— 0 —畢 業(yè) 設(shè) 計 外 文 資 料 翻 譯學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械制造設(shè)計及其自動化 姓 名： 學(xué) 號： 外文出處： Design and investigation of gear drives with non-circular gears applied for speed variation and generation of functions附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。 指導(dǎo)教師評語：翻譯較為通順、邏輯基本合理、無明顯翻譯錯誤、翻譯質(zhì)量較高。簽名： 2015年 4月 22日— 1 —附件 1：外文資料翻譯譯文研究和設(shè)計應(yīng)用于變速和函數(shù)生成的非圓齒輪傳動Faydor L. Litvin a， Ignacio Gonzalez-Perez b， Alfonso Fuentes b， Kenichi Hayasaka ca 機械工程系，伊利諾伊大學(xué)在芝加哥，美國b機械工程系，卡塔赫納理工大學(xué)，西班牙c 齒輪的研發(fā)部門，研發(fā)業(yè)務(wù)，雅馬哈電機有限公司，日本摘要：論文介紹了非圓齒輪傳動設(shè)計和函數(shù)生成的非圓齒輪：(a) 通過一個偏心漸開線齒輪的齒輪傳動形成非圓齒輪;(b)通過函數(shù)生成非圓齒輪。并且用數(shù)值例子描述了開發(fā)理論。關(guān)鍵詞：齒輪的設(shè)計 非圓齒輪 用函數(shù)生成偏心齒輪1 介紹隨著非圓齒輪函數(shù)的發(fā)展(12，23-28)使生產(chǎn)非圓形齒輪和圓齒輪一樣簡單。因此非圓齒輪的傳動和非圓齒輪的設(shè)計成為許多學(xué)科專家研究的主題也就不足為奇了[1-37]。以下是論文的主要內(nèi)容的：(1) 偏心齒輪傳動的設(shè)計和生成是通過一個偏心平面和螺旋漸開線齒輪或共軛圓齒輪形成的。偏心漸開線齒輪的主要特征是其旋轉(zhuǎn)中心與幾何中心不重合的。螺旋齒輪和直齒齒輪可以用于設(shè)計的主動輪傳動 (見圖 1)，接觸軸承需要固定，以及通過小偏心設(shè)計，驅(qū)動器可以應(yīng)用在減速器(作為齒輪傳動敏感性降低失調(diào))。(2) 函數(shù)生成非圓齒輪的應(yīng)用 (第四節(jié))以下是函數(shù)應(yīng)用的步驟：(1)在其中獲得不同信號下函數(shù)的導(dǎo)數(shù)，(2)瞬心跡是一條不閉合的曲線，(3)生成兩對齒輪。在(3)中，這個設(shè)計需應(yīng)用一個函數(shù)。是給定的已知函數(shù)， 一關(guān)于對非圓齒輪傳動的函數(shù)— 2 —(3) 橢圓齒輪可以被應(yīng)用如下的修改設(shè)計 (A.1.6 節(jié))：(1)與非對稱函數(shù)的齒輪進行傳動；(2)葉(被修改瞬心跡的橢圓形)。(4) 非圓齒輪的齒面可以通過插齒機床或滾刀生成。有一個簡單的方法可以避免非圓齒輪發(fā)生齒根圓相切現(xiàn)象。應(yīng)用一個可以觀察并可以檢測配合的瞬心跡函數(shù)。下面圖和圖紙數(shù)值例子描述了開發(fā)理論。圖1 偏心漸開線齒輪和共軛非圓齒輪:(a)螺旋驅(qū)動 (b)平面驅(qū)動；O 1，O 2旋轉(zhuǎn)中心,O 幾何中心。2 非圓齒輪和偏心漸開線齒輪形成的齒輪傳動2.1 偏心齒輪傳動瞬心跡2.1.1 前言下面討論的齒輪傳動(是偏心齒輪傳動的縮寫)是由一個偏心漸開線齒輪 1和共軛非圓齒輪 2組成。通過設(shè)計一個偏心齒輪的傳動由直齒螺旋齒輪嚙合生成非圓齒輪(圖1)。偏心輪傳動相比橢圓齒輪傳動更具有競爭性，本文提出了滾刀（對于凸瞬心跡）和插齒機（如果瞬心跡是凹凸行）生成非圓齒輪的方法?！?3 —進行的研究主要涵蓋了幾何，設(shè)計和偏心輪傳動。2.1.2 中心配合軌跡方程在圖 2中，a 和 b顯示的是瞬心跡 r1和 r2在初始和當(dāng)前的位置，瞬心跡 r1的偏心圓半徑在極坐標(biāo)中表示的形式，如下(圖 2b)其中參數(shù) 可以確定極軸 相對 的位置(圖 2b)。因此我們將使用導(dǎo)數(shù) 表示瞬心跡(見附錄部分 A.1.2)在 處，瞬心跡的旋轉(zhuǎn)角；參數(shù) 可以確定極軸 相對 的位置 (見部分 A.1.2)。我們已知瞬心跡 r2 、r1 是由以下兩個方程表示圖 2 派生的瞬心跡：(a)初始位置；(b)當(dāng)前位置。在這里，導(dǎo)函數(shù)為— 4 —其中要確定傳遞函數(shù) 需要進行其的數(shù)值積分。瞬心跡 r1是一個已知的封閉的曲線半徑?希爾(一圈)。瞬心跡 r2可能被觀察是一個封閉的曲線形式方程：其中 n是齒的數(shù)量，運行的偏心齒輪 1是生成的非圓齒輪之一。瞬心跡 r1和 r2的推導(dǎo)，可以設(shè)計一個中心距不變的凸輪機構(gòu)需要一個偏心圓和一個由函數(shù)生成的凸輪。偏心非圓齒輪傳動的瞬心線是由凸輪確定的。2.1.3 中心軌跡 r2的曲率和應(yīng)用2.1.3.1 基本的推導(dǎo)。中心軌跡 r2的曲率的必要條件：(1)通過滾刀和插齒機選擇生成齒輪的方法；(2)為避免根切齒?？紤]到由極坐標(biāo)曲線 的瞬心跡，我確定其曲率半徑(20、27)：極曲線的凸性條件可以表示為或另一種不等式這里，角度 由位置矢量 和切線極曲線 t見[27])確定的； 是極軸的曲率曲線。在本文中，考慮到瞬心線的曲率 r1是已知的，測定 2利用歐拉–薩瓦公式里的方程（18） ，偏心齒輪傳動的中心軌跡的 r1和 r2的曲率與曲率 1和 2的關(guān)系（圖3）如下：— 5 —這里當(dāng) （圖 3）方程式（11）變形保證瞬心跡 r2的是凸性的條件：圖 3 推導(dǎo)的曲率半徑 瞬心跡 r2。圖 4說明了齒輪傳動的函數(shù) ：(a)凸瞬心跡 r2；(b)凸凹形 r2。曲率半徑的 的位置是可視化的—人通過應(yīng)用一個四連桿的機構(gòu)（圖 3）的鏈接：（a）鏈接 1為 O1A1， （b）鏈接 2為 A1A2， （C）鏈接 3為 O2A2，和（D）鏈接 4為 O1O2，當(dāng) ?！?6 —從已知的四桿機構(gòu)運動學(xué)（F 點擴展鏈接 1和 3路口）就是瞬時中心對鏈接 2相對于 4旋轉(zhuǎn)連接。向量 如果是垂直于它的大小被確定為 O1O2，它的大小被確定：2.1.3.2 避免根切。圖紙的圖 5表示漸開線齒輪齒形角的齒條刀的變化瞬心跡是齒條刀的中線，齒輪的瞬心跡節(jié)圓半徑 rp。為了避免漸開線齒輪發(fā)生根切需要在其中安裝齒條刀[27]防止偏心非圓的齒輪發(fā)生根切是基于以下考慮：（1）主動齒輪 2有各種不同的齒面，但它們可能被抽象的表示為曲率半徑（大約）自的環(huán)形齒面（圖 6） 。（2）曲率中心 r2的半徑 是點 A在齒面處的集合 。同樣，齒面 表示為直齒圓柱齒輪的半徑 ，等等（圖 6） 。（3）當(dāng)一個最小半徑為 的圓柱直齒輪發(fā)生根切時，就用一個半徑為 的齒輪替代（4）圖 6a表示齒輪 2的剖視圖其中心軌跡 r2是根據(jù)一個 n=3的齒輪設(shè)計的，這里的 n是偏心齒輪 1嚙合的齒數(shù)，偏心齒輪 1是根據(jù)主動齒輪 2的中心軌跡發(fā)生改變的。（5）這個用圓齒輪代替的方法，可能會應(yīng)用在所有中心軌跡為 r1和 r2的偏心齒輪上，為的是防止根切。因為這個原因，必須獲得函數(shù) ，這個函數(shù) 表示最小的曲率半徑；A 是中心軌跡 r2上的點（圖 6a） ，當(dāng) （見等式（6） ） 。（6）為了避免所有主動齒輪發(fā)生根切，要選擇性的建立一個數(shù)學(xué)模型，該模型是函數(shù) 開平方與頂點 的成積。 （圖 6b ）— 7 —圖 4 函數(shù) 的插圖和偏心齒輪驅(qū)動器的設(shè)計參數(shù)— 8 —圖 5 對一個圓柱漸開線齒輪的根切的條件回避插圖— 9 —圖 6 插圖：（a）非圓齒輪 2剖視圖的表示（M 是瞬心線 R2和 N代圓弧齒輪瞬心線） ；（b）當(dāng) 的根切線2.2 通過插齒和滾刀生成非圓齒輪2.2.1 介紹本節(jié)的目的是證明主動輪所產(chǎn)生的非圓齒輪和成型刀具（插齒，滾刀）的運動算法關(guān)系。這種關(guān)系是非線性方程組的代表，計算機是對非圓齒輪的生成的基礎(chǔ)。該主動偏心齒輪通過觀察制作的過程和相對于旋轉(zhuǎn)中心的幾何中心位置的裝配，可以產(chǎn)生一個傳統(tǒng)的漸開線齒輪。此外，為接觸軸承定位的目的，有必要采用偏心齒輪式。這有通過一個插齒機床產(chǎn)生非圓齒輪的可能，和用偏心漸開線齒輪產(chǎn)生是一樣的。通過觀察用插齒機床生產(chǎn)非圓齒輪，只要在插齒機和被生產(chǎn)的非圓齒輪之間設(shè)定一個不變的的中心距。然而，這對于插齒機和偏心漸開線齒輪本身是不利的限制所以還沒有被作者采用。2.2.2 由非偏心插齒機生產(chǎn)的非圓齒輪2.2.2.1 插齒機所生產(chǎn)的非圓齒輪表面 的推導(dǎo)。我們要提醒的是，插齒機不是與主動偏心輪漸開線相同的，基于以下步驟進行推導(dǎo)：（1）被連接到插齒機和齒輪被確定的表面的兩個坐標(biāo)系統(tǒng)的 SS和 S2被認(rèn)為是剛性的?！?10 —（2）一個漸開線齒面 是通過一個節(jié)圓半徑 的插齒機進成的，這可能與有所不同。（3）坐標(biāo)系統(tǒng)的 SS坐標(biāo)系是旋轉(zhuǎn)的而坐標(biāo)系 S2是旋轉(zhuǎn)和平移。運動系統(tǒng)的坐標(biāo)系 SS和 S2是由運動學(xué)關(guān)系和中心軌跡決定的(見圖 7b)。圖 7。對用漸開線插齒機生成非圓齒輪的齒面 R2的推導(dǎo)。而坐標(biāo)系 SS是圍繞 旋轉(zhuǎn)的， 是與極角 的相關(guān)的函數(shù)：— 11 —在式子中， 是一個關(guān)于偏心齒輪的極角 的函數(shù)（4）坐標(biāo)系 SN可以被分解為大小為 ， 的坐標(biāo)系 S2，而而坐標(biāo)系 S2是圍繞矢量 旋轉(zhuǎn)的，這矢量表示是關(guān)于極角 的函數(shù)。函數(shù) 和 用極角 表達的函數(shù)表達式（5）通過考慮矩陣變化獲得非圓齒輪面嚙合方程然而，該方法是基于矩陣的推導(dǎo)（見下文） ，需要用計算機推導(dǎo)。2.2.2.2 坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換，將坐標(biāo)系 SS轉(zhuǎn)換成 S2. 