1、四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计I摆臂式升降工作平台结构设计机械设计制造及其自动化专业学生： 指导教师：摘要：本文所设计分析的摆臂式升降工作平台，用于 “高空作业”的设备维护，检修、安装等工作属于一种小型的、能在特殊场合起到特殊用途的起重机。 该设备 具有回缩尺寸小、升降量、工作幅度大自由度高等特点，非常适用于作业 空间 狭小、尺寸要求 严格的工作 环境，具有非常强的使用价值。针对特殊的工作空间和技术要求，本文首先提出了三种解决方案，并对每种方案的特点进行了详细介绍，通过认真比对各套方案的优缺点，确定了最终方案多级剪叉式升降机。在总体方案基础上，进行了详细的结构设计。该升降机由
2、四个子模 块组 成，分 别为摆臂机构、剪叉机构、回转机构和行走小车。本文 详细阐述了各子模块的设计原则、机构特点，并根据功率和工况进行了电机的选择。为了使设计更为可靠合理，还对关键部件进行了校核计算。关键词：摆臂式工作平台；滚珠丝杠；回转支撑；液压缸；剪叉机构；结构设计全套图纸，加 153893706四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计IIThe structure design of swing arm type elevating work platformMaior :Mechanical Design Manufacturing and Automation Student
3、: Yang Chang teachers: DiaoYan Abstract: in this paper, the design and analysis of the swing arm type elevating work platform, used in the aerial work equipment maintenance, repair and installation work belongs to a kind of small, can play a special purpose crane on special occasions. The device has
4、 a small size retraction, lifting capacity, work range degree higher characteristic. And it is very suitable for operation space which is narrow, in the strict size of the working environment has the very strong use value. Aiming at special working space and technical requirements, this paper first
5、puts forward three kinds of solution, and the characteristics of each method are introduced in detail, by carefully comparing the advantages and disadvantages of each package, determines the final plan - multistage scissors mechanism lifter. On the basis of overall scheme, carried on the detailed st
6、ructural design. The lift is composed of four sub modules, respectively for the swing arm mechanism, scissors mechanism, slewing mechanism, and the walking car. This paper expounds the design principle of each module in detail, organization characteristics, operating mode and according to the power
