雙柱式升降機設計

雙柱式升降機設計,雙柱式,升降機,設計 畢業(yè)論文答辯畢業(yè)論文答辯PPTPPT北華航天工業(yè)學院2017級機電工程學院 答辯人指導老師胡曉斌賀俊杰1升降機的簡介THEBACKGROUNDOFTHESUBJECTANDCONTENT設計原理PRESENTSITUATIONANDDEVELOPMENTOFSUBJECT升降機總體方案設計THERESEARCHMENTALITYANDTHEPROCESS各個機構設計THERESULTSOFEXPRIMENTALDATA參考文獻及致謝SOLUTIONSANDSUMMARY2345目錄/Contents升降機的發(fā)展1845年，第一次工業(yè)革命出現(xiàn)了第一部工業(yè)水壓式的升降機，1857年，首部客運升降機在美國紐約的一家商場安裝，開創(chuàng)了升降機載人的先河。1880年，德國人西門子發(fā)明了電動的升降機。我國升降機發(fā)展較晚，從20世紀90年代開始，中國的升降機才開始慢慢普及。升降機的分類升降機的類型繁多,根據(jù)其結構類型一般可分為雙柱式升降機、四柱式升降機、剪式升降機等。根據(jù)升降機的驅動類型分類，升降機大體上可分為機械式和液壓式兩類。本次設計的升降機本次畢業(yè)設計研究的方向是雙柱式機械式升降機。機械式升降機雖然維護成本雖然有些高，但是同步性好，不存在漏油污染問題，自鎖保護簡單易行，升降機性能的好壞受多種因素的影響。l升降機簡介l設計原理運用帶傳動將電動機的動力傳遞給大帶輪，大帶輪通過鍵連接傳遞給滑動螺旋副，螺旋副中的絲杠螺桿可以將傳來的旋轉運動轉換為螺母的直線運動，帶動懸臂梁以及梁上物體實現(xiàn)升降。01電機配置 雙電機方案02升降機構 滑動螺旋傳動03導軌機構 滾動直線導軌04鎖緊機構采用適用于固定Z軸上使用的導軌鉗制器設計方案總結原動機為分別安裝在左右立柱上的兩電機，通過兩電機的通斷電實現(xiàn)左右螺桿的同步運動，螺桿把轉動轉變?yōu)橹本€運動，從而是螺母同步上下運動，實現(xiàn)物體升降。l總體方案帶傳動設計升降機構設計支撐機構設計導軌機構設計鎖緊機構設計l各個機構設計l帶傳動設計123帶的設計V帶的主要失效形式主要有：1）帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力；2）帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；3）帶的工作面磨損。帶傳動的計算設計功率：2.32kw帶型：A型4根V帶傳動比：4帶輪基準直徑：大帶輪335mm小帶輪85mm帶速：4.27m/s帶輪結構的設計帶輪的主要組成部分有輪緣、輪輻和輪轂。通過查閱機械設計手冊，最終確定小帶輪為實心輪，大帶輪為孔板輪，材料均為HT200。輪槽的工作表面應盡可能光滑。擇較為普遍的普通V帶傳動，結構為繩芯結構。結構簡單、成本低、傳動穩(wěn)定、不需要潤滑l舉升機構設計螺旋傳動分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動三類。選擇滑動螺旋傳動：結構簡單、易于自鎖、運轉平穩(wěn)。舉升機構螺紋分為梯形螺紋、鋸齒形螺紋、矩形螺紋。選擇梯形螺紋：牙根強度高，工藝性好；對中性好，不易松動；可以調(diào)整和消除間隙。螺母分為整體螺母、組合螺母和剖分式螺母采用整體螺母：結構簡單設計計算螺距：10mm螺母工作高度：98mm旋合圈數(shù)：10螺紋工作高度：5mm當量摩擦角：6螺紋升角：5自鎖l支撐機構設計當成載物體進入到升降機的范圍里時，升降機的整個工作范圍的寬度就可以隨著懸臂的角度和長度的改變而改變。本次設計的支撐機構為對稱式懸臂，有利于保持承載物體的穩(wěn)定性，使立柱中各機構的受力更均勻。懸臂由兩段部分組成，可以根據(jù)實際情況來改變懸臂的長度，其伸縮范圍為250mm.校核彎曲切應力校核彎曲正應力懸臂結構懸臂結構圖計算l導軌結構設計直線導軌通常分為滑動直線導軌、滾動直線導軌和靜壓直線導軌三種。本次設計采用滾動直線導軌：運行速度不會太低，剛度、可靠性較高。選擇四方向等載荷型滾動直線導軌。承載能力大，剛性好；摩擦因數(shù)小，節(jié)省動力；面接觸，磨損小，壽命長；兩側安裝有互為垂直的兩列承載滾珠，剛性好，承受沖擊較大。l鎖緊機構設計在一個固定的Z軸上運用導軌鉗制器，防止懸臂在工作停止時滑落。其制動的動力為氣壓，并且為常閉型。當電機停止工作時沒有氣壓被供給，導軌鉗制器便依靠特殊彈簧的作用夾緊軸，使托臂固定在所要求的位置。當電機工作時會供給給鉗制器氣壓，彈簧便會松開不會對升降產(chǎn)生影響。鎖緊光軸的直徑：28mm導軌鉗制器l參考文獻1 郭武，黃澤星，吳上生.汽車舉升機的發(fā)展趨勢分析J.應用研究,2011:75-79.2 上官紅喜.一種雙柱汽車舉升機的設計J.液壓與氣動,2013（13期）:106-109.3 機械設計手冊編委會.機械設計手冊單行本帶傳動和鏈傳動M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.2.4 機械設計手冊編委會.機械設計手冊單行本帶彈簧 摩擦輪及螺旋傳動軸 M.北京:機械工業(yè)出版社,2007.2.5 成大先.機械設計手冊單行本軸承M.北京:化學工業(yè)出版社,2004.1.6 良貴，紀名剛.機械設計M.北京:高等教育出版社,2006.5.7 劉鴻文.材料力學IM.北京:高等教育出版社,2011.1.8 孫桓，陳作模，葛文杰.機械原理M.北京:高等教育出版社,2006.5.9 高為國，鐘利萍.機械工程材料M.長沙:中南大學出版社,2012.9.10 Neil Sclater,Nicholas P.Chironis.Mechanisms and Mechanical Devices SourcebookM.2007.2.11 Paul D Walker,Nong Zhang,Active damping of transient vibration in dual cluch transmission equipped powertrains:A comparison of conventional and hybrid electric vehiclesJ.Mechanism and Machine Theory,2014,77:11212 成大先.機械設計手冊第五版第一卷M.北京:化學工業(yè)出版社,2007.11.13 成大先.機械設計手冊第五版第二卷M.北京:化學工業(yè)出版社,2007.11.14 任濟生，唐道武，馬克新.機械設計課程設計M.徐州:中國礦業(yè)大學出版社,2008.08.l感謝語THANKYOU感謝母校提供了寶貴的學習與實踐的機會!感謝賀俊杰老師給與的耐心指導!感謝大學生活中的每一位!感謝各位答辯評審!感謝各位同學的支持與幫助!