動(dòng)控舞臺(tái)傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【舞臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)】

動(dòng)控舞臺(tái)傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【舞臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)】,舞臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì),動(dòng)控舞臺(tái)傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【舞臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)】,舞臺(tái),傳動(dòng),部分,部份,機(jī)構(gòu),設(shè)計(jì) 舞臺(tái)傳動(dòng)部分機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) Design of stage transmission organization system 設(shè)計(jì)： 指導(dǎo)教師： 摘 要 隨著人們文化生活水平的提高，對(duì)舞臺(tái)演出節(jié)目的質(zhì)量要求越來(lái)越高。舞臺(tái)的現(xiàn)代化、智能化是必然的發(fā)展趨勢(shì)。國(guó)內(nèi)雖有部分舞臺(tái)參照了國(guó)外的舞臺(tái)形式，但整體的技術(shù)水平較低，不能滿足舞臺(tái)使用的各種功能要求。本文以北京廣播電視中心800㎡演播廳舞臺(tái)與長(zhǎng)影舞臺(tái)為例，通過(guò)選擇合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使舞臺(tái)實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)傳動(dòng)，長(zhǎng)度達(dá)到12米的現(xiàn)代化動(dòng)控舞臺(tái)。 通過(guò)舞臺(tái)伸縮的最佳速度8m/min，選擇相匹配的電動(dòng)機(jī)與減速器，并通過(guò)對(duì)槽輪的設(shè)計(jì)使舞臺(tái)達(dá)到速度要求，從而依據(jù)完成主軸的設(shè)計(jì)。選擇合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)（鋼絲繩傳動(dòng)）實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)平穩(wěn)傳動(dòng)。并注意舞臺(tái)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與拖動(dòng)機(jī)構(gòu)相匹配，共同達(dá)到舞臺(tái)設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：動(dòng)控舞臺(tái)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、鋼絲繩傳動(dòng)、主軸設(shè)計(jì) Abstract Along with the people culture living standard enhancement, is more and more high to the stage items on the program quality requirement. The stage modernization, the intellectualization are the inevitable development tendency. The home although had a part of stage to refer to the overseas stage form, but the whole technical level was lower, could not satisfy the stage use each kind of function to request. This article take the Beijing broadcast television center 800㎡telecasts halls stage and the Changchun Movie Studio stage as an example, enables the stage realization steady transmission through the choice reasonable transmission system, the length to achieve 12 meters modernizations move control the stage. Optimum velocity 8m/min expands and contracts which through the stage, the electric motor and the reduction gear which the choice matches, and through enables the stage to the V-belt pulley design to meet the speed requirements, thus rests on completes the main axle the design. Chooses the reasonable transmission system (rope drive) to realize the stage steady transmission. And pays attention to the stage transmission system with to drive the organization to match, meets the stage design requirements together. Key word: Moves controls the stage, the transmission system, the rope drive, the main axle design 目 錄 前言·········································（2） 第一章 智能舞臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)成··················（3） 第二章 舞臺(tái)設(shè)計(jì)總體原則······················（15） 第三章 舞臺(tái)電動(dòng)機(jī)的選擇要求與原則············（17） 第四章 減速器的選擇要求與原則················（19） 第五章 舞臺(tái)拖動(dòng)設(shè)計(jì)··························（19） 第六章 主軸的設(shè)計(jì)····························（21） 結(jié)論·········································（30） 致謝·········································（31） 參考文獻(xiàn)·····································（32） 前 言 舞臺(tái)機(jī)械是舞臺(tái)設(shè)備的主干，是影劇院禮演堂和各種綜藝活動(dòng)的重要組成部分，對(duì)舞臺(tái)幕布、舞臺(tái)燈光的設(shè)計(jì)起至關(guān)重要的作用！舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)的好壞直接影響到舞臺(tái)的整體效果，他就好比一幢大樓的根基一樣！而且舞臺(tái)機(jī)械設(shè)計(jì)和安全也有很大的關(guān)系，舞臺(tái)機(jī)械主要由舞臺(tái)吊桿組成--有幕布吊桿、燈光吊桿和景物吊桿！ ???　 