概述絲桿升降機，SWL系列蝸輪絲杠升降機是一種基礎起重部件，符合JB/T88091998（原JB/ZQ439186）標準。承載能力2.5120T。具有結構緊湊、體積小、重量輕、動力源廣泛、噪音小、安裝方便、使用靈活、功能多、配套形式多、可靠性高、使用壽命長等優點。本設計是一種新式支撐桿的創造，利用電機來帶動絲杠的轉動從而實現支撐機構的升降。其中利用正反螺旋的疊加使用的加大行程的效果，以及螺旋機構的諸多特性來嘗試性的設計創新。當然這其中也多有用到連桿機構，包括四桿及多桿機構的使用。連桿的作用是相當必要的，連桿的正確使用使升降支撐機構實現了階梯性的升降。另外，此次建模是運用MATLAB和Solidworks聯合，此次設計是一個新的嘗試，相信實驗成功后能夠廣泛的應用于工業建筑，醫療科學，航天航空等各個領域，以得到更好的利用。第一章 緒論現今社會，支撐系統的應用已是日益廣泛。在我們的日常生活領域，支撐系統已普遍應用。醫療領域，人工假肢以及工業領域的大型機械臂等都是支撐桿的廣泛應用場所。而在航空、航天等領域，支撐機構性能的優劣更是直接關系到仿真和測試試驗的可靠性和置信度,是保證航空、航天型號產品,以及武器系統精度和性能的基礎。因此，創造更好更優秀的支撐機構便是我們的新的目標。為了能在較短的周期內推出性能更好、更符合客戶需求的機械產品,可通過建立仿真軟件所支持的產品模型,實現機械產品方案確立后的快速仿真分析及反饋,及時對設計方案進行改進和優化。創造更好更優秀的支撐機構便是我們的新的目標。第二章 螺旋傳動的設計2.1螺旋傳動的類型、應用和特點2.1.1 螺旋傳動的類型和應用1）傳力螺旋：在傳動鏈中用于傳遞動力的螺旋傳動稱為傳力螺旋。其特點是承受較大的載荷，傳動精度要求較低，有的甚至對相對位移無精度要求，主要要求是具有足夠的強度。如一起底座的調節螺旋或起重螺旋等。2）示數測量螺旋傳動：在傳動鏈中用以精確地傳遞相對運動或相對位移的螺旋傳動。其特點是傳動式只需克服摩擦力矩和較小的附加阻力矩，其傳動誤差直接影響儀器的工作精度，因此對示數測量螺旋傳動的主要要求是傳動精度高、回差下、運動靈活。常用于機床進給、分度機構和測量儀表中的螺旋測微機構，如千分尺中的螺旋等。3）一般螺旋傳動：用于精密機械中某些構件的傳動或精確定位，對強度、剛度和精度均有較高的要求。當用于定位時，在定位后則要求螺紋不松動，故其螺紋升角必須很小，以保證自鎖。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，本設計采用的是滑動螺旋傳動。2.1.2 滑動螺旋的特點1）降速傳動比大。或，D為輪直徑，即螺桿（或螺母）轉動一圈，螺母（或螺桿）移動一個螺距（單頭）。一般的螺距都比較小，故而降速傳動比大。例如t=0.5，D=160，則i=1005.由于螺旋傳動的結構簡單、緊湊，傳動比大，實現同樣的傳動比，與其他傳動形式相比較，傳動環節少，故可以大大縮小傳動鏈，因而具有較高的傳動精度，且運動靈活、平穩。2）具有增力作用。由于傳動比大，根據在功率一定的條件下降速增矩的原則，給主動件一個較小的轉矩，從動件便可得到較大的軸向力。3）能自鎖。當螺紋升角小于當量摩擦角時，螺旋傳動具有自鎖能力。4）效率低、易磨損、低速存在爬行。由于螺旋工作表面為滑動摩擦，致使其傳動效率低，一般為30%40%，磨損快，因此不適于告訴大功率傳動。2.2螺旋機構的主要參數選擇與計算2.2.1 傳動形式的選擇本設計采用正反螺旋形式，雙螺母配螺桿的結構，即一螺母固定，螺桿轉動并移動，另一螺母移動但不轉動來實現加大行程的移動效果。2.2.2 普通螺紋的主要幾何參數1）大徑d(D):與外螺紋牙頂或內螺紋牙底相重合的假想圓柱體的直徑。2）小徑d1(D1):與外螺紋牙底或內螺紋牙頂相重合的假想圓柱體的直徑3）中徑d2(D2):一假想的圓柱體，該圓柱體的母線通過牙型中線的直徑，稱作用中經。這個假想的螺紋在規定旋和長度內，具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙底和牙頂留有間隙，以保證不與實際螺紋的大、小徑發生干涉。4）底徑：與內螺紋或外螺紋底相重合的假想圓柱體的直徑，即外螺紋的小徑或內螺紋的大徑。5）螺距t:響鈴牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。