公式（28）推導(dǎo)的過程如下：在這里— 12 —2.2.2.3 嚙合矩陣方程 0的推導(dǎo)。矩陣變化式（30）用笛卡爾坐標(biāo)系表達是下面給出的 3 X 3矩陣 R，是從 4 X 4的 M矩陣中獲得的其中相關(guān)的速度 被給出如下以下是列出的是推導(dǎo)出導(dǎo)數(shù) 和 。看公式（28）的推導(dǎo)過程，很容易得到導(dǎo)數(shù) 和導(dǎo)數(shù) 。然后，對嚙合方程可確定為或者為附件 2：外文原文（復(fù)印件）— 13 —畢業(yè)設(shè)計中期檢查表一、學(xué)生自查情況學(xué)生姓名 學(xué)號 專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及其 自動化畢業(yè)設(shè)計（論文）課題名稱旋轉(zhuǎn)、升降運動舞臺設(shè)計個人精力實際投入日平均工作時間6 周平均工 作時間 30迄今缺席天數(shù)3 出勤率% 95指導(dǎo)教師每周指導(dǎo)次數(shù) 2每周指導(dǎo)時間（小時） 3-4 備注已完成主要內(nèi)容 % 待完成主要內(nèi)容 %畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度（完成）內(nèi)容及比重課題選擇開題報告外文翻譯舞臺旋轉(zhuǎn)升降方案設(shè)計45詳細(xì)設(shè)計編寫說明書等答辯55存在問題二、指導(dǎo)教師檢查情況1、學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）中的表現(xiàn)：工作認(rèn)真，態(tài)度積極，表現(xiàn)良好。2、畢業(yè)設(shè)計（論文）工作進度、質(zhì)量情況，工作量是否完成 50%，學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）中所遇到的困難能否克服：進度基本按計劃進行，工作質(zhì)量基本符合要求，但工作量還未完成 50%。在畢業(yè)設(shè)計中，能夠主動克服遇到的困難。3、存在的主要問題及改進措施：進度比計劃慢，需要抓緊完成。指導(dǎo)教師：015 年 4 月 22 日畢 業(yè) 設(shè) 計 任 務(wù) 書學(xué) 院： 機械工程學(xué)院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 設(shè)計(論文)題目： 旋轉(zhuǎn)、升降運動舞臺設(shè)計 起 迄 日 期: 設(shè)計(論文)地點: 指 導(dǎo) 教 師: 任務(wù)書下達日期: 任務(wù)書填寫要求1．畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)專業(yè)負(fù)責(zé)人審查簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生；2．任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，不得隨便涂改或潦草書寫，禁止打印在其它紙上后剪貼；3．任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計（論文）完成的情況相一致；4．任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院” 、 “專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號”要寫全號（如：031201106） ；5．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004 年 3 月 21 日”或“2004-03-21”。畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書1．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題應(yīng)達到的目的：本課題是國家“十二五”科技支撐計劃課題子課題，設(shè)計用于雜技表演的具有旋轉(zhuǎn)和升降復(fù)合運動功能的舞臺，包括總體方案設(shè)計，利用三維造型軟件完成舞臺的三維實體造型，生成相應(yīng)的二維裝配圖及零件圖，完成有關(guān)分析計算等。通過本次畢業(yè)設(shè)計，可培養(yǎng)學(xué)生的工程設(shè)計能力，使學(xué)生熟悉有關(guān)設(shè)計規(guī)范、技術(shù)手冊和工具書的使用，提高學(xué)生的工程制圖、計算機應(yīng)用和文獻閱讀、外文翻譯、說明書編寫等能力，較好地綜合運用所學(xué)知識和技能分析、解決工程實際問題。2． 本 畢 業(yè) 設(shè) 計 （ 論 文 ） 課 題 任 務(wù) 的 內(nèi) 容 和 要 求?主要內(nèi)容：(1) 查閱文獻，完成開題報告；(2) 翻譯英文資料（不少于 3000 漢字）；(3) 確定總體方案，并進行舞臺相關(guān)部件的選型與計算；(4) 對設(shè)備進行三維造型；(5) 生成裝配圖及主要零件圖；(6) 撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。主要原始數(shù)據(jù)：(1) 舞臺直徑：￠3.0m(2) 行程（相對于舞臺面）：2.0m(3) 升降速度：0.04m/s(4) 靜載荷：4kN/㎡(5) 動載荷：2kN/㎡3．本畢業(yè)設(shè)計（論文）課題工作進度計劃：起 迄 日 期 工 作 內(nèi) 容2015 年3 月 8 日~3 月 24 日3 月 25 日~4 月 17 日4 月 18 日~5 月 15 日5 月 16 日~5 月 31 日6 月 1 日~6 月 14 日6 月 15 日~6 月 18 日收集、查閱有關(guān)設(shè)計資料，熟悉設(shè)計任務(wù)，熟悉 UG 軟件。完成設(shè)計任務(wù)的方案設(shè)計，撰寫開題報告、開題翻譯外文資料，開題。詳細(xì)設(shè)計，用 UG 進行設(shè)備的三維造型。生成二維裝配圖及主要零件的零件圖。編寫設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯。答辯及資料整理。所在專業(yè)審查意見：同意負(fù)責(zé)人： 2015 年 3 月 8 日畢 業(yè) 設(shè) 計（論文）任 務(wù) 書畢 業(yè) 設(shè) 計 開 題 報 告題 目： 旋轉(zhuǎn)、升降運動舞臺設(shè)計 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專 業(yè)： 機械設(shè)計及其自動化 指導(dǎo)教師： （教授） 2015 年 4 月 17 日開題報告填寫要求1．開題報告（含“文獻綜述” ）作為畢業(yè)設(shè)計（論文）答辯委員會對學(xué)生答辯資格審查的依據(jù)材料之一。此報告應(yīng)在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下，由學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計（論文）工作前期內(nèi)完成，經(jīng)指導(dǎo)教師簽署意見及所在專業(yè)審查后生效；2．開題報告內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫或按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式打印，禁止打印在其它紙上后剪貼，完成后應(yīng)及時交給指導(dǎo)教師簽署意見；3． “文獻綜述”應(yīng)按論文的格式成文，并直接書寫（或打印）在本開題報告第一欄目內(nèi)，學(xué)生寫文獻綜述的參考文獻應(yīng)不少于 10 篇（不包括辭典、手冊） ；4．有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo) GB/T 7408—94《數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時間表示法》規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2004 年 2 月 26 日”或“2004-02-26”。畢業(yè)設(shè)計開題報告1 文獻綜述1.1 升降旋轉(zhuǎn)舞臺的發(fā)展隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，文化生活的日益豐富提高，舞臺效果的要求越來越高 ，靜態(tài)舞臺已不能滿足演出使用的各種功能要求。實現(xiàn)舞臺的升降、旋轉(zhuǎn)、升降旋轉(zhuǎn)伸縮、伸縮升降等運動是現(xiàn)代舞臺發(fā)展的必然趨勢。多種舞臺運動的組合變化形式，才能滿足各種演出節(jié)目的要求，增加演出的藝術(shù)效果和魅力 ［1］ 。升降旋轉(zhuǎn)舞臺也隨之發(fā)展起來。1.1.1 升降旋轉(zhuǎn)舞臺的主要形式升降旋轉(zhuǎn)舞臺主要是以升降舞臺為基礎(chǔ)的創(chuàng)新改進而成的產(chǎn)品，設(shè)備滿足了臺面固定無法移動的問題，使得舞臺不再死板單調(diào)，加以臺面裝飾和噴霧效果使得旋轉(zhuǎn)舞臺的現(xiàn)場效果發(fā)揮到極致。設(shè)備的主要結(jié)構(gòu):分為升降部分、旋轉(zhuǎn)部分、控制裝置幾部分；升降部分，主要以剪叉結(jié)構(gòu)為主通過泵站帶動油缸伸縮，使設(shè)備升降；旋轉(zhuǎn)部分，安裝回轉(zhuǎn)支承通過減速機、變頻器調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)的速度；控制裝置，獨立設(shè)計的電路系統(tǒng)控制設(shè)備的行程 ［2］ 。1.1.2 其他形式的升降旋轉(zhuǎn)舞臺鼓筒式轉(zhuǎn)臺也可以實現(xiàn)升降旋轉(zhuǎn)，而且功能跟多，不行可以實現(xiàn)自身的旋轉(zhuǎn)、升降運動，還可以實現(xiàn)傾斜臺面和傾斜旋轉(zhuǎn)運動 ［3］ 。