升降机构（精选7篇）
升降机构 篇1
1前言
氧枪升降装置是转炉炼钢关键性设备之一, 在生产过程中, 它直接影响着转炉炼钢生产的安全、高效及钢水质量[1]。本文主要介绍安钢100T转炉氧枪升降由单卷扬型改造为双卷扬型, 大大提高了其安全性、可靠性。
2氧枪传动设备的主要参数
升降速度:高速40m/min, 低速4m/min
氧枪升降行程:15m
氧枪升降重量:8t
横移速度:高速4m/min, 低速1m/min
氧气流量:22000m3/h
氧枪冷却水供水压力:1.65Mpa
氧枪冷却水供水流量:200m3/h
氧枪外径:Φ245mm 总长度:20500mm
氧枪喷嘴形式:四孔拉瓦尔型水冷铸造喷头
马赫数:2.0
中心夹角:α=12°
半锥角:β=3.5°
3改造前系统工作原理及存在问题
3.1 改造前系统情况及工作原理
安阳钢铁股份有限公司第一炼轧厂 (以下简称第一炼轧厂) 100T转炉2004年投产。转炉氧枪传动设备采用“双车双枪”型式, 一支吹炼, 一支备用。每支氧枪都有各自独立的升降小车及提升系统, 氧枪升降小车的活动导轨及提升系统均固定在横移台车上, 横移台车由行走装置驱动定距移动, 在吹炼枪出现故障时, 可以实现吹炼枪与备用枪的迅速更换。氧枪升降及横移装置主要由氧枪升降小车及导轨、氧枪升降装置、氧枪横移小车及轨道等部分组成。氧枪升降装置设计时采用的是单卷扬升降机构。 (如图1所示)
1—脉冲发生器;2—过速度保护装置;3—测速发电机;4—变频电机;5—制动器;6—圆柱齿轮减速机;7—卷筒;8—行程开关;9—升降小车;10—固定导轨;11—氧枪;12—测力传感器
氧枪升降装置设计工作原理:变频主电机带动普通的圆柱齿轮减速机通过卷筒正反转控制氧枪升降。为了控制氧枪行程的特定点位置, 在卷筒一端接有主令控制器, 在氧枪行程的极限位置设有极限开关。为了在主控室内准确显示氧枪的位置, 在卷筒的轴头处装有测枪位置的译码器。在电动机的出轴上装有测速用的光电译码器。为了测量升降重量和检测钢丝绳的松弛或过张力的情况, 在钢丝绳的吊挂处装有测力传感器, 当一根钢丝绳不受力或钢丝绳受力超出范围时, 传感器报警, 发出信号, 升降卷扬停止工作。当大停电时, 通过UPS电源供主电机提出氧枪。当出现主电机损坏不能使用时, 利用氧枪平台上方10T氧枪电葫芦提出氧枪, 以防发生爆炸事故。
3.2 存在问题
氧枪系统是转炉吹氧设备中的关键性部件。在吹炼过程中, 氧枪不仅要承受熔池中炉气、炉衬的辐射, 而且由于熔池内激烈的化学反应造成钢液、炉渣对氧枪的冲刷, 加之氧枪是直接深入到炉内, 在吹炼时, 炉内温度最高达2000～2600℃。所以氧枪是绝不允许在无水状态下长期停在炉内或因事故落入炉内的。该机构仅有一套升降卷扬装置, 安全可靠性极差。在冶炼时, 一旦发生大停电事故, 氧枪在炉内漏水, 主电机和氧枪电葫芦都不能提枪时, 会发生爆炸事故。
4升降装置改造
4.1 改造方案
利用原有的设备, 第一炼轧厂人员于2009年将其改造为双卷扬机构。 (如图2所示) 此机构核心是利用行星差动减速机实现双电机驱动氧枪升降。
1—脉冲发生器;2—过速度保护装置;3—测速发电机;4—变频电机;5—制动器;6—行星差动减速机;7—卷筒;8—行程开关;9—升降小车;10—固定导轨;11—氧枪;12—测力传感器;13—事故电机
双电机—行星差动减速机型式工作原理:
在正常工作条件下, 由主电机4带动行星差动减速机6 (见图3) 的III道轴, 通过齿轮的啮合传动带动低速轴的旋转, 从而将力和速度传递给卷筒7, 通过安装在升降小车9的动滑轮组来实现氧枪11的升降。
1, 3齿轮—太阳轮;2齿轮—行星轮;4, 5, 6, 7, 8, 9, 10为普通圆柱齿轮
在吹炼的过程中, 如果主电机4突然出现故障的情况下, 事故电机13通过接通UPS电源, 能继续工作, 保证氧枪能够及时提出炉外。事故电极起升的工作原理如下:事故电机13带动齿轮8, 与齿轮9啮合带动齿轮10, 而齿轮10与太阳轮3的外齿圈相啮合, 通过行星轮2传递带动行星架的旋转, 带动齿轮4, 5, 6, 7的旋转, 将力和速度传递给卷筒, 实现升降小车的事故提升。
4.2 改造特点及效果
特点:合理利用横移台车的实际空间位置, 只改动了主减速机结构形式, 将普通的圆柱齿轮减速机改造为行星差动减速机, 增加了一个事故电机, 其余设备均能正常使用。此次改造投资少, 且不会造成备件的浪费。
效果:升降机构采用两套升降系统, 大大增强了其安全可靠性。我厂使用至今效果很好。
5结束语
氧枪双升降系统的安全可靠性保证了转炉炼钢的稳定性和高效性。本文提出的改造方案对同类型的改造或结构设计有一定的借鉴意义。
摘要：氧枪机构是转炉炼钢的关键设备之一。它的安全性直接影响到转炉炼钢的高效性和稳定性。针对100吨转炉氧枪升降机构的改造, 介绍双卷扬氧枪升降机构的应用。
关键词：转炉,氧枪升降机构,行星减速机,改造
参考文献
[1]罗振才.炼钢机械[M].第2版.北京:冶金出版社, 1989, 64-86
台虎钳升降机构的实用研究 篇2
关键词：台虎钳,升降机构