舞臺(tái)吊標(biāo)分為電動(dòng)和手動(dòng)兩種,它主要用于懸吊和升降各種幕布、燈具、布景等物，是上下左右頻繁移動(dòng)機(jī)械,所以吊桿也是舞臺(tái)安全的主要系數(shù)。電動(dòng)吊桿的作用可以降低工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，起至事半功倍的效果,如果一個(gè)舞臺(tái)的深度有14米,我們可以為他設(shè)置電動(dòng)吊桿38道，其中24道景桿（含一道前沿幕）、14道備用吊桿【包括2道二維側(cè)光燈架】，一道升降電影銀幕架、1道燈光渡橋及無(wú)極均勻伸縮大幕機(jī)1套。 　　 通過(guò)我們多年使用舞臺(tái)吊桿機(jī)械的經(jīng)驗(yàn),我們認(rèn)為泰州長(zhǎng)江影視工程設(shè)備廠生產(chǎn)的產(chǎn)品，性能最穩(wěn)定，安全最可靠，已經(jīng)被上百家劇院采用。其運(yùn)用了蝸輪蝸桿減速系統(tǒng)、材質(zhì)為錫青銅，磨擦系數(shù)小，傳動(dòng)效率高。有防沖頂保護(hù)、上下限保護(hù)?；啚殄冧\防跳繩花輪，安裝不須焊接在滑輪梁上，如焊死，以后維修、調(diào)整極不方便。長(zhǎng)江影視設(shè)備廠的滑輪都是用抱箍羅栓固定。當(dāng)?shù)鯒U升、降至某一位置時(shí)，ABS抱死系統(tǒng)立即斷火緊鎖馬達(dá)，這樣確保吊桿停至此位置下滑系數(shù)最小,安全性達(dá)到最高。且強(qiáng)弱電分開(kāi)控制。 　　所以在這里設(shè)計(jì)了舞臺(tái)機(jī)械的具體參數(shù): ?? ?A、景物吊桿技術(shù)參數(shù)如下： ???　電機(jī)功率：2.2KW?吊點(diǎn)數(shù)：4個(gè) ???　升降速度：0.27m/s?桿體長(zhǎng)暫定：16米 ???　電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分?速比為：?40：1 ???　提升荷載為：400KG?桿體為鋼管 ???　控制方式：點(diǎn)控 ???該型吊相具有上下限位，沖頂保護(hù)裝置。制動(dòng)形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB. ???吊桿桿體用兩根Φ50黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。 ?? ?B、燈光吊桿技術(shù)參數(shù)如下： ???　電機(jī)功率：3KW?　?吊點(diǎn)數(shù)：4個(gè) ???　升降速度：0.18m/s?桿體長(zhǎng)暫定：14米 ???　電機(jī)轉(zhuǎn)速：1400轉(zhuǎn)/分?　速比為：?50：1 ???　提升荷載為：600KG?桿體為?50黑鐵管吊桿 ???控制方式：點(diǎn)控 ???該型吊桿具有上下限位，沖頂保護(hù)裝置。制動(dòng)形式：蝸輪、蝸桿自鎖，電磁抱閘。噪音≤45dB。 ???吊桿桿體用Φ50；黑鐵管焊接成吊桿，中間接頭內(nèi)襯鋼管。最后均刷防銹漆兩遍，外層噴黑色油漆。 第一章 智能舞臺(tái)控制系統(tǒng)構(gòu)成 1． 舞臺(tái)臺(tái)面組成 舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)的升降、移動(dòng)升降、旋轉(zhuǎn)、升降旋轉(zhuǎn)、伸縮、伸縮升降等運(yùn)動(dòng)，舞臺(tái)的基礎(chǔ)變化將達(dá)到數(shù)十到近百種，從而達(dá)到舞臺(tái)與舞美、演員、場(chǎng)景、燈光等協(xié)調(diào)變化功能，避免了傳統(tǒng)的為一次性使用而反復(fù)搭建基礎(chǔ)舞臺(tái)造成的人力、物力、財(cái)力的浪費(fèi)，縮短了節(jié)目舞臺(tái)準(zhǔn)備周期，使精彩紛呈的演出更加豐富多彩、變幻無(wú)窮。 智能舞臺(tái)臺(tái)面控制系統(tǒng)主要針對(duì)單元舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)進(jìn)行控制。圖1為某廣播電視中心800mm演播廳智能舞臺(tái)臺(tái)面結(jié)構(gòu)，包括5個(gè)升降臺(tái)面，一個(gè)通道臺(tái)面，一個(gè)旋轉(zhuǎn)臺(tái)面和一個(gè)T型臺(tái)面，其中1#~5#為升降臺(tái)，6#為通道臺(tái)，7#為旋轉(zhuǎn)臺(tái)，8#為帶伸縮功能的T型臺(tái)。8塊活動(dòng)臺(tái)面均有現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)和自動(dòng)工作方式選擇，當(dāng)選擇工作方式時(shí)，其所有動(dòng)作均由PLC完成。通過(guò)上位機(jī)（監(jiān)控計(jì)算機(jī)）可實(shí)現(xiàn)整體舞臺(tái)活動(dòng)臺(tái)面的監(jiān)視和控制。 T形臺(tái)8# 升降臺(tái)1# 升降臺(tái)2# 升降臺(tái)3# 升降臺(tái)4# 升降臺(tái)5# 旋轉(zhuǎn)臺(tái)7# 通道臺(tái)6# 圖1 舞臺(tái)臺(tái)面構(gòu)成 2． 臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制原理 以升降臺(tái)面控制系統(tǒng)為例，說(shuō)明升降臺(tái)面控制回路工作原理[2]。如圖2所示，舞臺(tái)的臺(tái)面運(yùn)動(dòng)部分由單元舞臺(tái)臺(tái)面、叉臂升降和液壓傳動(dòng)結(jié)構(gòu)組成，而臺(tái)面監(jiān)控部分由上位監(jiān)控機(jī)和 PLC組成，泵站提供液壓源。系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，由上位機(jī)下達(dá)舞臺(tái)臺(tái)面運(yùn)動(dòng)量的指令，PLC接受指令，判斷決策，然后向泵站電流及液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)發(fā)出命令。泵站開(kāi)始工作，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中油缸活塞推動(dòng)叉臂機(jī)構(gòu)按輸入要求帶動(dòng)升降舞臺(tái)進(jìn)行升降運(yùn)動(dòng)。此時(shí)安裝在叉臂移動(dòng)滾輪上的編碼器開(kāi)始旋轉(zhuǎn)記錄行程，它隨時(shí)檢測(cè)升降臺(tái)的升降高度。系統(tǒng)中采用型號(hào)為KSJ1200編碼器，其旋轉(zhuǎn)速度為0.8圈/秒，在整個(gè)1200mm行程上編碼器約旋轉(zhuǎn)5圈，每圈產(chǎn)生500個(gè)脈沖，共產(chǎn)生5×500=2500個(gè)脈沖，平均1個(gè)脈沖代表1200/2500=0.5mm。這樣，控制精度可控制在±1mm。各升降舞臺(tái)即可獨(dú)立運(yùn)行，也可同步運(yùn)行。根據(jù)各個(gè)舞臺(tái)的不同要求組合成各種不同尺寸、不同形狀及不同面積、不同功能的舞臺(tái)。同理伸縮舞臺(tái)控制系統(tǒng)的工作原理大致相同。 單元臺(tái)面 叉臂結(jié)構(gòu) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 泵站機(jī)構(gòu) 編碼器 PLC 上位監(jiān)控機(jī) 操作 圖2 升降臺(tái)臺(tái)面控制回路示意圖 通過(guò)各單元舞臺(tái)的升降、伸縮或旋轉(zhuǎn)變化，滿足演出過(guò)程中對(duì)舞臺(tái)整體變化、各種道具及人員升降或旋轉(zhuǎn)的要求。 3． 臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)配置 如圖3所示，舞臺(tái)臺(tái)面控制系統(tǒng)主要由四大部分組成。