6）導程s:同一螺旋線上相鄰牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離，s=nt,n為螺紋頭數7）牙形角2:在螺紋牙形上，相鄰兩牙側面間的家教。8）螺紋升角:在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角， 。9）螺紋旋和長度L:兩個相互配合的螺紋沿軸向相互旋和部分的長度。10）螺紋的公稱直徑:代表螺紋尺寸的直徑稱公稱直徑，標準規定按螺紋大徑的基本尺寸記。2.2.3螺旋傳動的計算在螺旋傳動鎮南關，螺桿所承受的載荷主要是轉矩和軸向拉力（或壓力）。這些力邀引起螺桿螺母工作表面的磨損、螺桿的變形及螺母牙的斷裂；同時當螺桿長徑比較大時，由于受壓發生縱向彎曲以致造成失穩。因此，滑動螺旋傳動的設計計算通常包括耐磨性、剛度、穩定性及強度等4個方面。根據需要有時還要進行摩擦力矩、效率及自鎖等其他方面的計算。1）耐磨性計算磨損是滑動螺旋傳動的主要是小形式，因此螺桿的直徑和螺母軸向長度（或高度）通常是根據耐磨進行計算的。影響螺紋磨損的因素很多，如載荷大小、表面粗糙度、螺桿牙面硬度、潤滑以及速度大小等。磨損的速度與螺紋工作表面的比壓大小有直接關系。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用比壓，即式中p螺紋工作表面計算平均比壓；p許用比壓；軸向載荷；螺紋中徑；h螺紋工作高度，對于梯形和矩形螺紋h=0.5t,對于三角螺紋h=0.5413t;n螺紋工作圈數，H為螺母高度，t為螺距。令，則有式中，值可根據羅怒形式確定，對于整體式螺母=1.22.5，對于部分式螺母=2.53.5.2）剛度計算螺桿在軸向載荷和轉矩T的作用下將產生變形，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，以便把螺距的變化限制在允許的范圍內。螺桿受軸向載荷時，1個螺距的變化量。式中，t螺距； E螺桿材料拉壓彈性模量，對于鋼E=2.15MPa； A螺桿螺紋截面面積，對梯形螺紋按螺紋中徑計算，即，螺桿受拉時上式取“+”號，受壓時取“”號。螺桿受扭矩T時，螺桿在1個螺距長度上產生的扭轉角為由此而引起的一個螺距的變化量為式中，G螺桿材料的剪切彈性模量對于鋼MPa; 螺桿螺紋的極慣性矩，對于梯形螺紋按螺紋中徑計算，即。當T逆螺旋方向作用時上式取“+”號，順螺旋方向作用時取“”號。螺桿在軸向載荷和轉矩同時作用下，一個螺距總的變化量為2.2.4 穩定性計算對于受壓且具有較大柔度的螺桿（例如t/d810），在工作時螺桿可能由于失穩而產生側向撓曲，此時應對螺桿進行穩定性的校驗，根據歐拉公式有式中，螺桿失穩時的臨界軸向載荷；螺桿的最大軸向載荷；k安全系數，一般k=2.54；E螺桿材料的拉壓彈性模量，對鋼；J螺桿截面的慣性矩，對于梯形螺紋應按中徑計算；螺桿的工作長度，一般取螺桿支承點間的距離；長度系數，與螺桿支承情況有關。為了計算方便，將上式改寫為式中，m螺桿支承系數，如不滿足上述天劍，應增大知道滿足為止。必須指出：上述壓桿穩定公式僅適用于螺桿的應力不超過其材料的許用應力時，否則將是受壓破換而不是失穩問題。2.2.5 強度計算1）螺桿強度計算。螺桿在軸向載荷（拉伸或壓縮）和轉矩T的作用下產生正應力和切應力。螺桿的強度可按第四強度理論進行驗算其計算公式為式中，螺桿上的應力； 螺桿材料的許用應力； 螺桿螺紋內徑； 螺桿承受的軸向載荷； T螺桿傳遞的轉矩，一般為摩擦力矩2）螺紋強度計算。螺紋強度包括螺桿螺紋強度和螺母螺紋強度，由于螺桿的材料強度通常比螺母材料強度高，故只需對螺母螺紋強度進行計算。設載荷作用在滾珠絲杠類型常用的循環方式有兩種：外循環和內循環。滾珠在循環過程中有時與絲杠脫離接觸的稱為外循環；始終與絲杠保持接觸的稱為內循環。滾珠每一個循環閉路稱為列，每個滾珠循環閉路內所含導程數稱為圈數。內循環滾珠絲杠副的每個螺母有2列、3列、4列、5列等幾種，每列只有一圈；外循環每列有1.5圈、2.5圈和3.5圈等幾種。 1） 外循環：外循環是滾珠在循環過程結束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回絲杠螺母間重新進入循環。如圖2-3所示，外循環滾珠絲杠螺母副按滾珠循環時的返回方式主要有端蓋式、插管式和螺旋槽式。 