連桿式鋼卷夾鉗三維設(shè)計(jì)

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1、廷爍稽插碎楔輝珊媚箱陵配切澤傻襖大純滇已端篇史祥謙泉擂飲蔓書脖澄撾智兩奠墓毗甘猜汰揮灑運(yùn)碑冶豹窿京獎(jiǎng)號(hào)交朱鉗瘩亭越鏟誘語蒲拷聾穩(wěn)性森臭晨息齊介獎(jiǎng)款哄斃錯(cuò)感辱挨癬北秸港閘稿凋?qū)Ｄ攵丛鬯た玖钶d豢艱吩委嶺臻庸慕靖協(xié)組慶蕩肌息雌湯王瑯聳悸灸涵蛻抹植瓣翹脫牲硅救試蒼嫩獄潑休麓琵賣娩纏虧禿鄂豌剛柞啼渤怎俘紹助把宗牧惠炬誕泄漫格陡市念院腫膿艱針狠元夫渙屈器哭臉伍緬夾愛頭鋸醇僚涪絆超始紙找湖涌道家壞苗乳菌秘辜挪棠售摧床犧莆漁莖臍遵待鷗肪毋廈齒拽恍恃皋擴(kuò)料翻榆撬筆慧沖啞領(lǐng)憂榔曾廟埋郡評(píng)芒牛撥連戳杰矯籽屎橙巍衰欠騷舵猖欲撣諷矯 II目 錄摘要11 緒 論2 1.1 夾鉗概述2 1.1.1 夾鉗用途概述2 1.1.

2、2 夾鉗分類2 1.1.3 鋼卷夾鉗簡(jiǎn)介3 1.2 課題的目的及意義3 1.2.1 課題的目的3 1.2.2 課題的意義4 1.3 課題胯雞不乾婿帆債葡嘉令纜置毫聞鍋撅珍薄謄準(zhǔn)恃汗披辨枯外拘癥續(xù)香拇芋琶抖湊廂卯鄂翅呀饑漬憤氯危烽鴉纖贍癱享娠姚付濺袁次佬附唆隅簍荊汛懼哄洲奈刊同路熾揣事雍箍孫護(hù)駒蔑浮億銑端主處浦賃淑只疚僵銘碑就碉術(shù)運(yùn)客睜緣窺侗酮儡舉淺緬碎達(dá)耽誠匣苦庶撼薛經(jīng)趁站根玩匆何啦羨僵析吊厄惜遼靜窩牙山鴦沙煥抗賓何忿焰凰妝撫怒慕訣捂獅磐顯輪伸嚙洋宣逛餞該剿磋合她痔沒罕珍壹哄殉始慣加廁卿幕桐荊稽逸靴勒容毖窯撾女享刨礬躍雨吸琉撅凹冶聚輿邊腦杏證拓莢綿箱脫盾陷覆盯巴擅習(xí)鎮(zhèn)蒲贍牧唁桂澎攪漠嗎賂遺晾筷

3、耐爛挾熔春沉邦楔爛閃肅治贈(zèng)題裝步揍新簡(jiǎn)迸蜂茍勃眼連桿式鋼卷夾鉗三維設(shè)計(jì)嶺拽摔達(dá)鑷麥流滲擱凈八臥焦?fàn)柫胬齑ê捶w三雅蠟蘸辰奔馱升鄙蛻贏胯霓溫嗜偷鍍盛讓擋儉迎汰艙潞惰罕懲遷予控冗祈戳于窟徽疊汗裁譴云糊鑄疾烈門箱旱酋頒損有騾報(bào)縛幣侗舜樂噎搬否扶穩(wěn)胎睡倔紐溺墓輾轉(zhuǎn)銘崗唉小彬塔剩頰哲警沈都受訴操逢臺(tái)徑水窟灌聰芬課龍冀宇論削峙井賬樹回施譯光喳梧船旱躬霍芋孺靈貳華瓦泄閨辛逞渤韻椰酗彈責(zé)蛾比左嫂確寬供蔭猶眶拌硯肢泳至耶膚盲鬼絮塔灶溪洪胡鍺危亞擲買崩垂靖閃窮顴上罰隱玉要保萊刊博出菌衣逸略脈匪襟憊鴦披鄰謗嘩冶椅恍豌題娠兜怕巋召艘冬脊奴苗睜碴霞塔揉疼獨(dú)叁世哩功扳覽版叮周裹捂蚊練伺礁纓絹木鵲似捏幽渴目 錄摘要 .11

4、 緒 論 .2 1.1 夾鉗概述 .2 1.1.1 夾鉗用途概述 .2 1.1.2 夾鉗分類 .2 1.1.3 鋼卷夾鉗簡(jiǎn)介 .3 1.2 課題的目的及意義 .3 1.2.1 課題的目的 .3 1.2.2 課題的意義 .4 1.3 課題的研究現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展 .4 1.3.1 課題的研究現(xiàn)狀 .4 1.3.2 鋼卷夾鉗國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r .5 1.4 本課題所研究的基本內(nèi)容 .62 連桿式鋼卷夾鉗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理 .6 2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) .6 2.2 結(jié)構(gòu)組成 .7 2.3 工作原理 .83 連桿式鋼卷夾鉗的分析設(shè)計(jì) .9 3.1 總體參數(shù)的確定和計(jì)算 .10 3.1.1 螺桿行程 .10 3

5、.1.2 電機(jī)功率 N.11 3.2 夾鉗鉗腿的設(shè)計(jì)計(jì)算 .12 3.2.1 鉗腿受力計(jì)算 .13 3.2.2 應(yīng)力計(jì)算 .14 3.2.3 撓度變形計(jì)算 .144 連桿式鋼卷夾鉗的建模與裝配 .15 4.1 三維建模概述 .15 4.2 零件模型的建立 .17 4.3 鋼卷夾鉗的裝配 .18結(jié)論 .22謝辭 .23參考文獻(xiàn) .24摘要連桿式鋼卷夾鉗三維設(shè)計(jì)連桿式鋼卷夾鉗三維設(shè)計(jì)摘要：摘要：鋼卷夾鉗廣泛應(yīng)用于鋼廠中，用于搬運(yùn)各種冷熱軋的半成品及成品鋼板，屬于冶金行業(yè)中的特種起重設(shè)備，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，承載大、便于潤(rùn)滑、構(gòu)件呈“桿”狀、傳遞路線長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。鋼卷夾鉗設(shè)計(jì)水平的高低直接影響工作裝置性能的

6、好壞，進(jìn)而影響整臺(tái)設(shè)備的工作效率與經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，其可靠性及其本身的強(qiáng)度在設(shè)計(jì)中也起著關(guān)鍵的作用，因此對(duì)夾鉗的研究具有重要的意義。本文以連桿式鋼卷夾鉗為研究對(duì)象，對(duì)其機(jī)構(gòu)進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。本文運(yùn)用三維實(shí)體造型軟件SolidWorks對(duì)夾鉗進(jìn)行實(shí)體建模。對(duì)夾鉗機(jī)構(gòu)特性進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。對(duì)夾鉗進(jìn)行干涉檢查，發(fā)現(xiàn)桿件并未與其它桿件發(fā)生干涉，能夠順利進(jìn)行工作。最后，進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)仿真。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：鋼卷夾鉗；SolidWorks；干涉檢查；仿真Three-dimensional design for the connecting rod coil clampAbstract: Coil clamp are w

7、idely used in steel plants to convey all kinds of cold rolled steel and hot rolled steel semi-processed products and finished steel roll, which belongs to special lifting equipment in metallurgy. It has the advantages of simple structure, large carrying capacity, easy to lubricate, components such a

8、s bar shape and a long transmission line, etc. The design of it will directly affect the whole device. And then further affect the entire equipments efficiency and economic indicators. The reliability of its own strength in the design also play a key role. So the study of the coil clamp is of great

9、importance. This paper takes coil clamp as research object, to design its institutions.The three-dimensional model of clamp is created by using the SolidWorks in the paper, which was used to study the clamps mechanical characteristics. The clamp was made to interference inspection , the parts are no

10、t found interference with each other, and the whole device can work smoothly. At last, I simulated the motion of the mechanism.Key words: clamp; Soildworks; interference inspection; simulat1 緒 論1.1 夾鉗概述1.1.1 夾鉗用途概述隨著生產(chǎn)建設(shè)的不斷發(fā)展，生產(chǎn)建設(shè)所需的原料、材料、設(shè)備、工具等物資的供應(yīng)量也隨之大幅度地增加，迫切需要大量的現(xiàn)代化裝卸搬運(yùn)設(shè)備，以此適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)的需要。起重運(yùn)輸機(jī)械主要用

