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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)一種采用齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)欄桿的設(shè)計(jì)商 丘工 學(xué) 院 2016-JXSJ080202-017學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 專業(yè)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化學(xué)號(hào)4112020117學(xué)生姓名胡文潔指導(dǎo)教師楊三序提交日期2016年5月4日 誠 信 承 諾 書本人鄭重承諾和聲明:我承諾在畢業(yè)設(shè)計(jì)撰寫過程中遵守學(xué)校有關(guān)規(guī)定,恪守學(xué)術(shù)規(guī)范,此畢業(yè)設(shè)計(jì)中均系本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨(dú)立完成,沒有剽竊、抄襲他人的學(xué)術(shù)觀點(diǎn)、思想和成果,沒有篡改研究數(shù)據(jù),凡涉及其他作者的觀點(diǎn)和材料,均作了注釋,如有違規(guī)行為發(fā)生,我愿承擔(dān)一切責(zé)任,接受學(xué)校的處理,并承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。畢業(yè)設(shè)計(jì)作者簽名：年月日 I 摘要本 文 介 紹 一 種 采 用 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) ， 該 設(shè) 計(jì) 選 用 電 機(jī) 作 為 驅(qū) 動(dòng) ，通 過 現(xiàn) 場(chǎng) 控 制 器 （ 手 動(dòng) 按 鈕 和 遙 控 按 鈕 等 ） 使 控 制 系 統(tǒng) 控 制 電 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) ， 電 機(jī) 驅(qū) 動(dòng) 核心 的 齒 輪 減 速 器 ， 配 合 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 實(shí) 現(xiàn) 欄 桿 的 升 降 動(dòng) 作 ， 并 根 據(jù) 不 同 的 收 費(fèi) 系 統(tǒng)調(diào) 整 欄 桿 的 起 落 時(shí) 間 ， 電 動(dòng) 欄 桿 應(yīng) 該 有 一 個(gè) 自 鎖 ， 反 饋 ， 保 護(hù) 等 功 能 ， 并 已 與 多 家配 套 設(shè) 備 的 接 口 ， 實(shí) 現(xiàn) 多 種 場(chǎng) 合 均 可 控 制 的 功 能 。其 中 本 文 重 點(diǎn) 介 紹 了 齒 輪 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計(jì) 及 計(jì) 算 。 齒 輪 傳 動(dòng) 系 統(tǒng) 直 接 決 定 欄 桿設(shè) 備 的 性 能 指 標(biāo) ， 其 中 包 括 產(chǎn) 品 的 可 靠 性 和 壽 命 。 為 了 解 決 這 一 關(guān) 鍵 技 術(shù) ， 在 設(shè) 計(jì)過 程 中 選 擇 了 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 技 術(shù) 要 求 和 校 核 方 法 ， 對(duì) 電 動(dòng) 欄 桿 機(jī) 進(jìn) 行 了 相關(guān) 的 參 數(shù) 的 校 核 計(jì) 算 ， 使 產(chǎn) 品 的 適 應(yīng) 性 更 好 。關(guān)鍵詞： 電 動(dòng) 欄 桿 ;齒 輪 傳 動(dòng) ;減 速 器 ;曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) II ABSTRACTThis paper introduces a design of electric barriers machine adopts gear, the designand selection of motor as a drive ， through the field controller ( such as manual buttonsand remote control buttons ) so that the control system controls the motor running, Gearreducer of Motors drive the core, Combined With the crank - rocker mechanism toachieve the barriers to rising and falling , And adjusted according to different chargingsystems barriers ups and doWns of time. Electric barriers should have aself-locking,feedbacking,protecting etc. and has interfaces With a number of ancillaryequipment,achievetocontrolledinanumberofoccasions.And this paper mainly introduces the design and calculation of gear transmission system. The gear transmission system directly determines the performance of barriersequipment, including product reliability and service life. In order to solve this keytechnologies, selecting the national standard electric barriers technologies demand andchect methodin the process of the design, checking calculationofrelevant parameters fortheelectricbarriersmachine andmaketheproductbetteradaptability.Key Words: Electricbarrier;Geartransmission;Reducer;Crankrockermechanism III 目錄1緒論.11.1本課題研究的目的與意義.11.2國內(nèi)外電動(dòng)欄桿的發(fā)展現(xiàn)狀.11.3國內(nèi)電動(dòng)欄桿的發(fā)展方向.12齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)欄桿的總體設(shè)計(jì)方案.32.1電動(dòng)欄桿總體設(shè)計(jì)的基本原則及要求.32.2電動(dòng)欄桿機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)原則.32.3機(jī)構(gòu)總體布置設(shè)計(jì)要求.43齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)欄桿的總體設(shè)計(jì).63.1工作機(jī)構(gòu)欄桿臂的選擇.63.2欄桿臂配重的選擇設(shè)計(jì).73.3欄桿臂高度的選擇.113.4電動(dòng)機(jī)的選擇.11 3.