雙柱式升降機(jī)設(shè)計(jì)

雙柱式升降機(jī)設(shè)計(jì),雙柱式,升降機(jī),設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)報(bào)告(論文) 報(bào)告(論文)題目： 雙柱式升降機(jī)設(shè)計(jì) 作者所在系部： 機(jī)電工程學(xué)院 作者所在專(zhuān)業(yè)： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 作者所在班級(jí)： B13113 作 者 姓 名 ： 胡曉斌 作 者 學(xué) 號(hào) ： 20134011306 指導(dǎo)教師姓名： 賀俊杰 完 成 時(shí) 間 ： 2017.06.01 北華航天工業(yè)學(xué)院教務(wù)處制 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 摘 要 升降機(jī)是通過(guò)支撐物體的底部或者物體的某一部分來(lái)使物體達(dá)到垂直高度上的升降。其按驅(qū)動(dòng)類(lèi)型可分為機(jī)械式與液壓式兩類(lèi)，本次設(shè)計(jì)主要是針對(duì)機(jī)械式雙柱升降機(jī)來(lái)開(kāi)展工作。 機(jī)械式雙柱升降機(jī)主要由兩個(gè)舉升柱、兩個(gè)升降滑架、兩個(gè)托臂和兩個(gè)軌道式托板組成。通過(guò)帶傳動(dòng)和絲杠的螺旋傳動(dòng)將電機(jī)的動(dòng)能傳遞給托板來(lái)實(shí)現(xiàn)被載物體的上升或下降。本次設(shè)計(jì)首先確定了升降機(jī)的結(jié)構(gòu)、傳動(dòng)方法以及鎖緊機(jī)構(gòu)等設(shè)計(jì)方案；然后進(jìn)行了詳細(xì)的計(jì)算和分析來(lái)保證升降機(jī)各部分的應(yīng)力校核，使其能夠正常工作：最后為了使設(shè)計(jì)成果更加簡(jiǎn)單明了地表達(dá)，繪制了總裝配圖、主要部件零件圖和三維裝配圖。 關(guān)鍵字： 升降機(jī)；螺旋傳動(dòng)；帶傳動(dòng)；絲杠 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 Abstract The lift is an object that reaches the bottom of the object or a part of the object to lift the object up to the vertical height. According to the type of drive can be divided into mechanical and hydraulic type two, this design is mainly for mechanical double column lift to carry out the work. The mechanical double column lift consists mainly of two lifting columns, two lifting carriages, two brackets and two rail pallets. Through the belt drive and screw screw drive the kinetic energy of the motor to the pallet to achieve the object to rise or fall. This design first determines the structure of the lift, transmission methods and locking mechanism and other design; and then carried out a detailed calculation and analysis to ensure that the various parts of the elevator stress check to make it work properly: Finally, in order to make the design more Simple and clear expression, drawing the assembly map, the main parts of the parts and three-dimensional assembly map. Keywords: Lift; Screw drive; Belt drive; Screw I 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 升降機(jī)的簡(jiǎn)介及發(fā)展概況 1 1.2 升降機(jī)的分類(lèi) 1 第2章 升降機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì) 3 2.1升降機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 3 2.2舉升機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 3 第3章 原動(dòng)機(jī)的選擇 5 3.1選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 5 3.2確定原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及功率 5 第4章 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 6 4.1帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類(lèi)型選擇 6 4.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 6 第5章 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 9 5.1舉升機(jī)構(gòu)的選擇 9 5.2滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 10 第6章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 6.1 支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 14 6.2 支撐機(jī)構(gòu)的應(yīng)力校核 15 第7章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17 7.1導(dǎo)軌類(lèi)型分析選擇 17 7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算 18 7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算 19 第8章 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21 8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性 21 8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理分析 21 8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇 22 8.4 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 22 第9章 螺栓連接件的校核 24 9.1 升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核 24 9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇 25 結(jié)論 27 致 謝 28 參 考 文 獻(xiàn) 29 北華航天工業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文 第1章 緒論 1.1 升降機(jī)的簡(jiǎn)介及發(fā)展概況 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科技水平的提高。