大板錠抓具設(shè)計【含12張CAD圖紙】

大板錠抓具設(shè)計【含12張CAD圖紙】,含12張CAD圖紙,大板錠抓具,設(shè)計,12,CAD,圖紙 引 言 機(jī)械抓具是用來對物料進(jìn)行起重，運(yùn)輸，裝卸或安裝等作業(yè)的設(shè)備。是現(xiàn)代化生產(chǎn)必不可少的重要機(jī)械設(shè)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(jī)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(jī)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(yīng)用。它不僅可以做為輔助生產(chǎn)設(shè)備，完成原料，半成品，產(chǎn)品的裝卸，搬運(yùn)，進(jìn)行機(jī)電設(shè)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(shè)備。 機(jī)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(jī)械化流水作業(yè)的基礎(chǔ)，是現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要標(biāo)志之一。在我國現(xiàn)代化的發(fā)展和各個工業(yè)部門機(jī)械化水平，勞動生產(chǎn)率的提高中，機(jī)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(jī)械抓具的設(shè)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(jī)構(gòu)及零部件實現(xiàn)系列化標(biāo)準(zhǔn)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(jī)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(jī)械抓具廣泛應(yīng)用于港頭，碼頭貨物的機(jī)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(jī)械化不可缺少的重要設(shè)備 18世紀(jì)下半葉的第一次工業(yè)革命促進(jìn)了機(jī)械工程學(xué)科的迅速發(fā)展，機(jī)構(gòu)學(xué)在原來的機(jī)械力學(xué)的基礎(chǔ)上發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科。早在13世紀(jì)連桿機(jī)構(gòu)就已得到應(yīng)用，最簡單的連桿機(jī)構(gòu)是四桿機(jī)構(gòu)，也是最早出現(xiàn)的一種連桿機(jī)構(gòu)。對連桿機(jī)構(gòu)的研究起始于18世紀(jì)的著名發(fā)明家瓦特，1784年他所發(fā)明的蒸汽機(jī)中曾應(yīng)用四連桿機(jī)構(gòu)連桿點的近似直線運(yùn)動引導(dǎo)機(jī)構(gòu)中的另一個桿運(yùn)動。19世紀(jì)以來，以幾何圖解法為主導(dǎo)的德國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)派曾對連桿機(jī)構(gòu)的研究做出了巨大的發(fā)展，使連桿機(jī)構(gòu)在生產(chǎn)實際中又有了新的突破，開辟了很多新的分支。 機(jī)械抓具的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計采用強(qiáng)度，剛度設(shè)計，即根據(jù)強(qiáng)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(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分普遍，所以運(yùn)動綜合問題一直是機(jī)構(gòu)學(xué)界研究的熱點。 本文所說的機(jī)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(yīng)即要求設(shè)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(jì)使用角度和使用安全、工作環(huán)境等情況設(shè)計了該抓具。 1總體方案設(shè)計 1.1 抓具的力學(xué)原理 1.1.1 抓具的構(gòu)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(jī)構(gòu)，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(jī)構(gòu)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(gòu)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(dǎo)向的導(dǎo)柱固定在下橫梁上。本實用新型的特點是下橫梁比較寬、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高、吊裝時變形小、穩(wěn)定可靠、能準(zhǔn)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(yùn)。 1.1.2抓具的運(yùn)動原理 平面四連桿機(jī)構(gòu)雖然是最簡單的一種機(jī)構(gòu)，可是在實際應(yīng)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(jī)構(gòu)，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(fù)雜的低副平面以及其他機(jī)構(gòu)奠定良好的基礎(chǔ)。四桿機(jī)構(gòu)的各桿尺寸，機(jī)架變換以及原動件變化與機(jī)構(gòu)運(yùn)動特性之間有著密切的關(guān)系。鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)盡管結(jié)構(gòu)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(jī)構(gòu)2）雙曲柄機(jī)構(gòu)；3)雙搖桿機(jī)構(gòu)。