電動螺旋起重機(jī)設(shè)計(jì)

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機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.第二版.高等教育出版社.2004.23 張建中. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2005.24 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 龔湘義. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊.第三版. 高等教育出版社, 2004.15 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編寫組.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第二版.機(jī)械工業(yè)出版社6 范思沖等編著畫法幾何及機(jī)械制圖. 機(jī)械工業(yè)出版社7 李洪、曲中謙. 實(shí)用軸承手冊. 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社8 楊黎明. 傳感器技術(shù). 國防工業(yè)出版社9 徐寅主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，19914.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)進(jìn)度計(jì)劃(以周為單位)：起 止 日 期工 作 內(nèi) 容備 注第1周第2周第3周第4周第5周第6周第7周第8周第9周第10周第11周第12周第13周第14周第15周第16周了解設(shè)計(jì)的基本要求，查閱相關(guān)資料查閱相關(guān)資料，寫開題報(bào)告外文資料翻譯設(shè)計(jì)方案比較選擇機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算電機(jī)選擇計(jì)算繪制機(jī)械裝配圖繪制機(jī)械零件圖撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書答辯準(zhǔn)備答辯教研室審查意見： 室主任 年 月 日學(xué)院審查意見： 教學(xué)院長 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告課 題 名 稱： 電動螺旋起重機(jī)設(shè)計(jì) 學(xué) 生 姓 名： 指 導(dǎo) 教 師： 所 在 學(xué) 院： 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 名 稱： 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動化 說 明1根據(jù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)管理規(guī)定，學(xué)生必須撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開題報(bào)告，由指導(dǎo)教師簽署意見、教研室審查，學(xué)院教學(xué)院長批準(zhǔn)后實(shí)施。2開題報(bào)告是畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。學(xué)生應(yīng)當(dāng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作前期內(nèi)完成，開題報(bào)告不合格者不得參加答辯。3畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告各項(xiàng)內(nèi)容要實(shí)事求是，逐條認(rèn)真填寫。其中的文字表達(dá)要明確、嚴(yán)謹(jǐn)，語言通順，外來語要同時(shí)用原文和中文表達(dá)。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。4本報(bào)告中，由學(xué)生本人撰寫的對課題和研究工作的分析及描述，沒有經(jīng)過整理歸納，缺乏個人見解僅僅從網(wǎng)上下載材料拼湊而成的開題報(bào)告按不合格論。5. 課題類型填：工程設(shè)計(jì)類；理論研究類；應(yīng)用（實(shí)驗(yàn)）研究類；軟件設(shè)計(jì)類；其它。6、課題來源填：教師科研；社會生產(chǎn)實(shí)踐；教學(xué)；其它課題名稱小型電動螺旋起重機(jī)設(shè)計(jì)課題來源模擬生產(chǎn)實(shí)際課題課題類型工程應(yīng)用選題的背景及意義本課題來源于模擬生產(chǎn)實(shí)際,屬于工程應(yīng)用。起重機(jī)是當(dāng)代最為得力的起重設(shè)備之一。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,多種類型的起重機(jī)廣泛的運(yùn)用于冶金、礦山、水泥、碼頭、化工、糧食等行業(yè)的各種場合。同時(shí)在各種場合對不同的工況所使用的起重機(jī)也不盡相同，近年來由于起重機(jī)的應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，品種的增多以及質(zhì)量的不斷提高，對加工設(shè)計(jì)起重機(jī)提出了更高的要求。本設(shè)計(jì)所研究的電動螺旋起重機(jī)，又稱作電動螺旋升降機(jī)，它的原形也就是我們眾所周知的千斤頂。隨著社會的發(fā)展，解放勞動力，采用電動成了必然。因此本設(shè)計(jì)采用電機(jī)驅(qū)動，開發(fā)出新的產(chǎn)品。研究內(nèi)容擬解決的主要問題研究內(nèi)容：1 電動螺旋起重機(jī)機(jī)械機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2 一級齒輪減速機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)工作量：1A0圖紙三張，分別為系統(tǒng)裝配圖和各零件圖2畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書一本（2萬字）；3相關(guān)外文資料翻譯（5000字）。解決問題：根據(jù)起重重量的大小，設(shè)計(jì)出相應(yīng)的螺旋起重機(jī)構(gòu)，根據(jù)起重的速度設(shè)計(jì)出相應(yīng)的減速機(jī)構(gòu)，以及箱體、選擇電機(jī)等。