感謝觀看誠懇指正感謝觀看誠懇指正北華航天工業(yè)學院2017級機電工程學院 答辯人指導老師胡曉斌賀俊杰 本科生畢業(yè)設計(論文)文獻綜述 設計 (論文)題目 雙柱式升降機設計 作者所在系別 機電工程學院 作者所在專業(yè) 機械設計制造及自動化 作者所在班級 B13113 作 者 姓 名 胡曉斌 作 者 學 號 20134011306 指導教師姓名 賀俊杰 指導教師職稱 講師 完 成 時 間 2017 年 3 月 北華航天工業(yè)學院教務處制  說 明 1．根據(jù)學?！懂厴I(yè)設計(論文)工作暫行規(guī)定》，學生必須撰寫畢業(yè)設計(論文)文獻綜述。文獻綜述作為畢業(yè)設計(論文)答辯委員會對學生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。 2．文獻綜述應在指導教師指導下，由學生在畢業(yè)設計(論文)工作前期內(nèi)完成，由指導教師簽署意見并經(jīng)所在專業(yè)教研室審查。 3．文獻綜述各項內(nèi)容要實事求是，文字表達要明確、嚴謹，語言通順，外來語要同時用原文和中文表達。第一次出現(xiàn)縮寫詞，須注出全稱。 4．學生撰寫文獻綜述，閱讀的主要參考文獻應在10篇以上（土建類專業(yè)文獻篇數(shù)可酌減），其中外文資料應占一定比例。本學科的基礎和專業(yè)課教材一般不應列為參考資料。 5．文獻綜述的撰寫格式按畢業(yè)設計(論文)撰寫規(guī)范的要求，字數(shù)在2000字左右。文獻綜述應與開題報告同時提交。 畢 業(yè) 設 計（論 文）文 獻 綜 述 雙柱式升降機文獻綜述 雙柱式升降機，它包括兩個框形舉升柱，兩個垂直滑動在該框形舉升柱上的升降滑架，兩個托臂和兩個軌道式托板，其特征在于所述框形舉升柱是由結構在下部的底板升底梁升矩形齒輪箱及矩齒輪箱兩側短邊向上延伸的方形導柱連接上部的橫梁構成的整體；所述框形舉升柱下面的矩形齒輪箱其中一個是安裝電動機的驅動箱；而所述升降滑架是由兩個平行固定在其上的托臂穿過所述軌道式托板上滑套的孔位相互連接。 關鍵詞 滑動螺旋副 導軌 絲杠 制動器 組合開關 Literature Review of Double Column Lift A two-column elevator comprising two frame-shaped lifting columns, two elevating carriages vertically sliding on the frame-shaped lifting column, two carrier arms and two rail-type pallets, characterized in that the frame The lifting column is formed by a cross-section of the cross-section of the bottom of the box-shaped lifting column, and the rectangular column on the lower side of the box-shaped lifting column One of the gearboxes is a drive box for mounting the motor, and the lift carriage is connected to each other by two parallel arms fixed to it through the holes of the slide sleeve on the track tray. Key words：Sliding screw vice guide Screw Brake Combination Switch 一、前言 隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技水平的提高。升降機被廣泛地用于廠房、賓館、大廈、商場、車站、施工現(xiàn)場等場所。一般升降機用于承載物體，例如：汽車舉升機、施工升降機等。生活中常用的電梯也屬于升降機的一種，當然也可用于油漆裝修、清潔保養(yǎng)、電力線路、照明機器、高架管道等安裝維護場所。是一種理想的高空作業(yè)設備。所以，升降機作為一種現(xiàn)代的機械化設備，其系統(tǒng)運動學、動力學的研究很有必要。新型的運動系統(tǒng)將是未來升降機的發(fā)展方向之一。 ? 升降機在我們生活中各個行業(yè)里都是最重要,最基本的工具之一,是將物體從一個高度提升至另一高度進行工作的設備,具有至關重要和不可替代的作用。它能否正常運轉會直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量、工作人員的安全,甚至會直接影響到一個行業(yè)的興衰！但是隨著升降機的市場迅速擴大，升降機生產(chǎn)廠家相繼出現(xiàn),升降機產(chǎn)品系列成百上千鐘,但是國產(chǎn)升降機質(zhì)量良莠不齊，如何提高升降機的性能與產(chǎn)品的市場競爭力是廠家最關心的問題之一。然而現(xiàn)在國內(nèi)市場上具有一定生產(chǎn)規(guī)模和自主產(chǎn)權的升降機廠家較少，對升降機的研究工作相比國外還很欠缺，因此對升降機的設計很有現(xiàn)實的意義。 二、升降機的發(fā)展史及現(xiàn)狀 （1）升降機的發(fā)展史 古代的中國及歐洲各國都有以轆轤等工具垂直運送人和貨物?，F(xiàn)代的升降機是十九世紀蒸汽機發(fā)明之后的產(chǎn)物。1845年，第一部液壓升降機誕生，當時使用的液體為水。1853年，美國人艾利莎·奧的斯(Elisha Otis)發(fā)明自動安全裝置，大為提高鋼纜曳引升降機的安全。1857年3月23日，美國紐約一家樓高五層的商店安裝了首部使用奧的斯安全裝置的客運升降機。自此以后，升降機的使用得到了廣泛的接受和高速的發(fā)展。最初的升降機是由蒸汽機推動的，因此安置的大廈必須裝有鍋爐房。1880年，德國人西門子發(fā)明使用電力的升降機，從此名副其實的“升降機”正式出現(xiàn)。中國首個安裝升降機的城市是上海。1907年，位于公共租界內(nèi)的六層高的匯中飯店安裝了兩部奧的斯 移動升降臺;臺灣最早的商用升降機則出現(xiàn)于日治時期中的1932年，同年開幕的臺北市菊元百貨、臺南市林百貨均有裝置，時稱流籠，且林百貨已指定為歷史建筑，其升降機至今仍存。 （2）升降機的現(xiàn)狀 從20世紀90年代開始，國內(nèi)升降機逐漸開始普及了，到現(xiàn)在升降機市場已經(jīng)擁有近百個中外品牌，產(chǎn)品系列成百上千。根據(jù)本人的調(diào)研結果，漢麥克森、序達、元征等品牌，處于第一梯隊，品牌的提及率在10％以上。中大、高昌、皖安等品牌也有較高的提及率。國外品牌盡管價格較高，但依靠其產(chǎn)品質(zhì)量好、性能穩(wěn)定、設備操作簡單，在經(jīng)銷商中建立了良好的口碑。對大多數(shù)國內(nèi)品牌來說，無論產(chǎn)品設計、技術開發(fā)還是售后服務，都還有很多地方有待改進。產(chǎn)品雖然也相對定型，但國內(nèi)很多產(chǎn)品性能還不夠成熟，有著較多的問題。