平衡吊的结构设计本科设计说明书.doc

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1、毕业设计说明书GRADUATEDESIGN 设计题目： 平衡吊的结构设计学生 周殿斐 专业班级： 09机械5 学 院： 万方科技学院指导教师： 延锋 摘要在工厂车间里搬运重物，往往都是采用起重机、电葫芦、工业机械手等。但对于需要频繁吊装、作业时间短的场合，如机床上下工件，装配工作吊装零部件，流水线上的定点工作等等；对于要求比较精确定位的场合，如铸造中的下芯、合箱等等，一般起重设备常不适用，工业机械手多用于生产自动线上或单一的重复操作，而且成本较高，目前，一般车间使用较少。近年来，出现的一种新型的定点起重设备“平衡吊”，适用于几十到几百千克工件的定点频繁吊运，在工业生产中起到了极其重要的作用，平

2、衡吊的结构简单，操作灵活，吊重后除能作上下升降外，能在水平面作360度回转运动，只需要轻轻推拉，就可使吊物随时稳稳地停留在意欲停留的位置上，做到随遇平衡。本文阐述了平衡吊的基本原理，并对其平衡条件与杆系的平衡方法进行了分析和研究，对平衡吊的结构进行了设计计算。关键词：平衡吊；原理应用；力学分析；结构设计53 / 56AbstractTransports the heavy item in the factory workshop, often all is uses the hoist crane, the telpher, the industry manipulator and so on

3、. But regarding needs the frequent hoisting, the work time short situation, like about engine bed work piece, installation work hoisting spare part, in assembly line fixed-point work and so on; Regarding the request quite pinpointing situation, like in the casting under core, gathers box and so on,

4、the general hoisting equipments are not often suitable, the industry manipulator uses in producing from the generatrix in or the sole repetition operation, moreover the cost is high, the general workshop use are at present few. In recent years, appeared one kind of new fixed point hoisting equipment

5、 “the balance hung”, was suitable in lifts frequently several dozens to several hundred kilogram work piece fixed points, played the extremely vital role in the industrial production, the structure which the balance hung has been simple, the operation was nimble about, after the crane besides could

6、do rises and falls, could make 360 degree gyroscopic motions in the horizontal plane, only needed gently on rollers, might cause to hang the thing steadily to pause as necessary in the position which cared for to pause, achieved the indifferent equilibrium. This article elaborated the balance hangs

7、the basic principle, and has carried on the analysis and the research to its equilibrium condition and the pole departments balanced method, hung the structure to the balance to carry on the design calculation. Key Words：The balance hangs,Principle application,Mechanics analysis,Structural design目录1

8、 平衡吊的工作原理与平衡条件31.1 平衡吊的结构和工作原理31.2 平衡吊的平衡条件42 平衡吊的运动分析83 平衡吊的结构尺寸设计113.1 工作条件的确定113.2 滚道C和丝杠螺母A的位置尺寸的确定113.2.1 丝杠螺母A的上下极限位置的确定113.2.2 滚轮C的左右极限位置的确定123.3 初定各杆长度133.4 不计自重时，各杆截面尺寸的设计143.4.1 FED杆截面尺寸的设计143.4.2 ABD杆截面尺寸的设计173.4.3 EC杆和BC杆截面尺寸的设计204 杆件自重对平衡的影响与其平衡办法224.1 各杆件自重在C点处引起的失衡力的大小224.2 消除各杆自重引起的失

9、衡措施264.3 估算各杆质量，计算配重274.3.1 各杆质量的估算274.3.2 用质量代换法计算配重285 平衡吊传动部分的设计315.1 滚珠丝杠副的选择315.2 电动机的选择375.3 减速器的选择415.4 联轴器的选择436 平衡吊回转机构的设计466.1滚动轴承的类型的选择466.2角接触球轴承和推力球轴承的型号选择476.3回转机构的结构图497 平衡吊各铰链处的设计50结论52参考文献53辞541 平衡吊的工作原理与平衡条件1.1 平衡吊的结构和工作原理平衡吊的结构如图1所示，主要分为传动、杆系和回转机构三个部分。传动部分是完成起吊重物功能的机构，由电动机、减速器、联轴器

