基于連桿機構的電動支撐桿設計及仿真解讀

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1、北華航天工業(yè)學院畢業(yè)論文 目錄 摘要 I Abstract I I 第1章緒論 1 1.1課題背景 1 1. 2發(fā)展現(xiàn)狀 1 1.3 研究目的和意義 4 1.4 本文的主要工作 4 第2章 升降系統(tǒng)總體方案設計 5 1 .1設計要點 5 2 .2選材 5 3 . 3尺寸計算 5 第3章電機、絲杠等部件的選型 9 4 . 1電機 9 3. 1. 1電機種類的選擇 9 4. 1. 2步進電機的原理 9 5. 1.3步進電機的應用 10 6. 1.4步進電機型號的選擇 10 3.2 絲杠 11 3. 2.1絲杠種類的選擇 11 4. 2.2滑動絲杠的原理

2、 11 5. 2.3滑動絲杠的應用 12 6. 2.4滑動絲杠的型號選擇 12 3.3 聯(lián)軸器 13 3. 3. 1聯(lián)軸器的簡介 14 3. 3.2聯(lián)軸器安裝與維護 15 3. 3.3聯(lián)軸器工作環(huán)境 15 3. 3.4選用標準 15 3. 4銷的選擇 16 第4章電動支撐桿的建模及仿真 16 4. 1 Solidworks 的介名召 16 4. 2 基于 Solidworks 的建模方法 18 4. 3 基于 Solidworks 的仿真方法 19 第5章升降系統(tǒng)的維護方法及措施 20 結 21 致謝 22 參考文獻 23 北華航天工業(yè)

3、學院畢業(yè)論文 第1章緒論 1.1 課題背景 最早的升降設備出現(xiàn)在古代的中國及歐洲各國，是一種類似“轆瀘”的工 具用來垂直運送人和貨物。在近代我們用來升降貨物的是一種木質梯子，用起 來很不方便，攀登時比較危險。1857年3月23日，美國紐約一家樓高五層的 商店安裝了首部使用奧的斯安全裝置的客運升，泵站系統(tǒng)，液壓系統(tǒng)防爆裝置 和液壓自鎖裝置，具有設計新穎、結構合理、升降平衡、操作簡單、維修方便 等其他產品不可替代的優(yōu)點。廣泛用于廠房維護、工業(yè)安裝、設備檢修物業(yè)管 理、倉庫、航空、機場、港口、車站、機械、化工、醫(yī)藥、電子降機。最初的 升降機是由蒸汽機推動的，因此安置的大廈必須裝有鍋爐房。年

4、，德國人西門 子首次發(fā)明并使用了電動升降機，自此以后，升降機的使用得到了廣泛的接受 和高速的發(fā)展。目前，國內生產的電動升降機產品型號各異，提升高度有4 米、6米、18米不等。選用國外液壓、電力等高空設備安裝和檢修。電動升降 機作為升降機的一種具有尺寸小、重量輕、移動方便、升降時平穩(wěn)、擺幅小、 載重量大，平臺面積大，穩(wěn)定性極好，運轉靈活，推行方便等諸多優(yōu)點。它輕 盈的外觀，能在極小的空間內發(fā)揮最高的舉升能力。產品在停電情況下設有應 急下降裝置、防止升降機超載的安全裝置、漏電保護裝置和缺相保護裝置、防 止液壓管路破裂的安全防爆裝置。電動升降機廣泛用于廠房、賓館、大廈、商 場、車站、機場、體育場等。

5、可用作保養(yǎng)機具、油漆裝修、調換燈具、電器、 清潔保養(yǎng)、電力線路、照明電器、高架管道等安裝維護，高空清潔等單人工作 的高空作業(yè)。能夠方便的進出一般門洞樓道，并可進入一般電梯送入多層樓作 業(yè)；采用二相電源作動力，無級變速，使用戶的高空作業(yè)更安全、更方便，噪 音小。使用方便快捷，是理想的登高作業(yè)設備。 1.2 發(fā)展現(xiàn)狀 美國既是工程升降機的主要生產國，乂是升降機最大的世界市場之一。但 由于日本、德國升降機工業(yè)的迅速發(fā)展及RT和AT產品的興起，美國廠商曾在 20世紀60?70年代世界市場中占有的主導地位正逐步受到削弱，從而形成美 國、日本和德國三足鼎立之勢。近幾年美國經濟回升，市場活躍，外國廠商紛

6、 紛參與競爭。美國制造商的實力也有所增強，特雷克斯升降機公司的崛起即是 例證。特雷克斯升降機公司前身是美國科林升降機廠。1995年以來，其通過一系列的兼并活動，已發(fā)展成為世界頂級公司之一。近20年世界匚程升降機行業(yè) 發(fā)生了很大變化。越野輪胎升降機和全地面升降機產品的迅速發(fā)展，打破了原 有產品與市場格局，在經濟發(fā)展及市場激烈競爭沖擊下，導致世界工程升降機 市場進一步趨向一體化。目前世界工程升降機年銷售額已達75億美元左右。 主要生產國為美國、日本、德國、法國、意大利等，世界頂級公司有10多家， 主要集中在北美、日本（亞洲）和歐洲。日本從20世紀70年代起成為工程升 降機生產大國，產品質量和數(shù)量

7、提高很快，已出口到歐美市場，年總產量居世 界第一。自1992年以來，由于受日元升值、國內基建投資下降和亞洲金融危機 影響，年產量呈下降趨勢。目前日本市場年需求量為3000臺左右。歐洲是潛 力很大的市場，歐洲各工業(yè)國既是工程升降機的出口國，也是重要的進口國。 德國是最大的歐洲市場，其次為英國、法國、意大利等國。在德國全地面升降 機產品市場份額中，利勃海爾占53%,格魯夫占16%,德馬泰克占14%,多田野 和特雷克斯各占10%和5%左右。 升降機市場的火爆也印證了支撐桿的需求極大，作為升降系統(tǒng)中的重要部 件，支撐桿的作用很大。下面是關于支撐桿的作用以及生產： 1 .支撐桿活塞桿必需向下位置安裝

