高桿照明裝置升降系統(tǒng)的總設(shè)計

畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 1 頁 裝 訂 線 畢 業(yè) 設(shè) 計 說 明 書 課題名稱 系統(tǒng)的研究 系 /專 業(yè) 機械工程 班 級 學(xué) 號 學(xué)生姓名 指 導(dǎo) 教 師 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 2 頁 裝 訂 線 摘 要 高桿照明裝置因其集中照明的優(yōu)點，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。 本課題在設(shè) 計的過程當中，深入生產(chǎn)實際，進行調(diào)查研究，吸取國內(nèi)外先進技術(shù)，制定出合理的設(shè)計方案， 再 進行具體設(shè)計。 關(guān) 鍵 字： 轉(zhuǎn)軸式 掛鉤卸載機構(gòu) 防墜設(shè)計 運動分析 ABSTRACT Because of its concentration 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 rests 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 uninstall institutions Prevent fall design Motion analysis 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 3 頁 裝 訂 線 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 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 8 4.1 鋼絲繩的選用 10 4.1.1 鋼絲繩的特點 10 4.1.2 鋼絲繩的許用拉力計算 10 4.1.3 鋼絲繩 相關(guān)參數(shù)的計算 11 4.2 扭簧的選用 13 4.2.1 扭簧材料直徑的確定 14 4.2.2 扭簧的參數(shù)計算 15 4.3 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 軸承的當量載荷計算 20 4.3.3 軸承的基本額定載荷計算 20 4.3.4 軸承的相關(guān)參數(shù)計算 21 第 5 章 防墜裝置的設(shè)計 23 5.1 拉伸彈簧 的設(shè)計分析 23 5.1.1拉伸彈簧 的材料選定 23 5.1.2 受力分析 24 5.1.3 拉伸彈簧 的參數(shù)計算 24 5.2 套筒的內(nèi)部螺旋軌跡設(shè)計分析 28 6.結(jié)論 33 7.謝辭 34 8.參考文獻 35 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 4 頁 裝 訂 線 第 1 章 緒論 隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市化進程的加快，高桿照明裝置運用越來越廣泛。 根據(jù)建設(shè)部行業(yè)標準高桿照明設(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，被廣泛應(yīng)用于立交橋、廣場、 碼頭、機場、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、皮帶和齒輪減速機構(gòu)、卷揚機等裝置來實現(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)生由于卷揚機主軸折斷，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)該有足夠的強度和自鎖力，在卷揚機或鋼絲繩等發(fā)生故障時，能夠進行自鎖動作，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，進行了改善，采用“轉(zhuǎn)軸式”升降系統(tǒng)，在燈盤上升時可以準確的定位，在燈盤下降時，其掛鉤卸載機構(gòu)可以順利的將燈盤下降，在緊急情況時，防墜落機構(gòu)可以實施“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一步推廣，有利于推動城市亮化的進程。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 5 頁 裝 訂 線 第 2 章 高桿照明裝置升降系統(tǒng)的總設(shè)計 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行燈盤的脫鉤動作，托架在運動時的行程位置不精確，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， 因為燈盤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)運軸在桿的頂部，不便保養(yǎng) ， 易積塵結(jié)垢，會造成轉(zhuǎn)運軸卡死，無法 維修。 操作人員需在燈盤的正下方進行托架的縮放， 若燈盤突然墜落，沒有有效的防墜落保護裝置， 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，燈架的運動軌跡精度要求高，只有燈盤基架運動到翻轉(zhuǎn)機構(gòu)的特定點才能引起 燈盤的動作，燈盤才可以進行升降運動 ，若燈盤的運動軌跡超出翻鉤的位置，將無法進行定位 。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，進行初次的定位設(shè)置，存在嚴重的安全隱患。 第 三種是平板凸輪式， 平板凸輪式升降系統(tǒng)運用凸輪機構(gòu)進行燈盤的 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。 但是平板凸輪升降系統(tǒng)沒有良好的防墜落保護裝置，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)。 