毕业设计论文高架灯提升装置设计.docx

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1、毕业设计论文高架灯提升装置设计四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 本科生毕业论文 题 目 高架灯提升装置设计 学 院 制造与工程学院 专 业 机械设计及其自动化 教务处制表 二一二年五月二十八日四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 目录 摘要 . 错误！未定义书签。 第1章 绪论 . 1 1.1背景 . 1 1.2国内外现状 . 2 1.2.1国内高架灯现状 . 2 1.2.2真国外高架灯现状 . 3 1.3优缺点 . 4 第2章 总体方案 . 5 2.1设计要求 . 5 2.2 设计参数 . 5 2.3 具体方案 . 6 2.3.1 机械传动方案 . 6 2.3.2 灯盘到顶后自锁

2、方案 . 7 2.3.3 灯架组装方案 . 8 2.3.4 升降装置总方案 . 8 2.4本章小结 . 9 第3章 机械结构设计计算 . 10 3.1 计算灯盘重量 . 10 3.2 挂钩上轴的计算 . 12 3.3选择电动机 . 14 3.4运动学及动力学计算 . 16 3.4.1总传动比计算 . 16 3.4.3.各轴功率计算 . 17 I 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 3.5蜗轮蜗杆设计 . 17 3.5.1.初取值 . 18 3.5.2.中心距计算 . 18 3.5.3.传动基本尺寸 . 18 3.5.4.齿面接触疲劳强度验算 . 19 3.5.5.齿面弯曲疲劳强度验算 .

3、 20 3.5.6.蜗杆轴扰度验算 . 20 3.5.7.温度校核计算计算 . 20 3.5.8.确定涡轮蜗杆基本尺寸 . 20 3.6 圆柱齿轮传动的设计计算 . 22 3.6.1. 选择齿轮材料 . 22 3.6.2. 初步计算 . 22 3.6.3，齿面接触疲劳强度计算 . 22 3.6.4，确定传动主要尺寸 . 24 3.7轴的初步设计计算 . 26 3.7联轴器的选择和轴承 . 27 3.7.1.联轴器选择 . 27 3.8涡轮蜗杆及齿轮结构尺寸 . 27 3.8轴按许用弯曲应力计算 . 29 3.8.1.结构设计 . 30 3.8轴承寿命计算 . 37 3.7选用键并校核 . 38

4、 3.8 本章小结 . 38 第4章 附件设计 . 39 4.1挂钩装置几何形状设计 . 39 II 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 4.2 钢丝绳选用 . 41 4.3 本章小结 . 41 第5章 结论与展望 . 42 5.1 论文总结 . 42 5.1 论文展望 . 43 致 谢 . 44 参考文献 . 45 III 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 第1章 绪论 1.1背景 随着国家现代化建设的陆续推进，城市生活不断改善。人们越来越习惯于夜晚出行，城市夜生活的繁荣成为了一个城市繁荣的象征，路灯作为城市的公共照明设备，既是展示城市形象的窗口，又是塑造城市整体形象的重要元素

5、，它以独特的灯光特效以及多变的款式造型打扮着城市的每一个角落，成为传递城市文化信息的媒介，集中地展现一个城市的文化风貌，令本地城市居民引以自豪，给旅游者美好深刻的印象。很难想象一个寸步难行夜晚城市会得到多少人的青睐。但是随着人们对生活品质的要求不断提高，城市的灯光环境已经不能完全满足人们娱乐、休闲的需求。特别在高速公路，立交桥立交桥、广场、停车场、洗车场、港口、货场、列车编组场、机场停机坪等场所更需要安装照明范围广，能源成本低的大型照明灯，这些灯具的尺寸大.安装高度高，与一般的灯具有着显著的区别，因此市场上就出现了这种能提供大面积照明、大量减少灯杆数量的户外专用灯具装置-高架灯。升降式高架灯由

