機(jī)械式平衡吊設(shè)計(jì)【含11張CAD圖紙+文檔全套】

喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 喜歡就充值下載吧。。資源目錄里展示的文件全都有，，請(qǐng)放心下載，，有疑問(wèn)咨詢QQ:414951605或者1304139763 ======================== 摘 要 在工廠車間里搬運(yùn)重物，往往都是采用起重機(jī)、電葫蘆、工業(yè)機(jī)械手等。但對(duì)于需要頻繁吊裝、作業(yè)時(shí)間短的場(chǎng)合，如機(jī)床上下工件，裝配工作吊裝零部件，流水線上的定點(diǎn)工作等等；對(duì)于要求比較精確定位的場(chǎng)合，如鑄造中的下芯、合箱等等，一般起重設(shè)備常不適用，工業(yè)機(jī)械手多用于生產(chǎn)自動(dòng)線上或單一的重復(fù)操作，而且成本較高，目前，一般車間使用較少。近年來(lái)，出現(xiàn)的一種新型的定點(diǎn)起重設(shè)備“平衡吊”，適用于幾十到幾百千克工件的定點(diǎn)頻繁吊運(yùn)，在工業(yè)生產(chǎn)中起到了極其重要的作用，平衡吊的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作靈活，吊重后除能作上下升降外， 能在水平面內(nèi)作360度回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只需要輕輕推拉，就可使吊物隨時(shí)穩(wěn)穩(wěn)地停留在意欲停留的位置上，做到隨遇平衡。本文闡述了平衡吊的基本原理，并對(duì)其平衡條件及桿系的平衡方法進(jìn)行了分析和研究，對(duì)平衡吊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)計(jì)算。 關(guān)鍵詞：平衡吊；原理應(yīng)用；力學(xué)分析；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) Abstract Transports the heavy item in the factory workshop, often all is uses the hoist crane, the telpher, the industry manipulator and so on. But regarding needs the frequent hoisting, the work time short situation, like about engine bed work piece, installation work hoisting spare part, in assembly line fixed-point work and so on; Regarding the request quite pinpointing situation, like in the casting under core, gathers box and so on, the general hoisting equipments are not often suitable, the industry manipulator uses in producing from the generatrix in or the sole repetition operation, moreover the cost is high, the general workshop use are at present few. In recent years, appeared one kind of new fixed point hoisting equipment “the balance hung”, was suitable in lifts frequently several dozens to several hundred kilogram work piece fixed points, played the extremely vital role in the industrial production, the structure which the balance hung has been simple, the operation was nimble about, after the crane besides could do rises and falls, could make 360 degree gyroscopic motions in the horizontal plane, only needed gently on rollers, might cause to hang the thing steadily to pause as necessary in the position which cared for to pause, achieved the indifferent equilibrium. This article elaborated the balance hangs the basic principle, and has carried on the analysis and the research to its equilibrium condition and the pole department's balanced method, hung the structure to the balance to carry on the design calculation. Keywords：The balance hangs;Principle application;Mechanics analysis;Structural design 目 錄 摘 要 I 1 前 言 1 2 概 論 2 3平衡吊概述 3 3.1 平衡吊簡(jiǎn)介 3 3.2 平衡吊的分類 3 3.3 平衡吊的產(chǎn)品型號(hào) 6 3.4 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù) 6 4平衡吊的總體設(shè)計(jì) 9 4.1 平衡吊的組成及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 9 4.1.1平行四連桿機(jī)構(gòu) 10 4.1.2 桿系自質(zhì)量平衡裝置 11 4.1.3 驅(qū)動(dòng)裝置 11 4.2 平衡吊的運(yùn)動(dòng)分析及平衡方法 12 4.2.1 平衡吊的工作原理 12 4.2.2 平衡吊平衡的條件 13 4.2.3 平衡吊的運(yùn)動(dòng)分析 17 4.2.4 桿件自重失衡問(wèn)題 19 5平衡吊的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25 5.1桿系與立柱的受力分析 25 5.1.