毕业设计（论文）-高架灯提升装置设计

镇 江 高 专ZHENJIANG COLLEGE毕 业 设 计 (论 文) 高架灯提升装置设计Design of Elevated Lamp Lifting Device系 名： （四号宋体） 专业班级： （四号宋体） 学生姓名： （四号宋体） 学 号： （四号宋体） 指导教师姓名： （四号宋体） 指导教师职称： （四号宋体） 年 月Abstract摘 要本课题所研究的高架灯提升装置设计，在机械设计方面相对于目前所使用的提升装置设计而言有了一定程度上的改善，能够顺利完成灯盘的提升运动过程，大部分零件能够满足强度要求，所有零件装配尺寸均符合设计尺寸要求。但升降装置总体性能仍然有待提高，本设计是高架灯提升装置设计传动装置采用的是蜗轮蜗杆斜齿轮减速器。设计主要针对传动装置的运动展开。为了达到要求的运动精度和生产率，必须要求传动系统具有一定的传动精度并且各传动元件之间应满足一定的关系，以实现各零部件的协调动作。该设计均采用新国标，运用模块化设计，设计内容包括传动件的设计，执行机构的设计及设备零件等的设计。 关键词：高架灯提升装置，传动装置，提升装置，蜗轮蜗杆斜齿轮减速器全套图 纸加扣 3346389411或3012250582AbstractDesign of lifting device overhead lamp in this paper, in the mechanical design compared to the currently used lifting device design has improved to a certain extent, to the successful completion of the ascension movement process of lamp, most of the parts can meet the strength requirements, all parts are in line with the design requirements of assembly size size. However, the overall performance of the lifting device still needs to be improved. This design is the design of the elevated lamp lifting device. The design is mainly aimed at the movement of the transmission device. In order to achieve the required accuracy and productivity, it is necessary to require the transmission system has a certain transmission accuracy and the transmission components should be a certain relationship, in order to achieve the coordination of the various parts of the action. The design uses a new national standard, the use of modular design, the design includes the design of transmission parts, the design of the actuator and the design of equipment parts, etc.Key words: elevated lamp lifting device, transmission device, lifting device, worm gear helical gear reducer目录目 录摘 要IIAbstractIII目 录IV第1章 绪论11.1背景11.2国内外现状1第2章 课题任务书3第3章 传动方案分析3第4章 方案拟定44.1 设计要求44.2 参数要求44.3传动方案的确定4第5章 提升装置的总体设计65.1 卷筒参数的确定65.2 电动机类型的选择85.2.1 电动机功率的选择85.2.2 电动机转速的选择85.3总传动比确定及各级传动比分配105.4 运动和动力参数的计算10第6章 传动零件的设计计算126.1 