鼓筒式轉(zhuǎn)臺方案靈活多變，與其內(nèi)部升降臺、旋轉(zhuǎn)臺、傾斜臺組合變化能產(chǎn)生豐富的藝術(shù)造型和效果，能夠滿足戲劇、話劇、大中型綜藝節(jié)目等多劇的需要，是導(dǎo)演和藝術(shù)家最鐘愛的演出設(shè)備之一。中央戲劇學(xué)院實驗小劇場的直徑 14m 鼓筒式轉(zhuǎn)臺，是國內(nèi)最早建設(shè)的鼓筒式轉(zhuǎn)臺之一。截至目前，國內(nèi)已建和在建的代表性鼓筒式轉(zhuǎn)臺已有 7 套，分別安裝在中央戲劇學(xué)院實驗小劇場、北京 21 世紀(jì)劇場、遼寧大劇院、國家大劇院戲劇場、浙江金華婺劇院、河北唐山少年宮劇場和中國國家話劇院劇場 ［4］ 。1.2 升降旋轉(zhuǎn)舞臺常用結(jié)構(gòu)1.2.1 升降機構(gòu)基本形式升降機構(gòu)可分為液壓升降機構(gòu)、垂直絲桿升降機構(gòu)、鏈條式升降機構(gòu)、齒輪齒條式升降機構(gòu)和螺旋升降臺等 ［5~6］ 。根據(jù)液壓升降的工作原理可分為，剪叉式液壓升降畢業(yè)設(shè)計開題報告機構(gòu)以及直桶式液壓升降機構(gòu)。 剪叉式液壓升降機構(gòu)具有結(jié)構(gòu)緊湊、運行平穩(wěn)、噪聲小、 頻響快、傳遞功率大、起始高度低，易于操作等優(yōu)點 ［7~8］ 。液壓傳動是機械設(shè)備中發(fā)展最快的技術(shù)之一，液壓元件屬機械工業(yè)基礎(chǔ)件，標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化程度較高，有利于縮短機器的設(shè)計、制造周期和降低制造成本。在控制方面，普通液壓升降機構(gòu)采用的常規(guī)電氣控制，通過開關(guān)按鈕來實現(xiàn)升降臺的升降，這種控制經(jīng)濟合理。電路簡單維修保養(yǎng)容易，可靠性高。1.2.2 旋轉(zhuǎn)機構(gòu)基本形式旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方式可分為，摩擦傳動、齒輪傳動、齒銷傳動、液壓傳動等機構(gòu)?？繖C件間的摩擦力傳遞動力和運動的摩擦傳 動，包括帶傳動、繩傳動和摩擦輪傳動等。 端面摩擦輪傳動機構(gòu)，大都能適應(yīng)軸間距較大的傳動場合，過載打滑還能起到緩沖和保護傳動裝置的作用，具有可逆旋轉(zhuǎn)，運行平穩(wěn)，噪聲低，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便。該機構(gòu)是一種成本低、工藝性好 、經(jīng)濟實用的傳動機構(gòu) 。1.3 升降旋轉(zhuǎn)舞臺應(yīng)用實例1.3.1 液壓升降、摩擦旋轉(zhuǎn)舞臺 （1）舞臺結(jié)構(gòu)形式，旋轉(zhuǎn)舞臺是疊加在固定液壓升降臺上，升降和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)各自獨立，并能夠單獨控制舞臺的升降和旋轉(zhuǎn)運動 ，實現(xiàn)升降、旋轉(zhuǎn)和升降加旋轉(zhuǎn) 3 種運動。（2）液壓升降舞臺，液壓升降舞臺采用固定剪叉式升降機構(gòu)，是由主機、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)組成。主機采用剪叉式結(jié)構(gòu)，用鋼結(jié)構(gòu)件制作。液壓系統(tǒng)，控制閥采用集成塊式安裝，油箱為封閉式。電器控制舞臺升降采用點動方式。（3）旋轉(zhuǎn)舞臺，旋轉(zhuǎn)舞臺是由摩擦輪(主動輪牽引)傳動、轉(zhuǎn)盤、電氣系統(tǒng)組成。旋轉(zhuǎn)方式為電機減速器驅(qū)動摩擦輪進行旋轉(zhuǎn)，摩擦輪工作帶動舞臺面的旋轉(zhuǎn)，電機由變頻器控制。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)安裝在升降機構(gòu)臺面上。旋轉(zhuǎn)舞臺是控制奎統(tǒng)的主要控制對象。它主要由轉(zhuǎn)盤臺面、托盤及支架、傳動軸、減速箱、導(dǎo)輪等構(gòu)成。旋轉(zhuǎn)舞臺臺面要完成 360°旋轉(zhuǎn)，并能停在任意角度位置或絕對位置上。圖 1 是旋轉(zhuǎn)舞臺機械結(jié)構(gòu)示意圖 ［9］ 。畢業(yè)設(shè)計開題報告圖 1 旋轉(zhuǎn)舞臺機械結(jié)構(gòu)示意圖1.3.2 鼓筒式轉(zhuǎn)臺鼓筒式轉(zhuǎn)臺內(nèi)設(shè)置 2 塊雙層臺板升降臺和 13 塊雙層臺板升降塊。在升降臺的上層臺板和升降塊上層臺板上開有演員進出活門，以便與演員升降小車配合使用。升降臺與升降塊的不同高度位置可組成不同形式的舞臺表演臺面。升降臺和升降塊在鼓筒式轉(zhuǎn)臺靜止時或旋轉(zhuǎn)時均可單獨或成組運動，參與表演或遷換布景。鼓筒式轉(zhuǎn)臺如圖 2所示。畢業(yè)設(shè)計開題報告圖 2 鼓筒式轉(zhuǎn)臺1.3.3 絲桿旋轉(zhuǎn)舞臺本舞臺機械系統(tǒng)采用低速大扭矩電液驅(qū)動裝置，采用絲杠、鏈條、齒條等多種傳動方式，由計算機實現(xiàn)實時、分時控制的多功能舞臺設(shè)備。到位后自動停止。各塊、各層均可單獨運動或同步聯(lián)動，構(gòu)成各種不同高度的臺階，組成大型立體道具。升降舞臺中部可設(shè)有薄型小轉(zhuǎn)臺，以增加演出的藝術(shù)效果。舞臺機械設(shè)備運行平穩(wěn)，控制系統(tǒng)町顯示、記錄升降舞臺的運行狀況，并可先儲存預(yù)動作，以便演出時 快速切換?？蓪崿F(xiàn)轉(zhuǎn)臺中有升降臺、旋轉(zhuǎn)中有臺階、旋轉(zhuǎn)臺中有轉(zhuǎn)動的運動效果。設(shè)備采用摩擦傳動或銷齒傳動。利用計算機控制交流變頻調(diào)速裝置，實現(xiàn)轉(zhuǎn)臺的正反可逆旋轉(zhuǎn)及無級調(diào)速。操作方便、定位準(zhǔn)確、運行平穩(wěn)、安全可靠 ［10］ 。如圖 3 所示。畢業(yè)設(shè)計開題報告圖 3 絲杠旋轉(zhuǎn)舞臺 參考文獻1 陳萬航.升降旋轉(zhuǎn)舞臺設(shè)計方案.福建輕紡，2009(2)：51~532 Valenti.Michae.Hydraulics take center stage,Publisher：Mechanical Engineering,19973 彭云濤.大型筒式轉(zhuǎn)臺的三維仿真設(shè)計研究，[學(xué)位論文]，張家口：北方工業(yè)大學(xué)，20114 彭云濤.國內(nèi)鼓筒式轉(zhuǎn)臺的應(yīng)用與三維仿真設(shè)計探討.藝術(shù)科技，2010(4)：21~285 馬衛(wèi)南.升降舞臺同步控制方法研究與實現(xiàn)，[學(xué)位論文]，蘭州：蘭州理工大學(xué)，20126 王棟.多驅(qū)動同步控制舞臺升降的研制， ［學(xué)位論文］ ，蘭州：蘭州理工大學(xué)，20037 孫濤.液壓驅(qū)動絲杠升降臺的研制， ［學(xué)位論文］ ，甘肅：甘肅工業(yè)大學(xué)，20038 葛永飛，鄭晨升，白路.舞臺機構(gòu)的分析與設(shè)計 .陜西科技大學(xué)學(xué)報，2004(22) ：108~1119 常學(xué)軍.旋轉(zhuǎn)舞臺控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用.演藝科技，2012(10)：28~32畢業(yè)設(shè)計開題報告10 屈鐵軍，趙禹洲，劉廣東.智能舞臺機械系統(tǒng)設(shè)計.機械工程師，2009(4)：1482 本課題要研究或解決的問題和擬采用的研究手段及途徑2.1 本課題要解決的問題設(shè)計用于雜技表演的具有旋轉(zhuǎn)和升降復(fù)合運動功能的舞臺，包括總體方案設(shè)計，利用三維造型軟件完成舞臺的三維實體造型，生成相應(yīng)的二維裝配圖及零件圖，完成有關(guān)分析計算等。主要原始數(shù)據(jù)：舞臺直徑：￠3.0m行程（相對于舞臺面）：2.0m升降速度：0.04m/s靜載荷：4kN/㎡動載荷：2kN/㎡2.2 擬采用的研究手段及途徑本次設(shè)計的升降旋轉(zhuǎn)舞臺主要包括兩部分的設(shè)計，舞臺升降部分和舞臺旋轉(zhuǎn)部分。舞臺結(jié)構(gòu)采用的形式，旋轉(zhuǎn)舞臺是疊加在固定升降舞臺上，升降和旋轉(zhuǎn)機構(gòu)各自獨立，并能夠單獨控制舞臺的升降和旋轉(zhuǎn)運動 ，實現(xiàn)升降、旋轉(zhuǎn)和升降加旋轉(zhuǎn) 3 種運動。 （1）舞臺升降的實現(xiàn)方案根據(jù)實際情況分析，升降采用卷揚機升降，為了保障運動的同步性和安全性，采用一臺雙制動的電機并且在舞臺臺架的底部放置雙向?qū)к墶Ｉ挡糠种饕呻姍C、減速器、卷揚機、滑輪和舞臺臺架組成，如圖 4 所示，電機 5 驅(qū)動—減速器 4 減速—聯(lián)軸器 3 連接軸—卷揚機 2 旋轉(zhuǎn)—鋼絲繩 1 伸縮—通過滑輪 7—舞臺 6 運動。畢業(yè)設(shè)計開題報告1—鋼絲繩 2—卷揚機 3—聯(lián)軸器 4—錐齒減速器 5—電機 6—舞臺 7—滑輪 8—配重圖 4 舞臺升降方案（2）舞臺旋轉(zhuǎn)功能的實現(xiàn)方案因為旋轉(zhuǎn)舞臺是疊加在升降舞臺上，所以為了能使舞臺旋轉(zhuǎn)在升降舞臺上安裝有導(dǎo)向輪，為了使旋轉(zhuǎn)舞臺運動平穩(wěn)也需要把旋轉(zhuǎn)舞臺的中心軸固定在升降舞臺上。旋轉(zhuǎn)部分主要由電機、減速器、小齒輪、大齒輪、裝盤組成，如圖 5 所示，電機 1 驅(qū)動—減速器 3 減速—小齒輪 5 轉(zhuǎn)動—大齒輪 6 轉(zhuǎn)動—軸 7 轉(zhuǎn)動—轉(zhuǎn)盤 8 轉(zhuǎn)動。 畢業(yè)設(shè)計開題報告1—電機 2 —軸 3—減速器 4—軸 5—小齒輪 6—大齒輪7—中心軸 8—轉(zhuǎn)盤 9—升降舞臺 10—導(dǎo)向輪 11—軸承圖 5 舞臺旋轉(zhuǎn)方案（3）注意事項為了減輕重量，整體臺架采用桁架結(jié)構(gòu)，由矩型方管拼焊、鉚接而成，整體架體剛度好，重量輕、美觀大方。為了降低電動機的負(fù)載需要給升降舞臺加上配重如圖 4 中件 8 所示。設(shè)備機構(gòu)設(shè)計及傳動部件設(shè)計安全系數(shù)均高于《機械設(shè)計手冊》及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求；電機制動器采用高一級匹配設(shè)計，增大電機制動力矩，以保證安全性。