刚性链条通用传动部件及试验装置的设计

浙江工业大学毕业设计开题报告设计题目：刚性链条通用传动部件及试验装置的设计学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化指导教师：2009年05月31日一、课题的背景及意义刚性链条（rigid chain），又称推拉链条（push-pull chain），是一种特殊链条，它既可以像普通链条一样卷曲，又可以像千斤顶等那样传递推力（见图1）。

图1 现有刚性链条结构由于刚性链条仍具柔性，可以卷曲贮存，相比齿轮齿条传动和螺旋传动，可以大大节约安装空间或降低对安装空间的要求，这在某些应用场合，如长行程的推拉运动或升降运动，显示出其独特的优点。

由于刚性链条既有普通链条一样的柔性，又有千斤顶一般的刚性，在一定场合的应用，显示出其独特的优点，因而获得国内外重视，将其开发成一种工业化的传动器件，供工业部门或其它部门应用。

另外，与具有同样功能特点的螺线升降柱[2]（见图2）（spiral lifting pillar）相比，结构简单、成本低、噪音小，更具有实际应用价值。

图2 螺线升降柱结构因此，刚性链条传动获得国内外一定的重视，在国外，有些厂家如法国的Serapid公司、德国的Framo公司和加拿大的Trans-Quip公司将其开发成工业化、系列化的传动通用部件（见图3）投放市场，应用于生产线上的物料搬运、输送（见图4），图3 刚性链条传动部件图4 刚性链条在搬运机械中的应用舞台机械中的升降舞台（垂直运动）（见图5）及车台（水平运动），以及包装、木材加工、核电站、军队等领域的线性动作器或自动化工具等（见图6）。

图5 刚性链条在舞台机械中的应用图6 基于刚性链条的线性动作器在国内，相关文献资料[1]也介绍了刚性链条，某些领域也许应用了刚性链条技术，但市场上目前还未见到工业化的刚性链条传动通用部件。

因此，本项目在研究现有刚性链条结构的基础上，拟开发出一种基于全新概念链条结构的工业化、系列化的刚性链传动通用部件。

二、项目主要研究内容和技术关键1．主要研究内容研究开发基于新型链条结构的通用传动部件，解决工业化的、系列化过程中需要解决的问题。

主要研究内容可以分为两大部分：一是新型刚性链条结构的设计研究，二是刚性链条传动部件——驱动箱的设计研究。

新型刚性链条结构的设计研究主要内容为如何合理选择、计算和优化结构参数及参数的系列化；分析、试验其长度与极限负荷间的关系曲线（类似于压杆稳定问题）和负载与极限寿命间的关系曲线；同时还要对工业化生产的刚性链条进行加工工艺性等分析。

刚性链条传动部件——驱动箱的设计研究主要内容为解决驱动箱结构参数的选择、计算、优化及系列化问题，如何解决链条传动的多边形效应问题，如何解决链条的导向、存贮问题。

2．技术关键主要为额定载荷、额定长度下的受压稳定性问题和额定载荷下循环次数（寿命）问题，既解决刚性链条传动的工业化问题。

三、项目预期目标（主要技术经济指标，应用或产业化前景）刚性链条传动是一种将旋转运动转换为直线运动的简单而有效的传动方式，它既可以传递拉力又可以承受推力，在某些场合的应用显示其独特的优点，完全可以将其设计开发成一种工业化的系列化的通用传动部件，供各个部门应用，国外企业的实践已经证明了这一点。

目前，国外产品应用最广泛的两个领域为工业领域和舞台机械领域。

在工业领域，刚性链条传动部件作为线性动作器使用，例如用刚性链条传动替代液压传动的工业升降台（见图4），其定位精度和稳定性都比液压缸高；另一领域为舞台机械，在升降舞台和车台已经或得广泛使用。