10、等带动丝杠回转，驱使螺母升降，从而完成吊钩在垂直方向的升降运动。该部分也可由气缸、油缸代替完成起重物的功能。图 1杆系部分是一平行四连杆机构，它由ABD、DEF、BC、CE四杆组成，在B、C、D、E处用铰链连接，其中BCDE，BD = CE。在C点安装有滚轮，可以沿水平导轨滚动，当C点沿水平方向移动时，吊钩F点作水平运动。传动部分和杆系通过回转机构安装在立柱上，可以使吊钩绕立柱回转360。平衡吊的水平运动和绕立柱的回转运动，用手在吊钩处轻轻推动即可获得，而升降运动可以通过操作按钮由电机来完成。1.2 平衡吊的平衡条件平衡吊的平衡是指：吊钩F点无论空载还是负载，运行到工作围的任何位置后都可以随意

11、停下并保持静止不动，即达到随遇平衡状态。由图l可知A点的运动是由传动部分控制的，当在一定高度时，可以将A点看作一个固定铰链支座，C点的水平移动是引起F点水平运动的原因，如果吊钩F在任何位置(起重或空载)时，F点、C点、A点只有垂直方向的反力且合力为零，那么支座C点的水平受力为零，平衡就可以得到。为便于分析问题，假设杆系的自重与各铰链点之间的摩擦均忽略不计。根据静力学的原理，平面力系中某一杆件同时受三力作用，则三力必交于一点，叫做三力杆。某一杆件同时受二力作用且二力的作用点在两个端点，则二力必然大小相等方向相反，叫二力杆。故CB、CE为二力杆。其受力方向沿铰链连线。ABD、DEF为三力杆。三力平

12、衡时，其力必汇交于一点。先分析DEF杆件。在F点吊起重物时，其方向垂直向下，CE杆通过铰链E压给DEF杆的作用力的方向为沿CE连线方向，力与交于K点，则第三个力，即ABD杆通过铰链D作用于DEF杆的力，必通过D点交于K点方向可由力三角形得出，如图2所示。图 2其次再分析ABD杆件，根据作用与反作用的道理，显然，杆件DEF通过铰链D给杆ABD以反作用，方向如图3所示。二力杆BC通过铰链B给杆ABD的作用力沿BC方向，力与力交于J点，则第三个力即固定铰链A对ABD杆的支反力必然通过J点，其方向由力三角形提出，如图3所示。图 3如前所述，平衡吊要达到平衡，支反力必须为铅垂方向的力。现在将这两个构件的

13、受力分析综合到一起来研究。如图4所示，由于在力多边形中，力与力同为铅垂方向，力与力的水平投影是等长的，即力与的水平分力大小相等方向相反，处于平衡状态，故C点无水平分力。图 4在什么条件下才能保证支反力保持铅垂方向，根据上述受力分析，只有当机构在任意一个位置下，都能做到：过F点做一条铅垂线FK与EC杆的延长线相交于K 点，再连接K、D两点并延长与BC杆的延长线相交于J点，而J点正好过A点所作的铅垂线上，才能使支反力保持铅垂方向。要做到这一点，满足机构的几何条件为：KEFABJKDED相似三角形的对应边成比例关系，得到：EFEK = BJABDEEK = BJBD由以上两式得到：EFDE = BD

14、AB假设： ABD = H，AB = h，BD = H1DEF = L， DE = l， EF = L1则 ： 或者 ： 即 ： 为放大系数这就是说，只要杆系各杆件满足上述关系式，机构即可在任意位置达到平衡。同时，从图5中还可以看到另一个重要现象，即A，C，F三点共线。证明如下：FEBC ECAB 又FEC = CBAFECCBA得到 ：FCCA因为C点为FC和CA的共同点，所以FC与CA必须在同一直线上，即F，C，A三点共线。2 平衡吊的运动分析下面针对当A点升降和C点移动时，作钓钩F的运动分析。1. 当A点不动时，F点的运动规律如图5，过C点作一条水平线MN， A点与F点在此水平线上的投影