7、and the choice of the motor. In order to make a design more reliable and reasonable, also check calculation of key components. Key words: Swing arm type work platform; Ball screw; Rotary support; The hydraulic cylinder; Scissors mechanism; The structure design四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计III目录第一章 绪论 .31.
8、1 课题的研究目的及意义 31.2 国内外发展现状及趋势 31.2.1 国内发展现状 31.2.2 国外发展现状 .31.3 课题的主要研究内容 3第二章 机构总体方案设计 .32.1 整车的组成及设计指标 32.1.1 整车组成 .32.1.2 总体设计指标 .32.2 几种备选方案的介绍 .32.3 方案的最终确定 .3第三章 机构详细结构的设计 .33.1 剪叉式升降机构的设计 33.1.1 滚动丝杠设计计算 .33.1.2 滚动导轨副计算与校核 .33.2 摆臂机构的设计 33.3 回转机构 .33.4 行走小车的设计 3第四章 电机的选择 .34.1 电机选型 3四川大学本科毕业设计
9、 摆臂式升降工作平台结构设计IV第五章 关键零部件校核 .35.1 剪叉机构的校核 3第六章 总结与展望 .3致 谢 3参考文献 3四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计V四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计1第一章 绪论1.1 课题的研究目的及意义随着我国的建设事业的广泛推广，需要越来越多的高空作业。所谓高处作业是指人在一定位置为基准的高处进行的作业。国家标准 GB360893高处作业分级规定：“凡在坠落高度基准面 2m 以上（含 2m）有可能坠落的高处进行作业，都称为高处作业。 ”根据这一规定，在建筑业中涉及到高处作业的范围是相当广泛的。在建筑物内作业时，若在 2m
10、以上的架子上进行操作，即为高处作业。高空作业的类型主要分为以下几种，即包括临边、洞口、攀登、悬空、交叉等五种基本类型，这些类型的高处作业是高处作业伤亡事故可能发生的主要地点。而传统高空作业多为工人本身通过攀爬或简单的支撑装置（如梯子和手脚架）达到所需的工作位置在通过简单的固定装置来实现固定并完成工作。但这样的工作方式一方面由于不能携带很多的工具及材料，使工作的完成变得困难，工作效率下降；另一方面工人在攀爬和空中进行作业时并无有效的安全保护措施使得工人在进行高空作业时极不安全，严重影响了工人的生命安全。随着时代的进步，为了提高工作效率，更为了保障工人的生命安全，出现了高空作业车。高空作业车是一种
11、将作业人员、工具、材料等通过作业平台举升到空中指定位置进行各种安装、维修等作业的专用高空作业机械，既属于专用汽车，又属于工程机械，是一种重要的施工设备。宏观经济发展的影响用高空作业车进行高空作业是一种先进的登高作业方式，其发展与国民经济的发展水平密切相关，据国外高空作业机械专业媒体杂志Access International报道，统计情况可知：经济越发达，需求量越大，并且单位 GDP 需求量也越大。从中可以看出我国该行业需求量与发达国家或地区的差距。与发达国家和地区相比，我国不仅单位 GDP 需求量小，而且单位 GDP 需求量与 GDP 的比例也低，这说明高空作业车的市场需求量既与经济规模有关
12、，又与经济发达程度有关，这也恰恰表明高空作业车在我国有非常广阔的发展前景 1。高安全性、高作业效率和高环境适应性要求高空作业车作为一种工程车辆，其特殊性在于：一是载人高空作业，其作业安全性要求比一般工程车辆高，即所谓“高安全性”; 二是施工场所环境的“ 非结构性”,即其工作环境不可预知并且多变，因此要求对环境具有“高适应性”;三是其经常用于抢修作业，并且多为室外或野外作业，作业环境条件差，所以要求其具有作业的“高效率”.“城市用”工程车辆特征四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计2目前我国用户基本集中在城市或城镇，其工作环境条件比一般的运输车辆和工程机械要好，而且主要用于基本建设的后
13、端和日常维护维修，对其使用寿命的期望也高，因此，要求具有与一般工程车辆不同的特征要求：多功能；外形美观，涂装色彩既要有工程车辆的稳重，又要有轿车的活力，并且要长期保持。机动灵活；可适当装载货物，如作业用的工具、机具、材料等。可乘载作业班组人员，如电力行业的 4-6 人、路灯行业的2-3 人，具有工程车辆的功能和轿车的舒适性。个性化、差异化需求由于高空作业车用途广泛，涉及行业多，每个行业的作业内容不同，据不完全统计，我国每年仅城市建筑维护因使用的高空作业吊篮发生坠落，就导致近 5000 人死亡，而这种作业方式在发达国家已经基本绝迹，取而代之的是高空作业车。因此，未来城市建筑维护将大量使用高空作业
