【文章內(nèi)容簡介】 載荷加入其中，計算出開窗及關窗所需力的大小，從而選擇電動開窗機，為了使電動開窗機的工作更為可靠，我們應將電動開窗機的推拉力要與窗體的自重以及開啟的行程相結(jié)合。此處我們應根據(jù)窗體尺寸和窗體材料來計算出窗體自重，如下舉例說明： 1 2 3 4 5 6 7 溫室大棚電動開窗機設計 第 8 頁 圖五 頂窗 假設窗體自身的寬、高、玻璃厚度尺寸分別為： W（ m）、 H(m)、 D(mm)，窗體 90%的材料為玻璃，鋼型材占 10%，玻璃的密度為 ，鋁合金密 度為 g/cm3，在計算時，為了滿足開啟窗戶的力足夠大，計算結(jié)果應選大不選小，因此此處根據(jù)鋁合金的密度來計算窗體自重 計算公式： Z(kg)=W(m) H(m) D(mm) 106 (kg) 106(kg/mm3) 設窗體尺寸（ W H）為 1100mm 900mm 玻璃厚度為 5mm﹢ 12A﹢ 5mm﹢ ﹢ 5mm Z(kg)=W(m) H(m) D(mm) 106 (kg) 106(kg/mm3)= 根據(jù)上述例證，我們可以 計算出溫室所用 PC 陽光板自重，具體數(shù)據(jù)如下表： 表三 PC板參數(shù) 材料 H（ mm） W(mm) D(mm) ρ （ g/cm3） PC陽光板 1220 900 8﹢ 12A﹢ 8 則 PC 板自重 Z 為： Z(kg)=W(m) H(m) D(mm) 106 (kg) 106(kg/mm3)= 頂桿的設計 頂桿的一端作用于頂窗上，伴隨著齒條的移動推開或關閉頂窗，它是由兩根桿件組成，兩根桿件的夾角一般為 40度，另一端通過連接件與齒條所在軸連接。 H D W 溫室大棚電動開窗機設計 第 9 頁 圖六 頂 桿 從受力分析角度考慮，在計算開啟推力和拉力的時候，除了考慮窗體自重外，還應將窗體所受風壓及雨雪載荷考慮其中，對于窗體所受風壓及雨雪載荷的選取計算要分為兩種情況考慮，其一是窗體開啟瞬間所受的風壓及雨雪載荷作用，其二是窗體開啟后所受的風壓雨雪載荷作用，此處溫室開窗機構中不將雨雪載荷計算其中，在雨雪天氣下，溫室不需要開啟天窗。在開窗機推力計算中，風壓為附加載荷而進行推力計算：在計算推桿開啟后靜態(tài)支撐以及關閉拉力時，風壓為附加載荷而進行開窗機的支撐力及拉力的計算；一旦開窗機選定后，其推拉力和支撐力為額定值，不會 變動，因此推拉力和支撐力的反復驗算非常有必要。 下面為窗體受力分析 : 圖七 窗體受力分析 25mm mm 450mm mm 溫室大棚電動開窗機設計 第 10 頁 相關參數(shù)如下表： 材料 自重 Z（ kg） 開啟行程 S(mm) 風壓系數(shù) (kg/m2) PC陽光板 750 8 參量計算如下： a 水平風壓 P1=8 h w P1=8 = kg b 窗體開啟瞬間受風壓作用，則電動開窗機的最低推力應該大于 ，可以選取一個最大值為 Ft=（ ～ 2） P1 Ft=（ ～ 2） = kg = N c開啟后的推力計算 Ft,= W/2 S/H Ft,= 750/1220= kg = N 按照選大不選小的原則，比較 Ft和 Ft,得出，電動開窗機的開啟推力應選擇，開啟之后，電動開窗器處于靜態(tài)支撐。 d 靜態(tài)支撐下垂直向下風壓 P2=40% P1 =40% = kg e 開啟角度 α =2 sin1(S/2 H1) =176。 f 根據(jù)力矩平衡原理，電動開窗機的靜態(tài)支撐拉力為： F=[（ W＋ P2） sin α H/2]/H =[ 176。 610]/1220 = kg = N 溫室大棚電動開窗機設計 第 11 頁 同樣根據(jù)選大不選小的原則，為靜態(tài)支撐拉力選取一個最大值為： F,=（ ～ 2） F = N 通過以上計算 , 我們有如下結(jié)論 : 1 ) 電動開窗器的靜態(tài)支 撐力 (回拉力 ) F 除了與窗扇自重成正比外 , 還與窗扇開啟角度α成正比 , 且開啟角度α越大 , 則需求的 F 力越大 。 2 ) 電動開窗器的靜態(tài)支撐力 (回拉力 )F 與電動開窗器在窗扇的作用點 (安裝位置 ) 有關 , 且越靠近下懸點 (轉(zhuǎn)軸點 ), 其 F 力要求越大 。 3 ) 以上計算是有關電動開窗器的穩(wěn)定性參數(shù)計算。