基于连杆机构的电动支撑杆设计及仿真

1、北华航天工业学院毕业论文目 录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 课题背景11.2发展现状11.3 研究目的和意义41.4 本文的主要工作4第2章 升降系统总体方案设计52.1 设计要点52.2 选材52.3 尺寸计算5第3章 电机、丝杠等部件的选型93.1 电机93.1.1 电机种类的选择93.1.2 步进电机的原理93.1.3 步进电机的应用103.1.4步进电机型号的选择103.2 丝杠113.2.1 丝杠种类的选择113.2.2 滑动丝杠的原理113.2.3 滑动丝杠的应用123.2.4 滑动丝杠的型号选择123.3 联轴器133.3.1 联轴器的简介143.3.2 联轴器

2、安装与维护153.3.3 联轴器工作环境153.3.4 选用标准153.4销的选择16第4章 电动支撑杆的建模及仿真164.1 Solidworks的介绍164.2 基于Solidworks的建模方法184.3 基于Solidworks的仿真方法19第5章 升降系统的维护方法及措施20结论21致谢22参考文献23第1章 绪论1.1 课题背景 最早的升降设备出现在古代的中国及欧洲各国，是一种类似“辘轳”的工具用来垂直运送人和货物。在近代我们用来升降货物的是一种木质梯子，用起来很不方便，攀登时比较危险。1857年3月23日，美国纽约一家楼高五层的商店安装了首部使用奥的斯安全装置的客运升，泵站系统，

3、液压系统防爆装置和液压自锁装置，具有设计新颖、结构合理、升降平衡、操作简单、维修方便等其他产品不可替代的优点。广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修物业管理、仓库、航空、机场、港口、车站、机械、化工、医药、电子降机。最初的升降机是由蒸汽机推动的，因此安置的大厦必须装有锅炉房。年，德国人西门子首次发明并使用了电动升降机，自此以后，升降机的使用得到了广泛的接受和高速的发展。目前，国内生产的电动升降机产品型号各异，提升高度有4米、6米、18米不等。选用国外液压、电力等高空设备安装和检修。电动升降机作为升降机的一种具有尺寸小、重量轻、移动方便、升降时平稳、摆幅小、载重量大，平台面积大，稳定性极好，运转灵

4、活，推行方便等诸多优点。它轻盈的外观，能在极小的空间内发挥最高的举升能力。产品在停电情况下设有应急下降装置、防止升降机超载的安全装置、漏电保护装置和缺相保护装置、防止液压管路破裂的安全防爆装置。电动升降机广泛用于厂房、宾馆、大厦、商场、车站、机场、体育场等。可用作保养机具、油漆装修、调换灯具、电器、清洁保养、电力线路、照明电器、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业。能够方便的进出一般门洞楼道，并可进入一般电梯送入多层楼作业；采用二相电源作动力，无级变速，使用户的高空作业更安全、更方便，噪音小。使用方便快捷，是理想的登高作业设备。1.2发展现状美国既是工程升降机的主要生产国，又是升降

5、机最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速发展及RT和AT产品的兴起，美国厂商曾在20世纪6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例证。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂。1995年以来，其通过一系列的兼并活动，已发展成为世界顶级公司之一。近20年世界工程升降机行业发生了很大变化。越野轮胎升降机和全地面升降机产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化。

6、目前世界工程升降机年销售额已达 75 亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。日本从20世纪70年代起成为工程升降机生产大国，产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年总产量居世界第一。自1992年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势。目前日本市场年需求量为3000台左右。 欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业国既是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、法国、意大利等国。在德国全地面升降机产品市场份额中，利勃海尔占53%，格鲁夫占16%，德马泰克占

7、14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。升降机市场的火爆也印证了支撑杆的需求极大，作为升降系统中的重要部件，支撑杆的作用很大。下面是关于支撑杆的作用以及生产：1. 支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。 2.支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。为高压制品，严禁随意剖析、火烤、砸碰，不得作扶手用。3.支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。使用环境温度：35+70。（特定制造80）4.支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和