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與作業(yè)位置編號(hào) 25 5.1.2受力分析 26 5.2 各桿件及立柱的強(qiáng)度計(jì)算與截面尺寸的確定 29 5.2.1 Ⅰ、Ⅱ桿截面的高度比的確定 29 5.2.2 Ⅰ、Ⅱ桿截面的尺寸確定 31 5.3 配重質(zhì)量的計(jì)算 37 6 平衡吊的升降裝置設(shè)計(jì) 40 6.1 概述 40 6.2 螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 40 6.2.1 選用材料 40 6.2.2 按耐磨性計(jì)算螺紋中徑 41 6.2.3 驗(yàn)算自鎖 42 由于為單頭螺紋，導(dǎo)程mm 42 6.2.4 螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算 42 6.2.5 螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 43 6.2.6 螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 44 6.2.7 螺桿的效率 44 6.2.8 螺桿的剛度和臨界轉(zhuǎn)速 45 7 平衡吊的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 45 7.1 傳動(dòng)的選擇及擬定傳動(dòng)方案 45 7.1.1 傳動(dòng)類型選擇的依據(jù) 45 7.1.2 工作機(jī)狀況 46 7.1.3 動(dòng)力機(jī)的選擇及其性能比較 47 7.1.4 傳動(dòng)類型的選擇 47 7.1.5 傳動(dòng)的分配 49 7.1.6 擬定傳動(dòng)方案 49 7.2 電動(dòng)機(jī)的選擇及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算 49 7.2.1 電動(dòng)機(jī)的選擇 49 7.2.2 確定傳動(dòng)裝置的效率η 50 7.2.3 選擇電動(dòng)機(jī) 50 7.2.4 總傳動(dòng)比的計(jì)算及傳動(dòng)比的分配 51 7.2.5傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算 51 7.3傳動(dòng)零件的設(shè)計(jì)計(jì)算 53 7.3.1 齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算 53 7.3.2 蝸輪蝸桿傳動(dòng)設(shè)計(jì) 58 8 平衡吊的回轉(zhuǎn)部分設(shè)計(jì) 63 8.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的組成及支撐裝置 63 8.2 回轉(zhuǎn)座（法蘭）的設(shè)計(jì) 64 8.2.1 概述 64 8.2.2 灰鑄鐵法蘭 65 8.2.3 法蘭的選用 67 9 吊鉤組的設(shè)計(jì) 68 9.1 吊鉤形式，特點(diǎn)及機(jī)械性能 68 9.1.1 吊鉤形式及特點(diǎn) 68 9.1.2 吊鉤的機(jī)械性能，起重量 68 （1) 機(jī)械性能 68 9.2 吊鉤組零件材料及主要尺寸 68 9.2.1 吊鉤組零件材料 68 9.2.2 吊鉤的主要尺寸 69 9.2.4 止推軸承的選擇 71 9.2.5 吊鉤橫梁的設(shè)計(jì) 72 10 平衡吊的底座設(shè)計(jì) 74 10.1 概述 74 10.2 底座的基本結(jié)構(gòu) 74 10.3 底座的結(jié)構(gòu)特性 74 10.4 底座的穩(wěn)定性校核 75 結(jié) 論 77 參考文獻(xiàn) 79 1前 言 畢業(yè)設(shè)計(jì)是四年大學(xué)學(xué)習(xí)生活的最后一個(gè)環(huán)節(jié)，也是我們對(duì)所學(xué)專業(yè)知識(shí)進(jìn)行鞏固的一次機(jī)會(huì)。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)就是在全面鞏固和學(xué)習(xí)機(jī)械專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)上，廣泛查閱有關(guān)資料，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，從而對(duì)四年的學(xué)習(xí)做一個(gè)全面系統(tǒng)的總結(jié)。 本次設(shè)計(jì)著重于平衡吊主要零部件的設(shè)計(jì)，如四桿機(jī)構(gòu)，平衡吊驅(qū)動(dòng)裝置，吊鉤等，并使設(shè)計(jì)盡可能詳盡，合理，便于制造和操作。另一方面，本設(shè)計(jì)中有大量的插圖和公式，以使得本設(shè)計(jì)易于理解和老師評(píng)審。 通過(guò)這次設(shè)計(jì)，不僅使我們以前所學(xué)的專業(yè)課知識(shí)，比如：機(jī)械原理，機(jī)械零件，機(jī)械制圖，材料力學(xué)，理論力學(xué)等專業(yè)知識(shí)得到鞏固和提高，而且也使得我們把在校所學(xué)的各方面的知識(shí)全面，系統(tǒng)地與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合起來(lái)來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，從而提高我們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，為以后的學(xué)習(xí)和工作打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次設(shè)計(jì)題目為《機(jī)械式平衡吊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》，通過(guò)設(shè)計(jì)一臺(tái)特殊的起重機(jī)，綜合應(yīng)用了幾乎機(jī)械專業(yè)各方面的專業(yè)知識(shí)，使我們不僅學(xué)會(huì)了整部機(jī)器的設(shè)計(jì)方法，而且也熟悉了零件的工藝性，機(jī)器的裝配和安全技術(shù)等方面的知識(shí)。 為了搞好這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，順利完成設(shè)計(jì)任務(wù)，本設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了張昌娟老師的悉心指導(dǎo)，并參考了大量的有關(guān)資料，旨在綜合考慮各方面因素的條件下，設(shè)計(jì)出合理，操作簡(jiǎn)單的平衡吊。但由于本人知識(shí)水平有限，錯(cuò)誤與不合理之處在所難免，敬請(qǐng)各位老師和同學(xué)給予批評(píng)指正。 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了張昌娟老師的精心指導(dǎo)，也得到了同學(xué)們的大力幫助，在此謹(jǐn)表謝意。 2 概 論 本次設(shè)計(jì)通過(guò)設(shè)計(jì)一臺(tái)特殊的起重機(jī)，進(jìn)一步提高機(jī)械設(shè)計(jì)的能力和鞏固所學(xué)過(guò)的機(jī)械零件和機(jī)械原理等課程的理論知識(shí)。在設(shè)計(jì)中不僅要求學(xué)會(huì)整部機(jī)器的設(shè)計(jì)方法，并且要求熟悉零件的工藝性，機(jī)器的裝配和安全技術(shù)等方面的知識(shí)，提高分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。 在設(shè)計(jì)之前，已經(jīng)學(xué)過(guò)了機(jī)械制圖，理論力學(xué)，材料力學(xué)，機(jī)械原理和機(jī)械零件及其課程設(shè)計(jì)等，基本上掌握了一般機(jī)器零部件的設(shè)計(jì)方法；現(xiàn)在通過(guò)本次設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用了以前所學(xué)的這些理論知識(shí)，對(duì)整體起重機(jī)的主要部分進(jìn)行設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)的研究范圍有：平衡吊的總體設(shè)計(jì)，四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算，傳動(dòng)部分（即減速器）的設(shè)計(jì)計(jì)算，螺桿的設(shè)計(jì)計(jì)算以及吊鉤的設(shè)計(jì)計(jì)算。