升降機(jī)被廣泛地用于廠房、賓館、大廈、商場(chǎng)、車(chē)站、施工現(xiàn)場(chǎng)等場(chǎng)所。一般升降機(jī)用于承載物體，例如：汽車(chē)舉升機(jī)、施工升降機(jī)等。生活中常用的電梯也屬于升降機(jī)的一種，當(dāng)然也可用于油漆裝修、清潔保養(yǎng)、電力線路、照明機(jī)器、高架管道等安裝維護(hù)場(chǎng)所。是一種理想的高空作業(yè)設(shè)備。因此，升降機(jī)在生活中已然成為了一種必不可少的工具，是各行各業(yè)中重要的機(jī)械設(shè)備[1]。 在中國(guó)古代人們通常使用人力、畜力、水力等來(lái)實(shí)現(xiàn)物體的垂直運(yùn)輸，慢慢地出現(xiàn)了一些升降機(jī)的雛形，比如一些簡(jiǎn)單的滑輪機(jī)構(gòu)。直到十九世紀(jì)第一次工業(yè)革命蒸汽機(jī)被發(fā)明之后，現(xiàn)代升降機(jī)開(kāi)始出現(xiàn)。1845年，出現(xiàn)了第一部工業(yè)水壓式的升降機(jī)，這是液壓式升降機(jī)的鼻祖。1854年，美國(guó)工匠奧蒂斯發(fā)明了棘輪機(jī)械裝置，極大地提高了升降機(jī)的安全性能。1857年，首部客運(yùn)升降機(jī)在美國(guó)紐約的一家商場(chǎng)安裝，開(kāi)創(chuàng)了升降機(jī)載人的先河。自此之后，升降得到了廣泛的利用和推廣，并在實(shí)踐當(dāng)中不斷地進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。但是，當(dāng)時(shí)的升降機(jī)都是以蒸汽為動(dòng)力，使用的限制條件較多。直到1880年，德國(guó)人西門(mén)子發(fā)明了電動(dòng)的升降機(jī)，真正的升降機(jī)終于誕生了！ 中國(guó)現(xiàn)代的升降機(jī)發(fā)展較晚，在20世紀(jì)初才在公共租界內(nèi)的飯店安裝了首部升降機(jī)。從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，中國(guó)的升降機(jī)才開(kāi)始慢慢普及。國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)的升降機(jī)品牌已達(dá)到了近百個(gè)，國(guó)外的一些大品牌升降機(jī)雖然較貴，但是憑借其高品質(zhì)的質(zhì)量、穩(wěn)定的性能以及簡(jiǎn)單的操作受到了絕大部分人的青睞。目前，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的升降機(jī)型號(hào)各異，也都基本上都符合現(xiàn)代各行業(yè)的需求。但因?yàn)槠洚a(chǎn)品設(shè)計(jì)、技術(shù)開(kāi)發(fā)及性能上的一些不成熟導(dǎo)致了銷(xiāo)量的呆滯。當(dāng)然在性價(jià)比、銷(xiāo)售網(wǎng)絡(luò)、售后服務(wù)等方面，國(guó)產(chǎn)升降機(jī)也有著一定的優(yōu)勢(shì)[1]。因此，如何提高產(chǎn)品的性能和產(chǎn)品的市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力成為國(guó)內(nèi)廠商最為關(guān)心的問(wèn)題。這次設(shè)計(jì)的內(nèi)容也就變得很有意義。 1.2 升降機(jī)的分類(lèi) 升降機(jī)的類(lèi)型繁多, 根據(jù)其結(jié)構(gòu)類(lèi)型一般可分為雙柱式升降機(jī)、四柱式升降機(jī)、剪式升降機(jī)等。其主要的優(yōu)缺點(diǎn)參考表1-1。由表可知，雙柱式升降機(jī)由于占地面積小、同步性好等優(yōu)點(diǎn)還是被廣泛的使用；四柱式升降機(jī)只有在運(yùn)載超重的物體時(shí)才會(huì)被運(yùn)用；而剪式升降機(jī)雖然優(yōu)點(diǎn)十分明顯，但因?yàn)槠渚纫筇呤沟弥挥性诳萍妓竭_(dá)到一定程度時(shí)才能夠被廣泛使用[2]。 表1-1 根據(jù)結(jié)構(gòu)方式分類(lèi) 種類(lèi)名稱(chēng) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 雙柱式舉升機(jī) 同步性好，占地面積較小 機(jī)械式機(jī)械磨損較大；液壓是成本高； 四柱式舉升機(jī) 適合四輪定位結(jié)構(gòu)的使用 占地面積較大 剪式舉升機(jī) 安全性高，操作簡(jiǎn)單；空間利用率高 精度要求較高，易發(fā)生舉升平臺(tái)不平衡，單邊升降 根據(jù)升降機(jī)的驅(qū)動(dòng)類(lèi)型分類(lèi)，升降機(jī)大體上可分為機(jī)械式和液壓式兩類(lèi)。其主要的優(yōu)缺點(diǎn)參考表1-2。機(jī)械式升降機(jī)主要有單電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺紋傳動(dòng)升降機(jī)和雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)的螺紋傳動(dòng)升降機(jī)，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，但也易發(fā)生危險(xiǎn)，所以需要經(jīng)常性的維護(hù)。液壓傳動(dòng)升降機(jī)由于其性能優(yōu)勢(shì)逐漸成為主流的升降機(jī)。但其成本較高，需要一定的經(jīng)濟(jì)能力。 表1-2 根據(jù)驅(qū)動(dòng)類(lèi)型分類(lèi) 種類(lèi)名稱(chēng) 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 機(jī)械式升降機(jī) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單, 價(jià)格便宜 機(jī)械磨損大易發(fā)生危險(xiǎn) 液壓式升降機(jī) 安全性能好、運(yùn)行平穩(wěn)、維護(hù)簡(jiǎn)單、工作效率高 成本高 第2章 升降機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù)和總體方案設(shè)計(jì) 2.1升降機(jī)設(shè)計(jì)任務(wù) 本次設(shè)計(jì)課題為教師自擬課題，具體設(shè)計(jì)要求見(jiàn)表2-1。 表2-1 雙柱式升降機(jī)設(shè)計(jì)要求 項(xiàng)目 數(shù)據(jù) 額定升降質(zhì)量 3000kg 升降高度 1800mm 全程上升/下降時(shí)間 ≤1min 動(dòng)力來(lái)源 電機(jī)驅(qū)動(dòng) 傳動(dòng)方式 絲杠傳遞 2.2舉升機(jī)總體方案設(shè)計(jì) 2.2.1擬定設(shè)計(jì)方案 1、 電機(jī)配置方案 1）單電機(jī)方案：傳動(dòng)路線為電機(jī)-帶傳動(dòng)-螺旋傳動(dòng)-同步機(jī)構(gòu)-螺旋傳動(dòng)。此方案預(yù)選電機(jī)功率為4kw，同步機(jī)構(gòu)占用空間使物體不方便擱置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，可靠性不高。 2）雙電機(jī)方案：兩邊立柱上各有一電動(dòng)機(jī)。此方案預(yù)選電機(jī)功率為2.2kw，通過(guò)電機(jī)的通斷來(lái)控制懸臂的同步運(yùn)動(dòng)，省去中間同步傳動(dòng)環(huán)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可靠性高。 2、升降機(jī)構(gòu) 1）齒條傳動(dòng)齒條傳動(dòng)，采用以齒條為承載軌道進(jìn)行同步升降。機(jī)械能轉(zhuǎn)化率高，但承載較次。 