大板錠抓具設計【含12張CAD圖紙】

大板錠抓具設計【含12張CAD圖紙】,含12張CAD圖紙,大板錠抓具,設計,12,CAD,圖紙 引 言 機械抓具是用來對物料進行起重，運輸，裝卸或安裝等作業(yè)的設備。是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機械設備，對于減輕繁重的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率和實現(xiàn)生產(chǎn)過程的機械化，自動化以及改善人民的物質(zhì)文化生活都有重大的意義。 機械抓具在工礦企業(yè)，港口碼頭，車站倉庫，建筑工地，海洋開發(fā)，等各個工業(yè)部門都有廣泛應用。它不僅可以做為輔助生產(chǎn)設備，完成原料，半成品，產(chǎn)品的裝卸，搬運，進行機電設備的安裝，維修，而且也是一些生產(chǎn)過程（如鋼鐵冶金生產(chǎn)）工藝操作中的必需設備。 機械抓具發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為合理組織成批大量生產(chǎn)和機械化流水作業(yè)的基礎，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標志之一。在我國現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機械化水平，勞動生產(chǎn)率的提高中，機械抓具必將發(fā)揮更大的作用。 由于市場競爭的日趨激烈對機械抓具的設計質(zhì)量和效率提出了越來越高的要求因此，對其主要參數(shù)，主要機構及零部件實現(xiàn)系列化標準化，對于提高生產(chǎn)率，降低成本，便于維修保養(yǎng)等有著重要意義。 在各種不同類型的抓具中，機械抓具是我國研制最早，一種重要而又具有代表性的抓具機械抓具廣泛應用于港頭，碼頭貨物的機械化裝卸，造船廠船舶的施工，安裝以及大型水電站工地的建壩工程中，對于減輕繁重的體力勞動，改善工人的操作條件，提高勞動生產(chǎn)率都有著很大的意義，是實現(xiàn)生產(chǎn)過程機械化不可缺少的重要設備 18世紀下半葉的第一次工業(yè)革命促進了機械工程學科的迅速發(fā)展，機構學在原來的機械力學的基礎上發(fā)展成為一門獨立的學科。早在13世紀連桿機構就已得到應用，最簡單的連桿機構是四桿機構，也是最早出現(xiàn)的一種連桿機構。對連桿機構的研究起始于18世紀的著名發(fā)明家瓦特，1784年他所發(fā)明的蒸汽機中曾應用四連桿機構連桿點的近似直線運動引導機構中的另一個桿運動。19世紀以來，以幾何圖解法為主導的德國機構學學派曾對連桿機構的研究做出了巨大的發(fā)展，使連桿機構在生產(chǎn)實際中又有了新的突破，開辟了很多新的分支。 機械抓具的四連桿結構設計采用強度，剛度設計，即根據(jù)強度理論選擇截面形狀，求出截面面積，然后再根據(jù)剛度理論檢驗其變形或位移是否過大，或有無失穩(wěn)的危險。多年來平面鉸鏈四桿機構在工業(yè)生產(chǎn)中的應用十分普遍，所以運動綜合問題一直是機構學界研究的熱點。 本文所說的機械抓具是用于鑄造鋁廠抓取鋁板的抓具，由于鋁板噸位大工作在高溫環(huán)境中，抓具要與之相適應即要求設計出具加緊力大自動化程度高，使用安全可靠即減輕勞動力，提高生產(chǎn)效率。從抓具的經(jīng)濟使用角度和使用安全、工作環(huán)境等情況設計了該抓具。 1總體方案設計 1.1 抓具的力學原理 1.1.1 抓具的構造 一種大型金屬坯抓具，包括由兩組各四個連桿、兩根中連接軸及兩根下連接軸鉸接而成的連桿機構，上橫梁兩端分別焊有與天車吊鉤相接的吊環(huán)，每組連桿機構下部的兩個連桿上焊有夾取金屬坯的抓塊，抓塊內(nèi)側(cè)有倒鉤，兩根下連接軸用鋼板互相焊接構成下橫梁，中心柱下端固定在下橫梁中央，其上段穿套在上橫梁中間通孔內(nèi)，中心柱上套有活動鎖盤，位于活動鎖盤上方的鎖定盤用銷軸固定在中心柱上，上橫梁下側(cè)鉸接兩個鎖定鉤，中心柱兩側(cè)分別有一個以上給上橫梁導向的導柱固定在下橫梁上。