高杆照明装置升降系统的总设计

毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 1 页 装 订 线 毕 业 设 计 说 明 书 课题名称 系统的研究 系 /专 业 机械工程 班 级 学 号 学生姓名 指 导 教 师 ： 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 2 页 装 订 线 摘 要 高杆照明装置因其集中照明的优点，已成为交通设施不可缺少的配套设施，特别是升降式高杆照明装置的极大的方便了使用和维修，其应用也日趋广泛。 本 课题 详细的介绍了“转轴式”升降系统高杆照明装置的结构构成，系统的分析了高杆照明装置灯盘的上升和下降过程，以及紧急情况下灯盘的抱杆防坠设计。 本课题在设 计的过程当中，深入生产实际，进行调查研究，吸取国内外先进技术，制定出合理的设计方案， 再 进行具体设计。 关 键 字： 转轴式 挂钩卸载机构 防坠设计 运动分析 of is up of in of in 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 3 页 装 订 线 目 录 第 1章 绪论 5 第 2章 升降系统总体结构设计 6 第 3章 转轴式高杆照明装置的工作原理 7 第 4章 悬挂系统总设计 8 丝绳的选用 10 丝绳的特点 10 丝绳的许用拉力计算 10 丝绳 相关参数的计算 11 簧的选用 13 簧材料直径的确定 14 簧的参数计算 15 承的选择 18 承的分类和用途 18 承的选用 18 承的性能要求 20 承的当量载荷计算 20 承的基本额定载荷计算 20 承的相关参数计算 21 第 5 章 防坠装置的设计 23 伸弹簧 的设计分析 23 材料选定 23 力分析 24 伸弹簧 的参数计算 24 筒的内部螺旋轨迹设计分析 28 33 34 35 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 4 页 装 订 线 第 1 章 绪论 随着国民经济的发展，城市化进程的加快，高杆照明装置运用越来越广泛。 根据建设部行业标准高杆照明设施技术条件 (3076室外大面积照明装置的高度分类，灯杆高度在 20 米以上的高杆照明通常称为高杆灯。高杆灯具有能提供大面积照明、大量减少灯杆数量等特点，被广泛应用于立交桥、广场、 码头、机场、大型停车场等开阔场地，是处理大面积照明的成熟手法。由于高杆灯灯杆、灯盘自重较大，灯具安装的高度较高， 所以对 灯盘的升降 系统的要求较高。常用的高杆照明装置主要包括以下几个部分： 杆体、灯架、升降系统、悬挂系统、防坠系统、操作控制系统、照明灯具七大部分，其中悬挂升降系统和防坠系统最为关键。 目前国内使用较多的高杆照明装置的升降系统主要通过驱动电动机、皮带和齿轮减速机构、卷扬机等装置来实现灯盘的升降。至 1979 年出现高杆照明装置初期以来，常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。 高杆照明装置升降系统应该有足够的强度和自锁力，在卷扬机或钢丝绳等发生故障时，能够进行自锁动作，有效的防止灯盘的突然坠落。 我们在目前的升降系统的基础上，进行了改善，采用“转轴式”升降系统，在灯盘上升时可以准确的定位，在灯盘下降时，其挂钩卸载机构可以顺利的将灯盘下降，在紧急情况时，防坠落机构可以实施“抱杆”动作，有效的避免灯盘的突然坠落事故。 我们的设计可以降低高杆照明装置的成本，完善产品结构，有利于高杆照明装置的进一步推广，有利于推动城市亮化的进程。 