轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)高桿照明裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1、畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 說 明 書課題名稱 系統(tǒng)的研究系/專 業(yè) 機(jī)械工程 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師： 摘 要高桿照明裝置因其集中照明的優(yōu)點(diǎn)，已成為交通設(shè)施不可缺少的配套設(shè)施，特別是升降式高桿照明裝置的極大的方便了使用和維修，其應(yīng)用也日趨廣泛。本課題詳細(xì)的介紹了“轉(zhuǎn)軸式”升降系統(tǒng)高桿照明裝置的結(jié)構(gòu)構(gòu)成，系統(tǒng)的分析了高桿照明裝置燈盤的上升和下降過程，以及緊急情況下燈盤的抱桿防墜設(shè)計(jì)。本課題在設(shè)計(jì)的過程當(dāng)中，深入生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)，制定出合理的設(shè)計(jì)方案，再進(jìn)行具體設(shè)計(jì)。關(guān) 鍵 字：轉(zhuǎn)軸式 掛鉤卸載機(jī)構(gòu) 防墜設(shè)計(jì) 運(yùn)動分析ABSTRACTBecause of its con

2、centration rests lighting equipment, lighting has become the indispensable traffic facilities facilities, especially the lifting device greatly rests lighting the use and maintenance convenience, its application is increasingly wide.This paper introduced the axis lifting system device structure rest

3、s lighting system are analyzed, and the lighting lamp pole the up and down, and the process of emergency lights for pole.This topic in the process of design, manufacturing, research, absorbs the domestic and foreign advanced technology, reasonable design, in specific design.Keywords: Shaft type Hook

4、 uninstall institutions Prevent fall design Motion analysis目 錄第1章 緒論 5第2章 升降系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6第3章 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作原理 7第4章 懸掛系統(tǒng)總設(shè)計(jì) 84.1鋼絲繩的選用 104.1.1鋼絲繩的特點(diǎn) 104.1.2鋼絲繩的許用拉力計(jì)算 104.1.3鋼絲繩相關(guān)參數(shù)的計(jì)算 114.2扭簧的選用 13 4.2.1扭簧材料直徑的確定 144.2.2扭簧的參數(shù)計(jì)算 154.3軸承的選擇 18 4.3.1軸承的分類和用途 18 4.3.2軸承的選用 18 4.3.2.1軸承的性能要求 20 4.3.2.2軸承的當(dāng)量載荷

5、計(jì)算 20 4.3.3軸承的基本額定載荷計(jì)算 20 4.3.4軸承的相關(guān)參數(shù)計(jì)算 21第5章 防墜裝置的設(shè)計(jì) 235.1拉伸彈簧的設(shè)計(jì)分析 235.1.1拉伸彈簧的材料選定 235.1.2受力分析 245.1.3拉伸彈簧的參數(shù)計(jì)算 245.2套筒的內(nèi)部螺旋軌跡設(shè)計(jì)分析 286.結(jié)論 337.謝辭 348.參考文獻(xiàn) 35 第1章 緒論隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程的加快，高桿照明裝置運(yùn)用越來越廣泛。根據(jù)建設(shè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)高桿照明設(shè)施技術(shù)條件(CJ/T3076-1998)對室外大面積照明裝置的高度分類，燈桿高度在20米以上的高桿照明通常稱為高桿燈。高桿燈具有能提供大面積照明、大量減少燈桿數(shù)量等特點(diǎn)，被

6、廣泛應(yīng)用于立交橋、廣場、碼頭、機(jī)場、大型停車場等開闊場地，是處理大面積照明的成熟手法。由于高桿燈燈桿、燈盤自重較大，燈具安裝的高度較高，所以對燈盤的升降系統(tǒng)的要求較高。常用的高桿照明裝置主要包括以下幾個部分：桿體、燈架、升降系統(tǒng)、懸掛系統(tǒng)、防墜系統(tǒng)、操作控制系統(tǒng)、照明燈具七大部分，其中懸掛升降系統(tǒng)和防墜系統(tǒng)最為關(guān)鍵。目前國內(nèi)使用較多的高桿照明裝置的升降系統(tǒng)主要通過驅(qū)動電動機(jī)、皮帶和齒輪減速機(jī)構(gòu)、卷揚(yáng)機(jī)等裝置來實(shí)現(xiàn)燈盤的升降。至1979年出現(xiàn)高桿照明裝置初期以來，常發(fā)生由于卷揚(yáng)機(jī)主軸折斷，鋼絲繩失效斷裂等而引起的燈盤墜落事件。因此，這種升降系統(tǒng)還不是很完善，有待改善。高桿照明裝置升降系統(tǒng)應(yīng)該有足

7、夠的強(qiáng)度和自鎖力，在卷揚(yáng)機(jī)或鋼絲繩等發(fā)生故障時，能夠進(jìn)行自鎖動作，有效的防止燈盤的突然墜落。我們在目前的升降系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了改善，采用“轉(zhuǎn)軸式”升降系統(tǒng)，在燈盤上升時可以準(zhǔn)確的定位，在燈盤下降時，其掛鉤卸載機(jī)構(gòu)可以順利的將燈盤下降，在緊急情況時，防墜落機(jī)構(gòu)可以實(shí)施“抱桿”動作，有效的避免燈盤的突然墜落事故。我們的設(shè)計(jì)可以降低高桿照明裝置的成本，完善產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，有利于高桿照明裝置的進(jìn)一步推廣，有利于推動城市亮化的進(jìn)程。第2章 高桿照明裝置升降系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)目前的高桿照明裝置的升降系統(tǒng)可以分為以下三種形式：第一種是托架式，托架式升降系統(tǒng)是利用桿體為基體進(jìn)行燈盤的脫鉤動作，托架在運(yùn)動時的行程位置不精

