1、圖書分類號：密 級：螺旋起重機又稱為螺旋升降機，它的原型就是我們所常見的千斤頂。它具有結構緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、無噪音、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等許多優點。可以單臺或組合使用，能大致控制調整提升的高度，可以用電動機或其他動力直接帶動，也可以手動。電動螺旋起重機基本原理是利用電機，通過減速器減速后，帶動螺母旋轉，轉化為絲桿的軸向運動，從而推動物體上升。主要內容如下：對千斤頂的原理和螺旋起重的原理、方法進行了研究；設計螺旋起重機構；選擇電動機；設計減速機構；控制電路的設計；簡要闡述在流水線作業中，螺旋千斤頂的動作原理等。關鍵詞 千斤頂；電動；螺旋傳動

2、全套圖紙，加153893706AbstractThe spiral crane is also known as the spiral screw lift crane .Its prototype is the jack as we common see. Its advantages as follows: small size, light weight, extensive power source, no noise, ease of installation, flexible, multi-function, supporting forms, high reliability

3、and long service life, and so on. It can be used single or in combination, and can generally control the height.Motor can be used directly or other power driven, besides ,it can also be manually.And the basic principle is that the motor drives the rotary nut through the deceleration agencies, screw

4、into the axial campaign, and thenlift the objects .The main contents as follows: research the principle of spiral jackand the principlesand methods of the spiral lifting, design the agencies of spirallifting; motor choice; design deceleration agencies; select keys and bearings, design the control ci

5、rcuit; describethe principle of the screw jack on the assembly line operation.KeywordsSpiral jack ElectricalSpiraldrive目 錄1 緒論11.1千斤頂的發展現狀11.2千斤頂的分類22 設計方案的確定32.1螺旋傳動設計方案3螺旋傳動概述3螺旋傳動方案的確定42.2減速傳動機構設計方案53 傳動系統的設計6螺旋傳動部分計算6螺桿直徑的計算6螺紋部分強度計算6電機的選擇8電動機功率計算9傳動效率9確定電機轉速10減速機構的設計11材料的選擇11蝸輪蝸桿傳動基本尺寸12強度校核15蝸

6、輪蝸桿傳動中的作用力分析15實際傳動動力參數164 輔助裝置的設計18軸承的選擇18軸承的選擇因素18軸承的型號確定19軸承校驗19鍵的選擇22聯軸器的設計與計算235 控制電路及過載保護系統的設計255.1 過載及最大行程保護元件255.1.1 熱繼電器255.1.2 行程開關26電器控制基本電路設計286 系統的改進與優化30力學傳感器30電阻應變片力傳感器30位置傳感器32連續控制分析34結論35致謝36參考文獻37附錄38附錄138附錄2491 緒論千斤頂起源于20世紀初的英、美、德等國家，在逐步發展中工藝逐漸成熟，因其具有抗腐蝕、耐高溫，強度高、表面精美、百分之百可回收等無與倫比的良

7、好性能，被廣泛應用于建筑、交通、能源、石化、環保、城市景觀、醫療、餐飲等各個領域，逐漸被人們所接受，也越來越多地走進尋常百姓的日常生活。我國千斤頂產業發展進步較晚，建國以來到改革開放前，我國千斤頂的需求主要是以工業和國防尖端使用為主。改革開放后，國民經濟的快速發展，人民生活水平的顯著提高，拉動了千斤頂的需求。進入上世紀九十年代后，我國千斤頂產業進入快速發展期，千斤頂需求的增速遠高于全球水平。1990年以來，全球千斤頂表觀消費量以年均6%的速度增長，而九十年代的十年間，我國千斤頂表觀消費量年均增長率達到17.73%，是世界年均增長率的2.9倍。進入二十一世紀，我國千斤頂產業高速增長。2000年2

8、004年，我國千斤頂消費量從188萬噸增長到447萬噸，增加了2.3倍，年平均增長率在27%以上。其中，2001年，我國千斤頂表觀消費量達到225萬噸，超過美國成為世界第一千斤頂消費大國。同時，千斤頂進口也大幅度增加。1998年，我國千斤頂進口100萬噸，由此成為世界上最大的千斤頂進口國。2004年與1998年比，千斤頂進口增長幅度年均達到27.14%。預計2005年，中國千斤頂表觀消費量將達到500萬噸，進口仍將保持在300萬噸左右。伴隨著千斤頂市場的快速發展，我國千斤頂產量也結束了長期徘徊的局面，實現了高速增長。我國千斤頂產量從2000年的46萬噸增長到2004年的236萬噸，年平均增長率

9、在82.6%，占國內市場需求的比重也由2000年的24.47%提高到2004年的52.80%。而同期，世界千斤頂產量則僅以6%左右的速度增長。從九十年代后期起，我國太鋼、寶鋼以及寶新、張浦等國有和合資企業通過引進和技術改造，先后建成了一系列千斤頂生產線，千斤頂工藝技術裝備達到國際先進水平，千斤頂生產初具規模。千斤頂品種結構也發生了積極的變化，千斤頂產品質量迅速提高。特別是國內千斤頂冷軋板增長迅速，2003年，國內冷軋板產量達到170萬噸，首次超過進口量,自給率達到66%；2004年，國內冷軋板產量達到200萬噸，自給率達到70%以上。從2004年底到2005年底，國內冷軋千斤頂產能將增加約15

