2917 基于準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機(jī)裝置設(shè)計(jì)

2917 基于準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機(jī)裝置設(shè)計(jì),基于,平行,蝸桿,舞臺,燈具,提升,晉升,裝置,設(shè)計(jì) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 開 題 報(bào) 告設(shè) 計(jì) ` 題 目 : 基于準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機(jī)裝置設(shè)計(jì)院 系 名 稱: 機(jī)電工程學(xué)院 專 業(yè) 班 級: 機(jī)械 08-1 班 學(xué) 生 姓 名: 鄒邦柱 導(dǎo) 師 姓 名: 孟兆生 開 題 時(shí) 間: 2012 年 月 日 指導(dǎo)委員會審查意見：簽字： 年 月 日1 研究的目的和意義基于準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機(jī)是在舞臺廣泛應(yīng)用的一種提升設(shè)備，國內(nèi)外在舞臺燈光的升降調(diào)節(jié)中都廣泛地采用這種設(shè)備，為了提高提升機(jī)的使用效果國內(nèi)外均對發(fā)展其相關(guān)技術(shù)予以重視。目前，在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)、制造以及應(yīng)用上，國內(nèi)與國外先進(jìn)水平相比仍有較大差距。國內(nèi)在設(shè)計(jì)制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在很大程度上的缺點(diǎn)，國外提升機(jī)設(shè)計(jì)比較先進(jìn)的國家如瑞典、德國、法國等，他們的提升機(jī)總體十分完美，安全保護(hù)系統(tǒng)完善，但價(jià)格昂貴。我國所用的提升機(jī)不少為五、六十年代的仿原蘇聯(lián)的產(chǎn)品，使用年限過長，存在的問題較多，其安全性存在較大隱患。為確保燈光的安全升降調(diào)節(jié)，減輕勞動強(qiáng)度，提高生產(chǎn)效率，因此，我們研究和設(shè)計(jì)準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿提升機(jī)具有很大的使用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義，這樣我們也可以為該方面的研究與設(shè)計(jì)積累經(jīng)驗(yàn)，為縮短與國外先進(jìn)國家的差距做努力。通過設(shè)計(jì)能過掌握設(shè)計(jì)計(jì)算的基本原理和方法，提高設(shè)計(jì)計(jì)算的能力，加深領(lǐng)會計(jì)算的基本理論和深化所學(xué)的理論知識，樹立正確的設(shè)計(jì)思想，為以后在工作中遇到相關(guān)問題提供解決依據(jù)。通過畢業(yè)設(shè)計(jì)，能把先修的基礎(chǔ)和專業(yè)基礎(chǔ)課程中所獲得的理論知識在實(shí)際的設(shè)計(jì)工作中綜合地應(yīng)用，并能熟練應(yīng)用有關(guān)參考資料、計(jì)算圖標(biāo)、手冊；熟悉有關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)和部頒標(biāo)準(zhǔn)，為以后成為優(yōu)秀的工程技術(shù)人員打下良好的基礎(chǔ)。2 文獻(xiàn)綜述提升機(jī)的作用是將一定的質(zhì)量的重物以一定的速度提起或落下，在提升過程中必須保證安全性。近年來廣泛應(yīng)用于各個(gè)生產(chǎn)部門中，在國民經(jīng)濟(jì)中占有較重要的地位。它可以完成靠人力無法完成的物料吊裝工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產(chǎn)率，在工廠，礦上，建筑工地，倉庫，舞臺等多個(gè)領(lǐng)域和部門中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著生產(chǎn)規(guī)模日益擴(kuò)大，特別是現(xiàn)代化，專業(yè)化生產(chǎn)的要求，各種專門用途的提升機(jī)相續(xù)產(chǎn)生，在許多重要的部門中，應(yīng)用極為廣泛，它的發(fā)展對國民經(jīng)濟(jì)起著積極的促進(jìn)作用。2.1 提升機(jī)的發(fā)展歷史提升機(jī)具有輸送量大，提升高度高，運(yùn)行平穩(wěn)可靠，壽命長顯著優(yōu)點(diǎn)，在工業(yè)生產(chǎn)中被大量使用。提升機(jī)的種類雖多，但是工作原理卻比較相似，多數(shù)都是以動力驅(qū)動牽引裝置，功率較大、提升能力較強(qiáng)的大型機(jī)械設(shè)備。