8、, 好的阻尼質量及緩沖機能。 2 .支撐桿活塞桿必需向下位置安裝, 好的阻尼質量及緩沖機能。為高壓制品, 扶手用。 3 .支撐桿活塞桿必需向下位置安裝, 不得倒裝,這樣可以減低摩擦和確保最 不得倒裝,這樣可以減低摩擦和確保最 嚴禁隨意剖析、火烤、砸碰，不得作 不得倒裝,這樣可以減低摩擦和確保最 好的阻尼質量及緩沖機能。使用環(huán)境溫度：-35℃一+70℃。（特定制造 80℃） 4 .支撐桿活塞桿必需向下位置安裝，不得倒裝,這樣可以減低摩擦和確保最 好的阻尼質量及緩沖機能。在工作中不應受到傾斜力或橫向力的作用。 5 .決定支點安裝位置是支撐桿活塞桿必需向下位置安裝，不得倒裝,這樣

9、可 以減低摩擦和確保最好的阻尼質量及緩沖機能。能否準確進行工作的保證，氣 壓桿（氣彈簧）活塞桿必需向下位置安裝，不得倒裝，這樣可以減低摩擦和確保 最好的阻尼質量及緩沖機能。必需用準確方法安裝，即當封閉時，讓其移過結 構中央線，否則，支撐桿活塞桿必需向下位置安裝，不得倒裝，這樣可以減低摩 擦和確保最好的阻尼質量及緩沖機能。會常常自動將門推開。也不答應將支撐 桿活塞桿必需向下位置安裝，不得倒裝,這樣可以減低摩擦和確保最好的阻尼質 量及緩沖機能。先安裝在所需位置后噴、涂漆。 當前，我國支撐桿基礎件行業(yè)存在以下主要問題: 一是重復建設嚴重、專業(yè)化程度低、形不成規(guī)模、經濟效益差。支撐桿基 礎件與主機

10、相比，企業(yè)建立的初始資金和技術所需投入相對較少，因此在國家 幾次經濟大發(fā)展時.期，都增加了一批基礎件生產企業(yè)，隨之也出現(xiàn)了大量低水 平的重復建設、點多、批量小，形不成經濟規(guī)模?；A件企業(yè)雖然逐漸獨立于 主機廠，但大多數(shù)企業(yè)本身就是大而全、小而全，專業(yè)化程度低，轉杯水平不 高，質量部穩(wěn)定，經濟效益低下。如我國軸承行業(yè)三家大型骨干企業(yè)年產軸承 的總和還不到國外一家聞名公司的1/50.近兩年，我國建成近百家液壓件廠， 但年產30萬以上的只有幾家，主要產品是為農機配套。 二十科研開發(fā)力量薄弱，資金投入不足，技術進步緩慢?；A件各個行業(yè) 在20世紀70年代末、80年代初期就較早地引進了一批國外先進技術

11、，但對消 化吸收缺乏足夠的軟硬件投入。據(jù)國外經驗，引進技術與消化吸收所需的資金 的比例約為1:7,而我國對此熟悉較晚，消化吸收步子較慢。市場競爭實際上 實際上是技術實力的較量。國外對此極為重視，紛紛加大投入，占領技術制高 點。各大聞名公司用于科研開發(fā)的資金均占其銷售額的4-5,重點領域達10.目 前我國雖然有不少高等院校從事科研工作，不少理論研究、科研成果、專利論 文均有相當高的水平，但與生產實際結合的不緊，特別是轉化成商品的速度 慢。 三是原材料及相關技術落后，工藝及工藝裝備水平低，制約了基礎件的發(fā) 展。緊固件、鏈條、彈簧、軸承、模具等產品所使用的鋼材質量差、品種規(guī)格 少，直接影響了基礎件

12、產品的質量，而液壓件鑄件以及與液壓件產品質量相關 的電控技術落后，也直接影響了基礎件產品的質量和可靠性。升降機的基礎件 支撐桿一般都是成批、大量地生產，也有多品種、加工精度要求高的產品，因 此對生產工藝及其裝備要求高，投資大。國外多采用高效率、高精度的專機、 生產線或柔性線，實現(xiàn)高效自動化生產。但我國一些基礎件企業(yè)受資金制約， 投入力度不大，企業(yè)自我改造能力差，先進設備少乂不配套，影響了產品上、 質量上的檔次。 我國對升降機基礎件在升降機工業(yè)中的重要地位熟悉較晚，長期缺乏投 入，致使整個行業(yè)基礎差、底子薄、實力弱。隨著我國主機水平的提高，升降 機基礎件落后于主機的瓶頸現(xiàn)象日益顯現(xiàn)。近年來，雖

13、然在技術引進、技術改 造、科研開發(fā)等方面，國家給予了一定支持，但與當前市場需求及國外水平相 比，仍有不小差距，具體表現(xiàn)在：產品品種少、水平低、質量不穩(wěn)定，早期故 障率高，可靠性差。 綜合分析，造成上訴問題的主要原因在于： 1 .企業(yè)基礎薄弱。由于我國升降機基礎件行業(yè)基礎差，底子薄，科技投入 少，開發(fā)力量薄弱，不能適應主機行業(yè)引進、合資、合作、快速發(fā)展的需要， 導致升降機基礎件國內市場占有率有所下降。 2 .國家缺乏對升降機基礎件行業(yè)有力的政策支持。雖然國家在產業(yè)政策方 面，明確了重點支持的升降機基礎件，但缺少相應的配套政策的支持。 因此，為提高我國支撐桿產品的市場競爭能力，更好地滿足我

14、國升降系統(tǒng) 工業(yè)對國產基礎件配套的需求，預計我國支撐桿行業(yè)面臨進一步的調整，以整 合優(yōu)勢資源，淘汰落后企業(yè)。在今后的5-10年中，行業(yè)將在發(fā)展品牌產品及名 牌企業(yè)、開展技術創(chuàng)新、提高國內市場競爭能力和加強集約化經營等方面力爭 有較大的進展和突破。 1.3 研究目的和意義 隨著現(xiàn)在社會科學技術的發(fā)展，支撐桿已經普及到社會生活的各個角落， 運用越來越廣泛。不管是建筑，土木工程，以及人們的日常生活都離不開升降 機械，許多商家把握這個商機紛紛投資建廠。支撐桿制造公司隨之如雨后春筍 般林立在各大工業(yè)城市，支撐桿市場是火爆異常，供不應求，從側面可以看 出，現(xiàn)在社會發(fā)展迅速，帶動整個行業(yè)的發(fā)展以及人們的