8、確，燈盤的擺動較大，使燈盤不平衡，影響照明效果。燈盤的晃動常會引起桿體內(nèi)部的鋼絲繩的紊繞，因?yàn)闊舯P的升降需要三根鋼絲繩，托架的縮放需要三根，燈具照明需要兩根電纜，及桿體內(nèi)部有八根繩裝體，所以十分容易紊繞，如果將電纜的絕緣層蹭破，很可能是桿體漏電，很危險。轉(zhuǎn)運(yùn)軸在桿的頂部，不便保養(yǎng)，易積塵結(jié)垢，會造成轉(zhuǎn)運(yùn)軸卡死，無法維修。操作人員需在燈盤的正下方進(jìn)行托架的縮放，若燈盤突然墜落，沒有有效的防墜落保護(hù)裝置，十分不安全。第二種是翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)，翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)運(yùn)用特殊幾何尺寸的掛鉤分別與滑輪架上的掛鉤板完成升降兩個過程，燈架的運(yùn)動軌跡精度要求高，只有燈盤基架運(yùn)動到翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的特定點(diǎn)才能引起燈盤的動作，燈盤

9、才可以進(jìn)行升降運(yùn)動，若燈盤的運(yùn)動軌跡超出翻鉤的位置，將無法進(jìn)行定位。翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)在初次安裝時，工作人員必須隨燈盤升至桿頂，進(jìn)行初次的定位設(shè)置，存在嚴(yán)重的安全隱患。第三種是平板凸輪式，平板凸輪式升降系統(tǒng)運(yùn)用凸輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行燈盤的掛鉤卸載，燈盤的定位平穩(wěn)，操作可靠，是第二種是翻轉(zhuǎn)式升降系統(tǒng)的改進(jìn)。但是平板凸輪升降系統(tǒng)沒有良好的防墜落保護(hù)裝置，對燈盤墜落等一些突發(fā)事件，沒有很好的應(yīng)急措施。機(jī)構(gòu)復(fù)雜，加工過程繁瑣，制造成本較高，不利于批量生產(chǎn)?；谏鲜龅母邨U照明裝置三種升降系統(tǒng)的缺陷，現(xiàn)提出轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)，有效的解決上述三種升降系統(tǒng)所存在的問題，防墜落保護(hù)裝置，能夠有效的防止燈盤的突然墜

10、落，提高了高干照明升降系統(tǒng)的安全系數(shù)。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖圖2-1： 1避雷針；2燈盤頂部；3懸掛卸載支架；4導(dǎo)桿；5槽鋼圈指示旗；6指示旗；7防墜機(jī)構(gòu)；8套筒； 9導(dǎo)向輪；10桿體；11分繩器； 12卷揚(yáng)機(jī)13電動機(jī)圖2-1 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機(jī)構(gòu)簡圖第3章 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作原理目前常用的“翻轉(zhuǎn)式”高桿照明裝置的懸掛系統(tǒng)還很不完善，易發(fā)生燈盤懸掛操作故障。采用“轉(zhuǎn)軸式” 懸掛系統(tǒng)，可以有效的防止燈盤懸掛操作故障的發(fā)生?！稗D(zhuǎn)軸式” 懸掛系統(tǒng)的掛鉤卸載機(jī)構(gòu)，配有防墜落保護(hù)裝置，當(dāng)燈盤突然墜下時，“抱桿”裝置會在瞬間起作用，燈盤會卡夾緊燈桿而不至繼續(xù)墜落?！稗D(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載機(jī)構(gòu)的基本設(shè)計(jì)方案

11、：在燈盤上升至頂端過程中，通過螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷軸上升時自動地旋轉(zhuǎn)，使掛鉤銷鉤住擋圈，燈盤不因重力而下降；運(yùn)用軸承將燈盤在上升的過程中靈活旋轉(zhuǎn)；在下降燈盤時，通過螺旋式導(dǎo)向槽使掛鉤銷軸自動地旋轉(zhuǎn)復(fù)位，從而使掛鉤銷脫開擋圈，燈盤可自由地下降。通過轉(zhuǎn)軸式掛鉤帶動指示旗（指示旗顏色十分鮮艷常采用紅黃色）能夠準(zhǔn)確的顯示掛鉤的狀態(tài)。三彈簧的導(dǎo)向聯(lián)動裝置，使得燈盤在升降過程始終處于中心位置，保持平穩(wěn)。三彈簧的導(dǎo)向聯(lián)動裝置在不銹鋼彈簧的壓緊力的作用下繞桿體中心軸同步聯(lián)動，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向，保證燈盤的順利升降。在本設(shè)計(jì)中，導(dǎo)向滾輪采用高分子材料制造，可以有效的避免在沿?zé)魲U外壁滾動的過程中破壞燈桿表面的鍍鋅保護(hù)層。燈