在各預(yù)停點行程位置均設(shè)置有控制回路行程保護和主回路極限保護，過載保護等保證精度、安全裝置。畢業(yè)設(shè)計開題報告指導(dǎo)教師意見：該生本次畢業(yè)設(shè)計題目是旋轉(zhuǎn)、升降運動舞臺設(shè)計。在文獻綜述部分，該生查閱了相關(guān)中外文參考文獻，對升降旋轉(zhuǎn)舞臺的主要形式、常用結(jié)構(gòu)等進行了介紹，并在此基礎(chǔ)上撰寫了開題報告。開題報告明確了本次畢業(yè)設(shè)計要完成的任務(wù)，確定了設(shè)計方案，包括總體方案設(shè)計及需要注意的關(guān)鍵技術(shù)問題等。技術(shù)研究方案可行，內(nèi)容較為全面，同意開題。指導(dǎo)教師： 2015 年 4 月 17 日中 文 摘 要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)也在快速的發(fā)展，人們對對物質(zhì)和對藝術(shù)的要求也在逐漸的提高。舞臺作為藝術(shù)表達的一個載體，在現(xiàn)在社會中起了重要的作用，現(xiàn)代的舞臺主要包括，升降樂池，雙層升降舞臺，轉(zhuǎn)臺和旋轉(zhuǎn)、升降舞臺。旋轉(zhuǎn)、升降舞臺是當(dāng)代舞臺中重要的組成部分。在本次設(shè)計中，針對現(xiàn)在舞臺的發(fā)展形勢，設(shè)計了一個可以獨立控制升降和旋轉(zhuǎn)的兩個個功能的的舞臺。根據(jù)現(xiàn)在舞臺的實際參數(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要分為兩個部分，一個是升降部分的設(shè)計，還有一部分是旋轉(zhuǎn)舞臺的設(shè)計。在方案的的選擇上，升降部分通過對比和分析，確定是選擇鋼絲繩傳動，而旋轉(zhuǎn)舞臺的，通過進行分析，確定旋轉(zhuǎn)為齒輪傳動。本次設(shè)計是一個完全的設(shè)計，從電機的選擇選擇開始，到減速的選擇，以及軸的設(shè)計都是經(jīng)過計算的。最后完成了旋轉(zhuǎn)、升降舞臺的設(shè)計。關(guān)鍵詞 舞臺機械 旋轉(zhuǎn)、升降舞臺 舞臺 外 文 摘 要Title Rotating lifting stageAbstractWith the development of economy, science and technology is in rapid development, people for material and requirement for art has also been gradually improve.The stage as a carrier of art expression, plays an important role in modern society, mainly includes the modern stage, lift orchestra pit, double lifting stage, turntable and rotating, lifting stage.Rotating, lifting stage is an important part of the contemporary stage.In this design, in view of the stage of the development of the situation now, designed a can independently control the lifting and rotating two functions of the stage.According to the current stage of the actual parameters The line design, this design mainly is divided into two parts, one is lifting the design of the part, and part is the design of the revolving stage.On the choice of scheme, lifting part through the comparison and analysis, sure is to choose the cable transmission, the revolving stage, through the analysis, to determine rotation for gear transmission.This design is a complete design, choose start from the choice of motor, the deceleration of choice, and the design of the shaft is calculated.Finally completed the design of rotating, lifting stage.Key Words The stage machinery Rotating, lifting stage stage 目 錄1 緒論 .2 旋轉(zhuǎn)、升降舞臺技術(shù)要求及總體概述 2.1 舞臺機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求 2.2 舞臺設(shè)備安全性要求 2.3 舞臺機械傳動系統(tǒng) 2.4 驅(qū)動裝置 3 課題設(shè)計要求 4 總體方案的設(shè)計 4.1 升降運動的設(shè)計 4.2 旋轉(zhuǎn)舞臺的運動設(shè)計 4.3 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計 .5 關(guān)鍵部件的設(shè)計及選型 5.1 升降部分的部件設(shè)計及選型 5.2 旋轉(zhuǎn)部分的部件設(shè)計及選型 6 其他重要部位的詳細(xì)設(shè)計 6.1 舞臺臺架的設(shè)計 6.2 導(dǎo)向裝置的設(shè)計 6.3 齒輪的詳細(xì)設(shè)計 6.4 傳動軸的校核 6 三維建模及裝配 .6.1 實體建模 6.2 裝配 .結(jié) 論 致 謝 參 考 文 獻 1 緒論在整個文化中，最早的舞臺有古希臘的露天劇場,古羅馬劇場以及中國古代戰(zhàn)國明清以前的傳統(tǒng)戲臺、民間寺廟中的戲臺茶園、會館中的戲臺均為三面或四面環(huán)繞觀眾的開敞式舞臺,這種舞臺有利于演員和觀眾的情感交流,但不適應(yīng)布景道具較多的戲劇表演。十七世紀(jì)九十年代，在意大利的巴爾瑪城建造的法爾尼斯劇場中第一次出現(xiàn)了帶箱體的舞臺,有了鏡框式臺口,為了適應(yīng)這種舞臺演出的需要，各種舞臺的機械設(shè)備也隨之被產(chǎn)生 ［1］ 。從 1896 年德國的舞臺機械工程師勞頓斯拉格首創(chuàng)第一個直徑 16m 的木制轉(zhuǎn)臺至今經(jīng)歷了 100 年時間,如今,在世界各地的演出舞臺上,大大小小,單層轉(zhuǎn)盤式的轉(zhuǎn)臺以及帶升降臺的鼓筒式轉(zhuǎn)臺已得到廣泛的應(yīng)用及發(fā)展,舞臺機械制造業(yè)作為一個行業(yè)把聲、光、電等領(lǐng)域中的最新科技成果與機械學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)完美的結(jié)合在一起,使舞臺的機械化、現(xiàn)代化水平有了很大的發(fā)展,因此,一個舞臺機械化,現(xiàn)代化的程度從一個側(cè)面展示了這個國家科技水平及制造業(yè)水平的發(fā)展?fàn)顩r。旋轉(zhuǎn)、升降舞臺一般是在劇場的中間，主要是實現(xiàn)升降和旋轉(zhuǎn)的功能，目的是為了滿足觀眾在視覺上的需要。旋轉(zhuǎn)，升降舞臺的直徑一般都在 3-5m，升降的高度也在 3 米之內(nèi)，升降的功能和旋轉(zhuǎn)的功能互相不影響，是現(xiàn)在舞臺中不可缺少的一個重要的部分。旋轉(zhuǎn)、升降舞臺的旋轉(zhuǎn)和升降采用的是不同的傳動機構(gòu)，控制升降部分一般是鋼絲繩傳動、絲杠螺母副或者是鏈條傳動機構(gòu)，采用一套動力驅(qū)動，就可以實現(xiàn)升降運動了，而控制旋轉(zhuǎn)部分的機構(gòu)一般都是用摩擦傳動、齒輪傳動、齒銷傳動，然后采用一套動力驅(qū)動，實選現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能。因為舞臺的要求，需要傳動精度高，定位準(zhǔn)確，運行平穩(wěn)。用特殊材料做支撐旋轉(zhuǎn)臺面的機構(gòu)，減小摩擦力和噪音 ［2］ 。給舞臺配重，使舞臺升降時臺體平穩(wěn)，噪音低，減小電機的負(fù)載。2 旋轉(zhuǎn)、升降舞臺技術(shù)要求及總體概述舞臺機械產(chǎn)品的技術(shù)構(gòu)成和傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品一樣，都是使用機械，液壓，電氣以及計算機控制技術(shù)等為基礎(chǔ)，通過組合創(chuàng)新得到的產(chǎn)品。因為面對的對象是舞臺，除了滿足一般我機械設(shè)計的原則，我們還需要考慮以下技術(shù)要求。?安全性和可靠性在舞臺整個空間里不管是舞臺上面還是舞臺下面其實都安置著許多機械裝備，演出的時侯，不管是在演員的頭上還是在演員的腳下都有機械裝置，因此對舞臺的安全有著特別的要求。所以機械設(shè)備的各種啟停，動作順序必須可靠無誤。?低噪聲舞臺演出的時候，有時候會有特殊環(huán)境，要求各類機械設(shè)備在運行過程中應(yīng)是無噪聲或者低噪聲，否則會干擾表演，影響演出質(zhì)量。因為這個原因，在選擇舞臺設(shè)備的動力，運動特性，零件材料和結(jié)構(gòu)形狀等各個環(huán)節(jié)應(yīng)盡可能降低噪聲。?定位準(zhǔn)確舞臺機械作為一種技術(shù)手段，是為演出中的各種動作提供服務(wù)的。因此，對各種機械裝置的升降，旋轉(zhuǎn)，移動的?？课恢靡髧?yán)格。完善的控制系統(tǒng)舞臺機械的控制系統(tǒng)是非常復(fù)雜的。控制系統(tǒng)一般要求能單控，又能集控。既有手控，又有自動控制；遺跡可以多地控制等要求。