本實用新型的特點是下橫梁比較寬、結構強度高、吊裝時變形小、穩(wěn)定可靠、能準確有效地實現(xiàn)自動裝卸，適用于長度8～12米高溫金屬坯的抓運。 1.1.2抓具的運動原理 平面四連桿機構雖然是最簡單的一種機構，可是在實際應用上卻非常廣泛，而且由它演化變異后又能派生出許多其他機構，因此對它的綜合方法有了深入的研究，就會給研究多桿或復雜的低副平面以及其他機構奠定良好的基礎。四桿機構的各桿尺寸，機架變換以及原動件變化與機構運動特性之間有著密切的關系。鉸鏈四桿機構盡管結構不同，尺寸各異，但其基本類型不外乎如下三種1）曲柄搖桿機構2）雙曲柄機構；3)雙搖桿機構。在這三種基本型中，有無曲柄是一關鍵所在。如圖3-1所示鉸鏈四桿機構ABCD中，能夠做整周轉(zhuǎn)動的構件叫曲柄（圖中AB）;只能在某一角度范圍內(nèi)（<360）作往復擺動的構件（圖中CD）叫搖桿；起固定支撐作用的構件（圖中AD）叫機架；與機架相連的兩構件（圖中AB,CD）叫連架桿；與連架桿相連，并做復雜平面運動的構件（BC）叫連桿。上述三種基本類型中，曲柄的多少決定其基本類型的關鍵——若兩連架桿之一為曲柄，另一為搖桿的機構稱為曲柄搖桿機構；若兩連架桿均為曲柄，則稱為雙曲柄機構；若根本無曲柄存在那就只能叫做雙搖桿機構?？梢娗拇嬖谂c否至關重要。機構的研究內(nèi)容主要有連桿機構和凸輪機構和槽輪機構等。 連桿機構廣泛的應用于農(nóng)業(yè)，紡織，機械，冶金等行業(yè)中，因其具有以下特點：1）運動副一般為低副，可承受較大載荷，且不易產(chǎn)生大的磨損，此外，其形狀簡單，便于加工制造 ；2)連桿上各不同點的軌跡各不相同，改變各桿件相對長度關系，則連桿的形狀也隨之改變，從而實現(xiàn)各種運動輸出。 圖1.1 在平面連桿機構中最基本的形式為四桿機構，關于四桿機構的分析已進行了不少的研究工作。但是不論在運動學及動力學方面，四桿機構仍有進一步研究的必要。至于五桿以上的多桿機構，特別是多桿多自由度機構，目前的工作還很不完善。四連桿機構雖然結構形式簡單，而且應用廣泛，但其所能實現(xiàn)的功能也比較簡單，隨著機械自動化，機械手，機器人的發(fā)展，人們對機構所需滿足的運動特性及動力特性有更高的要求，在國際上也十分注重這方面的工作。連桿機構是工程實際中應用最廣泛的機構，是組成各種機械系統(tǒng)的基礎，如活塞發(fā)動機，各種紡織機械，印刷機械等，因此連桿機構的研究一直是機構學鄰域中的研究重點， 連桿機構分析著重連桿機構結構學，運動學力學特性的研究，所示連桿機構的結構組成，運動學于動力學規(guī)律及其相互關系，用于現(xiàn)有機械系統(tǒng)的性能分析于改進。連桿機構的運動分析在連桿機構的運動學分析中占有重要的地位。 連桿機構是一種應用十分廣泛的機構，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機械和工程機械中得到廣泛應用，而且諸如人造衛(wèi)星太陽能板的展開機構，機械手的傳動機構，折疊傘的收放機構以及人體假肢等等，也用到連桿機構。 近年來對平面連桿機構的研究，不論從研究范圍上還是方法上都有很大進展。以不再局限于單自由度四連桿機構的研究，也已注意到對多桿多自由度平面平面連桿機構的研究，并已提出一些有關這類機構的分析及綜合的方法。在設計要求上已不再局限于運動學要求，而是同時兼顧機構的動力學特性 　 特別針對高速機械，考慮構件的彈性變形的運動彈性動力學也得到很快的發(fā)展。根據(jù)連桿機構中的相對運動為平面還是空間運動，連桿機構可分為平面機構和空間機構兩大類，在一般機械中應用最廣的是平面連桿機構。 1.2分類問題 根據(jù)機械的用途和性能要求的不同，對連桿機構的要求是多種多樣的，這些要求可歸納為以下三類問題： （1） 滿足預定的運動規(guī)律要求 如果求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預定的對應位置關系；或要求在原動件運動規(guī)律一定的條件下，從動件能夠準確地或近似的滿足運動規(guī)律要求。 （2） 滿足預定的連桿位置的要求 即要求連桿能占據(jù)一系列的預定位置。