12、盤在運(yùn)行期間有定心支撐裝置、防墜落機(jī)構(gòu)，掛鉤座安裝在燈桿頂部，座體內(nèi)部可以進(jìn)行行程限位。掛鉤隨燈盤上升到位后于固定在燈桿頂部的做體接觸并進(jìn)行相對運(yùn)動，使燈盤懸掛在燈盤架上，鋼絲繩處于卸荷狀態(tài)，有效的保護(hù)鋼絲繩。當(dāng)燈盤發(fā)生意外墜落時，防墜落機(jī)構(gòu)能瞬時發(fā)揮它的功能，即棘輪卡到齒條上，利用燈桿的錐度將整個燈盤卡死在燈桿上，進(jìn)行瑣死動作，使燈盤不至于繼續(xù)下降，而避免重大事故損失。從運(yùn)動學(xué)分析，彈簧的反彈力為燈盤提供軸向力Fa，使掛鉤銷軸實(shí)現(xiàn)軸向運(yùn)動；燈桿上的內(nèi)置螺旋式導(dǎo)向槽為掛鉤銷軸提供法向力Fn（法向力可分解為圓周力Ft和徑向力Fr）使掛鉤銷軸實(shí)現(xiàn)螺旋運(yùn)動。即“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載機(jī)構(gòu)的一次動作可同時實(shí)

13、現(xiàn)掛鉤銷軸的軸向運(yùn)動和螺旋運(yùn)動。從而證明“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載機(jī)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)對升降式高桿照明裝置的懸掛系統(tǒng)的改進(jìn)是可行的。進(jìn)行總體的受力分析，共安裝18只燈具（45kg/只），懸掛支撐架3支（100kg/支），槽鋼圈一支（100kg/支），安裝在槽鋼圈上的燈具支撐架一支（100kg/支），其它附件50kg,整個裝置總為1500kg。由于懸掛支撐架是固定在桿體頂部的，則活動部件的總重為1200kg,每根導(dǎo)桿受力均勻，為三分之一的活動部件，即3920N。第4章 懸掛卸載機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)根據(jù)實(shí)際的運(yùn)用情況，設(shè)定高桿照明裝置的燈架部分的重量分配如下：安裝燈具18只，每只重約45kg（含內(nèi)部的鎮(zhèn)流器、觸發(fā)器等電器），

14、懸掛卸載支架結(jié)構(gòu)3只，每只重約100kg,槽鋼圈及燈具安裝支架重約340kg,其他附件重約50kg,總計(jì)1500kg。轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置升降系統(tǒng)，巧妙的避免燈盤的旋轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)懸掛與卸載的準(zhǔn)確定位。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)是利用導(dǎo)桿和套筒的相對運(yùn)動組成一對旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，構(gòu)成所謂的 “轉(zhuǎn)軸式” 。在整個懸掛與卸載的過程之中，通過導(dǎo)桿與套筒之間的相對轉(zhuǎn)動來實(shí)現(xiàn)，燈盤始終保持上下運(yùn)動，燈盤不進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。燈盤及其燈具總重約1150kg，若它在燈桿頂部（30m的高空）進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，會產(chǎn)生很大的離心力，不安全，無法進(jìn)行準(zhǔn)確的定位。在上升過程中，卷揚(yáng)機(jī)拉動鋼絲繩，鋼絲繩拉動導(dǎo)桿，導(dǎo)桿推動燈盤的上升。當(dāng)導(dǎo)桿上升到懸掛卸載支架

15、結(jié)構(gòu)的套筒時，在鋼絲繩的拉力作用下，導(dǎo)桿會推動套筒沿著套筒內(nèi)設(shè)的螺旋導(dǎo)軌在軸承的作用下進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。完成了導(dǎo)桿進(jìn)入懸掛卸載支架結(jié)構(gòu)的套筒的過程。指示牌同套筒焊接為一整體，在鋼絲繩的拉力作用下套筒繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，這時指示牌也會同步進(jìn)行旋轉(zhuǎn)動作。通過指示牌可以知道導(dǎo)桿的運(yùn)動情況，到合適位置，停止鋼絲繩的拉動，導(dǎo)桿會端落在套筒的端臺上，完成整個燈盤的上升懸掛動作。在套筒的外壁上下端分別安裝兩根扭轉(zhuǎn)剛度相同的扭簧，上端為右旋扭簧，下端為左旋扭簧。扭簧的一端嵌入套筒外壁，另一端嵌入懸掛卸載支架的內(nèi)壁。在套筒發(fā)生旋轉(zhuǎn)時，扭簧也會發(fā)生扭轉(zhuǎn)，因?yàn)閮筛せ傻呐まD(zhuǎn)剛度相同，所以套筒受力均勻。在下降過程中，卷揚(yáng)機(jī)拉動鋼絲

16、繩，導(dǎo)桿上升，導(dǎo)桿離開套筒的端臺，導(dǎo)桿會沿螺旋軌跡繼續(xù)上升，套筒及指示牌也會同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)導(dǎo)桿運(yùn)行到軌跡的盡頭時，導(dǎo)桿會脫離套筒的內(nèi)設(shè)軌跡。這是套筒在扭簧的扭矩作用下，發(fā)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，完成復(fù)位，同時指示牌也會完成復(fù)位。而導(dǎo)桿位置未發(fā)生任何改變，放松鋼絲繩，導(dǎo)桿會沿導(dǎo)軌的外沿做螺旋運(yùn)動下降，移開套筒，實(shí)現(xiàn)燈盤的下降。在此過程中，套筒在導(dǎo)軌的反作用下，進(jìn)行了旋轉(zhuǎn)，扭簧在套筒的作用下，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，指示牌同步旋轉(zhuǎn)，準(zhǔn)確反映導(dǎo)桿與套筒運(yùn)動情況。在導(dǎo)桿與槽鋼圈連接的部位，銑一鍵槽，安裝定位銷，這樣可以確保導(dǎo)桿能夠進(jìn)行上下運(yùn)動，而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。在導(dǎo)桿的端部加工外螺紋，高強(qiáng)度的壓縮彈簧套裝在導(dǎo)桿外側(cè)，并用螺母旋緊

