【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 不會(huì)超過332KN，所以，取桿件截面為半徑為30㎜的圓，符合條件。4 桿件自重對(duì)平衡的影響及其平衡方法4 桿件自重對(duì)平衡的影響及其平衡辦法在平衡吊的平衡及運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，都是假設(shè)桿系的自重及各個(gè)鉸鏈點(diǎn)的摩擦均忽略不計(jì)，得到的平衡條件。但是實(shí)際上自重及摩擦力均是存在的。摩擦力對(duì)平衡是不起破壞作用的，而自重則不然，除桿系在一特定的位置外，各桿件的自重都將在C點(diǎn)產(chǎn)生破壞平衡的影響——引起桿系滑動(dòng)。這里將由于各桿件自重的影響在C點(diǎn)引起不平衡的水平分力定義為失衡力。 各桿件自重在C點(diǎn)處引起的失衡力的大小當(dāng)F點(diǎn)作用負(fù)荷且滿足的條件下，平衡吊的失衡力只可能由自重引起，此時(shí)，將C點(diǎn)作為固定鉸鏈支座來對(duì)其進(jìn)行受力分析，求出由于各桿件自重影響所產(chǎn)生的失衡力，根據(jù)疊加原理，可以求出它們的合力，即總的失衡力為： = ∑……………………………….（14）現(xiàn)在根據(jù)靜力學(xué)原理分別就各桿件自重對(duì)失衡的影響進(jìn)行分析：假設(shè)DEF桿的自重為，如圖15所示，其余桿件自重忽略不計(jì)，BC，CE桿為二力桿： + = 0 + = 0DEF、ABD為三力桿，畫出其力的三角形如圖示，對(duì)D結(jié)點(diǎn)分析受力有： + = 0對(duì)C結(jié)點(diǎn)分析受力，顯然 ∑FX ≠ 0，則，在X軸上的投影，的矢量之和即為由在C點(diǎn)引起的失衡力，其表達(dá)式為： = + …………………（15）圖 15 假設(shè)ABD桿的自重為，如圖16所示，其余各桿的自重忽略不計(jì)，則DEF桿和CE桿為“0”桿（內(nèi)力為0），BC桿為二力桿： + = 0ABD為三力桿，畫出其力的三角形如圖示，對(duì)結(jié)點(diǎn)C分析受力有，顯然 ∑FX ≠ 0，則由在C點(diǎn)引起的失衡力為在X軸上的投影。其表達(dá)式為： = …………………………（16）圖 16 假設(shè)CE桿的自重為，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： + = 0 + = 0ABD桿為三力桿，受，平行力系的作用，∑MA= 0，可以得出： + = 0CE桿為三力桿，畫出其力的三角形如圖示，圖中為鉸鏈C給CE桿的作用力。對(duì)C結(jié)點(diǎn)分析受力，顯然 ∑FX ≠ 0，則，在X軸上的投影和的矢量之和即為由在C點(diǎn)引起的失衡力。其表達(dá)式為： = + …………………（17）圖 17圖 18 假設(shè)BC桿的自重為，如圖18所示，其余桿自重忽略不計(jì)，則DEF桿和CE桿為“0”桿。ABD桿的AB部分為二力桿： + = 0BC桿為三力桿，畫出其力的三角形如圖示，圖中為鉸鏈C給BC桿的作用力。對(duì)C結(jié)點(diǎn)分析受力，顯然 ∑FX ≠ 0，那么由在C點(diǎn)引起的失衡力為在X軸上的投影。其表達(dá)式為： = …………………………….（18）綜合（15），（16），（17），（18）式，總的失衡力為： = + + + …………………..（19） 消除各桿自重引起的失衡措施上述分析看出由自重引起的失衡力是存在的。因此必須采取有效的措施來消除由于自重引起的失衡力。假設(shè)在ABD桿的適當(dāng)延長(zhǎng)部分Lp上加一重量Gp（配重）以平衡桿系自重，則由桿系的失衡就可以消除，如圖19所示。圖 19 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。Q235在材料的分類中屬于低碳鋼，查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》有，～，在計(jì)算低碳鋼的重量時(shí)， g/cm計(jì)。設(shè)桿DEF、ABD、EC、BC的質(zhì)量分別為：mmmm4。