研究方法技術(shù)路線基本研究方法：利用電機(jī)，通過減速器減速后，帶動螺母旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為絲桿的軸向運(yùn)動，從而推動物體上升。基本研究技術(shù)路線：研究千斤頂原理，設(shè)計(jì)螺旋起重機(jī)構(gòu)；選擇電動機(jī)；設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)；控制電路的設(shè)計(jì)；簡要闡述在流水線作業(yè)中，螺旋千斤頂?shù)膭幼髟淼取Ｑ芯康目傮w安排和進(jìn)度計(jì)劃第1周：了解設(shè)計(jì)的基本要求，查閱相關(guān)資料第2周：查閱相關(guān)資料，寫開題報(bào)告第3周：外文資料翻譯第4周：設(shè)計(jì)方案比較選擇第5周：機(jī)械部分總體設(shè)計(jì)第6周：機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算第7周：機(jī)械部分設(shè)計(jì)計(jì)算第8周：傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算第9周：傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算第10周：電機(jī)選擇計(jì)算第11周：繪制機(jī)械裝配圖第12周：繪制機(jī)械零件圖第13周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第14周：撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書第15周：答辯準(zhǔn)備第16周：答辯主要參考文獻(xiàn)1 邱宣懷.機(jī)械設(shè)計(jì).第四版. 高等教育出版社, 2003.42 龔湘義. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書.第二版.高等教育出版社.2004.23 張建中. 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì). 中國礦業(yè)大學(xué)出版社, 2005.24 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 龔湘義. 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)圖冊.第三版. 高等教育出版社, 2004.1 5 實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊編寫組.實(shí)用機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.第二版.機(jī)械工業(yè)出版社6 范思沖等編著畫法幾何及機(jī)械制圖. 機(jī)械工業(yè)出版社7 李洪、曲中謙. 實(shí)用軸承手冊. 遼寧科學(xué)技術(shù)出版社8 楊黎明. 傳感器技術(shù). 國防工業(yè)出版社 9 徐寅主編，機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.北京，機(jī)械工業(yè)出版社，1991指導(dǎo)教師意 見 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 教研室意見學(xué)院意見教研室主任簽名：年 月 日 教學(xué)院長簽名： 年 月 日徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)摘要螺旋起重機(jī)又稱為螺旋升降機(jī)，它的原型就是我們所常見的千斤頂。它具有結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優(yōu)點(diǎn)?？梢詥闻_或組合使用，能大致控制調(diào)整提升的高度，可以用電動機(jī)或其他動力直接帶動，也可以手動。電動螺旋起重機(jī)基本原理是利用電機(jī)，通過減速器減速后，帶動螺母旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為絲桿的軸向運(yùn)動，從而推動物體上升。主要內(nèi)容如下：對千斤頂?shù)脑砗吐菪鹬氐脑怼⒎椒ㄟM(jìn)行了研究；設(shè)計(jì)螺旋起重機(jī)構(gòu)；選擇電動機(jī)；設(shè)計(jì)減速機(jī)構(gòu)；控制電路的設(shè)計(jì)；簡要闡述在流水線作業(yè)中，螺旋千斤頂?shù)膭幼髟淼?。關(guān)鍵詞 千斤頂；電動；螺旋傳動AbstractThe spiral crane is also known as the spiral screw lift crane .Its prototype is the jack as we common see. Its advantages as follows: small size, light weight, extensive power source, no noise, ease of installation, flexible, multi-function, supporting forms, high reliability and long service life, and so on. It can be used single or in combination, and can generally control the height. Motor can be used directly or other power driven, besides ,it can also be manually.And the basic principle is that the motor drives the rotary nut through the deceleration agencies, screw into the axial campaign, and then lift the objects .The main contents as follows: research the principle of spiral jack and the principles and methods of the spiral lifting, design the agencies of spiral lifting; motor choice; design deceleration agencies; select keys and bearings, design the control circuit; describe the principle of the screw jack on the assembly line operation.Keywords Spiral