平衡吊是一種簡(jiǎn)易的起重設(shè)備，其應(yīng)用原理簡(jiǎn)單但卻巧妙，因此它可以加深我們對(duì)機(jī)械機(jī)構(gòu)的理解，培養(yǎng)靈活運(yùn)用機(jī)械機(jī)構(gòu)的能力。平衡吊的工作量較少，因此一個(gè)人可以獨(dú)立完成。平衡吊的設(shè)計(jì)涉及到了連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，減速器設(shè)計(jì)，電氣原理等，可以培養(yǎng)綜合運(yùn)用知識(shí)的能力。畢業(yè)設(shè)計(jì)是我們大學(xué)的學(xué)習(xí)生活的最后的一項(xiàng)重要學(xué)習(xí)任務(wù)；是對(duì)四年所學(xué)知識(shí)的總結(jié)和靈活運(yùn)用；是我們重溫已學(xué)知識(shí)和加深對(duì)其理解，為我們深造和走上工作崗位打下深厚基礎(chǔ)的一次重要機(jī)會(huì)，其意義重大；我們必須把握這次機(jī)會(huì)。通過(guò)這一過(guò)程，我們要達(dá)到以下目的： （1） 鞏固、擴(kuò)大和深化我們以前所學(xué)的基礎(chǔ)課、專業(yè)課知識(shí)； （2） 通過(guò)此次的畢業(yè)實(shí)習(xí)和設(shè)計(jì)我們要達(dá)到對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)的過(guò)程有一定的認(rèn)識(shí)和理解的目的； （3） 培養(yǎng)我們綜合分析、理論聯(lián)系實(shí)際的能力； （4） 培養(yǎng)我們調(diào)查研究，正確熟練運(yùn)用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、手冊(cè)、圖冊(cè)等資料、工具的能力； （5）鍛煉自己的設(shè)計(jì)計(jì)算、數(shù)據(jù)處理、編寫技術(shù)資料、繪圖等獨(dú)立工作能力； 3平衡吊概述 3.1 平衡吊簡(jiǎn)介 平衡吊是一種以平衡桿系為主要結(jié)構(gòu)特征的吊運(yùn)裝置。采用伺服傳動(dòng)系統(tǒng)的平衡吊則稱為伺服平衡吊。該吊運(yùn)裝置主要由立柱、頭架、手臂及傳動(dòng)部分組成，結(jié)構(gòu)緊湊，造型美觀。其主要特點(diǎn)是運(yùn)用桿系的平衡原理和放大尺原理，操作者只需用幾公斤力，就能使幾十至上千公斤的重物在上下、前后、水平回轉(zhuǎn)三維空間輕巧自如地吊裝，且運(yùn)行可靠，是生產(chǎn)線、機(jī)床等設(shè)備工件上、下料的理想吊運(yùn)裝置。它的成功研制，填補(bǔ)了我國(guó)一項(xiàng)空白，屬國(guó)內(nèi)首創(chuàng)。 自1974年第一合100公斤機(jī)械式平衡吊研制成功后，為平衡吊系列化產(chǎn)品開發(fā)打下了良好的理論計(jì)算和實(shí)際制作基礎(chǔ)，從70年代中到80年代初，先后完成含蓋以機(jī)械、液壓、氣動(dòng)為傳動(dòng)方式，額定吊運(yùn)載荷為50、100、200、300、500、500、1000公斤的平衡吊系列產(chǎn)品及其派生產(chǎn)品，并形成批量生產(chǎn)。 平衡吊有以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：1、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積?。?、操作方便，工作效率高；3、作業(yè)范圍大。它比起重機(jī)，電動(dòng)葫蘆準(zhǔn)確，直觀，比機(jī)械手簡(jiǎn)易靈活，通用性強(qiáng)。 3.2 平衡吊的分類 按平衡臂形式分為單臂式（又稱基型）和復(fù)臂式（復(fù)型）；按傳動(dòng)方式又可分為機(jī)械傳動(dòng)式（電動(dòng)），液壓傳動(dòng)和氣壓傳動(dòng)式；按桿系自質(zhì)量平衡裝置形式分為彈簧式和配重式；按支撐裝置形式可分為立柱式，懸掛式，附壁式和行星式。 立柱式如圖3-1所示，又可分為立柱固定式，立柱移動(dòng)式和立柱升降式。 圖3-1 立柱式平衡吊 懸掛式如圖3-2所示，又可分為懸掛固定式和懸掛移動(dòng)式。 懸掛固定式 懸掛移動(dòng)式 圖3-2 懸掛式平衡吊 附壁式如圖3-3所示，又可分為附臂固定式和附臂移動(dòng)式。 圖3-3 附壁式平衡吊 行星式如圖3-4所示，將平衡吊的立柱固定在可旋轉(zhuǎn)360°的懸臂架上，從而擴(kuò)大了作業(yè)范圍。 圖3-4 行星式平衡吊 3.3 平衡吊的產(chǎn)品型號(hào) 由平衡吊代號(hào)P，安裝方式代號(hào)（固定高型為D；矮型為A；壁式為B；懸掛式為X），傳動(dòng)方式代號(hào)（機(jī)械式為J；液壓式為Y；氣動(dòng)式為Q），額定起重量（除起重量為50㎏用0表示外，其他均以額定起重量的1/100表示，如1000㎏用10表示），最大工作半徑（以㎜數(shù)的1/100表示，如2500用25表示），桿系類別（復(fù)臂代號(hào)為F，單臂不標(biāo)注）和特殊定貨代號(hào)（配套電機(jī)為錐形用T1；防爆電機(jī)用T2；直流電機(jī)用T3；變頻電機(jī)用T4；立柱要求加高用T11；變短用T12；速度要求增大用T13）組成。其表示方法如圖3-5： 圖3-5 平衡吊的表示方法 3.4 設(shè)計(jì)的主要技術(shù)參數(shù) 基本參數(shù)應(yīng)符合如下表1規(guī)定。 本設(shè)計(jì)的基本參數(shù)如下： 重量G (Kg) 最大回轉(zhuǎn)半徑Rmax (mm) 水平變幅 b(mm) 最大起吊高度 Hmax (mm) 提升 幅度 S(mm) 重錘擺動(dòng)最大半徑Rp(mm) 工作狀態(tài)最大高度Hg (mm) 電機(jī)功率（KW） 提升 速度(m/min) 回轉(zhuǎn)角度° 500 2000 2000 2027 1500 1500 4000 3 10 360 4平衡吊的總體設(shè)計(jì) 4.1 平衡吊的組成及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 平衡吊是一種新型吊運(yùn)設(shè)備，適用于多品種生產(chǎn)之中上下料及流水作業(yè)線上，其結(jié)構(gòu)新穎緊湊 ，使用安全可靠，吊裝重物是通過(guò)3種運(yùn)動(dòng)合成而實(shí)現(xiàn)： （1）垂直升降—機(jī)動(dòng)； （2）繞機(jī)身切向旋轉(zhuǎn)—手動(dòng)； （3）徑向水平移動(dòng)—手動(dòng) 平衡吊由機(jī)身、平行四連桿機(jī)構(gòu)臂系、機(jī)械（或液壓）驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和電器控制系統(tǒng)等4個(gè)基本部分組成（見圖4-1）。 圖4-1 平衡吊基本組成 1. 平行四連桿2. 機(jī)械（液壓）驅(qū)動(dòng)3. 機(jī)身4. 電器控制系統(tǒng) 4.1.1平行四連桿機(jī)構(gòu) 由吊重臂、大臂、連桿、支撐桿、平衡錘等組成。平衡吊的平行四連桿臂系由吊重臂、大臂、連桿、支撐桿、平衡錘等組成,如圖4-2 所示： （1）平行四連桿機(jī)構(gòu)臂系具有比例放大特性。