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì).133.6欄桿臂主軸的設(shè)計(jì).143.7四桿機(jī)構(gòu)截面尺寸設(shè)計(jì).163.8齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與校核.193.8.1齒輪傳動(dòng)的工作原理.193.8.2齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比計(jì)算.203.8.3齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)齒輪的計(jì)算.213.8.4齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)軸的計(jì)算校核.293.8.5軸承和鍵的選用校核.413.8.6齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)箱體的設(shè)計(jì).483.8.7潤滑和密封形式的選擇及其他技術(shù)說明.483.9機(jī)體整體外形尺寸的確定.494電氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì).514.1控制電路的設(shè)計(jì).51 4.2控制電路外接設(shè)備的設(shè)計(jì).52總結(jié)與展望.54致謝.55參考文獻(xiàn).57 1緒 論 1 1緒論1.1本課題研究的目的與意義隨 著 我 國 經(jīng) 濟(jì) 的 繁 榮 發(fā) 展 和 人 民 生 活 水 平 的 日 益 提 高 ， 我 國 汽 車 行 業(yè) 發(fā) 展 及 其迅 速 ， 家 庭 小 汽 車 和 運(yùn) 輸 車 輛 的 保 有 量 持 續(xù) 增 長(zhǎng) ， 這 既 方 便 了 人 們 的 出 行 ， 又 加 快了 商 品 的 流 通 ， 但 是 同 時(shí) 也 對(duì) 交 通 運(yùn) 輸 管 理 帶 來 許 多 問 題 ,有 時(shí) 甚 至 造 成 了 交 通 堵塞 ， 特 別 是 各 場(chǎng) 所 的 出 入 口 地 方 。 由 于 社 會(huì) 的 發(fā) 展 和 科 技 的 進(jìn) 步 ， 傳 統(tǒng) 的 各 場(chǎng) 所 出入 口 的 管 理 （ 如 手 動(dòng) 欄 桿 、 折 疊 門 等 ） 已 經(jīng) 不 能 滿 足 人 們 日 常 生 活 的 需 求 ， 所 以 人們 希 望 有 一 種 穩(wěn) 定 高 效 方 便 實(shí) 用 的 進(jìn) 出 入 口 管 理 工 具 電 動(dòng) 欄 桿 的 出 現(xiàn) ， 電 動(dòng) 欄 桿的 設(shè) 計(jì) 主 要 用 于 政 府 、 機(jī) 關(guān) 、 企 業(yè) 、 校 園 、 車 站 、 碼 頭 、 監(jiān) 獄 、 商 場(chǎng) 、 超 市 、 樓 宇 、場(chǎng) 館 、 展 覽 館 、 旅 游 景 點(diǎn) 、 圖 書 館 、 小 區(qū) 、 工 廠 、 停 車 場(chǎng) 、 大 型 公 園 等 地 的 出 入 口 ，主 要 通 過 電 氣 開 關(guān) 、 控 制 器 等 控 制 電 機(jī) 運(yùn) 轉(zhuǎn) 驅(qū) 動(dòng) 減 速 器 連 桿 機(jī) 構(gòu) 帶 動(dòng) 欄 桿 的 上 升 和 下 降 來 實(shí) 現(xiàn) 對(duì) 過 往 車 輛 的 及 時(shí) 攔 擋 和 放 行 。 就 目 前 電 動(dòng) 欄 桿 來 說 ， 由 于 使 用 頻 繁 會(huì)出 現(xiàn) 不 同 程 度 的 損 壞 ， 從 而 影 響 它 自 身 的 使 用 壽 命 。 因 此 這 次 電 動(dòng) 欄 桿 的 設(shè) 計(jì) 意 義就 是 改 進(jìn) 齒 輪 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 及 其 他 一 些 機(jī) 構(gòu) 來 提 高 各 方 面 的 整 體 實(shí) 用 性 能 指 標(biāo) 使 其 更 加人 性 化 和 智 能 化 。1.2國內(nèi)外電動(dòng)欄桿的發(fā)展現(xiàn)狀目 前 ， 電 動(dòng) 欄 桿 是 為 了 解 決 各 大 城 市 停 車 問 題 ， 和 收 費(fèi) 站 自 動(dòng) 攔 車 收 費(fèi) 的 有 效途 徑 。 由 于 國 家 土 地 資 源 的 限 制 ， 在 世 界 各 國 ， 亞 洲 特 別 顯 示 ， 因 為 在 大 城 市 的 狀態(tài) 下 ， 更 廣 泛 的 自 動(dòng) 停 車 設(shè) 備 在 亞 洲 等 地 使 用 ， 亞 洲 大 部 分 地 區(qū) 顯 示 ， 當(dāng) 前 的 日 本 ，韓 國 ， 中 國 停 車 市 場(chǎng) ， 應(yīng) 用 地 點(diǎn) 相 當(dāng) 廣 泛 。電 動(dòng) 欄 桿 在 國 外 的 先 進(jìn) 技 術(shù) 集 光 、 電 、 機(jī) 械 控 制 于 一 體 ， 操 作 靈 活 、 方 便 、 安全 、 可 靠 ； 采 用 光 電 耦 合 、 全 電 路 無 觸 點(diǎn) 控 制 ， 主 板 無 火 花 干 擾 ， 確 保 系 統(tǒng) 運(yùn) 行 可 靠 ； 產(chǎn) 品 功 能 實(shí) 用 、 性 能 穩(wěn) 定 、 規(guī) 格 齊 全 ； 閘 桿 多 樣 化 ， 升 降 平 穩(wěn) ； 采 用 特 制 的 合金 材 料 制 作 , 機(jī) 箱 外 型 精 美 ， 色 彩 溫 馨 ， 堅(jiān) 固 防 水 ， 經(jīng) 久 耐 用 ； 可 根 據(jù) 用 戶 不 同 需求 和 使 用 場(chǎng) 所 進(jìn) 行 即 時(shí) 選 擇 工 作 模 式 ； 可 以 達(dá) 到 電 機(jī) 功 率 70W的 低 能 耗 ， 而 且 起 落時(shí) 間 短 致 1 3s,使 用 壽 命 次 數(shù) 到 達(dá) 300萬 到 500萬 次 ,噪 聲 低 于 30dB,更 不 需 要 經(jīng) 常維 護(hù) ,相 對(duì) 于 國 外 的 技 術(shù) 而 言 ,國 內(nèi) 的 技 術(shù) 還 相 差 甚 遠(yuǎn) ,國 內(nèi) 設(shè) 計(jì) 的 此 產(chǎn) 品 電 機(jī) 功 率 在300W,噪 聲 穩(wěn) 定 性 更 差 ,使 用 壽 命 都 在 100萬 次 左 右 ,整 體 性 能 都 不 能 達(dá) 到 最 優(yōu) 。 11.3國內(nèi)電動(dòng)欄桿的發(fā)展方向從 19世 紀(jì) 末 ， 中 國 各 大 城 市 的 停 車 產(chǎn) 業(yè) 開 始 發(fā) 展 ， 經(jīng) 過 20多 年 的 發(fā) 展 ， 已 形成 了 ， 現(xiàn) 在 的 一 定 的 規(guī) 模 ， 在 電 動(dòng) 欄 桿 發(fā) 展 的 初 期 階 段 ， 車 庫 的 建 設(shè) 都 才 剛 剛 開 始 ，在 一 些 ， 在 車 庫 中 的 機(jī) 器 的 城 市 呢 它 仍 是 個(gè) 空 白 。 停 車 產(chǎn) 業(yè) 的 發(fā) 展 與 增 速 ， 也 相 應(yīng)的 還 存 在 一 些 問 題 的 ： 第 一 ， 大 部 分 做 電 動(dòng) 欄 桿 的 公 司 其 中 大 都 是 中 小 型 企 業(yè) ， 有 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 2 一 定 的 規(guī) 模 ， 但 是 發(fā) 展 很 不 平 衡 ， 因 為 企 業(yè) 內(nèi) 部 缺 乏 中 型 骨 干 型 人 才 ， 技 術(shù) ， 以 及缺 乏 自 主 研 發(fā) 的 能 力 ， 依 靠 引 進(jìn) 國 外 技 術(shù) 和 圖 紙 。 