機(jī)械電子工程畢業(yè)論文-叉車門架優(yōu)化設(shè)計及三維建模

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　叉車門架優(yōu)化設(shè)計及三維建模</p><p><b>　　誠信聲明</b></p><p>　　本人鄭重聲明：本論文及其研究工作是本人在指導(dǎo)教師的指導(dǎo)下獨立

2、完成的，在完成論文時所利用的一切資料均已在參考文獻(xiàn)中列出。</p><p>　　本人簽名： 年 月 日</p><p><b>　　畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</b></p><p>　　設(shè)計題目： 叉車門架優(yōu)化設(shè)計及三維建模 </p><p&g

3、t;<b>　　1．課題意義及目標(biāo)</b></p><p>　　學(xué)生應(yīng)通過本次畢業(yè)設(shè)計，綜合運用所學(xué)過的基礎(chǔ)理論知識，深入了解叉車門架的結(jié)構(gòu)、優(yōu)化設(shè)計及三維建模等方面的方法及設(shè)計思想等內(nèi)容，為學(xué)生在畢業(yè)后從事工作打好基礎(chǔ)。</p><p><b>　　2．主要內(nèi)容</b></p><p>　?。?）根據(jù)已有的叉車資料，通過

4、門架結(jié)構(gòu)分析，并進(jìn)行優(yōu)化和三維建模。 </p><p>　?。?）門架和滾輪組的設(shè)計計算和參數(shù)確定</p><p>　?。?）選用優(yōu)化方法進(jìn)行優(yōu)化</p><p>　　(4) 建立三維模型，并對結(jié)構(gòu)進(jìn)行加載分析</p><p><b>　　3．主要參考資料</b></p><p>　　[1]

5、 蘇文瑾;叉車門架系統(tǒng)CAD/CAE技術(shù)研究[D]. 太原科技大學(xué), 2011年.</p><p>　　[2] 衛(wèi)良保;魯永春;;叉車門架三維數(shù)字化設(shè)計[J];太原科技大學(xué)學(xué) </p><p>　　報;2010(04):300-304 .</p><p>　　[3] 武景剛;張占倉;馬鵬飛. 叉車門架有限元分析及系統(tǒng)設(shè)計[J]. 叉車技</p><

6、;p>　　術(shù);2006(02):63-67.</p><p><b>　　4．進(jìn)度安排</b></p><p>　　審核人： 年 月 日</p><p>　　叉車門架優(yōu)化設(shè)計及三維建模</p><p><b>　　摘 要</b></p&g

7、t;<p>　　叉車是物料搬運的一種,屬于搬運裝卸機(jī)械，工作方式是流動性的。叉車的應(yīng)用也是相當(dāng)廣泛.叉車還可以叫做萬能裝卸車或者是自動裝卸車。叉車是通過在無軌底盤上裝備了專用的裝卸裝置。叉車能夠廣泛的用于車站、機(jī)場、港口、碼頭、倉庫或者是工礦企業(yè)等各個部門，用來實現(xiàn)機(jī)械式的裝載、堆垛和較短距離的運輸?shù)龋窃谖锪飨到y(tǒng)裝載機(jī)械設(shè)備中占有非常重要的地位。</p><p>　　針對我國目前叉車的設(shè)計，對叉車

8、門架的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計,目前來看，叉車裝置在工作當(dāng)中還存在很多問題。我們要在生產(chǎn)設(shè)計當(dāng)中特別注意，例如:門架會出現(xiàn)過量變形,軌道面磨損和滑痕,滾輪被壓碎。從而提高叉車門架的穩(wěn)定性、可靠性以及使用壽命。在設(shè)計的時候，我們應(yīng)當(dāng)充分了解叉車門架的結(jié)構(gòu)特性和使用性能,并進(jìn)行三維建模和有限元分析，從而進(jìn)行優(yōu)化并確定最后各參數(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：；門架；滾輪；貨叉；叉架；三維建模；有限元分析</p&g

9、t;<p>　　Forklift truck door frame optimization design and 3 d modeling</p><p>　　Forklift flow belongs to the type of transportation and handling machinery, is one of the types of material handling. wi

10、dely. Forklift can also be called a fork lift or automatic loading and unloading of the car. Forklift truck is through the trackless chassis is equipped with a special handling device. Forklift truck can be widely used i

11、n railway stations, airports, ports, docks, warehouses, or industrial and mining enterprises and other departments, to realize the mechanical loading, stacking </p><p>　　According to China's current inte

12、rnal combustion forklift frame structure performance, optimize the design, because there are a lot of problems for forklift. For example: gantry deformation, track wear and indentation, or roller is crushed, we want

13、 to pay special attention to these issues in the design. For forklift truck gantry and fork for design, improve the stability and reliability and service life of forklift truck. In the design, the structure and

14、 performance of the forklift truck portal </p><p>　　Key words: The door frame; Roller； Forklift pallet fork; Fork;3 d modeling; The finite element analysis</p><p><b>　　目 錄</b><

15、/p><p>　　1緒論……………………………………………………………………………1</p><p>　　1.1課題研究的目的及意義……………………………………………………………1</p><p>　　1.2國內(nèi)外叉車發(fā)展研究現(xiàn)狀…………………………………………………………2</p><p>　　1.3叉車種類和使用性能…………………………………

16、……………………………3</p><p>　　2叉車貨叉強(qiáng)度及剛度驗算………………………………………………………5</p><p>　　2.1貨叉主要結(jié)構(gòu)參數(shù)……………………………………………………………5</p><p>　　2.2貨叉計算簡圖………………………………………………………………5</p><p>　　2.3貨叉的強(qiáng)度計算………

17、……………………………………………………6</p><p>　　3叉架的設(shè)計與計算………………………………………………………………9</p><p>　　4門架的設(shè)計與計算……………………………………………………………10</p><p>　　4.1門架強(qiáng)度的計算狀態(tài)……………………………………………………………10</p><p>　　4.