2）滾珠絲杠傳動(dòng)，采用以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，平穩(wěn)輕便快捷，機(jī)械能轉(zhuǎn)化率低。 3）滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，采用以旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)，平穩(wěn)承載能力強(qiáng)，機(jī)械能轉(zhuǎn)化率低。 4）液壓傳動(dòng)，傳動(dòng)平穩(wěn)，承載能力大，也簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，但制造精度高，成本高，使用維護(hù)嚴(yán)格。 3、 單電機(jī)方案中同步機(jī)構(gòu) 升降機(jī)左右兩立柱上的四個(gè)托架(與滑套相聯(lián)接)，必須要達(dá)到同步才能進(jìn)行升降。經(jīng)分析有以下三種方案可進(jìn)行選擇: 1）螺旋副——錐齒輪——長(zhǎng)軸——錐齒輪——螺旋副機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。此方案可以很好的實(shí)現(xiàn)升降的同步性，不過(guò)其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，長(zhǎng)軸雖可采用無(wú)縫鋼管與短軸頭焊接措施替代，但結(jié)果依舊不理想，因?yàn)橹亓窟^(guò)大。 2）選用外轉(zhuǎn)性相近的兩個(gè)電動(dòng)機(jī)與加工精度相近的在裝配時(shí)進(jìn)行調(diào)整選配的兩個(gè)螺旋副.分別驅(qū)動(dòng)的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。 3）鏈傳動(dòng)結(jié)構(gòu)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重小，結(jié)構(gòu)安全可靠傳動(dòng)效率較高，但需要安裝張緊裝置和托板。 4）同步帶傳動(dòng)。同步性可靠，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，傳動(dòng)效率較高，但兩帶輪間距過(guò)大，需要設(shè)置張緊裝置，且同步帶傳動(dòng)使用維護(hù)嚴(yán)格。 4、鎖緊保險(xiǎn)裝置 除了運(yùn)用螺旋傳動(dòng)的自鎖特性和雙螺母完成預(yù)定高度的鎖緊，升降機(jī)還需要另外設(shè)置鎖緊保險(xiǎn)裝置，使懸臂不會(huì)因?yàn)橐恍┩饨缭蚨乖谶\(yùn)載物體的過(guò)程中發(fā)生物體的掉落或劇烈的抖動(dòng)?，F(xiàn)有以下兩種方案： 1）包含電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的自鎖保險(xiǎn)裝置。 2）采用適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導(dǎo)軌鉗制器。 2.2.2確定總體設(shè)計(jì)方案 方案一：原動(dòng)機(jī)采用一個(gè)電機(jī)，電機(jī)通過(guò)普通V帶傳動(dòng)將運(yùn)動(dòng)和力矩傳遞到右側(cè)螺桿，螺旋傳動(dòng)將右側(cè)螺桿的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)，左側(cè)螺桿的轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)傳動(dòng)比為1的鏈傳動(dòng)傳遞到右側(cè)螺桿，實(shí)現(xiàn)左右螺桿的同步運(yùn)動(dòng)，即右側(cè)螺桿將轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為螺母的直線運(yùn)動(dòng)。 方案二：原動(dòng)機(jī)為分別安裝在左右立柱上的兩電機(jī)，通過(guò)兩電機(jī)的通斷電實(shí)現(xiàn)左右螺桿的同步運(yùn)動(dòng)，螺桿把轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，從而是螺母同步上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)升降。 總結(jié)，根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，方案一結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，可靠性較低，而方案二可以省去機(jī)械的同步運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)，并且耗電量上兩方案區(qū)別不大，因此，本雙柱機(jī)械式汽車(chē)舉升機(jī)選擇方案二。 第3章 原動(dòng)機(jī)的選擇 3.1選擇原動(dòng)機(jī)類(lèi)型和結(jié)構(gòu) 原動(dòng)機(jī)選擇最常見(jiàn)的Y系列三相異步電動(dòng)機(jī)，它是按國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的。其中Y系列（IP44）電動(dòng)機(jī)為籠型封閉式結(jié)構(gòu)，能防止灰塵、水滴侵入電機(jī)內(nèi)部，自扇冷卻；可采用全壓或降壓?jiǎn)?dòng)，B級(jí)絕緣[13]。 3.2確定原動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速及功率 考慮到升降機(jī)的上升速度，選擇滑動(dòng)螺旋副的轉(zhuǎn)速為240r/min，又因?yàn)榱⒅潴w尺寸，選定帶傳動(dòng)傳動(dòng)比為i = 4，則電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速選擇為6級(jí)，同步轉(zhuǎn)速1000r/min，滿載轉(zhuǎn)速約為960r/min。根據(jù)升降機(jī)設(shè)計(jì)要求，F(xiàn) = 22050N。 根據(jù)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 則滑動(dòng)螺旋副所需功率，電動(dòng)機(jī)的功率為。傳動(dòng)裝置的總效率，其中，η1為帶傳動(dòng)效率，取0.96；η2軸承效率，取0.98。 綜上，電動(dòng)機(jī)的功率P=2.2kw。 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選擇Y112M-6，其各項(xiàng)參數(shù)如表3-1。 表3-1 電機(jī)Y112M-6各項(xiàng)參數(shù) 電機(jī)型號(hào) 額定功率 kw 滿載轉(zhuǎn)速r/min 啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩 N.m 最大轉(zhuǎn)矩 N.m Y112M-6 2.2 960 2.0 2.2 第4章 帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì) 4.1帶傳動(dòng)簡(jiǎn)介及類(lèi)型選擇 帶傳動(dòng)是運(yùn)用繃緊在帶輪上的傳動(dòng)帶，利用帶和帶輪之間間的摩擦或嚙合來(lái)傳遞力的。帶傳動(dòng)由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、傳動(dòng)穩(wěn)定、不需要潤(rùn)滑等優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)以及生活中被廣泛的應(yīng)用。根據(jù)帶形狀的不同，帶傳動(dòng)可分為平帶傳動(dòng)，V帶傳動(dòng)和同步帶傳動(dòng)[3]。 帶傳動(dòng)具有軸承摩擦損失、滯后損失、空氣阻力和滑動(dòng)損失這四種功率損失方式。