吊起幾十公斤到幾百公斤的重物, 操作者只要使出 2 一 4 公斤的力就能像自己的手一樣自由移動(dòng)。 5. 安全性好。 平衡吊的傳動(dòng)系統(tǒng)中有過載保護(hù)裝置和安全裝置。 在遇到過載和突然停電、 停氣時(shí)能防止被吊物件下落。 6. 可附加各種吊具和機(jī)動(dòng)手爪機(jī)構(gòu), 提高吊裝效率。 7. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 造價(jià)低廉, 使用、 維護(hù)簡(jiǎn)單。 第 1 .2 節(jié) 平衡吊的分類及不足 1.2.1 平衡吊的分類 我國的平衡吊已初步形成系列產(chǎn)品。 按搬運(yùn)荷重分, 有 50、 100、300、 500 公斤平衡吊； 按整機(jī)配置結(jié)構(gòu)分, 有高型和矮型兩種結(jié)構(gòu)；按傳動(dòng)方式分, 有氣動(dòng)、 液動(dòng)和電動(dòng)按安裝方式分, 有地面固定式、 地上可移式和旋臂式。 目前生產(chǎn)的平衡吊的作業(yè)范圍為: 回轉(zhuǎn)半徑為 2500 一 3040 毫米； 升降行程為 1500 一 2000 毫米； 水平伸縮行程為 2000 一2200 毫米； 回轉(zhuǎn)角度為 340 一 350 度（SDB 一 200 型液壓隨動(dòng)臂和YPD 一 300 型液壓平衡吊可無限制旋轉(zhuǎn)) 。 標(biāo)準(zhǔn)型平衡吊適于固定場(chǎng)地使用。 國外產(chǎn)品的額定負(fù)荷從幾十公斤到一噸左右, 國內(nèi)產(chǎn)品目 前到 500 公斤。 使用頻度大致每小時(shí)在20 一 30 次左右（起重量小的動(dòng)作次數(shù)可適當(dāng)增加）。 另外, 平衡吊也可安裝在一個(gè)可繞立柱回轉(zhuǎn)的旋臂上, 既可公轉(zhuǎn)又可自轉(zhuǎn), 它可使動(dòng)作范圍擴(kuò)大一倍。 高型平衡吊, 如 PHD 一 50、 YWP 一 300、 QPD 一 100 型, 期特點(diǎn)是手臂傳動(dòng)部件一一頭架離地較高, 回轉(zhuǎn)時(shí)不影響地面的設(shè)備布置, 占地面積較小, 但要求房稍高（平衡吊手臂動(dòng)作時(shí)高度約 4 米）。 矮型平衡吊, 如 PHD 一 50、 YWP 一 100、 YPD 一 100A、 YPD 一 300、YPD 一 500 型等, 由于它的頭架離地較低所以調(diào)整和維修較方便, 對(duì)房的高度要求可低些, 同時(shí)整機(jī)重量也減輕很多。 但它在回轉(zhuǎn)時(shí), 重錘經(jīng)過的空間不能有障礙物, 所以它的占地面積要大些。 電動(dòng)平衡吊一般由交流電動(dòng)機(jī)經(jīng)減速器帶動(dòng)絲杠螺母付使手臂作 升降運(yùn)動(dòng), 采用安全離合器等作過載保護(hù), 靠絲掃螺母的自鎖性能可使被吊物件停留在任意位置。 一般為定速傳動(dòng), 由臂前（吊鉤附近） 按鈕控制升降和停止。 液壓平衡吊可分為三種： 1. 可調(diào)單速傳動(dòng)型, 即液壓(定速) 速度可調(diào)。 其工作速度可根據(jù)使用要求任意調(diào)整, 但在使用過程中是不能變速的。 升降和停止由臂前按鈕控制. 2. 有級(jí)變速傳動(dòng)型, 即液壓雙級(jí)速度(可調(diào)) 。 工作時(shí)有高低二檔速度, 其速度大小可預(yù)調(diào)到所需數(shù)值。 升降和停止由臂前按鈕控制。 3. 無級(jí)變速傳動(dòng)型, 如 YWP 一 100 型、 型、 YPD 一 100A 型平衡吊。YWP 一 100 型平衡吊由臂前手把的擺動(dòng)經(jīng)鋼絲繩機(jī)構(gòu)拉動(dòng)頭架內(nèi)的一個(gè)手動(dòng)比例換向閥實(shí)現(xiàn)變速和換向。 YPD 一 100A 型和 YPD 一 300 型均為純動(dòng)油壓比例控制。 前者為單坐標(biāo)(升降) 控制。 后者為雙坐標(biāo)升降和水平伸縮控制, 由臂前單手把操作一個(gè)手動(dòng)控制器, 先導(dǎo)油壓控制一個(gè)液控比例換向閥, 實(shí)現(xiàn)變速和換向。 液壓平衡吊的油流經(jīng)過液控單向閥后再進(jìn)入油缸, 所以在突然停電等情況下, 能使被吊起的物件停留在任意位置, 保證操作時(shí)的安全。 另外還有一種無級(jí)變速型氣動(dòng)平衡吊, 如 QPD 一 100 型平衡吊。 在上述基本系列的基礎(chǔ)上, 又發(fā)展了平衡臂型的操作臂和機(jī)械手。SDB 一 200 型隨動(dòng)臂是一種平衡臂型的操作臂。 液壓傳動(dòng), 純（動(dòng)） 油壓比例控制, 用單手把在臂前進(jìn)行操作, 可以實(shí)現(xiàn)任意方向的無級(jí)變速和微小距離的點(diǎn)動(dòng), 提高了控制性能。 手部（爪具） 裝置可根據(jù)實(shí)際使用要求進(jìn)行更換。 它適于軸類零件的上下料工作。 PBJS 一 120 型通用機(jī)械手為平衡臂型機(jī)械手, 其額定負(fù)荷為公斤, 重復(fù)定位精度達(dá)士 2 毫米。 它在地面物直上自動(dòng)行走, 可為數(shù)臺(tái)機(jī)床上下料服務(wù)。 