便攜式小型雙桅桿升降平臺設計

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法蘭墊片.dwg

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連接塊.dwg

便攜式小型雙桅桿升降平臺設計

目錄

1. 國內(nèi)外升降平臺的發(fā)展形勢 1

1.1國外升降平臺的發(fā)展形勢 1

1.2國內(nèi)升降平臺的發(fā)展形勢 2

1.3 課題研究的目的意義及主要內(nèi)容 3

1.3.1 課題研究的目的意義 3

1.3.2 課題研究的主要內(nèi)容 3

2 雙桅桿升降平臺的應用及其受力分析的討論 3

2.1雙桅桿升降平臺的二種結構形式 3

2.2 雙桅桿升降平臺機構的位置參數(shù)計算 4

2.3雙桅桿升降平臺機構的動力參數(shù)計 6

2.4 針對性比較小實例： 6

2.5雙桅桿升降平臺機構中分析 7

2.5.1問題的提出： 7

2.5.2兩種布置方式的分析和比較： 8

3臺板與叉桿的設計計算 20

3.1確定叉桿的結構材料及尺寸 20

3.2橫軸的選取 22

4 升降平臺基于三維虛擬制造與運動仿真 24

4.1 建模 24

4.1.1支撐桿 24

4.1.2長橫桿 24

4.1.3短橫桿 25

4.1.4導向軸 25

4.1.5連接桿 25

5.1.6平臺 26

5.1.7機座 26

5.2 裝配 27

4.3 仿真 27

4.3.1工作表 27

4.3.2運動曲線 28

4.3.3創(chuàng)建連桿 28

4.3.4創(chuàng)建運動副 28

5 雙桅桿升降平臺數(shù)學模型的建立 29

5.1 雙桅桿升降平臺簡介 29

5.2 升降平臺的模塊劃分 30

5.3 升降平臺數(shù)學模型分析 30

5.3.1虛位移原理 30

5.3.2單桿的運動分析 31

結    論 35

致    謝 36

參考文獻 37

摘    要

    長期以來升降平臺的研制一直采用傳統(tǒng)的方法，它的生產(chǎn)周期長，物理樣機制造成本高，而且當產(chǎn)品制出后，經(jīng)常會出現(xiàn)部件、零部件之間相互干涉，而無法裝配等問題。本文介紹了應用美國公司進行升降平臺單體虛擬制造和運動仿真的過程。利用對建立的升降平臺單體的各零部件三維實體模型進行約束和連接裝配，形成升降平臺單體整體裝配，然后通過軟件進行運動仿真，仿真結果表明，可以利用該仿真平臺對升降平臺進行性能和結構設計分析，這種方法提高了升降平臺設計的效率和準確性，具有一定的實用價值，為將來樣機實驗奠定了基礎。

關鍵詞：虛擬樣機技術；仿真；升降平臺 

                              Abstract:

    Since long ago the elevator development always uses traditional the method, its production cycle is long, the physical prototype production cost is high, moreover after product generating, can appear between frequently the part, the spare part interferes mutually, but is unable to assemble and so on the questions. This article introduced software carries on the elevator monomer hypothesized manufacture and the movement simulation process using American .. Carries on the restraint and the connection assembly using GU to the establishment elevator monomer various spare parts three dimensional full-scale mockup, forms the elevator monomer whole assembly, then inducts throh connection software  to carry on the movement simulation, the simulation result indicated, This method enhanced the efficiency and the accuracy which the precision planter designs, has certain practical value, will be the future prototype experiment has laid the foundation.

Key word： Virtual prototyping;  simulation ; Elevat 

1. 國內(nèi)外升降平臺的發(fā)展形勢

1.1國外升降平臺的發(fā)展形勢

    對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠，最早的升降平臺使用人力、畜力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前都一直依靠這些基本的動力方式。 

　　古希臘時，阿基米德開發(fā)了經(jīng)過改進的用繩子和滑輪操作的升降裝置，它用絞盤和杠桿把提升繩纏繞在繞線柱上。 

　　公元80年，角斗士和野生動物乘坐原始的升降平臺到達羅馬大劇場中競技場的高度。 

　　中世紀的紀錄包括無數(shù)拉升升降裝置的人和為孤立地點進行供給的圖案。其中最著名的是位于希臘的圣巴拉姆修道院的升降平臺。這個修道院位于距離地面大約61米高的山頂上，提升機使用籃子或者貨物網(wǎng)，運送人員與貨物上下。 

　　1203年，位于法國海岸邊的一座修道院的升降平臺安裝于使用一個巨大的踏輪，由毛驢提供提升的動力，通過把繩子纏繞在一個巨大的柱子上，負重就被提升了起來。 

　　18世紀，機械力開始被用于升降平臺的發(fā)展。1743年，法國路易十五授權在凡爾賽的私人宮殿安裝使用平衡物的人員升降平臺。

　　1833年，一種使用往復桿的系統(tǒng)在德國哈爾茨山脈地區(qū)升降礦工。

　　1835年，一種被稱為“絞盤機”的用皮帶牽引的升降平臺安裝在英國的一家工廠。

　　1846年，第一部工業(yè)用水壓式升降平臺出現(xiàn)。然后其他動力的升降裝置緊跟著很快出現(xiàn)了。

　　1854年，美國技工奧蒂斯發(fā)明了一個棘輪機械裝置，在紐約貿(mào)易展覽會上展示了安全升降平臺?！?/p>

　　1889年，埃菲爾鐵塔建塔時安裝了以蒸汽為動力的升降平臺，后改用電梯。

　　1892年，智利阿斯蒂列羅山的升降設備建成，直到現(xiàn)在，15臺升降平臺仍然使用著110多年前的機械設備。

　　目前，瑞士格勞賓登州正在興建的“圣哥達隧道”是一條從阿爾卑斯山滑雪勝地通往歐洲其他國家的地下鐵路隧道，全長57公里，預計2016年建成通車。在距地面大約800米的“阿爾卑斯”高速列車站，將興建一個直接抵達地面的升降平臺。建成后，它將是世界上升降距離最長的一部升降平臺了。旅客通過升降平臺抵達地面后，便可搭乘阿爾卑斯冰河觀光快速列車，兩個小時后就能到達山上的度假村了。汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了70年歷史。1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉升機，由于當時采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到10年以后，即1935年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。