在這三種基本型中，有無曲柄是一關(guān)鍵所在。如圖3-1所示鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)ABCD中，能夠做整周轉(zhuǎn)動的構(gòu)件叫曲柄（圖中AB）;只能在某一角度范圍內(nèi)（<360）作往復(fù)擺動的構(gòu)件（圖中CD）叫搖桿；起固定支撐作用的構(gòu)件（圖中AD）叫機(jī)架；與機(jī)架相連的兩構(gòu)件（圖中AB,CD）叫連架桿；與連架桿相連，并做復(fù)雜平面運(yùn)動的構(gòu)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(guān)鍵——若兩連架桿之一為曲柄，另一為搖桿的機(jī)構(gòu)稱為曲柄搖桿機(jī)構(gòu)；若兩連架桿均為曲柄，則稱為雙曲柄機(jī)構(gòu)；若根本無曲柄存在那就只能叫做雙搖桿機(jī)構(gòu)?？梢娗拇嬖谂c否至關(guān)重要。機(jī)構(gòu)的研究內(nèi)容主要有連桿機(jī)構(gòu)和凸輪機(jī)構(gòu)和槽輪機(jī)構(gòu)等。 連桿機(jī)構(gòu)廣泛的應(yīng)用于農(nóng)業(yè)，紡織，機(jī)械，冶金等行業(yè)中，因其具有以下特點：1）運(yùn)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(guān)系，則連桿的形狀也隨之改變，從而實現(xiàn)各種運(yùn)動輸出。 圖1.1 在平面連桿機(jī)構(gòu)中最基本的形式為四桿機(jī)構(gòu)，關(guān)于四桿機(jī)構(gòu)的分析已進(jìn)行了不少的研究工作。但是不論在運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)方面，四桿機(jī)構(gòu)仍有進(jìn)一步研究的必要。至于五桿以上的多桿機(jī)構(gòu)，特別是多桿多自由度機(jī)構(gòu)，目前的工作還很不完善。四連桿機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)形式簡單，而且應(yīng)用廣泛，但其所能實現(xiàn)的功能也比較簡單，隨著機(jī)械自動化，機(jī)械手，機(jī)器人的發(fā)展，人們對機(jī)構(gòu)所需滿足的運(yùn)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(jī)構(gòu)是工程實際中應(yīng)用最廣泛的機(jī)構(gòu)，是組成各種機(jī)械系統(tǒng)的基礎(chǔ)，如活塞發(fā)動機(jī)，各種紡織機(jī)械，印刷機(jī)械等，因此連桿機(jī)構(gòu)的研究一直是機(jī)構(gòu)學(xué)鄰域中的研究重點， 連桿機(jī)構(gòu)分析著重連桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)，運(yùn)動學(xué)力學(xué)特性的研究，所示連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成，運(yùn)動學(xué)于動力學(xué)規(guī)律及其相互關(guān)系，用于現(xiàn)有機(jī)械系統(tǒng)的性能分析于改進(jìn)。連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動分析在連桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動學(xué)分析中占有重要的地位。 連桿機(jī)構(gòu)是一種應(yīng)用十分廣泛的機(jī)構(gòu)，它不僅在眾多工農(nóng)業(yè)機(jī)械和工程機(jī)械中得到廣泛應(yīng)用，而且諸如人造衛(wèi)星太陽能板的展開機(jī)構(gòu)，機(jī)械手的傳動機(jī)構(gòu)，折疊傘的收放機(jī)構(gòu)以及人體假肢等等，也用到連桿機(jī)構(gòu)。 近年來對平面連桿機(jī)構(gòu)的研究，不論從研究范圍上還是方法上都有很大進(jìn)展。以不再局限于單自由度四連桿機(jī)構(gòu)的研究，也已注意到對多桿多自由度平面平面連桿機(jī)構(gòu)的研究，并已提出一些有關(guān)這類機(jī)構(gòu)的分析及綜合的方法。在設(shè)計要求上已不再局限于運(yùn)動學(xué)要求，而是同時兼顧機(jī)構(gòu)的動力學(xué)特性 　 特別針對高速機(jī)械，考慮構(gòu)件的彈性變形的運(yùn)動彈性動力學(xué)也得到很快的發(fā)展。根據(jù)連桿機(jī)構(gòu)中的相對運(yùn)動為平面還是空間運(yùn)動，連桿機(jī)構(gòu)可分為平面機(jī)構(gòu)和空間機(jī)構(gòu)兩大類，在一般機(jī)械中應(yīng)用最廣的是平面連桿機(jī)構(gòu)。 1.2分類問題 根據(jù)機(jī)械的用途和性能要求的不同，對連桿機(jī)構(gòu)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(yù)定的運(yùn)動規(guī)律要求 如果求兩連架桿的轉(zhuǎn)角能夠滿足預(yù)定的對應(yīng)位置關(guān)系；或要求在原動件運(yùn)動規(guī)律一定的條件下，從動件能夠準(zhǔn)確地或近似的滿足運(yùn)動規(guī)律要求。 （2） 滿足預(yù)定的連桿位置的要求 即要求連桿能占據(jù)一系列的預(yù)定位置。因這類設(shè)計問題要求機(jī)構(gòu)能引導(dǎo)連桿按一定方位通過預(yù)定位置，故又稱為剛體導(dǎo)引問題。 （3） 滿足預(yù)定的軌跡的要求 即要求在機(jī)構(gòu)運(yùn)動過程中，連桿上的某些點的軌跡能符合預(yù)定的軌跡要求。 所謂實現(xiàn)已知運(yùn)動規(guī)律的問題，就是當(dāng)原動件的運(yùn)動規(guī)律已知時，所確定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的參數(shù)應(yīng)能保證從動件按照給定的運(yùn)動規(guī)律而運(yùn)動。