17、，固定高強(qiáng)度壓縮彈簧的壓縮距離。在鋼絲繩斷裂的一瞬間，彈簧的壓縮力瞬間消失，壓縮彈簧的壓縮力疾速釋放，這個力直接作用到齒條，加速棘輪與齒條的嚙合速度。懸掛卸載支架結(jié)構(gòu)是由三組支架組成，三組支架120均布在圓周上，每個支架有獨(dú)立的套筒、導(dǎo)桿、指示旗組成，受力均勻。利用分繩器，實(shí)現(xiàn)三組鋼絲繩的同步運(yùn)動，從而，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)桿的運(yùn)動平穩(wěn)，確保燈盤的升降平穩(wěn)。在整個懸掛卸載的運(yùn)動過程中，鋼絲繩是動力的輸送構(gòu)件，導(dǎo)桿能否運(yùn)動，完全取決于鋼絲繩的工作狀況。因此，鋼絲繩是高干照明裝置的重要組成部分，鋼絲繩的選用很關(guān)鍵。4.1鋼絲繩的選用4.1.1鋼絲繩的特點(diǎn)鋼絲繩是一種具有強(qiáng)度高、彈性好、自重輕、撓性強(qiáng)等特點(diǎn)的重要

18、構(gòu)件。鋼絲繩由于其撓度強(qiáng)、承載能力大、傳動平穩(wěn)無噪聲、工作可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為高干照明裝置的重要組成部分。鋼絲繩在正常工作條件下不會發(fā)生破斷，但是如果鋼絲繩選用不當(dāng)，很可能發(fā)生因其許用拉力不夠，而引起鋼絲繩的斷裂，甚至?xí)斐蔁舯P墜落等事故。鋼絲繩的鋼絲因要求要有很高的強(qiáng)度與韌性，通常采用含碳量為0.50.8優(yōu)質(zhì)碳素鋼制作，而且含硫、磷量不應(yīng)大于0.035。為此，應(yīng)選用GB69988優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼技術(shù)條件中規(guī)定的50、60和65號鋼。4.1.2鋼絲繩的許用拉力計(jì)算根據(jù)高干照明裝置的工作要求和鋼絲繩的自身的特點(diǎn)，同時考慮安全因素，鋼絲繩許用拉力F應(yīng)不小于鋼絲繩的靜載拉力FjF FjFj 式中：F 鋼絲

19、繩的許用拉力，N;Fj 鋼絲繩的靜載拉力，N; Q 額定起重重量及吊具重力之和，N; 起升機(jī)構(gòu)的總效力，取= 0.800.90; 升起機(jī)構(gòu)的鋼絲繩分支數(shù);根據(jù)轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的工作情況分析，確定鋼絲繩的額定起重重量及吊具重力之和Q =24794N; 起升機(jī)構(gòu)的總效力=0.85; 升起機(jī)構(gòu)的鋼絲繩分支數(shù)=3Fj = 4612NF FjF F 4612N4.1.3鋼絲繩的參數(shù)計(jì)算為了安全，鋼絲繩的許用拉應(yīng)力應(yīng)有一定的存儲能力，儲備能力的大小用安全系數(shù)表示，F(xiàn) 式中：F 鋼絲繩的許用拉力，N; FP 鋼絲繩的破斷力，N; n 鋼絲繩的安全系數(shù)。表4-1 鋼絲繩安全系數(shù)表鋼絲繩支撐動臂張緊繩纜風(fēng)繩張

20、緊繩吊裝及張緊繩雙繩抓斗起升、開閉繩單繩馬達(dá)抓斗起升繩手扳葫蘆牽引繩手動絞車牽引繩安全系數(shù)n43.56654.54根據(jù)上述計(jì)算和鋼絲繩安全系數(shù)表確定：F最小為4612N，安全系數(shù)n為6則F Fj 4612FP 27672N 鋼絲繩做拉力試驗(yàn)被拉斷的拉力稱為鋼絲繩的破斷力FP 鋼絲繩的破斷力計(jì)算公式為： FP = FO式中：FP 鋼絲繩的破斷力，N;FO 鋼絲繩的鋼絲破斷拉力總和，N?？梢詮牟煌愋鸵?guī)格的鋼絲繩的性能表中查得，常近似計(jì)算，F(xiàn)O = 500d2（d為鋼絲繩直徑）。 折減系數(shù)，619繩，=0.85，637繩，=0.82，661繩，=0.80根據(jù)高桿照明裝置的實(shí)際運(yùn)用情況，選用637繩

21、，=0.82。FP 27672NFP = FOFO 276720.82500d2 27672d 8.215N參照不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩技術(shù)參數(shù)表如4-2：表4-2 鋼絲繩技術(shù)參數(shù)鋼絲繩公稱直徑鋼絲繩近似重量鋼絲繩公稱抗拉強(qiáng)度，Mpa14701570167017701870D允許偏差鋼絲繩最小破斷拉力mmkg/100mKN614.0017.3018.519.720.922.00719.1023.625.226.828.430.00825.0030.8032.9035.0037.1039.00931.6039.0041.7044.3047.0049.001039.0048.2051.4054.7058.00