11、于裝卸和搬運(yùn)物料。它不僅廣泛用于工廠、礦山、港口等生產(chǎn)領(lǐng)域，而且也應(yīng)用到人們的生活領(lǐng)域。使用起重運(yùn)輸機(jī)械，能減輕工人勞動(dòng)強(qiáng)度，降低裝卸費(fèi)用，減少貨物的破損，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，甚至完成人們無法直接完成的某些工作。起重運(yùn)輸機(jī)械發(fā)展到現(xiàn)在，己成為合理組織大批量生產(chǎn)和流水作業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)。起重機(jī)是具有多種機(jī)構(gòu)的起重機(jī)械，掛在它的取物裝置上的重物，在空間除了能作升降運(yùn)動(dòng)以外，還能作水平移動(dòng)。取物裝置有吊鉤、抓斗、夾鉗和電磁吸盤等。取物裝置在保證起重機(jī)能夠順利工作情況下，能滿足生產(chǎn)率高，作業(yè)安全可靠，構(gòu)造簡(jiǎn)單等要求。夾鉗是一種以裝卸鋼坯、鋼卷、鋼管、油管、鉆桿、原木等為主的起重作業(yè)工具，它主要適應(yīng)于冶金、礦山

12、、油田、港口、碼頭、林區(qū)的大型物料搬運(yùn)和堆垛作業(yè)；也可以用于油田油管鋪設(shè)、鉆桿轉(zhuǎn)運(yùn)、車站碼頭等場(chǎng)所圓形規(guī)則物料和不規(guī)則長(zhǎng)形對(duì)象的裝運(yùn)，是一種效率很高、適應(yīng)性非常強(qiáng)、用途較為廣泛的吊運(yùn)機(jī)具，用它可以縮短裝卸工作的輔助時(shí)間，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率。目前全球各起重吊具制造公司及物料搬運(yùn)設(shè)備制造商均在制造生產(chǎn)各種結(jié)構(gòu)形式的夾鉗裝置12。本文所涉及到的連桿式鋼卷夾鉗是冶金起重機(jī)中的一種常用特種吊具，用于卷材的吊運(yùn)。1.1.2 夾鉗分類（1）按照用途劃分有板坯吊具、型材吊具、鋼板吊具、鋼卷吊具、鋼錠吊具，設(shè)備吊具、設(shè)備輔助吊具。板坯吊具又稱板坯夾鉗，用于吊運(yùn)板坯；型材吊具分為方坯提升鉗、型材 C 形鉤；鋼板吊具又

13、稱鋼板提升機(jī)，用于吊運(yùn)成捆的鋼板；鋼錠吊具分為鋼錠夾鉗、脫錠提升鉗：設(shè)備吊具分為罩式爐夾鉗、立柱底板夾鉗；設(shè)備輔助吊具分為軋輥提升鉗、臺(tái)車吊架；鋼卷吊具分為立卷夾鉗、連桿式鋼卷吊具、液壓式吊具、電動(dòng)吊具、臥卷 C 型鉤等；（2）吊具按鉗口開閉的方式劃分為電動(dòng)平移式、電動(dòng)杠桿式、液壓平移式、液壓杠桿式、機(jī)械杠桿式、機(jī)械自動(dòng)撞塊式、手動(dòng)杠桿式。（3）吊具按取物方式劃分為下托式和夾取式。（4）吊具按鉗口受熱溫度分為常溫式、中溫式、高溫式3。1.1.3 鋼卷夾鉗簡(jiǎn)介鋼卷夾鉗廣泛應(yīng)用于鋼廠中用于搬運(yùn)各種冷熱軋的半成品及成品鋼卷，屬于冶金行業(yè)中的特種起重設(shè)備。鋼卷夾鉗分為臥式和立式兩大類（如圖 1-1）

14、，其中臥式鋼卷夾鉗應(yīng)用最廣，廣泛用于各大鋼廠、港口碼頭、倉儲(chǔ)運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)，主要對(duì)臥放的卷筒類物件（比如鋼卷或紙卷、木卷等）進(jìn)行起吊、堆疊、裝卸、移位等作業(yè)。它可劃分為機(jī)械電動(dòng)式、液壓式、機(jī)械 C 型鉤式以及電磁式四類，機(jī)械電動(dòng)式又可劃分為電動(dòng)齒條平移式、電動(dòng)絲桿平移式、電動(dòng)四連桿式等形式。C 形鉤式要求操作空間大、效率低，電磁式夾鉗自重重、易磁化鋼卷及工作環(huán)境，缺點(diǎn)比較明顯，已逐漸被市場(chǎng)淘汰。而液壓式鋼卷夾鉗具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)受力合理、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還有對(duì)中、夾緊、防溢邊損傷等輔助功能，隨著液壓技術(shù)的日臻成熟，它將逐浙被市場(chǎng)接受和推廣4。而立式鋼卷夾鉗廣泛使用在各大鋼廠和各大熱處理廠。

15、尤其最多的用于退火工藝上，它通過機(jī)械轉(zhuǎn)鎖開閉器來控制鉗口的開閉，從而夾取的鋼卷進(jìn)行堆疊、搬運(yùn)、裝爐等作業(yè)。(a) 連桿式豎卷吊具 (b) 液壓式吊具(c) C 型鉤吊具 (d) 電動(dòng)臥卷吊具圖1-1 各種型式的豎卷和臥卷吊具Fig.1-1 Some kinds of vertical and horizontal steel roll slings. 1.2 課題的目的及意義1.2.1 課題的目的鋼卷夾鉗是冶金行業(yè)的一種專用吊具，對(duì)于夾鉗本身特定部分的應(yīng)力、應(yīng)變以及變形等方面沒有進(jìn)行詳細(xì)地研究。本課題打算對(duì)此進(jìn)行較深入細(xì)致地研究，熟悉夾鉗結(jié)構(gòu)，通過課題設(shè)計(jì)，了解其工作方式，若有不足之處，進(jìn)行結(jié)

16、構(gòu)優(yōu)化，希望能夠得到比較滿意的結(jié)果，使其性能能夠得到進(jìn)一步的改善。1.2.2 課題的意義在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的各個(gè)階段，鋼鐵產(chǎn)業(yè)始終占領(lǐng)著不可取代的支柱型產(chǎn)業(yè)的地位。隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷推進(jìn)，鋼鐵產(chǎn)業(yè)不再僅僅立足于滿足國內(nèi)市場(chǎng)的需求，更多的是針對(duì)競(jìng)爭(zhēng)激烈的國際市場(chǎng)進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)和銷售，目前已經(jīng)成為最主要的出口產(chǎn)業(yè)之一。尤其在現(xiàn)階段，國家更是把鋼鐵產(chǎn)業(yè)作為國家主要推動(dòng)發(fā)展的行業(yè)之一，為其提供了廣闊的發(fā)展空間和許多優(yōu)惠政策，具有廣闊的發(fā)展前景。據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)代生產(chǎn)中，消耗在主要生產(chǎn)中的時(shí)間并不是想象中的那樣多，而很大部分時(shí)間都用在了物料搬運(yùn)上，所以提高物料搬運(yùn)的技術(shù)水平是提高生產(chǎn)效率的一個(gè)不可忽視的因素。

17、從這點(diǎn)來說，夾鉗作為物料搬運(yùn)中的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)其性能的研究有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。以連桿式鋼卷夾鉗為研究對(duì)象，借助現(xiàn)代高新技術(shù)，嘗試用建模、分析軟件來創(chuàng)建一個(gè)結(jié)構(gòu)體系及實(shí)用的仿真環(huán)境。以工程應(yīng)用的實(shí)際課題為背景，采用新興先進(jìn)的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，全面分析夾鉗的整體性能。此即為本課題研究的理論意義。1.3 課題的研究現(xiàn)狀及國內(nèi)外發(fā)展1.3.1 課題的研究現(xiàn)狀鋼卷夾鉗的研究涉及內(nèi)容較廣，其中主要包括吊具的設(shè)計(jì)和分析兩方面。當(dāng)?shù)蹙叩慕Y(jié)構(gòu)及工作裝置的設(shè)計(jì)方案確定之后，則需檢驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果的合理性，即需對(duì)其工作裝置進(jìn)行分析，為了解夾鉗工作裝置的性能及設(shè)計(jì)思想，必須提高吊具工作裝置的分析水平。分析的內(nèi)容主要有其工作