10、0萬噸，基本滿足國內市場需求。到2007年，我國將成為千斤頂的凈出口國。從總體上看，我國千斤頂正在經歷由規模小、水平低、品種單一、嚴重不能滿足需求到具有相當規模和水平、品種質量顯著提高和初步滿足國民經濟發展要求的深刻轉變，千斤頂需求將逐步實現自給。千斤頂的分類千斤頂有多種形式。如電動式，液壓式，手動式（即一般意義上的千斤頂）等等。電動式千斤頂如圖1-1所示。它的基本動力源是電機，由電機通過減速器帶動螺母旋轉，轉化為絲桿的軸向運動，從而推動物體上升。它解放了人類的體力勞動，只需操縱按鈕即可完成起重。可有效的避免了重物砸傷等事故。該形式的起重器也是本設計所討論的。圖1-1液壓千斤頂，又稱為油壓千斤

11、頂。它的基本工作原理圖如圖1-2所示。其基本原理是利用封閉管路里液體的壓強來工作的。當人以力F向下壓手柄時，液體內部產生一定的壓強，從而推動重物上升。圖1-21-小液壓缸，2-排油單向閥，3-吸油單向閥，4-油路，5-截止閥，6-大液壓缸手動式千斤頂也即一般普通的千斤頂，它是出現的最早的千斤頂，是所有千斤頂的鼻祖。手搖其手柄，帶動螺母旋轉，如圖1-3所示圖1-32 設計方案的確定螺旋傳動設計方案螺旋傳動概述螺旋傳動是利用螺桿和螺母的嚙合來傳遞動力和運動的機械傳動。主要用于將旋轉運動轉換成直線運動，將轉矩轉換成推力。按工作特點，螺旋傳動用的螺旋分為傳力螺旋、傳導螺旋和調整螺旋。（1）傳力螺旋：以

12、傳遞動力為主,它用較小的轉矩產生較大的軸向推力,一般為間歇工作，工作速度不高，而且通常要求自鎖，例如螺旋壓力機和螺旋千斤頂上的螺旋。（2）傳導螺旋：以傳遞運動為主，常要求具有高的運動精度，一般在較長時間內連續工作，工作速度也較高，如機床的進給螺旋（絲杠）。（3）調整螺旋：用于調整并固定零件或部件之間的相對位置，一般不經常轉動，要求自鎖，有時也要求很高精度，如機器和精密儀表微調機構的螺旋。按螺紋間摩擦性質，螺旋傳動可分為滑動螺旋傳動和滾動螺旋傳動。滑動螺旋傳動又可分為普通滑動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動。1）滑動螺旋傳動通常所說的滑動螺旋傳動就是普通滑動螺旋傳動。滑動螺旋通常采用梯形螺紋和鋸齒形螺紋，

13、其中梯形螺紋應用最廣，鋸齒形螺紋用于單面受力。矩形螺紋由于工藝性較差強度較低等原因應用很少；對于受力不大和精密機構的調整螺旋，有時也采用三角螺紋。一般螺紋升程和摩擦系數都不大，因此雖然軸向力F相當大，而轉矩T則相當小。傳力螺旋就是利用這種工作原理獲得機械增益的。升程越小則機械增益的效果越顯著。滑動螺旋傳動的效率低，一般為3040%，能夠自鎖。而且磨損大、壽命短，還可能出現爬行等現象。2）靜壓螺旋傳動 螺紋工作面間形成液體靜壓油膜潤滑的螺旋傳動。靜壓螺旋傳動摩擦系數小，傳動效率可達99%，無磨損和爬行現象，無反向空程，軸向剛度很高，不自鎖，具有傳動的可逆性，但螺母結構復雜，而且需要有一

14、套壓力穩定、溫度恒定和過濾要求高的供油系統。靜壓螺旋常被用作精密機床進給和分度機構的傳導螺旋。這種螺旋采用牙較高的梯形螺紋。在螺母每圈螺紋中徑處開有36個間隔均勻的油腔。同一母線上同一側的油腔連通，用一個節流閥控制。油泵將精濾后的高壓油注入油腔，油經過摩擦面間縫隙后再由牙根處回油孔流回油箱。當螺桿未受載荷時，牙兩側的間隙和油壓相同。當螺桿受向左的軸向力作用時，螺桿略向左移，當螺桿受徑向力作用時，螺桿略向下移。當螺桿受彎矩作用時，螺桿略偏轉。由于節流閥的作用，在微量移動后各油腔中油壓發生變化，螺桿平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。3）滾動螺旋傳動用滾動體在螺紋工作面間實現滾動摩擦的螺旋傳動，又稱

15、滾珠絲杠傳動.滾動體通常為滾珠，也有用滾子的。滾動螺旋傳動的摩擦系數、效率、磨損、壽命、抗爬行性能、傳動精度和軸向剛度等雖比靜壓螺旋傳動稍差，但遠比滑動螺旋傳動為好。滾動螺旋傳動的效率一般在90%以上。它不自鎖，具有傳動的可逆性；但結構復雜，制造精度要求高，抗沖擊性能差。它已廣泛地應用于機床、飛機、船舶和汽車等要求高精度或高效率的場合。滾動螺旋傳動的結構型式，按滾珠循環方式分外循環和內循環。外循環的導路為一導管,將螺母中幾圈滾珠聯成一個封閉循環。內循環用反向器，一個螺母上通常有24個反向器，將螺母中滾珠分別聯成24個封閉循環，每圈滾珠只在本圈內運動。外循環的螺母加工方便，但徑向尺寸較大。為提高