22、61.301147.2058.3062.3066.2070.2074.201256.2069.4074.1078.8083.6088.301365.9081.4087.0092.5098.10103.001476.4094.50100.00107.00113.00120.001699.80123.00131.00140.00148.00157.0018+6126.00156.00166.00177.00188.00198.0020156.00192.00205.00219.00232.00245.0022189.00233.00249.00265.00280.00296.0024225.002

23、77.00296.00315.00334.00353.0026364.00325.00348.00370.00392.00414.0028306.00378.00403.00429.00455.00480.0030351.00433.00463.00492.00522.00552.0032399.00493.00572.00560.00594.00628.0034451.00557.00595.00633.00671.00709.0036505.00624.00667.00709.00752.00794.0038563.00696.00743.00790.00838.00885.0040624

24、.00771.00823.00876.00928.00981.0042688.00850.00908.00966.001020.001080.0044755.00933.00996.001060.001120.001180.00根據(jù)d 8.215N，結(jié)合上表 ，選定鋼絲繩為，公稱抗拉強(qiáng)度1570N/mm2,號光面鋼絲制成的直徑9mm,右向互捻，不松散瓦林吞型鋼絲繩。標(biāo)記為：6379157光右交GB1102。鋼絲繩穿入卷筒上穿線空后，必須擰緊緊定螺釘，將鋼絲繩壓緊，當(dāng)燈盤下降到最底位置時，卷筒上鋼絲繩應(yīng)有不少于3圈的安全圈。4.2扭簧的選用安裝在套筒上下的兩根扭簧，主要作用是，實(shí)現(xiàn)套筒的自動復(fù)位

25、，以及使套筒受力偶距作用，保證其運(yùn)動平衡。根據(jù)導(dǎo)桿與套筒相對旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，并結(jié)合機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-16 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)形式（GB/T1239.61992）,選用N型，端部結(jié)構(gòu)形式為外臂長扭式。受力分析如圖4-1： 圖4-1 受力分析圖F1、F2 彈簧受力（N）R1、R2 力臂（mm）根據(jù)高桿照明裝置的升降系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，結(jié)合機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表125確定高桿照明升降系統(tǒng)的彈簧所受載荷為類載荷，即受靜載荷或變載荷在1103次以下，根據(jù)表1218圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧許用彎曲應(yīng)力，確定材料為60Si2MnA, =925Mpa。4.2.1扭簧材料直徑的確定計(jì)算扭簧的扭矩，按設(shè)計(jì)的要求，力

26、臂距離為44.25mm，每個懸掛卸載支架受力相等，為三分之一的燈盤架及相關(guān)附件重量，導(dǎo)軌的頂端為35的圓弧角，扭簧的端部受力為：F1 = 3920cos35N = 1070N扭簧所受扭矩為：M = F1R1 = F2R2 = 44.251070 = Nmm曲度系數(shù)K: K = 旋繞比C = ,常取C = 412,這里取中間值C = 8K = = 1.102確定材料直徑d: d 8.311根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-1 圓柱螺旋彈簧尺寸系列表（GB/T13581993）,選用d = 10mm4.2.2扭簧參數(shù)的計(jì)算彈簧中徑 ： D = Cd =810 =80mm彈簧扭轉(zhuǎn)變形角： = Dn(R1+

27、R2)根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，將彈簧預(yù)設(shè)為6圈，式中E材料彈性模量（Mpa）M扭矩（Nmm） = 806(65.0544.25) = 4276= 676 試驗(yàn)扭矩： MS = s = 925 = 90811.66Nmm試驗(yàn)扭矩下變形角： s = = = 2527扭轉(zhuǎn)剛度： M= = = 1108.55Nmm/()彈簧內(nèi)徑： D1 = D-d = 80-10 = 70mm彈簧外徑： D2 = Dd = 8010 = 90mm彈簧受扭后直徑減少值： D = = = 0.94mm節(jié)距： t = d+ = 10+2.5 = 12.5mm自由高度： H0 = (nt + d)扭臂在彈簧軸線的長度 = ( 612

28、.510)5 = 90mm螺旋角： = arctan = arctan = 250表4-3 彈簧參數(shù)表：名稱代號單位數(shù)值彈簧材料直徑dmm10彈簧自由高度H0mm90彈簧中徑Dmm80彈簧內(nèi)徑D1mm70彈簧外徑D2mm90節(jié)距tmm12.5有效圈數(shù)n6螺旋角250彈簧受扭后直徑減少值Dmm0.944.3軸承的選擇4.3.1 軸承的分類和用途表4-4 軸承分類：4.3.2軸承的選用4.3.2.1軸承的性能要求針對轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置升降系統(tǒng)對滾動軸承的工作性能的要求，所采用的滾動軸承應(yīng)滿足三個基本性能參數(shù)的要求：1 滿足一定疲勞壽命要求的基本額定動載荷C2 滿足一定靜強(qiáng)度要求的基本額定靜載荷C0

