高桿照明裝置升降系統(tǒng)的總設(shè)計

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畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 1 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 課題名稱 系統(tǒng)的研究 系 /專 業(yè) 機械工程 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指 導(dǎo) 教 師 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 2 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 摘 要 高桿照明裝置因其集中照明的優(yōu)點，已成為交通設(shè)施不可缺少的配套設(shè)施，特別是升降式高桿照明裝置的極大的方便了使用和維修，其應(yīng)用也日趨廣泛。 本 課題 詳細(xì)的介紹了“轉(zhuǎn)軸式”升降系統(tǒng)高桿照明裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，系統(tǒng)的分析了高桿照明裝置燈盤的上升和下降過程，以及緊急情況下燈盤的抱桿防墜設(shè)計。 本課題在設(shè) 計的過程當(dāng)中，深入生產(chǎn)實際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計方案， 再 進(jìn)行具體設(shè)計。 關(guān) 鍵 字： 轉(zhuǎn)軸式 掛鉤卸載機構(gòu) 防墜設(shè)計 運動分析 of is up of in of in 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 3 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 目 錄 第 1章 緒論 ?????????????????????????? 5 第 2章 升降系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ??????????? ??? ? ? ??? 6 第 3章 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作原理 ????????? ?? ???? 7 第 4章 懸掛系統(tǒng)總設(shè)計 ?????????????????? ??? ? 8 絲繩的選用 ?????????????? ?? ?? ???? ?? ? 10 絲繩的特點 ????????????? ? ?????? ? 10 絲繩的許用拉力計算 ????????? ?? ???? ?? 10 絲繩 相關(guān)參數(shù)的計算 ?????????? ? ?????? 11 簧的選用 ??? ???????? ?? ? ???????????? 13 簧材料直徑的確定 ?????????????? ????? 14 簧的參數(shù)計算??????????????? ?????? 15 承的選擇??????????????????? ??????? 18 承的分類和用途??????????????? ????? 18 承的選用?????????????????? ????? 18 承的性能要求????????????? ?????? 20 承的當(dāng)量載荷計算??????????? ?????? 20 承的基本額定載荷計算????????????? ???? 20 承的相關(guān)參數(shù)計算??????????????? ???? 21 第 5 章 防墜裝置的設(shè)計 ????????????? ??? ????? 23 伸彈簧 的設(shè)計分析 ????????? ???? ?????? 23 材料選定 ????????? ? ?????? 23 力分析 ????????? ?????? ?????? 24 伸彈簧 的參數(shù)計算??????????? ????? 24 筒的內(nèi)部螺旋軌跡設(shè)計分析?????????? ?? ???? 28 ??????????????????? ????? ????? 33 ???????????????????????? ????? 34 ????????????????????? ?????? 35 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 4 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 1 章 緒論 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，高桿照明裝置運用越來越廣泛。 根據(jù)建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高桿照明設(shè)施技術(shù)條件》 (3076室外大面積照明裝置的高度分類，燈桿高度在 20 米以上的高桿照明通常稱為高桿燈。