安博体育app手机版下载:平衡吊的设计说明书（可编辑）doc

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  1.2.2平衡吊的发展存在的不足8第1.3节平衡吊的构造及其原理91.3.1

  平衡吊的设计过程20第3.1节原型平衡臂的几何分析20第3.2节杆系与立柱

  的受力分析223.2.1机构简图与作业位置编号233.2.2各杆件及立柱的与强度

  1.1.1平衡吊的发展过程当前国内平街吊设计中存在的三大问题是总体设计解

  析化,失衡补偿及驭动控制。本文就前面两个问题进行论述。首先,推导出一套总

  体设计解析公式,将总体设计从半经验阶段推进到解析化阶段,为电算应用开辟了

  道路。其次,作者找到的新补偿机构完全补偿了杆系自重失衡。第三,时杆系变形

  点。六十年代末期它在日本欧美问世以来,得到了全力发展。我国从七四年首次设

  衡吊是一种车间内的新型机械化吊运工具。对于中小批量多品种`目前,平衡吊在

  我国铸造车间内正在开始使用,国外已大力推广应用。多品种、小批量生产的中等

  重量物件的搬运工作机械化,是长期以来存在的困难问题。过去一般会用吊车和电

  动葫芦等搬运设备,但这种机械难以实现生产线上机械化。效率低,不适于高精度

  操作,同时动作的方向性受到限制,所以在很多情况下不能满足生产的需要。六十

  年代末,国外开发了一种新型的起重工具一一平衡吊。它是一种能按操作者的意愿

  进行搬运中等重量物件的人机式机械。它的问世引起了一些工业发达国家的重视,

  特别是美国、日本在平衡吊的研制和创新方面有较高的水平,现在已有完善的系列

  等国大约晚5~6年,它首先出现在电机行业。1974年,我院在参加华北地区6一9

  号电机行业技术改造工作中,了解到这类电机的主要零部件重量在几十公斤到数百

  公斤之间,产量在几万千瓦到三、四十万千瓦之间,在机械加工中,机床上下料和

  工序间搬运工时约占每个工人全日工时的20%以上。一个工人每班的搬运量约为2

  一5吨。由于车间现有起重设备不够灵便,效率低,有的工厂在机床上下料时,停

  种多品种小批量的加工生产线上,工人迫切要求采用通用的机械化设备来代替笨重

  的手工搬运工作。为此,我院和北京电机厂于1974年初联合研制出了我国第一代平

  起重量分别为50公斤、100公斤和300公斤的电动平衡吊,并初步形成一个系列。

  一九七五年底,我院与湘潭电机厂联合试制成起重力100公斤的轮式气动平衡吊,

  出现,受到广大工人的欢迎。现在,平衡吊已在全国推广,它的用户除机械工厂外,

  交通运输、石化、轻工等部门也在推广使用。全国大约有400一500个单位在使用

  平衡吊。他们通常用于机床上下料、装配流水线、加工生产线、成品装箱、砂箱合

  模、仓库中的物品装卸等工作。去年,我国向东南亚某国出口小电机制造厂成套设

  近年来,我院在平衡吊的结构及形式、传动及其控制、安装使用等方面做了许多研

  究和设计工作,搞丁系列设计,发展了新品种,并由专业制造厂进行批量生产。展

  1.1.2平衡吊的优点1.操作直观性好。平衡吊的手臂部分是按随遇平衡原理

  设计的,同时,吊钩处的物件重量(吊重)不破坏这种平衡状态当操作者把物件吊起

  到所需高度后,就可以在水平面内用手扶着随意移动。移动时仅需克服很小的滚动

  葫芦等那样容易摆动。3.简单易操作。使用者只要用手扶着物件,按电钮或转动手

  把,就能使物件按照操作者所要求的方位和速度(变速型平衡吊)在三维空间内移

  动。无重力型平衡吊具有按操作者的意愿和手的感觉控制移动物件快慢的性。4.