分別是操作臺(tái)、PLC控制柜、液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和各活動(dòng)單元舞臺(tái)臺(tái)面。 操作臺(tái) 觸摸屏 IPC ADAM4520 PLC柜 電源控制柜 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 臺(tái)面1# 臺(tái)面2# 臺(tái)面3# 臺(tái)面4# 臺(tái)面5# 臺(tái)面6# 臺(tái)面7# 臺(tái)面8# 圖3 臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖 1） 操作臺(tái) 操作臺(tái)主要完成系統(tǒng)的操作任務(wù)。觸摸屏和工控機(jī)各自獨(dú)立工作。在觸摸屏操作界面上可以完成系統(tǒng)的操作任務(wù)，具體就是單元舞臺(tái)的各種工作，在IPC編程界面上可以完成系統(tǒng)的編程。 2） ADAM4520 亞當(dāng)姆塊為通訊接口，將上位機(jī)與PLC的通信協(xié)議轉(zhuǎn)換為RS-422/RS-458串行通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，起通訊作用。 3） 控制柜 控制部分由PLC柜和電源控制柜組成。PLC柜主要完成系統(tǒng)的控制任務(wù)，包括PLC主機(jī)、通信模塊、輸入模塊、輸出模塊等。PLC主機(jī)接收到給定值及反饋值信號(hào)后，根據(jù)其內(nèi)部的程序進(jìn)行邏輯運(yùn)算，按設(shè)計(jì)要求控制各個(gè)輸出點(diǎn)，由執(zhí)行元件實(shí)施具體的動(dòng)作，電源控制柜主要完成系統(tǒng)供電、保護(hù)系統(tǒng)供電和液壓系統(tǒng)泵站電機(jī)的供電任務(wù)，包括斷路器、缺相檢測(cè)單元和見(jiàn)機(jī)保護(hù)設(shè)備等組成。 當(dāng)操作員發(fā)出啟動(dòng)油泵指令后，程序邏輯控制器（PLC）就給泵站主變頻電機(jī)的接觸器的線圈KM上電，主油泵電機(jī)工作，油壓上升到設(shè)計(jì)要求后，自動(dòng)通知操作員。然后操作員可選擇舞臺(tái)效果，如按上升命令時(shí)，舞臺(tái)上升。若所選擇的單元舞臺(tái)上升到位后，就給程序邏輯控制器（PLC）發(fā)出一個(gè)信號(hào)，程序邏輯控制器（PLC）接到此信號(hào)后，啟動(dòng)維持正常油壓的維持油泵電機(jī)，當(dāng)維持油泵電機(jī)正常工作后，切斷主油泵電機(jī)，主油泵電機(jī)停止工作。這樣，主油泵電機(jī)僅在單元舞臺(tái)上升和下降時(shí)工作，油壓的維持靠維持電機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，既減少了噪音，同時(shí)起到節(jié)能的作用。油泵電機(jī)控制流程圖見(jiàn)圖4所示。 啟動(dòng) PLC 主油泵電機(jī)啟動(dòng) 主油泵電機(jī)工作 臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制 臺(tái)面到位否？ 關(guān)斷主電機(jī) Y N 啟動(dòng)維持電機(jī) 下次啟動(dòng) 圖4 油泵電機(jī)控制流程圖 4. 臺(tái)面運(yùn)動(dòng)控制回路的組成 舞臺(tái)臺(tái)面控制回路是由臺(tái)面、叉臂傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[4]、液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)[3]、PLC、上位監(jiān)控機(jī)[5]等部分組成，其控制回路原理圖參見(jiàn)圖5。操作人員通過(guò)人機(jī)界面向PLC發(fā)出給定指令，測(cè)量裝置對(duì)舞臺(tái)升降及旋轉(zhuǎn)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，檢測(cè)值與給定值比較，PLC經(jīng)邏輯運(yùn)算，命令執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)舞臺(tái)升降或旋轉(zhuǎn)。 給定值 上位機(jī) + PLC決策 e 液壓傳動(dòng)裝置 檢測(cè)裝置 檢測(cè)值 - 圖5 臺(tái)面控制回路原理圖 5. 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 1）臺(tái)面尺寸 ①1#~5#升降臺(tái)位于舞臺(tái)后部，尺寸為3700mm×3000mm，主臺(tái)面凈升降高度1200mm，臺(tái)面閉合高度600mm，單元舞臺(tái)組合成單排五列布置安裝在地平面上。 ②6#通道臺(tái)位于旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)與臺(tái)階升降臺(tái)之間，為方便演員在演出過(guò)程中順利地從升降臺(tái)到旋轉(zhuǎn)臺(tái)而設(shè)計(jì)。當(dāng)演員登上旋轉(zhuǎn)臺(tái)時(shí)，通道臺(tái)落到與地面齊平。臺(tái)面尺寸為1800mm×940mm，臺(tái)面凈升降高度1200mm，臺(tái)面閉合高度600mm，臺(tái)階升降臺(tái)的靜載300Kg/m，動(dòng)載150 Kg/m，升降速度2400mm/min。旋轉(zhuǎn)臺(tái)面及通道升降臺(tái)面用有機(jī)玻璃裝修而成。通道升降臺(tái)與旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)組成互動(dòng)升降，使旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)形成多種立體藝術(shù)效果。 ③7#旋轉(zhuǎn)臺(tái)位于智能舞臺(tái)中部，臺(tái)面尺寸Ф3600mm，靜載400Kg/m，動(dòng)載為150Kg/m；凈升降高度1200mm，升降速度2400mm/min，旋轉(zhuǎn)速度600~4000mm/min可調(diào)；最低高度600mm，臺(tái)面可正反向旋轉(zhuǎn)。 ④智能化舞臺(tái)的前部有1個(gè)單元伸縮、升降舞臺(tái)[6]，也就是8#臺(tái)。伸縮活動(dòng)舞臺(tái)臺(tái)面尺寸為3700mm×5400mm（由3個(gè)3700mm×1800mm臺(tái)面組成），伸縮距離分別為1800mm\3600mm\5400mm；伸縮舞臺(tái)基礎(chǔ)高度為450mm，舞臺(tái)上3個(gè)升降臺(tái)，其臺(tái)面尺寸為3700mm×1800mm，升降高度150mm左右與固定臺(tái)補(bǔ)平；伸縮臺(tái)靜載為300Kg/m，，伸縮速度2000mm/min。固定舞臺(tái)大小面積為20000mm×9600mm，高度為600mm，載荷為500Kg/m，由鋼框架及木版制成。臺(tái)口臺(tái)階尺寸為3700mm×300mm×150mm，靜載為300Kg/m。 2）控制程序流程 在控制系統(tǒng)中單元舞臺(tái)臺(tái)面是一個(gè)非常特殊控制對(duì)象，與液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)相比，它質(zhì)量大，從幾噸到幾十噸都有，臺(tái)面運(yùn)動(dòng)與叉臂運(yùn)動(dòng)是一致的，其傳遞函數(shù)近似地看成是一個(gè)比例環(huán)節(jié)。液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)間常數(shù)不大，所以這里采取邏輯控制策略。因?yàn)樯炜s升降臺(tái)和旋轉(zhuǎn)臺(tái)決策原理同升降臺(tái)一樣，以升降臺(tái)為例說(shuō)明其控制原理。 根據(jù)廣電中心演播廳的現(xiàn)場(chǎng)要求及技術(shù)指標(biāo)，要求5個(gè)升降臺(tái)閉合高度為600mm，凈升降高度為1200mm，整個(gè)升降高度共分四個(gè)階段完成，每一階段高度為300mm。