台虎钳是钳工专业常用的设备之一, 是钳工实训时最主要的装夹体。根据钳工操作的需要, 在钳桌边装上台虎钳后, 钳口的高度以恰好齐人的手肘为宜。但随着人体身高的不断改变, 办学模式的拓展及其“人性”需求的不断融入, 传统型台虎钳不能以身高的差异来调节台虎钳高低的弊病已越发明显, 对于长期从事钳工工作的劳动者而言 (特别是十七、八岁的学生) , 极易造成身体疲劳性伤害, 甚至影响了零件的质量, 也给规范化训练带来困难。为此, 我们通过调研, 结合我校学生的实训需要, 经过潜心研制和反复实验, 研制出适合当今学生身心健康发展的台虎钳升降机构。
1 台虎钳升降机构的结构
该台虎钳升降机构的结构及原理如图1所示。该台虎钳升降机构主要由传统台虎钳1固定在一底板5上, 底板的下面装有一个固定管9及加固套6, 并与之由多只均匀分布的紧定螺钉11连接的螺母12经丝杆8传动的升降装置。升降装置的支承部分设有导向套10、锁紧机构等部分组成, 导向套上固定整个装置的台面固定板3, 丝杆通过螺纹盖13由一对推力轴承14、开口螺母15固定于螺纹盖上并经螺纹旋入导向套下端。
1.台虎钳2.钳桌3.固定板 (槽钢) 4.肋板5.底板6.加固套7.导向板8.丝杆9.固定管10.导向套11.紧定螺钉12.螺母13.螺纹盖14.推力轴承15.开口螺母16.手柄17.圆锥销
其升降的过程是通过转动摇手柄16, 带动螺杆转动, 使与之相配的螺母带动固定一体的固定套完成台虎钳的升降, 当调整到合适的高度后转动锁紧手柄, 由螺纹连接的锁紧块的相对位移, 使圆弧曲面抱紧固定套, 达到升降后锁紧的目的 (如图3) 。
2 台虎钳升降机构的特点
升降机构是本设计的核心内容。它与普通的台虎钳相比, 多了一个升降装置, 在日常使用中能满足学员身高差异调节台钳高度的要求, 稳固性、刚性好, 并且操作调整快捷简便。
3 台虎钳升降机构的研究过程及问题
(1) 升降机构:在设计中, 曾考虑用棘轮、液压等机构, 但结构复杂, 制作成本较高;最后决定采用螺旋机构来实现升降的功能。在摇手柄上端装有两只推力轴承, 用开口螺母固定, 使丝杆转动的摩擦力减少并起到传动间隙的控制和自动定心的作用, 用较小螺旋升角的双线螺纹传动解决了上升快、轻便、稳定等问题。
1.锁紧块2.导向管3.固定管4.肋板5.手柄
(2) 锁紧机构:考虑到台虎钳的升降调节完毕后必须进行锁紧, 防止操作过程中受力转动, 因此要求锁紧装置可靠性好, 操作方便。根据这一情况, 采用了由“锁紧块”组成的锁紧机构, 装于固定板中两侧肋板之间。
采用此结构, 其主要优点如下:两肋板之间将导向套掏空, 用于安装锁紧块 (如图3的锁紧机构) ;锁紧快速、可靠稳定;结构简单、制造方便。
(3) 固定板:为了满足刚性的要求, 采用槽钢, 将其与导向套、并在两侧加肋焊接于一体, 达到了设计要求 (如图2) 。
根据设计要求做成了样品, 并经过测试和现场试用证明, 该产品能很好地满足因身高差异来调节台钳高低的需求, 结构合理、使用方便快捷、性能稳定可靠。有利于长期从事钳工操作者的身体健康和提高零件加工质量。
参考文献
某雷达天线升降调平机构设计 篇3
机动式雷达天线多安装于车载方舱内, 雷达工作时, 天线必须全部裸露在方舱外, 周围不得有任何遮挡物, 在运输过程中, 天线又必须收回方舱中。因此, 在车载方舱内必须有一套升降装置来担负天线的升降任务。天线升降调平机构可以安装于舱内, 能够承担雷达天线的架设、撤收和调平任务。雷达工作时, 天线升降调平机构可将雷达天线举升至舱外的预定高度, 然后自动对雷达天线的安装面进行调平;雷达工作结束后, 可将雷达天线全部撤收回舱内。
2 结构设计
2.1 基本组成
天线升降调平机构主要由一级升降机构、二级升降机构和调平机构组成。一级升降机构主要任务是将雷达天线升出舱外, 但因结构因素影响不能把全部雷达天线升出舱外。二级升降机构是对一级升降机构的补充, 它能够将雷达天线升到舱外预定的高度。调平机构是将天线升降调平机构上的天线安装面调整到与水平面平行的位置。天线升降调平机构的基本组成见图1。
2.2 工作原理
雷达天线架设过程:一级升降电机先通电旋转, 带动主动链轮旋转, 再经链条带动从动链轮和四个一级升降丝杆同步转动, 从而将一级升降板升至舱顶壁。一级升降板达限位高度时, 一级升降行程开关动作, 电机断电, 同时二级升降电机通电工作, 通过圆锥齿轮、链轮、链条传动, 带动三根二级升降丝杆同步转动, 将二级升降板举升。当二级升降板升至预定高度时, 二级升降机构行程开关动作, 二级升降电机断电。然后, 调平系统开始工作, 当安装在天线安装板上的倾角传感器感应出天线安装板没有水平时, 控制系统会自动启动X轴调平电机和Y轴调平电机动作, 带动调平丝杆调整万向架和天线安装板的位置, 直至倾角传感器显示水平。天线撤收过程的动作顺序与架设相反, 首先, 控制系统指令天线调平归位 (即调平机构使天线安装板回到架设前的位置) , 归位后, 二级升降机构开始下降, 其行程到位后, 一级升降机构开始下降, 到位后停止。
3 主要设计计算
3.1 螺纹自锁
升降调平机构所有螺旋副均采用梯形螺纹, 能够自锁, 不需另加自锁装置, 这样天线升降调平机构在行程范围内升降到任意高度位置都可以停止使用, 且长时间停留无下沉现象。