國產(chǎn)升降機的競爭優(yōu)勢主要體現(xiàn)在健全的分銷網(wǎng)絡、服務體系和較高的性價比。 三、市場需求分析 1.雙柱舉升機成為市場主流 目前，升降機的種類有很多。按結構類型分類可分為柱式升降機和無柱式升降機兩類。我們主要討論柱式升降機，其包括單柱式升降機、雙柱式升降機、四柱式升降機、剪式升降機等。不同的企業(yè)根據(jù)財力、維修項目、車間大小的不同，升降機需求類型也不僅相同。根據(jù)本次調(diào)研，雙柱升降機是當前被廣泛采用的主流升降機，是73％的經(jīng)銷商銷量最大的升降機類型。對于國內(nèi)使用較為普遍的一些雙柱升降機品牌而言，國產(chǎn)的價位約在0.6～1.4萬元，進口的約在1.8萬～2.8萬元。這種升降機安裝起來很快，不需要大范圍地開挖，也不需要對維修廠的整體布局進行一些永久性的變動。雙柱式升降機噪音較小、升降平穩(wěn)，受到了許多中小型企業(yè)的青睞。四柱式升降機國產(chǎn)設備的價位在1.0～3.5萬元，進口品牌在1.8～4.5萬元，價格隨著舉升噸位的提高而增加。但是四柱式升降機寬大的支承裝置往往會妨礙工人干活。主要用戶為快速保養(yǎng)為主的小型企業(yè)，因為快速保養(yǎng)業(yè)務需要物體能夠快速起降，如果購買雙柱式舉升機則需要在物體起降過程中花費一些時間。剪式升降機使用方便，不用時不占空間，受到很多實力雄厚的特約維修站的歡迎，這也是未來升降機的發(fā)展方向。一般國產(chǎn)設備價位在1.0～4.0萬元，進口產(chǎn)品在1.5～4.5萬元。但剪式升降機較為精密，做工不好或者設計不好就容易導致臺面不平、單邊升降等危險發(fā)生，如果利用剪式升降機作四輪定位儀的平臺，要求就更加嚴格。 ? ?2.機械式升降機基本被液壓式升降機取代 ??從升降機的驅動類型來分類，目前主要分為氣動、液壓、機械式三大類。其中尤以液動居多，機械式次之，氣動最少。機械式升降機主要有單電機驅動的螺紋傳動升降機和雙電機驅動的螺紋傳動升降機，該類升降機特點是同步性好，但由于機械磨損維護成本高使得其被使用較少。液壓式升降機分為兩種一種是單缸升降機，一種是雙缸升降機。單缸液壓升降機的優(yōu)點是：同步性好，不存在顛簸現(xiàn)象，帶厚底板，升降機得扭力靠底板抵消，容易調(diào)平，整機安全性好，適用于地基較差的地方。雙缸升降機由于是雙缸，同步問題難以解決，往往靠兩根鋼絲繩來平衡，油缸以及鋼絲繩要調(diào)整得松緊一致，升降機才可以同步。 ? 根據(jù)生活經(jīng)驗來看升降機一定要安全可靠、維護簡單，否則在一定程度上會影響工作效率。而傳統(tǒng)的機械式升降機安全性較差，所需的維護工作較多，被液壓式舉升機取代也是大勢所趨。而液壓式升降機因具有安全性能好、維護周期長以及工作效率高等優(yōu)點將會成為未來的主流。 四、設計研究方向 ?本次畢業(yè)設計研究的方向是雙柱式機械式升降機。雙柱式升降機廣泛應用于工廠、賓館、餐廳、車站、機場影劇院、展覽館等場所，是保養(yǎng)機具、油漆裝修、調(diào)換燈具、電器、清潔保養(yǎng)等用途的最佳安全伴侶。市場需求量也比較大，但是產(chǎn)品也要與時俱進才能不會落后。機械式升降機雖然維護成本雖然有些高，但是同步性好，不存在漏油污染問題，自鎖保護簡單易行，升降機性能的好壞受多種因素的影響，主要有設計方案、制造工藝、保險裝置、同步裝置等因素。可以通過合理的設計，以此提高雙柱式機械式升降機的性能。 ? 主要參考文獻 [1] 《機械工程師報》 2002年第10期 [2]吳昌林 張衛(wèi)國主編 《機械設計》第三版 2011.3華中科技大學出版社? [3]陸全龍 程燦軍主編 《液壓氣動技術》? 2013.8華中科技大學出版社 畢 業(yè) 設 計（論 文）文 獻 綜 述 指導教師意見 指導教師： 年 月 日 專業(yè)教研室審查意見 負責人： 年 月 日 畢業(yè)設計報告(論文) 報告(論文)題目： 雙柱式升降機設計 作者所在系部： 機電工程學院 作者所在專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 作者所在班級： B13113 作 者 姓 名 ： 胡曉斌 作 者 學 號 ： 20134011306 指導教師姓名： 賀俊杰 完 成 時 間 ： 2017.06.01 北華航天工業(yè)學院教務處制 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 摘 要 升降機是通過支撐物體的底部或者物體的某一部分來使物體達到垂直高度上的升降。其按驅動類型可分為機械式與液壓式兩類，本次設計主要是針對機械式雙柱升降機來開展工作。 機械式雙柱升降機主要由兩個舉升柱、兩個升降滑架、兩個托臂和兩個軌道式托板組成。通過帶傳動和絲杠的螺旋傳動將電機的動能傳遞給托板來實現(xiàn)被載物體的上升或下降。本次設計首先確定了升降機的結構、傳動方法以及鎖緊機構等設計方案；然后進行了詳細的計算和分析來保證升降機各部分的應力校核，使其能夠正常工作：最后為了使設計成果更加簡單明了地表達，繪制了總裝配圖、主要部件零件圖和三維裝配圖。 關鍵字： 升降機；螺旋傳動；帶傳動；絲杠 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 Abstract The lift is an object that reaches the bottom of the object or a part of the object to lift the object up to the vertical height. According to the type of drive can be divided into mechanical and hydraulic type two, this design is mainly for mechanical double column lift to carry out the work. The mechanical double column lift consists mainly of two lifting columns, two lifting carriages, two brackets and two rail pallets. Through the belt drive and screw screw drive the kinetic energy of the motor to the pallet to achieve the object to rise or fall. This design first determines the structure of the lift, transmission methods and locking mechanism and other design; and then carried out a detailed calculation and analysis to ensure that the various