而動態(tài)情況及瞬態(tài)受力分析等則應按當?shù)厍闆r另行核算。 根據(jù)計算結(jié)果，我們可以繪制如下表格，以此作為電動開窗機的選擇依據(jù)： 材料 自重（ kg） 最大推力（ N） 最大拉力（ N） PC陽光板 齒條所在軸直徑計算 齒條所在軸在整個機構中也是受力較大部件，因此也需要特別設計。為了防止該軸在工作時的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸徑的尺寸。與傳動軸相同，該軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應力進行計算。 τ T=TTW ≈ 9550000 179。Pd n ≤ [τ T] 與傳動軸相同，我們選取軸的材料為 40Cr， [τ T]可選取的數(shù)值為 44MPa，A0相應的可選取的 數(shù)值為 100。 軸轉(zhuǎn)速 n=； 軸的輸入功率約為 P=?? KW ? 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到 d≥ 3 ?＝ 根據(jù)設計要求，我們還要乘以安全設計系數(shù)，在這里取 ，則 d≥ =45mm 則最終得出軸最小直徑選為 ，大徑選擇 45mm 齒輪齒條的設計選擇 根據(jù)結(jié)構計算得出，開啟頂窗時每個齒輪上的阻力矩 ； 齒輪選用 B 型齒輪， TU2140，分度圓直徑 進行傳動，為了使傳動軸工作穩(wěn)定，左右兩側(cè)的齒輪臨近布置，這樣水平方向上的作用力就會互相抵消； 每相隔 4m 布置一對齒條，長度 2941mm； 電機安裝在中間位置，即在溫室跨度中部 溫室大棚電動開窗機設計 第 12 頁 表四 齒輪參數(shù) 型號 推力 n 扭矩 n 減速比 每轉(zhuǎn)齒條行程 mm 分度圓直 徑 mm 重量 kg TUS2540 450 21 表五 齒條參數(shù) 型號 L （ mm） 壁厚 mm 適合開間 mm RACK 403\L2941 2941 2020 傳動軸的直徑計算 傳動軸是整個機構中最為核心的部件，是整個機械受力最大的部件，因此必須要集中設計此部件。為了防止傳動軸在工作時的斷裂，需要校核功率輸入端的最小軸徑的尺寸。由于傳動軸承受的彎矩不大，可以按許用扭剪應力進行計算。當傳動軸受到扭矩 T()時，傳動軸的扭 剪應力為： τ T=TTW ≈ 9550000 179。Pd n ≤ [τ T] 式中： τ T——————— 扭轉(zhuǎn)切應力， MPa； T——————————— 軸所受的扭矩， N mm； WT——————————— 軸的抗扭截面系數(shù)， mm3； n——————————— 軸的轉(zhuǎn)速， r/min； P——————————— 軸傳遞的功率， kW； D——————————— 計算截面處軸 的直徑， mm； [τ T]——————————— 許用扭轉(zhuǎn)切應力， MPa， 由上式得軸的設計式： d≥ 3Pn ＝3 [ ]T Pn? 3Pn＝ A03Pn 式中30 [ ]TA ?? ，查機械設計手冊可得下表： 表六 軸的幾種常用材料的 [τ T]和 A0的值 軸的材料 3Cr1 35SiMn、38SiMnMo、 40Cr 45 3 Q275（ 1Cr18Ni9Ti） Q235A [τ T]/A0 3555 2545 2035 1525 A0 11297 126103 135112 149126 溫室大棚電動開窗機設計 第 13 頁 由于要提升軸的耐磨損性，我們選取軸的材料為 40Cr，由上表的取值范圍可知， [τ T]可選取的數(shù)值為 45MPa， A0相應的可選取的數(shù)值為 102. 從以上資料中，我們得知： 傳動軸轉(zhuǎn)速 n=； 軸的輸入功率約為 P= KW 將上述數(shù)據(jù)代入公式，得到 d≥ 3 ?＝ 根據(jù)設計要求，我們還要乘以安全設計系數(shù)，在這里取 ，則 d≥ =50mm 則最終得出軸最小直徑選為 45mm，大徑選擇 50mm 傳動軸的精確校核 根據(jù)條件可以判定，傳動軸受扭矩力遠遠大于其彎矩力，因此彎矩力可以省略，只按扭矩力來校核。畫出其扭 矩分析圖：