因這類設計問題要求機構能引導連桿按一定方位通過預定位置，故又稱為剛體導引問題。 （3） 滿足預定的軌跡的要求 即要求在機構運動過程中，連桿上的某些點的軌跡能符合預定的軌跡要求。 所謂實現(xiàn)已知運動規(guī)律的問題，就是當原動件的運動規(guī)律已知時，所確定的機構運動簡圖的參數(shù)應能保證從動件按照給定的運動規(guī)律而運動。所謂實現(xiàn)已知軌跡的問題，就是使所確定的機構運動簡圖的參數(shù)能保證該機構中作平面復雜運動的構件上某一點沿著已知的軌跡運動或移動，因而這些構件上各點軌跡卻比較復雜，而且形式多樣，它的形狀與連桿機構的類型，機構尺寸以及連桿平面內(nèi)點的位置有關。通過確定要實現(xiàn)的預期軌跡，反求機構的結構和位置參數(shù)，就是實現(xiàn)已知軌跡的設計問題。 在平面連桿機構的設計中，設計要點是：根據(jù)機構所應起的作用而提出的已知條件來確定機構運動簡圖的參數(shù)。這些參數(shù)是:轉(zhuǎn)動副中心間的距離，確定移動副位置的尺寸以及確定描繪連桿曲線的點的位置尺寸等等。由于已知的條件是根據(jù)機構的用途而定的，它是各式各樣的，因此設計平面連桿機構的實際問題也是多種多樣的。多年來平面鉸鏈四桿機構在工業(yè)生產(chǎn)中的應用十分普遍，所以其運動綜合問題一直是機構學姐研究的點。到現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了很多種設計方法。大體可分為三類，即幾何圖解法，解析法和實驗法。 機構及機械系統(tǒng)的設計，最本質(zhì)的內(nèi)容是約束于自由度的設計，特別是約束的設計，更具體的說是運動副類型的選擇與設計。按照傳統(tǒng)的力學及機構結構學的概念，約束是相對于自由度而言的，約束是指對二構件間相對運動獨立自由度的限制。一般約束數(shù)與自由度之和等于6，約束的性質(zhì)和數(shù)量都有嚴格的限制。 隨著科學技術的發(fā)展，及對機械系統(tǒng)，特別其不確定性，真實運動規(guī)律與實際受力狀態(tài)進行更深入，全面的研究，以及智能控制等研究的要求，有必要對約束概念加以擴展。對各種約束作用的機理，產(chǎn)生的根源約束的性質(zhì)和特點：對機構作用的影響及其存在與作用的空間，范圍（不僅局限于指兩個構件間相對運動自由度的約束，而是擴大到整個系統(tǒng)和運動規(guī)律）等進行研究和分類。以便能更加自覺，有效的應用，設計和控制約束。 機械的基本功能是實現(xiàn)機械運動及力的傳遞和變換。實際上，運動是機械工作的表征，力是運動產(chǎn)生的根據(jù)。機械的運動規(guī)律，工作性能都取決于系統(tǒng)中力的作用。因此廣義的說機械是在各種形式和性質(zhì)的力作用下工作和運動的。任何約束（包括傳統(tǒng)意義上的運動副幾何約束）都可以用力的作用來描述和代替。所以，從全面，深入研究機械系統(tǒng)工作性能（特別是運動的傳遞與變換）出發(fā)，廣義的將所有能影響機械工作性能，運動規(guī)律的力即力能場的作用都稱之為約束。這顯然是正確的，也是有利的，這樣就可以將存在于機械系統(tǒng)內(nèi)部和外部的各種性質(zhì)與形式的約束統(tǒng)一進行研究，更深入地揭示機械結構與工作的實質(zhì)，從 而更好地分析與設計機械。 至今，已有不少文獻從不同角度提出了多種約束的概念及其描述的方法，為研究，應用和設計約束提供了非常由價值的理論和方法。在前人已有的研究的基礎上，在此，對機構中的約束及過約束的分類再補充考慮以下幾點：1）按廣義約束的觀點，將所有能影響機械工作與運動特性和規(guī)律的作用均歸入約束；2）考慮機械設計及結構客觀存在的不確定性；3）便于設計自調(diào)，自適應機械結構。 1.2.1 機構中約束的分類： 1 按約束力的產(chǎn)生及對機械運動的限制和影響劃分。 1）靜力約束（或運動約束）。其約束力的產(chǎn)生是由二構件以一定幾何形體相接觸，形成約束反力限制相對運動自由度的數(shù)量，類型和方位。其約束反力，可根據(jù)靜力平衡原則求得，故稱靜力約束。