jack Electrical Spiral driveII徐州工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)目 錄1 緒論11.1千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀11.2千斤頂?shù)姆诸?2 設(shè)計(jì)方案的確定32.1螺旋傳動設(shè)計(jì)方案32.1.1螺旋傳動概述32.1.2螺旋傳動方案的確定42.2減速傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案53 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)63.1螺旋傳動部分計(jì)算63.1.1螺桿直徑的計(jì)算63.1.2螺紋部分強(qiáng)度計(jì)算63.2電機(jī)的選擇83.2.1電動機(jī)功率計(jì)算93.2.2傳動效率93.2.3確定電機(jī)轉(zhuǎn)速103.3減速機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)113.3.1材料的選擇113.3.2蝸輪蝸桿傳動基本尺寸123.3.3強(qiáng)度校核153.3.4蝸輪蝸桿傳動中的作用力分析153.3.5實(shí)際傳動動力參數(shù)164 輔助裝置的設(shè)計(jì)184.1軸承的選擇184.1.1軸承的選擇因素184.1.2軸承的型號確定194.1.3軸承校驗(yàn)194.2鍵的選擇224.3聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與計(jì)算235 控制電路及過載保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)255.1 過載及最大行程保護(hù)元件255.1.1 熱繼電器255.1.2 行程開關(guān)265.2電器控制基本電路設(shè)計(jì)286 系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化306.1力學(xué)傳感器306.1.1電阻應(yīng)變片力傳感器306.2位置傳感器326.3連續(xù)控制分析34結(jié)論35致謝36參考文獻(xiàn)37附錄38附錄138附錄249391 緒論1.1千斤頂?shù)陌l(fā)展現(xiàn)狀千斤頂起源于20世紀(jì)初的英、美、德等國家，在逐步發(fā)展中工藝逐漸成熟，因其具有抗腐蝕、耐高溫，強(qiáng)度高、表面精美、百分之百可回收等無與倫比的良好性能，被廣泛應(yīng)用于建筑、交通、能源、石化、環(huán)保、城市景觀、醫(yī)療、餐飲等各個領(lǐng)域，逐漸被人們所接受，也越來越多地走進(jìn)尋常百姓的日常生活。我國千斤頂產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)步較晚，建國以來到改革開放前，我國千斤頂?shù)男枨笾饕且怨I(yè)和國防尖端使用為主。改革開放后，國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人民生活水平的顯著提高，拉動了千斤頂?shù)男枨?。進(jìn)入上世紀(jì)九十年代后，我國千斤頂產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快速發(fā)展期，千斤頂需求的增速遠(yuǎn)高于全球水平。1990年以來，全球千斤頂表觀消費(fèi)量以年均6%的速度增長，而九十年代的十年間，我國千斤頂表觀消費(fèi)量年均增長率達(dá)到17.73%，是世界年均增長率的2.9倍。進(jìn)入二十一世紀(jì)，我國千斤頂產(chǎn)業(yè)高速增長。2000年2004年，我國千斤頂消費(fèi)量從188萬噸增長到447萬噸，增加了2.3倍，年平均增長率在27%以上。其中，2001年，我國千斤頂表觀消費(fèi)量達(dá)到225萬噸，超過美國成為世界第一千斤頂消費(fèi)大國。同時(shí)，千斤頂進(jìn)口也大幅度增加。1998年，我國千斤頂進(jìn)口100萬噸，由此成為世界上最大的千斤頂進(jìn)口國。2004年與1998年比，千斤頂進(jìn)口增長幅度年均達(dá)到27.14%。預(yù)計(jì)2005年，中國千斤頂表觀消費(fèi)量將達(dá)到500萬噸，進(jìn)口仍將保持在300萬噸左右。伴隨著千斤頂市場的快速發(fā)展，我國千斤頂產(chǎn)量也結(jié)束了長期徘徊的局面，實(shí)現(xiàn)了高速增長。我國千斤頂產(chǎn)量從2000年的46萬噸增長到2004年的236萬噸，年平均增長率在82.6%，占國內(nèi)市場需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界千斤頂產(chǎn)量則僅以6%左右的速度增長。從九十年代后期起，我國太鋼、寶鋼以及寶新、張浦等國有和合資企業(yè)通過引進(jìn)和技術(shù)改造，先后建成了一系列千斤頂生產(chǎn)線，千斤頂工藝技術(shù)裝備達(dá)到國際先進(jìn)水平，千斤頂生產(chǎn)初具規(guī)模。千斤頂品種結(jié)構(gòu)也發(fā)生了積極的變化，千斤頂產(chǎn)品質(zhì)量迅速提高。特別是國內(nèi)千斤頂冷軋板增長迅速，2003年，國內(nèi)冷軋板產(chǎn)量達(dá)到170萬噸，首次超過進(jìn)口量,自給率達(dá)到66%；2004年，國內(nèi)冷軋板產(chǎn)量達(dá)到200萬噸，自給率達(dá)到70%以上。從2004年底到2005年底，國內(nèi)冷軋千斤頂產(chǎn)能將增加約150萬噸，基本滿足國內(nèi)市場需求。到2007年，我國將成為千斤頂?shù)膬舫隹趪?。從總體上看，我國千斤頂正在經(jīng)歷由規(guī)模小、水平低、品種單一、嚴(yán)重不能滿足需求到具有相當(dāng)規(guī)模和水平、品種質(zhì)量顯著提高和初步滿足國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展要求的深刻轉(zhuǎn)變，千斤頂需求將逐步實(shí)現(xiàn)自給。1.2千斤頂?shù)姆诸惽Ы镯斢卸喾N形式。如電動式，液壓式，手動式（即一般意義上的千斤頂）等等。電動式千斤頂如圖1-1所示。它的基本動力源是電機(jī)，由電機(jī)通過減速器帶動螺母旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化為絲桿的軸向運(yùn)動，從而推動物體上升。它解放了人類的體力勞動，只需操縱按鈕即可完成起重?？捎行У谋苊饬酥匚镌覀仁鹿?。該形式的起重器也是本設(shè)計(jì)所討論的。圖1-1液壓千斤頂，又稱為油壓千斤頂。它的基本工作原理圖如圖1-2所示。