基于 上述的高桿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，防墜落保護裝置，能夠有效的防止燈盤的突然墜落，提高了高干照明升降系統(tǒng)的安全系數(shù)。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 6 頁 裝 訂 線 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機構(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 防墜機構(gòu) ； 8 套筒 ； 9 導(dǎo)向輪； 10桿體； 11分繩器； 12卷揚機 13 電動機 圖 2-1 轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng)機構(gòu)簡圖 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 7 頁 裝 訂 線 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。“轉(zhuǎn)軸式” 懸掛系統(tǒng)的掛鉤卸載機構(gòu)，配有防墜落保護裝置，當燈盤突然墜下時，“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。 “ 轉(zhuǎn)軸式 ” 掛鉤卸載 機構(gòu) 的基本設(shè)計方案：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，實現(xiàn)導(dǎo)向，保證燈盤的順利升降。在本設(shè)計中，導(dǎo)向滾輪采用高分子材料制造，可以有效的避免在沿燈桿外壁滾動的過程中破壞燈桿表面的鍍鋅保護層。 燈盤在運行期間有定心支撐裝置、防墜落機構(gòu)， 掛鉤座安裝在燈桿頂部，座體內(nèi)部可以進行行程限位。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行相對運動，使燈盤懸掛在燈盤架上，鋼絲繩處于卸荷狀態(tài)，有效的保護鋼絲繩。 當燈盤發(fā)生意外墜落時，防墜落機構(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，使掛鉤銷軸實現(xiàn)軸向運動；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）使掛鉤銷軸實現(xiàn)螺旋運動。即“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載機構(gòu)的一次動作可同時實現(xiàn)掛鉤銷軸的軸向運動和螺旋運動。從而證明“轉(zhuǎn)軸式”掛鉤卸載 機構(gòu)的實現(xiàn)對升降式高桿照明裝置的懸掛 系統(tǒng)的改進是可行的。 進行總體的受力分析，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。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 8 頁 裝 訂 線 第 4 章 懸掛 卸載機構(gòu) 的 設(shè)計 根據(jù)實際的運用情況，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）， 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 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)而實現(xiàn) 懸掛與卸載的準確定位。轉(zhuǎn)軸式升降系統(tǒng) 是利用導(dǎo)桿和套筒 的相對運動 組成一對旋轉(zhuǎn)機構(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)動來實現(xiàn)，燈盤始終保持上下運動 ，燈盤不進行旋轉(zhuǎn)運動 。燈盤及其燈具總重約 1150kg，若它在 燈桿頂部（ 30m的高空）進行旋轉(zhuǎn)運動，會產(chǎn)生很大的離心力，不安全，無法進行準確的定位。 在上升過程中， 卷揚機拉動鋼絲繩，鋼絲繩拉動導(dǎo)桿，導(dǎo)桿推動燈盤的上升。當導(dǎo)桿上升到懸掛卸載支架結(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 用下進行旋轉(zhuǎn)運動。完成了導(dǎo)桿進入懸掛卸載支架結(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行旋轉(zhuǎn)動作。通過指示牌可以知道導(dǎo)桿的運動情況，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)，因為兩根扭簧的扭轉(zhuǎn)剛度相同，所以套筒受力均勻。 在下降過程中，卷 揚機拉動鋼絲繩，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)。當導(dǎo)桿運行到軌跡的盡頭時，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 運動 下降，移開套筒，實現(xiàn)燈盤的下降。在此過程中，套筒在導(dǎo)軌的反作用下，進行了旋轉(zhuǎn)，扭簧在套筒的作用下，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)，指示牌同步旋轉(zhuǎn)，準確反映導(dǎo)桿與套筒運動情況。 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 夠進行上下運動，而不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動。在導(dǎo)桿的端部加工外螺紋，高強度的壓縮彈簧套裝在導(dǎo)桿外側(cè)，并用螺母旋緊，固定高強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，每個支架有獨立的套筒、導(dǎo)桿、指示旗 組成 ， 受力均勻。 利用分繩器，實現(xiàn)三組鋼絲繩的同步運動，從而，實現(xiàn)導(dǎo)桿 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 9 頁 裝 訂 線 的運動平穩(wěn)，確保燈盤的升降平穩(wěn)。 