1966年，一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一突破性進展，但是直到1977這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占結    論

在眾多CAD軟件中以其強大的參數(shù)化建模功能及強大的裝配功能，在三維實體建模領域得到了廣泛應用。在眾多的CAE軟件中ADAMS 以其強大的運動學、動力學分析功能在眾多工程領域里獲得了廣泛的應用。在虛擬樣機技術中，則采用強強聯(lián)合的方式，應用在各自領域的強大功能，相互補充，形成極強的虛擬樣機軟件組合。極大的推動了虛擬樣機技術的發(fā)展。

本次設計通過建立升降平臺機的三維實體模型，對建立的升降平臺機單體的各零部件三維實體模型進行約束和連接裝配，形成升降平臺機單體整體裝配。用中嵌入的ADAMS進行升降平臺機單體的動力學仿真，解決了模型傳遞過程了遇到的問題，以及在仿真過程中遇到的各種問題，并對仿真結果受力數(shù)據(jù)進行了對比分析，得出升降平臺測量數(shù)據(jù)。結果表明，此方法有助于提高升降平臺機的設計和產(chǎn)品性能

虛擬仿真設計和傳統(tǒng)的機械設計相比節(jié)省制造實體樣機的時間和費用，并可有效縮短樣機調(diào)試時間，從而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。因此虛擬樣機技術是產(chǎn)品研發(fā)的發(fā)展趨勢，是現(xiàn)代機械設計方法的趨勢。

致    謝

首先我要感謝我的指導老師，她在每一個階段耐心和悉心的教導我，并且嚴格的要求我，她治學嚴謹和認真的科學態(tài)度使我學習到除了知識以外的很多東西。還要感謝農(nóng)機班的范建民同學在我運動仿真處對我進行了關鍵的指導。

經(jīng)過這四個月的畢業(yè)設計，看著自己做出自己的東西，一種喜悅和成就感充塞于胸中，這段時間我對學過的很多知識有了進一步認識和回顧。另外對建模和運動仿真進行了一個初步的學習，認識到運動仿真對現(xiàn)在的工業(yè)等很多行業(yè)的作用。

最后感謝我的母校黑龍江八一農(nóng)墾大學，是她給我提供了大學四年的學習機會，使我在學到文化知識和專業(yè)技能的同時結識了眾多的良師益友，這些將是我一生中一筆寶貴的財富。

參考文獻

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2006.11

[18]  CHEN You-nan，HU Jun-an，F(xiàn)ormulation of Neural Network Model for the Auto Lift's Vertical Prop， 2001.4