螺纹自锁条件:λ≤ρ1, 其中λ—螺纹升角, ρ1—当量摩擦角
其中S—螺纹导程, d2—螺纹中径。
其中f—材料摩擦因数, α—螺纹牙形角。
3.2 电动机功率确定
升降调平机构共有4台电机驱动, 分别是一级升降电机、二级升降电机和调平电机 (调平电机2台) 。每个电机最终均是带动丝杠旋转使丝母上升, 所以电机动率确定方式相同。
电机功率公式是:
其中, η总—传动链总效率;F—螺纹轴向载荷;n—丝杠转速
3.3 架设、调平和撤收时间
升降调平机构的架设、调平和撤收是通过丝杠的旋转运动转化为丝母的直线运动实现的。因此, 升降调平机构的架设、调平和撤收时间就是丝母完成直线行程的时间。
时间计算公式:
其中L—丝母行程
1一级升降丝杆 (梯形螺纹) 2一级升降板3一级升降电机4主动链轮5从动链轮6二级升降电机7链条8圆锥齿轮9二级升降丝杆 (梯形螺纹) 10Y轴调平电机11X轴调平电机12二级升降板13万象架14安装板15调平丝杆 (梯形螺纹) 16二级升降架体
3.4 螺纹的耐磨性设计计算:
其中[p]—许用压强, φ—对于整体式螺母, 取1.2~2.5。
3.5 螺纹牙根的剪切强度校核计算:
其中d1—螺母螺纹大径;b—螺纹牙根部厚;z—螺母的旋合圈数;[τ]—螺母许用剪切应力
3.6 螺纹牙根部弯曲强度校核计算:
其中, h—螺纹牙工作高度;[σ]b—螺母许用弯曲应力。
4 国军标环境适应性要求的设计实现
GJB42395《装备环境工程通用要求》对环境适应性的定义是:装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能和性能和 (或) 不被破坏的能力。环境因素包括:温度, 湿度, 雨, 雪, 盐雾, 日光及风沙等。以下内容阐述了升降调平机构在设计方面是如何满足国军标环境适应性要求的。
4.1 防淋雨、防沙尘设计
在架设状态下, 升降调平机构大部分结构伸出到舱外。此时, 需要采取防淋雨、防沙尘措施的位置有两处。一级升降板与舱顶板之间使用密封胶圈密封, 一级升降板上升到最高点时胶圈与舱顶板接触实现密封, 可以防止雨水和尘土通过此处缝隙进入舱内。二级升降机构架体与天线之间采用防雨胶布扎制的碟状件密封, 一端固定在二级升降机构的架体上面, 一端固定在雷达天线的外圆上, 这样, 二级升降机构和调平机构与外部环境隔离 (见图2) 。通过以上措施, 天线升降调平机构只有一级升降板和二级升降机构架体与外部环境接触, 满足标准GJB150中关于淋雨和沙尘的环境适应性试验要求。
4.2 高、低温设计
标准GJB150对温度试验指标作了定量要求, 工作温度为-40℃~+55℃, 贮存温度为-50℃~+70℃。升降调平机构在设计中充分考虑了高、低温环境要求, 选择的电动机和减速机自身在高、低温环境中能够正常稳定工作;选择电器元件和润滑油脂满足高、低温环境指标;另外, 非金属零件尽量采用膨胀系数小的材料, 避免在温度变化时热胀冷缩、增加摩擦损耗、降低效率甚至出现卡滞现象。
4.3 振动、冲击设计
为了使天线升降调平机构在经受振动、冲击环境作用时和作用后能正常工作, 且结构不发生累积疲劳损伤, 再设计中作了以下工作:在架设状态下, 使用4个锁紧螺母把一级升降板和舱顶板固定一起, 使升降调平机构与方舱形成刚性连接;在天线和一级升降板之间挂上钢丝绳, 用锁具螺旋扣调整钢丝绳松紧。这样, 天线、升降调平机构和方舱整体形成刚性件 (见图2) 。在撤收状态下, 使用4个锁紧螺母把一级升降板和舱底板固定一起;同样, 在天线和一级升降板之间挂上钢丝绳, 用锁具螺旋扣调整钢丝绳松紧。另紧固件装有防松垫圈, 承受载荷较大的紧固件安装时还要滴上厌氧胶。
4.4“三防”设计
雷达产品, 特别是工作在沿海地区的雷达产品, 要经受湿热、霉菌、太阳辐射等严酷环境的考验, 要保证产品寿命期间无故障地工作, 三防技术是不可忽视的。三防防护设计就是对系统设备和某些特定单元采取的防湿热, 防霉菌, 防盐雾腐蚀的设计思想, 设计方法和防护工艺措施。三防设计的关键主要是防止金属表面凝结空气中水分, 构成腐蚀通道。对于机械结构来讲, 主要是采取正确的零件材料表面处理技术和合理的结构设计方法。升降调平机构充分考虑了三防设计: (1) 黑色金属表面采用喷锌或镀锌工艺, 然后喷底漆和面漆; (2) 铝材选用防锈铝合金LF21, 表面阳极氧化; (3) 铜材表面氧化, 然后喷底漆和面漆; (4) 传动接触面用润滑指保护; (5) 丝杠选用不锈钢材料; (6) 电动机和减速箱进行密封设计; (7) 避免形成积水结构, 造成积水处腐蚀; (8) 避免零件间出现容易积水的缝隙, 缝隙一旦腐蚀很难根治, 所以螺纹连接处涂抹密封胶, 焊接结构不能够满焊的位置要进行焊缝填充; (9) 紧固件采用不锈钢材料。
结语
升降调平机构雷达工作时把天线升至舱项部, 行军时把天线降到舱内, 降低拖车重心, 避免运输超高, 从而使雷达具有很好的机动性和隐蔽性。升降调平机构可代替车体支腿调平机构, 并且整体调平更有效。该机构采用普通丝杠传动, 具有自锁性, 能够获得较高的定位精度, 运转平稳, 加速时无颤动, 低速时不爬行, 结构简单, 制造成本低。