parts of the elevator stress check to make it work properly: Finally, in order to make the design more Simple and clear expression, drawing the assembly map, the main parts of the parts and three-dimensional assembly map. Keywords: Lift; Screw drive; Belt drive; Screw I 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 目 錄 摘 要 I Abstract II 第1章 緒論 1 1.1 升降機的簡介及發(fā)展概況 1 1.2 升降機的分類 1 第2章 升降機設計任務和總體方案設計 3 2.1升降機設計任務 3 2.2舉升機總體方案設計 3 第3章 原動機的選擇 5 3.1選擇原動機類型和結構 5 3.2確定原動機的轉速及功率 5 第4章 帶傳動的設計 6 4.1帶傳動簡介及類型選擇 6 4.2帶傳動設計計算 6 第5章 舉升機構的設計 9 5.1舉升機構的選擇 9 5.2滑動螺旋副的設計計算 10 第6章 支撐機構結構的設計 14 6.1 支撐機構的結構 14 6.2 支撐機構的應力校核 15 第7章 導軌結構的設計 17 7.1導軌類型分析選擇 17 7.2 直線運動系統(tǒng)載荷計算 18 7.3 滾動直線導軌副壽命計算 19 第8章 鎖緊機構的設計 21 8.1 鎖緊機構的必要性 21 8.2 鎖緊機構的原理分析 21 8.3 鎖緊機構的選擇 22 8.4 鎖緊機構的校核 22 第9章 螺栓連接件的校核 24 9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核 24 9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇 25 結論 27 致 謝 28 參 考 文 獻 29 北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 第1章 緒論 1.1 升降機的簡介及發(fā)展概況 隨著我國經(jīng)濟的不斷發(fā)展，科技水平的提高。升降機被廣泛地用于廠房、賓館、大廈、商場、車站、施工現(xiàn)場等場所。一般升降機用于承載物體，例如：汽車舉升機、施工升降機等。生活中常用的電梯也屬于升降機的一種，當然也可用于油漆裝修、清潔保養(yǎng)、電力線路、照明機器、高架管道等安裝維護場所。是一種理想的高空作業(yè)設備。因此，升降機在生活中已然成為了一種必不可少的工具，是各行各業(yè)中重要的機械設備[1]。 在中國古代人們通常使用人力、畜力、水力等來實現(xiàn)物體的垂直運輸，慢慢地出現(xiàn)了一些升降機的雛形，比如一些簡單的滑輪機構。直到十九世紀第一次工業(yè)革命蒸汽機被發(fā)明之后，現(xiàn)代升降機開始出現(xiàn)。1845年，出現(xiàn)了第一部工業(yè)水壓式的升降機，這是液壓式升降機的鼻祖。1854年，美國工匠奧蒂斯發(fā)明了棘輪機械裝置，極大地提高了升降機的安全性能。1857年，首部客運升降機在美國紐約的一家商場安裝，開創(chuàng)了升降機載人的先河。自此之后，升降得到了廣泛的利用和推廣，并在實踐當中不斷地進行改進和優(yōu)化。但是，當時的升降機都是以蒸汽為動力，使用的限制條件較多。直到1880年，德國人西門子發(fā)明了電動的升降機，真正的升降機終于誕生了！ 中國現(xiàn)代的升降機發(fā)展較晚，在20世紀初才在公共租界內(nèi)的飯店安裝了首部升降機。從20世紀90年代開始，中國的升降機才開始慢慢普及。國內(nèi)外生產(chǎn)的升降機品牌已達到了近百個，國外的一些大品牌升降機雖然較貴，但是憑借其高品質(zhì)的質(zhì)量、穩(wěn)定的性能以及簡單的操作受到了絕大部分人的青睞。目前，國內(nèi)生產(chǎn)的升降機型號各異，也都基本上都符合現(xiàn)代各行業(yè)的需求。但因為其產(chǎn)品設計、技術開發(fā)及性能上的一些不成熟導致了銷量的呆滯。當然在性價比、銷售網(wǎng)絡、售后服務等方面，國產(chǎn)升降機也有著一定的優(yōu)勢[1]。因此，如何提高產(chǎn)品的性能和產(chǎn)品的市場的競爭力成為國內(nèi)廠商最為關心的問題。這次設計的內(nèi)容也就變得很有意義。 1.2 升降機的分類 升降機的類型繁多, 根據(jù)其結構類型一般可分為雙柱式升降機、四柱式升降機、剪式升降機等。其主要的優(yōu)缺點參考表1-1。由表可知，雙柱式升降機由于占地面積小、同步性好等優(yōu)點還是被廣泛的使用；四柱式升降機只有在運載超重的物體時才會被運用；而剪式升降機雖然優(yōu)點十分明顯，但因為其精度要求太高使得只有在科技水平達到一定程度時才能夠被廣泛使用[2]。 表1-1 根據(jù)結構方式分類 種類名稱 優(yōu)點 缺點 雙柱式舉升機 同步性好，占地面積較小 機械式機械磨損較大；液壓是成本高； 四柱式舉升機 適合四輪定位結構的使用 占地面積較大 剪式舉升機 安全性高，操作簡單；空間利用率高 精度要求較高，易發(fā)生舉升平臺不平衡，單邊升降 根據(jù)升降機的驅動類型分類，升降機大體上可分為機械式和液壓式兩類。其主要的優(yōu)缺點參考表1-2。機械式升降機主要有單電機驅動的螺紋傳動升降機和雙電機驅動的螺紋傳動升降機，其結構簡單、價格便宜，但也易發(fā)生危險，所以需要經(jīng)常性的維護。液壓傳動升降機由于其性能優(yōu)勢逐漸成為主流的升降機。但其成本較高，需要一定的經(jīng)濟能力。 表1-2 根據(jù)驅動類型分類 種類名稱 優(yōu)點 缺點 機械式升降機 結構簡單, 價格便宜 機械磨損大易發(fā)生危險 液壓式升降機 安全性能好、運行平穩(wěn)、維護簡單、工作效率高 成本高 第2章 升降機設計任務和總體方案設計 2.1升降機設計任務 本次設計課題為教師自擬課題，具體設計要求見表2-1。 表2-1 雙柱式升降機設計要求 項目 數(shù)據(jù) 額定升降質(zhì)量 3000kg 升降高度 1800mm 全程上升/下降時間 ≤1min 動力來源 電機驅動 傳動方式 絲杠傳遞 2.2舉升機總體方案設計 2.2.1擬定設計方案 1、 電機配置方案 1）單電機方案：傳動路線為電機-帶傳動-螺旋傳動-同步機構-螺旋傳動。此方案預選電機功率為4kw，同步機構占用空間使物體不方便擱置，結構復雜，可靠性不高。 2）雙電機方案：兩邊立柱上各有一電動機。此方案預選電機功率為2.2kw，通過電機的通斷來控制懸臂的同步運動，省去中間同步傳動環(huán)節(jié)，結構簡單，可靠性高。 2、升降機構 1）齒條傳動齒條傳動，采用以齒條為承載軌道進行同步升降。機械能轉化率高，但承載較次。 2）滾珠絲杠傳動，采用以旋轉運動轉化為直線運動，平穩(wěn)輕便快捷，機械能轉化率低。 