  操作吊起几十公斤到几百公斤的重物,操作者只要使出2一4公斤的力就能像自己

  的手一样自由移动。5.安全性好。平衡吊的传动系统中有过载保护设施和安全装

  置。在遇到过载和突然停电、停气时能防止被吊物件下落。6.可附加各种吊具和

  50、100、300、500公斤平衡吊;按整机配置结构分,有高型和矮型两种结构;按传

  动方式分,有气动、液动和电动按安装方法分,有地面固定式、地上可移式和旋臂

  式。目前生产的平衡吊的作业范围为:最大回转半径为2500一3040毫米;最大升

  降行程为1500一2000毫米;最大水平伸缩行程为2000一2200毫米;最大回转角度

  为340一350度(SDB一200型液压随动臂和YPD一300型液压平衡吊可无限制旋

  右,国内产品目前最大到500公斤。使用频度大致每小时在20 一30 次左右(起重

  量小的动作次数可适当增加)。另外, 平衡吊也可安装在一个可绕立柱回转的旋臂

  转又可自转, 它可使动作范围扩大一倍。 高型平衡吊, 如PHD 一50、YWP 一

  300、QPD 一100 型, 期特点是手臂传动部件一一头架离地较高, 回转时不影响地

  面的设备布置, 占地面积较小, 但要求厂房稍高(平衡吊手臂动作时最大高度约4

  500 型等, 由于它的头架离地较低所以调整和维修较方便, 对厂房的高度要求可低

  些, 同时整机重量也减轻很多。但它在回转时, 重锤经过的空间不能有障碍物,所

  以它的占地面积要大些。 电动平衡吊一般由交流电动机经减速器带动丝杠螺母付

  使手臂作升降运动, 采用安全离合器等作过载保护, 靠丝扫螺母的自锁性能可使被

  吊物件停留在任意位置。一般为定速传动, 由臂前(吊钩附近)按钮控制升降和停

  液压平衡吊可分为三种: 1.可调单速传动型, 即液压定速速度可调。其工作速

  度可根据使用上的要求任意调整, 但在使用的过程中是不能变速的。升降和停止由臂前按

  钮控制2.有级变速传动型, 即液压双级速度可调。工作时有高低二档速度, 其速

  度大小可预调到所需数值。升降和停止由臂前按钮控制。 3.无级变速传动型, 如

  经钢丝绳机构拉动头架内的一个手动比例换向阀实现变速和换向。YPD 一100A 型

  和YPD 一300 型均为纯动油压比例控制。前者为单坐标升降控制。后者为双坐标升

  降和水平伸缩控制, 由臂前单手把操作一个手动控制器,先导油压控制一个液控比

  电等情况下, 能使被吊起的物件停留在任意位置, 保证操作时的安全。 另外还有

  在上述基本系列的基础上, 又发展了平衡臂型的操作臂和机械手。SDB 一200

  型随动臂是一种平衡臂型的操作臂。液压传动, 纯(动)油压比例控制, 用单手把在

  臂前做相关操作, 能轻松实现任意方向的无级变速和微小距离的点动, 提高了控制性

  能。手部(爪具)装置可结合实际使用上的要求进行更换。它适于轴类零件的上下料工

  作。PBJS 一120 型通用机械手为平衡臂型机械手, 其额定负荷为公斤,重复定位精

  度达士2 毫米。它在地面物直上自动行走, 可为数台机床上下料服务。该机械手为

  液压传动, 可变程序顺控器控制, 多点可调挡铁定位。是一种造价低廉的特重负荷

  1.2.2 平衡吊的发展存在的不足 由于我们国家发展平衡吊的时间还不长, 作为产

  品生产只有七年的历史, 所以在某些方面与美、日等泼达国家相比还有如下差距:

  规格和品种较少, 产品结构通用化、标准化程度低。目前产品多为地面固定型,

  目前, 我们国家生产的标准型电动平衡吊的升降速度为定速传动, 为避免起停时由

  以及较高的移动速度, 但因控制元件性能不够理想, 故其控制性能有待进一步提

  高。YPD 一300 型液压平衡吊和SDB 一200 型随动臂为随动控制, 适于较精确的吊

  装工作, 并可在手部安装手爪等抓取机构, 但目前能在制造厂定购到的只有YPD 一

  1)立柱 立柱用以支承平衡吊回转部分及额定起吊零件的重量,所以要求有足够

  的刚度。立柱的结构一般都会采用大口径无缝钢管与连接盘、加强筋、底盘等连接焊接

  母、丝母支架、箱体以及回转座等零件组成。回转减速箱与电动机、电源控制箱及

  平衡臂相连接。 在保证弹簧质量的情况下,为使平衡吊在空载时得到更优秀的平衡效

  对焊成空心杆件,其断面呈长方形。横臂的两端焊有铰连接头。 起重臂为一上端

  大、下端小、其断面为长方形的空心杆件,上端与大横臂、小横臂相铰接,下端与手

  柄支座焊成一体。 手柄支座上装有旋转手柄开关(用于交流无级调速)或按钮开关,

  支座内有接线板,导线由起重臂和大横臂中通过并接入电源控制箱,手柄支座的下面

  有吊钩架和吊钩。吊钩与吊钩架连接。 A 型平衡臂于一般场地作起身重量、搬运

  力,水平导向槽B 面承受平衡臂的压力。为了使平衡臂在工作中拥有非常良好的性能。

  所有对导向槽有如下的要求: 1 导向槽一定要有一定的强度、硬度和光洁度; 2 垂

  直导向槽和水平导向槽要相互垂直,不垂直度超过0.05 米; 3 两个垂直导向槽的A

  面和两个水平导向槽的B 面分别都应有同一共面,其不共面不超过0.025 毫米; 4

  箱体和回转座组装后,箱体上水平导向槽的B 面与回转座底平面C 应相互平行,其不

  平行面不超过毫米。 丝杠和丝母的配合不必要求过高。平衡臂在工作中使负载通

  过丝母支架上的滚轮作用在垂直在导向槽的A 面上,应保证不使用丝杠承受任何方

  向的径向力,否则会发出噪音或局部磨损而影响寿命。 为避免平衡吊超负荷,在

  用键与小轴连接,但能在小轴上作轴向移动。压力弹簧的压力大小,靠调压螺母来调

  整。动力的传递是通过压力弹簧将摩擦锥体压紧在大皮带轮的锥面上,靠摩擦力矩

  将动力由大皮带轮传递到小轴上。当起吊重量超过额定负载时,摩擦面就会打滑,保

  证平衡吊各零件不致损坏,起到安全保护作用。同时也能使平衡吊的起升和停车比

  较平稳。但是需要注意,在使用中不可将压力弹簧调的过紧,否则将失去作用。 如

  果平衡吊与某种专用机床配套使用时,(被加工零件的配料重量不超过平衡吊的额定

  起吊重量),从结构上讲,安全保护设施可以省略。 车间的电源是经滑环集电器连接

  回转座的中心孔接在滑环上。 电刷和电刷支架固定在可作旋转的箱体上。电刷用

  导线接入电源控制箱。为避免导线脱落,在电刷支架上有线夹将导线夹紧。电刷

  靠弹簧片的压力与滑环接触,这样不管平衡臂旋转到任何位置时,其电路总是接通

  端与平衡臂相连接。 拉簧的作用是在空载情况下使用平衡臂在其作业范围内的任

  意一位置时都能保证静止不动。拉簧力量大小的确定,要使平衡臂和手柄等零件本

  簧就处在被平衡臂和手柄等重量的拉伸状态,使平衡臂的力立臂向立柱方向滑动。

  连接板上端分别与起重臂、立杆相铰接。立杆平行于起重臂,通过三角板与横杆相

  连。横杆平行于大横臂,并与大横臂、丝母支架相铰接,组成两个平行四边形,所以

  B 型平衡臂能确保起升的零部件与地面作水平移动。手柄支座的下平面可以装置

  B 型平衡臂用于给机床起身带有顶尖孔或带有止口而需要入胎加工的零件,也可

  以用于产品的组装。 平衡臂的铰接点和滚轮内都装有滚动轴承(GB276-64)或