14、车。但随着高空作业车的广泛应用的同时，普通高口作业车也暴露出了一些问题。例如：传动不够平稳、运动轨迹单一、在某些特定的工作空间中无法进行工作、车体较大且笨重等问题。为了解决上述问题，需要设计出一种具有多自由度且传动平稳，体积小，运动灵活的高空作业平台。1.2 国内外发展现状及趋势1.2.1 国内发展现状作为垂直运送人员及物料的提升机械，传统的施工升降机主要是架设升降机。主要由导轨架、吊笼、外笼、传动装置、安全装置和附墙结构等组成 2。国产施工升降机的架设高度已由过去的标准架设高度 100m 以内，提高到 150m。超过这一架设高度的施工升降机也十分普遍。其提升速度已由 40m/Pmin 提高到
15、 60m/Pmin，80m/Pmin 以及最高可达 96m/Pmin。国产施工升降机的额定载重量每单笼基本上不超过 2000kg。但这些设备大都属于大型设备，体积和自重都很庞大。由于本设备为小型升降机，即特殊的摆臂工作平台，需要拆装、维护方便快捷，用传统的架设升降机显然不太合适。所以适于选择一些小型的高空作业平台。目前，国内这种成型的产品很多。主要有：剪叉式工作平台，套缸式工作平台，和曲臂式工作平台。如图 1-1 所示。其升降最大高度多为 10m 左右。从升降高度上完全满足要求。它们的共同特点是，自重轻，升速较快，移动方便快捷，动力源简单。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计3图
16、1-1 剪叉式、 套缸式、 曲臂式工作平台但不可否认，目前这三种工作平台都存在一些问题，故不能直接应用于该项目中。曲臂式工作平台，根据观察，当吊篮到达某一位置时，曲臂需要较大的工作空间，这显然不能满足某些特定工作空间的工作要求。套缸式也存在额定承重小的问题，且套缸式工作半径太小，无法满足要求。剪叉式工作平台似乎最为理想，因为工作半径满足要求，但自由度仍受限制，某些功能无法实现，需额外增加配件，所以应用成型产品已经不可能。1.2.2 国外发展现状近 20 年世界工程升降机行业发生了很大变化。 RT(越野轮胎升降机)和 AT(全地面升降机) 产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在 经济发展及
17、市场激烈竞争冲击下，导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化 3。目前世界工程升降机年销售额已达 75 亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有 10 多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。美国既是工程升降机的主要生产国，又是最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速发展及 RT 和 AT 产品的兴起，美国厂商曾在 20 世纪 6070 年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例证。特雷克斯升降机公司前
18、身是美国科林升降机厂。1995 年以来，其通过一系列的兼并活动，已四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计4发展成为世界顶级公司之一。日本从 20 世纪 70 年代起成为工程升降机生产大国，产品质量和数量提高很快，已出 口到欧美市场，年总产量居世界第一。自 1992 年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势 4。目前日 本市场年需求量为 3000 台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、法国、意大利等国。在德国 AT 产品市场份额中，利勃海尔占 53%，格鲁夫占 16%，德
19、马泰克占 14%，多田野和特雷克斯各占 10%和 5%左右。由于多级伸缩油缸、汽缸技术在国外已经相对成熟，生产出满足这样使用要求的垂直升降工作平台的难度并不是很大。表面看来，既然国外已经拥有了类似的比较成形设备。但是，由于国外的许多技术在一段时间内都将处于技术封锁的状态，尤其是对华的技术封锁。与此同时，我国的工程机械技术相比与国外仍有大幅上升空间，综合以上的分析，不难得出结论，国外的设备目前只适用于参考和借鉴，想在技术上寻求突破，必须依靠我们自己的力量，自主研发，自主设计，自主创新。1.3 课题的主要研究内容基于摆臂式升降工作平台与普通升降平台的区别，主要实现传动平稳，多自由度传动，工作空间需