由于以上功率損失的產(chǎn)生，帶傳動(dòng)的效率大概在80%到98%之間，不同種類(lèi)的帶的傳遞效率不同，具體效率見(jiàn)下表4-1[3]。 表4-1 各類(lèi)帶傳動(dòng)的效率 帶的種類(lèi) 效率（％） 平帶 83~98 有張緊輪的平帶 80~95 普通V帶 簾布結(jié)構(gòu) 繩芯結(jié)構(gòu) 87~92 92~96 窄V帶 90~95 多楔帶 92~97 同步帶 93~98 根據(jù)電機(jī)的容量、傳動(dòng)的效率以及帶的成本，最終選擇較為普遍的普通V帶傳動(dòng)，結(jié)構(gòu)為繩芯結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)的V帶有著當(dāng)量摩擦因數(shù)較大、工作面與輪槽粘附著好、傳動(dòng)比大、預(yù)緊力小，曲撓疲勞性好等優(yōu)點(diǎn)。 4.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 4.2.1帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)初始條件 根據(jù)第三章所確定的電機(jī)型號(hào)，來(lái)確定帶傳動(dòng)的初始值?？芍姍C(jī)功率為2.2kw，大帶輪轉(zhuǎn)速為960r/min，小帶輪轉(zhuǎn)速為240r/min。 V帶的主要失效形式主要有：帶在帶輪上打滑，不能傳遞動(dòng)力；帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；帶的工作面磨損。因此，V帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容為保證帶傳動(dòng)在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強(qiáng)度和使用壽命。 4.2.2帶傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 1、 設(shè)計(jì)功率 式中 KA——工況系數(shù)，因升降機(jī)每日該工作時(shí)間不會(huì)多于10小時(shí)查表取1.1 P——工傳遞的功率， P = 2.2 ×0.96 = 2.11kw 2、 選定帶型 根據(jù)設(shè)計(jì)功率Pd和小帶輪帶速n1，選取帶型為A型。 3、 傳動(dòng)比 4、 小帶輪基準(zhǔn)直徑 為提高V帶的壽命，原則上宜選取較大的直徑，但由于立柱空間的限制， 現(xiàn)選擇小帶輪基準(zhǔn)直徑。 5、 大帶輪基準(zhǔn)直徑 ，按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取大帶輪基準(zhǔn)直徑標(biāo)準(zhǔn)值。 6、 帶速 dp1 ——工大帶輪的節(jié)圓直徑，通常帶輪的節(jié)圓直徑可視為基準(zhǔn)直徑 對(duì)于普通V帶，，滿足條件。 7、 初定軸間距 ，所以 8、 所需基準(zhǔn)長(zhǎng)度 ，其中， 按機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)選取基準(zhǔn)長(zhǎng)度 9、 實(shí)際軸間距 安裝時(shí)所需最小軸間距： 10、 小帶輪包角 11、 單根V帶傳遞額定功率 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 12、 傳動(dòng)比i ≠ 1的額定功率增量 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 13、 V帶根數(shù) ，取4根V帶 式中 Ka——工小帶輪包角修正系數(shù)，查表取0.85， KL——帶長(zhǎng)修正系數(shù)，查表取0.93。 4.2.4 帶輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 1、 帶輪設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)帶輪時(shí)，應(yīng)考慮其結(jié)構(gòu)是否簡(jiǎn)單，質(zhì)量分布是否均勻，重量不易過(guò)大，并盡可能避免由于鑄造而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。速度大于5m/s時(shí)要進(jìn)行靜平衡，V速度大于25m/s時(shí)則應(yīng)進(jìn)行動(dòng)平衡。為了最大地減少V帶的磨損，輪槽的工作表面應(yīng)盡可能光滑[4]。 2、 帶輪材料 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金等。其中灰鑄鐵應(yīng)用最廣，當(dāng)速度的小于等于30m/s時(shí)用HT200，速度的大于等于25-45m/s，則宜采用孕育鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓-焊接帶輪。小功率傳動(dòng)可用鑄鋁或塑料[7]。 3、 帶輪的結(jié)構(gòu) 帶輪的主要組成部分有輪緣、輪輻和輪轂。其中輪輻部分分為實(shí)心、孔板和橢圓輪輻三種。 通過(guò)查閱機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，最終確定小帶輪為實(shí)心輪，大帶輪為孔板輪，材料均為HT200。 第5章 舉升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 5.1舉升機(jī)構(gòu)的選擇 根據(jù)設(shè)計(jì)要求的規(guī)定本次設(shè)計(jì)需要采用絲杠傳遞，即螺旋傳動(dòng)。螺旋傳動(dòng)的主要組成部分是螺桿（絲杠）和螺母，基本原理是通過(guò)螺桿和螺母的旋合傳遞運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力[8]。將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成直線運(yùn)動(dòng)，可以將較小的力矩轉(zhuǎn)化為較大的推力。 螺旋傳動(dòng)根據(jù)其螺紋副摩擦性質(zhì)的差異，可以分為滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)和靜壓螺旋傳動(dòng)三類(lèi)，其對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)和應(yīng)用可見(jiàn)下表5-1。 表5-1 各類(lèi)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用 種類(lèi) 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng) 滾動(dòng)螺旋傳動(dòng) 靜壓螺旋傳動(dòng) 特點(diǎn) 1. 摩擦阻力大，傳動(dòng)效率低 2. 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工方便 3. 易于自鎖 4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時(shí)可能出現(xiàn)爬行 5. 螺紋有側(cè)向間隙，反向時(shí)有空程 6. 磨損快 1. 摩擦阻力小，傳動(dòng)效率高 2. 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難 3. 具有傳動(dòng)可逆性 4. 運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，起動(dòng)時(shí)無(wú)顫動(dòng)，低速時(shí)不爬行 5. 抗沖擊性能較差 6. 工作壽命長(zhǎng)，不易發(fā)生故障 1. 摩擦阻力極小，傳動(dòng)效率高 2. 螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜 3. 具有傳動(dòng)可逆性 4. 