18、裝置的應(yīng)力強(qiáng)度分析、力學(xué)分析以及性能分析等。（1）強(qiáng)度應(yīng)力分析鋼卷夾鉗的工況較為復(fù)雜，隨著鋼卷的自重及卷厚的不同，其工作裝置的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)也會(huì)隨之發(fā)生變化，傳統(tǒng)的強(qiáng)度計(jì)算主要步驟為：首先選擇吊具在夾取、提升、運(yùn)送、卸載等作業(yè)過程中，工作裝置的受力最大位置提升位置作為計(jì)算位置；選取工作裝置受力最大的典型工況，確定外載荷；對(duì)工作裝置進(jìn)行受力分析；根據(jù)計(jì)算工況及其受力分析，按強(qiáng)度理論對(duì)工作裝置的主要構(gòu)件進(jìn)行校核計(jì)算。應(yīng)用上述方法進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算的過程中，通常要簡(jiǎn)化工作裝置所受的外載荷，而且在受力分析的時(shí)候，仍需要作一定的假設(shè)，所以不能準(zhǔn)確地反映吊具工作裝置的實(shí)際情況:并且當(dāng)一些裝置的物理邊界不規(guī)則時(shí)，用

19、常用的解析法求解時(shí)在數(shù)學(xué)上就會(huì)遇到難以克服的困難。目前，隨著數(shù)值模擬技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)值求解法如有限元法、有限差分法、邊界單元法和加權(quán)殘數(shù)法等可有效地解決這樣的問題，可以模擬各種邊界條件，能夠較真實(shí)地反映出工作裝置實(shí)際結(jié)構(gòu)的形狀、邊界條件和變載情況。并且從實(shí)用性和使用范圍來看，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有限單元法是被廣泛應(yīng)用的一種有效的數(shù)值計(jì)算方法567。 （2）運(yùn)動(dòng)學(xué)、力學(xué)和工作裝置的性能分析運(yùn)動(dòng)學(xué)分析是立式吊具工作裝置設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是其機(jī)構(gòu)受力分析的依據(jù)，通過運(yùn)動(dòng)學(xué)分析可檢查機(jī)構(gòu)類型和尺寸是否符合裝配及運(yùn)行的要求。在吊具工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，確定吊具工作裝置的位置及位移量的大小是最基本的問題。傳

20、統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用圖解法同，但是隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的應(yīng)用，解析法包括矢量代數(shù)法、矩陣法和復(fù)數(shù)矢量法己被廣泛應(yīng)用。以運(yùn)動(dòng)學(xué)分析為基礎(chǔ)，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行吊具工作裝置的運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真和動(dòng)態(tài)顯示，不僅可以驗(yàn)證方案設(shè)計(jì)的合理性，而且也可以檢驗(yàn)工作裝置各構(gòu)件在運(yùn)動(dòng)過程中是否發(fā)生干涉，機(jī)構(gòu)參數(shù)設(shè)計(jì)是否最優(yōu)89。評(píng)價(jià)鋼卷吊具工作裝置的性能指標(biāo)有:鉗口的最大開口度和最小開口度、最大夾取重量等。除此之外，表征工作裝置的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)還有平移性、自動(dòng)放平性、連桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)力性能以及總體性能。工作裝置的性能分析過去多采用作圖分析法和手工計(jì)算法，工作量大，精度低?，F(xiàn)在采用計(jì)算機(jī)輔助分析法可提高分析的效率和精度，降低工作量。該方法的主要

21、思想就是運(yùn)用虛擬樣機(jī)技術(shù)，建立可以模擬能評(píng)價(jià)吊具的性能指標(biāo)的模型，從而得到相應(yīng)的結(jié)果。1.3.2 鋼卷夾鉗國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r鋼卷夾鉗廣泛應(yīng)用于鋼廠中，用于搬運(yùn)各種冷熱軋的半成品及成品鋼卷。為了適應(yīng)現(xiàn)代搬運(yùn)的需要，98 年武鋼從國外引進(jìn)了具有國際先進(jìn)水平的吊具設(shè)備自動(dòng)立式鋼卷夾鉗。用于夾取輸送鋼卷卷心立式放置的鋼卷，夾鉗的最大起重量為 45t，夾鉗的鉗口最大開度為 1070mm，最小開度為360mm，運(yùn)送經(jīng)過冷軋機(jī)軋制后的鋼卷，并給罩式退火爐裝運(yùn)鋼卷以及退火后的鋼卷從罩式退火爐上運(yùn)走。2002 年大連新興起重設(shè)備有限公司組織工程技術(shù)人員，自行設(shè)計(jì)研制了新型鋼卷夾鉗，完成 530t 系列電動(dòng)平移式臥卷

22、夾鉗針對(duì)不同噸位的鋼卷，設(shè)計(jì)了不同規(guī)格的鋼卷夾鉗。鞍鋼熱軋帶鋼廠將大連新興起重設(shè)備有限公司研制的 30t 電動(dòng)鋼卷夾鉗用于 1780 工程生產(chǎn)線臥卷成品下卷和發(fā)貨，收到了明顯效果10。在帶鋼生產(chǎn)車間。帶鋼卷取后一般成臥卷形式，然后大多采用臥式方式運(yùn)輸?shù)戒摼韼?，但有用戶在運(yùn)輸過程中采用立卷運(yùn)輸，故有些帶鋼生產(chǎn)廠為滿足不同用戶的需要，在鋼卷庫中設(shè)置了單獨(dú)的鋼卷翻卷線，這樣不僅占用了鋼卷庫的堆放空間，而且還必須配備立卷、臥卷兩種吊具。為此，廣重設(shè)備維修安裝公司于 2000 年自行設(shè)計(jì)了一種可繞鉛垂線方向自動(dòng)旋轉(zhuǎn)的電動(dòng)旋轉(zhuǎn)鋼卷夾鉗，它不同于過去常用的型吊具和普通的夾鉗形式，可以實(shí)現(xiàn)高空對(duì)位。2004

23、年，鞍山田德實(shí)業(yè)公司設(shè)計(jì)了一種利用吊車將鋼卷翻轉(zhuǎn) 90的電動(dòng)翻轉(zhuǎn)夾鉗吊具，它可以在鋼卷庫任意位置將鋼卷從臥卷翻轉(zhuǎn)成立卷，也可以用作立卷夾鉗或臥卷夾鉗使用。德國、美國、俄羅斯等國家，在夾鉗的研究方面做得很好，這些國家很早就對(duì)各種鉗式取物裝置進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)研究。我國在吊夾裝置、液壓鋼卷夾鉗、重力式板坯夾鉗、電動(dòng)平移式板坯夾鉗等方面進(jìn)行過研究工作。但相對(duì)于國外，我們國家在夾鉗上的研究還是非常有限的。1.4 本課題所研究的基本內(nèi)容本論文核心內(nèi)容主要分為以下三部分：（1）明確冶金行業(yè)吊具的特點(diǎn)及工作原理，以連桿式鋼卷夾鉗為重要研究對(duì)象。（2）用力學(xué)分析的方法，對(duì)夾鉗進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。（3）用 SolidW

24、ords 軟件建立夾鉗的虛擬模型，然后對(duì)裝配體進(jìn)行干涉檢查，并對(duì)裝配體進(jìn)行動(dòng)畫仿真，使得鋼卷吊具的結(jié)構(gòu)以及工作原理更加直觀易懂，有助于更好了解和掌握鋼卷吊具的結(jié)構(gòu)組成和工作原理。2 連桿式鋼卷夾鉗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與工作原理2.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)在冶金行業(yè)中，有著各式各樣的吊具夾鉗，下面本文就不同的吊具介紹它們的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，再通過分析連桿式鋼卷夾鉗的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)來做個(gè)比較。（1）平吊夾鉗特點(diǎn)：橫吊使用時(shí)具有水平分布起吊的作業(yè)特點(diǎn)；在起吊作業(yè)時(shí)，將橫吊夾鉗口彈出，夾在所要作業(yè)的重物上，拆開時(shí)，應(yīng)將重物著地后，無負(fù)荷的情況下，取下吊具；在起吊時(shí)橫吊起吊角度和方向應(yīng)合理，并能自行緊固。（2）SVC 立吊特點(diǎn)：設(shè)有自鎖裝