15、需求。 本文旨在實現(xiàn)一種能夠在一定空間內提供多層次升降范圍的升降桿件，多 個這種桿件共同支撐一組平臺就可實現(xiàn)所需要的升降功能。這種設計的有點是 升降系統(tǒng)結構穩(wěn)定，采用電動支撐更加便捷、綠色環(huán)保。 1.4 本文的主要工作 第一章，介紹當今社會支撐桿的背景、發(fā)展現(xiàn)狀以及該設計研究的目的和 意義，為了順應社會環(huán)保、節(jié)能、經濟的發(fā)展要求，本文盡可能的選擇經濟 的、實用的、綠色環(huán)保部件進行設計。 第二章，介紹支撐桿總體設計方案的設計方法。對主要的部件的設計形 狀、尺寸及材料選型進行分析。 第三章，對系統(tǒng)中應用到的主要零部件的原理、應用、選型等作詳細分 析。 第四章，對本設計設計過程中應用到的

16、建模、仿真的軟件以及建模過程作 簡單介紹、 第五章，對該設計的產品的維護方法及措施作簡單介紹。 第2章升降系統(tǒng)總體方案設計 2.1設計要點 升降系統(tǒng)長桿的工作高度為1000mm,短桿的工作高度為300mm. 升降系統(tǒng)的舉升重量為200-500Kg. 對所設計的模型進行運動仿真。 2.2選材 連桿選用45鋼（調質鋼） 查《材料力學》第27頁，表2.1可得：b、=353MPa a=598MPa 口 =16% 查表 2.2 可得 E=196-216, 〃=0.24-0.28,上網查得夕=7. 85g/cnf 2. 3尺寸計算 支撐結構示意圖如圖所示（這里只給出一級支撐系統(tǒng)，

17、下幾級同下）: 首先假設平臺所受壓力為G, 隨便選取一根支撐桿，對支撐點就行受力分析可得： 一級支撐系統(tǒng)示意圖 G F=一 4 我們先對支撐桿的橫截面應力進行校核, 桿 ld=20mm 則 b = — = 5.61x10 Pa < [b] 再對臨界壓力進行校核 由公式 7T2E /x(196xl0“9—3 280x10尸 J 將支撐桿簡化為較支桿，截面為圓形，i= % =9號=52 4 1 所以不能用歐拉公式計算臨界壓力。 由公式 a — b, _(461 — 353)MP〃_ jo ~b 2.568M& 可見支撐桿的柔度力介于

18、4和4之間，是中等柔性壓桿。 則用直線公式計算出臨界應力為 4r = a — ZU =(461 MPa)—(2.568 MPa)x 52 = 327 MPa 臨界壓力是 Fcr = acrA = 7(20x ICT%J x(327xlO6P6/)= 102678^ 則安全因數(shù)為 102678N 1700N =60 max 完全滿足安全要求 第二級支撐桿 外徑和內徑分別為40mm和30mm,長420mm, 對橫截面應力進行校核 <7 = — = ―, 一0 八=3.63x 10(，Pa < [crl A 乃仍2-"2) L J 4 故滿足要求 再對臨界壓力進

19、行校核 則橫截面的慣性矩是 / =看(。4 -J4)=A(o,O44 - 0.03?4 = 0.086xl0-6/n4 由此計算出桿的臨界壓力為 也=4(196x103)x(。.-/) = 33 出 笥 很明顯也滿足安全要求 三級支撐桿 外徑和內徑分別為60mm和50mm,長420mm, 對橫截面應力進行校核 由公式 F _ 2300 A 7t\D- -t72) =2.66x106P^/< 故也滿足要求 再對臨界應力進行校核 則橫截面的慣性矩為 / 囁04 一/)哈(0.064 -0.0543=0.36x1 由此計算出桿的臨界壓力為 乃2 X

20、 (196X1 ()9 04)x(0.36X1 (T6刀J_ 1577弘 N 也滿足要求 最下邊的支撐桿 外徑為80mln,內徑為70mm,長為380mm, 計算幾乎相同，這里就可以省略，很明顯此桿也是符合要求 第3章電機、絲杠等部件的選型 3.1電機 3.1.1 電機種類的選擇 電動機按用途可分為驅動用電動機和控制用電動機，設計要求升降平臺的 位移可控，故采用控制用電動機?？刂朴秒妱訖C乂分為步進電機和伺服電機 等。步進電機是一種將脈沖信號變換成相應的角位移（或線位移）的電磁裝 置。伺服電機是一種在私服系統(tǒng)中控制機械元件運動的發(fā)動機，是一種補助馬

21、達間接變通裝置。伺服電機可控制速度，位置精度非常準確，將電壓信號轉化 為轉矩和轉速以驅動控制對象。但是，伺服電機的價格相當昂貴，乂因該設計 要求的控制精度并不是很高，故采用步進電機以滿足設計要求。 3.1.2 步進電機的原理 步進電機是將電脈沖信號轉變?yōu)榻俏灰苹蚓€位移的開環(huán)控制元件。在非超 載的情況下，電機的轉速，停止的位置只取決于脈沖信號的頻率和脈沖數(shù)，而 不受負教變化的影響，即給電機加一個脈沖信號，電機則轉過一個步距角。這 一線性關系的存在，加上步進電機只有周期性的誤差而無累積誤差等特點。使 得在速度，位置等控制領域用步進電機來控制變得非常簡單。 步進電機主要由兩部分構成：定