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 5 页 装 订 线 第 2 章 高杆照明装置升降系统的总设计 目前的高杆照明装置的升降系统可以 分为 以下三种 形式 ： 第一种 是 托架式， 托架式升降系统是利用杆体为基体进行灯盘的脱钩动作，托架在运动时的行程位置不精确，灯盘的摆动较大，使灯盘不平衡，影响照明效果。 灯盘的晃动常会引起杆体内部的钢丝绳的紊绕， 因为灯盘的升降需要三根钢丝绳，托架的缩放需要三根，灯具照明需要两根电缆，及杆体内部有八根绳装体，所以十分容易紊绕，如果将电缆的绝缘层蹭破，很可能是杆体漏电，很危险。转运轴在杆的顶部，不便保养 ， 易积尘结垢，会造成转运轴卡死，无法 维修。 操作人员需在灯盘的正下方进行托架的缩放， 若灯盘突然坠落，没有有效的防坠落保护装置， 十分不安全 。 第二 种是翻转式升降系统 ，翻 转式升降系统运用特殊几何尺寸的挂钩分别与滑轮架上的挂钩板完成 升降两个过程，灯架的运动轨迹精度要求高，只有灯盘基架运动到翻转机构的特定点才能引起 灯盘的动作，灯盘才可以进行升降运动 ，若灯盘的运动轨迹超出翻钩的位置，将无法进行定位 。翻转式升降系统在初次安装时，工作人员必须随灯盘升至杆顶，进行初次的定位设置，存在严重的安全隐患。 第 三种是平板凸轮式， 平板凸轮式升降系统运用凸轮机构进行灯盘的 挂钩卸载，灯盘的定位平稳，操作可靠， 是第二种是翻转式升降系统的改进。 但是平板凸轮升降系统没有良好的防坠落保护装置，对灯盘坠落等一些突发事件，没有很好的应急措施。机构复杂，加工过程繁琐，制造成本较高，不利于批量生产。 基于 上述的高杆照明装置三种升降系统的缺陷，现提出转轴式升降系统。转轴式升降系统，有效的解决上述三种升降系统所存在的 问 题，防坠落保护装置，能够有效的防止灯盘的突然坠落，提高了高干照明升降系统的安全系数。 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 6 页 装 订 线 转轴式升降系统机构简图 图 2 1避雷针； 2 灯盘顶部 ； 3 悬挂卸载支架 ； 4 导杆 ； 5 槽钢圈指示旗 ； 6 指示旗 ； 7 防坠机构 ； 8 套筒 ； 9 导向轮； 10杆体； 11分绳器； 12卷扬机 13 电动机 图 2 转轴式升降系统机构简图 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 7 页 装 订 线 第 3 章 转轴式高杆照明装置的工作原理 目前常用的“ 翻转式” 高杆照明装置的悬挂系统还很不完善，易发生灯盘悬挂操作故障。 采用“转轴式” 悬挂系统，可以有效的防止灯盘悬挂操作故障的发生。“转轴式” 悬挂系统的挂钩卸载机构，配有防坠落保护装置，当灯盘突然坠下时，“抱杆”装置会在瞬间起作用，灯盘会卡夹紧灯 杆而不至继续坠落。 “ 转轴式 ” 挂钩卸载 机构 的基本设计方案：在灯盘上升至顶端 过程中 ，通过螺旋式导向槽使挂钩销轴上升时自动地旋转，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； 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。 通过转轴式挂钩带动指示旗（指示旗颜色十分鲜艳 常 采用红黄色）能够准确的显示挂钩的状态。三弹簧的导向联动装置，使得灯盘在升降过程始终处于中心位置，保持平稳。三弹簧的导向联动装置在不锈钢 弹簧 的压紧力的作用下 绕杆体中心轴同 步联动，实现导向，保证灯盘的顺利升降。在本设计中，导向滚轮采用高分子材料制造，可以有效的避免在沿灯杆外壁滚动的过程中破坏灯杆表面的镀锌保护层。 灯盘在运行期间有定心支撑装置、防坠落机构， 挂钩座安装在灯杆顶部，座体内部可以进行行程限位。挂钩随灯盘上升到位后于固定在灯杆顶部的做体接触并进行相对运动，使灯盘悬挂在灯盘架上，钢丝绳处于卸荷状态，有效的保护钢丝绳。 