絞車設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) 機(jī)械自動(dòng)化專業(yè)

1、絞車設(shè)計(jì)摘要當(dāng)今社會(huì)，隨著工業(yè)化的發(fā)展越來越快，不同規(guī)格的繞線絞車需求量越來越大，因此，降低成本和提高安全性對(duì)回柱絞車的開發(fā)具有重要意義。在這次機(jī)械設(shè)計(jì)中，將傳統(tǒng)的渦輪蝸桿的控制方式改成了直線傳感器的控制方式，使整機(jī)更加的簡(jiǎn)潔美觀，同時(shí)直線傳感器的方式更加智能化。直線傳感器的直線感應(yīng)傳遞給電機(jī)，電機(jī)根據(jù)反饋調(diào)節(jié)速度，從而使絞車可以自動(dòng)調(diào)節(jié)速度。同時(shí)直線裝置可以使絞車在危險(xiǎn)的情況下停止轉(zhuǎn)動(dòng)，保證了人員和設(shè)備的安全。目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc295412821 摘要 PAGEREF _Toc295412821 h I HYPERLINK l _Toc2

2、95412823 目 錄 PAGEREF _Toc295412823 h - 1 - HYPERLINK l _Toc295412824 1 緒 論 PAGEREF _Toc295412824 h - 3 - HYPERLINK l _Toc295412825 1.1 課題背景 PAGEREF _Toc295412825 h - 3 - HYPERLINK l _Toc295412826 1.1.1 絞車的分類 PAGEREF _Toc295412826 h - 4 - HYPERLINK l _Toc295412827 1.1.2 絞車的特點(diǎn)和性能要求 PAGEREF _Toc2954128

3、27 h - 4 - HYPERLINK l _Toc295412828 1.1.3 絞車功能與結(jié)構(gòu) PAGEREF _Toc295412828 h - 5 - HYPERLINK l _Toc295412829 1.2 國(guó)內(nèi)外礦用小絞車的發(fā)展概況 PAGEREF _Toc295412829 h - 7 - HYPERLINK l _Toc295412830 1.2.1概述 PAGEREF _Toc295412830 h - 7 - HYPERLINK l _Toc295412831 1.2.2 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比 PAGEREF _Toc295412831 h - 8 - HYPERLINK l

4、 _Toc295412832 1.2.3 結(jié)構(gòu)型式 PAGEREF _Toc295412832 h - 10 - HYPERLINK l _Toc295412833 1.2.4. 發(fā)展趨勢(shì) PAGEREF _Toc295412833 h - 11 - HYPERLINK l _Toc295412834 1.2.5 采取措施 PAGEREF _Toc295412834 h - 13 - HYPERLINK l _Toc295412835 1.2.5.總結(jié) PAGEREF _Toc295412835 h - 14 - HYPERLINK l _Toc295412836 2 絞車主要性能參數(shù)的確定

5、PAGEREF _Toc295412836 h - 15 - HYPERLINK l _Toc295412837 2.1. 鋼繩拉力 PAGEREF _Toc295412837 h - 15 - HYPERLINK l _Toc295412838 2.2 鋼繩繩速 PAGEREF _Toc295412838 h - 15 - HYPERLINK l _Toc295412839 2.3. 電動(dòng)機(jī)額定功率 PAGEREF _Toc295412839 h - 16 - HYPERLINK l _Toc295412840 2.4. 鋼繩型式和直徑的確定 PAGEREF _Toc295412840 h

6、- 18 - HYPERLINK l _Toc295412841 2.5 卷筒直徑的確定 PAGEREF _Toc295412841 h - 23 - HYPERLINK l _Toc295412842 3 各類零件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc295412842 h - 24 - HYPERLINK l _Toc295412843 3.1 引言 PAGEREF _Toc295412843 h - 24 - HYPERLINK l _Toc295412844 3.2 技術(shù)規(guī)格與參數(shù) PAGEREF _Toc295412844 h - 24 - HYPERLINK l _Toc295

7、412845 3.3 . 電機(jī)的計(jì)算和選取 PAGEREF _Toc295412845 h - 25 - HYPERLINK l _Toc295412846 3.4計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù) PAGEREF _Toc295412846 h - 27 - HYPERLINK l _Toc295412847 3.5 蝸輪蝸桿的設(shè)計(jì)和計(jì)算 PAGEREF _Toc295412847 h - 29 - HYPERLINK l _Toc295412848 3.6 齒輪的計(jì)算和強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc295412848 h - 33 - HYPERLINK l _Toc295412849 3.6.

