电动升降机设计与机构分.doc

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.------------------------------------------author------------------------------------------date电动升降机设计与机构分电动升降机设计与机构分2.3 电动机的选择（1）类型选择：由于生产单位普遍使用三相交流电源，所以一般多选用三相交流异步电动机；此外，还应该根据电动机的防护要求，选择电动机的机构形式；根据电动机的安装要求，选择其安装形式2）定功率选择：要求：负载5000N与工作台1000N，顶升高度为500毫米，顶升时间要在30s-60s之间，工作机(螺旋顶升机)所需功率为: P工作=G*L/T=100W （2-1）式中：G——重物的重力（N）； L——重物上升的高度（m）； T——上升高度所经过的时间（s）； 从电动机到工作机的总效率为 η总。

η总=η12η2η3η42η5 （2-2）式中：η1——联轴器的效率； η2——减速器（单级）的效率； η3——直齿锥齿轮的效率; η4——轴承的效率； η5——螺纹（滑动丝杠）的效率查机械设计手册可取η1=0.98，η2=0.96，η3=0.90，η4=0.98，η5=0.5根据公式（2-2）可以得到η总=0.982*0.96*0.90*0.982*0.5=0.389所以， =p工作 /η总=0.251KW （2-3）依照选择Y2-90s-4封闭式三项异步电动机所以得到 =1.1kw满载转速ne=1390r/min电动机的输出转矩Td=9550*/ne=7.62.4 传动比的计算与分配2.4.1计算总传动比 总传动比i= ne / n螺杆=4 （2-5）式中： ne ——电动机转速（r/min）； n螺杆——螺杆的转速（r/min）；2.4.2 分配传动比 直齿锥齿轮传动比i=1:2 齿轮减速器传动比i减速器=1:2 （2-6）2.5 螺杆螺母（滑动丝杆）的选择2.5.1螺纹传动的类型 （1）三角螺纹 粗牙螺纹用于一般连接，细牙螺纹因螺距小，升角小，自锁性好，故常用于薄壁零件连接和微调机构。

（2）矩行螺纹传动效率高，但齿根强度太低，不适合用于重载3）梯形螺纹，牙根强度高，对中性能好，是应用最广泛的一种传动螺纹4）锯齿形螺纹 两侧牙型倾角分别为β=3度和β‘=30度3为工作面，30为非工作面，用来增强牙根强度，这种传动效率高，但用于单向受载的螺旋传动 根据设计要求，螺杆螺母按摩擦状态选滑动螺旋，按用途属于传力螺旋又因为受到双向载荷所以应选梯形螺纹2.5.2螺纹传动的结构 滑动螺旋的材料螺杆螺母的材料不但要有足够的强度和耐磨性，而且在旋和后还应具有较小的摩擦系数如表2-1所示，螺杆一般采用45、50钢（本设计应采用45钢）对于重载低速的传动，螺母应选择铸铝青铜ZCuA19Fe4Ni4Mn2和铸铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3等，以保证其强度和耐磨性 表2-1 螺杆与螺母常用的材料表螺纹副材料应用场合螺杆Q235 Q275 45 50轻载、低速传动材料不热处理40Gr 65Mn 20GrMnTi重载、较高速材料需经热处理，以提高耐磨性9Mn2V GrWMn 38GrMoAl精密传导螺旋传动材料需经热处理螺母ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5一般传动ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn重载、低速传动。

尺寸较小或轻载高速传动，螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜 3.设计项目之机构零件设计3.1机构零件设计计算 3.1.1螺杆螺母的设计计算 a.螺旋机构耐磨性的计算: 耐磨条件为：p=F*P/(2 *Hh) b.螺母螺纹牙的计算:剪切强度条件： （3-1） 弯曲强度条件： （3-2） c.螺杆强度： （3-3） e.自锁性的校核:由于此传动机构不是通过螺纹进行自锁，而是利用涡轮蜗杆的自锁性来实现自锁故这里不需要讨论螺旋传动的自锁3.1.2 蜗轮蜗杆的设计计算 a.确定蜗杆的头数:当要求传动比较大或自锁时，取Z1=1，但转动效率低；要求具有较高的传动效率或传动比不大时，可取Z1=2—4蜗轮齿数的多少，影响运转的平稳性和承载能力，一般取Z2=27—80对于中小功率的传动常取Z2=30—50因为要求顶升机长时间顶住皮带支撑架，所以蜗轮蜗杆应满足自锁要求，所以蜗杆头数为1，i=60，z1=1 z2=60。