第 二 ， 產(chǎn) 品 的 應(yīng) 用 范 圍 更 廣 ， 產(chǎn)品 質(zhì) 量 ， 可 靠 性 ， 安 全 性 ， 耐 久 性 就 是 必 須 注 重 的 一 個(gè) 很 大 問 題 ， 沒 有 一 定 的 技 術(shù)水 平 ， 很 難 保 證 產(chǎn) 品 的 質(zhì) 量 。 三 ， 停 車 產(chǎn) 業(yè) 的 市 場(chǎng) 的 發(fā) 展 ， 競(jìng) 爭(zhēng) 那 是 比 較 殘 酷 的 ，目 前 整 體 的 產(chǎn) 能 過 剩 ， 價(jià) 格 低 ， 且 部 分 產(chǎn) 品 ， 已 經(jīng) 跌 破 行 業(yè) 內(nèi) 部 的 平 均 成 本 。 應(yīng) 該加 強(qiáng) 對(duì) 電 動(dòng) 欄 桿 的 基 礎(chǔ) 研 究 和 拓 展 。為 了 提 高 電 動(dòng) 欄 桿 機(jī) 的 設(shè) 計(jì) 水 平 ， 需 要 使 電 動(dòng) 欄 桿 的 精 確 的 力 學(xué) 分 析 和 物 理 學(xué)分 析 與 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 原 理 相 結(jié) 合 。 科 學(xué) 的 運(yùn) 用 動(dòng) 平 衡 與 靜 平 衡 相 結(jié) 合 原 理 ， 具 有 緩 沖 起步 .減 速 到 位 ； 起 桿 平 穩(wěn) .桿 位 垂 直 ； 落 桿 自 然 到 位 水 平 。 可 根 據(jù) 不 同 情 況 選 用 手 動(dòng) 控 制 、 按 鈕 控 制 、 遙 控 、 電 腦 控 制 和 感 應(yīng) 控 制 等 操作 方 式 。 采 用 目 前 世 界 上 先 進(jìn) 的 平 衡 機(jī) 構(gòu) ， 可 將 閘 桿 重 力 完 全 平 衡 ， 能 使 閘 桿 在 任 意狀 態(tài) 下 保 持 平 衡 ， 徹 底 消 除 閘 桿 運(yùn) 動(dòng) 過 程 中 的 抖 動(dòng) 現(xiàn) 象 ， 保 證 系 統(tǒng) 運(yùn) 行 輕 快 。 加 強(qiáng) 行 業(yè) 間 的 技 術(shù) 交 流 與 合 作 。 走 共 同 研 發(fā) 之 路 。各 個(gè) 廠 家 根 據(jù) 自 己 的 實(shí) 際 情 況 開 發(fā) 出 的 產(chǎn) 品 各 有 優(yōu) 缺 點(diǎn) ， 為 了 加 快 電 動(dòng) 欄 桿 的開 發(fā) 和 應(yīng) 用 ， 應(yīng) 加 強(qiáng) 企 業(yè) 間 的 合 作 ， 集 中 財(cái) 力 、 物 力 和 人 力 走 共 同 發(fā) 展 之 路 ， 實(shí) 現(xiàn)電 動(dòng) 欄 桿 的 自 動(dòng) 化 程 度 。 2 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 3 2齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)欄桿的總體設(shè)計(jì)方案2.1電動(dòng)欄桿總體設(shè)計(jì)的基本原則及要求電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 就 是 通 過 科 學(xué) 的 原 理 將 想 象 出 來 的 方 案 具 體 化 、 結(jié) 構(gòu) 化 的過 程 。 同 樣 也 是 把 二 維 的 設(shè) 計(jì) 方 案 轉(zhuǎn) 換 成 三 維 實(shí) 體 而 且 可 以 設(shè) 計(jì) 和 制 造 過 程 ,也 可 以說 從 設(shè) 計(jì) 的 早 期 階 段 到 最 優(yōu) 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) ,而 且 能 夠 被 大 眾 認(rèn) 可 。電 動(dòng) 欄 桿 總 體 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 的 工 作 主 要 包 括 兩 個(gè) 方 面 ,那 就 是 材 料 的 選 擇 和 形 狀 的確 定 。 如 果 我 們 想 準(zhǔn) 確 的 確 定 每 個(gè) 零 件 或 部 件 的 形 狀 ,那 么 必 須 經(jīng) 過 科 學(xué) 的 計(jì) 算 和 分析 ， 這 項(xiàng) 工 作 的 嚴(yán) 密 性 對(duì) 設(shè) 計(jì) 出 的 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 起 著 決 定 性 的 意 義 。 對(duì) 于 材 料 的 要 求 就是 能 夠 滿 足 我 們 的 預(yù) 期 所 需 要 的 性 能 并 且 滿 足 尺 寸 要 求 等 。2.2電動(dòng)欄桿機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)原則 機(jī) 構(gòu) 的 總 體 設(shè) 計(jì) 對(duì) 于 一 個(gè) 產(chǎn) 品 來 說 ， 起 著 非 常 重 要 的 作 用 。 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 所 必 須 含有 的 技 術(shù) 性 能 ， 經(jīng) 濟(jì) 性 能 和 外 觀 審 美 性 對(duì) 整 機(jī) 都 有 決 定 性 的 意 義 。 機(jī) 構(gòu) 的 安 全 可 靠設(shè) 計(jì) ， 必 須 遵 守 以 下 三 個(gè) 基 本 原 則 。(1)明 確 原 則這 里 主 要 包 括 以 下 三 個(gè) 方 面 ： 功 能 明 確所 選 的 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 應(yīng) 直 接 、 可 靠 地 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 期 所 需 要 的 功 能 。 至 于 可 實(shí) 現(xiàn) 的 功 能 來說 ， 盡 可 能 的 做 到 既 不 疏 漏 又 不 多 余 。 工 作 情 況 明 確對(duì) 于 設(shè) 計(jì) 出 來 的 產(chǎn) 品 ， 我 們 要 求 他 所 達(dá) 到 的 工 作 狀 況 和 工 作 環(huán) 境 必 須 明 確 指 出 。因 為 設(shè) 計(jì) 結(jié) 構(gòu) 是 有 目 的 性 和 針 對(duì) 性 的 ， 如 耐 磨 損 ， 耐 腐 蝕 以 及 溫 度 要 求 、 濕 度 要 求 等 。 機(jī) 構(gòu) 的 工 作 原 理 明 確機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 時(shí) 必 須 明 確 依 據(jù) 科 學(xué) 的 工 作 原 理 ， 從 而 能 使 欄 桿 工 作 時(shí) 能 實(shí) 現(xiàn) 預(yù) 期 的實(shí) 用 效 果 。(2)簡(jiǎn) 單 原 則簡(jiǎn) 單 原 則 就 是 能 達(dá) 到 預(yù) 期 功 能 的 前 提 下 ， 盡 量 使 機(jī) 器 的 結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 。 這 里 說 的 “簡(jiǎn)單 ”同 時(shí) 有 著 很 多 含 義 ， 比 如 簡(jiǎn) 便 ， 簡(jiǎn) 易 ， 減 少 等 。