6、杆体、灯架、升降系统、悬挂系统、照明灯具等部分组成，其中悬挂系统和升降系统尤为重要也比较难于设计，高架灯灯具由灯头、内部灯具电气、杆体及基础部分组成，除非特别使用环境，一般可以从市场上购买到符合要求的灯具。灯杆杆体一般为圆柱型独体结构,用钢板卷制而成,高度为1540米。有了容易升降的高架灯，社会发展和商业竞争的需要得到充分的满足。城市建筑物和公共空间，如城市广场、商业文化街、旅游景观、纪念性建筑、历史建筑、 文化建筑，主要的*办公建筑以及交通建筑等，设计和实施亮化工程， 配以先进的泛光照明设备，展示其夜间丰富多彩、层次清晰、特色鲜明的光形象，建成一些品位高、质量好、与城市形象相适应的光环境场所

7、， 可很好的烘托城市中心区域的庄重、亲切、优雅的格调，使城市具有更 强的时代感，从而增加城市空间的吸引力，充分表现城市环境文化信息及其建筑美学。所以，利用高架灯照明来改善城市夜景观，会对发展城市的旅游观光业、改善居住环境等产生积极的影响，它会给城市带来很大的社会效益。 1 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 1.2国内外现状 1.2.1国内高架灯现状 目前国内高架灯主要采用升降式和非升降式两种类型，非升降高架灯造型比较简单，制造成本远低于升降式高架灯，非升降式高架灯需要使用到工程车，能减少高架灯的设置难度，但是吊运工程车不容易调遣，而且有些地方工程车不一定进得去，像有些立交桥、广场。所以

8、，现在这类高架灯应用较少，而采用升降式的高架灯。但是因为后续的维修，检查中及其不方便，因此仅在25米以下的高架灯中得到部分应用。升降式高架灯由于灯盘可以通过相关控制设备遥控灯盘上升、下降，这种升降方式能够避免临时调遣工程车，使得维修检查比起非升降式高架灯更为方便，在高架灯中得到广泛应用。但是这种升降系统加大了高架灯的重量和对灯杆产生额外的振动，加大了灯杆的强度要求。所以，对这类升降系统要经过精确的设计。国内厂家提供升降系统中使用较多的升降系统主要通过驱动电动机、皮带和齿轮减速机构或涡轮蜗杆、卷扬机等装置来实现灯盘的升降。其具体方案是在升降式高架灯底部的长方形内腔中，安装电动机，电机通过减速器带

9、动卷筒转动，卷筒上装有钢绳，钢绳连接灯架，依靠电机电能与机械能的转化，并经中间传递，减速装置，变为灯盘的重力势能的变化，即灯盘的上下升降现象。此类升降系统在国内普遍采用，但也发生由于卷扬机主轴折断，钢丝绳失效断裂等而引起的灯盘坠落事件。因此，这种升降系统还不是很完善，有待改善。 高架灯因为其使用范围相对传统路灯来说比较少，因此国内专门研究此类照明装置的论文，课题并不是很多，国内厂家在互联网上也只公开产品简单信息。如扬州市金豆照明器材设计的高架灯。 2 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 图1-1 扬州市金豆照明器材设计的高架灯 宁波海洋王照明电器有限公司生产的BGD系列防爆高架灯，能够按

10、照客户的要求去定制。 图2-2 BGD系列防爆高架灯 1.2.2真国外高架灯现状 3 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 国外高架灯的技术相对来说比较成熟，在灯杆制造，升降装置系统制造更为小巧，但又能保证安全，同时高架灯灯具的LED灯需要的是大功率灯泡，现在国内生产企业还达不到要求，仍然需要依靠国外进口。 高架灯一般用于较大场所，而且数量繁多，如果采用人工手动控制需要耗费大量的人力，显然不合适，现在国外一般采用系统的智能控制。 采用智能照明控制系统，可以使照明系统工作在全自动状态，系统将按先设定的若干基本状态进行工作，这些状态会按预先设定的时间相互自动地切换。此外，还可以通过编程随意改变