  (GB283-64)电动机的正、反转,使丝母支架带动平衡臂起升或下降。如果两者同时

  5) 手柄 手柄起推拉起重臂作用,使起升的零件能作水平移动。为了同时能使

  零件作起升或下降运动,所以把控制电动机正、反转的按钮和手柄都安装在手柄支

  座的面板上,使操作的人只需要用一手就可完成上述动作,而另一手只起挂吊钩、使零

  件摆正方位、对准止口等辅助作用。在特殊用途的情况下,可将手柄接长,其控制电

  置。在操作时, 手不必克服物体的重力, 一般来说手只要用几公斤的力, 便可在水

  平方向任意搬动数十公斤乃至数百公斤重的被搬运物体, 而在垂直方向是靠手技电

  钮或旋转手把开关操纵电动机实现升降。 杆系自重平衡装置一般用弹簧或重锤;驱

  动装置用电动、气动或液压传动。 平衡臂绝大多数都是运用比例放大尺的原理构成的

  连杆机构。其主要形式有两种:一是如图2 所示的由四根必不可少的基本杆系组成

  的平衡臂, 称为原型平衡臂;二是如图所示的除基本杆系外还加两根平行连杆及一

  块连接板组成附加杆系构成的平衡臂, 称为通用型平衡臂。 通用型平衡臂中的平

  行连杆作用是使处于操纵盒下面的吊重, 不管臂处于何种倾斜状态,都始终保持其

  与地面平行移动的性能, 并可使吊重悬吊于CC 杆间及C 产杆延长线的任何一点而

  不破坏力系的平衡。因此, 必要时可接长手腕, 装置各种专用夹具, 发展成机械

  杆系之间都是使用滚珠轴承铰接。A、B 两点或A、、三点分别置于垂直槽和水

  平槽内运动, 点的吊重跟随A、B 点或A、、B 点作垂直升降或水平移动。由一个人

  所谓平衡, 是指杆件的长度按H/hL/lm 的特殊的比例条件下, 以一定的力PmW 加

  于A 点, 就与C 点的吊重W, 在整个杆系中处于平衡状态。在水平槽内的支点跟随

  C 点水平移动时, 达到随遇平衡。所以, 欲使吊重作水平移动, 操作者只需握住操

  作手把, 用手轻轻推拉即可, 而且没有重力感觉。 4.吊重的垂直升降,是靠C 点的

  柄或按钮操纵驱动装置,带动平衡臂的一段的A 点或A1 点,在在垂直槽内上下

  移动而实现的。整个平衡臂围绕立柱的回转运动靠手动。电机带动的升降和手的轻

  推可以一起进行, 合成斜线运动或空间运动。操作灵活, 直观性好。 杆系自重的

  存在, 破坏了力系的平衡, 产生不利的影响。因此, 一定要采取适当措施,如:用弹簧

  或重锤等方法消除杆系自重的影响, 解决杆系自重的平衡问题。 平衡臂的前端可

  装置各种各样的形式的吊具或专用夹具。平衡臂也可安装在多种形式的支承装置上, 以适

  1.3.2 平衡臂的平衡原理 1)原型平衡臂只能装置吊钩而不能接长手腕, 所以只

  构件、、.系杆件, 可为滚轮或滑块, 其彼此铰接。构件借驱动装置外力,可以

  在垂直导向槽内上下运动;构件在水平外力的作用下, 可在水平导向槽内平移。 研

  究平衡原理的目的, 在于导求一个平衡条件。在该条件下, 构件在其运动区间内的

  计算证明, 平衡方程不包含变量,仅与常量H、h、L、l 有关。因此, 平衡臂理

  论上具备随遇平衡的性质。所以称为理论上的随遇平衡, 是由于在分析的过程中,

  采用如下的假设杆件无自重, 各运动副无摩擦, 杆件受力后无变形, 无制造安装误

  差。这些假设为平衡原理推导所必须, 但又与客观实际相矛盾, 所以必须逐个解

  决。摩擦对平衡性能的影响具有两重性, 但为使操作上轻巧方便, 故要求将各运动副

  滚动化杆件变形量在刚度计算中加以控制, 制造安装时, 确保杆件长度比值相

  在实际推导中, 不必研究件, 而是直接将其取为平衡体, 导出平衡条件式。由

  此式得结论平衡方程式表明, 务必使水平摆臂件、垂直摆臂件的臂长合比之比值相

  图1.3 通用型平衡臂机构简图 构件除杆外, 还刚性地接入C 杆。重物G 悬于

