电动升降机设计与机构分
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2.3 电动机的选择 （1）类型选择： 由于生产单位普遍使用三相交流电源，所以一般多选用三相交流异步电动机；此外，还应该根据电动机的防护要求，选择电动机的机构形式；根据电动机的安装要求，选择其安装形式。 （2）定功率选择： 要求：负载5000N与工作台1000N，顶升高度为500毫米，顶升时间要在30s-60s之间， 工作机(螺旋顶升机)所需功率为: P工作=G*L/T=100W （2-1） 式中：G——重物的重力（N）； L——重物上升的高度（m）； T——上升高度所经过的时间（s）； 从电动机到工作机的总效率为 η总。 η总=η12η2η3η42η5 （2-2） 式中：η1——联轴器的效率； η2——减速器（单级）的效率； η3——直齿锥齿轮的效率; η4——轴承的效率； η5——螺纹（滑动丝杠）的效率。 查机械设计手册可取η1=0.98，η2=0.96，η3=0.90，η4=0.98，η5=0.5。 根据公式（2-2）可以得到η总=0.982*0.96*0.90*0.982*0.5=0.389 所以，
=p工作 /η总=0.251KW （2-3） 依照选择Y2-90s-4封闭式三项异步电动机 所以得到 =1.1kw 满载转速ne=1390r/min 电动机的输出转矩Td=9550*/ne=7.6mn 2.4 传动比的计算与分配 2.4.1计算总传动比
总传动比i= ne / n螺杆=4 （2-5） 式中： ne ——电动机转速（r/min）； n螺杆——螺杆的转速（r/min）； 2.4.2 分配传动比 直齿锥齿轮传动比i=1:2 齿轮减速器传动比i减速器=1:2 （2-6） 2.5 螺杆螺母（滑动丝杆）的选择
2.5.1螺纹传动的类型 （1）三角螺纹 粗牙螺纹用于一般连接，细牙螺纹因螺距小，升角小，自锁性好，故常用于薄壁零件连接和微调机构。 （2）矩行螺纹传动效率高，但齿根强度太低，不适合用于重载。 （3）梯形螺纹，牙根强度高，对中性能好，是应用最广泛的一种传动螺纹。 （4）锯齿形螺纹 两侧牙型倾角分别为β=3度和β‘=30度。3为工作面，30为非工作面，用来增强牙根强度，这种传动效率高，但用于单向受载的螺旋传动。 根据设计要求，螺杆螺母按摩擦状态选滑动螺旋，按用途属于传力螺旋。又因为受到双向载荷所以应选梯形螺纹。
2.5.2螺纹传动的结构 滑动螺旋的材料 螺杆螺母的材料不但要有足够的强度和耐磨性，而且在旋和后还应具有较小的摩擦系数。如表2-1所示，螺杆一般采用45、50钢（本设计应采用45钢）。对于重载低速的传动，螺母应选择铸铝青铜ZCuA19Fe4Ni4Mn2和铸铝黄铜ZCuZn25Al6Fe3Mn3等，以保证其强度和耐磨性。
表2-1 螺杆与螺母常用的材料表 螺纹副 材料 应用场合 螺杆 Q235 Q275 45 50 轻载、低速传动。材料不热处理
40Gr 65Mn 20GrMnTi 重载、较高速。材料需经热处理，以提高耐磨性
9Mn2V GrWMn 38GrMoAl 精密传导螺旋传动。材料需经热处理
螺母 ZcuSn10P1 ZcuSn5Pb5Zn5 一般传动
ZcuAL10Fe3 ZcuZn25AL6Fe3Mn
重载、低速传动。尺寸较小或轻载高速传动，
螺母可采用钢或铸铁制造，内空浇铸巴士合金或青铜
3.设计项目之机构零件设计
3.1机构零件设计计算 3.1.1螺杆螺母的设计计算
a.螺旋机构耐磨性的计算: 耐磨条件为：p=F*P/(d2 *Hh)][p
b.螺母螺纹牙的计算:剪切强度条件：][DbzF （3-1） 弯曲强度条件：][6bbDbbzFl （3-2） c.螺杆强度： ][)16(3)4(*3*21*121*1ddTddFca （3-3）
e.自锁性的校核:由于此传动机构不是通过螺纹进行自锁，而是利用涡轮蜗杆的自锁性来实现自锁。故这里不需要讨论螺旋传动的自锁。
3.1.2 蜗轮蜗杆的设计计算 a.确定蜗杆的头数:当要求传动比较大或自锁时，取Z1=1，但转动效率低；要求具有较高的传动效率或传动比不大时，可取Z1=2—4。蜗轮齿数的多少，影响运转的平稳性和承载能力，一般取Z2=27—80。对于中小功率的传动常取Z2=30—50。因为要求顶升机长时间顶住皮带支撑架，所以蜗轮蜗杆应满足自锁要求，所以蜗杆头数为1，i=60，z1=1 z2=60。同时也满足蜗轮的平稳性和承载能力的要求。 b.按齿面接触疲劳强度进行设计:
322)(HPpeAZZTK c.蜗轮蜗杆的主要参数和几何尺寸的确定: m,q,z2,a，Px，γ。
