毕业设计（论文）“转轴式”升降系统高杆照明装置的机械结构设计

1、毕 业 设 计 说 明 书课题名称 系统的研究系/专 业 机械工程 班 级 学 号 学生姓名 指导教师： 摘 要高杆照明装置因其集中照明的优点，已成为交通设施不可缺少的配套设施，特别是升降式高杆照明装置的极大的方便了使用和维修，其应用也日趋广泛。本课题详细的介绍了“转轴式”升降系统高杆照明装置的结构构成，系统的分析了高杆照明装置灯盘的上升和下降过程，以及紧急情况下灯盘的抱杆防坠设计。本课题在设计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案，再进行具体设计。关 键 字：转轴式 挂钩卸载机构 防坠设计 运动分析abstractbecause of its con

2、centration rests lighting equipment, lighting has become the indispensable traffic facilities facilities, especially the lifting device greatly rests lighting the use and maintenance convenience, its application is increasingly wide.this paper introduced the axis lifting system device structure rest

3、s lighting system are analyzed, and the lighting lamp pole the up and down, and the process of emergency lights for pole.this topic in the process of design, manufacturing, research, absorbs the domestic and foreign advanced technology, reasonable design, in specific design.keywords: shaft type hook

4、 uninstall institutions prevent fall design motion analysis目 录第1章 绪论 5第2章 升降系统总体结构设计 6第3章 转轴式高杆照明装置的工作原理 7第4章 悬挂系统总设计 84.1钢丝绳的选用 104.1.1钢丝绳的特点 104.1.2钢丝绳的许用拉力计算 104.1.3钢丝绳相关参数的计算 114.2扭簧的选用 13 4.2.1扭簧材料直径的确定 144.2.2扭簧的参数计算 154.3轴承的选择 18 4.3.1轴承的分类和用途 18 4.3.2轴承的选用 18 4.3.2.1轴承的性能要求 20 4.3.2.2轴承的当量载荷

5、计算 20 4.3.3轴承的基本额定载荷计算 20 4.3.4轴承的相关参数计算 21第5章 防坠装置的设计 235.1拉伸弹簧的设计分析 235.1.1拉伸弹簧的材料选定 235.1.2受力分析 245.1.3拉伸弹簧的参数计算 245.2套筒的内部螺旋轨迹设计分析 286.结论 337.谢辞 348.参考文献 35 第1章 绪论随着国民经济的发展，城市化进程的加快，高杆照明装置运用越来越广泛。根据建设部行业标准高杆照明设施技术条件(cj/t3076-1998)对室外大面积照明装置的高度分类，灯杆高度在20米以上的高杆照明通常称为高杆灯。高杆灯具有能提供大面积照明、大量减少灯杆数量等特点，被

6、广泛应用于立交桥、广场、码头、机场、大型停车场等开阔场地，是处理大面积照明的成熟手法。由于高杆灯灯杆、灯盘自重较大，灯具安装的高度较高，所以对灯盘的升降系统的要求较高。常用的高杆照明装置主要包括以下几个部分：杆体、灯架、升降系统、悬挂系统、防坠系统、操作控制系统、照明灯具七大部分，其中悬挂升降系统和防坠系统最为关键。目前国内使用较多的高杆照明装置的升降系统主要通过驱动电动机、皮带和齿轮减速机构、卷扬机等装置来实现灯盘的升降。至1979年出现高杆照明装置初期以来，常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。高杆照明装置升降系统应该有足

7、够的强度和自锁力，在卷扬机或钢丝绳等发生故障时，能够进行自锁动作，有效的防止灯盘的突然坠落。我们在目前的升降系统的基础上，进行了改善，采用“转轴式”升降系统，在灯盘上升时可以准确的定位，在灯盘下降时，其挂钩卸载机构可以顺利的将灯盘下降，在紧急情况时，防坠落机构可以实施“抱杆”动作，有效的避免灯盘的突然坠落事故。我们的设计可以降低高杆照明装置的成本，完善产品结构，有利于高杆照明装置的进一步推广，有利于推动城市亮化的进程。第2章 高杆照明装置升降系统的总设计目前的高杆照明装置的升降系统可以分为以下三种形式：第一种是托架式，托架式升降系统是利用杆体为基体进行灯盘的脱钩动作，托架在运动时的行程位置不精