8、1一級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 PAGEREF _Toc295412849 h - 33 - HYPERLINK l _Toc295412850 3.6.2. 二級(jí)齒輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算 PAGEREF _Toc295412850 h - 38 - HYPERLINK l _Toc295412851 3.7 各軸的設(shè)計(jì)和計(jì)算 PAGEREF _Toc295412851 h - 44 - HYPERLINK l _Toc295412852 3.7.1蝸桿軸分析與強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc295412852 h - 44 - HYPERLINK l _Toc295412853 3.7.2蝸輪軸的分析和強(qiáng)

9、度校核 PAGEREF _Toc295412853 h - 48 - HYPERLINK l _Toc295412854 3.7.3齒輪軸的分析與強(qiáng)度校核 PAGEREF _Toc295412854 h - 51 - HYPERLINK l _Toc295412855 3.7.4滾筒軸分析與強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc295412855 h - 54 - HYPERLINK l _Toc295412856 3.8 軸承的選用和強(qiáng)度的校驗(yàn) PAGEREF _Toc295412856 h - 57 - HYPERLINK l _Toc295412857 3.9 聯(lián)軸器的選擇和計(jì)算 PAGER

10、EF _Toc295412857 h - 66 - HYPERLINK l _Toc295412858 3.10 制動(dòng)器的選擇和計(jì)算 PAGEREF _Toc295412858 h - 68 - HYPERLINK l _Toc295412859 3.11 蝸輪齒輪上鍵的選擇和強(qiáng)度計(jì)算 PAGEREF _Toc295412859 h - 71 - HYPERLINK l _Toc295412860 3.12 箱體的設(shè)計(jì) PAGEREF _Toc295412860 h - 75 - HYPERLINK l _Toc295412861 3.13 本章小結(jié) PAGEREF _Toc295412861

11、 h - 76 - HYPERLINK l _Toc295412862 4 絞車調(diào)試與維保 PAGEREF _Toc295412862 h - 77 - HYPERLINK l _Toc295412863 謝 辭 PAGEREF _Toc295412863 h - 81 - HYPERLINK l _Toc295412864 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc295412864 h - 82 -1 緒 論1.1 課題背景在古代，絞盤是作為拖曳提升重物的而產(chǎn)生的設(shè)備，它可使人搬運(yùn)重于自己很多的物體，從而節(jié)省了體力。聰明的中國(guó)人在很久以前就設(shè)計(jì)出類似于絞盤的的砂輪。今天被廣泛應(yīng)用的絞車(或稱卷揚(yáng)機(jī)

12、)是絞盤的另一種形式，它泛指具有一個(gè)或幾個(gè)上面卷繞有繩索或鋼絲繩的圓筒，用來提升或拖曳重載荷的動(dòng)力機(jī)械。絞車是日常生活中一種常用的機(jī)械，隨著制造業(yè)技術(shù)的發(fā)展以及控制軟件的不斷進(jìn)步，絞車的發(fā)展也取得了很大的進(jìn)步，并且應(yīng)用越來越廣。目前絞車正被廣泛地應(yīng)用于礦山，港口，工廠，建筑等諸多領(lǐng)域，本次設(shè)計(jì)側(cè)重于在無人機(jī)領(lǐng)域的應(yīng)用?？梢哉f，絞車廣泛的應(yīng)用于各種各樣的場(chǎng)合，發(fā)揮著不同的作用，也具有各種各樣的機(jī)構(gòu)組成。為了更好的研究絞車的結(jié)構(gòu)和性能，需要對(duì)絞車的組成和絞車的分類展開探討。1.1.1 絞車的分類絞車多種多樣的用途，決定了絞車的種類和組成形式也是多種多樣的。按照絞車卷筒的數(shù)量分，絞車可以分為三種：?jiǎn)?/p>

13、筒絞車，雙筒絞車和三卷筒絞車。其中單卷筒絞車是三種類型絞車中最常見的。它是有一個(gè)卷筒用來存放纜繩或者鉸鏈，一般用于對(duì)卷筒的容繩量要求不高的場(chǎng)合。另外，按照絞車的驅(qū)動(dòng)方式，通常把絞車分為電動(dòng)絞車，氣動(dòng)絞車和液動(dòng)絞車三種。本次設(shè)計(jì)的絞車即為單卷筒電動(dòng)絞車。1.1.2 絞車的特點(diǎn)和性能要求絞車的特點(diǎn)怎么樣呢，可歸為以下五點(diǎn)：負(fù)載時(shí)變絞車由于場(chǎng)合所限，特別容易受到外界各種環(huán)境因素的干擾和影響，其負(fù)載相應(yīng)會(huì)有所變化。這對(duì)絞車的穩(wěn)定性造成了一定的干擾。絞車的收放速度可能就不穩(wěn)定，有時(shí)甚至無法正常運(yùn)行。驅(qū)動(dòng)力矩范圍大驅(qū)動(dòng)力范圍大是絞車的工作環(huán)境決定的，其驅(qū)動(dòng)力可以從幾公斤到上百噸之間。3.調(diào)速方便，運(yùn)行要平

