1、摘 要I毕 业 设 计 说 明 书GRADUATE DESIGN 设计题目： 平衡吊的结构设计学生姓名 周殿斐 专业班级： 09 机械 5 学 院： 万方科技学院指导教师： 李延锋 摘 要II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
2、繁吊运，在工业生产中起到了极其重要的作用，平衡吊的结构简单，操作灵活，吊重后除能作上下升降外， 能在水平面内作 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，并对其平衡条件及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AbstractIIIAbstractTransports the heavy item in the factory workshop, often all is uses the hoist crane, the telpher, the i
3、ndustry manipulator and so on. 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
4、core, gathers box and so on, 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 f
5、ixed point hoisting equipment “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, a
6、fter the crane besides could 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
7、elaborated the balance hangs 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
8、analysis,Structural design目 录1目 录1 平衡吊的工作原理及平衡条件 .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
9、和 BC 杆截面尺寸的设计 .204 杆件自重对平衡的影响及其平衡办法 .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 .46目 录26.2 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
10、衡吊各铰链处的设计 .50结 论 .52参考文献 .53谢 辞 .541 平衡吊的工作原理及平衡条件31 平衡吊的工作原理及平衡条件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
11、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 平衡吊的工作原理及平衡条件41.2 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，运行到工作范围内的任何位置后都可以随意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
12、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，假设杆系的自重及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。三力平衡时，其力必汇交于一点。先分析DEF杆件。在F 点吊起重物Error!时，其方向垂直向下，CE 杆通过铰链E压给DEF 杆的作用力Error!的方向为沿CE连线方向，Error!力与Error!交于K点，则第三个力Error!，即ABD杆通过铰链D作用于D
13、EF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。 EFGPQ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Error!，方向如图3所示。二力杆BC通过铰链B给杆ABD的作用1 平衡吊的工作原理及平衡条件5力Error! 沿BC方向，Error!力与Error!力交于J点，则第三个力即固定铰链A对ABD杆的支反力Error!必然通过J点，其方向由力三角形提出，如图3所示。 JBSRADQ图 3如前所述，平衡吊要达到平衡，支反力Error!必须为铅垂方向的力。现在将这两个构件的受力分析综合到一起来研究。如图 4 所示，由于在力多
14、边形中，Error!力与Error!力同为铅垂方向，Error!力与Error!力的水平投影是等长的，即Error!力与Error!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。FKEDBAJGGPQRS图 4在什么条件下才能保证支反力Error!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1 平衡吊的工作原理及平衡条件6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Error!保持铅垂方向。要做到这一点，满足机构的几何
15、条件为：KEF ABJKDE DJB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 = BDAB假设： ABD = H，AB = h，BD = H1DEF = L， DE = l， EF = L1则 ： 或者 ： hl1hl)()(即 ： 为放大系数l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：FE BC lLBCFE1ECAB hHA又FEC = CBA FEC CBA得到 ：FCCA因为 C 点为 FC 和 CA 的共同点，所以
16、 FC 与 CA 必须在同一直线上，即 F，C，A 三点共线。 DN M图 52 平衡吊的运动分析72 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 CBA 1CAFBEAFNC AMC 1MNFN = （ ）AM.（1）C 点移动后：FE C CB A 1 FAFNC AMC 1MFN = （ ）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。AFF ACC ACFFF= CC