該機(jī)械手為液壓傳動(dòng), 可變程序順控器控制, 多點(diǎn)可調(diào)擋鐵定位。 是一種造價(jià)低廉的特重負(fù)荷工業(yè)機(jī)器人。 1.2.2 平衡吊的發(fā)展存在的不足 由于我國發(fā)展平衡吊的時(shí)間還不長(zhǎng), 作為產(chǎn)品生產(chǎn)只有七年的歷史, 所以在某些方面與美、 日等潑達(dá)國家相比還有如下差距： （1） 產(chǎn)品系列還不夠完善 規(guī)格和品種較少, 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)通用化、 標(biāo)準(zhǔn)化程度低。 目前產(chǎn)品多為地面固定型, 對(duì)于一些特殊用戶還不能滿足。 （2） 傳動(dòng)控制性能不夠理想 目 前, 我國生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)型電動(dòng)平衡吊的升降速度為定速傳動(dòng), 為避免起停時(shí)由慣性引起的振動(dòng), 速度都較低, 只能用于一般上下料工作。 氣動(dòng)和液壓平衡吊可以實(shí)現(xiàn)有級(jí)或無級(jí)變速, 可達(dá)到平穩(wěn)地起動(dòng)和停止以及較高的移動(dòng)速度, 但因控制元件性能不夠理想, 故其控制性能有待進(jìn)一步提高。 YPD 一 300 型液壓平衡吊和 SDB 一 200 型隨動(dòng)臂為隨動(dòng)控制, 適于較的吊裝工作, 并可在手部安裝手爪等抓取機(jī)構(gòu), 但目前能在制造定購到的只有 YPD 一 300 型一種。 第 1. 3 節(jié) 平衡吊的構(gòu)造及其原理 1.3.1 平衡吊的構(gòu)造 1） 立柱 立柱用以支承平衡吊回轉(zhuǎn)部分及額定起吊零件的重量， 所以要求有足夠的剛度。 立柱的結(jié)構(gòu)一般選用大口徑無縫鋼管與連接盤、 加強(qiáng)筋、底盤等連接焊接而成。 焊后要進(jìn)行退火處理。 規(guī)格（公斤） 50 100 300 外徑 D 168 194 245 壁厚 ? 8 10 14 立柱如改用鑄鐵件， 壁厚可取焊接件的 1. 3~1. 5 倍， 材料以 HT30~54灰鑄鐵為宜。 2） 回轉(zhuǎn)減速箱 回轉(zhuǎn)減速箱由大皮帶輪、 極限力矩聯(lián)軸節(jié)、 小軸、 小齒輪、 內(nèi)齒輪、絲杠、 絲母、 絲母支架、 箱體以及回轉(zhuǎn)座等零件組成。 回轉(zhuǎn)減速箱與電動(dòng)機(jī)、 電源控制箱及平衡臂相連接。 在保證彈簧質(zhì)量的情況下， 為使平衡吊在空載時(shí)得到更好的平衡效果， 應(yīng)在絲母支架的上端裝一個(gè)可上下調(diào)整的調(diào)整塊， 以調(diào)節(jié)彈簧的拉力。 3） 平衡臂 平衡臂按用途不同， 有 A、 B 兩種結(jié)構(gòu)型式。 （1） A 型平衡臂 A 型平衡臂由大橫臂、 小橫臂、 起重臂、 支撐臂、 滾輪、 手柄支座、吊鉤架和吊鉤等零件組成。 大橫臂和小橫臂用鐵板壓彎后對(duì)焊成空心桿件， 其斷面呈長(zhǎng)方形。橫臂的兩端焊有鉸連接頭。 起重臂為一上端大、 下端小、 其斷面為長(zhǎng)方形的空心桿件， 上端與大橫臂、 小橫臂相鉸接， 下端與手柄支座焊成一體。 手柄支座上裝有旋轉(zhuǎn)手柄開關(guān)（用于交流無級(jí)調(diào)速） 或按鈕開關(guān)，支座內(nèi)有接線板， 導(dǎo)線由起重臂和大橫臂中通過并接入電源控制箱， 手柄支座的下面有吊鉤架和吊鉤。 吊鉤與吊鉤架連接。 A 型平衡臂于一般場(chǎng)地作起身重量、搬運(yùn)零件或供機(jī)床上下料使用。 (2) B 型平衡臂 B 型平衡臂由大橫臂、 小橫臂、 起重臂、 支承臂、 滾輪、 橫桿、 三角板、 立桿、 連接板、 和手柄支座組成。 箱體上有兩個(gè)垂直導(dǎo)向槽和兩個(gè)水平導(dǎo)向槽。 垂直導(dǎo)向槽 A 面承受平衡臂的拉力， 水平導(dǎo)向槽 B 面承受平衡臂的壓力。 為了使平衡臂在工作中具有良好的性能。 所有對(duì)導(dǎo)向槽有如下的要求： (1) 導(dǎo)向槽必須具有一定的強(qiáng)度、 硬度和光潔度； (2) 垂直導(dǎo)向槽和水平導(dǎo)向槽要相互垂直， 不垂直度超過 0. 05 米； (3) 兩個(gè)垂直導(dǎo)向槽的 A 面和兩個(gè)水平導(dǎo)向槽的 B 面分別都應(yīng)有同一共面， 其不共面不超過 0. 025 毫米； (4) 箱體和回轉(zhuǎn)座組裝后， 箱體上水平導(dǎo)向槽的 B 面與回轉(zhuǎn)座底平 面 C 應(yīng)相互平行， 其不平行面不超過 300015. 0毫米。 絲杠和絲母的配合不必要求過高。 平衡臂在工作中使負(fù)載通過絲母支架上的滾輪作用在垂直在導(dǎo)向槽的 A 面上， 應(yīng)保證不使用絲杠承受任何方向的徑向力， 否則會(huì)發(fā)出噪音或局部磨損而影響壽命。 為了防止平衡吊超負(fù)荷， 在傳動(dòng)系統(tǒng)中需安裝極限力矩聯(lián)軸節(jié)。 大皮帶輪， 以動(dòng)配合裝在小軸上。 摩擦錐體用鍵與小軸連接， 但能在小軸上作軸向移動(dòng)。 壓力彈簧的壓力大小， 靠調(diào)壓螺母來調(diào)整。 