1、3.5蝸輪蝸桿設(shè)計(jì)163. 5.1.初取值173. 5. 2中心距計(jì)算173. 5. 3傳動(dòng)基本尺寸183. 5. 4齒面接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算193. 5. 5齒面彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算193. 5, 6.蝸桿軸擾度驗(yàn)算203. 5. 7.溫度校核計(jì)算計(jì)算203. 5. 8確定渦輪蝸桿基本尺寸203.6圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算213.6.1.選擇齒輪材料213. 6. 2.初步計(jì)算213. 6. 3,齒而接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算223.6.4,確定傳動(dòng)主要尺寸243.7軸的初步設(shè)計(jì)計(jì)算263.7聯(lián)軸器的選擇和軸承273. 7.1聯(lián)軸器選擇273. 8渦輪蝸桿及齒輪結(jié)構(gòu)尺寸273. 8軸按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算293.8

2、.1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)303. 8軸承壽命計(jì)算373. 7選用鍵并校核383.8本章小結(jié)39第4章附件設(shè)計(jì)394. 1掛鉤裝置兒何形狀設(shè)計(jì)39III4.2鋼絲繩選用414. 3本章小結(jié)41第5章結(jié)論與展望415. 1論文總結(jié)415. 1論文展塑4242參考文獻(xiàn)43第1章緒論1.1背景隨著國(guó)家現(xiàn)代化建設(shè)的陸續(xù)推進(jìn)，城市生活不斷改善。人們?cè)絹?lái)越習(xí)慣于夜晚出行， 城市夜生活的繁榮成為了一個(gè)城市繁榮的象征，路燈作為城市的公共照明設(shè)備，既是展示 城市形象的窗口，乂是塑造城市整體形象的重要元素，它以獨(dú)特的燈光特效以及多變的款 式造型打扮著城市的每一個(gè)角落，成為傳遞城市文化信息的媒介，集中地展現(xiàn)一個(gè)城市的 文化風(fēng)貌

3、，令本地城市居民引以自豪，給旅游者美好深刻的印象。很難想象一個(gè)寸步難行 夜晚城市會(huì)得到多少人的青睞。但是隨著人們對(duì)生活品質(zhì)的要求不斷提高，城市的燈光環(huán) 境已經(jīng)不能完全滿足人們娛樂(lè)、休閑的需求。特別在高速公路，立交橋立交橋、廣場(chǎng)、停 車(chē)場(chǎng)、洗車(chē)場(chǎng)、港口、貨場(chǎng)、列車(chē)編組場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪等場(chǎng)所更需要安裝照明范W廣，能 源成本低的大型照明燈，這些燈具的尺寸大.安裝高度高，與一般的燈具有著顯著的區(qū)別, 因此市場(chǎng)上就出現(xiàn)了這種能提供大面積照明、大量減少燈桿數(shù)量的戶外專(zhuān)用燈具裝置-高 架燈。升降式高架燈山桿體、燈架、升降系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、照明燈具等部分組成，其中懸 掛系統(tǒng)和升降系統(tǒng)尤為重要也比較難于設(shè)計(jì)，高架燈

4、燈具由燈頭、內(nèi)部燈具電氣、桿體及 基礎(chǔ)部分組成，除非特別使用環(huán)境，一般可以從市場(chǎng)上購(gòu)買(mǎi)到符合要求的燈具。燈桿桿體 一般為圓柱型獨(dú)體結(jié)構(gòu)，用鋼板卷制而成，拓度為15-40米。有了容易升降的高架燈，社 會(huì)發(fā)展和商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的需要得到充分的滿足。城市建筑物和公共空間，如城市廣場(chǎng)、商業(yè)文 化街、旅游景觀、紀(jì)念性建筑、歷史建筑、文化建筑，主要的政府辦公建筑以及交通建 筑等，設(shè)計(jì)和實(shí)施殼化工程，配以先進(jìn)的泛光照明設(shè)備，展示其夜間豐富多彩、層次清 晰、特色鮮明的光形象，建成一些品位高、質(zhì)量好、與城市形象相適應(yīng)的光環(huán)境場(chǎng)所，可 很好的烘托城市中心區(qū)域的莊重、親切、優(yōu)雅的格調(diào)，使城市具有更 強(qiáng)的時(shí)代感，從而 增加城

5、市空間的吸引力，充分表現(xiàn)城市環(huán)境文化信息及其建筑美學(xué)。所以，利用高架燈照 明來(lái)改善城市夜景觀，會(huì)對(duì)發(fā)展城市的旅游觀光業(yè)、改善居住環(huán)境等產(chǎn)生積極的影響，它 會(huì)給城市帶來(lái)很大的社會(huì)效益。12國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀1.2. 1國(guó)內(nèi)高架燈現(xiàn)狀目前國(guó)內(nèi)高架燈主要采用升降式和非升降式兩種類(lèi)型，非升降高架燈造型比較簡(jiǎn)單，制 造成本遠(yuǎn)低于升降式高架燈，非升降式高架燈需要使用到工程車(chē)，能減少高架燈的設(shè)置難 度，但是吊運(yùn)工程車(chē)不容易調(diào)遣，而且有些地方工程車(chē)不一定進(jìn)得去，像有些立交橋、廣 場(chǎng)。所以，現(xiàn)在這類(lèi)高架燈應(yīng)用較少，而采用升降式的高架燈。但是因?yàn)楹罄m(xù)的維修，檢 査中及其不方便，因此僅在25米以下的高架燈中得到部分應(yīng)用。升

