【正文】 ............................................ 41 聯(lián)軸器的選擇 ............................................................................................... 43 6 平衡吊回轉(zhuǎn)機構(gòu)的設(shè)計 ....................................................................................... 46 滾動軸承的類型的選擇 ................................................................................ 46 目 錄 2 角接觸球軸承和推力球軸承的型號選擇 .................................................... 47 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖 ........................................................................................ 49 7 平衡吊各鉸鏈處的設(shè)計 ....................................................................................... 50 結(jié) 論 ......................................................................................................................... 52 參考文獻 ..................................................................................................................... 53 謝 辭 ......................................................................................................................... 54 1 平衡吊的工作原理及平衡條件 3 1 平衡吊的工作原理及平衡條件 平衡吊的結(jié)構(gòu)和工作原理 平衡吊的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示，主要分為傳動、桿系和回轉(zhuǎn)機構(gòu)三個部分 。 由圖 l可知 A點的運動是由傳動部分控制的，當(dāng)在一定高度時，可以將 A點看作一個固定鉸鏈支座， C點的水平移動是引起 F點水平運動的原因，如果吊鉤 F在任何位置(起重或空載 )時， F點、 C點、 A點只有垂直方向的反力且合力為零，那么支座 C點的水平受力為零，平衡就可以得到。 先分析 DEF桿件。 要做到這一點，滿足機構(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)： ABD = H， AB = h， BD = H1 DEF = L， DE = l， EF = L1 則 ： hHlL 11? 或者 ： h hHl lL )1()1( ??? 即 ： ??? hHlL ? 為放大系數(shù) 這就是說，只要桿系各桿件滿足上述關(guān)系式，機構(gòu)即可在任意位置達到平衡。 C 點未移動時 ： ∵△ FEC ∽ △ CBA 1???? ?CAFCBCEFABCE △ FNC ∽ △ AMC 1??? ?ACFCAMFN ∴ FN = （ 1?? ） AM…… ………………… .（ 1） C 點移動后： ∵△ 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 點水平移動時， F 點在水平方向上作水平移動。（處取 ? =10） 即有： 1. 當(dāng) A 點固定不動時，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。圖中過 C 點作水平線交 FF′于 P 點，交 AA′于Q 點，交立柱中心線于 O 點。 H + L ≥ ACFmax 令： H = L 則： H = L ≥ 2ACFmax 在桿滿足長度條件的同時為了保證 不能因∠ FDA 太大而導(dǎo)致桿件受力太大，取桿長 H = L =1700㎜。 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 16 最大彎曲正應(yīng)力求出后，就要校核桿件的強度。 查表有 Q235 的屈服極限在剛才厚度小于等于 16 ㎜時為 σ s = 235 MPa。 下面來討論 ∠ DAJ 能否達到 90176。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 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。最大值為： Mmax = 9G→? AB =9 G sin∠ DAJ AB =9 980N 176。但是實際上自重及摩擦力均是存在的。對 C 結(jié)點分析受力，顯然 ∑ FX ≠ 0，那么由 4G 在 C 點引起的失衡力為BCF 在 X 軸上的投影 4BCXF 。在計算 Gp 時可以用質(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。 