当灯盘发生意外坠落时，防坠落机构能瞬时发挥它的功能， 即棘轮 卡到齿条上，利用灯杆的锥度将整个灯盘卡死在灯杆上， 进行琐死动作，使灯盘不至于继续下降， 而 避免重 大事 故损失。 从运动学分析，弹簧的反弹力为灯盘提供轴向力 挂钩销轴实现轴向运动；灯杆上的内置螺旋式导向槽为挂钩销轴提供法向力 向力可分解为圆周力 r）使挂钩销轴实现螺旋运动。即“转轴式”挂钩卸载机构的一次动作可同时实现挂钩销轴的轴向运动和螺旋运动。从而证明“转轴式”挂钩卸载 机构的实现对升降式高杆照明装置的悬挂 系统的改进是可行的。 进行总体的受力分析，共安装 18 只灯具（ 45），悬挂支撑架 3 支（ 100），槽钢圈一支（ 100），安装在槽钢圈上的灯具支撑架一支（ 100），其它附件 50个装置总为 1500于悬挂支撑架是固定在杆体顶部的，则活动部件的总重为 1200根导杆受力均匀，为三分之一的活动部件，即 3920N。 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 8 页 装 订 线 第 4 章 悬挂 卸载机构 的 设计 根据实际的运用情况，设定高杆照明装置的灯架部分的重量分配如下：安装灯具 18 只，每只 重约 45内部的镇流器、触发器等电器）， 悬挂 卸载支架结构 3只，每只重约 100钢圈及灯具安装支架重约 340他附件 重约 50计 1500 转轴式高杆照明装置升降系统， 巧妙的避免灯盘的旋转而实现 悬挂与卸载的准确定位。转轴式升降系统 是利用导杆和套筒 的相对运动 组成一对旋转机构， 构成 所谓的 “转轴式” 。在整个悬挂与卸载的过程之中，通过 导杆与套筒之间的相对转动来实现，灯盘始终保持上下运动 ，灯盘不进行旋转运动 。灯盘及其灯具总重约 1150它在 灯杆顶部（ 30行旋转运动，会产生很大的离心力，不安全，无法进行准确的定位。 在上升过程中， 卷扬机拉动钢丝绳，钢丝绳拉动导杆，导杆推动灯盘的上升。当导杆上升到悬挂卸载支架结构的套筒时， 在钢丝绳的拉力作用下，导杆会推动套筒沿着套筒内设的螺旋导轨在轴承的作 用下进行旋转运动。完成了导杆进入悬挂卸载支架结构的套筒的过程。 指示牌同套筒焊接为一整体， 在钢丝绳的拉力作用下套筒继续旋转，这时指示牌也会同步进行旋转动作。通过指示牌可以知道导杆的运动情况，到合适位置，停止钢丝绳的拉动， 导杆会端落在套筒的端台上，完成整个灯盘的上升悬挂动作。 在套筒的外壁上下端分别安装两根扭转刚度相同的扭簧，上端为右旋扭簧，下端为左旋扭簧。扭簧的一端嵌入套筒外壁，另一端嵌入悬挂卸载支架的内壁。在套筒发生旋转时，扭簧也会发生扭转，因为两根扭簧的扭转刚度相同，所以套筒受力均匀。 在下降过程中，卷 扬机拉动钢丝绳，导杆上升，导杆离开套筒的端台，导杆会沿螺旋轨迹继续上升，套筒及指示牌也会同步旋转。当导杆运行到轨迹的尽头时，导杆会脱离套筒的内设轨迹。这是套筒在扭簧的扭矩作用下 ，发生扭转运动，完成复位，同时指示牌也会完成复位。而导杆位置未发生任何改变，放松钢丝绳，导杆会 沿 导轨的外沿 做螺旋 运动 下降，移开套筒，实现灯盘的下降。在此过程中，套筒在导轨的反作用下，进行了旋转，扭簧在套筒的作用下，产生扭转，指示牌同步旋转，准确反映导杆与套筒运动情况。 在导杆与槽钢圈连接的部位，铣一键槽，安装 定位销，这样可以确保导杆能 够进行上下运动，而不产生旋转运动。在导杆的端部加工外螺纹，高强度的压缩弹簧套装在导杆外侧，并用螺母旋紧，固定高强度压缩弹簧的压缩距离。在钢丝绳断裂的一瞬间，弹簧的压缩力瞬间消失， 压缩弹簧的压缩力疾速释放，这个力直接作用到齿条，加速棘轮与齿条的啮合速度。 悬挂卸载支架结构 是 由 三组支架 组成，三组支架 120均布在圆周上，每个支架有独立的套筒、导杆、指示旗 组成 ， 受力均匀。 利用分绳器，实现三组钢丝绳的同步运动，从而，实现导杆 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 9 页 装 订 线 的运动平稳，确保灯盘的升降平稳。 