14、穩(wěn)由于收放工作的需要，現(xiàn)在絞車一般都要求都需要能夠方便連續(xù)的調(diào)整收放速度。在高速的時(shí)候，不要出現(xiàn)飛車的情況；在低速的時(shí)候，不要出現(xiàn)爬車的現(xiàn)象，而且要求保持一定的輸出力矩。對(duì)安全可靠性要求較高由于絞車運(yùn)行環(huán)境往往比較惡劣，會(huì)對(duì)人員和財(cái)產(chǎn)可能造成一定的損害，所以對(duì)絞車的可靠度要求較高。要求具有較好的可操作性隨著社會(huì)工業(yè)的發(fā)展，使得人們對(duì)絞車的要求有了進(jìn)一步的提高。另外，電子控制及通訊技術(shù)的發(fā)展，也為絞車的發(fā)展提供了技術(shù)上的支持。1.1.3 絞車功能與結(jié)構(gòu)絞車設(shè)計(jì)采用滾筒盤絞方式來垂直拖曳、提升、下放負(fù)載，絞車一般包括驅(qū)動(dòng)裝置、工作部分、輔助部件等幾大塊。1.驅(qū)動(dòng)部分:絞車可以選擇多種驅(qū)動(dòng)方式，比如

15、電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、蒸汽機(jī)驅(qū)動(dòng)、汽油發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)、氣動(dòng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)等等。無論采用何種驅(qū)動(dòng)方式，都應(yīng)該滿足以下原則:變速均勻，調(diào)速的范圍要廣;在運(yùn)行中，要有良好的啟動(dòng)特性以及低速度的穩(wěn)定性，總效率要高;可以正反雙向旋轉(zhuǎn)，并且可以較易的改變旋轉(zhuǎn)方向；維護(hù)保養(yǎng)比較方便，對(duì)周圍工作環(huán)境的抵抗性;制動(dòng)控制系統(tǒng)要可靠;設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)合理，體積小，重量輕;在有負(fù)載情況下，能長(zhǎng)時(shí)間安全帶載靜止而不至于損壞驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2.工作裝置:在電機(jī)作用下，通過滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)方式拖曳或釋放纜繩以完成對(duì)負(fù)載的控制。3.輔助裝置:輔助裝置包含滑輪組、導(dǎo)向裝置以及直線傳感器等裝置部分;絞車的纜繩可以使用鋼絲繩等，本絞車使用的是線纜。1.

16、2 國(guó)內(nèi)外小絞車的發(fā)展概況1.2.1概述目前世界上絞車的生產(chǎn)廠家主要有美國(guó)的Goodrich 公司和Breeze Eastern 公司，俄羅斯也有從事絞車制造的廠家，但相對(duì)于美國(guó)技術(shù)落后、安裝復(fù)雜、結(jié)構(gòu)不緊湊，因此很少裝機(jī)使用。Breeze Eastern 公司是世界上較早進(jìn)行直升機(jī)絞車研制的廠家之一，但其改進(jìn)相對(duì)較少。Goodrich公司雖然在絞車方面的研制較晚，但由于Goodrich 公司重視技術(shù)改進(jìn)更新，并通過兼并法國(guó)Lucas 公司等，逐漸占據(jù)了國(guó)際絞車市場(chǎng)的重要地位。目前Goodrich 公司研制的類電動(dòng)絞車系列齊，質(zhì)量?jī)?yōu)，因此直升機(jī)絞車市場(chǎng)上所占的份額正逐漸增加，并逐步取代Bree

17、ze Eastern 公司。國(guó)內(nèi)絞車有成都航空儀表有限責(zé)任公司，從21世紀(jì)初開始仿制超黃蜂直升機(jī)的液壓絞車項(xiàng)目，并于2004 年11 月仿制出直升機(jī)液壓絞車，并完成了地面試驗(yàn)和50M 空中懸停起吊試驗(yàn)。近年來隨著國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)業(yè)如電機(jī)技術(shù)、控制電路技術(shù)的進(jìn)步，電動(dòng)絞車的國(guó)產(chǎn)化研制已也漸漸步入新階段。目前成都海特公司已開展了類電動(dòng)絞車的國(guó)產(chǎn)化研制工作。1.2.2 國(guó)內(nèi)外水平對(duì)比1.品種國(guó)外礦用小絞車規(guī)格比較多，適用不同場(chǎng)合，我國(guó)礦用小絞車規(guī)格較少，品種多而亂，也較繁雜，沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2.型式從工作機(jī)構(gòu)上分，國(guó)外有單筒，雙筒以及摩擦式三種，我國(guó)只有單筒一種形式。從原動(dòng)力上分國(guó)外有電動(dòng)的，風(fēng)動(dòng)的以及液壓