每個(gè)升降臺(tái)即可以一次性升降到指定高度后停止，也可以分階段升降，即每次只升降300mm停止，多次升降到指定高度。五個(gè)升降臺(tái)可以同步進(jìn)行升降到指定高度值。臺(tái)面高度指定值i，按照分四個(gè)階段共有五個(gè)高度值分別賦值給五個(gè)變量：i=1200，i=900，i=600，i=300，i=0。下面以1#升降單元舞臺(tái)為例，闡述其具體的工作過(guò)程，程序流程如圖6所示。 EM232 操作臺(tái) ADAM1520 電源 CPU226 通訊塊 接口 EM223 EM223 EM223 變頻器 泵站 電機(jī) 旋轉(zhuǎn)臺(tái) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 1#-5#升降臺(tái) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 通道臺(tái) 液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 伸縮梯形臺(tái) 備用 圖6 PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖 6. 控制系統(tǒng)硬件設(shè)備 800m演播廳智能化舞臺(tái)主要由前區(qū)伸縮T形臺(tái)、中區(qū)旋轉(zhuǎn)升降臺(tái)及通道升降臺(tái)、固定臺(tái)、后區(qū)臺(tái)階升降臺(tái)、電氣驅(qū)動(dòng)及液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、智能化控制系統(tǒng)及軟件等部分組成?？刂葡到y(tǒng)硬件設(shè)備如附表。 附表 基本配置表 品號(hào) 設(shè)備名稱 型號(hào)規(guī)格 單位 數(shù)量 Z-1 臺(tái)階升降臺(tái) HSJ1200型 套 5 Z-2 通道升降臺(tái) HTDSJ1200型 套 1 Z-3 旋轉(zhuǎn)升降臺(tái) HXS3600/1200型 套 1 Z-4 伸縮升降臺(tái) HSS5400型 套 1 Z-5 固定臺(tái) HGD600型 套 1 Z-6 固定臺(tái)階 HTJ150型 套 5 Z-7 油缸 CJT140-CA100C1 套 1 Z-8 減速器 RDY100-60Y1.1-ZA-B11 套 1 Z-9 觸摸屏 臺(tái)達(dá)PWS-1700-STN 套 1 Z-10 PLC Siemens s7-200CPU226 套 1 7. 控制系統(tǒng)監(jiān)控點(diǎn)統(tǒng)計(jì) 針對(duì)本文所描述的廣電中心800m演播廳單元舞臺(tái)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，共需要監(jiān)控點(diǎn)96個(gè)，其中輸入點(diǎn)57個(gè)，輸出點(diǎn)39個(gè)。 根據(jù)廣電中心800m演播廳活動(dòng)舞臺(tái)設(shè)計(jì)要求，采用一臺(tái)PLCS7-200，其配置如下： ①CPU226 1個(gè) 主機(jī) ②EM223 3個(gè) （擴(kuò)展模塊） ③EM232 1個(gè) （擴(kuò)展模塊） 其中，CPU226控制泵站電機(jī)變頻器，1#~3#泵站及旋轉(zhuǎn)臺(tái)旋轉(zhuǎn)動(dòng)作。1#EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)1#~5#升降臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)；2#EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)升降及通道臺(tái)升降運(yùn)動(dòng)；3#EM223輸出點(diǎn)驅(qū)動(dòng)伸縮T形臺(tái)伸縮及升降運(yùn)動(dòng)。EM232作備用。PLC網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖7所示。 啟動(dòng)油泵電機(jī) 主油泵電機(jī)是否故障？ 1#升降舞臺(tái)工作方式？ 取給定值i 計(jì)算偏差e=給定值?反饋值 E>0？ PLCQ1輸出1#升降舞臺(tái)上升電磁閥SV1上電1#升降舞臺(tái)上升i PLCQ1輸出1#升降舞臺(tái)上升電磁閥SV1上電1#升降舞臺(tái)下降i 取反饋值 取反饋值 1#升降舞臺(tái)上升 1#升降舞臺(tái)下降 1#升降舞臺(tái)是否上升到最高位？ PLCQ1輸出1#升降舞臺(tái)上升電磁閥SV1上電1#升降舞臺(tái)上升i 按[上升]命令 手動(dòng)方式 Y N Y N N N Y N 自動(dòng)方式 圖7 1#舞臺(tái)升降程序流程示意圖 由上面的實(shí)例，可借鑒到本舞臺(tái)設(shè)計(jì)中。下面為舞臺(tái)設(shè)計(jì)內(nèi)容。 第二章 舞臺(tái)設(shè)計(jì)總體原則 1、?鋼結(jié)構(gòu) ???a)?所有承重的鋼結(jié)構(gòu)件，其結(jié)構(gòu)剛度大于1：1000 ???b)?鋼結(jié)構(gòu)件應(yīng)設(shè)計(jì)合理，鋼結(jié)構(gòu)及其接頭應(yīng)能承受最大額定載荷和由緊急停車造成的沖擊載荷； ???c)?鋼結(jié)構(gòu)件所用材料應(yīng)符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；? ???d)?鋼結(jié)構(gòu)焊縫須符合有關(guān)規(guī)定，主要焊縫應(yīng)進(jìn)行無(wú)損探傷檢查； ?? 2、?吊物與卷?yè)P(yáng)裝置 ???①?卷?yè)P(yáng)機(jī)?卷?yè)P(yáng)機(jī)上的電動(dòng)機(jī)和制動(dòng)器應(yīng)聯(lián)合動(dòng)作，只有電動(dòng)機(jī)電源接通時(shí)，才能許可制動(dòng)器打開(kāi)；萬(wàn)一制動(dòng)器打開(kāi)，而電動(dòng)機(jī)沒(méi)有接通電源?時(shí)，只許吊桿（負(fù)載）靜止或低速下降；? ???②?卷筒組件 ???※?卷筒直徑不小于鋼絲繩直徑的30倍； ???※?卷筒用優(yōu)質(zhì)灰鑄鐵或厚壁無(wú)縫鋼管焊接并經(jīng)精確機(jī)械加工而成； ???※?鋼絲繩嶼卷筒繩槽中心線的夾角應(yīng)中于2.5度； ???※?卷筒組件應(yīng)設(shè)計(jì)防止鋼絲繩在負(fù)荷或松馳狀態(tài)下跳槽的裝置。??? ???③?滑輪 ???※?滑輪的節(jié)圓直徑，不應(yīng)小于鋼索直徑的28倍； ???※?滑輪及滑輪組應(yīng)采用滾動(dòng)軸承支承； ???※?滑輪及滑輪組應(yīng)有防止鋼絲繩脫槽的保護(hù)裝置。 ???※?鋼絲繩與滑輪的偏角不超過(guò)2.5度。? ???④鋼絲繩 ???※?懸吊鋼絲繩應(yīng)為帶有人造纖維芯的軟鋼絲繩； ???※?預(yù)先檢驗(yàn)：供貨時(shí)所有的鋼絲繩均應(yīng)分批測(cè)試； ???※?現(xiàn)場(chǎng)處理：鋼絲繩在安裝期間應(yīng)小心處理，不能以任何方式技術(shù)打結(jié)或損壞；受損或變形的鋼絲繩不予接收。所有切斷頭都應(yīng)妥善處理； ???※?安裝：鋼絲繩不應(yīng)與設(shè)備的固定或移動(dòng)部分磨擦，在有損壞或卡住風(fēng)險(xiǎn)的地方，應(yīng)采取正確防護(hù)措施； ???※?懸掛支承：穿過(guò)頂樓的轉(zhuǎn)向滑輪或在其它需要懸掛支承的地方，鋼絲繩應(yīng)在滑輪上進(jìn)行支承。?? ???⑤?鋼絲繩配件 ???※?鋼絲繩配件應(yīng)采用表面鍍鋅的標(biāo)準(zhǔn)配件； ???※?鋼絲繩配件規(guī)格尺寸與鋼絲繩匹配； ???※?使用鋼絲繩夾的地方，每個(gè)接頭至少使便用3個(gè)正確安裝的繩夾。 ??3、?吊桿?? ???a)?吊桿采用圓管桿或桁架桿，管子或構(gòu)架應(yīng)平直、無(wú)扭曲變形； ???b)?管桿采用優(yōu)質(zhì)無(wú)縫鋼管制造； ???c)?桿的接頭應(yīng)盡量少，接頭采用實(shí)心圓棒與管子配合； ???d)?懸吊鋼絲繩的端頭用單獨(dú)安裝于桿上的調(diào)節(jié)裝置進(jìn)行調(diào)整； ???e)?管端：管端應(yīng)配有帶醒目顏色的永久性塑料帽或鋼封頭；?? ??4、?限位、定位、超程開(kāi)關(guān)? ???a)?限位及定位開(kāi)關(guān) ???i.?行程終止限們開(kāi)關(guān)：行程終止限位開(kāi)關(guān)應(yīng)能測(cè)出設(shè)備正常行程綹并使之停車； ???ii.?中間定位開(kāi)關(guān)：在合適的地方配置中間定位開(kāi)關(guān)和減速開(kāi)關(guān)； ???iii.?直接碰撞限位開(kāi)關(guān)：行程終止限位開(kāi)關(guān)也可選用直接碰撞限位開(kāi)關(guān)。 ???b)?超程限位開(kāi)關(guān) ???超程限位開(kāi)關(guān)：所有電動(dòng)設(shè)備都應(yīng)安裝單獨(dú)的超程限位開(kāi)關(guān)，以防行程終止限位開(kāi)關(guān)發(fā)生故障導(dǎo)致機(jī)械損傷。 ??5、?電動(dòng)機(jī)? ???a)?工作循環(huán)：舞臺(tái)機(jī)械按斷續(xù)操作設(shè)定。每個(gè)工作循環(huán)規(guī)定為在載荷條件下6次全行程運(yùn)轉(zhuǎn)并有15min停頓； ???b)?電動(dòng)機(jī)型號(hào)：舞臺(tái)機(jī)械的偉動(dòng)裝置，采用國(guó)內(nèi)第一品牌上海躍進(jìn)電動(dòng)機(jī)。 ???c)?功率因素：所有電動(dòng)機(jī)的功率因素應(yīng)大于或等于0.85。 第三章 舞臺(tái)電動(dòng)機(jī)的選擇要求與原則 步進(jìn)電機(jī)是一種能將數(shù)字輸入脈沖轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)或直線增量運(yùn)動(dòng)的電磁執(zhí)行元件。每輸入一個(gè)脈沖電機(jī)轉(zhuǎn)軸步進(jìn)一個(gè)步距角增量。電機(jī)總的回轉(zhuǎn)角與輸入脈沖數(shù)成正比例，相應(yīng)的轉(zhuǎn)速取決于輸入脈沖頻率。? ? ?步進(jìn)電機(jī)是機(jī)電一體化產(chǎn)品中關(guān)鍵部件之一，通常被用作定位控制和定速控制。步進(jìn)電機(jī)慣量低、定位精度高、無(wú)累積誤差、控制簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如：數(shù)控機(jī)床、包裝機(jī)械、計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)等。?? ? ?選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要保證步進(jìn)電機(jī)的輸出功率大于負(fù)載所需的功率。而在選用功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，首先要計(jì)算機(jī)械系統(tǒng)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩，電機(jī)的矩頻特性能滿足機(jī)械負(fù)載并有一定的余量保證其運(yùn)行可靠。在實(shí)際工作過(guò)程中，各種頻率下的負(fù)載力矩必須在矩頻特性曲線的范圍內(nèi)。一般地說(shuō)最大靜力矩Mjmax大的電機(jī)，負(fù)載力矩大。? ?? 選擇步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)使步距角和機(jī)械系統(tǒng)匹配，這樣可以得到機(jī)床所需的脈沖當(dāng)量。在機(jī)械傳動(dòng)過(guò)程中為了使得有更小的脈沖當(dāng)量，一是可以改變絲桿的導(dǎo)程，二是可以通過(guò)步進(jìn)電機(jī)的細(xì)分驅(qū)動(dòng)來(lái)完成。但細(xì)分只能改變其分辨率，不改變其精度。精度是由電機(jī)的固有特性所決定。? ?? ?選擇功率步進(jìn)電機(jī)時(shí)，應(yīng)當(dāng)估算機(jī)械負(fù)載的負(fù)載慣量和機(jī)床要求的啟動(dòng)頻率，使之與步進(jìn)電機(jī)的慣性頻率特性相匹配還有一定的余量，使之最高速連續(xù)工作頻率能滿足機(jī)床快速移動(dòng)的需要。? ???? 選擇步進(jìn)電機(jī)需要進(jìn)行以下計(jì)算：? ? ?（1）計(jì)算齒輪的減速比? ?????根據(jù)所要求脈沖當(dāng)量，齒輪減速比i計(jì)算如下:? ?????????????i=(φ?S)/(360?Δ)??????????????? (1-1)??? ?式中φ?---步進(jìn)電機(jī)的步距角（o/脈沖）?????? ??????S?---絲桿螺距（mm)? ??????Δ---(mm/脈沖）? ? （2）計(jì)算工作臺(tái)，絲桿以及齒輪折算至電機(jī)軸上的慣量Jt。? ?????????Jt=J1+（1/i2)[(J2+Js）+W/g（S/2π)2]???? （1-2）? ?????式中Jt?---折算至電機(jī)軸上的慣量(Kg?cm?s2)? ??????J1、J2?---齒輪慣量(Kg?cm?s2)? ????????Js?----絲桿慣量(Kg?cm?s2)????????W---工作臺(tái)重量（N）?? ???????S?---絲桿螺距（cm）? ?（3）計(jì)算電機(jī)輸出的總力矩M?? ????????M=Ma+Mf+Mt??????????????????????????? （1-3）? ?????????Ma=（Jm+Jt) ?n/T×1.02×10ˉ2??????????????????????（1-4）? ?????式中Ma?---電機(jī)啟動(dòng)加速力矩（N?m)? ?????????Jm、Jt---電機(jī)自身慣量與負(fù)載慣量(Kg?cm?s2)? ?????????n---電機(jī)所需達(dá)到的轉(zhuǎn)速（r/min）? ????????T---電機(jī)升速時(shí)間（s）? ????????Mf=(u?W?s)/(2πηi)×10ˉ2?????????????????????????（1-5）? ???????Mf---導(dǎo)軌摩擦折算至電機(jī)的轉(zhuǎn)矩（N?m)? ??????u---摩擦系數(shù)? ???????η---傳遞效率? ???????Mt=(Pt?s)/(2πηi)×10ˉ2????????????????????????（1-6）????? ???????Mt---切削力折算至電機(jī)力矩（N?m)? ???????Pt---最大切削力（N）? ?? （4）負(fù)載起動(dòng)頻率估算。數(shù)控系統(tǒng)控制電機(jī)的啟動(dòng)頻率與負(fù)載轉(zhuǎn)矩和慣量有很大關(guān)系，其估算公式為? ???????fq=fq0[(1-(Mf+Mt))/）÷(1+Jt/Jm)]??1/2??????????????（1-7）? ?????式中fq---帶載起動(dòng)頻率（Hz）? ?????fq0---空載起動(dòng)頻率? ?????Ml---起動(dòng)頻率下由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩（N?m)? ?????若負(fù)載參數(shù)無(wú)法精確確定,則可按fq=1/2fq0進(jìn)行估算。? ?? （5）運(yùn)行的最高頻率與升速時(shí)間的計(jì)算。由于電機(jī)的輸出力矩隨著頻率的升高而下降，因此在最高頻率?時(shí)，由矩頻特性的輸出力矩應(yīng)能驅(qū)動(dòng)負(fù)載，并留有足夠的余量。? ???? （6）負(fù)載力矩和最大靜力矩Mmax。