18、2計算滾輪壓力………………………………………………………………11</p><p>　　4.3門架立柱截面幾何性質(zhì)………………………………………………………12</p><p>　　4.4內(nèi)門架強(qiáng)度計算…………………………………………………………………16</p><p>　　4.5外門架強(qiáng)度計算…………………………………………………………………19</p&g

19、t;<p>　　4.6門架剛度計算 …………………………………………………………………21</p><p>　　5滾輪組件的安裝及計算……………………………………………………26</p><p>　　5.1內(nèi)門架與外門架滾輪的設(shè)計……………………………………………………26</p><p>　　5.2叉架與內(nèi)門架滾輪的設(shè)計………………………………………

20、………………28</p><p>　　6確立優(yōu)化方法并進(jìn)行優(yōu)化…………………………………………………………30</p><p>　　7有限元分析及三維模型的建立……………………………………………………31</p><p>　　8總結(jié)……………………………………………………………………………35</p><p>　　參考文獻(xiàn) ………………………

21、………………………………………………36</p><p>　　致謝……………………………………………………………………………37</p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　1.1課題研究的目的及意義</p><p>　?。?）論文研究目的：</p><p>　　叉車作為搬運貨物

22、的機(jī)械，被廣泛用于港口、車站、工廠、倉庫等各部門。是機(jī)械化裝卸、堆垛和短距離運輸?shù)母咝мD(zhuǎn)運設(shè)備。</p><p>　　隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使國內(nèi)的叉車行業(yè)得到了迅速地發(fā)展，同時也要注意到叉車產(chǎn)業(yè)在迅速發(fā)展當(dāng)中所暴露出來的弊端：叉車產(chǎn)品自主開發(fā)能力薄弱致設(shè)計方法太過于傳統(tǒng)；外觀質(zhì)量差距比較大，叉車整體性能相對較差；產(chǎn)品單一，競爭力不強(qiáng)等，從輕量化角度考慮，對同等起重量的叉車來講：采用傳統(tǒng)設(shè)計方法設(shè)計的叉車自身重量會比較重

23、；從系列化角度考慮：采用傳統(tǒng)設(shè)計方法的叉車，受可操作空間的影響，效率低，可用能力有限，不能實現(xiàn)系列化；從需求多樣化考慮：客戶的需求來自各行業(yè)，導(dǎo)致需求形式差異較大，所以也會對產(chǎn)品提出相對更高的要求。綜上所述，傳統(tǒng)的設(shè)計方法已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化社會的需求，所以對叉車門架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計是非常有必要的。</p><p>　?。?）論文研究的意義：</p><p>　　叉車門架系統(tǒng)是叉車結(jié)構(gòu)當(dāng)中最為重

24、要的組成部分，在叉車的生產(chǎn)設(shè)計和研發(fā)中，叉車門架系統(tǒng)是非常重要的，然而研發(fā)過程中出現(xiàn)的問題也都集中在叉車門架系統(tǒng)中，所以對叉車門架系統(tǒng)進(jìn)行研究和優(yōu)化設(shè)計是非常有意義的。</p><p>　　在傳統(tǒng)設(shè)計中，大多數(shù)都是用二維繪圖軟件進(jìn)行畫圖，在進(jìn)行參數(shù)的選定的時候，都是用相同型號的叉車來進(jìn)行比較，再進(jìn)行大量的實驗，在復(fù)雜的實驗數(shù)據(jù)中確定最終的參數(shù)。在設(shè)計各種型號，承載重量不同的叉車門架時，就會存在很多的問題。隨著參數(shù)

25、的不斷變化，繪制的圖紙也需要大量的修改，效率相當(dāng)?shù)?，不能很好地對叉車門架的力學(xué)性能進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　針對以上問題，我們采用現(xiàn)代化設(shè)計方法來對叉車門架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，采用三維參數(shù)化pro-E軟件對叉車門架進(jìn)行三維建模并運用有限元分析法進(jìn)行優(yōu)化，與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，本課題是一個連續(xù)的設(shè)計過程，縮短了設(shè)計時間，提高了產(chǎn)品精度，使叉車產(chǎn)業(yè)提高競爭力，滿足了社會需求。</p><p>

26、;　　計算機(jī)輔助設(shè)計提高了工作效率和產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量，減少了手工繪圖的工作量，降低了勞動強(qiáng)度，有利于產(chǎn)品的通用化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化，有助于縮短生產(chǎn)周期，降低產(chǎn)品成本。</p><p>　　有限元設(shè)計分析代替大量的實驗，提高了設(shè)計效率，為升級產(chǎn)品質(zhì)量提出了解決途徑，現(xiàn)階段，90%的國際設(shè)計廠商利用有限元的分析方法。</p><p>　　1.2國內(nèi)外叉車發(fā)展研究現(xiàn)狀</p><p

27、>　　1917年，世界上第一輛內(nèi)燃叉車是由美國克拉克公司生產(chǎn)的。1990年，全球叉車銷量創(chuàng)歷史最高，達(dá)到了55.9萬臺，從那以后的幾年里，因為西方經(jīng)濟(jì)不出現(xiàn)下滑，全世界的叉車銷量基本保持在50～60萬臺，全球叉車銷量步入上升趨勢是在21世紀(jì)，2000年的銷量為58萬多臺，2001年的銷量為58.5萬多臺，2007年叉車年銷量達(dá)到了91萬多臺，現(xiàn)在大概有250多家叉車制造企業(yè)遍布世界各地，歐洲、北美和亞洲是世界上最大的三個叉車銷售市

28、場，歐洲和北美都是相對來說需求量趨于穩(wěn)定，是比較成熟的市場。這幾年，全球各地的叉車需求量不斷增加主要是由于全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。然而中國在亞不斷成長的亞洲市場中起著重大作用。</p><p>　　我國是在全國解放后才開始了叉車的生產(chǎn)。1950年，最先開始生產(chǎn)叉車的廠家是沈陽電工機(jī)械廠和大連叉車廠，從此之后叉車生產(chǎn)廠家不斷的增多，叉車的種類和規(guī)格也在逐漸完善，對叉車形成規(guī)模性生產(chǎn)是在70年代初。在改革開放以后，叉車市場也