桿系的C處只做垂直運(yùn)動(dòng)，B處只做水平運(yùn)動(dòng)。整個(gè)平行四連桿機(jī)構(gòu)可看作一個(gè)杠桿，當(dāng)B處固定不動(dòng)時(shí)，C處垂直上、下運(yùn)動(dòng)，A處按臂長(zhǎng)比被比例放大后做反向垂直下、上移動(dòng)；當(dāng)C處固定不動(dòng)時(shí)，B處水平左、右運(yùn)動(dòng)，A處還是按臂長(zhǎng)比被比例放大后做水平左、右移動(dòng)，平衡吊正是巧妙地利用平行四連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行臂系的垂直和水平運(yùn)動(dòng)的比例放大作用。 圖4-2 平衡吊臂系簡(jiǎn)圖 (2)平行四連桿機(jī)構(gòu)臂系具有隨遇平衡特性。所謂“隨遇平衡”即物體的平衡狀態(tài)不隨時(shí)間和坐標(biāo)的變化而變化?？梢宰C明，平行四連桿機(jī)構(gòu)臂系實(shí)現(xiàn)隨遇平衡的條件是：桿長(zhǎng)滿足的關(guān)系。需說(shuō)明的是與、與可相等，也可不相等，但是，只有、，平衡吊臂系成為平行四連桿機(jī)構(gòu)時(shí)，平衡吊起重后各桿之間伸縮和旋轉(zhuǎn)作用力最小。平衡吊正是利用了這一點(diǎn)。所以平衡吊具有操作省力、運(yùn)動(dòng)自如、輕巧靈活、定位準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。 4.1.2 桿系自質(zhì)量平衡裝置 桿系自質(zhì)量平衡裝置是為解決桿系自質(zhì)量對(duì)平衡的影響而設(shè)置的，通常采用重錘和拉簧兩種方式。因拉簧的計(jì)算誤差較大，彈簧的制造工藝不穩(wěn)定。當(dāng)彈簧拉力過(guò)大時(shí)，平衡臂處于被拉緊狀態(tài)；當(dāng)彈簧力不足時(shí)，彈簧就處于被平衡質(zhì)量拉伸的狀態(tài)。因此目前以采用重錘式較多。 4.1.3 驅(qū)動(dòng)裝置 驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)平衡臂的一端使重物升降。常用電動(dòng)、氣動(dòng)或液壓傳動(dòng)，但以電動(dòng)方式較多。由于蝸輪蝸桿傳動(dòng)平穩(wěn)，可改善平衡吊啟動(dòng)及制動(dòng)時(shí)的抖動(dòng)現(xiàn)象，故被常用做減速機(jī)構(gòu)。也有采用絲桿傳動(dòng)，如圖4-3所示。電動(dòng)機(jī)的正反轉(zhuǎn)使螺母支架帶動(dòng)平衡臂起升或下降。 圖4-3 驅(qū)動(dòng)裝置圖 該機(jī)械平衡吊驅(qū)動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)包括電動(dòng)機(jī)1、傳動(dòng)箱2、副油箱6、升降絲桿7、傳動(dòng)絲母8、保險(xiǎn)螺母10、蝸桿5、蝸輪9及傳動(dòng)齒輪3和4。副油箱與傳動(dòng)箱內(nèi)腔相通，使?jié)櫥陀兔娼档?，但齒輪副、蝸輪副、螺旋副仍能浸泡在油中，讓所有運(yùn)動(dòng)副都能得到很好的潤(rùn)滑和冷卻，從而減少運(yùn)動(dòng)副的磨損， 提高傳動(dòng)效率，延長(zhǎng)壽命，且使?jié)櫥筒灰诐B漏，還減少注油麻煩。傳動(dòng)螺母與保險(xiǎn)螺母分別設(shè)置在傳動(dòng)箱上下兩端。保險(xiǎn)螺母的設(shè)置不但能起防止絲桿滑脫的保險(xiǎn)作用，而且對(duì)絲桿上部有扶持和導(dǎo)向作用，提高了絲桿升降的穩(wěn)定性，使吊臂升降平穩(wěn)，安全可靠。 4.2 平衡吊的運(yùn)動(dòng)分析及平衡方法 4.2.1 平衡吊的工作原理 圖4-4 平衡吊的工作原理簡(jiǎn)圖 平衡吊的結(jié)構(gòu)如圖4-4所示,主要分為傳動(dòng)、桿系和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)三個(gè)部分。傳動(dòng)部分是完成起吊重物功能的機(jī)構(gòu),由電動(dòng)機(jī)、減速器帶動(dòng)絲杠回轉(zhuǎn), 驅(qū)使絲母升降,從而完成吊鉤在垂直方向的升降運(yùn)動(dòng)。該部分也可由氣缸、油缸代替完成起重物的功能。桿系部分是一平行四連桿機(jī)構(gòu),它由ABD 、DEF 、BC、CE 四桿組成,在B 、C、D、E 處用鉸鏈連接其中BC=DE,BD=CE . 在C點(diǎn)安裝有滾輪,可以沿水平導(dǎo)軌滾動(dòng),當(dāng)C點(diǎn)沿水平方向移動(dòng)時(shí),吊鉤F點(diǎn)作水平運(yùn)動(dòng)。傳動(dòng)部分和桿系通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在立柱上,可以使吊鉤繞立柱回轉(zhuǎn)360度。 平衡吊的水平運(yùn)動(dòng)和繞立柱的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),用手在吊鉤處輕輕推動(dòng)即可獲得,而升降運(yùn)動(dòng)可以通過(guò)操作按鈕由電機(jī)來(lái)完成。 4.2.2 平衡吊平衡的條件 平衡吊的平衡是指:吊鉤F點(diǎn)無(wú)論空載還是負(fù)載,運(yùn)行到工作范圍內(nèi)的任何位置后都可以隨意停下并保持靜止不動(dòng),即達(dá)到隨遇平衡狀態(tài)。 由圖4-4可知A點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)是由傳動(dòng)部分控制的,當(dāng)在一定高度時(shí),可以將A點(diǎn)看作一個(gè)固定鉸鏈支座,C點(diǎn)的水平移動(dòng)是引起F點(diǎn)水平運(yùn)動(dòng)的原因。如果吊鉤F在任何位置(起重或空載)時(shí),F點(diǎn)、C點(diǎn)、A點(diǎn)只有垂直方向的反力且合力為零,那么支座C點(diǎn)的水平受力為零,平衡就可以得到。 為便于分析問(wèn)題,假設(shè)桿系的自重及各鉸鏈點(diǎn)之間的摩擦均忽略不計(jì)。根據(jù)靜力學(xué)的原理,平面力系中某一桿件同時(shí)受三力作用,則三力必交于一點(diǎn),叫做三力桿。某一桿件同時(shí)受二力作用且二力的作用點(diǎn)在兩個(gè)端點(diǎn),則二力必然大小相等方向相反,叫二力桿。故CB、CE為二力桿。其受力方向沿鉸鏈連線。ABD、DEF為三力桿。三力平衡時(shí),其力必匯交于一點(diǎn)。 先分析DEF桿件。在F點(diǎn)從吊起重物時(shí)，其方向垂直向下，CE桿通過(guò)鉸鏈E壓給DEF桿的作用力的方向?yàn)檠谻E連線方向，力與交于K點(diǎn)，則第二個(gè)力，即ABD桿通過(guò)鉸鏈D作用于DEF桿的力，必通過(guò)D點(diǎn)交于K點(diǎn)方向可由力三角形得出，如圖4-5所示。 圖4-5桿DEF的受力分析 其次再分析ABD桿件，根據(jù)作用與反作用的道理，顯然，桿件DFF通過(guò)鉸鏈D給桿ABD以反作用，方向如圖4-6所示。二力桿VC通過(guò)鉸鏈B給桿ABD的作用力洞BC方向，力與力交于J點(diǎn)，則第三個(gè)力即固定鉸鏈A對(duì)ABD桿的支反力必然通過(guò)點(diǎn)，其方向由力三角形提出，如圖4-6所示。 圖4-6 桿ABD的受力分析 如前所述，平衡吊要達(dá)到平衡，支反力必須為鉛垂方向的力。現(xiàn)在將這兩個(gè)構(gòu)件的受力分析綜合到一起來(lái)研究。 如圖4-7所示，由于在力多邊形中，力與力同為鉛垂方向，力與力的水平投影是等長(zhǎng)的，即力與的水平分力大小相等方向相反，處于平衡狀態(tài)，故C點(diǎn)從無(wú)水平分力。 