1、 I 摘 要 本论文所研究的题目是 JWB100 滚珠丝杠 升降机 结构 设计。主要是对蜗轮蜗杆、蜗轮丝杠的传动部分进行设计，以丝杠、蜗杆、蜗轮为主要的研究对象，对其工作受力性，材料的强度、刚度、韧性和散热性等进行了分析，并以升降机装置的使用特点及用途出发，确定了以蜗轮蜗杆、蜗轮丝杠两种传动装置为主要传动的设计方案，制定了蜗轮、蜗杆、丝杠之间的结构设计。 完成结构设计后，用画图辅助工具 Auto CAD 绘制了 3张 A0图纸，清楚地表达了 JWB100 滚珠丝杠 升降机的结构特点和使用性能。 设计的 蜗轮丝杆升降机 即 可以单台使用， 也可以 组合 使用。 能按一定程序准确地控制调整提升或推
2、进的高度，可以用电动机或其他动力直接带动，也可以手动。它有不同的结构形式和装配形式 ， 该装置可以自锁 。 广泛应用于机械、冶金、建筑、水利设备等行业 ， 具有结构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、无噪音、安装方便、使用灵活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用寿命长等许多优点。 关键词： 升降机；丝杠；蜗轮；蜗杆 II Abstract The paper studies on the topic of JWB100Ball screw elevator design. Mainly on the worm gear, worm gear screw transmission parts of
3、 the design, with the lead screw, worm, worm gear as the main research object, its work force, material strength, stiffness, toughness and thermal performance were analyzed, and the lift device characteristics and use, to determine the worm gear, worm screw two transmission devices as the main trans
4、mission design, developed a worm gear, worm, screw between the structural design. To complete the structure design, drawing auxiliary tool for drawing Auto CAD 3 A0 drawings, clear expression of the JWB100Ball screw lift structure characteristics and performance. Design of the worm screw lift that c
5、an be used in single machine, also can be used in combination. According to certain procedures to accurately control the restructuring to enhance or promote height, can be used to directly drive the motor or other power, and can also manually. It has different forms of structure and form of the asse
6、mbly, the device can lock. Widely used in machinery, metallurgy, construction, water conservancy facilities and other industries, has the advantages of compact structure, small volume, light weight, wide range of power, no noise, convenient installation, flexible use, multiple functions, supporting
7、form, high reliability, long life and many other advantages. Keywords: Elevator； Screw； Worm； Crane III 目 录 摘 要 . I Abstract . II 第 1 章 引言 .1 1.1 蜗轮丝杆升降机 设计概论 .1 1.1.1 蜗轮丝杆升降机 设计概论 .1 1.1.2 蜗轮丝杆升降机型号、规格及表示方法 .1 1.2 国内、外现状及发展趋势 .1 1.2.1 国内现状及发展趋势 .1 1.2.2 国外现状及发展趋势 .3 1.3 本文研究的主要内容 .4 第 2 章 传动装置总体设计
8、.5 2.1 传动方案设计 .5 2.2 电动机的选择设计 .5 2.2.1 电动机的选择类型 .5 2.2.2 确定传动装置效率 .5 2.2.3 选择电机的型号 .6 2.2.4 计算传动装置的运动和动力参数 .7 第 3 章 滚珠丝杠传动的设计 .9 3.1 滚珠丝杠 与滑动丝杠对比 .9 3.2 滚珠丝杠传动的设计 .9 3.2.1 滚珠丝杠副的工作原理、特点及结构形式 .9 3.2.2 滚珠丝杠副的选用 及计算 .10 3.3 螺母的设计 .18 3.3.1 选取螺母材料 .18 3.3.2 确定螺母的高度 .18 3.3.3 确定螺文工作圈数 .19 3.3.4 螺母的实际高度 .