29、避免不了國外企業(yè)對其的沖擊。韓國大宇公司、現(xiàn)代公司，JCB、克拉克公司紛紛進(jìn)軍中國。外資的進(jìn)入對于中國整個叉車行業(yè)都帶來了非常好的發(fā)展環(huán)境，提高了國內(nèi)叉車的整體生產(chǎn)水平。</p><p>　　我國至今有叉車企業(yè)已經(jīng)形成了以杭州叉車和安徽叉車為主的重點企業(yè)，骨干企業(yè)60余家，已經(jīng)具有1000余種的叉車類型。2008年年銷量達(dá)到14萬輛,我國的叉車行業(yè)得到了飛速發(fā)展，，我國保持了數(shù)年持續(xù)增長的叉車產(chǎn)銷量。</p

30、><p>　　我國的叉車產(chǎn)業(yè)現(xiàn)在已經(jīng)形成了相對比較集中的格局，形成了高端、中端、低端三個層次，以林德為代表的跨國企業(yè)主要占據(jù)中高端、高端市場;杭州叉車和安徽合力叉車主要占據(jù)中端、中低端市場;如意、虎力等民營企業(yè)主要占據(jù)低端市場，格局基本上穩(wěn)定。從當(dāng)今市場來看，國內(nèi)主要市場被中低端叉車占據(jù)著;在不斷地發(fā)展過程中，國內(nèi)叉車技術(shù)將會逐漸走向更加專業(yè)高端的水平。隨著經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，各行業(yè)對叉車的需求量也會持續(xù)增長，尤其是近幾

31、年物在流不斷刺激市場的需求的時候，叉車市場的發(fā)展空間會很大。</p><p>　　隨著各行業(yè)不斷擴(kuò)大對叉車性能的要求，需求層次也從最初的小噸位，向大型化、系列化發(fā)展，但新型叉車科技含量很高、研發(fā)與生產(chǎn)周期會比較長，核心技術(shù)掌握在個別企業(yè)手中。</p><p>　　叉車的門架型鋼、發(fā)動機(jī)、液壓件是制約國內(nèi)叉車品質(zhì)提升的三大瓶頸，當(dāng)前國內(nèi)叉車行業(yè)已經(jīng)具備了一定的技術(shù)基礎(chǔ)和發(fā)展條件，能夠初步滿足

32、國內(nèi)低端產(chǎn)品的需求，但對于國內(nèi)高端產(chǎn)品競爭力較弱。</p><p>　　1.3叉車種類和使用性能</p><p><b>　?。?）叉車的種類</b></p><p>　　根據(jù)動力裝置的不同，可以把叉車分為內(nèi)燃叉車和電瓶叉車；根據(jù)結(jié)構(gòu)和用途的不同，叉車又可以分為平衡式、前移式、插腿式、側(cè)叉式、跨車和其他特殊叉車等（其中前三種都為正叉式）。<

33、;/p><p>　?。?）叉車主要使用性能</p><p>　　裝卸性：是叉車的裝卸效率和起重能力的主要性能。其中裝卸效率的高低對叉車生產(chǎn)率有直接的影響，而裝卸性能好主要體現(xiàn)在叉車起重量大、工作速度高、載荷中心距大。</p><p>　　牽引性：則是叉車爬坡能力大小、牽引力及行駛速度得快慢等方面的性能。要想牽引性好，那么必須爬坡度大、牽引力強(qiáng)、行駛速度快。</p&

34、gt;<p>　　制動性：是叉車在行駛的過程中按照需求減小車速或者停車的一種性能。通常是通過在一定的行駛速度下制動時的距離長短來衡量。叉車制動距離的長短一般都是實際測試得出的，有的時候也可以通過計算得出。然而叉車當(dāng)下行駛的速度是影響叉車制動距離的主要因素，當(dāng)制動距離越小時，叉車的制動性就越好。我國叉車標(biāo)準(zhǔn)對行駛時的制動能力作出了相應(yīng)的規(guī)定:1.叉車空載時行駛的車速為20km/h時，制動距離應(yīng)該小于8m；2.叉車滿載時行駛的

35、車速為10km/h時，制動距離應(yīng)該小于4m。</p><p>　　機(jī)動性：是指叉車在最小空間內(nèi)轉(zhuǎn)彎和通過曲折、狹窄通道的能力。通常用直角交叉通道寬度、最小轉(zhuǎn)彎半徑和直角堆垛通道的寬度來衡量叉車的機(jī)動性。叉車的最小轉(zhuǎn)彎半徑越大，那么直角交叉通道寬度及直角堆垛通道寬度就越大，這樣叉車的機(jī)動性就越差。</p><p>　　通過性： 是叉車克服各種道路障礙，通過復(fù)雜路面的一種能力。叉車的尺寸越小，

36、車輪壓力及離地間隙越大，驅(qū)動輪的牽引力越大，那么叉車的機(jī)動性能就越好。</p><p>　　操縱性：是指叉車的輕便性和舒適性。如果各類型踏板、操作手柄以及司機(jī)座椅與各操作件之間的位置布置得當(dāng)、轉(zhuǎn)向盤上的力小，則操縱性也就越好。</p><p>　　穩(wěn)定性：是叉車在行駛和進(jìn)行作業(yè)時，防止橫向和縱向傾翻的一種能力。穩(wěn)定性是保證叉車安全進(jìn)行作業(yè)的必要條件，它分為縱向穩(wěn)定性和橫向穩(wěn)定性。</

37、p><p>　　經(jīng)濟(jì)性：主要是指叉車的生產(chǎn)造價及營運時的費用，包括生產(chǎn)率高、動力消耗低、耐用的程度高和使用方便等等。</p><p>　　叉車貨叉的強(qiáng)度驗算和剛度驗算</p><p>　　叉車是用來與碼頭倉庫，車站和工廠等地方的的件貨堆垛，裝卸及短途運輸?shù)墓ぞ?貨叉是叉車非常重要承載部件,所以叉車的強(qiáng)度對于叉車的使用性能影響會很強(qiáng)大。</p><p&

38、gt;　　2.1 貨叉的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)</p><p>　　貨叉各個部分的主要尺寸包括貨叉的水平段長度；貨叉的垂直段高度；貨叉的斷面尺寸(為貨叉厚度，為貨叉寬度)（如圖2.1所示）。</p><p>　　圖2.1 貨叉的結(jié)構(gòu)和尺寸</p><p>　　現(xiàn)以起重量3噸規(guī)格的叉車為研究對象，叉車最大承載量Q=3噸，載荷中心距離是c=500mm,貨叉的基本參數(shù)如下所示：&