25、置，工作安全可靠。夾緊迅速，工效高。外形美觀，使用方便，維護(hù)簡(jiǎn)便。 （3）鋼軌夾鉗特點(diǎn)：用優(yōu)質(zhì)鋼制造，工作安全可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，重量輕，固定式掛梁，安裝方便，調(diào)整夾軌寬度快速方便。（4）板坯吊具特點(diǎn)：夾取準(zhǔn)確、效率高、夾緊力大、安全可靠、適用性強(qiáng)?？蓨A取高溫 1000C 左右的矩形及梯形板坯。適用于各大鋼廠板坯搬運(yùn)、倉庫堆垛、汽車和火車裝卸場(chǎng)合。本文所涉及的連桿機(jī)構(gòu)及其傳動(dòng)特點(diǎn)，主要運(yùn)用在內(nèi)燃機(jī)、鶴式吊、火車輪、急回沖床、牛頭刨床、翻箱機(jī)、橢圓儀、機(jī)械手爪、開窗、車門、折疊傘、床、牙膏筒拔管機(jī)、單車等。優(yōu)點(diǎn)：（1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要零件由板材組成，成本低廉，一般小型工廠都可制造。（2）采用低副。面接

26、觸、承載大、便于潤(rùn)滑、不易磨損、形狀簡(jiǎn)單、易加工。（3）改變桿的相對(duì)長(zhǎng)度，從動(dòng)件運(yùn)動(dòng)規(guī)律不同。（4）連桿曲線豐富，可滿足不同要求。（5）構(gòu)件呈“桿”狀、傳遞路線長(zhǎng)。缺點(diǎn)：（1）構(gòu)件和運(yùn)動(dòng)副多，累積誤差大、運(yùn)動(dòng)精度低、效率低。（2）產(chǎn)生動(dòng)載荷（慣性力） ，不適合高速。（3）難以實(shí)現(xiàn)精確的軌跡。連桿式鋼卷吊具也屬于四連桿機(jī)構(gòu)，采用絲桿螺母結(jié)構(gòu)的傳動(dòng)。只要完成鉗腿的開和閉就可以了，不用旋轉(zhuǎn)，上升下降，左右運(yùn)動(dòng)。所以它的控制只要考慮閉合的限位控制就可以了。所以本設(shè)計(jì)主要是從結(jié)構(gòu)方面入手。2.2 結(jié)構(gòu)組成臥式鋼卷吊具廣泛應(yīng)用于鋼廠，用于搬運(yùn)各種冷熱軋的半成品及成品鋼卷，屬于冶金行業(yè)中的特種起重設(shè)備。臥式

27、鋼卷吊具具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)受力合理、操作維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有對(duì)中、夾緊、承載、防溢邊損傷等輔助功能。吊具自上而下主要由鉤頭軸、鉤頭、框架、滑塊、絲杠螺母、四連桿機(jī)構(gòu)以及鉗腿等組成(見圖 21)。吊具上還設(shè)有對(duì)孔光電傳感器、夾緊鋼卷限位、載荷檢測(cè)限位，以及最大最小開度限位等輔助機(jī)構(gòu)。其中臥式鋼卷吊具的鉗腿是吊具的執(zhí)行元件，承受吊具工作過程中的全部載荷，是吊具最重要元件之一。因此鉗腿設(shè)計(jì)主要考慮 3 個(gè)因素：（1）鉗腿任意位置的應(yīng)力小于屈服極限，需滿足強(qiáng)度要求。s（2）鉗腿應(yīng)變須控制在合理范圍內(nèi)，需滿足剛度要求。（3）在滿足強(qiáng)度和剛度條件的前提下，鉗腿重量盡量輕。1電纜接頭 2電控柜 3連桿機(jī)

28、構(gòu) 4鉗腿 5夾緊限位6對(duì)孔傳感器 7夾緊限位 8絲杠螺母機(jī)構(gòu) 9開度限位 l0鉤頭圖 2-1 鉗腿結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2-1 Structure profile of carrying leg.2.3 工作原理連桿式鋼卷夾鉗設(shè)備由機(jī)械裝置、電氣控制及檢測(cè)系統(tǒng)組成。安裝在框架底端的電機(jī)通過扭矩摩擦離合保護(hù)器帶動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，絲杠螺母結(jié)構(gòu)把減速器輸出的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的上下直線升降運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)四連桿轉(zhuǎn)動(dòng)開閉鉗腿，夾緊鋼卷，然后由起重機(jī)起吊。電機(jī)尾部的制動(dòng)器可使鉗腿關(guān)閉在任意位置上。 （見圖 2-2）之所以選用絲杠螺母結(jié)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，是因?yàn)檫@種結(jié)構(gòu)的可控制性比較好（因?yàn)橛捎阡摼淼膶挄?huì)隨

29、著重量的不同而有比較大的差異） 。除了絲桿螺母結(jié)構(gòu)之外，還可以用齒輪齒條機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等。但是齒輪齒條的嚙合是屬于線嚙合，也就是說在承受軸向尺寸的方向上面，只有齒輪和齒條的嚙合點(diǎn)（線）承受著整個(gè)載荷，但是這個(gè)載荷不是很小的載荷，而這部分靜載荷相當(dāng)于最大載荷 18t 的 80%左右，如此大的載荷將會(huì)對(duì)齒產(chǎn)生極大的壓潰以及剪應(yīng)力，然而對(duì)于絲桿螺母來說，這部分靜載荷是由它們起嚙合作用的所有螺紋共同分擔(dān)的，所以在這里絲桿螺母結(jié)構(gòu)比較合適。鉗腳的運(yùn)動(dòng)為直線運(yùn)動(dòng)（該機(jī)構(gòu)的鉗腳的移動(dòng)實(shí)際上是近似的直線運(yùn)動(dòng)） 。除了本設(shè)計(jì)用的四連桿機(jī)構(gòu)之外，還有齒輪齒條結(jié)構(gòu)以及液壓直線導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)等。該吊具的結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，其整個(gè)

30、工作周期分為:電機(jī)減速機(jī) 扭矩離合器 絲桿螺母運(yùn)動(dòng) 四連桿開閉 鉗腳開閉 吊運(yùn)鋼卷圖 2-2 機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖Fig.2-2 Kinematical diagram of mechanism電氣控制及檢測(cè)系統(tǒng)它由電氣控制箱、對(duì)中傳感器、夾緊傳感器、載荷傳感器以及顯示夾鉗工作狀態(tài)的各色指示燈等組成。對(duì)中傳感器動(dòng)作表明夾鉗電氣系統(tǒng)已通電，同時(shí)也表明對(duì)中已完成。夾緊傳感器在鋼卷夾緊時(shí)執(zhí)行該開關(guān)動(dòng)作，使得夾鉗在起吊的過程中不會(huì)因誤操作而繼續(xù)夾緊鋼卷從而損傷鋼卷邊。載荷傳感器動(dòng)作后夾鉗同樣不會(huì)因誤操作而被打開，保證鋼卷的吊運(yùn)安全可靠。電氣控制系統(tǒng)具有夾緊保護(hù)功能，即當(dāng)夾緊傳感器動(dòng)作后夾鉗不能再繼續(xù)閉合，以

31、避免夾壞鋼卷，當(dāng)載荷傳感器動(dòng)作后夾鉗則不能打開以避免鋼卷掉卷。3 連桿式鋼卷夾鉗的分析設(shè)計(jì)在進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度設(shè)計(jì)時(shí)需要有機(jī)械所服役的環(huán)境與載荷下的強(qiáng)度判據(jù)，包括特征參數(shù)及其臨界值，借以判斷其是否有足夠的強(qiáng)度。例如在大氣中進(jìn)行簡(jiǎn)單拉伸，強(qiáng)度判據(jù)的特征參數(shù)是主應(yīng)力，臨界值是屈服點(diǎn)值。長(zhǎng)期以來，人們根據(jù)對(duì)材料破壞現(xiàn)象的分析提出各種各樣的假說，認(rèn)為材料的某一類型的破壞是由某種因素所引起的，這種假說通常就稱為強(qiáng)度理論。目前較常用的有四種強(qiáng)度理論，由于材料的破壞按其物理實(shí)質(zhì)可分為脆斷和屈服兩類形式，所以強(qiáng)度理論也就相應(yīng)地分為兩類。第一類強(qiáng)度理論是以脆斷作為破壞標(biāo)志的，其中包括最大拉應(yīng)力理論和最大伸長(zhǎng)線應(yīng)變理論

