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毕业设计

腾讯分分彩是谁主办:大板锭抓具设计(机械毕业设计)

时间:2018-06-10 00:30:44   作者:   来源:   阅读:21   评论:0

引 言

腾讯分分彩合法吗 www.u8i9.com.cn     机械抓具是用来对物料进行起重,运输,装卸或安装等作业的设备。是现代化生产必不可少的重要机械设备,对于减轻繁重的体力劳动,提高劳动生产率和实现生产过程的机械化,自动化以及改善人民的物质文化生活都有重大的意义。

    机械抓具在工矿企业,港口码头,车站仓库,建筑工地,海洋开发,等各个工业部门都有广泛应用。它不仅可以做为辅助生产设备,完成原料,半成品,产品的装卸,搬运,进行机电设备的安装,维修,而且也是一些生产过程(如钢铁冶金生产)工艺操作中的必需设备。

    机械抓具发展到现在,已经成为合理组织成批大量生产和机械化流水作业的基础,是现代化生产的重要标志之一。在我国现代化的发展和各个工业部门机械化水平,劳动生产率的提高中,机械抓具必将发挥更大的作用。

    由于市场竞争的日趋激烈对机械抓具的设计质量和效率提出了越来越高的要求因此,对其主要参数,主要机构及零部件实现系列化标准化,对于提高生产率,降低成本,便于维修保养等有着重要意义。

    在各种不同类型的抓具中,机械抓具是我国研制最早,一种重要而又具有代表性的抓具机械抓具广泛应用于港头,码头货物的机械化装卸,造船厂船舶的施工,安装以及大型水电站工地的建坝工程中,对于减轻繁重的体力劳动,改善工人的操作条件,提高劳动生产率都有着很大的意义,是实现生产过程机械化不可缺少的重要设备

    18世纪下半叶的第一次工业革命促进了机械工程学科的迅速发展,机构学在原来的机械力学的基础上发展成为一门独立的学科。早在13世纪连杆机构就已得到应用,最简单的连杆机构是四杆机构,也是最早出现的一种连杆机构。对连杆机构的研究起始于18世纪的著名发明家瓦特,1784年他所发明的蒸汽机中曾应用四连杆机构连杆点的近似直线运动引导机构中的另一个杆运动。19世纪以来,以几何图解法为主导的德国机构学学派曾对连杆机构的研究做出了巨大的发展,使连杆机构在生产实际中又有了新的突破,开辟了很多新的分支。

    机械抓具的四连杆结构设计采用强度,刚度设计,即根据强度理论选择截面形状,求出截面面积,然后再根据刚度理论检验其变形或位移是否过大,或有无失稳的危险。多年来平面铰链四杆机构在工业生产中的应用十分普遍,所以运动综合问题一直是机构学界研究的热点。

    本文所说的机械抓具是用于铸造铝厂抓取铝板的抓具,由于铝板吨位大工作在高温环境中,抓具要与之相适应即要求设计出具加紧力大自动化程度高,使用安全可靠即减轻劳动力,提高生产效率。从抓具的经济使用角度和使用安全、工作环境等情况设计了该抓具。

1总体方案设计

1.1 抓具的力学原理

1.1.1  抓具的构造

    一种大型金属坯抓具,包括由两组各四个连杆、两根中连接轴及两根下连接轴铰接而成的连杆机构,上横梁两端分别焊有与天车吊钩相接的吊环,每组连杆机构下部的两个连杆上焊有夹取金属坯的抓块,抓块内侧有倒钩,两根下连接轴用钢板互相焊接构成下横梁,中心柱下端固定在下横梁中央,其上段穿套在上横梁中间通孔内,中心柱上套有活动锁盘,位于活动锁盘上方的锁定盘用销轴固定在中心柱上,上横梁下侧铰接两个锁定钩,中心柱两侧分别有一个以上给上横梁导向的导柱固定在下横梁上。本实用新型的特点是下横梁比较宽、结构强度高、吊装时变形小、稳定可靠、能准确有效地实现自动装卸,适用于长度8~12米高温金属坯的抓运。