8、确，灯盘的摆动较大，使灯盘不平衡，影响照明效果。灯盘的晃动常会引起杆体内部的钢丝绳的紊绕，因为灯盘的升降需要三根钢丝绳，托架的缩放需要三根，灯具照明需要两根电缆，及杆体内部有八根绳装体，所以十分容易紊绕，如果将电缆的绝缘层蹭破，很可能是杆体漏电，很危险。转运轴在杆的顶部，不便保养，易积尘结垢，会造成转运轴卡死，无法维修。操作人员需在灯盘的正下方进行托架的缩放，若灯盘突然坠落，没有有效的防坠落保护装置，十分不安全。第二种是翻转式升降系统，翻转式升降系统运用特殊几何尺寸的挂钩分别与滑轮架上的挂钩板完成升降两个过程，灯架的运动轨迹精度要求高，只有灯盘基架运动到翻转机构的特定点才能引起灯盘的动作，灯盘

9、才可以进行升降运动，若灯盘的运动轨迹超出翻钩的位置，将无法进行定位。翻转式升降系统在初次安装时，工作人员必须随灯盘升至杆顶，进行初次的定位设置，存在严重的安全隐患。第三种是平板凸轮式，平板凸轮式升降系统运用凸轮机构进行灯盘的挂钩卸载，灯盘的定位平稳，操作可靠，是第二种是翻转式升降系统的改进。但是平板凸轮升降系统没有良好的防坠落保护装置，对灯盘坠落等一些突发事件，没有很好的应急措施。机构复杂，加工过程繁琐，制造成本较高，不利于批量生产。基于上述的高杆照明装置三种升降系统的缺陷，现提出转轴式升降系统。转轴式升降系统，有效的解决上述三种升降系统所存在的问题，防坠落保护装置，能够有效的防止灯盘的突然坠

10、落，提高了高干照明升降系统的安全系数。转轴式升降系统机构简图图2-1： 1避雷针；2灯盘顶部；3悬挂卸载支架；4导杆；5槽钢圈指示旗；6指示旗；7防坠机构；8套筒； 9导向轮；10杆体；11分绳器； 12卷扬机13电动机图2-1 转轴式升降系统机构简图第3章 转轴式高杆照明装置的工作原理目前常用的“翻转式”高杆照明装置的悬挂系统还很不完善，易发生灯盘悬挂操作故障。采用“转轴式” 悬挂系统，可以有效的防止灯盘悬挂操作故障的发生。“转轴式” 悬挂系统的挂钩卸载机构，配有防坠落保护装置，当灯盘突然坠下时，“抱杆”装置会在瞬间起作用，灯盘会卡夹紧灯杆而不至继续坠落。“转轴式”挂钩卸载机构的基本设计方案

11、：在灯盘上升至顶端过程中，通过螺旋式导向槽使挂钩销轴上升时自动地旋转，使挂钩销钩住挡圈，灯盘不因重力而下降；运用轴承将灯盘在上升的过程中灵活旋转；在下降灯盘时，通过螺旋式导向槽使挂钩销轴自动地旋转复位，从而使挂钩销脱开挡圈，灯盘可自由地下降。通过转轴式挂钩带动指示旗（指示旗颜色十分鲜艳常采用红黄色）能够准确的显示挂钩的状态。三弹簧的导向联动装置，使得灯盘在升降过程始终处于中心位置，保持平稳。三弹簧的导向联动装置在不锈钢弹簧的压紧力的作用下绕杆体中心轴同步联动，实现导向，保证灯盘的顺利升降。在本设计中，导向滚轮采用高分子材料制造，可以有效的避免在沿灯杆外壁滚动的过程中破坏灯杆表面的镀锌保护层。灯