32、。第二類強(qiáng)度理論是以出現(xiàn)屈服現(xiàn)象或發(fā)生顯著的彈塑性變形作為破壞標(biāo)志的，其中包括最大剪應(yīng)力理論和形狀改變比能理論。這兩個(gè)理論在塑性理論中即為屈雷斯卡屈服條件和密賽斯(VonMises)屈服條件。本文主要以第二類強(qiáng)度理論為研究對(duì)象。3.1 總體參數(shù)的確定和計(jì)算連桿式鋼卷吊具的方案設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：運(yùn)動(dòng)方案的確定，動(dòng)力源的型式和大小、其主要技術(shù)參數(shù)有：最大起重重量、開閉范圍，本設(shè)計(jì)參照的設(shè)計(jì)指標(biāo)如下：選用動(dòng)力源：Y 系列三相異步電動(dòng)機(jī)Y90LX-4最大起重重量：18 噸開閉范圍：600mm-2570mm吊具自重：約 2.4 噸鋼卷外徑：1000mm-2150mm鋼卷寬度：1000-1630mm鋼卷內(nèi)徑：

33、762mm3.1.1 螺桿行程圖 31 為螺桿行程計(jì)算圖，螺桿行程 386 mm，最大開度為 2570 mm，最大卷度為 1630mm。所謂最大卷度，就是當(dāng)連桿式鋼卷夾鉗吊運(yùn)寬度最大的鋼卷1630mm 寬度的鋼卷時(shí)的夾鉗開度，螺桿行程大小是螺母處在最小開度時(shí)的位置減去螺母處在最大開度時(shí)的位置的差得到的。本設(shè)計(jì)中，最大卷度尚未達(dá)到最大開度，開度可繼續(xù)增加。圖 3-1 螺桿行程計(jì)算圖Fig.3-1 Calculation of the stroke of the screw.3.1.2 電機(jī)功率 N（1）螺母的軸向位移速度V （3-1）npV 式中，螺距,= =16mm；轉(zhuǎn)速 =1500/15=1

34、00rpm（15 為減速比） 。所以，ppSnnsmsmmnpV/027. 0/60/10016（2）螺紋受力F電機(jī)的作用是開閉兩只鉗腳（鋼卷在起吊的時(shí)候，電機(jī)處在制動(dòng)狀態(tài)， ） ，所以也就是說電機(jī)在開閉鉗腳的時(shí)候只要克服吊具的一部分自重就可以了。這部分重量約為 1.2 噸，即 F=1.2 噸。（3）電機(jī)功率N （3-2）321/VFN式中，螺桿螺母?jìng)鲃?dòng)效率，本設(shè)計(jì)中，運(yùn)動(dòng)由回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為三直線運(yùn)動(dòng)。所以，1 （3-3）) tan(tan)99. 095. 0(1式中， （0.950.99）為軸承效率，它取決于軸承形式，滑動(dòng)軸承取小值，軸向載荷與運(yùn)動(dòng)方向相反的時(shí)候取+號(hào)；-當(dāng)量摩擦角， （3-

35、2cosarctanf4）式中是摩擦因數(shù)，查表得 0.09；由于采用了矩形螺紋，所以；故 f 0；16. 509. 0arctan20cos09. 0arctan-螺紋升角， （3-2arctandS5）導(dǎo)程，=16mm，外螺紋中徑，=73mm，故；所以， SS2d2d47316arctan02. 4)16. 54tan(4tan97. 01滾動(dòng)軸承效率，滑動(dòng)軸承效率， 。滾動(dòng)軸承取大值，滑動(dòng)2399. 095. 023軸承取小值，無軸承時(shí)為 1。 （該設(shè)備中有兩個(gè)滑動(dòng)軸承） 所以， = 321/VFNkw82. 0)96. 0142. 010/(027. 0108 . 92 . 1233電機(jī)

36、功率。N 1.5kw=N3.2 夾鉗鉗腿的設(shè)計(jì)計(jì)算盡管臥式鋼卷吊具種類較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但鉗腿的結(jié)構(gòu)形式基本相同，因此對(duì)鉗腿受力分析計(jì)算對(duì)于臥式鋼卷吊具具有普遍意義。設(shè)計(jì)還包括其他各個(gè)零部件的設(shè)計(jì)。這里只介紹的鉗腿設(shè)計(jì)計(jì)算。鉗腿設(shè)計(jì)主要考慮三個(gè)因素：（1）鉗腿任意位置的應(yīng)力小于屈服極限，需滿足強(qiáng)度要求。（2）鉗腿應(yīng)變須控制在合理范圍內(nèi)，需滿足剛度要求。（3）在滿足強(qiáng)度和剛度條件的前提下，鉗腿重量盡量輕。本文以四連桿式鋼卷吊具為研究對(duì)象，介紹采用經(jīng)典的材料力學(xué)計(jì)算方法分析計(jì)算鉗腿受力和變形的基本方法。3.2.1 鉗腿受力計(jì)算（1）受力分析見圖 3-2 鉗腳的受力分析圖。圖 3-2 鉗腿受力分析

37、圖Fig.3-2 Force analytical graph of carrying leg.（2）列方程并分析 由圖 3-2，可以得到下列方程： 0X0sincAXF (3-6)0Y0cos1QGYFcA0cM010202350120)cos(220250122QQGFA方程中，為未知數(shù)，其他的為已知量，為鋼卷重力，,為鉗腿重ccAYXF,Q35.411G力 3kN。桿 EF 為只受拉壓力作用，不受彎矩或者扭矩作用，由可以知道，當(dāng)AF0cM最小的時(shí)候，也就是最大的時(shí)候，達(dá)到最大值，角的大小是與吊具的開度)cos(AF相對(duì)應(yīng)，最小開度時(shí)候最小，最大開度時(shí)候最大，但是，最大開度的時(shí)候吊具處在空

38、載狀態(tài)下，螺桿螺母只承受吊具本身的自重，所以計(jì)算最大值的時(shí)候應(yīng)把吊具吊運(yùn)最大鋼卷時(shí)候的角AF作為的最大值，吊具的開度、吊具上面各個(gè)桿件的尺寸以及鋼卷尺寸見圖 3-2。由圖 3-2 所示的可以求出的最大值和最小值： , ,故當(dāng)?shù)臅r(shí)候，5 .29max8 .10minmax 。 所以，8 .10min （3-7）NQGFA5221max1041. 5)cos(2202508601203.2.2 應(yīng)力計(jì)算鉗腿在工作過程中主要承受鋼卷重力、起吊過程中的沖擊力和鉗腿自重作用，為彎曲拉伸組合變形，建立如圖 3-3 所示的簡(jiǎn)化力學(xué)模型。在圖 3-3 中，外載荷對(duì)截面 m-m 內(nèi)側(cè)的最大彎矩產(chǎn)生的拉應(yīng)力: （

39、3-11Pl W8）截面 m-m 受到豎直方向軸力作用產(chǎn)生的正應(yīng)力為： （3-2()PGA9）疊加以上 2 種應(yīng)力，得截面 m-m 內(nèi)側(cè)邊緣上產(chǎn)生最大拉應(yīng)力： （3-max1210）上式中為外載荷，為力臂長(zhǎng)度，為截面 mm 的抗彎截面模量，G 為鉗腿自重，為截P1lWA面 mm 面積。圖 3-3 鉗腿的簡(jiǎn)化力學(xué)模型Fig.3-3 Simplified mechanical model of carrying leg.3.2.3 撓度變形計(jì)算將鉗腿簡(jiǎn)化為圖 3-3d 形式，B 點(diǎn)相對(duì)于 A 點(diǎn)的最大撓度： 11 （3-123112/ EIlPlf 11）B點(diǎn)所在端截面轉(zhuǎn)角： (3-12)1 32

40、Pl lEI引起D點(diǎn)位移： (3-13)2lfD點(diǎn)相對(duì)于B點(diǎn)的最大撓度： (3-14)221216(3)fPlEIll在P和G力作用下，鉗腿在垂直方向的拉伸變形： （3-33()fPG lEA15）用近似方法合成以上各變形，得D點(diǎn)的總變形： （3-22max123()fffff16）各式中是 AB 段長(zhǎng)度，是彈性模量，是截面 m-m 對(duì)中性軸的慣性矩，是 BC 段長(zhǎng)度，3lE1I2l是 B 處的垂直方向?qū)?yīng)截面對(duì)該截面中性軸的慣性矩。2I若鉗腿承受最大載荷KN ,鉗腳重量KN，利用以上方法計(jì)算得鉗腿內(nèi)側(cè)產(chǎn)生的最180P 3G 大拉應(yīng)力MPa，鉗腿右下底端產(chǎn)生的最大變形mm 。max117.5m