(3)安 全 可 靠 原 則一 個(gè) 系 統(tǒng) (產(chǎn) 品 )的 安 全 可 靠 性 主 要 指 ： 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 4 工 作 安 全 性 主 要 是 指 保 證 過 往 行 人 和 車 輛 的 安 全 。 構(gòu) 件 的 可 靠 性 ， 在 規(guī) 定 的 外 載 荷 （ 如 規(guī) 定 的 欄 桿 臂 的 長(zhǎng) 度 和 質(zhì) 量 等 ） 范 圍 內(nèi) ， 在規(guī) 定 的 時(shí) 間 內(nèi) ， 構(gòu) 件 不 發(fā) 生 斷 裂 、 彎 曲 變 形 、 過 度 磨 損 、 喪 失 穩(wěn) 定 性 。 功 能 的 可 靠 性 主 要 依 靠 設(shè) 計(jì) 系 統(tǒng) （ 如 小 區(qū) 系 統(tǒng) 、 停 車 場(chǎng) 系 統(tǒng) 、 收 費(fèi) 站 系 統(tǒng) ） 的 可靠 性 。 環(huán) 境 的 安 全 性 ， 整 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 不 能 對(duì) 環(huán) 境 造 成 污 染 ， 要 盡 可 能 使 適 應(yīng) 各 種 環(huán) 境 。2.3機(jī)構(gòu)總體布置設(shè)計(jì)要求(1)功 能 合 理 機(jī) 構(gòu) 要 在 功 能 完 美 表 達(dá) 的 前 提 下 去 設(shè) 計(jì) ， 無 論 是 電 動(dòng) 欄 桿 整 體 還 是單 個(gè) 機(jī) 構(gòu) 上 都 不 能 采 用 有 損 我 們 所 需 要 的 功 能 的 布 局 方 案 。(2)結(jié) 構(gòu) 緊 湊 、 層 次 清 晰 、 比 例 協(xié) 調(diào) 要 運(yùn) 用 科 學(xué) 的 分 布 ， 盡 可 能 的 使 系 統(tǒng) 簡(jiǎn) 單 并且 充 分 高 效 地 運(yùn) 用 內(nèi) 部 空 間 。 （ 3） 充 分 考 慮 產(chǎn) 品 的 系 列 化 及 發(fā) 展 在 設(shè) 計(jì) 總 體 分 布 時(shí) ， 應(yīng) 對(duì) 這 一 類 系 列 和 變 形改 進(jìn) 做 考 慮 ， 還 應(yīng) 該 考 慮 符 合 科 學(xué) 性 ， 實(shí) 現(xiàn) 生 產(chǎn) 線 和 實(shí) 現(xiàn) 自 動(dòng) 化 。2.4齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案在 這 次 齒 輪 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 設(shè) 計(jì) 中 ， 我 選 擇 蝸 輪 蝸 桿 齒 輪 二 級(jí) 減 速 ， 具 體 分 析 設(shè) 計(jì)如 下 ：（ 1） 蝸 桿 傳 動(dòng) 蝸 桿 傳 動(dòng) 可 以 實(shí) 現(xiàn) 較 大 的 傳 動(dòng) 比 ， 尺 寸 緊 湊 ， 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) ， 但 效率 較 低 ， 適 用 于 中 、 小 功 率 的 場(chǎng) 合 。 采 用 錫 青 銅 為 蝸 輪 材 料 的 蝸 桿 傳 動(dòng) ， 由 于 允 許齒 面 有 較 高 的 相 對(duì) 滑 動(dòng) 速 度 ， 可 將 蝸 桿 傳 動(dòng) 布 置 在 高 速 級(jí) ， 以 利 于 形 成 潤 滑 油 膜 ，可 以 提 高 承 載 能 力 和 傳 動(dòng) 效 率 。 因 此 將 蝸 桿 傳 動(dòng) 布 置 在 第 一 級(jí) 。（ 2） 齒 輪 傳 動(dòng) 斜 齒 輪 傳 動(dòng) 的 平 穩(wěn) 性 較 好 ， 常 用 在 高 速 級(jí) 或 要 求 傳 動(dòng) 平 穩(wěn) 的 場(chǎng)合 。 因 此 將 齒 輪 傳 動(dòng) 布 置 在 第 二 級(jí) （ 3)聯(lián) 軸 器 傳 動(dòng) 聯(lián) 軸 器 主 要 連 接 電 機(jī) 軸 和 蝸 桿 軸 ， 使 他 們 一 起 回 轉(zhuǎn) 并 傳 遞 轉(zhuǎn)矩 。 由 于 電 動(dòng) 欄 桿 的 震 動(dòng) 較 小 而 且 載 荷 較 小 ， 所 以 選 用 固 定 式 剛 性 聯(lián) 軸 器 即 可 滿 足傳 動(dòng) 需 求 。 2 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 方 案 5 12 3 4 5 6 7 89 CCC B AAO A1.電 機(jī) ； 2.聯(lián) 軸 器 ； 3.蝸 輪 蝸 桿 二 級(jí) 減 速 器 ； 4.曲 柄 ； 5.連 桿 ； 6.搖 桿 ； 7.機(jī) 架 ；8.欄 桿 臂 ； 9.彈 簧 圖 2.4.1整 機(jī) 傳 動(dòng) 原 理 圖這 次 設(shè) 計(jì) 電 動(dòng) 欄 桿 是 機(jī) 械 傳 動(dòng) ， 其 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 包 括 電 動(dòng) 機(jī) 、 聯(lián) 軸 器 、 減 速 器 和 曲柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 。 工 作 時(shí) ， 電 動(dòng) 機(jī) 通 過 聯(lián) 軸 器 傳 動(dòng) ， 帶 動(dòng) 蝸 輪 蝸 桿 齒 輪 二 級(jí) 減 速 器 ， 減速 器 的 輸 出 軸 通 過 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 帶 動(dòng) 欄 桿 臂 上 升 和 下 降 ， 使 欄 桿 處 于 豎 直 或 水 平 位置 。 整 機(jī) 結(jié) 構(gòu) 的 示 意 圖 見 上 圖 2.4.1 ， 其 主 要 結(jié) 構(gòu) 與 工 作 原 理 為 ： 1為 電 機(jī) 通 過 聯(lián)軸 器 2 將 動(dòng) 力 傳 動(dòng) 到 蝸 輪 蝸 桿 齒 輪 減 速 器 3 經(jīng) 過 減 速 器 減 速 輸 出 驅(qū) 動(dòng) 力 矩 ， 驅(qū) 動(dòng) 曲柄 4作 整 周 轉(zhuǎn) 動(dòng) 5 為 連 桿 ； 6為 搖 桿 繞 O點(diǎn) 擺 動(dòng) 擺 動(dòng) 角 度 =90， 7為 機(jī) 架 8為欄 桿 臂 與 搖 桿 剛 性 連 接 ;9 為 彈 簧 ， 用 以 平 衡 欄 桿 臂 的 重 量 ， 現(xiàn) 規(guī) 定 平 衡 后 驅(qū) 動(dòng) 欄桿 臂 的 力 偶 矩 不 大 于 5Nm。 當(dāng) 曲 柄 OA逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 至 位 置 OA時(shí) ， 搖 桿 BC 逆 時(shí)針 擺 到 下 極 限 位 置 BC， 欄 桿 臂 上 升 到 豎 直 位 置 ； 當(dāng) 曲 柄 繼 續(xù) 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 動(dòng) 至 位 置OA”時(shí) ， 搖 桿 又 順 時(shí) 針 擺 到 上 極 限 位 置 BC”， 欄 桿 臂 下 降 到 水 平 位 置 。 2 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 6 3齒輪傳動(dòng)的電動(dòng)欄桿的總體設(shè)計(jì)3.1工作機(jī)構(gòu)欄桿臂的選擇欄 桿 臂 應(yīng) 有 一 定 強(qiáng) 度 ， 并 且 不 能 因 為 自 重 、 風(fēng) 吹 、 和 手 動(dòng) 輕 微 掰 動(dòng) 而 產(chǎn) 生 明 顯撓 度 （ 彎 曲 ） ， 欄 桿 臂 長(zhǎng) 度 一 般 在 2500mm到 5800mm之 間 。 