39、lt;/p><p><b>　　貨叉的長度：；</b></p><p><b>　　貨叉的垂直高度：；</b></p><p><b>　　貨叉的斷面尺寸：；</b></p><p>　　貨叉兩鉸支點中心距：；</p><p><b>　　貨叉的外

40、伸距：；</b></p><p>　　查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》，選擇的材料為40Cr鋼，40Cr鋼熱處理工藝的屈服強(qiáng)度。</p><p>　　2.2 貨叉的計算簡圖</p><p>　　因為叉架和貨叉的連接形式有所不同,支承載荷類型隨著連接形式的不同，也會有所不同,根據(jù)相關(guān)規(guī)定，3噸叉車叉架和貨叉是以掛鉤型上支承為連接形式，可以看成固定支座的形式,貨叉可以

41、看作是超靜定剛架(見圖2.1)，下支承可以簡化為活動鉸鏈支座,，考慮到掛鉤型的貨叉存在安裝間隙,所以貨叉也可以簡化為如圖2.2所示：</p><p>　　超靜定剛架的計算簡圖</p><p><b>　　靜定剛架的計算簡圖</b></p><p>　　圖2.2 貨叉的受力簡圖</p><p>　　在計算簡圖中可以看出，危

42、險截面的應(yīng)力的狀態(tài)和強(qiáng)度都是相同的,在如所示的A-A剖面處或者是它的下方,在這我們采用靜定剛架進(jìn)行計算，能夠使計算更加偏于強(qiáng)度的驗算和剛度的校核。</p><p>　　2.3 貨叉的強(qiáng)度驗算</p><p>　　在集中載荷P作用下，可以看出危險截面應(yīng)該在下叉鉤A-A斷面以下位置的垂直段處，在圖2.3可以看出水平段受的彎矩和剪力，垂直段受的彎矩和拉力,,則危險截面的最大正應(yīng)力應(yīng)為:<

43、/p><p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　該式中p--貨叉的集中載荷</p><p><b>　　--載荷中心距</b></p><p>　　W--抗彎截面膜量.W=</p><p>　　F--貨叉垂直段截面積.F=d × b</p>

44、<p>　　圖2.3 貨叉所受集中載荷簡圖</p><p><b>　　確定計算載荷P</b></p><p>　　該式中Q所表示的是起重量重力</p><p>　　Q=mg=3000X10=30000N</p><p>　　:動載荷系數(shù)取為=1.2</p><p>　　:偏載荷系數(shù)

45、取為=1.3</p><p><b>　　確定安全系數(shù)n</b></p><p>　　確定安全系數(shù),n通常大于或等于1.5,n取1.7。在有確定的計算載荷的情況下,安全系數(shù)應(yīng)該取較小值,而在沒有確定的計算載荷的時候，安全系數(shù)應(yīng)該取較大值。</p><p><b>　　確定許用應(yīng)力</b></p><p&

46、gt;<b>　　強(qiáng)度驗算，</b></p><p><b>　　貨叉滿足強(qiáng)度要求</b></p><p>　　對貨叉的剛度進(jìn)行校核通常是指驗算叉尖處靜撓度,計算的方法是用簡便的彎矩圖相乘,計算叉尖處的擾度計算公式為</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p&g

47、t;　　式中E-40cr鋼的彈性模量為</p><p>　　I表示貨叉的截面慣性矩,按照等截面計算則</p><p>　　表示貨叉的額定截面載荷力，則</p><p>　　通常情況下叉車的許用撓度為==2cm</p><p>　　因為所以滿足貨叉要求的剛度</p><p><b>　　叉架的設(shè)計計算</

48、b></p><p>　　叉架在叉車工作過程中的受力相當(dāng)復(fù)雜，叉架一般情況是由兩部分組成的，它的后半部分是有導(dǎo)向滾輪的滾輪架，前半部分是是用來安裝懸掛的貨叉以及其他工具的焊接框架，，與后半部分的滾輪架連為一體，由鏈條進(jìn)行牽引，沿著門架導(dǎo)軌來進(jìn)行豎直升降運動，本設(shè)計選擇的材料為Q 345板型叉架。</p><p>　　對叉架進(jìn)行受力分析：貨叉上面的壓力，滾輪的反力偶、鏈條的拉力、載荷產(chǎn)

49、生的力偶、側(cè)向力偶等。主要是計算橫梁，這樣就能大幅簡化設(shè)計，如下圖所示：</p><p>　　在平面框架上橫梁懸臂處的彎矩：</p><p>　　=3000000N·mm</p><p>　　在垂直于平面框架上橫梁懸臂處的彎矩：</p><p><b>　　=3547949</b></p><

50、;p>　　根據(jù)工作性質(zhì)，貨叉裝在叉架上，不能讓叉架隨便移動，所以叉架上通常會有定位槽，又因為開有槽的緣故，平面框架上被削掉了一塊，所以在計算時只需計算危險點A和B的應(yīng)力。</p><p><b>　　A點處的應(yīng)力狀態(tài)：</b></p><p><b>　　(3-1)</b></p><p><b>　　將數(shù)

51、據(jù)代入公式得</b></p><p>　　扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力最大處是在B點，計算公式為：</p><p><b>　　矩形截面高度比</b></p><p>　　B點的雙向應(yīng)力計算公式為:</p><p>　　=143Mpa<230Mpa</p><p>　　所以綜上所述，叉架滿足設(shè)計要

52、求。</p><p><b>　　4門架的設(shè)計與計算</b></p><p>　　4.1 門架強(qiáng)度的計算狀態(tài)</p><p>　　本課題選擇的門架材料為16Mn， 剪切彈性模量是：：彈性模量是：；抗拉、抗壓強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度；屈服點強(qiáng)度。</p><p>　　根據(jù)分析可知：當(dāng)叉車裝載為最大重量、貨叉上升到最大高度、門架前