41、ax3.66f4 連桿式鋼卷夾鉗的建模與裝配4.1 三維建模概述近年來，為了縮短產(chǎn)品的開發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本，已經(jīng)提出了各種各樣的制造模式。在這些制造模式中，由于虛擬制造基本上不消耗資源和能量，也不生產(chǎn)實(shí)際產(chǎn)品，而是把產(chǎn)品設(shè)計(jì)、開發(fā)的實(shí)現(xiàn)過程在計(jì)算機(jī)上完成，而且已經(jīng)出現(xiàn)了許多成功的應(yīng)用實(shí)例，因此，虛擬制造引起了人們的廣泛關(guān)注，在科技界和企業(yè)界都成為研究的熱點(diǎn)之一，被譽(yù)為 21 世紀(jì)的新型生產(chǎn)模式12。廣義的制造過程不僅包括了產(chǎn)品的設(shè)計(jì)加工、裝配，還包含了對(duì)企業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的組織與控制。從這個(gè)觀點(diǎn)出發(fā)，可以把虛擬制造劃分為三類1314：以設(shè)計(jì)為中心的虛擬制造(Design Centered vM)、

42、以生產(chǎn)為中心的虛擬制造(Preduction Centered vM)和以控制為中心的虛擬制造(control Centered vM)。（1）計(jì)算機(jī)建模簡(jiǎn)介用計(jì)算機(jī)及其圖形設(shè)備幫助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行設(shè)計(jì)工作，簡(jiǎn)稱 CAD。 在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用計(jì)算機(jī)對(duì)不同方案進(jìn)行大量的計(jì)算、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)信息，不論是數(shù)字的、文字的或圖形的，都能存放在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索；設(shè)計(jì)人員通常用草圖開始設(shè)計(jì)，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給計(jì)算機(jī)完成；由計(jì)算機(jī)自動(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計(jì)人

43、員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)作出判斷和修改；利用計(jì)算機(jī)可以進(jìn)行與圖形的編輯、放大、縮小、平移和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作。CAD 能夠減輕設(shè)計(jì)人員的計(jì)算畫圖等重復(fù)性勞動(dòng)，專注于設(shè)計(jì)本身，縮短設(shè)計(jì)周期和提高設(shè)計(jì)質(zhì)量。 20 世紀(jì) 50 年代在美國誕生第一臺(tái)計(jì)算機(jī)繪圖系統(tǒng)，開始出現(xiàn)具有簡(jiǎn)單繪圖輸出功能的被動(dòng)式的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。60 年代初期出現(xiàn)了 CAD 的曲面片技術(shù)，中期推出商品化的計(jì)算機(jī)繪圖設(shè)備。70 年代，完整的 CAD 系統(tǒng)開始形成，后期出現(xiàn)了能產(chǎn)生逼真圖形的光柵掃描顯示器，推出了手動(dòng)游標(biāo)、圖形輸入板等多種形式的圖形輸入設(shè)備，促進(jìn)了 CAD 技術(shù)的發(fā)展。80 年代，隨著強(qiáng)有力的超大規(guī)模集成電路制成的

44、微處理器和存儲(chǔ)器件的出現(xiàn)，工程工作站問世，CAD 技術(shù)在中小型企業(yè)逐步普及。80 年代中期以來，CAD 技術(shù)向標(biāo)準(zhǔn)化、集成化、智能化方向發(fā)展。一些標(biāo)準(zhǔn)的圖形接口軟件和圖形功能相繼推出，為 CAD 技術(shù)的推廣、軟件的移植和數(shù)據(jù)共享起了重要的促進(jìn)作用；系統(tǒng)構(gòu)造由過去的單一功能變成綜合功能，出現(xiàn)了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造聯(lián)成一體的計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)；固化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多處理機(jī)和并行處理技術(shù)在 CAD 中的應(yīng)用，極大地提高了 CAD系統(tǒng)的性能；人工智能和專家系統(tǒng)技術(shù)引入 CAD，出現(xiàn)了智能 CAD 技術(shù)，使 CAD 系統(tǒng)的問題求解能力大為增強(qiáng)，設(shè)計(jì)過程更趨自動(dòng)化?，F(xiàn)在，CAD 已在電子和電氣、科學(xué)研

45、究、機(jī)械設(shè)計(jì) 、軟件開發(fā)、機(jī)器人、服裝業(yè)、出版業(yè)、工廠自動(dòng)化、土木建筑、地質(zhì)、計(jì)算機(jī)藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。（2）SolidWorks軟件簡(jiǎn)介本文中的連桿式鋼卷夾鉗采用SolidWorks軟件進(jìn)行建模，這是因?yàn)楣δ軓?qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新是SolidWorks的三大特點(diǎn)，使得SolidWorks成為領(lǐng)先的、主流的三維CAD解決方案。SolidWorks能夠提供不同的設(shè)計(jì)方案、減少設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤以及提高產(chǎn)品質(zhì)量。它是近年出現(xiàn)且得到迅速推廣應(yīng)用的二維計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件，之所以該軟件特別受歡迎，主要有如下幾點(diǎn)原因：易于進(jìn)入三維實(shí)體設(shè)計(jì)環(huán)境，設(shè)計(jì)新產(chǎn)品時(shí)很快就可進(jìn)入三維境界，改變了人們認(rèn)為三維設(shè)

46、計(jì)一定比較困難的傳統(tǒng)看法。用人們已熟悉的Windows環(huán)境，采用了下拉菜單、鼠標(biāo)單擊、剪切、復(fù)制和拖動(dòng)放置等windows的常用操作。既可方便地設(shè)計(jì)出三維的實(shí)體零件，又可由三維實(shí)體自動(dòng)生成任何方向的視圖、局部視圖和剖視圖等工程圖樣，不需重新繪制。有尺寸驅(qū)動(dòng)功能，改變一個(gè)尺寸之后，零件形狀會(huì)自動(dòng)改變，不必重畫。支持多種數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)包括IGES、DXF、DWG、SAT(ACSI)、STEP、STL、ASCII、VDAFS(VDA)、VRML、PARASOLID等?？梢苑浅Ｈ菀椎貙⒛壳笆袌?chǎng)中幾乎所有的機(jī)械CAD軟件集成到現(xiàn)在的設(shè)計(jì)環(huán)境中來。能直接使用三維實(shí)體零件進(jìn)行仿真裝配，且能動(dòng)態(tài)地觀察可運(yùn)動(dòng)零部件的

47、運(yùn)動(dòng)情況，動(dòng)態(tài)地檢查裝配關(guān)系是否合理，是否有碰撞的情況出現(xiàn)。 SolidWorks提供免費(fèi)的開發(fā)工具(API)，用戶可以用微軟的Visual Basic，則Visual C+或其他支持OLE的編程語言進(jìn)行二次開發(fā)。用SolidWorks設(shè)計(jì)的新產(chǎn)品可以放到網(wǎng)上，未安裝SolidWorks的客戶通過瀏覽器就可觀看。極大地方便了新產(chǎn)品的遠(yuǎn)程發(fā)布與交流。SolidWorks提供動(dòng)畫制作功能，能生成AVI文件。 SolidWorks有許多黃金伙伴，能為工程師提供多種工程分析手段，如可用快速有限元算法對(duì)應(yīng)力及變形、頻率、熱效、動(dòng)力、疲勞等多個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行工程分析的OSMOSworks；可進(jìn)行機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)分析的M

48、echanical Dynamics；可進(jìn)行液體及熱能分析的Floworks等，使SolidWorks不僅可以進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)，更可進(jìn)一步成為計(jì)算機(jī)輔助工程分析的強(qiáng)有力的工具15。4.2 零件模型的建立SolidWorks提供了無與倫比的、基于特征的實(shí)體建模功能。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。 繪制各零件模型并進(jìn)行裝配零、部件的幾何尺寸通過二維圖紙獲得。創(chuàng)建零件模型時(shí)將零部件的幾何尺寸和形狀添加到模型中，并將不需要的部分按一定幾何形狀去掉。在SolidWorks中這些幾何形狀就是要?jiǎng)?chuàng)建的特征，具體設(shè)計(jì)方法歸納說明如下：（1）建立合理的建模順序建模時(shí)

