机械毕业设计（论文）-电动螺旋起重机设计-电动举高器【全套图纸】 .doc

图书分类号密级摘要螺旋起重机又称为螺旋升降机，它的原型就是我们所常见的千斤顶。它具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。可以单台或组合使用，能大致控制调整提升的高度，可以用电动机或其他动力直接带动，也可以手动。电动螺旋起重机基本原理是利用电机，通过减速器减速后，带动螺母旋转，转化为丝杆的轴向运动，从而推动物体上升。主要内容如下对千斤顶的原理和螺旋起重的原理、方法进行了研究；设计螺旋起重机构；选择电动机；设计减速机构；控制电路的设计；简要阐述在流水线作业中，螺旋千斤顶的动作原理等。关键词千斤顶；电动；螺旋传动全套图纸，加153893706ABSTRACTTHESPIRALCRANEISALSOKNOWNASTHESPIRALSCREWLIFTCRANEITSPROTOTYPEISTHEJACKASWECOMMONSEEITSADVANTAGESASFOLLOWSSMALLSIZE,LIGHTWEIGHT,EXTENSIVEPOWERSOURCE,NONOISE,EASEOFINSTALLATION,FLEXIBLE,MULTIFUNCTION,SUPPORTINGFORMS,HIGHRELIABILITYANDLONGSERVICELIFE,ANDSOONITCANBEUSEDSINGLEORINCOMBINATION,ANDCANGENERALLYCONTROLTHEHEIGHTMOTORCANBEUSEDDIRECTLYOROTHERPOWERDRIVEN,BESIDES,ITCANALSOBEMANUALLYANDTHEBASICPRINCIPLEISTHATTHEMOTORDRIVESTHEROTARYNUTTHROUGHTHEDECELERATIONAGENCIES,SCREWINTOTHEAXIALCAMPAIGN,ANDTHENLIFTTHEOBJECTSTHEMAINCONTENTSASFOLLOWSRESEARCHTHEPRINCIPLEOFSPIRALJACKANDTHEPRINCIPLESANDMETHODSOFTHESPIRALLIFTING,DESIGNTHEAGENCIESOFSPIRALLIFTINGMOTORCHOICEDESIGNDECELERATIONAGENCIESSELECTKEYSANDBEARINGS,DESIGNTHECONTROLCIRCUITDESCRIBETHEPRINCIPLEOFTHESCREWJACKONTHEASSEMBLYLINEOPERATIONKEYWORDSSPIRALJACKELECTRICALSPIRALDRIVE目录1绪论111千斤顶的发展现状112千斤顶的分类22设计方案的确定321螺旋传动设计方案3211螺旋传动概述3212螺旋传动方案的确定422减速传动机构设计方案53传动系统的设计631螺旋传动部分计算6311螺杆直径的计算6312螺纹部分强度计算632电机的选择8321电动机功率计算9322传动效率9323确定电机转速1033减速机构的设计11331材料的选择11332蜗轮蜗杆传动基本尺寸12333强度校核15334蜗轮蜗杆传动中的作用力分析15335实际传动动力参数164辅助装置的设计1841轴承的选择18411轴承的选择因素18412轴承的型号确定19413轴承校验1942键的选择2243联轴器的设计与计算235控制电路及过载保护系统的设计2551过载及最大行程保护元件25511热继电器25512行程开关2652电器控制基本电路设计286系统的改进与优化3061力学传感器30611电阻应变片力传感器3062位置传感器3263连续控制分析34结论35致谢36参考文献37附录38附录138附录2491绪论11千斤顶的发展现状千斤顶起源于20世纪初的英、美、德等国家，在逐步发展中工艺逐渐成熟，因其具有抗腐蚀、耐高温，强度高、表面精美、百分之百可回收等无与伦比的良好性能，被广泛应用于建筑、交通、能源、石化、环保、城市景观、医疗、餐饮等各个领域，逐渐被人们所接受，也越来越多地走进寻常百姓的日常生活。我国千斤顶产业发展进步较晚，建国以来到改革开放前，我国千斤顶的需求主要是以工业和国防尖端使用为主。改革开放后，国民经济的快速发展，人民生活水平的显著提高，拉动了千斤顶的需求。进入上世纪九十年代后，我国千斤顶产业进入快速发展期，千斤顶需求的增速远高于全球水平。1990年以来，全球千斤顶表观消费量以年均6的速度增长，而九十年代的十年间，我国千斤顶表观消费量年均增长率达到1773，是世界年均增长率的29倍。进入二十一世纪，我国千斤顶产业高速增长。2000年2004年，我国千斤顶消费量从188万吨增长到447万吨，增加了23倍，年平均增长率在27以上。其中，2001年，我国千斤顶表观消费量达到225万吨，超过美国成为世界第一千斤顶消费大国。同时，千斤顶进口也大幅度增加。1998年，我国千斤顶进口100万吨，由此成为世界上最大的千斤顶进口国。2004年与1998年比，千斤顶进口增长幅度年均达到2714。预计2005年，中国千斤顶表观消费量将达到500万吨，进口仍将保持在300万吨左右。伴随着千斤顶市场的快速发展，我国千斤顶产量也结束了长期徘徊的局面，实现了高速增长。