因此，控制系統(tǒng)較為復(fù)雜，控制系統(tǒng)必須穩(wěn)定，可靠和完善。2.1 舞臺機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求舞臺的機械設(shè)備的設(shè)計技術(shù)要求包括針對具體設(shè)備所要求的功能技術(shù)參數(shù)及功能需要的特定結(jié)構(gòu)形式。功能技術(shù)參數(shù)是設(shè)備發(fā)揮其限定作用及效能所具備的參數(shù)，特定結(jié)構(gòu)形式為滿足功能所預(yù)先要求的結(jié)構(gòu)限定，這些都是設(shè)備設(shè)計制造完成后要滿足的技術(shù)要求，一般作為設(shè)計輸入條件給設(shè)計者作為設(shè)計依據(jù)并形成設(shè)計輸出的一部分。2.2 舞臺設(shè)備安全性要求所有驅(qū)動系統(tǒng)的零部件應(yīng)能承受 2 倍名義載荷。承載件傳動系統(tǒng)中的傳動機構(gòu) （如絲杠螺母，齒輪齒條，液壓缸等）應(yīng)能承受 2 倍名義載荷。當(dāng)有多個傳動機構(gòu)支撐一個承載件時，每個傳動機構(gòu)承擔(dān)的載荷應(yīng)按比例合理分所有驅(qū)動系統(tǒng)的零部件應(yīng)按 1600 小時的運行時間進行壽命計算。所有臺下設(shè)備除正常設(shè)置行程開關(guān)外,均應(yīng)設(shè)置超程保護裝置。2.3 舞臺機械傳動系統(tǒng)通常說的舞臺機械傳動系統(tǒng)，指的是承載件運動的執(zhí)行機構(gòu)，即承載件傳動系統(tǒng)的簡稱。是驅(qū)動系統(tǒng)中除電機，減速器，制動器，傳動軸等部件外，與承載件之間傳遞運動及動力的部件組合，是自己接驅(qū)動承載件運動的傳動方式，如鏈條傳動，鋼絲繩傳動，絲杠傳動，齒輪齒條傳動，液壓缸傳動，剛性鏈傳動，剪刀臂傳動等。每種傳動方式都有各自的特點及試用條件，在設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)具體條件選用。2.4 驅(qū)動裝置驅(qū)動裝置是舞臺機械設(shè)備中的重要部分。他的選擇出了滿足能量轉(zhuǎn)換外，還要和設(shè)備的速度調(diào)節(jié)，控制方式聯(lián)系起來。舞臺機械常用的驅(qū)動方式為電機驅(qū)動和液壓驅(qū)動 ［3］ 。本機構(gòu)采用電機驅(qū)動。電機驅(qū)動就是電機拖動生產(chǎn)機械，又稱電機傳動。電機傳動是當(dāng)前各種傳動方式中應(yīng)用最多的方式。一方面，因為電能的生產(chǎn)，輸送和分配比較方便，電動機的類型和規(guī)格很多，性能各異，可以充分滿足各類生產(chǎn)機械的需要；另一方面，電動機易于控制，便于實現(xiàn)自動化，尤其近幾十年來，隨著計算機技術(shù)，電力電子技術(shù)等自動化控制技術(shù)的發(fā)展，各種復(fù)雜的先進的電力拖動自動控制系統(tǒng)也得到了迅速發(fā)展。大大提高了生產(chǎn)機械的生產(chǎn)性能和自動化水平。電機傳動不僅包括拖動生產(chǎn)機械的電動機，而且還包含控制電動機的一整套控制系統(tǒng)。在機電傳動系統(tǒng)中，電動機可以直接由電網(wǎng)供電。此機構(gòu)的機電傳動系統(tǒng)圖由（圖 2-1）所示的幾部分組成。圖 2-1 機電傳動系統(tǒng)組成3 課題設(shè)計要求設(shè)計一個可實現(xiàn)自由旋轉(zhuǎn)、升降的舞臺，主要技術(shù)參數(shù)：(1) 舞臺直徑：￠3.0m(2) 行程（相對于舞臺面）：2.0m(3) 升降速度：0.04m/s(4) 靜載荷：4kN/㎡(5) 動載荷：2kN/㎡。其中包括：確定總體方案，并進行分層實體制造設(shè)備相關(guān)部件的選型與計算；UG 對設(shè)備進行三維造型；生成裝配圖，部裝圖以及主要零件圖；撰寫畢業(yè)設(shè)計說明書。4 總體方案的設(shè)計4.1 升降運動的設(shè)計傳動方案應(yīng)該首先滿足工作機的工作要求，如所傳遞的工作要求，例如所傳遞的功率和轉(zhuǎn)速，此外，還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊，成本低，傳動效率高，工作可靠，環(huán)境適應(yīng)和操作維護方便等要求往往比較困難。因此應(yīng)該根據(jù)具體的設(shè)計任務(wù)統(tǒng)籌兼顧，有側(cè)重地保證主要的設(shè)計要求。在多級傳動中，各類傳動機構(gòu)的布置順序不僅會影響傳動的平穩(wěn)性和傳動效率而且對整個傳動裝置的結(jié)構(gòu)尺寸也有很大的影響，因此，應(yīng)該根據(jù)各類傳動機構(gòu)的特點合理布置，使各類傳動機構(gòu)充分發(fā)揮其優(yōu)點 ［4］ 。本套升降系統(tǒng)由于行走裝置采用鋼絲繩傳動，因為鋼絲繩傳動承載能力高，傳動平穩(wěn)，緩沖吸震能力強，一般不止在低速級。采用鋼絲繩傳動雖然行走裝置不能夠精準(zhǔn)的定位，但是已經(jīng)可以滿足對定位的要求。 （如圖 4-1 所示） 。根據(jù)實際情況分析，升降采用卷揚機鋼絲繩升降，為了保障運動的同步性和安全性，采用一臺雙制動的電機并且在舞臺臺架的底部放置雙向?qū)к?。升降部分主要由電機、減速器、卷筒、滑輪和舞臺臺架組成，如圖 4 所示，電機 5驅(qū)動—減速器 4 減速—聯(lián)軸器 3 連接軸—卷揚機 2 旋轉(zhuǎn)—鋼絲繩 1 伸縮—通過滑輪 7—舞臺 6 運動。1—鋼絲繩 2—卷筒 3—聯(lián)軸器 4—減速器 5—電機 6—舞臺 7—滑輪 8—配重圖 4-1 舞臺升降方案4.2 旋轉(zhuǎn)舞臺的運動設(shè)計旋轉(zhuǎn)機構(gòu)方式可分為，摩擦傳動方式、齒輪傳動方式、等等一些機構(gòu)。齒輪傳動是一種成本比較低、但是工藝結(jié)構(gòu)性能又比較好 、經(jīng)濟實用的傳動機構(gòu)。所以選用齒輪傳動。因為旋轉(zhuǎn)舞臺是疊加在升降舞臺上，所以為了能使舞臺旋轉(zhuǎn)在升降舞臺上安裝有導(dǎo)向輪，為了使旋轉(zhuǎn)舞臺運動平穩(wěn)也需要把旋轉(zhuǎn)舞臺的中心軸固定在升降舞臺上。旋轉(zhuǎn)部分主要由電機、減速器、小齒輪、大齒輪、裝盤組成，如圖4-2，電機 1 驅(qū)動 —減速器 3 減速—小齒輪 5 轉(zhuǎn)動—大齒輪 6 轉(zhuǎn)動—軸 7 轉(zhuǎn)動—轉(zhuǎn)盤 8 轉(zhuǎn)動。1—電機 2 —軸 3—減速器 4—軸 5—小齒輪 6—大齒輪7—中心軸 8—轉(zhuǎn)盤 9—升降舞臺 10—導(dǎo)向輪 11—軸承圖 4-2 舞臺旋轉(zhuǎn)方案4.3 其他結(jié)構(gòu)設(shè)計為了減輕舞臺的重量，整體臺架采用的結(jié)構(gòu)是桁架結(jié)構(gòu)，是由矩型的方管采用拼焊、鉚接的方法而成，整體架體不僅美觀大方，而且剛度好，重量輕。為了降低電動機的負(fù)載需要給升降舞臺加上配重如圖 4 中配件 8 所示。設(shè)備機構(gòu)設(shè)計及傳動部件設(shè)計安全系數(shù)均高于《機械設(shè)計手冊》及國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)要求；電動機和制動器都應(yīng)該采用比設(shè)計本身所得的高一級匹配設(shè)計，因為要保證舞臺的安全性，所以需要增大電機的制動力矩。在各預(yù)停點行程位置均設(shè)置有控制回路行程保護和主回路極限保護，過載保護等保證精度、安全裝置。5 關(guān)鍵部件的設(shè)計及選型5.1 升降部分的部件設(shè)計及選型上面已經(jīng)給出了升降運動的方案，電動機經(jīng)過減速器后，再經(jīng)過減速器的輸出軸帶動卷筒，卷筒帶動鋼絲繩，鋼絲繩帶動舞臺臺架子上下升降 ［5］ 。下面是對電機、減速器、鋼絲繩、卷筒和滑輪的計算及選擇。5.1.1 升降部分電機的選型計算舞臺機械的運動形式可能有很多種，但是絕大部分都是電力驅(qū)動而且常規(guī)的都是旋轉(zhuǎn)電機拖動。為了使樂池平臺勻速上升下降，應(yīng)該初選變頻調(diào)速三相異步電動機。本課題選擇電動機型號為 QABP90L4A 變頻調(diào)速電機。QABP 系列變頻調(diào)速電機有很多的有點，因為該電機不僅是吸收了德國和日本等發(fā)達國家產(chǎn)品上的有點，還使用了計算機輔助設(shè)計技術(shù)進行設(shè)計?？梢愿鷩鴥?nèi)和國外同一類型的變頻裝置進行配套，互換性、通用性特別的強。電機的結(jié)構(gòu)采用的是穩(wěn)定的鼠籠型結(jié)構(gòu)，這樣能夠繼承運行可靠，維護方便的優(yōu)點。該系列的電機裝有單獨軸流風(fēng)機，用來保證該系列的電機在不同轉(zhuǎn)速下都可以獲得比較好的冷卻效果。所選型號電動機的各項參數(shù)如下：具體參數(shù)下如表 5-1.表 5-1 電機的型號電機型號 標(biāo)稱功率/Kw額定電流A功率因素 額定轉(zhuǎn)矩N.M額定轉(zhuǎn)速r/minQABP 90L4A1.5 4.06 0.73 9.6 1425選擇該系列的電機的原因是因為該電機是雙制動電機，這個型號的電機有兩個輸出軸，因為舞臺實現(xiàn)升降的過程中對位置的要求比較高，所以需要迅速的停下來，因此需要一個制動器與電機相連，在舞臺達到理想位置時，迅速制動。電機的功率計算，根據(jù)上面舞臺所提供的要求，舞臺升降的速度為0.04m/s，動載荷為 2KN/m2。因為所給出的電動機為穩(wěn)定載荷連續(xù)運轉(zhuǎn)的的機械，而且傳遞功率比較小，所以只需要使電動機的額定功率 Pcd 等于或者稍大于電動機的實際輸出功率Pd，即 pca pd 就可以了 ［ 6］ ?？刂粕档墓ぷ鳈C所需要的功率 pw 是由升降工作舞臺的工作阻力 F 和升降運動速度 v 確定，計算公式為Pw=Fv/(1000?w)其中；F—是升降機的工作阻力（N ）;V---是舞臺的升降速度；ηw—是工作機的效率，根據(jù)工作機的類型確定；F=2000x .r2=14.137KNV=0.04m/s根據(jù)鋼絲繩的傳動，查機械手冊可以知道卷繩輪的下效率 η w=0.95［7］ 。