8、确保最好的阻尼质量及缓冲机能。在工作中不应受到倾斜力或横向力的作用。5.决定支点安装位置是支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。能否准确进行工作的保证，气压杆（气弹簧）活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。必需用准确方法安装，即当封闭时，让其移过结构中央线，否则，支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。会常常自动将门推开。也不答应将支撑杆活塞杆必需向下位置安装，不得倒装,这样可以减低摩擦和确保最好的阻尼质量及缓冲机能。先安装在所需位置后喷、涂漆。当前，我

9、国支撑杆基础件行业存在以下主要问题：一是重复建设严重、专业化程度低、形不成规模、经济效益差。支撑杆基础件与主机相比，企业建立的初始资金和技术所需投入相对较少，因此在国家几次经济大发展时期，都增加了一批基础件生产企业，随之也出现了大量低水平的重复建设、点多、批量小，形不成经济规模。基础件企业虽然逐渐独立于主机厂，但大多数企业本身就是大而全、小而全，专业化程度低，转杯水平不高，质量部稳定，经济效益低下。如我国轴承行业三家大型骨干企业年产轴承的总和还不到国外一家闻名公司的1/50.近两年，我国建成近百家液压件厂，但年产30万以上的只有几家，主要产品是为农机配套。二十科研开发力量薄弱，资金投入不足，技

10、术进步缓慢。基础件各个行业在20世纪70年代末、80年代初期就较早地引进了一批国外先进技术，但对消化吸收缺乏足够的软硬件投入。据国外经验，引进技术与消化吸收所需的资金的比例约为1:7，而我国对此熟悉较晚，消化吸收步子较慢。市场竞争实际上实际上是技术实力的较量。国外对此极为重视，纷纷加大投入，占领技术制高点。各大闻名公司用于科研开发的资金均占其销售额的4-5，重点领域达10.目前我国虽然有不少高等院校从事科研工作，不少理论研究、科研成果、专利论文均有相当高的水平，但与生产实际结合的不紧，特别是转化成商品的速度慢。三是原材料及相关技术落后，工艺及工艺装备水平低，制约了基础件的发展。紧固件、链条、弹

11、簧、轴承、模具等产品所使用的钢材质量差、品种规格少，直接影响了基础件产品的质量，而液压件铸件以及与液压件产品质量相关的电控技术落后，也直接影响了基础件产品的质量和可靠性。升降机的基础件支撑杆一般都是成批、大量地生产，也有多品种、加工精度要求高的产品，因此对生产工艺及其装备要求高，投资大。国外多采用高效率、高精度的专机、生产线或柔性线，实现高效自动化生产。但我国一些基础件企业受资金制约，投入力度不大，企业自我改造能力差，先进设备少又不配套，影响了产品上、质量上的档次。我国对升降机基础件在升降机工业中的重要地位熟悉较晚，长期缺乏投入，致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。随着我国主机水平的提高，升降

12、机基础件落后于主机的瓶颈现象日益显现。近年来，虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面，国家给予了一定支持，但与当前市场需求及国外水平相比，仍有不小差距，具体表现在：产品品种少、水平低、质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。综合分析，造成上诉问题的主要原因在于：1. 企业基础薄弱。由于我国升降机基础件行业基础差，底子薄，科技投入少，开发力量薄弱，不能适应主机行业引进、合资、合作、快速发展的需要，导致升降机基础件国内市场占有率有所下降。2. 国家缺乏对升降机基础件行业有力的政策支持。虽然国家在产业政策方面，明确了重点支持的升降机基础件，但缺少相应的配套政策的支持。 因此，为提高我国支撑杆产品的市场

13、竞争能力，更好地满足我国升降系统工业对国产基础件配套的需求，预计我国支撑杆行业面临进一步的调整，以整合优势资源，淘汰落后企业。在今后的5-10年中，行业将在发展品牌产品及名牌企业、开展技术创新、提高国内市场竞争能力和加强集约化经营等方面力争有较大的进展和突破。1.3 研究目的和意义随着现在社会科学技术的发展，支撑杆已经普及到社会生活的各个角落，运用越来越广泛。不管是建筑，土木工程，以及人们的日常生活都离不开升降机械，许多商家把握这个商机纷纷投资建厂。支撑杆制造公司随之如雨后春笋般林立在各大工业城市，支撑杆市场是火爆异常，供不应求，从侧面可以看出，现在社会发展迅速，带动整个行业的发展以及人们的需