3）滑動螺旋傳動，采用以旋轉運動轉化為直線運動，平穩(wěn)承載能力強，機械能轉化率低。 4）液壓傳動，傳動平穩(wěn)，承載能力大，也簡化了機械結構，但制造精度高，成本高，使用維護嚴格。 3、 單電機方案中同步機構 升降機左右兩立柱上的四個托架(與滑套相聯(lián)接)，必須要達到同步才能進行升降。經(jīng)分析有以下三種方案可進行選擇: 1）螺旋副——錐齒輪——長軸——錐齒輪——螺旋副機械傳動結構。此方案可以很好的實現(xiàn)升降的同步性，不過其結構較為復雜，長軸雖可采用無縫鋼管與短軸頭焊接措施替代，但結果依舊不理想，因為重量過大。 2）選用外轉性相近的兩個電動機與加工精度相近的在裝配時進行調(diào)整選配的兩個螺旋副.分別驅動的傳動結構。 3）鏈傳動結構。同步性可靠，結構簡單，自重小，結構安全可靠傳動效率較高，但需要安裝張緊裝置和托板。 4）同步帶傳動。同步性可靠，結構簡單，傳動效率較高，但兩帶輪間距過大，需要設置張緊裝置，且同步帶傳動使用維護嚴格。 4、鎖緊保險裝置 除了運用螺旋傳動的自鎖特性和雙螺母完成預定高度的鎖緊，升降機還需要另外設置鎖緊保險裝置，使懸臂不會因為一些外界原因而使在運載物體的過程中發(fā)生物體的掉落或劇烈的抖動。現(xiàn)有以下兩種方案： 1）包含電磁鐵、彈簧或制動板的自鎖保險裝置。 2）采用適用于固定Z軸（垂直軸）上使用的導軌鉗制器。 2.2.2確定總體設計方案 方案一：原動機采用一個電機，電機通過普通V帶傳動將運動和力矩傳遞到右側螺桿，螺旋傳動將右側螺桿的旋轉運動轉化為螺母的直線運動，左側螺桿的轉動通過傳動比為1的鏈傳動傳遞到右側螺桿，實現(xiàn)左右螺桿的同步運動，即右側螺桿將轉動轉化為螺母的直線運動。 方案二：原動機為分別安裝在左右立柱上的兩電機，通過兩電機的通斷電實現(xiàn)左右螺桿的同步運動，螺桿把轉動轉變?yōu)橹本€運動，從而是螺母同步上下運動，實現(xiàn)汽車升降。 總結，根據(jù)以上分析發(fā)現(xiàn)，方案一結構較復雜，可靠性較低，而方案二可以省去機械的同步運動機構，簡化了機械結構，并且耗電量上兩方案區(qū)別不大，因此，本雙柱機械式汽車舉升機選擇方案二。 第3章 原動機的選擇 3.1選擇原動機類型和結構 原動機選擇最常見的Y系列三相異步電動機，它是按國際電工委員會（IEC）標準設計的。其中Y系列（IP44）電動機為籠型封閉式結構，能防止灰塵、水滴侵入電機內(nèi)部，自扇冷卻；可采用全壓或降壓啟動，B級絕緣[13]。 3.2確定原動機的轉速及功率 考慮到升降機的上升速度，選擇滑動螺旋副的轉速為240r/min，又因為立柱箱體尺寸，選定帶傳動傳動比為i = 4，則電動機的轉速選擇為6級，同步轉速1000r/min，滿載轉速約為960r/min。根據(jù)升降機設計要求，F(xiàn) = 22050N。 根據(jù)滑動螺旋傳動的驅動轉矩 則滑動螺旋副所需功率，電動機的功率為。傳動裝置的總效率，其中，η1為帶傳動效率，取0.96；η2軸承效率，取0.98。 綜上，電動機的功率P=2.2kw。 根據(jù)機械設計手冊選擇Y112M-6，其各項參數(shù)如表3-1。 表3-1 電機Y112M-6各項參數(shù) 電機型號 額定功率 kw 滿載轉速r/min 啟動轉矩 N.m 最大轉矩 N.m Y112M-6 2.2 960 2.0 2.2 第4章 帶傳動的設計 4.1帶傳動簡介及類型選擇 帶傳動是運用繃緊在帶輪上的傳動帶，利用帶和帶輪之間間的摩擦或嚙合來傳遞力的。帶傳動由于其結構簡單、成本低、傳動穩(wěn)定、不需要潤滑等優(yōu)點，在工業(yè)以及生活中被廣泛的應用。根據(jù)帶形狀的不同，帶傳動可分為平帶傳動，V帶傳動和同步帶傳動[3]。 帶傳動具有軸承摩擦損失、滯后損失、空氣阻力和滑動損失這四種功率損失方式。由于以上功率損失的產(chǎn)生，帶傳動的效率大概在80%到98%之間，不同種類的帶的傳遞效率不同，具體效率見下表4-1[3]。 表4-1 各類帶傳動的效率 帶的種類 效率（％） 平帶 83~98 有張緊輪的平帶 80~95 普通V帶 簾布結構 繩芯結構 87~92 92~96 窄V帶 90~95 多楔帶 92~97 同步帶 93~98 根據(jù)電機的容量、傳動的效率以及帶的成本，最終選擇較為普遍的普通V帶傳動，結構為繩芯結構。這種結構的V帶有著當量摩擦因數(shù)較大、工作面與輪槽粘附著好、傳動比大、預緊力小，曲撓疲勞性好等優(yōu)點。 4.2帶傳動設計計算 4.2.1帶傳動設計初始條件 根據(jù)第三章所確定的電機型號，來確定帶傳動的初始值?？芍姍C功率為2.2kw，大帶輪轉速為960r/min，小帶輪轉速為240r/min。 V帶的主要失效形式主要有：帶在帶輪上打滑，不能傳遞動力；帶由于疲勞產(chǎn)生脫層、撕裂和拉斷；帶的工作面磨損。因此，V帶傳動設計的主要內(nèi)容為保證帶傳動在工作中不打滑，并具有一定的疲勞強度和使用壽命。 4.2.2帶傳動設計計算 1、 設計功率 式中 KA——工況系數(shù)，因升降機每日該工作時間不會多于10小時查表取1.1 P——工傳遞的功率， P = 2.2 ×0.96 = 2.11kw 2、 選定帶型 根據(jù)設計功率Pd和小帶輪帶速n1，選取帶型為A型。 3、 傳動比 4、 小帶輪基準直徑 為提高V帶的壽命，原則上宜選取較大的直徑，但由于立柱空間的限制， 現(xiàn)選擇小帶輪基準直徑。 5、 大帶輪基準直徑 ，按機械設計手冊選取大帶輪基準直徑標準值。 6、 帶速 dp1 ——工大帶輪的節(jié)圓直徑，通常帶輪的節(jié)圓直徑可視為基準直徑 對于普通V帶，，滿足條件。 7、 初定軸間距 ，所以 8、 所需基準長度 ，其中， 按機械設計手冊選取基準長度 9、 實際軸間距 安裝時所需最小軸間距： 10、 小帶輪包角 11、 單根V帶傳遞額定功率 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 12、 傳動比i ≠ 1的額定功率增量 根據(jù)帶型、dd1和n1查表線性插求得。 13、 V帶根數(shù) ，取4根V帶 式中 Ka——工小帶輪包角修正系數(shù)，查表取0.85， KL——帶長修正系數(shù)，查表取0.93。 4.2.4 帶輪結構設計 1、 帶輪設計要求 設計帶輪時，應考慮其結構是否簡單，質(zhì)量分布是否均勻，重量不易過大，并盡可能避免由于鑄造而產(chǎn)生的內(nèi)應力。速度大于5m/s時要進行靜平衡，V速度大于25m/s時則應進行動平衡。為了最大地減少V帶的磨損，輪槽的工作表面應盡可能光滑[4]。 2、 帶輪材料 帶輪材料常采用灰鑄鐵、鋼、鋁合金等。其中灰鑄鐵應用最廣，當速度的小于等于30m/s時用HT200，速度的大于等于25-45m/s，則宜采用孕育鑄鐵或鑄鋼，也可采用鋼板沖壓-焊接帶輪。小功率傳動可用鑄鋁或塑料[7]。 3、 帶輪的結構 帶輪的主要組成部分有輪緣、輪輻和輪轂。其中輪輻部分分為實心、孔板和橢圓輪輻三種。 通過查閱機械設計手冊，最終確定小帶輪為實心輪，大帶輪為孔板輪，材料均為HT200。 