毕业设计（论文）-螺旋升降平台设计

绪论1.1升降机的发展概述对垂直运送的需求与人类的文明一样久远，最早的升降机使用人力、畜力和水力来提升重量。升降装置直到工业革命前都一直依靠这些基本的动力方式。1854年，奥蒂斯把他的试验台设在纽约贸易展览会上。当有了大批观众后，他便跨入升降机，并邀请一位观众割断缆索。升降机仅仅下降了五六厘米。最后，安全升降机停了下来。到19世纪末，升降机常见于办公室和套房公寓里。电动的和液压的两种机械装置都用于推动升降厢。经过上百年的发展，升降机技术已经相当成熟了。升降机自由升降的特点目前已经广泛运用于市政维修，码头、物流中心货物运输，建筑装潢等，升降机已经融入了人们的日常生活。升降机的种类也变得多起来，土木工程的升降机在土木工程施工中，常用的有钢丝绳或齿轮齿条驱动两种。1.简易升降机由钢丝绳驱动，大多用于运送货物。由塔架、吊篮、卷扬机等组成。塔架一般为桁架结构，用缆绳拉住，保持直立。吊篮用型钢焊成，是装载货物的容器。卷扬机固定在地面上，钢丝绳绕过塔架顶部的滑轮与吊篮连接，牵引吊篮上下运行，操作人员在地面上控制。2.齿轮齿条驱动升降机可运送人和货物。主要由塔架、围栏、机厢、驱动装置、控制系统、加节装置、安全装置和起重系统组成。①塔架

由若干标准节段组成的管子桁架结构。为了保证塔架的稳定，每隔一定高度（约10～15米②机厢和围栏机厢是运载人或货物的容器，围栏是围护机厢和塔架的装置，设在塔架的底部。机厢门和围栏门用机械－电气互锁。机厢降入围栏时，门自动打开，上升时门自动关闭。以确保运行安全。围栏底部装有弹簧缓冲装置。使机厢着地时免受冲击，确保停机平稳。③驱动装置设在机厢内，由电动机、减速器和齿轮齿条组成。减速器输出轴端的齿轮，伸出机厢，与固定在塔架上的齿条啮合，带着机厢上下运行。机厢内设有控制系统，操作人员亦可随机运行。加节装置设在机厢的顶部，是一台手动或机动的小型动臂式起重机。加节时，机厢上升到离塔顶一定距离处，利用起重机把待加标准节段吊到塔顶，就位固定后，即完成加节工序。为了确保升降机的安全运行，设有限速制动装置，行程限位开关，行门保护开关等。齿轮齿条驱动的升降机与简易升降机相比，具有高度大，架设速度快，安全可靠，人货两用等特点，在建筑施工，特别是高层建筑施工中，广泛应用。3.工业中的升降机按照升降机构的不同分：剪叉式升降机、升缩式升降机、套筒式升降机、升缩臂式升降机、折臂式升降机。按移动的方法不同分：固定式升降机、拖拉式升降机、自行式升降机、车载式升降机、可驾驶式升降机。（1）固定式升降机是一种升降稳定性好，适用范围广的货物举升设备主要用于生产流水线高度差之间货物运送；物料上线、下线；工件装配时调节工件高度；高处给料机送料；大型设备装配时部件举升；大型机床上料、下料；仓储装卸场所与叉车等搬运车辆配套进行货物快速装卸等。根据使用要求，可配置附属装置，进行任意组合，如固定式升降机的安全防护装置；电器控制方式；工作平台形式；动力形式等。各种配置的正确选择，可最大限度地发挥升降机的功能，取得最佳的使用效果。固定式升降机的可选配置有人工液压动力、方便与周边设施搭接的活动翻板、滚动或机动辊道、防止轧脚的安全触条、风琴式安全防护罩、人动或机动旋转工作台、液动翻转工作台、防止升降机下落的安全支撑杆、不锈钢安全护网、电动或液动升降机行走动力系统、万向滚珠台面。（2）车载式升降机