在反力作用的方向上不能產(chǎn)生相應的自由度，因此，其設計可按力，力矩的靜力原則來對應設計約束結構，不僅能限制相應的自由度，并能傳遞和承受相應的力。按約束反力可能作用的方向，又可分為全方向約束和單向約束。前者為包容結構，可根據(jù)二構件相對運動的各個方向提供相對的約束，即傳統(tǒng)所稱的完全約束或幾何封閉約束。其約束可靠性，強制性高，但對制造誤差敏感，且形成超靜定的過約束狀況，必須注意足夠的制造精度；另一類所謂單向約束，即由重力或彈簧力等進行封閉的不完全幾何約束，其最大優(yōu)點是具有較好的封閉力方向的靜定力方向的靜定自調(diào)和適應性。靜力約束，是機構內(nèi)部約束或結構的基本形式，也是今后研究的重點對象。 這種約束僅僅是一種近似的幾何約束，稱之為偽運動約束。偽；運動約束是具有彈性，繞性，流體中間元件的可動聯(lián)接的主要特征。 運動約束的主要特征是對鏈接構件的相對位移和速度加以約束。例如，移動副限制了構件之間相對位移的速度方向，但不限制位移規(guī)律；轉(zhuǎn)動副限制了構件之間相對轉(zhuǎn)動的角速度方向，但不限制角位移規(guī)律等。運動約束可以傳遞在較大范圍內(nèi)變化的力，主從動件的運動關系與力的大小無關，若給定機構中各主動構件的運動規(guī)律，且主動構件數(shù)等于機構的自由度，則在只有運動約束的機構中，借助于運動分析的方法可以確定所有從動件的運動。 2）動力約束。所謂動力是指與運動有關的力。動力約束的約束存在與約束力的大小，方向和性質(zhì)與系統(tǒng)運動的速度，加速度及系統(tǒng)的載荷緊密相關，其約束力是在介質(zhì)，力場等的運動中產(chǎn)生的。這種約束存在于一個系統(tǒng)中，且直接參與傳遞運動與力的二構件之間均存在一定的中間介質(zhì)，中間構件或中間力場等。該約束實質(zhì)上是一種運動聯(lián)接，其特點是：這種聯(lián)接力或約束力是可變，可控，具有柔性的。 動力約束的研究與設計，主要著眼于系統(tǒng)運動及動力傳遞，聯(lián)接的可調(diào)與可控，其關鍵是中間介質(zhì)及力場等性質(zhì)的設計及系統(tǒng)的結構；另一主要著眼點是分析研究系統(tǒng)的真實運動規(guī)律及動力學特性。因此，動力約束的約束力除介質(zhì)力，摩擦阻力，場力等外還包含了驅(qū)動力，生產(chǎn)阻力等外力及重力，慣性力等。 1 按約束存在和作用的區(qū)間和范圍劃分 1） 內(nèi)部約束。作用于機構及機械系統(tǒng)內(nèi)部的約束，例如運動副引入的約束等，都屬于內(nèi)部約束。內(nèi)部約束確定構件之間的獨立相對運動。 2） 外部約束。即指作用于系統(tǒng)運動副結構之外的力約束，包括所有外力，慣性力及工作環(huán)境可對機械工作性能產(chǎn)生影響的作用，如溫度，變形等。外部約束限制機構的構件相對于不屬于機構的外部物體的運動，并借助于外部的可聯(lián)接將此種約束加于機構上。在設計機械時要特別注意外部約束的隨機性，從而造成了約束及設計的不確定性。 3 按約束的特性劃分 1） 常約束。不隨時間改變或著約束方程中不出現(xiàn)時間變量的約束都屬于常約束。 2） 可變約束。隨時間改變或者約束方程中含有時間變量的約束，都屬于可變約束?？煞譃槿Na.有規(guī)律變化的約束;b.可調(diào)約束;c.隨機約束。 4 按約束的力學性質(zhì)和數(shù)量劃分 1）基本約束。為實現(xiàn)機構或可動聯(lián)接所需的基本自由度要求所加上的約束，這是機構的最基本，最重要的結構學設計問題。已有許多理論和公式進行設計，最著名的有呂布勒公式及單開鏈結構設計公式等，即根據(jù)輸入、輸出運動的數(shù)量形式、構件數(shù)以及機構的自由度數(shù)，來設計約束的類型和數(shù)量及實現(xiàn)該約束的運動副結構。最終可以通過自由度計算公式：來校核約束設計的正確與否。這樣設計的結構系統(tǒng)必然是靜定的，即約束方程數(shù)等于待求的運動副反力數(shù)。 2) 過約束。