- I 便攜式小型雙桅桿升降平臺設計 目錄 1. 國內(nèi)外 升降平臺 的發(fā)展形勢 ............................................. I 降平臺 的發(fā)展形勢 .............................................. I 降平臺 的 發(fā)展形勢 ............................................. 題研究的目的意義及主要內(nèi)容 ....................................... 課題研究的目的意義 ............................................... 課題研究的主要內(nèi)容 .............................................. 雙桅桿升降平臺 的應用及其受力分析的討論 .............................. 降平臺的 二 種結構形式 ...................................... 桅桿 升降平臺機構的位置參數(shù)計算 ................................... 降平臺機構的動力參數(shù)計 ...................................... V 對性比較小實例： .................................. 錯誤 !未定義書簽。 降平臺機構中分析 ............................ 錯誤 !未定義書簽。 ...................................... 錯誤 !未定義書簽。 ........................ 錯誤 !未定義書簽。 3臺板與叉桿的設計計算 ................................................. ........................................... ......................................................... 升降平臺 基于三維虛擬制造與運動仿真 .................................... X 模 ................................................................ X ............................................................ X ............................................................ X - 短橫桿 ........................................................... 導向軸 ........................................................... 連接桿 ........................................................... 平臺 ............................................................ 機座 ............................................................ 配 ............................................................. 真 ............................................................. 工作表 ......................................................... 運動曲線 ........................................................ 創(chuàng)建連桿 ........................................................ 創(chuàng)建運動副 ...................................................... 雙桅桿升降平臺 數(shù)學模型的建立 ......................................... 桅桿升降平臺 簡介 ................................................. 降平臺 的模塊劃分 ................................................. 降 平臺 數(shù)學模型分析 .............................................. 虛位移原理 ...................................................... 單桿的運動分析 .................................................. 論 .............................................................. 謝 ............................................................. 考文獻 ............................................................ - 要 長期以來升降平臺的研制一直采用傳統(tǒng)的方法，它的生產(chǎn)周期長，物理樣機制造成本高，而且當產(chǎn)品制出后，經(jīng)常會出現(xiàn)部件、零部件之間相互干涉， 而無法裝配等問題。本文介紹了應用美國公司進行升降平臺單體虛擬制造和運動仿真的過程。利用對建立的升降平臺單體的各零部件三維實體模型進行約束和連接裝配，形成升降平臺單體整體裝配，然后通過軟件進行運動仿真，仿真結果表明，可以利用該仿真平臺對升降平臺進行性能和結構設計分析，這種方法提高了升降平臺設計的效率和準確性，具有一定的實用價值，為將來樣機實驗奠定了基礎。 