其基本原理是利用封閉管路里液體的壓強(qiáng)來工作的。當(dāng)人以力F向下壓手柄時(shí)，液體內(nèi)部產(chǎn)生一定的壓強(qiáng)，從而推動重物上升。圖1-21-小液壓缸，2-排油單向閥，3-吸油單向閥，4-油路，5-截止閥，6-大液壓缸手動式千斤頂也即一般普通的千斤頂，它是出現(xiàn)的最早的千斤頂，是所有千斤頂?shù)谋亲?。手搖其手柄，帶動螺母旋轉(zhuǎn)，如圖1-3所示圖1-32 設(shè)計(jì)方案的確定2.1螺旋傳動設(shè)計(jì)方案2.1.1螺旋傳動概述螺旋傳動是利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運(yùn)動的機(jī)械傳動。主要用于將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換成直線運(yùn)動，將轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)換成推力。按工作特點(diǎn)，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導(dǎo)螺旋和調(diào)整螺旋。（1）傳力螺旋：以傳遞動力為主,它用較小的轉(zhuǎn)矩產(chǎn)生較大的軸向推力,一般為間歇工作，工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機(jī)和螺旋千斤頂上的螺旋。（2）傳導(dǎo)螺旋：以傳遞運(yùn)動為主，常要求具有高的運(yùn)動精度，一般在較長時(shí)間內(nèi)連續(xù)工作，工作速度也較高，如機(jī)床的進(jìn)給螺旋（絲杠）。（3）調(diào)整螺旋：用于調(diào)整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經(jīng)常轉(zhuǎn)動，要求自鎖，有時(shí)也要求很高精度，如機(jī)器和精密儀表微調(diào)機(jī)構(gòu)的螺旋。按螺紋間摩擦性質(zhì)，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動?；瑒勇菪齻鲃佑挚煞譃槠胀ɑ瑒勇菪齻鲃雍挽o壓螺旋傳動。1）滑動螺旋傳動通常所說的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動?；瑒勇菪ǔ２捎锰菪温菁y和鋸齒形螺紋，其中梯形螺紋應(yīng)用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強(qiáng)度較低等原因應(yīng)用很少；對于受力不大和精密機(jī)構(gòu)的調(diào)整螺旋，有時(shí)也采用三角螺紋。一般螺紋升程和摩擦系數(shù)都不大，因此雖然軸向力F相當(dāng)大，而轉(zhuǎn)矩T則相當(dāng)小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機(jī)械增益的。升程越小則機(jī)械增益的效果越顯著?；瑒勇菪齻鲃拥男实停话銥?040%，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現(xiàn)爬行等現(xiàn)象。2）靜壓螺旋傳動 螺紋工作面間形成液體靜壓油膜潤滑的螺旋傳動。靜壓螺旋傳動摩擦系數(shù)小，傳動效率可達(dá)99%，無磨損和爬行現(xiàn)象，無反向空程，軸向剛度很高，不自鎖，具有傳動的可逆性，但螺母結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而且需要有一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定和過濾要求高的供油系統(tǒng)。靜壓螺旋常被用作精密機(jī)床進(jìn)給和分度機(jī)構(gòu)的傳導(dǎo)螺旋。這種螺旋采用牙較高的梯形螺紋。在螺母每圈螺紋中徑處開有36個間隔均勻的油腔。同一母線上同一側(cè)的油腔連通，用一個節(jié)流閥控制。油泵將精濾后的高壓油注入油腔，油經(jīng)過摩擦面間縫隙后再由牙根處回油孔流回油箱。當(dāng)螺桿未受載荷時(shí)，牙兩側(cè)的間隙和油壓相同。當(dāng)螺桿受向左的軸向力作用時(shí)，螺桿略向左移，當(dāng)螺桿受徑向力作用時(shí)，螺桿略向下移。當(dāng)螺桿受彎矩作用時(shí)，螺桿略偏轉(zhuǎn)。由于節(jié)流閥的作用，在微量移動后各油腔中油壓發(fā)生變化，螺桿平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。3）滾動螺旋傳動用滾動體在螺紋工作面間實(shí)現(xiàn)滾動摩擦的螺旋傳動，又稱滾珠絲杠傳動.滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數(shù)、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠(yuǎn)比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90%以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應(yīng)用于機(jī)床、飛機(jī)、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式，按滾珠循環(huán)方式分外循環(huán)和內(nèi)循環(huán)。外循環(huán)的導(dǎo)路為一導(dǎo)管,將螺母中幾圈滾珠聯(lián)成一個封閉循環(huán)。內(nèi)循環(huán)用反向器，一個螺母上通常有24個反向器，將螺母中滾珠分別聯(lián)成24個封閉循環(huán)，每圈滾珠只在本圈內(nèi)運(yùn)動。外循環(huán)的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高傳動精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調(diào)整方法以實(shí)現(xiàn)預(yù)緊。常用的載重螺旋有矩形，梯形和鋸齒形等。矩形螺紋傳動效率高，但螺紋強(qiáng)度較低，精確制造較困難，對中準(zhǔn)確性較差，磨損后無補(bǔ)償，因此應(yīng)用受限制，矩形螺紋無標(biāo)準(zhǔn)。梯形螺紋加工容易，強(qiáng)度較大，但效率較低。鋸齒形螺紋矩形螺紋效率高，梯形螺紋強(qiáng)度大的特點(diǎn)，一般用于承受單向壓力，常用在壓力機(jī)上。螺桿材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，以及良好的加工性能，不經(jīng)熱處理的螺桿一般選用Q275，35，45號鋼，重要的經(jīng)熱處理的螺桿可以選用65Mn，40Cr或20C rMnTi鋼。