因為電機出來減速器減速器的傳動效率是 η 1=0.81，然后是聯(lián)軸器，聯(lián)軸器的選用的是彈性聯(lián)軸器查機械設(shè)計手冊可以知道效率 η 2=0.99，因為軸比較長所所以需要軸承，因為軸既承受軸向的力，又承受徑向的里，所以選用滾子軸承查機械設(shè)計手冊可以知道一對滾子軸承 η 3=0.99；，所以總效率η a=η 1Xη 22Xη 32η a=0.912把以上結(jié)果代入公式中得Pw=0.595 KW電動機的輸出功率 pd 為P d =Pw/ηa=0.652KW為了保障安全，選用的安全系數(shù)為 2，所以所需要的電機功率為 2 P d=1.30KW，電機的額定功率大于 Pcd 略大于 2Pd 所以選擇的電機功率適合。5.1.2 制動器的選型因為升降舞臺具有周期性和間歇性的工作特點，所以使的舞臺機械的的升降的機構(gòu)經(jīng)常處在很頻繁的啟動和很頻繁的制動狀態(tài)下，因為這個原因，制動器成為了升降舞臺設(shè)備里面，不能夠被缺少的一個很重要的部分。制動器，它既是一個控制裝置，又是保證升降舞臺的一個安全裝置，制動器的好壞，是安全檢查的重點。制動器的工作原理是通過讓摩擦副產(chǎn)生摩擦產(chǎn)生最后產(chǎn)生制動作用。根據(jù)工作的需要，有時是將運動的動能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能消耗掉，使機構(gòu)休止運動；有時是通過靜摩擦力進行平衡，使機構(gòu)仍然保持原來的靜止?fàn)顟B(tài)。其結(jié)構(gòu)的特點是：制動器摩擦副中的一組與固定機架相連；另外的一組與機構(gòu)的滾動軸相連。一旦摩擦副開始接觸就會壓緊力，就會產(chǎn)生制動的作用；當(dāng)摩擦副分離的時候，制動作用就會自己解除，機構(gòu)便可以再次的運動。制動器具有以下作用：（1）支持作用：使原來靜止物體或著是機構(gòu)保持靜止?fàn)顟B(tài)。（2）休止作用：消耗運動部門的動能，通過摩擦副的作用將動能轉(zhuǎn)化為摩擦熱能，使機構(gòu)迅速在一定時間或一定行程內(nèi)休止運動。例如，各個機構(gòu)在運動狀態(tài)下的制動。（3）落重作用：制動力與重力平衡，使運動體以不亂的速度下降。例如，汽車起重機的下坡速行駛。制動器有很多的種類，它按照不同的結(jié)構(gòu)、操作方式可分為以下幾種不同的種類：（1）根據(jù)構(gòu)造不同制動器可分為以下三類：①帶式制動器。制動鋼帶在徑向環(huán)抱制動輪而產(chǎn)生制動力矩。②塊式制動器。兩個對稱布置的制動瓦塊，在徑向抱緊制動輪而產(chǎn)生制動力矩。③盤式與錐式制動器。帶有摩擦襯料的盤式和錐式金屬盤，在軸向互相貼緊而產(chǎn)生制動力矩。（2）按操縱的情況，可以把制動器劃分為下面三種：①常閉式制動器。只要機構(gòu)不工作，制動器就一直處在閉合的狀態(tài)；當(dāng)機構(gòu)的驅(qū)動能源一接通時，機構(gòu)就會首先將制動器打開，機構(gòu)就可以正常工作。②常開式制動器。制動器常常處于松開狀態(tài)，隨時可以根據(jù)需要施加上閘力，產(chǎn)生制動力矩，使制動器制動。③綜合式制動器。它具有常開式，在制動器松開時可利用操作杠桿隨意進行制動，也具有常閉式，在機構(gòu)不工作時制動器可靠制動的功能。由于電力液壓塊式制動器廣泛用于起重、冶金、礦山、港口、碼頭、建筑機械等機械驅(qū)動裝置的減速或停車制動。其具有以下特點：(1)聯(lián)鎖式等退距裝置，在使用過程中始終保持兩側(cè)瓦塊退距均等，避免因退距不均使一側(cè)制動襯墊浮貼制動輪現(xiàn)象。（2）性能安全可靠，制動平穩(wěn)，動作頻率高。(3)主要擺動鉸點設(shè)有自潤滑軸承，傳動效率高、壽命長，在使用過程中無需潤滑。(4)無石棉制動襯墊與制動瓦塊采用卡裝插入式。安全可靠，更換方便、快揵。鑒于電力液壓塊式制動器的以上特點，本次課題運用經(jīng)驗法選用 YWZ13-240/E80 型焦作制動器應(yīng)為該型號的制動力矩完全完全滿足要求，而且退矩為1.2mm 完全滿足可以滿足制動距離上的要求。如圖 4-1 所示。其主要技術(shù)參數(shù)如表 4-2 所示：表 4-2 制動器技術(shù)參數(shù)制動器 匹配推動器 制動力矩（N*m）退矩（mm）重量（kg）制動輪徑（mm）YWZ13-2400/E80 Ed80/6 63～1250 1.2 130 240圖 5-1 制動器5.1.3 鋼絲繩、滑輪和卷筒鋼絲繩、滑輪和卷筒都是起重機械里面重要的零件，在 GB/T 3811—2008對其有很明確的規(guī)定。鋼絲繩的優(yōu)點是；撓性好、強度高，自重輕、卷繞平穩(wěn)無聲，由于鋼絲繩的斷裂是逐漸產(chǎn)生的，一般的情況下是不會發(fā)生整根斷裂，因為這個原因所以工作的時侯，安全性和可靠性都是比較高 ［8］ 。（1）鋼絲繩選用的原則當(dāng)起重機進行危險的物品裝卸時，或者吊運大件物品、重要設(shè)備，并且對人生安全及其可靠性有較高要求時，應(yīng)采用 GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》中規(guī)定的鋼絲繩。鋼絲繩的選擇應(yīng)滿足規(guī)定的最低要求。鋼絲繩使用的前提是:所選用的鋼絲繩出廠已得到正確的潤論，滑輪和卷筒的卷繞直徑都應(yīng)當(dāng)適當(dāng)。當(dāng)起重機進行危險裝卸時，應(yīng)該按照比該類起重機升降常用機構(gòu)的工作級別高一級的機構(gòu)來選擇鋼絲繩、滑輪和卷筒的卷繞直徑。（2）鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選擇選用先接觸鋼絲繩時，對起升高度很大。吊鉤組倍率很小的起重機，宜采用多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩；當(dāng)鋼絲繩在腐蝕較大的環(huán)境工作時，應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩 ［9］ 。舞臺起重機械吊掛用鋼絲繩常選用線性接觸。其中，點吊機必須選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，且在同等工作強度下應(yīng)該選用高一級的工作級別；由于舞臺機械起重吊掛設(shè)備的鋼絲繩都是多吊點，且最大的形成不超過 50 米，故除點吊機外，其他設(shè)備一般都不適合采用不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩。在一般的演出環(huán)境下都應(yīng)該選用鍍鋅鋼絲繩。（3）鋼絲繩的選擇計算鋼絲繩承受載荷時，繩中的應(yīng)力狀態(tài)是很復(fù)雜的，有拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、擠壓和摩擦等同時作用，要精確的計算其實是非常困難的。但是試驗證明，鋼絲繩的主要破壞是由鋼絲繩內(nèi)摩擦和疲勞造成的，所以鋼絲繩的壽命主要取決于鋼絲繩中的應(yīng)力值和它所繞過的直徑以及它在卷筒和滑輪上彎折的次數(shù)。鋼絲繩在工作過程中除了承受靜載荷外還有動載荷的作用，但是影響鋼絲繩的壽命的主要因素是靜載荷，因此以靜載荷為經(jīng)行計算的依據(jù) ［10］ 。鋼絲繩的直徑 d（mm ）由下式確定式子中 S---鋼絲繩承受的最大工作靜拉力，單位是 kN；c---選擇安全系數(shù)，取值與機構(gòu)的工作級別有關(guān)系，參考相關(guān)資料選取；通過已知的靜載荷 4KN/m2 和舞臺直徑 3m，以及配重和自重可以計算出 SS=4000 +8-22S=14.274KN鋼絲繩的最小安全系數(shù)，如下表 5-2表 5-2 鋼絲繩最小安全系數(shù)鋼芯鋼絲繩機構(gòu)工作級別 …… M5 M6 M7 M8靜態(tài)繩 4.5 5.6 7.10 9.00安全系數(shù) 動態(tài)繩 4.0 4.5 5.00 5.00選工作級別為第五級，搜易安全系數(shù)的值 c＝4.5把 S 和 c 代入上公式中得d=c =4.5 =24mm所以采用直徑為 25mm 的線性接觸鋼絲繩。(４)滑輪和卷筒的的卷繞直接的設(shè)計在卷揚機中，卷筒是重要的部件，它的作用是收放鋼絲繩，驅(qū)動工作裝置運動。卷筒的主要尺寸有：直徑Ｄ(mm)、長度 L（ mm） 、繩槽尺寸（mm ） 、和壁厚 （ mm） 。卷筒直徑，由卷繞在卷筒上的鋼絲繩中心算起的卷筒直徑 D0(mm)，稱為卷筒的計算直徑。為保證鋼絲繩有足夠的使用壽命，卷筒的計算直徑不適合太?。?1］ 。但是從傳動裝置受力考慮，卷筒的直徑小些對傳動裝置有利。因為在起重負(fù)載和起升速度不變的情況下，卷筒直徑小一些，可以使傳動裝置的驅(qū)動力矩減小，基于上述的考慮，規(guī)定了卷筒的直徑下線為D0min式子里，h--- 根據(jù)機構(gòu)的的舞臺機械的工作級別選取的，建議 h 20；d---鋼絲繩的直徑，單位是 mm；根據(jù)表 5-3 查 h 在不同級別得到不同的參數(shù)表 5-3 h 的選擇機構(gòu)工作級別 …… M5 M6 M7 M8卷筒 h1 18 20 22.40 25.00滑輪 h2 20 22.4 25.00 28.00選取工作等級為第五等級，但是因為 h 的值建議是大于 20，所以取 h=20，D0min=20*25=500所以卷動的直徑 D 可以近似的取為 D=500 mm卷筒槽底直徑 D 底（mm ）按下式計算確定D 底 =(h-1)dD 底 =475 mm繩槽尺寸卷筒的表面的的繩槽尺寸如下表 5-3，可以根據(jù)鋼絲繩的直徑 d（mm）參考經(jīng)驗公式確定：表 5-4 繩槽的尺寸R 0.55d；C1=0.3d；標(biāo)準(zhǔn)槽C2=0.6d，深槽T1=d+(2~4)mm，標(biāo)準(zhǔn)槽T2=d+(6~8)mm，深槽R=14mmC1=7.5mm，標(biāo)準(zhǔn)槽；C2=15mm，深槽；lT1=27mm，標(biāo)準(zhǔn)槽；T2=31mm，深槽。卷筒的長度因為升降舞臺的升降行程是 2m，所以在卷筒上的活動鋼絲繩必須大于 4 米，因為卷筒上有兩股鋼絲繩，因為鋼絲繩的尾端需要固定在卷筒上，所繞在卷筒上的鋼絲繩總長度應(yīng)該不小于 28m 在舞臺整體安裝的時候，可以在底部慢慢的升上去，所以卷筒的長度應(yīng)該去長度為 L=550mm。鋼絲繩固定在卷筒上有兩種方法，一種是壓板固定法，壓板固定結(jié)構(gòu)簡單，鋼絲繩更換方便，且安全可靠，應(yīng)用廣泛，它的確定是在卷筒上占用你較大的空間。還有一種是揳塊固定，這是一種較好的固定方法，牢固可靠，拆卸方便，且卷筒尺寸緊湊可用于多層卷繞卷筒。本次的課題設(shè)計采用的是壓板固定。