為了實現(xiàn)機構的某種特殊要求，而夾在機構中的、在理想狀態(tài)下不影響機構基本自由度及約束的 系統(tǒng)成為超靜定結構的過多的約束，我們稱之為過約束?？傊?，過約束的存在和產(chǎn)生總是由于對機構或機械系統(tǒng)有某種特殊的工作要求，提出了某些特殊的精度或尺寸條件要求?？梢娺^約束機構對所提出的精度要求相對應的誤差是敏感的，其理論上不起作用的過約束，在有誤差的條件下，將會出現(xiàn)約束不定的狀況，該過約束可能成為實約束，而與原設計約束要求產(chǎn)生矛盾，因此，除非在不得已的時候，要慎重采用過約束結構。在不得不采用時，例如平面機構，由于其驅(qū)動、約束、分析以及運動與力的傳遞按平面運動進行十分有利，是機構中最基本、應用也最為廣泛的結構形式。因此，平面結構中的過約束就是不可避免的，則在設計時就應特別注意其特殊精度要求，保證必要的制造、安裝精度和穩(wěn)定的工作環(huán)境約束；或在機構結構中注意添加與過約束相對應的缺損的運動副自由度，即在一定范圍內(nèi)仍恢復其為空間四桿機構的結構，這樣就消除了機構中的過約束。 根據(jù)上述分析，在機構及機械系統(tǒng)中，通過可動聯(lián)接對構件加上了各種約束，其中有些約束可能與其它的約束對系統(tǒng)產(chǎn)生的制約相重復，這樣的約束我們稱之為過約束，由此可以看出過約束不會減小構件之間的自由度，，因為這種作用已由另外的約束完成了，由此可見，取消過約束不會影響機構運動的確定性，但過約束使機構成為朝靜定的結構，因而加大了機構的受力分析的難度。由不少文獻稱過約束為重復約束、消極約束、虛約束、或多余約束。 1.2.2 正確合理選擇消除過約束的方法 正確合理選擇消除過約束的方法，將影響到機構傳動的承載能力、可靠性、預期壽命和制造難易等。若選擇不好，會導致運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，沖擊，振動，噪音，以及裝配困難。為此進行機構的結構學設計、確定機構的結構簡圖時，要合理選用支撐的類別，不同級別的運動副、傳動聯(lián)接的選配與組合，基本構件的浮動方式等。以使機構成為無或少過約束的自調(diào)機構。下面簡要闡述一下消除或減小過約束影響應遵循的一些原則以及主要的方案措施。 1 消除過約束應遵循的原則 1) 在不破壞機構平面約束性質(zhì)的前提下，應盡量使機構成為自調(diào)的靜定系統(tǒng)，最大限度 地減小對制造誤差及工作環(huán)境所造成的非平面約束的敏感。 2) 要有利于系統(tǒng)整體結構的布置，使結構簡化，便于制造，安裝和維修，降低成本。 3) 應保證系統(tǒng)良好的運動學及動力學性能，使其具有高的運動可靠性和確定性，同時應盡量使系統(tǒng)的質(zhì)量配置合理，易于平衡與輕量化。 4) 具有良好的傳動特性與承載能力。 5) 運動副的合理選擇與配置。這是實現(xiàn)過約束設計的關鍵。系統(tǒng)內(nèi)不僅應避免出現(xiàn)不良的局部自由度，而且不應含有過多的局部自由度，否則會出現(xiàn)所設置的自由度實際上不起作用的現(xiàn)象。 2 消除過約束及其影響的措施 過約束的不利影響，是在平面約束條件不滿足時，即出現(xiàn)了某些非平面約束時才產(chǎn)生的。因此，消除或減小過約束影響的措施，概括起來不外乎是： 1） 增加相應的非平面自由度，即在平面機構中加入某些空間運動副；或采用某些運動聯(lián)接及卸載結構。 2） 保證制造、安裝精度。尤其是運動副軸線或?qū)烽g的形位精度，以減小平面約束的不確定性。 3） 增加構件的剛度或柔性，改變構件的材料及采用彈性支撐等。 按技術、經(jīng)濟和社會指標不斷完善，尋找所選方案中的缺陷和薄弱環(huán)節(jié)，對照各種要求和限制，反復改進?？紤]零部件的通用化、標準化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。在結構草圖中注出標準件和外購件。重視安全與勞保（即勞動條件：操作、觀察、調(diào)整是否方便省力、發(fā)生故障時是否易于排查、噪音等），對結構進行完善。 