15、分别为M 、N 两点。假设此时C点平移至C点，F点平移至F点。同样F、C、A三点共线。F点在MN 线上的投影为N点。C点未移动时 ：FEC CBAFNC AMCFN = （）AM.（1）C点移动后：FECCBAFNCAMCFN = （）AM.（2）由（1）、（2）式得出：FN= FN即证明C点水平移动时，F点在水平方向上作水平移动。AFFACCFF=CC即F点的水平移动速度为C点的倍，如果C点作匀速运动，F点也作匀速运动。2. 当电机带动A点运动时，F点的运动规律此时将C点看作一个固定铰链支座，见图6。图 6当A 点移至A点时，A、C、F三点共线（道理同上）。过C点作水平线NM，FNNMFEC

16、 CBA.（3）同理：FNC AMC.（4）由上述可以得到：CNFCMANFMA故知F点在垂直方向上运动，其大小可由 CNFCMA得到： .（5）即F点的垂直移动速度为A点的倍，如果A点作匀速运动，F点也作匀速运动。3 平衡吊的结构尺寸设计3.1 工作条件的确定在一般工厂车间里，通常加工的零件的重量都在100以下，且机床和机床之间的距离35m左右，平衡吊应放置在两机床之间，保证两边的上下工件工作都能满足。现初定平衡吊的工作条件如下：额定起吊重量： G 100最大回转半径： Rmax 2500水平变幅： b 1900最大起吊高度： h 2000垂直变幅： S 1800提升速度： v 6 m/mi

17、n杆件材料： Q2353.2 滚道C和丝杠螺母A的位置尺寸的确定根据平衡吊的力学平衡原理分析已知：A、C、F三点共线。且有这样的关系，。（处取=10）即有： 1. 当A点固定不动时，滚轮C的水平移动使重物G在水平方向移动，且重物的移动距离与滚轮C的移动距离呈倍的关系。由水平变幅为1900可以得出滚道的理论长度为190。2. 当C点固定不动时，丝杠螺母A的竖直方向的移动使重物G上升或下降。同样有重物移动的距离是A的移动距离的（）倍。由竖直变幅为1800可以得出丝杠螺母的移动距离为200。3.2.1 丝杠螺母A的上下极限位置的确定以A、C、F点作为研究对象。如图7所示，设滚轮C固定不动，F点随丝杠

18、螺母A的移动而移动。F、F、A、A、分别为上下极限位置。图中过C点作水平线交FF于P点，交AA于Q点，交立柱中心线于O点。则FF= S =1800，AA= 200FFC AACFCAC = （）1 = 91令： FP = 630， PF = 1170得： AQ = 130， QA= 70即以滚轮 C 所在平面为基准时，丝杠螺母能到的极限位置为上130，下70。图 73.2.2 滚轮C的左右极限位置的确定由于C点的左右移动只引起钓钩F点的水平移动，而已知平衡吊的水平变幅为1900，所以如图8所示，设丝杠螺母A固定不动，F、F、C、C分别为左右极限位置，图中过C点作水平线，过A点作竖直线，二者交于

19、P点。过FF作水平线交立柱中心线于O点交AP延长线于Q点。则有： FF= 1900，FO= 2500，CC= 190ACP AFQ即： FQ =CP（6）又由图可知：FO= FO FF=25001900=600OQ = OP = OCCP设CP = X，则有：FOOCX = X 600OCX = X 600OC= 9 X令：OC= 120，则有：X = 80 ，CO = 70即是以柱中线为基准时，滚轮C能到的理论极限位置为左70，右120，丝杠螺母与立柱中心的水平距离为200。图 83.3 初定各杆长度各杆长度必须满足能够使F点到达最高，最低，最左，最右四种极限位置。又由平衡吊的原理可以知道F

20、DA随着ACF长度的增大而增大，且有关系：即ACF直线随AC长度的变化而变化，当AC最大时FDA最大。由3.2中确定的尺寸可知当A在最高点，C在最左边时AC取得最大值：ACmax =299.7所以ACF的最大值为：ACFmax =10 ACmax =2997由三角形原理有：三角形的任意两边之和必须大于第三边。H + L ACFmax令： H = L 则： H = L 在杆满足长度条件的同时为了保证不能因FDA太大而导致杆件受力太大，取杆长H = L =1700。此时：FDAmax = 2arcsin = 2arcsin123.6综上，初定杆长为：H = L =1700，h= l =170H1

