机械毕业设计716高空作业车的转台结构设计及有限元分析设计

1 绪论1.1 概述我国高空作业机械的生产于20世纪70年代末开始起步,起步较晚但发展较快,目前生产经营企业已由原来的几家迅速增加到40余家,其中与国外合资或合作生产的企业有5家,根据2004年和2005年《中国工程机械年鉴》，2003年高空作业机械工业总产值为32139万元，生产各类高空作业平台1906台，高空作业车740台；2004年高空作业机械工业总产值为36340万元，生产各类高空作业平台2500台，高空作业车800台。

据不完全统计，到2008年，全国高空作业车年总产销量均超过1600台，可见发展速度之快，行业几个骨干企业通过近几年强化技术创新和科研开发，其生产规模不断扩大，形成了各自特色的产品系列，基本能满足国内市场高空作业机械的需要，企业的各项主要经济指标逐步上升，经济效益也逐年提高，行业也呈现出快速发展的态势。

1.1.1 高空作业机械行业的发展现状(1) 产品性能逐步提高我国高空作业机械行业的一些骨干企业利用自己的技术和设备优势，并通过引进、消化和再创新，开发了许多新产品，其产品的技术水平和产品质量都不断提高，达到和接近了国际同类产品的先进水平，推动了高空作业机械行业的技术进步，在国内市场中竞争力强，市场销路好，产量增加较快。

如杭州爱知工程车辆有限公司开发的全液压驱动型最大作业高度可达26.7m 的自行式高空作业平台,徐州海伦哲开发的全遥控16m自行走高空作业车、20m联动折叠加伸缩智能控制和35m多级伸缩折叠混合臂架智能控制高空作业车等，以上产品填补了国内产品空白，达到了国际先进水平，北京起重机厂开发了自行式剪叉平台、蜘蛛式折臂平台、箱型截面铝合金桅柱平台，其中箱型截面铝合金桅柱平台单桅柱最大作业高度达到了16.5m，杭州赛奇工程机械厂多桅柱铝合金平台达到了22m,。

此外,在高空作业车产品方面，徐州海伦哲、抚顺起重机、锦州重型、重庆大江等公司先后开发了30m以上的高空消防车,彻底打破了国内只能依赖进口产品的薄弱局面。

本科毕业设计题目高空作业车举升臂机构设计及液压控制系别工程技术系专业机械设计制造及其自动化学生姓名学号指导教师职称教授2013年04月18日摘要随着国家经济的不断发展，交通运输等基础行业发生着日新月异的变化。

高空作业车作为专用起重运输汽车的一种，它可以将工作人员和工作装备运送到达指定现场并进行作业的专用汽车。

高空作业车主要用于邮电通讯、市政建设、消防救护、建筑装饰、高空摄影以及造船、石油、化工、航空等行业。

它具有机动灵活、转移迅速、覆盖面广、便于接近、到达作业地点后能迅速投入工作等优点。

而且折叠臂式高空作业汽车结构比较简单，改装比较容易，因而发展比较快。

本设计主要内容是选择合适的二类底盘，在此基础上对高空作业车的主要工作装置进行设计。

通过对支腿机构、举升机构和回转机构的设计，进行各个应用元件布置，并采用液压系统对各个元件进行控制以实现举升和回转运动功能。

同时，还对高空作业车的附件进行了简单的设计，并对高空作业车的稳定性进行了计算分析，结果表明基本达到国家对改装车的标准要求。

关键词：高空作业车；支腿机构；举升机构；回转机构；设计AbstractWith the country's economic development, transportation and so on the basis of an ever-changing industry. Folding-arm high above the ground as a dedicated car lifting of a transport vehicle, which can be the work of staff and equipment arrived at the designated on-site delivery and operation of the Special Purpose Vehicle. Folding-arm high above the ground the main vehicle for posts and telecommunications, municipal construction, fire rescue, building decoration, high-altitude photography, as well as shipbuilding, petroleum, chemical, aviation and other industries. It has a flexible, rapid transfer, coverage for close to reach the sites quickly after getting a work of the advantages. And arm-folding high above the ground vehicle structure is relatively simple, relatively easy modification, and therefore faster development.The main content of this design is to choose a suitable chassis in the second category, on this basis of arm-folding work high above the main work of the car plant design. The outrigger body, lifting and turning the body design, layout components for various applications. And the use of the hydraulic system to control the various components in order to achieve lift and rotary motor function. At the same time, also folded-arm high above the ground Annex cars were simple design, and folded-arm high above the ground vehicle for the stability of the calculation and analysis, results showed that the modification of the basic national standards of vehicles.Key words:Folded-arm high above the ground vehicles。