12、盘在运行期间有定心支撑装置、防坠落机构，挂钩座安装在灯杆顶部，座体内部可以进行行程限位。挂钩随灯盘上升到位后于固定在灯杆顶部的做体接触并进行相对运动，使灯盘悬挂在灯盘架上，钢丝绳处于卸荷状态，有效的保护钢丝绳。当灯盘发生意外坠落时，防坠落机构能瞬时发挥它的功能，即棘轮卡到齿条上，利用灯杆的锥度将整个灯盘卡死在灯杆上，进行琐死动作，使灯盘不至于继续下降，而避免重大事故损失。从运动学分析，弹簧的反弹力为灯盘提供轴向力fa，使挂钩销轴实现轴向运动；灯杆上的内置螺旋式导向槽为挂钩销轴提供法向力fn（法向力可分解为圆周力ft和径向力fr）使挂钩销轴实现螺旋运动。即“转轴式”挂钩卸载机构的一次动作可同时实

13、现挂钩销轴的轴向运动和螺旋运动。从而证明“转轴式”挂钩卸载机构的实现对升降式高杆照明装置的悬挂系统的改进是可行的。进行总体的受力分析，共安装18只灯具（45kg/只），悬挂支撑架3支（100kg/支），槽钢圈一支（100kg/支），安装在槽钢圈上的灯具支撑架一支（100kg/支），其它附件50kg,整个装置总为1500kg。由于悬挂支撑架是固定在杆体顶部的，则活动部件的总重为1200kg,每根导杆受力均匀，为三分之一的活动部件，即3920n。第4章 悬挂卸载机构的设计根据实际的运用情况，设定高杆照明装置的灯架部分的重量分配如下：安装灯具18只，每只重约45kg（含内部的镇流器、触发器等电器），

14、悬挂卸载支架结构3只，每只重约100kg,槽钢圈及灯具安装支架重约340kg,其他附件重约50kg,总计1500kg。转轴式高杆照明装置升降系统，巧妙的避免灯盘的旋转而实现悬挂与卸载的准确定位。转轴式升降系统是利用导杆和套筒的相对运动组成一对旋转机构，构成所谓的 “转轴式” 。在整个悬挂与卸载的过程之中，通过导杆与套筒之间的相对转动来实现，灯盘始终保持上下运动，灯盘不进行旋转运动。灯盘及其灯具总重约1150kg，若它在灯杆顶部（30m的高空）进行旋转运动，会产生很大的离心力，不安全，无法进行准确的定位。在上升过程中，卷扬机拉动钢丝绳，钢丝绳拉动导杆，导杆推动灯盘的上升。当导杆上升到悬挂卸载支架

15、结构的套筒时，在钢丝绳的拉力作用下，导杆会推动套筒沿着套筒内设的螺旋导轨在轴承的作用下进行旋转运动。完成了导杆进入悬挂卸载支架结构的套筒的过程。指示牌同套筒焊接为一整体，在钢丝绳的拉力作用下套筒继续旋转，这时指示牌也会同步进行旋转动作。通过指示牌可以知道导杆的运动情况，到合适位置，停止钢丝绳的拉动，导杆会端落在套筒的端台上，完成整个灯盘的上升悬挂动作。在套筒的外壁上下端分别安装两根扭转刚度相同的扭簧，上端为右旋扭簧，下端为左旋扭簧。扭簧的一端嵌入套筒外壁，另一端嵌入悬挂卸载支架的内壁。在套筒发生旋转时，扭簧也会发生扭转，因为两根扭簧的扭转刚度相同，所以套筒受力均匀。在下降过程中，卷扬机拉动钢丝

16、绳，导杆上升，导杆离开套筒的端台，导杆会沿螺旋轨迹继续上升，套筒及指示牌也会同步旋转。当导杆运行到轨迹的尽头时，导杆会脱离套筒的内设轨迹。这是套筒在扭簧的扭矩作用下，发生扭转运动，完成复位，同时指示牌也会完成复位。而导杆位置未发生任何改变，放松钢丝绳，导杆会沿导轨的外沿做螺旋运动下降，移开套筒，实现灯盘的下降。在此过程中，套筒在导轨的反作用下，进行了旋转，扭簧在套筒的作用下，产生扭转，指示牌同步旋转，准确反映导杆与套筒运动情况。在导杆与槽钢圈连接的部位，铣一键槽，安装定位销，这样可以确保导杆能够进行上下运动，而不产生旋转运动。在导杆的端部加工外螺纹，高强度的压缩弹簧套装在导杆外侧，并用螺母旋紧