精密傳動螺桿可用9MnV，CrMn，38CrMoAl鋼等。螺母材料除要有足夠的強(qiáng)度外，還要求在與螺桿材料配合時(shí)摩擦系數(shù)小和耐磨。常選用鑄造青銅ZQSn6-6-3，ZQSn10-1，速度低，載荷較小時(shí)，也可選用高強(qiáng)度鑄造鋁青銅或鑄造黃銅，重載時(shí)可用鑄鐵，耐磨鑄鐵。尺寸大的螺母可用鋼或鑄鐵做外套，內(nèi)部澆注青銅。高速螺母可澆注巴氏合金。螺旋傳動用矩形，梯形或鋸齒形螺紋，其失效形式多為螺紋磨損。而螺旋直徑螺母的高度由耐磨性要求決定。傳力較大時(shí)，應(yīng)校驗(yàn)螺桿部分或其他危險(xiǎn)部位強(qiáng)度，以及螺母，螺桿的螺紋牙的強(qiáng)度。要求自鎖時(shí)，應(yīng)檢驗(yàn)螺紋副的自鎖條件。對于長徑比很大的受壓螺桿，應(yīng)檢驗(yàn)其穩(wěn)定性。因此，本設(shè)計(jì)中螺旋副材料選取鋼青銅材料，螺桿選取45號鋼。螺紋選用梯型螺紋，右旋單線。2.1.2螺旋傳動方案的確定本設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是如何將電機(jī)輸出的回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)換為螺桿的直線運(yùn)動。這也是整個傳動系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)等相關(guān)參考資料，可得到把回轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動的四種方式：（1）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移動（2）螺母轉(zhuǎn)動，螺桿移動（3）螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)、移動（4）螺桿固定，螺母轉(zhuǎn)、移動考慮到必須頂著重物上升，即與重物接觸，而起重部件與重物間不可發(fā)生相對運(yùn)動，而且必須與重物充分接觸，因此排除方案（1）、（4），而方案（3）又不方便輸入傳動方案的設(shè)計(jì)，因此選擇方案（2）作為起重部分的傳動方案。2.2減速傳動機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)方案減速傳動機(jī)構(gòu)通常有蝸輪蝸桿傳動，齒輪傳動，帶傳動，鏈傳動，摩擦輪傳動等等?？紤]到本設(shè)計(jì)要求的傳動緊湊，傳動比較大，因此選用蝸輪蝸桿傳動作為本設(shè)計(jì)的減速傳動機(jī)構(gòu)。蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉(zhuǎn)運(yùn)動。在絕大多數(shù)情況下，兩軸在空間上是互相垂直的，軸交角為90度。它廣泛應(yīng)用在機(jī)床、汽車、儀器、起重運(yùn)輸機(jī)械、冶金機(jī)械以及其他機(jī)械制造部門中，最大傳動功率可達(dá)到750千瓦，通常用在50千瓦以下；最高滑動速度可達(dá)35m/s，通常用在15m/s以下。蝸桿傳動的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工作平穩(wěn)，無噪聲，沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時(shí)，傳動比一般為8100，常用的為550。在機(jī)床工作臺中，傳動比可達(dá)幾百，甚至達(dá)到一千。這時(shí)，需采用導(dǎo)程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率很小的場合。在現(xiàn)代機(jī)械制造業(yè)中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率已經(jīng)可達(dá)到98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數(shù)目少，結(jié)構(gòu)尺寸小，重量輕。缺點(diǎn)是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時(shí)蝸輪一般需用貴重的減磨材料制造。3 傳動系統(tǒng)的設(shè)計(jì)3.1螺旋傳動部分計(jì)算3.1.1螺桿直徑的計(jì)算 式（3.1）表 3-1滑動螺旋副許用比壓P螺桿材料螺母材料許用比壓速度范圍鋼青銅1825低速鋼鋼7.513低速鋼鑄鐵13182.4m/min鋼青銅11183.0m/min取鋼青銅螺旋副p=20Mpa，f=0.080.1，最大負(fù)載F=25000N，代入式（3.1）得: 根據(jù)梯形螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)，取螺紋為Tr其基本參數(shù)為：螺桿外徑：，中徑：，螺桿小徑：，螺母小徑：，螺母大徑：，螺距：3.1.2螺紋部分強(qiáng)度計(jì)算梯形螺紋牙型角當(dāng)量摩擦角 將螺紋部分展開，其受力圖如圖3-1所示， 圖3-1作用在螺母上的扭矩螺桿受力如圖3-2所示，由圖可知，螺桿上與螺母旋合處扭矩最大，且圖3-2根據(jù)第四強(qiáng)度理論，得：螺桿危險(xiǎn)截面的當(dāng)量應(yīng)力 表3-2螺桿與螺紋牙強(qiáng)度項(xiàng)目許用應(yīng)力Mpa螺桿強(qiáng)度 為屈服極限螺紋牙強(qiáng)度材料剪切彎曲鋼0.6（11.2）青銅30-404060鑄鐵404555耐磨鑄鐵405060蝸桿材料為45號鋼，由表3-2可知，它的許用應(yīng)力為=12072Mpa，滿足要求。自鎖條件：=12m/s26m/s和持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的工況，離心鑄造的可得到致密的細(xì)晶粒組織，可取大值，沙型鑄造的取小值。（2）鑄鋁青銅 適用于Vs=10m/s的工況，抗膠合能力差，蝸桿硬度應(yīng)不低于45HRC。（3）鑄鋁黃銅 點(diǎn)蝕強(qiáng)度高，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合。