3.2 滑动螺纹设计计算 3.2.1螺纹的耐磨性计算 由于螺杆和螺母的材料是钢-青铜，滑动速度低速，根据查3-1表得[p]=18-25MPa。令dH/2（为螺母高度系数=1.5），并带入设计公式：
][2phFPd (3-4) 式中： p——工作表面的压力（MPa）； F——作用在螺杆上的轴向力（N）； d2——螺纹中径（mm）， h——螺纹工作高度（mm）；对于梯形螺纹，h=0.5P。 H——螺母高度（mm）； P——螺距； [p]——许用压力（MPa）；按照表3-1取[p]=23MPa。 值根据螺母的结构选取。对于整体式螺母，磨损后间隙不能调整，通常用于轻载或精度要求低的场合，为使受力分布均匀，螺纹工作圈数不宜过多，宜取=1.2～2.5；对于剖分式螺母或螺母兼作支承而受力较大，可取=2.5～3.5；传动精度高或要求寿命长时，允许=4。取=2 则以下条件满足要求 公称直径 d=18mm 螺距P=4mm； 小径d3=13.5mm（d3=d2-0.5P-2） 螺母高度H=*d2=36mm 圈数Z=H/P=8 由于旋合各圈螺纹牙受力不均，故圈数z不宜大于10。满足条件。 表3-1 滑动螺旋副材料的许用压力表[p] 螺纹副材料 滑动副速度/(m/min-1) 许用压力/MPa
钢-青铜 低速 <3.0 6~12 >15 18~25 11~18 7~10 1~2 钢-耐磨铸铁 6~12 6~8
钢-灰铸铁 <2.4 6~12 13~18 4~7
钢-钢 低速 7.5~13 淬火钢-青铜 6~12 10~13
3.2.2螺杆的强度计算 受力较大的螺杆需要进行强度计算。螺杆工作时承受轴向力F(N)和转矩T的作用，故螺杆危险剖面上既有压缩（或拉伸）应力、又有切应力。根据第四强度理论，其强度条件为：
][)16(3)4(*3*21*121*1ddTddFca （3-5） 式中：d1——螺杆的螺纹小径（mm）； []为螺杆材料的许用压力（MPa）； []=s/(3-5)； s为螺杆材料的屈服极限（MPa）； T为螺杆所受转矩,（N*mm）； （3-6） 式中：为螺纹升角， v为当量摩擦角， v=arctan(f/cosβ), （3-7） 式中：f为摩擦系数， β为牙型斜角， β=α/2由表查得。β=15度，螺杆螺母材料为铜—青铜，摩擦系数f为0.08—0.10。故选择f=0.09。
根据公式（3-5）可得 ca = 13.3MPa 查表得45钢s=335MPa )53/(][s Mpa4.1183355][
ca][ 满足条件可以使用。
3.2.3螺纹牙的强度校核 一般螺母的材料强度比螺杆低，故只需要校核螺母螺纹牙的强度，计算螺纹牙的剪切和弯曲强度。 假设将一圈螺母的螺纹牙沿螺纹大径展开，则可将螺纹牙看成悬壁梁，那么每圈螺纹收到的压力则变为F/z作用在螺纹中径处，则在牙跟危险截面处有
剪切强度条件：][DbzF （3-8）
弯曲强度条件：][6bbDbbzFl （3-9） 式中： b——螺纹压根部的厚度（mm）； 矩形螺纹b=0.5P，梯形螺纹b=0.65P，锯齿形螺纹，b=0.75P， P——螺距（mm）； l——弯曲力臂（mm）； l=（D-D2）/2 [τ]——螺母材料的许用切应力（MPa）按照表3-2选择； [b]——螺母的许用弯曲应力（MPa）按照表3-2选择； 计算得：剪切应力 τ=4.45 [τ]因为螺母采用的是青铜满足要求。 弯曲应力 b=12.84[b]同样也满足使用要求要求。 表3-2 滑动螺旋副材料的许用压力 项 目 许用应力/ MPa
螺 母 材料 许用弯曲应力[b] 许用切应力[τ] 青铜 40~60 30~40 耐磨铸铁 50~60 40 铸铁 45~55 40 钢 （1.0~1.2）[] 0.6[] 注：静载荷许用应力取大值。
3.2.4自锁性校核 螺纹升角：在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面间的夹角 =arctan
（p/πd2） 自锁条件：《v=arctan（f/πd2）=arctanfv ：螺纹升角 ， v：当量摩擦角，fv：螺旋副的当量摩擦系数， f：摩擦系数，取f=0.1
β= α/2，α：牙型角，梯形螺纹α=30° P/πd2=1/12，f/cosβ=2/15 则《v满足自锁条件。
3.2.5压杆的稳定性计算 压杆的临界应力 22)(lEIPcr （3-10） 称之为细长杆临界载荷的欧拉公式 pcrilEAPcr22)( （3-11）
在本次设计中杆端得约束情况：两端固定长度系数5.0 Pcr/F=Scr F=6000N Scr=3~5 ，取Scr=3 解得 L=569mm