车载式升降机是为提高升降机的机动性，将升降机固定在电瓶搬运车或货车上，它接取汽车引擎动力，实现车载式升降机的升降功能。以适应厂区内外的高空作业。广泛应用于宾馆、大厦、机场、车站、体育场、车间、仓库等场所的高空作业；也可作为临时性的高空照明、广告宣传等。（3）液压升降机液压升降机广泛适用于汽车、集装箱、模具制造，木材加工，化工灌装等各类工业企业及生产流水线，满足不同作业高度的升降需求，同时可配装各类台面形式（如滚珠、滚筒、转盘、转向、倾翻、伸缩），配合各种控制方式（分动、联动、防爆），具有升降平稳准确、频繁启动、载重量大等特点，有效解决工业企业中各类升降作业难点，使生产作业轻松自如。（4）曲臂式升降机广泛用于车站、码头、公共建筑等需从事高空作业的行业和领域。具有移动方便、操作简单、作业面大、平衡性能好等特点，在路面不平的情况下，即能四腿同时支撑，也可单腿支撑，便于操作使用。（5）套缸式液压升降机套缸式液压升降机为多级液压缸直立上升，液压缸高强度的材质和良好的机械性能，塔形梯状护架，使升降台有更高的稳定性。即使身处20米高空，也能感受其优越的平稳性能。适用场合：厂房、宾馆、大厦、商场、车站、机场、体育场等主要用途：电力线路、照明电器、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业1.2本文研究的主要内容本设计是蜗轮丝杠升降机的设计。设计主要针对执行机构的运动展开。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，设计内容主要包括蜗轮蜗杆传动部分、螺纹传动部分和箱体是设计。其主要工作原理是将蜗杆的圆周运动转变为丝杠的轴向运动。简单地讲是外力驱动蜗杆转动，通过蜗轮蜗杆传动副将传动传递给蜗轮，蜗轮与丝杠旋合，从而带动丝杠做轴向运动。按照上述的工作原理，从而确定其基本传动简图如图1-1：图1-1螺旋升降器原理图最终设计的螺旋升降平台如图1-2所示：图1-2螺旋升降平台本课题主要设计内容为：1、螺旋丝杆升降机的方案设计；2、滚珠丝杠副的选择与计算3、直线滚动导轨副的选择计算；4、伺服电机的选择计算；5、传动轴的设计校核；6、螺旋丝杆升降机的零件图及装配图；2螺旋升降机方案设计2.1设计要求在机械设计中常遇到升降动作的设计，如冲压紧固装置台、试验仪器升降平台、升降舞台、延压辊轮间隙、管材或板材运送位置、吹塑容器模具中心高度及大口径波纹管模具位置等多种多样的升降调整动作，以往较多的设计者采用气动或液压动力来完成此升降动作，气、液体受压力影响，温升变化大，其热胀冷缩的物理属性常决定用气、液压结构调整升降动作会出现定位难，容易位移、设计不方便、自锁性能差，容易导致不和不安全等因素。而且气、液压只能做单一上、下定位，涉及周边配件繁杂，保养机件多，而又不能达到理想精准的升降定位和自锁的效果，螺旋升降器的产生和使用，完全可能解决诸如此类带来设计和运用的不便。本次设计的是螺旋升降平台，是利用电机带动4台螺旋升降器实现平台的升降。设计的重点是螺旋升降器，螺旋升降器结构主要为机身、入力蜗杆、含内螺纹之铜件蜗轮及其它附件组成。在设计规范上从0.5吨-100吨，有多种规格。其动态承受力从0.2吨-26吨，举升速度可高达3600mm/min。螺杆端在应用上又可分为顶板式、栓孔式、牙口式、平口式四种。螺旋升降器具有体积小、功能多、重量轻、低噪音、结构紧凑、安装方便、使用灵活、动力源广、传动效率高、使用寿命长等特点。可以顶升、降落、提升、下压、推进、翻转等多种安装使用方式。螺旋升降器主要应用范围

1.机械加工上的冲压紧固装置升降台，翻转装置及试验仪器平台升降。2.延压机辊轮的间隔调整,管材或板材运送位置的调整结构。3.塑料机的薄膜厚度调整结构。4.安装维修用的爬梯和工具升降架，机车维修升降台位。5.高温炉门的开启结构。6.塑料容器吹制机械模具的调整高度结构。7.铸造启模或混凝造型。8.冶炼方面用于调整电机、热液体浇铸。9.建筑方面用于移动设备和组合成品的模板，可升降的窗户、墙壁、围墙。10.文化卫生方面用于可升降舞台、调整游泳池地面高度、调整手术台高度。11.水利方面用于水库的闸门和保护板升降。12.科研方面用于不能用人力调整的动作。