工作平穩(wěn)，無(wú)爬行現(xiàn)象 5. 反向時(shí)無(wú)空程 6. 磨損小，壽命長(zhǎng) 7. 需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過(guò)濾要求較高的供油系統(tǒng) 應(yīng)用舉例 金屬切削機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的螺旋傳動(dòng)，摩擦壓力機(jī)，千斤頂?shù)膫髁β菪? 金屬切削機(jī)床、測(cè)試機(jī)械、儀器的傳動(dòng)螺旋和調(diào)整螺旋等 精密機(jī)床的進(jìn)給、分度機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)螺旋 根據(jù)雙柱式升降機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)和應(yīng)用，經(jīng)分析確定滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)作為升降機(jī)的升降機(jī)構(gòu)。 滑動(dòng)螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，三種主要螺紋的特點(diǎn)和應(yīng)用見(jiàn)表5-2 表5-2 三種螺紋副的螺紋種類(lèi)、特點(diǎn)和應(yīng)用[4] 種類(lèi) 特點(diǎn) 應(yīng)用 梯形螺紋 牙根強(qiáng)度高，螺紋的工藝性好；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對(duì)中性好，不易松動(dòng)；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；效率較低 用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋如金屬切削機(jī)床的絲桿、載重螺旋式起重機(jī) 鋸齒形螺紋 外螺紋牙根處有很大的圓角，使得應(yīng)力集中變小、動(dòng)載強(qiáng)度增大；大徑處無(wú)間隙，便于對(duì)中；與梯形螺紋同樣都有螺紋強(qiáng)度高、工藝性好的優(yōu)點(diǎn)，但效率較高 用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機(jī)的傳力螺旋、火炮的炮栓機(jī)構(gòu) 矩形螺紋 傳動(dòng)效率高，但精度要求很高；螺紋強(qiáng)度較低，對(duì)中性較差，螺紋副磨損后的間隙不易維修 用于傳力螺旋和傳動(dòng)螺旋，如一般起重機(jī) 根據(jù)雙柱式升降機(jī)的應(yīng)用行業(yè)和工作條件及螺旋副的特點(diǎn)和應(yīng)用，經(jīng)分析確定以梯形螺紋作為滑動(dòng)螺旋副的螺紋，為了使螺旋副具有自鎖性能，以單頭螺紋作為螺紋頭數(shù)。 滑動(dòng)螺紋傳動(dòng)的螺母分為整體螺母、組合螺母和剖分式螺母三類(lèi)。其各自的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)見(jiàn)下表5-3。 表5-3 三種螺母結(jié)構(gòu)的特點(diǎn) 種類(lèi) 整體螺母 組合螺母 剖分式螺母 特點(diǎn) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補(bǔ)償，只適用于精度較低的螺旋傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但可以定期的調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉(zhuǎn)動(dòng)的空程 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，但可以補(bǔ)償旋合螺紋的磨損 雖然組合螺母和剖分式螺母的優(yōu)點(diǎn)十分明確，但是因其結(jié)構(gòu)太過(guò)復(fù)雜，本著設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)盡可能簡(jiǎn)單的原則，最終確定升降機(jī)選擇整體螺母。 綜上所述，本次設(shè)計(jì)采用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)，梯形螺紋和整體螺母作為升降機(jī)構(gòu)。 5.2滑動(dòng)螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，確定滑動(dòng)螺旋副采用梯形螺紋，整體螺母的構(gòu)造，額定升降重量為3000kg，最大升降高度為2000mm，全程升降時(shí)間不超過(guò)1min。以下為滑動(dòng)螺旋副的具體數(shù)值計(jì)算。 5.2.1耐磨性 為了使滑動(dòng)螺旋副的螺紋磨損在可使用的范圍內(nèi)，也為了確定螺桿的直徑與螺母的高度，因此需要進(jìn)行耐磨性的計(jì)算。 1、螺桿中徑 式中 ξ= 0.8； F——單柱軸向載荷，1.5為安全系數(shù) [p]——許用壓強(qiáng)，取15 Ψ——根據(jù)螺母的形式選定，整體母取2.5~3.5 為了使螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強(qiáng)度、螺紋牙強(qiáng)度、等達(dá)到設(shè)計(jì)要求，選取螺桿中徑d2為35mm。根據(jù)算出的d2按螺紋的標(biāo)準(zhǔn)基本尺寸系列選取相應(yīng)的d和P，確定直徑d = 40mm和螺距 P = 10mm。 2、螺母高度 mm 3、旋合圈數(shù) 符合要求 4、螺紋的工作高度 梯形螺紋h = 0.5×P = 0.5×10 = 5mm 5、螺紋表面工作壓強(qiáng) MPa 5.2.2驗(yàn)算自鎖性 當(dāng)量摩擦角為： 螺紋升角為： 由上可知螺旋升角小于當(dāng)量摩擦角，所以螺紋可以自鎖。 5.2.3螺桿強(qiáng)度的校核 螺旋傳動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： 當(dāng)量應(yīng)力為； 許用應(yīng)力[σ]經(jīng)查表為：68-120MPa σ≤[σ]，螺桿的強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。 5.2.4螺紋牙強(qiáng)度的校核 1. 螺紋牙底寬度 梯形螺紋 2. 螺桿抗剪強(qiáng)度的校核 [τ]查表得：30-40，τ≤[τ]。 3. 螺桿抗彎強(qiáng)度 查表得：40-60，≤。 由于螺母的材料強(qiáng)度一般低于螺桿，所以只需校驗(yàn)螺母螺紋牙的強(qiáng)度即可保證螺紋牙的強(qiáng)度。綜上所述，螺紋牙的強(qiáng)度足夠，符合設(shè)計(jì)要求。 5.2.5螺桿的穩(wěn)定性 螺桿的端部采用兩端固定的結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)度系數(shù)μ取0.5。螺桿的長(zhǎng)度l= 2000mm。螺桿危險(xiǎn)截面的軸慣性矩。螺桿危險(xiǎn)截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，取E=2.06e5。 當(dāng)時(shí),螺桿的臨界載荷為： 則，滿足條件。 5.2.6橫向振動(dòng)-驗(yàn)算臨界轉(zhuǎn)速 螺桿在高速旋轉(zhuǎn)是會(huì)產(chǎn)生橫向振動(dòng)，所以還需校核其臨界轉(zhuǎn)速。 n = 240r/min ≤ 0.8nc = 255r/min ，滿足條件。 