【正文】 對于經(jīng)常啟動、制動和反轉的生產(chǎn)機械，要著重考慮縮短過渡過程，減少起、制動時間，提高生產(chǎn)率，而決定起、制動時間的主要因素是電動機的飛輪轉矩和額 5 平衡吊傳動部分的設計 40 定轉速，即 GD 2 n 2 ，所以欲使生產(chǎn)機械的生產(chǎn)效率最高，則 應根據(jù)最小GD2 n2 的數(shù)值來選擇電動機的額定轉速。若要求啟動轉矩較大，則可選用高啟動轉矩的鼠籠式異步電動機（如 JS2 － 1型、 JQ2 和 JQO2 系列等 ）。（ N） 對于轉動平穩(wěn)，沒有變速的情況來說，當量載荷就等于其最大載荷，在此處就應該等 于滾珠絲杠的最大工作載荷 Fmax ，即： Fd = Fmax = 8820N 則滾珠絲杠副的軸向最大動載荷 Ca′為： Ca′ =3Ln fd Fd 102? = 3 h? 8820N 102? ≈ N 通過以上計算得出絲杠的導程為 l 0 = 8 ㎜，滾珠絲杠副的軸向最大動載荷為 Ca′ = N。 在此處選用內循環(huán)方式。 則可以設計平衡吊的傳動部分如圖 20 所示，由電機，減速器，聯(lián)軸器和滾珠絲杠副組成。 由以上桿的尺寸設計中 知桿 DEF 和桿 ABD 的截面積和桿長均相同，為： L = H =1700㎜， A = 100 40 2 + 50 60 = 11 103 ㎜ 3 則桿 DEF 和桿 ABD 的質量為： m1 = m2 = L A ρ = 1700 ㎜ 11 103 ㎜ 3 g/cm3 = 187 105 ㎜ 3 g/cm3 = 146795 g ≈ ㎏ 由于是估算質量，桿件兩端還要進行加工以便安裝，在這里為計算簡便，取該兩桿的質量為： m1 = m2 = 140㎏ 桿 EC 和桿 BC 的截面積相同，為半徑是 30㎜的圓，則該兩桿的截面積為： A = π R2 = （ 30 ㎜） 2 = 2826 ㎜ 2 又 EC 桿和 BC 桿的長度分別為： H1 = 1530㎜， l = 170 ㎜ 則有： m3 = H1 A ρ= 1530㎜ 2826㎜ 2 g/cm3 = 4323780㎜ 3 g/cm3 = 33942 g ≈ ㎏ m4 = l A ρ= 170㎜ 2826㎜ 2 g/cm3 = 480420 ㎜ 3 g/cm3 = 3771g ≈ ㎏ 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 28 同樣，桿 EC 和桿 BC 由于安裝的需要，桿的兩端最后還需要加工，且安裝時還加入了軸和軸承的重量，所以在這里，取兩桿的質量分別為： m3 = 30㎏， m4 = 3㎏ 用質量代換法計算配重 以上已經(jīng)提出，消除自重引起的失衡的措施是在， ABD 桿的適當延長部分 Lp上加一重量 Gp。 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 22 4 桿件自重對平衡的影響及其平衡辦法 在平衡吊的平衡及運動分析時，都是假設桿系的自重及各個鉸鏈點的摩擦均忽略不計，得到 hHlL? 的平衡條件。過 B 點作水平線交 QA延長線于 M 點。設計時以減低結構重量為重要出發(fā)點時，取 n =～ 2. 對于常用的塑性材料，在穩(wěn)定的環(huán)境和載荷下的構件，取 n =～ 2 3. 對于一般質量的材料，在通常的環(huán)境和能夠確定的載荷下工作的構件，取 n =2～ 在此處取 n = 2。 由 中確定的尺寸可知當 A 在最高點， C 在最左邊時 AC 取得最大值： ACmax = 22 270130 ? ≈ ㎜ 所以 ACF 的最大值為： ACFmax =10 ACmax =2997㎜ 3 平衡吊的結構尺寸設計 14 由三角形原理有：三角形的任意兩邊之和必須大于第三邊。且有這樣的關系11 ????? ?lLAAFF ， ????? ACAFCCFF 。 1 平衡吊的工作原理及平衡條件 6 FKEDBCAJGGP′R S 圖 4 在什么條件下才能保證支反力 R→ 保持鉛垂方向，根據(jù)上述受力分析，只有當機構在任意一個位置下，都能做到：過 F 點做一條鉛垂線 FK 與 EC 桿的延長線相交于K 點，再連接 K、 D 兩點并延長與 BC 桿的延長線相交于 J 點，而 J 點正好過 A 點所作的鉛垂線上，才能使支反力 R→保持鉛垂方向。 1 平衡吊的工作原理及平衡條件 4 平衡吊的平衡條件 平衡吊的平衡是指：吊鉤 F點無論空載還是負載，運行到工作范圍內的任何位置后都可以隨意停下并保持靜止不動，即達到隨遇平衡狀態(tài)。近年來，出現(xiàn)的一種新型的定點起重設備“平衡吊”，適用于幾十到幾百千克工件的定點頻繁吊運，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了極其重要的作用，平衡吊的結構簡單，操作靈活，吊重后除能作上下升降外， 能在水平面內作 360 度回轉運動， 只需要輕輕推拉，就可使吊物隨時穩(wěn)穩(wěn)地停留在意欲停留的位置上，做到隨遇平衡。故 CB、 CE為二力桿。 1. 當 A 點不動時， F 點的運動規(guī)律 如圖 5，過 C 點作一條水平線 MN， A 點與 F 點在此水平線上的投影分別為M 、 N 兩點。由豎直變幅為 1800 ㎜可以得出絲杠螺母的移動距離為 200㎜。 橫力彎曲時，彎矩隨截面位置變化，一般情況下，最大正應力σ max 發(fā)生在彎矩最大的截面上，并且離中性軸最遠處。 