18、驅(qū)動(dòng)的，我國(guó)只有電動(dòng)的和少量風(fēng)動(dòng)的。3.結(jié)構(gòu)我國(guó)及國(guó)外的調(diào)度絞車大多數(shù)采用行星齒輪傳動(dòng)，其傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用維修方便。但由于其牽引力較小，特別是上下山的工作情況下很難實(shí)現(xiàn)較大設(shè)備的搬運(yùn)工作。還有蘇聯(lián)的產(chǎn)品比我國(guó)同等規(guī)格的產(chǎn)品要小。例如蘇聯(lián)規(guī)定，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的調(diào)度絞車的軸向尺寸不大于1m，而我國(guó)現(xiàn)有的牽引力1000kg.f以上的產(chǎn)品軸向尺寸均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1m以上?；刂g車的薄弱環(huán)節(jié)是球面蝸輪副傳動(dòng)，回柱絞車的主傳動(dòng)均采用了蝸輪副傳動(dòng)，這是因?yàn)槲佪喐眰鲃?dòng)比大，又具有自鎖性，故其傳動(dòng)效率極低，一般只有0.8左右，回柱絞車的總傳動(dòng)效率更低?；乩K速度慢，所有的回柱絞車回繩速度和工作牽引速度相同，不論絞車

19、用于回柱放頂，還是搬運(yùn)設(shè)備，工作效率太低。隨著采煤機(jī)械化的發(fā)展，綜采設(shè)備的頻繁搬遷，又由于回柱絞車搬運(yùn)，工作時(shí)間長(zhǎng)占用人工多，因此這類均應(yīng)設(shè)置快速回繩。4.產(chǎn)品性能主要壽命，噪音，可靠性等綜合指標(biāo)與蘇聯(lián)有差距。蘇聯(lián)礦用小絞車使用壽命規(guī)定在5年以上，而我國(guó)目前不具備測(cè)試手段壽命無法考核，但從對(duì)客戶的訪問中得知，壽命達(dá)不到5年，噪音也稍大。5.三化水平雖然我國(guó)礦用小絞車參數(shù)系列水平優(yōu)于國(guó)外，但在標(biāo)準(zhǔn)化和通用化方面遠(yuǎn)不如發(fā)達(dá)采煤機(jī)械制造的國(guó)家。蘇聯(lián)把調(diào)度絞車運(yùn)輸絞車等統(tǒng)一為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中，主機(jī)相同，只是制造和操作部分有所不同，而我國(guó)即使是同一規(guī)格產(chǎn)品，不同廠家生產(chǎn)的其結(jié)構(gòu)各不相同，零件無通用之處，給使用

20、和選型帶來不便，比如牽引力14000kg.f這一檔回柱絞車就有四種型號(hào)。JHC-14型一級(jí)減速為蝸輪副傳動(dòng)，二級(jí)為行星齒輪傳動(dòng)（少齒差傳動(dòng)）.JH2-14型二級(jí)減速蝸輪副傳動(dòng)，一級(jí)和三級(jí)減速為圓柱齒輪傳動(dòng)。JM-14型是在一級(jí)蝸輪副減速后，其二三級(jí)減速都為圓柱齒輪傳動(dòng)，JH-14型是在一級(jí)蝸輪副減速之后，其二級(jí)減速為直齒圓柱齒輪傳動(dòng)，也是傳動(dòng)系統(tǒng)最簡(jiǎn)單的一種。6.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)我國(guó)礦用小絞車的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)與國(guó)外特別是蘇聯(lián)對(duì)比還有一定差距，現(xiàn)在牽引力為2500kg.f的絞車相比，見表1-1： 由此可見蘇聯(lián)產(chǎn)品的單位重量的牽引力和單位體積牽引力兩項(xiàng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)都高于我國(guó)的產(chǎn)品。表1-1 我國(guó)與蘇聯(lián)絞