21、= L 1=15303.4 不计自重时，各杆截面尺寸的设计3.4.1 FED杆截面尺寸的设计如图2所示，杆FED受到吊重，CE杆的支撑力和ABD杆的拉力的共同作用，由受力图易知杆的弯矩图如下：图 9 FED杆的弯矩图由弯矩图可以看出，最大弯矩出现在E截面，且有 M = = GsinKFE（7）当KFE = 90时，M = Mmax = G=980N1.53m = 1499.4Nm即当FED杆处于水平位置时，受到的弯矩最大，最大值出现在E截面处，E截面为危险截面。横力弯曲时，弯矩随截面位置变化，一般情况下，最大正应力max发生在弯矩最大的截面上，并且离中性轴最远处。公式为：max =（8）式中：

22、 Mmax 杆所受到的最大弯矩。 Ymax 截面上距中性轴最远距离。 IZ 截面对Z轴的惯性距。设杆件的截面尺寸为“工”字型，相关尺寸如图10所示：则截面对Z轴的惯性距为：IZ = =代入最大正应力公式中有：max = = 53.410 Pa= 53.4 MPa最大弯曲正应力求出后，就要校核杆件的强度。弯曲强度条件为：max 式中为杆件材料的弯曲许用应力。杆件所用材料为Q235，是塑性材料，塑性材料到达屈服时的应力是屈服极限 s，为保证构件有足够的强度，在载荷作用下构件的实际应力，显然应该低于极限应力。强度计算中，以大于1的因数除极限应力，所得到的结果即为许用应力。对于塑性材料来说：= .（9

23、）式中n为安全系数。选择安全系数应考虑的一般因素为：构件破坏可能导致的伤亡事故，构件破坏可能造成的停产损失和修理费用；材料强度的分散性和不确定性，载荷的不确定性，如使用过程中有超载、动载或冲击载荷的可能性等等。安全系数的选取经验一般如下：1. 对于可靠性很强的材料（如常用的中低强度高韧性结构钢，强度分散性小）载荷恒定。设计时以减低结构重量为重要出发点时，取n =1.251.52. 对于常用的塑性材料，在稳定的环境和载荷下的构件，取n =1.523. 对于一般质量的材料，在通常的环境和能够确定的载荷下工作的构件，取n =22.5在此处取n = 2。查表有Q235的屈服极限在刚才厚度小于等于16时

24、为s = 235 MPa。则该杆件的许用应力为：= = = 117.5 MPa对于碳钢来说，其材料的抗拉强度和抗压强度是相等的，只要绝对值最大的正应力不超过许用应力就可以了。FED杆的截面尺寸是对称的，则危险截面上的最大拉应力和最大压应力的大小是相等的，均为max = 53.4 MPa，有：max即，杆件安全，截面尺寸符合要求。3.4.2 ABD杆截面尺寸的设计如图11所示，在任意位置，令杆FED与竖直方向的夹角EFK= ，杆FED与KD连线方向的夹角KDE= ，杆ABD与KD连线方向的夹角ADJ= 。图 11杆FED两端所受力分别对E点取距有： sin = sin由上已经知道= 9，则有：9

25、 sin= sin（10）而在力的三角形中可知，与的方向一样，与的夹角为，与的夹角为，与的夹角为。又在同一个三角形中有： sin= sin.（11）联立（10）、（11）式有：9 sin = sin即： 9 = 这表明重物在任意位置时，A点受到的竖直向下的力不变，恒为吊重的9倍。由杆的受力可知杆的弯矩图如下：图 12 ABD杆的弯矩图由弯矩图可以看出，最大弯矩出现在B截面，且有：Mmax = 9=9 GsinDAJ（12）Mmax 随杆与竖直方向的夹角DAJ的增大而增大，当DAJ = 90时Mmax 取得最大值。下面来讨论DAJ能否达到90。易知：当A点固定时，C由右向左，DAJ逐渐增大。 当

26、C点固定时，A由下向上，DAJ逐渐增大。即当C在最左端，A在最上端时，DAJ取得最大值。如图13所示，图中C在最左端，A在最上端。取BC杆和ABD杆的AB段为研究对象。分别过B、A点作垂线交水平线CQ于P、Q点。过B点作水平线交QA延长线于M点。由以上确定的尺寸知：AB = BC = 170，AQ = 130，CQ = 270图 13图中 CA=而 AB = BC = 170，则：cosBCA = 则： BCA = arccos0.88 28又有： ACQ = arctan25.7所以：BCQ = BCA + ACQ = 28+25.7=53.7在BCP中，有：BP = BCsinBCQ =