14、求。本文旨在实现一种能够在一定空间内提供多层次升降范围的升降杆件，多个这种杆件共同支撑一组平台就可实现所需要的升降功能。这种设计的有点是升降系统结构稳定，采用电动支撑更加便捷、绿色环保。1.4 本文的主要工作第一章，介绍当今社会支撑杆的背景、发展现状以及该设计研究的目的和意义，为了顺应社会环保、节能、经济的发展要求，本文尽可能的选择经济的、实用的、绿色环保部件进行设计。第二章，介绍支撑杆总体设计方案的设计方法。对主要的部件的设计形状、尺寸及材料选型进行分析。第三章，对系统中应用到的主要零部件的原理、应用、选型等作详细分析。第四章，对本设计设计过程中应用到的建模、仿真的软件以及建模过程作简单介绍

15、、第五章，对该设计的产品的维护方法及措施作简单介绍。第2章 升降系统总体方案设计2.1 设计要点升降系统长杆的工作高度为1000mm，短杆的工作高度为300mm.升降系统的举升重量为200-500Kg.对所设计的模型进行运动仿真。2.2 选材连杆选用45钢（调质钢）查材料力学第27页，表2.1可得：=353MPa =598MPa =16% 查表2.2可得E=196-216， =0.24-0.28，上网查得=7.85g/c2.3 尺寸计算支撑结构示意图如图所示（这里只给出一级支撑系统，下几级同下）：首先假设平台所受压力为G，随便选取一根支撑杆，对支撑点就行受力分析可得： F=，我们先对支撑杆的横

16、截面应力进行校核，杆1d=20mm则再对临界压力进行校核由公式一级支撑系统示意图 将支撑杆简化为铰支杆，。截面为圆形，。柔度为 ， 所以不能用欧拉公式计算临界压力。由公式 可见支撑杆的柔度介于和之间，是中等柔性压杆。则用直线公式计算出临界应力为 临界压力是 则安全因数为 完全满足安全要求第二级支撑杆外径和内径分别为40mm和30mm，长420mm，对横截面应力进行校核 故满足要求再对临界压力进行校核则横截面的惯性矩是 由此计算出杆的临界压力为 很明显也满足安全要求三级支撑杆外径和内径分别为60mm和50mm，长420mm，对横截面应力进行校核由公式 故也满足要求再对临界应力进行校核则横截面的惯

17、性矩为 由此计算出杆的临界压力为 也满足要求最下边的支撑杆外径为80mm，内径为70mm，长为380mm，计算几乎相同，这里就可以省略，很明显此杆也是符合要求第3章 电机、丝杠等部件的选型3.1 电机3.1.1 电机种类的选择电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机，设计要求升降平台的位移可控，故采用控制用电动机。控制用电动机又分为步进电机和伺服电机等。步进电机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移（或线位移）的电磁装置。伺服电机是一种在私服系统中控制机械元件运动的发动机，是一种补助马达间接变通装置。伺服电机可控制速度，位置精度非常准确，将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。但是，伺服电机

18、的价格相当昂贵，又因该设计要求的控制精度并不是很高，故采用步进电机以满足设计要求。3.1.2 步进电机的原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速，停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度，位置等控制领域用步进电机来控制变得非常简单。步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定、转子铁心由软磁材料或硅钢片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极，定

19、子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角成为齿距角。工作过程为A相通电，A方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，银次会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使定、转子的齿对齐停止转动。B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转了30度； C相通电再转30度。 3.1.3 步进电机的应用步进电机主要用于一些有定位要求的场合。例如线切割的工作台拖动包装机定长度的呢过。并且广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、医疗仪器及设备、计

20、算机外设及海量存储设备、精密仪器、办公自动化机器人等领域。特别适合要求运动平稳、低噪音、响应快、整机成本低、使用寿命长的场合、3.1.4步进电机型号的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成，一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度（三相电机）等。由上述计算可得，升降放大倍数为2N+1，即长杆为

21、27倍，短杆为9倍。丝杠螺距为2mm，取升降的允许误差为0.4mm，则要求的步距角应小于360度0.4mm/2mm1/27=2.67度。故选用步进角为1.8度的步进电机即可满足要求。静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩选择的依据是电机工作的负载。根据设计简图以及该设计的要求，该支撑系统需承重200Kg-500Kg，即理想的说，施加到丝杠上的力为F=2KN-5KN，转换成电机上的扭矩为T=P/()Fd/2=2/()=9.85Nm从表中选用110mm系列大力矩混合式步进电机型号为SM110101A即可。静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依

