【正文】 制動，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機(jī)械，應(yīng)考慮選用線繞式異步電動機(jī)（如 YR、 JR、 JR2 型等）；對于周期性波動負(fù)載的生產(chǎn)機(jī)械，為了削平尖峰負(fù)載，一般都采用電動機(jī)帶飛輪工作，這種情況下也應(yīng)選用線繞式異步電動機(jī)。 （ 2）在以上前提下優(yōu)先選用結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、維護(hù)方便又價(jià)格合理的電動機(jī)。 滾珠絲杠副逆轉(zhuǎn)的效率 很高，不能自鎖，若用于垂直運(yùn)動的機(jī)構(gòu)或其他需要防止逆轉(zhuǎn)的場合。 由表 2 知，絲杠的小徑為 d1 = 45 ㎜，則 絲杠小徑 d1 的截面慣性矩為： I= 3241d? = 32 )45( 4mm? ≈ 105 ㎜ 4 在絲杠螺母 A 的上下極限位置的計(jì)算中已經(jīng)知道了，絲杠螺母 A 的總運(yùn)動距離為 200㎜，則可以確定滾珠絲杠上的螺紋長度為 200 ㎜，即是： lS = 200 ㎜ 又由于此處絲杠是垂直安裝的，所以?。?K= 將這些數(shù)值代入滾珠絲杠副的壓桿穩(wěn)定性校核公式中有： FK =2S2KKl EI πf =24552)200( mm mmMP a? ????? =≈ 16647KN 顯然有： 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計(jì) 36 FK ＞ Fmax 所以絲杠絕對不會因?yàn)槭シ€(wěn)定而發(fā)生翹曲。根據(jù) l0 和 Ca′的值，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》可選滾珠絲杠副的型號為： FD5008－ 5 相關(guān)數(shù)據(jù)如表 2 所示： 表 2 FD5008－ 5 型滾珠絲杠副的相關(guān)數(shù)據(jù) 公稱直徑 d0 導(dǎo)程 l0 鋼球直徑 dW 絲杠外徑 d 50 ㎜ 8㎜ 5 ㎜ ㎜ 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計(jì) 35 表 2 （續(xù)） 循環(huán)圈數(shù) 額定動載 Ca 接觸剛度 R 5 38800N 2069N/μ m 滾珠絲杠副的壓桿穩(wěn)定性校核公式為： FK =2S2KKl EI πf ≥ Fmax ………………………… （ 24） 式中： FK —— 實(shí)際承受載荷的能力。這里?。? Lh = 10000h 則絲杠的預(yù)期工作轉(zhuǎn)數(shù) Ln 為： Ln = 60nd Lh = 60 90 r/min 10000h = 107 r Ca′： Ca′ =3Ln fd Fd 102? ……………………… （ 23） 式中： fd —— 載荷系數(shù)。 已知重物的提升速度為 6 m/min 左右，則由平 衡吊的運(yùn)動分析可知絲杠螺母的最大移動速度為： Vmax = 1??GV = 9min/6m ≈ ㎜ /min 初定滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)動速度為： nmax = 90 r/min 則滾珠絲杠的導(dǎo)程 l0 為： l0 ≥maxmaxnV = min/90 min/670rmm ≈ ㎜ /r 在這里，初選滾珠絲杠的導(dǎo)程為： l0 = 8㎜。 表 1 滾珠絲杠的載荷系數(shù) fd 和靜態(tài)安全系數(shù) Sj 載荷性質(zhì) fd Sj 平穩(wěn)或輕度沖擊 ～ ～ 中等沖擊 ～ ～ 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計(jì) 33 表 1 （續(xù)） 較大沖擊或振動 ～ ～ 平衡吊的工作可以看成是平穩(wěn)或輕度沖擊，所以可以選擇： fd = ， Sj = 選擇滾珠絲杠副的型號主要是計(jì)算作用于絲杠軸向的最大動載荷 Ca′和絲杠的基本導(dǎo)程 l0 ，然后根據(jù)最大動載荷 Ca′和絲杠的基本導(dǎo)程 l0 來選擇絲杠副型號。 5 種，分別是雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式，雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式，雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊，彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊和單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式。