16、傳動精度和軸向剛度，除采用滾珠與螺紋選配外，常用各種調整方法以實現預緊。常用的載重螺旋有矩形，梯形和鋸齒形等。矩形螺紋傳動效率高，但螺紋強度較低，精確制造較困難，對中準確性較差，磨損后無補償，因此應用受限制，矩形螺紋無標準。梯形螺紋加工容易，強度較大，但效率較低。鋸齒形螺紋矩形螺紋效率高，梯形螺紋強度大的特點，一般用于承受單向壓力，常用在壓力機上。螺桿材料應具有足夠的強度和耐磨性，以及良好的加工性能，不經熱處理的螺桿一般選用Q275，35，45號鋼，重要的經熱處理的螺桿可以選用65Mn，40Cr或20C rMnTi鋼。精密傳動螺桿可用9MnV，CrMn，38CrMoAl鋼等。螺母材料除要有足夠

17、的強度外，還要求在與螺桿材料配合時摩擦系數小和耐磨。常選用鑄造青銅ZQSn6-6-3，ZQSn10-1，速度低，載荷較小時，也可選用高強度鑄造鋁青銅或鑄造黃銅，重載時可用鑄鐵，耐磨鑄鐵。尺寸大的螺母可用鋼或鑄鐵做外套，內部澆注青銅。高速螺母可澆注巴氏合金。螺旋傳動用矩形，梯形或鋸齒形螺紋，其失效形式多為螺紋磨損。而螺旋直徑螺母的高度由耐磨性要求決定。傳力較大時，應校驗螺桿部分或其他危險部位強度，以及螺母，螺桿的螺紋牙的強度。要求自鎖時，應檢驗螺紋副的自鎖條件。對于長徑比很大的受壓螺桿，應檢驗其穩定性。因此，本設計中螺旋副材料選取鋼青銅材料，螺桿選取45號鋼。螺紋選用梯型螺紋，右旋單線。螺旋傳動

18、方案的確定本設計的重點是如何將電機輸出的回轉運動轉換為螺桿的直線運動。這也是整個傳動系統設計的關鍵。根據機械設計等相關參考資料，可得到把回轉運動轉化為直線運動的四種方式：（1）螺桿轉動，螺母移動（2）螺母轉動，螺桿移動（3）螺母固定，螺桿轉、移動（4）螺桿固定，螺母轉、移動考慮到必須頂著重物上升，即與重物接觸，而起重部件與重物間不可發生相對運動，而且必須與重物充分接觸，因此排除方案（1）、（4），而方案（3）又不方便輸入傳動方案的設計，因此選擇方案（2）作為起重部分的傳動方案。減速傳動機構設計方案減速傳動機構通常有蝸輪蝸桿傳動，齒輪傳動，帶傳動，鏈傳動，摩擦輪傳動等等。考慮到本設計要求的傳動緊

19、湊，傳動比較大，因此選用蝸輪蝸桿傳動作為本設計的減速傳動機構。蝸桿傳動用于傳遞交錯軸之間的回轉運動。在絕大多數情況下，兩軸在空間上是互相垂直的，軸交角為90度。它廣泛應用在機床、汽車、儀器、起重運輸機械、冶金機械以及其他機械制造部門中，最大傳動功率可達到750千瓦，通常用在50千瓦以下；最高滑動速度可達35m/s，通常用在15m/s以下。蝸桿傳動的主要優點是結構緊湊，工作平穩，無噪聲，沖擊振動小以及能得到很大的單級傳動比。在傳遞動力時，傳動比一般為8100，常用的為550。在機床工作臺中，傳動比可達幾百，甚至達到一千。這時，需采用導程角很小的單頭蝸桿，但傳動效率很低，只能用在功率很小的場合。在

20、現代機械制造業中正力求提高蝸桿傳動的效率，多頭蝸桿的傳動效率已經可達到98%。與多級齒輪傳動相比，蝸桿傳動零件數目少，結構尺寸小，重量輕。缺點是在制造精度和傳動比相同的條件下，蝸桿傳動的效率比齒輪傳動低，同時蝸輪一般需用貴重的減磨材料制造。3 傳動系統的設計螺旋傳動部分計算螺桿直徑的計算式（3.1）表 3-1滑動螺旋副許用比壓P螺桿材料螺母材料許用比壓速度范圍鋼青銅1825低速鋼鋼13低速鋼鑄鐵1318</min鋼青銅1118</min取鋼青銅螺旋副p=20Mpa，f=0.080.1，最大負載F=25000N，代入式（3.1）得:根據梯形螺紋國家標準，取螺紋為Tr其基本參數為：螺桿

21、外徑：，中徑：，螺桿小徑：，螺母小徑：，螺母大徑：，螺距：螺紋部分強度計算梯形螺紋牙型角當量摩擦角 將螺紋部分展開，其受力圖如圖3-1所示，圖3-1作用在螺母上的扭矩螺桿受力如圖3-2所示，由圖可知，螺桿上與螺母旋合處扭矩最大，且圖3-2根據第四強度理論，得：螺桿危險截面的當量應力表3-2螺桿與螺紋牙強度項目許用應力Mpa螺桿強度為屈服極限螺紋牙強度材料剪切彎曲鋼0.6（11.2）青銅30-404060鑄鐵404555耐磨鑄鐵405060蝸桿材料為45號鋼，由表3-2可知，它的許用應力為=12072Mpa，滿足要求。自鎖條件：< 符合自鎖條件。電機的選擇電動機的類型、結構形式是根據電源種

22、類、載荷性質和工作條件來選擇的。三相異步電機具有構造簡單、運行可靠、重量輕、成本低、使用維護方便等優點，所以電機選擇為三相異步電動機。電動機的功率選擇是否合適將直接影響到電動機的工作性能和經濟性能。如果選用額定功率小于工作機所要求的功率,就不能保證工作機正常工作,甚至使電動機長期過載而過早損壞,如果選用額定功率大于工作機所需要的功率,則電動機價格高,功率未得到充分的利用,從而增加電能的消耗,造成浪費。在設計過程中,由于螺旋起重機載荷不變或很少變化,并且傳遞功率較小，故只需使電動機的額定功率等于或梢大于電動機的實際輸出功率,即。這樣電動機在工作時就不會過熱,一般不需要對電動機進行熱平衡計算和校核