本次设计的螺旋升降平台可实现对最大重量为5吨的物品进行举升。2.2方案设计依据工作原理及技术要求，设备应包括驱动系统，传动系统，丝杆升降系统组成。总体布局设计：由于设备载荷较大，所以采用4台螺旋升降器进行升降动作，为保证举升动作的一致性，故采用一台电机通过传动轴同时驱动4台螺旋升降器工作，实现同步升降带动货物上下运动。为了节省空间，将动力传动结构布置在设备下。传动系统设计：设备前后左右4个螺旋升降器必须同步运行，否则会卡住，因此用一台电机进行驱动，通过传动轴将动力分别传输到螺旋升降器上，考虑到所需要的扭矩较大，传动结构应包含减速装置。由于电机传动系统布置在设备下方，与丝杆轴心成垂直关系，因此丝杆的驱动可以采用直角减速机带动。总的传动路径为：电机-减速机-传动轴-直角减速机-螺旋升降器-升降平台上下运动。由于设备提升重物所需扭矩较大，因此采用减速机放大扭矩，且电机输出轴与传动轴垂直，因此在电机输出轴与传动轴之间采用了蜗轮蜗杆减速机。为了防止平台碰撞，在机架上下面设计了防撞缓冲块。综合，设备结构示意图如图2-1所示。图2.1螺旋升降平台3蜗轮蜗杆的设计蜗轮蜗杆传动的两轮啮合齿面间为线接触，能获得比交错轴斜齿轮机构更好的啮合效果，传动比和承载能力也更高。蜗轮蜗杆传动是一种螺旋式传动，传动中主要形式为齿啮合传动，因此传动更为平稳、振动小、噪音低，适合需要稳固状态的机械使用。蜗轮蜗杆传动机构比其他传动机构突出的优点在于其自锁功能，蜗轮蜗杆传动机构的蜗杆导程角小于啮合轮齿间当量摩擦角时，蜗轮蜗杆传动机构就会反向自锁，这时只能是蜗杆带动蜗轮，而蜗轮无法带动蜗杆，即可实现对机械的安全保护。3.1蜗轮蜗杆材料的选取蜗杆材料需要具有一定的强度，良好的磨合与耐磨性能。蜗杆一般由碳钢或合金钢制造。常用材料有40号、45号钢、15Cr、20Cr、40Cr等，具体可查阅《机械设计手册》选择，表3-1如下：表3-1蜗轮蜗杆常用材料名称材料牌号使用特点应用范围蜗杆20、15Cr、20Cr、20CrNi20MnVB、20SiMnVB20CrMnTi、20CrMnMo渗碳淬火（56~62HRC）并磨削用于高速重载传动45、40Cr、40CrNi35SiMn、42SiMn、35CrMo37SiMn2MoV、38SiNnMo淬火（45~55HRC）并磨削45调质处理用于低速轻载传动蜗轮ZCuSn10Pb1ZCuSn5Pb5Zn5抗胶合能力强，机械强度低，价格较高用于滑动速度较大及长期连续工作处ZCuAl10Fe3ZCuAl10Fe3Mn2抗交合能力差，机械强度高，与其匹配的蜗杆必须表面硬化处理，价格便宜用于中等滑动速度ZCuZn38Mn2Pb2HT150HT200机械强度低，冲击韧性差，但加工容易，且价廉用于低速轻载传动通过查表3-1确定，蜗杆材料为45号钢，热处理为调质HBS220-270，蜗轮材料为HT150，时效处理。且蜗轮的选择符合梯形螺纹丝杠螺母材料的选择。3.2蜗轮蜗杆尺寸的确定1.蜗轮蜗杆理论中心距的确定其公式为。1）表示蜗轮所受转矩计算公式为，式中表示蜗轮所受的转矩，表示蜗轮丝杠升降机的输入功率，，其中表示梯形螺纹效率，；表示轴承的效率，轴承效率通常为，取；表示蜗轮蜗杆的传递效率，一般为，故取，表示输出功率，，则计算得表示蜗轮转速，（丝杠转速），则计算得代入数据计算得2）表示载荷系数，其中为使用系数，可查表2-2取其值；为齿向载荷分布系数，当蜗杆传动在平稳载荷下工作时，载荷分布不均匀现象将由工作表面良好的磨合而得到改善，此时可取；当载荷变化较大，或有冲击、振动时，可取；为动载系数，由于蜗杆传动一般较平稳，动载荷要比齿轮传动小的多，故值可取定如下：对于精度制造，且蜗轮圆周速度时，取；时，取。