內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短，流暢性好，效率高，螺母的徑向尺寸也較小。而單圓弧型滾道加工用砂輪成型較簡單，故容易得到較高的加工精度。單圓弧型的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化，主要由軸向載荷所引起的接觸變形的大小而定。 FEDCAB電機(jī)減速器滾珠絲杠副 圖 20 平衡吊傳動部分 滾珠絲杠副的選擇 在選用滾珠絲杠副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件：最大的工作載荷 Fmax （或者平均工作載荷 F cp ）（ N）作用下的使用壽命 T（ h），絲杠的工作長度（或者螺母的有效行程） l（㎜），絲杠的轉(zhuǎn)速 n（或者平均轉(zhuǎn)速 ncp ）（ r/min），滾道的硬度HRC 及絲杠的工作狀況。 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計(jì) 31 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計(jì) 前面已經(jīng)講了平衡吊的工作原理了，平衡吊的運(yùn)動是由滾輪 C 的水平運(yùn)動和死杠螺母的垂直運(yùn)動來控制的。 在此處我們就可以用靜代換法來對桿系中各桿的質(zhì)量進(jìn)行代換。 。在計(jì)算 Gp 時(shí)可以用質(zhì)量代換法先將桿系的重量全部等效到 ABD桿上，然后再根據(jù) ABD 桿的力矩平衡來確定 Gp。 G 4G 2G 3G 1FEDBACGpG 2DBGpG 13DAG 4B圖 19 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 27 估算各桿質(zhì)量，計(jì)算配重 各桿質(zhì)量的估算 在本平衡吊的設(shè)計(jì)中，選擇的桿件材料為 Q235。對 C 結(jié)點(diǎn)分析受力，顯然 ∑ FX ≠ 0，那么由 4G 在 C 點(diǎn)引起的失衡力為BCF 在 X 軸上的投影 4BCXF 。 其表達(dá)式為： 2R = 2BCXF ………… ……………… （ 16） 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 24 F CABDEG 2F BCF CBF AG 2F BCF CBF AG 2F BCX2C圖 16 假設(shè) CE 桿的自重為 3G ，如圖 17 所示，其余各桿的自重忽略不計(jì)，則 BC桿， DEF 桿的 DE 部分為二力桿： BCF + CBF = 0 EDF + DEF = 0 ABD 桿為三力桿，受 AF ， CBF ， EDF 平行力系的作用，∑ MA= 0，可以得出： EDF AD + CBF AB = 0 CE 桿為三力桿，畫出其力的三角形如圖示，圖中 CEF 為鉸鏈 C 給 CE 桿的作用力。但是實(shí)際上自重及摩擦力均是存在的。如圖 14所示： 截面積為： A = πR2 = （ 30 ㎜） 2 = 2826 ㎜ 2 由強(qiáng)度條件可知，當(dāng)： F ≤ [σ ] A 時(shí)，桿件就滿足條件。最大值為： Mmax = 9G→? AB =9 G sin∠ DAJ AB =9 980N 176。 =176。由以上確定的尺寸知： AB = BC = 170 ㎜， AQ = 130 ㎜， CQ = 270 ㎜ 3 平衡吊的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 19 C P QAMB圖 13 圖中 CA= 3 0 01 3 02 7 0 2222 ???? AQCQ ㎜ 而 AB = BC = 170 ㎜，則： cos∠ BCA = ??BCAC 則： ∠ BCA = ≈ 28176。 如圖 13 所示，圖中 C 在最左端， A 在最上端。 下面來討論 ∠ DAJ 能否達(dá)到 90176。 FKEDBCAJGGP′R S圖 11 桿 FED 兩端所受力分別對 E 點(diǎn)取距有： G→? EF ? sinα = Q→? ED ? sinγ 由上已經(jīng)知道 EF = 9 ED ，則有： 9G→ ? sinα = Q→ ? sinγ ………………………… （ 10） 而在力的三角形中可知， G→與 R→的方向相同， R→與 S→的夾角為α， Q→與 S→的夾角為γ， Q→與 P→的夾角為β。 查表有 Q235 的屈服極限在剛才厚度小于等于 16 ㎜時(shí)為 σ s = 235 MPa。 對于塑性材料來說： [σ ]= ns?…………………………… .