另 外 欄 桿 臂 的 材 料 必 須耐 高 低 溫 、 耐 濕 熱 、 耐 溫 度 交 變 性 能 以 及 耐 鹽 霧 雨 水 腐 蝕 性 能 等 。 欄 桿 臂 應(yīng) 粘 貼 或噴 涂 有 紅 白 相 間 均 勻 分 布 的 反 光 膜 ， 不 允 許 有 邊 緣 破 損 或 紅 白 模 糊 。 3欄 桿 臂 的 的 材 料 通 常 有 四 種 即 鋁 合 金 、 鋁 芯 泡 沫 、 碳 素 纖 維 、 PVC。 本 次 設(shè) 計(jì)為 了 更 好 的 達(dá) 到 上 述 要 求 的 工 作 環(huán) 境 我 們 選 用 市 場(chǎng) 上 應(yīng) 用 較 多 的 擠 壓 成 型 鋁 合 金 型材 ， 鋁 合 金 八 角 桿 ， 表 面 通 過 氧 化 噴 塑 處 理 ， 桿 體 顏 色 白 色 亞 光 （ RAL9016） ， 欄 桿體 兩 側(cè) 表 面 帖 敷 紅 色 工 程 級(jí) 3M反 光 膜 ， 欄 桿 長(zhǎng) 3.5m， 橫 截 面 10050mm， 閘 桿 中間 有 加 強(qiáng) 筋 ， 標(biāo) 準(zhǔn) 壁 厚 1.2mm。 實(shí) 測(cè) 欄 桿 斷 面 圖 見 下 圖 3.1所 示 ： 48.8 圖 3.1欄 桿 臂 截 面 圖由 上 圖 3.1可 知 ， 斷 面 截 面 積 22 mm616.371mm2.1)8.4825.19472.202.5.69( A (3.11) 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 7 由 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 ， 欄 桿 臂 長(zhǎng) L=3.5m； 由 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 4， 擠 壓 成 型 鋁 合 金 材 料 的密 度 為 =2.73g/cm3。 欄 桿 臂 質(zhì) 量 ： 3.55kgg3550g73.235071616.3 ALm (3.12)3.2欄桿臂配重的選擇設(shè)計(jì)電 動(dòng) 欄 桿 在 使 用 過 程 中 由 于 欄 桿 自 身 的 長(zhǎng) 度 和 質(zhì) 量 會(huì) 產(chǎn) 生 較 大 的 轉(zhuǎn) 矩 ， 從 而 致使 欄 桿 內(nèi) 部 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 中 曲 柄 需 要 較 大 的 力 矩 才 能 最 終 驅(qū) 動(dòng) 欄 桿 臂 動(dòng) 作 ， 所 以 同樣 需 要 較 大 功 率 的 電 機(jī) 。 為 了 減 小 電 機(jī) 的 負(fù) 載 和 最 求 節(jié) 能 效 果 ， 我 們 根 據(jù) 力 矩 平 衡原 理 （ 如 果 一 個(gè) 物 體 所 受 到 的 力 的 合 力 矩 的 代 數(shù) 和 是 0， M=M1+M2+M3+.=0） 采用 彈 簧 來 平 衡 欄 桿 臂 的 自 重 。 下 圖 中 OA=0.1m OB=3.4m AB=3.55kg OC=0.15mOC=0.35kg根 據(jù) 文 獻(xiàn) 5 理 論 力 學(xué) 知 識(shí) 分 析 如 下 ：O BC AF 彈 G114054G2 圖 3.2欄 桿 臂 受 力 圖 0254sin)2( 12 OAABGOCGOCF彈 （ 3.21）由 上 式 代 入 數(shù) 字 得 ： 01.025.31055.354sin215.01035.015.0 彈F （ 3.22）由 上 式 計(jì) 算 得 : 彈F 481N彈 簧 的 設(shè) 計(jì) 計(jì) 算 參 考 文 獻(xiàn) 6 步 驟 如 下 ： 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 8 圖 3.3彈 簧 受 力 圖因 為 彈 簧 應(yīng) 該 在 一 般 載 荷 的 條 件 下 進(jìn) 行 工 作 。 可 以 根 據(jù) 第 類 彈 簧 。 現(xiàn) 選 用 的是 碳 素 彈 簧 鋼 絲 （ GB4357-89C級(jí) ） ， SL型 。試 選 彈 簧 鋼 絲 的 直 徑 為 d=4mm。 查 表 16-3， 可 以 暫 時(shí) 選 取 B=1500MPa。 查 表16-2， 可 知 MPa60015008.05.08050 B. 。1. 選 取 旋 繞 比 并 計(jì) 算 曲 度 系 數(shù)通 常 選 取 旋 繞 比 為 85C 。 現(xiàn) 在 選 取 的 旋 繞 比 為 C=5曲 度 系 數(shù) 31.15615.0454 154615.044 14 CCCK （ 3.23） 2. 按 照 強(qiáng) 度 的 條 件 計(jì) 算 彈 簧 鋼 絲 直 徑試 計(jì) 算 彈 簧 簧 絲 直 徑 KCFd 26.1 （ 3.24）其 中 ， F2-彈 簧 的 最 大 工 作 拉 力 ， 已 知 F2=481N。每 個(gè) 數(shù) 值 代 到 式 子 里 去 得 ： mm67.3600 531.14816.16.1 2 KCFd （ 3.25） 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 9 上 式 的 計(jì) 算 結(jié) 果 與 試 選 取 的 d值 相 近 ， 并 且 符 合 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 柱 螺 旋 拉 伸 彈 簧 尺 寸 及參 數(shù) (GB/T20881997)， 因 為 d=4mm 彈 簧 鋼 絲 直 徑 已 是 標(biāo) 準(zhǔn) 值 。 不 需 要 重 新 選 取 ，即 d=4mm。 因 為 d 的 大 小 不 變 ， 所 以 不 需 要 重 新 查 表 并 計(jì) 算 ， 即 B=1500MPa，=600MPa。彈 簧 中 徑 : mm2045 CdD （ 3.26）查 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 柱 螺 旋 拉 伸 彈 簧 的 尺 寸 及 參 數(shù) (GB/T20881997)。 應(yīng) 取 d=4mm,5420 C （ 3.27） 因 為 C沒 變 化 ， 所 以 相 應(yīng) 的 K的 大 小 也 不 變 ， 即 K=1.31mm。 相 應(yīng) 的 d也 不 變 ?？?知 d=4mm。 此 時(shí) D=20mm 就 是 標(biāo) 準(zhǔn) 值 。彈 簧 內(nèi) 徑 : mm164201 dDD （ 3.28）彈 簧 外 徑 : mm244202 dDD （ 3.29）3. 根 據(jù) 彈 簧 剛 度 ， 計(jì) 算 彈 簧 圈 數(shù) n 12 12 ff FFkF （ 3.210）式 子 里 ，1F -彈 簧 的 最 小 工 作 拉 力 ， 這 里 設(shè) 出 F min=37N；2f -與 2F 對(duì) 應(yīng) 的 彈 簧 長(zhǎng) 度 ， 2f =876mm；1f -與 1F 對(duì) 應(yīng) 的 彈 簧 長(zhǎng) 度 ， 1f =660mm每 個(gè) 數(shù) 值 代 到 式 子 里 去 ： 510570 3748112 12 ff FFkF =7.4N/mm （ 3.211）4. 彈 簧 圈 數(shù)根 據(jù) 表 16-2， 當(dāng) 0.5 d 4時(shí) ， 切 變 模 量 G在 83000 80000， 可 以 選 取 G=82000。