蜗杆蜗轮的选择计算126.2斜齿轮传动选择计算14第7章 轴的设计和计算187.1 初步计算轴径187.2 轴的结构设计187.3 2轴的弯扭合成强度计算19第8章 滚动轴承的选择计算238.1 1轴上的轴承的选择和寿命计算238.2 2轴上轴承的选择计算24第9章 键连接的选择和计算259.1键的选择259.2键的强度计算25第10章 联轴器的选择计算27总 结28致 谢29参考文献30第1章 绪论第1章 绪论1.1背景路灯作为城市的公共照明设备，既是展示城市形象的窗口，又是塑造城市整体形象的重要元素，它以独特的灯光特效以及多变的款式造型打扮着城市的每一个角落，成为传递城市文化信息的媒介，集中地展现一个城市的文化风貌，令本地城市居民引以自豪，给旅游者美好深刻的印象。很难想象一个寸步难行夜晚城市会得到多少人的青睐。但是随着人们对生活品质的要求不断提高，城市的灯光环境已经不能完全满足人们娱乐、休闲的需求。特别在高速公路，立交桥立交桥、广场、停车场、洗车场、港口、货场、列车编组场、机场停机坪等场所更需要安装照明范围广，能源成本低的大型照明灯，这些灯具的尺寸大.安装高度高，与一般的灯具有着显著的区别，因此市场上就出现了这种能提供大面积照明、大量减少灯杆数量的户外专用灯具装置-高架灯。升降式高架灯由杆体、灯架、升降系统、悬挂系统、照明灯具等部分组成，其中悬挂系统和升降系统尤为重要也比较难于设计，高架灯灯具由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成，除非特别使用环境，一般可以从市场上购买到符合要求的灯具。灯杆杆体一般为圆柱型独体结构,用钢板卷制而成,高度为1540米。有了容易升降的高架灯，社会发展和商业竞争的需要得到充分的满足。城市建筑物和公共空间，如城市广场、商业文化街、旅游景观、纪念性建筑、历史建筑、文化建筑，主要的政府办公建筑以及交通建筑等，设计和实施亮化工程，配以先进的泛光照明设备，展示其夜间丰富多彩、层次清晰、特色鲜明的光形象，建成一些品位高、质量好、与城市形象相适应的光环境场所，可很好的烘托城市中心区域的庄重、亲切、优雅的格调，使城市具有更强的时代感，从而增加城市空间的吸引力，充分表现城市环境文化信息及其建筑美学。所以，利用高架灯照明来改善城市夜景观，会对发展城市的旅游观光业、改善居住环境等产生积极的影响，它会给城市带来很大的社会效益。1.2国内外现状目前国内高架灯主要采用升降式和非升降式两种类型，非升降高架灯造型比较简单，制造成本远低于升降式高架灯，非升降式高架灯需要使用到工程车，能减少高架灯的设置难度，但是吊运工程车不容易调遣，而且有些地方工程车不一定进得去，像有些立交桥、广场。所以，现在这类高架灯应用较少，而采用升降式的高架灯。但是因为后续的维修，检查中及其不方便，因此仅在25米以下的高架灯中得到部分应用。升降式高架灯由于灯盘可以通过相关控制设备遥控灯盘上升、下降，这种升降方式能够避免临时调遣工程车，使得维修检查比起非升降式高架灯更为方便，在高架灯中得到广泛应用。但是这种升降系统加大了高架灯的重量和对灯杆产生额外的振动，加大了灯杆的强度要求。所以，对这类升降系统要经过精确的设计。国内厂家提供升降系统中使用较多的升降系统主要通过驱动电动机、皮带和齿轮减速机构或涡轮蜗杆、卷扬机等装置来实现灯盘的升降。其具体方案是在升降式高架灯底部的长方形内腔中，安装电动机，电机通过减速器带动卷筒转动，卷筒上装有钢绳，钢绳连接灯架，依靠电机电能与机械能的转化，并经中间传递，减速装置，变为灯盘的重力势能的变化，即灯盘的上下升降现象。此类升降系统在国内普遍采用，但也发生由于卷扬机主轴折断，钢丝绳失效断裂等而引起的灯盘坠落事件。因此，这种升降系统还不是很完善，有待改善。高架灯因为其使用范围相对传统路灯来说比较少，因此国内专门研究此类照明装置的论文，课题并不是很多，国内厂家在互联网上也只公开产品简单信息。如扬州市金豆照明器材设计的高架灯。国外高架灯的技术相对来说比较成熟，在灯杆制造，升降装置系统制造更为小巧，但又能保证安全，同时高架灯灯具的LED灯需要的是大功率灯泡，现在国内生产企业还达不到要求，仍然需要依靠国外进口。高架灯一般用于较大场所，而且数量繁多，如果采用人工手动控制需要耗费大量的人力，显然不合适，现在国外一般采用系统的智能控制。采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。此外，还可以通过编程随意改变各区域的光照度，以适应各种不同场合要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。