屏蔽門高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

精品文檔-下載后可編輯屏蔽門高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)的改進(jìn)摘要屏蔽門的開啟和關(guān)閉是由高速絲杠副傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的。要求該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的傳動(dòng)精度及較長的使用壽命。高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)是對以前的絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn),可以解決高速絲杠傳動(dòng)中絲杠因負(fù)載、變形、安裝誤差等造成的傳動(dòng)、偏差及使用壽命等問題。

關(guān)鍵詞屏蔽門,傳動(dòng)機(jī)構(gòu),高速絲杠,無偏載傳動(dòng)

城市軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)是現(xiàn)代城市地和輕軌采用的一種專用設(shè)備。屏蔽門的開啟與關(guān)閉是由高速絲桿副傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)的,這就要求該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的傳動(dòng)精度和較長的使用壽命。本文討論的是屏蔽門系統(tǒng)中高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。

1原機(jī)構(gòu)的工作原理及存在的問題

圖1為屏蔽門原來的高速絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。該機(jī)構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母傳動(dòng)副,絲杠(2)外表套有耐磨螺母(1),絲杠通過聯(lián)軸與電機(jī)軸聯(lián)接,螺母(1)和門掛板(5)通過夾板(3)以及鉸鏈機(jī)構(gòu)(4)連接起來,門扇(6)與門掛板(5)通過螺栓連接。當(dāng)電機(jī)開始工作時(shí),絲杠(2)可在電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng);套在絲杠外面的被螺牙嚙合的螺母隨之做直線運(yùn)動(dòng),在連接叉與鉸鏈機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下,從而使一對門掛板(5)和門扇(6)跟著做開關(guān)門運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)在手動(dòng)開關(guān)門的時(shí)候,需要費(fèi)比較大的人力;而且在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中,發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)不是很平穩(wěn),傳動(dòng)阻力大,存在著較大的運(yùn)動(dòng)噪聲。下面結(jié)合圖例分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。

圖2為手動(dòng)推門的示意圖。當(dāng)如圖所示施加人力給門扇(3)時(shí),必然會(huì)對絲桿(1)的軸心a點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩,這個(gè)力矩迫使絲杠(1)和螺母(2)在b點(diǎn)產(chǎn)生很大的阻力,從而使人所施加的外力會(huì)增加。也就是說人需要很大的力才能將門扇(3)打開或者關(guān)閉。同時(shí)由于絲杠(1)和螺母(2)之間存在著較大的阻力,絲杠與螺母之間的磨損必然比較嚴(yán)重。從而造成整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中運(yùn)動(dòng)不是很平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)噪聲較大等現(xiàn)象。由于在安裝過程存在著安裝誤差,一旦門掛板(5)和門扇(6)在安裝時(shí)導(dǎo)軌面(7)沒有與絲杠(2)的軸線平行,而螺母(1)又不能自行調(diào)整其軸線與導(dǎo)軌面(7)平行,從而整個(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中,會(huì)產(chǎn)生偏載,從而造成阻力大、運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)、噪聲較大等現(xiàn)象。

圖1屏蔽門高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)示意圖

是改進(jìn)后的絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)的示意圖。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母傳動(dòng)副,不銹鋼絲杠(13)外表套有耐磨螺母(2)、(4),無刷電機(jī)和絲杠(13)通過聯(lián)軸器無減速直接聯(lián)接。門扇(12)成對聯(lián)接在門掛板(10)、(11)上,門掛板(10)、(11)通過掛車(15)和導(dǎo)軌(14)聯(lián)接。掛車(15)承受門扇(12)向下垂直的重量和水平側(cè)擠壓力。門掛板(10)、(11)運(yùn)動(dòng)間隙通過掛車(15)調(diào)整。耐磨螺母(2)、(4)和一對門掛板(10)、(11)都采用無偏載機(jī)構(gòu),無偏載機(jī)構(gòu)采用叉形鉸鏈無偏載機(jī)構(gòu),連接叉(5)上的可轉(zhuǎn)動(dòng)柱銷(6)插入與耐磨螺母(2)、(4)聯(lián)接的法蘭(1)及套筒體(3)內(nèi)。連接叉用可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接軸(7)與具有活動(dòng)關(guān)節(jié)的鉸(8)通過銷軸(9)連接在左掛板(10)及右掛板(11)上。

圖2手動(dòng)推門的示意圖鏈

2機(jī)構(gòu)的改進(jìn)