我国千斤顶产量从2000年的46万吨增长到2004年的236万吨，年平均增长率在826，占国内市场需求的比重也由2000年的2447提高到2004年的5280。而同期，世界千斤顶产量则仅以6左右的速度增长。从九十年代后期起，我国太钢、宝钢以及宝新、张浦等国有和合资企业通过引进和技术改造，先后建成了一系列千斤顶生产线，千斤顶工艺技术装备达到国际先进水平，千斤顶生产初具规模。千斤顶品种结构也发生了积极的变化，千斤顶产品质量迅速提高。特别是国内千斤顶冷轧板增长迅速，2003年，国内冷轧板产量达到170万吨，首次超过进口量,自给率达到66；2004年，国内冷轧板产量达到200万吨，自给率达到70以上。从2004年底到2005年底，国内冷轧千斤顶产能将增加约150万吨，基本满足国内市场需求。到2007年，我国将成为千斤顶的净出口国。从总体上看，我国千斤顶正在经历由规模小、水平低、品种单一、严重不能满足需求到具有相当规模和水平、品种质量显著提高和初步满足国民经济发展要求的深刻转变，千斤顶需求将逐步实现自给。12千斤顶的分类千斤顶有多种形式。如电动式，液压式，手动式（即一般意义上的千斤顶）等等。电动式千斤顶如图11所示。它的基本动力源是电机，由电机通过减速器带动螺母旋转，转化为丝杆的轴向运动，从而推动物体上升。它解放了人类的体力劳动，只需操纵按钮即可完成起重。可有效的避免了重物砸伤等事故。该形式的起重器也是本设计所讨论的。图11液压千斤顶，又称为油压千斤顶。它的基本工作原理图如图12所示。其基本原理是利用封闭管路里液体的压强来工作的。当人以力F向下压手柄时，液体内部产生一定的压强，从而推动重物上升。图121小液压缸，2排油单向阀，3吸油单向阀，4油路，5截止阀，6大液压缸手动式千斤顶也即一般普通的千斤顶，它是出现的最早的千斤顶，是所有千斤顶的鼻祖。手摇其手柄，带动螺母旋转，如图13所示图132设计方案的确定21螺旋传动设计方案211螺旋传动概述螺旋传动是利用螺杆和螺母的啮合来传递动力和运动的机械传动。主要用于将旋转运动转换成直线运动，将转矩转换成推力。按工作特点，螺旋传动用的螺旋分为传力螺旋、传导螺旋和调整螺旋。（1）传力螺旋以传递动力为主,它用较小的转矩产生较大的轴向推力,一般为间歇工作，工作速度不高，而且通常要求自锁，例如螺旋压力机和螺旋千斤顶上的螺旋。（2）传导螺旋以传递运动为主，常要求具有高的运动精度，一般在较长时间内连续工作，工作速度也较高，如机床的进给螺旋（丝杠）。（3）调整螺旋用于调整并固定零件或部件之间的相对位置，一般不经常转动，要求自锁，有时也要求很高精度，如机器和精密仪表微调机构的螺旋。按螺纹间摩擦性质，螺旋传动可分为滑动螺旋传动和滚动螺旋传动。滑动螺旋传动又可分为普通滑动螺旋传动和静压螺旋传动。1）滑动螺旋传动通常所说的滑动螺旋传动就是普通滑动螺旋传动。滑动螺旋通常采用梯形螺纹和锯齿形螺纹，其中梯形螺纹应用最广，锯齿形螺纹用于单面受力。矩形螺纹由于工艺性较差强度较低等原因应用很少；对于受力不大和精密机构的调整螺旋，有时也采用三角螺纹。一般螺纹升程和摩擦系数都不大，因此虽然轴向力F相当大，而转矩T则相当小。传力螺旋就是利用这种工作原理获得机械增益的。升程越小则机械增益的效果越显著。滑动螺旋传动的效率低，一般为3040，能够自锁。而且磨损大、寿命短，还可能出现爬行等现象。2）静压螺旋传动螺纹工作面间形成液体静压油膜润滑的螺旋传动。静压螺旋传动摩擦系数小，传动效率可达99，无磨损和爬行现象，无反向空程，轴向刚度很高，不自锁，具有传动的可逆性，但螺母结构复杂，而且需要有一套压力稳定、温度恒定和过滤要求高的供油系统。静压螺旋常被用作精密机床进给和分度机构的传导螺旋。这种螺旋采用牙较高的梯形螺纹。在螺母每圈螺纹中径处开有36个间隔均匀的油腔。同一母线上同一侧的油腔连通，用一个节流阀控制。油泵将精滤后的高压油注入油腔，油经过摩擦面间缝隙后再由牙根处回油孔流回油箱。当螺杆未受载荷时，牙两侧的间隙和油压相同。当螺杆受向左的轴向力作用时，螺杆略向左移，当螺杆受径向力作用时，螺杆略向下移。当螺杆受弯矩作用时，螺杆略偏转。由于节流阀的作用，在微量移动后各油腔中油压发生变化，螺杆平衡于某一位置，保持某一油膜厚度。3）滚动螺旋传动用滚动体在螺纹工作面间实现滚动摩擦的螺旋传动，又称滚珠丝杠传动滚动体通常为滚珠，也有用滚子的。滚动螺旋传动的摩擦系数、效率、磨损、寿命、抗爬行性能、传动精度和轴向刚度等虽比静压螺旋传动稍差，但远比滑动螺旋传动为好。滚动螺旋传动的效率一般在90以上。它不自锁，具有传动的可逆性；但结构复杂，制造精度要求高，抗冲击性能差。它已广泛地应用于机床、飞机、船舶和汽车等要求高精度或高效率的场合。滚动螺旋传动的结构型式，按滚珠循环方式分外循环和内循环。外循环的导路为一导管,将螺母中几圈滚珠联成一个封闭循环。内循环用反向器，一个螺母上通常有24个反向器，将螺母中滚珠分别联成24个封闭循环，每圈滚珠只在本圈内运动。外循环的螺母加工方便，但径向尺寸较大。为提高传动精度和轴向刚度，除采用滚珠与螺纹选配外，常用各种调整方法以实现预紧。常用的载重螺旋有矩形，梯形和锯齿形等。矩形螺纹传动效率高，但螺纹强度较低，精确制造较困难，对中准确性较差，磨损后无补偿，因此应用受限制，矩形螺纹无标准。梯形螺纹加工容易，强度较大，但效率较低。锯齿形螺纹矩形螺纹效率高，梯形螺纹强度大的特点，一般用于承受单向压力，常用在压力机上。