9、19 3.3.5 螺母螺纹牙的强度计算 .19 3.3.6 螺母外径与凸缘的强度计算 .21 第 4 章 圆弧圆柱蜗杆传动设计 .24 4.1 圆弧圆柱蜗杆传动设计概述 .24 IV 4.1.1 圆弧圆柱蜗杆传动的特点 .24 4.2 圆弧圆柱蜗杆传动的主要参数及其选择 .24 4.2.1 圆弧圆柱蜗杆的参数及几何尺寸计算 .25 4.3 圆弧圆柱蜗杆传动强度设计 .26 4.4 圆弧圆柱蜗杆刚度计算 .30 4.5 精度等级公差和表面粗糙度的确定 .31 4.6 蜗杆传动的效率 .32 4.7 蜗杆传动的润滑 .33 4.8 蜗杆传动的的热平衡设计 .33 第 5 章 滚动轴承的选择和 设计
10、 .36 5.1 蜗杆轴承的选择设计 .36 5.2 蜗杆轴承的校核 .36 第 6 章 结论 .40 参考文献 .41 致 谢 .42 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 1 第 1 章 引言 1.1 蜗轮丝杆升降机 设计概论 1.1.1 蜗轮丝杆升降机 设计概论 主要由精密滚珠丝杠副和高精度蜗轮蜗杆副组 成的 JWB 滚珠丝杠升降机，应用于速度快，频率高和性能高的装置中。 效率高： 获得很大的推动力只需很小的驱动源，用滚动摩擦代替滑动摩擦 ，使升降机的效率得到提高。 高速化： 在速度上比梯形丝杠有明显的提高，可以运转的轻松和高速。 使用寿命长： 由于使用的滚珠丝杠质量高，工作寿命可以提高
11、3倍以上。 1.1.2 蜗轮丝杆升降机型号、规格及表示方法 1、结构形式： 1 型 丝杆作轴型移动； 2 型 丝杆作旋转运动、螺母作轴向移动。 2、装配形式： A型 螺母 （或 丝杠 ）向上 运动 ； B 型 螺母 （或 丝 杠 ）向下 运动 。 3、丝杆头部形式： 1型结构形式的 丝杠头部分为圆柱型 、 螺纹型 、 扁头型 、 法兰型 、 四种形式； 2型结构形式的丝杆头部分为 圆柱型 、 螺纹型 二种形式。 1.2 国内、外现状及发展趋势 1.2.1 国内现状 及发展趋势 滚珠丝杠升降机有着重要的作用在工作和生产中 。 伴随着社会的发展 ， 滚珠丝杠升降机的类型也在增加 ， 滚珠丝杠升降机
12、分为 壁挂式， 固定式， 自行式，车载式 ，牵引式 1。 现在滚珠丝杠升降机正处在高速发展观的状态 ， 并朝着集群化和产业化的方向发展 。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 2 我国的城市建设在改革开放三十年以来处于高速迅猛的 发展 ， 使我国升降机行业发展迅速 ,在城市的大街小巷已经随处可见作为垂直交通工具的升降机 . 1978 年，党的十一届三中全会 决定推动改革开放 。 最开始我们有独立研发 、生产和对升降机的安装发展到通过引进外资建立升降机厂 ， 很多升降机合资企业建立了起来 。如： 1980 年 7 月 4 日 中国迅达升降机有限公司 成立 ， 由 瑞士迅达股份有限公司、 中国建筑
13、机械总公司、 香港怡和迅达（远东）股份有限公司 3方合资组建， 这是自从在改革开放以来我国的第一家合资企业在机械领域 。该公司的建立在中国升降机行相继掀起了引进外资的热潮； 1984 年 12 月 1日，天津 市升降机公司、中国国际信托投资公司与美国奥的斯升降机公司合资组建的天津奥的斯升降机有限公司正式开业 2。 通过引进外资和共同厂不仅能使城市快速发展对于我国升降机行业的发展也有重要影响 。从自 1979 年至今升降机的产量有了飞速的增长：不仅如此产品的结构也发生了明显的变化：老的直流升降机已被淘汰，交流双速梯、 acvv 交流调速梯逐渐被 vvvf 交流变频变压调速升降机所取代，控制系统已