27、170sin53.7137且有： BP = QM QM = AQ + AM则： AM = BPAQ = 137130 = 7所以：BAM = arccos图中所说的BAM就是DAJ，这就说明DAJ最大时达不到90，即当C在最左端，A在最上端时，Mmax 取得最大值。最大值为：Mmax = 9=9 GsinDAJ =9980Nsin87.61701498.1Nm若杆ABD同杆FED取同样的截面，有：IZ =max = = = 53.3MPa有： max即是强度条件满足，杆件安全，截面尺寸符合要求。3.4.3 EC杆和BC杆截面尺寸的设计在平衡吊的四杆机构中，EC杆和BC杆是两个二力杆，受到的都是

28、沿轴线方向的压力，没有受到弯、扭作用。所以此两杆的压缩强度为：= .（13）取两杆截面为圆截面，截面半径为30。如图14所示：截面积为：A = R = 3.14（30）= 2826由强度条件可知，当：F A时，杆件就满足条件。代入数值有：F A = 117.5 MPa2826 = 332055N332KN即当EC杆和BC杆受到的轴向力小于332 KN时，杆件满足强度条件，安全，截面尺寸符合要求。而由杆件的受力分析可知，EC杆和BC杆受到的最大轴向力绝对不会超过332KN，所以，取杆件截面为半径为30的圆，符合条件。4 杆件自重对平衡的影响与其平衡办法在平衡吊的平衡与运动分析时，都是假设杆系的自

29、重与各个铰链点的摩擦均忽略不计，得到的平衡条件。但是实际上自重与摩擦力均是存在的。摩擦力对平衡是不起破坏作用的，而自重则不然，除杆系在一特定的位置外，各杆件的自重都将在C点产生破坏平衡的影响引起杆系滑动。这里将由于各杆件自重的影响在C点引起不平衡的水平分力定义为失衡力。4.1 各杆件自重在C点处引起的失衡力的大小当F点作用负荷且满足的条件下，平衡吊的失衡力只可能由自重引起，此时，将C点作为固定铰链支座来对其进行受力分析，求出由于各杆件自重影响所产生的失衡力，根据叠加原理，可以求出它们的合力，即总的失衡力为： = .（14）现在根据静力学原理分别就各杆件自重对失衡的影响进行分析：假设DEF杆的自

30、重为，如图15所示，其余杆件自重忽略不计，BC，CE杆为二力杆： + = 0 + = 0DEF、ABD为三力杆，画出其力的三角形如图示，对D结点分析受力有： + = 0对C结点分析受力，显然 FX 0，则，在X轴上的投影，的矢量之和即为由在C点引起的失衡力，其表达式为： = + （15）图 15 假设ABD杆的自重为，如图16所示，其余各杆的自重忽略不计，则DEF杆和CE杆为“0”杆（力为0），BC杆为二力杆： + = 0ABD为三力杆，画出其力的三角形如图示，对结点C分析受力有，显然 FX 0，则由在C点引起的失衡力为在X轴上的投影。其表达式为： = （16）图 16 假设CE杆的自重为，如

31、图17所示，其余各杆的自重忽略不计，则BC杆，DEF杆的DE部分为二力杆： + = 0 + = 0ABD杆为三力杆，受，平行力系的作用，MA= 0，可以得出： + = 0CE杆为三力杆，画出其力的三角形如图示，图中为铰链C给CE杆的作用力。对C结点分析受力，显然 FX 0，则，在X轴上的投影和的矢量之和即为由在C点引起的失衡力。其表达式为： = + （17）图 17图 18 假设BC杆的自重为，如图18所示，其余杆自重忽略不计，则DEF杆和CE杆为“0”杆。ABD杆的AB部分为二力杆： + = 0BC杆为三力杆，画出其力的三角形如图示，图中为铰链C给BC杆的作用力。对C结点分析受力，显然 FX