負(fù)載力矩可按式（1-5）和式（1-6）計(jì)算，電機(jī)在最大進(jìn)給速度時(shí)，由矩頻特性決定的電機(jī)輸出力矩要大于Mf與Mt之和，并留有余量。一般來(lái)說(shuō)，Mf與Mt之和應(yīng)小于（0.2?～0.4)Mmax。 第四章 減速器的選擇要求與原則 通過(guò)對(duì)電動(dòng)機(jī)的性能了解以及舞臺(tái)動(dòng)空的要求，選擇適當(dāng)?shù)臏p速器。蝸桿減速器的特點(diǎn)是在外輪廓尺寸不大的情況下，可以獲得大的傳動(dòng)比，工作穩(wěn)定，噪聲較小，但效率較低。其中應(yīng)用最廣的是單級(jí)蝸桿減速器，兩級(jí)蝸桿減速器則應(yīng)用較少。單級(jí)蝸桿減速器根據(jù)蝸桿的位置可分為上蝸桿、下蝸桿及側(cè)蝸桿三種。單級(jí)蝸桿減速器常用的傳動(dòng)比i=10—70。選擇蝸桿配置方案時(shí)，應(yīng)盡可能地選用下蝸桿的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇藭r(shí)的潤(rùn)滑和冷卻問(wèn)題均較易解決，同時(shí)蝸桿軸承的潤(rùn)滑也很方便。當(dāng)蝸桿的圓周速度大于4—5m/s時(shí)，為了減少攪油和飛濺時(shí)損耗的功率，可采用上蝸桿結(jié)構(gòu)。根據(jù)本設(shè)計(jì)所需的傳動(dòng)比與圓周速度，選擇單級(jí)下蝸桿結(jié)構(gòu)減速器。 第五章 舞臺(tái)傳動(dòng)設(shè)計(jì) 國(guó)內(nèi)有大多數(shù)劇場(chǎng)采用的是3米舞臺(tái)的伸縮來(lái)實(shí)現(xiàn)舞臺(tái)效果，例如藍(lán)桂坊。這些只能滿足比較小的場(chǎng)合。所以過(guò)內(nèi)需要一些比較大點(diǎn)的T型舞臺(tái)，例如長(zhǎng)影所設(shè)計(jì)的，應(yīng)用的合理。下面所設(shè)計(jì)的是12米T型舞臺(tái)的伸縮。 舞臺(tái)的行進(jìn)速度控制在8m/min左右時(shí)，舞臺(tái)上的模特才能正常行走，不至于不適應(yīng)。怎樣能把舞臺(tái)進(jìn)速度控制在8m/min呢？從總體設(shè)計(jì)角度看，應(yīng)由舞臺(tái)行進(jìn)速度往前推，來(lái)選擇電動(dòng)機(jī)和減速器。如果還達(dá)不到要求，應(yīng)從滾輪直徑上找，設(shè)計(jì)要求主軸轉(zhuǎn)速為10轉(zhuǎn)/min。 初步估算槽輪的直徑D=250mm，這樣主軸旋轉(zhuǎn)一分鐘時(shí)前進(jìn)8m左右，而槽輪旋轉(zhuǎn)一周舞臺(tái)將前進(jìn)S=πD=3.14×250=758mm，L=758mm×10轉(zhuǎn)/min=7.58m，近似于8m，所以舞臺(tái)的速度就可以控制在8m/min。估算皮帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比為1.8，則減速器所輸出的轉(zhuǎn)速約為18轉(zhuǎn)/min，選擇的減速器的傳動(dòng)比為1：50，則推算出電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速n=18轉(zhuǎn)/min×50=900轉(zhuǎn)/min，所以選擇電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速為910轉(zhuǎn)/min。 經(jīng)計(jì)算電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為910轉(zhuǎn)/min,，滾輪直徑為Ф254，這樣舞臺(tái)行進(jìn)速度剛好為8m/min。所以選定電機(jī)型號(hào)為Y90S-6步電電機(jī)。外購(gòu)減速器型號(hào)為WHT08-53-II的蝸桿減速器。電機(jī)與減速器布置在舞臺(tái)前半端。 如何選用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是非常關(guān)鍵的，齒輪傳動(dòng)的制造及安裝精度要求高，價(jià)格較貴，且不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。而鏈傳動(dòng)只能用于同向回轉(zhuǎn)的傳動(dòng)，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不能保持恒定的瞬時(shí)傳動(dòng)比，磨損后易發(fā)生跳齒，工作時(shí)有很大的噪聲，不宜在載荷變化很大和急速反向的傳動(dòng)中應(yīng)用，且也不宜用于傳動(dòng)距離過(guò)大的場(chǎng)合。故應(yīng)選擇適合本設(shè)計(jì)的傳動(dòng)方式，所以采用鋼絲繩傳動(dòng)。鋼絲繩傳動(dòng)價(jià)格合適，安裝簡(jiǎn)易，傳動(dòng)平穩(wěn)，適合傳動(dòng)距離很大的傳動(dòng)場(chǎng)合。鋼絲繩的直徑選擇應(yīng)滿足拉力校核強(qiáng)度，選用Φ4.7的鋼絲繩。 由于動(dòng)控裝置有非常大的慣性，必須配置一個(gè)制動(dòng)器，作用是把主軸抱住不動(dòng)，不至于舞臺(tái)沖出軌道。根據(jù)主軸結(jié)構(gòu)，可以外購(gòu)制動(dòng)器。 整套系統(tǒng)裝置得用膨脹螺絲固定在地面上，地面需光滑，有了這些基礎(chǔ)系統(tǒng)才能平穩(wěn)的運(yùn)行。各部件應(yīng)按裝配圖擺放。（見(jiàn)圖紙DKET-01-00） 舞臺(tái)由鋼絲繩拉動(dòng)行進(jìn)，鋼絲繩纏繞在滾輪上，為減輕鋼絲繩所受拉力負(fù)載過(guò)大，可減輕滾輪重量，即滾輪設(shè)計(jì)為空心。這樣可以避免鋼絲繩被拉斷。為了使鋼絲繩不打滑，不丟轉(zhuǎn)，鋼絲繩必須張緊，可用連接在鋼絲繩兩端的連接軸銜接，連接軸后端設(shè)有螺母，用來(lái)回?cái)Q鋼絲繩，調(diào)節(jié)張緊力。連接軸上必須設(shè)有彈簧來(lái)控制鋼絲繩的張緊力，使鋼絲繩不松不緊，松緊適中，不打滑和丟轉(zhuǎn)。如果沒(méi)有彈簧來(lái)控制鋼絲繩的張緊力，舞臺(tái)則在行進(jìn)開(kāi)始和結(jié)束時(shí)，裝置會(huì)因慣性發(fā)出聲響，沒(méi)有緩沖，影響整體效果。選擇彈簧時(shí)，應(yīng)選擇彈簧張緊力適當(dāng)?shù)闹行詮椈?，直徑?0mm左右，可以外購(gòu)。 已知滾輪直徑為D=254mm，長(zhǎng)度為h=220mm，纏繞的兩條鋼絲繩相距為l=7mm，鋼絲繩用螺母鎖緊在滾輪表面中心，故 Q=(h/2)/l=(110/2)/7≈16圈 C=πD=3.14×254≈800mm L=CQ=800×16≈13000mm 其中,Q為鋼絲繩所繞的圈數(shù)，C為鋼絲繩繞滾輪一圈的長(zhǎng)度，L為所需鋼絲繩的總長(zhǎng)。 由上可知，滾輪在轉(zhuǎn)15圈左右時(shí)，鋼絲繩能出去13m左右。控制鋼絲繩拉動(dòng)舞臺(tái)行進(jìn)在13m時(shí)，鋼絲繩能正好繞滿滾輪，如果超出13m，鋼絲繩將繞出滾輪。外購(gòu)鋼絲繩，選擇GB1102-74，6×7Ф4.7的鋼絲繩，總長(zhǎng)為13m。 另外，整套裝置的高度應(yīng)低于舞臺(tái)中間高度，也就是低于410mm。如果不夠，必須在地面上挖出一條供裝置行走的軌道，這樣才能使裝置在行進(jìn)過(guò)程中不能碰到舞臺(tái)支架。整套裝置用膨脹螺栓固定在地面上，地面要求光滑、結(jié)實(shí)，如果地面比較軟，則需打水泥基礎(chǔ)。 第六章 主軸的設(shè)計(jì) 1. 求減速器輸出軸上的功率P3、轉(zhuǎn)速n3和轉(zhuǎn)矩T3 若取每級(jí)齒輪傳動(dòng)的效率（包括軸承效率在內(nèi)）η=0.97，則 P3=Pη=0.75×0.97KW=0.73 KW 又 n3= n1×1/i=910×1/50 r/min =18.2 r/min 于是 T3=9550000× P3/n3=9550000×0.73/18.2 N?mm≈383050 N?mm 2. 