表3-2使用系数工作类型ⅠⅡⅢ载荷性质均匀、无冲击不均匀、小冲击不均匀、大冲击每小时启动次数>252550>50启动载荷小较大大11.151.2取，，，则3）表示弹性影响系数因选用的是HT150蜗轮与45号钢蜗杆匹配，故取4）表示接触系数先假设蜗杆分度圆直径与理论中心距的比值为0.5，查图3-1，取图3-1蜗轮蜗杆传动的接触系数其中上曲线—ZI蜗杆（ZA、ZN、ZK蜗杆亦可近似查用），下曲线——ZC蜗杆4）表示许用接触应力表2-3无锡青铜、黄铜及铸铁的许用接触应力蜗轮材料蜗杆材料滑动速度Vs(m/s)0.250.5123468ZCuAl10Fe3,ZCuAl10Fe3Mn2钢经淬火钢经淬火渗碳钢调质或者淬火钢--160140245210130110225220115902101809070180150--160130--11595--9075--ZCuZn38Mn2Pb2HT200,HT150(HB=120~150)HT150(HB=120~150)蜗轮的基本许用应力，查表2-3取寿命循环次数，表示蜗轮每转中轮齿一侧吃面啮合的次数；表示总工作时数，代入数据计算得，寿命系数，表示则，理论中心距最终计算得表3-4蜗轮蜗杆匹配表（部分）中心距a/mm传动比i模数m/mm蜗杆分度圆直径d1蜗杆头数Z蜗轮齿数Z蜗轮变位系数x1005.177.7510.2513.251520.526.53141536270825543.15543.155250504031.5504031.5504031.5452535.5644422211111131314153304153314153627082-0.500-0.500-0.500+0.246-0.500-0.500+0.246-0.500-0.500+0.2460.0000.000+0.125设计确定传动比i=15，应选择与之相近的传动比来确定蜗轮蜗杆的尺寸，故选择如表3-5。表3-5蜗轮蜗杆参数中心距a/mm传动比i模数m/mm蜗杆分度圆直径d1蜗杆头数Z蜗轮齿数Z蜗轮变位系数x10015550230-0.500此时故，以上计算结果可用。3.3蜗轮蜗杆参数表表3-6蜗轮蜗杆参数项目数据项目数据中心距a100蜗杆分度圆直径d50蜗杆头数Z2蜗杆齿顶圆直径d60蜗轮齿数Z30蜗杆齿根圆直径d38齿形角20°蜗杆齿顶高h5模数m5蜗杆齿根高h6传动比i15蜗杆齿高h11齿数比u15导程角11.31°齿轮变位系数x-0.500蜗轮分度圆直径d150蜗杆直径系数q10蜗轮喉圆直径d160蜗杆轴向齿距P15.7蜗轮齿根圆直径d138蜗杆导程P31.4蜗轮齿顶高h5蜗轮齿根高h6蜗轮齿高h6蜗轮齿宽，取，蜗轮最大外圆直径QUOTEda2max，蜗杆螺纹部分长，取L=64mm，蜗轮轮缘宽度，取b=40mm。3.4校核齿根弯曲疲劳强度蜗轮轮齿因弯曲不足而失效的情况，多发生在蜗轮齿数（如Z>90）或开式传动中。因此，对闭式蜗杆传动通常只做弯曲强度的校核，这种计算是必须的。由于蜗轮轮齿的形状较为复杂，离中间平面越远的平行截面上轮齿越厚，故其齿根的弯曲强度高于斜齿轮，但欲精确的计算却很难，通常按照斜齿轮的计算方法近似计算。校核计算公式为：，式中表示蜗轮齿形系数，可由蜗轮的当量齿数及蜗轮的变位系数从表3-6中查得。，——螺旋角影响系数，，代入数据计算得，表示许用应力，，式中：表示寿命系数，，，表示许用应力，取则许用应力，，因为，故蜗轮弯曲疲劳强度符合要求。3.5本章小结本章主要是通过计算确定蜗轮蜗杆的材料，数据，并且进行校核，和前一章相似，但它是在前一章的基础上确定的尺寸，所需设计的蜗轮蜗杆要合理且符合传动需求，在做蜗轮蜗杆设计的时候，最大的问题就是传动比，要从整体考虑，这样要计算的也就相对多一点。最后再进行疲劳强度的校核，对闭式蜗杆传动通常只做弯曲强度的校核，这些计算都是必须的。4螺纹传动设计螺旋传动是利用螺杆和螺母的螺旋副来实现传动要求的。