摘要：天线升降调平机构具有二级升降和调平功能, 不仅承担了机动式雷达天线的架设和撤收工作, 还能够对天线安装面进行自动调平。本文介绍了天线升降调平机构的适用范围、基本组成、工作原理和设计计算, 并论述了天线升降调平机构在设计方面是如何满足国军标环境适应性要求的。
关键词：升降机构,丝杠,自锁,调平,环境适应性
参考文献
[1]朱钟淦, 叶尚辉.天线结构设计[D].西安电子科技大学.
[2]成大先.机械设计手册[M].北京:化学工业出版社.
[3]刘鸿文.材料力学[M].北京:高等教育出版社.
升降机构 篇4
120 t压机是一种用于对电子元器件进行热固性塑料封装的压力机, 是半导体产业后道工序的关键设备之一。它主要由上模座、活动台板、连杆升降机构和立柱等组成。塑料封装工艺在模具中完成, 模具的上、下模分别安装在上模座和活动台板上。120 t压机的工作原理是, 伺服电机通过减速器、同步带轮, 驱动滚珠丝杆、连杆升降机构, 从而驱动活动工作台上下运动, 使上固定座和升降工作台之间的模具受压, 从而起到封压的作用。由此可知, 连杆升降机构驱动模具的合模与开模, 是主要受力零件, 因此了解设备运行过程中连杆升降机构的最大受力状况以及伺服电机提供的扭矩十分重要。
1 建立物理模型, 作连杆机构受力简图并分析计算
1.1 建立120 t压机物理模型
图1为120 t压机结构简图, 也是其理论模型。从图中可以看出, 连杆5、6、7和升降座8组成连杆升降机构, 左右对称分布。该升降机构由伺服电机通过减速器13、小同步带轮14、同步带11、大同步带轮10和滚珠丝杆9驱动作上下运动, 进而驱动活动台板4作上下合模与开模运动。
1.上模座2.上模3.下模4.活动台板5, 6, 7.连杆8.升降座9.滚珠丝杆10.大同步带轮11.同步带12.伺服电机13.减速器14.小同步带轮15.立柱
1.2 各组成构件受力分析
为了简化物体受力分析过程, 这里不考虑重力和忽略运动副摩擦力, 各组成构件受力情况如图2所示。考虑连杆升降机构左右对称分布, 以左侧连杆升降机构作为研究对象, 如图2 (a) 所示, 当滚珠丝杆转动驱动升降座作上下运动时, 连杆升降机构运动角度随之发生变化, 图中L距离随之加大或减小。
1) 以活动台板为研究对象分析其受力情况。
从图1可以看出, 活动台板4由左右对称的连杆5推动沿导轨上下运动, 以活动台板为研究对象作其受力分析图, 如图2 (b) 。它所受的主动力有合模力F, 连杆EC (连杆5) 和连杆E′C′向上的推力SE, 以及左右导轨支撑力N, 取坐标系如图2 (b) 所示, 列平衡方程得:
连杆5是二力杆, 它受到连杆6的作用力SE以及它对连杆6的反作用力S′E, 它们大小相等方向相反, 且通过铰链E、C的连线, 如图2 (c) 。
同理, 连杆7也是二力杆, 如图2 (e) 所示, 它受到连杆6的作用力S′D以及它对连杆6的反作用力SD, 大小相等方向相反, 且通过铰链B、D的连线。
2) 以连杆6为研究对象分析其受力情况。
连杆6受力分析图如图2 (d) 所示。从图中可以看出, 连杆6以铰链A为中心作一定角度的摆动, 在铰链B和C处分别受到连杆5、连杆7的作用力S′E和SD, 根据力矩平衡原理得:
式中, AB、AC为铰链之间的距离, SB、SC分别为SD和SE′在AB、AC上的垂直分力。
3) 以升降座为研究对象, 求滚珠丝杆轴向力ST。
以升降座为研究对象, 作升降座受力分析图, 如图2 (f) 所示。它所受的主动力有左右对称的连杆7作用力S′D, 左右导轨的支撑力N1和滚珠丝杆向上的推力即轴向力ST。取坐标系如图2 (f) 所示, 列平衡方程得:
4) 应用计算, 求滚珠丝杆轴向力ST。
滚珠丝杆转动驱动升降座上升, 进而驱动连杆机构上升合模位置并不断加压, 当合模压力F最大达120 t时, AE之间的距离L=283.32, 如图3所示, 由于连杆5、连杆6、连杆7尺寸一定, 铰链D到铰链AE轴线的距离也是固定的, 因此, 当合模压力最大达120 t时, α、β、θ及δ压力角一定。图中:
由式 (1) 得:SE=F/ (2cosα) =120 000×9.8/ (2cos1.982°) =588 352 N, S′E=588 352 N
由式 (2) 得:SD×cosβ×AB-SE′×sinθ×AC=0, SD×cos12.165°×86.1-588 352×sin4.086°×137.5=0, SD=68 487 N, SD′=68 487 N。
式中连杆7铰链之间的距离:AB=86.1, AC=137.5。
由式 (3) 得滚珠丝杆轴向力
2 计算伺服电机扭矩, 确认伺服电机功率
2.1 计算滚珠丝杆的转矩
忽略运动副摩擦力矩, 滚动丝杆驱动转矩
式中:ST为滚珠丝杆轴向力, N;d为滚珠丝杆公称直径, m;ρ′为当量摩擦角, 这里丝杆螺旋运动变为直线运动, 此时tanρ′=0.025, 当量摩擦角ρ′=0.143 2°;ψ为螺旋升角 (°) 。