例如刚性链条在舞台升降台上的应用（见图5），在同样的升降行程要求下，与丝杆螺母直顶或液压缸直顶传动方式相比，可以降低机坑深度近一半，其优势非常明显，目前这种产品已在北京长安大戏院和上海东方艺术中心等多个剧场获得应用，价格很高，但都是国外产品，国内厂家未见此类产品进入该领域。

主要技术指标：刚性链条一般适合于间歇性工作场合，其工作频率一般在每小时10次范围内，负载一般在5000N~100000N之间，大部分工作行程在7米以下。

根据这些统计结果，参考国外产品技术参数，制定拟开发的新型刚性链条通用传动部件系列技术参数如下：主要经济指标：工业领域分析：在工业领域，主要用于物料的输送、搬运和贮存，其特点是各个行业都可应用，量大面广，规模经济效益大。

剧场领域：主要用于舞台机械中的升降舞台和车台，其特点是优势明显，替代性强，但整个行业不大，需求量不大，单价可以较高，所以也可以达到一定经规模的经济效益。

项目的经济效益主要取决于市场的推广或销售力度，初期市场可能有一个培育过程，一旦认可，应该具有较大的市场空间。

以单台平均售价7500元人民币，初期年销售额为2000台计，可以新增产值1500万元，利税300～500万元；后期年销售额按10000台计，年增7500万元计，利税1500～2500万元。

四、项目实施方案、技术路线、组织方式与课题分解初期实验阶段，亦积极稳妥，项目可以利用现有普通链条加以改进，构成如图1所示这种形式的刚性链条，然后设计加工与之相适应的驱动箱，做出2～3台样机，进行性能分析、试验，市场推广，用户培养。

初步获得市场认可以后，可以进行下一步的新型刚性链条传动部件的开发、生产。

组织方式上，前期可以由承担单位的课题组成员独立完成。

后期的开发、生产和销售阶段可以与合作企业，如与链条厂或舞台机械厂合作。

五、参考文献1、陈德生曹志锡螺旋升降柱起重运输机械 20042、王存义推拉链条中国专利，实用新型，2620795·2004·6·163、成大先机械设计图册（第三卷）北京：机械工业出版社，2000浙江工业大学毕业设计文献综述设计题目：刚性链条通用传动部件及试验装置的设计学生姓名：学号：专业：机械工程及自动化指导教师：2009年05月31日一、刚性链条的结构特点实现刚柔转换，用作远距离作业时所需要的“伸缩臂”（见图1-1）。

它包括链节、控制销、固定销、压盖、弹簧、螺栓轴孔和螺孔；其中，各个矩形链节的结构相同且可借助纵向两侧的凸缘与凹槽相互插接；相互插接的链节可绕旋入螺栓轴孔和螺孔内的螺栓轴转动；控制销在弹簧力的作用下，头部探出；其上的∠形槽与固定销的∠状头部脱离啮合，固定销的锥形头部被顶入相邻链节的锥形孔中，使其不能相互转动而成“刚性”；当控制销被压入孔中后，固定销在弹簧力的作用下，其∠状头部进入控制销的∠形槽中，固定销的锥形头部与邻链节的锥形孔脱离啮合，链节间可自由转动而呈“柔性”。

整根推拉链条的“刚性”状态与受力方向无关。

图1-1刚性链条的结构二、刚性链条的国内外研究的历史与应用1、国内外的应用刚性链条一般应用于舞台机械中（见图2-1），作为升降设备使用。

国内发展刚性链条起步较晚，但发展迅速，应用广泛。

如杭州大剧院、桐乡大剧院、甘肃会展中心、国家大剧院等建筑。

图2-1刚性链条在舞台机械中的应用杭州大剧院多功能可变剧场机械系统分为台上和台下两部分，台上部分主要包括：30道调速吊杆、3台移动式工作渡桥、6道定速吊杆；台下部分主要包括：4个升降看台、24个升降母台（其中12个可以旋转）、76个升降子台、76套联轴翻转座椅。