動(dòng)力的傳遞是通過壓力彈簧將摩擦錐體壓緊在大皮帶輪的錐面上， 靠摩擦力矩將動(dòng)力由大皮帶輪傳遞到小軸上。 當(dāng)起吊重量超過額定負(fù)載時(shí)， 摩擦面就會(huì)打滑， 保證平衡吊各零件不致?lián)p壞， 起到安全保護(hù)作用。 同時(shí)也能使平衡吊的起升和停車比較平穩(wěn)。 但是應(yīng)該注意， 在使用中不可將壓力彈簧調(diào)的過緊， 否則將失去作用。 如果平衡吊與某種專用機(jī)床配套使用時(shí)， （被加工零件的配料重量不超過平衡吊的額定起吊重量）， 從結(jié)構(gòu)上講， 安全保護(hù)裝置可以省略。 車間的電源是經(jīng)滑環(huán)集電器連接電源控制箱的。 滑環(huán)集電器的結(jié)構(gòu)。 滑環(huán)集電器的滑環(huán)固定在不旋轉(zhuǎn)的回轉(zhuǎn)座上， 電源導(dǎo)線從立柱的底部引入， 通過回轉(zhuǎn)座的中心孔接在滑環(huán)上。 電刷和電刷支架固定在可作旋轉(zhuǎn)的箱體上。 電刷用導(dǎo)線接入電源控制箱。 為了防止導(dǎo)線脫落， 在電刷支架上有線夾將導(dǎo)線夾緊。 電刷靠彈簧片的壓力與滑環(huán)接觸， 這樣不管平衡臂旋轉(zhuǎn)到任何位置時(shí)， 其電路總是接通的。 4） 彈簧 拉簧是平衡吊的關(guān)鍵零件之一。 拉簧的一端固定在絲母支架的調(diào)整塊上， 另一端與平衡臂相連接。萬向滾珠 拉簧的作用是在空載情況下使用平衡臂在其作業(yè)范圍內(nèi)的任意一位置時(shí)都能保證靜止不動(dòng)。 拉簧力量大小的確定， 要使平衡臂和手柄等零件本身自重得到平衡為準(zhǔn)， 處在被拉簧拉緊的位置， 使平衡臂的之臂垂直向下。 如果拉簧的拉力過小， 拉簧就處在被平衡臂和手柄等重量的拉伸狀態(tài)， 使平衡臂的力立臂向立柱方向滑動(dòng)。 連接板上端分別與起重臂、 立桿相鉸接。 立桿平行于起重臂， 通過三角板與橫桿相連。 橫桿平行于大橫臂， 并與大橫臂、 絲母支架相鉸接，組成兩個(gè)平行四邊形， 所以 B 型平衡臂能夠保證起升的零部件與地面作水平移動(dòng)。 手柄支座的下平面可以裝置各種專用夾具。萬向滾珠 夾具能隨手柄支座回轉(zhuǎn)0350 。 B 型平衡臂用于給機(jī)床起身帶有孔或帶有止口而需要入胎加工的零件， 也可以用于產(chǎn)品的組裝。 平 衡 臂 的 鉸 接 點(diǎn) 和 滾 輪 內(nèi) 都 裝 有 滾 動(dòng) 軸 承 （ GB276-64 ） 或（GB283-64） 電動(dòng)機(jī)的正、 反轉(zhuǎn)， 使絲母支架帶動(dòng)平衡臂起升或下降。如果兩者同時(shí)進(jìn)行， 則合成斜線運(yùn)動(dòng)及回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)， 所以操作比較靈活。 5） 手柄 手柄起推拉起重臂作用， 使起升的零件能作水平移動(dòng)。 為了同時(shí)能使零件作起升或下降運(yùn)動(dòng)， 所以把控制電動(dòng)機(jī)正、 反轉(zhuǎn)的按鈕和手柄都安裝在手柄支座的面板上， 使操作者只需要用一手就可完成上述動(dòng)作，而另一手只起掛吊鉤、 使零件擺正方位、 對(duì)準(zhǔn)止口等輔助作用。 在特殊用途的情況下， 可將手柄接長(zhǎng)， 其控制電動(dòng)機(jī)的按鈕則裝在手柄上。 平衡吊的結(jié)構(gòu)示意圖見圖 1 . 1.立柱 2.減速箱 3.橫桿 4.大橫臂 2.5.小橫臂 6.小橫臂 7.夾具 圖 1.1 平衡吊結(jié)構(gòu)示意圖 平衡吊是使掛在其吊鉤上的被搬運(yùn)物體, 在手的扶助下隨意搬運(yùn)的一吊運(yùn)裝置。 在操作時(shí), 手不必克服物體的重力, 一般來說手只要用幾公斤的力, 便可在水平方向任意搬動(dòng)數(shù)十公斤乃至數(shù)百公斤重的被搬運(yùn)物體, 而在垂直方向是靠手技電鈕或旋轉(zhuǎn)手把開關(guān)操縱電動(dòng)機(jī)實(shí)現(xiàn)升降。 桿系自重平衡裝置一般用彈簧或重錘; 驅(qū)動(dòng)裝置用電動(dòng)、 氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)。 平衡臂基本上是運(yùn)用比例放大尺的原理構(gòu)成的連桿機(jī)構(gòu)。 其主要形式有兩種： 一是如圖 2 所示的由四根必不可少的基本桿系組成的平衡臂, 稱為原型平衡臂； 二是如圖所示的除基本桿系外還加兩根平行連桿及一塊連接板組成附加桿系構(gòu)成的平衡臂, 稱為通用型平衡臂。 通用型平衡臂中的平行連桿作用是使處于操縱盒下面的吊重, 不 管臂處于何種傾斜狀態(tài), 都始終保持其與地面平行移動(dòng)的性能, 并可使吊重懸吊于 CC桿間及 C1C 產(chǎn)桿延長(zhǎng)線的任何一點(diǎn)而不破壞力系的平衡。因此, 必要時(shí)可接長(zhǎng)手腕, 裝置各種專用夾具, 發(fā)展成機(jī)械手。 桿系之間都是使用滾珠軸承鉸接。 A、 B 兩點(diǎn)或 A、1A 、 三點(diǎn)分別置于垂直槽和水平槽內(nèi)運(yùn)動(dòng), 點(diǎn)的吊重跟隨 A、 B 點(diǎn)或 A、1A 、 B 點(diǎn)作垂直升降或水平移動(dòng)。 