2918 基于準平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具提升機裝置設計

2918 基于準平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具提升機裝置設計,基于,平行,蝸桿,舞臺,燈具,提升,晉升,裝置,設計 畢 業(yè) 設 計 開 題 報 告設 計 題 目 : 基于準平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機裝置設計院 系 名 稱: 機電工程學院 專 業(yè) 班 級: 機械 08-1 班 學 生 姓 名: 鄒邦柱 導 師 姓 名: 孟兆生 開 題 時 間: 2012 年 月 日 指導委員會審查意見：簽字： 年 月 日1 研究的目的和意義基于準平行環(huán)面蝸桿的舞臺燈具架提升機是在舞臺廣泛應用的一種提升設備，國內外在舞臺燈光的升降調節(jié)中都廣泛地采用這種設備，為了提高提升機的使用效果國內外均對發(fā)展其相關技術予以重視。目前，在環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計、制造以及應用上，國內與國外先進水平相比仍有較大差距。國內在設計制造環(huán)面蝸輪蝸桿減速器過程中存在很大程度上的缺點，國外提升機設計比較先進的國家如瑞典、德國、法國等，他們的提升機總體十分完美，安全保護系統(tǒng)完善，但價格昂貴。我國所用的提升機不少為五、六十年代的仿原蘇聯(lián)的產品，使用年限過長，存在的問題較多，其安全性存在較大隱患。為確保燈光的安全升降調節(jié)，減輕勞動強度，提高生產效率，因此，我們研究和設計準平行環(huán)面蝸桿提升機具有很大的使用價值和現(xiàn)實意義，這樣我們也可以為該方面的研究與設計積累經驗，為縮短與國外先進國家的差距做努力。通過設計能過掌握設計計算的基本原理和方法，提高設計計算的能力，加深領會計算的基本理論和深化所學的理論知識，樹立正確的設計思想，為以后在工作中遇到相關問題提供解決依據。通過畢業(yè)設計，能把先修的基礎和專業(yè)基礎課程中所獲得的理論知識在實際的設計工作中綜合地應用，并能熟練應用有關參考資料、計算圖標、手冊；熟悉有關國家標準和部頒標準，為以后成為優(yōu)秀的工程技術人員打下良好的基礎。2 文獻綜述提升機的作用是將一定的質量的重物以一定的速度提起或落下，在提升過程中必須保證安全性。近年來廣泛應用于各個生產部門中，在國民經濟中占有較重要的地位。它可以完成靠人力無法完成的物料吊裝工作，減輕人們的體力勞動，提高勞動生產率，在工廠，礦上，建筑工地，倉庫，舞臺等多個領域和部門中得到了廣泛的應用。隨著生產規(guī)模日益擴大，特別是現(xiàn)代化，專業(yè)化生產的要求，各種專門用途的提升機相續(xù)產生，在許多重要的部門中，應用極為廣泛，它的發(fā)展對國民經濟起著積極的促進作用。2.1 提升機的發(fā)展歷史提升機具有輸送量大，提升高度高，運行平穩(wěn)可靠，壽命長顯著優(yōu)點，在工業(yè)生產中被大量使用。提升機的種類雖多，但是工作原理卻比較相似，多數(shù)都是以動力驅動牽引裝置，功率較大、提升能力較強的大型機械設備。隨著工業(yè)的發(fā)展,輸送機產品也得到了逐步的完善輸送機。中國古代的高轉筒車和提水的翻車，是現(xiàn)代提升機和刮板輸送機的雛形。1880年德國一家公司開發(fā)出由蒸汽驅動的帶式輸送，之后英國人和德國人又推出了慣性輸送機。1887年美國人制造出了螺旋輸送機。若從輸送機原理的應用上來講，一般都是以鏈條等作牽引，以人力、水力等力量驅動。進入二十世紀以后各種結構的輸送機相繼出現(xiàn)。1905年瑞士人生產出了鋼斗式提升機，美國人魯賓斯在18年經申請成為了提升機的發(fā)明人，現(xiàn)已成為工業(yè)生產中不可或缺的一部分。2.2提升機的發(fā)展現(xiàn)狀國外提升機技術的發(fā)展很快，其主要表現(xiàn)在以下幾個個方面。