高桿燈具有能提供大面積照明、大量減少燈桿數(shù)量等特點，被廣泛應(yīng)用于立交橋、廣場、 碼頭、機場、大型停車場等開闊場地，是處理大面積照明的成熟手法。由于高桿燈燈桿、燈盤自重較大，燈具安裝的高度較高， 所以對 燈盤的升降 系統(tǒng)的要求較高。常用的高桿照明裝置主要包括以下幾個部分： 桿體、燈架、升降系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、防墜系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、照明燈具七大部分，其中懸掛升降系統(tǒng)和防墜系統(tǒng)最為關(guān)鍵。 目前國內(nèi)使用較多的高桿照明裝置的升降系統(tǒng)主要通過驅(qū)動電動機、皮帶和齒輪減速機構(gòu)、卷揚機等裝置來實現(xiàn)燈盤的升降。至 1979 年出現(xiàn)高桿照明裝置初期以來，常發(fā)生由于卷揚機主軸折斷，鋼絲繩失效斷裂等而引起的燈盤墜落事件。因此 ，這種升降系統(tǒng)還不是很完善，有待改善。 高桿照明裝置升降系統(tǒng)應(yīng)該有足夠的強度和自鎖力，在卷揚機或鋼絲繩等發(fā)生故障時，能夠進(jìn)行自鎖動作，有效的防止燈盤的突然墜落。 我們在目前的升降系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改善，采用“轉(zhuǎn)軸式”升降系統(tǒng)，在燈盤上升時可以準(zhǔn)確的定位，在燈盤下降時，其掛鉤卸載機構(gòu)可以順利的將燈盤下降，在緊急情況時，防墜落機構(gòu)可以實施“抱桿”動作，有效的避免燈盤的突然墜落事故。 我們的設(shè)計可以降低高桿照明裝置的成本，完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有利于高桿照明裝置的進(jìn)一步推廣，有利于推動城市亮化的進(jìn)程。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 5 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 2 章 高桿照明裝置升降系統(tǒng)的總設(shè)計 目前的高桿照明裝置的升降系統(tǒng)可以 分為 以下三種 形式 ： 第一種 是 托架式， 托架式升降系統(tǒng)是利用桿體為基體進(jìn)行燈盤的脫鉤動作，托架在運動時的行程位置不精確，燈盤的擺動較大，使燈盤不平衡，影響照明效果。 燈盤的晃動常會引起桿體內(nèi)部的鋼絲繩的紊繞， 因為燈盤的升降需要三根鋼絲繩，托架的縮放需要三根，燈具照明需要兩根電纜，及桿體內(nèi)部有八根繩裝體，所以十分容易紊繞，如果將電纜的絕緣層蹭破，很可能是桿體漏電，很危險。轉(zhuǎn)運軸在桿的頂部，不便保養(yǎng) ， 易積塵結(jié)垢，會造成轉(zhuǎn)運軸卡死，無法 維修。 操作人員需在燈盤的正下方進(jìn)行托架的縮放， 若燈盤突然墜落，沒有有效的防墜落保護(hù)裝置， 十分不安全 。 第二 種是翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng) ，翻 轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)運用特殊幾何尺寸的掛鉤分別與滑輪架上的掛鉤板完成 升降兩個過程，燈架的運動軌跡精度要求高，只有燈盤基架運動到翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的特定點才能引起 燈盤的動作，燈盤才可以進(jìn)行升降運動 ，若燈盤的運動軌跡超出翻鉤的位置，將無法進(jìn)行定位 。翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)在初次安裝時，工作人員必須隨燈盤升至桿頂，進(jìn)行初次的定位設(shè)置，存在嚴(yán)重的安全隱患。 第 三種是平板凸輪式， 平板凸輪式升降系統(tǒng)運用凸輪機構(gòu)進(jìn)行燈盤的 掛鉤卸載，燈盤的定位平穩(wěn)，操作可靠， 是第二種是翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)的改進(jìn)。 但是平板凸輪升降系統(tǒng)沒有良好的防墜落保護(hù)裝置，對燈盤墜落等一些突發(fā)事件，沒有很好的應(yīng)急措施。機構(gòu)復(fù)雜，加工過程繁瑣，制造成本較高，不利于批量生產(chǎn)。 