在整個懸掛卸載的運動過程中，鋼絲繩是動力的輸送構(gòu)件，導(dǎo)桿能 否運動，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 鋼絲繩是一種具有強度高、彈性好、自重輕、撓性強等特點的重要構(gòu)件。鋼絲繩由于其撓度強、承載能力大、傳動平穩(wěn)無噪聲、工作可靠等優(yōu)點，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，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度與韌性，通常采用含碳量為 0.5 0.8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 GB699 88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，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 Fj F Fj Fj Q 式中： F 鋼絲繩的許用拉力， 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； 起升機構(gòu)的總效力 ，取 = 0.80 0.90； 升起機構(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； 起升機構(gòu)的總效力 =0.85； 升起機構(gòu)的鋼絲繩分支數(shù) =3 Fj Q 1176000.85 3 = 4612N F Fj 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 10 頁 裝 訂 線 F Q F 4612N 4.1.3 鋼絲繩的 參數(shù) 計算 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 Fpn 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 張緊繩 吊裝及 張緊繩 雙繩抓斗起升、開閉繩 單繩馬達抓斗起升繩 手扳葫蘆牽引繩 手動絞車牽引繩 安全系數(shù) n 4 3.5 6 6 5 4.5 4 根據(jù)上述計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 Fpn 4612 FP 27672N 鋼絲繩做拉力試驗被拉斷的拉力稱為鋼絲繩的破斷力 FP 鋼絲繩的破斷力計算公式為： 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，常近似計算， FO = 500d2（ d為鋼絲繩直徑）。 折減系數(shù)， 6 19繩， =0.85， 6 37繩， =0.82， 6 61繩， =0.80根據(jù)高桿照明裝置的實際運用情況，選用 6 37繩， =0.82。 FP 27672N FP = FO FO 27672 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 11 頁 裝 訂 線 0.82 500d2 27672 d 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 鋼絲繩公稱抗拉強度， Mpa 1470 1570 1670 1770 1870 D允許偏差 鋼絲繩最小破斷拉力 mm kg/100m KN 6 14.00 17.30 18.5 19.7 20.9 22.00 7 19.10 23.6 25.2 26.8 28.4 30.00 8 25.00 30.80 32.90 35.00 37.10 39.00 9 31.60 39.00 41.70 44.30 47.00 49.00 10 39.00 48.20 51.40 54.70 58.00 61.30 11 47.20 58.30 62.30 66.20 70.20 74.20 12 56.20 69.40 74.10 78.80 83.60 88.30 13 65.90 81.40 87.00 92.50 98.10 103.00 14 76.40 94.50 100.00 107.00 113.00 120.00 16 99.80 123.00 131.00 140.00 148.00 157.00 18 +6 126.00 156.00 166.00 177.00 188.00 198.00 20 156.00 192.00 205.00 219.00 232.00 245.00 22 189.00 233.00 249.00 265.00 280.00 296.00 24 225.00 277.00 296.00 315.00 334.00 353.00 26 364.00 325.00 348.00 370.00 392.00 414.00 28 306.00 378.00 403.00 429.00 455.00 480.00 30 351.00 433.00 463.00 492.00 522.00 552.00 32 399.00 493.00 572.00 560.00 594.00 628.00 34 451.00 557.00 595.00 633.00 671.00 709.00 36 505.00 624.00 667.00 709.00 752.00 794.00 38 563.00 696.00 743.00 790.00 838.00 885.00 40 624.00 771.00 823.00 876.00 928.00 981.00 42 688.00 850.00 908.00 966.00 1020.00 1080.00 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 12 頁 裝 訂 線 44 755.00 933.00 996.00 1060.00 1120.00 1180.00 根據(jù) d 8.215N，結(jié)合上表 ，選定鋼絲繩為，公稱抗拉強度 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。 