所謂實現(xiàn)已知軌跡的問題，就是使所確定的機(jī)構(gòu)運(yùn)動簡圖的參數(shù)能保證該機(jī)構(gòu)中作平面復(fù)雜運(yùn)動的構(gòu)件上某一點沿著已知的軌跡運(yùn)動或移動，因而這些構(gòu)件上各點軌跡卻比較復(fù)雜，而且形式多樣，它的形狀與連桿機(jī)構(gòu)的類型，機(jī)構(gòu)尺寸以及連桿平面內(nèi)點的位置有關(guān)。通過確定要實現(xiàn)的預(yù)期軌跡，反求機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和位置參數(shù)，就是實現(xiàn)已知軌跡的設(shè)計問題。 在平面連桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計中，設(shè)計要點是：根據(jù)機(jī)構(gòu)所應(yīng)起的作用而提出的已知條件來確定機(jī)構(gòu)運(yùn)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(jī)構(gòu)的用途而定的，它是各式各樣的，因此設(shè)計平面連桿機(jī)構(gòu)的實際問題也是多種多樣的。多年來平面鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用十分普遍，所以其運(yùn)動綜合問題一直是機(jī)構(gòu)學(xué)姐研究的點。到現(xiàn)在已經(jīng)產(chǎn)生了很多種設(shè)計方法。大體可分為三類，即幾何圖解法，解析法和實驗法。 機(jī)構(gòu)及機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計，最本質(zhì)的內(nèi)容是約束于自由度的設(shè)計，特別是約束的設(shè)計，更具體的說是運(yùn)動副類型的選擇與設(shè)計。按照傳統(tǒng)的力學(xué)及機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)學(xué)的概念，約束是相對于自由度而言的，約束是指對二構(gòu)件間相對運(yùn)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(yán)格的限制。 隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，及對機(jī)械系統(tǒng)，特別其不確定性，真實運(yùn)動規(guī)律與實際受力狀態(tài)進(jìn)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(kuò)展。對各種約束作用的機(jī)理，產(chǎn)生的根源約束的性質(zhì)和特點：對機(jī)構(gòu)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(gòu)件間相對運(yùn)動自由度的約束，而是擴(kuò)大到整個系統(tǒng)和運(yùn)動規(guī)律）等進(jìn)行研究和分類。以便能更加自覺，有效的應(yīng)用，設(shè)計和控制約束。 機(jī)械的基本功能是實現(xiàn)機(jī)械運(yùn)動及力的傳遞和變換。實際上，運(yùn)動是機(jī)械工作的表征，力是運(yùn)動產(chǎn)生的根據(jù)。機(jī)械的運(yùn)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(jī)械是在各種形式和性質(zhì)的力作用下工作和運(yùn)動的。任何約束（包括傳統(tǒng)意義上的運(yùn)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(jī)械系統(tǒng)工作性能（特別是運(yùn)動的傳遞與變換）出發(fā)，廣義的將所有能影響機(jī)械工作性能，運(yùn)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(jī)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(jìn)行研究，更深入地揭示機(jī)械結(jié)構(gòu)與工作的實質(zhì)，從 而更好地分析與設(shè)計機(jī)械。 至今，已有不少文獻(xiàn)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(yīng)用和設(shè)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(chǔ)上，在此，對機(jī)構(gòu)中的約束及過約束的分類再補(bǔ)充考慮以下幾點：1）按廣義約束的觀點，將所有能影響機(jī)械工作與運(yùn)動特性和規(guī)律的作用均歸入約束；2）考慮機(jī)械設(shè)計及結(jié)構(gòu)客觀存在的不確定性；3）便于設(shè)計自調(diào)，自適應(yīng)機(jī)械結(jié)構(gòu)。 1.2.1 機(jī)構(gòu)中約束的分類： 1 按約束力的產(chǎn)生及對機(jī)械運(yùn)動的限制和影響劃分。 1）靜力約束（或運(yùn)動約束）。其約束力的產(chǎn)生是由二構(gòu)件以一定幾何形體相接觸，形成約束反力限制相對運(yùn)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(yīng)的自由度，因此，其設(shè)計可按力，力矩的靜力原則來對應(yīng)設(shè)計約束結(jié)構(gòu)，不僅能限制相應(yīng)的自由度，并能傳遞和承受相應(yīng)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(jié)構(gòu)，可根據(jù)二構(gòu)件相對運(yùn)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(qiáng)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(jìn)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(yīng)性。靜力約束，是機(jī)構(gòu)內(nèi)部約束或結(jié)構(gòu)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(yùn)動約束。偽；運(yùn)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(yùn)動約束的主要特征是對鏈接構(gòu)件的相對位移和速度加以約束。