53、傾到最大角度時，門架所受的力最大(圖4.1)。求出內(nèi)門架施加給叉車又架滾輪的反壓力Pl、P2。</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　在該公式中：</b></p><p>　　G1——叉車貨叉與叉架的自重，Kg；</p><p>　　Q——額定起重量，Kg；&l

54、t;/p><p>　　S——鏈條的總拉力，Kg；</p><p>　　——叉車門架最大的前傾角，度；</p><p>　　k——動力載荷系數(shù)，K=K1（動力系數(shù)）×K2（貨物偏載系數(shù)）。</p><p>　　圖4.1 叉車門架的載荷作用圖</p><p>　　其中Q=3000Kg、 、G1=250Kg、h2=3

55、70mm、、、、、K=1.2。</p><p>　　將數(shù)據(jù)代入式(2-4)可以求出：</p><p>　　通常在一般情況下，鏈條的拉力所產(chǎn)生的力矩可以達(dá)到貨物重量力矩的十分之一到九分之一,從而來減小門架所承受的載荷。當(dāng)門架前傾到最大角度的時候()，滾輪承受的最大壓力要比門架直立時所承受的力增加百分之十左右。</p><p>　　因為鏈條的拉力與門架前傾時對滾輪壓力所

56、引起的、數(shù)值上幾乎相等的減載和增載的影響，為了將計算簡化，在這里我們將其忽略不計，進(jìn)行計算時按門架直立狀態(tài)。</p><p>　　4.2 計算滾輪壓力</p><p>　　門架直立狀態(tài)時，，因此內(nèi)門架滾輪的壓力為</p><p><b>　　(4-2)</b></p><p>　　已知h1=480mm，h2=370mm&

57、lt;/p><p>　　外門架滾輪的壓力為：</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　圖4.2 門架滾輪的壓力計算簡圖</p><p>　　4.3 門架立柱截面的幾何性質(zhì)</p><p>　　由于叉車內(nèi)外門架立柱的截面尺寸是相同的，所以除了計算慣性矩、靜矩、抗彎模量等，還需

58、計算其他附加截面的幾何特性。</p><p>　　（1）立柱截面 （2）扇性坐標(biāo)</p><p><b>　　(3)扇性靜矩</b></p><p>　　圖4.3 門架立柱截面的幾何性質(zhì)</p><p>　　圖4.3（1）是門架立柱的截面圖，（2）是扇性坐標(biāo)圖，（3）

59、是扇性靜矩圖。根據(jù)《機(jī)械課程設(shè)計簡明手冊》，槽鋼型號為16a，則截面的尺寸依次為：b=5.2cm、h=15.2cm、t2=1.8cm、t1=1.4cm、,各個參數(shù)值見表1所示。</p><p>　　表4.1 門架立柱截面的結(jié)構(gòu)尺寸和幾何特性</p><p>　　參數(shù)的計算如下所示:</p><p><b>　　截面面積：</b></p&g

60、t;<p><b>　　(4-4)</b></p><p><b>　　形心位置：</b></p><p>　　彎心位置： </p><p><b>　　線性截面慣性矩：</b></p><p><b>　　線性抗彎截面模量：</b>

61、;</p><p><b>　　純抗扭慣性矩:</b></p><p><b>　　扇性慣性矩：</b></p><p><b>　　靜矩：</b></p><p><b>　　約束扭轉(zhuǎn)特性：</b></p><p>　　由于Wy和

62、Wx的比值約為百分之十五點五七左右，大于百分之十五，所以此門架平面內(nèi)的載荷不用計算。</p><p>　　4.4 內(nèi)門架強(qiáng)度計算</p><p>　　（1）門架立柱的斷面翼緣厚度校核</p><p>　　按照局部彎曲應(yīng)力的計算公式： （4-5）</p><p>　　得到：

63、 （4-6）</p><p><b>　　式中：</b></p><p>　　——材料屈服極限。 16Mn鋼的=3500Kg/cm2</p><p>　　P——滾輪的壓力，P=P1=P2=3340.54Kg。</p><p><b>　　因此得到</b

64、></p><p>　　由于1.71mm小于1.8mm，所以此門架立柱的斷面翼緣厚度設(shè)計合理。</p><p>　?。?）門架立柱斷面腹板的高度校核</p><p>　　按照滾輪的接觸應(yīng)力來計算腹板高度</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　式

65、中：</b></p><p>　　P——滾輪的壓力，3340.54Kg；</p><p>　　——滾輪的踏面寬度，50mm；</p><p>　　Enp——導(dǎo)軌和滾輪材質(zhì)的綜合當(dāng)量彈性模量，當(dāng)為鋼制滾輪時</p><p>　　Pnp——導(dǎo)軌和滾輪的當(dāng)量曲率半徑，圓柱形滾輪對平面導(dǎo)軌時，。</p><p>　

66、　——與滾輪材質(zhì)與導(dǎo)軌表面硬度有關(guān)的許用接觸應(yīng)力，常用。</p><p><b>　　取</b></p><p><b>　　代入公式得</b></p><p>　　由，可以知道能夠符合要求。</p><p>　　由的等式可以轉(zhuǎn)換為：</p><p><b>　　則

67、:</b></p><p>　　R實際=2R，則R實際=2×34.80=69.60mm（取70mm），所以腹板高度為：</p><p>　　由知，所以腹板高度的尺寸設(shè)計合格。</p><p>　?。?）門架立柱的彎矩校核</p><p>　　因為滾輪的集中作用，，可以計算出在與門架垂直的平面的內(nèi)門架立柱當(dāng)中產(chǎn)生的最大彎矩

68、。這樣計算得工作量會比較大，所以要根據(jù)簡化法來進(jìn)行計算。整體的強(qiáng)度安全系數(shù)在簡化算法中應(yīng)大于4，計算局部彎曲強(qiáng)度的安全系數(shù)N局應(yīng)大于1.2時，最危險的截面在B點處(圖4.4)。</p><p>　　由于約束扭轉(zhuǎn)和整體彎曲的共同作用，如圖4.4，與叉架下滾輪接觸的截面B是內(nèi)門架立柱最危險的截面。所以計算截面B的彎矩：</p><p><b>　　整體彎曲正應(yīng)力為：</b>