32、 0，那么由在C点引起的失衡力为在X轴上的投影。其表达式为： = .（18）综合（15），（16），（17），（18）式，总的失衡力为： = + + + .（19）4.2 消除各杆自重引起的失衡措施上述分析看出由自重引起的失衡力是存在的。因此必须采取有效的措施来消除由于自重引起的失衡力。假设在ABD杆的适当延长部分Lp上加一重量Gp（配重）以平衡杆系自重，则由杆系的失衡就可以消除，如图19所示。图 194.3 估算各杆质量，计算配重4.3.1 各杆质量的估算在本平衡吊的设计中，选择的杆件材料为Q235。Q235在材料的分类中属于低碳钢，查机械设计手册有，碳素钢的密度在7.87.85g/cm之间

33、，在计算低碳钢的重量时，其密度按7.85 g/cm计。设杆DEF、ABD、EC、BC的质量分别为：m1、m2、m3、m4。由以上杆的尺寸设计中知杆DEF和杆ABD的截面积和杆长均一样，为：L = H =1700，A = 100402 + 5060 = 1110则杆DEF和杆ABD的质量为：m1 = m2 = LA = 170011107.85 g/cm= 187107.85 g/cm= 146795 g146.8由于是估算质量，杆件两端还要进行加工以便安装，在这里为计算简便，取该两杆的质量为：m1 = m2 = 140杆EC和杆BC的截面积一样，为半径是30的圆，则该两杆的截面积为：A = R

34、= 3.14（30）= 2826又EC杆和BC杆的长度分别为：H = 1530，l = 170则有：m3 = HA= 153028267.85 g/cm= 43237807.85 g/cm = 33942 g33.9 m4 = lA= 17028267.85 g/cm= 4804207.85 g/cm = 3771g3.77同样，杆EC和杆BC由于安装的需要，杆的两端最后还需要加工，且安装时还加入了轴和轴承的重量，所以在这里，取两杆的质量分别为：m3 = 30，m4 = 34.3.2 用质量代换法计算配重以上已经提出，消除自重引起的失衡的措施是在，ABD杆的适当延长部分Lp上加一重量Gp。在计

35、算Gp时可以用质量代换法先将杆系的重量全部等效到ABD杆上，然后再根据ABD杆的力矩平衡来确定Gp。在对杆件进行质量代换时，应当使代换后各代换质量所产生的惯性力与惯性力偶矩与该杆件实际产生的惯性力与惯性力偶矩相等。为此，质量代换必须满足以下三个条件：1.代换前后杆件的质量不变。2.代换前后杆件的质心位置不变。3.代换前后杆件对质心的转动惯量不变。但当这三个条件同时满足时，质量代换点中的一个确定了，另一个质量代换点也就随之确定，也就是说两个代换点不能同时随意选择，这就给计算带来了大大的不便。为方便起见，对于精度要求不是非常高的情况下的质量代换计算，可以只满足前两个条件，这样，两个质量代换点就可以

36、任意选取。即通常所说的静代换法。在此处我们就可以用静代换法来对杆系中各杆的质量进行代换。如图19所示，l、l、l、l分别为杆DEF、ABD、EC、BC的质心位置。下用静代换法将各杆的质量都等效到ABD杆上，如下：1.将分配到B、C两点上：2.将分配到E、C点上：3.将分配到D、F点上：4.将分配到D、F点上：则： = + = = + = 这样就将，都分配在D、F、B、C上了，E点不受力。在4.1的分析中，已经知道作用在F、C、A点的垂直载荷对失衡是没有影响的，因此只对ABD杆进行受力分析：M= 0即： Gh + Gl+ GH = GLp.（20）由以上求得：=14.7N=686N =147N=

37、132.3N=132.3N + 686N =818.3N又已知：h = 170，l= 850，H = 1700代入（20）式有： GLp= 14.7N170+1372N850+818.3N17002.5610N取Lp= 700，则：G=3657N至此，将ABD杆从A点延长至700处，加一重为3657 N的配重，就可以将平衡吊杆系自重引起的失衡问题完全解决了。5 平衡吊传动部分的设计前面已经讲了平衡吊的工作原理了，平衡吊的运动是由滚轮C的水平运动和死杠螺母的垂直运动来控制的。而滚轮C的水平运动是由工人手动推拉吊重G来实现的；丝杠螺母的垂直运动是通过电机带动丝杠转动，从而使丝杠螺母做垂直运动的。由