高空作业车的典型结构设计高空作业车典型结构设计1、支腿机构设计高空作业车有各咱不同类型的支腿，起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠，操作方便。

1.1、支腿跨距的确定高空作业车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图1所示。

支腿支承点纵横方向的位置选择要适当，其原则是作业平台在标定载荷和最大作业幅度时，整车稳定性要达到规定要求。

图1 高空作业车的支腿跨距后方III侧方（右）II侧方（左）IVa、支腿横向跨距支腿横向外伸跨距的最小值应保证高空作业车在侧向作业时的稳定性，即全部载荷的重力合力落在侧倾覆边以内，并使绕左右倾覆边AB或DC和稳定力矩大于倾覆力矩。

如图2所示，1/2支腿横向跨距a应满足：图2 支腿跨距的确定（一）图3 支腿跨距的确定（二）()()q Q G G G L G R q Q r G a b b ++++-++≥2111 ()1式中：g m G 11=，1m ——转台质量，kg ； g m G 22=，2m ——底盘质量，kg ； g m G b b =，b m ——臂架质量，kg ； g m q q =，q m ——作业平台质量，kg ； Q ——作业平台的标定载荷，N ；1L ——转台重力中心至回转中心的距离，m ； r ——臂架重力中心至回转中心的距离，m ； R ——作业半径（臂幅），m 。

b 、支腿纵向跨距支腿纵跨距的确定和横向跨距确定的原则一样，应使绕前、后倾覆边BC 或AD 的稳定力矩大于倾覆力矩。

当作业平台在车辆后方作业时，如图3所示，可得后支腿支承点至回转中心的距离1b ，应满足：()q Q G G G L G a b b ++++-=21221 ()2式中：2L ——底盘质心至回转中心的距离，m 。

同理，可得前支腿支承点至回转中心的距离2b 为：()q Q G G G L G a b b +++-=21222 ()3由式2、式3可知，1b 和2b 不等。

这是因为底盘重心在回转中心之前所致，且a b b 221=+。

第1章绪论1.1 前言随着世界经济的大繁荣，各个行业都起了翻天覆地的改变，尤其最近几十年以来，世界各国都改变了自己的面貌，无论是在外表还是在社会内层。

在这其间，社会的建设少不了各种机械，而在这些机械中，高空作业车的重要性不言而寓。

高空作业车之所以发挥着如此大的作用，跟其自身的特点是分不开的。

高空作业车其结构紧凑、传递平稳、操作轻便、举升高，易于实现自动化控制；同时还具有机动灵活、转移速度快的特点。

它特别适于从事消防、抢险救灾、施工、安装、维护等工作，广泛应用在电力、摄影、建筑、市政、机场、工厂、园林、住宅等场所。

因此，近年来高空作业车发展很迅速，一举成了市政及其他部门主要的高空作业机械。

我国高空作业车技术的研究与国外先进水平相比还有一定的差距，还具有很大的研究空间，我们应该加大力度的研究此方面以拉近我国与国外的差距；同时，通过此次毕业设计，我可以将自己以前所学运用到设计中来，锻炼自己的动手能力和运用知识的综合能力，对我各个方面的提高将会起到很大的作用，是一次锻炼自己的很好的机会。

1.2国内外研究状况1.2.1 国内现状部分企业技术创新能力较差：部分企业不重视产品的更新和新产品的开发，产品几十年一贯制，品种规格单一、市场经营范围窄，使企业产品产量逐年下降，企业效益差。

近几年，国外高空作业机械产品纷纷进入国内，如芬兰BRONTO公司、美国的JLG 、GENIN、UP-RIGHT, SNORKEI，SKYJACK等公司以及英国、意人利、丹麦的一些著名公司在国内都相继设立了办事机构，而且在大高度产品和特殊产品中仍然占有国内主要市场，如高空绝缘作业车、蜘蛛式大高度作业平台、自行式高空作业平台等。