式中Ph为滚珠丝杆导程。已知Ph=16 mm, d=80 mm, 由式 (5) 得, ψ=3.642 6°, 由前面计算可知, 当合模压力最大F=120 t时:ST=38 907 N, 由式 (4) 得滚动丝杆驱动转矩T=38 907×0.04×tan (3.642 6+0.143 2) =103 N·m。
2.2 计算伺服电机扭矩及额定功率
已知滚珠丝杆传动效率η1=tanψ/tan (ψ+ρ′) =0.96。
查机械设计手册, 取同步带传动效率η2=0.95, 滚动轴承传动效率η3=0.95, 减速器传动效率η4=0.93。
从伺服电机到滚珠丝杆总的传动效率η=η1η2η3η4=0.8。
已知减速器传动比i1=1/5=0.2, 同步带传动比i2=106.95/245.1=0.436。
伺服电机扭矩T′=T×i1×i2/η=103×0.2×0.436/0.8=11.23 N·m
式中:P为电机额定功率, k W;n为额定转速, r/min。取n=2 000 r/min, 由式 (6) 得
考虑安全因素, 取安全系数为1.5, 则伺服电机额定功率P选择为3.5 k W。
3 结语
120 t力是合模时的最大吨位, 根据塑封产品工艺需求, 合模在2 min以内, 此时各连杆组件受力最大, 其安全性已使用ABAQUS核算过。本文通过对各组件受力分析, 确认了伺服电机的功率, 事实证明了3.5 k W的额定功率完全满足设计要求。
摘要：针对120 t塑封压机中连杆机构进行了物理建模, 得到其理论模型, 并针对其中连杆升降机构进行受力分析, 通过计算, 为选择伺服电机提供了理论依据。
关键词：120t塑封压机,连杆升降机构,二力杆,作用力与反作用力,滚珠丝杆,伺服电机
参考文献
[1]徐灏.机械设计手册[M].2版.北京:机械工业出版社, 2003.
[2]哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学[M].北京:高等教育出版社, 2009.
升降机构 篇5
实际工程项目以及机床设备中, 由于实际工况的原因, 许多升降机构都采用悬臂支撑的方式, 如摇臂钻床、挖掘机等。单点支撑的悬臂机构在实际工况中受力情况比较严峻, 因此在设计过程中, 其刚度以及强度就成为设计中重要的考量项目, 本文结合实际工程项目中的自动升降机构, 基于ANSYS对其刚度、强度以及压杆稳定性进行分析, 并对机构的主要受力件的刚度与强度进行校核, 然后根据其危险截面处参数进行结构优化, 以满足实际需要。
1 自动升降机构
图1为实际工程项目中的自动升降机构的三维模型, 主要功能是使得3个称重传感器能够上下移动, 从而在需要称重时, 3个称重传感器与被测物接触进行称重, 不需要称重时, 称重传感器与被测物分离的功能。以上功能的具体实现方式是通过减速电机带动丝杠旋转, 进而带动螺母上下移动, 从而使得称重平台以及安装在其上面的称重模块沿着导轨上下移动, 实现其功能。
平台的结构决定其强度与刚度, 也是丝杠螺母副、导轨滑块的规格以及减速电机选择的重要因素;平台的强度与刚度决定着称重模块的安装面是否符合安装要求, 决定着称重结果的准确性。因此平台结构的设计也是本机械结构中的重要环节。机构中的平台结构采用类似于槽钢的结构, 即在平板四周加裙边的结构, 如图2所示。丝杠螺母副提供称重平台的支撑, 其强度与刚度决定平台基面的稳定性, 考虑到丝杠螺母副属于竖直安装, 并工作在竖直工况下, 因此其压杆稳定性也属于重要的考量范围。
2 计算工况
本项目实际需求是:3个称重传感器的额定量程为50kg。称重传感器的安装要求是各安装点平面落差控制在3 mm以内, 同一基础面水平度应控制在1 mm/m以内, 基础承载能力要求大于传感器的量程[1]。
因此, 基于上述传感器模块的安装要求以及相关结构的刚度、强度以及压杆稳定性的要求, 对于提出的自动升降机构需要验证以下三点:
1) 平台的变形量以及强度;
2) 丝杠轴的变形量以及强度;
3) 丝杠的压杆稳定性分析。
在实际工作状态中, 自动升降机构所处的状态有多样性, 仅对当3个称重传感器均处于额定量程时的工况状态下, 即本机构处于极限工况下, 分析平台以及丝杠的变形量、强度以及丝杠的压杆稳定性是否符合要求。其中, 平台的受力情况为3个称重传感器对平台的作用力, 均为50 kg;平台的自重为16.7 kg。丝杠的受力情况:将3个称重传感器50 kg的负载以及平台的自重为16.7 kg所产生的力通过力的平移定理[2]简化为z轴1 667 N的力以及力矩分别为My等于106 N·m以及Mx等于90 N·m。
3 有限元计算
3.1 建立模型
模型主要是通过螺钉将各个板件进行连接, 所有板件均采用shell63单元进行模拟计算。丝杠轴采用solid185单元进行模拟计算。有限元模型的结构要尽量做到与实际结构一致, 为了提高计算效率, 要求在建立有限元模型过程中做必要的简化[3]。因此, 在建模过程中采用以下原则:
1) 各板件厚度方向位置以板厚中性面位置确定;
2) 建模过程中忽略较小圆角, 将其处理为直角;
3) 除去螺纹和键槽等一些细节信息[4]。
3.2 约束及加载