一方面是式提升機的功能多元化、應用范圍擴大化；另一方面是提升機本身的技術與裝備有了巨大的發(fā)展，尤其是高距離、大運量、高提升速等大型提升機已成為發(fā)展的主要方向，其核心技術是開發(fā)應用了提升機動態(tài)分析與監(jiān)控技術，提高了式提升機的運行性能和可靠性。目前，我國生產制造的提升機的品種、類型較多。主要特點：1.驅動功率小，采用流入式喂料、誘導式卸料、大容量的料斗密集型布置。在物料提升時幾乎無回料和挖料現(xiàn)象，因此無效功率少.。2 .提升范圍廣，這類提升機對物整機運行的可靠性，無故障時間超過2萬小時。提升高度高。提升機運行平穩(wěn)，因此可達到較高的提升高度。料的種類、特性要求少，不但能提升一般粉狀、小顆粒狀物料，而且可提升磨琢性較大的物料。密封性好，環(huán)境污染少。3.運行可靠性好，先進的設計原理和加工方法。4.使用壽命長，提升機的喂料采取流入式，無需用斗挖料，材料之間很少發(fā)生擠壓和碰撞現(xiàn)象。本機在設計時保證物料在喂料、卸料時少有撒落，減少了機械磨損。但與國外一些先進技術還存在不小的差距。2.3提升機的發(fā)展趨勢評價提升機產品性能高低的指標主要有以下這些：運輸高度、提升速、輸送量、驅動總功率。隨著提升機的不斷發(fā)展，為了適應高產高效集約化生產的需要，提升機的輸送能力要加大。高效節(jié)能、高提升速、加大提升量是今后發(fā)展的必然趨勢，也是高產高效谷物提升機的發(fā)展方向。在今后的5年內，提升機提升量要提高到1200m/h，對于可伸縮提升機輸送高要達到100m 。2.4舞臺燈具提升機 本次畢業(yè)設計的主要任務是設計舞臺上用于提升燈具的小型提升機，國內外在舞臺燈光的升降調節(jié)中都廣泛地采用這種設備，為了提高提升機的使用效果，國內外均對其發(fā)展技術予以重視。小型提升機的主要部分是原動機和工作機之間的減速機構，多采用齒輪傳動，齒輪傳動分為圓柱齒輪，圓錐齒輪和蝸桿傳動。圓柱齒輪傳動具有傳動速度和功率范圍大，傳動效率高，對中心距的敏感性小，裝配和維修簡單；可以進行變位切削及各種修行、修緣，以適應提高傳動質量的要求；易于進行精確加工等特點。但它不具有自鎖性。圓錐齒輪傳動具有軸向力小，制造容易，成本低等優(yōu)點，但其承載能力低，噪聲大，多用于低速、輕載而穩(wěn)定的傳動。蝸桿傳動用于交錯軸間傳遞運動及動力。它的主要優(yōu)點是：傳動比大，工作較平穩(wěn)，噪聲低，結構緊湊，可以自鎖。根據設計要求采用蝸桿傳動。目前，蝸桿傳動中應用最為廣泛的是平面二次包絡環(huán)面蝸桿，它是用平面盤狀銑刀或平面砂輪在專用機床上按包絡原理加工蝸桿的螺旋面，以此螺旋面作為母面，按包絡原理加工出蝸輪齒面，用此蝸輪與上述蝸桿組成的傳動。這種蝸桿齒面可淬硬磨削，可保證傳動的精度和提高傳動的性能。這種傳動都是多齒嚙合和雙接觸線接觸，形成油膜條件好，當量曲率半徑達，因而承載能力大，效率很高，可達 97%。小型提升機結構簡單，安全可靠。各種不同型號的提升機，雖經長期實踐不斷改進，但其工作原理和結構大同小異，而其工作性能的好壞卻相差較大。小型提升機的技術性能主要取決于減速器的性能，電動機的選擇和滾筒的選擇。減速器在原動機和工作機之間起匹配轉速和傳遞轉矩的作用，也是舞臺燈具提升機的主體部分。減速器在現(xiàn)代機械中應用極為廣泛。70 到 80 年代，世界減速器技術有了很大發(fā)展。2.4.1 減速器體現(xiàn)以下發(fā)展趨勢1.高水平、高性能。2.積木式組合設計?；緟?shù)采取優(yōu)先數(shù)，尺寸規(guī)格整齊、零件通用性和互換性強、系列容易擴充和花樣翻新，利于組織批量生產和降低成本。3.形式多樣化、變型設計多。擺脫了傳統(tǒng)的單一底座安裝方式，增添了空心軸懸掛式、浮動支承底座、電動機與減速機一體式聯(lián)接，多方位安裝面等不同型式，擴大使用范圍。2.4.2 促進減速器水平提高的主要因素有 1.