由一個(gè)人在臂的前端(圖中 C 點(diǎn)) 進(jìn)行操作。 所謂平衡, 是指桿件的長(zhǎng)度按 H/h=L/l=m 的一定比例條件下, 以一定的力 P=mW 加于 A 點(diǎn), 就與 C 點(diǎn)的吊重 W, 在整個(gè)桿系中處于平衡狀態(tài)。 在水平槽內(nèi)的支點(diǎn)跟隨 C 點(diǎn)水平移動(dòng)時(shí), 達(dá)到隨遇平衡。 所以, 欲使吊重作水平移動(dòng), 操作者只需握住操作手把, 用手輕輕推拉即可, 而且沒有重力感覺。 4. 吊重的垂直升降， 是靠 C 點(diǎn)的操縱手柄或按鈕操縱驅(qū)動(dòng)裝置， 帶動(dòng)平衡臂的一段的 A 點(diǎn)或 A1 點(diǎn)， 在在垂直槽內(nèi)上下移動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的。 整個(gè)平衡臂圍繞立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)靠手動(dòng)。 電機(jī)帶動(dòng)的升降和手的輕推可以同時(shí)進(jìn)行, 合成斜線運(yùn)動(dòng)或空間運(yùn)動(dòng)。 操作靈活, 直觀性好。 桿系自重的存在, 破壞了力系的平衡, 產(chǎn)生不利的影響。 因此, 必須采取適當(dāng)措施, 如: 用彈簧或重錘等方法消除桿系自重的影響, 解決桿系自重的平衡問題。 平衡臂的前端可裝置各種形式的吊具或?qū)Ｓ脢A具。 平衡臂也可安裝在多種形式的支承裝置上, 以適應(yīng)不同的要求。 1.3.2 平衡臂的平衡原理 1） 原型平衡臂只能裝置吊鉤而不能接長(zhǎng)手腕, 所以只有特殊受力 狀態(tài)。 原型平衡臂的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 9 所示 圖 1. 2 原型平衡臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 構(gòu)件 I 、 II、 III. IV 系桿件, IV 可為滾輪或滑塊, 其彼此鉸接。構(gòu)件 IV借驅(qū)動(dòng)裝置外力, 可以在垂直導(dǎo)向槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng); 構(gòu)件V 在水平外力的作用下, 可在水平導(dǎo)向槽內(nèi)平移。 研究平衡原理的目的, 在于導(dǎo)求一個(gè)平衡條件。 在該條件下, 構(gòu)件V 在其運(yùn)動(dòng)區(qū)間內(nèi)的任意位置上均不致因吊重重力 G 的作用而自行產(chǎn)生平移。 計(jì)算證明, 平衡方程不包含變量??和， 僅與常量 H、 h、 L、 l 有關(guān)。因此, 平衡臂理論上具備隨遇平衡的性質(zhì)。 所以稱為理論上的隨遇平衡, 是由于在分析的過程中, 采用如下的假設(shè)桿件無自重, 各運(yùn)動(dòng)副無摩擦, 桿件受力后無變形, 無制造安裝誤差。 這些假設(shè)為平衡原理推導(dǎo)所必須, 但又與客觀實(shí)際相矛盾, 所以必須逐個(gè)解決。 摩擦對(duì)平衡性能的影響具有兩重性, 但為使操作輕便, 故要求將各運(yùn)動(dòng)副滾動(dòng)化桿件變 形量在剛度計(jì)算中加以控制, 制造安裝時(shí), 確保桿件長(zhǎng)度比值相等乃是關(guān)鍵至于桿系自重對(duì)平衡性能的破壞, 則只有外加平衡裝置才能消除。 在實(shí)際推導(dǎo)中, 不必研究件V , 而是直接將其取為平衡體, 導(dǎo)出LH?。由此式得結(jié)論平衡方程式表明, 務(wù)必使水平擺臂件平衡條件式lhI 、 垂直擺臂件 II 的臂長(zhǎng)合比之比值相等, 平衡臂的平衡性能才有保證。 2） 通用型平衡臂在一般受力狀態(tài)下的平衡原理 通用型平衡臂的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖 10 所示。 圖 1. 3 通用型平衡臂機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 構(gòu)件VII 除桿 AB 外, 還剛性地接入 C 桿。 重物 G 懸于桿之 C 端點(diǎn), 其作用線與桿 AB 的交點(diǎn), 即可能在線段 AB 上, 又可能在 AB 的延長(zhǎng)線上。萬向滾珠該受力狀態(tài)具有普遍性, 因?yàn)橹T如將重物 G 直接懸于 AB 桿之 A 點(diǎn), 或像通常那樣將重物 G 懸于 AB 桿之中點(diǎn)等, 這些僅僅是其中的一些特例。 通用型自由平衡臂既可有特殊受力狀態(tài), 也可有一般受力狀態(tài)。 即既可裝置吊鉤, 也可接長(zhǎng)手腕裝置各種夾具。 計(jì)算證明, 通用型平衡臂的平衡條件與原型平衡臂的平衡條件相同, 即lLhH?。 其具體證明過程從略。 第 2 章 平衡吊的方案確定 第 2.1 節(jié) 平衡吊設(shè)計(jì)及計(jì)算方案 平衡方程lLhH?為平衡臂的根本原理, 試驗(yàn)與實(shí)踐均已證明, 凡臂一長(zhǎng)比例違背平衡方程的桿件組合不能成為平衡臂, 這一點(diǎn)應(yīng)特別注意。 根據(jù)初步摸索, 原型平衡吊的關(guān)健部分一平衡臂的設(shè)計(jì)程序大致如下： 1. 