14、在大量采用plc 和微电脑控制技术，最高梯速已达到 4m/s3；行业出现了翻天覆地的变化：升降机企业的生产条件、员工素质、管理水平有了 极大的改善与提高。 在党的十一届三中全会上队以经济建设为中心的总方针使我国的科技水平得到提高 。由于改革开放的政策促进了大规模的经济建设，使升降机市场和升降机行业得到了迅猛发展 。 自从升降机企业大量建立，中国升降机行业不停的对管理和技术进行规范 。1984 年 5月，中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升降机分会 在 1984 年 5月的西安召开 ， 中国升降机协会的前身 是升降机三级协会 。 1986 年 1月 1 日，“中国建筑机械化协会建筑机械制造协会升
15、降机分会”更名为“中国建筑机械化协会升降机协会”，发展史上的一个里程碑。 因此升降机行业 首次有了组织 。 国家标准 GB 7588-87升降机制造与安装安全规范 在 1987 年颁布 。 与 欧洲标准EN81-1升降机制造与安装安全规范 （ 1985 年 12月修订版） 相似 。 国家标准GB 7588-87升降机制造与安装安全规范 对保障升降机的 生产和安装 有十分重要的意义。 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 3 行业分析师分析 ： 升降机应用到了各行各业有建筑工地 、酒店、企业、工业、市政施工、私家庭院 。因此， 我国升降机的发展有着光明的前景 。 升降机在我国进入了高速发展的阶段，
16、并能坚持这样的趋势进行有力的发展 。 在现如今这种竖立着高楼大厦，建筑施工如此多的社 会 ， 大批工厂基础设施项目开工 ， 自动化流水线也大批投入，使升降机的重要作用也凸显出来 。 我国升降机行业在改革开放后的市场需求强劲带动下逐渐的发展起来 。 现在国内升降机市场一切向好的方向发展 ， 我国升降机产品几乎满足了各个方面的需要 。另外 ， 我国在出口升降机发面也有了重大的进步 ， 升降机的出口类型也各种各样 ，出口国家从东南亚扩展到非洲、美洲，一些发展国家也成为我国液压升降机的出口国，出口技术含量和附加值也在提高。 目前，我国升降机的生产中心主要集中在华东 、 华北和华南地区 。随着升降机产业
17、化优势和集群发展逐渐明显，升降机将向 高新技术发展， 我国将网络化 、 信息化 、 和绿色环保作为升降机发展的趋势 ， 升降机也将采用蓝牙技术 。随着我国升降机行业优化升级的效果更加明显，升降机企业销售量在不断攀升，营业额逐年增长，但利润率有所下降，这是行业走向成熟的必然结果 4。 1.2.2 国外现状 及发展趋势 现在世界上的升降机每年卖出的销售额能达到 75 亿美元 ， 主要生产国有日本、法国、德国、美国、意大利等 。世界顶级公司有 10多家，主要集中在北京，日本和欧洲。 美国不仅是升降机的主要生产国 ， 也是世界上最大的市场之一，在 20 世纪60-70 年代美国厂家由于德国 日本升降机
18、的高速发展和 RT、 AT 产品的兴起 导致在世界市场中的主导地位逐步的消弱 ，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势， 最近几年美国的市场活跃，外国厂家都来参与竞争使美国的经济回升 。英国制造商的实力也有所增加，特雷克斯升降机公司的崛起既是例证 5。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂 1995 年以来，其通过一系列的兼并活动，已发展成为世界顶级公司之一。 日本从 20 世纪 70 年代起生产升降机的质量和数量有了明显的提高主要 出口到欧美市场，年总产量居世界第一 使之成为工程升降机生产大国 。自 1992 年以来， 因为日元的 升值 ， 亚洲金融危机和日本基建投资下降的影响 ， 每年生产