17、，固定高强度压缩弹簧的压缩距离。在钢丝绳断裂的一瞬间，弹簧的压缩力瞬间消失，压缩弹簧的压缩力疾速释放，这个力直接作用到齿条，加速棘轮与齿条的啮合速度。悬挂卸载支架结构是由三组支架组成，三组支架120均布在圆周上，每个支架有独立的套筒、导杆、指示旗组成，受力均匀。利用分绳器，实现三组钢丝绳的同步运动，从而，实现导杆的运动平稳，确保灯盘的升降平稳。在整个悬挂卸载的运动过程中，钢丝绳是动力的输送构件，导杆能否运动，完全取决于钢丝绳的工作状况。因此，钢丝绳是高干照明装置的重要组成部分，钢丝绳的选用很关键。4.1钢丝绳的选用4.1.1钢丝绳的特点钢丝绳是一种具有强度高、弹性好、自重轻、挠性强等特点的重要

18、构件。钢丝绳由于其挠度强、承载能力大、传动平稳无噪声、工作可靠等优点，成为高干照明装置的重要组成部分。钢丝绳在正常工作条件下不会发生破断，但是如果钢丝绳选用不当，很可能发生因其许用拉力不够，而引起钢丝绳的断裂，甚至会造成灯盘坠落等事故。钢丝绳的钢丝因要求要有很高的强度与韧性，通常采用含碳量为0.50.8优质碳素钢制作，而且含硫、磷量不应大于0.035。为此，应选用gb69988优质碳素结构钢技术条件中规定的50、60和65号钢。4.1.2钢丝绳的许用拉力计算根据高干照明装置的工作要求和钢丝绳的自身的特点，同时考虑安全因素，钢丝绳许用拉力f应不小于钢丝绳的静载拉力fjf fjfj 式中：f 钢丝

19、绳的许用拉力，n;fj 钢丝绳的静载拉力，n; q 额定起重重量及吊具重力之和，n; 起升机构的总效力，取= 0.800.90; 升起机构的钢丝绳分支数;根据转轴式高杆照明装置的工作情况分析，确定钢丝绳的额定起重重量及吊具重力之和q =24794n; 起升机构的总效力=0.85; 升起机构的钢丝绳分支数=3fj = 4612nf fjf f 4612n4.1.3钢丝绳的参数计算为了安全，钢丝绳的许用拉应力应有一定的存储能力，储备能力的大小用安全系数表示，f 式中：f 钢丝绳的许用拉力，n; fp 钢丝绳的破断力，n; n 钢丝绳的安全系数。表4-1 钢丝绳安全系数表钢丝绳支撑动臂张紧绳缆风绳张

20、紧绳吊装及张紧绳双绳抓斗起升、开闭绳单绳马达抓斗起升绳手扳葫芦牵引绳手动绞车牵引绳安全系数n43.56654.54根据上述计算和钢丝绳安全系数表确定：f最小为4612n，安全系数n为6则f fj 4612fp 27672n 钢丝绳做拉力试验被拉断的拉力称为钢丝绳的破断力fp 钢丝绳的破断力计算公式为： fp = fo式中：fp 钢丝绳的破断力，n;fo 钢丝绳的钢丝破断拉力总和，n。可以从不同类型规格的钢丝绳的性能表中查得，常近似计算，fo = 500d2（d为钢丝绳直径）。 折减系数，619绳，=0.85，637绳，=0.82，661绳，=0.80根据高杆照明装置的实际运用情况，选用637绳

21、，=0.82。fp 27672nfp = fofo 276720.82500d2 27672d 8.215n参照不旋转钢丝绳技术参数表如4-2：表4-2 钢丝绳技术参数钢丝绳公称直径钢丝绳近似重量钢丝绳公称抗拉强度，mpa14701570167017701870d允许偏差钢丝绳最小破断拉力mmkg/100mkn614.0017.3018.519.720.922.00719.1023.625.226.828.430.00825.0030.8032.9035.0037.1039.00931.6039.0041.7044.3047.0049.001039.0048.2051.4054.7058.00

22、61.301147.2058.3062.3066.2070.2074.201256.2069.4074.1078.8083.6088.301365.9081.4087.0092.5098.10103.001476.4094.50100.00107.00113.00120.001699.80123.00131.00140.00148.00157.0018+6126.00156.00166.00177.00188.00198.0020156.00192.00205.00219.00232.00245.0022189.00233.00249.00265.00280.00296.0024225.002