彈 簧 圈 數(shù) 的 計(jì) 算 公 式 FkDGdn 3 48 （ 3.212） 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 10 代 入 各 數(shù) 據(jù) 得 ： 32.444.7208 4820008 3 43 4 FkDGdn （ 3.213)根 據(jù) d=4mm， D=20mm。 查 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 柱 螺 旋 拉 伸 彈 簧 的 尺 寸 及 參 數(shù) (GB/T20881997)， 可 以 得 到 n316Fk （ 3.214）查 表 16-6， 得 拉 伸 彈 簧 的 有 效 圈 數(shù) n=45圈 。 可 得 到 彈 簧 剛 度02.745316n316 Fk N/mm （ 3.215） 5. 驗(yàn) 算查 標(biāo) 準(zhǔn) 圓 柱 螺 旋 拉 伸 彈 簧 的 尺 寸 及 參 數(shù) (GB/T20881997)。 可 知 F0=148N。（ 1） 彈 簧 的 初 應(yīng) 力 N285.1544 20148831.18 3300 dDFK （ 3.216）根 據(jù) 圖 16-9， 當(dāng) C=5時(shí) ， 彈 簧 的 初 拉 應(yīng) 力 的 推 薦 值 大 概 在 78 163MPa。 所 以求 得 的 初 應(yīng) 力 值 合 適 。（ 2） 彈 簧 的 極 限 工 作 應(yīng) 力 lim 。 查 表 16-2的 后 注 ， 得 B 56.0lim ， 即MPa840150056.056.0lim B （ 3.217）極 限 工 作 載 荷 limF N783.80531.1208 84048 3lim3lim DKdF （ 3.218）工 作 時(shí) 的 最 大 拉 力 為 570.688N,所 以 能 滿 足 要 求6. 計(jì) 算 其 他 結(jié) 構(gòu) 參 數(shù) mm21825.1 10 DdnH （ 3.219）Darc ptan （ 3.220）式 子 里 ， 0H -自 由 長(zhǎng) 度 ； 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 11 -螺 旋 角 ；p-彈 簧 節(jié) 距 ， 4dp mm。代 入 的 數(shù) 據(jù) 得 ：自 由 長(zhǎng) 度 ： mm21816245.14525.1 10 DdnH （ 3.221） 643.320 4tanarctan arcDp （ 3.222）根 據(jù) 以 上 的 計(jì) 算 ， 選 定 有 關(guān) 參 數(shù) 為 ：材 料 ： 碳 素 的 彈 簧 的 鋼 絲 ，鋼 絲 直 徑 ： 4mm， 旋 繞 比 ： 5，彈 簧 中 徑 ： 20mm，彈 簧 右 旋 ： 螺 旋 角 為 =3.643，自 由 長(zhǎng) 度 ： 218mm。標(biāo) 準(zhǔn) 圓 柱 螺 旋 拉 伸 彈 簧 的 尺 寸 及 參 數(shù) (摘 自 GB/T20881997)3.3欄桿臂高度的選擇根 據(jù) 文 獻(xiàn) 3收 費(fèi) 欄 桿 國 家 標(biāo) 準(zhǔn) GB T24973-2010欄 桿 臂 下 邊 緣 距 機(jī) 箱 底 平 面的 高 度 應(yīng) 在 650mm 950mm之 間 。 我 們 選 擇 欄 桿 臂 到 欄 桿 臂 下 沿 的 高 度 為 775mm3.4電動(dòng)機(jī)的選擇下 圖 為 欄 桿 臂 處 于 水 平 位 置 時(shí) 的 受 力 圖 （ O點(diǎn) 的 約 束 力 未 畫 出 ） 。由 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 和 式 (3.11)得 :L=3.5mG=35.5N GO M 圖 3.4欄 桿 臂 受 力 圖 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 12 欄 桿 臂 受 力 平 衡 時(shí) ， 有 0 OM ， 即 mN6.58mN65.15.35102102 .Lmg.LGM (3.41)設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 要 求 ， 欄 桿 臂 由 水 平 位 置 逆 時(shí) 針 轉(zhuǎn) 過 90到 豎 直 位 置 時(shí) ， 平 均 用 時(shí)2.5s。 設(shè) 欄 桿 臂 升 起 期 間 勻 速 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 則 角 速 度 ： s/rad63.0s/rad5.22 t (3.42)此 時(shí) 驅(qū) 動(dòng) 欄 桿 臂 轉(zhuǎn) 動(dòng) 所 需 的 功 率 ： W37W63.06.58 MP (3.43) 考 慮 到 傳 動(dòng) 機(jī) 構(gòu) 的 效 率 、 一 些 不 可 預(yù) 知 的 阻 力 以 及 使 用 場(chǎng) 所 的 電 源 情 況 ， 參 考現(xiàn) 有 類 似 產(chǎn) 品 ， 確 定 選 用 單 相 異 步 電 動(dòng) 機(jī) ,電 動(dòng) 機(jī) 的 型 號(hào) YY6324， 功 率 為 120W，工 作 電 壓 為 220V， 頻 率 50Hz， 額 定 轉(zhuǎn) 速 1400r/min。YY系 列 單 相 電 容 運(yùn) 轉(zhuǎn) 電 動(dòng) 機(jī) 以 國 家 電 機(jī) 最 新 標(biāo) 準(zhǔn) JB1009-1012-91和 小 功 率 電動(dòng) 機(jī) 的 安 全 要 求 標(biāo) 準(zhǔn) GB12350-2009設(shè) 計(jì) ,注 重 提 高 力 能 指 標(biāo) ,節(jié) 約 能 源 為 原 則 ,產(chǎn) 品效 率 高 ,使 用 壽 命 長(zhǎng) ,結(jié) 構(gòu) 簡(jiǎn) 單 ,維 護(hù) 方 便 .適 用 于 鼓 風(fēng) 機(jī) ,水 泵 ,記 錄 儀 表 等 以 及 起 動(dòng) 扭距 要 求 不 高 的 機(jī) 械 .該 系 列 電 機(jī) 具 有 較 高 的 起 動(dòng) 性 能 和 過 載 能 力 、 功 率 因 數(shù) 及 效 率 ，噪 聲 低 、 重 量 輕 、 體 積 小 、 維 護(hù) 方 便 。由 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 要 求 欄 桿 升 起 時(shí) 間 為 2.5s， 所 以 曲 柄 整 周 運(yùn) 動(dòng) 工 作 周 期 T=5s減 速 器 輸 出 轉(zhuǎn) 速 ： min/r12r/5s min/s60min/s60 Tn W ； (3.44)一 般 情 況 下 齒 輪 傳 動(dòng) 傳 動(dòng) 比 范 圍 81齒i ， 蝸 桿 傳 動(dòng) 傳 動(dòng) 比 范 圍 ： 4010蝸i電 動(dòng) 機(jī) 轉(zhuǎn) 速 范 圍 min/r3200100 wd niin 蝸齒YY6324電 機(jī) 可 以 滿 足 要 求電 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 的 功 率 Pd： 驅(qū) 動(dòng) 欄 桿 臂 轉(zhuǎn) 動(dòng) 所 需 的 功 率 Pw ,考 慮 到 傳 動(dòng) 的 裝 置 的功 率 的 損 耗 ， 電 動(dòng) 機(jī) 的 輸 出 的 功 率 為 ： wd PP (3.45)上 式 (3.4-5)中 ， 是 電 動(dòng) 機(jī) 到 工 作 機(jī) 的 輸 出 的 功 率 之 間 的 總 效 率 ， 即54321 3 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 