20、求小，自重轻，刚度大，运动灵活等优点。以实现在生活中多种多样的工作环境下进行工作。本文的内容就是围绕此种设备的研发而进行，主要研究内容如下：1完成摆臂式升降工作平台的结构设计针对传动平稳，多自由度传动，工作空间需求小等技术要求，提出若干套解决方案，并通过比对确定最优方案。该设计的难点在于回缩尺寸小，工作幅度大。不工作时高度小于 4.5m，工作时最大高度小于 9m。且要求自重轻，刚度大。由于尺寸及现场工况的限制、约束，一些常规机构无法满足设计要求，需要进行许多非标设计。应用 Autocad 建立整体设备的二维模型。2.详细结构设计总体方案确定后针对每部分的传动机构进行分析、计算，选取合适的传动机
21、构。3.电动机的选取根据功率等因素的需求选取合适的电动机。4.关键的零部件校核在机械的传动中，有些关键的零部件需要计算，校核。例如：剪叉杆的校核，铰接螺母预紧力的计算。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计5第二章 机构总体方案设计2.1 整车的组成及设计指标2.1.1 整车组成由对设计总体要求，经过对市场上现有升降设备的特点分析后，不难得出这样的结论：现有的垂直式升降设备，由于结构尺寸、载荷要求等关键性因素，无法满足产品的总体要求（第一章已有论述） ，这种特殊的升降平台需自主设计。经过对工作环境的深入分析，以及对同类产品的研究类比，基本确定了总体设计的组成模块，由以下四大模块组成：
22、1）摆臂机构；2）伸缩机构；3）回转机构；4）行走机构，见图 2-1。图 2-1 摆臂式升降工作平台机构组成图2.1.2 总体设计指标1) 伸缩臂升降高度：2.4；2) 设备非工作状态下高度：4m3) 摆臂摆动角度：78；4) 工作台回转角度：360；5) 设备的最小工作直径 2000mm；6) 设备总重量：1100kg；7) 工作台容许载人数：12 人；8) 工作台最大载荷：150kg；9) 原动机：电动机，液压马达；10) 操作简单，工作平稳；11) 设备在满足基本性能的基础上，应当兼顾可靠性、维修性、保障性、安全性、测试性等五性设计要求。由以上设计要求可知，本装置为一个可在水平面内任意行
23、走，竖直方向上可实行升四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计6降，旋转的运动的六自由度机构。2.2 几种备选方案的介绍根据前面的设计要求，结合现场工况和已有产品，并参考国外的同种设备，提出了三套方案，分别为剪叉式升降机、套缸式升降机构、曲臂式升降机构。在本节中将分别介绍这三套方案的特点。套缸式升降机：套缸式升降机为多级液压缸直立上升，有高强度的材质和好的机械性能，塔形梯状护架，使升降台有更高的稳定性。即使身处 20 米高空，也能感其优越的平稳性。套缸式有双梯防转结构，双速下降系统，最大升高达 35 米不等，稳定、可靠、美观、操作简便是套缸式电动升降机的最大特点。但套缸式存在额定承重小
24、的问题，且套缸式工作半径太小，无法满足要求。曲臂式升降机：曲臂式升降机能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降，可行多点作业，平台载重量较大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备升降平台移动性好，转移场地方便。座斗载重量较大，且曲臂式工作平台因为工作半径满足要求，也不需额外增加配件，但根据观察，当吊篮到达某一位置时，曲臂需要较大的工作空间，这显然不能满足某些特定工作空间的工作要求。剪叉式升降机：多层剪叉机构在高空作业、工业平台车、液压平台等产品中有着非常广泛的应用，具有结构简单、使用方便、成本低、可靠性高等特点，由于多层剪叉机构各杆有三个运动副连接，摩擦小，润滑方便，兼之质量较轻，所以剪叉式
25、升降机为最佳备选方案 5,6。普通剪叉式升降机多选用液压缸作为动力源，但考虑到液压传动成本较高，且传动不够平稳。由于是在进行高空作业，且有时工作环境较危险，需要传动的平稳性。例如变压器的维修与更换，电线的维修，在此种状况下传动精度尤其要高，传动更需要平稳。由高处作业安全管理规定可知此时的传动精度等级至少要达到 3 级。所以在本装置中驱动部分采用滚珠丝杠系统，推动导轨上的滑块，将剪叉式机构顶起。回转部分采用回转减速机，带动回转支撑，在低速状态下工作稳定，利于维护人员操作定位。摆臂机构采用平行四杆机构，保证工作台始终处在平直的位置，使工作人员平稳安全的操作。该装置的三维立体图如图 2-2 所示四川