關鍵詞 ：虛擬樣機技術；仿真； 升降平臺 - is is is to so on on . on U to to on be 1. 國內(nèi)外升降平臺的發(fā)展形勢 外升降平臺的發(fā)展形勢 對垂直運送的需求與人類的文明一樣久遠，最早的升降平臺使用人力、畜力和水力來提升重量。升降裝置直到工業(yè)革命前都一直依靠這些基本的動力方式。 古希臘時，阿基米德開發(fā)了經(jīng)過改進的用繩子和滑輪操作的升降裝置，它用絞盤和杠桿把提升繩纏繞在繞線柱上。 公元 80年，角斗士和野生動物乘坐 原始的升降平臺到達羅馬大劇場中競技場的高度。 中世紀的紀錄包括無數(shù)拉升升降裝置的人和為孤立地點進行供給的圖案。其中最著名的是位于希臘的圣巴拉姆修道院的升降平臺。這個修道院位于距離地面大約 61 米高的山頂上，提升機使用籃子或者貨物網(wǎng)，運送人員與貨物上下。 1203年，位于法國海岸邊的一座修道院的升降平臺安裝于使用一個巨大的踏輪，由毛驢提供提升的動力，通過把繩子纏繞在一個巨大的柱子上，負重就被提升了起來。 18 世紀，機械力開始被用于升降平臺的發(fā)展。 1743 年，法國路易十五授權在凡爾賽的私人宮殿安 裝使用平衡物的人員升降平臺。 1833年，一種使用往復桿的系統(tǒng)在德國哈爾茨山脈地區(qū)升降礦工。 1835年，一種被稱為“絞盤機”的用皮帶牽引的升降平臺安裝在英國的一家工廠。 1846年，第一部工業(yè)用水壓式升降平臺出現(xiàn)。然后其他動力的升降裝置緊跟著很快出現(xiàn)了。 1854年，美國技工奧蒂斯發(fā)明了一個棘輪機械裝置，在紐約貿(mào)易展覽會上展示了安全升降平臺。 1889年，埃菲爾鐵塔建塔時安裝了以蒸汽為動力的升降平臺，后改用電梯。 1892 年，智利阿斯蒂列羅山的升降設備建成，直到現(xiàn)在， 15 臺升降平 臺仍然使用著110多年前的機械設備。 目前，瑞士格勞賓登州正在興建的“圣哥達隧道”是一條從阿爾卑斯山滑雪勝地通往歐洲其他國家的地下鐵路隧道，全長 57 公里，預計 2016 年建成通車。在距地面大約 800米的“阿爾卑斯”高速列車站，將興建一個直接抵達地面的升降平臺。建成后，它將是世界上升降距離最長的一部升降平臺了。旅客通過升降平臺抵達地面后，便可搭乘阿爾卑斯冰河觀光快速列車，兩個小時后就能到達山上的度假村了。汽車舉升機在世界上已經(jīng)有了70年歷史。 1925年在美國生產(chǎn)的第一臺汽車舉升機，它是一種由氣動控制的單柱舉 升機，由于當時采用的氣壓較低，因而缸體較大；同時采用皮革進行密封，因而壓縮空氣驅(qū)動時的彈跳嚴重且又不穩(wěn)定。直到 10年以后，即 1935 年這種單柱舉升機才在美國以外的其它地方開始采用。 1966年，一家德國公司生產(chǎn)出第一臺雙柱舉升機，這是舉升機設計上的又一突破性進展，但是直到 1977 這種舉升機才在德國以外的其它國家出現(xiàn)?，F(xiàn)在雙柱舉升機在市場上以占 牢固的地位，其銷量還在持續(xù)增長。它和四柱舉升機相比，既有優(yōu)點 內(nèi)升降平臺的發(fā)展形勢 國升降機行業(yè)從僅能對升降機進行簡單的維護、保養(yǎng)，逐步發(fā)展成為集研發(fā)、生產(chǎn)、 銷售、安裝、服務五位一體的高新科技產(chǎn)業(yè)。據(jù)統(tǒng)計， 2004年底，中國大陸的在用升降機總數(shù)已達 651794臺。 有關專家曾表示，我國已超過日本成為世界最大的新裝升降機市場。由于房地產(chǎn)業(yè)、城市公共建設等產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，預計未來 10年，我國的升降機市場仍將保持每年 20%的遞增速度，年平均銷售額至少 500億美元。 2006年，中國巨大的升降機市場吸引了全世界幾乎所有升降機企業(yè)的關注，中國國際升降機展在廊坊成功舉辦，為全球升降機企業(yè)展示、交流提供了平臺。 2006年全球升降機市場銷售額為 300億歐元，其中中國市場銷 售額占 33%，在全球銷售額中名列前茅。 2007年，隨著中國房地產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，升降機市場需求不斷擴大，外資品牌主導中國升降機市場，國內(nèi)品牌保持了發(fā)展的強勁勢頭同時中國升降機產(chǎn)品的結構調(diào)整速度加快， 2006— 2007中國升降機產(chǎn)量雖然略有波動，但仍保持良好的發(fā)展勢頭。 2008年，中國的升降機市場被世界看好，隨著中國升降機產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，對升降機技術要求越來越高，升降機價格競爭也越演越烈。 2008 年 4 月中國國展升降機展在廊坊盛大開幕，再次為全球升降機企業(yè)提供交流發(fā)展平臺，展會其間各大升降機企業(yè)，如 ：日立、東芝、永大等不僅展出了先進的產(chǎn)品和技術，現(xiàn)場活動也都各具特色，各各方面都彰顯升降機行業(yè)繁榮景象。 然而， 08 年 8 月受美國次貸危機的影響 ,全球經(jīng)濟市場出現(xiàn)內(nèi)需萎縮。在中國本土市場，受房地產(chǎn)下滑，以及各種不利因素影響，直接降低了升降機市場的增幅，中國升降機市場風光大減。中國本土的升降機企業(yè)正經(jīng)受著考驗，迎來了中國升降機發(fā)展史上第一個嚴冬，各大、中、小升降機企業(yè)為度過這個嚴冬都做出了最大的努力。這個冬天雖然冷 ,但對加速中國升降機行業(yè)整合，提高企業(yè)競爭力，進一步適應國際市場是一種積極的推進。 縱觀中 國升降機業(yè)發(fā)展歷程，升降機企業(yè)在飛速發(fā)展，不論是技術革新、企業(yè)規(guī)模、管理方法，中國升降機企業(yè)的競爭力在加強?，F(xiàn)在的局勢正是對中國本地升降機企業(yè)最嚴峻考驗，有專家分析，全球金融危機雖然在短期內(nèi)為中國經(jīng)濟增長帶來了負面影響，但長期來看，卻不失為一次機遇與挑戰(zhàn)并存的戰(zhàn)略性轉折機會。企業(yè)需要理性的思索，并通過提高戰(zhàn)略能力來掌控未來。 題研究的目的意義及主要內(nèi)容 題研究的目的意義 運動仿真是 /塊中的主要部分，它能對任何二維或三 維機構進行復雜的運動學分析、動力分析和設計仿真。通過 /功能建立一個三維實體模型，利用 /在各個部件之間設立一定的連接關系既可建立一個運動仿真模型。 /功能可以對運動機構進行大量的裝配分析工作、運動合理性分析工作，諸如干涉檢查、軌跡包絡等，得到大量運動機構的運動參數(shù)。通過對這個運動仿真模型進行運動學或動力學運動分析就可以驗證該運動機構設計的合理性，并且以利用圖形輸出各個部件的位移、坐標、加速度、速度和力的變化情 。 題研究的主要內(nèi)容 1、 對升降平臺工藝結構的設計 2、實現(xiàn)升降平臺零件的建模 3、實現(xiàn)升降平臺的裝配 4、實現(xiàn)注升降平臺的運動仿真 綜合以上所述，本課題主要研究的重點是根據(jù)升降平臺的三維模型，基于完升降平臺的設計及建模 過程。并實現(xiàn)相應的運動仿真。在此基礎上，對相應的結構進行結構分析，認識并了解相應的機構功能。并確定模具總體參數(shù)及機構型式，定位方式和驅(qū)動方式，對模具工作部件的設計和計算。 2 雙桅桿升降平臺的應用及其受力分析的討論 桅桿升降平臺的三種結構形式 本討論的目的通過分析氣液動 類的雙桅桿升降平臺機構特點，論述了設計時應注意的問題及其應用范圍。氣液動雙桅桿升降平臺具有制造容易、價格低廉、堅實耐用、便于維修保養(yǎng)等特點。在民航、交通運輸、冶金、汽車制造等行業(yè)逐漸得到廣泛應用。本設計中主要側重于小型家用式的升降平臺。在設計氣液動雙桅桿升降平臺的過程中，一般我們會考慮如下二種設計方案，如簡圖 2 2定雙桅桿機構，通過分析計算可知，平臺的升降行程大于導向軸的行程，在應用過程中可以實現(xiàn)快速控制升降的目的，但不 足之處是連接桿桿受到橫向力的作用，影響密封件的使用壽命。而且連接桿桿所承受的載荷力要比實際平臺上的載荷力要大的多。 桅桿升降平臺機構的位置參數(shù)計算 2 1 / 2s i n (1 c o s ) ,C L C ???（ 2 2 2 2()c o s ;2T C ???（ 2 上式中： H—— 任意位置時升降平臺的高度； C—— 任意位置時鉸接點 的距離； L—— 支撐桿的長度； l —— 支撐桿固定鉸支點 的距離； T—— 機架長度（ A 到 V ? —— 連接桿桿與線的夾角。 以下相同。 將（ 2代入（ 2，并整理得 2 2 2 2 1 / 2[ ( ) ]2H L T C l T C????。 （ 2 設00/ , / ,C C H H????代入 （ 2得 2 2 2 1 / 200()[ ( ) 2 ]2H T C lL lC l T C???????? 。 （ 2 在（ 4）式中， 0H—— 升降平臺的初始高度； 0C—— 導向軸初始長度。 雙桅桿升降平臺機構的運動參數(shù)計算： 點的絕對速度；點絕對速度；1?是 1圖 3 可知： 1111112,s i n ( ) s i n ( ) ,,s i n ( )c o sc o s ,s i n ( ) ? ? ? ?????????? ? ? ???????21c o ss i n ( )V ??? ? 。 （ 2 在（ 2中， 1V—— 導向軸連接桿平均相對運動速度； 2V—— 升降平臺升降速度； ? —— 支撐桿與線的夾角。 以下相同。 桅桿升降平臺機構的動力參數(shù)計 過分析機構受力情況并進行計算（過程省略）得出： 升降平臺上升時 c o s c o s s i n c o s t a n[ t a n ( ) ( ) ]s i n ( ) 2 2 2 c o s s i n c o f L b f b bP b f ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ? ? ???； （ 2 升降平臺下降時 c o s c o s s i n c o s t a n[ t a n ( ) ( ) ]s i n ( ) 2 2 2 c o s s i n c o f L b f b bP b f b? ? ? ? ??? ? ? ? ???? ? ? ? ? ? 2中， P—— 推力； Q—— 升降平臺所承受的重力載荷； f—— 滾動摩擦系數(shù)； b—— 載荷 的距離。 由于滾動輪與導向槽之間為滾動摩擦，摩擦系數(shù)很?。?f=,為簡化計算，或忽略不計。 3臺板與叉桿的設計計算 臺板 位于升降平臺的最上部，是支撐件的組成部分。汽車能夠在升降平臺上平穩(wěn)的停放就是臺板起了關鍵的作用。在進行維修作業(yè)之前首先得駛上臺板。需要說明的是臺板并不是一個簡單的鋼板，而是在下面有滑道，因為升降平臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來回滑動，使升降平臺完成舉升和回落動作。下底板也如此，如下圖。 根據(jù)上面汽車尺寸參數(shù)，確定臺板的長度為 2600度 450料采用熱軋鋼板。其形狀見圖紙。需要說明的是臺板并不是一個簡單的鋼板， 而是在下面有滑道，因為升降平臺叉桿臂上有滑輪，滑道的作用就是使滑輪在滑道內(nèi)來回滑動，使升降平臺完成舉升和回落動作。 叉桿是升降平臺最主要的舉升部件，是主要的受力機構。對其設計的成功與否關系到整個設計工作的成敗，選材 45 號鋼，熱軋鋼板。叉桿的外形圖如圖所示。 定叉桿的結構材料及尺寸 首先定義每根桿的名稱編號， 對于桿 3、桿 4 的活動鉸聯(lián)接在方向上除了摩擦力沒有其它外力，所以可以忽略不計， 在只考慮其豎直方向上 的受力就可以了。經(jīng)過分析桿 3 的受力情況如圖： 圖 4算其最大彎矩及軸向力： 經(jīng)力學分析，當升降平臺處于最低位置， 5?? 時，所受彎矩最大，如圖。 2 2 2 2 5 6 2 78m a xW l lc o sW c o sM l . N ?? ? ? 當升降平臺處于最高位置， 30?? 時，軸向力最大，如圖 12254D ' B WN s ???， 1225B A' （正值為拉力，負值為壓力）。 桿 4 受力情況同桿 3。 下面再分析一下桿 1,對桿 1 作受力分析，如圖 對 D 點做力矩分析：4 2 2 2 3W W l lF l s i n l c o s c o s s i n ( )? ? ? ? ?? ? ? ?，可得 計算彎矩，由上圖可轉化成下圖來分析： 圖 4此圖可知，桿 1 的最大彎矩在 C 點。經(jīng)計算當 5?? 時，擁有最大彎矩，同樣此時也擁有最大的軸向力。首先將 5?? ， W=9800N， P=P 與 W 的關系值根據(jù)上述的公式 2 c o ss i n ( ) s i n ( )? ? ? ?? ? ? ?求得）代入以上各式，求得的值如下圖： 4。 