隨著工業(yè)的發(fā)展,輸送機(jī)產(chǎn)品也得到了逐步的完善輸送機(jī)。中國古代的高轉(zhuǎn)筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代提升機(jī)和刮板輸送機(jī)的雛形。1880年德國一家公司開發(fā)出由蒸汽驅(qū)動的帶式輸送，之后英國人和德國人又推出了慣性輸送機(jī)。1887年美國人制造出了螺旋輸送機(jī)。若從輸送機(jī)原理的應(yīng)用上來講，一般都是以鏈條等作牽引，以人力、水力等力量驅(qū)動。進(jìn)入二十世紀(jì)以后各種結(jié)構(gòu)的輸送機(jī)相繼出現(xiàn)。1905年瑞士人生產(chǎn)出了鋼斗式提升機(jī)，美國人魯賓斯在18％年經(jīng)申請成為了提升機(jī)的發(fā)明人，現(xiàn)已成為工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的一部分。2.2提升機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀國外提升機(jī)技術(shù)的發(fā)展很快，其主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)個(gè)方面。一方面是式提升機(jī)的功能多元化、應(yīng)用范圍擴(kuò)大化；另一方面是提升機(jī)本身的技術(shù)與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是高距離、大運(yùn)量、高提升速等大型提升機(jī)已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術(shù)是開發(fā)應(yīng)用了提升機(jī)動態(tài)分析與監(jiān)控技術(shù)，提高了式提升機(jī)的運(yùn)行性能和可靠性。目前，我國生產(chǎn)制造的提升機(jī)的品種、類型較多。主要特點(diǎn)：1.驅(qū)動功率小，采用流入式喂料、誘導(dǎo)式卸料、大容量的料斗密集型布置。在物料提升時(shí)幾乎無回料和挖料現(xiàn)象，因此無效功率少.。2 .提升范圍廣，這類提升機(jī)對物整機(jī)運(yùn)行的可靠性，無故障時(shí)間超過2萬小時(shí)。提升高度高。提升機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，因此可達(dá)到較高的提升高度。料的種類、特性要求少，不但能提升一般粉狀、小顆粒狀物料，而且可提升磨琢性較大的物料。密封性好，環(huán)境污染少。3.運(yùn)行可靠性好，先進(jìn)的設(shè)計(jì)原理和加工方法。4.使用壽命長，提升機(jī)的喂料采取流入式，無需用斗挖料，材料之間很少發(fā)生擠壓和碰撞現(xiàn)象。本機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)保證物料在喂料、卸料時(shí)少有撒落，減少了機(jī)械磨損。但與國外一些先進(jìn)技術(shù)還存在不小的差距。2.3提升機(jī)的發(fā)展趨勢評價(jià)提升機(jī)產(chǎn)品性能高低的指標(biāo)主要有以下這些：運(yùn)輸高度、提升速、輸送量、驅(qū)動總功率。隨著提升機(jī)的不斷發(fā)展，為了適應(yīng)高產(chǎn)高效集約化生產(chǎn)的需要，提升機(jī)的輸送能力要加大。高效節(jié)能、高提升速、加大提升量是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高產(chǎn)高效谷物提升機(jī)的發(fā)展方向。在今后的5年內(nèi)，提升機(jī)提升量要提高到1200m3/h，對于可伸縮提升機(jī)輸送高要達(dá)到100m 。2.4舞臺燈具提升機(jī) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是設(shè)計(jì)舞臺上用于提升燈具的小型提升機(jī)，國內(nèi)外在舞臺燈光的升降調(diào)節(jié)中都廣泛地采用這種設(shè)備，為了提高提升機(jī)的使用效果，國內(nèi)外均對其發(fā)展技術(shù)予以重視。小型提升機(jī)的主要部分是原動機(jī)和工作機(jī)之間的減速機(jī)構(gòu)，多采用齒輪傳動，齒輪傳動分為圓柱齒輪，圓錐齒輪和蝸桿傳動。圓柱齒輪傳動具有傳動速度和功率范圍大，傳動效率高，對中心距的敏感性小，裝配和維修簡單；可以進(jìn)行變位切削及各種修行、修緣，以適應(yīng)提高傳動質(zhì)量的要求；易于進(jìn)行精確加工等特點(diǎn)。但它不具有自鎖性。圓錐齒輪傳動具有軸向力小，制造容易，成本低等優(yōu)點(diǎn)，但其承載能力低，噪聲大，多用于低速、輕載而穩(wěn)定的傳動。蝸桿傳動用于交錯(cuò)軸間傳遞運(yùn)動及動力。它的主要優(yōu)點(diǎn)是：傳動比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)緊湊，可以自鎖。根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用蝸桿傳動。