最后卷筒材料的選擇根據(jù)卷筒的材料是根據(jù)承受載荷和卷筒毛坯的制造方法而定的。對于生產(chǎn)批量的較大的的產(chǎn)品，可以采用鑄造的方法制造，其材質(zhì)為不低于 HT200；對于承受較大載荷的卷筒，可以采用 ZG230-450、ZG270-500 鑄造而成或采用20、25、30 無縫鋼管焊接而成。因為本次設(shè)計的載荷偏大，所以卷筒的選材為ZG230。根據(jù)以上的計算結(jié)果，可以根據(jù) JB/T 9005 中規(guī)定的模式鑄造。Jingguo（5）滑輪的設(shè)計滑輪直徑為了減小鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，提高鋼絲繩的使用壽命，滑輪直徑的與鋼絲繩直徑之間的關(guān)系必須滿足如下的條件式子里，D 0min---按鋼絲繩中心計算的滑輪最小卷繞直徑，單位為 mm；d---鋼絲繩的直徑，單位為 mm；h---與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。根據(jù)舞臺機械的級別建議選取 h ；查表 4-3 可以知道，選取工作等級為第五等級，h=20，滿足 h 的要求。為此D0min hd=20*24=480mm混論的槽底直徑 D（mm ）的計算如下D=（h-1 ）d得到D=456mm繩槽的尺寸滑輪的繩槽尺寸直接影響著鋼絲繩能否正常的工作和鋼絲繩的使用壽命。為此，對滑輪的繩槽的基本要求如下。保證鋼絲繩能順利的繞過并且有足夠大的接觸面積。允許鋼絲繩在槽內(nèi)有一定的傾斜，以免鋼絲繩與槽產(chǎn)生摩擦甚至跳槽。鋼絲繩繞過滑輪的時候要產(chǎn)生橫截面積變扁，故滑輪的半徑應(yīng)稍微大于鋼絲繩的半徑。滑輪的緣槽要有足夠的強度，以免鋼絲繩的偏斜側(cè)向力作用使槽緣破碎。鋼絲繩與兩側(cè)要有適當(dāng)?shù)膴A角，通常約為 35 ~55 .所以滑輪的槽半徑由下式確定所以r=16所以根據(jù)計算的結(jié)果，可以根據(jù) JB/T 9005《起重機用鑄造滑輪》的中的規(guī)定型號鑄造。5.1.4 減速器的選擇本次設(shè)計的減速器放在最后的選擇的原因是，我們需要相對鋼絲繩進行選擇，通過負(fù)載進行計算而鋼絲繩又關(guān)系到卷筒直徑的大小，卷筒的直徑跟鋼絲繩的運動成正比的關(guān)系，所以會對傳動比有很大的影響。因為卷筒的直徑越大，在同樣轉(zhuǎn)速的前提下，卷筒上鋼絲繩的輸出速度也越大。卷筒的工作轉(zhuǎn)速，根據(jù)上述已知的前提升降舞臺的升降速度是 0.04m/s，和已經(jīng)經(jīng)過計算獲得卷筒的直徑 D = 500mm。計算卷筒工作轉(zhuǎn)速的公式如下將以上的參數(shù)代入式子中得n =60*1000*0.04/（500 ）= 1.527r/min減速器的減速比 i 的計算其中 n0---是電機的輸出速度；n---是卷筒的工作轉(zhuǎn)速；將 n0=1425 r/min 和 n=1.527 r/min 代入式子中得i=593.75因為傳動已經(jīng)知道了，所以電機的選擇的其中一個標(biāo)注就會是 i=593.75，選擇減速器還有一個標(biāo)準(zhǔn)就是，因為我們在方案里已經(jīng)確定是雙軸輸出的電機，所以不僅減速器要達到算出來的傳動比，也應(yīng)該是雙軸輸出的，只要可以滿足這兩個要求就可以了。減速器使用歐邁特公司生產(chǎn)的 MTJ 系列產(chǎn)品。MTJ 系列減速機，采用兩對斜齒輪和一對螺旋錐齒輪傳動，使輸入和輸出呈直角。螺旋錐齒輪傳動，重合系數(shù)大、承載力強、傳動平穩(wěn)可靠。齒輪均采用合金鋼滲碳淬火，齒輪硬度高，耐磨性好。結(jié)構(gòu)形式多樣可與 MTD 系列、MTB 系列組合輸出轉(zhuǎn)速低、扭矩大。具體機型號為 MTJ97。減速器的各項參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)數(shù) 2.4r/min輸出轉(zhuǎn)矩：5165N.m減速器傳動比：593.755.1.5 聯(lián)軸器的選型雖然減速器安裝按理可以與輸出軸完全的對其，但是因為對傳動軸沒有特別的的要求，所以兩軸不需要能嚴(yán)格對齊，故采用彈性聯(lián)軸器，彈性柱銷式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，傳遞力矩能力強，便于制造維修，耐久性好等優(yōu)點適用于鏈接啟動及換向頻繁的傳遞力矩比較大的中、低速軸系中。彈性柱銷式聯(lián)軸器的柱銷材料為尼龍，由于柱銷與柱銷孔為間隙配合，而且柱銷富有彈性，因而具有補償兩軸相對位移和緩沖的性能 ［12］ 。為了能改善圓柱銷與柱銷孔的接觸條件和補償性能，柱銷的一端制作成鼓形，而且柱銷兩端裝有擋板，可以防止柱銷脫落，另外由于尼龍柱銷對溫度比較敏感，所以這種聯(lián)軸器的工作溫度必須在-20~70 攝氏度范圍內(nèi)。減速器-傳動軸聯(lián)軸器聯(lián)軸器需要傳遞的轉(zhuǎn)矩應(yīng)該是考慮慣性力矩和過載時的最大轉(zhuǎn)矩，一般很難精確確定常用計算轉(zhuǎn)矩 Te 來代替。計算轉(zhuǎn)矩按以下公式計算：Te=KT；T：聯(lián)軸器的傳遞工作轉(zhuǎn)矩；K：工作情況系數(shù)；K 取 1.3nP950?P：電動機輸出功率；n：電動機滿載轉(zhuǎn)速；帶入公式得：T=7319.2N·m；Te=9583.5N·m；查機械設(shè)計手冊查的 LX7 彈性柱銷聯(lián)軸器公稱轉(zhuǎn)矩為 11200N·m，許用最大轉(zhuǎn)速為 2360r/min，軸頸在 80mm~130mm 之間，一般減速器用聯(lián)軸器可不必進行強度計算，故可選。型號為： ０ ２Ｇ Ｂ ４ ３ ２ ３ － ２ ０１ １ ２ Ｃ ４ ２聯(lián) 軸 器 ?Z82C30 3LX5.1.6 平衡重采用平衡重的原因是舞臺升降時外載荷較大，為了降低降低鋼絲繩的載荷，同時也為了盡可能降低驅(qū)動電機的驅(qū)動功率，提高機械機械系統(tǒng)的操作性能。所以本課題需要在舞臺左右兩側(cè)各設(shè)置一套平衡重系統(tǒng)。平衡重系統(tǒng)包括鋼絲繩、定滑輪和平衡重塊三部分。鋼絲繩一端固定在側(cè)板上的鋼絲繩連接座上，一端固定在配重塊上，中間通過定滑輪連接 ［13］ 。定滑輪起到改變里的方向的作用，當(dāng)舞臺上升時，配重塊給舞臺提供向上的拉力；當(dāng)舞臺下降時，配重塊提供向上的拉力，防止舞臺下降時速度過快。這樣可以減少驅(qū)動系統(tǒng)中電動機的功率，減小鋼絲繩的載荷，提高升降舞臺的控制性及安全性。為了降低制造成本，平衡重塊通常采用鑄鐵材料，考慮到搬運，安裝方便，單塊平衡重塊的重量不宜超過 30kg。一般情況下，平衡重箱體與升降舞臺之間采用鋼絲繩連接，按照功率最小的設(shè)計原則，平衡重總重量為升降舞臺自重和動載荷總和的一半。已知升降舞臺的動載荷的載荷系數(shù)是 2kN/m2，所以根據(jù)已知升降舞臺的直徑為舞臺直徑：￠3.0m，所以動載荷 F1=14.137KN舞臺的總重量包括升降舞臺自身的重量和電機減速器的重量，按照一般的估算為 F2=8KN所以本次課題平衡重塊重量 F3=F1+F2=14.137+8=22.137KN。鋼絲繩的選擇（1）鋼絲繩的選用原則當(dāng)起重機進行危險的物品裝卸時，或者吊運大件物品、重要設(shè)備，并且對人生安全及其可靠性有較高要求時，應(yīng)采用 GB 8918-2006《重要用途鋼絲繩》中規(guī)定的鋼絲繩。鋼絲繩的選擇應(yīng)滿足規(guī)定的最低要求。鋼絲繩使用的前提是:所選用的鋼絲繩出廠已得到正確的潤論，滑輪和卷筒的卷繞直徑都應(yīng)當(dāng)適當(dāng)。當(dāng)起重機進行危險裝卸時，應(yīng)該按照比該類起重機升降常用機構(gòu)的工作級別高一級的機構(gòu)來選擇鋼絲繩、滑輪和卷筒的卷繞直徑。（2）鋼絲繩結(jié)構(gòu)形式的選擇選用先接觸鋼絲繩時，對起升高度很大。吊鉤組倍率很小的起重機，宜采用多層股不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩；當(dāng)鋼絲繩在腐蝕較大的環(huán)境工作時，應(yīng)采用鍍鋅鋼絲繩舞臺起重機械吊掛用鋼絲繩常選用線性接觸。其中，點吊機必須選用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩，且在同等工作強度下應(yīng)該選用高一級的工作級別；由于舞臺機械起重吊掛設(shè)備的鋼絲繩都是多吊點，且最大的形成不超過 50 米，故除點吊機外，其他設(shè)備一般都不適合采用不旋轉(zhuǎn)的鋼絲繩。在一般的演出環(huán)境下都應(yīng)該選用鍍鋅鋼絲繩。（3）鋼絲繩的選擇計算鋼絲繩承受載荷時，繩中的應(yīng)力狀態(tài)是很復(fù)雜的，有拉伸、彎曲、扭轉(zhuǎn)、擠壓和摩擦等同時作用，要精確的計算其實是非常困難的。但是試驗證明，鋼絲繩的主要破壞是由鋼絲繩內(nèi)摩擦和疲勞造成的，所以鋼絲繩的壽命主要取決于鋼絲繩中的應(yīng)力值和它所繞過的直徑以及它在卷筒和滑輪上彎折的次數(shù)。鋼絲繩在工作過程中除了承受靜載荷外還有動載荷的作用，但是影響鋼絲繩的壽命的主要因素是靜載荷，因此以靜載荷為經(jīng)行計算的依據(jù)。鋼絲繩的直徑 d（mm ）由下式確定式子中 S---鋼絲繩承受的最大工作靜拉力，單位是 kN；c---選擇安全系數(shù)，取值與機構(gòu)的工作級別有關(guān)系，參考相關(guān)資料選取；通過已知的配重載荷就可以知道 S=F3S=26.137KN鋼絲繩的最小安全系數(shù)，如下表 4-2鋼芯鋼絲繩機構(gòu)工作級別 …… M5 M6 M7 M8靜態(tài)繩 4.5 5.6 7.10 9.00安全系數(shù) 動態(tài)繩 4.0 4.5 5.00 5.00表 4-2 鋼絲繩最小安全系數(shù)選工作級別為第五級，搜易安全系數(shù)的值 c＝4把 S 和 c 代入上公式中得d=c =4.5 =18.8mm所以采用直徑為 19mm 的線性接觸鋼絲繩。滑輪的選擇（4）滑輪的設(shè)計滑輪直徑為了減小鋼絲繩的彎曲應(yīng)力，提高鋼絲繩的使用壽命，混論直徑的與鋼絲繩直徑之間的關(guān)系必須滿足如下的條件式子里，D 0min---按鋼絲繩中心計算的滑輪最小卷繞直徑，單位為 mm；d---鋼絲繩的直徑，單位為 mm；h---與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù)。