6、降式高架燈III于燈盤(pán) 可以通過(guò)相關(guān)控制設(shè)備遙控?zé)舯P(pán)上升、下降，這種升降方式能夠避免臨時(shí)調(diào)遣工程車(chē)，使 得維修檢査比起非升降式高架燈更為方便，在高架燈中得到廣泛應(yīng)用。但是這種升降系統(tǒng) 加大了高架燈的重量和對(duì)燈桿產(chǎn)生額外的振動(dòng)，加大了燈桿的強(qiáng)度要求。所以，對(duì)這類(lèi)升 降系統(tǒng)要經(jīng)過(guò)梢確的設(shè)汁。國(guó)內(nèi)廠家提供升降系統(tǒng)中使用較多的升降系統(tǒng)主要通過(guò)驅(qū)動(dòng)電 動(dòng)機(jī)、皮帶和齒輪減速機(jī)構(gòu)或渦輪蝸桿、卷?yè)P(yáng)機(jī)等裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)燈盤(pán)的升降。其具體方案是 在升降式高架燈底部的長(zhǎng)方形內(nèi)腔中，安裝電動(dòng)機(jī)，電機(jī)通過(guò)減速器帶動(dòng)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)，卷筒 上裝有鋼繩，鋼繩連接燈架，依靠電機(jī)電能與機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，并經(jīng)中間傳遞，減速裝置， 變?yōu)闊舯P(pán)的重力勢(shì)

7、能的變化，即燈盤(pán)的上下升降現(xiàn)象。此類(lèi)升降系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)普遍采用，但 也發(fā)生由于卷?yè)P(yáng)機(jī)主軸折斷，鋼絲繩失效斷裂等而引起的燈盤(pán)墜落事件。因此，這種升降 系統(tǒng)還不是很完善，有待改善。高架燈因?yàn)槠涫褂梅禬相對(duì)傳統(tǒng)路燈來(lái)說(shuō)比較少，因此國(guó)內(nèi)專(zhuān)門(mén)研究此類(lèi)照明裝置的論 文，課題并不是很多，國(guó)內(nèi)廠家在互聯(lián)網(wǎng)上也只公開(kāi)產(chǎn)品簡(jiǎn)單信息。如揚(yáng)州市金豆照明器 材設(shè)汁的高架燈。圖M 揚(yáng)州市金豆照明器材設(shè)計(jì)的高架燈宇波海洋王照明電器有限公司生產(chǎn)的BGD系列防爆高架燈，能夠按照客戶的要求去定制。991 圖2-2 BGD系列防爆高架燈1.2.2真國(guó)外高架燈現(xiàn)狀國(guó)外高架燈的技術(shù)相對(duì)來(lái)說(shuō)比較成熟，在燈桿制造，升降裝置系統(tǒng)制造更為小巧，但

8、 乂能保證安全，同時(shí)高架燈燈具的LED燈需要的是大功率燈泡，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)生產(chǎn)企業(yè)還達(dá)不 到要求，仍然需要依靠國(guó)外進(jìn)口。高架燈一般用于較大場(chǎng)所，而且數(shù)量繁多，如果采用人工手動(dòng)控制需要耗費(fèi)大量的人力, 顯然不合適，現(xiàn)在國(guó)外一般采用系統(tǒng)的智能控制。采用智能照明控制系統(tǒng)，可以使照明系統(tǒng)工作在全自動(dòng)狀態(tài)，系統(tǒng)將按先設(shè)定的若干基 本狀態(tài)進(jìn)行工作，這些狀態(tài)會(huì)按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間相互自動(dòng)地切換。此外，還可以通過(guò)編程 隨意改變各區(qū)域的光照度，以適應(yīng)各種不同場(chǎng)合要求。智能照明可將照度自動(dòng)調(diào)整到工作 最合適的水平。1.3優(yōu)缺點(diǎn)國(guó)內(nèi)高架燈價(jià)格相對(duì)較為便宜，但由于制造技術(shù)相對(duì)比較落后，拓架燈在使用一段時(shí) 間后，安全隱患漸漸出現(xiàn)

9、，曾經(jīng)就出現(xiàn)牽引鋼絲繩子斷裂的事故，這種事故一旦出現(xiàn)后果 相當(dāng)嚴(yán)重，因?yàn)楦呒軣敉ǔＪ潜话惭b在人員密集的城市中心區(qū)，如果高架燈倒下，或燈盤(pán) 墜落，傷害范H將會(huì)很大。另外有些高架燈由于安裝尺寸精度要求較高，首次安裝過(guò)后， 由于外界環(huán)境的影響，燈盤(pán)、燈架位置發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，造成之后自動(dòng)掛托動(dòng)作難以完成， 及其不方便。高架燈的應(yīng)用比較少，國(guó)外企業(yè)在國(guó)內(nèi)基本沒(méi)有涉足。但他們的先進(jìn)設(shè)計(jì)可以給我們 的一些思路。46第2章總體方案2.1設(shè)計(jì)要求總體要求：操作方便，安全可靠燈盤(pán)升降速度少于0.2m/s。燈盤(pán)可以安全可幕地降到離地面，方便維護(hù)工作。升降系統(tǒng)設(shè)手動(dòng)升降控制方式，操作人員能在5米外遙控?zé)舯P(pán)的升降，保證安