目前，蝸桿傳動中應(yīng)用最為廣泛的是平面二次包絡(luò)環(huán)面蝸桿，它是用平面盤狀銑刀或平面砂輪在專用機(jī)床上按包絡(luò)原理加工蝸桿的螺旋面，以此螺旋面作為母面，按包絡(luò)原理加工出蝸輪齒面，用此蝸輪與上述蝸桿組成的傳動。這種蝸桿齒面可淬硬磨削，可保證傳動的精度和提高傳動的性能。這種傳動都是多齒嚙合和雙接觸線接觸，形成油膜條件好，當(dāng)量曲率半徑達(dá)，因而承載能力大，效率很高，可達(dá) 97%。小型提升機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，安全可靠。各種不同型號的提升機(jī)，雖經(jīng)長期實(shí)踐不斷改進(jìn)，但其工作原理和結(jié)構(gòu)大同小異，而其工作性能的好壞卻相差較大。小型提升機(jī)的技術(shù)性能主要取決于減速器的性能，電動機(jī)的選擇和滾筒的選擇。減速器在原動機(jī)和工作機(jī)之間起匹配轉(zhuǎn)速和傳遞轉(zhuǎn)矩的作用，也是舞臺燈具提升機(jī)的主體部分。減速器在現(xiàn)代機(jī)械中應(yīng)用極為廣泛。70 到 80 年代，世界減速器技術(shù)有了很大發(fā)展。2.4.1 減速器體現(xiàn)以下發(fā)展趨勢1.高水平、高性能。2.積木式組合設(shè)計(jì)?；緟?shù)采取優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊、零件通用性和互換性強(qiáng)、系列容易擴(kuò)充和花樣翻新，利于組織批量生產(chǎn)和降低成本。3.形式多樣化、變型設(shè)計(jì)多。擺脫了傳統(tǒng)的單一底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機(jī)與減速機(jī)一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴(kuò)大使用范圍。2.4.2 促進(jìn)減速器水平提高的主要因素有 1.硬齒面技術(shù)的發(fā)展和完善，如大型磨齒技術(shù)、滲碳淬火工藝、齒輪強(qiáng)度計(jì)算方法、修形技術(shù)、變形及三、優(yōu)化設(shè)計(jì)方法、齒根強(qiáng)化及其元化過渡、新結(jié)構(gòu)等。2.用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質(zhì)合金鋼鍛件，材料和熱處理質(zhì)量控制水平高。3.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)更合理。4.加工精度提高到 ISO5-6 級。5.軸承質(zhì)量和壽命提高。6.潤滑油質(zhì)量提高。2.4.3 齒輪減速器的特點(diǎn)齒輪傳動是機(jī)械傳動中重要的傳動之一，形式很多，應(yīng)用廣泛，傳遞的功率可達(dá)近十萬千瓦，圓周速率可達(dá) 200m/s。齒輪傳動的特點(diǎn)主要有：1. 效率高 在常用的機(jī)械傳動中，以齒輪傳動效率最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達(dá) 99℅。2. 結(jié)構(gòu)緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般比較小。3. 工作可靠，壽命長 設(shè)計(jì)制造正確合理，使用維護(hù)良好的齒輪傳動，工作可靠，壽命可長達(dá)一，二十年，這也是其它機(jī)械傳動所不能比擬的。4. 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動能廣泛應(yīng)用，也是因?yàn)榫哂羞@一特點(diǎn)。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價(jià)格昂貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 2.4.4 蝸桿減速器的特點(diǎn)蝸桿傳動是在空間交錯(cuò)的兩軸之間傳遞運(yùn)動和動力的一種機(jī)構(gòu)，兩軸交錯(cuò)的夾角可為任意值，常用的為 90 度，這種傳動由于具有下述特點(diǎn)，故應(yīng)用頗為廣泛。1. 當(dāng)使用單頭蝸桿時(shí)，蝸桿旋轉(zhuǎn)一周，蝸輪只轉(zhuǎn)過了一個(gè)齒距，因而能實(shí)現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比 I=5-80；在分度機(jī)構(gòu)或手動機(jī)構(gòu)中，傳動比可達(dá) 300；若只傳遞運(yùn)動，傳動比可達(dá) 1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結(jié)構(gòu)很緊湊。2. 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進(jìn)入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時(shí)嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3. 