23、啟動力矩。選擇電動機應綜合考慮的問題：（1）根據機械的負載性質和生產工藝對電動機的啟動，制動反轉等要求選擇電動機類型。0.9，過大的備用功率會使電機效率降低，對于感應電動機，其功率因將變壞，并使按電動機最大轉局校驗強度的生產機械造價提高。根據使用場所的環境條件的溫度，濕度，灰塵，雨水，瓦斯以及腐蝕和易燃易爆氣體等考慮必要的保護方式，選擇電動機的結構形式。（3）根據企業的電網電壓標準和對功率因數的要求確定電動機的電壓等級和類型。（4）根據生產機械的最高轉速和對電力傳動調速系統的過渡過程性能的要求，以及機械減速機構的復雜程度，選擇電動機額定轉速。除此之外選擇電動機還必須符合節能要求，考慮運行可靠性

24、，設備的供貨情況，備品備件的通用性，安裝檢測的難易，以及產品價格，建設費用，運行和維修費用，生產過程中，前，后電動機功率變化關系等各種因素。電動機功率計算電動機所需工作功率為P=式中：為輸送機主軸牽引力，公斤 此處=2.5噸；v 為起重速度，m/s 此處v=/min；為電動機至工作機主運動端物體的總效率。傳動效率傳動裝置的總效率應為組成傳動裝置的各部分運動副效率之乘積,即=··其中:分別為每一傳動副,每對軸承,每個連軸器的效率.傳動副的效率數值可按下列選取,軸承及連軸器效率的概略值為:圖3-3 螺旋起重機傳動示意圖該設計中根據要求選擇滾子軸承效率=0.98；蝸輪蝸桿傳動效率

25、=0.97；聯軸器傳動效率=0.99；螺桿螺母傳動效率：總效率為=···=電機功率為：= kw確定電機轉速螺母轉速轉/min蝸輪蝸桿減速器傳動比為1560，則，電機轉速可選范圍為=（1560）83.3=12505000轉/min同一功率的同一類型電動機可以有幾種同步轉速供選擇。高轉速的電動機的極數少，外形尺寸小、重量輕、價格低，但傳動裝置總傳動比及尺寸大，增大了減速器的成本和制造成本。低轉速電動機則正好相反，因此應全面分析比較其利弊，合理選定其功率。 電動機的轉速通常采用同步轉速為1500r/min 和1000r/min 左右的電動機，沒有特殊說明，不選用低于75

26、0r/min 的電動機。在此，自己綜合考慮，選用1390r/min 的電動機。 由查表可以看出，Y2-802-4 型三相異步電動機符合自己的需要，因此就選用該電動機。Y2-802-4型三相異步電動機的參數見表3-3、3-4。表3-3 Y2-802-4 型三相異步電動機的參數電動機型號額定功率kw轉速r/min最大轉矩額定轉矩最小轉矩額定轉矩效率Y2-802-4139075%表 3-4 Y2-802-4 型三相異步電動機的尺寸參數中心高H外形尺寸L×(AC/2+AD)×HD底腳安裝尺寸A×B地腳螺栓孔直徑K軸伸尺寸D×E裝鍵部位尺寸F×GD802

27、85××170125×1001019×408×27圖 3-4 三相異步電動機結構示意圖減速機構的設計材料的選擇考慮到蝸桿傳動難于保證高的接觸精度，滑動速度由較大，以及蝸桿變形等因素，故蝸桿、蝸輪不能都用硬材料制造，其中之一（通常是蝸輪）應該用減磨性良好的軟材料來制造。蝸輪材料主要有以下幾種：（1）鑄錫青銅 適用于Vs>=12m/s26m/s和持續運轉的工況，離心鑄造的可得到致密的細晶粒組織，可取大值，沙型鑄造的取小值。（2）鑄鋁青銅 適用于Vs<=10m/s的工況，抗膠合能力差，蝸桿硬度應不低于45HRC。（3）鑄鋁黃銅 點蝕強度高

28、，但磨損性能差，宜用于低滑動速度場合。（4）灰鑄鐵和球墨鑄鐵 適用于Vs<=2m/s的工況，前者表面經硫化物處理有利于減輕磨損，后者若與淬火蝸桿配對能用于重載場合。直徑較大的蝸輪常用鑄鐵。蝸桿材料按材料分有碳鋼和合金鋼。蝸輪直徑很大時，也可采用青銅蝸桿，蝸輪則用鑄鐵。按熱處理不同分可分為硬面蝸桿和調質蝸桿。在要求持久性高的動力傳動中，可選用滲碳鋼淬火，也可選用中碳鋼表面或整體淬火以得到必要的硬度，制造時必須磨削。用氮化鋼滲氮處理的蝸桿可以不磨削，但需要拋光。只有在缺乏磨削設備時才選用調質蝸桿。受短時沖擊載荷的蝸桿，不宜用滲碳鋼淬火，最好用調質鋼。鑄鐵蝸輪與鍍鉻蝸桿配對時，有有利于傳動的承

29、載能力和滑動速度。綜合考慮，在本設計中選擇蝸輪材料為減磨性較好的鑄鋁青銅，蝸桿材料為45號鋼。蝸輪蝸桿傳動基本尺寸螺母轉速=蝸輪轉速，即轉/min，蝸桿轉速=電機轉速，即轉/min，要求傳動比表3-5鋼蝸桿和青銅蝸輪間的當量摩擦系數及當量摩擦角Vs(m/s)Vs(m/s)0.01 0.100.12 5°41 6°511.5 0.040.05 2°20 2°500.1 0.080.09 4°30 5°102.0 0.0350.045 2°002°300.25 0.0650.075 3°40 4°2