22、子和轉子。它們均由磁性材料構成。定、 轉子鐵心由軟磁材料或硅鋼片疊成凸極結構，定、轉子磁極上均有小齒，定、 轉子的齒數(shù)相等。其中定子有六個磁極，定子磁極上套有星形連接的三相控制 繞組，轉子上沒有繞組。轉子上相鄰兩齒間的夾角成為齒距角。 工作過程為A相通電，A方向的磁通經轉子形成閉合回路。若轉子和磁場 軸線方向原有一定角度，則在磁場的作用下，轉子被磁化，吸引轉子，由于磁 力線總是要通過磁阻最小的路徑閉合，銀次會在磁力線扭曲時產生切向力而形 成磁阻轉矩，使轉子轉動，使定、轉子的齒對齊停止轉動。 B相通電，轉子2、4齒和B相軸線對齊，相對A相通電位置轉了 30度; C相通電再轉30度。

23、 3.1.3 步進電機的應用 步進電機主要用于一些有定位要求的場合。例如線切割的工作臺拖動包裝 機定長度的呢過。并且廣泛應用于ATM機、噴繪機、刻字機、寫真機、醫(yī)療儀 器及設備、計算機外設及海量存儲設備、精密儀器、辦公自動化機器人等領 域。 特別適合要求運動平穩(wěn)、低噪音、響應快、整機成本低、使用壽命長的場 合、 3.1.4 步進電機型號的選擇 步進電機有步距角（涉及到相數(shù)）、靜轉矩、及電流三大要素組成，一旦 三大要素確定，步進電機的型號便確定下來了。 步距角的選擇 電機的步距角取決于負載精度的要求，將負載的最小分辨率（當量）換算 到電機軸上，每個當量電機應走多少角度（包括減速）。

24、電機的步距角應等于 或小于此角度。目前市場上步進電機的步距角一般有0.36度/0. 72度（五相電 機）、0.9度/1.8度（二、四相電機）、1.5度/3度（三相電機）等。 由上述計算可得，升降放大倍數(shù)為2X+1,即長桿為27倍，短桿為9倍。 絲杠螺距為2mm,取升降的允許誤差為0.4mm,則要求的步距角應小于360度 xO. 4mni/2mmx 1/27=2. 67度。故選用步進角為1. 8度的步進電機即可滿足要 求。 靜力矩的選擇 步進電機的動態(tài)力矩一下子很難確定，我們往往先確定電機的靜力矩選擇 的依據(jù)是電機工作的負載。 根據(jù)設計簡圖以及該設計的要求，該支撐系統(tǒng)需承重200Kg-5

25、OOKg,即理 想的說，施加到絲杠上的力為F=2KN-5KN,轉換成電機上的扭矩為 T=P/（加）xFxd/2=2/（^x20）x5OOOx20/2N>m =9. 85N? m 華號（混公式 保持矮矩 額定電流 轉子慣量 電機機量 電機長度 弓1出線 Model Holding lorque Current Rctor iiienia Weight Lengti Line 單:Me 雙山軸 (N.m) (A/Phase) ig.cm21 (Kgl Umm) SM2O32A SM2O32B 0.18 0.6 2 0.06 32 4

26、 SM2O35A SM2O35B 0.18 1).6 2 0.06 35 4 SM2O45A SM2O45B 0.3 0.8 3.6 0.08 15 4 從表中選用110mm系列大力矩混合式步進電機型號為SM110101A即可。 靜力矩一樣的電機，由于電流參數(shù)不同，其運行特性差別很大，可依據(jù)矩 頻特性曲線圖，判斷電機的電流（參考驅動電源及驅動電壓） 力矩與功率換算 步進電機一般在較大范圍內調速使用，其功率是變化的，一般只用力矩來 衡量，力矩與功率換算如下： P = Q>A/ Q = 2^ > n/6O 0=2加?政 60 3.2絲杠 3. 2.1

27、絲杠種類的選擇 悌形掘紋 鈿由附螺紋 矩形螂紋 螺旋傳動是一種常見的傳動形式。它是利用螺桿和螺母的相對運動來傳遞 運動和動力的一種傳動機構，將旋轉運動轉變成直線運動。螺旋傳動按其接觸 面的摩擦性質可分為滑動螺旋傳動、滾動螺旋傳動、靜壓螺旋傳動，目前應用 較多的是滑動傳動。 所設計的系統(tǒng)為升降系統(tǒng)，為防止因突然斷電而引起的事故，選用滑動絲 杠來實現(xiàn)自鎖。當滑動絲杠的螺旋升角小于絲杠材料本身的摩擦角時.，即使電 機斷電失去動力絲杠螺母仍可保持原來的狀態(tài)而不會自行下降。 另外，雖然滑動絲杠要比滾輪絲杠的精度和靈活性差，但是其價格也要比 后者低得多。綜合考慮選用滑動絲杠。 3. 2.

28、 2滑動絲杠的原理 滑動絲杠是一種用來將旋轉運動轉化為直線運動；或將直線運動轉化為旋 轉運動的執(zhí)行元件。當絲杠作為主動體時，螺母就會隨絲杠的轉動角度按照對 應規(guī)格的導程轉化為直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實 現(xiàn)對應的直線運動。 3. 2. 3滑動絲杠的應用 利用它的增力作用的特點用于機床進給機構，本設計是利用滑動絲杠作為 主動件，帶動螺母進行豎直方向的直線運動，從而帶動作為活塞桿的第一級桿 件。并且滑動絲杠還具有降速傳動比大的特點和自鎖等特性。 3. 2. 4滑動絲杠的型號選擇 經網絡查詢得知，THK梯形絲杠的一些資料:THK梯形絲杠是用來將旋轉運 動轉化為直線運動

29、；或將直線運動轉化為旋轉運動的執(zhí)行元件，并具有傳動效 率高，定位準確自鎖等特點。梯形絲杠是一種具有45度導程角的不易于加工的 滑動進給絲杠。THK梯形絲杠大導程角最適合于在低轉速下實現(xiàn)快速往復進 給，能夠以70%的效率很容易地將直線運動轉換為旋轉運動，將旋轉運動轉換 為直線運動。由于導程很大，因此最適合于制造低速旋轉的快進機構。符合30 度梯形螺紋標準的滑動進給絲杠。它由特種軸承合金經壓鑄成型制成，具有極 好的耐磨性，是一款價格適中的高精度產品。這是高性能進給絲杠，它將壓鑄 成型的螺母與高精度的滾扎絲杠軸相接，與傳統(tǒng)的機械加工品相比可降低成本 50%,微型梯形絲杠是含油塑料制造的，具有較好的耐

