PJ-400平衡吊设计与有限元分析
根据我们的调研 ，机床加工零件的重量，平衡吊最大起重重量定位400公斤。据一般机床的中心高度，最大起吊高度为2000mm，起始高度为500mm, 据设计和实际要求最大回转半径定为2500mm 最小回转径为770mm 适合的起吊速6ms， 回转角为345度， 以上技术参数都是根据综合参数而定的，都可以作为已知的参数。
列表如下:
表2-3 所要设计的平衡吊基本参数 最大起重重量 最大起吊高度 起始高度 提升幅度 最大回转半径 最小回转半径 水平交副 回转角度 提升速度 400kg 2000mm 500mm 1500mm 2500mm 770mm 1730 mm 345度 5.44米每秒
图 2-4 PJ040平衡吊
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3 平衡吊设计时的基本要求
1.平衡吊的升降应符合人工移动物件的速度，一般在15米影响其效率，造成本身的摇晃摆动。
2.平衡吊在负载时，手动操作的推拉力一要求为3~5公斤。如果规定操作的推拉力很小，相反地物件会产生惯性，影响平衡吊的稳定性，因此要有克服惯性的力。为达此目的，在平衡臂的各个关节部位应给予适当的摩擦力。
3.平衡臂的杠杆比有1:5、1：6、1:7.5、1:10。其中杠杆比1:6为标准规格。如果加大杠杆比，则作业范围可扩大，但最大起升重量相应的减少。
4.平衡吊在铸造、锻造等灰尘较多的厂房内使用时，应对回转减速箱作很好的密封，否则会影响其寿命。
5.平衡臂转动部位的轴承，要用黄油密封。
6.小横臂要有足够的刚度。如果平衡臂满负载起升，小横臂因刚度不够而产生变形时，将会影响平衡吊负载时平衡区的变化。
7.大横臂、小横臂、起重臂、支承臂等零件的孔距，应保证符合杠杆比，否则也会影响空载时平衡区的变化。
8.回转减速箱的回转座上两个轴承间距不应过少，否则会造成平衡吊回转部分的颠覆。
9.平衡吊在安装固定时，必须先调整水平导向槽的水平度。其不水平度不应超过
0.025100毫米。
分之内。速度太慢，会
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4 平衡吊的结构设计及计算
4.1 平衡吊的结构
平衡吊的结构【4】如图1 所示,主要分为传动、杆系和回转机构三个部分。传动部分是完成起吊重物功能的机构,由电动机、减速器、离合器等带动丝杠回转,驱使丝母升降,从而完成吊钩在垂直方向的升降运动。该部分也可由气缸、油缸代替完成起重物的功能。杆系部分是一平行四连杆机构, 它由ABD 、DEF、BC、CE 四杆组成,在B 、C、D 、E 处用铰链连接其中BC ∥= DE , BD ∥= CE.在C 点安装有滚轮, 可以沿水平导轨滚动, 当C 点沿水平方向移动时,吊钩F 点作水平运动。传动部分和杆系通过回转机构安装在立柱上,可以使吊钩绕立柱回转360.度，平衡吊的水平运动和绕立柱的回转运动,用手在吊钩处轻轻推动即可获得,而升降运动可以通过操作按钮由电机来完成。
4.2 平衡吊平衡的条件
平衡吊的平衡是指:吊钩F 点无论空载还是负载,运行到工作范围内的任何位置后都可以随意停下并保持静止不动,即达到随遇平衡状态。由图1 可知A 点的运动是由传动部分控制的,当在一定高度时,可以将A 点看作一个固定铰链支座, C 点的水平移动是引起F 点水平运动的原因。如果吊钩F 在任何位置(起重或空载) 时, F 点、C 点、A 点只有垂直方向的反力且合力为零, 那么支座C点的水平受力为零,平衡就可以得到。为便于分析问题, 假设杆系的自重及各铰链点之间的摩擦均忽略不计。根据静力学的原理, 平面力系中某一杆件同时受三力作用, 则三力必交于一点,叫做三力杆。某一杆件同时受二力作用且二力的作用点在两个端点, 则二力必然大小相等方向相反, 叫二力杆。故CB 、CE 为二力杆。其受力方向沿铰链连线。ABD 、DEF 为三力杆。三力平衡时, 其力必汇交于一点
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图4-1平衡吊组成示意图
先分析DEF 杆件。在F 点吊起重物G时,其方向垂直向下, CE 杆通过铰链E 压给
DEF 杆的作用力P的方向为沿CE 连线方向, G力与P交于K点,则第三个力Q即ABD 杆通过铰链D 作用于DEF杆的力,必通过D 点交于K 点方向可由力三角形得出,如图2 所示。
图 4-2 DEF杆件受力分析 其次再分析ABD 杆件,根据作用与反作用的道理,显然,杆件DEF 通过铰链D 给杆ABD 以反作用Q方向如图3 所示。二力杆B C 通过铰链B 给杆ABD 的作用力S沿BC 方向, Q力与S力交于J 点,则第三个力即固定铰链A 对ABD 杆的支反力R必然通过J 点,其方向由力三角形提出,如图3 所示。如前所述,平衡吊要达到平衡, 支反力R必须为铅
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垂方向的力。现在将这两个构件的受力分析综合到一起来研究。如图4 所示,由于在力多边形中, G力与R同为铅垂方向, S力与P 力的水平投影是等长的,即S
图 4-3 ABD杆受力分析 4-4四杆机构整体受力分析 在什么条件下才能保证支反力R保持铅垂方向,根据上述受力分析, 只有当机构在任意一个位置下,都能做到:过F 点做一条铅垂线FK 与EC 杆的延长结相交于K 点, 再连接K、D 两点并延长与BC 杆的延长线相交于J 点,而J 点正好过A 点所作的铅垂线上,才能使支反力R
保持铅垂方向。要做到这一点,满足机构的几何条件为:
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