圖4-7綜合受力分析 在什么條件下才能保證支反力保持鉛垂方向，根據(jù)上述受力分析，只有當(dāng)機(jī)構(gòu)在任意一個(gè)位置下，都能做到：過(guò)F點(diǎn)從做一條鉛垂線FK與EC桿的延長(zhǎng)結(jié)相交于K點(diǎn)，再連接K 、D兩點(diǎn)并延長(zhǎng)與BC桿的延長(zhǎng)線相交于J點(diǎn)，而J點(diǎn)正好過(guò)A點(diǎn)所作的鉛垂線上，才能使支反力保持鉛垂方向。 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(duì)應(yīng)邊成比例關(guān)系，得到： EF：EK=BJ：AB （1） DE：EK=BJ：BD （2） 由（1）、（2）式得到： EF：DE=BD：AB 假設(shè) ABD=H，AB=h, DEF=L, DE=l, 則 或者 即 為放大系數(shù) 這就是說(shuō)，只要桿系各桿件滿足上述關(guān)系式，機(jī)構(gòu)即可在任意位置達(dá)到平衡。 同時(shí)，從圖4-7中可以看到另一個(gè)重要現(xiàn)象，即 A，C，F(xiàn)三點(diǎn)共線。證明如下： ∵FE∥BC ∴ ∵EC∥AB ∴ 因?yàn)镃點(diǎn)為FC和CA的共同點(diǎn)，所以FC與CA必須在同一直線上，即F, C, A三點(diǎn)共線。 圖4-8 桿系平衡示意圖 4.2.3 平衡吊的運(yùn)動(dòng)分析 下面針對(duì)當(dāng)A點(diǎn)升降和C點(diǎn)移動(dòng)時(shí)，作吊鉤F的運(yùn)動(dòng)分析。 （1） 當(dāng)A點(diǎn)不動(dòng)時(shí).F點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 如圖4-9，過(guò)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)。 假設(shè)此時(shí)C點(diǎn)平移至C′點(diǎn), F點(diǎn)平移至F′點(diǎn)。 同樣F′、 C′ 、A三點(diǎn)共線。F′點(diǎn)在MN線上的投影為N′點(diǎn)。 C點(diǎn)未移動(dòng)時(shí): ∵△FEC ∽ △CBA △FNC ∽ △AMC ∴ C點(diǎn)移動(dòng)后； ∵△F′E′C′ ∽ △C′B′A C′E′/A′B′=E′F′/B′C′=F′C′/C′A′= △F′N′C ∽ △AMC′ F′C′/C′A=F′N′/AM= ∴F′N′=（）·AM 由(1) ,( 2)式得出F′N′=FN 故證明C點(diǎn)從水平移動(dòng)時(shí)，F(xiàn)點(diǎn)在水平方向上作水平移動(dòng)。 ∵△AFF′∽ △AC′C′ ∴FF′/CC′=AF/AC= ∴FF′=CC′ 即F點(diǎn)的水平移動(dòng)速度為C點(diǎn)的倍，如果C點(diǎn)作勻速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)點(diǎn)也作勻速運(yùn)動(dòng)。 （2）當(dāng)電機(jī)帶動(dòng)A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)F點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律 此時(shí)將C點(diǎn)看作一個(gè)固定鉸鏈支座，見圖4-9. 圖4-9 運(yùn)動(dòng)分析 當(dāng)A點(diǎn)移至A′點(diǎn)時(shí)，A′ ,C ,F′三點(diǎn)共線（道理同上）。過(guò)C點(diǎn)作水平線NM , FN⊥NM ∵△CFE ∽ △ACB ∴CF/ A C=EF/ BC=/l= 同理∵△CNF ∽ △CMA ∴CN/CM=CF/AC=/l= 下面來(lái)證明F點(diǎn)的位置變化： ∵△CF′E′ ∽ △A′CB′ ∴CF′/CA′=E′F′/B′C=/ l= 由上述可得到△CNF' ∽ △CMA′、NF′∥A′M 故知F點(diǎn)在垂直方向上運(yùn)動(dòng)，其大小可由 △CFF′∽ △CAA′ 得到FF′/AA′=/ l= 即F點(diǎn)的垂直移動(dòng)速度為A點(diǎn)的倍，如果A點(diǎn)作勻速運(yùn)動(dòng)，F(xiàn)點(diǎn)也作勻速運(yùn)動(dòng)。 在作上述問(wèn)題的分析時(shí)，曾假設(shè)桿系的自重及各鉸鏈點(diǎn)的摩擦均忽略不計(jì).得到L/l=H/h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，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)生破壞平衡的影響一引起桿系滑動(dòng)。 4.2.4 桿件自重失衡問(wèn)題 我們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。 （1）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L /l = H/h的條件下，平衡吊的失衡只可能由自重引起。此時(shí)，將C點(diǎn)作為固定鉸鏈支座來(lái)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。 現(xiàn)在根據(jù)靜力學(xué)原理分別就各桿自重對(duì)失衡的影響進(jìn)行分析。 假設(shè)DEF桿的自重為（見圖4-10)，其余桿自重忽略不計(jì)，BC、CF桿為二力桿，DEF ,ABD為三力桿，畫出其力三角形了如圖，對(duì)D結(jié)點(diǎn)分析受力，。對(duì)C結(jié)點(diǎn)分析受力,顯然∑X≠0,則在X軸上投影的矢理之和即為由在C點(diǎn)引起的失衡力。其表達(dá)式為： （3） 假設(shè)ABD桿的自重為 (見圖4-10,其余桿自重忽略不計(jì),DEF桿和CE桿為“0”桿(內(nèi)力為“0”),BC桿為二力桿, ABD桿為三力桿,畫出其力三角形,對(duì)結(jié)點(diǎn)C分析受力, ∑X≠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： （4） 圖4-10 桿DEF自重分析 圖4-11 桿ABD自重分析 假設(shè)CE桿的自重為（見圖4-11)，其余桿自重忽略不計(jì)，則BC桿、DEF的DE部分為二力桿，,ABD為三力桿受平行力系的作用，，可以得出, CE桿為二力桿，畫出其力三角形（如圖4-11） ,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∑X≠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: 圖4-12桿CE自重分析 假設(shè)BC桿的自重為（見圖4-12），其余桿自重忽略不計(jì)，則DEF桿和CE桿為“0”桿（內(nèi)力為“0”），ABD桿的AB部分為二力桿，，BC桿為三力桿，畫出其力三角形（如圖4-12），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∑X≠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： 綜合(1) ,( 2) ,( 3) ,( 4)式，總的失衡力為： 圖4-13 桿BC自重分析 （2）消除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(lái)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)部分上加一重量以平衡桿系自重，則由桿系的失衡就可能消除（如圖4-14)。 