初步確定軸的最小直徑（見(jiàn)圖1） 先初步估算軸的最小直徑。選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》表15-3，取A0=112，于是得 dmin= A0 =112× mm=39.1 mm 輸出軸的最小直徑顯然是安裝制動(dòng)器處軸的直徑dⅠ-Ⅱ。為了使所選的軸直徑dⅠ-Ⅱ與制動(dòng)器的孔徑相適應(yīng)，故需同時(shí)選取制動(dòng)器型號(hào)。購(gòu)買(mǎi)的制動(dòng)器的孔徑dⅠ=40mm,故取dⅠ-Ⅱ=40mm；制動(dòng)器長(zhǎng)度L=42mm。 圖1 軸的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 3． 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1) 擬訂軸上零件的裝配方案 軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)便于加工和裝配軸上的零件，并且生產(chǎn)率高，成本低。一般地說(shuō)，軸的結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，工藝性越好。因此，在滿足使用要求的前提下，軸的結(jié)構(gòu)形式應(yīng)盡量簡(jiǎn)化。為了便于裝配零件并去掉毛刺，軸端應(yīng)制出45°的倒角；需要磨削加工的軸段，應(yīng)留有砂輪越程槽；需要切制螺紋的軸段，應(yīng)留有退刀槽。它們的尺寸可參看標(biāo)準(zhǔn)或手冊(cè)。 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)度 （1）為了滿足制動(dòng)器的軸向定位要求，Ⅰ-Ⅱ與Ⅹ-Ⅺ軸段左端需制出一軸肩，故?、?Ⅲ段與Ⅹ-Ⅺ段的直徑dⅡ-Ⅲ=dⅩ-Ⅺ=45mm;右端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=55mm。制動(dòng)器與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L1=40mm，為了保證軸端擋圈只壓在制動(dòng)器上而不壓在軸的端面上，故Ⅰ-Ⅱ段的長(zhǎng)度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取lⅠ-Ⅱ=40mm。 （2）制動(dòng)器與軸承座支架應(yīng)有一端距離，故取lⅡ-Ⅲ=lⅩ-Ⅺ=42mm. （3）初步選擇滾動(dòng)軸承。因軸承同時(shí)受有徑向力和軸向力的作用，故選用單列圓錐滾子軸承。參照工作要求并根據(jù)dⅡ-Ⅲ=45mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取0基本游隙組、標(biāo)準(zhǔn)精度級(jí)的單列圓錐滾子軸承30309，GB276-82其尺寸為d×D×T=45mm×120mm×30mm,故dⅢ-Ⅳ=dⅨ-Ⅹ=45mm;而lⅢ-Ⅳ=lⅢ-Ⅳ=30mm。 （4）軸承左端應(yīng)有軸肩進(jìn)行軸向定位，又有圓螺母對(duì)槽輪進(jìn)行軸向定位，選取圓螺母為M48，螺母高度為15，故dⅣ-Ⅴ=48mm,切削螺紋時(shí)應(yīng)有退刀槽，取長(zhǎng)度 lⅣ-Ⅴ=51mm。 （5）根據(jù)設(shè)計(jì)出的槽輪長(zhǎng)度，取lⅤ-Ⅷ=215mm，槽輪兩端用元盤(pán)固定，根據(jù)設(shè)計(jì)出的元盤(pán)結(jié)構(gòu)，元盤(pán)轂孔直徑為50mm，長(zhǎng)度為40mm，故取dⅤ-Ⅵ=dⅦ-Ⅷ=50mm，dⅥ-Ⅶ=49mm。槽輪左端采用軸肩進(jìn)行軸向定位，定位軸肩高度h=2.5mm,因此，取dⅧ-Ⅸ=55mm,lⅧ-Ⅸ=30mm。 （6）根據(jù)大皮帶輪結(jié)構(gòu)，取安裝大皮帶輪處的軸段Ⅺ-Ⅻ的直徑dⅪ-Ⅻ=40mm,大皮帶輪左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑D=55mm.大皮帶輪與軸配合的轂孔長(zhǎng)度L=52mm,為了保證軸端擋圈只壓在大皮帶輪上而不壓在軸的端面上，故Ⅺ-Ⅻ段的長(zhǎng)度應(yīng)比L略短一些，現(xiàn)取lⅪ-Ⅻ=50mm。 至此，已初步確定了軸的各段直徑和長(zhǎng)度。 3）軸上零件的周向定位 制動(dòng)器、元盤(pán)與大皮帶輪的周向定位均采用平鍵聯(lián)接。按dⅠ-Ⅱ由手冊(cè)查得平鍵截面b×h=12mm×4.8mm,鍵槽用鍵槽銑刀加工，長(zhǎng)為35mm，同時(shí)為了保證制動(dòng)器與軸配合有良好的對(duì)中性，故選擇制動(dòng)器輪轂與軸的配合為H7/n6；元盤(pán)與軸的聯(lián)接，選用平鍵為16mm×4mm×40mm，元盤(pán)與軸的配合為H7/k6；同樣，大皮帶輪與軸的聯(lián)接，選用平鍵為12mm×4.8mm×40mm，大皮帶輪與軸餓配合為H7/n6。滾動(dòng)軸承與軸的周向定位是借過(guò)渡配合來(lái)保證的，此處選軸的直徑尺寸公差為m6。 4）確定軸上圓角和倒角尺寸 參考《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-2，取軸端倒角為1×45°，各軸肩處的圓角半徑為2×45°。 4.求軸上的載荷 首先根據(jù)軸的結(jié)構(gòu)圖（圖DKWT-01-08）作出軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖（圖2） 圖2 軸的載荷分析圖 在確定軸承的支點(diǎn)位置時(shí)，應(yīng)從手冊(cè)中查取a值。對(duì)于30309型圓錐滾子軸承，由手冊(cè)中查得a=28mm。因此，作為簡(jiǎn)支梁的軸的支承跨距L2+L3=122.5mm+143.5mm=266mm。根據(jù)軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖作出軸的彎矩圖和扭矩圖（圖1）。 從軸的結(jié)構(gòu)圖以及彎矩圖和扭矩圖中可以看出截面C是軸的危險(xiǎn)截面。計(jì)算出截面C處的MH、MV及M的值 支反力F：FNH1=3327N，F(xiàn)NH2=1675N，F(xiàn)NV1=1869N，F(xiàn)NV2=-30N 彎矩M ：MH=236217 N?mm ，MV1=132699 N?mm，MV2=-4140 N?mm 總彎矩 ：M1==270938 N?mm M2=236217+4140=236253 N?mm 扭矩T ：T3=960000 N?mm 5.抗彎扭合成應(yīng)力校核軸的強(qiáng)度 進(jìn)行校核時(shí)，通常只校核軸上承受最大彎矩和扭矩的截面（即危險(xiǎn)截面C）的強(qiáng)度。取α=0.6，軸的計(jì)算應(yīng)力 δca= M+（αT3）/W= 270938+（0.6×960000）MPa=18.6MPa 前已選定軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-1查得 [δ-1]=60MPa。因此δca<[δ-1]，故安全。 6.精確校核軸的疲勞強(qiáng)度 1）判斷危險(xiǎn)截面 截面A，B，D只受扭矩作用，雖然鍵槽、軸肩及過(guò)渡配合所引起的應(yīng)力集中均將削弱軸的疲勞強(qiáng)度，但由于軸的最小直徑是按扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度較為寬裕地確定的，所以截面A，B，D均無(wú)需校核。 從應(yīng)力集中對(duì)軸的疲勞強(qiáng)度的影響來(lái)看，截面Ⅳ和Ⅸ處過(guò)盈配合引起的應(yīng)力集中最嚴(yán)重；從受載的情況來(lái)看，截面C上的應(yīng)力最大，但應(yīng)力集中不大（過(guò)盈配合及鍵槽引起的應(yīng)力集中均在兩端），而且這里軸的直徑最大，故截面C不必校核。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》第三章附錄可知，鍵槽的應(yīng)力集中系數(shù)比過(guò)盈配合的小，因而該軸只需校核截面Ⅳ左右兩側(cè)即可。 