21、車技術(shù)水平對(duì)比1.2.3 結(jié)構(gòu)型式本次絞車設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)形式采用放線電機(jī)控制放線筒，放線筒上的線纜根據(jù)負(fù)載調(diào)節(jié)速度，排線電機(jī)可設(shè)置排線速度。1.2.4. 發(fā)展趨勢(shì)縱觀小絞車的發(fā)展情況其發(fā)展趨勢(shì)有以下幾個(gè)特點(diǎn)。1.絞車發(fā)展越來越標(biāo)準(zhǔn)化。絞車的性能指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)越來越明確，參數(shù)規(guī)定也越來越明確，這就使得設(shè)計(jì)和制造，使用維護(hù)都大大的方便了。2.絞車發(fā)展越來越小，體重越來越輕。本絞車結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行方便，加工結(jié)構(gòu)多采用合金鋁制造，大大減輕了重量。3.絞車發(fā)展越來越高效節(jié)能。絞車各種參數(shù)的設(shè)置上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，經(jīng)過多次試驗(yàn)調(diào)試，選取最佳參數(shù)，最大限速提高產(chǎn)品性能。4.絞車發(fā)展越來越低噪聲，高壽命。壽命和噪音是絞車產(chǎn)品的

22、綜合性能指標(biāo)。壽命長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)效益才能高；噪音低有利于工人身心健康。5.絞車發(fā)展越來越多功能，通用化，礦用小絞車在使用過程中不僅做調(diào)度用，而且還做運(yùn)輸及其他輔助工作。隨著管理水平的提高，產(chǎn)品通用化程度也必然的不斷提高，這是今后產(chǎn)品發(fā)展的必然趨勢(shì)。7.向外形簡(jiǎn)單，平滑，美觀。體積小，重量輕，大都采用了機(jī)電合一的綜合機(jī)構(gòu)。外表只能看到滾筒和制動(dòng)操縱部分。在外形上巧妙的構(gòu)思，使得產(chǎn)品造型美觀，操作者感到舒適。1.2.4.總結(jié)隨著社會(huì)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，絞車越來越體現(xiàn)其重要性。絞車在各個(gè)領(lǐng)域都有了很好的發(fā)展。在無人機(jī)方面，絞車的自動(dòng)控制放線使得無人機(jī)能夠更好地發(fā)展。2 絞車主要性能參數(shù)的確定2.1. 線纜拉

23、力在無人機(jī)絞車方面，對(duì)于線纜的拉力要求并不高，因?yàn)闊o人機(jī)線纜主要從事的是為無人機(jī)供電的任務(wù)，不是運(yùn)載貨物。2.2 線纜速度絞車対線纜的速度要求不高，但對(duì)速度的可調(diào)節(jié)性即靈敏性要求很高，因?yàn)榻g車是為無人機(jī)服務(wù)的，無人機(jī)的靈敏性很高，這就要求。所以配套的絞車的靈敏性必須達(dá)到線纜在絞車放線筒上為多層纏繞，線纜并不是恒定不變的，而是隨著纏繞層數(shù)變化而變化。為了與線纜拉力相適應(yīng)，應(yīng)以最外層速度作為絞車線纜的名義速度0.2米/秒。線纜速度是影響絞車作業(yè)的主要因素之一，但是絞車生產(chǎn)率不僅僅決定于絞車速度。因?yàn)?，作業(yè)過程中，輔助作業(yè)時(shí)間占很長(zhǎng)時(shí)間。因此，絞車作業(yè)的組織工作與操作熟練等同樣起著非常重要的作用。2

24、.3. 電動(dòng)機(jī)額定功率電動(dòng)機(jī)功率的確定，是一個(gè)很重要的過程，電機(jī)選的合理，既能充分發(fā)揮電動(dòng)機(jī)的能力，又不浪費(fèi)能源。為此需要充分重視，選擇好電機(jī)額定功率。本次設(shè)計(jì)無人機(jī)選擇電機(jī)兩個(gè)。一個(gè)是帶動(dòng)放線筒運(yùn)轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)，一個(gè)是是線纜密布排在放線筒上的排線電機(jī)。電動(dòng)機(jī)的過載系數(shù)本次選為K=1.8-2。為了不使電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)悶車的現(xiàn)象，在計(jì)算功率時(shí)，取K=1.36，鼠籠電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性見圖2-1。圖2-1 電動(dòng)機(jī)機(jī)械特性計(jì)算功率 (千瓦) （2-1）式中： 放線筒線纜速度（米/秒）；放線筒線纜拉力（牛）；機(jī)械傳動(dòng)總效率。額定功率 (2-2) 將（2-1）式代入上式 （kw） （2-3）按此計(jì)算值P，在電動(dòng)機(jī)樣本