FKEDBCAJGGP′R S圖 11 桿 FED 兩端所受力分別對 E 點取距有： 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。 =176。 其表達式為： 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 CE 桿的自重為 3G ，如圖 17 所示，其余各桿的自重忽略不計，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。 。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。 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 fd Sj 平穩(wěn)或輕度沖擊 ～ ～ 中等沖擊 ～ ～ 5 平衡吊傳動部分的設計 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算作用于絲杠軸向的最大動載荷 Ca′和絲杠的基本導程 l0 ，然后根據(jù)最大動載荷 Ca′和絲杠的基本導程 l0 來選擇絲杠副型號。 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算中已經(jīng)知道了，絲杠螺母 A 的總運動距離為 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，所以取： 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計 36 FK ＞ Fmax 所以絲杠絕對不會因為失去穩(wěn)定而發(fā)生翹曲。 對于要求大范圍無級調速，且要求經(jīng)常啟動、制動、正反轉的生產(chǎn)機械，則可選用帶調速裝置的直流電動機或鼠籠式異步電動機。 首先根據(jù)傳動比確定減速器的級數(shù)，再根據(jù)計算輸入功率或計算輸出轉矩選減速器型號，必要時需要進行瞬時尖峰載荷的校核計算。 型式、功率和電壓相同的電動機，額定轉速有幾種。 在此處可以選用步進電機作為原動機。 Lh —— 滾珠絲杠的使用壽命時間（ h）。 。下用靜代換法將各桿的質量都等效到 ABD 桿上，如下： 4G 分配到 B、 C 兩點上： 4444 )( lGllG CB ??? llGGB 444 ? 444 GGG CB ?? lllGG C 444 ?? ?4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 29 3G 分配到 E、 C 點上： 33313 )( lGlHG EE ??? 1333 HlGGE? 333 GGG CE ?? 13133 H lHGG C ?? 1G 分配到 D、 F 點上： 1111 )( lGlLG FD ??? LlGGD 111 ? 111 GGG FD ?? LlLGGF 111 ?? EG3 分配到 D、 F 點上： 133 LGlG EFED ??? LLGG EED 133 ? EEFED GGG 333 ?? LlGG EEF?? 33 則： DG13 = EDG3 + DG1 = L lGLLG E 1113 ?? FG13 = EFG3 + FG1 = L lLGL lG E )( 113 ??? ???4 桿件自重對平衡的影響及其平衡方法 30 這樣就將 1G ， 3G ， 4G 都分配在 D、 F、 B、 C 上了， E 點不受力。因此必須采取有效的措施來消除由于自重引起的失衡力。 EC 桿和 BC 桿截面尺寸的設計 在平衡吊的四桿機構中， EC 桿和 BC 桿是兩個二力桿，受到的都是沿軸線方向的壓力，沒有受到彎、扭作用。 當 C 點固定時， A 由下向上，∠ DAJ 逐漸增大。 桿件所用材料為 Q235，是塑性材料，塑性材料到達屈服時的應力是屈服極限 σ s，為保證構件有足夠的強度，在載荷作用下構件的實際應力σ，顯然應該低于極限應力。 F′A′FAQPCO圖 7 滾輪 C 的左右極限位置的 確定 由于 C 點的左右移動只引起釣鉤 F 點的水平移動，而已知平衡吊的水平變幅為1900 ㎜，所以如圖 8 所示，設絲杠螺母 A 固定不動， F、 F′、 C、 C′分別為左右極限位置，圖中過 C 點作水平線，過 A 點作豎直線，二者交于 P 點。 2. 當電機帶動 A 點運動時， F 點的運動規(guī)律 此時將 C 點看作一個固定鉸鏈支座，見圖 6。 KDEFGPQGPQ 圖 2 1 平衡吊的工作原理及平衡條件 5 其次再分析 ABD桿件，根據(jù)作用與反作用的道理，顯然，桿件 DEF通過鉸鏈 D給桿 ABD以反作用 Q→ ′，方向如圖 3所示。該部分也可由氣缸、油缸代替完成起重物的功能。 傳動部分是完成起吊重物功能的機構，由電動機、減速器、聯(lián)軸器等帶動絲杠回轉，驅使螺母升降，從而完成吊鉤在垂直方向的升降運動。在 F點吊起重物 G→時，其方向垂直向下， CE桿通過鉸鏈 E壓給DEF桿的作用力 P→的方向為沿 CE連線方向， G→力與 P→交于 K點，則第三個力 Q→，即ABD桿通過鉸鏈 D作用于 DEF桿的力，必通過 D點交于 K點方向可由力三角形得出，如圖 2所示。 ∵△ AFF′ ∽ △ ACC′ ????? ACAFCCFF ∴ FF′ =? CC′ 2 平衡吊的運動分析 9 即 F 點的水平移動速度為 C 點的 ? 倍，如果 C 點作勻速運動， F 點也作勻速運