1.3 抓具結構設計 1.3.1大板錠抓具設計依據(jù)　 機械結構設計的任務是在總體設計的基礎上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結構圖，以體現(xiàn)所要求的功能。是將抽象的工作原理具體化為某類構件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結構件的材料、形狀、尺寸、公差、熱處理方式和表面狀況的同時，還須考慮其加工工藝、強度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關系等問題。所以，結構設計的直接產(chǎn)物雖是技術圖紙，但結構設計工作不是簡單的機械制圖，圖紙只是表達設計方案的語言，綜合技術的具體化是結構設計的基本內(nèi)容。 根據(jù)具體情況，通常有必要將任務進行合理的分配，即將一個功能分解為多個分功能。每個分功能都要有確定的結構承擔，各部分結構之間應具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達到總功能的實現(xiàn)。多結構零件承擔同一功能可以減輕零件負擔，延長使用壽命。 該項目來自于中國長城鋁業(yè)河南分公司。是一種冶金行業(yè)的通用設備，主要用于成型金屬錠的抓取和擺放。工作對象一般溫度較高，要求該裝置有一定的可靠性，在200至500℃溫度下可靠工作。該項目抓取機構有一定的特色，需計算力臂及強度。 若構件橫截面尺寸不足或形狀不合理，或材料選擇不當，將不能滿足上述要求，從而不能保證工程結構或機械的安全工作。相反，也不應不恰當?shù)募哟髾M截面尺寸或選用優(yōu)質(zhì)材料，這雖滿足了上述要求，卻更多使用了材料和增加了成本，造成浪費。在滿足強度，剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設計即經(jīng)濟又安全的構件，提供必要的理論基礎和計算方法 一個前提條件是：在鉸鏈四桿機構中，其最短桿與最長桿兩桿長度之和小于或等于其余兩桿長度之和。 兩個結論是： 1)曲柄必然是最短桿; 2)最短桿與最長桿兩桿長度之和小于等于其余兩桿之和。 若在滿足上述前提條件下，利用相對運動論改換機架將得出如下三條推論： 1）若以最短桿為機架則得雙曲柄機構； 2)若以最短桿相鄰的任意一桿為機架，均得曲柄搖桿機構 3）若以最短桿對面的桿為機架，則只能得雙搖桿機構。 反之，若不滿足上述前提條件，無論固定哪一桿為機架，均為雙搖桿機構。在實際機器中，由于各種需要，四桿機構可以通過不同的演化，變異方法構成多種不同外形和構造的機構。 1.3.1.1 設計方法 幾何圖解法主要是通過幾何作圖來進行機構的綜合，其中又有速度瞬心法，相對運動法和線圖法。用圖解法機構運動分析，幾何意義比較清楚，基本概念比較明確，且易于發(fā)現(xiàn)錯誤，也能滿足一般工程實際的精度要求，并能應用于一些較復雜的機構。近幾十年來，很多學者把運動幾何學的作圖過程用數(shù)學公式來描述，建立了圖解解析法，使求解的精度得合到很大提高，但傳統(tǒng)的圖解法作圖工作煩瑣，作圖誤差難于控制，不僅費時，也不便于把機構的分析問題和機構綜合問題聯(lián)系起來，以選擇最佳的綜合方案。對于準確度要求很高的機構，精度難于保證。 解析法是首先建立數(shù)學模型，即利用數(shù)學中的函數(shù)逼近論，矩陣，復數(shù)等手段進行機構綜合。但在很多情況下，解析法都是解決給定精確點軌跡問題，而能夠給定的精確點數(shù)是由機構的未知參數(shù)決定的，這就在一定程度上限度了該方法的應用，此外在兩精確點數(shù)的增加，由代數(shù)法列出的機構位置方程都是非線性方程組，這給求解帶來很大困難； 第三種實驗法是通過實驗來試湊各桿的尺寸，這是較為實用的工程方法。 任何機構都包含機架，原動件和從動件系統(tǒng)三部分。由于機構具有確定運動的條件是原動件的數(shù)目等于機構的自由度數(shù)目，因此，如將機構的機架以及和機架相連的原動件與從動件系統(tǒng)分開，則余下的系統(tǒng)的自由度為零。