螺杆材料应具有足够的强度和耐磨性，以及良好的加工性能，不经热处理的螺杆一般选用Q275，35，45号钢，重要的经热处理的螺杆可以选用65MN，40CR或20CRMNTI钢。精密传动螺杆可用9MNV，CRMN，38CRMOAL钢等。螺母材料除要有足够的强度外，还要求在与螺杆材料配合时摩擦系数小和耐磨。常选用铸造青铜ZQSN663，ZQSN101，速度低，载荷较小时，也可选用高强度铸造铝青铜或铸造黄铜，重载时可用铸铁，耐磨铸铁。尺寸大的螺母可用钢或铸铁做外套，内部浇注青铜。高速螺母可浇注巴氏合金。螺旋传动用矩形，梯形或锯齿形螺纹，其失效形式多为螺纹磨损。而螺旋直径螺母的高度由耐磨性要求决定。传力较大时，应校验螺杆部分或其他危险部位强度，以及螺母，螺杆的螺纹牙的强度。要求自锁时，应检验螺纹副的自锁条件。对于长径比很大的受压螺杆，应检验其稳定性。因此，本设计中螺旋副材料选取钢青铜材料，螺杆选取45号钢。螺纹选用梯型螺纹，右旋单线。212螺旋传动方案的确定本设计的重点是如何将电机输出的回转运动转换为螺杆的直线运动。这也是整个传动系统设计的关键。根据机械设计等相关参考资料，可得到把回转运动转化为直线运动的四种方式（1）螺杆转动，螺母移动（2）螺母转动，螺杆移动（3）螺母固定，螺杆转、移动（4）螺杆固定，螺母转、移动考虑到必须顶着重物上升，即与重物接触，而起重部件与重物间不可发生相对运动，而且必须与重物充分接触，因此排除方案（1）、（4），而方案（3）又不方便输入传动方案的设计，因此选择方案（2）作为起重部分的传动方案。22减速传动机构设计方案减速传动机构通常有蜗轮蜗杆传动，齿轮传动，带传动，链传动，摩擦轮传动等等。考虑到本设计要求的传动紧凑，传动比较大，因此选用蜗轮蜗杆传动作为本设计的减速传动机构。蜗杆传动用于传递交错轴之间的回转运动。在绝大多数情况下，两轴在空间上是互相垂直的，轴交角为90度。它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其他机械制造部门中，最大传动功率可达到750千瓦，通常用在50千瓦以下；最高滑动速度可达35M/S，通常用在15M/S以下。蜗杆传动的主要优点是结构紧凑，工作平稳，无噪声，冲击振动小以及能得到很大的单级传动比。在传递动力时，传动比一般为8100，常用的为550。在机床工作台中，传动比可达几百，甚至达到一千。这时，需采用导程角很小的单头蜗杆，但传动效率很低，只能用在功率很小的场合。在现代机械制造业中正力求提高蜗杆传动的效率，多头蜗杆的传动效率已经可达到98。与多级齿轮传动相比，蜗杆传动零件数目少，结构尺寸小，重量轻。缺点是在制造精度和传动比相同的条件下，蜗杆传动的效率比齿轮传动低，同时蜗轮一般需用贵重的减磨材料制造。3传动系统的设计31螺旋传动部分计算311螺杆直径的计算式2FPDH（31）表31滑动螺旋副许用比压P螺杆材料螺母材料许用比压速度范围钢青铜1825低速钢钢7513低速钢铸铁131812M/S26M/S和持续运转的工况，离心铸造的可得到致密的细晶粒组织，可取大值，沙型铸造的取小值。（2）铸铝青铜适用于VS225转速系数，7401882NZ弹性系数根据蜗轮副材料查表37得，MPAZE147寿命系数设机器使用寿命，则寿命系数HLH612506HHLZ接触系数由参考文献1图1312I线查得2Z接触疲劳极限查参考文献表37得PAH65LIM表37蜗轮材料力学性能和设计数据力学性能设计数据BSHBS310EEZLIMHLIFMAXFV蜗轮材料MPAMPAMPAMPAMPAMPAM/S22013080388314726511512铸锡青铜33017090488314742519026240120701298115235016512铸锡青铜铸锡青铜27014080798115243019026铸铝青铜49018010013122616425040010续表37力学性能设计数据BSHBS310EEZLIMHLIFMAXFV蜗轮材料MPAMPAMPAMPAMPAMPAM/S铸铝青铜5402001101512261642655001063025015716122616455027010铸铝青铜7003001601312261646603771067031016718122616425040210铸铝青铜7504001855122616426550210注表中每项第一行为砂型铸造，第二项为离心铸造接触疲劳最小安全系数取31MINHS中心距32LIMIN2HHNEASZTK代入数据得，取标准值MA167MA80蜗杆头数，取716/80427/423IZ23Z蜗轮齿数，取3I模数，取5/12ZA4蜗杆分度圆直径，取标准值41680753D01D蜗轮分度圆直径MZ032蜗杆导程角0TAN蜗轮宽度，取DB530152MB32蜗杆圆周速度9260/33NV蜗杆尺寸齿顶圆直径MDA48齿根圆直径HFF33蜗杆螺纹长度，取ZB512MB453蜗轮尺寸齿顶圆直径DDAA282齿根圆直径MHFF102333强度校核（1）齿面接触疲劳强度验算许用接触应力MPASZHHNH173265074MIN最大接触应力满足条13480562162147332HAEHPAATKZ件（2）轮齿弯曲疲劳强度验算齿根弯曲疲劳极限MPAF15LIM弯曲疲劳最小安全系数4INS许用弯曲疲劳应力F82MINL轮齿最大弯曲应力满足条件。