30、02.50 0.030.04 1°402°200.5 0.0550.065 3°10 3°403 0.0280.035 1°302°01.0 0.0450.055 2°20 3°104 0.0230.03 1°201°40當量摩擦系數設，查表3-5，取大值線上選取一點，查得：，且設定，蝸輪轉矩： ，使用系數： 查表3-6得： ，表3-6使用系數KA動力機工作特性工作機工作特性均勻平穩輕微沖擊中等沖擊嚴重沖擊均勻平穩輕微沖擊中等沖擊嚴重沖擊轉速系數：，彈性系數：根據蝸輪副材料查表3-7得，壽命系數

31、：設機器使用壽命，則壽命系數接觸疲勞極限：查參考文獻表3-7得表3-7蝸輪材料 力學性能和設計數據蝸輪材料力學性能設計數據HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s鑄錫青銅2201308031472651151233017090414742519026鑄錫青銅鑄錫青銅24012070121523501651227014080715243019026鑄鋁青銅4901801001316425040010續表3-7 蝸輪材料力學性能設計數據HBMpaMpa%MpaMpaMpam/s鑄鋁青銅5402001101516426550010鑄鋁青銅630250157161645502701070030016

32、01316466037710鑄鋁青銅6703101671816425040210750400185516426550210注：表中每項第一行為砂型鑄造，第二項為離心鑄造接觸疲勞最小安全系數： 取中心距：代入數據得：， 取標準值蝸桿頭數：， 取蝸輪齒數：， 取模數： ， 取蝸桿分度圓直徑：， 取標準值蝸輪分度圓直徑：蝸桿導程角： 蝸輪寬度：， 取蝸桿圓周速度： 蝸桿尺寸：齒頂圓直徑 齒根圓直徑 蝸桿螺紋長度 ， 取蝸輪尺寸：齒頂圓直徑齒根圓直徑 強度校核（1）齒面接觸疲勞強度驗算許用接觸應力：最大接觸應力： 滿足條件（2）輪齒彎曲疲勞強度驗算齒根彎曲疲勞極限彎曲疲勞最小安全系數許用彎曲疲勞應力輪

33、齒最大彎曲應力 滿足條件。蝸輪蝸桿傳動中的作用力分析在蝸桿傳動中作用在齒面上的法向壓力仍可分解為圓周力、徑向力和軸向力。顯然，作用于蝸桿上的軸向力等于蝸輪上的圓周力，蝸桿上的圓周力等于蝸輪上的軸向力；蝸桿上的徑向力則等于蝸輪上的徑向力。這些對應的力的數值相等，方向彼此相反。如圖3-5所示。圖3-5蝸輪蝸桿受力圖蝸輪上作用力 實際傳動動力參數由于蝸輪蝸桿各基本尺寸需圓整為標準值，傳動比最終確定為且蝸輪蝸桿傳動效率與估計值略有差別，因此，實際傳動、動力參數如下：（1）各軸實際轉矩：螺母：N·mm蝸輪：=54059/0.98=55162 N·mm蝸桿： N·mm電機軸：

34、 N·mm（2）各軸實際轉速蝸桿：r/min蝸輪： r/min螺母： r/min螺桿：m/min（3）電機實際功率KW<Pe電機滿足使用要求。（4）總效率本電動螺旋起重機實際效率4 輔助裝置的設計軸承的選擇軸承的選擇因素在許多場合，軸承的內孔尺寸已經由機器或裝置的具體結構所限定。不論工作壽命，靜負荷安全系數和經濟性是否都達到要求，在最終選定軸承其余尺寸和結構形式之前，都必須經過尺寸演算。該演算包括將軸承實際載荷跟其載荷能力進行比較。滾動軸承的靜負荷是指軸承加載后是靜止的（內外圈間無相對運動）或旋轉速度非常低。在這種情況下，演算滾道和滾動體過量塑性變形的安全系數。大部分軸承受動負

35、荷，內外圈做相對運動，尺寸演算校核滾道和滾動體早期疲勞損壞安全系數。只有在特殊情況時，才根據DIN ISO 281對實際可達到的工作壽命做名義壽命演算。對注重經濟性能的設計來說，要盡可能充分的利用軸承的承載能力。要想越充分的利用軸承，那么對軸承尺寸選用的演算精確性就越重要。（1）靜負荷軸承計算靜負荷安全系數S0有助于確定所選軸承是否具有足夠的額定靜負荷。 S0 =C0/P0 其中S0靜負荷安全系數，C0額定靜負荷KN，P0當量靜負荷KN 。靜負荷安全系數S0是防止滾動零件接觸區出現永久性變形的安全系數。對于必須平穩運轉、噪音特低的軸承，就要求S0的數值高；只要求中等運轉噪聲的場合，可選用小一些

36、的S0；一般推薦采用下列數值： S0=1.52.5適用于低噪音等級 S0=1.01.5適用于常規噪音等級 S0=0.71.0適用于中等噪音等級。額定靜負荷（對向心軸承來說是徑向力，對推力軸承而言則是軸向力），在滾動體和滾道接觸區域的中心產生的理論壓強為： 4600 N/mm2 自調心球軸承 4200 N/mm2其它類型球軸承 4000 N/mm2 所有滾子軸承在額定靜負荷C0的作用下，在滾動體和滾道接觸區的最大承載部位，所產生的總塑性變形量約為滾動體直徑的萬分之一。當量靜負荷P0KN是一個理論值，對向心軸承而言是徑向力，對推力軸承來講是軸向和向心力。P0在滾動體和滾道的最大承載接觸區域中心所產