（ 9） 式中 n 為安全系數(shù)。 設(shè)桿件的截面尺寸為“工”字型，相關(guān)尺寸如圖 10 所示： 則截面對 Z 軸的慣性距為： IZ = 3)40(12100 mmmm ? ＋ 3)40(12100 mmmm ? ＋ 3)60(1250 mmmm ? = 451012236 mm? 代入最大正應(yīng)力公式中有： σ max = IzMmaxYmax = 4510236 mmmmNm? ?? ≈ 106 Pa = MPa 圖 1 0 F ED 桿的截面尺寸3 平衡吊的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 16 最大彎曲正應(yīng)力求出后，就要校核桿件的強(qiáng)度。 橫力彎曲時(shí)，彎矩隨截面位置變化，一般情況下，最大正應(yīng)力σ max 發(fā)生在彎矩最大的截面上，并且離中性軸最遠(yuǎn)處。 H + L ≥ ACFmax 令： H = L 則： H = L ≥ 2ACFmax 在桿滿足長度條件的同時(shí)為了保證 不能因∠ FDA 太大而導(dǎo)致桿件受力太大，取桿長 H = L =1700㎜。 則有： FF′ = 1900㎜ ， FO′ = 2500㎜， CC′ = 190㎜ ∵△ AC′ P ∽ △ AF′ Q ??????? ACAFPC QF 即： F′ Q =? C′ P……………………………… （ 6） 3 平衡吊的結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì) 13 又由圖可知： F′O′= FO′－ FF′=2500㎜－ 1900 ㎜ =600 ㎜ O′Q = OP = OC′＋ C′P 設(shè) C′P = X，則有： F′O′＋ OC′＋ X = ? X 600＋ OC′＋ X = ? X 600＋ OC′= 9 X 令： OC′= 120 ㎜，則有： X = 80 ㎜ ， CO = 70 ㎜ 即是以柱中線為基準(zhǔn)時(shí)，滾輪 C 能到的理論極限位置為左 70 ㎜，右 120 ㎜，絲杠螺母與立柱中心的水平距離為 200 ㎜。圖中過 C 點(diǎn)作水平線交 FF′于 P 點(diǎn)，交 AA′于Q 點(diǎn)，交立柱中心線于 O 點(diǎn)。由豎直變幅為 1800 ㎜可以得出絲杠螺母的移動距離為 200㎜。（處取 ? =10） 即有： 1. 當(dāng) A 點(diǎn)固定不動時(shí)，滾輪 C 的水平移動使重物 G 在水平方向移動，且重物的移動距離與滾輪 C 的移動距離呈 ? 倍的關(guān)系。過 C 點(diǎn)作水平線 NM， FN⊥ NM ∵△ FEC ∽ △ CBA ∴ 11 ???? ?lLCAFCBCEF ………………… ..（ 3） 同理： ∵ △ FNC ∽ △ AMC ∴ 11 ???? ?lLACFCCMCN ………………… .（ 4） 由上述可以得到： △ CNF′ ∽ △ CMA′ NF′∥ MA′ 2 平衡吊的運(yùn)動分析 10 故知 F 點(diǎn)在垂直方向上運(yùn)動，其大小可由 △ CNF′ ∽ △ CMA′ 得到： 11 ????? ?lLAAFF ………………………… ...（ 5） 即 F 點(diǎn)的垂直移動速度為 A 點(diǎn)的 1?? 倍，如果 A 點(diǎn)作勻速運(yùn)動， F 點(diǎn)也作勻速運(yùn)動。 C 點(diǎn)未移動時(shí) ： ∵△ FEC ∽ △ CBA 1???? ?CAFCBCEFABCE △ FNC ∽ △ AMC 1??? ?ACFCAMFN ∴ FN = （ 1?? ） AM…… ………………… .（ 1） C 點(diǎn)移動后： ∵△ F′ E′ C′ ∽ △ C′ B′ A 1??? ????? ????? ?? ?AC CFCB FEBA EC △ F′ N′ C′ ∽ △ AMC′ 1???????? ?ACCFAMNF ∴ F′ N′ = （ 1?? ） AM……… .……… ...（ 2） 由（ 1）、（ 2）式得出 ： F′ N′ = FN 即證明 C 點(diǎn)水平移動時(shí)， F 點(diǎn)在水平方向上作水平移動。 1. 當(dāng) A 點(diǎn)不動時(shí)， F 點(diǎn)的運(yùn)動規(guī)律 如圖 5，過 C 點(diǎn)作一條水平線 MN， A 點(diǎn)與 F 點(diǎn)在此水平線上的投影分別為M 、 N 兩點(diǎn)。 要做到這一點(diǎn)，滿足機(jī)構(gòu)的幾何條件為 ： △ KEF ∽ △ ABJ △ KDE ∽ △ DJB 相似三角形的對應(yīng)邊成比例關(guān)系，得到： EF∶ EK = BJ∶ AB DE∶ EK = BJ∶ BD 由以上兩式得到： EF∶ DE = BD∶ AB 假設(shè)：