第5章 舉升機構的設計 5.1舉升機構的選擇 根據(jù)設計要求的規(guī)定本次設計需要采用絲杠傳遞，即螺旋傳動。螺旋傳動的主要組成部分是螺桿（絲杠）和螺母，基本原理是通過螺桿和螺母的旋合傳遞運動和動力[8]。將旋轉運動變成直線運動，可以將較小的力矩轉化為較大的推力。 螺旋傳動根據(jù)其螺紋副摩擦性質(zhì)的差異，可以分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動和靜壓螺旋傳動三類，其對應的特點和應用可見下表5-1。 表5-1 各類螺旋傳動的特點和應用 種類 滑動螺旋傳動 滾動螺旋傳動 靜壓螺旋傳動 特點 1. 摩擦阻力大，傳動效率低 2. 結構簡單，加工方便 3. 易于自鎖 4. 運轉平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時可能出現(xiàn)爬行 5. 螺紋有側向間隙，反向時有空程 6. 磨損快 1. 摩擦阻力小，傳動效率高 2. 結構復雜，制造困難 3. 具有傳動可逆性 4. 運轉平穩(wěn)，起動時無顫動，低速時不爬行 5. 抗沖擊性能較差 6. 工作壽命長，不易發(fā)生故障 1. 摩擦阻力極小，傳動效率高 2. 螺母結構復雜 3. 具有傳動可逆性 4. 工作平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象 5. 反向時無空程 6. 磨損小，壽命長 7. 需要一套壓力穩(wěn)定、溫度恒定、過濾要求較高的供油系統(tǒng) 應用舉例 金屬切削機床的進給、分度機構的螺旋傳動，摩擦壓力機，千斤頂?shù)膫髁β菪? 金屬切削機床、測試機械、儀器的傳動螺旋和調(diào)整螺旋等 精密機床的進給、分度機構的傳動螺旋 根據(jù)雙柱式升降機的應用行業(yè)和工作條件及螺旋傳動的特點和應用，經(jīng)分析確定滑動螺旋傳動作為升降機的升降機構。 滑動螺旋副常采用梯形螺紋、鋸齒形螺紋或矩形螺紋等，三種主要螺紋的特點和應用見表5-2 表5-2 三種螺紋副的螺紋種類、特點和應用[4] 種類 特點 應用 梯形螺紋 牙根強度高，螺紋的工藝性好；內(nèi)外螺紋以錐面貼合，對中性好，不易松動；采用剖分式螺母，可以調(diào)整和消除間隙；效率較低 用于傳力螺旋和傳動螺旋如金屬切削機床的絲桿、載重螺旋式起重機 鋸齒形螺紋 外螺紋牙根處有很大的圓角，使得應力集中變小、動載強度增大；大徑處無間隙，便于對中；與梯形螺紋同樣都有螺紋強度高、工藝性好的優(yōu)點，但效率較高 用于單向受力的傳力螺旋，如水壓機的傳力螺旋、火炮的炮栓機構 矩形螺紋 傳動效率高，但精度要求很高；螺紋強度較低，對中性較差，螺紋副磨損后的間隙不易維修 用于傳力螺旋和傳動螺旋，如一般起重機 根據(jù)雙柱式升降機的應用行業(yè)和工作條件及螺旋副的特點和應用，經(jīng)分析確定以梯形螺紋作為滑動螺旋副的螺紋，為了使螺旋副具有自鎖性能，以單頭螺紋作為螺紋頭數(shù)。 滑動螺紋傳動的螺母分為整體螺母、組合螺母和剖分式螺母三類。其各自的結構特點見下表5-3。 表5-3 三種螺母結構的特點 種類 整體螺母 組合螺母 剖分式螺母 特點 結構簡單，但由于磨損產(chǎn)生的軸向間隙不能補償，只適用于精度較低的螺旋傳動 結構復雜，但可以定期的調(diào)整，以消除軸向間隙，避免反向轉動的空程 結構較復雜，但可以補償旋合螺紋的磨損 雖然組合螺母和剖分式螺母的優(yōu)點十分明確，但是因其結構太過復雜，本著設計結構盡可能簡單的原則，最終確定升降機選擇整體螺母。 綜上所述，本次設計采用滑動螺旋傳動，梯形螺紋和整體螺母作為升降機構。 5.2滑動螺旋副的設計計算 根據(jù)設計要求，確定滑動螺旋副采用梯形螺紋，整體螺母的構造，額定升降重量為3000kg，最大升降高度為2000mm，全程升降時間不超過1min。以下為滑動螺旋副的具體數(shù)值計算。 5.2.1耐磨性 為了使滑動螺旋副的螺紋磨損在可使用的范圍內(nèi)，也為了確定螺桿的直徑與螺母的高度，因此需要進行耐磨性的計算。 1、螺桿中徑 式中 ξ= 0.8； F——單柱軸向載荷，1.5為安全系數(shù) [p]——許用壓強，取15 Ψ——根據(jù)螺母的形式選定，整體母取2.5~3.5 為了使螺桿的耐磨性、自鎖性、螺桿強度、螺紋牙強度、等達到設計要求，選取螺桿中徑d2為35mm。根據(jù)算出的d2按螺紋的標準基本尺寸系列選取相應的d和P，確定直徑d = 40mm和螺距 P = 10mm。 2、螺母高度 mm 3、旋合圈數(shù) 符合要求 4、螺紋的工作高度 梯形螺紋h = 0.5×P = 0.5×10 = 5mm 5、螺紋表面工作壓強 MPa 5.2.2驗算自鎖性 當量摩擦角為： 螺紋升角為： 由上可知螺旋升角小于當量摩擦角，所以螺紋可以自鎖。 5.2.3螺桿強度的校核 螺旋傳動轉矩為： 當量應力為； 許用應力[σ]經(jīng)查表為：68-120MPa σ≤[σ]，螺桿的強度滿足設計要求。 5.2.4螺紋牙強度的校核 1. 螺紋牙底寬度 梯形螺紋 2. 螺桿抗剪強度的校核 [τ]查表得：30-40，τ≤[τ]。 3. 螺桿抗彎強度 查表得：40-60，≤。 由于螺母的材料強度一般低于螺桿，所以只需校驗螺母螺紋牙的強度即可保證螺紋牙的強度。綜上所述，螺紋牙的強度足夠，符合設計要求。 5.2.5螺桿的穩(wěn)定性 螺桿的端部采用兩端固定的結構，長度系數(shù)μ取0.5。螺桿的長度l= 2000mm。螺桿危險截面的軸慣性矩。螺桿危險截面的慣性半徑。E為螺桿的彈性模量，取E=2.06e5。 當時,螺桿的臨界載荷為： 則，滿足條件。 5.2.6橫向振動-驗算臨界轉速 螺桿在高速旋轉是會產(chǎn)生橫向振動，所以還需校核其臨界轉速。 n = 240r/min ≤ 0.8nc = 255r/min ，滿足條件。 式中 lc——螺桿兩支承間的最大距離，取lc = 2300 mm μ1——系數(shù)，與螺桿的端部固定結構有關，查表取4.730 5.2.7驅動轉矩和效率 驅動轉矩為： 效率為： 第6章 支撐機構結構的設計 6.1 支撐機構的結構 本次設計的支撐機構是升降機的升降臺懸臂部分。當成載物體進入到升降機的范圍里時，升降機的整個工作范圍的寬度就可以隨著懸臂的角度和長度的改變而改變。本次設計的支撐機構為對稱式懸臂，這樣設計有利于保持承載物體的穩(wěn)定性，使立柱中各機構的受力更均勻。具體工作如下圖6-1所示： 圖6-1 對稱式懸臂的工作范圍示意圖 如圖圖中的陰影部分就是懸臂的工作范圍，能夠滿足各種承載的寬度。 圖6-2 懸臂結構圖 懸臂由兩段部分組成，可以根據(jù)實際情況來改變懸臂的長度，其伸縮范圍為250mm，具體結構可參考上圖6-2。 6.2 支撐機構的應力校核 6.2.1 校核彎曲切應力 彎曲切應力的計算公式為： 式中 Fs——橫——截面上的剪力； b——截面寬度； Iz——整個截面對中性軸的慣性矩； S*z ——截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積對中性軸的靜距。 