第2章 课题任务第2章 课题任务书1.课题高架灯提升装置设计2.主要技术条件零件图：电机（45HRC，可从表11-7中查得蜗轮的基本许用应力H=268MPa应力循环次数 寿命系数 则 计算中心距 取。这时，从图11-18中查得2.37，因，因此以上计算结果可用。(4).蜗杆与蜗轮的主要参数及几何尺寸 蜗杆轴向齿距 =15.7mm；直径系数q=10；齿顶圆直径 =80mm；分度圆导程角蜗轮蜗轮齿数z2=32；变位系数x2=-0；验算传动比i = z2/z1=16；传动比误差为0蜗轮分度圆直径 d2=mz2=1032=320mm(5).校核齿根弯曲疲劳强度 当量齿数 由此，查表11-19可得齿形系数。螺旋角系数 许用弯曲应力 从表11-8中查得由ZCuSn10P1制造的蜗轮的基本许用应力=56Mpa。寿命系数 满足弯曲强度。(6).精度等级公差和表面粗糙度的确定考虑到所设计的蜗杆传动是动力传动，属于通用机械减速器，从GB/T 100891988 圆柱蜗杆、蜗轮精度中选择8级精度，侧隙种类为f，标注为8f GB/T 100891988。(7).热平衡核算。由于摩擦损耗的功率，则产生的热流量为P蜗杆传递的功率以自然方式箱体的表面传热系数，可取；S内表面能被论化油所飞溅到，而外表面又可为周围空气所冷却的箱体表面面积，单位为m2；取S=0.5 m2油的工作温度，可取；周围空气的温度，常温情况可取；按热平衡条件，可求得在即定工作条件下的油温 满足温度要求。6.2斜齿轮传动选择计算(1).选精度等级、材料及齿数运输机一般工作机器，速度不高，故选用7级精度。材料选择。有表10-1选择小齿轮材料为40Cr（调质），硬度为280HBS，大齿轮材料为45钢（调质）硬度为240HBS，二者材料硬度差为40HBS。选小齿轮齿数大齿轮齿数取选取螺旋角。初选螺旋角。(2).按齿面接触疲劳强度设计 确定公式内各计算数值a.试选b.由图10-30选取区域系数ZH=2.433c.由图10-26查得则d.小齿轮传递转距 T2=T1i112=11.43160.980.8=143.4Nme.由表10-7选取齿宽系数f.由表10-6查得材料的弹性影响系数g.由图10-21d查得齿轮的接触疲劳强度极限h.应力循环次数 i.由表10-19查得接触疲劳寿命系数KHN=1.07j.计算接触疲劳许用应力，取安全系数S=1 计算iua.试算小齿轮分度圆直径，代入中较小的值 b.计算圆周速度 c.计算齿宽b及模数 d.计算纵向重合度 e.计算载荷系数K由表10-2查得使用系数根据v=0.16m/s，7级精度，有图10-8查得动载荷系数，故 由表10-13查得由表10-3查得 故载荷系数 f.按实际的载荷系数校正所算得的分度圆直径：g.计算模数 (3).按齿根弯曲强度设计 确定计算参数a.计算载荷系数 b.根据纵向重合度，从图10-28查得螺旋角影响系数c.计算当量齿数 d.查取齿形系数由表10-5查得 e.计算大、小齿轮的并加以比较 大齿轮的数值大。 设计计算 mm因此取，可满足齿根弯曲疲劳强度。(4).几何尺寸计算计算中心距将中心距圆整为200mm按圆整后的中心距修正螺旋角 因值改变不多，故等值不必修正。计算大、小齿轮的分度圆直径 计算齿轮宽度取。第7章 轴的设计和计算第7章 轴的设计和计算7.1 初步计算轴径轴的材料选用常用的45钢当轴的支撑距离未定时， 无法由强度确定轴径，要用初步估算的方法，即按纯扭矩并降低许用扭转切应力确定轴径d，计算公式为： 1，3轴为外伸轴，初算轴径作为最小直径，应取较小的A值；2轴为非外伸轴，初算轴径作为最大直径，应取较大的A值；查表15-3，取A1=A3=110，A2=120。 考虑到1轴要与电动机联接，初算直径d1必须与电动机轴和联轴器空相匹配，所以初定d1=24mm取d2 =35mm；d3 =45mm7.2 轴的结构设计 1轴的初步设计如下图：装配方案是：套筒、左端轴承、端盖、联轴器依次从轴的左端向又端安装，右端只安装轴承和轴承座。轴的径向尺寸：当直径变化处的端面用于固定轴上零件或承受轴向力时，直径变化值要大些，可取（68）mm，否则可取（46）mm轴的轴向尺寸：轴上安装传动零件的轴段长度是由所装零件的轮毂宽度决定的，而轮毂宽度一般是和轴的直径有关，确定了直径，即可确定轮毂宽度。轴的端面与零件端面应留有距离L，以保证零件端面与套筒接触起到轴向固定作用，一般可取L=（13）mm。轴上的键槽应靠近轴的端面处。 