22、据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源及驱动电压）力矩与功率换算步进电机一般在较大范围内调速使用，其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： 3.2 丝杠3.2.1 丝杠种类的选择螺旋传动是一种常见的传动形式。它是利用螺杆和螺母的相对运动来传递运动和动力的一种传动机构，将旋转运动转变成直线运动。螺旋传动按其接触面的摩擦性质可分为滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动，目前应用较多的是滑动传动。所设计的系统为升降系统，为防止因突然断电而引起的事故，选用滑动丝杠来实现自锁。当滑动丝杠的螺旋升角小于丝杠材料本身的摩擦角时，即使电机断电失去动力丝杠螺母仍可保持原来的状态而不会自

23、行下降。另外，虽然滑动丝杠要比滚轮丝杠的精度和灵活性差，但是其价格也要比后者低得多。综合考虑选用滑动丝杠。3.2.2 滑动丝杠的原理滑动丝杠是一种用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件。当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化为直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。3.2.3 滑动丝杠的应用利用它的增力作用的特点用于机床进给机构，本设计是利用滑动丝杠作为主动件，带动螺母进行竖直方向的直线运动，从而带动作为活塞杆的第一级杆件。并且滑动丝杠还具有降速传动比大的特点和自锁等特性。3.2.4 滑动丝杠的型号选择经网络查

24、询得知，THK梯形丝杠的一些资料:THK梯形丝杠是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确自锁等特点。梯形丝杠是一种具有45度导程角的不易于加工的滑动进给丝杠。THK梯形丝杠大导程角最适合于在低转速下实现快速往复进给，能够以70%的效率很容易地将直线运动转换为旋转运动，将旋转运动转换为直线运动。由于导程很大，因此最适合于制造低速旋转的快进机构。符合30度梯形螺纹标准的滑动进给丝杠。它由特种轴承合金经压铸成型制成，具有极好的耐磨性，是一款价格适中的高精度产品。这是高性能进给丝杠，它将压铸成型的螺母与高精度的滚扎丝杠轴相接，与传统的机械加工品相

25、比可降低成本50%，微型梯形丝杠是含油塑料制造的，具有较好的耐磨损性，尤其是无润滑工作条件下具有优异的润滑性，并且，由于其优良性能能够长时间维持，因此可以有较长的免维护使用周期。专用滚扎轴的特长：对于梯形丝杠，提供有标准长度专用的滚扎轴。THK梯形丝杠提高耐磨损性轴齿有冷轧加工成型，齿面加工硬化后硬度将超过250HV，然后实施镜面抛光，因此，轴具有高度耐磨损性，当与梯形丝杠配合使用时，可以获得及其平稳的运动效果。改善机械性能。在滚扎轴齿面内部结构中，沿着齿面轮廓出现纤维流线，从而使得齿根周围的结构变得很紧密，因此可以增加疲劳强度。由于每一根轴都是滚扎成型的，因此轴端的支撑座轴承等的额外加工可以

26、很容易地同坐车削或铣削来完成。高强度锌合金梯形丝杠中使用的高强度锌合金是一种具有高度耐焦化性，耐磨损以及耐负荷的材料。经分析THK梯形丝杠基本满足设计要求。关于丝杠的校核，在螺旋传动中，螺杆所承受的载荷主要是转矩和轴向拉力（或压力）。这些力要引起螺杆。螺母工作表面的磨损。螺杆的变形及螺杆或螺母牙的断裂；同时当螺杆长径比较大时，由于受压发生纵向弯曲以致造成隐患。因此设计过程中还应当考虑耐磨性、刚度、稳定性及强度等4个方面。（1） 耐磨性计算磨损是滑动螺旋传动的主要失效方式，因此螺杆的直径和螺母轴向长度（或高度）通常是根据耐磨进行计算的。为保证螺纹的耐磨性和使用寿命，必须限制螺纹工作表面的比压，使