有時這種從動件系統(tǒng)還可分解為若干個更簡單的，自由度為零的構件組 。任何機構都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機架上所組成的系統(tǒng)這就是機構的組成原理。 根據(jù)求自由度的計算公式組成平面機構基本桿組應滿足條件=0.如果基本桿組的運動副全為低副（高副可用低副代替），則上式可變?yōu)?。由于活動構件?shù)n和低副數(shù)都必須是整數(shù)，所以根據(jù)上式n應是2的倍數(shù)，應是3的倍數(shù)，它們的組合有n=2, =3;n=4, =6…….由此可見，n=2, =3，是最簡單的平面基本桿組，是由兩個構件三個低副組成的桿組，稱之為級組；n=4, =6是由四個構件六個低副組成的桿組，稱之為級桿組或 級組……而在基本桿組中又以級或級桿組為常見。根據(jù)級組中低副的不同形式還是移動副和它們所在的不同位置又分成不同的類型。 圖2.1 由級桿組所組成的機構稱為級機構?，F(xiàn)實使用的機構中，級機構較多，所以研究級機構運動分析存在解析解，且級桿組的基本類型是有限的，因而易于建立所有級桿組的運動分析模塊。 1.4 設計方案比較 桿結構、力臂分析及設計，鋼結構設計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結構的強度和剛度若為了提高構件的剛度，應該盡可能按力流為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。 為了提高構件的剛度，應該盡可最短路線來設計零件的形狀，減少承載區(qū)域，從而累積變形越小，提高了整個構件的剛度，使材料得到充分利用。對抓具來說最重要的就是安全可靠，第一種方案是無掛鉤，拉桿橫臂均為實體設計，雖然制作材料方面簡單了但是對抓取鋁塊來說是非常不方便的，增加了勞動強度，而且很大程度上的浪費了材料增加了抓具的質(zhì)量對吊環(huán)的拉力過大，再加上抓取的鋁板本身的質(zhì)量就很大，所以比較笨重，使用起來也不安全。第二種方案是有掛鉤設計，抓具由鋼板焊接而成用雙圓螺母鎖緊機構保證不松動，掛鉤是為保證抓具放下板錠升起后保證一定的張口尺寸，方便下次使用，而且很大程度上節(jié)省了材料，減輕了抓具的自身重量，在安全性和經(jīng)濟性上更適于企業(yè)生產(chǎn)。所以我選擇有掛鉤和焊接組件設計滿足經(jīng)濟生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的需要。 2 主要零部件設計 機械設計中可以選擇的材料眾多，不同的材料具有不同的性質(zhì)，不同的材料對應不同的加工工藝，結構設計中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當?shù)牟牧希忠鶕?jù)材料的種類確定適當?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝的要求確定適當?shù)慕Y構，只有通過適當?shù)慕Y構設計才能使所選擇的材料最充分的發(fā)揮優(yōu)勢。 考慮到抓具的工作環(huán)境選擇碳素結構鋼Q235A，其有較高的強度，硬度和良好的彈性用于連桿，拉桿，焊接件等 零件截面尺寸的變化應與其內(nèi)應力變化相適應，使各截面的強度相等。按等強度原理設計的結構，材料可以得到充分的利用，從而減輕了重量、降低成本。如懸臂支架、階梯軸的設計等。 鋼結構設計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結構的強度和剛度，但是鑄造結構中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結構通常通過加筋板和隔板的方法加強結構的剛度和強度。塑料材料由于剛度差，鑄造后的冷卻不均勻造成的內(nèi)應力極易引起結構的翹曲，所以塑料結構為保證零件在使用期限內(nèi)正常地實現(xiàn)其功能，必須使其具有足夠的剛度。 若只靠螺栓預緊產(chǎn)生的摩擦力來承受橫向載荷時，會使螺栓的尺寸過大，可增加抗剪元件，如銷、套筒和鍵等，以分擔橫向載荷來解決這一問題。 