基于 上述的高桿照明裝置三種升降系統(tǒng)的缺陷，現(xiàn)提出轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)，有效的解決上述三種升降系統(tǒng)所存在的 問 題，防墜落保護(hù)裝置，能夠有效的防止燈盤的突然墜落，提高了高干照明升降系統(tǒng)的安全系數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 6 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機構(gòu)簡圖 圖 2 1－避雷針； 2－ 燈盤頂部 ； 3－ 懸掛卸載支架 ； 4－ 導(dǎo)桿 ； 5－ 槽鋼圈指示旗 ； 6－ 指示旗 ； 7－ 防墜機構(gòu) ； 8－ 套筒 ； 9－ 導(dǎo)向輪； 10－桿體； 11－分繩器； 12－卷揚機 13— 電動機 圖 2 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機構(gòu)簡圖 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 7 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 3 章 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作原理 目前常用的“ 翻轉(zhuǎn)式” 高桿照明裝置的懸掛系統(tǒng)還很不完善，易發(fā)生燈盤懸掛操作故障。 采用“轉(zhuǎn)軸式” 懸掛系統(tǒng)，可以有效的防止燈盤懸掛操作故障的發(fā)生。“轉(zhuǎn)軸式” 懸掛系統(tǒng)的掛鉤卸載機構(gòu)，配有防墜落保護(hù)裝置，當(dāng)燈盤突然墜下時，“抱桿”裝置會在瞬間起作用，燈盤會卡夾緊燈 桿而不至繼續(xù)墜落。 “ 轉(zhuǎn)軸式 ” 掛鉤卸載 機構(gòu) 的基本設(shè)計方案：在燈盤上升至頂端 過程中 ，通過螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷軸上升時自動地旋轉(zhuǎn)，使掛鉤銷鉤住擋圈，燈盤不因重力而下降； 運用軸承將燈盤在上升的過程中靈活旋轉(zhuǎn)； 在下降燈盤時，通過螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷軸自動地旋轉(zhuǎn)復(fù)位，從而使掛鉤銷脫開擋圈，燈盤可自由地下降。 通過轉(zhuǎn)軸式掛鉤帶動指示旗（指示旗顏色十分鮮艷 常 采用紅黃色）能夠準(zhǔn)確的顯示掛鉤的狀態(tài)。三彈簧的導(dǎo)向聯(lián)動裝置，使得燈盤在升降過程始終處于中心位置，保持平穩(wěn)。三彈簧的導(dǎo)向聯(lián)動裝置在不銹鋼 彈簧 的壓緊力的作用下 繞桿體中心軸同 步聯(lián)動，實現(xiàn)導(dǎo)向，保證燈盤的順利升降。在本設(shè)計中，導(dǎo)向滾輪采用高分子材料制造，可以有效的避免在沿?zé)魲U外壁滾動的過程中破壞燈桿表面的鍍鋅保護(hù)層。 燈盤在運行期間有定心支撐裝置、防墜落機構(gòu)， 掛鉤座安裝在燈桿頂部，座體內(nèi)部可以進(jìn)行行程限位。掛鉤隨燈盤上升到位后于固定在燈桿頂部的做體接觸并進(jìn)行相對運動，使燈盤懸掛在燈盤架上，鋼絲繩處于卸荷狀態(tài)，有效的保護(hù)鋼絲繩。 當(dāng)燈盤發(fā)生意外墜落時，防墜落機構(gòu)能瞬時發(fā)揮它的功能， 即棘輪 卡到齒條上，利用燈桿的錐度將整個燈盤卡死在燈桿上， 進(jìn)行瑣死動作，使燈盤不至于繼續(xù)下降， 而 避免重 大事 故損失。 從運動學(xué)分析，彈簧的反彈力為燈盤提供軸向力 掛鉤銷軸實現(xiàn)軸向運動；燈桿上的內(nèi)置螺旋式導(dǎo)向槽為掛鉤銷軸提供法向力 向力可分解為圓周力 r）使掛鉤銷軸實現(xiàn)螺旋運動。即“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載機構(gòu)的一次動作可同時實現(xiàn)掛鉤銷軸的軸向運動和螺旋運動。從而證明“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載 機構(gòu)的實現(xiàn)對升降式高桿照明裝置的懸掛 系統(tǒng)的改進(jìn)是可行的。 進(jìn)行總體的受力分析，共安裝 18 只燈具（ 45），懸掛支撐架 3 支（ 100），槽鋼圈一支（ 100），安裝在槽鋼圈上的燈具支撐架一支（ 100），其它附件 50個裝置總為 1500于懸掛支撐架是固定在桿體頂部的，則活動部件的總重為 1200根導(dǎo)桿受力均勻，為三分之一的活動部件，即 3920N。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 8 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 4 章 懸掛 卸載機構(gòu) 的 設(shè)計 根據(jù)實際的運用情況，設(shè)定高桿照明裝置的燈架部分的重量分配如下：安裝燈具 18 只，每只 重約 45內(nèi)部的鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器等電器）， 懸掛 卸載支架結(jié)構(gòu) 3只，每只重約 100鋼圈及燈具安裝支架重約 340他附件 重約 50計 1500 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置升降系統(tǒng)， 巧妙的避免燈盤的旋轉(zhuǎn)而實現(xiàn) 懸掛與卸載的準(zhǔn)確定位。