27、其值小于或等于许用比压，即令，则由上式可得：由于该系统速度维持在0.5-1m/min,根据精密机械设计P224表得，选用钢质螺杆、青铜质螺母以保证这个范围的速度。（2) 刚度计算螺杆在轴向载荷和转矩T的作用下将发生变形，引起螺距变化，从而影响螺旋传动精度。因此，设计时应进行刚度计算，以便将螺距的变化限制在允许的范围内。螺杆受轴向载荷时，1个螺距的变化量螺杆受扭矩T时，螺杆在一个螺距长度上产生的扭转角由此而引起的一个螺距的变化量(3) 稳定性计算对于受压且具有较大柔度的螺杆，在工作时螺杆可能由于失稳而产生侧向挠曲。本设计采用的非这类螺杆，所以就不做讨论。（4） 强度计算螺杆在轴向载荷（拉伸或压缩

28、）和转矩T的作用下产生正应力和切应力。螺杆的强度可按第四强度理论进行验算，其计算公式为丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的(如螺旋压力机、千斤顶等)；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠)；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。 丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成 本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低(3040)。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高(9298)，精度高，系统刚度好，运动具有可

29、逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。3.3 联轴器3.3.1 联轴器的简介联轴器是用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接。联轴器种类繁多，按照被联接两轴的相对位置和位置的变动情况，可以分为：固定式联轴器。主要用于两轴要求严格对中并在工作中不发生相对位移的地方，结构一般较简单，容易制造，且两轴瞬时转速相同，主要有凸缘联轴器、套筒联轴器、夹壳联轴器等。可移式联轴器。主要用于两轴

30、有偏斜或在工作中有相对位移的地方，根据补偿位移的方法又可分为刚性可移式联轴器和弹性可移式联轴器。刚性可移式联轴器利用联轴器工作零件间构成的动联接具有某一方向或几个方向的活动度来补偿，如牙嵌联轴器（允许轴向位移）、十字沟槽联轴器（用来联接平行位移或角位移很小的两根轴）、万向联轴器（用于两轴有较大偏斜角或在工作中有较大角位移的地方）、齿轮联轴器（允许综合位移）、链条联轴器（允许有径向位移）等，弹性可移式联轴器（简称弹性联轴器）利用弹性元件的弹性变形来补偿两轴的偏斜和位移，同时弹性元件也具有缓冲和减振性能，如蛇形弹簧联轴器、径向多层板簧联轴器、弹性圈栓销联轴器、尼龙栓销联轴器、橡胶套筒联轴器等。联轴

31、器有些已经标准化。选择时要根据工作要求选定合适的类型，然后按照轴的直径计算扭矩和转速，再从有关手册查出适用的型号，最后对某些关键零件作必要的验算。分类还包括球笼式万向联轴器、圆锥碗簧联轴器、SWP及SWC型十字轴式万向联轴器十字包94、矫正机用十字轴式万向联轴器（JB/T7846.2-95）、弹簧管联轴器、WS及WSD型十字轴式万向联轴器（JB/T5901-91）、WSH型滑动轴承十字轴式万向联轴器、ML型薄膜联轴器（SJ2127-82）、SWZ型整体轴承座十字轴式万向联轴器93等。联轴器属于机械通用零部件范畴，用来联接不同机构中的两根轴（主动轴和从动轴）使之共同旋转以传递扭矩的机械零件。在高

32、速重载的动力传动中，有些联轴器还有缓冲、减振和提高轴系动态性能的作用。联轴器由两半部分组成，分别与主动轴和从动轴联接。一般动力机大都借助于联轴器与工作机相联接，是机械产品轴系传动最常用的联接部件。20世纪后期国内外联轴器产品发展很快，在产品设计时如何从品种甚多、性能各异的各种联轴器中选用能满足机器要求的联轴器，对多数设计人员来讲，始终是一个困扰的问题。常用联轴器有膜片联轴器，齿式联轴器，梅花联轴器，滑块联轴器，鼓形齿式联轴器，万向联轴器，安全联轴器，弹性联轴器及蛇形弹簧联轴器。3.3.2 联轴器安装与维护联轴器外形尺寸，即最大径向和轴向尺寸，必须在机器设备允许的安装空间以内。应选择装拆方便、不