10、全。匸作時(shí)，要求安全、可靠，提升裝置應(yīng)保證靜載時(shí)機(jī)械自鎖，在掛鎖機(jī)構(gòu)上附有信號(hào) 翻板，明確顯示掛鉤的動(dòng)作和狀態(tài)，便于人員操作，同時(shí)增加了使用的安全性2.2設(shè)計(jì)參數(shù)燈桿十二角錐形桿體，上小下大，兩段并接燈桿高20m,上口徑240mm,下口徑500mm開(kāi)有小門(mén)，內(nèi)裝升降機(jī)構(gòu)和電氣裝置燈桿下部為控制室，燈架大致形狀圖2-1燈架形狀圖AN血2.3具體方案2. 3. 1機(jī)械傳動(dòng)方案方案1選擇國(guó)內(nèi)比較好的電機(jī)，即能夠提供轉(zhuǎn)速低，功率大等要求的電動(dòng)機(jī)，然后使用帶 傳動(dòng)與二級(jí)圓柱齒輪減速器傳遞轉(zhuǎn)矩能量，減速器之后聯(lián)接卷筒，卷筒帶動(dòng)牽引鋼絲繩， 鋼絲繩拉動(dòng)燈盤(pán)，實(shí)現(xiàn)燈盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)。方案2選擇標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，即機(jī)械設(shè)計(jì)手

11、冊(cè)上的標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)，通過(guò)聯(lián)軸器與一級(jí)渦輪蝸桿減速 器進(jìn)行動(dòng)力傳遞，之后用一級(jí)圓柱齒輪與卷筒聯(lián)接，卷筒帶動(dòng)牽引鋼絲繩，鋼線繩拉動(dòng)燈 盤(pán)，實(shí)現(xiàn)燈盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)。比較：方案1選擇非標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，安裝尺寸方面受到限制較小，減速器設(shè)計(jì)更為方便，但成 本較高。使用方案二成本較低，但設(shè)汁難度較第一種方案更高。綜合考慮選擇第二方案，完成效果如圖所示。圖2-2傳動(dòng)方案效果圖2.3.2燈盤(pán)到頂后自鎖方案方案I掛鉤翻轉(zhuǎn)式升降裝置，掛鉤翻轉(zhuǎn)式升降裝置通過(guò)較為嚴(yán)肅的數(shù)學(xué)幾何分析，運(yùn) 用合理兒何尺寸的掛鉤分別與滑輪架上的掛鉤條完成上升與下降過(guò)程的自動(dòng)掛脫動(dòng)作，因 為燈架的運(yùn)動(dòng)軌跡要有一定的限制，只有燈盤(pán)運(yùn)動(dòng)到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特定點(diǎn)才會(huì)引

12、起掛鉤的翻 轉(zhuǎn)動(dòng)作，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)燈盤(pán)升降運(yùn)動(dòng)，如若燈盤(pán)的線路出翻鉤的位置，則定位不能自動(dòng)完成。 所以必須在燈桿外部使用導(dǎo)軌與滑塊機(jī)構(gòu)保證燈架的準(zhǔn)確定位。方案2平板凸輪式升降裝置，此種自鎖方案可以說(shuō)是掛鉤翻轉(zhuǎn)式升降裝置的另一種形 式，其工作原理基本相同，平板凸輪式升降裝置運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行燈盤(pán)的掛鉤卸載，燈盤(pán) 的定位平穩(wěn)，操作方便可靠，但在使用一段時(shí)間后，由于彈簧的逐漸變形，翻轉(zhuǎn)可能失靈, 同時(shí)乂因?yàn)闄C(jī)構(gòu)造型復(fù)雜，制造成本較拓，不利于生產(chǎn)。方案3轉(zhuǎn)軸式升降裝置，此種方案的變種可以很多。其工作原理基本相同，即燈盤(pán)在上 升到頂后燈盤(pán)旋轉(zhuǎn)，燈盤(pán)有兩種轉(zhuǎn)動(dòng)方式：1.通過(guò)內(nèi)置電機(jī)帶動(dòng)燈盤(pán)旋轉(zhuǎn)，使燈盤(pán)上的掛 桿轉(zhuǎn)

13、到一定位置，從而實(shí)現(xiàn)掛桿。此方案中電機(jī)是安裝在燈桿的頂部，對(duì)整個(gè)高架燈的現(xiàn) 狀以及穩(wěn)定性將會(huì)改變。2.不使用電機(jī)，而是通過(guò)螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷(xiāo)軸上升時(shí)自主旋 轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一定角度使掛鉤銷(xiāo)鉤住擋圈，燈盤(pán)不因重力而下降：運(yùn)用軸承將燈盤(pán)在上升的過(guò) 程中靈活旋轉(zhuǎn)；在下降燈盤(pán)時(shí)，通過(guò)螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷(xiāo)軸自動(dòng)地旋轉(zhuǎn)復(fù)位，從而使掛 鉤銷(xiāo)脫開(kāi)擋圈，燈盤(pán)可自III地下降。此種方案對(duì)于導(dǎo)向槽表面精度要求，若升降系統(tǒng)使用 一段時(shí)間后，燈盤(pán)的旋轉(zhuǎn)可能無(wú)法進(jìn)行。因此方案也不是最佳綜合考慮，選擇方案1完成效果如圖圖23掛鉤裝置圖2. 3. 3燈架組裝方案出于成本考慮燈架的形狀在滿足基本的功能上盡量簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)的高架燈使用環(huán)境