依據(jù)上述假設(shè)DEF、ABD、CE、BC四桿自重分別為由。根據(jù)平面機(jī)構(gòu)的質(zhì)量分配法，將分配到B、C兩點(diǎn)上， ，將:分配到E 、C點(diǎn)上， 將分配到D、F點(diǎn)上， 將分配到D、F點(diǎn)上， 將、:分配到D、F點(diǎn)上， 圖4-14平衡桿系自重分析 這樣就將在分配在D ,F ,B ,C點(diǎn)上，E點(diǎn)不受力。從第三部分的分析中，己經(jīng)知道作用在F,C,A點(diǎn)的垂直載荷對(duì)失衡是沒(méi)有影響的。因此只對(duì)ABD桿進(jìn)行受力分析： 則有 ∵， ∴分別將、代入上式，整理后得: 為配重的重量，為配重質(zhì)心距A點(diǎn)的距離。至此由平衡吊桿系自重引起的失衡問(wèn)題完全解決了。 5平衡吊的四桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 5.1桿系與立柱的受力分析 5.1.1機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖與作業(yè)位置編號(hào) 圖5.1 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖5.1所示。作業(yè)范圍在高度方向?yàn)?500毫米。水平方向2000毫米，為便于計(jì)算，可將作業(yè)范圍分割或若干方格，如圖所示沿高度方向分五等六個(gè)位置，沿水平方向分八等九個(gè)位置，故在整個(gè)作業(yè)區(qū)F點(diǎn)的作業(yè)位置可劃分為69=54個(gè)位置 ，每個(gè)位置以兩位數(shù)字編號(hào)，第一位數(shù)字表示該作業(yè)點(diǎn)所處的橫列位置，第二位數(shù)字表示該作業(yè)點(diǎn)所處的縱行位置，如圖示F點(diǎn)的位置編號(hào)應(yīng)為0－0。 5.1.2受力分析 各桿件以及立柱的受力分析是桿系設(shè)計(jì)計(jì)算的基礎(chǔ)，各個(gè)桿件及立柱的截面依強(qiáng)度條件及穩(wěn)定條件確定的，需知各個(gè)桿件及立柱受力最大的位置以及受力的大小對(duì)系統(tǒng)的剛度指標(biāo)以F點(diǎn)撓度來(lái)表示，而想計(jì)算Fmax也應(yīng)該知道各種桿件及力柱所受到的力。此外根據(jù)以往平衡吊的使用經(jīng)驗(yàn)證明系統(tǒng)的變形將對(duì)平衡吊在吊重狀態(tài)下的平衡產(chǎn)生相當(dāng)大的影響，即使機(jī)構(gòu)失去平衡并產(chǎn)生嚴(yán)重的滑行。如果想解決這個(gè)問(wèn)題就應(yīng)綜合研究系統(tǒng)在整個(gè)作業(yè)區(qū)內(nèi)在吊重G的作用下所產(chǎn)生變形的變化規(guī)律，并采取適當(dāng)?shù)拇胧?，以期消除變形?duì)平衡的不良影響，有這些問(wèn)題的解決，以系統(tǒng)在各個(gè)位置下的受力分析作為基礎(chǔ)的。 采用圖解法求桿件及立柱所承受的內(nèi)力，計(jì)算時(shí)忽略各自重的影響，忽略系統(tǒng)變形對(duì)受力的影響。 在圖紙上以適當(dāng)?shù)谋壤⒏鶕?jù)F點(diǎn)在作業(yè)區(qū)內(nèi)所處的不同位置繪出機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)圖。 在F點(diǎn)作用吊重G=500KG然后用圖解靜力學(xué)方法計(jì)算個(gè)桿件所承受的內(nèi)力，現(xiàn)將具體步驟簡(jiǎn)述如下： （1）Ⅰ桿受力分析 圖5.2中Ⅰ桿為三力構(gòu)件在F點(diǎn)作用由吊重G；E點(diǎn)作用有Ⅲ桿對(duì)Ⅰ桿作用力TE；在D點(diǎn)作用Ⅱ桿對(duì)Ⅰ桿作用力TD,因Ⅲ桿為二力桿故TE的作用方向已知，應(yīng)在Ee的延長(zhǎng)線上，根據(jù)三力匯交原理可得G、TE、TD三力的匯交點(diǎn)“k”。連接kD,則可得TD的作用方向。 在kD、kE兩直線之間連接一鉛垂線段ab，按照適當(dāng)?shù)谋壤筧b=500Kg,便可得以力三角形△kab,于是ka=」TD 」，kb=」TE」,故可求得TE與TD兩個(gè)力。 為了進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算和變形計(jì)算，還應(yīng)知道桿件所受到的內(nèi)力。 將G往DEF直線投影得Fa線段，F(xiàn)a即為Ⅰ桿件的EF段所承受的拉力NEF。即NEF=Fa。 將TD往DEF直線投影得jr,jr為Ⅰ桿件DE段所承受的拉[壓]力NDE，即NDE=jr 測(cè)量E、F兩點(diǎn)之間的水平距離l1,并以G=500Kg乘之，得到Ⅰ桿的E點(diǎn)所承受的彎矩ME，即ME=500*l1（kg*mm）。 （2）Ⅱ桿的受力分析 圖5.2 圖5.2 受力分析 Ⅱ桿為三力構(gòu)件，在D點(diǎn)作用有Ⅰ桿對(duì)Ⅱ桿的作用力TD=-TD；在A點(diǎn)作用有螺母對(duì)Ⅱ桿的約束反力RA，方向永遠(yuǎn)朝下，且」RA」=（m-1）GDm為桿系的倍比。（本設(shè)計(jì)m=2000/400=5）;在B點(diǎn)作用有Ⅳ桿對(duì)Ⅱ桿的作用力TB，因Ⅳ桿為二力桿故TB的作用方向也是已知的，應(yīng)在BC連線上。根據(jù)三力匯交原理，此三力匯交在“h”點(diǎn)。因RA的方向也是已知的，為鉛垂方向，故h點(diǎn)必須在A點(diǎn)所做的鉛垂線上。根據(jù)這個(gè)道理可利用這個(gè)條件來(lái)檢驗(yàn)作圖的準(zhǔn)確性。 按照一定的比例在kDh與hBc兩線之間連接一鉛垂線段mn=（m-1）G=(5-1)*500=3200kg,則可得一力三角形△hmn,hn=」TB」,km=」T’D」=」TD」, mn=」RA」。故TD的大小在Ⅰ桿的受力分析中求得，在這里重復(fù)出現(xiàn)，因而可利用這個(gè)條件來(lái)檢驗(yàn)作圖的準(zhǔn)確性。 將mn往ABD直線上投影kq ,kq即為Ⅱ桿在AB段所受的拉力（或壓力）NBD即NBD=kq。 測(cè)量AB兩點(diǎn)之間的水平距離l2，并以」RA」=(m-1)G=3200kg乘之，便得Ⅱ桿B點(diǎn)所承受的彎矩MB，即MB=3200*l2(kg*mm)。 （3）Ⅲ桿的受力分析 Ⅲ桿為二力桿，其所受到的內(nèi)力NEC=-TE可能是壓力（當(dāng)α<90o時(shí)）也可能是拉力（當(dāng)α>90o時(shí)）。 （4）Ⅳ桿的受力分析 Ⅳ桿是二力桿其所受的內(nèi)力NBC=-TB，永遠(yuǎn)是壓力。(抗壓所以用兩根） （5）立柱的受力分析 立柱承受的有軸向力，軸向力Nl=G+G自重，（G自重—桿系的重量）因此力對(duì)強(qiáng)度變形影響極小，故本設(shè)計(jì)中忽略不計(jì)。 立柱還承受有沿整個(gè)高度均勻分布的彎矩Ml=G*Xi 由圖5.1，Xi為F到立柱軸線的水平距離。 Ml僅于F點(diǎn)的水平位置有關(guān)，而與F點(diǎn)的垂直位置無(wú)關(guān). 5.2 各桿件及立柱的強(qiáng)度計(jì)算與截面尺寸的確定 5.2.1 Ⅰ、Ⅱ桿截面的高度比的確定 為了節(jié)省材料，提高剛度，Ⅰ、Ⅱ桿系用變截面桿的構(gòu)件方案其截面高度沿長(zhǎng)度方向按照線性規(guī)律變化；而在寬度方向的基本保持不變，其垂直軸線方向的截面形狀為一空心矩形。 Ⅰ桿的E點(diǎn)，Ⅱ桿的B點(diǎn)所承受的彎矩最大，且軸向力對(duì)強(qiáng)度的影響極小，故先按強(qiáng)度條件確定ⅠⅡ桿在此兩點(diǎn)的截面尺寸，再按等重量的原則并考慮結(jié)構(gòu)上的需要適當(dāng)增大彎矩處的截面高度，減小彎矩小處的高度而形成一個(gè)變截面的桿件。 