每个母台上设置了3或4个子台，子台上设置了联轴翻转座椅，通过母台的旋转改变座椅的方向。

母台升降形成大的阶梯，子台升降形成前后台阶。

没有台口，任意一个子台升起来、座椅翻下去，都可以形成舞台，面积大小可调。

通过母台、子台的升降和旋转，座椅的翻转可使剧场形成平面大厅式（无座椅）；一边是舞台、一边是观众的尽端式；舞台在中央、两边是观众的中央式；舞台在一边，三边是观众的T型台式；舞台在中心、四边是观众的中心式等多种变化形式。

一种形式向另一种形式的转换通过计算机控制系统全部实现自动化。

计算机控制系统由可编程控制器、变频调整器、数字编码器及其它元器件组成，采用PROF1BUS现场总线技术，控制800多台电机、1000多个行程开关。

整个系统新颖、紧凑、自动化程度高、可靠性强，经行业专家评审，属国际领先、国内首创的可变剧场。

图2-2 使用升降装置的舞台结构甘肃会展中心舞台结构形式采用世界上常用的主舞台（见图2-2），左、右侧台及后舞台的品字型舞台的工艺布置。

主舞台区域共设置有1块前辅助升降台(带3块升降块)，4块18m×3．2m升降台(母台)，18m×1．6m子升降台，升降台为双层。

在左右侧台后部的3个主升降台两边共设置有6块18m×3．2m侧台车台、6块18m×3．2m侧台车台补偿台。

后舞台设置18m×16m前后移动的车载转台(包括币14m的圆形转台)、5块18m×3．2m车载转台补偿台。

台口前设置l块乐池升降台带l块升降指挥台和l台升降栏杆，可以使主舞台区域向前延伸，增加演出空间。

台上设备有：主舞台区域依次布置1台台口防火大幕、52台前舞台电动吊杆、l 台大幕机、l套活动假台口、11台前舞台灯光吊杆、3套二(三)道幕机、8台两侧的灯光吊笼、5台自由单点吊机、5台台口单点吊机、l台后舞台台口隔离幕、14道后舞台电动吊杆、4道后舞台灯光吊杆、1套音乐反射板、l套后舞台固定。

2、舞台机械的升降机构与驱动方式设置于主舞台上的主升降台群是现代化机械舞台的重要标志之一，一般由数块带倾斜台板的升降台组成。

它用于变换舞台形式，使舞台形成不同高度的平面，使整个舞台在平面、台阶、倾斜之间变化；用于迁换布景，可以使大型布景在演出中多次快速变换；用于载人升降，增强表演效果。

这种升降台与起重升降台的原理、结构基本相同。

但由于它应用于舞台这个特定的领域，因而具有以下特点：（1）台面狭长，面积大。

台长一般大于建筑台口宽度，达十几米；（2）升降行程长，机坑深。

升降台的行程一般在6.5m以上，其中高于台面行程3.0m以上，低于台面行程3.5m以上，机坑深达8～10 m；（3）多块升降台构成的台面要平整，即块与块之间的高低差须小于规定值。

因此，多块升降台的定位、同步问题是设计中必须精心考虑的技术问题；（4）有些升降台的台体由双层台板构成，以增加演出空间。

升降台的功能就是承受一定载荷的基础上完成升降运动。

完成升降运动的驱动方式可以多种多样，形成不同类型的升降舞台。

（1）钢丝绳牵引方式它由电动卷扬系统驱动升降台运动。

牵引钢丝绳使台面升降。

为减小电动机功率，加平衡块来平衡台板自重，如图2-3所示。

图2-3 钢丝绳牵引升降台1—电动机 2—减速器 3—卷筒 4—钢丝绳 5平—衡重 6—台板这种方式的好处是机械结构简单，制造容易，成本较低，但电气控制复杂，成本较高。

因为每根钢丝绳，至少两的钢丝绳需要分别驱动，每根或两边的钢丝绳需要电气控制同步，每根钢丝绳的伸长变形量的补偿也需要电子控制实现。