26、大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计7图 2-2 摆臂式升降工作平台三维立体图由以上设计可以看出，该装置质量轻、驱动方式简单、升速快、运送简单，优点非常明显，且在要求的工作范围内稳定性能得到保证，具有较大的优势。2.3 方案的最终确定表 2.1 三种方案的比较方案 优点 缺点套缸式升降机 高强度的材质和好的机械性能，有更高的稳定性，升降高度大。额定承重小的问题，且套缸式工作半径太小。曲臂式升降机能悬伸作业、跨越一定的障碍或在一处升降，可行多点作业，平台载重量较大，可供两人或多人同时作业并可搭载一定的设备升降平台移动性好，转移场地方便。工作半径满足要求，不需额外增加配件。曲臂需要较大的工
27、作空间，这显然不能满足某些特定工作空间的工作要求。结构简单、使用方便、 稳定性稍差，但经四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计8剪叉式升降机 成本低、可靠性高等特点，由于多层剪叉机构各杆有三个运动副连接，摩擦小，润滑方便，兼之质量较轻。过改装以符合要求。通过以上 3 种方案的对比，认为第 3 种方案有较大的优势，能够达到设计的要求最终确定方案 3 为最终方案。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计9第三章 机构详细结构的设计3.1 剪叉式升降机构的设计剪叉式升降机构的动力装置和主要传动机构即为滚珠丝杠及其导轨副，因此对剪叉式升降机构的设计主要是对滚珠丝杠及其导轨副的设计。3
28、.1.1 滚动丝杠设计计算对于工作台型的滚动丝杠，采用的是两端固定的安装形式，支承形式的变化会对丝杠的刚度，以及初选底径 造成影响。所以应对丝杠进行如下计算。确定滚珠丝杠副的导程=7200600=12 取 =121. 确定当量载荷 与当量转速 载荷在 和 之间近于正比例变化，则有当量动载荷=13(2+)=13(26.93103+2.31103)=5.39当量转速=300/确定预期额定动载荷 (3-1)=(60)13100；。精度取 3 级精度， ，可靠性 95%， ，载荷性质为轻微冲击， ，=1 =0.62 =1预期工作时间，可得：四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计10=1.25
29、.39103(6030010000)1/310010.62 =49.086拟采用中预紧丝杠，取 ，按最大载荷 计算，可得=6.7 取为预期值 则=49.086确定允许的最小螺纹底径 2估算丝杠允许的最大轴向变形量 :取两结果最小值 =2.5空载时 (即丝杠水平方向受力最小时 )0=+01=2317.4=600+(2448)+248+110+52=884908可取 =900取两端固定的支承形式 =0.0392=0=0.0392317.49002.5 =35.622. 取 5012-4 型滚珠丝杠，选择内循环固定反向器双螺母垫片预紧 G 型 5012-4。根据丝杠参数可知，查出螺母长为 110mm
30、，同时选定 JB/T 3162 推荐的固定轴端型式， ，0=45采用一对 6307-2Z 型深沟球轴承和一对 51307 推力球轴承。一个支承长为 52mm。3.=(2+)=(41.4+7.144)600=29126.41.4四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计11=0.93=0.936.93=6443当量静载荷 =0.52=0.526.93=3603基本额定动载荷(3-2)= =600/合格7. 滚珠丝杠压杆稳定性验算四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计12(3-5)其中，临 界 压缩载 荷；。安全系数，支撑系数 取 0.25，2丝杠最大受压长度 1=余程 一半支承
31、长 =750=105124221 =1051/30.2541.447502 =43.52=6.93压杆稳定性合格8. 额定静载荷(3-6)其中， ， ，滚 珠 丝 杠副基本 轴 向 额 定静 载 荷，静态安全系数，9. 丝杠轴拉压强度验算(3-7)其中 ，取 420MPa丝 杠 轴许 用拉 压 力10. 系统刚度验算及精度选择(3-8)其中， ， ，轴 承 刚 度 轴 向接触 刚 度滚珠丝杠副的拉压刚度 四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计13(3-9)=16522()其中， ，当 最大时，拉压刚度最小， 的最大值 =2=9002 =450=16541.42450 =628.5/当