972FAPADBTK334蜗轮蜗杆传动中的作用力分析在蜗杆传动中作用在齿面上的法向压力仍可分解为圆周力、径向力和轴向力。显然，作用于蜗杆上的轴向力等于蜗轮上的圆周力，蜗杆上的圆周力等于蜗轮上的轴向力；蜗杆上的径向力则等于蜗轮上的径向力。这些对应的力的数值相等，方向彼此相反。如图35所示。图35蜗轮蜗杆受力图蜗轮上作用力NDTFT49120562TAT178TANN1TTR5304912335实际传动动力参数由于蜗轮蜗杆各基本尺寸需圆整为标准值，传动比最终确定为且蜗轮蜗杆传动效率与估计值略有差别，因此，实际传动、动力参152/30/12ZI数如下（1）各轴实际转矩螺母NMM5409T蜗轮54059/09855162NMM22/蜗杆NMM43521805633I电机轴NMM789/423TD（2）各轴实际转速蜗杆R/MIN1903N蜗轮R/MIN7925/2I螺母R/MIN31螺杆M/MIN60PNV（3）电机实际功率KWF，满足条件，因此下端轴承选用51111型。上端轴承受力比较小，因此只需考虑安装问题，结合自制螺母的直径，选用51108型平面推力轴承。（2）蜗杆轴承的选择根据蜗杆的受力图可知，蜗杆牙部分除受径向力外还受轴向力的作用，因此选用轴承时考虑优先选用能同时承受径向力和轴向力的圆锥滚子轴承，型号30205。413轴承校验（1）计算圆锥滚子轴承寿命FS2FS1RFA1RR图41蜗杆及轴承受力分析已求得蜗杆所受径向力,轴向力NFR85301NFA491查手册30205轴承主要性能参数CR322KN，37KN，7000R/MIN，E037，Y16，09，A125RC000YFR853121NR46所以，附加轴向力；NYFRS98261521S4因为，所以，右端轴承被压紧，则21SAF轴承轴向力,NSA981NA31029842，取1，0；EFRA304659811XY，取04，04COT12518EFRA7834265102X2Y考虑平稳运转，冲击载荷系数1,DF当量动载荷112654DRAPFFNYX022因为P1T1（54059）MN492013065MN（2）螺杆与联轴器处键的选择参考轮毂及轴径，选择为的键，取键长L25MM；HB许用转矩41PDLTT34352合格MN498750256MN43联轴器的设计与计算联轴器是用于连接不同机构中两轴，使他们在传递运动和动力过程中一起回转而不脱开。联轴器主要有机械式，液力式和电磁式三种。机械式连轴器是应用最广泛的连轴器，它借助于机械构件相互间的机械作用力来传递转矩。液力式好电磁式是借助于液力和电磁力来传递转矩。联轴器广泛用于船舶，机车，汽车，冶金矿山，石油化工，其重运输，纺织，轻工，农业机械，印刷机械和泵，风机，机床等各类机械设备传动系统中。联轴器的种类很多，按其性能分为（1）刚性联轴器1）套筒联轴器2）凸缘联轴器3）夹壳联轴器4）紧箍咒夹壳联轴器（2）挠性联轴器1）无弹性元件挠性联轴器2）非金属弹性元件挠性联轴器3）金属弹性元件挠性联轴器联轴器选择应考虑的问题在深知所设计产品的工况及技术要求的情况下，选择联轴器应考虑以下问题（1）所需传递转矩大小、载荷性质及产品对缓冲和减振方面的要求；（2）轴的转速高低和引起的离心力大小；（3）两轴对位移大小（径向位移、轴向位移、角位移）；（4）联轴器的制造、安装、维修、成本。在本设计中，选择联轴器的基本决定因素是联轴器所受扭矩的大小。（也即电机轴的扭矩）求得，电机轴的扭矩MNTD547485由于联轴器已标准化，只需根据其所受最大扭矩及轴径大小选择联轴器，因此，综合考虑，选择YL1型凸缘联轴器，其基本参数见表42。表42YL1型凸缘联轴器基本参数螺栓公称扭矩TNMN许用转速NR/MIN轴孔直径MMLMMDMMD1MM数直径L0MM重量KG108100193071533M664094图42YL1型凸缘联轴器5控制电路及过载保护系统的设计51过载及最大行程保护元件511热继电器热继电器是一种电气保护元件。它是利用电流的热效应来推动动作机构使触头闭合或断开的保护电器，主要用于电动机的过载保护、断相保护、电流不平衡保护以及其他电气设备发热状态时的控制。热继电器是用于电动机或其它电气设备、电气线路的过载保护的保护电器。电动机在实际运行中，如拖动生产机械进行工作过程中，若机械出现不正常的情况或电路异常使电动机遇到过载，则电动机转速下降、绕组中的电流将增大，使电动机的绕组温度升高。若过载电流不大且过载的时间较短，电动机绕组不超过允许温升，这种过载是允许的。但若过载时间长，过载电流大，电动机绕组的温升就会超过允许值，使电动机绕组老化，缩短电动机的使用寿命，严重时甚至会使电动机绕组烧毁。所以，这种过载是电动机不能承受的。热继电器就是利用电流的热效应原理，在出现电动机不能承受的过载时切断电动机电路，为电动机提供过载保护的保护电器。使用热继电器对电动机进行过载保护时，将热元件与电动机的定子绕组串联，将热继电器的常闭触头串联在交流接触器的电磁线圈的控制电路中，并调节整定电流调节旋钮，使人字形拨杆与推杆相距一适当距离。当电动机正常工作时，通过热元件的电流即为电动机的额定电流，热元件发热，双金属片受热后弯曲，使推杆刚好与人字形拨杆接触，而又不能推动人字形拨杆。常闭触头处于闭合状态，交流接触器保持吸合，电动机正常运行。