在整个悬挂卸载的运动过程中，钢丝绳是动力的输送构件，导杆能 否运动，完全取决于钢丝绳的工作状况。因此，钢丝绳是高干照明装置的重要组成部分，钢丝绳的选用很关键。 丝绳的选用 丝绳的特点 钢丝绳是一种具有强度高、弹性好、自重轻、挠性强等特点的重要构件。钢丝绳由于其挠度强、承载能力大、传动平稳无噪声、工作可靠等优点，成为高干照明装置的重要组成部分。钢丝绳在正常工作条件下不会发生破断，但是如果钢丝绳选用不当，很可能发生因其许用拉力不够，而引起钢丝绳的断裂，甚至会造成灯盘坠落等事故。 钢丝绳的钢丝因要求要有很高的强度与韧性，通常采用含碳量为 质碳素钢制作，而且含硫、磷量不应大于 为此，应选用 88优质碳素结构钢技术条件中规定的 50、 60和 65号钢。 丝绳的 许用拉力计算 根据高干照明装置的工作要求和钢丝绳的自身的特点，同时考虑安全因素，钢丝绳许用拉力 F应不小于钢丝绳的静载拉力 F j 式中： F 钢丝绳的许用拉力， N; 钢丝绳的静载拉力， N; Q 额定起重重量及吊具重力之和， N; 起升机构的总效力 ，取 = 升起机构的钢丝绳分支数 ; 根据转轴式高杆照明装置的工作情况分析，确定钢丝绳的额定起重重量及吊具重力之和 Q =24794N; 起升机构的总效力 =升起机构的钢丝绳分支数 =3 3 = 4612N F 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 10 页 装 订 线 F F 4612N 丝绳的 参数 计算 为了安全，钢丝绳的许用拉应力应有一定的存储能力，储备能力的大 小用安全系数表示， F 式中： F 钢丝绳的许用拉力， N; 钢丝绳的破断力， N; n 钢丝绳的安全系数。 表 4丝绳安全系数表 钢丝绳 支撑动臂张紧绳 缆风绳 张紧绳 吊装及 张紧绳 双绳抓斗起升、开闭绳 单绳马达抓斗起升绳 手扳葫芦牵引绳 手动绞车牵引绳 安全系数 n 4 6 5 根据上述计算和钢丝绳安全系数表确定： F最小为 4612N，安全系数 则 F 4612 27672N 钢丝绳做拉力试验被拉断的拉力称为钢丝绳的破断力 丝绳的破断力计算公式为： 中： 钢丝绳的破断力， N; 钢丝绳的钢丝破断拉力总和， N。可以从不同类型规格的钢丝绳的性能表中查得，常近似计算， 500 折减系数， 6 19绳， =6 37绳， =6 61绳， =用 6 37绳， = 27672N = 27672 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 11 页 装 订 线 500 27672 d 照不旋转钢丝绳技术参数表如 4 表 4丝绳技术参数 钢丝绳公称直径 钢丝绳近似重量 钢丝绳公称抗拉强度， 470 1570 1670 1770 1870 钢丝绳最小破断拉力 00m 0 1 2 3 4 6 8 +6 0 2 4 6 8 0 2 4 6 8 0 2 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 12 页 装 订 线 44 据 d 合上表 ，选定钢丝绳为，公称抗拉强度 1570N/号光面钢丝制成的直径 9向互捻，不松散瓦林吞型钢丝绳。 标记为： 6 37 9 157 光 右交 钢丝绳穿入卷筒上穿线空后，必须拧紧紧定螺钉，将钢丝绳压紧，当灯盘下降到最底位置时，卷筒上钢丝绳应有不少于 3圈的安全圈。 簧的选用 安装在套筒上下 的 两根扭簧，主要作用是，实现套筒的自动复位，以及使套筒受力偶距作用，保证其运动平衡。根据导杆与套筒相对旋转的结构特点，并结合机械零件设计手册表 12柱螺旋扭转弹簧的结构形式（ 1992） ,选用 N型，端部结构形式为外臂长扭式。 