29、3 滾動軸承的轉(zhuǎn)速不大于軸承磨損的極限轉(zhuǎn)速N0.一般工作條件下的滾動軸承往往因疲勞點(diǎn)蝕而失效，因此滾動軸承的尺寸主要取決于疲勞壽命。由于在軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算過程中要用到X、Y、C0r、e等參數(shù)，而這些參數(shù)都要在軸承的型號確定后才能查到。因此，可以參考軸頸直徑的大致范圍，然后預(yù)選幾種型號的軸承，再進(jìn)行校核，確定具體的軸承型號。參照設(shè)計(jì)的軸頸d=85mm,預(yù)選三種型號的軸承，并有手冊查得有關(guān)參數(shù)如表4-5。表4-5 軸承相關(guān)參數(shù)表軸承型號判斷系數(shù)e徑向系數(shù)X軸向系數(shù)Y額定動載荷Cr/N額定靜載荷C0r/N332170.421111.41.81.4282415329170.3396.8165320170

30、.44140220以32917軸承為例進(jìn)行計(jì)算分析。經(jīng)分析，軸承1的徑向力 Fr1 = 3920cos35N= 1070N軸承的軸向外力 FA = 3920sin35N = 749.5N軸承2的徑向力 Fr2 = （749.585）226.5 = 140.6N內(nèi)部軸向力計(jì)算 FS1 = = = 297.22N FS2 = = = 39.15N由于FS1 FA = 749.5 297.22 = 1046.72FS2 = 39.15N故軸承2被壓緊，軸承1被放松，故： Fa1 = FS1 = 297.22N Fa2 = FA FS1 =749.5 297.22 = 452.28N4.3.2.2軸承

31、的當(dāng)量動載荷的計(jì)算當(dāng)量動載荷的計(jì)算公式為： P = fp( XFr + YFa )式中：P 當(dāng)量動載荷，NFr 徑向載荷，NFa 軸向載荷，Nfp 沖擊載荷系數(shù)X 徑向系數(shù)Y 軸向系數(shù)表4-6 沖擊載荷系數(shù)fp載荷性質(zhì)舉例fp無沖擊或輕微沖擊電動機(jī)、通風(fēng)機(jī)等1.01.2中等沖擊傳動裝置、減速器1.21.8強(qiáng)烈沖擊破碎機(jī)、石油鉆井1.83.0根據(jù)上述表中參數(shù)，確定： = = 0.278 e則 fp = 1.0X = 1Y = 1.8分析高桿照明裝置的滾動軸承的受力情況，此軸承僅受徑向力FrP = fp( XFr + YFa )P =1（110701.8297.22） =1605N4.3.3軸承的

32、基本額定載荷的計(jì)算滾動軸承基本額定壽命的公式為：L10 = （）式中：L10 失效率10（可靠度90）的基本額定壽命（106r）C 基本額定動載荷（N）P 當(dāng)量動載荷（N） 壽命指數(shù)，對球軸承= 3，滾子軸承= 轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置的升降系統(tǒng)中的軸承工作轉(zhuǎn)速為n(r/min)，以小時為單位，而L=60n Lh則上述的滾動軸承基本額定壽命的公式可轉(zhuǎn)化為：Lh = （） = （）根據(jù)高桿照明裝置的工作的特點(diǎn)，可以知道軸承承載的工作載荷，并預(yù)期它的基本額定壽命L/為了達(dá)到這一要求，軸承所要求的工作基本額定載荷C/為C/ = 所選擇的C值應(yīng)滿足: C C/式中 n 軸承轉(zhuǎn)速（r/min）L/h 軸承預(yù)期

33、的基本額定壽命（h）ft溫度系數(shù)只要所選軸承的基本額定動載荷C大于等于上述公式所計(jì)算出的工作基本額定動載荷C/，即C C/，則該軸承就能保證所預(yù)期的基本額定壽命L/h，由于在規(guī)定額定動載荷C時是對應(yīng)于特定的理想載荷條件，但軸承實(shí)際所受工資載荷有時是同時承受徑向和軸向的復(fù)合載荷，這就需要將實(shí)際的復(fù)合載荷換算成理想的假想載荷。表4-7 軸承預(yù)期壽命L/h的推薦值：使用條件預(yù)期壽命/h不經(jīng)常使用的儀器、設(shè)備5003000短期或間歇使用的機(jī)械，如手動機(jī)械40008000傳動裝置、輸送機(jī)800014000電動機(jī)、起重機(jī)等一般機(jī)械1000025000離心機(jī)、印刷機(jī)械、機(jī)床2000030000水泵、紡織機(jī)械

34、、空氣壓縮機(jī)5000060000電站主要設(shè)備、礦用泵表4-8 溫度系數(shù)ft軸承工作溫度()120125150175200225250300350溫度系數(shù)ft1.000.950.900.850.800.750.700.600.50結(jié)合設(shè)計(jì)情況，并根據(jù)上述表中參數(shù)可確定如下參數(shù)：L/h = 12000hn = 150r/minP = 1605N= ft= 1計(jì)算出C/ 值，進(jìn)而確定C的取值范圍。 C/ = 1605 = 6548.06N4.3.4軸承的相關(guān)參數(shù)計(jì)算基本尺寸安裝尺寸基本額定載荷極限轉(zhuǎn)速軸承代號dDBrmindaminDamaxramaxCrCor脂潤滑油潤滑30000型mmmmKNr