首先進(jìn)行幾何設(shè)計(jì), 繪制“ 原型平衡臂總布局圖”； 2. 根據(jù)總布局圖提供的參數(shù), 計(jì)算鉸鏈?zhǔn)芰? 按靜負(fù)荷能力選取鉸鏈軸承, 通過結(jié)構(gòu)化, 桿體中心線極限間距, 初步確定接頭和桿體外形尺寸； 將此外形尺寸與1t 和2t 比較, 務(wù)使桿件間留有的空隙不小于10 毫米, 否則應(yīng)重新作幾何設(shè)計(jì)； 3. 根據(jù)初步確定的桿件外形尺寸, 選取相應(yīng)的型材, 求出斷面諸參數(shù), 并進(jìn)行構(gòu)件強(qiáng)度、 剛度核算； 4. 各桿件確定后, 根據(jù)桿、 鉸鏈軸承和接頭等結(jié)構(gòu), 準(zhǔn)確地計(jì)算（或?qū)崪y(cè)法稱重） 每一段臂的重心位置和重量通過計(jì)算公式（29） 算出折合在桿 II的自重總作用恒力下, 也可直接用實(shí)測(cè)法測(cè)出 F 的大小; 5. 根據(jù)自重作用恒力F的大小, 計(jì)算出桿系自重平衡所需重錘的重量大小及位置; 如在設(shè)計(jì)計(jì)算過程中, 應(yīng)用的某些參數(shù), 設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際使用條件酌情而定, 下面提供一些數(shù)據(jù)供設(shè)計(jì)時(shí)參考: 1. 臂長(zhǎng)比值 m 臂長(zhǎng)比m=lLhH?, 其尺寸H. h. L. l 以便于制造為原則， 故M 不一定取整數(shù)。 薦用范圍m=5-10, 取較大值時(shí)各臂的受力情況較為不利, 只宜在輕負(fù)荷時(shí)采用取較小值時(shí)結(jié)構(gòu)尺寸變大, 但受力狀況有所改善, 宜在重負(fù)荷時(shí)采用。 這一原則能使整體結(jié)構(gòu)勻稱。 2.21,??值 21?? 和。 值增加, 使水平擺臂主桿部分受力狀況有所惡化, 但對(duì)水平擺臂的接頭部分及其余構(gòu)件的受力狀況卻有顯普改善。。 和。 值隨H. h. L. l 值增加而增加, 所以對(duì)剛度計(jì)算及總體緊湊性有一定程度的不利影響, 應(yīng)取適當(dāng)數(shù)值。 特別應(yīng)該注意的是切忌取過小值, 因?yàn)榇藭r(shí)函數(shù)呈明顯的“ 正切” 狀態(tài), 桿件在某些位置受力狀況將急劇惡化。對(duì)于平衡吊宜取03020???對(duì)用作機(jī)械手的平衡臂020?? 上限不限。 3. ? ? ? ?值和 ?? 在實(shí)用上, 桿件強(qiáng)度往往不是主要矛盾, 一般設(shè)計(jì)時(shí)均能滿足要 求。 許用相對(duì)撓度〔入〕 與驅(qū)動(dòng)方式、 桿件結(jié)構(gòu)、 使用要求、 負(fù)荷大小等多種因素有關(guān)。 ? ? ? 太小, 桿件的變形量增加, 甚至?xí)a(chǎn)生變形太大, 而使臂長(zhǎng)比變化, 即 lh剛性增大, 從使用性能來看當(dāng)然是好的, 但會(huì)導(dǎo)致桿件變粗, 自重增LH? 直接影響桿系的平衡； ? ? ? 值加大, 桿系大, 結(jié)構(gòu)苯重, 影響整個(gè)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性。 對(duì)于平衡吊 ? ? ?確定后的方案示意圖如 2. 1 所示。 3001?對(duì)于作機(jī)械手的平衡臂? ? ? 為5001?宜。 其 第 3 章 平衡吊的設(shè)計(jì)過程 第 3. 1 節(jié) 原型平衡臂的幾何分析 原型平衡臂的參數(shù)確定 L? 條件：mhHl? (3-1) 水平導(dǎo)向槽移動(dòng)距離：ms?? (3-2) 垂直導(dǎo)向槽移動(dòng)距離1??mzz (3-3) 為了 迅速而合理地決定出平衡臂的布局, 可以從若干不同的出發(fā)點(diǎn)進(jìn)行分析。 如僅以結(jié)構(gòu)緊湊為目的, 可定平衡臂在方框圖的兩個(gè)極限位置擺臂夾角等值, 即21?? ? 經(jīng)推導(dǎo)有關(guān)系式： 2. 假定以結(jié)構(gòu)緊湊為目的， 必須02145???? ??????????????????2??ZKZKmmrrSLH 得：????2????????????????LHrrSmmZZK (3-4) 當(dāng) L=H 時(shí)， 則有： ????2???????????????HrrSmmZZK (3-5) 式(3) 、 (4) 表示桿長(zhǎng) H、 L 與值的關(guān)系, H、 L 增加, 值也隨之增加。 與此相對(duì)應(yīng), 夾角1? 、2 ? 桿件間距 ?? ?,t?222111sin1sin1??????ttt 值均增加。 根據(jù)使用要求決定了與作業(yè)區(qū)方框圖有關(guān)的諸參數(shù)后, 應(yīng)預(yù)選 H、L 值, 將其代入式(3) 或式(4) 〔求出參數(shù) K。 即可繪制原型平衡臂總布局圖, 該圖提供了鉸接軸承負(fù)荷, 桿件強(qiáng)度和剛度計(jì)算中所必須的? 、? 值, 校核構(gòu)件結(jié)構(gòu)裝配后是否相碰的間短1t 、2t 值, 以及有關(guān)標(biāo)高尺寸等參數(shù)。 