14、為廣場(chǎng) 等地區(qū)，照射角度為360度，故照明燈具擺放為360度擺放。設(shè)計(jì)三角形形狀的鋼結(jié)構(gòu)安 裝燈具。高架燈進(jìn)行常規(guī)維修時(shí)，為方便工作人員進(jìn)行檢査維修，但乂不不能破壞燈具， 故在燈桿底部離地2.5米設(shè)有一個(gè)臺(tái)子，當(dāng)燈盤(pán)下降到此處便會(huì)停止，因此燈架中心設(shè)有 鋼圈。鋼圈與三角形鋼結(jié)構(gòu)之間用鋼板聯(lián)接，鋼板上鉆孔，用以聯(lián)接鋼線繩。各個(gè)部件最 后用焊接的方式連接在一起 完成效果如圖圖24燈架圖0*5? _2. 3.4升降裝置總方案由上述所選的兒個(gè)方案綜合，再加上兒處小細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)便可得出總體方案.升降裝置工作過(guò)程 如下：電機(jī)正轉(zhuǎn)帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸桿帶動(dòng)渦輪旋轉(zhuǎn)，渦輪通過(guò)齒輪嚙合帶動(dòng)卷筒旋轉(zhuǎn)，卷 筒牽引鋼絲繩，鋼

15、絲繩被纏繞在卷筒上，與鋼絲繩連接的燈架上升。電機(jī)反轉(zhuǎn)，燈架將上 升。整體效果圖如下（圖中沒(méi)有燈桿）：A V-圖25整體效果圖2. 4本章小結(jié)本章完成的的丄作內(nèi)容：擬定兩種傳動(dòng)，在兩者中間比較選擇：擬定三種燈盤(pán)自鎖方案, 在三者中間比較選擇；確定燈架組裝方案；確定高架燈裝置總方案。第3章機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算3.1計(jì)算燈盤(pán)重量燈盤(pán)量使用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)H軟件Peo/e輔助計(jì)算，先按尺寸進(jìn)行實(shí)體建模，然后用 pro/e的分析功能模塊分析重量，因?yàn)闊舯P(pán)部件材料全為鋼鐵，所以取材料密度為 7780kg/m燈架結(jié)構(gòu)俯視圖如圖所圖31燈架俯視圖燈架主要七個(gè)部件焊接，中間是個(gè)鋼環(huán)，其他為板材 鋼環(huán)如圖圖32鋼環(huán)圖鋼環(huán)

16、H著燈桿上下運(yùn)動(dòng)，取他們間隙為20mmo為減少重量鋼環(huán)設(shè)計(jì)成空心，取其橫截 面最大直徑80mm,最小直徑50取鋼環(huán)直徑590mm。通過(guò)proZE分析得鋼環(huán)重 5.7910397e-02 公噸即 50kg三個(gè)支架形狀圖33支架圖通過(guò)pro/E分析得支架 340753206-01公噸，即300kg 鋼環(huán)與支架連接部分的形狀如圖圖3-4連接部分圖通過(guò)pro/E分析得3,0442512e-02公噸 公噸，即30kg3.2掛鉤上軸的計(jì)算掛鉤上的軸圖3-5掛鉤圖提升裝置上升到頂并完成掛鉤后，鋼絲繩將不再承受燈盤(pán)重量，全部重量全部轉(zhuǎn)移鉤45號(hào)鋼為塑性材 按經(jīng)驗(yàn)公式有t二。*0.7由此許用剪切應(yīng)力t二：L75

17、MPa許用拉應(yīng)力o=251MPa設(shè)軸最小直徑為 最大剪切應(yīng)力T max出現(xiàn)在軸端即最大彎矩出現(xiàn)在軸中間最大彎矩=H392. 5 N.mm(3. 1)L許可正應(yīng)力條件為(3.2)。對(duì)于圓形截面二賓得出8mm2.許可剪切應(yīng)力條件(3.3)t其中為軸端的剪切力，A為軸的橫截面積得出5mm由此知軸直徑應(yīng)大于810査鉆孔尺寸標(biāo)，取軸直徑16mm3. 3選擇電動(dòng)機(jī)燈盤(pán)升降速度v=a2米/秒，為恒定速度 電動(dòng)機(jī)提供的動(dòng)力最終傳遞為燈盤(pán)上升的能 燈盤(pán)自重為m=765kg(3.4)升降系統(tǒng)輸出功率Pg=mXgXv=665X9.8X0.2 = 1.4994 kW升降系統(tǒng)傳動(dòng)方案為：電動(dòng)機(jī)燈盤(pán) 如圖所示圖3-9系統(tǒng)

18、傳動(dòng)方案圖(3.5)傳動(dòng)裝置總效=久刀2 “3 - Z N=0. 99 X 0. 99= X 0. 45 X 0. 95 x 0. 99,=0. 39其中 久=99為剛性聯(lián)接傳動(dòng)效率“2 =099為一對(duì)滾動(dòng)軸承效率3=0. 45為一級(jí)自鎖渦輪蝸桿傳動(dòng)效率=0.94為一對(duì)滑動(dòng)軸承傳動(dòng)效率=6 95為卷筒傳動(dòng)效率“5=99為單個(gè)滑輪帶傳動(dòng)效率(3.6)則電機(jī)所需功率Pd =入/ =l30/039=384kw電機(jī)應(yīng)該能放進(jìn)燈桿內(nèi)部圖3-10燈桿底部投影圖由額定功率和尺寸要求，根拯機(jī)械設(shè)汁課程設(shè)汁書(shū)上 確定電動(dòng)機(jī)型號(hào)為YH2M-4其有關(guān)參數(shù)如下：額定功率：p=4kw電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速： = 1440r/m