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1.1.2抓具的运动原理

    平面四连杆机构虽然是最简单的一种机构,可是在实际应用上却非常广泛,而且由它演化变异后又能派生出许多其他机构,因此对它的综合方法有了深入的研究,就会给研究多杆或复杂的低副平面以及其他机构奠定良好的基础。四杆机构的各杆尺寸,机架变换以及原动件变化与机构运动特性之间有着密切的关系。铰链四杆机构尽管结构不同,尺寸各异,但其基本类型不外乎如下三种1)曲柄摇杆机构2)双曲柄机构;3)双摇杆机构。在这三种基本型中,有无曲柄是一关键所在。如图3-1所示铰链四杆机构ABCD中,能够做整周转动的构件叫曲柄(图中AB);只能在某一角度范围内(<360)作往复摆动的构件(图中CD)叫摇杆;起固定支撑作用的构件(图中AD)叫机架;与机架相连的两构件(图中AB,CD)叫连架杆;与连架杆相连,并做复杂平面运动的构件(BC)叫连杆。上述三种基本类型中,曲柄的多少决定其基本类型的关键——若两连架杆之一为曲柄,另一为摇杆的机构称为曲柄摇杆机构;若两连架杆均为曲柄,则称为双曲柄机构;若根本无曲柄存在那就只能叫做双摇杆机构??杉拇嬖谟敕裰凉刂匾??;沟难芯磕谌葜饕辛嘶购屯孤只购筒勐只沟?。

    连杆机构广泛的应用于农业,纺织,机械,冶金等行业中,因其具有以下特点:1)运动副一般为低副,可承受较大载荷,且不易产生大的磨损,此外,其形状简单,便于加工制造 ;2)连杆上各不同点的轨迹各不相同,改变各杆件相对长度关系,则连杆的形状也随之改变,从而实现各种运动输出。

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图1.1

    在平面连杆机构中最基本的形式为四杆机构,关于四杆机构的分析已进行了不少的研究工作。但是不论在运动学及动力学方面,四杆机构仍有进一步研究的必要。至于五杆以上的多杆机构,特别是多杆多自由度机构,目前的工作还很不完善。四连杆机构虽然结构形式简单,而且应用广泛,但其所能实现的功能也比较简单,随着机械自动化,机械手,机器人的发展,人们对机构所需满足的运动特性及动力特性有更高的要求,在国际上也十分注重这方面的工作。连杆机构是工程实际中应用最广泛的机构,是组成各种机械系统的基础,如活塞发动机,各种纺织机械,印刷机械等,因此连杆机构的研究一直是机构学邻域中的研究重点,

    连杆机构分析着重连杆机构结构学,运动学力学特性的研究,所示连杆机构的结构组成,运动学于动力学规律及其相互关系,用于现有机械系统的性能分析于改进。连杆机构的运动分析在连杆机构的运动学分析中占有重要的地位。

    连杆机构是一种应用十分广泛的机构,它不仅在众多工农业机械和工程机械中得到广泛应用,而且诸如人造卫星太阳能板的展开机构,机械手的传动机构,折叠伞的收放机构以及人体假肢等等,也用到连杆机构。

    近年来对平面连杆机构的研究,不论从研究范围上还是方法上都有很大进展。以不再局限于单自由度四连杆机构的研究,也已注意到对多杆多自由度平面平面连杆机构的研究,并已提出一些有关这类机构的分析及综合的方法。在设计要求上已不再局限于运动学要求,而是同时兼顾机构的动力学特性

      特别针对高速机械,考虑构件的弹性变形的运动弹性动力学也得到很快的发展。根据连杆机构中的相对运动为平面还是空间运动,连杆机构可分为平面机构和空间机构两大类,在一般机械中应用最广的是平面连杆机构。

1.2分类问题

    根据机械的用途和性能要求的不同,对连杆机构的要求是多种多样的,这些要求可归纳为以下三类问题:

(1满足预定的运动规律要求  如果求两连架杆的转角能够满足预定的对应位置关系;或要求在原动件运动规律一定的条件下,从动件能够准确地或近似的满足运动规律要求。

(2)满足预定的连杆位置的要求  即要求连杆能占据一系列的预定位置。因这类设计问题要求机构能引导连杆按一定方位通过预定位置,故又称为刚体导引问题。

(3)满足预定的轨迹的要求  即要求在机构运动过程中,连杆上的某些点的轨迹能符合预定的轨迹要求。

    所谓实现已知运动规律的问题,就是当原动件的运动规律已知时,所确定的机构运动简图的参数应能保证从动件按照给定的运动规律而运动。所谓实现已知轨迹的问题,就是使所确定的机构运动简图的参数能保证该机构中作平面复杂运动的构件上某一点沿着已知的轨迹运动或移动,因而这些构件上各点轨迹却比较复杂,而且形式多样,它的形状与连杆机构的类型,机构尺寸以及连杆平面内点的位置有关。通过确定要实现的预期轨迹,反求机构的结构和位置参数,就是实现已知轨迹的设计问题。

    在平面连杆机构的设计中,设计要点是:根据机构所应起的作用而提出的已知条件来确定机构运动简图的参数。这些参数是:转动副中心间的距离,确定移动副位置的尺寸以及确定描绘连杆曲线的点的位置尺寸等等。由于已知的条件是根据机构的用途而定的,它是各式各样的,因此设计平面连杆机构的实际问题也是多种多样的。多年来平面铰链四杆机构在工业生产中的应用十分普遍,所以其运动综合问题一直是机构学姐研究的点。到现在已经产生了很多种设计方法。大体可分为三类,即几何图解法,解析法和实验法。

    机构及机械系统的设计,最本质的内容是约束于自由度的设计,特别是约束的设计,更具体的说是运动副类型的选择与设计。按照传统的力学及机构结构学的概念,约束是相对于自由度而言的,约束是指对二构件间相对运动独立自由度的限制。一般约束数与自由度之和等于6,约束的性质和数量都有严格的限制。

    随着科学技术的发展,及对机械系统,特别其不确定性,真实运动规律与实际受力状态进行更深入,全面的研究,以及智能控制等研究的要求,有必要对约束概念加以扩展。对各种约束作用的机理,产生的根源约束的性质和特点:对机构作用的影响及其存在与作用的空间,范围(不仅局限于指两个构件间相对运动自由度的约束,而是扩大到整个系统和运动规律)等进行研究和分类。以便能更加自觉,有效的应用,设计和控制约束。

    机械的基本功能是实现机械运动及力的传递和变换。实际上,运动是机械工作的表征,力是运动产生的根据?;档脑硕媛?,工作性能都取决于系统中力的作用。因此广义的说机械是在各种形式和性质的力作用下工作和运动的。任何约束(包括传统意义上的运动副几何约束)都可以用力的作用来描述和代替。所以,从全面,深入研究机械系统工作性能(特别是运动的传递与变换)出发,广义的将所有能影响机械工作性能,运动规律的力即力能场的作用都称之为约束。这显然是正确的,也是有利的,这样就可以将存在于机械系统内部和外部的各种性质与形式的约束统一进行研究,更深入地揭示机械结构与工作的实质,从 而更好地分析与设计机械。

    至今,已有不少文献从不同角度提出了多种约束的概念及其描述的方法,为研究,应用和设计约束提供了非常由价值的理论和方法。在前人已有的研究的基础上,在此,对机构中的约束及过约束的分类再补充考虑以下几点:1)按广义约束的观点,将所有能影响机械工作与运动特性和规律的作用均归入约束;2)考虑机械设计及结构客观存在的不确定性;3)便于设计自调,自适应机械结构。

1.2.1 机构中约束的分类:

1 按约束力的产生及对机械运动的限制和影响划分。

1)静力约束(或运动约束)。其约束力的产生是由二构件以一定几何形体相接触,形成约束反力限制相对运动自由度的数量,类型和方位。其约束反力,可根据静力平衡原则求得,故称静力约束。在反力作用的方向上不能产生相应的自由度,因此,其设计可按力,力矩的静力原则来对应设计约束结构,不仅能限制相应的自由度,并能传递和承受相应的力。按约束反力可能作用的方向,又可分为全方向约束和单向约束。前者为包容结构,可根据二构件相对运动的各个方向提供相对的约束,即传统所称的完全约束或几何封闭约束。其约束可靠性,强制性高,但对制造误差敏感,且形成超静定的过约束状况,必须注意足够的制造精度;另一类所谓单向约束,即由重力或弹簧力等进行封闭的不完全几何约束,其最大优点是具有较好的封闭力方向的静定力方向的静定自调和适应性。静力约束,是机构内部约束或结构的基本形式,也是今后研究的重点对象。

    这种约束仅仅是一种近似的几何约束,称之为伪运动约束。伪;运动约束是具有弹性,绕性,流体中间元件的可动联接的主要特征。

    运动约束的主要特征是对链接构件的相对位移和速度加以约束。例如,移动副限制了构件之间相对位移的速度方向,但不限制位移规律;转动副限制了构件之间相对转动的角速度方向,但不限制角位移规律等。运动约束可以传递在较大范围内变化的力,主从动件的运动关系与力的大小无关,若给定机构中各主动构件的运动规律,且主动构件数等于机构的自由度,则在只有运动约束的机构中,借助于运动分析的方法可以确定所有从动件的运动。

2)动力约束。所谓动力是指与运动有关的力。动力约束的约束存在与约束力的大小,方向和性质与系统运动的速度,加速度及系统的载荷紧密相关,其约束力是在介质,力场等的运动中产生的。这种约束存在于一个系统中,且直接参与传递运动与力的二构件之间均存在一定的中间介质,中间构件或中间力场等。该约束实质上是一种运动联接,其特点是:这种联接力或约束力是可变,可控,具有柔性的。

    动力约束的研究与设计,主要着眼于系统运动及动力传递,联接的可调与可控,其关键是中间介质及力场等性质的设计及系统的结构;另一主要着眼点是分析研究系统的真实运动规律及动力学特性。因此,动力约束的约束力除介质力,摩擦阻力,场力等外还包含了驱动力,生产阻力等外力及重力,惯性力等。

1  按约束存在和作用的区间和范围划分

1)内部约束。作用于机构及机械系统内部的约束,例如运动副引入的约束等,都属于内部约束。内部约束确定构件之间的独立相对运动。

2)外部约束。即指作用于系统运动副结构之外的力约束,包括所有外力,惯性力及工作环境可对机械工作性能产生影响的作用,如温度,变形等。外部约束限制机构的构件相对于不属于机构的外部物体的运动,并借助于外部的可联接将此种约束加于机构上。在设计机械时要特别注意外部约束的随机性,从而造成了约束及设计的不确定性。

3 按约束的特性划分

1)常约束。不随时间改变或着约束方程中不出现时间变量的约束都属于常约束。

2)可变约束。随时间改变或者约束方程中含有时间变量的约束,都属于可变约束??煞治謅.有规律变化的约束;b.可调约束;c.随机约束。

4 按约束的力学性质和数量划分

1)基本约束。为实现机构或可动联接所需的基本自由度要求所加上的约束,这是机构的最基本,最重要的结构学设计问题。已有许多理论和公式进行设计,最著名的有吕布勒公式及单开链结构设计公式等,即根据输入、输出运动的数量形式、构件数以及机构的自由度数,来设计约束的类型和数量及实现该约束的运动副结构。最终可以通过自由度计算公式:大板锭抓具设计(机械毕业设计)来校核约束设计的正确与否。这样设计的结构系统必然是静定的,即约束方程数等于待求的运动副反力数。