若电动机出现过载情况，绕组中电流增大，通过热继电器元件中的电流增大使双金属片温度升得更高，弯曲程度加大，推动人字形拨杆，人字形拨杆推动常闭触头，使触头断开而断开交流接触器线圈电路，使接触器释放、切断电动机的电源，电动机停车而得到保护。可见，热继电器通常是直接断开接触器的控制回路来断开主回路的。热继电器的工作原理如图51图51热继电器原理图由电阻丝做成的热元件，其电阻值较小，工作时将它串接在电动机的主电路中，电阻丝所围绕的双金属片是由两片线膨胀系数不同的金属片压合而成，左端与外壳固定。当热元件中通过的电流超过其额定值而过热时，由于双金属片的上面一层热膨胀系数小，而下面的大，使双金属片受热后向上弯曲，导致扣板脱扣，扣板在弹簧的拉力下将常闭触点断开。触点是串接在电动机的控制电路中的，使得控制电路中的接触器的动作线圈断电，从而切断电动机的主电路。（1）热继电器的基本结构包括加热元件、主双金属片、动作机构和触头系统以及温度补偿元件。（2）热继电器的种类热继电器的种类很多，常用的有JR0、JR16、JR16B、JRS和T系列。（3）热继电器的型号及含义以JR系列热继电器为例，型号含义如图52图52热继电器型号含义512行程开关行程行程开关又称限位开关，用于控制机械设备的行程及限位保护。在实际生产中，将行程开关安装在预先安排的位置，当装于生产机械运动部件上的模块撞击行程开关时，行程开关的触点动作，实现电路的切换。因此，行程开关是一种根据运动部件的行程位置而切换电路的电器，它的作用原理与按钮类似。行程开关广泛用于各类机床和起重机械，用以控制其行程、进行终端限位保护。在电梯的控制电路中，还利用行程开关来控制开关轿门的速度、自动开关门的限位，轿厢的上、下限位保护。行程开关按其结构可分为直动式、滚轮式、微动式和组合式。（1）直动式行程开关其结构原理如图53所示，其动作原理与按钮开关相同，但其触点的分合速度取决于生产机械的运行速度，不宜用于速度低于04MMIN的场所。图53直动式行程开关1推杆2弹簧3动断触点4动合触点（2）滚轮式行程开关其结构原理如图54所示，当被控机械上的撞块撞击带有滚轮的撞杆时，撞杆转向右边，带动凸轮转动，顶下推杆，使微动开关中的触点迅速动作。当运动机械返回时，在复位弹簧的作用下，各部分动作部件复位。图54滚轮式行程开关1滚轮2上转臂3、5、11弹簧4套架6滑轮7压板8、9触点10横板滚轮式行程开关又分为单滚轮自动复位和双滚轮羊角式非自动复位式，双滚轮行移开关具有两个稳态位置，有“记忆”作用，在某些情况下可以简化线路。（3）微动开关式行程开关常用的有LXW11系列产品本设计为方便控制螺杆做线性运动，采用上海人民电器开关厂有限公司生产的直动式行程开关，其基本尺寸如图55所示图55直动式行程开关52电器控制基本电路设计结合螺旋起重机控制电路要求随时停车以及限制最大起重量以保护电机的特点，设计并绘制其电器控制基本电路图，如图56所示。其中，QS三相电源开关；FU熔断器；FR热继电器；KM1、KM2接触器；SB按钮；SQ行程开关；M电动机。该电路基本工作原理如下按下正向启动按钮SB2（上升按钮）时，接触器KM2得电吸合，其常开主触点将电动机定子绕组接通电源，相序为U、V、W，电动机正向启动运行。按下停止按钮SB1时，KM2失电释放，电动机停转。按下反向启动按钮SB3（下降按钮）时，KM3线圈得电主触点吸合，其常开触点将相序为W、V、U的电源接至电动机，电动机反向启动运行。再按下停止按钮SB1，电动机停转。SQ为行程开关，控制重物的最大抬升高度。当重物上升至最大高度时，SQ动作，其常闭触点断开，使接触器KM2失电，整个电路停电，此时只需长按反向启动按狃（下降按钮）SB3，即可下降。至合适位置时按下停止按钮SB1。当螺杆下降至最小高度时，SQ动作，其常闭触点断开，使接触器KM3失电，整个电路停电，此时只需长按正向启动按狃（上升按钮）SB2，即可上升。至合适位置时按下停止按钮SB1。FRWVUQSFU1KM2323SQSQB33K2FU2KM3KM21FR图56电器控制图6系统的改进与优化由本设计可以看出，它只适用于人工启动，手动控制。为适应生产自动流水线作业，使本产品的使用范围更加广泛，市场前景更加广阔，本设计的二次开发及优化中可增设电阻应变片式压力传感器，其基本动作原理是托盘上有重物时，压力传感器变化信号，使电机启动，带动重物上升，上升到指定位置（该指定位置由位置传感器控制），重物被取走后，压力传感器信号复原，使电机反转，到指定位置停转。如此反复。在这个过程中，电阻应变片式压力传感器充当的作用是压力开关，光电式位置传感器充当的作用是光电开关，它们随着压力的有无和螺杆位置的变化指导着电机的正转，停止以及反转。因此，必须了解压力传感器及位置传感器的原理及种类。61力学传感器力学传感器是将各种力学量转换为电信号的器件，力学量可分为几何学量、运动学量及力学量三部分，其中几何学量指的是位移、形变、尺寸等，运动学量是指几何学量的时间函数，如速度、加速度等。力学量包括质量、力、力矩、压力、应力等。压电式压力传感器、压磁式转矩传感器、压阻式压力传感器、变面积式电容压力传感器、差动变极距式电容压力传感器、应变式压力传感器、应变片式转矩传感器、振筒式谐振压力传感器、振膜式谐振压力传感器、电阻应变式称重传感器。力学传感器的种类繁多，如电阻应变片压力传感器、半导体应变片压力传感器、压阻式压力传感器、电感式压力传感器、电容式压力传感器、谐振式压力传感器及电容式加速度传感器等。