19、in電動(dòng)機(jī)深處軸直徑：D=28mm 電動(dòng)機(jī)伸出長(zhǎng)度：L=60inin3.4運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)計(jì)算3. 4. 1總傳動(dòng)比計(jì)算燈盤(pán)升降速度與鋼絲速度一致，都是V=02m/s,卷筒設(shè)計(jì)為直徑D=100mm(3.7)(3.8)卷筒轉(zhuǎn)動(dòng)速度=v / 2Dn=19 r/min總傳動(dòng)比i=75. 67角（也就是壓力角）較小，一般情況下會(huì)自。 為了保證自鎖蝸桿故取導(dǎo)程角3. 5.1初取值在機(jī)械設(shè)訃書(shū)上圖13. 11的1=40線上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)程角選處取=0. 63. 5. 2中心距計(jì)算渦輪轉(zhuǎn)矩=435050 N.mm山機(jī)械設(shè)汁書(shū)上表12. 9査得二1.1轉(zhuǎn)速系數(shù)(3.9)=0.81設(shè)二10 m/s,故蝸桿渦輪選取鑄鋁青

20、銅制山機(jī)械設(shè)訃書(shū)上表13. 2査得升降系統(tǒng)不是經(jīng)常使用，故取壽命系數(shù)=1.6接觸系數(shù)山機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上圖13. 121査得=2.6接觸疲勞極限機(jī)械設(shè)汁書(shū)上表13. 2差得=265接觸疲勞最小安全系數(shù)二1.2中心距a=(3. 10)=94. 85 取a值為100 mm3. 5. 3傳動(dòng)基本尺寸蝸桿可以自鎖，所以蝸桿頭數(shù)=1渦輪齒數(shù)二i=40 X 1=40模數(shù)m二3. 11)(3. 12)(3. 13)=3. 54. 25取模數(shù)為4 蝸桿分度圓直徑P=0.6X100 =60取標(biāo)準(zhǔn)71 mm渦輪分度圓直徑二m=4X40=160 mm因?yàn)?46蝸桿導(dǎo)程角=1X4/71=0, 056(3. 14)得符合自鎖

21、要求，并與之前-假設(shè)數(shù)偏差不大渦輪寬度=2X4X(3. 15)=3& 64取=40蝸桿圓周速度=2X3. 14X71XX 1440/60(3. 16)=100 01/S相對(duì)滑動(dòng)速度=10 7/cos3. 22=10 72 m/s與設(shè)定值相符當(dāng)量摩擦系數(shù)由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表13. 6上査=0. 024(3. 17)3. 5. 4.齒而接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算許用接觸應(yīng)力=1.6X0.81(3. 18)=286.2 MPa最大接觸應(yīng)力=147X2.6X(3. 19)=138.81所以合格3. 5. 5.齒而彎曲疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算山表機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上13. 2査出=502 MPa彎曲疲勞最小安全系數(shù)二1.4許用彎曲疲勞應(yīng)

22、力=358. 57 MPa齒面最大彎曲應(yīng)力(3. 19)(3. 19)=37 358 MPa驗(yàn)算合3. 5. 6.蝸桿軸擾度驗(yàn)算軸慣性矩I=1.25X允許的蝸桿撓度二0. 004m=0. 004X4=0. 016 mm蝸桿軸撓度（3. 20）(3. 19)=0.0031 mm因?yàn)?. 0031 mm，所以合格3. 5. 7.溫度校核計(jì)算計(jì)算采用采用開(kāi)式渦輪蝸桿傳動(dòng)，故不必進(jìn)行溫度校3. 5. 8確定渦輪蝸桿基木尺寸蝸桿軸向齒距=*ni=3. 14X4=12. 56 mm(3.21)46(3.22)中心距 a=(dl+12)/2=(71+160) /2=115.5 mm蝸桿頭數(shù)zl=l蝸輪齒數(shù)z

23、2=40模數(shù)ni=4 mm蝸桿分度圓直徑dlhlmm齒頂 jnj ha=m=4 nun徑向間隙c二0. 2m=0. 8 mm3. 23)蝸桿齒頂圓直徑dal=dl+2*ha=71+2X4 =79nim蝸桿齒根圓直徑 df l=dl-2*hf l=dl-2* (ha+c)=71-2 X (4+0.2) =61.4 mm 蝸桿齒寬bl=2ni=2X4X=72 mm蝸輪分度圓直徑d2 =160mm蝸輪喉圓直徑da2=d2+2*ha=160+2X4=168 mm蝸輪齒根圓直徑df2二d2-2*(ha+c)=160-2 X (4+0.8) =150.4(3. 24)(3. 25)(3.26)效果如圖所示

24、IF圖3-11渦輪蝸桿圖3.6圓柱齒輪傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算3. 6.1.選擇齒輪材料小齒輪40cr調(diào)質(zhì) HB, = 260大齒輪40cr 調(diào)質(zhì) HB. = 2603. 6. 2.初步計(jì)算齒寬系數(shù)仇：山機(jī)械設(shè)汁書(shū)內(nèi)表12-13,取仇=1 接觸疲勞極限CT阪十山機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)內(nèi)圖12. 17（C） bhg=720inpahiim2=720mpa初步計(jì)算許用接觸應(yīng)力：=0. 9 礙1 訕=0. 9 X 720=648 MPa=0. 9 務(wù)1心=0. 9 X 720=648 MPa山機(jī)械設(shè)汁書(shū)內(nèi)表12-16,取A,=82 mm 初步汁算小輪直徑g：(3. 27)沖=82 X 護(hù)0x2 + 1) 天(bh$uV