式中 lc——螺桿兩支承間的最大距離，取lc = 2300 mm μ1——系數(shù)，與螺桿的端部固定結(jié)構(gòu)有關(guān)，查表取4.730 5.2.7驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和效率 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩為： 效率為： 第6章 支撐機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 6.1 支撐機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu) 本次設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)是升降機(jī)的升降臺(tái)懸臂部分。當(dāng)成載物體進(jìn)入到升降機(jī)的范圍里時(shí)，升降機(jī)的整個(gè)工作范圍的寬度就可以隨著懸臂的角度和長(zhǎng)度的改變而改變。本次設(shè)計(jì)的支撐機(jī)構(gòu)為對(duì)稱(chēng)式懸臂，這樣設(shè)計(jì)有利于保持承載物體的穩(wěn)定性，使立柱中各機(jī)構(gòu)的受力更均勻。具體工作如下圖6-1所示： 圖6-1 對(duì)稱(chēng)式懸臂的工作范圍示意圖 如圖圖中的陰影部分就是懸臂的工作范圍，能夠滿足各種承載的寬度。 圖6-2 懸臂結(jié)構(gòu)圖 懸臂由兩段部分組成，可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)改變懸臂的長(zhǎng)度，其伸縮范圍為250mm，具體結(jié)構(gòu)可參考上圖6-2。 6.2 支撐機(jī)構(gòu)的應(yīng)力校核 6.2.1 校核彎曲切應(yīng)力 彎曲切應(yīng)力的計(jì)算公式為： 式中 Fs——橫——截面上的剪力； b——截面寬度； Iz——整個(gè)截面對(duì)中性軸的慣性矩； S*z ——截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積對(duì)中性軸的靜距。 計(jì)算Fs 由本舉升機(jī)的設(shè)計(jì)要求，懸臂末端Fs = 7450N。 計(jì)算Iz 應(yīng)用SolidWorks截面參數(shù)命令得到的懸臂截面參數(shù)，由此可得： 計(jì)算S*z 由公式可知，要計(jì)算Sz，先要求出截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積和形心坐標(biāo)。 計(jì)算可以利用組合法，見(jiàn)圖6-3。由于截面關(guān)于Y軸對(duì)稱(chēng)，因此計(jì)算只計(jì)算Y軸左側(cè)。 圖6-3 組合法計(jì)算形心坐標(biāo) 所以 化簡(jiǎn)可得： 所以懸臂的彎曲切應(yīng)力為： 所以為y = 0時(shí)，＜0.6[σ]=141Mpa，符合要求。 6.2.2 校核彎曲正應(yīng)力 懸臂的彎曲正應(yīng)力計(jì)算公式為： ， 式中 Mmax——懸臂最大彎矩； W——抗彎截面系數(shù)，與截面的幾何形狀有關(guān)； Iz——整個(gè)截面對(duì)中性軸的慣性矩； y——截面上距中性軸為y的橫線。 經(jīng)計(jì)算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長(zhǎng)距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5N·m。再通過(guò)上式可以得出懸臂的彎曲正應(yīng)力為： ，符合要求。 第7章 導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 7.1導(dǎo)軌類(lèi)型分析選擇 直線導(dǎo)軌通常分為滑動(dòng)直線導(dǎo)軌、滾動(dòng)直線導(dǎo)軌和靜壓直線導(dǎo)軌三種，其各自的基本性能和特點(diǎn)如下表7-1可見(jiàn)[3]。 表7-1 直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌基本性能比較 運(yùn)動(dòng)形式 滑動(dòng)導(dǎo)軌 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌 靜壓導(dǎo)軌 摩擦因數(shù) μ=0.04-0.06 μ=0.003-0.005 μ=0.0005-0.001 運(yùn)行速度 低速 低速~高速 中速~高速 剛度 高 較高 較低 壽命 三者相近 可靠性 高 較高 較差 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的具體條件，選用滾動(dòng)直線導(dǎo)軌。滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的類(lèi)型繁多，具體類(lèi)型有四方向等載荷型、輕載荷型、分離型、徑向型等直線導(dǎo)軌副。本次設(shè)計(jì)選擇四方向等載荷型。 圖7-1為四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。這種類(lèi)型導(dǎo)軌具有以下優(yōu)點(diǎn)：滾動(dòng)體與圓弧溝槽為面接觸，承載能力大，剛性好；摩擦因數(shù)小，僅為滑動(dòng)導(dǎo)軌副的二十分之一到五十分之一，節(jié)省動(dòng)力；由于接觸方式為面接觸故磨損小，壽命長(zhǎng)，并結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單安裝、維修簡(jiǎn)便。精度高，即使進(jìn)給量微小，也能精確地控制位置；導(dǎo)軌兩側(cè)安裝有互為垂直的兩列承載滾珠，所以其剛性好，可承受的沖擊量較大。 圖7-1 四方向等載荷型滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 7.2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)載荷計(jì)算 由于工件重力及重心位置的變化、驅(qū)動(dòng)力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動(dòng)及停止時(shí)加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)所承受的載荷也會(huì)發(fā)生變化。下面為其計(jì)算方法。 圖7-2 直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載情況計(jì)算示意圖 圖7-2所示模型適用于立式導(dǎo)軌勻速運(yùn)動(dòng)或靜止的受載計(jì)算，本次設(shè)計(jì)的升降機(jī)由于升降速度小，慣性力引起的載荷變化可以忽略不計(jì)，具體計(jì)算公式如下： 式中 W——外加載荷 P1、P2、...——垂直于運(yùn)動(dòng)平面的支反力 P1T、P2T、...——平行于運(yùn)動(dòng)平面且垂直于導(dǎo)軌的支反力，下同 F——驅(qū)動(dòng)（推）力 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，升降機(jī)的左右對(duì)稱(chēng)中心線與導(dǎo)軌中心線的距離為1515mm，計(jì)算出外加載荷作用線據(jù)導(dǎo)軌中心線的最長(zhǎng)距離為690mm。圖7-3為其直線運(yùn)動(dòng)載荷示意圖。 圖7-3直線運(yùn)動(dòng)載荷示意圖 升降機(jī)的導(dǎo)軌設(shè)置為沒(méi)個(gè)立柱都安裝一根導(dǎo)軌，每根導(dǎo)軌兩個(gè)滑塊。根據(jù)直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)受載計(jì)算公式可以求得： 7.3 滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副壽命計(jì)算 為了防止?jié)L動(dòng)元件與滾動(dòng)軌道的疲勞點(diǎn)蝕與塑性變形所帶來(lái)的一些安全隱患，應(yīng)對(duì)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副進(jìn)行動(dòng)（壽命）、靜載荷計(jì)算。 