11、各区域的光照度，以适应各种不同场合要求。智能照明可将照度自动调整到工作最合适的水平。 1.3优缺点 国内高架灯价格相对较为便宜，但由于制造技术相对比较落后，高架灯在使用一段时间后，安全隐患渐渐出现，曾经就出现牵引钢丝绳子断裂的事故，这种事故一旦出现后果相当严重，因为高架灯通常是被安装在人员密集的城市中心区，如果高架灯倒下，或灯盘坠落，伤害范围将会很大。另外有些高架灯由于安装尺寸精度要求较高，首次安装过后，由于外界环境的影响，灯盘、灯架位置发生相对移动，造成之后自动挂托动作难以完成，及其不方便。 高架灯的应用比较少，国外企业在国内基本没有涉足。但他们的先进设计可以给我们的一些思路。 4 四川大学

12、本科毕业设计 高架灯提升装置设计 第2章 总体方案 2.1设计要求 总体要求：操作方便，安全可靠 灯盘升降速度少于0.2m/s。 升降系统设手动升降控制方式，灯盘可以安全可靠地降到离地面，方便维护工作。 操作人员能在5米外遥控灯盘的升降，保证安全。 工作时，要求安全、可靠，提升装置应保证静载时机械自锁，在挂锁机构上附有信号翻板，明确显示挂钩的动作和状态，便于人员操作，同时增加了使用的安全性 2.2 设计参数 灯杆十二角锥形杆体,上小下大，两段并接 灯杆高20m,上口径240mm，下口径500mm 灯杆下部为控制室，开有小门，内装升降机构和电气装置 灯架大致形状 图2-1 灯架形状图 5 四川大

13、学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 2.3 具体方案 2.3.1 机械传动方案 方案1 选择国内比较好的电机，即能够提供转速低，功率大等要求的电动机，然后使用带传动与二级圆柱齿轮减速器传递转矩能量，减速器之后联接卷筒，卷筒带动牵引钢丝绳，钢丝绳拉动灯盘，实现灯盘上下运动。 方案2 选择标准电机，即机械设计手册上的标准电动机，通过联轴器与一级涡轮蜗杆减速器进行动力传递，之后用一级圆柱齿轮与卷筒联接，卷筒带动牵引钢丝绳，钢丝绳拉动灯盘，实现灯盘上下运动。 比较：方案1选择非标准电机，安装尺寸方面受到限制较小，减速器设计更为方便，但成本较高。使用方案二成本较低，但设计难度较第一种方案更高。 综合考虑

14、选择第二方案，完成效果如图所示。 图2-2 传动方案效果图 6 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 2.3.2 灯盘到顶后自锁方案 方案1 挂钩翻转式升降装置，挂钩翻转式升降装置通过较为严肃的数学几何分析，运用合理几何尺寸的挂钩分别与滑轮架上的挂钩条完成上升与下降过程的自动挂脱动作，因为灯架的运动轨迹要有一定的限制，只有灯盘运动到翻转机构的特定点才会引起挂钩的翻转动作，进而实现灯盘升降运动，如若灯盘的线路超出翻钩的位置，则定位不能自动完成。所以必须在灯杆外部使用导轨与滑块机构保证灯架的准确定位。 方案2 平板凸轮式升降装置，此种自锁方案可以说是挂钩翻转式升降装置的另一种形式，其工作原理基

15、本相同，平板凸轮式升降装置运用凸轮机构进行灯盘的挂钩卸载，灯盘的定位平稳，操作方便可靠，但在使用一段时间后，由于弹簧的逐渐变形，翻转可能失灵，同时又因为机构造型复杂，制造成本较高，不利于生产。 方案3 转轴式升降装置，此种方案的变种可以很多。其工作原理基本相同，即灯盘在上升到顶后灯盘旋转，灯盘有两种转动方式：1.通过内置电机带动灯盘旋转，使灯盘上的挂杆转到一定位置，从而实现挂杆。此方案中电机是安装在灯杆的顶部，对整个高架灯的现状以及稳定性将会改变。2.不使用电机，而是通过螺旋式导向槽使挂钩销轴上升时自主旋转，旋转一定角度使挂钩销钩住挡圈，灯盘不因重力而下降；运用轴承将灯盘在上升的过程中灵活旋转