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng) 是利用導(dǎo)桿和套筒 的相對運動 組成一對旋轉(zhuǎn)機構(gòu)， 構(gòu)成 所謂的 “轉(zhuǎn)軸式” 。在整個懸掛與卸載的過程之中，通過 導(dǎo)桿與套筒之間的相對轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)，燈盤始終保持上下運動 ，燈盤不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動 。燈盤及其燈具總重約 1150它在 燈桿頂部（ 30行旋轉(zhuǎn)運動，會產(chǎn)生很大的離心力，不安全，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。 在上升過程中， 卷揚機拉動鋼絲繩，鋼絲繩拉動導(dǎo)桿，導(dǎo)桿推動燈盤的上升。當(dāng)導(dǎo)桿上升到懸掛卸載支架結(jié)構(gòu)的套筒時， 在鋼絲繩的拉力作用下，導(dǎo)桿會推動套筒沿著套筒內(nèi)設(shè)的螺旋導(dǎo)軌在軸承的作 用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運動。完成了導(dǎo)桿進(jìn)入懸掛卸載支架結(jié)構(gòu)的套筒的過程。 指示牌同套筒焊接為一整體， 在鋼絲繩的拉力作用下套筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這時指示牌也會同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動作。通過指示牌可以知道導(dǎo)桿的運動情況，到合適位置，停止鋼絲繩的拉動， 導(dǎo)桿會端落在套筒的端臺上，完成整個燈盤的上升懸掛動作。 在套筒的外壁上下端分別安裝兩根扭轉(zhuǎn)剛度相同的扭簧，上端為右旋扭簧，下端為左旋扭簧。扭簧的一端嵌入套筒外壁，另一端嵌入懸掛卸載支架的內(nèi)壁。在套筒發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，扭簧也會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因為兩根扭簧的扭轉(zhuǎn)剛度相同，所以套筒受力均勻。 在下降過程中，卷 揚機拉動鋼絲繩，導(dǎo)桿上升，導(dǎo)桿離開套筒的端臺，導(dǎo)桿會沿螺旋軌跡繼續(xù)上升，套筒及指示牌也會同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)桿運行到軌跡的盡頭時，導(dǎo)桿會脫離套筒的內(nèi)設(shè)軌跡。這是套筒在扭簧的扭矩作用下 ，發(fā)生扭轉(zhuǎn)運動，完成復(fù)位，同時指示牌也會完成復(fù)位。而導(dǎo)桿位置未發(fā)生任何改變，放松鋼絲繩，導(dǎo)桿會 沿 導(dǎo)軌的外沿 做螺旋 運動 下降，移開套筒，實現(xiàn)燈盤的下降。在此過程中，套筒在導(dǎo)軌的反作用下，進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)，扭簧在套筒的作用下，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，指示牌同步旋轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確反映導(dǎo)桿與套筒運動情況。 在導(dǎo)桿與槽鋼圈連接的部位，銑一鍵槽，安裝 定位銷，這樣可以確保導(dǎo)桿能 夠進(jìn)行上下運動，而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。在導(dǎo)桿的端部加工外螺紋，高強度的壓縮彈簧套裝在導(dǎo)桿外側(cè)，并用螺母旋緊，固定高強度壓縮彈簧的壓縮距離。在鋼絲繩斷裂的一瞬間，彈簧的壓縮力瞬間消失， 壓縮彈簧的壓縮力疾速釋放，這個力直接作用到齒條，加速棘輪與齒條的嚙合速度。 懸掛卸載支架結(jié)構(gòu) 是 由 三組支架 組成，三組支架 120°均布在圓周上，每個支架有獨立的套筒、導(dǎo)桿、指示旗 組成 ， 受力均勻。 利用分繩器，實現(xiàn)三組鋼絲繩的同步運動，從而，實現(xiàn)導(dǎo)桿 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 9 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 的運動平穩(wěn)，確保燈盤的升降平穩(wěn)。 在整個懸掛卸載的運動過程中，鋼絲繩是動力的輸送構(gòu)件，導(dǎo)桿能 否運動，完全取決于鋼絲繩的工作狀況。因此，鋼絲繩是高干照明裝置的重要組成部分，鋼絲繩的選用很關(guān)鍵。 絲繩的選用 絲繩的特點 鋼絲繩是一種具有強度高、彈性好、自重輕、撓性強等特點的重要構(gòu)件。鋼絲繩由于其撓度強、承載能力大、傳動平穩(wěn)無噪聲、工作可靠等優(yōu)點，成為高干照明裝置的重要組成部分。