首先按最大的抗彎矩的條件確定截面的高寬比K=值。 桿件均采用5毫米厚的45號(hào)鋼板焊接，高度為H，寬度為B，則其截面的軸慣性矩。 (1) （5.2a) (2) （5.2b） —鋼板厚度 —桿件截面對(duì)x—x軸的慣性矩 —桿件截面對(duì)x—x軸的抗彎矩 為保證在材料消耗相同的條件下，能得到具有最大的抗彎矩的截面則應(yīng)能滿足在截面周長(zhǎng)S不變的情況下 的極值條件。 若為常量，則以此條件代入（5.2b）得， (3) （5.2c) Wx的極值條件為 則有： 利用這個(gè)條件，并已知=5毫米，則有： (） (5.2d) 面積: () (5.2e) 5.2.2 Ⅰ、Ⅱ桿截面的尺寸確定 Ⅰ、Ⅱ桿是三力構(gòu)件，承受拉（壓）與彎曲的聯(lián)合作用，故其強(qiáng)度條件為： (1) （5.2f) 式中 kd——?jiǎng)咏叵禂?shù)。取kd=1.1 N——桿件危險(xiǎn)截面的軸向力。 M——桿件危險(xiǎn)截面的彎矩。 []——許用應(yīng)力，材料為45號(hào)鋼，[]=14kg/mm2 將(5.2d）、（5.2e)式代入（5.2f）得 Kd（+ ）≤[] 又將Kd、[]值代入，經(jīng)整理便可獲得一確定截面的H值的代數(shù)方程式為： 170H2—NH—4M≥0 解出H值得 H≥ （mm） (5.2g) 今Ⅰ桿受力最大的位置為0—0位置，在此位置 =622kg =806448kg*mm 代入(5.2g)式得 H≥140（mm） B≥=47（mm） 經(jīng)圓整后確定： =140mm =50mm Ⅱ桿受力最大的位置為II桿水平，I桿的F點(diǎn)在0- 或8- 的時(shí)候，通過(guò)作圖法找到這兩個(gè)位置F1、F2，如圖5.3. 圖5.3 II桿受力最大的位置圖 用按比例作圖法求出F1、F2兩位置時(shí)II桿所受到的軸向力，取最大值計(jì)算， 代入（5.2g）式可得 H≥181mm B≥=61mm 經(jīng)圓整后確定： HⅡ=185mm BⅡ=65mm 如前所選，在保證桿件重量基本上不變的條件下，為提高剛度，可將桿件的截面高度適當(dāng)調(diào)整一下，調(diào)整后的桿件外形尺寸圖5.4所示： 圖5.4 I、II桿外形圖 5.2.3 III、IV桿截面尺寸的確定 據(jù)I、II尺寸選取H=60mm,B=50mm.如圖5.5所示。 圖5 5.5 III桿結(jié)構(gòu)圖 III桿的受力分析如圖5.6。 圖5.6 III桿的受力分析 計(jì)算公式： （5.2h） F-截面面積 校核位置:函數(shù)無(wú)極大值,0-5,8-0為危險(xiǎn)點(diǎn)，二力應(yīng)力中最大者為校核值。 0-5位置時(shí)，α=28°，β=-14°； 8-0位置時(shí)，α=-9°，β=53°； F=2*（B+H）*δ*2=2200mm2 =23.7Mpa<=355Mpa 所以三桿滿足強(qiáng)度要求，設(shè)計(jì)合理。 IV桿選取材料為45號(hào)鋼，長(zhǎng)1600mm，也采取5mm厚鋼板焊接，等截面桿。根據(jù)I、II、III桿尺寸選取H=100mm,B=50mm.如圖5.7所示。 圖5.7 IV桿結(jié)構(gòu)示意圖 5.2.4 立柱強(qiáng)度驗(yàn)算 立柱的結(jié)構(gòu)為一鑄鐵圓管，尺寸預(yù)定為： 外徑D=300mm 內(nèi)徑d=260mm 材料為:HT300 立柱的受力為偏心壓縮，故其截面承受壓縮與彎曲的聯(lián)合作用，但壓縮應(yīng)力很小略去不計(jì)，則可按照純彎曲進(jìn)行計(jì)算。 We—截面的抗彎矩 (5.2i) 立柱材料為HT300 安全系數(shù) 5.3 配重質(zhì)量的計(jì)算 由自重引起的失衡力是存在的，此時(shí)可以在桿二的適當(dāng)延長(zhǎng)部分LP上加一重量G以平衡桿系自重，則由桿系的自重引起的失衡就可能消失，配重質(zhì)量可以根據(jù)機(jī)構(gòu)的質(zhì)量分配法得出。 圖5.3a 桿系自重和配重 假設(shè)ABD=H，AB=h，BD=H1，DEF=L，DE=l，EF=L1。如圖5.3a所示。 將分配到B，C點(diǎn)上 ， 將分配到E，C點(diǎn)上 ， 將分配到D，F(xiàn)點(diǎn)上 ， 將分配到D，F(xiàn)點(diǎn)上 ， 因此： = = 這樣就將分配在D，F(xiàn)，B，C點(diǎn)上，E點(diǎn)不受力，而作用在F，C，A點(diǎn)的垂直載荷對(duì)失衡是沒(méi)有影響的。因此，只對(duì)ABD桿進(jìn)行受力分析： 則有 因?yàn)? ， 分別將代入上式整理后得： 已知 ,,，, 把數(shù)據(jù)代入上式得 取 則G=83.67kg 6 平衡吊的升降裝置設(shè)計(jì) 6.1 概述 螺旋傳動(dòng)是由絲桿（螺桿）和絲母組成的螺旋副來(lái)實(shí)現(xiàn)其傳動(dòng)要求。它主要將回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，同時(shí)完成運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的傳遞。螺旋傳動(dòng)按螺旋副摩擦性質(zhì)的不同可分為滑動(dòng)螺旋，滾動(dòng)螺旋及靜壓螺旋，其特點(diǎn)及應(yīng)用見上表。根據(jù)其特點(diǎn)及平衡吊的要求，本設(shè)計(jì)選用滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)。 6.2 螺旋副的設(shè)計(jì)計(jì)算 滑動(dòng)螺旋副工作時(shí)，主要承受轉(zhuǎn)矩及軸向拉力（或壓力）的作用，同時(shí)在螺桿和螺母的旋合螺紋間有較大的相對(duì)滑動(dòng)，其主要失效形式是螺紋磨損，因此滑動(dòng)螺旋的基本尺寸—螺桿中徑是根據(jù)耐磨性計(jì)算確定的。對(duì)青銅或鑄鐵以及承受重載的調(diào)整螺旋應(yīng)校核螺紋牙的抗剪和抗彎強(qiáng)度。對(duì)有自鎖要求的螺旋應(yīng)校核其自鎖性。對(duì)精密的螺旋傳動(dòng)應(yīng)校核螺桿的剛度（有時(shí)即按剛度定其直徑）。對(duì)受壓螺桿，其長(zhǎng)徑比又很大時(shí)，易產(chǎn)生側(cè)向彎曲，應(yīng)校核其穩(wěn)定性（或按穩(wěn)定性確定直徑）。對(duì)轉(zhuǎn)速高的長(zhǎng)螺桿，易產(chǎn)生橫向振動(dòng)，應(yīng)校核其臨界轉(zhuǎn)速?？傊O(shè)計(jì)中應(yīng)進(jìn)行多項(xiàng)計(jì)算。 滑動(dòng)螺旋副的螺紋多采用梯形螺紋，鋸齒形螺紋及矩形螺紋，有時(shí)對(duì)受沖擊和變載荷的傳力螺紋也有采用圓形螺紋。 6.2.1 選用材料 由表19—10選用螺桿的材料為45#鋼，調(diào)質(zhì),抗拉強(qiáng)度極限640，屈服強(qiáng)度極限355，剪切疲勞，許用彎曲應(yīng)力；螺母為鑄造青銅ZCuSn10Pl，許用剪切應(yīng)力[τ]=30～40，許用彎曲應(yīng)力。 6.2.2 按耐磨性計(jì)算螺紋中徑 螺桿中徑 （6.2a) 軸向載荷F=（5-1）*500*9.8=31360N， 由表3.4-7得 許用應(yīng)力[p]=15MPa，梯形螺紋=，整體式螺母取, 代入公式得 ，取mm, 由標(biāo)準(zhǔn)中選?。? 公稱直徑 ，螺距， 小徑 ， ,大徑 . 螺母高度 旋合圈數(shù) ,取z=9〈10～12 螺紋的工作高度 校核工作壓強(qiáng) (6.2b) 代入數(shù)據(jù)得p=12.75MPa﹤[P]=15MPa,故滿足要求。 