它主要用于将回转运动转变为直线运动，同时传递运动和动力。4.1材料选取1.对材质的要求根据任务书可知，螺杆是在低速、强烈磨损、扭矩不大的工作环境下工作的，因此螺杆必须要耐磨损，寿命长；强度刚度适中；具有良好的切削加工性能；热处理后，残余应力小，热变形小等。2.常用材料及热处理目前我国常用的螺杆材料有45号钢、40Cr、氨化钢、38CrMoAl等。1）45号钢便宜，加工性能好，但耐磨耐腐蚀性能差。热处理的方式先调质处理，洛氏硬度达到220~270，再采用高频淬火，硬度达到45~48。根据我所设计的传动需求，选择45号钢作为螺杆的材料。4.2螺纹牙型的选取螺旋传动按其螺旋副的摩擦性质不同，可分为滑动螺旋、滚动螺旋和静压螺旋。滑动螺旋结构简单，便于制造，易于自锁，但是其主要缺点是摩擦阻力大，传动效率低（一般为30%-40%），磨损快，传动精度低等。相反，滚动螺旋和静压螺旋的摩擦阻力小，传动效率高（一般为90%以上），但是结构复杂，特别是静压螺旋还需要供油系统，因此只在高精度、高效率的主要传动中才用。对于蜗轮丝杠升降机中的传动，用滑动螺旋传动即可。滑动螺旋传动采用的牙型有矩形、梯形和锯齿形，其中梯形和锯齿形螺纹应用最广。1.梯形螺纹螺纹的一种，牙型为等腰梯形，牙型角为30。内外螺纹以锥面贴紧不易松动。与矩形螺纹相比，传动效率略低，但工艺性好，牙根强度高，对中性好。如用剖分螺母，还可以调整间隙。梯形螺纹是最常用的传动螺纹。我国标准规定30°梯形螺纹代号用“Tr”及公称直径×螺距表示，左旋螺纹需在尺寸规格之后加注“LH”，右旋则不注出。例如Tr36×6；Tr44×8LH等。另外，其传动效率较低，但自锁能力好，螺纹牙可以双向受力，螺纹牙的强度较高，并且磨损后可以对其间隙进行补偿，螺纹径向跳动对运动精度的影响不大，车削，铣削，磨削均可加工，且加工精度高，加工工艺性较好，其可以在较差的环境下工作。2.矩形螺纹在传动上，矩形螺纹处了效率上略高于梯形螺纹外，其余的几乎没有什么优点，精确制造困难，螺纹副磨损后，间隙难以补偿与修复；对中精度低，牙根强度弱。矩形螺纹比梯形螺纹加工,测量方便,使用时摩擦力小，且其传动效率高，但自锁性能较差，螺纹牙可以双向受力，但螺纹牙的强度较低，且磨损后无法对间隙进行补偿，螺纹径向跳动对运动没有影响。只能车削加工，不能铣削或者磨削，且加工精度不高，加工也较为困难，多用于较好的环境下工作。根据任务书分析，该蜗轮丝杠升降机传动效率要求不高，但螺纹要具有自锁性，并有一定的强度，综合以上考虑和分析，选择梯形螺纹最好。4.3耐磨性计算耐磨性又称耐磨耗性。材料的耐磨损性能，用磨耗量或磨耗指数表示。要先进行耐磨性的计算，得到螺纹磨损失效的数据，才能由此确定螺杆的直径，从而确定螺杆的具体尺寸。计算要用到这样一公式式中表示螺杆分度圆直径，表示梯形螺纹牙侧角，，表示轴向力，，表示整体式螺母取，取，表示许用压强，，查表取表4-1滑动螺旋副材料的许用应力钢—铸铁‹2.413~186~124~7代人数据计算得到结果选取梯形螺纹如表4-2表4-2梯形螺纹选取公称直径d螺距P中经d大径D小径dD48844494041通过计算，，故螺纹选择符号要求。4.4验算丝杠自锁情况根据任务书要求，梯形螺纹丝杠要求具有自锁能力，所以必须对丝杠的自锁情况进行验算。所需用到的公式式中表示梯形螺纹螺旋升角，表示螺纹导程，表示梯形螺纹牙型角，，代入数据计算得到螺纹升角约为3.312°，通常使用值小于这个度数。2）式中表示当量摩擦角，表示螺旋副的摩擦系数，查表，取表4-3滑动螺旋副的摩擦系数螺杆——螺母的材料摩擦系数f钢——青铜淬火钢——青铜钢——钢钢——铸铁0.08~0.100.06~0.080.11~0.170.12~0.15代入数据计算得，由于，故满足自锁条件。4.5计算螺杆驱动转矩计算螺杆的驱动转矩，主要是为计算螺杆强度服务的，此计算是必须的。