但应用最为广泛的是压阻式压力传感器，它具有极低的价格和较高的精度以及较好的线性特性。611电阻应变片力传感器某些固体材料受到外力的作用后，除了产生变形，其电阻率也要发生变化，这种由于应力的作用而使材料电阻率发生变化的现象称为“压阻效应”。利用压阻效应制成的传感器称为压阻式传感器。根据制作材料的不同，应变元件可以分为两大类。一种是利用半导体材料的体电阻做成粘贴式应变片，称为半导体应变片，用此应变片制成的传感器称为半导体应变式传感器，另一种是在半导体材料的基片上用集成电路工艺制成的扩散电阻，以此扩散电阻的传感器称为扩散型压阻传感器。（1）半导体应变片式传感器半导体应变片应变元件的工作原理基于导体和半导体的“应变效应”，即当导体和半导体材料发生机械变形时，其电阻值将发生变化。电阻值的相对变化与应变的关系如式61所示式（61）KR式中为材料的应变；K为材料的电阻应变系数，即单位应变引起的电阻相对变化量。金属材料的K值约为26，半导体材料的K值可达60180。金属电阻应变片主要有丝式应变片和箔式应变片两种结构。如图61所示。图61电阻应变片结构丝式应变片由金属丝栅亦称敏感栅、基底、引线、保护膜等组成。敏感栅一般采用直径0015005MM的金属丝，用粘合剂固定在厚002004MM的纸或胶膜基底上。引线是由直径0102MM低阻镀锡铜线制成，用于将敏感栅与测量电路相连。箔式应变片的敏感栅是用厚度为000300LMM的金属箔经光刻、腐蚀等工艺制成的。优点是表面积与截面积之比大，散热条件好，能承受较大电流和较高电压，因而输出灵敏度高，并可制成各种需要的形状，便于大批量生产。由于上述优点，它已逐渐取代丝式应变片。应变片与弹性元件的装配可以采用粘贴式或非粘贴式，在弹性元件受压变形的同时应变片亦发生应变，其电阻值将有相应的改变。粘贴式应变压力计可采用1、2或4个特性相同的应变元件，粘贴在弹性元件的适当位置上，并分别接入电桥的桥臂，则电桥输出信号可以反映被测压力的大小。为了提高测量灵敏度，通常采用两对应变片，并使相对桥臂的应变片分别处于接受拉应力和压应力的位置。应变式压力传感器所用弹性元件可根据被测介质和测量范围的不同而采用各种型式，常见有圆膜片、弹性梁、应变筒等。图62给出几种弹性元件和应变式压力传感器的结构及电桥式测量电路示意图。图62几种弹性元件和应变式压力传感器的结构及电桥式测量电路示意图。电阻应变片的工作原理金属电阻应变片的工作原理是吸附在基体材料上应变电阻随机械形变而产生阻值变化的现象，俗称为电阻应变效应。金属导体的电阻值可用式62表示式SLR（62）式中金属导体的电阻率（CM2/M）S导体的截面积（CM2）L导体的长度（M）我们以金属丝应变电阻为例，当金属丝受外力作用时，其长度和截面积都会发生变化，从上式中可很容易看出，其电阻值即会发生改变，假如金属丝受外力作用而伸长时，其长度增加，而截面积减少，电阻值便会增大。当金属丝受外力作用而压缩时，长度减小而截面增加，电阻值则会减小。只要测出加在电阻的变化（通常是测量电阻两端的电压），即可获得应变金属丝的应变情况。62位置传感器位置传感器在自动化流水作业中有着举足轻重的作用，它的种类也比较多，这里只介绍用的比较多的光电位置传感器。光电传感器光电开关是光电接近开关的简称，它是利用被检测物体对光束的遮光或反射，由同步回路选通电路，从而检测物体的有无。其物体不限于金属，对所有能反射光线的物体均可被检测。光电开关是一种电量传感器。把电流或电压的变化以光电的方式传送出去。即进行电信号光信号电信号的转换，工作原理如图63所示。多数光电开关选用的是接近可见光的红外线。由于光电开关输出回路和输入回路是电隔离的（即电缘绝），所以它可以在许多场合得到应用。采用集成电路技术和SMT表面安装工艺而制造的新一代光电开关器件，具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是一种采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关，它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等，可非接触，无损伤地迅速和控制各种固体、液体、透明体、黑体、柔软体和烟雾等物质的状态和动作。新型光电开关的优点是，体积小、功能多、寿命长、精度高、响应速度快、检测距离远以及抗光、电、磁干扰能力强等等。目前，这种新型的光电开关已被用作物位检测、液位控制、产品计数、宽度判别、速度检测、定长剪切、孔洞识别、信号延时、自动门传感、色标检出、冲床和剪切机以及安全防护等诸多领域。此外，利用红外线的隐蔽性，还可在银行、仓库、商店、办公室以及其它需要的场合作为防盗警戒之用。光电开关工作原理图63所示是反射式光电开关的工作原理框图。图中，由振荡回路产生的调制脉冲经反射电路后，由发光管GL辐射出光脉冲。当被测物体进入受光器作用范围时，被反射回来的光脉冲进入光敏三极管DU。并在接收电路中将光脉冲解调为电脉冲信号，再经放大器放大和同步选通整形，然后用数字积分或RC积分方式排除干扰，最后经延时（或不延时）触发驱动器输出光电开关控制信号。图63光电开关工作原理光电开关一般都具有良好的回差特性，因而即使被检测物在小范围内晃动也不会影响驱动器的输出状态，从而可使其保持在稳定工作区。同时，自诊断系统还可以显示受光状态和稳定工作区，以随时监视光电开关的工作。