23、77.00296.00315.00334.00353.0026364.00325.00348.00370.00392.00414.0028306.00378.00403.00429.00455.00480.0030351.00433.00463.00492.00522.00552.0032399.00493.00572.00560.00594.00628.0034451.00557.00595.00633.00671.00709.0036505.00624.00667.00709.00752.00794.0038563.00696.00743.00790.00838.00885.0040624

24、.00771.00823.00876.00928.00981.0042688.00850.00908.00966.001020.001080.0044755.00933.00996.001060.001120.001180.00根据d 8.215n，结合上表 ，选定钢丝绳为，公称抗拉强度1570n/mm2,号光面钢丝制成的直径9mm,右向互捻，不松散瓦林吞型钢丝绳。标记为：6379157光右交gb1102。钢丝绳穿入卷筒上穿线空后，必须拧紧紧定螺钉，将钢丝绳压紧，当灯盘下降到最底位置时，卷筒上钢丝绳应有不少于3圈的安全圈。4.2扭簧的选用安装在套筒上下的两根扭簧，主要作用是，实现套筒的自动复位

25、，以及使套筒受力偶距作用，保证其运动平衡。根据导杆与套筒相对旋转的结构特点，并结合机械零件设计手册表12-16 圆柱螺旋扭转弹簧的结构形式（gb/t1239.61992）,选用n型，端部结构形式为外臂长扭式。受力分析如图4-1： 图4-1 受力分析图f1、f2 弹簧受力（n）r1、r2 力臂（mm）根据高杆照明装置的升降系统的实际使用情况，结合机械零件设计手册表125确定高杆照明升降系统的弹簧所受载荷为类载荷，即受静载荷或变载荷在1103次以下，根据表1218圆柱螺旋扭转弹簧许用弯曲应力，确定材料为60si2mna, =925mpa。4.2.1扭簧材料直径的确定计算扭簧的扭矩，按设计的要求，力

26、臂距离为44.25mm，每个悬挂卸载支架受力相等，为三分之一的灯盘架及相关附件重量，导轨的顶端为35的圆弧角，扭簧的端部受力为：f1 = 3920cos35n = 1070n扭簧所受扭矩为：m = f1r1 = f2r2 = 44.251070 = 473478nmm曲度系数k: k = 旋绕比c = ,常取c = 412,这里取中间值c = 8k = = 1.102确定材料直径d: d 8.311根据机械零件设计手册表12-1 圆柱螺旋弹簧尺寸系列表（gb/t13581993）,选用d = 10mm4.2.2扭簧参数的计算弹簧中径 ： d = cd =810 =80mm弹簧扭转变形角： =

27、dn(r1+r2)根据设计的要求，将弹簧预设为6圈，式中e材料弹性模量（mpa）m扭矩（nmm） = 806(65.0544.25) = 4276= 676 试验扭矩： ms = s = 925 = 90811.66nmm试验扭矩下变形角： s = = = 2527扭转刚度： m= = = 1108.55nmm/()弹簧内径： d1 = d-d = 80-10 = 70mm弹簧外径： d2 = dd = 8010 = 90mm弹簧受扭后直径减少值： d = = = 0.94mm节距： t = d+ = 10+2.5 = 12.5mm自由高度： h0 = (nt + d)扭臂在弹簧轴线的长度 =

28、 ( 612.510)5 = 90mm螺旋角： = arctan = arctan = 250表4-3 弹簧参数表：名称代号单位数值弹簧材料直径dmm10弹簧自由高度h0mm90弹簧中径dmm80弹簧内径d1mm70弹簧外径d2mm90节距tmm12.5有效圈数n6螺旋角250弹簧受扭后直径减少值dmm0.944.3轴承的选择4.3.1 轴承的分类和用途表4-4 轴承分类：4.3.2轴承的选用4.3.2.1轴承的性能要求针对转轴式高杆照明装置升降系统对滚动轴承的工作性能的要求，所采用的滚动轴承应满足三个基本性能参数的要求：1 满足一定疲劳寿命要求的基本额定动载荷c2 满足一定静强度要求的基本额