2）截面Ⅳ右側(cè) 抗彎截面系數(shù)　　W=0.1d=0.1×45mm=9112.5 mm 抗扭截面系數(shù)　　WT =0.2d=0.2×45mm=18225 mm 截面Ⅳ右側(cè)的彎矩M為 　　　　M=270938×(122.5-30)/122.5 N?mm =204586 N?mm 截面Ⅳ上的扭矩T3為　 　　　　　T3=960000 N?mm 截面上的彎曲應(yīng)力 　　　　δb=M/W=204586/9112.5 MPa=22.45 MPa 截面上的抗轉(zhuǎn)切應(yīng)力 　　　τT = T3/WT =960000/18225 MPa =52.68 MPa 軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理。由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-1查得δB =640MPa, δ-1=275MPa,τ-1=155MPa。 截面上由于軸肩而形成的理論應(yīng)力集中系數(shù)αδ及ατ按《機(jī)械設(shè)計(jì)》附表3-2查取。因r/d=2.0/45=0.044,D/d=70/45=1.556,經(jīng)插值后可查得αδ=2.0, ατ=1.31。 又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》附圖3-1可得軸的材料的敏性系數(shù)為qδ=0.82,qτ=0.85 故有效應(yīng)力集中系數(shù)為 　　　　　　　kδ=1+qδ(αδ-1)=1+0.82×(2.0-1)=1.82 kτ=1+qτ(ατ-1)=1+0.85×(1.31-1)=1.26 由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附圖3-2得尺寸系數(shù)εδ=0.67;由附圖3-3得扭轉(zhuǎn)尺寸系數(shù)ετ=0.82。 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為βδ=βτ=0.92 軸未經(jīng)表面強(qiáng)化處理，即βq=1,則綜合系數(shù)值為 　　　　　　 　Kδ= kδ/εδ +1/βδ -1=1.82/0.67 +1/0.92 -1=2.80 Kτ= kτ/ετ +1/βτ -1=1.26/0.82 +1/0.92 -1=1.62 又由《機(jī)械設(shè)計(jì)》§3-1及§3-2得碳鋼的特性系數(shù) 　　　　　　　　ψδ=0.1―0.2, 取ψδ=0.1 ψτ=0.05―0.1, 取ψτ=0.05 于是，計(jì)算安全系數(shù)Sca值，則得 　　　 Sδ=δ-1/( Kδδa+ψδδm)=275/(2.80×22.45+0.1×0)=4.37 Sτ=τ-1/( Kττa+ψττm)=155/(1.62×26.43+0.05×26.43)=3.51 Sca= SδSτ/ Sδ + Sτ =4.37×3.51/ 4.37 +3.51 =3.28>S=1.5 故可知其安全。 3）截面Ⅳ左側(cè) 抗彎截面系數(shù)W按《機(jī)械設(shè)計(jì)》中表15-4中的公式計(jì)算： 　　　　　　 W=0.1d=0.1×48mm=11059.2mm 抗扭截面系數(shù)WT為 　　　　　　　 WT =0.2d=0.2×45mm=22118.4mm 彎矩M及彎曲應(yīng)力為 　　　　　　　 M=270938×(122.5-30)/122.5 N?mm =204586 N?mm δb=M/W=204586/11059.2 MPa=18.50 MPa 扭矩T3及扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力為 　　　　　　　 T3=960000 N?mm 　　　　　　　 τT = T3/WT =960000/22118.4 MPa =43.40 MPa 過(guò)盈配合處的　kδ/εδ值，由《機(jī)械設(shè)計(jì)》中附表3-8用插入法求出，并取kτ/ετ=0.8kδ/εδ，于是得 　　　　　　　 kδ/εδ=3.16 kτ/ετ=0.8×3.16=2.53 軸按磨削加工，由附圖3-4得表面質(zhì)量系數(shù)為βδ=βτ=0.92 故得綜合系數(shù)為 　　　　　　　 Kδ= kδ/εδ +1/βδ -1=3.16+1/0.92 -1=3.25 Kτ= kτ/ετ +1/βτ -1=2.53+1/0.92 -1=2.62 所以軸在截面Ⅳ左側(cè)的安全系數(shù)為 　　　　　 Sδ=δ-1/( Kδδa+ψδδm)=275/(3.25×18.50+0.1×0)=4.56 Sτ=τ-1/( Kττa+ψττm)=155/(2.62×21.70+0.05×21.70)=2.68 Sca= SδSτ/ Sδ + Sτ =4.56×2.68/ 4.56 +2.68 =3.15>S=1.5 故該軸在截面Ⅳ左側(cè)的強(qiáng)度也是足夠的。因本裝置的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)不對(duì)稱性，故可略去靜強(qiáng)度校核。 至此，軸的設(shè)計(jì)計(jì)算即告結(jié)束。 最后，按總體要求進(jìn)行裝配，零件圖與裝配圖見(jiàn)圖紙。 結(jié) 論 本設(shè)計(jì)所涉及的知識(shí)面有機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)的內(nèi)容、機(jī)械傳動(dòng)（繩傳動(dòng)）原理和焊接技術(shù)及材料選用。所以，通過(guò)本次題目設(shè)計(jì)可更好的掌握機(jī)械設(shè)計(jì)原理與應(yīng)用和舞臺(tái)設(shè)計(jì)的基本了解，對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作起到了很關(guān)鍵的作用。 致 謝 經(jīng)過(guò)兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，終于完成了這篇論文。此間，我查閱并參考了國(guó)內(nèi)外大量的文獻(xiàn)書(shū)刊對(duì)機(jī)械知識(shí)有了全面、系統(tǒng)、深入的認(rèn)識(shí)，增強(qiáng)了所學(xué)知識(shí)的綜合運(yùn)用能力，同時(shí)又翻譯了一定的外文資料，整個(gè)過(guò)程使我受益匪淺。 在整個(gè)寫(xiě)作過(guò)程中，張廣杰老師給我提供了大量國(guó)內(nèi)外寶貴機(jī)械專業(yè)資料，且給予我耐心的指導(dǎo)，他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)給我留下了難忘的記憶，在他們的幫助下，我學(xué)到了許多知識(shí)，相信這些在我以后的工作中會(huì)有很大的引導(dǎo)作用。在此，我向張老師表示衷心的感謝！同時(shí)也向曾給予我大力支持和幫助的老師同學(xué)表示感謝！ 由于本人才疏學(xué)淺，知識(shí)水平有限，且時(shí)間倉(cāng)促，沒(méi)有工作中的實(shí)際動(dòng)手能力，在寫(xiě)作過(guò)程中難免有疏漏和不完善之處，敬請(qǐng)諸位老師和同學(xué)給予批評(píng)指正。謝謝！ 參考文獻(xiàn) 1.《機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)》 機(jī)械工業(yè)出版社 1991年 2.《機(jī)械工程手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1996年 3.《機(jī)械工程圖學(xué)》 科學(xué)出版社 ISBN7-03-009529-4/TH.73 1992年 4.《焊工手冊(cè)》機(jī)械工業(yè)出版社 1991年 5《機(jī)械傳動(dòng)設(shè)計(jì)手冊(cè)》 江耕華等主編 煤炭工業(yè)出版社 1989年 6.《機(jī)械設(shè)計(jì)》 濮良貴、紀(jì)名剛主編 高等教育出版社 2004年