13 由 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 手 冊(cè) 4， 可 以 查 得 ： 剛 性 的 聯(lián) 軸 器 的 傳 動(dòng) 效 率 1=0.99； 單 頭 的 蝸 桿的 傳 動(dòng) 效 率 2=0.70； 齒 輪 的 傳 動(dòng) 效 率 3=0.97； 軸 承 的 傳 動(dòng) 效 率 4=0.99； 四 桿 的 機(jī) 構(gòu)的 傳 動(dòng) 效 率 5=0.83， 所 以 ： 541.083.099.097.070.099.0 354321 3 (3.46)069kw.00.5410372.0wd PP 0.12kWYY6324電 機(jī) 可 以 滿 足 要 求3.5曲柄搖桿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在 鉸 鏈 四 桿 機(jī) 構(gòu) 中 具 有 一 個(gè) 曲 柄 和 一 個(gè) 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 稱 為 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 。 一 般 情 況下 ， 曲 柄 為 主 動(dòng) 件 且 等 速 整 周 轉(zhuǎn) 動(dòng) ， 而 搖 桿 作 為 從 動(dòng) 件 作 變 速 往 復(fù) 運(yùn) 動(dòng) ， 連 桿 作 平 面 復(fù) 合 運(yùn) 動(dòng) 。 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 是 四 桿 機(jī) 構(gòu) 最 基 本 的 形 式 。曲 柄 存 在 條 件 ： 最 短 桿 與 最 長(zhǎng) 桿 長(zhǎng) 度 之 和 應(yīng) 小 于 或 等 于 其 余 兩 桿 長(zhǎng) 度 之 和 ； 連 架 桿 與 機(jī) 架 中 至 少 有 一 個(gè) 是 最 短 桿 ，滿 足 條 件 ， 當(dāng) 最 短 桿 是 曲 柄 時(shí) ， 為 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) ； 最 短 桿 為 機(jī) 架 時(shí) ， 為 雙 曲柄 ； 最 短 桿 為 連 桿 時(shí) ， 為 雙 搖 桿 ； AB DC C Bab c =45FC 搖 桿 欄 桿 臂C B G連 桿曲 柄 圖 3.5曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 運(yùn) 動(dòng) 簡(jiǎn) 圖 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 14 根 據(jù) 設(shè) 計(jì) 要 求 和 機(jī) 械 原 理 7知 識(shí) 可 知 ， 該 機(jī) 構(gòu) 極 位 夾 角 為 0， 即 無 急 回 特 性 ， 尺寸 BB=CC， 搖 桿 CD的 擺 角 為 90， 則 圖 中 傳 動(dòng) 角 =45， 設(shè) 計(jì) 變 量 有 L1=AB、L2=BC、 L3=CD、 L4=DA。 曲 柄 L1為 最 短 桿 ， 其 余 三 桿 長(zhǎng) 可 表 示 為 L1的 倍 數(shù) 。 由 上圖 所 示 的 幾 何 關(guān) 系 可 知 13 22 LL （ 3.51）242221 LLL （ 3.52）根 據(jù) 機(jī) 構(gòu) 在 機(jī) 器 中 的 許 用 的 空 間 ， 可 以 適 當(dāng) 的 預(yù) 選 曲 柄 長(zhǎng) 度 L3機(jī) 架 L4的 長(zhǎng) 度 ，設(shè) L 3=150mm， L4=330mm，則 L1=106.066mm， L2=312.490mm。L4+L1=330+106.66mm L3+L2=150+312.49mm經(jīng) 驗(yàn) 證 符 合 曲 柄 搖 桿 機(jī) 構(gòu) 的 運(yùn) 動(dòng) 原 理3.6欄桿臂主軸的設(shè)計(jì)由 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 部 分 式 (3.43)可 知 ， 驅(qū) 動(dòng) 欄 桿 臂 轉(zhuǎn) 動(dòng) 所 需 的 功 率 P=37W； 欄 桿臂 轉(zhuǎn) 過 90用 時(shí) 2.5s， 轉(zhuǎn) 過 1轉(zhuǎn) 用 時(shí) 2.54=10s， 則 轉(zhuǎn) 速 n=60/10=6r/min。圖 3.5為 主 軸 上 的 搖 桿 和 欄 桿 臂 的 受 力 ， D點(diǎn) 為 主 軸 。 根 據(jù) 力 的 平 移 定 理 ， 將力 F C和 G 移 到 D點(diǎn) 后 ， 分 別 附 加 力 偶 TC和 TG， 由 電 動(dòng) 機(jī) 的 選 擇 部 分 式 (3.41)可 知 ，力 偶 TC和 TG的 力 偶 矩 都 為 58.6Nm， G=mg=10N=35.5N。=45 FC 搖 桿 欄 桿 臂GDc 圖 3.6主 軸 上 搖 桿 和 欄 桿 臂 的 受 力取 搖 桿 和 欄 桿 臂 為 研 究 對(duì) 象 ， 做 受 力 分 析 ：由 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 6， 曲 柄 AB與 機(jī) 架 BC共 線 時(shí) 的 傳 動(dòng) 角 最 小 ， 驅(qū) 動(dòng) 搖 桿 CD擺動(dòng) 所 需 的 力 最 大 。 不 考 慮 連 桿 BC本 身 的 重 量 時(shí) ， 連 桿 為 二 力 桿 ， 在 上 圖 3.6位 置 時(shí) ，搖 桿 C端 受 連 桿 的 拉 力 F C沿 連 桿 方 向 向 下 ， 欄 桿 臂 受 到 重 力 G。 D點(diǎn) 的 約 束 力 未 畫出 。 在 Md=0時(shí) ， 有 sin1.02 C cFLG ）（ (3.61) 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 15 N3.552N45sin15.0 1.025.35.35sin 1.02 ）（）（ cLGFC (3.62)1. 初 步 確 定 軸 的 最 小 直 徑 6先 按 機(jī) 械 設(shè) 計(jì) 初 步 估 算 軸 的 最 小 直 徑 ： 選 取 軸 的 材 料 為 45鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 處 理 。 根 據(jù)表 153， 取 A0=112， 于 是 得 mm5.20mm6037.0112 33 220min nPAd (3.63)有 兩 個(gè) 鍵 槽 ， 軸 徑 加 大 12% ， 于 是 為 初 步 估 算 軸 的 最 小 直 徑20.5(1+0.06)=22.96mm。2. 軸 的 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 圖 3.7軸 的 結(jié) 構(gòu) 與 裝 配3. 求 軸 上 的 載 荷下 圖 3.8為 主 軸 的 載 荷 分 析 圖 ， 其 中 圖 a 是 主 軸 受 力 圖 ； 圖 b 是 彎 矩 圖 ； 圖 c是 扭 矩 圖 。 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 16 (a)(b) (c) =58.6Nm Nm Nm圖 3.8主 軸 的 載 荷 分 析 圖圖 3.8中 數(shù) 據(jù) 的 計(jì) 算 過 程 如 下 ：由 上 述 桿 臂 設(shè) 受 力 分 析 分 內(nèi) 容 可 知 ， FC=552.3N。