29、定静载荷c03 滚动轴承的转速不大于轴承磨损的极限转速n0.一般工作条件下的滚动轴承往往因疲劳点蚀而失效，因此滚动轴承的尺寸主要取决于疲劳寿命。由于在轴承的设计计算过程中要用到x、y、c0r、e等参数，而这些参数都要在轴承的型号确定后才能查到。因此，可以参考轴颈直径的大致范围，然后预选几种型号的轴承，再进行校核，确定具体的轴承型号。参照设计的轴颈d=85mm,预选三种型号的轴承，并有手册查得有关参数如表4-5。表4-5 轴承相关参数表轴承型号判断系数e径向系数x轴向系数y额定动载荷cr/n额定静载荷c0r/n332170.421111.41.81.4282415329170.3396.8165

30、320170.44140220以32917轴承为例进行计算分析。经分析，轴承1的径向力 fr1 = 3920cos35n= 1070n轴承的轴向外力 fa = 3920sin35n = 749.5n轴承2的径向力 fr2 = （749.585）226.5 = 140.6n内部轴向力计算 fs1 = = = 297.22n fs2 = = = 39.15n由于fs1 fa = 749.5 297.22 = 1046.72fs2 = 39.15n故轴承2被压紧，轴承1被放松，故： fa1 = fs1 = 297.22n fa2 = fa fs1 =749.5 297.22 = 452.28n4.3

31、.2.2轴承的当量动载荷的计算当量动载荷的计算公式为： p = fp( xfr + yfa )式中：p 当量动载荷，nfr 径向载荷，nfa 轴向载荷，nfp 冲击载荷系数x 径向系数y 轴向系数表4-6 冲击载荷系数fp载荷性质举例fp无冲击或轻微冲击电动机、通风机等1.01.2中等冲击传动装置、减速器1.21.8强烈冲击破碎机、石油钻井1.83.0根据上述表中参数，确定： = = 0.278 e则 fp = 1.0x = 1y = 1.8分析高杆照明装置的滚动轴承的受力情况，此轴承仅受径向力frp = fp( xfr + yfa )p =1（110701.8297.22） =1605n4.

32、3.3轴承的基本额定载荷的计算滚动轴承基本额定寿命的公式为：l10 = （）式中：l10 失效率10（可靠度90）的基本额定寿命（106r）c 基本额定动载荷（n）p 当量动载荷（n） 寿命指数，对球轴承= 3，滚子轴承= 转轴式高杆照明装置的升降系统中的轴承工作转速为n(r/min)，以小时为单位，而l=60n lh则上述的滚动轴承基本额定寿命的公式可转化为：lh = （） = （）根据高杆照明装置的工作的特点，可以知道轴承承载的工作载荷，并预期它的基本额定寿命l/为了达到这一要求，轴承所要求的工作基本额定载荷c/为c/ = 所选择的c值应满足: c c/式中 n 轴承转速（r/min）l/

33、h 轴承预期的基本额定寿命（h）ft温度系数只要所选轴承的基本额定动载荷c大于等于上述公式所计算出的工作基本额定动载荷c/，即c c/，则该轴承就能保证所预期的基本额定寿命l/h，由于在规定额定动载荷c时是对应于特定的理想载荷条件，但轴承实际所受工资载荷有时是同时承受径向和轴向的复合载荷，这就需要将实际的复合载荷换算成理想的假想载荷。表4-7 轴承预期寿命l/h的推荐值：使用条件预期寿命/h不经常使用的仪器、设备5003000短期或间歇使用的机械，如手动机械40008000传动装置、输送机800014000电动机、起重机等一般机械1000025000离心机、印刷机械、机床2000030000水

34、泵、纺织机械、空气压缩机5000060000电站主要设备、矿用泵100000200000表4-8 温度系数ft轴承工作温度()120125150175200225250300350温度系数ft1.000.950.900.850.800.750.700.600.50结合设计情况，并根据上述表中参数可确定如下参数：l/h = 12000hn = 150r/minp = 1605n= ft= 1计算出c/ 值，进而确定c的取值范围。 c/ = 1605 = 6548.06n4.3.4轴承的相关参数计算基本尺寸安装尺寸基本额定载荷极限转速轴承代号ddbrmindamindamaxramaxcrcor脂