2.1左右拉桿設計 在拉桿設計時我選擇對稱結構，兩異形板間由鋼管連接材料為Q235-A,兩鋼板間用雙圓螺母，圓螺母止動墊圈鎖緊，以防松動和保證抓具的安全運行。 2.2 左右橫臂設計 左右橫臂是用鋼板Q235-A焊接而成的為減輕抓具重量選用鋼板焊接而成 ，采用上下不對稱設計由于下端聯(lián)接抓塊，為保證抓起鋁板時受力均勻不集中，同時保證抓具的靈活性和自身的重量我選擇不均勻設計下部較上部寬些。所以在設計橫臂時為使外觀美觀，不采用棱角，用圓角。為保證安全操作，也用雙圓螺母鎖緊鋼板防止出現(xiàn)松動。 2.3 抓座設計 抓座是用鋼板焊接而成同樣是減輕自身重量，座的高度不宜太高，主要是根據(jù)鋁板的高度來設計。為減輕抓具的重量又保證抓座的穩(wěn)固性，焊接抓座鋼板后做消除應力處理防止焊后變形，影響抓具的質(zhì)量。 2.4 掛鉤設計 鉤子設計有螺紋設計，根據(jù)左右橫臂張口程度的高度可自由伸縮。同時鉤子設計了把手由于該抓具點動控制，起吊抓具時應先用手抬起掛鉤然后電動起吊抓具。 2.5 抓塊設計 抓塊由鑄造而成，內(nèi)側(cè)有倒鉤保證了抓取鋁塊的安全穩(wěn)定性。為減輕抓具的自身重量，抓塊不與抓座同寬，而是設計了四個抓塊分別固定在抓座的兩端，這樣及經(jīng)濟又節(jié)省了材料，也不會影響到抓具的使用功能。 3 設計計算 右拉桿的受力情況： 其中F1=Mb+Mz=12t+2t=14t=1400000N =1400000x0.3746=524449N L1=cm A1=L120=3030 A2=L220=3200 A=A1+A2=6230 ====84MP< 其中為許用應力 經(jīng)計算該抓具設計符合設計要求，合格 4 操作注意事項及維護 4.1操作注意事項 1)在起吊抓具時，應先用手抬起掛鉤鉤住右橫臂。點動起吊抓具。待掛鉤越過擋鉤器后松手。 2)禁止掛鉤越過右橫臂鉤板后繼續(xù)起吊抓具，以防天車松鉤后抓具張不開。 3)抓座應可自由旋轉(zhuǎn)，所有兩圓螺母間的止動墊圈應同時卡住兩圓螺母。 4）抓具最大張口尺寸1515mm ，調(diào)整掛鉤長度，使抓具在起吊過程中掛鉤掛住右橫臂時抓具張口尺寸大于1350mm。 4.2抓具的維護 1)要注意定期為抓具潤滑要求抓具張開合攏靈活不得有卡死現(xiàn)象。 2）保持工作環(huán)境的清潔。 5 結論與展望 5.1結論 隨著市場競爭的日趨激烈，對機械抓具的設計質(zhì)量和效率提出了越來越高的要求，世界各國學者對連桿機構進行了大量的研究，其論文，專著和評述很多。對連桿機構的不斷深入研究，就在于連桿機構無論是過去還是現(xiàn)在，都對機械工業(yè)乃至整個生產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著重要的意義和作用。四連桿機構雖然結構形式簡單，而且應用廣泛，但其所能實現(xiàn)的功能也比較簡單。 本文所設計的大板錠抓具自動化程度高能在高溫環(huán)境下工作，所設計力臂的形狀，選材料經(jīng)計算符合所需的剛度和強度。抓具的四連桿結構設計采用強度，剛度設計，即根據(jù)強度理論選擇截面形狀，求出截面面積，然后再根據(jù)剛度理論檢驗其變形或位移是否過大，或有無失穩(wěn)的危險完全可以勝任板錠抓取的工。該抓具可應用到冶金行業(yè)對提高生產(chǎn)效率 ，減輕勞動強度有一定的作用。 5.2 展望 由于市場競爭的日趨激烈對機械抓具的設計質(zhì)量和效率提出了越來越高的要求因此，對其主要參數(shù)，主要機構及零部件實現(xiàn)系列化標準化，對于提高生產(chǎn)率，降低成本，便于維修保養(yǎng)等有著重要意義。 6 參考文獻 【1】 孫恒，陳作模.機械原理.北京：高等教育出版社，2004-05，188-230 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課題的進行過程中，得到院里及教研室各位老師的指導和幫助，在此表示特別的感謝。 最后向所有幫助過我的老師和同學表示深深的感謝。 - 19 -