例如，移動副限制了構(gòu)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(gòu)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(yùn)動約束可以傳遞在較大范圍內(nèi)變化的力，主從動件的運(yùn)動關(guān)系與力的大小無關(guān)，若給定機(jī)構(gòu)中各主動構(gòu)件的運(yùn)動規(guī)律，且主動構(gòu)件數(shù)等于機(jī)構(gòu)的自由度，則在只有運(yùn)動約束的機(jī)構(gòu)中，借助于運(yùn)動分析的方法可以確定所有從動件的運(yùn)動。 2）動力約束。所謂動力是指與運(yùn)動有關(guān)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(yùn)動的速度，加速度及系統(tǒng)的載荷緊密相關(guān)，其約束力是在介質(zhì)，力場等的運(yùn)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(yùn)動與力的二構(gòu)件之間均存在一定的中間介質(zhì)，中間構(gòu)件或中間力場等。該約束實質(zhì)上是一種運(yùn)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(shè)計，主要著眼于系統(tǒng)運(yùn)動及動力傳遞，聯(lián)接的可調(diào)與可控，其關(guān)鍵是中間介質(zhì)及力場等性質(zhì)的設(shè)計及系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)；另一主要著眼點是分析研究系統(tǒng)的真實運(yùn)動規(guī)律及動力學(xué)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(jī)構(gòu)及機(jī)械系統(tǒng)內(nèi)部的約束，例如運(yùn)動副引入的約束等，都屬于內(nèi)部約束。內(nèi)部約束確定構(gòu)件之間的獨立相對運(yùn)動。 2） 外部約束。即指作用于系統(tǒng)運(yùn)動副結(jié)構(gòu)之外的力約束，包括所有外力，慣性力及工作環(huán)境可對機(jī)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(jī)構(gòu)的構(gòu)件相對于不屬于機(jī)構(gòu)的外部物體的運(yùn)動，并借助于外部的可聯(lián)接將此種約束加于機(jī)構(gòu)上。在設(shè)計機(jī)械時要特別注意外部約束的隨機(jī)性，從而造成了約束及設(shè)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(jī)約束。 4 按約束的力學(xué)性質(zhì)和數(shù)量劃分 1）基本約束。為實現(xiàn)機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)的最基本，最重要的結(jié)構(gòu)學(xué)設(shè)計問題。已有許多理論和公式進(jìn)行設(shè)計，最著名的有呂布勒公式及單開鏈結(jié)構(gòu)設(shè)計公式等，即根據(jù)輸入、輸出運(yùn)動的數(shù)量形式、構(gòu)件數(shù)以及機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)，來設(shè)計約束的類型和數(shù)量及實現(xiàn)該約束的運(yùn)動副結(jié)構(gòu)。最終可以通過自由度計算公式：來校核約束設(shè)計的正確與否。這樣設(shè)計的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)必然是靜定的，即約束方程數(shù)等于待求的運(yùn)動副反力數(shù)。 2) 過約束。為了實現(xiàn)機(jī)構(gòu)的某種特殊要求，而夾在機(jī)構(gòu)中的、在理想狀態(tài)下不影響機(jī)構(gòu)基本自由度及約束的 系統(tǒng)成為超靜定結(jié)構(gòu)的過多的約束，我們稱之為過約束。總之，過約束的存在和產(chǎn)生總是由于對機(jī)構(gòu)或機(jī)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(jī)構(gòu)對所提出的精度要求相對應(yīng)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(shè)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(jié)構(gòu)。在不得不采用時，例如平面機(jī)構(gòu)，由于其驅(qū)動、約束、分析以及運(yùn)動與力的傳遞按平面運(yùn)動進(jìn)行十分有利，是機(jī)構(gòu)中最基本、應(yīng)用也最為廣泛的結(jié)構(gòu)形式。因此，平面結(jié)構(gòu)中的過約束就是不可避免的，則在設(shè)計時就應(yīng)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(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)中注意添加與過約束相對應(yīng)的缺損的運(yùn)動副自由度，即在一定范圍內(nèi)仍恢復(fù)其為空間四桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，這樣就消除了機(jī)構(gòu)中的過約束。 根據(jù)上述分析，在機(jī)構(gòu)及機(jī)械系統(tǒng)中，通過可動聯(lián)接對構(gòu)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(fù)，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(gòu)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(jī)構(gòu)運(yùn)動的確定性，但過約束使機(jī)構(gòu)成為朝靜定的結(jié)構(gòu)，因而加大了機(jī)構(gòu)的受力分析的難度。