32、 ，拉压刚度最大，最小 时=16541.42150 =1885.4/轴承刚度 对两端固定的推力球轴承支承方式有：=2=221.9532其中 ， ， ，由轴承样本 ， 得=7.144=32=2886.5/轴向接触刚度 =( 0.1)1/3其中丝杠刚度；预紧载 荷；根据丝杠参数， ，预紧载荷， ，额定动载荷，=603 =2300=49.099=( 0.1)1/3=603( 23000.149.099103)1/3=468.3/系统最小刚度 1= 1+1+1= 1628.5+ 11443.3+ 1468.3= 1226.28系统最大刚度 四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计141= 1+
33、1+1=11885.4+ 11443.3+ 1468.3= 1297.74/传动系统最小刚度(即整个机构升至最高点)：滑块所受载荷 ，重复定位0=769.6精度即反向差值，为 10 ，则，满足重复定位要求。=296.74123.2传动系统的定位误差：=0( 1 1)=769.6( 1226.28 1297.74)=0.82任意 600mm 内行程变动量对半闭环系统而言选丝杠副为 3 级精度 ，可用。600=1415.3411. 最终确定滚珠丝杠副的规定代号：G 型， ， ，P 类三级精度，标0=45=12记为 G5012-4-P3。3.1.2 滚动导轨副计算与校核对于摆臂式工作平台装置，工作台
34、需要安装在滚动导轨上，控制执行机构的运动，以及保证运动平稳。滚动导轨副进行计算和校核。载荷 ， ， ，=41=562=760=1001. 滑块载荷大小的计算a) 载荷最大时滑块径向载荷大小 1=1120 +220 =9.189.8562100 +2.75103762100 =1070.22=1120 220 =1070.23=1120 220 =1070.24=1120 +220 =1070.2滑块横向载荷为 0b) 载荷最小时四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计15滑块径向载荷大小 1=1120 +220 =9.189.8562100 +2.25103762100 =880.22
35、=1120 +220 =880.23=1120 +220 =880.24=1120 +220 =880.2滑块横向载荷为 02. 当量载荷当量载荷系数 x=1，y=1最大当量载荷 1=2=3=4=1=1070.2最小当量载荷 1=2=3=4=1=880.2其中，取 1.0 1.33. 平均载荷 计算属于单调式载荷，=13(2+)1=2=3=4=13(21070.2+880.2)=1006.94. 额定寿命计算各滑块计算载荷相同，故寿命也相同，=350其中；额 定寿命；计 算 载 荷；硬度系数；温度系数；接触系数四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计16；载 荷系数每根导轨使用两个滑块
36、，可得 ；工作温度低于 100，可得 ；属于无=0.81 =1冲击低速场合取 ；导轨副元件硬度在 58HRC 以上， ；额定寿命=1 =1 =1200=350=11006.9110.813120050=7171.4可选四滚道型 GGB20AA 型， ， ，=11.50=14.5kN 大于对静态安全系数的要求 7,8,9。01=14.51031070.2=13.55下图为整体滚珠丝杠和直线导轨的详细结构图 3.1 滚珠丝杠及其导轨副的机构图1. 联轴器 1 2.联轴器 2 3.套筒 1 4.轴承端盖 1 5.丝杠 6.螺母盖 7.平键 8.螺母座 9.螺母 10.滚珠 11.圆螺母 12.深沟球
37、轴承 13.套筒 2 14.推力球轴承 15.轴承端盖 2图为滚珠丝杠及其导轨副的机构图，工作原理为电机通过联轴器带动丝杠，丝杠旋转带动滚珠滚动，滚珠滚动带动螺母水平移动，螺母座跟随水平移动带动滑块在导轨上移动，从而实现传动。3.2 摆臂机构的设计摆臂机构的初步设计确定机构的组成为一个平行四边形机构、一个连杆机构、吊篮和工作台面（即上平板）组成。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计17图 3.2 摆臂机构初选方案机构图摆臂机构的初选方案的工作过程是，低速大扭矩电机驱动滚珠丝杠旋转，使螺母做直线运动，铰接于螺母上的连杆与大臂铰接，驱使两摇杆作往复摆动，实际上，平行四杆机构由两个推杆、