（4）灰鑄鐵和球墨鑄鐵 適用于Vs=2.25轉(zhuǎn)速系數(shù)：，彈性系數(shù)：根據(jù)蝸輪副材料查表3-7得，壽命系數(shù)：設(shè)機(jī)器使用壽命，則壽命系數(shù)接觸系數(shù)：由參考文獻(xiàn)1圖13.12I線查得接觸疲勞極限：查參考文獻(xiàn)表3-7得表3-7蝸輪材料 力學(xué)性能和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)蝸輪材料力學(xué)性能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s鑄錫青銅22013080388.31472651151233017090488.314742519026鑄錫青銅鑄錫青銅240120701298.11523501651227014080798.115243019026鑄鋁青銅49018010013122.616425040010續(xù)表3-7 蝸輪材料力學(xué)性能設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s鑄鋁青銅54020011015122.616426550010鑄鋁青銅63025015716122.61645502701070030016013122.616466037710鑄鋁青銅67031016718122.6164250402107504001855122.616426550210注：表中每項(xiàng)第一行為砂型鑄造，第二項(xiàng)為離心鑄造接觸疲勞最小安全系數(shù)： 取中心距：代入數(shù)據(jù)得：， 取標(biāo)準(zhǔn)值蝸桿頭數(shù)：， 取蝸輪齒數(shù)：， 取模數(shù)： ， 取蝸桿分度圓直徑：， 取標(biāo)準(zhǔn)值蝸輪分度圓直徑：蝸桿導(dǎo)程角： 蝸輪寬度： ， 取蝸桿圓周速度： 蝸桿尺寸：齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿螺紋長度 ， 取蝸輪尺寸：齒頂圓直徑齒根圓直徑3.3.3 強(qiáng)度校核（1）齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力：最大接觸應(yīng)力： 滿足條件（2）輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算齒根彎曲疲勞極限彎曲疲勞最小安全系數(shù)許用彎曲疲勞應(yīng)力輪齒最大彎曲應(yīng)力 滿足條件。3.3.4蝸輪蝸桿傳動中的作用力分析在蝸桿傳動中作用在齒面上的法向壓力仍可分解為圓周力、徑向力和軸向力。顯然，作用于蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力，蝸桿上的圓周力等于蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力則等于蝸輪上的徑向力。這些對應(yīng)的力的數(shù)值相等，方向彼此相反。如圖3-5所示。圖3-5蝸輪蝸桿受力圖蝸輪上作用力 3.3.5實(shí)際傳動動力參數(shù)由于蝸輪蝸桿各基本尺寸需圓整為標(biāo)準(zhǔn)值，傳動比最終確定為且蝸輪蝸桿傳動效率與估計(jì)值略有差別，因此，實(shí)際傳動、動力參數(shù)如下：（1）各軸實(shí)際轉(zhuǎn)矩：螺母：Nmm蝸輪：=54059/0.98=55162 Nmm蝸桿： Nmm電機(jī)軸： Nmm（2）各軸實(shí)際轉(zhuǎn)速蝸桿：r/min蝸輪： r/min螺母： r/min螺桿：m/min（3）電機(jī)實(shí)際功率KWF，滿足條件，因此下端軸承選用51111型。上端軸承受力比較小，因此只需考慮安裝問題，結(jié)合自制螺母的直徑，選用51108型平面推力軸承。（2）蝸桿軸承的選擇根據(jù)蝸桿的受力圖可知，蝸桿牙部分除受徑向力外還受軸向力的作用，因此選用軸承時(shí)考慮優(yōu)先選用能同時(shí)承受徑向力和軸向力的圓錐滾子軸承，型號：30205。4.1.3軸承校驗(yàn)（1）計(jì)算圓錐滾子軸承壽命圖4-1 蝸桿及軸承受力分析已求得：蝸桿所受徑向力,軸向力.查手冊30205軸承主要性能參數(shù)：Cr=32.2KN，=37KN，=7000r/min，e=0.37，Y=1.6，=0.9，a=12.5所以，附加軸向力； 因?yàn)?，所以，右端軸承被壓緊，則：軸承軸向力, ，取=1，=0；，取=0.4，=0.4cot12.5=1.8考慮平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，沖擊載荷系數(shù)=1,當(dāng)量動載荷 因?yàn)镻1T1（54059）（2）螺桿與聯(lián)軸器處鍵的選擇參考輪轂及軸徑，選擇為的鍵，取鍵長L=25mm；許用轉(zhuǎn)矩 = T3(4352) 合格4.3聯(lián)軸器的設(shè)計(jì)與計(jì)算聯(lián)軸器是用于連接不同機(jī)構(gòu)中兩軸，使他們在傳遞運(yùn)動和動力過程中一起回轉(zhuǎn)而不脫開。聯(lián)軸器主要有機(jī)械式，液力式和電磁式三種。機(jī)械式連軸器是應(yīng)用最廣泛的連軸器，它借助于機(jī)械構(gòu)件相互間的機(jī)械作用力來傳遞轉(zhuǎn)矩。液力式好電磁式是借助于液力和電磁力來傳遞轉(zhuǎn)矩。聯(lián)軸器廣泛用于船舶，機(jī)車，汽車，冶金礦山，石油化工，其重運(yùn)輸，紡織，輕工，農(nóng)業(yè)機(jī)械，印刷機(jī)械和泵，風(fēng)機(jī)，機(jī)床等各類機(jī)械設(shè)備傳動系統(tǒng)中。聯(lián)軸器的種類很多，按其性能分為：（1） 剛性聯(lián)軸器1）套筒聯(lián)軸器2）凸緣聯(lián)軸器3）夾殼聯(lián)軸器4）緊箍咒夾殼聯(lián)軸器（2）撓性聯(lián)軸器1）無彈性元件撓性聯(lián)軸器2）非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器3）金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器聯(lián)軸器選擇應(yīng)考慮的問題：在深知所設(shè)計(jì)產(chǎn)品的工況及技術(shù)要求的情況下，選擇聯(lián)軸器應(yīng)考慮以下問題：（1）所需傳遞轉(zhuǎn)矩大小、載荷性質(zhì)及產(chǎn)品對緩沖和減振方面的要求；（2）軸的轉(zhuǎn)速高低和引起的離心力大小；（3）兩軸對位移大小（徑向位移、軸向位移、角位移）；（4）聯(lián)軸器的制造、安裝、維修、成本。在本設(shè)計(jì)中，選擇聯(lián)軸器的基本決定因素是聯(lián)軸器所受扭矩的大小。（也即電機(jī)軸的扭矩）求得，電機(jī)軸的扭矩由于聯(lián)軸器已標(biāo)準(zhǔn)化，只需根據(jù)其所受最大扭矩及軸徑大小選擇聯(lián)軸器，因此，綜合考慮，選擇YL1型凸緣聯(lián)軸器，其基本參數(shù)見表4-2。表4-2YL1型凸緣聯(lián)軸器基本參數(shù)公稱扭矩Tn許用轉(zhuǎn)速n r/min軸孔直徑mmLmmDmmD1mm螺栓L0mm重量kg數(shù)直徑 108100193071533M6640.94 圖4-2YL1型凸緣聯(lián)軸器5 控制電路及過載保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)5.1 過載及最大行程保護(hù)元件5.1.1 熱繼電器熱繼電器是一種電氣保護(hù)元件。