25、中查取標(biāo)準(zhǔn)電動(dòng)機(jī)功率值，查取值不得低于P值。2.4. 線纜型式和直徑的確定線纜在使用過程中，由于磨損，疲勞，斷絲及咬傷等因素，線纜強(qiáng)度會(huì)降低。但是對(duì)于不同的絞車，由于其工作特點(diǎn)及使用條件不同。促使其機(jī)械強(qiáng)度降低的因素也不盡相同。一般情況，由于線纜在放線筒上纏繞，線纜中產(chǎn)生彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，在其反復(fù)作用下，線纜會(huì)出現(xiàn)疲勞。反復(fù)彎曲的次數(shù)越多，疲勞破壞越迅速。無人機(jī)絞車與機(jī)械有所不同，在往返過程中線纜不需要連續(xù)不斷地纏繞，線纜放出后就相當(dāng)于一個(gè)均質(zhì)的彈性桿，由它傳遞拉力。因此可以認(rèn)為上述疲勞斷絲不是線纜破壞的主要因素。故而線纜可選用硬質(zhì)線纜，直徑約10mm.2.5 放線筒直徑的確定所有無人機(jī)絞車不論

26、是纏繞式或者是摩擦式的，其放線筒直徑都是根據(jù)預(yù)先規(guī)定的放線筒直徑與線纜直徑的比值（D/dk）確定的。因?yàn)?，繩中產(chǎn)生的彎曲應(yīng)力直接與放線筒直徑，線纜直徑以及線纜結(jié)構(gòu)有關(guān)。彎曲應(yīng)力為： （N/）式中：E線纜彈性模數(shù) （N/）；D放線筒直徑 （mm）；線纜直徑 （mm）；K與鋼繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。顯然，為降低彎曲應(yīng)力，在線纜直徑以及其材料確定后，增大放線筒直徑對(duì)于提高線纜壽命是很有益的。3 各類零件的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度計(jì)算3.1 引言根據(jù)設(shè)計(jì)方案提供的技術(shù)規(guī)格和設(shè)計(jì)參數(shù)，并且提供了絞車的總體設(shè)計(jì)方案。通過設(shè)計(jì)計(jì)算，確定了以蝸輪蝸桿減速器以及兩極齒輪減速和調(diào)速機(jī)構(gòu)的各部分結(jié)構(gòu)尺寸，對(duì)其主要部件的強(qiáng)度進(jìn)行了校核。

27、絞車的結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-1。絞車的工作原理為：圖3-1 絞車的結(jié)構(gòu)示意圖絞車的動(dòng)力源為伺服電動(dòng)機(jī)，通過聯(lián)軸器聯(lián)接電動(dòng)機(jī)的軸和減速機(jī)，通過減速機(jī)減速后使得傳動(dòng)比達(dá)到此絞車需要的傳動(dòng)比，排線電機(jī)通過設(shè)置達(dá)到絞車排線要求，達(dá)到絞車的功能這即為絞車的工作原理.3.2 技術(shù)規(guī)格與參數(shù)絞車主要由以下5個(gè)部分組成：1.放線筒部件； 2.底部托架； 3.轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)和減速機(jī)； 4.排線電機(jī)部件； 5.排線平臺(tái)部件；表3-1 主要參數(shù)放線筒直徑240mm放線筒寬度340mm容繩量500m線纜的直徑10mm線纜速度0.12m/s平均提升力10KN電動(dòng)機(jī)型號(hào)ZY-JC240功率500W轉(zhuǎn)速50r/min傳動(dòng)比203.3

28、 . 電機(jī)的計(jì)算和選取 根據(jù)資料可知放線筒的線轉(zhuǎn)速為0.12米/秒由此可以推算放線筒筒的角速度：n（放線筒）=v(放線筒)/()=0.12/(400)=5.73r/min則放線筒的拉力功率為： P=FV=14010000.14=19.6kw整個(gè)機(jī)械的傳動(dòng)效率為：y=0.990.980.800.980.970.980.970.98=0.687電動(dòng)機(jī)的工作功率為：根據(jù)機(jī)電液設(shè)計(jì)手冊(cè)單級(jí)蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為10：40，齒輪的傳動(dòng)比為1：8，根據(jù)資料得知絞車的傳動(dòng)為蝸輪蝸桿減速器和兩對(duì)齒輪減速。則整個(gè)機(jī)械的傳動(dòng)比為： 1011-4088=10-2560.由此得知電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍為：n(電動(dòng)機(jī))=5.73(

29、10-2560)=57.3-14668.8.表3-2 電動(dòng)機(jī)的技術(shù)參數(shù)型號(hào)功率（KW）轉(zhuǎn)速（n/min）ZY-JC2400.550總的傳動(dòng)比為： 取128。3.4計(jì)算各軸的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)絞車結(jié)構(gòu)示意圖見圖3-2。圖3-2 絞車結(jié)構(gòu)示意圖各軸的轉(zhuǎn)速：各軸的輸入功率：各軸的輸入轉(zhuǎn)矩為：各軸的參數(shù)見表3-2.表3 -2 各軸的相關(guān)參數(shù)：軸功率（KW）轉(zhuǎn)矩（）轉(zhuǎn)速（r/min）傳動(dòng)比效率電動(dòng)機(jī)20.96274.2073012023.20.90720.7840.95060.9506120.75271.46730216.274256.4936.5315.468092.4418.25414.7024616.