根據(jù)以上分析的原因,對機(jī)構(gòu)做了改進(jìn)。圖3

圖3改進(jìn)后的屏蔽門高速絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)示意圖

下面分析螺母的自由度受限制的情況:假設(shè)以圖3上端的正視圖的平面作為x-y平面。在沒有任何約束的情況下,螺母(4)有6個(gè)自由度,分別是繞x、y、z軸的旋轉(zhuǎn)以及在x、y、z軸方向上的直線運(yùn)動(dòng)。首先分析x軸的情況:假設(shè)以門掛板(10)作為約束體,由于絲杠(13)的轉(zhuǎn)動(dòng),帶動(dòng)螺母(4)做直線運(yùn)動(dòng),而不能繞x軸旋轉(zhuǎn);又由于連接叉(5)上的柱銷(6)的限制,使得螺母(4)相對于門掛板(10)不能做x軸方向的直線運(yùn)動(dòng),所以無偏載機(jī)構(gòu)限制了螺母(4)在x軸方向的2個(gè)自由度。y軸上,由于連接叉(5)上的可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接軸(7)的作用,使得螺母(4)可繞著y軸轉(zhuǎn)動(dòng);又由于鉸鏈(8)的作用使得螺母(4)相對于門掛板可以做y軸方向的直線微量平移運(yùn)動(dòng)。z軸上,由于連接叉(5)上的柱銷(6)的作用,使得螺母(4)可以繞z軸旋轉(zhuǎn);又由于鉸鏈(8)的作用,使得螺母(4)相對于門掛板可以做z軸方向的直線微量平移運(yùn)動(dòng)。無偏載機(jī)構(gòu)不限制螺母(4)在y、z軸方向的4個(gè)自由度,這正是我們所希望的。這是因?yàn)榻z杠(13)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)螺母(4)做直線運(yùn)動(dòng),并通過無偏載機(jī)構(gòu)和門掛裝置從而帶動(dòng)門扇運(yùn)動(dòng)。所以必須要求螺母(4)不能轉(zhuǎn)動(dòng)以及相對于門掛板不能沿x軸移動(dòng)。也就是說,必須限制螺母(4)在x軸上2個(gè)自由度,而不限制另外4個(gè)自由度,是因?yàn)樵谥圃旌桶惭b絲杠和導(dǎo)軌過程中難免存在著誤差。一旦絲杠(13)和導(dǎo)軌(14)稍微偏離了它們理論上平行位置,由于不限制螺母(4)在y、z方向的4個(gè)自由度,螺母(4)可以通過無偏載機(jī)構(gòu)上的活關(guān)節(jié)自行調(diào)整軸心,避免螺母(4)和絲杠(13)之間產(chǎn)生額外的偏載而增大阻力。通過這樣的設(shè)置,來減少磨損、提高使用壽命、降低噪聲、提高傳動(dòng)精度,從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。

3實(shí)驗(yàn)結(jié)果

在對改進(jìn)后的門機(jī)進(jìn)行了100萬次的壽命實(shí)驗(yàn)后,發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、噪聲較低。該機(jī)構(gòu)在手動(dòng)開關(guān)門的時(shí)候,也不需費(fèi)較大的人力就可以將門輕松打開或關(guān)閉。這說明改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)能滿足使用要求。

圖4螺母齒形變化簡圖試驗(yàn)前后螺母齒形變化情況如圖4,其它部件的情況:門導(dǎo)軌測量不出磨損;雖有磨損,但可繼續(xù)使用。門機(jī)經(jīng)累計(jì)運(yùn)行無故障100萬次工作循環(huán)周期后,所有零部件仍可繼續(xù)使用,各項(xiàng)性能不變。

4結(jié)語

改進(jìn)后的傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)通過高速多頭非自鎖絲杠螺母副,不僅實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成門扇的直線運(yùn)動(dòng),而且能夠滿足運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲、壽命長的要求。采用電機(jī)與絲杠無減速直接聯(lián)接,減少了運(yùn)動(dòng)噪聲,提高了門機(jī)的傳動(dòng)效率和可靠性,制造、安裝、變形、負(fù)載等引起的綜合誤差,改善絲也簡化了門機(jī)機(jī)構(gòu)。螺母與門掛裝置采用無偏載杠受力狀況,提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性,延長使用壽命,減機(jī)構(gòu)聯(lián)接可以使門機(jī)的性能更優(yōu),無偏載機(jī)構(gòu)限制少運(yùn)動(dòng)噪音。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明,改進(jìn)后的屏蔽門高速螺母6個(gè)自由度中的2個(gè)自由度運(yùn)動(dòng),從而消除因絲杠副傳動(dòng)無偏載機(jī)構(gòu)能滿足使用要求。

參考文獻(xiàn)

1陳海苑,龍騰.水平滑動(dòng)門門機(jī)權(quán)利要