當(dāng)蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當(dāng)量摩擦角時(shí)，蝸桿傳動更具有自鎖性。4. 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當(dāng)滑動速度很大，工作條件不夠良好時(shí)，會產(chǎn)生較嚴(yán)重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨損較大，效率低；當(dāng)蝸桿傳動具有自鎖性時(shí)，效率僅為 0.4左右。同時(shí)由于摩擦與磨損嚴(yán)重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑。根據(jù)蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。蝸桿分度曲面是圓環(huán)內(nèi)表面的一部分，蝸桿軸線平面內(nèi)理論齒廓為直線的蝸桿傳動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，俗稱“球面蝸輪傳動” 。它始于 1921 年的美國造船業(yè)，其代表產(chǎn)品是美國 CONE DRIVE，50 年代起在我國得到推廣應(yīng)用。與普通圓柱蝸桿傳動相比，這種蝸桿同時(shí)包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導(dǎo)法曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普通蝸桿的 1.5～3 倍（小值適應(yīng)于小中心矩，大值適應(yīng)于大中心矩） 。在傳遞同樣功率時(shí)，中心矩可縮小 20%～40%。由于性能優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使用。美國生產(chǎn)產(chǎn)品系列中心矩為 15～1320㎜；速比為 5～343000；最高傳動效率可達(dá) 97%。我國經(jīng)過 40 年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產(chǎn)品種也十分可觀，最大中心矩可達(dá)到 1200㎜；最少齒數(shù)比為 5；蝸桿頭數(shù)達(dá) 6；最高傳動效率可達(dá) 94%。這種蝸桿傳動分為“原始型”和“修整型”兩種。 “原始型”直廓環(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形成為：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內(nèi)的直線，在繞成形圓的圓心作等角速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動的同時(shí)，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，這條直線在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線是直線刀刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡(luò)產(chǎn)生的，難以實(shí)現(xiàn)磨削，這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復(fù)雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的主要缺點(diǎn)。 “修整型”直廓環(huán)面蝸桿螺旋面的形成，基本上與“原始型”相同，不同之處在于加工時(shí)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的修形曲線，將加工參數(shù)加以改變。一般常用的有：變位異速修形和變速比修形兩種工藝方法。變位異速修形方法就是在加工蝸桿時(shí)，刀具位置及固定傳動比不同于蝸桿副工作時(shí)的位置及速比。變速比修形方法則是加工時(shí)瞬時(shí)傳動比按一定規(guī)律變化。用修形加工方法加工的蝸桿與由修形滾刀加工成的蝸輪組成“修整型”直廓環(huán)面蝸桿傳動，消除了蝸輪齒面中部棱線接觸，不僅改善了裝配條件，減少了誤差敏感性，更重要的是：與“原始型”蝸桿傳動比較，接觸區(qū)擴(kuò)大，形成油膜條件好，包容齒數(shù)間載荷有平均作用，因而其承載能力、嚙合性能和傳動效率均較“原始型”高。3 基本內(nèi)容、擬解決的主要問題3.1 基本內(nèi)容對準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿提升機(jī)進(jìn)行總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、環(huán)面蝸輪蝸桿減速器設(shè)計(jì)、滾筒設(shè)計(jì)，以及潤滑方式和支承方式的選取。