同时也满足蜗轮的平稳性和承载能力的要求 b.按齿面接触疲劳强度进行设计: c.蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸的确定: m,q,z2,a，Px，γ3.2 滑动螺纹设计计算3.2.1螺纹的耐磨性计算 由于螺杆和螺母的材料是钢-青铜，滑动速度低速，根据查3-1表得[p]=18-25MPa令2（为螺母高度系数=1.5），并带入设计公式： (3-4)式中： p——工作表面的压力（MPa）； F——作用在螺杆上的轴向力（N）； d2——螺纹中径（mm）， h——螺纹工作高度（mm）；对于梯形螺纹，h=0.5P H——螺母高度（mm）； P——螺距； [p]——许用压力（MPa）；按照表3-1取[p]=23MPa 值根据螺母的结构选取对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取=1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取=2.5～3.5；传动精度高或要求寿命长时，允许=4。

取=2 则以下条件满足要求 公称直径 d=18mm 螺距P=4mm； 小径d3=13.5mm（d3=d2-0.5P-2） 螺母高度H=*d2=36mm 圈数Z=H/P=8由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故圈数z不宜大于10满足条件 表3-1 滑动螺旋副材料的许用压力表[p]螺纹副材料滑动副速度/(m/min-1)许用压力/MPa钢-青铜低速<3.06~12>1518~2511~187~101~2钢-耐磨铸铁6~126~8钢-灰铸铁<2.46~1213~184~7钢-钢低速7.5~13 淬火钢-青铜6~1210~13 3.2.2螺杆的强度计算 受力较大的螺杆需要进行强度计算螺杆工作时承受轴向力F(N)和转矩T的作用，故螺杆危险剖面上既有压缩（或拉伸）应力、又有切应力根据第四强度理论，其强度条件为： （3-5） 式中：d1——螺杆的螺纹小径（mm）； []为螺杆材料的许用压力（MPa）； []=s/(3-5)； s为螺杆材料的屈服极限（MPa）； T为螺杆所受转矩,（N*mm）； （3-6）式中：为螺纹升角， 为当量摩擦角， =arctan(f/cosβ), （3-7）式中：f为摩擦系数， β为牙型斜角，β=α/2由表查得。

β=15度，螺杆螺母材料为铜—青铜，摩擦系数f为0.08—0.10故选择f=0.09根据公式（3-5）可得 = 13.3MPa 查表得45钢=335MPa 满足条件可以使用3.2.3螺纹牙的强度校核 一般螺母的材料强度比螺杆低，故只需要校核螺母螺纹牙的强度，计算螺纹牙的剪切和弯曲强度假设将一圈螺母的螺纹牙沿螺纹大径展开，则可将螺纹牙看成悬壁梁，那么每圈螺纹收到的压力则变为F/z作用在螺纹中径处，则在牙跟危险截面处有 剪切强度条件： （3-8） 弯曲强度条件： （3-9）式中： b——螺纹压根部的厚度（mm）； 矩形螺纹b=0.5P，梯形螺纹b=0.65P，锯齿形螺纹，b=0.75P， P——螺距（mm）； l——弯曲力臂（mm）； l=（D-D2）/2 [τ]——螺母材料的许用切应力（MPa）按照表3-2选择； []——螺母的许用弯曲应力（MPa）按照表3-2选择； 计算得：剪切应力 τ=4.45 [τ]因为螺母采用的是青铜满足要求。

弯曲应力 =12.84[]同样也满足使用要求要求 表3-2 滑动螺旋副材料的许用压力项 目许用应力/ MPa螺 母材料许用弯曲应力[]许用切应力[τ]青铜40~6030~40耐磨铸铁50~6040铸铁45~5540钢（1.0~1.2）[]0.6[]注：静载荷许用应力取大值 3.2.4自锁性校核螺纹升角：在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 =arctan（p/πd2）自锁条件：《v=arctan（f/πd2）=arctanfv：螺纹升角 。