標記為： 6 37 9 157 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，實現(xiàn)套筒的自動復(fù)位，以及使套筒受力偶距作用，保證其運動平衡。根據(jù)導(dǎo)桿與套筒相對旋轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)特點，并結(jié)合機械零件設(shè)計手冊表 12-16 圓柱螺旋扭轉(zhuǎn)彈簧的結(jié)構(gòu)形式（ GB/T1239.6 1992） ,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)的實際使用情況，結(jié)合機械零件設(shè)計手冊表 12 5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 1 103次以下， 根據(jù)表 12 18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 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 13 頁 裝 訂 線 計算扭簧的扭矩 ，按設(shè)計的要求，力臂距離為 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 = 13 3920 cos35 N = 1070N 扭簧所受扭矩為： M = F1R1 = F2R2 = 44.25 1070 = 473478N mm 曲度系數(shù) K: K = 4C2 C 14C(C 1) 旋繞比 C = Dd ,常取 C = 4 12,這里取中間值 C = 8 K = 4 82 8 14 8(8 1) = 1.102 確定材料直徑 d: d 3 10.2KM 3 10.2 1.102 47348 925 8.311 根據(jù)機械零件設(shè)計手冊表 12-1 圓柱螺旋彈簧尺寸系列表（ GB/T1358 1993） ,選用 d = 10mm 4.2.2 扭簧參數(shù)的計算 彈簧中徑 ： D = Cd =8 10 =80mm 彈簧扭轉(zhuǎn)變形角： = 3670M Ed4 Dn 13 (R1+R2) 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 14 頁 裝 訂 線 根據(jù)設(shè)計的要求，將彈簧預(yù)設(shè)為 6圈，式中 E 材料 彈性模量（ Mpa） M 扭矩（ N mm） = 3670 473478 2 105 104 80 6 13 (65.05 44.25) = 427 6 = 67 6 試驗扭矩： MS = d332 s = 10332 925 = 90811.66N mm 試驗扭矩下變形角： s = 3670MsDn Ed4 = 3670 90811.66 80 6 2 105 104 = 25 27 扭轉(zhuǎn)剛度： M = Ed43670 Dn 6 13 (R1 R2) = 2 105 1043670 80 6 13 (65.05 44.25) = 1108.55N mm/( ) 彈簧內(nèi)徑： D1 = D-d = 80-10 = 70mm 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 15 頁 裝 訂 線 彈簧外徑： D2 = D d = 80 10 = 90mm 彈簧受扭后直徑減少值： D = Ds360n = 80 25 27360 6 = 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 = ( 6 12.5 10) 5 = 90mm 螺旋角： = arctan t D = arctan 12.5 80 = 2 50 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 16 頁 裝 訂 線 表 4-3 彈簧參數(shù)表： 名稱 代號 單位 數(shù)值 彈簧材料直徑 d mm 10 彈簧自由高 度 H0 mm 90 彈簧中徑 D mm 80 彈簧內(nèi)徑 D1 mm 70 彈簧外徑 D2 mm 90 節(jié)距 t mm 12.5 有效圈數(shù) n 6 螺旋角 2 50 彈簧 受扭后直徑減少值 D mm 0.94 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 17 頁 裝 訂 線 4.3 軸承的選擇 4.3.1 軸承的分類和用途 表 4-4 軸承分類 ： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 18 頁 裝 訂 線 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 C 2 滿足一定靜強度要求的基本額定靜載荷 C0 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)計計算過程中要用到 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，再進行校核，確定具體的軸承型號。參照設(shè)計的 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/N 33217 0.42 1 1 1 1.4 1.8 1.4 282 415 32917 0.33 96.8 165 32017 0.44 140 220 以 32917軸承為例進行計算分析。 