所需用到这样一个公式式中表示蜗杆的驱动转矩，其他参数同上代入数据计算得4.6计算螺杆强度螺杆强度的计算是一种校核计算，主要验证所选择的螺杆（包括材料和尺寸）是否符合要求，该计算是至关重要的。所需公式式中表示外螺纹小径，表示螺杆所受应力，表示螺杆材料的许用应力，查表3-4，选取表4-4滑动螺旋副材料的许用应力螺旋副材料许用应力（）螺杆钢此处为材料屈服极限，稳定载荷时，许用应力取大值。表4-5螺纹常用材料的力学性能钢号抗拉强度屈服点疲劳极限弯曲拉压10340~420210160~220120~150Q215340~420220Q235410~470240170~220120~16035540320220~300170~22045610360250~340190~25015MnVB1000~1200800————40Cr750~1000650~900320~440200~24030CrMnSi1080~1200900————代入数据计算得结果96.9N/mm·mm，由于，故螺杆的强度符合要求。4.7螺纹牙的强度计算1）许用切应力校核校核公式为，式中表示公称直径，，表示轴向力，，表示螺纹牙底宽度，，表示旋合全数，，表示螺母材料许用应力，取，值选择见表3-4，代入数据计算得大约为4MPa，由于，故符合要求。2）许用弯曲应力校核校核公式为式中表示螺纹工作高度，表示螺母材料的许用弯曲应力，查表，见表4-5。其他参数同上。代入数据计算：得到结果约为9.13，由于，故符合要求。4.8螺纹牙稳定性计算细长螺杆在受到较大的轴向压力时候可能会丧失稳定性，其主要与临界载荷、螺杆材料和长度系数有关。所需用到以下公式，，式中表示临界载荷，表示稳定性安全校核系数，取，——螺杆的柔度，，表示螺杆最大工作长度，，表示螺杆危险界面惯性半径，，故，表示长度系数，查表3-6，取表4-6螺杆的长度系数端部支承情况长度系数两端固定一端固定，一端不完全固定一端铰支，一端不完全固定两端不完全固定两端铰支一端固定，一端自由0.500.600.700.751.002.00代入数据计算得大约为464128，符合的要求，因此螺杆稳定性符合要求。4.9传递效率计算传递效率的计算公式为，式中表示螺纹传动的效率，表示梯形螺纹螺旋升角，表示当量摩擦角，代入数据计算得4.10本章小结本章主要是为后续的设计做好准备，对于材料的选取，丝杆自锁情况的验算以及驱动转矩，螺杆的强度，螺纹牙强度的一些计算。并且进行强度校核、主要通过查表及对照资料确定设计数据，这章在整体的设计中起着领导位置，在构思好后，要有正确且合理的数据才能为后面的设计打好基础。5轴承的选取5.1滚动轴承的选择各种结构类型轴承由于不同的结构特性，可适应于不同的使用条件，通常选择轴承类型时应综合考虑下列各主要因素：载荷情况载荷是选择轴承最主要的依据，通常应根据载荷的大小、方向和性质选择轴承。1）载荷大小一般情况下，滚子轴承由于是线接触，承载能力大，适于承受较大载荷；球轴承由于是点接触，承载能力小，适用于轻、中等载荷。各种轴承载荷能力一般以额定载荷比表示。2）载荷方向纯径向力作用，宜选用深沟球轴承、圆柱滚子轴承或滚针轴承，也可考虑选用调心轴承。纯轴向载荷作用，选用推力球轴承或推力滚子轴承。径向载荷和轴向载荷联合作用时，一般选用角接触球轴承或圆锥滚子轴承，这两种轴承随接触角。增大承受轴向载荷能力提高。若径向载荷较大而轴向载荷较小时，也可选用深沟球轴承和内、外圈都有挡边的圆柱滚子轴承。若轴向载荷较大而径向载荷较小时，可选用推力角接触球轴承、推力圆锥滚子轴承。3）载荷性质有冲击载荷时，宜选用滚子轴承。高速性能一般摩擦力矩小、发热量小的轴承高速性能好。球轴承比滚子轴承有较高的极限转速，故高速时应优先考虑选用球轴承。径向载荷小时，选用深沟球轴承:径向载荷大时，选用圆柱滚子轴承。