电动升降杆的设计与加工方案

电动升降杆的设计与加工方案编辑：郑州万佳防雷有限公司1产品现状经过市场调研，发现现有的产品有以下几大问题。1）多为手动控制升降，传动机构大都采用齿轮齿条、同步带和链等。这些结构较复杂，人工手动升降，定位精度和稳定性较差。2）有效行程多在400mm以下，无法满足大行程工作的需要。3）一般只有两个固定的硬限位，不能灵活的控制检测装置与被测物品的安全距离，一旦损坏到被测物品，后果将不堪设想。2问题解决方案经过市场的前期调查和客户的实际需要，我们从以下几方面对该部件进行升级改造，解决存在的问题。1）将原有人力驱动升级为电力驱动。选用42加强步进电动机作为原动力，结构简单重量轻，结合采用滚珠丝杠副传动，可以精确的移动与定位。2）根据客户的需要，将升降杆有效行程由400mm，增加到700mm，增加了设备的适用范围。3）设计加装一个可移动的光电式限位装置，能灵活控制安全距离，更好的保障侧头和被测物体的安全。4）把升降杆与大底板连接板设计成了可移动的结构。可以根据被测物体的需要调节升降杆的位置。3设计改进的主要内容根据解决方案，主要针对以下内容进行了改进设计加工。3.1升降杆传动结构设计由于滚珠丝杠副传动摩擦力小传动精度高，尺寸标准化安装方便等优点，选择滚珠丝杠副传动。客户要求，升降杆移动最大速度25mm/s，电机最快转速nmax为3000rpm，即丝杠Vmax1500mm/min。电机输出端与滚珠丝杠副采用直连，即传动比为1：1。1）确定滚珠丝杠副的导程。根据电机额定转速和升降杆最大速度计算丝杠导程。导程Ph=Vmax/i・nmax=1500/1x3000=0.5mm，实际Ph取4mm，可满足速度要求。2）滚珠丝杠副的载荷及转速计算。由于该设备垂直放置，主要用于拍照检测取证无切削力，其载荷主要来源于工作台设备重力和导轨、滑块的摩擦力，此处计算取静载荷摩擦系数为0.006，则导轨静摩擦力：F0=M・g+μ0・M・g+4x5=10x9.8+0.006x10x9.8+4x5=119N由于该设备主要用于拍照检测取证，运动接近匀速，则有Fm=（2Fmax+Fmin）/3≈F0=119N，nm=（nmax+nmin）/2=375rpm3）计算滚珠丝杠额定动载荷。按预期工作时间计算：Cam=・Fmfw/100fafc=x119x1/100x1x1=671.90N按滚珠丝杠副预加的最大负荷计算：Cam=feFmax=6.7x119=797.3N取较大值Cam=797.3N为滚珠丝杠副预期额定动载荷4）估算滚珠丝杠副的螺纹底径d2m。最大允许轴向变动量：δm≤（1/3～1/4）=1/4x0.005=0.00125mm两个支撑最大距离：L≈（1.1～1.2）・ι+（10～14）Ph=1.2x700+14x4=896mm按丝杠安装方式为轴向两端固定，则有丝杠螺纹底径：d2m≥0.039==11.3mm5）确定滚珠丝杠副规格代号。按照滚珠丝杠Ph、d2m、Cam等因素，选择基本导程Ph=4mm，公称直径d0=16mm，查得额定动载荷Ca=5120NCam=797.3N。满足长径比小于等于30。经过试验运行满足负载要求。3.2支撑架的加工由于升降杆选用的型材的长度达1080mm，而我校的数控铣床最大加工量为850mm，这样便无法在一次装夹中完成所有加工。我们设计用一个工装和两个定位销来做工件坐标系的翻转，保证加工孔的精度。具体方案是：用一块1000mm×250mm×30mm的工装用压板装夹在铣床X向工作台上，型材装夹在右端的极限位置。从型材右端加工所有加工的元素，加工完成后，在型材的中心线上距型材右端面240mm（孔1）和540mm（孔2）处各做一Φ10H7的定位销孔，作为翻转坐标系的定位孔。卸下型材后在X-840mm处，做工装Φ10H7的定位销孔3。这样翻转加工时，将型材的定位孔2与工装的定位孔2重合插入定位销，在将型材的定位孔1与工装的定位孔3重合插入定位销，完成了坐标系的翻转。通过一面两销定位，实现坐标系的翻转，解决了加工过程中机床行程不够的问题，有效的保障了工件的精度，提高了生产效率。3.3零件结构设计优化1）轴承座的优化。优化前的轴承座结构如图4，此时的轴承座结构简单，外形为一简单长方体，基本能满足轴承座的一般需要，但是轴承座安装接触面较小，且与型材的连接固定只有两个螺钉，显单薄不稳固。优化后的轴承座结构，底部增加了一倍的安装接触面积，同时底部增加了一个螺纹安装孔，使三个螺纹安装孔成三角型稳固分布，使轴承座型材的连接更加牢固，能承受更大的载荷工作。2）底座连接的优化。由于原来的升降杆在XY面内是固定不动的，影响了设备的测量范围，于是我们特设计了活动的“靴子”，通过四块固定钢板和过渡板将电动升降杆固定。过渡板上有螺纹孔，可以使过渡板在大托板上移动，实现在XY面内的位置移动。3.4结构创新本部件的创新之处是添加了一套光电式活动限位机构，该机构利用光直线传播和反射原理，安装一个光电式的活动限位。活动限位由一个激光发射器、激光接收器、挡光板和两块平面镜组成。支撑板上平行安装激光发射器与激光接收器，在托板的下面安装一个挡光杆。滑块上安装腰底为45°的等腰梯形活动限位板，两腰上安装了光的反射回路的镜子。当托板向下移动到挡光杆穿过活动限位孔时，挡光杆阻断激光，信号动作，托板停止移动，保证了被测物体和测头的安全距离。在活动限位板两侧各有一个螺纹孔，可灵活控制限位板的位置。4总结经过多次与客户的交流沟通，完成了电动升降杆的设计与加工装配调试，经过多次的试验改进优化，我们的产品趋于完善。客户给予的评价是该产品的整体外观简洁大方，各部件结构设计的巧妙合理，较为满意，表示会继续合作。现此产品经过试验已经达到要求，正批量生产。总之，通过亲自参与该产品的设计加工，对现代机械设计和加工机械有了更深刻的认识，更深入了解了生产实际的需求，同时自身的专业综合能力得到了很大的提高。