計算Fs 由本舉升機的設計要求，懸臂末端Fs = 7450N。 計算Iz 應用SolidWorks截面參數(shù)命令得到的懸臂截面參數(shù)，由此可得： 計算S*z 由公式可知，要計算Sz，先要求出截面上距中性軸為y的橫線以外部分面積和形心坐標。 計算可以利用組合法，見圖6-3。由于截面關于Y軸對稱，因此計算只計算Y軸左側。 圖6-3 組合法計算形心坐標 所以 化簡可得： 所以懸臂的彎曲切應力為： 所以為y = 0時，＜0.6[σ]=141Mpa，符合要求。 6.2.2 校核彎曲正應力 懸臂的彎曲正應力計算公式為： ， 式中 Mmax——懸臂最大彎矩； W——抗彎截面系數(shù)，與截面的幾何形狀有關； Iz——整個截面對中性軸的慣性矩； y——截面上距中性軸為y的橫線。 經(jīng)計算可知，Iz = 3631840mm4；支撐懸臂的最長距離為1010mm，所以Mmax = 1010*7450 = 7524.5N·m。再通過上式可以得出懸臂的彎曲正應力為： ，符合要求。 第7章 導軌結構的設計 7.1導軌類型分析選擇 直線導軌通常分為滑動直線導軌、滾動直線導軌和靜壓直線導軌三種，其各自的基本性能和特點如下表7-1可見[3]。 表7-1 直線運動導軌基本性能比較 運動形式 滑動導軌 滾動直線導軌 靜壓導軌 摩擦因數(shù) μ=0.04-0.06 μ=0.003-0.005 μ=0.0005-0.001 運行速度 低速 低速~高速 中速~高速 剛度 高 較高 較低 壽命 三者相近 可靠性 高 較高 較差 根據(jù)本次設計的具體條件，選用滾動直線導軌。滾動直線導軌的類型繁多，具體類型有四方向等載荷型、輕載荷型、分離型、徑向型等直線導軌副。本次設計選擇四方向等載荷型。 圖7-1為四方向等載荷型滾動直線導軌副結構簡圖。這種類型導軌具有以下優(yōu)點：滾動體與圓弧溝槽為面接觸，承載能力大，剛性好；摩擦因數(shù)小，僅為滑動導軌副的二十分之一到五十分之一，節(jié)省動力；由于接觸方式為面接觸故磨損小，壽命長，并結構簡單安裝、維修簡便。精度高，即使進給量微小，也能精確地控制位置；導軌兩側安裝有互為垂直的兩列承載滾珠，所以其剛性好，可承受的沖擊量較大。 圖7-1 四方向等載荷型滾動直線導軌副結構簡圖 7.2 直線運動系統(tǒng)載荷計算 由于工件重力及重心位置的變化、驅動力F及工作阻力R作用位置的變化、啟動及停止時加速或減速引起的速度變化等因素的影響而發(fā)生變化。直線運動系統(tǒng)所承受的載荷也會發(fā)生變化。下面為其計算方法。 圖7-2 直線運動系統(tǒng)受載情況計算示意圖 圖7-2所示模型適用于立式導軌勻速運動或靜止的受載計算，本次設計的升降機由于升降速度小，慣性力引起的載荷變化可以忽略不計，具體計算公式如下： 式中 W——外加載荷 P1、P2、...——垂直于運動平面的支反力 P1T、P2T、...——平行于運動平面且垂直于導軌的支反力，下同 F——驅動（推）力 根據(jù)設計要求，升降機的左右對稱中心線與導軌中心線的距離為1515mm，計算出外加載荷作用線據(jù)導軌中心線的最長距離為690mm。圖7-3為其直線運動載荷示意圖。 圖7-3直線運動載荷示意圖 升降機的導軌設置為沒個立柱都安裝一根導軌，每根導軌兩個滑塊。根據(jù)直線運動系統(tǒng)受載計算公式可以求得： 7.3 滾動直線導軌副壽命計算 為了防止?jié)L動元件與滾動軌道的疲勞點蝕與塑性變形所帶來的一些安全隱患，應對滾動直線導軌副進行動（壽命）、靜載荷計算。 7.3.1壽命計算的基本公式 直線運動滾動功能部件壽命計算的基本公式如下： 滾動體為球時： （7-1） 式中 L——額定壽命，km； C——基本額定動載荷，kN； P——計算載荷，kN； fH——硬度系數(shù)，fH均可取1； fT——溫度系數(shù)； fC——接觸系數(shù)； fW——載荷系數(shù)。 用小時數(shù)表示的額定壽命Lh為： （7-2） 式中 l——直線運動部件單向行程長度，m； n——直線運動部件每分鐘往返次數(shù)，1/min。 7.3.2 滾動導軌副的壽命計算及選用規(guī)格 給定本次設計的雙柱式升降機壽命為五年，按每年工作300天計算，則總工作小時數(shù)為： 根據(jù)公式（7-2）可得： 式中 l——直線運動部件單相行程長度，取l = 2m n——直線運動部件每分鐘往返次數(shù)，根據(jù)實際情況，按一次修車15min 計算，則每分鐘往返次數(shù)為1/15。 再根據(jù)公式（7-1）可得: 式中 fH——硬度系數(shù)，取值為1 fT——溫度系數(shù)，工作溫度≤100°，取值為1； fC——接觸系數(shù)，每根導軌上兩個滑塊，取值為0.81； fW——載荷系數(shù)，無外部沖擊或振蕩的低速運動場合，取值為1.1。 通過查找機械設計手冊，選用規(guī)格為25，基本額定動載荷為17.7KN的四方向等載荷型直線導軌副。 第8章 鎖緊機構的設計 8.1 鎖緊機構的必要性 升降機的升降懸臂在升到所要求高度后, 為了使懸臂能夠穩(wěn)定的停留就必須采用鎖緊裝置, 使其不會因為一些原因產(chǎn)生物體掉落或者懸臂抖動的現(xiàn)象。因此升降機鎖緊機構的設計對其在工作中和工作后懸臂停留的穩(wěn)定性至關重要?，F(xiàn)在通常采用的鎖緊機構有以下幾種： 1） 在設計產(chǎn)品上安裝具有電磁鐵、彈簧或制動板的鎖緊機構。電磁鐵鎖緊裝置,由于電磁鐵在設計和生產(chǎn)當中會出現(xiàn)差異,所以在電磁鐵工作當中會產(chǎn)生較大的噪音, 而且質(zhì)量問題也不能得到保障, 會引發(fā)一系列的危險。 2） 帶有彈簧的鎖緊裝置, 由于彈簧本身的一些性能，例如壽命不長等原因會大大降低升降機機鎖緊性能， 在升降機上使用會產(chǎn)生巨大的安全隱患。 3） 在升降機立柱上每隔一定高度上安裝一塊止動板，并且在升降懸臂末端部安裝有可以轉動的鎖鉤，使其一一對應于安裝的止動板。但是這種機構由于止動板和鎖鉤可能不能全部及時復位，所以隱患也較大。 8.2 鎖緊機構的原理分析 由于上述鎖緊機構或多或少都有一定的安全隱患，因此本次設計在經(jīng)過查閱資料并詢問老師后，采用一種不需要額外夾緊力就能使升降懸臂鎖緊在適當位置的機構來進行升降機的鎖緊。 在升降平臺上額外安裝了兩個特殊的圓環(huán)元件，其通過簡單物理接觸產(chǎn)生的力來卡緊圓柱軸。當升降機工作時，內(nèi)部的非金屬圓環(huán)與圓柱軸之間有間隙，因此不會對升降機工作產(chǎn)生影響。具體結構如圖8-1所示。 圖8-1 平臺升降時鎖緊機構原理圖 當托臂升到所需要的一定高度時，電機停止轉動，托臂及其承載的全部重量都被施加在外圓環(huán)上，產(chǎn)生一個向下的壓力，壓力會給內(nèi)部非金屬環(huán)一個水平方向的力來夾緊圓柱軸，使托臂不會掉落。如圖8-1所示。 托臂所承載的物體越重，其產(chǎn)生的水平夾緊力也就越大，所以不會產(chǎn)生夾緊力不夠而使托臂下滑的現(xiàn)象。 