經(jīng)分析，軸承 1的徑向力 Fr1 = 13 3920 cos35 N = 1070N 軸承的軸向外力 FA = 13 3920 sin35 N = 749.5N 軸承 2的徑向力 Fr2 = （ 749.5 12 85） 226.5 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 19 頁 裝 訂 線 = 140.6N 內(nèi)部軸向力計算 FS1 = Fr12Y = 10702 1.8 = 297.22N FS2 = Fr22Y = 140.62 1.8 = 39.15N 由于 FS1 FA = 749.5 297.22 = 1046.72 FS2 = 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 = 452.28N 4.3.2.2軸承的當量動載荷的計算 當量動載荷的計算公式為： P = fp( XFr + YFa ) 式中： P 當量動載荷， N Fr 徑向載荷， N Fa 軸向載荷， N fp 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、通風(fēng)機等 1.0 1.2 中等沖擊 傳動裝置、減速器 1.2 1.8 強烈沖擊 破碎機、石油鉆井 1.8 3.0 根據(jù)上述表中參數(shù)，確定： Fa1 Fr1 = 297.22 1070 = 0.278 e則 fp = 1.0 X = 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 20 頁 裝 訂 線 Y = 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 Fr P = fp( XFr + YFa ) P =1（ 1 1070 1.8 297.22） =1605N 4.3.3 軸承的基本額定 載荷 的計算 滾動軸承基本額定壽命的公式為： L10 = （ CP ） 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 當量動載荷（ N） 壽命指數(shù)，對球軸承 = 3，滾子軸承 = 103 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 = 10660n （CP ） = 1667n （CP ） 根據(jù)高桿照明裝置的工作的特點，可以知道軸承載的工作荷，并預(yù)期它的基本額定壽命 L/為了達到這一要求，軸承所要求的工作基本額定載荷 C/為 C/ = Pft 103 60n106 L/h 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，這就需要將實際的復(fù)合載荷換算成理想的假想載荷。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 21 頁 裝 訂 線 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 500 3000 短期或間歇使用的機械，如手動機械 4000 8000 傳動裝置、輸送機 8000 14000 電動機、起重機等一般機械 10000 25000 離心機、印刷機械、機床 20000 30000 水泵、紡織機械、空氣壓縮機 50000 60000 電站主要設(shè)備、礦用泵 100000 200000 表 4-8 溫度系數(shù) ft 軸承工作 溫度 ( ) 120 125 150 175 200 225 250 300 350 溫度系數(shù) ft 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.60 0.50 結(jié)合設(shè)計情況，并根據(jù)上述表中參數(shù)可確定如下參數(shù)： L/h = 12000h n = 150r/min P = 1605N = 103 ft= 1 計算出 C/ 值，進而確定 C的取值范圍。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 22 頁 裝 訂 線 C/ = 1605103 60 150106 12000 = 6548.06N 4.3.4 軸承的相關(guān)參數(shù) 計算 根據(jù)機械零件設(shè)計手冊表 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)按靜強度作校核計算。 C0 S0P0 式中 C0軸承的額定靜載荷 N S0安全因數(shù) P0當量靜載荷 N 表 4-10 靜強度安全因數(shù) S0 條件 載荷條件 S0 使用條件 S0 連續(xù)旋轉(zhuǎn) 普通載荷 1.0 2.0 高精度旋轉(zhuǎn) 1.5 2.5 沖擊載荷 2.0 3.0 有振動沖擊 1.2 2.5 不旋轉(zhuǎn)及擺動 普通載荷 0.5 普通旋轉(zhuǎn)精度 1.0 1.2 沖擊不均勻載荷 1.0 1.5 允許有變形量 0.3 1.0 基本尺寸 安裝尺寸 基本額定載荷 極限轉(zhuǎn)速 軸承代號 d D B r min da min Da max ra max Cr Cor 脂潤滑 油潤滑 30000型 mm mm KN r/min 85 120 23 1.5 92 111 1.5 96.8 165 3400 3800 32917 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 23 頁 裝 訂 線 當量靜載荷 P0計算公式為： P0 = X0Fr+Y0Fa 根據(jù)前面的分析計算相關(guān)參數(shù)如下： X0 = 1 Y0 = 1.76 Fr = 1070N Fa = 297.22N P0 = 1070+1.76 297.22 = 1593.1N 參照靜強度安全因數(shù)表，確定 S0 = 1.5 S0P0 = 1.5 1593.1=2389.65N 32917型軸承的額度靜載荷為 C0 =165000N，滿足 C0 S0P0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。 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 24 頁 裝 訂 線 第 5 章 防墜裝置的設(shè)計 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)件的運動，在連桿的作用下，其它的的構(gòu)件會同步運動 。 要保證三組防墜構(gòu)件運動的同步性，三組防墜構(gòu)件必須安裝在同一半徑 、同一平面的 周圓上，這對整個機構(gòu)的安裝精度要求較高。 在實際制造中，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 虹臂保護器 7 鉸鏈 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 25 頁 裝 訂 線 圖 5-1 防墜裝置的結(jié)構(gòu)圖 在整個防墜裝置的運動過程中，壓縮彈簧的變形量、剛度對防墜構(gòu)件的運動是否準確起關(guān)鍵作用。因此，壓縮彈簧的選擇是 整個防墜裝置的設(shè)計重要部分。 