2)  过约束。为了实现机构的某种特殊要求,而夹在机构中的、在理想状态下不影响机构基本自由度及约束的

    系统成为超静定结构的过多的约束,我们称之为过约束。总之,过约束的存在和产生总是由于对机构或机械系统有某种特殊的工作要求,提出了某些特殊的精度或尺寸条件要求??杉际苟运岢龅木纫笙喽杂Φ奈蟛钍敲舾械?,其理论上不起作用的过约束,在有误差的条件下,将会出现约束不定的状况,该过约束可能成为实约束,而与原设计约束要求产生矛盾,因此,除非在不得已的时候,要慎重采用过约束结构。在不得不采用时,例如平面机构,由于其驱动、约束、分析以及运动与力的传递按平面运动进行十分有利,是机构中最基本、应用也最为广泛的结构形式。因此,平面结构中的过约束就是不可避免的,则在设计时就应特别注意其特殊精度要求,保证必要的制造、安装精度和稳定的工作环境约束;或在机构结构中注意添加与过约束相对应的缺损的运动副自由度,即在一定范围内仍恢复其为空间四杆机构的结构,这样就消除了机构中的过约束。

    根据上述分析,在机构及机械系统中,通过可动联接对构件加上了各种约束,其中有些约束可能与其它的约束对系统产生的制约相重复,这样的约束我们称之为过约束,由此可以看出过约束不会减小构件之间的自由度,,因为这种作用已由另外的约束完成了,由此可见,取消过约束不会影响机构运动的确定性,但过约束使机构成为朝静定的结构,因而加大了机构的受力分析的难度。由不少文献称过约束为重复约束、消极约束、虚约束、或多余约束。

1.2.2  正确合理选择消除过约束的方法

    正确合理选择消除过约束的方法,将影响到机构传动的承载能力、可靠性、预期寿命和制造难易等。若选择不好,会导致运转不平稳,冲击,振动,噪音,以及装配困难。为此进行机构的结构学设计、确定机构的结构简图时,要合理选用支撑的类别,不同级别的运动副、传动联接的选配与组合,基本构件的浮动方式等。以使机构成为无或少过约束的自调机构。下面简要阐述一下消除或减小过约束影响应遵循的一些原则以及主要的方案措施。

1 消除过约束应遵循的原则

1) 在不破坏机构平面约束性质的前提下,应尽量使机构成为自调的静定系统,最大限度 地减小对制造误差及工作环境所造成的非平面约束的敏感。

2) 要有利于系统整体结构的布置,使结构简化,便于制造,安装和维修,降低成本。

3) 应保证系统良好的运动学及动力学性能,使其具有高的运动可靠性和确定性,同时应尽量使系统的质量配置合理,易于平衡与轻量化。

4) 具有良好的传动特性与承载能力。

5) 运动副的合理选择与配置。这是实现过约束设计的关键。系统内不仅应避免出现不良的局部自由度,而且不应含有过多的局部自由度,否则会出现所设置的自由度实际上不起作用的现象。

2  消除过约束及其影响的措施

    过约束的不利影响,是在平面约束条件不满足时,即出现了某些非平面约束时才产生的。因此,消除或减小过约束影响的措施,概括起来不外乎是:

1) 增加相应的非平面自由度,即在平面机构中加入某些空间运动副;或采用某些运动联接及卸载结构。

2) 保证制造、安装精度。尤其是运动副轴线或导路间的形位精度,以减小平面约束的不确定性。

3)  增加构件的刚度或柔性,改变构件的材料及采用弹性支撑等。

按技术、经济和社会指标不断完善,寻找所选方案中的缺陷和薄弱环节,对照各种要求和限制,反复改进??悸橇悴考耐ㄓ没?、标准化,减少零部件的品种,降低生产成本。在结构草图中注出标准件和外购件。重视安全与劳保(即劳动条件:操作、观察、调整是否方便省力、发生故障时是否易于排查、噪音等),对结构进行完善。


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