計(jì)算所得的 K 值, 往往不是整數(shù)。 此時(shí)按偏小的原則, 將其圓整為整數(shù)。 對(duì)于一個(gè)新的方框圖, 在缺乏資料和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的情況下, 要預(yù)選 H、 L 值往往并不容易。 此時(shí), 令 K=0, 將(4) 式變成: 00LH ?=????22222121rrSZmm????? (3-6) 平衡臂的杠桿比有 1： 5 ， 1: 6, 1: 7. 5 1: 10 . 其中杠桿比 1： 6為標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格。 如果加大杠桿比， 則作業(yè)范圍可擴(kuò)大， 但起身重量相 應(yīng)的減少。 選擇杠桿比為標(biāo)準(zhǔn)杠桿比為 m = 6 K = 0 時(shí)， Z = 1. 7m , S = 1. 5m , r = 0. 5m . = ????22222121rrSZmm????? (3-7) = ?5 . 1?2225 . 0?5 . 0?7 . 1?253621? =0. 8367 ? k s ?作業(yè)區(qū)方框圖大致有三種類型 1? z1. 近似正方形 ??ZS ??即, 這是常見的情形。 此時(shí)應(yīng)采用式(4) , 并取L = H, 便于制造; 2. 扁矩形 ??ZS ??即應(yīng)采用式(3) , 并取 L H, 以免出現(xiàn)maxmax????的情況。 3. 高 矩 形 ??ZS ??即 應(yīng) 采 用 式 (3) , 并 取 L H, 以 免 出 現(xiàn) 。maxmax????情況。 根據(jù)計(jì)算結(jié)果， 作業(yè)區(qū)近似正方形。 第 3.2 節(jié) 桿系與立柱的受力分析 3.2.1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與作業(yè)位置編號(hào) 圖 3.1 平衡臂的示意圖 1.受力分析 桿系各桿件以及立柱的受力分析是桿系設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)， 個(gè)桿件及立柱的截面系依強(qiáng)度條件及穩(wěn)定條件確定的， 需知個(gè)桿件及立柱的的位置及以及受力的大小系統(tǒng)的剛度指標(biāo)以 F 點(diǎn)撓度來表示， 而想計(jì)算Fmax 也應(yīng)該知道各種桿件及力柱所受到的力。 此外根據(jù)以往平衡吊的使用經(jīng)驗(yàn)證明系統(tǒng)的變形將對(duì)平衡吊在吊重狀態(tài)下的平衡產(chǎn)生相當(dāng)大的影響， 即使機(jī)構(gòu)失去平衡并產(chǎn)生嚴(yán)重的滑行。 如果想解決這個(gè)問題就應(yīng)綜合研究系統(tǒng)在整個(gè)作業(yè)區(qū)內(nèi)在吊重 G 的作用下所產(chǎn)生變形的變化規(guī)律， 并采取適當(dāng)?shù)拇胧?以期消除變形對(duì)平衡的不良影響， 有這些問題的解決， 以系統(tǒng)在各個(gè)位置下的受力分析作為基礎(chǔ)的。 采用圖解法求桿件及立柱所承受的內(nèi)力， 計(jì)算時(shí)忽略各自 重的影響， 忽略系統(tǒng)變形對(duì)受力的影響。 在圖紙上以適當(dāng)?shù)谋壤⒏鶕?jù) F 點(diǎn)在作業(yè)區(qū)內(nèi)所處的不同位置繪出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 在 F 點(diǎn)作用吊重 G=300kg 然后用圖解靜力學(xué)方法計(jì)算個(gè)桿件所承受的內(nèi)力， 現(xiàn)將具體步驟簡(jiǎn)述如下： 其計(jì)算公式中的符號(hào)含義是： ??拉（壓） 應(yīng)力(Mpa) ? ???F?計(jì)算截面面積??W計(jì)算截面模數(shù)??J桿件主桿截面的軸慣性矩??P 包括吊具在內(nèi)吊重名義重量及其慣性力之總和(公斤) 材料拉（壓） 許用應(yīng)力(Mpa) ?22厘米 ?厘米 ?2厘米 m?桿長(zhǎng)合比比值 E?材料彈性模數(shù)(Gpa) maxY?撓度（厘米） max??相對(duì)撓度（厘米） ? ???L,H?桿件總長(zhǎng)度（厘米） 許用撓度（厘米） L， h?桿件分段長(zhǎng)度（厘米） ???,桿件擺角（度） z?計(jì)算截面至參考截面距離（厘米） Z?計(jì)算截面代號(hào)。面代 號(hào)。 1） Ⅰ 桿受力分析 Ⅰ 桿為三力構(gòu)件在 F 點(diǎn)作用由吊重 G； E 點(diǎn)作用有Ⅲ桿對(duì)Ⅰ 桿作用力 TE； 在 D 點(diǎn)作用Ⅱ 桿對(duì)Ⅰ 桿作用力 TD,因Ⅲ桿為二力桿故 TE 的作用方向已知， 應(yīng)在 Ee 的延長(zhǎng)線上， 根據(jù)三力匯交原理可得 G、 TE、TD 三力的匯交點(diǎn)“k”。 連接 kD,則可得 TD 的作用方向。 在 kD、 kE 兩直線之間連接一鉛垂線段 ab， 按照適當(dāng)?shù)谋壤筧b=300kg,便可得以力三角形△kab,于是 ka=[TD]， kb=[TE],故可求得 TE與 TD 兩個(gè)力。 