明達科（西安）科技培訓有限公司
起重机设计
说 明 书
单位：明达科（西安）培训有限公司 专业： 第42期 ME 指导老师：李满盈
设计者：张卫（组长） 澹震西 王帅 时间：2012年8月4日
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目录
目录................................................................................................................... - 1 - 一、任务书....................................................................................................... - 2 - 二、任务计划安排........................................................................................... - 3 - 三、初定方案................................................................................................... - 4 -
3.1 预定方案............................................................................................ - 4 - 3.2初定方案............................................................................................. - 5 - 3.3初步计算............................................................................................. - 8 - 3.4选定材料后的CAE结果................................................................... - 8 - 3.5方案三的CAE优化分析................................................................... - 9 - 四、力学分析................................................................................................. - 10 -
4.1危险截面的应力分析....................................................................... - 10 - 4.2危险点的分析................................................................................... - 12 - 五、三维和二维图形..................................................................................... - 14 -
5.1三维装配........................................................................................... - 14 - 5.2二维平面图....................................................................................... - 15 - 六、小结......................................................................................................... - 15 - 七、参考文献................................................................................................. - 16 -
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一、任务书
1. 要求规格
实习吊起物体所用的框架结构条件•使用图中的吊环螺栓•安装在柱子上•使用JIS的型钢•材料为SS400吊环螺栓200010005[ton]的物体Copyright, 2006 MEITEC Guangzhou. All rights reserved.50005000H300x300x10x15 ・安装柱子视为刚性。
2. 设计条件
・使用吊环螺帽M，使用负荷9000[kgf](JIS B 1169) ・框架的安全率为3.0。
3. 构造
・以主杆及拉杆承受负荷的桁架结构。
根部削
②拉杆
・根部销接合，在水平方向也可以旋转的构造，。 结合
可以避开负荷的横向力。 详细构造参照计划图
图纸名：HOIST FRAME PLAN 图编号：CMG05L001
4,要求用Visualfea做出相关危险点及面的详细验算仕样书. .做出相关二维图和生产图; .按正常文件方式保存,时间为5天; .必须做出详细的计算结果和计划表.
①主杆
销接合
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二、任务计划安排
起重机的设计计划
日程安排 明达科（西安）培训有限公司 指导老师 ME 第42期 李满盈 项目 具体内容 时间安排 参与者（○） 张卫 澹震西 王帅 担当 完成时间：2012.8.3 课题 起重机的设计计划资料查询 初定方案 初步确定方案 初步计算 草绘 3D 7月31日 ○ 7月30日 ○ ○ ○ ○ ○ ○ 8月3日 制作PPT
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○ ○ ○ ○ 优化 结构设计 CAE优化分析 8月1日 优化设计 修改3D ○ ○ ○ 8月2日 ○ 完善制图 2D 整理 及发表 整理说明书 ○
2012.7.27
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三、初定方案
3.1 预定方案
我们组经过查资料、构思大致有三种方案。
方案一： 方案二： 方案三：
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3.2初定方案
通过CAE软件分析： 方案一：
→
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方案二：