69、;</p><p>　　根據(jù)已知許用彎曲應(yīng)力（取N值為4）：</p><p>　　由可知整體結(jié)構(gòu)安全。</p><p>　　圖 4.4 門架立柱</p><p><b>　　整體彎曲剪應(yīng)力為</b></p><p><b>　?。?-8）</b></p><

70、;p><b>　　公式中：</b></p><p>　　P——截面剪力，Kg；</p><p>　　S——所求的應(yīng)力點以外截面面積對中性軸的靜矩，cm3；</p><p>　　Jx——截面對中性軸X的慣性矩，cm4;</p><p>　　b——所求應(yīng)力點處的截面寬度，cm。</p><p>

71、<b>　　得到</b></p><p><b>　　許用剪切應(yīng)力為：</b></p><p>　　由 滿足設(shè)計要求。</p><p><b>　　局部彎曲應(yīng)力</b></p><p>　　B點的局部變異應(yīng)力：</p><p><

72、;b>　?。?-9）</b></p><p>　　式中t=t2=1.8cm、K0=2</p><p><b>　　則</b></p><p>　　局部許用彎曲應(yīng)力是（取N局=1.2）</p><p>　　由，可以知到局部危險點也在安全范圍之內(nèi)。</p><p>　　4.5 外門

73、架強(qiáng)度計算</p><p>　　把外門架簡化成單根立柱來計算，橫梁產(chǎn)生的影響可以通過支座的約束來考慮。</p><p>　　在垂直門架平面內(nèi)，外門架立柱產(chǎn)生的整體彎曲，不受門架前傾的影響。受了最大彎矩Mbmax的部位是從立柱與傾斜油缸連接處至門架下滾輪接觸點內(nèi)。</p><p>　　外門架強(qiáng)度計算如圖4.5所示，能夠知道D點為危險截面。由已知、、。</p>

74、;<p>　　圖4.5 外門架強(qiáng)度計算簡圖</p><p>　?。?） 計算D點處的整體彎曲</p><p>　　鏈條的拉力S對起升油缸會產(chǎn)生力矩，門架彎曲增大是通過內(nèi)門架及活塞桿使門架滾輪的壓力增大來實現(xiàn)的。</p><p>　　門架滾輪的壓力增量是：</p><p><b>　?。?-10）</b>&l

75、t;/p><p><b>　　其中</b></p><p>　　S——鏈條的拉力，Kg；</p><p>　　a2——鏈條與軸的中心距，cm；</p><p>　　Hmax——最大的起升高度，cm。</p><p>　　已知Hmax=300cm，取a2=6cm，可以求出</p><

76、p><b>　?。?-11）</b></p><p><b>　　則有</b></p><p>　　因而D點的最大彎矩為：</p><p><b>　　即整體彎曲應(yīng)力為：</b></p><p><b>　　許用彎曲應(yīng)力為:</b></p>

77、;<p>　　由可知，所以符合設(shè)計要求。</p><p>　?。?）校核局部彎曲應(yīng)力</p><p><b>　　（4-12）</b></p><p>　　由前面可知，局部許用彎曲應(yīng)力為：</p><p>　　由知，所以符合設(shè)計要求。</p><p>　　4.6 門架剛度計算<

78、;/p><p>　?。?）門架剛度計算狀態(tài)</p><p>　　所謂門架剛度條件就是是指當(dāng)滿載情況下的貨叉上升到最大高度的時候，前傾到最大角度的時候，處在門架頂端的水平撓度應(yīng)該小于許可值。如圖4.6所示、門架計算簡圖。</p><p>　　圖4.6 門架剛度計算狀態(tài)簡圖</p><p>　　其中已知各參數(shù)如下所示：</p><

79、p>　　起重量是Q=3000Kg、起升高度為H=3000mm、前傾角為、載荷中心距C=500mm、滑架的重量是G1=250Kg、門架立柱的慣性矩是J0=J=J1=1490cm4。</p><p><b>　　門架的各個尺寸為：</b></p><p>　　滑架通過滾輪傳給內(nèi)門架和力按下式計算，如圖4.7所示</p><p>　　圖4.7

80、門架計算簡圖</p><p><b>　　（4-13）</b></p><p>　　在這可以把力P1、P2對門架的作用能夠分解為一個集中力和一個力偶，內(nèi)門架端部的力偶用M1表示，外門架端部的力偶用M0來表示，求解得：</p><p><b>　　（4-14）</b></p><p><b>

81、;　　另外</b></p><p>　　伸縮式門架在集中力和端部力偶的作用下， 內(nèi)門架繞外門架端部轉(zhuǎn)動了角的時候，從內(nèi)門架端部所引起的水平位移，如圖4.8所示。</p><p><b>　　式中</b></p><p>　　、——力偶M作用在外門架端部時產(chǎn)生的水平位移和轉(zhuǎn)角；</p><p>　　、——集中力

82、P1-P2作用在外門架端部時產(chǎn)生的水平位移和轉(zhuǎn)角；</p><p>　　、——由力偶M及集中力P1-P2作用在內(nèi)門架端部時產(chǎn)生的水平位移。</p><p>　　圖4.8 門架變形圖</p><p>　　（2）確定門架端部產(chǎn)生的各水平位移</p><p>　　力偶M0作用的時候，求出外門架端部所產(chǎn)生的水平位移fM0: <

83、/p><p><b>　　(4-15)</b></p><p>　　圖4.9 外門架計算簡圖</p><p>　　在力偶M1作用的時候，在內(nèi)門架端部的水平位移fM1為：</p><p><b>　　(4-16)</b></p><p>　　力偶M0作用時，求得內(nèi)門架繞外門架端部轉(zhuǎn)

84、動角度</p><p>　　由集中力P1-P2的作用，在外門架端部所引起的水平位移f0p為：</p><p>　　同理，可以求得在力P1-P2的作用下所引起的內(nèi)門架端部的水平位移f1p：</p><p>　　由于集中力P1、P2的作用，在外門架的端部產(chǎn)生的角度為：</p><p><b>　　(4-17)</b><