21 511236m a x A R R ) l N m? ? ? ? ?計算軸向力，同樣將桿 1 的受力分析圖再轉化為軸向力圖分析，如圖： 經(jīng)分析計算， 受到的軸向壓縮力最大， 54929由于剛剛計算出的桿 3 與桿 4的最大彎矩和最大軸向力都小于桿 1 的值，故不對桿 3 桿 4 計算工作應力。計算桿 1 該狀態(tài)下的工作應力，設叉桿橫截面積 A=圖： 圖 4該狀態(tài)下的工作應力為 其中， —— 叉桿實際工作應力 , —— 材料許用應力， —— 材料的極限應力，對于 45 號鋼，為 340 n—— 安全系數(shù) ,一般為大于 1 的值，這里取 n=2。 根據(jù)經(jīng)驗初選 h= 由此式可以看出彎矩對工作應力 的影響較軸向力要顯著的多，所以在計算時應以最大彎矩為主要計算對象。桿 1 所承受的最大工作應力。桿 1 的 C 截面擁有最大彎矩，即可以認為 C 截面擁有最大的工作應力。我們 按照最大工作應力來選取合適的叉桿截面。將h=入上式： 最大工作應力 。這里取 ，即叉桿的橫截面為100 25 。 軸的選取 選取套聯(lián)在連接桿桿端部的橫軸，根據(jù)總體結構布局確定橫軸長度需要 220于是單耳環(huán)聯(lián)接，其內(nèi)徑 0，橫軸的外徑也應為 50考慮到二者需要相對滑動，應使橫軸的外徑略小于 50里取 d=48耳環(huán)的寬度值 0叉桿要聯(lián)接到橫軸處的孔進行加長處理，使兩者接觸面積適當?shù)脑龃笠詼p小彎曲應力及及剪應力。因此可按下圖分析橫軸所受應力： 圖 4 5?? 時， P=113680N，可求得 568402R R N? ? ? 。作用于橫軸上的力 圖 4 是均勻分布的，分 布距離為 60集度為： 6113680 1 . 8 9 1 0 /0 . 0 6q N m? ? ?，截面 O 上的 最 大 彎 矩 為 0 . 0 30 . 8 0 . 0 3 5 4 0 2 . 42 q N m? ? ? ? ? ?， 截 面 C 和 D 上 的 剪 力56840 N?? （這里沒有考慮剪力與彎矩的正負）。 其彎曲應力為 332 5 4 0 2 . 4 1 6 1 [ ]M M p ?? ? ? ? 剪應力2256840 3 1 . 4 [ ]4844Q M P ??? ? ? ?對于其它幾個銷軸，由于所受的應力都小于上述值，在不改變材料的基礎上選擇直徑各為3540完全可以的，這里 就不一一校核了。 X 4 升降平臺制造與運動仿真 模 圖 5制支撐桿草圖 ,退出草圖 ,拉伸 ,方向 1 和方向 2 均為 25擇基準平面，在拉伸方向中間創(chuàng)建一個基準面，右擊該平面，插入一草圖，繪制并標注，雙向拉伸，右擊該基準面，插入另一草圖，繪制并拉伸該草圖，在彈出的拉伸對話框中插入數(shù)值得到拉伸體。再次拉伸該草圖，選取其反向，在基準面另一側得到相同的拉伸體。如圖 5長橫桿 圖 5制長橫桿草圖，退出草圖，旋轉，得到長橫桿。如圖 5 短橫桿 圖 5前視基準面中繪制短橫桿草圖，退出草圖，旋轉，得到短橫桿如圖 5導向軸 圖 5制導向軸草圖，退出草圖，繞圖中底線旋轉，選擇截面得導向軸截面視圖在 面插入草圖，繪制草圖，拉伸，方向 1 和方向 2 均為 10到導向軸造 型。如圖 5連接桿 圖 5制連接桿草圖 ,退出草圖 ,旋轉。在 面插入草圖，繪制草圖，拉伸切除，方向 1 和方向 2 均完全貫穿。得到連接桿造型。 平臺 圖 5草圖拉伸的一長方體插入基 準面，在距離 面 插入一個基準面，在此基準面上繪制草圖，退出草圖，向 向拉伸，距離為 25擇鏡像特征， 選取以上得到的體特征，以在 面內(nèi)的體側面，鏡像得到。如圖 5機座 圖 制基座草圖，退出草圖，拉伸，距離為 100準平面，選取拉伸體的兩個側面，在這個面的中間平面上創(chuàng)建一個基準面在剛創(chuàng)建的基準面上插入草圖，繪制草圖，拉伸該草圖，在彈出的拉伸對話框中輸入數(shù)值，得到拉伸體。選取其反向再次拉伸該草圖，在基準面另一側 得到相同的拉伸體。如圖 配 圖 5立一個新模型文件，以文件名“ 存該文件。打開裝配應用模塊，開始裝配。 （ 1）選擇添加組件，插入機座和支撐桿；選擇對齊和中心對稱，同理將其它支撐桿裝配上。 （ 2）選擇添加組件，插入長橫桿；選擇中心裝配，使長橫桿與支撐桿同心裝配；然后再選擇對齊裝配，使長橫桿端面與支撐桿配合。 （ 3)選擇添加組件，插入導向軸；選擇中心裝配；選擇配對裝配，使其與機座上的支撐同軸心配合以及與側面重合配合。 （ 4）選擇添加 組件，插入連接桿；選擇中心裝配，分別使其與導向軸同心軸配合，與長橫桿同軸心配合。 （ 5）右鍵選擇機座使機座顯示其草圖、基準平面等所有對象，在裝配菜單中選擇鏡像裝配。在鏡像裝配向?qū)е羞x擇下一步，選擇四個支撐桿作為要鏡像的組件，選擇機座中顯示的基準面作為鏡像面，最后單擊完成，完成鏡像裝配。 （ 6）插入平臺，選擇中心裝配；選擇配對裝配選擇平行裝配。完成裝配圖如圖 真 圖表 5運動曲線 圖 5創(chuàng)建連桿 本機構的升降平臺運 動仿真，需要定義個連桿。 （ 1）機座、支撐坐（固定連桿）、輪桿為第一連桿； （ 2）支撐桿、短橫桿、長橫桿為各分別為一連桿 ; （ 3）前輪、后輪各為一個連桿； （ 4）導向軸、連接桿各為一個連桿。 （ 1）轉動副 輪桿與輪子、支撐桿與長橫桿、支撐桿與短橫桿、導向軸與機架等共 13 個轉動副； （ 2）滑動副 輪子與地面、 1 個導向軸共 2 個滑動副； （ 3）平行副 短橫桿、平臺共 2 個平行副； （ 4）固定副 輪子與地面 1 個固定副，總共有 22 個運動副。 5 雙桅桿升降平臺 數(shù)學模型的建立 桅桿升降平臺簡介 雙桅桿升降平臺的結構形式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿的數(shù)目多，油缸的布置形式多；移動方式有牽引式、自動式、助力式等。從組成方式看，雙桅桿升降平臺主要由底座、剪臂結構、工作平臺三部分組成。雙桅桿升降平臺的底座一般有三種：一是適合很少移動的固定式底座。這種升降平臺穩(wěn)定性好，一般起升高度較低，承載較大并工作在室內(nèi)，主要用于生產(chǎn)流水線高度差之間貨物運送。根據(jù)使用要求，可以配置附屬裝置，盡最大限度的發(fā)揮升降平臺的功能，取得最佳的使用效果。 降平臺的模塊 劃分 雖然雙桅桿升降平臺的結構型式多種多樣，從低起升到高起升，組成剪叉臂桿的數(shù)目多，油缸的布置形式多，但不論型式多復雜，從組成方式來看，雙桅桿升降平臺主要由底座、起升工作臂和工作平臺三部分組成。