根據(jù)舞臺機械的級別建議選取 h ；查表 4-3 可以知道，選取工作等級為第五等級，h=20，滿足 h 的要求。為此D0min hd=20*18=360mm混論的槽底直徑 D（mm ）的計算如下D=（h-1 ）d得到D=342mm繩槽的尺寸滑輪的繩槽尺寸直接影響著鋼絲繩能否正常的工作和鋼絲繩的使用壽命。為此，對滑輪的繩槽的基本要求如下。保證鋼絲繩能順利的繞過并且有足夠大的接觸面積。允許鋼絲繩在槽內(nèi)有一定的傾斜，以免鋼絲繩與槽產(chǎn)生摩擦甚至跳槽。鋼絲繩繞過滑輪的時候要產(chǎn)生橫截面積變扁，故滑輪的半徑應(yīng)稍微大于鋼絲繩的半徑?；喌木壊垡凶銐虻膹姸龋悦怃摻z繩的偏斜側(cè)向力作用使槽緣破碎。鋼絲繩與兩側(cè)要有適當(dāng)?shù)膴A角，通常約為 35 ~55 .所以滑輪的槽半徑由下式確定所以r=10 mm所以根據(jù)計算的結(jié)果，可以根據(jù) JB/T 9005《起重機用鑄造滑輪》的中的規(guī)定型號鑄造。5.2 旋轉(zhuǎn)部分的部件設(shè)計及選型旋轉(zhuǎn)部分的的傳動在第三章傳動方案里已經(jīng)闡述了，電機經(jīng)過減速器經(jīng)過小齒輪再經(jīng)過大齒輪，然后帶動轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)運動。5.2.1 旋轉(zhuǎn)電機的選擇在本次的課題當(dāng)中，沒有給出旋轉(zhuǎn)舞臺的速度，因為旋轉(zhuǎn)舞臺的速度是可變的，為了滿足舞臺下面的觀眾對表演的需要，可以根據(jù)當(dāng)時的環(huán)境和氣氛隨時控制旋轉(zhuǎn)速度的大小，因此普通的 Y 型電機就不考慮了，因此本次課題設(shè)計選用的電機是伺服電機（sm 電機） 。因為任務(wù)書里給的工作機構(gòu)是平穩(wěn)的載荷連續(xù)運載的機械，并且傳遞的功率比較小，故主要電動機的的額定功率故只需要使電動機的額定功率 Pcd 等于或者稍大于電動機的實際輸出功率 Pd，即 pca pd 就可以了，不需要對電動機進行熱平衡計算和啟動力矩校核。升降工作機所需要的功率 pw 是由升降工作舞臺的工作阻力 F 和升降運動速度 v 確定，計算公式為Pw=Fv/(1000?w)其中；F—是升降機的工作阻力（N ）;V---是舞臺的旋轉(zhuǎn)速度；ηw—是工作機的效率，根據(jù)工作機的類型確定；根據(jù)舞臺的載荷可以計算 F=4000x .r2=28.274KN，在課題里對舞臺的旋轉(zhuǎn)沒有提出具體的要求，但是處于安全和演員的舒適度考慮，旋轉(zhuǎn)的舞臺的速度，不適合特別大，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)一般的旋轉(zhuǎn)舞臺的邊緣旋轉(zhuǎn)速度都在 0~0.4m/s 之內(nèi)，所以為了滿足舞臺最大的要求，選最大的速度算V 平 0. 4/2=0.2m/sη W 的計算，電動機出來是減速器，減速器的傳動效率是 η 1=0.91，然后是齒輪嚙合，齒輪嚙合選用圓柱齒輪七級傳動查機械設(shè)計手冊可以知道效率η w=0.98，因為有軸所以需要軸承，因為軸既承受軸向的力，又承受徑向的里，所以選用滾子軸承查機械設(shè)計手冊可以知道一對滾子軸承 η 2=0.99；，所以總效率 η w=η 1 Xη 23η a=0.833把以上結(jié)果代入公式中得Pw=0.572 KW電動機的輸出功率 pd 為P d =Pw/ηa=0.688W為了保障安全，選用的安全系數(shù)為 1.5，所需要的電機功率為 1.5 P d=1.032KW，所以選擇的電機功率適合。因為考慮到旋轉(zhuǎn)舞臺的需要展現(xiàn)的特效，所以電機是伺服電機，電機的型號如下電機型號 標(biāo)稱功率/Kw額定電流A功率因素 額定轉(zhuǎn)矩N.M額定轉(zhuǎn)速r/minSM90 1.1 4.06 0.73 6.9 14005.2.2 減速器的選擇減速器使用歐邁特公司生產(chǎn)的 MTJ 系列產(chǎn)品。MTJ 系列減速機，采用兩對斜齒輪和一對螺旋錐齒輪傳動，使輸入和輸出呈直角。螺旋錐齒輪傳動，重合系數(shù)大、承載力強、傳動平穩(wěn)可靠。齒輪均采用合金鋼滲碳淬火，齒輪硬度高，耐磨性好。結(jié)構(gòu)形式多樣可與 MTD 系列、MTB 系列組合輸出轉(zhuǎn)速低、扭矩大。具體機型號為 MTJ47a。減速器的各項參數(shù)如下：輸出轉(zhuǎn)數(shù)：25 r/min輸出轉(zhuǎn)矩：408N.m減速器傳動比：57.106 其他重要部位的詳細(xì)設(shè)計6.1 舞臺臺架的設(shè)計舞臺臺架，應(yīng)該是本次設(shè)計的最大的一個舞臺構(gòu)建，因為舞臺的臺架直接是整個舞臺的的核心，在本次的設(shè)計中，舞臺臺架是連接舞臺升降功能和旋轉(zhuǎn)功能的關(guān)鍵，控制舞臺升降的的運動機構(gòu)在整個大舞臺的最底部，要實現(xiàn)鋼絲的升降，所以需要在舞臺上預(yù)留可以放滑輪的位置，因為要使舞臺平穩(wěn)的升降，所以在舞臺的臺架上需要流出可以安裝四個滑輪的位置，在在實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)功能上，需要解決的的問題是是如何把電機和減速器安裝在臺架上。為了減輕重量，整體臺架采用桁架結(jié)構(gòu)，由矩型方管拼焊、鉚接而成，整體架體剛度好，重量輕、美觀大方。臺架的設(shè)計參數(shù)總體太高 H=2400 mm舞臺的直徑為 D=2770矩形方管的材料為；WJ105F1-0100WZJ在本次的設(shè)計中舞臺架體如圖 5-1 所示。圖 5-1 舞臺架體因為本設(shè)計采用矩形方管，而且外在的負(fù)載力也比較小，所以不需要進行計算。所以舞臺臺架上需要解決電機和減速器的安裝問題，而且還需要考慮中心軸的固定問題，以及在舞臺臺架上需要安裝導(dǎo)向輪，因為在旋轉(zhuǎn)的時候，為了分擔(dān)軸的受力和更好的導(dǎo)向，所以需要安裝導(dǎo)向輪。經(jīng)過分析在舞臺臺架上安裝十個導(dǎo)向輪。所以在舞臺臺加上應(yīng)該有可以這樣的位置安裝。除了上面給出的兩個參數(shù)是必須的其他的可以自己隨意設(shè)計，只要符合設(shè)計時的安全需求就可以。6.2 導(dǎo)向裝置的設(shè)計因舞臺在旋轉(zhuǎn)的過程當(dāng)中，不可能只是靠一根軸承，如果只是依靠一根軸支撐的話，當(dāng)舞臺上的載荷不均勻時，很容易使運動不平穩(wěn)，如果考慮到升降的情況，舞臺上的人和刀具很容易發(fā)生意外，所以需要加上導(dǎo)向的裝置，導(dǎo)向裝置的作用有兩點，第一點是為了導(dǎo)向，使舞臺在旋轉(zhuǎn)的時候，提供一個導(dǎo)向的作用；第二點很重的是，起到支撐的作用，減小舞臺上的力，對軸的作用，添加導(dǎo)向裝置，能夠更好的使旋轉(zhuǎn)運動平穩(wěn)。導(dǎo)向裝置的設(shè)計完成的裝配圖如圖 5-2圖 5-2 導(dǎo)向輪導(dǎo)向示意圖導(dǎo)向裝置的結(jié)構(gòu)有導(dǎo)向輪，軸，軸承，支撐結(jié)構(gòu)，和螺母以及墊圈。因為導(dǎo)向裝置只是起支撐和導(dǎo)向的作用，對于導(dǎo)向裝置沒有太高的技術(shù)要求，所以并不需要自己獨自計算，詳細(xì)的結(jié)構(gòu)可以查考二維裝配圖和零件圖。6.3 齒輪的詳細(xì)設(shè)計因為在旋轉(zhuǎn)的傳動機構(gòu)里面，電機選用的是伺服電機，伺服電機可以通過控制系統(tǒng)控制舞臺的旋轉(zhuǎn)速度，所以在這里就沒有必要再去考慮傳動比的選擇。根據(jù)外在受力情況分析計算，只要滿足要求就可以了。1) 選定齒輪類型、精度等級、材料及齒數(shù)齒輪選擇直齒圓柱齒輪。旋轉(zhuǎn)舞臺為一般工作機械，速度要求不是很高，故選用 8 級精度。材料選擇：因為減速器對傳動尺寸沒有特別的要求，所以采用軟齒面?zhèn)鲃臃绞剑簖X輪與小齒輪的材料均為 45 鋼（調(diào)質(zhì)） ，小齒輪的硬度為 240 HBS，大齒輪的齒面硬度為 210HBS。選擇小齒輪數(shù)選擇為 22，選擇大齒輪為齒數(shù)位 195。齒數(shù)比為 u=z2/z1=195/22=8.8632) 按齒面接觸強度計算 ??32112. ??????????HEdlt ZuKTd??(1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值a.試選載荷系數(shù) .1?tb.轉(zhuǎn)速 n=1400/57.1=24.52r/minc.計算小齒輪傳遞的轉(zhuǎn)矩mNnPT ??????? 4551 102.824.10910.9d.選取齒寬系數(shù) 由于該齒輪傳動傳遞的功率不大，故可取 3.d?e.查取材料的彈性彈性影響系數(shù) 8.19?EZ 21MPaf.按齒面硬度查得齒輪的接觸疲勞強度極限 60lim?H? ag.計算應(yīng)力循環(huán)次數(shù)設(shè)定工作壽命為 15 年，每天工作 4 個小時，則：10.815304????hL74102.6826??hnjNh.取得接觸疲勞壽命系數(shù)為 9.1HNKi.計算接觸疲勞許用應(yīng)力取失效概率為 1％，安全系數(shù) S=1，得：??912605.2lim2 ???SKHN?MPa(2) 計算a.試算齒輪分度圓直徑 ?? mZuKTdHEdlt 8.64561893.25.01428731.2132. 21 ????????????????????????b.計算圓周速度 vsmsmndvt /0.832/10624.58106 ?????m/sc.計算齒寬 bdt 94.4831???d.計算齒寬與齒高之比模數(shù) 2/61?zmtmm齒高 6.35945.2??h mm0631?be.計算載荷系數(shù)查得動載系數(shù)： 5.1vK；直齒輪： ??FH使用系數(shù)： A183.??HK， 09.?F24.183.51????HVAf.按實際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑mKdt 6903.16431g.計算模數(shù) m29041??zmm3) 按齒根彎曲強度設(shè)計??321???????FSadYzKTm??(1) 確定公式內(nèi)的各計算數(shù)值a.查得齒輪的彎曲疲勞強度極限 MPaFE9602?