平台的受力主要是称重传感器对安装面的压力, 以及平台的自重。3个称重传感器对安装面的压力简化为加载在安装面中心节点处, 平台的自重均匀的加载在各个节点上。
平台与螺母通过螺钉连接, 在连接处限制z轴的平动自由度;平台通过螺钉与滑块连接, 沿着导轨上下移动, 在平台与滑块连接处限制x、y方向的平动与转动自由度, 限制z方向的转动自由度。
丝杠的受力通过螺母与之对应的螺纹传递力, 本文将丝杠的螺纹处理为圆柱体, 经过受力分析以及力的平移定理, 转化为力和力偶的形式, 通过加载在刚性点的形式将力和力偶传递到丝杠上。
丝杠下端通过轴承固定在轴承座上, 在丝杠与轴承内圈接触处限制x, y, z处的自由度。
各部件加载以及约束如图3~图4所示:
细长杆件承受轴向压缩载荷作用时, 将会由于平衡的不稳定性而发生失效, 这种失效成为稳定性失效, 又称为屈曲失效[4]。
工程上常用安全系数法作为稳定性设计准则, 稳定性设计的步骤首先确定压杆类型, 进而确定临界载荷, 最后进行稳定性安全校核。
在ANSYS中提供两种分析结构屈曲载荷和屈曲模态的技术:特征值屈曲分析和非线性屈曲分析[5]。
特征值屈曲分析属于结构线性分析, 用于预测理想弹性结构的理论屈曲强度。这种分析方法与经典的欧拉 (Euler) 法一致[5,6]。但是, 实际结构的缺陷和非线性等会使载荷还未到达理论的弹性屈曲载荷时发生失稳, 因此, 特征值屈曲分析通常给出非保守的结果, 在实际工程中一般不再使用[5]。
非线性屈曲分析时为了寻找屈曲载荷, 采用逐渐加载荷的非线性静态分析过程。
因此, 在利用ANSYS对丝杠压杆稳定性分析之前首先要确定应该利用特征值屈曲分析方法还是非线性屈曲分析方法。根据压杆的长细比将其分为三种类型:细长杆, 中长杆, 粗短杆[4]。其中, 细长杆发生弹性屈曲, 中长杆受力发生屈曲, 属于非线性屈曲。粗短杆受力不会发生屈曲, 会发生屈服。因此, 可通过判断本实例中的丝杠的长细比确定采用哪种方法进行屈曲分析。
确定杆件类型需要计算两个临界值, 分别为λp, λs。
式中:E———材料的弹性模量, Pa;
σP———材料的比例极限, Pa。
式中:a, b为与材料有关的常数。
丝杠的压杆稳定性分析的模型参数是长度l=275 mm, 直径d=14 mm (取丝杠模型中的最小直径) , 丝杠简化为一端固定, 一端自由。
带入公式得:
当λ>λp时, 压杆属于细长杆;
当λs<λ<λp时, 压杆属于中长杆;
当λ<λs时, 压杆属于粗短杆。
长细比λ计算公式如下:
式中:λ———长细比;
μ———长度系数 (与压杆支撑形式有关) ;
l———压杆长度, mm;
Ii———压杆横截面的惯性半径, (I为惯性矩, A为截面面积) 。
带入上述公式得, λ=157.14>λp。
因此, 实例中的丝杠属于细长杆。若用ANSYS进行屈曲载荷分析, 则需要采用特征值屈曲分析, 因在实际工程中一般不采用此方法[5], 本文采用安全系数法进行校核。
3.3 计算结果
基于轻量化设计, 根据实际应用过程中的经验以及加工工艺的考虑, 本机构板件材料采用#45, 屈服强度355 MPa, 弹性模量206 GPa、泊松比0.28、密度7 850 kg/m3;丝杠材料选用#45调质处理, 屈服强度355 MPa, 比例极限为273 MPa, 弹性模量206 GPa、泊松比0.28[4]。
在如上述边界条件, 对平台及丝杠轴进行有限元计算, 并采用VON MISSES应力评价准则, 其等效应力云图如图5-图8所示。
如图5、图6所示, 三个传感器安装处的变形量均很小, 符合传感器的安装面要求;平台的应力最大值为14.1 MPa, 小于材料的屈服强度, 满足强度要求。
如图7、图8所示, 丝杠的最大变形量为2.071μm, 最大应力为438 MPa, 小于材料的屈服强度, 满足强度要求。
由变形量以及应力图可知, 最大应力处发生在尖角处, 通过倒圆角以及倒角的加工处理方式进行优化。
丝杠的压杆稳定性分析如下:
利用欧拉公式计算临界力FPcr:
安全系数nw:
得, nw=7.59>[n]st=1.8~3.0
因此, 丝杠处于稳定状态, 满足要求。
4 结语
所设计的自动升降机构, 从功能上能很好的实现实际需要, 在结构的强度与刚度上也能满足要求。经过AN-SYS对本结构的刚度、强度以及压杆稳定性分析, 能很好地预测危险截面处, 对设计过程也能起到很好的优化作用, 达到满足强度、刚度的要求的同时, 使结构更加轻量化、美观化。
摘要：根据实际工程项目的需要, 提出一种自动升降机构, 该机构采用悬臂支撑的形式, 因悬臂支撑的结构特点, 需要对其进行刚度、强度以及稳定性校核, 通过ANSYS对机械结构的强度、刚度以及压杆稳定性进行分析, 以检验是否满足实际需要, 并根据受力变形情况对结构进行优化。结果表明该机构能够很好的实现该工程项目的需要。
关键词：自动升降机构,悬臂支撑,ANSYS
参考文献
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[2]刘俊卿.理论力学[M].重庆:重庆大学出版社, 2011:35-38.