由不少文獻(xiàn)稱過約束為重復(fù)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(jī)構(gòu)傳動的承載能力、可靠性、預(yù)期壽命和制造難易等。若選擇不好，會導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)不平穩(wěn)，沖擊，振動，噪音，以及裝配困難。為此進(jìn)行機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)學(xué)設(shè)計、確定機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)簡圖時，要合理選用支撐的類別，不同級別的運(yùn)動副、傳動聯(lián)接的選配與組合，基本構(gòu)件的浮動方式等。以使機(jī)構(gòu)成為無或少過約束的自調(diào)機(jī)構(gòu)。下面簡要闡述一下消除或減小過約束影響應(yīng)遵循的一些原則以及主要的方案措施。 1 消除過約束應(yīng)遵循的原則 1) 在不破壞機(jī)構(gòu)平面約束性質(zhì)的前提下，應(yīng)盡量使機(jī)構(gòu)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(jié)構(gòu)的布置，使結(jié)構(gòu)簡化，便于制造，安裝和維修，降低成本。 3) 應(yīng)保證系統(tǒng)良好的運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)性能，使其具有高的運(yùn)動可靠性和確定性，同時應(yīng)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(yùn)動副的合理選擇與配置。這是實現(xiàn)過約束設(shè)計的關(guān)鍵。系統(tǒng)內(nèi)不僅應(yīng)避免出現(xiàn)不良的局部自由度，而且不應(yīng)含有過多的局部自由度，否則會出現(xiàn)所設(shè)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(yīng)的非平面自由度，即在平面機(jī)構(gòu)中加入某些空間運(yùn)動副；或采用某些運(yùn)動聯(lián)接及卸載結(jié)構(gòu)。 2） 保證制造、安裝精度。尤其是運(yùn)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(gòu)件的剛度或柔性，改變構(gòu)件的材料及采用彈性支撐等。 按技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會指標(biāo)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(fù)改進(jìn)?？紤]零部件的通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，減少零部件的品種，降低生產(chǎn)成本。在結(jié)構(gòu)草圖中注出標(biāo)準(zhǔn)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(jié)構(gòu)進(jìn)行完善。 1.3 抓具結(jié)構(gòu)設(shè)計 1.3.1大板錠抓具設(shè)計依據(jù)　 機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的任務(wù)是在總體設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)所確定的原理方案，確定并繪出具體的結(jié)構(gòu)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(gòu)件或零部件，具體內(nèi)容為在確定結(jié)構(gòu)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(qiáng)度、剛度、精度以及與其它零件相互之間關(guān)系等問題。所以，結(jié)構(gòu)設(shè)計的直接產(chǎn)物雖是技術(shù)圖紙，但結(jié)構(gòu)設(shè)計工作不是簡單的機(jī)械制圖，圖紙只是表達(dá)設(shè)計方案的語言，綜合技術(shù)的具體化是結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本內(nèi)容。 根據(jù)具體情況，通常有必要將任務(wù)進(jìn)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(jié)構(gòu)承擔(dān)，各部分結(jié)構(gòu)之間應(yīng)具有合理、協(xié)調(diào)的聯(lián)系，以達(dá)到總功能的實現(xiàn)。多結(jié)構(gòu)零件承擔(dān)同一功能可以減輕零件負(fù)擔(dān)，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(shè)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(jī)構(gòu)有一定的特色，需計算力臂及強(qiáng)度。 若構(gòu)件橫截面尺寸不足或形狀不合理，或材料選擇不當(dāng)，將不能滿足上述要求，從而不能保證工程結(jié)構(gòu)或機(jī)械的安全工作。相反，也不應(yīng)不恰當(dāng)?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(qiáng)度，剛度和穩(wěn)定性的要求下，為設(shè)計即經(jīng)濟(jì)又安全的構(gòu)件，提供必要的理論基礎(chǔ)和計算方法 一個前提條件是：在鉸鏈四桿機(jī)構(gòu)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(jié)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(yùn)動論改換機(jī)架將得出如下三條推論： 1）若以最短桿為機(jī)架則得雙曲柄機(jī)構(gòu)； 2)若以最短桿相鄰的任意一桿為機(jī)架，均得曲柄搖桿機(jī)構(gòu) 3）若以最短桿對面的桿為機(jī)架，則只能得雙搖桿機(jī)構(gòu)。 