而起升工作臂總是升降平臺鋼結構的主體，也是關鍵的受力件。通過分析將升降平臺按油缸推動剪叉數(shù)量進行分層，即一油缸推動一副剪 分為一層，一油缸推動兩副剪叉或一油缸推動三副剪叉也可以分為一層，這樣分層后就可以將多層升降平臺按層進行模塊劃分，可以簡化數(shù)學模型的建立及公式推導的方便性。單側剪叉臂桿按油缸層可看成由一個油缸推一副 剪叉的結構；一個油缸推兩副剪叉單層的結構；一個油缸推三副剪叉單層的結構，這三種單層型式是最簡單的，各種大起升高度復雜的型式都可以在此基礎上增加剪叉及油缸數(shù)量而得到。因此通過歸納各種形式的升降平臺，依對稱性按油缸推動剪叉數(shù)量可劃分為三種基本構件組，即一油缸推一副剪叉（一般都只有單層）為一個構件組；一油缸推兩副剪叉（單層或多層）為一個構件組；一油缸推三副剪叉（單層或多層）為一個構件組，這便形成了升降平臺結構設計計算的三種核心模塊單元。在后面的模型建立及分析過程中，統(tǒng)一將上述三種構件組分別簡稱為一叉機構、二叉機構 和三叉機構。 降平臺數(shù)學模型分析 雙桅桿升降平臺的設計主要難點在于正確計算一個油缸所需的最大推力。本論文中通過計算各個運動點的虛位移，利用虛位移原理求解油缸的推力。通過對升降平臺進行模塊劃分并加以分析后，需推導出三種模塊油缸的推力公式。 在公式的推導工程中，統(tǒng)一選用與底座的固定鉸接為坐標原點， X 軸正向朝右， Y 軸正向朝上建立直角坐標系。 虛位移原理用功的概念分析系統(tǒng)的平衡問題，是研究靜力學平衡問題的一種方法。虛位移是指在某瞬時，質(zhì)點系在約束允許的條件下，可能實現(xiàn)的某種假想的極微 小的位移，它可以是線位移，也可以是角位移。虛位移用符號δ表示。虛位移原理是對于具有理想約束的質(zhì)點系，作用于質(zhì)點系的所有主動力在任何虛位移中所作虛功的和為零時才能保持其平衡。 用虛位移求解力的平衡關鍵是建立各虛位移之間的關系，常用的有三種方法： 1、用作圖法求解出各處的虛位移，直接按幾何關系確定各有關虛位移之間的關 系 2、建立坐標系，選定一合適的自變量，寫出各有關點的坐標，對各坐標進行變 分運算，確定各虛位移之間的關系 3、按運動學方法，假設某處產(chǎn)生虛速度，計算各有關點的虛速度。最后對運動 方程進行求導 用 虛位移原理求解機構受力時，首先解除約束而代以約束力，把結構變?yōu)闄C構， 把約束力當作主動力，即可用虛位移原理求解。 因單桿和 桿組在實際工程中應用最廣泛，在此簡要介紹單桿和 桿組 數(shù)學模型的建立及分析方法。 如圖 6a）所示，為一構件 已知該構件上 A 的位置 ( 、速度 加速度 構件的位置角θ、角速度 ? 、角加速度 ? ，則可求出構件 M 上任一 B 的位置 、速度 加速度 圖 桿組運動分析模型 (a)單構件運動分析模型 (b)Ⅱ級桿組運動分析模型 1）位置分析： 1l 1 （ 6 1l 1 2）速度分析： 將式（ 時間求一次導數(shù)，可得 B 的速度方程為： 1l 1? 1= 1? （ （ 6 1l 1? 1= 1? （ 3）加速度分析： 將式（ 別對時間求一次導數(shù)，可得 B 點的加速度方程為： 1? （ - 21? （ （ 6 1? （ - 21? （ 桿組的運動分析 如圖 b）所示的Ⅱ級桿組，若已知運動副 A、 C 的位置 ( 、 ，速度 加速度 桿長 1l 、 2l ，可求內(nèi)副 B 的位置 、速度 加速度 以及構件 1、 2 的位置角 1? 、 2? ，角速度 1? 、 2? ，角加速度 1? 、 2? 。 位置分析 由圖 b）可知兩外副 A、 C 的位置之間的距離為： d= 22( ) ( )C A C Ax x y y??? （ 6 若 d﹥ 1l +2l 或 d﹤∣ 1l - 2l ∣，則構件 1、 2 無法裝配，此時該Ⅱ級組不成立。 d 與 1l 的夾角為： = 2 2 21 2 1a r c c o s [ ( ) / 2 ]l d l l d?? （ 6 d 與 x 軸的夾角為： ? = a r c t a n [ ( ) / ( ) ]C A C Ay y x x?? （ 6 構件 1 的位置角為： 1? =? +N? （ 式中，當 A、 C、 B 三點的順序為逆時針方向時，取裝配模式參數(shù) N=1，反之 取 N= 因 B、 A 在同一構件上，由式（ 得 B 點的位置方程為： 1l 1 （ 1l 1 構件 2 的位置角： 2? = a r c t a n ( ) / ( )B C B Cy y x x?? （ 速度分析 由同一構件上兩點的速度關系式（ 得： 1? （ = 2? （ （ 6 1? （ = 2? （ （ 6 令： Q= ( ) ( ) ( ) ( )B C B A B A B Cy y x x y y x x? ? ? ? ? 則： 1? = [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] /C A B C C A B Cx x x x y y y y Q? ? ? ? ? （ 2 [ ( ) ( ) ( ) ( ) ] /C A B A C A B Ax x x x y y y y Q? ? ? ? ? ? ? （ 將 1? 代入式（ （ ，可得點 B 的速度為： 1 1 1 1s i n ( )B A A B Ax x l x y y? ? ?? ? ? ? ? （ 1 1 1 1c o s ( )B A A B Ay y l y x x? ? ?? ? ? ? ? 加速度分析 由同一構件上兩點的加速度關系式（ 得： 221 1 1 1( ) ( ) ( ) ( )B A B A B A C B C B Cx x y y x x x y y x x? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 6 1 1 1 1( ) ( ) ( ) ( )B A B A B A C B C B Cy y x x y y y x x y y? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 6 令： F= 21? () ? 22 ()? = 21? ()- 22? () 則： 1 [ ( ) ( ) ] /B C B CF x x G y y Q? ? ? ? ? （ 6 2 [ ( ) ( ) ] /B A B AF x x G y y Q? ? ? ? ? （ 6 將 1? 