85、/p><p><b>　?。?）校核撓度</b></p><p>　　通過以上計算，對端部產(chǎn)生的水平位移f（撓度）。計算得：</p><p><b>　　(4-18)</b></p><p><b>　　許用撓度值是：</b></p><p><b&g

86、t;　　(4-19)</b></p><p>　　由知，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　5 滾輪組件的安裝及計算</p><p>　　5.1 內(nèi)門架與外門架滾輪的設(shè)計</p><p>　　滾輪分為側(cè)向和縱向滾輪，由四個滾輪構(gòu)成?？v向滾輪在垂直于門架的平面內(nèi)，而側(cè)向滾輪在門架自身的平面內(nèi)起導(dǎo)行和傳力作用。構(gòu)造如圖5.1所示。

87、縱向滾輪的受力會比較大，所以直徑也大并且要用滾動軸承，側(cè)向滾輪受力會比較小，所以直徑也小，所以用滑動軸承和滾針。</p><p>　　（a）縱向滾輪 （b）側(cè)向滾輪</p><p>　　圖5.1 滾輪構(gòu)造</p><p><b>　?。?） 軸的計算</b></p><p>　　但經(jīng)過分析

88、說明，在門架做垂直運動時，滾輪軸主要受切應(yīng)力，并且最大彎曲切應(yīng)力在中性軸上均勻分布的，求得圓截面梁的最大彎曲切應(yīng)力為：</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p><b>　　已知</b></p><p><b>　　及 </b></p><p><b

89、>　　于是可得</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p><b>　　式中</b></p><p>　　R——圓形截面半徑，mm；</p><p>　　SZ,max——半圓截面對中性軸的靜矩，mm3；</p><p>　　IZ—

90、—圓形截面對中性軸的慣性矩，mm3；</p><p>　　軸的材料選擇用45號鋼，查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》可知[]=30～40MPa，所以取[]=35 MPa。由</p><p><b>　　（5-3）</b></p><p><b>　　得到</b></p><p>　　考慮門架的重量，所以選擇半徑為

91、12.5mm，即滾輪軸的直徑為25mm。</p><p><b>　?。?）軸承的選擇</b></p><p>　　查閱《機(jī)械設(shè)計手冊》選擇深溝球軸承，代號為6405</p><p>　　表5.1 6405軸承相關(guān)數(shù)值</p><p><b>　　（3） 導(dǎo)輪的設(shè)計</b></p>&

92、lt;p>　　因為門架寬度為是21mm，軸承外徑是80mm，為了保證門架運行時的穩(wěn)定性，導(dǎo)輪的外徑為120mm、內(nèi)徑為80mm。</p><p><b>　?。?） 軸用擋圈</b></p><p>　　按照軸的尺寸選擇軸用擋圈</p><p>　　表5.2 軸用擋圈尺寸</p><p>　　每1000個鋼擋圈重

93、量約為1.90 kg</p><p><b>　?。?） 孔用擋圈</b></p><p>　　表5.3 孔用擋圈尺寸</p><p>　　根據(jù)導(dǎo)輪內(nèi)徑的尺寸選擇孔用擋圈</p><p>　　每1000個鋼擋圈得重量大約為22.0 kg。</p><p>　　5.2 叉架與內(nèi)門架滾輪的設(shè)計<

94、/p><p>　　因為滾輪的受力與內(nèi)門架處的滾輪受力是一樣的，所以此處的設(shè)計跟上面一樣，不再進(jìn)行計算。</p><p>　　6確立優(yōu)化方法并進(jìn)行優(yōu)化</p><p>　?。?）門架立柱的優(yōu)化</p><p>　　根據(jù)對叉車門架的結(jié)構(gòu)分析和綜合的成本來看,減少內(nèi)外門架之間和滾輪與門架之間的摩擦和撞擊是非常有必要的，這樣可以減少機(jī)械振動，從而減小工作

95、噪音，大大增加了各部件的使用壽命。</p><p>　　根據(jù)查閱的相關(guān)資料和對相關(guān)工作人員的咨詢，對門架立柱采用的優(yōu)化方法是去焊接化和精整加工，這樣可以大大提高門架立柱的制造精度，來達(dá)到對門架立柱的優(yōu)化。</p><p><b>　　門架立柱截面的優(yōu)化</b></p><p>　　優(yōu)化前，焊接門架立柱所采用的鋼材為HRB335，板厚200mm，

96、焊接方式為雙邊角焊縫，下料焊接，焊縫的寬度為10mm。則根據(jù)理論重量計算公式：</p><p>　　可計算出單根外門架重量67.26kg，單根內(nèi)門架重量80.34kg。</p><p>　　優(yōu)化后，采用熱壓成型工藝，材質(zhì)為16Mn，機(jī)械性能等同于HRB335，則根據(jù)比重法計算：單根外門架重量51.82kg，單根內(nèi)門架重量61.53kg。</p><p>　　優(yōu)化前和

97、優(yōu)化后對比，很明顯可以看出：叉車門架達(dá)到了輕量化設(shè)計的目的；以熱壓成型工藝取代傳統(tǒng)的焊接化工藝，提高了整體的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)了統(tǒng)一規(guī)格的磨具批量化生產(chǎn)。</p><p><b>　　設(shè)計方法的優(yōu)化</b></p><p>　　在傳統(tǒng)設(shè)計中，采用手工繪圖的方法，設(shè)計完成后再進(jìn)行大量的實驗進(jìn)行反復(fù)驗算，繪制的圖紙也需要大量的修改，效率相當(dāng)?shù)?，不能很好地對叉車門架的力學(xué)性能進(jìn)

98、行優(yōu)化設(shè)計。</p><p>　　而我們采用的是現(xiàn)代化設(shè)計方法來對叉車門架進(jìn)行設(shè)計，采用三維參數(shù)化pro-E軟件對叉車門架進(jìn)行三維建模并運用有限元分析法進(jìn)行驗算，與傳統(tǒng)設(shè)計方法相比，本課題是一個連續(xù)的設(shè)計過程，縮短了設(shè)計時間，提高了產(chǎn)品精度和設(shè)計效率，降低了產(chǎn)品的成本，提高叉車產(chǎn)業(yè)競爭力，滿足了社會需求。</p><p>　　7基于ANSYS的叉車門架有限元分析</p>&l