由 材 料 力 學(xué) 8， 當(dāng) MA=0時(shí) ， 有FC0.048+G0.198+FB0.114=0 (3.64)解 得 ： N45.295N114.0 198.05.35048.03.552114.0 198.0048.0C GFFB (3.65) FV=0時(shí) ， 有 FA+FB =FC +G解 得 ： FA=FC +G FB=552.3+35.5 295.45N=262.3N (3.66)從 而 可 計(jì) 算 得 ：MA=Fc0.048=552.30.048Nm=26.5Nm (3.67)MB= G0.084= 35.50.084Nm=-3.124Nm (3.68)4. 按 彎 扭 合 成 應(yīng) 力 校 核 軸 的 強(qiáng) 度進(jìn) 行 校 核 時(shí) ， 通 常 只 需 要 校 核 軸 上 承 受 最 大 彎 矩 和 扭 矩 的 截 面 （ 搖 桿 所 在 位置 ） 。 根 據(jù) 式 (155)及 彎 矩 計(jì) 算 的 數(shù) 據(jù) ， 以 及 軸 單 向 旋 轉(zhuǎn) ， 扭 轉(zhuǎn) 切 應(yīng) 力 為 脈 動(dòng) 循 環(huán)變 應(yīng) 力 ， 取 =0.6， 軸 的 計(jì) 算 應(yīng) 力 MPa18.28MPa251.0 )586006.0(26500)( 3 222c2ca W TM (3.69) 前 已 選 定 軸 的 材 料 為 45鋼 ， 調(diào) 質(zhì) 處 理 ， 由 表 151查 得 1=60MPa。 因 此 caFd1=62.06N所 以 軸 承 左 端 被 “放 松 ”右 端 被 “壓 緊 ”即 Fa1=Fae1+Fd2=(551.6+34.047)N=585.647N (3.8.58)Fa2=Fd2=34.047N3） 求 軸 承 當(dāng) 量 動(dòng) 載 荷 P1和 P2因?yàn)閑FFa 360.1607.92647.5851r1，eFFa 68.007.5007.342r2由 表 13-5查 的 徑 向 載 荷 系 數(shù) 和 軸 向 載 荷 系 數(shù) ：對(duì) 軸 承 1X 1=0.41， Y1=0.87 ； 對(duì) 軸 承 2X2=1， Y2=0；因 軸 承 運(yùn) 轉(zhuǎn) 中 比 較 平 穩(wěn) ， 按 表 13-6， 取 fd=1.則 N2.552N)647.585878.007.9241.0(1)( 1111d1 ar FYFXfP (3.8.59)N07.50N)047.34007.501(1)( 2222d2 ar FYFXfP (3.8.510)4） 驗(yàn) 算 軸 承 壽 命因 為 21 PP ， 所 以 按 軸 承 1的 受 力 大 小 驗(yàn) 算 5.43292.5529000 310 PCL （ L10的 單 位 為 106r） (3.8.511)所 以 滿 足 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 要 求 的 1.510 6次(2) 小 齒 輪 軸 軸 承 的 選 擇該 軸 為 工 作 于 普 通 溫 度 下 的 短 軸 ， 故 支 點(diǎn) 采 用 兩 端 單 向 固 定 的 方 式 ， 因 為 受 到斜 齒 輪 和 渦 輪 軸 向 力 的 影 響 ， 所 以 選 用 一 對(duì) 角 接 觸 球 軸 承 ， 按 軸 徑 初 選 7203AC， 查NSK軸 承 樣 本 可 知 7203AC 角 接 觸 球 軸 承 的 額 定 動(dòng) 載 荷 C=10kN。1) 求 兩 軸 承 的 徑 向 載 荷 Fr1和 Fr2.由 上 述 軸 的 計(jì) 算 得 出指 蝸 輪 軸 向 力 N82.69 1t2a FF蝸 輪 圓 周 力 N6.551 1a2t FF蝸 輪 徑 向 力 N3.49 1r2r FF 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè) 計(jì) 43 齒 輪 圓 周 力 N7.10852 tF齒 輪 徑 向 力 N6.4042 rF齒 輪 軸 向 力 N02.2442 aF小 齒 輪 分 度 圓 直 徑 d=31.5mm 渦 輪 分 度 圓 直 徑 d=62mm ， Fd2 2 1 Fd1(a) Fr2V Fr2H FFF F FFte re22ae2 te2re239 2 1(a) FF FFre2ae2ae2 re239 35 32 2 1(a) F Fte2te239 35 32 Fr1VFr1H35 32 ae2 圖 3.20將 軸 系 部 件 受 到 的 空 間 力 系 分 解 為 鉛 垂 面 （ 圖 3.20b） 和 水 平 面 （ 圖 3.20c） 兩 個(gè)平 面 力 系 。 由 受 力 分 析 可 知 ：N46.286 N106 2628.69323.49676.40425.3102.244 323539 223267 ae22rere22 dFdFFFF aevr (3.8.512)N44.167N46.286-3.496.404- V2r2rere2V1r ）（FFFF (3.8.513)N76.852N106 326.551677.1085323539 3269 2re2te2r FFF H (3.8.514)N54.785N)76.8526.5517.1085(- H2rtete2H1r FFFF (3.8.515)N04.869N76.85244.167 222H1r2V1r1r FFF (3.8.516)N14.836N54.78546.286 222H2r2V2r2r FFF (3.8.517) 商 丘 工 學(xué) 院 本 科 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 44 2) 求 軸 承 的 計(jì) 算 軸 向 力 Fa1和 Fa2對(duì) 于 70000AC型 軸 承 ， 按 表 13-7， 軸 的 派 生 軸 向 力 Fd=0.68Fr所 以 ： N37.747N04.86968.068.0 r1d1 FF (3.8.518)N08.719N14.83668.068.0 r2d2 FF (3.8.519)參 考 角 接 觸 球 軸 承 載 荷 的 分 析 （ 圖 13-1） 做 出 受 力 分 析 （ 圖 321a）由 于 Fd2+Fae2=（ 719.37+69.82） NFd1=333.43N所 以 軸 承 左 端 被 “放 松 ”右 端 被 “壓 緊 ”即 F a1=Fae+Fd2=（ 224.02+471.372） N=695.392NFa2=Fd2=471.372N3） 求 軸 承 當(dāng) 量 動(dòng) 載 荷 P1和 P2因?yàn)閑FFa 42.134.490392.6951r1，eFFa 68.02.693372.4712r2由 表 13-5查 的 徑 向 載 荷 系 數(shù) 和 軸 向 載 荷 系 數(shù) ：對(duì) 軸 承 1X 1=0.41， Y1=0.87 ； 對(duì) 軸 承 2X2=1， Y2=0；因 軸 承 運(yùn) 轉(zhuǎn) 中 比 較 平 穩(wěn) ， 按 表 13-6， 取 fd=1.則 N6.811N)392.695878.034.49041.0(1)( 1111d1 ar FYFXfP (3.8.531)N2.693N)372.47102.6931(1)( 2222d2 ar FYFXfP (3.8.532)4） 驗(yàn) 算 軸 承 壽 命因 為 21 PP ， 所 以 按 軸 承 1的 受 力 大 小 驗(yàn) 算 8.79526.81116200 310 PCL （ L10的 單 位 為 106r） (3.8.533)所 以 滿 足 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 要 求 的 1.510 6次2、 鍵 的 選 擇 和 校 核 6鍵 的 選 擇 主 要 考 慮 所 傳 遞 的 扭 矩 的 大 小 ， 軸 上 零 件 是 否 需 要 沿 軸 向 移 動(dòng) ， 零 件的 對(duì) 中 要 求 等 等 。 3 齒 輪 傳 動(dòng) 的 電 動(dòng) 欄 桿 的 總 體 設(shè)