鋼絲繩在正常工作條件下不會發(fā)生破斷，但是如果鋼絲繩選用不當(dāng)，很可能發(fā)生因其許用拉力不夠，而引起鋼絲繩的斷裂，甚至?xí)斐蔁舯P墜落等事故。 鋼絲繩的鋼絲因要求要有很高的強度與韌性，通常采用含碳量為 質(zhì)碳素鋼制作，而且含硫、磷量不應(yīng)大于 為此，應(yīng)選用 88《優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件》中規(guī)定的 50、 60和 65號鋼。 絲繩的 許用拉力計算 根據(jù)高干照明裝置的工作要求和鋼絲繩的自身的特點，同時考慮安全因素，鋼絲繩許用拉力［ F］應(yīng)不小于鋼絲繩的靜載拉力 F］≥ j ＝ 式中：［ F］ — 鋼絲繩的許用拉力， N; 鋼絲繩的靜載拉力， N; Q — 額定起重重量及吊具重力之和， N; η — 起升機構(gòu)的總效力 ，取η = α — 升起機構(gòu)的鋼絲繩分支數(shù) ; 根據(jù)轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作情況分析，確定鋼絲繩的額定起重重量及吊具重力之和 Q =24794N; 起升機構(gòu)的總效力η =升起機構(gòu)的鋼絲繩分支數(shù)α =3 ＝ ＝ 3 = 4612N ［ F］≥ 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 10 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ［ F］≥ ［ F］ ≥ 4612N 絲繩的 參數(shù) 計算 為了安全，鋼絲繩的許用拉應(yīng)力應(yīng)有一定的存儲能力，儲備能力的大 小用安全系數(shù)表示， ［ F］＝ 式中： ［ F］ — 鋼絲繩的許用拉力， N; — 鋼絲繩的破斷力， N; n — 鋼絲繩的安全系數(shù)。 表 4絲繩安全系數(shù)表 鋼絲繩 支撐動臂張緊繩 纜風(fēng)繩 張緊繩 吊裝及 張緊繩 雙繩抓斗起升、開閉繩 單繩馬達(dá)抓斗起升繩 手扳葫蘆牽引繩 手動絞車牽引繩 安全系數(shù) n 4 6 5 根據(jù)上述計算和鋼絲繩安全系數(shù)表確定：［ F］最小為 4612N，安全系數(shù) 則 ［ F］≥ 4612 27672N 鋼絲繩做拉力試驗被拉斷的拉力稱為鋼絲繩的破斷力 絲繩的破斷力計算公式為： δ 中： — 鋼絲繩的破斷力， N; — 鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和， N?？梢詮牟煌愋鸵?guī)格的鋼絲繩的性能表中查得，常近似計算， 500 δ — 折減系數(shù)， 6× 19繩，δ =6× 37繩，δ =6× 61繩，δ =用 6× 37繩， δ = 27672N = δ 27672 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 11 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 500 27672 d ≥ 照不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩技術(shù)參數(shù)表如 4 表 4絲繩技術(shù)參數(shù) 鋼絲繩公稱直徑 鋼絲繩近似重量 鋼絲繩公稱抗拉強度， 470 1570 1670 1770 1870 鋼絲繩最小破斷拉力 00m 0 1 2 3 4 6 8 +6 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 12 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 44 據(jù) d ≥ 合上表 ，選定鋼絲繩為，公稱抗拉強度 1570N/號光面鋼絲制成的直徑 9向互捻，不松散瓦林吞型鋼絲繩。 標(biāo)記為： 6× 37— 9— 157— Ⅰ — 光 — 右交 — 鋼絲繩穿入卷筒上穿線空后，必須擰緊緊定螺釘，將鋼絲繩壓緊，當(dāng)燈盤下降到最底位置時，卷筒上鋼絲繩應(yīng)有不少于 3圈的安全圈。 簧的選用 安裝在套筒上下 的 兩根扭簧，主要作用是，實現(xiàn)套筒的自動復(fù)位，以及使套筒受力偶距作用，保證其運動平衡。根據(jù)導(dǎo)桿與套筒相對旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合《機械零件設(shè)計手冊》表 12柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)形式（ 1992） ,選用 NⅠ型，端部結(jié)構(gòu)形式為外臂長扭式。 