35、润滑油润滑30000型mmmmknr/min85120231.5921111.596.81653400380032917根据机械零件设计手册表8-23，查得32917型轴承的基本额定载荷c = 96.8kn,满足c c/的条件。32917型轴承的基本尺寸如表4-9：对于转速较低，或有短时冲击、过载等条件下工作的轴承，其主要失效形式是静应力引起的表面塑性变形，应按静强度作校核计算。c0s0p0式中c0轴承的额定静载荷ns0安全因数p0当量静载荷n表4-10 静强度安全因数s0条件载荷条件s0使用条件s0连续旋转普通载荷1.02.0高精度旋转1.52.5冲击载荷2.03.0有振动冲击1.22.5不

36、旋转及摆动普通载荷0.5普通旋转精度1.01.2冲击不均匀载荷1.01.5允许有变形量0.31.0当量静载荷p0计算公式为：p0 = x0fr+y0fa根据前面的分析计算相关参数如下：x0 = 1y0 = 1.76fr = 1070nfa = 297.22n p0 = 1070+1.76297.22 = 1593.1n参照静强度安全因数表，确定 s0 = 1.5 s0p0 = 1.51593.1=2389.65n32917型轴承的额度静载荷为c0 =165000n，满足c0s0p0的要求，所以32917型轴承能够满足此高杆照明装置的工作要求。第5章 防坠装置的设计转轴式高杆照明系统防坠装置是用

37、三组间隔120的防坠构件组成，每一组防坠构件均有导向轮、导向连杆、导向臂、位置指示旗、棘爪和齿条组成。三组防坠构件三组防坠构件相互联动，即一组防坠构件的运动，在连杆的作用下，其它的的构件会同步运动。要保证三组防坠构件运动的同步性，三组防坠构件必须安装在同一半径、同一平面的周圆上，这对整个机构的安装精度要求较高。在实际制造中，可以将连杆做成可调式的，在第一次安装时将三组防坠构件的位置调整到位，将连杆的锁死，这样就可以确保三组防坠构件在同一半径同一平面。防坠装置的结构图如图5-1： 1 销；2 拉伸弹簧；3 槽钢圈；4 导向滚轮；5 杆体；6 虹臂保护器7 铰链 图5-1 防坠装置的结构图在整个防

38、坠装置的运动过程中，压缩弹簧的变形量、刚度对防坠构件的运动是否准确起关键作用。因此，压缩弹簧的选择是整个防坠装置的设计重要部分。5.1 拉伸弹簧的设计分析5.1.1拉伸弹簧的材料选定根据高杆照明装置的升降系统的实际使用情况，结合机械零件设计手册表12-5弹簧许用切应力,确定高杆照明升降系统的弹簧所受载荷为类载荷，即受静载荷或变载荷在1103次以下，选用60si2mna, =740mpa.材料切变模量g=7.8104mpa.5.1.2受力分析由于三组防坠构件运动的同步性，且安装在同一半径、同一平面的周圆上，则三根弹簧受力均匀。以整个系统为研究对象进行受力分析，建立受力平衡方程。依据gbj135-

39、90的规定，高杆照明装置的杆体的锥度比为0.1-0.16，这里选用锥度比k=0.15，则可计算出锥度角=831。受力平衡方程如下：fx =0 fncosfssin=0 fy =0 fnsinfscosg1=0式中 fn杆体所受正压力（n）fs 杆体的摩擦力（n）g1 整个防坠装置需承受的总重力（n）因为三组防坠构件运动的同步性，而且安装在同一半径、同一平面的周圆上，所以每一组防坠构件受力均匀，为 g1 ，根据前面的分析g1是11760n。解得：fn =3881n fs =574.4n则每根弹簧的工作载荷为f= fn =574.4n防坠构件的零件图如图5-2图5-2 防坠构件的零件图5.1.3拉

40、伸弹簧相关参数的计算=kf=f式中 弹簧材料切应力（mpa） f 工作载荷（n）d 弹簧中径(mm)d 弹簧材料直径k 曲度系数c 旋绕比弹簧材料切应力应该小于或等于其材料的许用切应力：c旋绕比c= =4-12,取c=10k = = 0.948574.4740解得d4.446mm参照机械零件设计手册表12-1圆柱螺旋弹簧尺寸系列，并结合高杆照明装置的结构特点，选取d=5mm参照机械零件设计手册计算弹簧的其它参数如下：弹簧中径 d d = cd = 50mm弹簧内径d1 d1 = d-d = 45mm弹簧外径d2 d2 = dd = 55mm 弹簧节距t t = (0.280.5)d 取中间值即