30、磨損性，尤其是無潤滑工 作條件下具有優(yōu)異的潤滑性，并且，由于其優(yōu)良性能能夠長時間維持，因此可 以有較長的免維護使用周期。專用滾扎軸的特長：對于梯形絲杠，提供有標準 長度專用的滾扎軸。THK梯形絲杠提高耐磨損性軸齒有冷軋加工成型，齒面加 .匚硬化后硬度將超過250HV,然后實施鏡面拋光，因此，軸具有高度耐磨損 性，當與梯形絲杠配合使用時，可以獲得及其平穩(wěn)的運動效果。改善機械性 能。在滾扎軸齒面內部結構中，沿著齒面輪廓出現(xiàn)纖維流線，從而使得齒根周 圍的結構變得很緊密，因此可以增加疲勞強度。由于每一根軸都是滾扎成型 的，因此軸端的支撐座軸承等的額外加工可以很容易地同坐車削或銃削來完 成。高強度鋅合金

31、梯形絲杠中使用的高強度鋅合金是一種具有高度耐焦化性， 耐磨損以及耐負荷的材料。 經分析THK梯形絲杠基本滿足設計要求。 關于絲杠的校核，在螺旋傳動中，螺桿所承受的載荷主要是轉矩和軸向拉 力（或壓力）。這些力要引起螺桿。螺母工作表面的磨損。螺桿的變形及螺桿 或螺母牙的斷裂；同時當螺桿長徑比較大時，由于受壓發(fā)生縱向彎曲以致造成 隱患。因此設計過程中還應當考慮耐磨性、剛度、穩(wěn)定性及強度等4個方面。 （1）耐磨性計算 磨損是滑動螺旋傳動的主要失效方式，因此螺桿的直徑和螺母軸向長度 （或高度）通常是根據(jù)耐磨進行計算的。為保證螺紋的耐磨性和使用壽命，必 須限制螺紋工作表面的比壓，使其值小于或等于許

32、用比壓，即 F Ft p =——--=——--< [/?] 令〃=沏2,則由上式可得： 由于該系統(tǒng)速度維持在0.5—lm/min,根據(jù)《精密機械設計》P224表得，選 用鋼質螺桿、青銅質螺母以保證這個范圍的速度。 ⑵剛度計算 螺桿在軸向載荷和轉矩T的作用下將發(fā)生變形，引起螺距變化，從而影 響螺旋傳動精度。因此，設計時應進行剛度計算，以便將螺距的變化限制在允 許的范圍內。 螺桿受軸向載荷工時，1個螺距的變化量4=務 螺桿受扭矩T時，螺桿在一個螺距長度上產生的扭轉角= — 由此而引起的一個螺距的變化量4 =吳=1— P ⑶穩(wěn)定性計算 2江2水以 對于受壓且具有較大柔度的螺桿，在

33、工作時螺桿可能由于失穩(wěn)而產生側向 撓曲。本設計采用的非這類螺桿，所以就不做討論。 （4）強度計算 螺桿在軸向教荷 （拉伸或壓縮）和轉矩T的作用下產生正應力和切應 力。螺桿單強度可按第四強度理論進行驗算,其計算公式為 絲杠嫁母機構乂稱螺施傳動機構。它主要用來將旋轉運動變換為直線運動 或將直線運動變換為旋轉運動。有以傳遞能量為主的（如螺旋壓力機、千斤頂 等）；也有以傳遞運動為主的如機床工作臺的進給絲杠）；還有調整零件之問相 對位置的螺旋傳動機構等。絲杠螺母機構有滑動摩擦機構和滾動摩擦機構之 分?；瑒咏z杠螺母機構結構簡單，加工方便，制造成 本低，具有自鎖功能，但 其摩擦阻力矩大、傳動效率低（

34、30%?40%）。滾珠絲杠螺母機構雖然結構復 雜、制造成本高，不能自鎖，但其最大優(yōu)點是摩擦阻力矩小、傳動效率高 （92%?98%）,精度高，系統(tǒng)剛度好，運動具有可逆性，使用壽命長，因此在 機電一體化系統(tǒng)中得到大量廣泛應用。 3. 3聯(lián)軸器 3. 3.1聯(lián)軸器的簡介 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸和從動軸）使之共同旋轉 以傳遞扭矩的機械零件。在高速重教的動力傳動中，有些聯(lián)軸器還有緩沖、減 振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組成，分別與主動軸和從動 軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接。 聯(lián)軸器種類繁多，按照被聯(lián)接兩軸的相對位置和位置的變動情況，可

35、以分 為：①固定式聯(lián)軸器。主要用于兩軸要求嚴格對中并在工作中不發(fā)生相對位移 的地方，結構一般較簡單，容易制造，且兩軸瞬時轉速相同，主要有凸緣聯(lián)軸 器、套筒聯(lián)軸器、夾殼聯(lián)軸器等。②可移式聯(lián)軸器。主要用于兩軸有偏斜或在 工作中有相對位移的地方，根據(jù)補償位移的方法乂可分為剛性可移式聯(lián)軸器和 彈性可移式聯(lián)軸器。剛性可移式聯(lián)軸器利用聯(lián)軸器工作零件間構成的動聯(lián)接具 有某一方向或幾個方向的活動度來補償，如牙嵌聯(lián)軸器（允許軸向位移）、十 字溝槽聯(lián)軸器（用來聯(lián)接平行位移或角位移很小的兩根軸）、萬向聯(lián)軸器（用 于兩軸有較大偏斜角或在工作中有較大角位移的地方）、齒輪聯(lián)軸器（允許綜 合位移）、鏈條聯(lián)軸器（允許有徑向位