63连续控制分析这里只对螺旋起重机的连续动作进行简要的分析说明。在该连续螺旋起重系统中，我们考虑螺杆及与其连接的法兰盘的四个主要状态，即（1）螺杆在原始点（低点），法兰盘上有重物（可视为重物刚放上去）；（2）螺杆在控制点（高点），法兰盘上有重物；（3）螺杆在控制点（高点），法兰盘上无重物（可视为重物被取走）；（4）螺杆在原始点（低点），法兰盘上无重物；我们把螺杆的位置和法兰盘上是否有重物看作两个事件，电机的正、反、停转则由这两个事件控制。假设螺杆在原始点时，向芯片输入低电平，在控制点时输入高电平；法兰盘上无重物时，向芯片输入低电平，有重物时输入高电平。因此可表示为01电机正转；11电机停转；10电机反转；00电机停转。从而实现连续流水线作业。结论本次毕业设计是大学所学知识的全面应用和检测，它使我对产品的先期调研、设计方案的提出、到最终设计的完成有了比较理性的认识，为以后的工作打下了基础，积累了经验。本次设计的电动螺旋起重机具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。可以单台或组合使用，能大致控制调整提升的高度，可以用电动机或其他动力直接带动，也可以手动。比如说如果用液压马达代替电动机，则可以实现液压的远程控制；也可以用柴油机代替电动机，在没有电的时候使用。在设计的时候，把起重的最大载荷和起重的速度作为设计的原始数据，因此，可以根据使用的场合不同、起重的最大载荷不同设计出相应的产品。通过这次比较完整的螺旋起重机设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程问题的能力，同时也提高我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图等其他专业能力水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的斟酌处理，都使我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，并且意志品质力，抗压能力及耐力也都得到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也正是我们进行毕业设计的目的所在。顺利如期的完成本次毕业设计给了我很大的信心，让我了解专业知识的同时也对本专业的发展前景充满信心，但也存在一定的不足，这新不足在一定程度上限制了我们的创造力。比如我的设计在蜗轮和螺母的材料选择上有一定的不足，我选择的材料是铸铝青铜，这种材料比较昂贵，以后必须研制出一种新型的低成本的减磨材料，这样产品才有推向市场，得到广泛推广的可能。在这个能源、原材料紧缺的社会中，这无疑是很让我自身感到遗憾的，可这些不足正是我们去更好的研究更好的创造的最大动力，只有发现问题面对问题才有可能解决问题，不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行，今后我更会关注新技术新设备新工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识。致谢到今天我的毕业设计已经圆满的完成了。在此，我要特别感谢我的指导老师，在这段时间内他给了我莫大的帮助，对于我的每一个问题都耐心的讲解和指导。正由于他的热心地帮助和指导，我的毕业设计才能够顺利的完成。老师严谨治学的态度和精神也是我在这次设计过程中学到的宝贵的财富。指导老师不仅关心我的设计，还在找工作方面给了我无微不至的关怀和正确的建议，这些都是我不断前进的动力，必将对我今后的学习和生活受益匪浅，我将终生学习和铭记。在此，谨向指导老师的培育之恩表示最深的谢意大学四年的学习和生活即将告别。感谢这四年各位任课老师对我的教诲，各位同学给我的帮助感谢与我共同走过大学的朋友们、同学们感谢所有帮助过我的老师、同学、朋友，同时祝愿你们在以后的日子里，开心、快乐参考文献1邱宣怀机械设计第四版高等教育出版社,200342龚湘义机械设计课程设计指导书第二版高等教育出版社,200443张建中机械设计基础课程设计中国矿业大学出版社,200524哈尔滨工业大学龚湘义机械设计课程设计图册第三版高等教育出版社,200415实用机械设计手册编写组编。实用机械设计手册第二版机械工业出版社6范思冲等编著画法几何及机械制图机械工业出版社7李洪、曲中谦实用轴承手册辽宁科学技术出版社8杨黎明传感器技术国防工业出版社9德尼曼，温特尔著机械零件第2版第1卷，余梦生，倪文馨译，1985；第2卷，余梦生，王成焘，高建华译；1989；第3卷，张海明译，1991；北京，机械工业出版社10徐寅主编，机械设计手册北京，机械工业出版社，1991附录附录1英文原文CNCTECHNOLOGYNUMERICALCONTROLNCISAFORMOFPROGRAMMABLEAUTOMATIONINWHICHTHEPROCESSINGEQUIPMENTISCONTROLLEDBYMEANSOFNUMBERS,LETTERS,ANDOTHERSYMBOLSTHENUMBERS,LETTERS,ANDSYMBOLSARECODEDINANAPPROPRIATEFORMATTODEFINEAPROGRAMOFINSTRUCTIONSFORAPARTICULARWORKPARTORJOBWHENTHEJOBCHANGES,THEPROGRAMOFINSTRUCTIONSISCHANGEDTHECAPABILITYTOCHANGETHEPROGRAMISWHATMAKESNCSUITABLEFORLOWANDMEDIUMVOLUMEPRODUCTIONITISMUCHEASIERTOWRITENEWPROGRAMSTHANTOMAKEMAJORALTERATIONSOFTHEPROCESSINGEQUIPMENTBASICCOMPONENTSOFNCANUMERICALCONTROLSYSTEMCONSISTSOFTHEFOLLOWINGTHREEBASICCOMPONENTSPROGRAMOFINSTRUCTIONSMACHINECONTROLUNITPROCESSINGEQUIPMENTTHEGENERALRELATIONSHIPAMONGTHETHREECOMPONENTSISTHEPROGRAMISFEDINTOTHECONTROLUNIT,WHICHDIRECTSTHEPROCESSINGEQUIPMENTACCORDINGLYTHEPROGRAMOFINSTRUCTIONSISTHEDETAILEDSTEPBYSTEPCOMMANDSTHATDIRECTTHEPROCESSINGEQUIPMENTINITSMOSTCOMMONFORM,THECOMMANDSREFERTOPOSITIONSOFAMACHINETOOLSPINDLEWITHRESPECTTOTHEWORKTABLEONWHICHTHEPARTISFIXTUREDMOREADVANCEDINSTRUCTIONSINCLUDESELECTIONOFSPINDLESPEEDS,CUTTINGTOOL,ANDOTHERFUNCTIONTHEMOSTCOMMONMEDIUMINUSEOVERTHELASTSEVERALDECADESHASBEEN1INWIDEPUNCHEDTAPEBECAUSEOFTHEWIDESPREADUSEOFTHEPUNCHEDTAPE,NCISSOMETIMESCALLED“TAPECONTROL”HOWEVER,THISISAMISNOMERINMODERNUSAGEOFNUMERICALCONTROLCOMINGINTOUSEMORERECENTLYHAVEBEENMAGNETICTAPECASSETTESANDFLOPPYDISKETTESTHEMACHINECONTROLUNITMCUCONSISTSOFTHEELECTRONICSANDCONTROLHARDWARETHATREADANDINTERPRETTHEPROGRAMOFINSTRUCTIONANDCONVERTITINTOMECHANICALACTIONSOFTHEMACHINETOOLOROTHERPROCESSINGEQUIPMENTTHEPROCESSINGEQUIPMENTISTHETHIRDBASICCOMPONENTOFANNCSYSTEMITISTHECOMPONENTTHATPERFORMSUSEFULWORKINTHEMOSTCOMMONEXAMPLEOFNUMERICALCONTROL,ONETHATPERFORMSMACHININGOPERATIONS,THEPROCESSINGEQUIPMENTCONSISTSOFTHEWORKTABLEANDSPINDLEASWELLASTHEMOTORSANDCONTROLSNEEDEDTODRIVETHEMTYPESOFCONTROLSYSTEMSTHEREARETWOBASICTYPESOFCONTROLSYSTEMSINNUMERICALCONTROLPOINTTOPOINTANDCONTOURINGINTHEPOINTTOPOINTSYSTEM,ALSOCALLEDPOSITIONING,EACHAXISOFTHEMACHINEISDRIVENSEPARATELYBYLEADSCREWSAND,DEPENDINGONTHETYPEOFOPERATION,ATDIFFERENTVELOCITIESTHEMACHINEMOVESINITIALLYATMAXIMUMVELOCITYINORDERTOREDUCENONPRODUCTIVETIMEBUTDECELERATESASTHETOOLREACHESITSNUMERICALLYDEFINEDPOSITIONTHUSINANPOTATIONSUCHASDRILLINGORPUNCHING,THEPOSITIONINGANDCUTTINGTAKEPLACESEQUENTIALLYAFTERTHEHOLEISDRILLEDORPUNCHED,THETOOLRETRACTS,MOVESRAPIDLYTOANOTHERPOSITION,ANDREPEATSTHEOPERATIONTHEPATHFOLLOWEDFROMONEPOSITIONTOANOTHERISIMPORTANTINONLYONERESPECTTHETIMEREQUIREDSHOULDBEMINIMIZEDFOREFFICIENCYPOINTTOPOINTSYSTEMSAREUSEDMAINLYINDRILLING,PUNCHING,ANDSTRAIGHTMILLINGOPERATIONSINTHE