受力分析如 圖 4 圖 4 受力分析圖 彈簧受力（ N） 力臂（ 根據(jù)高桿照明裝置的升降系統(tǒng)的實際使用情況，結(jié)合《機械零件設(shè)計手冊》表 12－ 5確定高桿照明升降系統(tǒng)的彈簧所受載荷為Ⅲ類載荷，即受靜載荷或變載荷在 1× 103次以下， 根據(jù)表 12－ 18圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧許 用彎曲應(yīng)力 [σ ]，確定材料為 60[σ ]=925 簧材料直徑的確定 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 13 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 計算扭簧的扭矩 ，按設(shè)計的要求，力臂距離為 每個懸掛卸載支架受力相等，為三分之一的燈盤架及相關(guān)附件重量，導(dǎo)軌的頂端為 35°的圓弧角， 扭簧的端部受力 為： 13 × 3920× N = 1070N 扭簧所受扭矩為： M = = 1070 = 473478N· 度系數(shù) K: K = 4C－ 14C(C－ 1) 旋繞比 C = 常取 C = 4～ 12,這里取中間值 C = 8 K = 4× 82－ 8－ 14× 8(8－ 1) = 定材料直徑 d: d ≥ σ ] ≥ 47348 925 ≥ 據(jù)《機械零件設(shè)計手冊》表 12柱螺旋彈簧尺寸系列表（ 1358— 1993） ,選用 d = 10 扭簧參數(shù)的計算 彈簧中徑 ： D = 8× 10 =80簧扭轉(zhuǎn)變形角： ф ° = 3670[π 13 (2)] 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 14 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 根據(jù)設(shè)計的要求，將彈簧預(yù)設(shè)為 6圈，式中 E— 材料 — 彈性模量（ M— 扭矩（ N· ф° = 3670× 473478π× 2× 105× 104 [π 80× 6＋ 13 ( = 427° 6′ = 67° 6′ 試驗扭矩： π σ s = π 10332 × 925 = 驗扭矩下變形角： ф ° s = 3670 = 3670× 80× 6π× 2× 105× 104 = 25° 27′ 扭轉(zhuǎn)剛度： M′ = π π 6＋ 13 (= π× 2× 105× 1043670 [π× 80× 6＋ 13 (= ° ) 彈簧內(nèi)徑： 80 70畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 15 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 彈簧外徑： D＋ d = 80＋ 10 = 90簧受扭后直徑減少值： △ D = Dф°= 80× 25° 27′360° × 6 = 距： t = d+δ = 10+ 由高度： ( d)＋扭臂在彈簧軸線的長度 = ( 6× 10)＋ 5 = 90旋角： α = t π D = × 80 = 2° 50′ 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 16 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 4簧參數(shù)表： 名稱 代號 單位 數(shù)值 彈簧材料直徑 d 0 彈簧自由高 度 H0 0 彈簧中徑 D 0 彈簧內(nèi)徑 D1 0 彈簧外徑 D2 0 節(jié)距 t 效圈數(shù) n 6 螺旋角 α ° 2° 50′ 彈簧 受扭后直徑減少值 △ D 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 17 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 承的選擇 承的分類和用途 表 4承分類 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 18 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 承的選用 針對轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置升降系統(tǒng)對滾動軸承的工作性能的要求，所采用的滾動軸承應(yīng)滿足三個基本性能參數(shù)的要求： 1 滿足一定疲勞壽命 要求的基本額定動載荷 C 2 滿足一定靜強度要求的基本額定靜載荷 滾動軸承的轉(zhuǎn)速不大于軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速 一般工作條件下的滾動軸承往往因疲勞點蝕而失效，因此滾動軸承的尺寸主要取決于疲勞壽命。由于在軸承的設(shè)計計算過程中要用到 X、 Y、 這些參數(shù)都要在軸承的型號確定后才能查到。因此，可以參考軸頸直徑的大致范圍，然后預(yù)選幾種型號的軸承，再進(jìn)行校核，確定具體的軸承型號。參照設(shè)計的 軸頸 d=85選三種型號的軸承，并有手冊查得有關(guān)參數(shù)如 表 4 表 4承相關(guān)參數(shù)表 軸承 型號 判斷 系數(shù) e 徑向系數(shù) X 軸向系數(shù) Y 額定動載荷 額定靜載荷 33217 1 1 82 415 32917 65 32017 40 220 以 32917軸承為例進(jìn)行計算分析。 