由以上桿的尺寸設(shè)計(jì)中知桿DEF和桿ABD的截面積和桿長(zhǎng)均相同，為：L = H =1700㎜，A = 100402 + 5060 = 1110㎜則桿DEF和桿ABD的質(zhì)量為：m1 = m2 = LAρ = 1700㎜1110㎜ g/cm = 18710㎜ g/cm= 146795 g≈㎏由于是估算質(zhì)量，桿件兩端還要進(jìn)行加工以便安裝，在這里為計(jì)算簡(jiǎn)便，取該兩桿的質(zhì)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 = πR= （30㎜）= 2826㎜又EC桿和BC桿的長(zhǎng)度分別為：H = 1530㎜，l = 170㎜則有：m3 = HAρ= 1530㎜2826㎜ g/cm = 4323780㎜ g/cm = 33942 g ≈㎏ m4 = lAρ= 170㎜2826㎜ g/cm = 480420㎜ g/cm = 3771g ≈㎏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(shí)還加入了軸和軸承的重量，所以在這里，取兩桿的質(zhì)量分別為：m3 = 30㎏，m4 = 3㎏ 用質(zhì)量代換法計(jì)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(dāng)延長(zhǎng)部分Lp上加一重量Gp。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。在對(duì)桿件進(jìn)行質(zhì)量代換時(shí)，應(yīng)當(dāng)使代換后各代換質(zhì)量所產(chǎn)生的慣性力及慣性力偶矩與該桿件實(shí)際產(chǎn)生的慣性力及慣性力偶矩相等。為此，質(zhì)量代換必須滿足以下三個(gè)條件：。但當(dāng)這三個(gè)條件同時(shí)滿足時(shí)，質(zhì)量代換點(diǎn)中的一個(gè)確定了，另一個(gè)質(zhì)量代換點(diǎn)也就隨之確定，也就是說兩個(gè)代換點(diǎn)不能同時(shí)隨意選擇，這就給計(jì)算帶來了大大的不便。為方便起見，對(duì)于精度要求不是非常高的情況下的質(zhì)量代換計(jì)算，可以只滿足前兩個(gè)條件，這樣，兩個(gè)質(zhì)量代換點(diǎn)就可以任意選取。即通常所說的靜代換法。在此處我們就可以用靜代換法來對(duì)桿系中各桿的質(zhì)量進(jìn)行代換。如圖19所示，l、l、l、l分別為桿DEF、ABD、EC、BC的質(zhì)心位置。下用靜代換法將各桿的質(zhì)量都等效到ABD桿上，如下：、C兩點(diǎn)上： 、C點(diǎn)上： 、F點(diǎn)上： 、F點(diǎn)上： 則： = + = = + = 這樣就將，都分配在D、F、B、C上了，E點(diǎn)不受力。，已經(jīng)知道作用在F、C、A點(diǎn)的垂直載荷對(duì)失衡是沒有影響的，因此只對(duì)ABD桿進(jìn)行受力分析：∑M= 0即： Gh + Gl+ GH = GLp...................（20）由以上求得：== ==686N ==147N == = + 686N =又已知：h = 170㎜，l= 850㎜，H = 1700㎜代入（20）式有： GLp = 170㎜+1372N850㎜+1700㎜ ≈10N㎜取Lp = 700㎜，則：G=≈3657N至此，將ABD桿從A點(diǎn)延長(zhǎng)至700㎜處，加一重為3657 N的配重，就可以將平衡吊桿系自重引起的失衡問題完全解決了。295 平衡吊傳動(dòng)部分的設(shè)計(jì)5 平衡吊傳動(dòng)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(dòng)是由滾輪C的水平運(yùn)動(dòng)和死杠螺母的垂直運(yùn)動(dòng)來控制的。而滾輪C的水平運(yùn)動(dòng)是由工人手動(dòng)推拉吊重G來實(shí)現(xiàn)的；絲杠螺母的垂直運(yùn)動(dòng)是通過電機(jī)帶動(dòng)絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使絲杠螺母做垂直運(yùn)動(dòng)的。由于還考慮到電機(jī)的轉(zhuǎn)速一般不會(huì)很低，而平衡吊提升重物時(shí)的速度不能過高，所以在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中還需要用到減速器。則可以設(shè)計(jì)平衡吊的傳動(dòng)部分如圖20所示，由電機(jī)，減速器，聯(lián)軸器和滾珠絲杠副組成。 圖 20 平衡吊傳動(dòng)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F（或者平均工作載荷F）（N）作用下的使用壽命T（h），絲杠的工作長(zhǎng)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n）（r/min），滾道的硬度HRC及絲杠的工作狀況。 