38、于还考虑到电机的转速一般不会很低，而平衡吊提升重物时的速度不能过高，所以在传动机构中还需要用到减速器。则可以设计平衡吊的传动部分如图20所示，由电机，减速器，联轴器和滚珠丝杠副组成。图 20 平衡吊传动部分5.1 滚珠丝杠副的选择在选用滚珠丝杠副时，必须知道实际的工作条件：最大的工作载荷F（或者平均工作载荷F）（N）作用下的使用寿命T（h），丝杠的工作长度（或者螺母的有效行程）l（），丝杠的转速n（或者平均转速n）（r/min），滚道的硬度HRC与丝杠的工作状况。在3.1 平衡吊工作条件的确定中已经确定了平衡吊的最大吊起重量为100，重物的提升速度在6 m/min左右。则由前面的理论计算可知，

39、滚珠丝杠副的最大工作载荷为：F= 9G = 91009.8N/ = 8820N首先，根据滚珠丝杠副的使用和结构要求选择滚道的截面形状，滚珠螺母的循环方式和预紧方式。1.我国生产的滚珠丝杠副的螺纹滚道有单圆弧型和双圆弧型。单圆弧型的螺纹滚道的接触角随轴向载荷大小的变化而变化，主要由轴向载荷所引起的接触变形的大小而定。双圆弧型的螺纹滚道的接触角在工作过程中基本保持不变。两圆弧相交处有一小空隙，可使滚道底部与滚珠不接触，并能存一定的润滑油以减少摩擦和磨损。但由于加工其型面的砂轮修整和加工、检验均较困难，故加工成本较高。而单圆弧型滚道加工用砂轮成型较简单，故容易得到较高的加工精度。在此处的滚珠丝杠副选

40、择单圆弧型的滚道截面。2.滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有循环和外循环两种。循环方式的滚珠在循环过程中始终与丝杠表面保持接触。循环方式的优点是滚珠循环的回路短，流畅性好，效率高，螺母的径向尺寸也较小。其不足是反向器加工困难，装配调整也不方便。外循环方式中的滚珠在循环反向时，离开丝杠螺纹滚道，在螺母体或体外做循环运动。在此处选用循环方式。3.滚珠丝杠副的预紧方式一般有5种，分别是双螺母螺纹预紧调整式，双螺母齿差预紧调整式，双螺母垫片调整预紧，弹簧式自动调整预紧和单螺母变位导程自预紧式和单螺母滚珠过盈预紧式。其中双螺母垫片调整预紧的特点是结构简单刚度高、预紧可靠、但使用中调整不方便。在此处选用双螺母垫

41、片调整预紧。其次，再根据平衡吊的工作条件，从表1中查取载荷系数f 和静态安全系数S。表1 滚珠丝杠的载荷系数f和静态安全系数S载荷性质fS平稳或轻度冲击1.01.21.02.0中等冲击1.21.52.03.0表 1 （续）较大冲击或振动1.52.52.03.0平衡吊的工作可以看成是平稳或轻度冲击，所以可以选择：f= 1.0，S= 1.5选择滚珠丝杠副的型号主要是计算作用于丝杠轴向的最大动载荷Ca和丝杠的基本导程l，然后根据最大动载荷Ca和丝杠的基本导程l来选择丝杠副型号。一般的当丝杠当量转速n10 r/min时，计算最大动载荷Ca来选型；当当量转速n10 r/min时，计算最大静载荷Coa来选

42、型。1.初选滚珠丝杠的导程l：l（21）式中：V丝杠螺母的最大移动速度（/min）。n滚珠丝杠的最大转动速度（r/min）。已知重物的提升速度为6 m/min左右，则由平衡吊的运动分析可知丝杠螺母的最大移动速度为：V=0.67m/min =670/min初定滚珠丝杠的最大转动速度为：n= 90 r/min则滚珠丝杠的导程l为：l=7.4/r在这里，初选滚珠丝杠的导程为：l= 8。2.计算丝杠的预期工作转数L：L= 60nL（22）式中：n滚珠丝杠的当量转动速度（r/min）。L滚珠丝杠的使用寿命时间（h）。（普通机械为500010000、数控机床与其它机电一体化设备与仪器装置为15000、航空机械为1000）对于转动平稳，没有变速的情况来说，当量转速就等于其平均转动速度，在此处