硬齒面技術的發(fā)展和完善，如大型磨齒技術、滲碳淬火工藝、齒輪強度計算方法、修形技術、變形及三、優(yōu)化設計方法、齒根強化及其元化過渡、新結構等。2.用好的材料，普遍采用各種優(yōu)質合金鋼鍛件，材料和熱處理質量控制水平高。3.結構設計更合理。4.加工精度提高到 ISO5-6 級。5.軸承質量和壽命提高。6.潤滑油質量提高。2.4.3 齒輪減速器的特點齒輪傳動是機械傳動中重要的傳動之一，形式很多，應用廣泛，傳遞的功率可達近十萬千瓦，圓周速率可達 200m/s。齒輪傳動的特點主要有：1. 效率高 在常用的機械傳動中，以齒輪傳動效率最高。如一級圓柱齒輪傳動的效率可達 99。2. 結構緊湊 在同樣的使用條件下，齒輪傳動所需的空間尺寸一般比較小。3. 工作可靠，壽命長 設計制造正確合理，使用維護良好的齒輪傳動，工作可靠，壽命可長達一，二十年，這也是其它機械傳動所不能比擬的。4. 傳動比穩(wěn)定 傳動比穩(wěn)定是對傳動性能的基本要求。齒輪傳動能廣泛應用，也是因為具有這一特點。但是齒輪傳動的制造及安裝精度要求高，價格昂貴，且不宜用于傳動距離過大的場合。 2.4.4 蝸桿減速器的特點蝸桿傳動是在空間交錯的兩軸之間傳遞運動和動力的一種機構，兩軸交錯的夾角可為任意值，常用的為 90 度，這種傳動由于具有下述特點，故應用頗為廣泛。1. 當使用單頭蝸桿時，蝸桿旋轉一周，蝸輪只轉過了一個齒距，因而能實現(xiàn)大的傳動比。在動力傳動中，一般傳動比 I=5-80；在分度機構或手動機構中，傳動比可達 300；若只傳遞運動，傳動比可達 1000。由于傳動比大，零件數(shù)目又少，因而結構很緊湊。2. 在桿蝸傳動中，由于蝸桿齒是連續(xù)不斷的螺旋齒，它和蝸輪齒是逐漸進入嚙合及逐漸退出嚙合的，同時嚙合的齒對又較多，故沖擊載荷小，傳動平穩(wěn)，噪聲低。3. 當蝸桿的螺旋線升角小于嚙合面的當量摩擦角時，蝸桿傳動更具有自鎖性。4. 蝸桿傳動與螺旋齒輪傳動相似，在嚙合處有相對滑動。當滑動速度很大，工作條件不夠良好時，會產生較嚴重的磨擦和磨損，從而引起過分發(fā)熱，使?jié)櫥闆r惡化。因此磨損較大，效率低；當蝸桿傳動具有自鎖性時，效率僅為 0.4左右。同時由于摩擦與磨損嚴重，常需耗用有色金屬制造蝸輪，以便與鋼制的蝸桿配對組合成減磨性良好的滑動摩擦劑。根據蝸桿分度曲面的形狀，蝸桿傳動可以分成三大類：圓柱蝸桿傳動、環(huán)面蝸桿傳動、錐蝸桿傳動。蝸桿分度曲面是圓環(huán)內表面的一部分，蝸桿軸線平面內理論齒廓為直線的蝸桿傳動稱為直廓環(huán)面蝸桿傳動，俗稱“球面蝸輪傳動” 。它始于 1921 年的美國造船業(yè)，其代表產品是美國 CONE DRIVE，50 年代起在我國得到推廣應用。與普通圓柱蝸桿傳動相比，這種蝸桿同時包容齒數(shù)多，雙線接觸線形成油膜條件好，兩齒面接觸線誘導法曲率半徑大。因此，承載能力是相同中心矩普通蝸桿的 1.53 倍（小值適應于小中心矩，大值適應于大中心矩） 。在傳遞同樣功率時，中心矩可縮小 20%40%。由于性能優(yōu)良，美國、日本、俄羅斯等國都將這種傳動作為動力傳動中的主要形式之一廣泛使用。美國生產產品系列中心矩為 151320；速比為 5343000；最高傳動效率可達 97%。我國經過 40 年的研究和發(fā)展，目前這種蝸桿的生產品種也十分可觀，最大中心矩可達到 1200；最少齒數(shù)比為 5；蝸桿頭數(shù)達 6；最高傳動效率可達 94%。這種蝸桿傳動分為“原始型”和“修整型”兩種。 “原始型”直廓環(huán)面蝸桿的螺旋齒面的形成為：一條與成形圓相切、位于蝸桿軸線平面內的直線，在繞成形圓的圓心作等角速的旋轉運動的同時，又與成形圓一起圍繞蝸桿的軸線作等角速的旋轉運動，這條直線在空間形成的軌跡曲面，就是直廓環(huán)面蝸桿的齒面。由于蝸桿齒面的發(fā)生線是直線刀刃，蝸桿螺旋面是直線刀刃形成的不可展直紋面而不是由包絡產生的，難以實現(xiàn)磨削，這種蝸桿制造鋼筋工藝比較復雜，不易獲得高精度的傳動，這是直廓環(huán)面蝸桿傳動的主要缺點。 “修整型”直廓環(huán)面蝸桿螺旋面的形成，基本上與“原始型”相同，不同之處在于加工時根據設計要求的修形曲線，將加工參數(shù)加以改變。一般常用的有：變位異速修形和變速比修形兩種工藝方法。變位異速修形方法就是在加工蝸桿時，刀具位置及固定傳動比不同于蝸桿副工作時的位置及速比。變速比修形方法則是加工時瞬時傳動比按一定規(guī)律變化。用修形加工方法加工的蝸桿與由修形滾刀加工成的蝸輪組成“修整型”直廓環(huán)面蝸桿傳動，消除了蝸輪齒面中部棱線接觸，不僅改善了裝配條件，減少了誤差敏感性，更重要的是：與“原始型”蝸桿傳動比較，接觸區(qū)擴大，形成油膜條件好，包容齒數(shù)間載荷有平均作用，因而其承載能力、嚙合性能和傳動效率均較“原始型”高。3 基本內容、擬解決的主要問題3.1 基本內容對準平行環(huán)面蝸桿提升機進行總體設計、結構設計、環(huán)面蝸輪蝸桿減速器設計、滾筒設計，以及潤滑方式和支承方式的選取。3.2 擬解決的主要問題1.環(huán)面蝸輪蝸桿減速器的設計，要求掌握減速器的基本工作原理，工藝特點。且要注意效率性和經濟性。2.該裝置能夠對一定質量的重物提起或落下。提升線速度約為 810m/min；提升燈具質量約為 500kg；采用一級變速；電動機轉速約為 9101000r/min3.每個零件應裝配合理，無發(fā)卡，運轉靈活，制動器動作時，應靈活，且油路合理，無泄漏現(xiàn)象發(fā)生。4.要求查閱資料，包括國內外的，了解該研究內容的最新動態(tài)和發(fā)展方向，并將其運用到畢業(yè)設計中。4 技術路線或研究方法1分配任務書，對設計課題進行分析，了解設計任務和設計要求。2查閱有關資料，弄清準平行環(huán)面蝸桿提升機的工作原理和執(zhí)行過程，擬定傳動方案。3根據擬定的運動方案進行尺寸綜合，以滿足根據該機械的用途、功能和工藝要求而提出執(zhí)行機構的運動規(guī)律，運動位置或運動軌跡等要求。4在機械運動設計的基礎上進行動力設計，確定作用在機械系統(tǒng)上各構件的載荷并進行機械的功率計算和能量計算。5依據執(zhí)行機構對輸入運動和動力要求，以及機械的用途、工作環(huán)境、成本、效率等條件，設計傳動系統(tǒng)。對主要零件進行設計，繪制機械裝配圖和零件圖。6編制設計說明書，進行課題設計答辯。5 進度安排2012 年 3 月 17 日2012 年 3 月 20 日：分配任務書：2012 年 3 月 21 日2012 年 3 月 31 日：查閱資料及相應知識準備，書寫開題報告； 2012 年 4 月 1 日2012 年 4 月 30 日：結構設計方案的確立及各部件的設計計算；2012 年 5 月 1 日2012 年 5 月 31 日：根據方案進行結構設計、零部件設計和畫 CAD 平面圖設計：2012 年 6 月 1 日2012 年 6 月 16 日；改進結構設計，完善結構，整理設計說明書；2012 年 6 月 17 日2012 年 6 月 20 日；完成設計，提交說有文件，準備答辯。6 主要參考文獻1 許鎮(zhèn)宇.提升機的發(fā)展與應用J.中國機械，2009（3） 2 張質文，中國機械協(xié)會工作報告J.中國機械，2010（11）.3江耕華.機械傳動設計手冊（上冊）S.北京：煤炭工業(yè)出版社，20084俞新陸.卷揚機M.北京：機械工業(yè)出版社，20065齒輪機手冊S.北京：機械工業(yè)出版社，20026劉品，徐小希.機械精度設計與檢測基礎M.哈爾濱工業(yè)大學，20047王三民，諸文俊，機械原理與設計M.北京：機械工業(yè)出版社，20048張桂香.機電類畢業(yè)設計指南M.2005.9Hindhede I，Uffe. Machine Design Fundamentals：A Practical Approach. New York：Wiley ，2006.10collacot R A.Mechanical Fault Diagnosis and Condition Monitoring. London：Chapman and Hall，2009