代入式（ （ ，可得點 B 的加速度為： 211( ) ( )B A B A B Ax x y y x x??? ? ? ? ? （ 6 211( ) ( )B A B A B Ay y x x y y??? ? ? ? ? 圖 示為一缸Ⅱ級組，其 A、 B、 C 均為轉動副（ A、 C 為外副， B 為內(nèi)副）， E 為有壓力源的氣液移動副。 已知：外副 A、 C 的位置 ( 、 ，速度 加速度 桿 2 相對于 3 的位移 s、速度 s 、加速度 s ；尺寸參數(shù)已知。 求：內(nèi)副 B 的位置 、速度 加速度 以及桿件 1、 3 的位置角 1? 、 2? ，角速度 1? 、 2? ，角加速度 1? 、 2? 。 位置分析 有源Ⅱ級組的位置矢量方程 B A Dr r A B r D B? ? ? ? （ 6 將上式投影到直角坐標上，經(jīng)整理可得 12c o s c o s 0 s x x??? ? ? ? （ 6 12s i n s i n 0 s y y??? ? ? ? 將上式兩個方程經(jīng)過整理可以消去含 2? 的項 11s i n c o C???? （ 6 2 ( ) B y y?? 式中 2 ( ) B x x?? 2 2 2C A B A C s? ? ? 由三角知識知 11 2 12 ?? ??? 2 11 2 11 ???? 代入式（ 整理后可得 11( ) t a n 2 t a n ( ) 022B C A B C??? ? ? ? ? （ 6 解方程可得 2 2 21 2 t a n A A B ? ? ? ?? ? （ 6 當模型中 A、 B、 C 三點的順序為 順時針時，取“ -”號，反之，取“ +”號。 次時，可以求出 1c o x A B ??? （ 6 1s i y A B ??? 速度分析 將位置方程對時間 t 求導得并投影到直角坐標軸上得 1 1 2 2 2s i n s i n c o s x x s? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （ 6 1 1 2 2 2c o s c o s c o s y x s? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ? ? 由上式可求出 1( ) ( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )B C C A B C C B C B A B Cy y y y x x x x s sx x y y y y x x?? ? ? ? ? ??? ? ? ? ? （ 6 此時，可以求出 11s i x A B ??? ? ? （ 6 11c o y A B ??? ? ? 加速度分析 將速度方程對時間求導并整 理得 1 1 3 2 1A A B???? （ 6 2 1 4 2 2A A B???? 式中： 11s B ??? ， 21c o B ?? ， 32 ， 42co ? 221 2 2 2 1 1 2 22 s i n c o s c o s c o x x s s A B s? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 222 2 2 2 1 1 2 22 c o s s i n s i n s i y y s s A B s? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? 由式（ 以求出 1 4 2 311 4 2 3B B B A A???? （ 6 此時，可以求出 21 1 1 1( s i n c o s )x A B ? ? ? ?? ? ? （ 6 21 1 1 1( c o s s i n )y A B ? ? ? ?? ? ? 論 在眾多 件中以其強大的參數(shù)化建模功能及強大的裝配功能，在三維實體建模領域得到了廣泛應用。在眾多的 其強大的運動學、動力學分析功能在眾多工程領域里獲得了廣泛的應用。在虛擬樣機技術中，則采用強強聯(lián)合的方式，應用在各自領域的強大功能，相互補充，形成極強的虛擬樣機軟件組合。極大的推動了虛擬樣機技術的發(fā)展。 本次設計通過建立升降平臺機的三維實體模型，對建立的升降平臺機單體的各零部件三維實體模型 進行約束和連接裝配，形成升降平臺機單體整體裝配。用中嵌入的 決了模型傳遞過程了遇到的問題，以及在仿真過程中遇到的各種問題，并對仿真結果 受力 數(shù)據(jù)進行了對比分析，得出升降平臺 測量 數(shù)據(jù)。結果表明，此方法有助于提高升降平臺機的設計和產(chǎn)品性能。 虛擬仿真設計和傳統(tǒng)的機械設計相比節(jié)省制造實體樣機的時間和費用，并可有效縮短樣機調(diào)試時間，從而縮短產(chǎn)品的研發(fā)周期。因此虛擬樣機技術是產(chǎn)品研發(fā)的發(fā)展趨勢，是現(xiàn)代機械設計方法的趨勢。 謝 首先我要感謝我的指導老師，她在每一個階段耐心和悉心的教導我，并且嚴格的要求我，她治學嚴謹和認真的科學態(tài)度使我學習到除了知識以外的很多東西。還要感謝農(nóng)機班的范建民同學在我運動仿真處對我進行了關鍵的指導。 經(jīng)過這四個月的畢業(yè)設計，看著自己做出自己的東西，一種喜悅和成就感充塞于胸中，這段時間我對學過的很多知識有了進一步認識和回顧。另外對建模和運動仿真進行了一個初步的學習，認識到運動仿真對現(xiàn)在的工業(yè)等很多行業(yè)的作用。 最后感謝我的母校黑龍江八一農(nóng)墾大學，是她給我提供了大學四年的學習機會，使我在學到文化知識和專業(yè)技能 的同時結識了眾多的良師益友，這些將是我一生中一筆寶貴的財富。 考文獻 [1] 王裕清，韓成石 . 液壓傳動與控制技術 . 北京 :煤炭工業(yè)出版社 ,1997. [2] 廖嘉璞，液壓傳動 . 北京 :北京航空航天大學出版社 ,1997. [3] 王秀彥，蔡勝利 . 升降式工作臺的液壓系統(tǒng)設計 . 液壓傳動 ,1999,3. [4] 魏發(fā)孔 .，水平驅(qū)動剪刀撐樂池升降機的動力性能研究 1997 . [5] 管萍 , 張風池 . 基于神 經(jīng)網(wǎng)絡控制的交流異步電機定位系統(tǒng) ,2001. [6] 北京機械工業(yè)學院學報 ,2000 ,15. [7] 郭華，舞臺機械設備控制系統(tǒng)上位機監(jiān)控軟件的實