它是利用電流的熱效應(yīng)來推動動作機(jī)構(gòu)使觸頭閉合或斷開的保護(hù)電器，主要用于電動機(jī)的過載保護(hù)、斷相保護(hù)、電流不平衡保護(hù)以及其他電氣設(shè)備發(fā)熱狀態(tài)時(shí)的控制。 熱繼電器是用于電動機(jī)或其它電氣設(shè)備、電氣線路的過載保護(hù)的保護(hù)電器。電動機(jī)在實(shí)際運(yùn)行中，如拖動生產(chǎn)機(jī)械進(jìn)行工作過程中，若機(jī)械出現(xiàn)不正常的情況或電路異常使電動機(jī)遇到過載，則電動機(jī)轉(zhuǎn)速下降、繞組中的電流將增大，使電動機(jī)的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時(shí)間較短，電動機(jī)繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時(shí)間長，過載電流大，電動機(jī)繞組的溫升就會超過允許值，使電動機(jī)繞組老化，縮短電動機(jī)的使用壽命，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)闺妱訖C(jī)繞組燒毀。所以，這種過載是電動機(jī)不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應(yīng)原理，在出現(xiàn)電動機(jī)不能承受的過載時(shí)切斷電動機(jī)電路，為電動機(jī)提供過載保護(hù)的保護(hù)電器。 使用熱繼電器對電動機(jī)進(jìn)行過載保護(hù)時(shí)，將熱元件與電動機(jī)的定子繞組串聯(lián)，將熱繼電器的常閉觸頭串聯(lián)在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調(diào)節(jié)整定電流調(diào)節(jié)旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當(dāng)距離。當(dāng)電動機(jī)正常工作時(shí)，通過熱元件的電流即為電動機(jī)的額定電流，熱元件發(fā)熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態(tài)，交流接觸器保持吸合，電動機(jī)正常運(yùn)行。 若電動機(jī)出現(xiàn)過載情況，繞組中電流增大，通過熱繼電器元件中的電流增大使雙金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機(jī)的電源，電動機(jī)停車而得到保護(hù)。 可見，熱繼電器通常是直接斷開接觸器的控制回路來斷開主回路的。熱繼電器的工作原理如圖5-1圖5-1 熱繼電器原理圖由電阻絲做成的熱元件，其電阻值較小，工作時(shí)將它串接在電動機(jī)的主電路中，電阻絲所圍繞的雙金屬片是由兩片線膨脹系數(shù)不同的金屬片壓合而成，左端與外殼固定。當(dāng)熱元件中通過的電流超過其額定值而過熱時(shí)，由于雙金屬片的上面一層熱膨脹系數(shù)小，而下面的大，使雙金屬片受熱后向上彎曲，導(dǎo)致扣板脫扣，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸點(diǎn)斷開。觸點(diǎn)是串接在電動機(jī)的控制電路中的，使得控制電路中的接觸器的動作線圈斷電，從而切斷電動機(jī)的主電路。 （1）熱繼電器的基本結(jié)構(gòu) 包括加熱元件、主雙金屬片、動作機(jī)構(gòu)和觸頭系統(tǒng)以及溫度補(bǔ)償元件。 （2）熱繼電器的種類 熱繼電器的種類很多，常用的有JR0、JR16、JR16B、JRS和T系列。 （3）熱繼電器的型號及含義以JR系列熱繼電器為例，型號含義如圖5-2： 圖5-2 熱繼電器型號含義5.1.2 行程開關(guān)行程行程開關(guān)又稱限位開關(guān)，用于控制機(jī)械設(shè)備的行程及限位保護(hù)。在實(shí)際生產(chǎn)中，將行程開關(guān)安裝在預(yù)先安排的位置，當(dāng)裝于生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)動部件上的模塊撞擊行程開關(guān)時(shí)，行程開關(guān)的觸點(diǎn)動作，實(shí)現(xiàn)電路的切換。因此，行程開關(guān)是一種根據(jù)運(yùn)動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關(guān)廣泛用于各類機(jī)床和起重機(jī)械，用以控制其行程、進(jìn)行終端限位保護(hù)。在電梯的控制電路中，還利用行程開關(guān)來控制開關(guān)轎門的速度、自動開關(guān)門的限位，轎廂的上、下限位保護(hù)。行程開關(guān)按其結(jié)構(gòu)可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。（1）直動式行程開關(guān) 其結(jié)構(gòu)原理如圖5-3所示，其動作原理與按鈕開關(guān)相同，但其觸點(diǎn)的分合速度取決于生產(chǎn)機(jī)械的運(yùn)行速度，不宜用于速度低于0.4mmin的場所。圖5-3 直動式行程開關(guān)1-推桿 2-彈簧 3-動斷觸點(diǎn) 4-動合觸點(diǎn)（2）滾輪式行程開關(guān) 其結(jié)構(gòu)原理如圖5-4所示，當(dāng)被控機(jī)械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時(shí)，撞桿轉(zhuǎn)向右邊，帶動凸輪轉(zhuǎn)動，頂下推桿，使微動開關(guān)中的觸點(diǎn)迅速動作。當(dāng)運(yùn)動機(jī)械返回時(shí)，在復(fù)位彈簧的作用下，各部分動作部件復(fù)位。圖5-4滾輪式行程開關(guān)1-滾輪 2-上轉(zhuǎn)臂3、5、11-彈簧 4-套架 6-滑輪 7-壓板 8、9-觸點(diǎn) 10-橫板滾輪式行程開關(guān)又分為單滾輪自動復(fù)位和雙滾輪(羊角式)非自動復(fù)位式，雙滾輪行移開關(guān)具有兩個穩(wěn)態(tài)位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路。（3）微動開關(guān)式行程開關(guān)常用的有LXW-11系列產(chǎn)品本設(shè)計(jì)為方便控制螺桿做線性運(yùn)動，采用上海人民電器開關(guān)廠有限公司生產(chǎn)的直動式行程開關(guān)，其基本尺寸如圖5-5所示：圖5-5 直動式行程開關(guān) 5.2電器控制基本電路設(shè)計(jì)結(jié)合螺旋起重機(jī)控制電路要求隨時(shí)停車以及限制最大起重量以保護(hù)電機(jī)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)并繪制其電器控制基本電路圖，如圖5-6所示。