受力分析如 图 4 图 4 受力分析图 弹簧受力（ N） 力臂（ 根据高杆照明装置的升降系统的实际使用情况，结合机械零件设计手册表 12 5确定高杆照明升降系统的弹簧所受载荷为类载荷，即受静载荷或变载荷在 1 103次以下， 根据表 12 18圆柱螺旋扭转弹簧许 用弯曲应力 ，确定材料为 60 =925 簧材料直径的确定 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 13 页 装 订 线 计算扭簧的扭矩 ，按设计的要求，力臂距离为 每个悬挂卸载支架受力相等，为三分之一的灯盘架及相关附件重量，导轨的顶端为 35的圆弧角， 扭簧的端部受力 为： 13 3920 N = 1070N 扭簧所受扭矩为： M = = 1070 = 473478N 度系数 K: K = 4C 14C(C 1) 旋绕比 C = 常取 C = 4 12,这里取中间值 C = 8 K = 4 82 8 14 8(8 1) = 定材料直径 d: d 47348 925 据机械零件设计手册表 12柱螺旋弹簧尺寸系列表（ 1358 1993） ,选用 d = 10 扭簧参数的计算 弹簧中径 ： D = 8 10 =80簧扭转变形角： = 3670 13 (2) 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 14 页 装 订 线 根据设计的要求，将弹簧预设为 6圈，式中 E 材料 弹性模量（ M 扭矩（ N = 3670 473478 2 105 104 80 6 13 ( = 427 6 = 67 6 试验扭矩： s = 10332 925 = 验扭矩下变形角： s = 3670 = 3670 80 6 2 105 104 = 25 27 扭转刚度： M = 6 13 (= 2 105 1043670 80 6 13 (= ) 弹簧内径： 80 70毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 15 页 装 订 线 弹簧外径： D d = 80 10 = 90簧受扭后直径减少值： D = D= 80 25 27360 6 = 距： t = d+ = 10+ 由高度： ( d)扭臂在弹簧轴线的长度 = ( 6 10) 5 = 90旋角： = t D = 80 = 2 50 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 16 页 装 订 线 表 4簧参数表： 名称 代号 单位 数值 弹簧材料直径 d 0 弹簧自由高 度 H0 0 弹簧中径 D 0 弹簧内径 D1 0 弹簧外径 D2 0 节距 t 效圈数 n 6 螺旋角 2 50 弹簧 受扭后直径减少值 D 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 17 页 装 订 线 承的选择 承的分类和用途 表 4承分类 ： 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 18 页 装 订 线 承的选用 针对转轴式高杆照明装置升降系统对滚动轴承的工作性能的要求，所采用的滚动轴承应满足三个基本性能参数的要求： 1 满足一定疲劳寿命 要求的基本额定动载荷 C 2 满足一定静强度要求的基本额定静载荷 滚动轴承的转速不大于轴承磨损的极限转速 一般工作条件下的滚动轴承往往因疲劳点蚀而失效，因此滚动轴承的尺寸主要取决于疲劳寿命。由于在轴承的设计计算过程中要用到 X、 Y、 这些参数都要在轴承的型号确定后才能查到。因此，可以参考轴颈直径的大致范围，然后预选几种型号的轴承，再进行校核，确定具体的轴承型号。