基于MCU控制的自動平衡吊具

3 吊具結構及承重系統設計

3．1 吊環

考慮吊具自身重量，并考慮起吊過程的沖擊加速度，根據GB825—88，選擇螺釘GB 825 M36，垂直懸吊2．3t。

3．2 框架

為了足夠的安全裕度，涵蓋考慮最不利情形：一端固支的水平矩形等截面懸臂梁，自由端受重力10 000／2=5000 N；自重加其它零件重量4 000 N偏于安全地視為作用于懸臂梁懸出端。矩形高為100 mm，寬為68 mm；

因此，各種低碳鋼均滿足要求。

3．3 電機

選用YVP100L2—4變頻電機，最高轉速5 000 rpm，多級可調。額定功率3 kW，額定扭矩19 Nm。不使用減速機，螺距為3mm，當電機轉速為960 rpm時，每秒鐘吊環移動48 mm。這個速度可以看做吊具工作時的最高速度。

電機功率=吊具上升速度×(重力加速度+上升加速度)×(被吊質量+設備質量)／機械效率=0．05×(9．8+0．1)×(1 000+400)／0．22=3 kW上述式子是關于吊具徹底歪斜這種最不利情況的，裕度過大。電機功率選國標系列值3 kW。

3．4 螺紋傳動機構

螺牙強度能承受(1 000+400)×9．8N的軸向力(吊具徹底歪斜，這是最不利的情況)選用梯形螺紋。因為矩形螺紋運動精度高，成本高。
根據耐磨性初選中徑，梯形螺紋：

其中，[p]=18MPa，ψ=H／d=2．5，Q=14 000 N，
得到d2=11．5 mm。為了更好的剛度，選d=32 mm，螺距t=3 mm。

螺母螺紋牙強度應滿足：

滿足要求。另外，由于施加軸向力的結構不允許徑向位移，所以實際的穩定性安全系數還會高很多；其次，使用中也沒有整個吊具傾斜90度的情況。

4 小結

本文對吊具的機械結構的設計進行了介紹，并說明了系統工作原理。對吊具結構及承重設計、動力系統設計給出了詳細計算過程。本設計已經獲得了國家專利的授權。