為了進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算， 還應(yīng)知道桿件所受到的內(nèi)力。 將 G 往 DEF 直線投影得 Fa 線段， Fa 即為Ⅰ 桿件的 EF 段所承受的拉力 NEF。 即 NEF=Fa。 將 TD 往 DEF 直線投影得 jr,jr 為Ⅰ 桿件 DE 段所承受的拉[壓]力NDE， 即 NDE=jr 測(cè)量 E、 F 兩點(diǎn)之間的水平距離 l1,并以 G=300kg 乘之， 得到Ⅰ 桿的 E 點(diǎn)所承受的彎矩 ME， 即 ME=300* l1（kg*cm）。 2） Ⅱ 桿的受力分析 圖 3.2 圖 3.2 受力分析示意圖 Ⅱ 桿為三力構(gòu)件， 在 D 點(diǎn)作用有Ⅰ 桿對(duì)Ⅱ 桿的作用力 TD=-TD； 在 A點(diǎn)作用有螺母對(duì)Ⅱ 桿的約束反力 RA， 方向永遠(yuǎn)朝下， 且[RA] =（m-1）GDm 為桿系的倍比。（本設(shè)計(jì) m=1890/310=6） ; 在 B 點(diǎn)作用有Ⅳ桿對(duì)Ⅱ 桿的作用力 TB， 因Ⅳ桿為二力桿故 TB 的作用方向也是已知的， 應(yīng)在 BC連線上。 根據(jù)三力匯交原理， 此三力匯交在“h” 點(diǎn)。 因 RA 的方向也是已知的， 為鉛垂方向， 故 h 點(diǎn)必須在 A 點(diǎn)所做的鉛垂線上。 根據(jù)這個(gè)道理可利用這個(gè)條件來檢驗(yàn)作圖的準(zhǔn)確性。 按照一定的比例在 kDh 與 hBc 兩線kg, 則 可 得 一 力 三 角 形 △ hmn, hn=[TB], km=[T D]=[TD], mn=[RA]。 故 TD 的大小在Ⅰ 桿的受力分析中求得， 在這里重 復(fù)出現(xiàn)， 因而可利用這個(gè)條件來檢驗(yàn)作圖的準(zhǔn)確性。 將 mn 往 ABD 直線上投影 kq , kq 即為Ⅱ桿在 AB 段所受的拉力（或壓力） NBD 即 NBD=kq。 測(cè)量 AB 兩點(diǎn)之間的水平距離 l2， 并以[RA]=(m-1) G=1500kg 乘之，便的Ⅱ 桿 B 點(diǎn)所承受的彎矩 MB， 即 MB=1500*l2(kgcm) 。 因 AB 兩點(diǎn)之間距離較小， 而 RA 又較大， 故若直接測(cè)量 l2 誤差較大， 為此本設(shè)計(jì)中是采用測(cè)量 角的方法來計(jì)算 MB。 MB=[RA]*AB*cos =46500 cos （kgcm）。 3） Ⅲ桿的受力分析 Ⅲ桿為二力桿， 其所受到的內(nèi)力 NEC=-TE 可能是壓力（當(dāng) 90o時(shí)） 也可能是拉力（當(dāng) 90 4） Ⅳ桿的受力分析 o時(shí)）。 Ⅳ桿是二力桿其所受的內(nèi)力 NBC=-TB， 永遠(yuǎn)是壓力。 5） 立柱的受力分析 立柱承受的有軸向力， 軸向力 Nl=G+G 自重，（G 自重桿系的重 量因此力對(duì)強(qiáng)度變形影響極小， 故本設(shè)計(jì)中忽略不計(jì)。 立柱還承受有沿整個(gè)高度均勻分布的彎矩 Ml=G*（x-a） 由圖 1， x 為 F 到 A 點(diǎn)的水平距離。 a 為 A 點(diǎn)到立柱中心線的水平距離。 Ml 僅于 F 點(diǎn)的水平位置有關(guān)， 而與 F 點(diǎn)的垂直位置無關(guān)。 Ⅰ 桿、 Ⅱ 桿、 Ⅲ桿、 Ⅳ桿各種內(nèi)力的計(jì)算結(jié)果： TD、 TE、 TB、 NEF、NDE、 ME、 MB， 以及角度 ， 具體數(shù)值列于副表Ⅰ 中供查閱 Ml 的計(jì)算結(jié)果單獨(dú)列表如下： 表一 彎矩表 單位 kg*cm 3. 2. 2 各桿件及立柱的與強(qiáng)度計(jì)算的截面尺寸確定 1、 Ⅰ Ⅱ 桿截面的高度比HB的確定。 為了節(jié)省材料， 提高剛度， Ⅰ Ⅱ 桿系用變截面桿的構(gòu)件方案其截面高度沿長(zhǎng)度方向按照線性規(guī)律變化； 而在寬度方向的基本保持不變， 其垂直軸線方向的截面形狀為一空心矩形。 Ⅰ 桿的 E 點(diǎn)， Ⅱ 桿的 B 點(diǎn)所承受的彎矩， 且軸向力對(duì)強(qiáng)度的影響極小， 故先按強(qiáng)度條件確定Ⅰ Ⅱ 桿在此兩點(diǎn)的截面尺寸， 再按等重量的原則并考慮結(jié)構(gòu)上的需要適當(dāng)增大彎矩處的截面高度， 減小彎矩小處的高度而形成一個(gè)變截面的桿件。 首先按的抗彎矩的條件確定截面的高寬比 K=HB值。 桿件均采用 4 毫米厚的 A3 鋼板焊接， 高度為 H， 寬度為 B， 則其截面的軸慣性矩 jx ?3222?()(3 )B622HHHBH????? 位置 Ml 7.5x1L_1 L_2 L-3 L-4 L-5 L-6 L-7 L-8 04 6.66x104 5.82x104 4.98x104 4014x104 3.30x104 2.46x104 1.62x104 (3 )B32xXJHHWH???? （3-8） 圖 3. 3 桿件截面 xJ 桿件截面對(duì) xx 軸的慣性矩 XW 桿件截面對(duì) xx 軸的抗彎矩 為保證在材料消耗相同的條件下， 能得到具有的抗彎矩的截面則應(yīng)能滿足在截面周長(zhǎng) ?不變的情況下 XW的極值條件。 若 ?為常量， 則2SBH??以此條件代入（38） 得 3232SHWxSH???????? （39） Wx 的極值條件為0wxHdd? 