25、1 X 648- X 1. 89(3.28)=85初步確定齒寬：b=,d,=lX75=85mm3. 6.3,齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算圓周速度=加n渦輪60 X 1000(3. 29)=2. 61in/s二2.05 m/S精度等級(jí)：由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)內(nèi)表12-6選取8級(jí)精齒輪齒數(shù)Z：取Z二23 則 Zz = Z丄=23 X 1.89=43.47 z取 43模數(shù)滬=85/23=3 67由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表12.3.取ni=4=85/4=21.25取二21則=1.89X21=39. 69取二40使用系數(shù)k； III機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表12-9k =1. 25動(dòng)載荷系數(shù)k,： 1(1圖12. 9 k,=l. 15 齒間載

26、荷分配系數(shù)khn：由表12-10先求 f =竺=2X/84=798225N3. 30)V f竺=1.25 x 7982. 25/84 = 91. 5X/ m lOOX / m b(3.31)1. 88 - 3. 2(1 / z】+ 1 / zj6 = 1.88 - 3.2 x(1/22 + 1/44)=L67=0. 78由此得kha =1.64齒向載荷分布系數(shù)心0：山機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表12-口= A + 5()- + C. lO-bh0d=1. 17 + 0. 16 X (1)- + 0. 61 X ICr X 109=1.40載荷系數(shù) k： k =1. 25 x 1. 15 X 1.40 X 1

27、.64=3. 30彈性系數(shù)兀：山機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表12-12 z,=189. 8節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)Z,： III機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上圖12. 16 z,=2. 47接觸應(yīng)力最小安全系數(shù)山機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表12. 14取值=1.05升降只有在維修等少數(shù)悄況使用故使用次數(shù)按設(shè)訃使用年限10, 年檢修4次th = 20 X 4 X 2 = 80 h5 = 60叭=60X36X80=172800 hn 遼=60n.t,=60X19X80=91200接觸應(yīng)力系數(shù)z； Id機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上圖12. 18 取值 Zni = 1.59如=6許用接觸應(yīng)力二空込二Shttin3. 32)=1081 MPaShain=1081 MPa驗(yàn)算l

28、2kt, u + 1(3. 33)= 189. 8X2.5X0. 78jx 3.30 x 435050 1：897TV 84 X 84-1.8984 X 84-=681 MPa計(jì)算結(jié)果表明，接觸疲勞強(qiáng)度較為合適，齒輪尺寸無(wú)需再做調(diào)整3. 6.4,確定傳動(dòng)主要尺寸因模數(shù)取值時(shí)，齒數(shù)已經(jīng)重新確定，所以分度圓直徑已經(jīng)改變，即d=皿1 =4X21=84 mmd, = znZd =4X40=160 mm中心距a246 (84 + 160)=122 nun齒寬bb二層=1 X 84 = 84 mm 齒輪建模效果如圖 齒根彎曲疲勞強(qiáng)度校核 巫合度系數(shù)=0. 25+=0 70齒間載荷分布系數(shù)kh由表12.10

29、, k“ = +二二1.43J t齒間載荷分布系數(shù)k珈b/h = 84/(2. 25x 5) = 8.77由機(jī)械設(shè)汁書(shū)上圖12. 14以及已知的心求彳別幼=1. 35載荷系數(shù)k：K二kkvk輕k坯=1. 25 X 1. 15 x 1. 43 x 1. 35 = 2. 78齒形系數(shù)有圖12.21得Vfai = 2. 70鼻：=2. 45應(yīng)力修正系數(shù)，由圖12. 22得Vsai = 1- 55九2 = 171彎曲疲勞極限伽：由圖12. 23(C)得= 600MPabm 昭=SOOMPa彎曲最小安全系數(shù)S兔曲：山機(jī)械設(shè)汁書(shū)上表12-14得：S缸=1.25 th = 20 X 4 X 2 = 80 h

30、九=eOnt, =60 X 36 X 80=172800= 60n,t, =60X19X80=91200彎曲壽命系數(shù)y： |圖12. 24得r = 1.42y.2 = 1M3尺寸系數(shù)人：由圖12.25得：y, =1.046600 xlM2xL0 = 681. g MPafoin1.251.256xl 43x 1.0 = 686. 4 肝&(3. 34)驗(yàn)算彎曲強(qiáng)度:2kt,Tfi =bdjin空込1x2.7x1.55x0.7 77 MPa &84 X 84 X 5L 4yfalYsal117 J71x245“r”2. 7 X 1. 55L Q因傳動(dòng)無(wú)嚴(yán)重過(guò)載，所以不做靜強(qiáng)度校核3.7軸的初步設(shè)

31、計(jì)計(jì)算選取軸的材料及熱處理：選取材料為40cr,調(diào)質(zhì)處。按許用應(yīng)力佔(zhàn)算軸的最小直徑:(3. 35)由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表16-2,取C=102蝸桿軸:=102=14.09 mm渦輪軸:=102=36.13 mm卷筒軸:=102=45.04 mm3.7聯(lián)軸器的選擇和軸承3. 7. 1.聯(lián)軸器選擇電機(jī)與渦輪蝸桿減速器的連接釆用剛性聯(lián)軸器，其型號(hào)為GYH3圖3-12聯(lián)軸器圖n. m主要參數(shù)尺寸如下： 公稱(chēng)扭矩二H2 許用轉(zhuǎn)速2.軸承選擇 蝸桿軸選擇圓錐滾子軸承30207 渦輪軸選擇圓錐滾子軸承302113. 8渦輪蝸桿及齒輪結(jié)構(gòu)尺寸蝸桿采用整體結(jié)構(gòu)圖3-13蜩桿軸圖蝸桿軸尺寸選取聯(lián)軸器為：L二44mm圓錐