16、；在下降灯盘时，通过螺旋式导向槽使挂钩销轴自动地旋转复位，从而使挂钩销脱开挡圈，灯盘可自由地下降。此种方案对于导向槽表面精度要求，若升降系统使用一段时间后，灯盘的旋转可能无法进行。因此方案也不是最佳 综合考虑，选择方案1 完成效果如图 图2-3 挂钩装置图 7 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 2.3.3 灯架组装方案 出于成本考虑灯架的形状在满足基本的功能上尽量简单。设计的高架灯使用环境为广场等地区，照射角度为360度，故照明灯具摆放为360度摆放。设计三角形形状的钢结构安装灯具。高架灯进行常规维修时，为方便工作人员进行检查维修，但又不不能破坏灯具，故在灯杆底部离地2.5米设有一个台

17、子，当灯盘下降到此处便会停止，因此灯架中心设有钢圈。钢圈与三角形钢结构之间用钢板联接，钢板上钻孔，用以联接钢丝绳。各个部件最后用焊接的方式连接在一起 完成效果如图 图2-4 灯架图 2.3.4 升降装置总方案 由上述所选的几个方案综合，再加上几处小细节设计便可得出总体方案.升降装置工作过程如下：电机正转带动蜗杆转动，蜗杆带动涡轮旋转，涡轮通过齿轮啮合带动卷筒旋转，卷筒牵引钢丝绳，钢丝绳被缠绕在卷筒上，与钢丝绳连接的灯架上升。电机反转，灯架将上升。 整体效果图如下： 8 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 图2-5 整体效果图 2.4本章小结 本章完成的的工作内容：拟定两种传动，在两者中间

18、比较选择；拟定三种灯盘自锁方案，在三者中间比较选择；确定灯架组装方案；确定高架灯装置总方案。 9 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 第3章 机械结构设计计算 3.1 计算灯盘重量 灯盘重量使用计算机辅助设计软件Peo/e辅助计算，先按尺寸进行实体建模，然后用pro/e的分析功能模块分析重量，因为灯盘部件材料全为钢铁，所以取材料密度为7780kg/m。 灯架结构俯视图如图所 图3-1 灯架俯视图 灯架主要七个部件焊接，中间是个钢环，其他为板材 钢环如图 10 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 图3-2 钢环图 钢环围着灯杆上下运动，取他们间隙为20mm。为减少重量钢环设计成空心，

19、取其横截面最大直径80mm，最小直径50，取钢环直径590mm。通过pro/E分析得钢环重5.7910397e-02 公吨即50kg 三个支架形状 图3-3 支架图 11 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 通过pro/E分析得支架重3.4075320e-01 公吨，即300kg 钢环与支架连接部分的形状如图 图3-4 连接部分图 通过pro/E分析得3.0442512e-02 公吨 公吨，即30kg 3.2 挂钩上轴的计算 挂钩上的轴 图3-5 挂钩图 提升装置上升到顶并完成挂钩后，钢丝绳将不再承受灯盘重量，全部重量全部转移钩12 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 上的轴。 取

20、钩的厚度为30mm 灯盘重量计算： 12只灯，每只25kg 一个圆形钢圈50kg，三根重100kg的支架，三个带有支撑挂钩的支架共90. 总重765kg 设计由三个分120度挂摆放的挂钩承受灯盘重量则每个挂钩承重约222kg 轴受力如图所示 图3-6 轴受力图 轴的剪切应力如 图3-7轴上剪切应力图 受弯曲应力如图 图3-8 轴上弯曲应力图 选取45号钢制造轴，其屈服强度 s=335MPa 取安全系数2/1.5 13 四川大学本科毕业设计 高架灯提升装置设计 45号钢为塑性材 按经验公式有= *0.7 由此 许用剪切应力=175MPa 许用拉应力=251MPa 设轴最小直径为 最大剪切应力max出现在轴端 即最大弯矩出现在轴中间 最大弯矩=11392.5 N.mm 1.许可正应力条件为 对于圆形截面 =p 得出8mm 2.许可剪切应力条件 其中为轴端的剪切力，A为轴的横截面积 得出5mm 由此知轴直径应大于8mm 查钻孔尺寸标，取轴直径16mm 3.3选择电动机 灯盘升降速度v=0.2米/秒，为恒定速度 电动机提供的动力最终传递为灯盘上升的能 灯盘自重为m=765kg 升降系统输出功率Pg=mgv