6.2.3 驗(yàn)算自鎖 由于為單頭螺紋，導(dǎo)程mm 故螺紋升 (6.2c) 代入數(shù)據(jù)得° 由表3.4-6鋼對(duì)青銅的螺旋副摩擦系數(shù)～，取 0.09， 梯形螺紋牙型角， （6.2d） ，故自鎖滿足要求。 6.2.4 螺母螺紋強(qiáng)度驗(yàn)算 因螺母強(qiáng)度低于螺桿，故只驗(yàn)算螺母螺紋強(qiáng)度即可。 螺紋牙底寬度 ， 基本牙型高 ， 代入公式 (6.2e) 得τ=8.62MPa<[τ]=30-40MPa， 代入公式 (6.2f) 得 σb=19.89MPa﹤[]=40-60MPa,故螺紋強(qiáng)度滿足要求。 6.2.5 螺桿強(qiáng)度驗(yàn)算 螺紋摩擦力矩 (6.2g) 代入數(shù)據(jù)得M=72834.34N*mm 代入公式 (6.2h) 得 σca=75.6MPa﹤，故螺桿強(qiáng)度滿足要求。 6.2.6 螺桿的穩(wěn)定性驗(yàn)算 由于此螺桿為兩端固定，由表3.4-4得 由 （6.2i） 得i=7.25 又μ=0.6，l=375mm 所以 ﹤85， 因此 （6.2j） 代入數(shù)據(jù)得Fc=265718.76N ＞2.5,故穩(wěn)定性滿足要求。 6.2.7 螺桿的效率 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)的效率為： η= (0.95～0.99) (6.2k) 取系數(shù)為0.96，則 =0.395 6.2.8 螺桿的剛度和臨界轉(zhuǎn)速 因?yàn)樵撀輻U的傳動(dòng)精密度以及轉(zhuǎn)速都不高，所以其剛度和臨界轉(zhuǎn)速不用校核。至此，絲杠的設(shè)計(jì)計(jì)算完成。 7 平衡吊的傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì) 7.1 傳動(dòng)的選擇及擬定傳動(dòng)方案 7.1.1 傳動(dòng)類型選擇的依據(jù) 選擇傳動(dòng)類型時(shí)，應(yīng)綜合考慮下列條件： 1)工作機(jī)的工況 2)動(dòng)力機(jī)的機(jī)械特性和調(diào)速性能； 3)對(duì)傳動(dòng)尺寸,重量和布置方便的要求； 4)工作環(huán)境。如對(duì)多塵，高溫，低溫，潮濕，腐蝕，易燃，易爆等惡劣環(huán)境的適應(yīng)性，噪聲的限度等； 5）經(jīng)濟(jì)性。如工作壽命和傳動(dòng)效率，初始費(fèi)用，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用。維修費(fèi)用等； 6）操作方式和控制方式； 7）其它要求：如國(guó)家的技術(shù)政策（材料的選用，標(biāo)準(zhǔn)化和系列化等），現(xiàn)場(chǎng)的技術(shù)條件（能源，制造等，能力等），環(huán)境保護(hù)等。 7.1.2 工作機(jī)狀況 工作機(jī)的種類繁多，工況一般都比較繁雜，這里只闡述轉(zhuǎn)矩T（或力F），轉(zhuǎn)速n（或線速度V），功率P等主要工況參數(shù)的變化及其相互間的聯(lián)系。 1. 系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài) 當(dāng)工作機(jī)的運(yùn)動(dòng)形式為轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程可用下列力矩方程式說(shuō)明： ——轉(zhuǎn)化到某一構(gòu)件上的當(dāng)量驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩 ——轉(zhuǎn)化到某一構(gòu)件上的當(dāng)量載荷轉(zhuǎn)矩，包括有效轉(zhuǎn)矩和系統(tǒng)的≠摩檫轉(zhuǎn)矩 I ——轉(zhuǎn)化到某一構(gòu)件上的當(dāng)量轉(zhuǎn)動(dòng)慣量 w——轉(zhuǎn)化構(gòu)件的角速度 dw/dt——轉(zhuǎn)化構(gòu)件的角加速度 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩和載荷轉(zhuǎn)矩平衡時(shí)，dw/dt=0，系統(tǒng)處于穩(wěn)定工況，否則dw/dt≠0，系統(tǒng)處于非穩(wěn)定工況。T1＞T2時(shí)，dw/dt為正值，產(chǎn)生加速運(yùn)動(dòng)，T1＜T2時(shí)，dw/dt為負(fù)值，產(chǎn)生減速運(yùn)動(dòng)。 非穩(wěn)定工況有兩類，其一是從一種穩(wěn)態(tài)到另一種穩(wěn)態(tài)的過(guò)度過(guò)程，如啟動(dòng)時(shí)的加速，制動(dòng)速，以及從一種工作轉(zhuǎn)速過(guò)渡到另一種工作轉(zhuǎn)速（同向或反向）等；另一類則是受控的非態(tài)運(yùn)動(dòng)，如按給定規(guī)律連續(xù)變速的傳動(dòng)，某種伺服運(yùn)動(dòng)等。 2. 工作機(jī)的載荷特性 例如本設(shè)計(jì)中的n—T特性如下所示： 工況 n—T特性曲線 特性 恒轉(zhuǎn)矩 T T=C n T=C為常數(shù) 7.1.3 動(dòng)力機(jī)的選擇及其性能比較 動(dòng)力機(jī)的選擇應(yīng)根據(jù)下列條件： 1)現(xiàn)場(chǎng)的能源條件；2）工作機(jī)的機(jī)械特性和工作制度；3）對(duì)起動(dòng)，平穩(wěn)，過(guò)載，調(diào)速和控制等方面的要求；4）工作可靠，操作容易，維修方便；5）初始費(fèi)用，運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)費(fèi)用低廉。 7.1.4 傳動(dòng)類型的選擇 當(dāng)動(dòng)力機(jī)性能完全適合工作機(jī)的工況要求時(shí)，可以采用聯(lián)軸器直接連接。當(dāng)動(dòng)力機(jī)的轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)速，運(yùn)動(dòng)形式和輸出軸的幾何位置不適合工作機(jī)的需要時(shí)，則必須采用傳動(dòng)裝置。 1.選擇的基本原則 1) 小功率傳動(dòng)，應(yīng)在滿足工作性能的需要下，選用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的傳動(dòng)裝置，盡可能降低初始費(fèi)用； 2) 大功率傳動(dòng)，應(yīng)優(yōu)先考慮傳動(dòng)的效率，節(jié)約能源，降低運(yùn)轉(zhuǎn)和維修費(fèi)用； 3) 當(dāng)工作機(jī)要求變速時(shí)，若能與動(dòng)力機(jī)調(diào)速比相適應(yīng)，可直接連接或采用定傳動(dòng)比；工作機(jī)要求變速范圍大時(shí)，用動(dòng)力機(jī)調(diào)速不能滿足機(jī)械特性和經(jīng)濟(jì)性要求時(shí)，則采用變傳動(dòng)比傳動(dòng)；除工作機(jī)需要連續(xù)變速者外，盡量采用有級(jí)變速； 4) 當(dāng)載荷變化；頻繁，且可能出現(xiàn)過(guò)載時(shí)，應(yīng)考慮過(guò)載保護(hù)裝置； 5) 工作機(jī)要求與動(dòng)力機(jī)同步時(shí)，應(yīng)采用無(wú)滑動(dòng)的傳動(dòng)裝置； 6)傳動(dòng)裝置的選用必須與制造技術(shù)水平相適應(yīng)，應(yīng)盡可能