圖2-3 常用外循環方式(a)端蓋式；（b）插管式；（c）螺旋槽式如圖2-3（a）所示是端蓋式，在螺母上加工一縱向孔，作為滾珠的回程通道，螺母兩端的蓋板上開有滾珠的回程口，滾珠由此進入回程管，形成循環。如圖2-3（b）所示為插管式，它用彎管作為返回管道，這種結構工藝性好，但是由于管道突出螺母體外，徑向尺寸較大。如圖2-3（c）所示為螺旋槽式，它是在螺母外圓上銑出螺旋槽，槽的兩端鉆出通孔并與螺紋滾道相切，形成返回通道，這種結構比插管式結構徑向尺寸小，但制造較復雜。外循環滾珠絲杠外循環結構和制造工藝簡單，使用廣泛。其缺點是滾道接縫處很難做得平滑，影響滾珠滾道的平穩性。 2） 內循環：如圖2-4所示為內循環滾珠絲杠。內循環均采用反向器實現滾珠循環，反向器有兩種類型。如圖2-4（a）所示為圓柱凸鍵反向器，它的圓柱部分嵌入螺母內，端部開有反向槽2。反向槽靠圓柱外圓面及其上端的圓鍵1定位，以保證對準螺紋滾道方向。如圖2-4（b）所示為扁圓鑲塊反向器，反向器為一般圓頭平鍵鑲塊，鑲塊嵌入螺母的切槽中，其端部開有反向槽3，用鑲塊的外輪廓定位。兩種反向器比較，后者尺寸較小，從而減小了螺母的徑向尺寸及縮短了軸向尺寸。但這種反向器的外輪廓和螺母上的切槽尺寸精度要求較高。 圖為端蓋式循環，僅供參考。特點1、與滑動絲杠副相比驅動力矩為1/3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動,所以能得到較高的運動效率。與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達到1/3以下,即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的1/3。在省電方面很有幫助。 2、高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產出來的，特別是在研削、組裝、檢查各工序的工廠環境方面,對溫度、濕度進行了嚴格的控制，由于完善的品質管理體制使精度得以充分保證。 3、微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動,所以啟動力矩極小,不會出現滑動運動那樣的爬行現象,能保證實現精確的微進給。 4、無側隙、剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓,由于予壓力可使軸向間隙達到負值,進而得到較高的剛性(滾珠絲杠內通過給滾珠加予壓力,在實際用于機械裝置等時,由于滾珠的斥力可使絲母部的剛性增強)。 5、高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高、發熱小、所以可實現高速進給(運動)。 精度公差:P5 .P7 - 絲杠1、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格的導程轉化成直線運動，被動工件可以通過螺母座和螺母連接，從而實現對應的直線運動。 2、滾珠絲杠螺母間因無間隙，直線運動時精度較高，尤其在頻繁換向時無需間隙補償。滾珠絲杠絲母間摩擦力很小，轉動時非常輕松。 3、滾珠絲杠與電機連接時中間必須加裝聯軸器以達到柔性連接。同步帶則可以直接用同步輪與電機出力軸連接。 4、滾珠絲杠副依據國家標準GB/T17587.3-1998, 分為定位滾珠絲杠副(P)和傳動滾珠絲杠副(T)兩大類.精度等級共分七個等級,即1.2.3.4.5.7.10級,1級精度最高.依次降低. 5、德邁傳動滾珠絲杠轉動一周螺母移動的距離為一個螺距距離,如果是絲杠每轉一周螺母移動四個（或五個）螺旋線的距離，那么表示該絲杠是四線（或五線）絲杠，俗稱四頭（或五頭）絲杠。 一般小導程滾珠絲杠都采用單線，中，大或超大導程采用兩線或多線。步進電機特性 1 步進電機必須加驅動才可以運轉， 驅動信號必須為脈沖信號，沒有脈沖的時候， 步進電機靜止， 如果加入適當的脈沖信號， 就會以一定的角度（稱為步角）轉動。轉動的速度和脈沖的頻率成正比。 2 一般步進電機的步進角度為7.5 度，一圈360 度， 需要48 個脈沖完成。 3 步進電機具有瞬間啟動和急速停止的優越特性。 4 改變脈沖的順序， 可以方便的改變轉動的方向。優點1 電機旋轉的角度正比于脈沖數； 2 電機停轉的時候具有最大的轉矩（當繞組激磁時）； 3 由于每步的精度在百分之三到百分之五，而且不會將一步的誤差積累到下一步因而有