33、用维护、维护周期长或维护方便、更换易损件不用移动两轴、对中调整容易的联轴器。大型机器设备调整两轴对中较困难，应选择使用耐久和更换易损件方便的联轴器。金属弹性元性挠性联轴器一般比非金属弹性元件挠性联轴器的使用寿命长。需密封润滑和使用不耐久的联轴器，必然增加维护工作量。对于长期连续运转和经济效益较高的场合，例如我国冶金企业的轧机传动系统高速端，目前普遍采用的是齿式联轴器，齿式联轴器虽然理论上传递转矩大，但必须在润滑和密封良好的条件下才能耐久工作。且需经常检查密封状况，注润滑油或润滑脂，维护工作量大，增加了辅助工时，减少了有效工作时间，影响生产效益。国际上工业发达国家，已普通选用使用寿命长、不用润滑

34、和维护的膜片联轴顺取代鼓形齿式联轴器，不仅提高了经济效益，还可净化工作环境。在轧机传动系统选用我国研制的弹性活销联轴器和扇形块弹性联轴器，不仅具有膜片联轴器的优点，而且缓冲减振效果好，价格更便宜。3.3.3 联轴器工作环境联轴器于各种不同主机产品配套使用，周围的工作环境比较复杂，如温度、湿度、水、蒸汽、粉尘、砂子、油、酸、碱、腐蚀介质、盐水、辐射等状况，是选择联轴器时必须考虑的重要因素之一。对于高温、低温、有油、酸、碱介质的工作质量，不宜选用以一般橡胶为弹性元件材料的挠性联轴器，应选择金属弹性元件挠性联轴器，例如膜片联轴器、蛇形弹簧联轴器等。3.3.4 选用标准设计人员在选择联轴器时首先应在已

35、经制定为国家标准、机械行业标准以及获国家专利的联轴器中选择，只有在现有标准联轴器和专利联轴器不能满足设计需要时才需自己设计联轴器。 了解联轴器（尤其是挠性联轴器）在传动系统中的综合功能，从传动系统总体设计考虑，选择联轴器品种、型式。根据原动机类别和工作载荷类别、工作转速、传动精度、两轴偏移状况、温度、湿度、工作环境等综合因素选择联轴器的品种。根据配套主机的需要选择联轴器的结构型式，当联轴器与制动器配套使用时，宜选择带制动轮或制动盘型式的联轴器；需要过载保护时，宜选择安全联轴器；与法兰联接时，宜选择法兰式；长距离传动，联接的轴向尺寸较大时，宜选择接中间轴型或接中间套型。 转矩计算：传动系统中动力

36、机的功率应大于工件机所需功率。根据动力机的功率和转速可计算得到与动力机相联接的高速端的理论短矩T；根据工况系数K及其他有关系数，可计算联轴器的计算转矩Tc，。联轴器T与n成反比，因此低速端T大于高速端T。 根据计算转矩Tc,从标准系列中可选定相近似的公称转矩Tn，选型时应满足TnTc。初步选定联轴器型号（规格），从标准中可查得联轴器的许用转速n和最大径向尺寸D、轴向尺寸L0,就满足联轴器转速nn。 调整型号：初步选定的联轴器联接尺寸，即轴孔直径d和轴孔长度L，应符合主、从动端轴径的要求，否则还要根据轴径d调整联轴器的规格。主、从动端轴径不相同是普通现象，当转矩、转速相同，主、从动端轴径不相同时

37、，应按大轴径选择联轴器型号。新设计的传动系统中，应选择符合GB/T3852中规定的七种轴孔型式，推荐采用J1型轴孔型式，以提高通用性和互换性，轴孔长度按联轴器产品标准的规定。 选择联接型式：联轴器联接型式的选择取决于主、从动端与轴的联接型式，一般采用键联接，为统一键联接型式及代号，在GB/T3852中规定了七种键槽型式，四种无键联接，用得较多的是A型键。 选定品种：根据动力机和联轴器载荷类别、转速、工作环境等综合因素，选定联轴器品种；根据联轴器的配套、联接情况等因素选定联轴器型式；根据公称转矩、轴孔直径与轴孔长度选定规格（型号）。为了保证轴和键的强度，在选定联轴器型号（规格）后，应对轴和键强度

