大面积幕墙在高层建筑中的应用导致擦窗机成为了高层建筑的必备设备。由于我国高层、超高层建筑兴起的较晚导致我国擦窗机设计和制造能力没有得到足够的重视。已经投入使用的众多擦窗机存在许多不合理的结构设计。其设计样式单一,材料浪费严重,关键受力部位没有被足够的重视,导致安全事故时有发生。近几年来,中国的起重类设备,发展迅猛,而起重类设备中大量使用的箱型结构,其结构强度大、受力分配合理、整机重量轻便,同时箱型结构具有抗弯和抗扭能力强的特点,因此,擦窗机的主流设计中箱形结构也被作为主要的承重结构使用。但是由于擦窗机箱形结构设计缺少通用可遵循的设计与校核的理论和方法,导致存在大量的结构设计不合理和冗余重量过大的问题,造成了非常大的材料浪费。本文正是基于这样的目的,通过静力学、动力学以及结构的仿真并结合等强度理论,全面的研究了擦窗机中采用的箱形结构主要部件性能方面的设计问题,为了校核擦窗机箱型结构在强度和稳定性方面的安全性和为擦窗机结构设计分析提供指导,对箱型结构在一般性擦窗机工况和在斜爬轨道式坡度变换时的特殊工况进行研究,全文的主要的研究内容如下:(1)通过分析擦窗机工作方式,归类箱型结构在擦窗机系统主要的应用部位所起的作用及主要参数,收集给出稳定性和强度的研究理论和研究方法,并且介绍了虚拟样机技术在强度和稳定性分析的应用。(2)针对擦窗机箱型臂的两种常规工况,采用直接计算法和有限元法对箱型臂进行静力学分析,基于两种不同的分析方法获取的结果,深入的研究了箱形结构在擦窗机吊臂应用中受力情况对结构的影响。根据擦窗机吊船运动中的几种特殊且易发生事故的工况,选择最危险工况,建立动载荷微分方程,运用MATLAB软件绘制动载荷随时间变化的曲线,在动载荷变化情况下,基于ANSYS WORKBENCH软件对吊臂进行瞬态动力学分析,得到吊船运动中最危险工况下的最大应力。将箱型臂的固有特性与擦窗机的受力特点结合,采用等强度设计理念,在截面积不变的情况下,探讨箱型臂截面参数随跨距变化的规律。(3)分析典型擦窗机的箱型柱的受力形式,建立立柱的挠曲变形的微分方程,利用压杆稳定欧拉临界压力公式推导出立柱所受力的影响因素与挠曲变形的关系。建立立柱受扭转偏心力方程,根据闭口薄壁箱型乌曼斯基扭转理论对方程进行推导,得到扭转临界力方程。运用有限元法对立柱进行线性屈曲分析,针对擦窗机箱型柱的一般性受力工况,分别得出扭转临界载荷系数、弯矩临界载荷系数、轴向临界载荷系数、综合受力的临界载荷系数和不同受力情况的屈曲变形分布,进而确定在擦窗机的基本受力工况下,对箱型柱产生失稳的主要因素和首先发生屈曲变形的位置。(4)以轨道式擦窗机在坡度变换时所处特殊工况,对箱型结构在强度和稳定性方面进一步研究,基于动力学分析软件ADMAS,对斜爬轨道式擦窗机的动态过程进行仿真,提取吊臂箱型结构的最大的应力的仿真结果,对其进行强度校核,提取吊臂前端和质心最大移结果,对整机的抗倾覆性进行校验,提取最大油缸推力仿真结果并结合实际工况,将动力学问题转化为静力学问题,将求得的油缸推力加载到ANSYS有限元模型中,进而对底架进行线性屈曲分析,得到底架的前四阶屈曲模态的临界载荷系数和屈曲变形分布,确定动态过程中底架箱型结构组合失稳发生部位和影响因素。本文研究针对于擦窗机在一般性受力工况和斜爬轨道式擦窗机所处于特殊受力工况,对所采用的箱型结构进行强度与稳定性分析,一方面为擦窗机箱型结构强度和稳定性提供分析校验方法,另一方面为生产前擦窗机箱型结构设计提供指导。