8.3 鎖緊機構的選擇 在實際生活中已經(jīng)有具備這種原理的機構出現(xiàn)，例如導軌（光軸）鉗制器。本次設計的夾緊機構就是在一個固定的Z軸上運用導軌鉗制器這一輔助配件，防止懸臂在工作停止時滑落。其制動的動力為氣壓，并且為常閉型。當電機停止工作時沒有氣壓被供給，導軌鉗制器便依靠特殊彈簧的作用夾緊軸，使托臂固定在所要求的位置。當電機工作時會供給給鉗制器氣壓，彈簧便會松開不會對升降產(chǎn)生影響。其具體結構結構如圖8-2所示。 圖8-2 導軌鉗制器結構圖 根據(jù)本次設計的設計要求及導軌鉗制器的型號表，選擇型號為RBPS-2600的導軌鉗制器。 8.4 鎖緊機構的校核 本次設計將導軌鉗制器安裝在一個光軸（Z軸）上，其由于要和導軌鉗制器進行配合，確定其直徑為28mm。此光軸屬于細長桿件，為了保證細長桿件在受壓時不會發(fā)生壓桿失穩(wěn)的現(xiàn)象，所以需要對其穩(wěn)定性進行校核。 1） 選擇校核公式 光軸橫截面慣性矩： 光軸橫截面的慣性半徑： 式中 A——橫截面面積。 光軸的柔度： 式中 μ——壓桿的長度因數(shù)，取μ = 0.5。 取彈性模量E = 206GPa，壓桿的柔度極限值為： 因為光軸的壓桿柔度大于其極限柔度，所以可使用歐拉公式對其進行校核。 2) 校核壓桿穩(wěn)定性 歐拉公式的普遍形式為： 式中 I——橫截面的慣性矩； E——材料彈性模量； μ——壓桿的長度因數(shù)，由壓桿的約束條件決定。 對需校核的光軸應用歐拉公式可得： 根據(jù)機械設計手冊得出，安全系數(shù)取3-5，所以直徑為28mm的光軸滿足條件。 第9章 螺栓連接件的校核 本次設計在許多元件的連接上采用了螺紋鏈接，所以對所有的螺紋連接進行校核是很有必要的，本次主要對升降臺與剖分式螺母套的螺紋及箱體與地基的螺紋進行校核。 9.1 升降臺與剖分式螺母套的螺紋校核 升降臺與剖分式螺母的連接方式是鉸制孔用螺栓進行鏈接，這種螺栓承受橫向剪切載荷。這種螺栓桿與孔壁之間是過盈配合，接觸表面承受擠壓應力；而在連接接合面處，螺栓桿則承受剪切應力。因此，應該對其擠壓和剪切強度分別進行計算。升降臺與剖分式螺母螺紋的鏈接結構和受力如圖9-1所示。 圖9-1 螺紋連接示意圖 螺栓桿與孔壁的擠壓強度條件為: 螺栓桿的剪切強度條件為： 式中 F ——螺栓所受的工作剪力，N； d0——螺栓剪切面的直徑，mm； Lmin——螺栓桿與孔壁擠壓面的最小高度，mm。 根據(jù)本次設計的總體設計要求，額定舉升高度為3t，得到各個螺栓承受的工作剪力F為： 再由上述公式可得： 綜上所述，預選螺栓的性能等級為4.6，屈服極限為240MPa。 螺紋連接件的許用切應力和許用擠壓應力由以下公式所確定： 對于鋼，，取根據(jù)《機械設計》的表5-10，安全系數(shù)分別取。 所以， 滿足要求。 綜上所述，升降臺與剖分式螺母套之間的螺紋連接采用鉸制孔螺栓M18×55，性能等級為4.6。 9.2 箱體與地基的螺紋校核選擇 箱體與地基之間是采用普通螺栓連接的，因為箱體受力矩較大，為了防止箱體的最大受力處被壓碎或產(chǎn)生一些間隙，所以需要對其進行校核，使受載后地基接合面應力的最大值不超過允許值，最小值不小于零。所以： ，代表受載前由于預緊力所受的擠壓應力；A為接合面的面積；為加載后接合面上所產(chǎn)生的最大的附加擠壓應力。由于地基剛性大，螺栓剛度相對較小，可用近似公式計算，式中，W是接合面的有效抗彎截面系數(shù)。其許用擠壓應力如表9-1所示。 表9-1 連接接合面材料的許用擠壓應力 材料 鋼 鑄鐵 混凝土 磚 木材 /MPa 0.8 （0.4~0.5） 2.0~3.0 1.5~2.0 2.0~4.0 經(jīng)分析，螺紋連接預選為M20，共需9個螺栓，其性能等級為5.6。 鋼制螺栓連接的預緊力F0，可由下面公式計算得到： 碳素鋼螺栓： 。螺栓性能等級選擇5.6，屈服極限為300MPa。A1為螺栓危險截面面積，所以有： 這里F0取47100N。 箱體地面為一長方形，長為417mm，寬為390mm，抗彎截面系數(shù)為:。 根據(jù)設計要求的升降重量升降機的尺寸可以得到： 。 箱體與地基的接合面的有效面積A = 159896mm2?？傻茫? 由上可知，螺栓的預緊力過大，不符合要求。因此取F0 = 20000N，再代入公式計算得： 滿足條件。 綜上所述，為了防止箱體的最大受力處被壓碎或產(chǎn)生一些間隙，最終確定螺栓預緊力為 20000N。 結論 雙柱式升降機設計主要內(nèi)容是進行物體的設計。首先，需要對升降機進行大體上結構的設計，明確所要達到的具體目的；其次，要對其進行具體的尺寸計算以及各零部件的校核，保障在工作時不會遇到各種問題；最后，要運用CAD、SolidWorks等制圖軟件將所設計的物體以圖紙的形式表達出來。在確定結構時，對其總體的結構、如何實現(xiàn)同步傳動、升降機構、鎖緊機構等進行了科學的選擇，盡可能使所設計的機構簡單且符合設計要求。在確定完各個零部件的尺寸之后，對每個需要校核的零件進行了校核，例如：對主要的承重部件進行了強度以及剛度的校核；對螺旋傳動裝置、皮帶傳動裝置進行了校核計算，對重要螺紋連接進行了校核計算。此外，本次設計在查閱了多方資料后，采用了雙電機驅動來保證升降的同步性；并且在鎖緊機構的選擇上并沒有使用較為落后的包含電磁鐵、彈簧或制動板的自鎖保險裝置，而是采用了導軌鉗制器。這兩點屬于區(qū)別于普通升降機的設計。機械式的升降機雖然同步性較好運行平穩(wěn)，但是其磨損損耗較大，維護成本較高。這也是機械式升降機的不足之處。 致 謝 時光飛逝，轉眼間大學生活即將結束了。為了檢驗大學階段的學習成果，也為了給自己的大學生活畫上一個完美的句號，學校要求沒個畢業(yè)生都要進行畢業(yè)設計。在經(jīng)歷了兩個月的畢業(yè)設計階段后，我滿懷這對大學生活的留戀及對未來生活的憧憬寫下了這篇致謝。 首先，我要特別感謝我的畢設指導老師何俊杰老師。在畢業(yè)設計的過程中，面對所遇到的一系列難題，賀老師給我提供了很大的幫助。在我每次去老師辦公室詢問時，無論是從最初的設計結構的確定，還是中期各種數(shù)據(jù)的計算，再到后期使用軟件作圖，老師總是不厭其煩的解答我遇到的每個問題，給予我悉心的指導。在此謹向賀老師表示深深的謝意。 其次，我還要感謝我的朋友莊鶴和梁夢然兩位同學。在畢設中，他們不僅在畢設工作中幫助我，幫我結局了一些技術上的同時我們也在生活中、思想態(tài)度上互相鼓勵、互相扶持。最終完成了畢業(yè)設計。 最后，感謝在大學生活中悉心教導過我的每一位老師。沒有你們的傳道受業(yè)，我們也學習不到這么多專業(yè)知識；沒有你們的諄諄教導，我們也不會能夠成為新時代的人才。 大學生活已然就要結束了，感謝在大學生活中陪伴在我身邊的每一位老師、朋友、同學，有了你們我才能在大學當中慢慢成熟長大；有了你們我才能不忘初心，穩(wěn)步向前；有了你們才有了我豐富多彩的大學生活！ 參 考 文 獻 [1] 郭武，黃澤星，吳上生.汽車舉升機的發(fā)展趨勢分析[J].應用研究,2011:75-79. 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