32、滾子軸承*18. 25mm擋圈寬27mm軸肩40mni蝸桿齒根圓直徑=61.4 mm蝸桿齒頂圓直徑二79mm蝸桿齒寬bl=72 mm渦輪采取整體式結(jié)構(gòu)渦輪尺寸L=84d=70中心距=115. 5 mmR1=O. 5 (dl+2. 4ni )=0. 5* (71+2. 4*4)=40.3C=l 5in=6但必須大于lOmm故取lOmm o圖3-14渦輪圖f取 16mm渦輪建模后效果圖如下3. 8軸按許用彎曲應(yīng)力計(jì)算選取渦輪軸進(jìn)行計(jì)算 渦輪軸如圖所示圖3-15渦輪軸圖3.8. 1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軸的材料選用45鋼制造，調(diào)質(zhì)處理，=650 MPa, =360 MPa 初步定軸的長(zhǎng)度84402022.75 8

33、4圖3-16渦輪軸草圖如圖所示，采用一對(duì)圓錐滾子軸承支撐軸30211型號(hào)軸承尺寸參數(shù)D=100 mmd=55 mmA/4= (D-d) /2=11.25則軸套處尺寸為55+12. 5=67. 25 mm渦輪處取直徑70 mm直齒輪與軸承處的直徑取50 mm直齒輪處直徑取值45mm軸的結(jié)構(gòu)如圖所示(a)A圖3-17渦輪軸圖軸上各力作用點(diǎn)及支點(diǎn)跨距由于選擇的是圓錐滾子軸承，其負(fù)荷中心并不在軸向?qū)挾鹊闹悬c(diǎn)位置，渦輪的作用力按齒寬的中點(diǎn)位置來(lái)算圓錐滾子軸承示意圖如下所示圖3-18圓錐滾子軸承示意圖30211型號(hào)圓錐滾子軸承參數(shù)C=18 mmD=100 mmd=55 mm=15.設(shè)受力點(diǎn)與軸承的中點(diǎn)距離

34、為X則 x=( (100-55) /4+55/2)=11.05山此山裝配草圖可得=104 mm=62 mm=82 mm渦輪受力如圖所示圖3-19渦輪受力圖(3. 36)(3. 37)=422.24 N(3. 38)=1982.44 N小齒輪受到的力如圖所示圖3-20小齒輪受力圖=3770.01 N畫(huà)出力的受力圖(b)圖3-21軸受力圖在水平面：水平面受力如圖所示圖3-22軸水平受力圖使用力學(xué)方程算出軸承力=20935. 45 N =9822. 13 N垂直：垂直面受力圖如下(d)圖3-23軸豎直面受力圖力矩平衡方程得=0+1982.44=5129. 54 N =3341.69 N轉(zhuǎn)矩如圖(e)

35、圖3-24轉(zhuǎn)矩受力圖軸的彎矩圖如下29438(i)轉(zhuǎn)矩圖456.792 N .m1493.51 Nm(j)當(dāng)量轉(zhuǎn)矩圖圖 3-25轉(zhuǎn)矩圖46許用應(yīng)力訃算許用應(yīng)力值：由機(jī)械設(shè)計(jì)書(shū)上表16 - 3, 應(yīng)力校正系數(shù)：a査得=102.5 MPar =60MPa(3. 39)畫(huà)出當(dāng)量彎矩矩圖當(dāng)量彎矩:在圓柱齒輪中間截面a處=1493.51 NXM(3. 40)=1161.59 N.M校核軸徑齒輪齒根圓直徑:(3.41)=d-2 (ha+c) m=84-2 X (1+0. 25) X4=74 mm(3. 42)=74mm=74mm由此可知軸頸滿足要求3. 8軸承壽命計(jì)算30211的主要性能參數(shù)如下基本額定動(dòng)

36、載荷:=90.8 kN基本額定靜載荷：=H4 kN極限轉(zhuǎn)速：N0=3800 r/min （脂潤(rùn)滑）NO二4800 n/min （油潤(rùn)滑）軸承面對(duì)面安裝，此前已經(jīng)求出了支座反力，則軸承受力:=21554. 13 N（3. 43） =10375. 49 N只需驗(yàn)證C處軸承的強(qiáng)度FaC=442 NFaD=0 N由于 FaC/C0r=442/ (114X1000) =0. 004 Fa/Fr=442/21554. 13=0. 02由機(jī)械設(shè)汁書(shū)上表18-7得：e=l. 5=0. 40 Fa/Fr符合設(shè)訃要求3. 8本章小結(jié)本章完成的丄作內(nèi)容：通過(guò)pro/e輔助軟件完成燈盤(pán)自重計(jì)算，為電機(jī)選擇及后續(xù)的軸