30、555.73.5 傳動(dòng)蝸桿的設(shè)計(jì)和計(jì)算蝸桿一般結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行比較平穩(wěn)，噪聲和振動(dòng)小，本次選用的是圓柱蝸桿傳動(dòng)。選/a值 摩擦系數(shù): 咱們假設(shè)Vs=4-7m/s 可查表13.6得知， 取其中間值 當(dāng)量摩擦系數(shù)：=0.03 當(dāng)量摩擦角：=1.72選取/a值： 在圖13.11上傳動(dòng)比為20的線上去一點(diǎn)查：導(dǎo)程角：=15(z=2) /a=0.35傳動(dòng)嚙合效率：=0.81.中心距的計(jì)算 蝸輪轉(zhuǎn)矩： =4251.49使用系數(shù)： 查表12.9（電動(dòng)機(jī)均勻平穩(wěn)，工作機(jī)輕微沖擊）取Ka=1.25彈性系數(shù)： 根據(jù)蝸輪蝸桿副查表13.2得 Mpa轉(zhuǎn)速系數(shù) = Zn=0.8壽命系數(shù) =1.2 =1.27接觸系數(shù) 由圖

31、13.12I線查得 =3接觸疲勞極限 查表13.12I線查得 =265MPa接觸疲勞最小安全系數(shù) 自定 =1.3 中心距 =280mm2.傳動(dòng)基本尺寸蝸桿頭數(shù) = =2.35 取=2蝸輪齒數(shù) =40模數(shù) m=(1.4-1.7)a/ =(1.4-1.7)250/40=10.625取m=10蝸桿分度圓直徑 =/aa=0.35280=92.5 根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì) 查表13.4得知為保證蝸桿具有足夠的強(qiáng)度所以蝸桿直徑取大一點(diǎn)取 =112mm蝸輪分度圓直徑=m=1040=400 =400mm導(dǎo)程角 tan=m/=210/112 =10.12蝸輪寬度 =79.8取=70 蝸桿圓周速度 =4.28m/s相對(duì)滑動(dòng)速

32、度 =4.35m/s當(dāng)量摩擦系數(shù) 由表13.6查得 =0.6m/s齒面接觸疲勞強(qiáng)度計(jì)算許用接觸應(yīng)力 =0.811.27265/1.3=209.7Mpa最大接觸應(yīng)力 = =206.9Mpa因?yàn)?合格 輪齒彎曲疲勞強(qiáng)度齒根彎曲疲勞強(qiáng)度由表13.2查出：=115Mpa彎曲疲勞強(qiáng)度最小安全系數(shù) 自定 =1.3許用彎曲疲勞應(yīng)力為 =115/1.3 =88.46Mpa=88.46Mpa輪齒最大彎曲應(yīng)力 =21.254256400/(1070400)=38.00Mpa因?yàn)楹细?蝸桿軸擾度驗(yàn)算軸慣性矩 =7.72允許蝸桿擾度 =0.004m=0.00410=0.04=0.04mm 蝸桿擾度 =0.00775因

33、為合格、合格溫度校核傳動(dòng)嚙合效率 =tan10.12/tan(10.12+3.2)=0.75 攪油效率 自定 =0.99軸承效率 自定 =0.99 總效率 =0.750.990.99=0.74散熱面積 =3.032 箱體工作溫度 =100020.75(1-0.75)/2530.32+20=74.75因?yàn)?00X106次 直線傳感器無噪音輸出工程導(dǎo)軌 要求25X106米拉桿式直線位移傳感器直線傳感器線性精度誤差:要求0.05%直線傳感器重復(fù)性誤差:要求0.005mm直線傳感器最大移動(dòng)速度:要求10m/s直線傳感器 HYPERLINK /sowiki/%E5%86%B2%E5%87%BB%E7%B

34、3%BB%E6%95%B0?prd=content_doc_search o 沖擊系數(shù) 沖擊系數(shù):要求IEC68-2-29:196850g直線傳感器振動(dòng)系數(shù):要求IEC68-2-6:198220g直線傳感器最大容許電壓:要求DC60V/5K20KDC36V/2K4KDC24V/1K直線傳感器溫漂系數(shù):要求D 因此合格 3.7.2蝸輪軸的分析和強(qiáng)度校核軸結(jié)構(gòu)圖軸受力圖(C) 水平面受力圖對(duì)齒輪進(jìn)行受力分析：=2631804sin37.7+34052cos37.7=43037.16N (d) 水平面受力圖=(43037.16374.5+21282.4587.5-5038.8200)/175=992