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[4]范钦珊.材料力学[M].北京:清华大学出版社, 2003:190-196.
[5]王泽军.锅炉结构有限元分析[M].北京:化学工业出版社, 2005:156-158.
升降机构 篇6
关键词：车载雷达,天窗,升降机构,机电控制系统,设计方式
雷达机电控制, 整合了继电器、对应着的驱动器, 建构控制模式。这种惯用模式, 平日之中的响应偏慢, 且控制柜耗费掉的舱体空间偏多。系统没能提升柔性, 设计成型以后, 很难再去变更。车载雷达天窗、体系架构之中的升降机构, 采纳了机电及自动控制。新颖情形下的机电体系, 省去了偏多耗费, 保障体系稳定。这类车载系统, 应对了突发态势下的恶劣气候, 带有临时变更的优势。
1 机电总体架构
车载架构内的雷达天窗、车载升降系统, 都包含新颖特性的机电控制。控制体系硬件, 是带有智能特性的伺服配件, 这种电机被设定成主体的管控单元。驱动控制配件衔接着操作盒、天窗交流电机、升降管控必备的配件、传感器单元等。这种布设方式, 建构了整体架构下的机电控制。设计路径中, 采纳惯用的C语言, 拟定了细化流程。在操作页面之中, 设定驱动参数, 以便管控整体体系。
2 新式硬件搭配
系统硬件框架, 包含小规格特有的电源模块、电机驱动配件。这种伺服电机, 带有高功率独有的优势, 采纳标准软件来建构支撑。它整合了更高层级的运动控制、功率放大装置、网络架构之中的新式通讯。不用布设额外驱动, 即可启闭天窗。这种配件固有的质地优良, 占据空间被缩减, 提升响应速率。采纳直接控制, 提升了固有的灵活水准。
天窗运动控制、车载升降机构, 带有互锁的倾向。具体而言, 天窗启动至拟定好的方位时, 体系才可供电。在这个时点, 升降范畴的关联动作, 并不受到限制。唯有升降至设定好的下限之时, 天窗才会供电。在这时, 电动天窗关涉的常见动作, 都摆脱了限制。
3 多项新颖性能
3.1 控制互动界面
车载雷达管控的天窗及升降, 采纳人机显示, 把它设定成最佳界面。这种人机界面, 衔接着手动操控, 它并不关涉控制柜。依托操控按钮, 能够启停天窗, 有序升降这样的构件。筛选适宜模式, 提升宏观情形下的电机性能。触发按键以后, 驱动接口即可传递精准指令。
手动操控面板布设的指示灯, 也反应这一指令。指示灯表征的内涵, 包含这一时点的传感状态、电源通电情形、出错报警信息。操作盒添加了通断管控必备的按钮, 若发觉意外情形, 迅速切断贯通的总电源, 以便处理意外。这种控制步骤, 便利常规调试;在平常步骤中, 也增添了安全性。
3.2 随时予以测定
随时测定某一时段的控制状态, 在开关特有的构件周边, 添加了传感器。与此同时, 在天窗固有的构架之中, 添加了带有感应倾向的某类铁片。天窗移动至特有的端点时, 传感配件能判别这一方位, 予以精准回应。升降机构附近, 也添加类似配件, 以便检定反馈得来的升降状态。升降传感紧密衔接着限位开关, 若升降触发这一开关, 则升降运动原初的速率就缩减至零。触发限位开关, 应对紧急态势下的突发情形, 保障升降安全。
3.3 设定电动天窗
机电架构内的电动天窗, 包含导轨及顶盖、减速配件及交流电机、齿条齿轮这样的附带配件。天窗衔接的顶盖, 包含深沟球特有的某一轴承。体系中的导轨, 能保障最佳数值的直线度。伺服电机布设了制动配件, 断开电源以后, 它能固定住周边的电机轴, 不让它们旋转。减速器特有的周边, 添加了输出轴;顶盖添加齿条。依托齿轮传动, 顺利启闭顶盖。这种传动架构, 提升了成效性及荷载力, 带有可靠及便捷的独有优势。
4 拟定软件流程
4.1 软件控制路径
天窗及升降配有的软件控制, 采纳更高层级的编程。智能伺服被设定成中心, 整合了本源的微机控制、多重路径的传感控制, 便于体系拓展。伺服驱动路径下的控制架构, 能辨识各时段的传感信号、人机控制数据。依托驱动处理, 拟定关涉的某一指令。这种精准指令, 紧密关联着接续的升降活动、天窗运动流程。
总体驱动框架, 涵盖天窗机构、必备的升降机构, 满足彼此互锁。按照解析得来的多重功能, 结合某一时点的信息输入, 来辨识传感配件现有的状态。传感配件凸显的数值是1, 则表征它被触发;若对应数值被设定成0, 则它并没被触发。
4.2 搭配适宜参数
天窗衔接着的伺服驱动, 直接管控着这个范畴的电机。拟定了C语言, 来管控完备的程序。设定好的驱动参数, 紧密关联特有的PC机。设定的多重参数, 应考量各时段的编程。具体而言, 拟定精准的这类参数, 依照如下路径:
第一步, 衔接控制卡, 获取通道句柄。拟定好的某一通讯路径, 对应唯一句柄。开启关联设备, 获取体系架构内的设备句柄。应注重的是, PMD特有的配件, 对应拟定好的唯一句柄。
第二步, 开启必备的轴, 获取关涉的轴句柄。设定精准参数, 包含本体特有的电机类别、初始化时段的PID。控制装置之内, 应随时查验这一时段的传感状态。
第三步, 依照辨识出来的信号, 判别这种态势下的运动倾向、运动之中的可行性。对于按键信号, 应能随时响应。天窗驱动态势下的伺服系统, 应拟定必备流程。
5 结语
建构在伺服驱动根基之上的升降体系、车载天窗等, 提升了原有的自动化水准, 带有高层级的可靠特性。机电控制配有简易架构, 能随时辨识、操控这类系统。按照用户需求, 把惯用的这类设计延展至更广范畴。这种新颖架构, 提升自动化这样的水准, 采纳了带有模块特性的新颖控制路径。
参考文献
[1]王峰, 姚威, 皇淼淼.基于车载雷达天窗与升降机构机电控制系统设计应用[J].电子世界, 2014 (05) :157+159.
[2]王亚军, 陈东生, 蒲洁等.双电机驱动升降机构运动实时同步控制技术[J].组合机床与自动化加工技术, 2009 (09) :60-63.
[3]曹鹏举, 许平勇.一种雷达用车载液压升降机构的设计[J].起重运输机械, 2009 (10) :24-27.
[4]许平勇, 潘玉龙, 卫国爱等.车载雷达天线升降机构液压系统的设计[J].液压与气动, 2014 (11) :25-27.
升降机构 篇7
拆下升降机罩壳,检查升降电机,踩下升降开关,用万用表测试电机扁平线(6芯并排线)两侧端(1、6)是否有电压。此时为24V直流电压,故确定为电机出现故障。把电机从机架上拆下打开电机碳刷部分外壳(小心此处有2只霍耳元件用于测试电机上下转了多少转,即限位)发现碳刷已严重磨损,按原碳刷形状加工装回后,手术显微镜恢复正常工作。但是该眼科手术显微镜在使用一段时间(1个月左右)后故障再次发生,为上下不能限位。该手术显微镜限位是用1只光电管与电机中的霍耳元件配合计数,电路板中单片机一体来实现限位控制的。拆下限位电路板开机,用万用表电压档测试光电管接收侧两端电压约2V左右。此时用一个不透光的物品挡住光,让光电管接收侧不被照射,再测光电管接收侧两端电压,发现电压没有变化,当即分析是光电管坏,换一只新的光电管后,故障依旧存在。最后判断故障在主电路板上。为了降低维修成本、缩短维修时间(电路板8000元/块,电机18000元/只,下订单后需40d左右才能到货),使设备尽快恢复工作,所以决定对电路进行改动。方法是用2只微动开关,2只继电器,2只二极管,用0.5cm的不锈钢重新加工一个行程开关限位触片。电路改造方法,见图1。
将2只微动开关分别安装在行程的上下侧,把原用于遮光的不锈钢换成重新加工的行程开关限位触片,当踩下升降开关时,1负、6正继电器J1吸合,电机顺时针旋转,当走到上端时行程开关k1短开J1掉电,电机停转。同样,当踩下升降开关降时,1正、6负继电器J2吸合,电机逆时针旋转,当走到下端时行程开关k2短开J2掉电,电机停转。微动开关型号BBJ2A25AC、继电器型号Nais TQ2-12VATQ203、二极管1N4007。当显微镜发生前后、左右同样故障时也可以采用同样的方法解决。电路工作原理,见图2。
2 脚踏控制器不能使用
护士在移动显微镜过程当中不小心将脚踏控制器引线从插头端拉断,导致脚踏控制器不能使用。拆开插头后发现,其内部由五芯线组成,要修复该脚踏控制器在无图纸(同莱卡公司工程师也未找到图纸)的情况下难度较大,我们只好打开脚踏控制器拆下电路板及主机电路板。先找到公共地端、电源正端,根据脚踏控制器电路板上IC及主机电路板上IC的逻辑控制关系确定另外3条线连接关系焊好后,该显微镜恢复正常工作。线路连接图,见图3。
图纸中,所有电子器件是按电路板上所标型号及参数标出的。连接插头时按逆时针方向数脚号,插头引线焊好后,最好先用热熔胶固定,再把插头上的固定螺丝拧紧即可。
摘要：德国莱卡眼科手术显微镜在眼科手术应用中较广泛,本文介绍了该显微镜的改造及维修方法。
关键词：眼科,手术显微镜,升降机,医疗设备维修
参考文献
[1]肖红梅.手术显微镜一般故障及处理[J].医疗装备,2004,(4):112.
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