36、移）等，彈性可移式聯(lián)軸器（簡稱彈性 聯(lián)軸器）利用彈性元件的彈性變形來補償兩軸的偏斜和位移，同時彈性元件也 具有緩沖和減振性能，如蛇形彈簧聯(lián)軸器、徑向多層板簧聯(lián)軸器、彈性圈栓銷 聯(lián)軸器、尼龍栓銷聯(lián)軸器、橡膠套筒聯(lián)軸器等。聯(lián)軸器有些已經標準化。選擇 時要根據(jù)工作要求選定合適的類型，然后按照軸的直徑計算扭矩和轉速，再從 有關手冊查出適用的型號，最后對某些關鍵零件作必要的驗算。 分類還包括球籠式萬向聯(lián)軸器、圓錐碗簧聯(lián)軸器、SWP及SWC型十字軸式 萬向聯(lián)軸器十字包94、矯正機用十字軸式萬向聯(lián)軸器（JB/T7846.2-95）、彈簧 管聯(lián)軸器、WS及WSD型十字軸式萬向聯(lián)軸器（JB/T5901-91）

37、、WSH型滑動軸承 十字軸式萬向聯(lián)軸器、ML型薄膜聯(lián)軸器（SJ2127-82）、SWZ型整體軸承座十字 軸式萬向聯(lián)軸器93等。 聯(lián)軸器屬于機械通用零部件范疇，用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸（主動軸 和從動軸）使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械零件。在高速重教的動力傳動中， 有些聯(lián)軸器還有緩沖、減振和提高軸系動態(tài)性能的作用。聯(lián)軸器由兩半部分組 成，分別與主動軸和從動軸聯(lián)接。一般動力機大都借助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián) 接，是機械產品軸系傳動最常用的聯(lián)接部件。20世紀后期國內外聯(lián)軸器產品發(fā) 展很快，在產品設計時如何從品種甚多、性能各異的各種聯(lián)軸器中選用能滿足 機器要求的聯(lián)軸器，對多數(shù)設計人員來講，始終是一個困擾

38、的問題。常用聯(lián)軸 器有膜片聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器，梅花聯(lián)軸器，滑塊聯(lián)軸器，鼓形齒式聯(lián)軸器， 萬向聯(lián)軸器，安全聯(lián)軸器，彈性聯(lián)軸器及蛇形彈簧聯(lián)軸器。 3. 3. 2聯(lián)軸器安裝與維護 聯(lián)軸器外形尺寸，即最大徑向和軸向尺寸，必須在機器設備允許的安裝空 間以內。應選擇裝拆方便、不用維護、維護周期長或維護方便、更換易損件不 用移動兩軸、對中調整容易的聯(lián)軸器。 大型機器設備調整兩軸對中較困難，應選擇使用耐久和更換易損件方便的 聯(lián)軸器。金屬彈性元性撓性聯(lián)軸器一般比非金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器的使用壽 命長。需密封潤滑和使用不耐久的聯(lián)軸器，必然增加維護工作量。對于長期連 續(xù)運轉和經濟效益較高的場合，例如我國冶金企

39、業(yè)的軋機傳動系統(tǒng)高速端，目 前普遍采用的是齒式聯(lián)軸器，齒式聯(lián)軸器雖然理論上傳遞轉矩大，但必須在潤 滑和密封良好的條件下才能耐久工作。且需經常檢查密封狀況，注潤滑油或潤 滑脂，維護工作量大，增加了輔助工時，減少了有效工作時間，影響生產效 益。國際上工業(yè)發(fā)達國家，已普通選用使用壽命長、不用潤滑和維護的膜片聯(lián) 軸順取代鼓形齒式聯(lián)軸器，不僅提高了經濟效益，還可凈化工作環(huán)境。在軋機 傳動系統(tǒng)選用我國研制的彈性活銷聯(lián)軸器和扇形塊彈性聯(lián)軸器，不僅具有膜片 聯(lián)軸器的優(yōu)點，而且緩沖減振效果好，價格更便宜。 3. 3. 3聯(lián)軸器工作環(huán)境 聯(lián)軸器于各種不同主機產品配套使用，周圍的工作環(huán)境比較復雜，如溫 度、濕

40、度、水、蒸汽、粉塵、砂子、油、酸、堿、腐蝕介質、鹽水、輻射等狀 況，是選擇聯(lián)軸器時必須考慮的重要因素之一。對于高溫、低溫、有油、酸、 堿介質的匚作質量，不宜選用以一般橡膠為彈性元件材料的撓性聯(lián)軸器，應選 擇金屬彈性元件撓性聯(lián)軸器，例如膜片聯(lián)軸器、蛇形彈簧聯(lián)軸器等。 3. 3. 4選用標準 設計人員在選擇聯(lián)軸器時首先應在已經制定為國家標準、機械行業(yè)標準以 及獲國家專利的聯(lián)軸器中選擇，只有在現(xiàn)有標準聯(lián)軸器和專利聯(lián)軸器不能滿足 設計需要時才需自己設計聯(lián)軸器。 了解聯(lián)軸器（尤其是撓性聯(lián)軸器）在傳動系統(tǒng)中的綜合功能，從傳動系統(tǒng) 總體設計考慮，選擇聯(lián)軸器品種、型式。根據(jù)原動機類別和工作載荷類別、工

41、作轉速、傳動精度、兩軸偏移狀況、溫度、濕度、工作環(huán)境等綜合因素選擇聯(lián) 軸器的品種。根據(jù)配套主機的需要選擇聯(lián)軸器的結構型式，當聯(lián)軸器與制動器 配套使用時.，宜選擇帶制動輪或制動盤型式的聯(lián)軸器；需要過載保護時，宜選 擇安全聯(lián)軸器；與法蘭聯(lián)接時，宜選擇法蘭式；長距離傳動，聯(lián)接的軸向尺寸 較大時，宜選擇接中間軸型或接中間套型。 轉矩計算：傳動系統(tǒng)中動力機的功率應大于工件機所需功率。根據(jù)動力機 的功率和轉速可計算得到與動力機相聯(lián)接的高速端的理論短矩T；根據(jù)工況系 數(shù)K及其他有關系數(shù)，可計算聯(lián)軸器的計算轉矩Tc,。聯(lián)軸器T與n成反比， 因此低速端T大于高速端T。 根據(jù)計算轉矩Tc,從標準系列中可選定相