99、t;p>　　建立叉車門架的幾何模型</p><p>　　運用三維建模軟件ProE建立叉車門架的的幾何模型，ANSYS有限元分析中，在確保分析精度的前提下，我們需要對模型進(jìn)行簡化，簡化的原則就是明確分析的主要部件，將次要部件進(jìn)行簡化或忽略，這樣可以提高效率，簡便計算，所以建立的實體幾何模型如下圖所示：</p><p>　　圖7.1叉車門架的三維模型</p><p&g

100、t;　　叉車門架的有限元模型</p><p>　　將建立的幾何模型導(dǎo)入ANSYS 中，由于整體分析體會比較大，所以我們在這里采用分別分析叉車門架各個主要部件的方法，采用智能網(wǎng)格對叉車貨叉、叉車內(nèi)門架、叉車外門架進(jìn)行網(wǎng)格劃分，得到有限元模型如下圖所示：</p><p>　　圖7.2貨叉的有限元模型</p><p>　　圖7.3內(nèi)門架的有限元模型</p>

101、<p>　　圖7.4外門架的有限元模型</p><p><b>　　施加載荷及約束條件</b></p><p>　　本課題研究的叉車規(guī)格為：載荷中心距為500mm，最大起重載荷為3噸，最大起升高度為3米，如前邊所述，當(dāng)叉車達(dá)到最大起升高度，前傾角為時進(jìn)行分析，有限元分析時應(yīng)該注意：滾輪和導(dǎo)軌建立摩擦系數(shù)為0.05，根據(jù)前文的受力分析與計算，依次對主要部件（即

102、叉車貨叉，內(nèi)、外門架）進(jìn)行應(yīng)力分析，應(yīng)力云圖如圖所示：</p><p>　　圖7.5貨叉的應(yīng)力云圖</p><p>　　在該運動狀態(tài)下，叉車貨叉的應(yīng)力分析圖如圖7.5所示，最大應(yīng)力值為278MPa，安全系數(shù)n取1.7的時候，許用應(yīng)力為317MPa，所以叉車貨叉在安全范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　圖7.6內(nèi)門架的應(yīng)力云圖</p><

103、;p>　　內(nèi)門架的應(yīng)力分析圖如圖7.6所示，最大應(yīng)力值為196MPa，已知許用應(yīng)力值為240MPa，故叉車內(nèi)門架在安全范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計要求。</p><p>　　圖7.7外門架的應(yīng)力云圖</p><p>　　外門架的應(yīng)力分析圖如圖7.7所示，最大應(yīng)力值為198MPa，已知許用應(yīng)力值為240MPa，故叉車外門架同樣也在安全范圍之內(nèi)，滿足設(shè)計要求。</p><p&g

104、t;　　通過對叉車門架進(jìn)行有限元分析，可以準(zhǔn)確的判斷出叉車門架的變形和整體的應(yīng)力分布，降低了設(shè)計成本，縮短了設(shè)計時間，同時避免了人工計算得各種不足之處，使分析的結(jié)果一目了然，更加直觀，為叉車的輕量化設(shè)計和結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了保證。</p><p><b>　　8 總結(jié)</b></p><p>　　本設(shè)計工作是針對太原工業(yè)學(xué)院機(jī)械電子工程專業(yè)所進(jìn)行的畢業(yè)設(shè)計，對叉車的門架系

105、統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，并進(jìn)行三維建模。在設(shè)計過程中，主要完成的工作有：查閱相關(guān)資料，對叉車的發(fā)展和研究現(xiàn)狀有了充分了解，明確了設(shè)計的目的和意義，然后對叉車門架進(jìn)行了仔細(xì)的觀察和分析，也相應(yīng)做了一些測量工作，并查閱了大量有關(guān)叉車的參考資料，對叉車的構(gòu)造和工作原理有了深刻的認(rèn)識，對叉車門架參數(shù)進(jìn)行選定，進(jìn)行各部件的設(shè)計計算，運用三維制圖軟件建立三維模型并進(jìn)行有限元分析。在設(shè)計過程中，從一開始的一知半解到現(xiàn)在完成最后的畢業(yè)設(shè)計，我學(xué)到了很多，同時也

106、豐富了我的設(shè)計經(jīng)驗。</p><p>　　通過對叉車門架的優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了門將結(jié)構(gòu)重量的降低，保證了叉車門架的力學(xué)性能，實現(xiàn)了叉車門架輕量化設(shè)計的目的；對叉車門架進(jìn)行精整加工，減小了各部件之間的摩擦，從而降低磨損，增加了叉車門架的使用壽命；運用計算機(jī)輔助設(shè)計，采用現(xiàn)代化的設(shè)計理念，提高了產(chǎn)品設(shè)計的效率，降低了產(chǎn)品的設(shè)計成本，從而有效地增強(qiáng)了叉車產(chǎn)業(yè)的競爭力。 </p><p>　　由于本人

107、能力有限，只對叉車門架進(jìn)行了粗淺的優(yōu)化設(shè)計，沒能深化的運用ANSYS軟件對叉車門架進(jìn)行有限元分析，當(dāng)然設(shè)計中還存在很多的不足之處，希望得到老師們的理解與包容。</p><p>　　這次畢業(yè)設(shè)計讓我對機(jī)械方面有了重新的認(rèn)識，它結(jié)合了我大學(xué)所有學(xué)過的知識并且讓我學(xué)到了很多新知識。從最初的選題，開題到最后的設(shè)計完成。期間，查找相關(guān)資料、老師的悉心指導(dǎo)、同學(xué)之間互相交流、反復(fù)的修改圖紙、復(fù)雜的計算過程，對我來說都是一次寶

108、貴的經(jīng)驗和學(xué)習(xí)歷練的機(jī)會。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]秦同瞬．叉車的選用[J]． 港口裝卸，2001,02:13-30 </p><p>　　[2]陶元芳，衛(wèi)良保.《叉車構(gòu)造與設(shè)計》[M].機(jī)械工業(yè)出版社.2010-2-1,16-98</p><p>　　[3]M.R. Sm

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