参照设计的 轴颈 d=85选三种型号的轴承，并有手册查得有关参数如 表 4 表 4承相关参数表 轴承 型号 判断 系数 e 径向系数 X 轴向系数 Y 额定动载荷 额定静载荷 33217 1 1 82 415 32917 65 32017 40 220 以 32917轴承为例进行计算分析。 经分析，轴承 1的径向力 13 3920 N = 1070N 轴承的轴向外力 13 3920 N = 承 2的径向力 （ 12 85） 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 19 页 装 订 线 = 部轴向力计算 10702 于 被压 紧 ，轴承 1被放松，故： = = 当量动载荷的计算公式为： P = 式中： P 当量动载荷， N 径向载荷， N 轴向载荷， N 冲击载荷系数 X 径向系数 Y 轴向系数 表 4击载荷系数 荷性质 举例 冲击或轻微冲击 电动机、通风机等 等冲击 传动装置、减速器 烈冲击 破碎机、石油钻井 据上述表中参数，确定： = = = 1 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 20 页 装 订 线 Y = 析高杆照明装置的滚动轴承的受力情况，此轴承仅受径向力 = P =1（ 1 1070 =1605N 承的基本额定 载荷 的计算 滚动轴承基本额定寿命的公式为： （ 式中： 失效率 10（可靠度 90）的基本额定寿命（ 106r） C 基本额定动载荷（ N） P 当量动载荷（ N） 寿命指数，对球轴承 = 3，滚子轴承 = 103 转轴式高杆照明装置的升降系统中的轴承工作转速为 n(r/以小时为单位， 而 L=60n 10660n （ = 1667n （ 根据高杆照明装置的工作的特点，可以知道轴承载的工作荷，并预期它的基本额定寿命 L/为了达到这一要求，轴承所要求的工作基本额定载荷 C/为 C/ = 60L/h 所选择的 C C/ 式中 n 轴承转速（ r/ L/h 轴承预期的基本额定寿命（ h） 温度系数 只要所选轴承的基本额定动载荷 ， 即 C C/，则该轴承就能保证所预期的基本额定寿命 L/h，由于在规定额定动载荷 轴承实际所受工资载荷有时是同时承受径向和轴向的复合载荷，这就需要将实际的复合载荷换算成理想的假想载荷。 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 21 页 装 订 线 表 4承预期寿命 L/ 使用条件 预期寿命 /h 不经常使用的仪器、设备 500 3000 短期或间歇使用的机械，如手动机械 4000 8000 传动装置、输送机 8000 14000 电动机、起重机等一般机械 10000 25000 离心机、印刷机械、机床 20000 30000 水泵、纺织机械、空气压缩机 50000 60000 电站主要设备、矿用泵 100000 200000 表 4度系数 承工作 温度 ( ) 120 125 150 175 200 225 250 300 350 温度系数 合设计情况，并根据上述表中参数可确定如下参数： L/h = 12000h n = 150r/ = 1605N = 103 1 计算出 C/ 值，进而确定 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 22 页 装 订 线 C/ = 1605103 60 150106 12000 = 轴承的相关参数 计算 根据机械零件设计手册表 8得 32917型轴承的基本额定载荷 C = 足 C C/的条件。 32917型轴承的基本尺寸如 表 4 对于 转速较低，或 有 短时 冲击、过载等条件下工作的轴承，其主要失效形式是静应力引起的表面塑性变形，应按静强度作校核计算。 