其中，QS：三相電源開關(guān)；FU：熔斷器；FR：熱繼電器；KM1、KM2：接觸器；SB：按鈕；SQ：行程開關(guān)；M：電動機(jī)。該電路基本工作原理如下：按下正向啟動按鈕SB2（上升按鈕）時(shí)，接觸器KM2得電吸合，其常開主觸點(diǎn)將電動機(jī)定子繞組接通電源，相序?yàn)閁、V、W，電動機(jī)正向啟動運(yùn)行。按下停止按鈕SB1時(shí)，KM2失電釋放，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。按下反向啟動按鈕SB3（下降按鈕）時(shí)，KM3線圈得電主觸點(diǎn)吸合，其常開觸點(diǎn)將相序?yàn)閃、V、U的電源接至電動機(jī)，電動機(jī)反向啟動運(yùn)行。再按下停止按鈕SB1，電動機(jī)停轉(zhuǎn)。SQ為行程開關(guān)，控制重物的最大抬升高度。當(dāng)重物上升至最大高度時(shí)，SQ動作，其常閉觸點(diǎn)斷開，使接觸器KM2失電，整個電路停電，此時(shí)只需長按反向啟動按狃（下降按鈕）SB3，即可下降。至合適位置時(shí)按下停止按鈕SB1。當(dāng)螺桿下降至最小高度時(shí)，SQ動作，其常閉觸點(diǎn)斷開，使接觸器KM3失電，整個電路停電，此時(shí)只需長按正向啟動按狃（上升按鈕）SB2，即可上升。至合適位置時(shí)按下停止按鈕SB1。圖5-6 電器控制圖6 系統(tǒng)的改進(jìn)與優(yōu)化由本設(shè)計(jì)可以看出，它只適用于人工啟動，手動控制。為適應(yīng)生產(chǎn)自動流水線作業(yè)，使本產(chǎn)品的使用范圍更加廣泛，市場前景更加廣闊，本設(shè)計(jì)的二次開發(fā)及優(yōu)化中可增設(shè)電阻應(yīng)變片式壓力傳感器，其基本動作原理是：托盤上有重物時(shí)，壓力傳感器變化信號，使電機(jī)啟動，帶動重物上升，上升到指定位置（該指定位置由位置傳感器控制），重物被取走后，壓力傳感器信號復(fù)原，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，到指定位置停轉(zhuǎn)。如此反復(fù)。在這個過程中，電阻應(yīng)變片式壓力傳感器充當(dāng)?shù)淖饔檬菈毫﹂_關(guān)，光電式位置傳感器充當(dāng)?shù)淖饔檬枪怆婇_關(guān)，它們隨著壓力的有無和螺桿位置的變化指導(dǎo)著電機(jī)的正轉(zhuǎn)，停止以及反轉(zhuǎn)。因此，必須了解壓力傳感器及位置傳感器的原理及種類。6.1力學(xué)傳感器力學(xué)傳感器是將各種力學(xué)量轉(zhuǎn)換為電信號的器件，力學(xué)量可分為幾何學(xué)量、運(yùn)動學(xué)量及力學(xué)量三部分，其中幾何學(xué)量指的是位移、形變、尺寸等，運(yùn)動學(xué)量是指幾何學(xué)量的時(shí)間函數(shù)，如速度、加速度等。力學(xué)量包括質(zhì)量、力、力矩、壓力、應(yīng)力等。壓電式壓力傳感器 、壓磁式轉(zhuǎn)矩傳感器 、壓阻式壓力傳感器 、變面積式電容壓力傳感器 、差動變極距式電容壓力傳感器 、應(yīng)變式壓力傳感器 、應(yīng)變片式轉(zhuǎn)矩傳感器 、振筒式諧振壓力傳感器 、振膜式諧振壓力傳感器 、電阻應(yīng)變式稱重傳感器。力學(xué)傳感器的種類繁多，如電阻應(yīng)變片壓力傳感器、半導(dǎo)體應(yīng)變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應(yīng)用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價(jià)格和較高的精度以及較好的線性特性。6.1.1電阻應(yīng)變片力傳感器某些固體材料受到外力的作用后，除了產(chǎn)生變形，其電阻率也要發(fā)生變化，這種由于應(yīng)力的作用而使材料電阻率發(fā)生變化的現(xiàn)象稱為“壓阻效應(yīng)”。利用壓阻效應(yīng)制成的傳感器稱為壓阻式傳感器。根據(jù)制作材料的不同，應(yīng)變元件可以分為兩大類。一種是利用半導(dǎo)體材料的體電阻做成粘貼式應(yīng)變片，稱為半導(dǎo)體應(yīng)變片，用此應(yīng)變片制成的傳感器稱為半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器，另一種是在半導(dǎo)體材料的基片上用集成電路工藝制成的擴(kuò)散電阻，以此擴(kuò)散電阻的傳感器稱為擴(kuò)散型壓阻傳感器。（1）半導(dǎo)體應(yīng)變片式傳感器半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變元件的工作原理基于導(dǎo)體和半導(dǎo)體的“應(yīng)變效應(yīng)”，即當(dāng)導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料發(fā)生機(jī)械變形時(shí)，其電阻值將發(fā)生變化。電阻值的相對變化與應(yīng)變的關(guān)系如式6.1所示： 式（6.1）式中為材料的應(yīng)變；K為材料的電阻應(yīng)變系數(shù)，即單位應(yīng)變引起的電阻相對變化量。金屬材料的K值約為26，半導(dǎo)體材料的K值可達(dá)60180。金屬電阻應(yīng)變片主要有絲式應(yīng)變片和箔式應(yīng)變片兩種結(jié)構(gòu)。如圖6-1所示。圖6-1 電阻應(yīng)變片結(jié)構(gòu)絲式應(yīng)變片由金屬絲柵(亦稱敏感柵)、基底、引線、保護(hù)膜等組成。敏感柵一般采用直徑0.0150.05mm的金屬絲，用粘合劑固定在厚0.020.04mm的紙或膠膜基底上。引線是由直徑0.10.2mm低阻鍍錫銅線制成，用于將敏感柵與測量電路相連。箔式應(yīng)變片的敏感柵是用厚度為0.0030.0lmm的金屬箔經(jīng)光刻、腐蝕等工藝制成的。優(yōu)點(diǎn)是表面積與截面積之比大，散熱條件好，能承受較大電流和較高電壓，因而輸出靈敏度高，并可制成各種需要的形狀，便于大批量生產(chǎn)。由于上述優(yōu)點(diǎn)，它已逐漸取代絲式應(yīng)變片。應(yīng)變片與彈性元件的裝配可以采用粘貼式或非粘貼式，在彈性元件受壓變形的同時(shí)應(yīng)變片亦發(fā)生應(yīng)變，其電阻值將有相應(yīng)的改變。粘貼式應(yīng)變壓力計(jì)可采用1、2或4個特性相同的應(yīng)變元件，粘