反之，若不滿足上述前提條件，無論固定哪一桿為機(jī)架，均為雙搖桿機(jī)構(gòu)。在實際機(jī)器中，由于各種需要，四桿機(jī)構(gòu)可以通過不同的演化，變異方法構(gòu)成多種不同外形和構(gòu)造的機(jī)構(gòu)。 1.3.1.1 設(shè)計方法 幾何圖解法主要是通過幾何作圖來進(jìn)行機(jī)構(gòu)的綜合，其中又有速度瞬心法，相對運(yùn)動法和線圖法。用圖解法機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yīng)用于一些較復(fù)雜的機(jī)構(gòu)。近幾十年來，很多學(xué)者把運(yùn)動幾何學(xué)的作圖過程用數(shù)學(xué)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(jī)構(gòu)的分析問題和機(jī)構(gòu)綜合問題聯(lián)系起來，以選擇最佳的綜合方案。對于準(zhǔn)確度要求很高的機(jī)構(gòu)，精度難于保證。 解析法是首先建立數(shù)學(xué)模型，即利用數(shù)學(xué)中的函數(shù)逼近論，矩陣，復(fù)數(shù)等手段進(jìn)行機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)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(yīng)用，此外在兩精確點數(shù)的增加，由代數(shù)法列出的機(jī)構(gòu)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(jī)構(gòu)都包含機(jī)架，原動件和從動件系統(tǒng)三部分。由于機(jī)構(gòu)具有確定運(yùn)動的條件是原動件的數(shù)目等于機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)目，因此，如將機(jī)構(gòu)的機(jī)架以及和機(jī)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(gòu)件組 。任何機(jī)構(gòu)都可看作是由若干個基本桿組依次連接于原動件和機(jī)架上所組成的系統(tǒng)這就是機(jī)構(gòu)的組成原理。 根據(jù)求自由度的計算公式組成平面機(jī)構(gòu)基本桿組應(yīng)滿足條件=0.如果基本桿組的運(yùn)動副全為低副（高副可用低副代替），則上式可變?yōu)?。由于活動?gòu)件數(shù)n和低副數(shù)都必須是整數(shù)，所以根據(jù)上式n應(yīng)是2的倍數(shù)，應(yīng)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(gòu)件三個低副組成的桿組，稱之為級組；n=4, =6是由四個構(gòu)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(jī)構(gòu)稱為級機(jī)構(gòu)。現(xiàn)實使用的機(jī)構(gòu)中，級機(jī)構(gòu)較多，所以研究級機(jī)構(gòu)運(yùn)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(yùn)動分析模塊。 1.4 設(shè)計方案比較 桿結(jié)構(gòu)、力臂分析及設(shè)計，鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度若為了提高構(gòu)件的剛度，應(yīng)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(gòu)件的剛度，應(yīng)該盡可最短路線來設(shè)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(gòu)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(shè)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(qiáng)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(shè)計，抓具由鋼板焊接而成用雙圓螺母鎖緊機(jī)構(gòu)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(jì)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(shè)計滿足經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和安全生產(chǎn)的需要。 2 主要零部件設(shè)計 機(jī)械設(shè)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(yīng)不同的加工工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計中既要根據(jù)功能要求合理地選擇適當(dāng)?shù)牟牧希忠鶕?jù)材料的種類確定適當(dāng)?shù)募庸すに?，并根?jù)加工工藝的要求確定適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)，只有通過適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)構(gòu)鋼Q235A，其有較高的強(qiáng)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(yīng)與其內(nèi)應(yīng)力變化相適應(yīng)，使各截面的強(qiáng)度相等。按等強(qiáng)度原理設(shè)計的結(jié)構(gòu)，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(shè)計等。 