38、机架和大臂构成，通过改变推杆的位置，改变大臂的角度，使载人吊篮在 78o 摆动。相较于此前的齿轮齿条机构，此工作装置的最大特点是展开时的工作幅大，回缩时的尺寸小，结构紧凑，适宜较小的工作空间。图 3-2 为摆臂机构图。其设计重点是大臂的强度计算。下面介绍一下摆臂机构的两个主要组成部分的设计。（1 ）平行四边形机构设计为使摆臂系统工作时，吊篮连同吊篮上的操作人员始终作平行于地面的平动，特设有平行四边形机构与吊篮固连，平行四边形机构包含大臂与小臂，大臂是工作臂，小臂是拉杆，它们的另一端分别铰接于工作台上，并且两铰点连线垂直于地面，工作时平行四边形机构的大臂与小臂分别绕两铰点转动。为了保证摆臂的强度
39、和刚度，需要对其进行估算，摆臂如图 3-3。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计18图 3.3 摆臂臂大臂截面为矩形 100 30 mm，l = 1640mm，材料为 Q235B，根据起重机设计标准 ，取安全系数 S 为 1.35，其许用应力 190MPa，则大臂的截面惯性矩和抗弯模量分别为:I =10688000m4W = 133600mm3大臂在所工作幅度内最大弯矩M max= Q l = 3000 1640=4920000N mm 所受最大剪力为 Q =3000N所受应力为 =40.3 MPa所以大臂的刚度强度满足使用要求（2 ）铰链四杆机构铰链四杆机构作为摆臂的驱动机构，在
40、该设计上有一定的创新性。摆臂机构的三维视图如图 3-4 所示。图 3.4 铰链四杆机构采用丝杠驱动可有效地节省空间，动力由低速大扭矩电机带动丝杠旋转，螺母机构的平动驱动连杆，至此动力完全传递给铰链四杆机构，由铰链四杆机构驱动工作臂转动。摆臂机构的改进在上述设计中，可以说采用四杆机构很好的解决了空间狭小的问题，是一个非常有创意的设计。但是，该设计缺点与优点同样明显，就是摆臂的所有运动都要依靠丝杠螺母系统，而且丝杠斜置，只有一端固定，成为大悬臂机构，为本来抗弯性能极差的丝杠增加了危险和不稳定性。并且，连杆铰接于摆臂根部的位置，驱动力臂较小，且造成摆臂前端挠曲变形较大，而更大的驱动力更可能造成丝杠的
41、失稳。四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计19在设计之初，之所以选择电机作为驱动设备，是因为电机作为驱动设备成本较低，而液压缸存在油液挥发的的问题，且在工作台内要求尽量整洁不要存在油污，否则工作人员在工作时极易发生意外，但是，丝杠螺母系统同样需要润滑，在这一点上与设计要求相悖。的确存在污染的潜在可能性，但可以采取一些措施予以解决。一方面，选用密封性能相对较好的进口液压油缸，从根本上减少液压油的挥发；另一方面，用伸缩式油缸防护罩将油缸整体密封起来，而且对油缸的防尘也有极大的好处。所以，对原有机构进行改进，采用液压元件。用一个液压缸推动摆臂，由于铰点靠近吊篮，整个系统更加稳定。并且，液
42、压系统有很好的减震效果，在一定程度上减小了非惯性力的冲击。在上底板处开了两个孔，主要是为了液压油管的伸入还可以起到减重工艺空的作用。靠近摆臂支座铰点的两个空，主要是安装限位装置，以便于摆臂不工作时，液压系统不必供油。液压缸的选定：【液压缸选定程序】如下图图 3.5 液压缸选定程序由于本装置所需液压缸为单杆双作用液压缸 10，所以液压缸选择如下：根据本装置的实际工作情况已知装置需要液压缸对负载输出力的作用方式（作用方式为推力）和相应力（推力 F1）大小（应考虑负载可能存在的额外阻力） 。但其设备或装置液压系统控制回路供给液压缸的油压 P、流量 Q 等参数未知，针对此种情况其缸径/杆径的初选方法如
43、下：（1）根据本设备或装置的行业规范或特点，确定液压系统的额定压力 P；专用设备或装置液压系统的额定压力由具体工况定，一般建议在中低压或中高压中进行选择。(2) 根据本装置的作业特点，明确液压缸的工作速度要求.已知也液压缸对负载的作用方式为推力，相应推力大小有由理论力学计算可得，液压杆为摆臂机构中唯一的动力源，受力情况等同于二力杆，根据受力分析及力矩平衡可四川大学本科毕业设计 摆臂式升降工作平台结构设计20得推力 F1=45KN。选择的液压缸缸径为 90mm，缸径为 63mm。安装方式:液压缸的主要安装方式有 3 种：（1）法兰安装适合于液压缸工作过程中固定式安装，其作用力与支承中心处于同一轴线的工况；其安装方式选择位置有端部、中部或尾部三种，如何选择取决作用于负载的主要作用力对活塞杆造成压缩（推）应力、还是拉伸（拉）应力，一般压缩（推）应力采用尾部、中部法兰安装，拉伸（拉）应力采用端部、中部法兰安装，确定采用端部、中部或尾部法兰安装需同时结合系统总体结构设计要求