41、t = 0.39d，则 t =0.39d =19.5mm 弹簧受力后中径增大值d d = (0.05)d = 0.3552mm弹簧有效圈数n n = = =51.42参照机械零件设计手册确定n = 55弹簧端部的结构形式，参照机械零件设计手册表12-2采用ryi型，且两端磨平，则n2 n2 = 1.52.5 取n2 = 2根据机械零件设计手册表12-2 弹簧基本计算公式确定弹簧的自由 h0 = nt1.5d = 804.6参照机械零件设计手册确定弹簧自由长度h0 h0 = 800总圈数n1 n1 = nn2 = 57间距 = td =14.5螺旋角 = acrtan= 74弹簧材料展开长度l

42、l = = dn1 = 8953.5mm表5-1弹簧参数列表：名称代号单位数值弹簧材料直径dmm5弹簧自由高度h0mm800弹簧中径dmm50弹簧内径d1mm45弹簧外径d2mm55弹簧中径增大值dmm0.3552节距tmm19.5有效圈数n55总圈数n157间距mm11.3螺旋角74弹簧材料展开长度lmm8953.5在正常工作情况下，是通过与卷扬机配套的蜗轮蜗杆自锁机构，进行自锁动作。利用蜗轮带动蜗杆旋转，而蜗杆不能带动蜗轮旋转的自锁特性。卷扬机能够拉动钢丝绳，而钢丝绳不能拉到卷扬机进行反转，这样可以保证灯盘在钢丝绳的拉动下，停留在任意位置，而使灯盘不会自动下滑。这种利用蜗轮旋转的自锁特性进

43、行自锁的防坠装置只有在钢丝绳不发生断裂的情况下起作用，一旦钢丝绳发生断裂，这种防坠保护装置就会失效。这种防坠保护装置在目前的高杆照明装置均有使用，但是对于钢丝绳断裂的情况的保护装置还不完善。转轴式高杆照明装置采用棘轮与圆周齿轮啮合的结构，三维效果图如下，能够在钢丝绳断裂的情况下进行防坠保护。三组间隔120的防坠构件组成防坠装置，安装在同一半径、同一平面的周圆上运动的同步。假设三组防坠构件运动到某一位置，则确定以圆周，圆周的直径就确定，而灯杆是锥度杆，直径有顶部到底部直径不断变大，防坠构件的位置固定了，在棘轮与圆周齿条啮合作用下，可以将灯盘固定在这一位置。黄色圆周齿轮同防坠机构焊接为一体，绿色的

44、棘轮同灯盘架焊接为一体。当钢丝绳突然断裂，绿色的棘轮会在自重和弹簧的作用下迅速与黄色圆周齿轮啮合，而停止下降，实现防坠落。防坠装置啮合效果图，图5-3： 图5-3 防坠装置啮合效果图5.2套筒内部螺旋轨迹的设计分析在钢丝绳的拉动下，导杆只能沿杆体的轴线方向运动，在导杆的推动下，套筒利用轴承进行旋转运动，即套筒相对于导杆沿内设螺旋轨迹进行旋转运动。套筒的旋转会为导杆的进一步上升提供空间，导杆推动套筒旋转一定的角度道合适位置后，导杆的恰好可以端放在套筒的端面上。螺旋轨迹的公称长度为套筒工作长度的三分之一，旋向为右旋，轨迹旋转周期为二分之一圆周，材料用q235a。螺旋轨迹仅仅是为导杆与套筒的相对运动提供接触的载体，套筒内部的空间主要是预留给导杆，一便于其上下运动。螺旋轨迹的内外侧均为工作表面，所以在加工时，内外表面都需要进行淬火热处理，提高刚度，同时也需进行表面粗糙度处理，减小导杆与导轨接触时摩擦力。整体结构的效果图如5-4 图5-4 整体结构的效果图结 论通过上述详细分析，可以得出以下结论：1） 转轴式升降系统采用内置导轨槽的结构设计，能够保证灯盘架