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計中通常通過加大截面尺寸的方法增大結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度，但是鑄造結(jié)構(gòu)中如果壁厚過大則很難保證鑄造質(zhì)量，所以鑄造結(jié)構(gòu)通常通過加筋板和隔板的方法加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的剛度和強(qiáng)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(yīng)力極易引起結(jié)構(gòu)的翹曲，所以塑料結(jié)構(gòu)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(yù)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(dān)橫向載荷來解決這一問題。 2.1左右拉桿設(shè)計 在拉桿設(shè)計時我選擇對稱結(jié)構(gòu)，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(yùn)行。 2.2 左右橫臂設(shè)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(shè)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(shè)計下部較上部寬些。所以在設(shè)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(shè)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(shè)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(yīng)力處理防止焊后變形，影響抓具的質(zhì)量。 2.4 掛鉤設(shè)計 鉤子設(shè)計有螺紋設(shè)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(shè)計了把手由于該抓具點動控制，起吊抓具時應(yīng)先用手抬起掛鉤然后電動起吊抓具。 2.5 抓塊設(shè)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(shè)計了四個抓塊分別固定在抓座的兩端，這樣及經(jīng)濟(jì)又節(jié)省了材料，也不會影響到抓具的使用功能。 3 設(shè)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(yīng)力 經(jīng)計算該抓具設(shè)計符合設(shè)計要求，合格 4 操作注意事項及維護(hù) 4.1操作注意事項 1)在起吊抓具時，應(yīng)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(yīng)可自由旋轉(zhuǎn)，所有兩圓螺母間的止動墊圈應(yīng)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(hù) 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(jié)論與展望 5.1結(jié)論 隨著市場競爭的日趨激烈，對機(jī)械抓具的設(shè)計質(zhì)量和效率提出了越來越高的要求，世界各國學(xué)者對連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行了大量的研究，其論文，專著和評述很多。對連桿機(jī)構(gòu)的不斷深入研究，就在于連桿機(jī)構(gòu)無論是過去還是現(xiàn)在，都對機(jī)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(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)形式簡單，而且應(yīng)用廣泛，但其所能實現(xiàn)的功能也比較簡單。 本文所設(shè)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(shè)計力臂的形狀，選材料經(jīng)計算符合所需的剛度和強(qiáng)度。抓具的四連桿結(jié)構(gòu)設(shè)計采用強(qiáng)度，剛度設(shè)計，即根據(jù)強(qiáng)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(yīng)用到冶金行業(yè)對提高生產(chǎn)效率 ，減輕勞動強(qiáng)度有一定的作用。 5.2 展望 由于市場競爭的日趨激烈對機(jī)械抓具的設(shè)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(jī)構(gòu)及零部件實現(xiàn)系列化標(biāo)準(zhǔn)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(xiàn) 【1】 孫恒，陳作模.機(jī)械原理.北京：高等教育出版社，2004-05，188-230 【2】周雙林，鄒惠君等.“可控機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展展望”，第十一界全國機(jī)構(gòu)學(xué)學(xué)術(shù)會議研討會論文集，機(jī)械設(shè)計與研究增刊，2000，35-36 【3】張春林，曲德云，張靈麟.機(jī)構(gòu)創(chuàng)新設(shè)計. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999 【4】楊廷力.“機(jī)構(gòu)學(xué)理論研究進(jìn)展”機(jī)械工程學(xué)報.1995.Vol.31 No2 【5】劉鴻文.材料力學(xué).北京:高等教育出版社，2004，212-231 【6】哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué).北京:高等教育出版社，2002，41-59 【7】王愛珍.工程材料及成形技術(shù).北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2002，81-123 【8】武麗梅.機(jī)構(gòu)設(shè)計.沈陽：航空工業(yè)學(xué)院，2000 【9】沈世德等.實用機(jī)構(gòu)學(xué).北京：中國紡織出版社，1997 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