37、生的應力，與實際負荷組合所產生得應力相同。 P0=X0*F r+Y0*FaKN 其中PO0當量靜負荷，Fr徑向負荷，Fa軸向負荷，單位都是千牛頓，X0徑向系數，Y0軸向系數。（2）動負荷軸承DIN ISO 281所規定的動負荷軸承計算標準方法的基礎是材料疲勞失效（出現凹坑），壽命計算公式為： L10=L=(C/P)P ，其中L10=L 名義額定壽命，C 額定動負荷 KN ，P 當量動負荷KN ，P 壽命指數，L10是以100萬轉為單位的名義額定壽命。對于一大組相同型號的軸承來說，其中90%應該達到或者超過該值。額定動負荷C KN在每一類軸承的參數表中都可以找到，在該負荷作用下，軸承可以達到10

38、0萬轉的額定壽命。當量動負荷P KN是一項理論值，對向心軸承而言是徑向力，對推力軸承來說是軸向力。其方向、大小恒定不變。當量動負荷作用下的軸承壽命與實際負荷組合作用時相同。 P=X*Fr+Y*Fa 其中：P當量動負荷，Fr徑向負荷，Fa軸向負荷，單位都是千牛頓，X徑向系數，Y軸向系數。不同類型軸承的X,Y值及當量動負荷計算依據，可在各類軸承的表格和前言中找到。球軸承和滾子軸承的壽命指數P有所不同。對球軸承，P=3 對滾子軸承，P=10/3。如果軸承動負荷的值及速度隨時間而變化，那么在計算當量負荷時就得有相應的考慮。連續的負荷及速度曲線就要用分段近似值來替代。滾動軸承的最小負荷過小的負荷加上潤滑

39、不足，會造成滾動體打滑，導致軸承損壞。軸承的型號確定（1）自制螺母處軸承的選擇結合自制螺母的受力特點與箱體運動的關系，此處選用平面推力軸承。分析傳動示意圖不難發現，本系統中自制螺母下端的軸承幾乎承受所有的軸向載荷，而其上端的軸承只需承受上端蓋和螺母的預警力。 載荷查參考文獻5可知，51111型平面推力軸承的基本額定載荷>F，滿足條件，因此下端軸承選用51111型。上端軸承受力比較小，因此只需考慮安裝問題，結合自制螺母的直徑，選用51108型平面推力軸承。（2）蝸桿軸承的選擇根據蝸桿的受力圖可知，蝸桿牙部分除受徑向力外還受軸向力的作用，因此選用軸承時考慮優先選用能同時承受徑向力和軸向力的圓

40、錐滾子軸承，型號：30205。軸承校驗（1）計算圓錐滾子軸承壽命圖4-1 蝸桿及軸承受力分析已求得：蝸桿所受徑向力,軸向力.查手冊30205軸承主要性能參數：Cr=32.2KN，=37KN，=7000r/min，e=0.37，Y=1.6，°所以，附加軸向力；因為，所以，右端軸承被壓緊，則：軸承軸向力,，取=1，=0；，取=0.4，°考慮平穩運轉，沖擊載荷系數=1,當量動載荷因為P1<P2，只需計算右端軸承壽命，（2）靜載荷計算：=0.5，=0.22cot12.5=0.99；當量靜載荷：兩式取大值：； 兩式取大值：，只需計算右端軸承。計算額度靜載荷：由表4-1，取，合格

41、。表4-1 軸承靜載荷安全系數S0(旋轉軸承)使用要求或載荷性質球軸承滾子軸承對旋轉精度及平穩性要求較高，或承受沖擊載荷1.522.54正常使用0.52對旋轉精度及平穩性要求較低，沒有沖擊和振動0.5213（3）許用轉速驗算載荷系數 查得， 查得，載荷分布系數 查得： 查得許用轉速許用轉速均大于工作轉速1390r/min。綜上所述：所選軸承能滿足壽命、靜載荷與許用轉速的要求。鍵的選擇鍵是標準件，分為兩大類，1）平鍵和半圓鍵，構成松聯結；2）斜鍵，構成緊聯接。鍵的側面是工作面。工作時，靠鍵與鍵槽的互壓傳遞轉矩。按用途， 平鍵分為普通平鍵，導向平鍵和滑鍵三種，導向平鍵簡稱平鍵。有一種鍵高較小的普通

42、平鍵稱為薄型平鍵，可以用于薄壁零件。普通平鍵用于靜聯接，按結構分為圓頭的，方頭的和一端圓頭一端方頭的。導鍵聯接和滑鍵聯接都是動聯接。導鍵固定在軸上，而轂可以沿著軸移動，滑鍵固定在轂上而隨轂一同沿著軸上的鍵槽移動。鍵與鍵槽的滑動面應具有較低的粗糙度值，以減少移動時的摩擦阻力。設計鍵聯接時，通常被聯接鍵的材料，構造和尺寸已初步決定，聯接的載荷也已求得。因此，可以根據聯接結構的特點，使用要求和工作條件來選擇鍵的類型，再根據軸徑從標準件中選出鍵的截面尺寸，并參考轂長選出鍵的長度，然后用適當的校核計算公式做強度校核。對于平鍵聯接，如果忽略摩擦，則當聯接傳遞轉矩時鍵軸一體時可能的失效形式有：較弱零件的工作