經(jīng)分析，軸承 1的徑向力 13 × 3920× N = 1070N 軸承的軸向外力 13 × 3920× N = 承 2的徑向力 （ 12 × 85）÷ 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 19 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ = 部軸向力計算 10702× 于 被壓 緊 ，軸承 1被放松，故： = = 當(dāng)量動載荷的計算公式為： P = 式中： P — 當(dāng)量動載荷， N — 徑向載荷， N 軸向載荷， N 沖擊載荷系數(shù) X — 徑向系數(shù) Y — 軸向系數(shù) 表 4擊載荷系數(shù) 荷性質(zhì) 舉例 沖擊或輕微沖擊 電動機、通風(fēng)機等 等沖擊 傳動裝置、減速器 烈沖擊 破碎機、石油鉆井 據(jù)上述表中參數(shù)，確定： = = = 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 20 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ Y = 析高桿照明裝置的滾動軸承的受力情況，此軸承僅受徑向力 = P =1×（ 1× 1070＋ =1605N 承的基本額定 載荷 的計算 滾動軸承基本額定壽命的公式為： （ ε 式中： 失效率 10﹪（可靠度 90﹪）的基本額定壽命（ 106r） C — 基本額定動載荷（ N） P — 當(dāng)量動載荷（ N） ε — 壽命指數(shù)，對球軸承ε = 3，滾子軸承ε = 103 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的升降系統(tǒng)中的軸承工作轉(zhuǎn)速為 n(r/以小時為單位， 而 L=60n 10660n （ε = 1667n （ε 根據(jù)高桿照明裝置的工作的特點，可以知道軸承載的工作荷，并預(yù)期它的基本額定壽命 L/為了達(dá)到這一要求，軸承所要求的工作基本額定載荷 C/為 C/ = 60L/h 所選擇的 C ≥ C/ 式中 n — 軸承轉(zhuǎn)速（ r/ L/h— 軸承預(yù)期的基本額定壽命（ h） 溫度系數(shù) 只要所選軸承的基本額定動載荷 ， 即 C ≥ C/，則該軸承就能保證所預(yù)期的基本額定壽命 L/h，由于在規(guī)定額定動載荷 軸承實際所受工資載荷有時是同時承受徑向和軸向的復(fù)合載荷，這就需要將實際的復(fù)合載荷換算成理想的假想載荷。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 21 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 表 4承預(yù)期壽命 L/ 使用條件 預(yù)期壽命 /h 不經(jīng)常使用的儀器、設(shè)備 500～ 3000 短期或間歇使用的機械，如手動機械 4000～ 8000 傳動裝置、輸送機 8000～ 14000 電動機、起重機等一般機械 10000～ 25000 離心機、印刷機械、機床 20000～ 30000 水泵、紡織機械、空氣壓縮機 50000～ 60000 電站主要設(shè)備、礦用泵 100000～ 200000 表 4度系數(shù) 承工作 溫度 (° ) ≤ 120 125 150 175 200 225 250 300 350 溫度系數(shù) 合設(shè)計情況，并根據(jù)上述表中參數(shù)可確定如下參數(shù)： L/h = 12000h n = 150r/ = 1605N ε = 103 1 計算出 C/ 值，進(jìn)而確定 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 22 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ C/ = 1605×103 60× 150106 12000 = 軸承的相關(guān)參數(shù) 計算 根據(jù)機械零件設(shè)計手冊表 8得 32917型軸承的基本額定載荷 C = 足 C ≥ C/的條件。 32917型軸承的基本尺寸如 表 4 對于 轉(zhuǎn)速較低，或 有 短時 沖擊、過載等條件下工作的軸承，其主要失效形式是靜應(yīng)力引起的表面塑性變形，應(yīng)按靜強度作校核計算。 中 承的額定靜載荷 N 全因數(shù) 量靜載荷 N 表 4強度安全因數(shù) 件 載荷條件 用條件 續(xù)旋轉(zhuǎn) 普通載荷 精度旋轉(zhuǎn) 擊載荷 振動沖擊 旋轉(zhuǎn)及擺動 普通載荷 通旋轉(zhuǎn)精度 擊不均勻載荷 許有變形量 本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 軸承代號 d D B r da a ra r 潤滑 油潤滑 30000型 mm N r/85 120 23 2 111 65 3400 3800 32917 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 23 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 當(dāng)量靜載荷 0據(jù)前面的分析計算相關(guān)參數(shù)如下： 1 r = 1070N 0 = 1070+ 照靜強度安全因數(shù)表，確定 0 2917型軸承的額度靜載荷為 165000N，滿足 以 32917 型軸承能夠滿足此高桿照明裝置的工作要求。