这些进口产品性能好、外观美，价格与国内产品相差不多，具有很强的竞争力。

缺乏高空作业车的专用底盘：高空作业车是由汽车底盘改装而成的，属于工程车辆范畴，长期处于重载状态，行驶距离短、车速慢，使用频率1不高。

为便于在各种街道行驶，要求体积小、轴距短，又因其重心高，要求底盘大梁低。

高空作业车转台的结构设计及分析摘要本课题针对GKZ系列车型转台部分的要求工作装置，对GKZ型高空作业车回转机构进行设计及分析。

高空作业车由液压马达、回转减速器及回转小齿轮、回转支承等组成。

进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。

本课题确定了高空作业车回转机构的传动方案，采用的单排四点接触球式回转支承，此类支承的主要优点是同时承受轴向、径向力和复合力矩。

适用子中小型起重机。

转台的结构设计采用的是倒π型结构，前后两个高强板，左右各一个支承板，再加两个加强筋形成。

对转台采用PRO/E进行建模，将建好的模型通过转化放入ANSYS中进行有限元分析，分析出变形最大和受应力最大的接触面，对分析的结果的提出改进方案，对改进后的方案进行有限元分析比较, 确定最佳方案。

本方案的设计为同类转台的结构设计提供了理论依据和分析方法。

在课题设计的过程中使用的方法有：（1）在结构设计过程中主要对转台的的受力情况进行分析，计算出转台的受力大小和转台的自重，对传动齿轮的设计及强度校核，运用绘图软件PRO/E进行建模。

（2）将模型导入ANSYS中，对转台的受力情况进行分析查看其分析的结果，确保转台的变形和所受的应力均能符合设计要求。

[关键词]：高空作业车；转台结构设计；有限元分析；ANSYSConstructional design and analysis for turn-table of aerial work platformsAbstractAccording to the requirement of working devices of turn-tables in the machine series type GKZ, this paper presented the constructional design and analysis for slewing mechanism of aerial work platforms. The aerial work platforms comprised hydraulic motors, rotary speed reducers, revolving pinions, slewing bearings and so on. When the turn-table slewed, the hydraulic motor transmitted power output which enabled pinions on the output shaft to revolve. Pinions were meshed with ring gear on slewing bearings. Due to rigid connection between the ring gear on slewing bearings and the chassis, turn-tables were rotated by rotary speed reducers. Gear plan for slewing mechanism of aerial work platforms and constructional design for turn-table were presented.Gear plans transmission for slewing mechanism of aerial work platforms was provided in which single-row four-point contact ball slewing bearings were adopted. The advantage of this type of bearing, which suited small and medium crane, was that it can bear axial force, radial force and compound moment at the same time. Configurations of anti type π were adopted in constructional design for turn-table, in which there were two high strength plates in tandem, two eudipleural supporting plates and two stiffened panels. Modeling and simulation of turn tables were obtained using PRO/E. The obtained modeling was transformation and analyzed by ANSYS Finite Element Analysis software. Consequently, contact area in the maximum of deformation and stress were analyzed. According to the results, improved schemes were presented, which were further analyzed and compared by finite element analysis. Finally, the best scheme was founded. This project provided the approaches of constructional design for the similar type of turn-table in theory.The following methods were used in this project: 1) Force situation of turn tables were analyzed in constructional design, and force variation and mass of turn-tables were calculated. The design and intensity of transmission gear were checked. Modeling and simulation were obtained using drawing software PRO/E; 2) The modeling were imputed into ANSYS and bearing force of turn-tables were analyzed. The results ensured that the deformation of turn-tables and their bearing force would meet the design requirements.[Keywords]: Aerial work platform; Turn-tables; Constructional design; Finite element analysis;ANSYS目录第一章绪论 (1)§1．1 引言 (1)§1．2 高空作业车的国内外发展概况 (1)1.2.1高空作业车的国外发展趋势与动向 (2)1.2.2高空作业车国内现状、差距与如何提高的方法 (3)§ 1.3 高空作业车的组成 (5)1.3.1工作机构 (5)1.3.2金属结构 (6)1.3.3动力装置 (6)1.3.4控制系统 (7)§ 1.4 本课题研究的意义 (7)第二章高空作业车的转台的结构分析 (8)§2.1 高空作业车的转台总体结构设计 (8)2.1.1转台的组成 (8)§2-2 转台的受力分析 (13)2.2.1转台的自重G (14)§2-3 上下臂的受力分析及计算 (16)2.3.1上臂的受力分析 (17)2.3.2下臂的受力分析 (19)§2-4 回转支承装置的计算 (21)2.4.1回转支承装置的计算载荷 (21)2.4.2转盘式回转支承装置的计算 (22)2.4.3按承载能力曲线选取合适的回转支承型号 (22)2.4.4转盘式回转支承装置的计算 (24)2.4.5按承载能力曲线选取合适的回转支承型号 (24)§2.5 传动齿轮的计算 (25)第三章转台的有限元分析 (28)§3.1 有限元方法的基础知识 (28)§3.2 有限元分析软件ANSYS (30)§3.3 转台结构的有限元分析 (34)3.3.1 实体建模 (34)3.3.2计算模型 (34)3.3.3有限元模型 (36)第4章结论 (43)致谢 (44)参考文献 (45)第一章绪论§1．1 引言工程机械广泛应用于经济建设的各部门，并且在整个经济发展中占有十分重要的地位。