→
方案一和方案二结构相似，但受力也大致相同，相对而言方案二的受力要少小一些，从CAE分析可看出。
方案三：
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→
通过CAE的简单分析，第三种方案的两杆的受力直接减少了一半，力学结构有了明显改善，经过我们小组讨论，选用第三种方案进行设计。
初步计算 H型钢的选择 F fcosα 合成 截面系数 H型钢的尺寸： 150*150 角钢的选择
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33.65728 31.266 187.5 62.6 197.674 1303345 1303.345 7 KN kN KNM KNM KNM mm3 cm3 10 取 33.7 kN
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F M 抗截面系数W 角钢的尺寸：
200*200 钢管 50*5 销的参数 许用剪切应力：
50 50 125000 20
kN kNm mm3
125
cm3
F A d
98 25 255.102 18.02238
mpa
kN mm mm 取
30
mm
长度 100 mm
3.3初步计算
3.4选定材料后的CAE结果
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3.5方案三的CAE优化分析
思路：通过横杆上两斜杆的的角度，以及将下面斜杆向里移动来达到节省材料的目的，同时满足强度要求！
→ →
最终优化方案：
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变形:
四、力学分析
4.1危险截面的应力分析
材料的许用应力为σ=400N/mm，由安全系数为3知，其破坏应力为133N/mm2,即0.133kN/mm2. 注：以下的应力单位均为kN/mm2。
1、竖杆H型钢
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2、斜杆H型钢
3、等边角钢
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4、钢管
4.2危险点的分析
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危险节点校核 根据材料查得许用应力σ： 破坏应力σ： M W σ1 12758.751 216 59.0682916 =sqrt(σ2+τ) 22400 133.333333 危险节点1 kNmm cm3 N/mm2 N/mm2 N/mm2 59.06837263 133 <σ 133 τ=Fs/（b*h） 0.0978 第三强度理论 σmaxN/mm2 危险节点2 M W σ2 M W σ3 125.247 197 0.63577157 25000 216 115.740740 kNmm cm3 <σ 危险节点3 kNmm cm3 N/mm2 133 N/mm2 N/mm2 τ=Fs/（b*h） 0.10262857 第三强度理论 σmax=sqrt(σ32+τ2) 115.74078 <σ 危险节点4 M W σ4 125260.929 kNmm 1130 cm3 110.85038 <σ 133 N/mm2 110.850379 N/mm2 N/mm2 τ=Fs/（b*h） 0.045 第三强度理论 σ
max=sqrt(σ32+τ2) - 13 -
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五、三维和二维图形
我们组用pro-e绘制三维零件，并将其装配在一体形成装配图。后导成二维工程图，以明确加工尺寸。
5.1三维装配
为了保证安装方便，各接头处均采用活动铰链连接，拆装方便。在连接处均焊接钢板配合螺栓和销，尽量不破坏原材料，来保证强度。
为改变倾斜受力在应力较集中的地方，特地将圆筒底部2cm处做成实心，以改变受力地方，避免应力集中。圆筒座与H钢直接焊接，以保证角度。
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吊环采用了焊接和螺纹的配合，为保证等边角钢的强度，在角钢等距400mm处分别加加强筋。
5.2二维平面图
六、小结
在为期一周多的设计中，我们组员努力地完成课题，每个人都受益匪浅，也学会了如何查资料、不懂了问前辈和老师、熟悉了pro-e、CAE等软件。
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当我们拿到课题的时候，我们不知所措。我们小组在一起讨论，遇到分歧，就请柳从辉前辈给我们指点迷津。设计之前虽然有个简单的计划，但在实施过程中却发现了很多问题。我们在私底下不停的修改，只为课题能够按时完成。我们想到了PDCA，也更好的验证了PDCA的重要性。在做课题的过程中，我们小组出现了很多问题，对于一个问题固执己见，导致了课题进展的速度，只有请教老师或前辈，当然我们也从中收获很多。我单纯的以为一个人可能更快，因为所有的流程自己最熟悉，也会有条理性。在课题做的还不到一半的时候，我发现自己错了，大错特错。我们是一个团队，一个人的力量终究有限的、掌握的内容也是有限的、思维和见识也是有限的，而一个人团队就把这些有限的东西集中在一起变成一个“无限”的东西，取之不尽用之不竭。以前对团队只是一个感性的认识，现在就更深刻的体会到了团队意识的重要性。
以前习惯了一个人做设计，所以记录的东西、查的资料自己都清楚，或者随意记下，只要自己能看懂、能找到就行。现在是一个团队，自己记下的别人不一定能看懂，看不懂了又查、又算，结果大大浪费了时间。我们学会了清晰地记录材料内容，并分类统计及时整理，方便自己也方便别人。
老师在上课的时候告诉我们，在以后的工作中你会的东西你会越来越熟练，不太懂的东西越来越陌生，工作中没有人会专门训练你的弱项的。我们小组都深刻的意识到这一点，故而为了能更好地学习，我们在以后的课题中将重新分工，争取将所学都能融会贯通，在小组设计的每一个环节都要熟悉且可以熟练去完成。
在专业知识上，我们更加熟悉了工程力学，熟悉了pro-e的零件图的绘制、装配，CAE的优化分析，熟悉了一个设计过程的流程。在遇到问题时，我们小组积极讨论，及时向同学、前辈、老师请教不懂得问题。但最终未能按时完成课题，特此我们向老师提出延期的请求，并得到老师的允许。
在老师的指导下，我们小组经过努力终于完成了起重机的设计课题。感谢的指导和前辈们的帮助！
七、参考文献
1.《机械设计制图手册》【日】大西 清 著<原书第十版> 科学出版社； 2.《机械课程设计简明手册》骆素君 主编 化学工业出版社； 3.《材料力学》刘洪文 主编 高等教育出版社。
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