電動升降杆的設計與加工
高科技產品研發
作者：崔立紅
摘 要 北京朗日科技有限公司顯微取證檢測係統中的電動升降杆的設計與加工中，通過對產品現狀調研中發現問題，確定了解決方案，從升降杆傳動結構的設計、支撐架的加工、部分零件、結構設計優化、結構創新等方麵進行改進設計加工，最終客戶滿意已批量生產，使本人從理論到實踐獲益匪淺。
關鍵詞 升降杆設計加工優化
中圖分類號：TH21 文獻標識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）10-0010-02
1 產品現狀
經過市場調研，發現現有的產品有以下幾大問題。
1）多為手動控製升降，傳動機構大都采用齒輪齒條、同步帶和鏈等。這些結構較複雜，人工手動升降，定位精度和穩定性較差。
2）有效行程多在400 mm以下，無法滿足大行程工作的需要。
3）一般隻有兩個固定的硬限位，不能靈活的控製檢測裝置與被測物品的安全距離，一旦損壞到被測物品，後果將不堪設想。
2 問題解決方案
經過市場的前期調查和客戶的實際需要，我們從以下幾方麵對該部件進行升級改造，解決存在的問題。
1）將原有人力驅動升級為電力驅動。選用42加強步進電動機作為原動力，結構簡單重量輕，結合采用滾珠絲杠副傳動，可以精確的移動與定位。
2）根據客戶的需要，將升降杆有效行程由400 mm，增加到700 mm，增加了設備的適用範圍。
3）設計加裝一個可移動的光電式限位裝置，能靈活控製安全距離，更好的保障側頭和被測物體的安全。
4）把升降杆與大底板連接板設計成了可移動的結構。可以根據被測物體的需要調節升降杆的位置。
3 設計改進的主要內容
根據解決方案，主要針對以下內容進行了改進設計加工。
3.1 升降杆傳動結構設計
由於滾珠絲杠副傳動摩擦力小傳動精度高，尺寸標準化安裝方便等優點，選擇滾珠絲杠副傳動。客戶要求，升降杆移動最大速度25 mm/s，電機最快轉速nmax為3000rpm，即絲杠Vmax1500mm/min。電機輸出端與滾珠絲杠副采用直連，即傳動比為1：1。
1）確定滾珠絲杠副的導程。根據電機額定轉速和升降杆最大速度計算絲杠導程。導程Ph=Vmax/i·nmax=1500/1x3000=0.5 mm，實際Ph取4 mm，可滿足速度要求。
2）滾珠絲杠副的載荷及轉速計算。由於該設備垂直放置，主要用於拍照檢測取證無切削力，其載荷主要來源於工作台設備重力和導軌、滑塊的摩擦力，此處計算取靜載荷摩擦係數為0.006，則導軌靜摩擦力：
F0=M·g+μ0·M·g+4x5=10x9.8+0.006x10x9.8+4x5=119N
由於該設備主要用於拍照檢測取證，運動接近勻速，則有Fm=（2Fmax+Fmin）/3≈F0=119N，nm=（nmax+nmin）/2=375rpm
3）計算滾珠絲杠額定動載荷。
按預期工作時間計算：
Cam=·Fmfw/100fafc=x119x1/100x1x1=671.90N
按滾珠絲杠副預加的最大負荷計算：
Cam=feFmax=6.7x119=797.3N
取較大值Cam=797.3N為滾珠絲杠副預期額定動載荷
4）估算滾珠絲杠副的螺紋底徑d2m。
最大允許軸向變動量：
δm≤（1/3～1/4）=1/4x0.005=0.00125 mm