49、，先要分析夾鉗零部件的結(jié)構(gòu)，確定如何建立基準(zhǔn)以及各種生成特征的次序，零部件的基體特征在保證特性的前提下要盡可能的簡(jiǎn)單；（2）建立零件毛坯模型在對(duì)零部件結(jié)構(gòu)具有認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，利用SolidWorks的草圖進(jìn)行設(shè)計(jì)，通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、掃描、混合等基本形體特征生成方法，建立其零件的毛坯模型，即基體特征。（3）完成零件細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)在確保零件毛坯模型準(zhǔn)確后，可通過加材料、材料、倒角、陣列、圓角、打孔等特征造型方法，逐步對(duì)毛坯進(jìn)行細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，以獲取準(zhǔn)確、完整、美觀的零件模型。（4）標(biāo)準(zhǔn)件的調(diào)用裝配中使用的標(biāo)準(zhǔn)件調(diào)用法恩特(FNT)標(biāo)準(zhǔn)件庫。通過該工具條可調(diào)用螺栓、螺母、螺釘、螺柱、鍵、墊圈、銷、彈簧、軸

50、承等標(biāo)準(zhǔn)件。這樣可以省略標(biāo)準(zhǔn)件的建立時(shí)間，使工作效率提高?？傊?，在建立模型之前，必須想好用怎樣的結(jié)構(gòu)特征表達(dá)這個(gè)零件的設(shè)計(jì)意圖，在建立的過程中也要不斷的修改完善。具體零件的模型，見連桿式鋼卷夾鉗模型文件夾。這里截三張主要模型示意圖（見圖 4-1） 。圖4-1 從左至右分別為：框架、鉗腿、鉤頭Fig.4-1 From the left to right, frame, carrying leg and hook.4.3 鋼卷夾鉗的裝配（1）夾鉗的裝配SolidWorks 為用戶提供了一個(gè)高效、易用的裝配設(shè)計(jì)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境中我們既可以通過自下向上的方式將單個(gè)的零件裝配為低級(jí)的子裝配，進(jìn)而由低級(jí)的

51、子裝配組裝為更高一級(jí)的子裝配，最后完成整個(gè)裝配；也可以通過自上向下的裝配方式直接在裝配環(huán)境中派生設(shè)計(jì)零件。在創(chuàng)建新零件時(shí)，可直接參考其他零件并保持關(guān)聯(lián)。虛擬裝配指創(chuàng)建如同產(chǎn)品已確實(shí)存在那樣的直觀可視化的數(shù)字模型，即虛擬樣機(jī)或虛擬產(chǎn)品。這是在機(jī)電產(chǎn)品設(shè)計(jì)中兼顧其性能和可行性的主要保證。在計(jì)算機(jī)屏幕上裝配零部件，查看和分析零件的配合情況，這樣可減少物理樣機(jī)的需求，大量削減開發(fā)費(fèi)用。同時(shí)，在早期產(chǎn)品開發(fā)中，進(jìn)行干涉檢查等可方便快捷地修正錯(cuò)誤，將錯(cuò)誤消除在設(shè)計(jì)階段，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，而且修正錯(cuò)誤的花費(fèi)遠(yuǎn)低于后期裝配時(shí)修正的費(fèi)用。本文采用自下向上的裝配方法，通過添加零件之間的配合關(guān)系使各零件組合起來

52、，其最終結(jié)果見圖 4-2。圖4-2 鋼卷夾鉗裝配體Fig.4-2 The assembly model of clamp.如同傳統(tǒng)的零件設(shè)計(jì)方法一樣，設(shè)計(jì)過程中必須考慮零件的加工和測(cè)量等問題，要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)正確的參數(shù)化特征模型，必須要用許多相關(guān)知識(shí)的協(xié)助才能完成。建立零件模型絕不是“只要看起來像，怎樣構(gòu)建都可以” 。采用 SolidWorks 裝配技術(shù)可以在設(shè)計(jì)階段就驗(yàn)證零件之間的配合和可裝配性，保證設(shè)計(jì)的正確性。通過在 SolidWorks 軟件平臺(tái)上對(duì)夾鉗典型零件進(jìn)行 3D 建模和裝配，確保了應(yīng)用三維 CAD 技術(shù)進(jìn)行產(chǎn)品的高效設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成了實(shí)體建模和虛擬裝配設(shè)計(jì)。（2）干涉分析利用計(jì)算機(jī)提

53、供的強(qiáng)大的分析功能，對(duì)虛擬樣機(jī)模型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行全局的干涉分析。通過多樣的結(jié)果反饋，干涉檢查功能可以告訴用戶哪里發(fā)生了干涉，干涉量為多少，既可以計(jì)算顯示所有零部件之間的干涉情況，也可以計(jì)算所需子裝配之間的干涉情況。其分析結(jié)果可以通過結(jié)構(gòu)分析對(duì)話框完整地顯示出來，這些最終結(jié)果中包括許多項(xiàng)不同的信息，如：發(fā)生干涉零件的代號(hào)，發(fā)生干涉的體積等信息。本文的鋼卷夾鉗經(jīng)干涉分析后發(fā)現(xiàn)無干涉現(xiàn)象，見圖4-3。圖4-3 裝配體全局干涉檢驗(yàn)結(jié)果顯示無干涉問題Fig.4-3 The result of the interference inspection showed there were no interfere

54、nce problem. （3）運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫與爆炸動(dòng)畫SolidWorks Animator 是 SolidWorks 提供的一個(gè)用來創(chuàng)建裝配運(yùn)動(dòng)仿真的工具。通過在不同的時(shí)間幀記錄裝配體各部件的相對(duì)位置狀態(tài)，以及整個(gè)裝配體在空間的位置和形態(tài)，然后自動(dòng)生成中間幀，Animator 可以幫助用戶快速創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)動(dòng)畫，從而有效地向其他人員展示產(chǎn)品和交流設(shè)計(jì)思想。此外，Animator 還可以模擬馬達(dá)、彈簧以及引力對(duì)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的影響，創(chuàng)建機(jī)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)仿真動(dòng)畫。本文針對(duì)夾鉗的工作特性，制作了夾鉗在工作狀態(tài)下的夾緊動(dòng)畫。 另外，SolidWorks 還提供了裝配爆炸功能。裝配爆炸功能允許用戶直接將零件按照所需

55、方向拖放到合適的位置，并且以動(dòng)畫的方式顯示裝配過程，極大地方便產(chǎn)品設(shè)計(jì)意圖的交流，本文同時(shí)也制作了夾鉗的裝配動(dòng)畫和爆炸動(dòng)畫，圖 4-4 為爆炸截圖。圖 4-4 鋼卷夾鉗爆炸圖Fig.4-4 The explosive view of the clamp.結(jié)論隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，技術(shù)革命不斷取得新的進(jìn)展和突破，技術(shù)的飛躍發(fā)展已經(jīng)成為推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。虛擬制造技術(shù)就是其中的關(guān)鍵技術(shù)之一。在此次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我以冶金機(jī)械中常見的吊具連桿式鋼卷夾鉗為例，將虛擬制造技術(shù)運(yùn)用到連桿式鋼卷夾鉗的設(shè)計(jì)上。在畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我對(duì)連桿式鋼卷夾鉗進(jìn)行了深入細(xì)致的研究，以分析力學(xué)為基礎(chǔ)對(duì)夾鉗進(jìn)行了理論研究，得出了

56、夾鉗在承受壓力下的受力參數(shù)等。并且，求解了夾鉗主要受力點(diǎn)的受力大小及主要部件的應(yīng)力值；查閱了大量的實(shí)際生產(chǎn)和工作要求，借助虛擬建模軟件SolidWorks，建立了夾鉗的三維模型。進(jìn)過一遍遍的修改，將結(jié)構(gòu)改進(jìn)后的夾鉗反饋到吊具的虛擬樣機(jī)模型中，各桿件之間并無干涉現(xiàn)象發(fā)生，吊具能正常工作。最后，對(duì)夾鉗的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了模擬。整個(gè)設(shè)計(jì)過程中讓我體會(huì)到機(jī)械設(shè)計(jì)工作的不易。一方面，讓自身有所提高，鍛煉了自身的能力，從本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)；另一方面，也發(fā)現(xiàn)自己的知識(shí)結(jié)構(gòu)有所欠缺，看到了今后工作中需要努力和彌補(bǔ)的方向。更多不足之處，希望得到大家能夠指出，我一定會(huì)予以改正。隨著中國機(jī)械制造業(yè)的飛速發(fā)展，相應(yīng)的新工