5.1 拉伸彈簧 的設(shè)計分析 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)的實際使用情況，結(jié)合機械零件設(shè)計手冊表 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=7.8 104Mpa. 5.1.2 受力分析 由于三組防墜構(gòu)件運動的同步性，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 0.1-0.16，這里選用錐度比 k=0.15，則可計算出錐度角 =8 31。受力平衡方程如下： FX =0 Fncos FSsin =0 Fy =0 Fnsin FScos 13 G1=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） 因為三組防墜構(gòu)件運動的同步性，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 13 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 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 26 頁 裝 訂 線 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)的計算 =K 8D d3 F= 8C d2 F 式中 彈簧材料切應(yīng)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： 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 27 頁 裝 訂 線 C 旋繞比 C= Dd =4-12,取 C=10 K = 4C-14C+4 0.615C = 0.948 8 10 d2 574.4 740 解得 d 4.446mm 參照 機械零件設(shè)計手冊表 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，選取 d=5mm 參照機械零件設(shè)計手冊 計算彈簧的其它參數(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 = D d = 55mm 彈簧 節(jié)距 t t = (0.28 0.5)D 取中間值即 t = 0.39D，則 t =0.39D =19.5mm 彈簧受力后中徑增大值 D D = (0.05t2 d2D2 )D = 0.3552mm 彈簧有效圈數(shù) n n = Gd4f8D3P = GD8C4k =51.42 參照機械零件設(shè)計手冊確定 n = 55 彈簧端部的結(jié)構(gòu)形式，參照機械零件設(shè)計手冊表 12-2采用 RYI型，且兩端磨平，則 n2 n2 = 1.5 2.5 取 n2 = 2 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 28 頁 裝 訂 線 根據(jù)機械零件設(shè)計手冊表 12-2 彈簧基本計算公式確定彈簧的 自由 H0 = nt 1.5d = 804.6 參 照機械零件設(shè)計手冊確定 彈簧自由長度 H0 H0 = 800 總?cè)?shù) n1 n1 = n n2 = 57 間距 = t d =14.5 螺旋角 = acrtan t D = 7 4 彈簧材料展開長度 L L = D n1cos = Dn1 = 8953.5mm 表 5-1彈簧參數(shù)列表： 名稱 代號 單位 數(shù)值 彈簧材料直徑 d mm 5 彈簧自由高度 H0 mm 800 彈簧中徑 D mm 50 彈簧內(nèi)徑 D1 mm 45 彈簧外徑 D2 mm 55 彈簧中徑增大值 D mm 0.3552 節(jié)距 t mm 19.5 有效圈數(shù) n 55 總?cè)?shù) n1 57 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 29 頁 裝 訂 線 間距 mm 11.3 螺旋角 7 4 彈簧材料展開長度 L mm 8953.5 在 正常工作情況下，是通過與卷揚機配套的蝸輪蝸桿自 鎖機構(gòu)，進行自鎖 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。卷揚機能夠拉動鋼絲繩，而鋼絲繩不能拉到卷揚機進行反轉(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)生斷裂的情況下起作用，一旦鋼絲繩發(fā)生斷裂，這種防墜保護裝置就會失效。這種防墜保護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 進行防墜保護。 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動的同步。假設(shè)三組防墜構(gòu)件運動到某一位置，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構(gòu)焊接為一體，綠色的棘輪同燈盤架焊接為一體。當鋼絲繩突然斷裂，綠色的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)計分析 在鋼絲繩的拉動下，導(dǎo)桿只能沿桿體的軸線方向運動，在導(dǎo)桿的推動下，套筒利用軸承進行旋轉(zhuǎn)運動，即套筒相對于導(dǎo)桿沿內(nèi)設(shè)螺旋軌跡進行旋轉(zhuǎn)運動。套筒的旋轉(zhuǎn)會為導(dǎo)桿的進一步上升提供空間，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，旋向為右旋，軌跡旋轉(zhuǎn)周期為二分之一圓 畢業(yè)設(shè)計（論文）報告紙 共 33 頁 第 30 頁 裝 訂 線 周，材料用 Q235A。螺旋軌跡僅僅是為導(dǎo)桿與套筒 的相對運動提供接觸的載體，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)外表面都需要進行淬火熱處理，提高剛度，同時也需進行表面粗糙度處理，減小導(dǎo)桿與導(dǎo)軌接觸時摩擦