43、面被壓潰或磨損和鍵的剪斷等。對于實際采用的材料組合和標準尺寸來說，壓潰或磨損常是主要失效形式。因此，通常只做聯接的擠壓強度或耐磨性計算，但在重要場合，也要驗算鍵的強度。鍵標準考慮了聯接中的各個零件的強度，按照等強度的設計觀點，視轂材料的不同，規定鍵在軸和轂中的高度也不同。（1）螺母與蝸輪聯接處鍵的選擇參考輪轂及軸徑，選擇為的鍵，取鍵長L=30mm；由剪切強度條件：許用扭矩 =>T1（54059）（2）螺桿與聯軸器處鍵的選擇參考輪轂及軸徑，選擇為的鍵，取鍵長L=25mm；許用轉矩 =>T3(4352) 合格聯軸器的設計與計算聯軸器是用于連接不同機構中兩軸，使他們在傳遞運動和動力過程中

44、一起回轉而不脫開。聯軸器主要有機械式，液力式和電磁式三種。機械式連軸器是應用最廣泛的連軸器，它借助于機械構件相互間的機械作用力來傳遞轉矩。液力式好電磁式是借助于液力和電磁力來傳遞轉矩。聯軸器廣泛用于船舶，機車，汽車，冶金礦山，石油化工，其重運輸，紡織，輕工，農業機械，印刷機械和泵，風機，機床等各類機械設備傳動系統中。聯軸器的種類很多，按其性能分為：（1） 剛性聯軸器1）套筒聯軸器2）凸緣聯軸器3）夾殼聯軸器4）緊箍咒夾殼聯軸器（2）撓性聯軸器1）無彈性元件撓性聯軸器2）非金屬彈性元件撓性聯軸器3）金屬彈性元件撓性聯軸器聯軸器選擇應考慮的問題：在深知所設計產品的工況及技術要求的情況下，選擇聯軸器

45、應考慮以下問題：（1）所需傳遞轉矩大小、載荷性質及產品對緩沖和減振方面的要求；（2）軸的轉速高低和引起的離心力大小；（3）兩軸對位移大小（徑向位移、軸向位移、角位移）；（4）聯軸器的制造、安裝、維修、成本。在本設計中，選擇聯軸器的基本決定因素是聯軸器所受扭矩的大小。（也即電機軸的扭矩）求得，電機軸的扭矩由于聯軸器已標準化，只需根據其所受最大扭矩及軸徑大小選擇聯軸器，因此，綜合考慮，選擇YL1型凸緣聯軸器，其基本參數見表4-2。表4-2YL1型凸緣聯軸器基本參數公稱扭矩Tn許用轉速n r/min軸孔直徑mmLmmDmmD1mm螺栓L0mm重量kg數直徑 108100193071533M664圖4

46、-2YL1型凸緣聯軸器5 控制電路及過載保護系統的設計5.1 過載及最大行程保護元件熱繼電器熱繼電器是一種電氣保護元件。它是利用電流的熱效應來推動動作機構使觸頭閉合或斷開的保護電器，主要用于電動機的過載保護、斷相保護、電流不平衡保護以及其他電氣設備發熱狀態時的控制。熱繼電器是用于電動機或其它電氣設備、電氣線路的過載保護的保護電器。電動機在實際運行中，如拖動生產機械進行工作過程中，若機械出現不正常的情況或電路異常使電動機遇到過載，則電動機轉速下降、繞組中的電流將增大，使電動機的繞組溫度升高。若過載電流不大且過載的時間較短，電動機繞組不超過允許溫升，這種過載是允許的。但若過載時間長，過載電流大，電

47、動機繞組的溫升就會超過允許值，使電動機繞組老化，縮短電動機的使用壽命，嚴重時甚至會使電動機繞組燒毀。所以，這種過載是電動機不能承受的。熱繼電器就是利用電流的熱效應原理，在出現電動機不能承受的過載時切斷電動機電路，為電動機提供過載保護的保護電器。使用熱繼電器對電動機進行過載保護時，將熱元件與電動機的定子繞組串聯，將熱繼電器的常閉觸頭串聯在交流接觸器的電磁線圈的控制電路中，并調節整定電流調節旋鈕，使人字形撥桿與推桿相距一適當距離。當電動機正常工作時，通過熱元件的電流即為電動機的額定電流，熱元件發熱，雙金屬片受熱后彎曲，使推桿剛好與人字形撥桿接觸，而又不能推動人字形撥桿。常閉觸頭處于閉合狀態，交流接

48、觸器保持吸合，電動機正常運行。若電動機出現過載情況，繞組中電流增大，通過熱繼電器元件中的電流增大使雙金屬片溫度升得更高，彎曲程度加大，推動人字形撥桿，人字形撥桿推動常閉觸頭，使觸頭斷開而斷開交流接觸器線圈電路，使接觸器釋放、切斷電動機的電源，電動機停車而得到保護。可見，熱繼電器通常是直接斷開接觸器的控制回路來斷開主回路的。熱繼電器的工作原理如圖5-1圖5-1 熱繼電器原理圖由電阻絲做成的熱元件，其電阻值較小，工作時將它串接在電動機的主電路中，電阻絲所圍繞的雙金屬片是由兩片線膨脹系數不同的金屬片壓合而成，左端與外殼固定。當熱元件中通過的電流超過其額定值而過熱時，由于雙金屬片的上面一層熱膨脹系數小

49、，而下面的大，使雙金屬片受熱后向上彎曲，導致扣板脫扣，扣板在彈簧的拉力下將常閉觸點斷開。觸點是串接在電動機的控制電路中的，使得控制電路中的接觸器的動作線圈斷電，從而切斷電動機的主電路。（1）熱繼電器的基本結構包括加熱元件、主雙金屬片、動作機構和觸頭系統以及溫度補償元件。（2）熱繼電器的種類熱繼電器的種類很多，常用的有JR0、JR16、JR16B、JRS和T系列。 （3）熱繼電器的型號及含義以JR系列熱繼電器為例，型號含義如圖5-2： 圖5-2 熱繼電器型號含義行程開關行程行程開關又稱限位開關，用于控制機械設備的行程及限位保護。在實際生產中，將行程開關安裝在預先安排的位置，當裝于生產機械運動部件