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 24 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 第 5 章 防墜裝置的設(shè)計 轉(zhuǎn)軸式高桿照明系統(tǒng)防墜裝置是用三組間隔 120°的防墜構(gòu)件組成，每一組防 墜構(gòu)件均有導(dǎo)向輪、導(dǎo)向連桿、導(dǎo)向臂、位置指示旗、棘爪和齒條組成。三組防墜構(gòu)件 三組防墜構(gòu)件相互聯(lián)動，即一組防墜構(gòu)件的運動，在連桿的作用下，其它的的構(gòu)件會同步運動 。 要保證三組防墜構(gòu)件運動的同步性，三組防墜構(gòu)件必須安裝在同一半徑 、同一平面的 周圓上，這對整個機構(gòu)的安裝精度要求較高。 在實際制造中，可以將連桿做成可調(diào)式的，在第一次安裝時將三組防墜構(gòu)件的位置調(diào)整到位， 將連桿的鎖死，這樣就可以 確保三組防墜構(gòu)件在同一半徑同一平面 。 防墜裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖 5 1 — 銷； 2 — 拉伸彈簧 ； 3 — 槽鋼圈； 4 — 導(dǎo)向滾輪； 5 — 桿體； 6 — 虹臂保護(hù)器 7 — 鉸鏈 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 25 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 圖 5 防墜裝置的結(jié)構(gòu)圖 在整個防墜裝置的運動過程中，壓縮彈簧的變形量、剛度對防墜構(gòu)件的運動是否準(zhǔn)確起關(guān)鍵作用。因此，壓縮彈簧的選擇是 整個防墜裝置的設(shè)計重要部分。 伸彈簧 的設(shè)計分析 伸彈簧 的 材料 選定 根據(jù)高桿照明裝置的升降系統(tǒng)的實際使用情況，結(jié)合《機械零件設(shè)計手冊》表 12簧許用切應(yīng)力 [τ ],確定高桿照明升降系統(tǒng)的彈簧所受載荷為Ⅲ類載荷，即受靜載荷或變載荷在 1×103次以下 ，選用 60[τ ]==104力分析 由于三組防墜構(gòu)件運動的同步性，且安裝在同一半徑、同一平面的周圓上 ，則三根彈簧受力均勻。以整個系統(tǒng)為研究對象進(jìn)行受力分析，建立受力平衡方程。依據(jù) 桿照明裝置的桿體的錐度比為 里選用錐度比 k=可計算出錐度角α =8° 31′。受力平衡方程如下： ∑ 0 0 ∑ 0 13 式中 桿體所受正壓力（ N） 桿體的摩擦力（ N） 整個防墜裝置需承受的總重力（ N） 因為三組防墜構(gòu)件運動的同步性，而且安裝在同一半徑、同一平面的周圓上，所以每一組防墜構(gòu)件受力均勻，為 13 根據(jù)前面的分析 1760N。 解得： 3881N =每根 彈簧的工作載荷為 F= 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 26 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 防墜構(gòu)件的零件圖如圖 5 5 防墜構(gòu)件的零件圖 關(guān)參數(shù)的計算 τ =K 8Dπ = 8Cπ 式中 τ — 彈簧材料切應(yīng)力（ F — 工作載荷（ N） D — 彈簧中徑 (d — 彈簧材料直徑 K — 曲度系數(shù) C — 旋繞比 彈簧材料切應(yīng)力應(yīng)該小于或等于其材料的許用切應(yīng)力： τ ≤ [τ ] 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 27 頁 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 裝 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 訂 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ 線 ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ ┊ C— 旋繞比 C= 4 C=10 K = 4 ＋ = × 10π 740 解得 d≥ 照 《機械零件設(shè)計手冊》表 12柱螺旋彈簧尺寸系列， 并結(jié)合高桿照明裝置的結(jié)構(gòu)特點，選取 d=5照《機械零件設(shè)計手冊》 計算彈簧的其它參數(shù)如下： 彈簧中徑 D D = 50簧內(nèi)徑 45簧外徑 D＋ d = 55彈簧 節(jié)距 t t = ( 取中間值即 t = t =0.3