对联合载荷，载荷小时，选用角接触球轴承；载荷大时，选用圆锥滚子轴承或圆柱滚子轴承与角接触球轴承组合。在相同内径时，外径越小，滚动体越轻越小，运转时滚动体作用在外圈上的离心力也越小，因此更适于较高转速下工作。在一定条件下，工作转速较高时，宜选用直径系列为8，9，0，1的轴承。保持架的材料与结构对轴承转速影响很大。实体保持架比冲压保持架允许的转速高。高速重载的轴承需验算其极限转速。轴向游动性能一般机械工作时，因机械摩擦或工作介质的关系而使轴发热，从而有热胀冷缩产生。在选择轴承结构类型时，应使其轴有铀向游动的可能性。因此，常在轴的某一端选用一内圈或一外圈无挡边的圆柱滚子轴承或滚针轴承，以适应由于热胀冷缩而引起轴的伸长或缩短。当轴两端轴承孔同轴性差（制造误差或安装误差所致）或轴的刚度小，变形较大，以及多支点轴，均要求轴承调心性好，这时应选用调心球轴承或调心滚子轴承。允许的空间在机械设计中，一般都是先确定轴的尺寸，然后根据轴的尺寸来确定轴承的尺寸。小轴选用球轴承，大轴选用滚子轴承；在内径尺寸（即轴尺寸）已确定，若径尺寸受限，可选用滚针轴承或直径系列为8，9，0，回的轴承；若宽度尺寸受限，可选用宽度系列为8，0的轴承。安装与拆卸方便对于轴承使用寿命一般都难以等同主机使用寿命，在实际使用中轴承作为易损件要经常装拆。因此，在选用轴承结构类型时应要求装拆方便。可分离型的角接触球轴承、圆柱滚子轴承。圆锥滚子轴承、推力轴承和内圈为锥孔、带紧定套或退卸套的调心滚子轴承、调心球轴承等均具有装拆方便性能。根据以上的选用要求，选择圆锥滚子轴承。按照国家标准，选择30308、30313轴承。5.2本章小结本章主要就是对轴承的选择，其实在蜗轮蜗杆确定完后，轴承就已经确定下来，轴承是标准件，选取通过查表选择适合的尺寸就可以，本章对轴承的种类、用途有个概括性的描述，以便了解及选取。本章在整篇论文中起着补充的作用。6传动轴的设计传动轴的设计包括如下内容：轴的材料选择，轴径的初步估算，轴的结构设计，按弯扭合成进行轴的强度校核，按疲劳强度进行轴的精确交合，轴的公差与配合的确定，轴的工作图的绘制。6.1轴材料选定轴的材料用碳钢及合金钢，减速装置的轴以45号钢调质处理应用最为广泛，硬度217HB~255HB，，，，。6.2传动轴设计6.2.1初步估算轴径轴的直径，可根据轴所传递的功率及轴的转速，按下式进行估算：式中：C——与轴材料有关的系数，由《机械设计》表16.2查得，根据轴的材料取115。由上面计算知，传动轴轴传动功率P=1.5KW，转速n=80r/min。代入（式5.1），得该段轴由于和减速齿轮连接，有一键槽，因此将计算值加大5%，应为115mm。6.2.2轴的结构设计确定轴各段的直径图6.1轴的结构如图6.1所示，轴的最小直径大于115mm，轴段1、5安装两个角接触球轴承实现固定，然后安装一隔套，大V带轮，所以取轴段1直径=25mm，长度L1=52mm；轴段2为挡肩，和轴承内圈直径差不多即可，取直径D2为29mm，根据结构长度要求，取其长度L2=16mm；轴段3为方形段，主要将扭矩传到滚刷，取正方形边长为30mm，长度为32mm。6.3传动轴校核主轴选用45钢，调质处理。6.3.1计算支反力做出主轴受力简图如图6.2所示图5.2主轴受力图B处为皮带轮安装处，收到皮带拉力，指向轴心，由上面计算知；C和D处安装两个角接触球轴承，因为机构没有产生轴向力，所以两个轴承只有垂直面和水平面的径向力；E处与齿轮连接，传递径向力和扭矩TE给滚刷，为齿轮产生的径向力，由上面计算知：计算支反力水平面面支反力，由解得：水平面弯矩图：（b）垂直面支反力：由受力图可以看到，水平面没有作用力，所以水平面没有支反力。由图6.2可以看到，做出扭矩图如下GV当量转矩当量弯矩合成弯矩图危险截面校核由合成弯矩图可以看到，截面c为危险截面，对其校核又校核结果，满足使用要求，零件安全。