3.2 擬解決的主要問題1.環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設(shè)計(jì)，要求掌握減速器的基本工作原理，工藝特點(diǎn)。且要注意效率性和經(jīng)濟(jì)性。2.該裝置能夠?qū)σ欢ㄙ|(zhì)量的重物提起或落下。提升線速度約為 8～10m/min；提升燈具質(zhì)量約為 500kg；采用一級變速；電動機(jī)轉(zhuǎn)速約為 910～1000r/min3.每個(gè)零件應(yīng)裝配合理，無發(fā)卡，運(yùn)轉(zhuǎn)靈活，制動器動作時(shí)，應(yīng)靈活，且油路合理，無泄漏現(xiàn)象發(fā)生。4.要求查閱資料，包括國內(nèi)外的，了解該研究內(nèi)容的最新動態(tài)和發(fā)展方向，并將其運(yùn)用到畢業(yè)設(shè)計(jì)中。4 技術(shù)路線或研究方法1．分配任務(wù)書，對設(shè)計(jì)課題進(jìn)行分析，了解設(shè)計(jì)任務(wù)和設(shè)計(jì)要求。2．查閱有關(guān)資料，弄清準(zhǔn)平行環(huán)面蝸桿提升機(jī)的工作原理和執(zhí)行過程，擬定傳動方案。3．根據(jù)擬定的運(yùn)動方案進(jìn)行尺寸綜合，以滿足根據(jù)該機(jī)械的用途、功能和工藝要求而提出執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動規(guī)律，運(yùn)動位置或運(yùn)動軌跡等要求。4．在機(jī)械運(yùn)動設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行動力設(shè)計(jì)，確定作用在機(jī)械系統(tǒng)上各構(gòu)件的載荷并進(jìn)行機(jī)械的功率計(jì)算和能量計(jì)算。5．依據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)對輸入運(yùn)動和動力要求，以及機(jī)械的用途、工作環(huán)境、成本、效率等條件，設(shè)計(jì)傳動系統(tǒng)。對主要零件進(jìn)行設(shè)計(jì)，繪制機(jī)械裝配圖和零件圖。6．編制設(shè)計(jì)說明書，進(jìn)行課題設(shè)計(jì)答辯。5 進(jìn)度安排2012 年 3 月 17 日～2012 年 3 月 20 日：分配任務(wù)書：2012 年 3 月 21 日～2012 年 3 月 31 日：查閱資料及相應(yīng)知識準(zhǔn)備，書寫開題報(bào)告； 2012 年 4 月 1 日～2012 年 4 月 30 日：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的確立及各部件的設(shè)計(jì)計(jì)算；2012 年 5 月 1 日～2012 年 5 月 31 日：根據(jù)方案進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、零部件設(shè)計(jì)和畫 CAD 平面圖設(shè)計(jì)：2012 年 6 月 1 日～2012 年 6 月 16 日；改進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，完善結(jié)構(gòu)，整理設(shè)計(jì)說明書；2012 年 6 月 17 日～2012 年 6 月 20 日；完成設(shè)計(jì)，提交說有文件，準(zhǔn)備答辯。6 主要參考文獻(xiàn)[1] 許鎮(zhèn)宇.提升機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用[J].中國機(jī)械，2009（3） [2] 張質(zhì)文，中國機(jī)械協(xié)會工作報(bào)告[J].中國機(jī)械，2010（11）.[3]江耕華.機(jī)械傳動設(shè)計(jì)手冊（上冊）[S].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008[4]俞新陸.卷揚(yáng)機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006[5]《齒輪機(jī)手冊》[S].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002[6]劉品，徐小希.機(jī)械精度設(shè)計(jì)與檢測基礎(chǔ)[M].哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2004[7]王三民，諸文俊，機(jī)械原理與設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004[8]張桂香.機(jī)電類畢業(yè)設(shè)計(jì)指南[M].2005.[9]Hindhede I，Uffe. 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