平衡吊工作條件的確定中已經(jīng)確定了平衡吊的最大吊起重量為100㎏，重物的提升速度在6 m/min左右。則由前面的理論計(jì)算可知，滾珠絲杠副的最大工作載荷為：F= 9G = 9100㎏㎏ = 8820N首先，根據(jù)滾珠絲杠副的使用和結(jié)構(gòu)要求選擇滾道的截面形狀，滾珠螺母的循環(huán)方式和預(yù)緊方式。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。雙圓弧型的螺紋滾道的接觸角在工作過程中基本保持不變。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(rùn)滑油以減少摩擦和磨損。但由于加工其型面的砂輪修整和加工、檢驗(yàn)均較困難，故加工成本較高。而單圓弧型滾道加工用砂輪成型較簡(jiǎn)單，故容易得到較高的加工精度。在此處的滾珠絲杠副選擇單圓弧型的滾道截面。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過程中始終與絲杠表面保持接觸。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。其不足是反向器加工困難，裝配調(diào)整也不方便。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)反向時(shí)，離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。在此處選用內(nèi)循環(huán)方式。，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(dòng)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。其中雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單剛度高、預(yù)緊可靠、但使用中調(diào)整不方便。在此處選用雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊。其次，再根據(jù)平衡吊的工作條件，從表1中查取載荷系數(shù)f 和靜態(tài)安全系數(shù)S。表1 滾珠絲杠的載荷系數(shù)f和靜態(tài)安全系數(shù)S載荷性質(zhì)fS平穩(wěn)或輕度沖擊～～中等沖擊～～表 1 （續(xù)）較大沖擊或振動(dòng)～～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：f= ，S= 選擇滾珠絲杠副的型號(hào)主要是計(jì)算作用于絲杠軸向的最大動(dòng)載荷Ca′和絲杠的基本導(dǎo)程l，然后根據(jù)最大動(dòng)載荷Ca′和絲杠的基本導(dǎo)程l來選擇絲杠副型號(hào)。一般的當(dāng)絲杠當(dāng)量轉(zhuǎn)速n＞10 r/min時(shí)，計(jì)算最大動(dòng)載荷Ca′來選型；當(dāng)當(dāng)量轉(zhuǎn)速n≤10 r/min時(shí)，計(jì)算最大靜載荷Coa′來選型。：l≥…………………………………（21）式中：V——絲杠螺母的最大移動(dòng)速度（㎜/min）。n——滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度（r/min）。已知重物的提升速度為6 m/min左右，則由平衡吊的運(yùn)動(dòng)分析可知絲杠螺母的最大移動(dòng)速度為：V==≈㎜/min初定滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度為：n= 90 r/min則滾珠絲杠的導(dǎo)程l為：l≥=≈㎜/r在這里，初選滾珠絲杠的導(dǎo)程為：l= 8㎜。：L= 60nL………………………………（22）式中：n——滾珠絲杠的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)速度（r/min）。L——滾珠絲杠的使用壽命時(shí)間（h）。（普通機(jī)械為5000～10000、數(shù)控機(jī)床及其它機(jī)電一體化設(shè)備及儀器裝置為15000、航空機(jī)械為1000）對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，沒有變速的情況來說，當(dāng)量轉(zhuǎn)速就等于其平均轉(zhuǎn)動(dòng)速度，在此處就應(yīng)該等于滾珠絲杠的最大轉(zhuǎn)動(dòng)速度n，即：n= n= 90 r/min本平衡吊為普通機(jī)械，滾珠絲杠的使用壽命時(shí)間為5000～1000