7螺旋升降平台主要部件的建模7.1SolidWorks模块介绍Solidworks是参数化技术的先驱，参数化是其最突出特点。是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内汽车行业、工程机械行业和产品设计领域占据不可替代位置。本论文运用solidworks软件对螺旋升降平台各零件进行建模，然后进行装配。其中在对螺栓及其它标准件的建模时通过solidworks软件的数化设计来输入各零件的参数完成对零件的建模。通过solidworks的建模清楚、形象、直观地表达升降平台各部分的特点[15]。7.2螺旋升降平台部分零件建模螺杆建模升降螺杆为对称圆周零件，可通过“旋转”生成主体部分，再通过“扫描切除”命令生成螺纹部分。螺杆的三维模型如图7-1所示。图7-1螺杆的三维模型轴承建模轴承采用分步建模然后在装配，分别使用“旋转”命令生成轴承内圈、外圈和滚子，然后装配完成轴承的建模，轴承的三维模型如图7-2所示。图7-2轴承的三维模型轴承座建模轴承座用来安装轴承，是支撑一般轴类零件的重要部件，通过“拉伸”和“切除”等命令即可生成。轴承座的三维建模如图7-3所示。图7-3轴承座的三维模型机架建模机架是整个螺旋升降平台的主体部分，用于支撑升降传动机构。是一个重要的安装件，首先通过“拉伸”和“切除”等命令生成各结构件，然后进行装配即可生成。机架的三维建模如图7-4所示。图7-4机架的三维模型减速器建模本次设计的螺旋升降平台有一种与电机直接相连的蜗轮蜗杆减速器，该减速机选用市场上通用的标准减速器，该减速器已进行模块化生成，成本低，后期维护安装方便。通过查找相关资料，对该减速器进行了外观的建模，并没有对内部结构进行详细设计。通过连续的拉伸、切除等命令即可生成。减速器的三维建模如图7-5所示。图7-5蜗轮蜗杆减速器的三维模型电机建模同样，所选用的电机采用市场上通用的标准电机，该电机已进行模块化生成，成本低，后期维护安装方便。通过查找相关资料，对该电机进行了外观的建模，并没有对内部结构进行详细设计。通过连续的拉伸、切除等命令即可生成。电机的三维建模如图7-6所示。图7-6电机的三维模型蜗杆建模蜗杆建模过程同螺杆相似。是一个重要的结构件，可通过“旋转”和切除等命令即可生成。蜗杆的三维建模如图7-7所示。图7-7蜗杆的三维模型蜗轮提升机部件装配通过以上类似步骤，即可将所有相关零件建模。零件绘制完成后，即可进行装配。通过一系列的配合关系，就将整个蜗轮提升机部件三维模型装配完成了。装配后的模型如图7-8所示。图7-8蜗轮提升机的三维模型最后将所有零件建模，装配后，得到完整的螺旋升降平台的三维模型图，如图7-9所示。图7-9螺旋升降平台的三维模型7.3螺旋升降平台二维装配图AutoCAD是美国Autodesk公司首次于1982年生产的自动计算机辅助设计软件，用于二维绘图、详细绘制、设计文档和基本三维设计，具有完善强大的图形绘制和编辑能力，其支持多种平台、通用性和易用性强的特点在全世界范围内吸引了不少客户，现已经成为国际上广为流行的绘图工具[16]。本文运用AutoCAD绘制螺旋升降平台装配图和主要零件图。虽然科技进步，技术发达的今天，但在产品设计中二维的装配图还是毕不可少的。总装配图及部分零件图如下所示。图7-11螺旋升降平台总装CAD图图7-12RV减速器CAD装配图图7-15传动轴零件图图7-18蜗杆轴零件图图7-19蜗轮零件图图7-20蜗轮轴零件图8结论螺旋升降机广泛应用于在物流系统中，是一种常见的提升设备。在设计过程中，我感到去工厂实习看到螺旋升降机的实物和如何实现传动的，还有各部件间的相关性，深刻感到实践的重要性。（1）根据升降机机所提升的载荷计算功率，在类