中 承的额定静载荷 N 全因数 量静载荷 N 表 4强度安全因数 件 载荷条件 用条件 续旋转 普通载荷 精度旋转 击载荷 振动冲击 旋转及摆动 普通载荷 通旋转精度 击不均匀载荷 许有变形量 本尺寸 安装尺寸 基本额定载荷 极限转速 轴承代号 d D B r da a ra r 润滑 油润滑 30000型 mm N r/85 120 23 2 111 65 3400 3800 32917 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 23 页 装 订 线 当量静载荷 0据前面的分析计算相关参数如下： 1 r = 1070N 0 = 1070+ 照静强度安全因数表，确定 0 2917型轴承的额度静载荷为 165000N，满足 以 32917 型轴承能够满足此高杆照明装置的工作要求。 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 24 页 装 订 线 第 5 章 防坠装置的设计 转轴式高杆照明系统防坠装置是用三组间隔 120的防坠构件组成，每一组防 坠构件均有导向轮、导向连杆、导向臂、位置指示旗、棘爪和齿条组成。三组防坠构件 三组防坠构件相互联动，即一组防坠构件的运动，在连杆的作用下，其它的的构件会同步运动 。 要保证三组防坠构件运动的同步性，三组防坠构件必须安装在同一半径 、同一平面的 周圆上，这对整个机构的安装精度要求较高。 在实际制造中，可以将连杆做成可调式的，在第一次安装时将三组防坠构件的位置调整到位， 将连杆的锁死，这样就可以 确保三组防坠构件在同一半径同一平面 。 防坠装置的结构图如图 5 1 销； 2 拉伸弹簧 ； 3 槽钢圈； 4 导向滚轮； 5 杆体； 6 虹臂保护器 7 铰链 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 25 页 装 订 线 图 5 防坠装置的结构图 在整个防坠装置的运动过程中，压缩弹簧的变形量、刚度对防坠构件的运动是否准确起关键作用。因此，压缩弹簧的选择是 整个防坠装置的设计重要部分。 伸弹簧 的设计分析 伸弹簧 的 材料 选定 根据高杆照明装置的升降系统的实际使用情况，结合机械零件设计手册表 12簧许用切应力 ,确定高杆照明升降系统的弹簧所受载荷为类载荷，即受静载荷或变载荷在 1103次以下 ，选用 60 =104力分析 由于三组防坠构件运动的同步性，且安装在同一半径、同一平面的周圆上 ，则三根弹簧受力均匀。以整个系统为研究对象进行受力分析，建立受力平衡方程。依据 杆照明装置的杆体的锥度比为 里选用锥度比 k=可计算出锥度角 =8 31。受力平衡方程如下： 0 0 0 13 式中 杆体所受正压力（ N） 杆体的摩擦力（ N） 整个防坠装置需承受的总重力（ N） 因为三组防坠构件运动的同步性，而且安装在同一半径、同一平面的周圆上，所以每一组防坠构件受力均匀，为 13 根据前面的分析 1760N。 解得： 3881N =每根 弹簧的工作载荷为 F= 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 26 页 装 订 线 防坠构件的零件图如图 5 5 防坠构件的零件图 关参数的计算 =K 8D = 8C 式中 弹簧材料切应力（ F 工作载荷（ N） D 弹簧中径 (d 弹簧材料直径 K 曲度系数 C 旋绕比 弹簧材料切应力应该小于或等于其材料的许用切应力： 毕业设计（论文）报告纸 共 33 页 第 27 页 装 订 线 C 旋绕比 C= 4 C=10 K = 4 = 10 740 解得 d 照 机械零件设计手册表 12柱螺旋弹簧尺寸系列， 并结合高杆照明装置的结构特点，选取 d=5照机械零件设计手册 计算弹簧的其它参数如下： 弹簧中径 D D = 50簧内径 45簧外径 D d = 55弹簧 节距 t t = ( 取中间值即 t = t =0.3