19、沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 4 升降机一直处于下降趋势 。 现在日本市场每年的需求量为 3100 左右 。 欧洲各个工业国不仅是工程升降机的出口国，还是重要的进口国 。 欧洲的市场潜力很大。欧洲最大的市场是德国，其次为法 国、 意大利、英国 等国。在德国 AT产品市场份额中，利勃海尔占 52%，格鲁夫占 17%，德马泰克占 14%，多田野和特雷克斯各占 9%和 6%左右。 升降机行业的生产和制造的流程与汽车极为相似 ，在汽车行业中，福特、雷诺、 通用汽车、 宝马、大众 梅赛德斯、 等大公司都在 联合之路 上走了很远 ，这两个行业的世界 市场 已趋向统一化 。 如果想要在完善的世界市场中
20、得到市场份额并保持逐步增长 ， 购买竞争对手是捷径 ， 把争夺世界市场的支配地位作为长期目标 。在升降机行业，某种意义上，打入世界市场 就 意味着进入北美、 中国 （亚洲）和欧洲三大市场。世界顶级公司都对世界市场具有强大影响力，但迄今还没有一家公司在上述三大市场取得主导地位。有 4 家公司已在两大市场建立了根据地：格鲁夫和特雷克斯在北美与欧洲；多田野在亚洲和欧洲。 1.3 本文研究的主要内容 研究内容：升降机的最大起升力 98KN，起升速度 1.75 0.015 min/m 1. 升降机传动方案设计 2. 滚珠丝杠 传动设计 3. 圆弧圆柱蜗轮蜗杆传动设计 4. 蜗杆轴设计 5. 滚动轴承、
21、联轴器、 键、润滑和密封形式的 设计和选择 沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 5 第 2 章 传动装置总体设 计 2.1 传动 方案 设计 拟定 总传动比： 蜗杆头数 1Z 3， 蜗轮齿数 2Z 28， 按照设计要求设计单级蜗杆减速器 ，传动路线为：电机 弹性联轴器 蜗杆 减速器 滚珠 丝杠升降机。 根据生产设计要求可知，该蜗杆的圆周速度V4 5m/s，所以该蜗杆减速器采用蜗杆下置式见，采用此布置结构，由于蜗杆在蜗轮的下边，啮合处的冷却和润滑均较好。 单机蜗杆减速器是由滚动轴承 、 电动机 、 蜗轮蜗杆传动装置 、 检查孔 、 蜗轮轴与定位销这样的附件组成，还有一些其他的标准件。 2.2 电
22、动机的选择设计 2.2.1 电动机的选择类型 我国 80 年代替代原来的产品是现在大部分使用的 Y 系列三相交流异步电动机，这个电动机具有效率高 、 节约能源 、 振动幅度小 、 噪音小以及能够安全的运行等特点 ， Y 系列三相交流异步电动机安装的尺寸和功率等级都符合国家标准，可以广泛的应用于各种机械设备 。 由于蜗轮丝杠升降机属于起重机械。对于频繁启动、制动和换向的这类机械，宜选用转动惯量小、过载能力强、允许有较大振动和冲击的 YZ 型或 YZR 型三相异步电动机 6。 由于该生产单位采用三相交流电源，可考虑采用 Y 系列三相异步电动机 ，即 YZ 型或 YZR 型。 2.2.2 确定 传动
23、装置效率 3 2 5.045.099.098.095.08.0 24321 w 式中： 蜗杆传动效率 80.01 ； 搅油效率 95.02 ； 328i沈阳工业大学本科生毕业设计（论文） 6 滚动轴承效率（一对） 98.03 ； 联轴器效率 99.04 ； W -工作机的效率，取 45.0w 2.2.3 选择电机的型号 1 计算升降机的驱动功率 kwvFp a 02.43 2 5.060 8.09860 . (2-1) 式中： P-驱动功率， KW； aF -起升力， kN ； -传递总效率 ； v -起升速度， min/m 2 确定电动机的额定功率 电动机的额定功率按下式计算 1(mp kwp 43.402.41.1)3.1 3 确定电动机的转速 滚珠丝杠 升降机的转速为 m in/8.7910 3.136060 rl vn w (2-2) 式中： v -起升速度， smm/ ； l -螺杆的导程， mm； wn -升降机的转速 故：电动机的转速为 m in/7458.79328 rninwm 通过查询一些电动机手册寻找符合这一转速的电机 ，综合考虑总传动比，结构尺寸及成本，选择堵转转矩和最大转矩较大的 Y 系列 （ IP44） 三相异步电机 7。