  杆之C 端点, 其作用线与杆的交点, 即可能在线段上, 又可能在AB 的延长线上。

  该受力状态具有普遍性, 因为诸如将重物G 直接悬于杆之A 点, 或像通常那样将重

  物G 悬于杆之中点等, 这些仅仅是其中的一些特例。通用型自由平衡臂既可有特殊

  受力状态, 也可有一般受力状态。即既可装置吊钩, 也可接长手腕装置各种夹具。

  计算证明, 通用型平衡臂的平衡条件与原型平衡臂的平衡条件相同, 即。其具体证

  第2.1 节 平衡吊设计及计算方案 平衡方程为平衡臂的根本原理, 试验与实践

  均已证明, 凡臂一长比例违背平衡方程的杆件组合不能成为平衡臂, 这一点应特别

  的关健部分一平衡臂的设计程序大致如下: 1.首先进行几何设计, 绘制“ 原

  型平衡臂总布局图”; 2.根据总布局图提供的参数, 计算铰链受力, 按静负荷能力

  选取铰链轴承, 通过结构化, 杆体中心线极限间距, 初步确定接头和杆体外观尺寸;

  将此外观尺寸与和比较, 务使杆件间留有的空隙不小于10 毫米, 否则应重新作几

  何设计; 3.根据初步确定的杆件外形尺寸, 选取相应的型材, 求出断面诸参数, 并

  进行构件强度、刚度核算; 4.各杆件确定后, 根据杆、铰链轴承和接头等结构, 准

  确地计算(或实测法称重)每一段臂的重心位置和重量通过计算公式(29)算出折合在

  杆的自重总作用恒力下, 也可直接用实测法测出F 的大小; 5.根据自重作用恒力F

  的大小, 计算出杆系自重平衡所需重锤的重量大小及位置;如在设计计算过程中,

  应用的某些参数, 设计时可结合实际使用条件酌情而定, 下面提供一些数据供设计

  1.臂长比值 m 臂长比m,其尺寸H.h.L.l 以便于制造为原则,故M 不一定取整

  数。荐用范围m5-10, 取较大值时各臂的受力情况较为不利, 只宜在轻负荷时采用

  取较小值时结构尺寸变大, 但受力状况有所改善, 宜在重负荷时采用。这一原则能

  值 。值增加, 使水平摆臂主杆部分受力状况有所恶化, 但对水平摆臂的接头

  部分及其余构件的受力状况却有显普改善。。和。值随H.h.L.l 值增加而增加,

  所以对刚度计算及总体紧凑性有某些特定的程度的不利影响, 应取适当数值。特别应该注

  意的是切忌取过小值,因为此时函数呈明显的“ 正切” 状态, 杆件在某些位置受

  恶化。对于平衡吊宜取对用作机械手的平衡臂 上限不限。 在实用上, 杆件强

  式、杆件结构、使用上的要求、负荷大小等多种因素相关。太小, 杆件的变形量增加,

  甚至会发生变形太大, 而使臂长比变化, 即 直接影响杆系的平衡;值加大, 杆系刚

  性增大, 从使用性能来看当然是好的, 但会导致杆件变粗, 自重增大, 结构苯重,

  影响整个结构设计的合理性。 对于平衡吊对于作机械手的平衡臂为宜。其确定后

  垂直导向槽移动距离 3-3 为了迅速而合理地决定出平衡臂的布局, 可以从若

  干不同的出发点做多元化的分析。如仅以结构紧凑为目的, 可定平衡臂在方框图的两个极

  式3、4 表示杆长H、L 与值的关系, H、L 增加, 值也随之增加。与此相对应,

  作业区方框图有关的诸参数后, 应预选H、L 值, 将其代入式3 或式4〔求出参

  数K。即可绘制原型平衡臂总布局图, 该图提供了铰接轴承负荷, 杆件强度和刚度

  计算中所必须的、值, 校核构件结构装配后是否相碰的间短、值, 以及有关标高尺

  寸等参数。精确计算所得的K 值, 往往不是整数。此时按偏小的原则, 将其圆整为

  整数。对于一个新的方框图, 在缺乏资料和设计经验的情况下, 要预选H、L 值往

  如果加大杠杆比,则作业范围可扩大,但最大起身重量相应的减少。 选择杠杆比为

  1.近似正方形, 这是最常见的情形。此时应采用式4, 并取L H, 便于制造;