徐州师范大学本科生毕业论文（设计）论文题目：高空作业车的转台结构设计及有限元分析姓名：院系：专业、年级、班组：指导教师：徐州师范大学教务处印制200** 年 6 月 4 日徐州师范大学机电工程学院毕业设计（论文）任务书院（系）专业班学生一、设计题目：高空作业车的转台结构设计及有限元分析二、设计任务要求及主要原始资料：设计任务：回转机构的传动方案的确定，转台装配图一张及主要零件的零件图，转台有限元分析及根据分析结果的改进方案，改进后的有限元分析结果与原方案分析结果的比较。

原始资料：平台的额定载荷200kg回转速度0-2 r/min三、设计时间：20** 年 4 月13 日至20** 年6 月 3 日指导教师：（签名）教学院长：（签名）徐州师范大学机电工程学院毕业设计（论文）立题卡（理工类）院（系）专业班级说明：（1）空格内打"√"或填上数字等负责指导教师日期（2）本卡一式3份，指导教师、院（系）和教务科各一份教研室主任日期教学院长日期徐州师范大学毕业设计（论文）开题报告及工作实施计划院系专业年级、班级姓名指导教师开题报告日期徐州师范大学教务处印制一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）工作实施计划（一）毕业设计（论文）的理论分析与软硬件要求及其应达到的水平与结果（二）毕业设计（论文）工作进度与安排三、对开题报告的审阅意见高空作业车转台的结构设计及分析（Constructional design and analysis for turn-table of aerial work platforms）摘要本课题针对GKZ系列车型转台部分的要求工作装置，对GKZ型高空作业车回转机构进行设计及分析。

高空作业车由液压马达、回转减速器及回转小齿轮、回转支承等组成。

进行回转时，液压马达输出动力，通过回转减速器减速后带动输出轴上的小齿轮旋转，小齿轮与回转支承的齿圈啮合，由于回转支承的齿圈与车架刚性连接，因而回转减速器带动与之相连的转台回转。

高空作业车典型工作部分设计（折叠式举升机构）一.底盘选择根据我国目前生产的各类型专用车辆的基本模式，大多是为了满足国民经济某一服务领域的特定使用要求，主要是在已定型的基本车型底盘的基础上，进行车身及工作装置的设计，与此同时对底盘各总成的结构与性能进行局部的更改设计与合理匹配，以达到满足使用需求的较为理想的整车性能。

 因此，专用汽车性能的好坏直接取决于专用汽车底盘的好坏，通常专用车辆所采用的基本底盘按结构分可分为二、三、四类底盘。

二类底盘是在整车基础上去掉货厢，三类底盘是从整车上去掉驾驶室与货厢，四类底盘是在三类底盘的上去掉车架总成剩下的散件。

 汽车底盘的选择主要是根据专用汽车的类型、用途、装载质量、使用条件、专用汽车的性能指标、专用设备或装置的外形、尺寸、动力匹配等决定，目前，几乎80%以上的专用车辆采用二类底盘进行改装设计。

采用二类汽车底盘进行改装设计工作重点是整车总体布置和工作装置设计，对底盘仅作性能适应性分析和必要的强度校核，以确保改装后的整车性能基本与原车接近。

在汽车底盘选型方面，一般应满足下述要求（1）适用性对于专用改装车底盘应适用于专用汽车特殊功能的要求，并以此为主要目标进行改装造型设计。

（2）可靠性：所选用汽车底盘要求工作可靠，出现故障的几率少，零部件要有足够的强度和寿命。

且同一车型各总成零部件的寿命应趋于平衡。

（3）先进性应使用整车在动力性、经济性、操纵稳定性、行驶平顺性及通过性等基本性能指标和功能方面达到同类车型的先进水平的汽车底盘。

而且在专用性能上要满足国家或行业标准的要求。

（4）方便性所选用的底盘要求便于安装、检查保养和维修，处理好结构紧凑与装配调试空间合理的矛盾。

选择江铃JX1083TK26底盘，参数如下二.支腿机构设计计算高空作业车的支腿机构起调平和保证整车工作稳定的作用，要求坚固可靠，操作方便。

1.支腿跨距的确定高空作业车的支腿一般为前后设置，并向两侧伸出，如图所示。