42、近似的公稱轉矩Tn,選型時應滿 足TnNTc。初步選定聯(lián)軸器型號（規(guī)格），從標準中可查得聯(lián)軸器的許用轉速 [n]和最大徑向尺寸D、軸向尺寸L0,就滿足聯(lián)軸器轉速nW [n]。 調整型號：初步選定的聯(lián)軸器聯(lián)接尺寸，即軸孔直徑d和軸孔長度L,應 符合主、從動端軸徑的要求，否則還要根據(jù)軸徑d調整聯(lián)軸器的規(guī)格。主、從 動端軸徑不相同是普通現(xiàn)象，當轉矩、轉速相同，主、從動端軸徑不相同時; 應按大軸徑選擇聯(lián)軸器型號。新設計的傳動系統(tǒng)中，應選擇符合GB/T3852中規(guī) 定的七種軸孔型式，推薦采用J1型軸孔型式，以提高通用性和互換性，軸孔長 度按聯(lián)軸器產品標準的規(guī)定。 選擇聯(lián)接型式：聯(lián)軸器聯(lián)接型式的選擇取

43、決于主、從動端與軸的聯(lián)接型 式，一般采用鍵聯(lián)接，為統(tǒng)一鍵聯(lián)接型式及代號，在GB/T3852中規(guī)定了七種鍵 槽型式，四種無鍵聯(lián)接，用得較多的是A型鍵。 選定品種：根據(jù)動力機和聯(lián)軸器載荷類別、轉速、工作環(huán)境等綜合因素， 選定聯(lián)軸器品種；根據(jù)聯(lián)軸器的配套、聯(lián)接情況等因素選定聯(lián)軸器型式；根據(jù) 公稱轉矩、軸孔直徑與軸孔長度選定規(guī)格(型號)。為了保證軸和鍵的強度， 在選定聯(lián)軸器型號(規(guī)格)后，應對軸和鍵強度做校核驗算，以最后確定聯(lián)軸 器的型號。 3. 4銷的選擇 銷是主要用于零件間的連接與定位。常用的有圓柱銷、圓錐銷和開口 銷。為了使連桿之間形成所需要的旋轉副鏈接，采用俏軸連接。為了使銷軸 不容易脫

44、落，需用開口銷鎖定。 第4章電動支撐桿的建模及仿真 3.1 Sol idworks 的介紹 SolidWorks為達索系統(tǒng)(Dassault Systemes S. A)下的子公司，專門 負責研發(fā)與銷售機械設計軟件的視窗產品。達索公司是負責系統(tǒng)性的軟件供 應，并為制造廠商提供具有Internet整合能力的支援服務。該集團提供涵 蓋整個產品生命周期的系統(tǒng)，包括設計、工程、制造和產品數(shù)據(jù)管理等各個 領域中的最佳軟件系統(tǒng)，著名的CATIAV5就出自該公司之手，目前達索的 CAD產品市場占有率居世界前列。 SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技術副總裁與CV公司的 副總裁發(fā)

45、起，總部位于馬薩諸塞州的康克爾郡(Concord, Massachusetts ) 內，當初的目標是希望在每一個工程師的桌面上提供一套具有生產力的實體 模型設計系統(tǒng)。從1995年推出第一套SolidWorks三維機械設計軟件至今， 至2010年已經擁有位于全球的辦事處，并經由300家經箱商在全球140個國家 進行銷售與分箱該產品。1997年，Solidworks被法國達索(Dassault Systemes)公司收購，作為達索中端主流市場的主打品牌。 SolidWorks軟件是世界上第一個基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)， 由于技術創(chuàng)新符合CAD技術的發(fā)展潮流和趨勢，SolidWork

46、s公司于兩年間成 為CAD/CAM產業(yè)中獲利最高的公司。良好的財務狀況和用戶支持使得 SolidWorks每年都有數(shù)十乃至數(shù)百項的技術創(chuàng)新，公司也獲得了很多榮譽。 該系統(tǒng)在1995-1999年獲得全球微機平臺CAD系統(tǒng)評比第一名；從1995年至 今,已經累計獲得十七項國際大獎，其中僅從1999年起，美國權威的CAD專 業(yè)雜志CADENCE連續(xù)4年授予SolidWorks最佳編輯獎，以表彰SolidWorks 的創(chuàng)新、活力和簡明。至 此，SolidWorks所遵循的易 用、穩(wěn)定和創(chuàng)新三大原則得到了全面的落實和證明，使用它，設計師大大縮 短了設計時間，產品快速、高效地投向了市場。 由于Soli

47、dWorks出色的技術和市場表現(xiàn)，不僅成為CAD行業(yè)的一顆耀 眼的明星，也成為華爾街青睞的對象。終于在1997年由法國達索公司以三億 一千萬美元的高額市值將SolidWorks全資并購。公司原來的風險投資商和 股東，以一千三百萬美元的風險投資，獲得了高額的回報，創(chuàng)造了 CAD行業(yè) 的世界紀錄。并購后的SolidWorks以原來的品牌和管理技術隊伍繼續(xù)獨立 運作，成為CAD行業(yè)一家高素質的專業(yè)化公司，SolidWorks三維機械設計軟 件也成為達索企業(yè)中最具競爭力的CAD產品。 由于使用了 Windows OLE技術、直觀式設計技術、先進的parasolid內 核（由劍橋提供）以及良好的與第三

48、方軟件的集成技術，SolidWorks成為全 球裝機量最大、最好用的軟件。資料顯示，目前全球發(fā)放的SolidWorks軟 件使用許可約28萬，涉及航空航天、機車、食品、機械、國防、交通、模 具、電子通訊、醫(yī)療器械、娛樂工業(yè)、日用品/消費品、離散制造等分布于 全球100多個國家的約3萬1千家企業(yè)。在教育市場上，每年來自全球4, 300 所教育機構的近145, 000名學生通過SolidWorks的培訓課程。 據(jù)世界上著名的人才網站檢索，與其它3D CAD系統(tǒng)相比，與 SolidWorks相關的招聘廣告比其它軟件的總合還要多，這比較客觀地說明了 越來越多的工程師使用SolidWorks,越來越多