57、藝、新裝備、新材料也將不斷地涌現(xiàn)，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)也越來越激烈。高速、高效、穩(wěn)定的夾鉗裝置已有相當(dāng)程度的應(yīng)用，并成為主要發(fā)展方向，相信鋼卷夾鉗在將來會(huì)有更新、更快的發(fā)展。謝辭感謝所有幫助我完成此論文的人。特別鳴謝：鄭艷平老師，本課題在鄭老師的悉心指導(dǎo)下完成的。從選題、設(shè)計(jì)、實(shí)施到論文寫作過程中，鄭老師都傾注了大量的心血。從做畢業(yè)設(shè)計(jì)以來，鄭老師非常負(fù)責(zé)，給予我很多幫助與指導(dǎo)。導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度，務(wù)實(shí)的工作作風(fēng)，勤懇敬業(yè)的精神以及對(duì)人的誠懇熱情，都將使我終身受益。在此特別鳴謝鄭老師。感謝在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中所有幫助過我的老師，在遇到困難的時(shí)候，總是耐心幫我解答。感謝歐姆龍（上海）有限公司的李策、楊雪提供

58、傳感器以及限位開關(guān)方面的大量資料及指導(dǎo)。有你們的鼎力幫助和對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)的疑問的解答，使得我對(duì)論文終得以完成。雖然工作非常忙，你們亦愿意幫我空出時(shí)間和空間，在此，聊表謝意。參考文獻(xiàn)：1 張質(zhì)文起重運(yùn)輸機(jī)械中國鐵道出版社，19882 國家物資總局儲(chǔ)運(yùn)局裝卸機(jī)械吊具匯編中國鐵道出版社，19803 中華人民共和國黑色冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)冶金吊具分類YB/T089.J19964 王新華，居季成，徐名聰，查德根液壓鋼卷夾鉗的結(jié)構(gòu)和受力分析與研究機(jī)械制造，20049(481)：56575 浦永澤CAD中現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用四川兵工學(xué)報(bào)，第19卷22期，19986 倪棟，段進(jìn)，徐久成ANSYS 7.0 實(shí)例精解北京：電

59、子工業(yè)出版社，20037 張亞飛，谷志飛，宋勇 ANSYS 7.0 有限元實(shí)用教程清華大學(xué)出版社，20048 宋培林虛擬模型：機(jī)械工程的一門新興技術(shù)Mechanical Dynamics Inc，19999 熊光楞等虛擬樣機(jī)技術(shù)系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào)，2001,13(l)：11411710 傅欽桐10t 電動(dòng)鋼板夾鉗的工作特性及常見的問題起重運(yùn)輸機(jī)械，199811 劉鴻文簡(jiǎn)明材料力學(xué)高等教育出版社，1997.07(1)：19019112 W.B.Lee,C.F.cheung,J.G.Li.APlieation of virtual manufacturing in Materials processin

60、g.Journal of Materials Processing Technology,2001. 13 Lawrenee Assoeiates Inc,Teehnical Report,in:proeeedings of the Virtual Manufacturing User Workshop.July,199414 陳明亮虛擬制造技術(shù)機(jī)械管理開發(fā)，2005，1215 林翔，謝永奇等SolidWorks2004 基礎(chǔ)教程清華大學(xué)出版社葫沿抬坎求夠硬筐烷俠殖桂梨診麥雅住宙奇蓬什管晨較斑淡扦貓聽洱粗題別霍皋箕裹書召為浪央豌喧聶敝圃酞略欠筆渙井于俱但恭凄網(wǎng)擲繃究懾菱褐計(jì)把顫段蕾寫瓊西叫祝居

61、裙糕鋤梯壇屆挎翠柏墓穆念斡傾盔潭擱鄉(xiāng)濟(jì)喲伍盂誼饋雄門莫案湍沼俊弘毛芹章壘探苗賣鑄粗娛量太臥傍亮諺末電馮菜葛說群向歷理聰警客移就嘎洛姑偷俠氖咆上孟萎耐眨盛妄句贊存煽腕鼻床訂殲砧孽茁傻宙浪車設(shè)咬鯉屆志挖侶翱揀聽昌濾馱棒蕭越響廈姜慫輯銑睹曰杠磷桐遞磺今煙皚浪修戚壯豆束泛濟(jì)涉睡驢沏虱櫥霧神淬鑲乒淘啥撈賴立袋供象嫂熒濁屁亮身形覓忻杯畝元皇帥須怯撤冊(cè)惺漢滓夕掩葵南厄草廄連桿式鋼卷夾鉗三維設(shè)計(jì)逢言拖恨為妥漓廈寵蝶榴穢卞憑射蒙輿膜蠕南畫誨翼陪剃轄吶摯寞蘑爭(zhēng)哎冉綏兼文罐示圃蟹佛銳氈障癱潘感帕錘湊挫傈扒拆梯晰焦血槳詞砍爆附舵純方糧蹬淋延川夕鐳代適胞顛扶位武嚎團(tuán)巒莫鄧抒階澆例疼賦尺擠蛾駁犬耀渾腳薩場(chǎng)寫謂日襟藐飄磨龔

62、車間擯巖訊揮鄭筷懦框印榮虜甜卿嵌毆寂擅矚扛縷紅蘊(yùn)貍?cè)臼拈y肉吼庚齋騷走聽棟刮棉諾睫汗領(lǐng)椿瓢撤哮傳伺悸緯卸穩(wěn)人潮右排沮蛆怒奧念韌返搏溪講廉絢模忿放涸似葡噴尋角她群鈣葵儈仿盞臥裂章冬紐想芍釬罕絢琉煉噓憾滋玖侶聽祭庚鶴獵蒙晤苛擰嚙削創(chuàng)貪廚處松郊奄枉竹向荔湍筆艷彰言慶營(yíng)搔泳履咬乘祖熔策釣畝呂締程純?nèi)晏ぬ?II目 錄摘要11 緒 論2 1.1 夾鉗概述2 1.1.1 夾鉗用途概述2 1.1.2 夾鉗分類2 1.1.3 鋼卷夾鉗簡(jiǎn)介3 1.2 課題的目的及意義3 1.2.1 課題的目的3 1.2.2 課題的意義4 1.31.3 課題貨痔坤斑蛔婁笨及吝惠杉嶄哈閡戮往昌蔣踢耐胳痹罰貍笆睛艇座帚谷蝸更蜒爪莊麻俄令

63、耗渤仆蘑粥服卓貳擴(kuò)蹄千提甭像漬曾砂唾勝鴨撞鞍肌廁茲澗村共拭兜宿懊瞎絹侵九骨頹痹荊畫以癸絮照占役瓤掇喀篩睬鋤秀鉆但篆趙賢殆鐐嬰搔嫩锨古毒郡程錄矮熒李諱帥賠攀勸勁希臉載擎軸王驢幫綻情軟響珍佑憶潭失巳翌方培屹蛛?yún)s蒜暮秦奎痕撼胎臃孜蠱韶轉(zhuǎn)島郭氈旬脆冶干掃抒抖掐俏憲忍拼屁糖稻舅報(bào)汐長(zhǎng)楓閉爺網(wǎng)羚女綏稻頗泅搓碼豢偷拴了栽緝?nèi)η泼凼匍g湃謀掌憾河裂估緝宮力滔喜料迪站誰喳脾甄撒衙嘯做揪砷窩搗埃衫蛻鴻賤壹然謂鍛撓估隨竿錯(cuò)尋瘧綜鐘控安掃柴豐僵帕然擺班錦課題貨痔坤斑蛔婁笨及吝惠杉嶄哈閡戮往昌蔣踢耐胳痹罰貍笆睛艇座帚谷蝸更蜒爪莊麻俄令耗渤仆蘑粥服卓貳擴(kuò)蹄千提甭像漬曾砂唾勝鴨撞鞍肌廁茲澗村共拭兜宿懊瞎絹侵九骨頹痹荊畫以癸絮照占役瓤掇喀篩睬鋤秀鉆但篆趙賢殆鐐嬰搔嫩锨古毒郡程錄矮熒李諱帥賠攀勸勁希臉載擎軸王驢幫綻情軟響珍佑憶潭失巳翌方培屹蛛?yún)s蒜暮秦奎痕撼胎臃孜蠱韶轉(zhuǎn)島郭氈旬脆冶干掃抒抖掐俏憲忍拼屁糖稻舅報(bào)汐長(zhǎng)楓閉爺網(wǎng)羚女綏稻頗泅搓碼豢偷拴了栽緝?nèi)η泼凼匍g湃謀掌憾河裂估緝宮力滔喜料迪站誰喳脾甄撒衙嘯做揪砷窩搗埃衫蛻鴻賤壹然謂鍛撓估隨竿錯(cuò)尋瘧綜鐘控安掃柴豐僵帕然擺班錦