35、/min85120231.5921111.596.81653400380032917根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表8-23，查得32917型軸承的基本額定載荷C = 96.8KN,滿足C C/的條件。32917型軸承的基本尺寸如表4-9：對于轉(zhuǎn)速較低，或有短時沖擊、過載等條件下工作的軸承，其主要失效形式是靜應(yīng)力引起的表面塑性變形，應(yīng)按靜強(qiáng)度作校核計(jì)算。C0S0P0式中C0軸承的額定靜載荷NS0安全因數(shù)P0當(dāng)量靜載荷N表4-10 靜強(qiáng)度安全因數(shù)S0條件載荷條件S0使用條件S0連續(xù)旋轉(zhuǎn)普通載荷1.02.0高精度旋轉(zhuǎn)1.52.5沖擊載荷2.03.0有振動沖擊1.22.5不旋轉(zhuǎn)及擺動普通載荷0.5普通旋轉(zhuǎn)精度

36、1.01.2沖擊不均勻載荷1.01.5允許有變形量0.31.0當(dāng)量靜載荷P0計(jì)算公式為：P0 = X0Fr+Y0Fa根據(jù)前面的分析計(jì)算相關(guān)參數(shù)如下：X0 = 1Y0 = 1.76Fr = 1070NFa = 297.22N P0 = 1070+1.76297.22 = 1593.1N參照靜強(qiáng)度安全因數(shù)表，確定 S0 = 1.5 S0P0 = 1.51593.1=2389.65N32917型軸承的額度靜載荷為C0 =N，滿足C0S0P0的要求，所以32917型軸承能夠滿足此高桿照明裝置的工作要求。第5章 防墜裝置的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)軸式高桿照明系統(tǒng)防墜裝置是用三組間隔120的防墜構(gòu)件組成，每一組防墜構(gòu)件均有

37、導(dǎo)向輪、導(dǎo)向連桿、導(dǎo)向臂、位置指示旗、棘爪和齒條組成。三組防墜構(gòu)件三組防墜構(gòu)件相互聯(lián)動，即一組防墜構(gòu)件的運(yùn)動，在連桿的作用下，其它的的構(gòu)件會同步運(yùn)動。要保證三組防墜構(gòu)件運(yùn)動的同步性，三組防墜構(gòu)件必須安裝在同一半徑、同一平面的周圓上，這對整個機(jī)構(gòu)的安裝精度要求較高。在實(shí)際制造中，可以將連桿做成可調(diào)式的，在第一次安裝時將三組防墜構(gòu)件的位置調(diào)整到位，將連桿的鎖死，這樣就可以確保三組防墜構(gòu)件在同一半徑同一平面。防墜裝置的結(jié)構(gòu)圖如圖5-1： 1 銷；2 拉伸彈簧；3 槽鋼圈；4 導(dǎo)向滾輪；5 桿體；6 虹臂保護(hù)器7 鉸鏈 圖5-1 防墜裝置的結(jié)構(gòu)圖在整個防墜裝置的運(yùn)動過程中，壓縮彈簧的變形量、剛度對防墜

38、構(gòu)件的運(yùn)動是否準(zhǔn)確起關(guān)鍵作用。因此，壓縮彈簧的選擇是整個防墜裝置的設(shè)計(jì)重要部分。5.1 拉伸彈簧的設(shè)計(jì)分析5.1.1拉伸彈簧的材料選定根據(jù)高桿照明裝置的升降系統(tǒng)的實(shí)際使用情況，結(jié)合機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-5彈簧許用切應(yīng)力,確定高桿照明升降系統(tǒng)的彈簧所受載荷為類載荷，即受靜載荷或變載荷在1103次以下，選用60Si2MnA, =740Mpa.材料切變模量G=7.8104Mpa.5.1.2受力分析由于三組防墜構(gòu)件運(yùn)動的同步性，且安裝在同一半徑、同一平面的周圓上，則三根彈簧受力均勻。以整個系統(tǒng)為研究對象進(jìn)行受力分析，建立受力平衡方程。依據(jù)GBJ135-90的規(guī)定，高桿照明裝置的桿體的錐度比為0.1-

39、0.16，這里選用錐度比k=0.15，則可計(jì)算出錐度角=831。受力平衡方程如下：FX =0 FncosFSsin=0 Fy =0 FnsinFScosG1=0式中 Fn桿體所受正壓力（N）FS 桿體的摩擦力（N）G1 整個防墜裝置需承受的總重力（N）因?yàn)槿M防墜構(gòu)件運(yùn)動的同步性，而且安裝在同一半徑、同一平面的周圓上，所以每一組防墜構(gòu)件受力均勻，為 G1 ，根據(jù)前面的分析G1是11760N。解得：Fn =3881N FS =574.4N則每根彈簧的工作載荷為F= Fn =574.4N防墜構(gòu)件的零件圖如圖5-2圖5-2 防墜構(gòu)件的零件圖5.1.3拉伸彈簧相關(guān)參數(shù)的計(jì)算=KF=F式中 彈簧材料切應(yīng)

40、力（Mpa） F 工作載荷（N）D 彈簧中徑(mm)d 彈簧材料直徑K 曲度系數(shù)C 旋繞比彈簧材料切應(yīng)力應(yīng)該小于或等于其材料的許用切應(yīng)力：C旋繞比C= =4-12,取C=10K = = 0.948574.4740解得d4.446mm參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-1圓柱螺旋彈簧尺寸系列，并結(jié)合高桿照明裝置的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選取d=5mm參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊計(jì)算彈簧的其它參數(shù)如下：彈簧中徑 D D = Cd = 50mm彈簧內(nèi)徑D1 D1 = D-d = 45mm彈簧外徑D2 D2 = Dd = 55mm 彈簧節(jié)距t t = (0.280.5)D 取中間值即t = 0.39D，則 t =0.39D =19