7.3.1壽命計(jì)算的基本公式 直線運(yùn)動(dòng)滾動(dòng)功能部件壽命計(jì)算的基本公式如下： 滾動(dòng)體為球時(shí)： （7-1） 式中 L——額定壽命，km； C——基本額定動(dòng)載荷，kN； P——計(jì)算載荷，kN； fH——硬度系數(shù)，fH均可取1； fT——溫度系數(shù)； fC——接觸系數(shù)； fW——載荷系數(shù)。 用小時(shí)數(shù)表示的額定壽命Lh為： （7-2） 式中 l——直線運(yùn)動(dòng)部件單向行程長(zhǎng)度，m； n——直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，1/min。 7.3.2 滾動(dòng)導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算及選用規(guī)格 給定本次設(shè)計(jì)的雙柱式升降機(jī)壽命為五年，按每年工作300天計(jì)算，則總工作小時(shí)數(shù)為： 根據(jù)公式（7-2）可得： 式中 l——直線運(yùn)動(dòng)部件單相行程長(zhǎng)度，取l = 2m n——直線運(yùn)動(dòng)部件每分鐘往返次數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況，按一次修車(chē)15min 計(jì)算，則每分鐘往返次數(shù)為1/15。 再根據(jù)公式（7-1）可得: 式中 fH——硬度系數(shù)，取值為1 fT——溫度系數(shù)，工作溫度≤100°，取值為1； fC——接觸系數(shù)，每根導(dǎo)軌上兩個(gè)滑塊，取值為0.81； fW——載荷系數(shù)，無(wú)外部沖擊或振蕩的低速運(yùn)動(dòng)場(chǎng)合，取值為1.1。 通過(guò)查找機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選用規(guī)格為25，基本額定動(dòng)載荷為17.7KN的四方向等載荷型直線導(dǎo)軌副。 第8章 鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 8.1 鎖緊機(jī)構(gòu)的必要性 升降機(jī)的升降懸臂在升到所要求高度后, 為了使懸臂能夠穩(wěn)定的停留就必須采用鎖緊裝置, 使其不會(huì)因?yàn)橐恍┰虍a(chǎn)生物體掉落或者懸臂抖動(dòng)的現(xiàn)象。因此升降機(jī)鎖緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)對(duì)其在工作中和工作后懸臂停留的穩(wěn)定性至關(guān)重要?，F(xiàn)在通常采用的鎖緊機(jī)構(gòu)有以下幾種： 1） 在設(shè)計(jì)產(chǎn)品上安裝具有電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的鎖緊機(jī)構(gòu)。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)差異,所以在電磁鐵工作當(dāng)中會(huì)產(chǎn)生較大的噪音, 而且質(zhì)量問(wèn)題也不能得到保障, 會(huì)引發(fā)一系列的危險(xiǎn)。 2） 帶有彈簧的鎖緊裝置, 由于彈簧本身的一些性能，例如壽命不長(zhǎng)等原因會(huì)大大降低升降機(jī)機(jī)鎖緊性能， 在升降機(jī)上使用會(huì)產(chǎn)生巨大的安全隱患。 3） 在升降機(jī)立柱上每隔一定高度上安裝一塊止動(dòng)板，并且在升降懸臂末端部安裝有可以轉(zhuǎn)動(dòng)的鎖鉤，使其一一對(duì)應(yīng)于安裝的止動(dòng)板。但是這種機(jī)構(gòu)由于止動(dòng)板和鎖鉤可能不能全部及時(shí)復(fù)位，所以隱患也較大。 8.2 鎖緊機(jī)構(gòu)的原理分析 由于上述鎖緊機(jī)構(gòu)或多或少都有一定的安全隱患，因此本次設(shè)計(jì)在經(jīng)過(guò)查閱資料并詢問(wèn)老師后，采用一種不需要額外夾緊力就能使升降懸臂鎖緊在適當(dāng)位置的機(jī)構(gòu)來(lái)進(jìn)行升降機(jī)的鎖緊。 在升降平臺(tái)上額外安裝了兩個(gè)特殊的圓環(huán)元件，其通過(guò)簡(jiǎn)單物理接觸產(chǎn)生的力來(lái)卡緊圓柱軸。當(dāng)升降機(jī)工作時(shí)，內(nèi)部的非金屬圓環(huán)與圓柱軸之間有間隙，因此不會(huì)對(duì)升降機(jī)工作產(chǎn)生影響。具體結(jié)構(gòu)如圖8-1所示。 圖8-1 平臺(tái)升降時(shí)鎖緊機(jī)構(gòu)原理圖 當(dāng)托臂升到所需要的一定高度時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，托臂及其承載的全部重量都被施加在外圓環(huán)上，產(chǎn)生一個(gè)向下的壓力，壓力會(huì)給內(nèi)部非金屬環(huán)一個(gè)水平方向的力來(lái)夾緊圓柱軸，使托臂不會(huì)掉落。如圖8-1所示。 托臂所承載的物體越重，其產(chǎn)生的水平夾緊力也就越大，所以不會(huì)產(chǎn)生夾緊力不夠而使托臂下滑的現(xiàn)象。 8.3 鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇 在實(shí)際生活中已經(jīng)有具備這種原理的機(jī)構(gòu)出現(xiàn)，例如導(dǎo)軌（光軸）鉗制器。本次設(shè)計(jì)的夾緊機(jī)構(gòu)就是在一個(gè)固定的Z軸上運(yùn)用導(dǎo)軌鉗制器這一輔助配件，防止懸臂在工作停止時(shí)滑落。其制動(dòng)的動(dòng)力為氣壓，并且為常閉型。當(dāng)電機(jī)停止工作時(shí)沒(méi)有氣壓被供給，導(dǎo)軌鉗制器便依靠特殊彈簧的作用夾緊軸，使托臂固定在所要求的位置。當(dāng)電機(jī)工作時(shí)會(huì)供給給鉗制器氣壓，彈簧便會(huì)松開(kāi)不會(huì)對(duì)升降產(chǎn)生影響。其具體結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖8-2所示。 圖8-2 導(dǎo)軌鉗制器結(jié)構(gòu)圖 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)要求及導(dǎo)軌鉗制器的型號(hào)表，選擇型號(hào)為RBPS-2600的導(dǎo)軌鉗制器。 8.4 鎖緊機(jī)構(gòu)的校核 本次設(shè)計(jì)將導(dǎo)軌鉗制器安裝在一個(gè)光軸（Z軸）上，其由于要和導(dǎo)軌鉗制器進(jìn)行配合，確定其直徑為28mm。此光軸屬于細(xì)長(zhǎng)桿件，為了保證細(xì)長(zhǎng)桿件在受壓時(shí)不會(huì)發(fā)生壓桿失穩(wěn)的現(xiàn)象，所以需要對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行校核。 1） 選擇校核公式 光軸橫截面慣性矩： 光軸橫截面的慣性半徑： 式中 A——橫截面面積。 光軸的柔度： 式中 μ——壓桿的長(zhǎng)度因數(shù)，取μ = 0.5。 取彈性模量E = 206GPa，壓桿的柔度極限值為： 因?yàn)楣廨S的壓桿柔度大于其極限柔度，所以可使用歐拉公式對(duì)其進(jìn)行校核。 2) 校核壓桿穩(wěn)定性 歐拉公式的普遍形式為： 式中 I——橫截面的慣性矩； E——材料彈性模量； μ——壓桿的長(zhǎng)度因數(shù)，由壓桿的約束條件決定。 對(duì)需校核的光軸應(yīng)用歐拉公式可得： 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得出，安全系數(shù)取3-5，所以直徑為28mm的光軸滿足條件。 第9章 螺栓連接件的校核 本次設(shè)計(jì)在許多元件的連接上采用了螺紋鏈接，所以對(duì)所有的螺紋連接進(jìn)行校核是很有必要的，本次主要對(duì)升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋及箱體與地基的螺紋進(jìn)行校核。 