37、類(lèi)零件校核，渦輪蝸桿設(shè)計(jì)提供依據(jù)；掛鉤軸的尺寸計(jì)算及校核；電機(jī)型號(hào)選擇；蝸輪蝸 桿設(shè)汁；直齒圓柱齒輪設(shè)計(jì)；聯(lián)軸器選擇；渦輪軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核；軸承選擇及壽命校核; 鍵選擇及強(qiáng)度校核。第4章附件設(shè)計(jì)4.1掛鉤裝置幾何形狀設(shè)計(jì)燈盤(pán)到頂后自鎖方案為掛鉤被動(dòng)翻轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)自鎖，工作過(guò)程分為兩個(gè)部分1自動(dòng)掛鉤:燈架上升，此時(shí)掛桿在上，掛鉤在下；隨著燈盤(pán)繼續(xù)上升掛鉤碰到掛桿，在 相互力的作用下掛鉤旋轉(zhuǎn)；燈盤(pán)繼續(xù)上升，掛桿不再與掛鉤接觸，掛鉤到恢復(fù)重力作用 下的平衡狀態(tài)；至此，工作人員按下電機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕，電機(jī)下降，實(shí)現(xiàn)掛鉤。圖41燈架上升圖圖42掛鉤旋轉(zhuǎn)圖圖44掛鉤動(dòng)作完成圖圖43掛鉤恢復(fù)平衡圖2自動(dòng)脫鉤：燈盤(pán)上升到

38、最高處；燈盤(pán)下降；完成脫鉤動(dòng)作圖45燈盤(pán)上升圖圖46燈盤(pán)下降圖圖47脫鉤動(dòng)作完成圖掛鉤形狀，掛桿與掛鉤的相對(duì)位置通過(guò)8d軟件輔助計(jì)算，尺寸設(shè)計(jì)合理，能夠?qū)崿F(xiàn)自 動(dòng)掛鉤，自動(dòng)脫鉤。4.2鋼絲繩選用鋼絲繩是山多層鋼絲捻成股，再以繩芯為中心，山一定數(shù)量股捻繞成螺旋狀的繩。在物 料搬運(yùn)機(jī)械中，供提升、牽引、拉緊和承載之用。鋼絲繩的強(qiáng)度高、自重輕、工作平穩(wěn)、 不易驟然整根折斷，工作可靠。本論文根據(jù)經(jīng)驗(yàn)鋼索選用直徑為7. 7min.橫截面積為 46.54mm,抗拉強(qiáng)度155kg / ,(即1 519NZ ),能承受最大拉力70694.26N。現(xiàn)提升拉力 F2=7497M使用中的安全系數(shù)n= 70694.2

39、6/7497= 942 8。完全符合國(guó)家有關(guān)部門(mén)規(guī)定。4. 3本章小結(jié)本章完成的丄作：掛鉤的形狀設(shè)訃及借助cad軟件輔助模擬自動(dòng)掛鉤，自動(dòng)脫鉤動(dòng)作: 鋼絲繩的選用及校核。第5章結(jié)論與展望5. 1論文總結(jié)論文通過(guò)力學(xué)分析、pro/e實(shí)體建模，強(qiáng)度校核計(jì)算等相關(guān)手段可以得出以下結(jié)論：(1) 渦輪蝸桿，直齒圓柱齒輪，渦輪軸，掛鉤上的支撐軸，鋼絲繩完全能夠滿足升 降裝置在正常使用悄況下的強(qiáng)度要求。(2) 蝸桿軸的設(shè)計(jì)是根據(jù)最小直徑標(biāo)準(zhǔn)來(lái)設(shè)計(jì)，但由于蝸桿軸受到的扭矩很小，而 軸的最小直徑遠(yuǎn)大于軸的最小直徑標(biāo)準(zhǔn)，理論上能夠滿足強(qiáng)度要求。(3) 渦輪軸上鍵的選擇經(jīng)過(guò)強(qiáng)度校核能夠滿足使用要求。軸上的軸承能夠滿

40、足使用 壽命要求。(4) 高架燈升降裝置下部分，即電機(jī)、渦輪蝸桿、卷筒部分能夠內(nèi)置到燈桿內(nèi)部，滿足燈桿下口徑500mm的尺寸要求。（5）高架燈升降裝置的電機(jī)額定功率略大裝置提升燈盤(pán)所需的總功率，因此能完成 燈盤(pán)升降過(guò)程。（6）燈盤(pán)上升到頂后，掛鉤在作用力作用下自動(dòng)完成翻轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)脫鉤，掛 鉤動(dòng)作。保證了裝置在正常使用時(shí)鋼線繩不再受力。同時(shí)山于采用的是能夠自鎖的 渦輪蝸桿設(shè)計(jì)，在電機(jī)無(wú)法正常運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下，渦輪并不能帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而燈 盤(pán)可以停在上下行程的任意位置。裝置安全得到保證。（7）雖然所選電機(jī)轉(zhuǎn)速較高，但得意于渦輪蝸桿的使用，傳動(dòng)比很大，最終卷筒速 度19r/min,燈盤(pán)速度0. 2m/so燈盤(pán)能夠以緩慢的速度上升下降，滿足設(shè)計(jì)要求。5. 2論文展望綜上所述，本課題所研究的高架照明裝置的升降系統(tǒng)，在機(jī)械設(shè)計(jì)方面相對(duì)于U前所 使用的升降系統(tǒng)而言有了一定程度上的改善，能夠順利完成燈盤(pán)的升降兩個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程，大 部分零件能夠滿足強(qiáng)度要求，所有零件裝配尺寸均符合設(shè)計(jì)尺寸要求。但升降裝置總體性 能仍然有待提高：自動(dòng)掛鉤裝置能夠自動(dòng)脫掛鉤動(dòng)作對(duì)燈盤(pán)的運(yùn)動(dòng)軌跡有較強(qiáng)的精度要 求，升降