41、.5mm 彈簧受力后中徑增大值D D = (0.05)D = 0.3552mm彈簧有效圈數(shù)n n = = =51.42參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊確定n = 55彈簧端部的結(jié)構(gòu)形式，參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-2采用RYI型，且兩端磨平，則n2 n2 = 1.52.5 取n2 = 2根據(jù)機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊表12-2 彈簧基本計(jì)算公式確定彈簧的自由 H0 = nt1.5d = 804.6參照機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊確定彈簧自由長度H0 H0 = 800總?cè)?shù)n1 n1 = nn2 = 57間距 = td =14.5螺旋角 = acrtan= 74彈簧材料展開長度L L = = Dn1 = 8953.5mm表5-1

42、彈簧參數(shù)列表：名稱代號單位數(shù)值彈簧材料直徑dmm5彈簧自由高度H0mm800彈簧中徑Dmm50彈簧內(nèi)徑D1mm45彈簧外徑D2mm55彈簧中徑增大值Dmm0.3552節(jié)距tmm19.5有效圈數(shù)n55總?cè)?shù)n157間距mm11.3螺旋角74彈簧材料展開長度Lmm8953.5在正常工作情況下，是通過與卷揚(yáng)機(jī)配套的蝸輪蝸桿自鎖機(jī)構(gòu)，進(jìn)行自鎖動作。利用蝸輪帶動蝸桿旋轉(zhuǎn)，而蝸桿不能帶動蝸輪旋轉(zhuǎn)的自鎖特性。卷揚(yáng)機(jī)能夠拉動鋼絲繩，而鋼絲繩不能拉到卷揚(yáng)機(jī)進(jìn)行反轉(zhuǎn)，這樣可以保證燈盤在鋼絲繩的拉動下，停留在任意位置，而使燈盤不會自動下滑。這種利用蝸輪旋轉(zhuǎn)的自鎖特性進(jìn)行自鎖的防墜裝置只有在鋼絲繩不發(fā)生斷裂的情況下起

43、作用，一旦鋼絲繩發(fā)生斷裂，這種防墜保護(hù)裝置就會失效。這種防墜保護(hù)裝置在目前的高桿照明裝置均有使用，但是對于鋼絲繩斷裂的情況的保護(hù)裝置還不完善。轉(zhuǎn)軸式高桿照明裝置采用棘輪與圓周齒輪嚙合的結(jié)構(gòu)，三維效果圖如下，能夠在鋼絲繩斷裂的情況下進(jìn)行防墜保護(hù)。三組間隔120的防墜構(gòu)件組成防墜裝置，安裝在同一半徑、同一平面的周圓上運(yùn)動的同步。假設(shè)三組防墜構(gòu)件運(yùn)動到某一位置，則確定以圓周，圓周的直徑就確定，而燈桿是錐度桿，直徑有頂部到底部直徑不斷變大，防墜構(gòu)件的位置固定了，在棘輪與圓周齒條嚙合作用下，可以將燈盤固定在這一位置。黃色圓周齒輪同防墜機(jī)構(gòu)焊接為一體，綠色的棘輪同燈盤架焊接為一體。當(dāng)鋼絲繩突然斷裂，綠色的

44、棘輪會在自重和彈簧的作用下迅速與黃色圓周齒輪嚙合，而停止下降，實(shí)現(xiàn)防墜落。防墜裝置嚙合效果圖，圖5-3： 圖5-3 防墜裝置嚙合效果圖5.2套筒內(nèi)部螺旋軌跡的設(shè)計(jì)分析在鋼絲繩的拉動下，導(dǎo)桿只能沿桿體的軸線方向運(yùn)動，在導(dǎo)桿的推動下，套筒利用軸承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，即套筒相對于導(dǎo)桿沿內(nèi)設(shè)螺旋軌跡進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。套筒的旋轉(zhuǎn)會為導(dǎo)桿的進(jìn)一步上升提供空間，導(dǎo)桿推動套筒旋轉(zhuǎn)一定的角度道合適位置后，導(dǎo)桿的恰好可以端放在套筒的端面上。螺旋軌跡的公稱長度為套筒工作長度的三分之一，旋向?yàn)橛倚?，軌跡旋轉(zhuǎn)周期為二分之一圓周，材料用Q235A。螺旋軌跡僅僅是為導(dǎo)桿與套筒的相對運(yùn)動提供接觸的載體，套筒內(nèi)部的空間主要是預(yù)留給導(dǎo)桿，一便于其上下運(yùn)動。螺旋軌跡的內(nèi)外側(cè)均為工作表面，所以在加工時，內(nèi)外表面都需要進(jìn)行淬火熱處理，提高剛度，同時也需進(jìn)行表面粗糙度處理，減小導(dǎo)桿與導(dǎo)軌接觸時摩擦力。整體結(jié)構(gòu)的效果圖如5-4 圖5-4 整體結(jié)構(gòu)的效果圖結(jié) 論通過上述詳細(xì)分析，可以得出以下結(jié)論：1） 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)采用內(nèi)置導(dǎo)軌槽的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，能夠保證燈盤架及燈