38、做校核验算，以最后确定联轴器的型号。3.4销的选择 销是主要用于零件间的连接与定位。常用的有圆柱销、圆锥销和开口销。为了使连杆之间形成所需要的旋转副链接，采用销轴连接。为了使销轴不容易脱落，需用开口销锁定。第4章 电动支撑杆的建模及仿真4.1 Solidworks的介绍SolidWorks为达索系统（Dassault Systemes S.A）下的子公司，专门负责研发与销售机械设计软件的视窗产品。达索公司是负责系统性的软件供应，并为制造厂商提供具有Internet整合能力的支援服务。该集团提供涵盖整个产品生命周期的系统，包括设计、工程、制造和产品数据管理等各个领域中的最佳软件系统，著名的CAT

39、IAV5就出自该公司之手，目前达索的CAD产品市场占有率居世界前列。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初的目标是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，至2010年已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球140个国家进行销售与分销该产品。1997年，Solidworks被法国达索（Dassault Systemes）公司收购，作为达索中端主流市场的主打品牌。So

40、lidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至 此，SolidWorks所遵循的易用、稳

41、定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。 由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争力的CAD产品。 由于使用了Win

42、dows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWorks相关的招聘广告比其它软件的总合

43、还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。 在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、大连理工大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用SolidWorks进行教学。4.2 基于Solidworks的建模方法Solidworks建模基本原则基于三维设计的Solidworks采用全相关技术，并在设计思路上支持自下而上和自

44、上而下的方式。传统的设计方法往往从零件开始设计，画零件图，然后按尺寸把零件图画入装配体图，若设计零件较多，则尺寸数据太多容易出错。当零件在装配体中不合理时，需要返回更改，工作量很大，且容易有疏漏。基于Solidworks的设计可以这样进行。首先大致确定装配体形状和其中的主要关键零件，初步设计出表现装配体形状的基体零件，比如箱体，基座等零件，然后初步设计出来关键零件。运用Solidworks的虚拟装配功能把以上初步设计的零件装配起来，然后再装配体中确定剩余零件的粗略尺寸和数量。在新建的零件图中作出零件模型，导入装配体中，在装配体中编辑零件尺寸和特征，使各部分配合完善，然后通过干涉检查确认各尺寸的

45、配合是否干涉。以上操作均可视化，非常直观方便，省去了头脑中建模和图纸中表达这一间接过程，直观准确且不易出错，概括起来有以下步骤：（1） 零件造型 规划零件：分析零件特征组成、特征之间的关系、特征的构造顺序及其构造方法等。创建基础特征：基本基础是构成每一个零件基本形态的基本特征，它是构造其他特性的基础创建其他基本特征：根据零件的规划结果，在基础特征上添加其他基本特征，最后添加辅助特征。编辑特征：根据需要对已经建立的零件进行特征修改、删除和添加等编辑操作。（2） 虚拟装配规划装配：分析产品的零件组成、零件之间的装配关系、装配顺序及其装配方法。插入基础零件：基础零件是产品中起支撑作用的零件，也称为“

46、地”，一般选取产品中与其他零件配合关系较多的零件作为基础零件。组装其他零件或子装配：根据装配的规划结果，插入其他零件或子装配，并根据各自的配合关系进行组装。（3） 生成图纸规划视图：根据零件盒装配的特点选择图纸格式，视图组成。添加视图：根据视图规划结果，添加基本视图和辅助视图。标注尺寸：标注零件的定性尺寸、定位尺寸、形位公差等。添加注释：添加技术要求等文字说明。4.3 基于Solidworks的仿真方法动画运行就是用动画的方式演示机构的运行路径，动画演示形象、直观，能表达文字或者叙述不易讲解清楚的复杂产品的内部结构，模拟产品的工作情况，达到非专业人士交流设计思想的目的。Solidworks中的运动仿真分为三个层次，依次是：装配体运动、物理模拟以及COSMOSMotion.在这三个功能中，装配体运动和物理模拟包含在主程序中，而COSMOSMotion是单独的插件，需要独立安装到Solidworks的安装文件中，在制作动画的过程中，主要是使用主程序中的装配体运动和物理模拟功能。第5章 升降系统的维护方法及措施（1） 升降工作系统应处于工作环境温度为-30度-+50度，湿度为30%-80%的环境中（