49、的企業(yè)雇傭SolidWorks人 才。據(jù)統(tǒng)計,全世界用戶每年使用SolidWorks的時間已達55的萬小時。 在美國，包括麻省理工學院（MIT）、斯坦福大學等在內的著名大學已 經把SolidWorks列為制造專業(yè)的必修課，國內的一些大學（教育機構）如 清華大學、哈爾濱工業(yè)大學、北京航空航天大學、大連理工大學、北京理工 大學、上海教育局等也在應用SolidWorks進行教學。 4. 2基于Sol idworks的建模方法 Solidworks建?；驹瓌t 基于三維設計的Solidworks采用全相關技術，并在設計思路上支持自下而 上和自上而下的方式。傳統(tǒng)的設計方法往往從零件開始設計，畫零

50、件圖，然后 按尺寸把零件圖畫入裝配體圖，若設計零件較多，則尺寸數(shù)據(jù)太多容易出錯。 當零件在裝配體中不合理時，需要返回更改，工作量很大，且容易有疏漏?；?于Solidworks的設計可以這樣進行。 首先大致確定裝配體形狀和其中的主要關鍵零件，初步設計出表現(xiàn)裝配體 形狀的基體零件，比如箱體，基座等零件，然后初步設計出來關鍵零件。 運用Solidworks的虛擬裝配功能把以上初步設計的零件裝配起來，然后再 裝配體中確定剩余零件的粗略尺寸和數(shù)量。 在新建的零件圖中作出零件模型，導入裝配體中，在裝配體中編輯零件尺 寸和特征，使各部分配合完善，然后通過干涉檢查確認各尺寸的配合是否干 涉。 以上操作

51、均可視化，非常直觀方便，省去了頭腦中建模和圖紙中表達這一 間接過程，直觀準確且不易出錯，概括起來有以下步驟： （1）零件造型 規(guī)劃零件：分析零件特征組成、特征之間的關系、特征的構造順序及其構 造方法等。 創(chuàng)建基礎特征：基本基礎是構成每一個零件基本形態(tài)的基本特征，它是構 造其他特性的基礎 創(chuàng)建其他基本特征：根據(jù)零件的規(guī)劃結果，在基礎特征上添加其他基本特 征，最后添加輔助特征。 編輯特征：根據(jù)需要對已經建立的零件進行特征修改、刪除和添加等編輯 操作。 （2）虛擬裝配 規(guī)劃裝配：分析產品的零件組成、零件之間的裝配關系、裝配順序及其裝 配方法。 插入基礎零件：基礎零件是產品中起支撐作用

52、的零件，也稱為“地”，一 般選取產品中與其他零件配合關系較多的零件作為基礎零件。 組裝其他零件或子裝配：根據(jù)裝配的規(guī)劃結果，插入其他零件或子裝配， 并根據(jù)各自的配合關系進行組裝。 （3）生成圖紙 規(guī)劃視圖：根據(jù)零件盒裝配的特點選擇圖紙格式，視圖組成。 添加視圖：根據(jù)視圖規(guī)劃結果，添加基本視圖和輔助視圖。 標注尺寸：標注零件的定性尺寸、定位尺寸、形位公差等。 添加注釋：添加技術要求等文字說明。 5. 3基于Sol idworks的仿真方法 動畫運行就是用動畫的方式演示機構的運行路徑，動畫演示形象、直觀， 能表達文字或者敘述不易講解清楚的復雜產品的內部結構，模擬產品的工作情 況，達到非

53、專業(yè)人士交流設計思想的目的。 Solidworks中的運動仿真分為三個層次，依次是：裝配體運動、物理模擬 以及COSMOSMotion.在這三個功能中，裝配體運動和物理模擬包含在主程序 中，而COSMOSMotion是單獨的插件，需要獨立安裝到Solidworks的安裝文件 中，在制作動畫的過程中，主要是使用主程序中的裝配體運動和物理模擬功 能。 第5章升降系統(tǒng)的維護方法及措施 （1）升降工作系統(tǒng)應處于工作環(huán)境溫度為-30度一一+50度，濕度為30%—- 80%的環(huán)境中 （2）升降平臺上不能夠放置重量大于500Kg的東西。 （3）盡量減少對系統(tǒng)的沖擊。 （4）供給電機的脈沖信號應滿

54、足步進電機的要求。 致謝 首先，衷心感謝我的導師王春海教授。 本課題的重要構思上面都經過了王老師的精心指導，值此論文完成之際， 謹向王老師致以最崇高的謝意！此外，我還要由衷地感謝郭士光、王江磊、莊 海全等同學，是他們在我遇到難題竭力幫助我解決，助我完成畢業(yè)設計的任 務。 參考文獻 [1]陳曉波.電動剪義升降臺推力方式的探討.《演藝設備與科技》，2005,2 (8) ： 22-25. [2]雷玉軍.電動升降臺工作臺.中國專利:200520096657. 9. 2006-08-02 【3】徐書峰，賀春.電動升降工作臺.《機械工程師》.2005,5:82-83. [4]張 宇.一種新

55、型升降臺的設計研究.《機械》,2000,27 (6) ： 6-7 [5]王秀彥，蔡勝利，降式工作臺的液壓系統(tǒng)設計.《液壓與氣動》，1999, 3:14—15. [6]魏發(fā)孔.水平驅動剪刀撐樂池升降機的動力性能研究.《甘肅工業(yè)大學學 報》.1997, 23 (4) ： 48-50. [7]那向儒韓銳阮靜，基于solidworks的運動仿真研究.《機械設計》， 2004, 5. [8] Albert L, Clark, West Bend, Wis. SCISSORS. LIFT WORK PLATFORM. Pat. No. 4, I 14,854. 1997—6—10. [9] Jean-Marie Rennetaud. METHOD MAKING AND INSTALLING ANELEVATOR WITH A SCISSOR LIFT MECHANISM. Pub. No: US 2005/00454271. 2005—03—03.