35、50.71N=(2182.4587.5+5038.8200-43037.16199.5)/175=-42212.51N (e) 水平面彎矩圖（f）垂直面受力圖=-2648.75N(g)垂直面彎矩圖(h)合成彎矩圖軸徑的校核由于所謂的不變的轉(zhuǎn)矩只是只是理論上可以這樣這樣認(rèn)為，實(shí)際上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻，而且有扭矩振動(dòng)的存在，故為安全考慮，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算，軸選用合金剛，所以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力-1b為90Mpa。軸徑 =98.4mm因?yàn)镈 因此合格 3.7.3齒輪軸的分析與強(qiáng)度校核：軸結(jié)構(gòu)圖：軸受力圖(C)兩齒輪的受力分析（1）左邊齒輪的受力分析 （2）右邊齒輪的受力分析根據(jù)前面蝸輪蝸桿分析得知：=2

36、6318.4N =34052N =28092440/250=64739.52N =197.8/250 a=37.7 =134/250 a=32.4=64739.52tan32.4 =41084.9N Fx=Fr*sina-Ft*cosa=34052sin37.7-26318.4cos37.7 =41084.9*sin32.4-64739.52*cos32. =34052cos37.7+26318.4sin37.7 =64739.52cos32.4+41084.9sin32=43037.16N (d)水平面受力圖對(duì)兩個(gè)軸承的水平面所受力計(jì)算=-43780.86N=-(76675.77(570+9

37、3.5)+43037.1693.5)/(540+93.52)=-76675.77N(e)水平面彎矩圖（f）垂直面受力圖對(duì)兩軸承的垂直面受力分析=0N（g）合成彎矩圖軸徑的校核由于所謂的不變的轉(zhuǎn)矩只是只是理論上可以這樣這樣認(rèn)為，實(shí)際上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻，而且有扭矩振動(dòng)的存在，故為安全考慮，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算，軸選用合金剛，所以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力-1b為90Mpa。軸徑 =92.699mm因?yàn)镈 因此合格 3.7.4放線筒軸分析與強(qiáng)度計(jì)算軸結(jié)構(gòu)圖軸受力圖(C)對(duì)齒輪受力分析=28092440/250=64739.52N=134/250 a=32.4=64739.52tan32.4=41084.9N=6

38、4739.52cos32.4+41084.9sin32.4=76675.77N=41084.9sin32.4-64739.52cos32.4=0N水平面受力圖=120000N=56765.91N=-(120000-76675.77+56765.91.64)=-100090.14N(e)水平面彎矩圖（f）垂直面受力圖(g)合成彎矩圖軸徑的校核由于所謂的不變的轉(zhuǎn)矩只是只是理論上可以這樣這樣認(rèn)為，實(shí)際上機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)不可能完全均勻，而且有扭矩振動(dòng)的存在，故為安全考慮，常按脈動(dòng)轉(zhuǎn)矩計(jì)算，軸選用合金剛，所以對(duì)稱循環(huán)應(yīng)力-1b為90Mpa。=102.07mm因?yàn)镈 因此合格 3.8 排線機(jī)構(gòu)的選用排線機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)

39、如圖所示，平臺(tái)上放置1,2,3,三個(gè)繞線輪，電纜線由1,2，3，依次穿入，三個(gè)輪子旁邊分別固定若干小輪子，防止線纜從輪子上滑落，其中，2,3，輪子是固定輪，1輪子是可動(dòng)輪，其可在傳動(dòng)桿上左右運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)拉力。其拉力的大小調(diào)節(jié)是根據(jù)負(fù)載的不同而定的，它是和張力傳感器配合工作的。3.9 聯(lián)軸器的選擇聯(lián)軸器是聯(lián)接兩軸使之同一回轉(zhuǎn)并傳遞轉(zhuǎn)矩的一種部件，在機(jī)器停車后用拆卸的方法可以把兩軸分離。聯(lián)軸器大的方向可以分類為：剛性聯(lián)軸器；擾性聯(lián)軸器。本設(shè)備采用剛性聯(lián)軸器。剛性聯(lián)軸器工作中不發(fā)生相對(duì)位移，而且剛性聯(lián)軸器比彈性聯(lián)軸器更加簡(jiǎn)單，故而選用剛性聯(lián)軸器.根據(jù)絞車的總體設(shè)計(jì)得出的聯(lián)軸器圖形見圖3-3。圖3-3 連軸器的結(jié)構(gòu)示意圖綜合考慮，本次聯(lián)軸器的型號(hào)選擇為：MCSSC25_8_10_B。3.1