9.1 升降臺(tái)與剖分式螺母套的螺紋校核 升降臺(tái)與剖分式螺母的連接方式是鉸制孔用螺栓進(jìn)行鏈接，這種螺栓承受橫向剪切載荷。這種螺栓桿與孔壁之間是過(guò)盈配合，接觸表面承受擠壓應(yīng)力；而在連接接合面處，螺栓桿則承受剪切應(yīng)力。因此，應(yīng)該對(duì)其擠壓和剪切強(qiáng)度分別進(jìn)行計(jì)算。升降臺(tái)與剖分式螺母螺紋的鏈接結(jié)構(gòu)和受力如圖9-1所示。 圖9-1 螺紋連接示意圖 螺栓桿與孔壁的擠壓強(qiáng)度條件為: 螺栓桿的剪切強(qiáng)度條件為： 式中 F ——螺栓所受的工作剪力，N； d0——螺栓剪切面的直徑，mm； Lmin——螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。 根據(jù)本次設(shè)計(jì)的總體設(shè)計(jì)要求，額定舉升高度為3t，得到各個(gè)螺栓承受的工作剪力F為： 再由上述公式可得： 綜上所述，預(yù)選螺栓的性能等級(jí)為4.6，屈服極限為240MPa。 螺紋連接件的許用切應(yīng)力和許用擠壓應(yīng)力由以下公式所確定： 對(duì)于鋼，，取根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)》的表5-10，安全系數(shù)分別取。 所以， 滿足要求。 綜上所述，升降臺(tái)與剖分式螺母套之間的螺紋連接采用鉸制孔螺栓M18×55，性能等級(jí)為4.6。 9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇 箱體與地基之間是采用普通螺栓連接的，因?yàn)橄潴w受力矩較大，為了防止箱體的最大受力處被壓碎或產(chǎn)生一些間隙，所以需要對(duì)其進(jìn)行校核，使受載后地基接合面應(yīng)力的最大值不超過(guò)允許值，最小值不小于零。所以： ，代表受載前由于預(yù)緊力所受的擠壓應(yīng)力；A為接合面的面積；為加載后接合面上所產(chǎn)生的最大的附加擠壓應(yīng)力。由于地基剛性大，螺栓剛度相對(duì)較小，可用近似公式計(jì)算，式中，W是接合面的有效抗彎截面系數(shù)。其許用擠壓應(yīng)力如表9-1所示。 表9-1 連接接合面材料的許用擠壓應(yīng)力 材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚 木材 /MPa 0.8 （0.4~0.5） 2.0~3.0 1.5~2.0 2.0~4.0 經(jīng)分析，螺紋連接預(yù)選為M20，共需9個(gè)螺栓，其性能等級(jí)為5.6。 鋼制螺栓連接的預(yù)緊力F0，可由下面公式計(jì)算得到： 碳素鋼螺栓： 。螺栓性能等級(jí)選擇5.6，屈服極限為300MPa。A1為螺栓危險(xiǎn)截面面積，所以有： 這里F0取47100N。 箱體地面為一長(zhǎng)方形，長(zhǎng)為417mm，寬為390mm，抗彎截面系數(shù)為:。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求的升降重量升降機(jī)的尺寸可以得到： 。 箱體與地基的接合面的有效面積A = 159896mm2。可得： 由上可知，螺栓的預(yù)緊力過(guò)大，不符合要求。因此取F0 = 20000N，再代入公式計(jì)算得： 滿足條件。 綜上所述，為了防止箱體的最大受力處被壓碎或產(chǎn)生一些間隙，最終確定螺栓預(yù)緊力為 20000N。 結(jié)論 雙柱式升降機(jī)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容是進(jìn)行物體的設(shè)計(jì)。首先，需要對(duì)升降機(jī)進(jìn)行大體上結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，明確所要達(dá)到的具體目的；其次，要對(duì)其進(jìn)行具體的尺寸計(jì)算以及各零部件的校核，保障在工作時(shí)不會(huì)遇到各種問(wèn)題；最后，要運(yùn)用CAD、SolidWorks等制圖軟件將所設(shè)計(jì)的物體以圖紙的形式表達(dá)出來(lái)。在確定結(jié)構(gòu)時(shí)，對(duì)其總體的結(jié)構(gòu)、如何實(shí)現(xiàn)同步傳動(dòng)、升降機(jī)構(gòu)、鎖緊機(jī)構(gòu)等進(jìn)行了科學(xué)的選擇，盡可能使所設(shè)計(jì)的機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單且符合設(shè)計(jì)要求。在確定完各個(gè)零部件的尺寸之后，對(duì)每個(gè)需要校核的零件進(jìn)行了校核，例如：對(duì)主要的承重部件進(jìn)行了強(qiáng)度以及剛度的校核；對(duì)螺旋傳動(dòng)裝置、皮帶傳動(dòng)裝置進(jìn)行了校核計(jì)算，對(duì)重要螺紋連接進(jìn)行了校核計(jì)算。此外，本次設(shè)計(jì)在查閱了多方資料后，采用了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)來(lái)保證升降的同步性；并且在鎖緊機(jī)構(gòu)的選擇上并沒(méi)有使用較為落后的包含電磁鐵、彈簧或制動(dòng)板的自鎖保險(xiǎn)裝置，而是采用了導(dǎo)軌鉗制器。這兩點(diǎn)屬于區(qū)別于普通升降機(jī)的設(shè)計(jì)。機(jī)械式的升降機(jī)雖然同步性較好運(yùn)行平穩(wěn)，但是其磨損損耗較大，維護(hù)成本較高。這也是機(jī)械式升降機(jī)的不足之處。 致 謝 時(shí)光飛逝，轉(zhuǎn)眼間大學(xué)生活即將結(jié)束了。為了檢驗(yàn)大學(xué)階段的學(xué)習(xí)成果，也為了給自己的大學(xué)生活畫(huà)上一個(gè)完美的句號(hào)，學(xué)校要求沒(méi)個(gè)畢業(yè)生都要進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)。在經(jīng)歷了兩個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)階段后，我滿懷這對(duì)大學(xué)生活的留戀及對(duì)未來(lái)生活的憧憬寫(xiě)下了這篇致謝。 首先，我要特別感謝我的畢設(shè)指導(dǎo)老師何俊杰老師。在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，面對(duì)所遇到的一系列難題，賀老師給我提供了很大的幫助。在我每次去老師辦公室詢問(wèn)時(shí)，無(wú)論是從最初的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)的確定，還是中期各種數(shù)據(jù)的計(jì)算，再到后期使用軟件作圖，老師總是不厭其煩的解答我遇到的每個(gè)問(wèn)題，給予我悉心的指導(dǎo)。在此謹(jǐn)向賀老師表示深深的謝意。 其次，我還要感謝我的朋友莊鶴和梁夢(mèng)然兩位同學(xué)。在畢設(shè)中，他們不僅在畢設(shè)工作中幫助我，幫我結(jié)局了一些技術(shù)上的同時(shí)我們也在生活中、思想態(tài)度上互相鼓勵(lì)、互相扶持。最終完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 最后，感謝在大學(xué)生活中悉心教導(dǎo)過(guò)我的每一位老師。沒(méi)有你們的傳道受業(yè)，我們也學(xué)習(xí)不到這么多專(zhuān)業(yè)知識(shí)；沒(méi)有你們的諄諄教導(dǎo)，我們也不會(huì)能夠成為新時(shí)代的人才。 大學(xué)生活已然就要結(jié)束了，感謝在大學(xué)生活中陪伴在我身邊的每一位老師、朋友、同學(xué)，有了你們我才能在大學(xué)當(dāng)中慢慢成熟長(zhǎng)大；有了你們我才能不忘初心，穩(wěn)步向前；有了你們才有了我豐富多彩的大學(xué)生活！ 參 考 文 獻(xiàn) [1] 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