324?2032323wxHdSHSHSHd?????????????? 則有： 433,,23382888S8SSSH HS BSHSBBKH???????? （310） 利用這個(gè)條件， 并已知? =4 毫米， 則有： 8WxH? （毫米233） 323FS?H??（毫米2） （311） 2． Ⅰ 、 Ⅱ 桿截面的尺寸確定。 Ⅰ 、 Ⅱ 桿是三力構(gòu)件， 承受拉（壓） 與彎曲的聯(lián)合作用， 故其強(qiáng)度條件為： K d[N/F+M/WX][? ] 式中 kd動(dòng)截系數(shù)。 取 kd=1. 1 N桿件危險(xiǎn)截面的軸向力。 M桿件危險(xiǎn)截面的彎矩。 [? ]許用應(yīng)力， 材料為 A將（74） 式代入（75） 得 Kd（3328H 又將 Kd、 [? ]值代入， 經(jīng)整理便可獲得一確定截面的 H 值的代數(shù)方程式為： 3， [? ]=14[? ]kg/mm2 NH+ 23M） [? ] 136H解出 H 值得 2NH4M0 HNNM??（毫米） （312） 今Ⅰ 桿受力的位置為 01 位置， 在此位置 NEF=225kg ME=31050kgcm=465000kgmm 代入[76]]式得 H9633（mm） B3H=3211（mm） 經(jīng)圓整后確定： HI=100mm BI=35mm Ⅱ 桿受力的位置為 31 位置， 在此處 NOB=1050kg MB=46500kgcm=465000kgmm 代入（76） 式可得 H12027mm B3H=403mm 經(jīng)圓整后確定： HⅡ=125mm BⅡ=45mm 如前所選， 在保證桿件重量基本上不變的條件下， 為提高剛度， 可將桿件的截面高度適當(dāng)調(diào)整一下， 調(diào)整后的桿件外形尺寸 Ⅲ Ⅳ桿為二力桿， 且受力較小， 若按壓桿穩(wěn)定條件確定截面， 尺寸將很小， 影響到整體剛度和側(cè)向剛度。 為此本設(shè)計(jì)按許用柔度[ ? ]來確定截面。 即： ? ?Mli???? （3-14）式中： L桿件長(zhǎng)度； M與桿件兩端約束有關(guān)的支座系數(shù) 兩端鉸接 M=1, i慣性半徑， i=JF 兩端固定 M=0. 5 ， ? ? ? 許用柔度， 許用柔度? ? ? 取為 60 圖 3. 3 空心矩形 Ⅲ桿也采用 4mm 厚的鋼板焊接， 等截面桿， 截面形狀為空心矩形。 此截面對(duì) xx 軸有 2623BHHJx???? 令 B=2H， 代入上述兩式得： 3??BHHJx ?????????????????????22???????HHHXJHy （315） 根據(jù)Ⅲ桿的約束條件 ， 對(duì)于截面的 xx 軸方向， 兩端為鉸鏈約束， 故MX=1, 對(duì)于截面的 yy 軸方向， 兩端約束本應(yīng)為固定支座， 但考慮到支座的剛性不足， 因此， 不應(yīng)等于 1， 而應(yīng)在 0. 5 與 1 之間， 我們?nèi)」烙?jì)值 MX=0. 7， 為保證桿件在軸 xx 與軸 yy 兩個(gè)方向的柔度相等; 即yXxyMMll?或xXyyMllM? 10.7Xyuu?yXxxyM lM lyl?????? 則：0.7yxii? 又：xxJiF? yyJiF? 則：0.7yxJJFF? 兩端面平方得： FJFJJyyx5 . 07 . 02??? 或 yxJJ5 . 0? （316）聯(lián)立得： 3233180.56262HH??????????????????? 經(jīng)整理可獲得一個(gè)? 的三次方程式： 322?6?3?10??? ? （317） 此方程的近似正實(shí)數(shù)根為? =0. 65， 將所求的? 值代入， 并令? =4mm，得 2623BHHJx???? （318） 截面面積???? ??2223.313.22 12?FBHHH mm??????? 而：??320.38913.21550xxJHiH mmFHlmm???? Mx=1 則： ? ?1 1550?600.398xyH??????? 得： H=66. 5 實(shí)際取 HⅢ=65mm BⅢ=45mm Ⅳ桿的截面尺寸由節(jié)點(diǎn)結(jié)構(gòu)條件所確定的尺寸很大， 其強(qiáng)度與柔度均不成問題， 故計(jì)算從略。 在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中確定： HⅣ=50mm BⅣ=44mm 4 立柱強(qiáng)度驗(yàn)算： 立柱的結(jié)構(gòu)為一鑄鐵圓管， 尺寸預(yù)定為： 外徑 D=200mm 內(nèi)徑 d=168mm 材料為： HT 20－40 立柱的受力為偏心壓縮， 故其截面承受壓縮與彎曲的聯(lián)合作用，但壓縮應(yīng)力很小略去不計(jì)， 則可按照純彎曲進(jìn)行計(jì)算。 euemkdw? ? We截面的抗彎矩 254104)21 (01. 0mmDWe???? 式中：mmkgkdmmkgD1 . 1?u/06. 2104105 . 71 . 1?/105 . 784. 0200168355???????????? 立柱材料為 HT 240wkgmm? ? 安全系數(shù) 4019.52.06wnm????? 3.2.3 桿系的變形計(jì)算 1） ...
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