3轴的初步设计如下图：装配方案：左端从左到右依次安装斜齿轮、套筒和滚动轴承，右端从右到左依次安装套筒、滚动轴承、端盖和圆锥齿轮。尺寸设计准则同1轴 2轴的初步设计如下图：装配方案：左端从左到右依次安装套筒、滚动轴承，右端从右到左依次安装蜗轮、套筒、滚动轴承和端盖。尺寸设计准则同1轴。7.3 2轴的弯扭合成强度计算查机械零件手册得到应该使用的轴承型号为7207C，D=72mm，B=17mm，a=15.7mm（轴承的校核将在后面进行）。(1).求作用在齿轮上的力，蜗轮、轴承对轴的力，轴上的弯距、扭距，并作图 齿轮上的作用力：蜗轮对轴的作用力：再由下图求出轴承对轴的作用力 作出2轴的力学模型，如下图再计算出各个作用点处的弯距和扭距弯距图和扭距图如下：图7-1 轴的受力分析及弯距、扭距图(2).校核轴的强度由轴的扭距、弯距图可知，齿轮轴的轮齿处存在危险截面，因此在该处计算应力 （因扭转切应力不是对称循环应力，故引入折合系数）取抗弯截面系数 截面上的弯曲应力 截面上的扭转切应力 轴的弯扭强度条件为 查表15-1得 MPa所以 符合弯扭强度条件。第8章 滚动轴承的选择计算第8章 滚动轴承的选择计算8.1 1轴上的轴承的选择和寿命计算左端采用双列角接触球轴承，根据轴直径d=45mm，选择角接触球轴承的型号为7209C，主要参数如下：D=85mm;B=19mm;a=18.2mm基本额定静载荷 Co=27.2 kN基本额定动载荷 C =38.5 kN极限转速 Vmax=6700 r / min右端采用深沟球轴承，根据轴直径d =45mm，选择深沟球轴承代号为6209，主要参数如下： D=85mm;B=19mm基本额定静载荷 Co=20.5 kN基本额定动载荷 C =31.5 kN极限转速 Vmax=7000 r / min因1轴所受的轴向力向左，所以只有最左边的角接触球轴承受轴向力 该轴承所受的径向力约为查表13-5得双列角接触球轴承判断系数 e =0.8所以 当量动载荷深沟球轴承所受的径向力约为 当量动载荷所以 ，应用核算轴承的寿命因为是球轴承，所以取指数 轴承计算寿命 减速器设计寿命 所以 满足寿命要求8.2 2轴上轴承的选择计算(1).轴承的选择选择使用深沟球轴承，根据轴直径d=35mm，选用深沟球轴承的型号为7207C，主要参数如下： D=72mm；B=17mm；a=15.7mm基本额定静载荷 Co=20 kN基本额定动载荷 C =30.5 kN极限转速 Vmax=11000 r / min(2).寿命计算查表13-5得 所以 轴承计算寿命 减速器设计寿命 所以 满足寿命要求。(3).静载荷计算查机械零件手册可知，角接触球轴承当量静载荷 因载荷稳定，无冲击，所以取静强度安全系数所以 满足强度条件(4).极限工作转速计算以上所选各轴承的极限转速都成立，所以他们的极限工作转速一定满足要求。第9章 键连接的选择和计算9.1键的选择1轴键槽部分的轴径为24mm，所以选择普通圆头平键键3轴左端键槽部分的轴径为50mm，所以选择普通圆头平键键右端选择与左端相同的键键2轴键槽部分的轴径为43mm，所以选择普通圆头平键键9.2键的强度计算假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键联接的强度条件为 查表6-2得，钢材料在轻微冲击下的许用挤压应力为100120MPa，所以取(1).1轴上键的强度计算 所以 满足强度条件(2).2轴上键的强度计算 所以 满足强度条件(3).3轴左端键的强度计算 所以 满足强度条件右端键的强度计算所以 满足强度条件。第10章 联轴器的选择计算第10章 联轴器的选择计算1计算联轴器的计算转距查表14-1得小转距、电动机作原动机情况下取 2型号选择根据计算转距选择挠性联轴器HL2-Y型主要参数如下：公称扭距 （满足要求）许用转速 （满足要求）轴孔直径 轴孔长度 总 结我觉得这次设计是对过去所学专业知识的一个全面的综合的运用。在设计的过程中我全面地温习了以前所学过的知识，包括机械设计基础和机械制图方面的基础知识，还有刚学过的数控机床这门课，经过复习整理所学得专业知识使得设计思路清晰系统。通过设计使我更加接近生产实际，锻炼了将理论运用于实际的分析和解决实际问题的能力，巩固、加深了有关机械设计方面的知识。还有很重要的一点是让我体会到了一个设计者的精神。在设计过程中既要自己不断思考、创造，又要注意借用现有的资料，掌握了查阅和使用标准、规范、手册、图册、及相关技术资料的基本技能以及计算、绘图、数据处理等方面的能力。通过对通用机械零件、常用机械传动或简单机械的设计，掌握了一般机械设计的程序和方法，有助于树立正