50、上的模塊撞擊行程開關時，行程開關的觸點動作，實現電路的切換。因此，行程開關是一種根據運動部件的行程位置而切換電路的電器，它的作用原理與按鈕類似。行程開關廣泛用于各類機床和起重機械，用以控制其行程、進行終端限位保護。在電梯的控制電路中，還利用行程開關來控制開關轎門的速度、自動開關門的限位，轎廂的上、下限位保護。行程開關按其結構可分為直動式、滾輪式、微動式和組合式。（1）直動式行程開關其結構原理如圖5-3所示，其動作原理與按鈕開關相同，但其觸點的分合速度取決于生產機械的運行速度，不宜用于速度低于0.4mmin的場所。圖5-3  直動式行程開關1-推桿  2-彈簧  3

51、-動斷觸點  4-動合觸點（2）滾輪式行程開關其結構原理如圖5-4所示，當被控機械上的撞塊撞擊帶有滾輪的撞桿時，撞桿轉向右邊，帶動凸輪轉動，頂下推桿，使微動開關中的觸點迅速動作。當運動機械返回時，在復位彈簧的作用下，各部分動作部件復位。圖5-4滾輪式行程開關1-滾輪 2-上轉臂3、5、11-彈簧 4-套架 6-滑輪 7-壓板 8、9-觸點 10-橫板滾輪式行程開關又分為單滾輪自動復位和雙滾輪(羊角式)非自動復位式，雙滾輪行移開關具有兩個穩態位置，有“記憶”作用，在某些情況下可以簡化線路。（3）微動開關式行程開關  常用的有LXW-11系列產品本設計為方便控制螺桿做

52、線性運動，采用上海人民電器開關廠有限公司生產的直動式行程開關，其基本尺寸如圖5-5所示：圖5-5 直動式行程開關 電器控制基本電路設計結合螺旋起重機控制電路要求隨時停車以及限制最大起重量以保護電機的特點，設計并繪制其電器控制基本電路圖，如圖5-6所示。其中，QS：三相電源開關；FU：熔斷器；FR：熱繼電器；KM1、KM2：接觸器；SB：按鈕；SQ：行程開關；M：電動機。該電路基本工作原理如下：按下正向啟動按鈕SB2（上升按鈕）時，接觸器KM2得電吸合，其常開主觸點將電動機定子繞組接通電源，相序為U、V、W，電動機正向啟動運行。按下停止按鈕SB1時，KM2失電釋放，電動機停轉。按下反向啟動按鈕S

53、B3（下降按鈕）時，KM3線圈得電主觸點吸合，其常開觸點將相序為W、V、U的電源接至電動機，電動機反向啟動運行。再按下停止按鈕SB1，電動機停轉。SQ為行程開關，控制重物的最大抬升高度。當重物上升至最大高度時，SQ動作，其常閉觸點斷開，使接觸器KM2失電，整個電路停電，此時只需長按反向啟動按狃（下降按鈕）SB3，即可下降。至合適位置時按下停止按鈕SB1。當螺桿下降至最小高度時，SQ動作，其常閉觸點斷開，使接觸器KM3失電，整個電路停電，此時只需長按正向啟動按狃（上升按鈕）SB2，即可上升。至合適位置時按下停止按鈕SB1。圖5-6 電器控制圖6 系統的改進與優化由本設計可以看出，它只適用于人工啟

54、動，手動控制。為適應生產自動流水線作業，使本產品的使用范圍更加廣泛，市場前景更加廣闊，本設計的二次開發及優化中可增設電阻應變片式壓力傳感器，其基本動作原理是：托盤上有重物時，壓力傳感器變化信號，使電機啟動，帶動重物上升，上升到指定位置（該指定位置由位置傳感器控制），重物被取走后，壓力傳感器信號復原，使電機反轉，到指定位置停轉。如此反復。在這個過程中，電阻應變片式壓力傳感器充當的作用是壓力開關，光電式位置傳感器充當的作用是光電開關，它們隨著壓力的有無和螺桿位置的變化指導著電機的正轉，停止以及反轉。因此，必須了解壓力傳感器及位置傳感器的原理及種類。力學傳感器力學傳感器是將各種力學量轉換為電信號的器

55、件，力學量可分為幾何學量、運動學量及力學量三部分，其中幾何學量指的是位移、形變、尺寸等，運動學量是指幾何學量的時間函數，如速度、加速度等。力學量包括質量、力、力矩、壓力、應力等。壓電式壓力傳感器、壓磁式轉矩傳感器、壓阻式壓力傳感器、變面積式電容壓力傳感器、差動變極距式電容壓力傳感器、應變式壓力傳感器、應變片式轉矩傳感器、振筒式諧振壓力傳感器、振膜式諧振壓力傳感器、電阻應變式稱重傳感器。力學傳感器的種類繁多，如電阻應變片壓力傳感器、半導體應變片壓力傳感器、壓阻式壓力傳感器、電感式壓力傳感器、電容式壓力傳感器、諧振式壓力傳感器及電容式加速度傳感器等。但應用最為廣泛的是壓阻式壓力傳感器，它具有極低的價格和較高的精度以及較好的線性特性。電阻應變片力傳感器某些固體材料受到外力的作用后，除了產生變形，其電阻率也要發生變化，這種由于應力的作用而使材料