在此處我們就可以用靜代換法來對桿系中各桿的質(zhì)量進行代換。 FEDCAB電機減速器滾珠絲杠副 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，必須知道實際的工作條件：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。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。 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。 已知重物的提升速度為 6 m/min 左右，則由平 衡吊的運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㎜。根據(jù) l0 和 Ca′的值，查《機械設(shè)計手冊》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 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 —— 實際承受載荷的能力。 滾珠絲杠副逆轉(zhuǎn)的效率 很高，不能自鎖，若用于垂直運動的機構(gòu)或其他需要防止逆轉(zhuǎn)的場合。 對于要求經(jīng)常起、制動，且負(fù)載轉(zhuǎn)矩較大、又有一定調(diào)速要求的生產(chǎn)機械，應(yīng)考慮選用線繞式異步電動機（如 YR、 JR、 JR2 型等）；對于周期性波動負(fù)載的生產(chǎn)機械，為了削平尖峰負(fù)載，一般都采用電動機帶飛輪工作，這種情況下也應(yīng)選用線繞式異步電動機。 由于平衡吊帶負(fù)載作的是在垂直方向的直線運動，所以查《機械設(shè)計手冊》有負(fù)載功率計算公式為： PL =?1000FV…………………………… .（ 26） 式中： PL —— 負(fù)載功率（ KW） F —— 作用力，即所吊物重（ N） V —— 重物上升速度（ m/s） η —— 傳動效率 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計 39 確定已知條件為： F = G = 100 ㎏ ㎏ = 980N V= 6 m/min = ，η = 50% 將已知條件代如上式有： PL =?1000FV= / ?? smN= KW 對于負(fù)載功率 PL 恒定不變的生產(chǎn)機械，選擇電動機時，只需要按 設(shè)計手冊中的計算公式算出負(fù)載所需功率，再選一臺額定功率為 PN ，使： PN ≥ PL 的電動機即可。 綜合以上條件，且考慮到減速器的傳動比不能太大，查《機械設(shè)計手冊》初選電動機的額定轉(zhuǎn)速為 1390 r/min。 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計 42 表 6 工作情況系數(shù) KA 原動機 電動機、氣輪機 4~6 缸活塞發(fā)動機 1~3 缸活塞發(fā)動機 工作小時（ h） ~3 3~10 10~ ~3 3~10 10~ ~3 3~10 10~ 輕微沖擊 中等沖擊 強沖擊 查表 6 可知，工作情況系數(shù) KA =， 而實際輸入功率即為電機輸出功率， PW1 = 代入上式有計算輸入功率 PC1 為： PC1 = KA PW1 = KW= KW 根據(jù)一級減速器減速比和計算輸入功率 P C1 查《機械設(shè)計師手冊》，選用額定輸入功率 P1 =，機型號為 2 的減速器。 對于不需要調(diào)速的低速運轉(zhuǎn)的機械，電動機是最高轉(zhuǎn)速應(yīng)該與生產(chǎn)機械的最高轉(zhuǎn)速相適應(yīng)，采用直接傳動或通過減速機構(gòu)來傳動。所以 其電動機應(yīng)該選擇 Y 系列鼠籠式異步電動機。 對于不要求調(diào)速、對啟動性能也沒有過高要求的生產(chǎn)機械，應(yīng)優(yōu)先考慮使用一般鼠籠式異步電動機（如 YL 型、 JS 型、 Y 系列等）。 5 平衡吊傳動部分的設(shè)計 37 首先根據(jù)所選擇的絲杠的精度等級，參照表 4，查出任意 300 ㎜行程內(nèi) 絲杠允許的最大變形量，與實際的變形量進行比較，若實際變形量小于允許的最大變形量，則說明所選絲杠型號符合要求。（ r） Fd —— 平衡吊的當(dāng)量載荷。 l0 ： l0 ≥maxmaxnV ………………………………… （ 21） 式中： Vmax —— 絲杠螺母的最大移動速度（㎜ /min）。 外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運動。兩圓弧相交處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能存一定的潤滑油以減少摩擦和磨損。 由于還考慮到電機的轉(zhuǎn)速一般不會很低，而平衡吊提升重物時的速度不能過高，所以在傳動機構(gòu)中還需要用到減速器。 為方便起見，對于精度要求不是非常高的情況下的質(zhì)量代換計算，可以只滿足前兩個條件，這樣，兩個質(zhì)量代換點就可以任 意選取。 設(shè)桿 DEF、 ABD、 EC、 BC 的質(zhì)量分別為： m m m m4。 其表達式為： 3R = 3BCXF + 3ECXF ………………… （ 17） 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 25 F CABDEG 3F BCCF ECF ED F CBF BCF DEF CEF ECF EC X3F DEF CEG 3G 3圖 17 F CA