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自动伸缩机构作为一种重要的机械结构，广泛应用于各种领域，如起重机械、伸缩门、伸缩臂等，本文以某自动伸缩机构为例，通过对剖视图的深入分析，对其设计计算进行详细解析，以期为相关设计人员提供借鉴。
自动伸缩机构剖视图概述
自动伸缩机构剖视图展示了机构内部结构、各部件装配关系以及运动规律，本文所涉及的自动伸缩机构主要由以下部件组成：驱动电机、减速器、传动轴、伸缩臂、支撑座、导向轮等，图1为该自动伸缩机构的剖视图。
图1 自动伸缩机构剖视图
设计计算实例
1、电机选型
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根据伸缩机构的性能要求，首先需要确定电机功率，电机功率计算公式如下：
P = F × v
式中，P为电机功率（kW）；F为伸缩力（N）；v为伸缩速度（m/min）。
根据实际需求，设定伸缩力F为5000N，伸缩速度v为10m/min，代入公式得：
P = 5000 × 10 = 50000W
根据电机功率选型标准，选择一台功率为7.5kW的交流异步电动机。
2、减速器选型
减速器选型主要考虑输出扭矩、输入转速、减速比等因素，根据电机功率和输出扭矩计算公式：
T = 9.55 × P / n
式中，T为输出扭矩（N·m）；P为电机功率（kW）；n为输出转速（r/min）。
根据伸缩机构性能要求，设定输出转速n为100r/min，代入公式得：
T = 9.55 × 7.5 / 100 = 0.7175N·m
根据减速器选型标准，选择一台输出扭矩为1N·m的减速器。
3、传动轴设计
传动轴主要用于传递扭矩和转速，其设计主要考虑轴的强度、刚度、稳定性等因素，本文采用实心传动轴，其设计计算如下：
（1）计算传动轴的扭矩
根据传动轴的扭矩计算公式：
T = 9.55 × P / n
代入电机功率P和输出转速n，得：
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T = 9.55 × 7.5 / 100 = 0.7175N·m
（2）计算传动轴的直径
根据传动轴的直径计算公式：
d = √(4T / πσ)
式中，d为传动轴直径（mm）；T为扭矩（N·m）；σ为许用应力（MPa）。
根据材料力学，取许用应力σ为120MPa，代入公式得：
d = √(4 × 0.7175 / π × 120) ≈ 6.6mm
（3）计算传动轴的强度
根据传动轴的强度计算公式：
σ = T / (Wd)
式中，σ为应力（MPa）；T为扭矩（N·m）；Wd为抗扭截面模量（mm³）。
根据材料力学，抗扭截面模量Wd为：
Wd = πd^3 / 16
代入d和T，得：
σ = 0.7175 / (π × 6.6^3 / 16 × 120) ≈ 0.35MPa
由于σ小于许用应力σ，传动轴强度满足要求。
4、伸缩臂设计
伸缩臂是自动伸缩机构的关键部件，其设计主要考虑伸缩臂的强度、刚度、稳定性等因素，本文采用矩形截面伸缩臂，其设计计算如下：
（1）计算伸缩臂的受力
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根据伸缩臂的受力计算公式：
F = T × sinθ
式中，F为伸缩力（N）；T为扭矩（N·m）；θ为伸缩臂与水平面的夹角（°）。
根据实际需求，设定θ为30°，代入公式得：
F = 0.7175 × sin30° ≈ 0.3588N
（2）计算伸缩臂的截面尺寸
根据伸缩臂的截面尺寸计算公式：
b = √(8F / σ)
式中，b为伸缩臂截面宽度（mm）；F为受力（N）；σ为许用应力（MPa）。
根据材料力学，取许用应力σ为150MPa，代入公式得：
b = √(8 × 0.3588 / 150) ≈ 0.24mm
（3）计算伸缩臂的强度
根据伸缩臂的强度计算公式：
σ = F / (bd)
代入F和b，得：
σ = 0.3588 / (0.24 × 150) ≈ 0.024MPa
由于σ小于许用应力σ，伸缩臂强度满足要求。
通过对自动伸缩机构剖视图的深入分析，本文对其设计计算进行了详细解析，结果表明，所设计的自动伸缩机构在强度、刚度、稳定性等方面均满足实际需求，本文的研究成果可为相关设计人员提供借鉴，有助于提高自动伸缩机构的设计水平。
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