现今社会，支撑系统的应用已是日益广泛。在我们的日常生活领域，支撑系 统已普遍应用。 医疗领域， 人工假肢以及工业领域的大型机械臂等都是支撑杆的 广泛应用场所。而在航空、航天等领域，支撑机构性能的优劣更是必然的联系到仿 真和测试试验的可靠性和置信度,是保证航空、 航天型号产品,以及武器系统精度 和性能的基础。 因此， 创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。为了能在较短的周 期内推出性能更好、更符合客户的真实需求的机械产品,可通过建立仿真软件所支持的 产品模型,实现机械产品方案确立后的快速仿真分析及反馈,及时对设计的具体方案进 行改进和优化。创造更好更优秀的支撑机构便是我们的新的目标。
如不满足上述天剑，应增大 d 2 知道满足为止。 必须指出：上述压杆稳定公式仅适用于螺杆的应力不超过其材料的许用应 力时，否则将是受压破换而不是失稳问题。 2.2.5 强度计算 1）螺杆强度计算。螺杆在轴向载荷 Fa （拉伸或压缩）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
T—螺杆传递的转矩，一般为摩擦 TF 力矩 2）螺纹强度计算。螺纹强度包括螺杆螺纹强度和螺母螺纹强度，由于螺杆 的材料强度通常比螺母材料强度高，故只需对螺母螺纹强度进行计算。 设载荷 Fa 作用在
9）螺纹旋和长度 L c :两个相互配合的螺纹沿轴向相互旋和部分的长度。
10）螺纹的公称直径:代表螺纹尺寸的直径称公称直径，标准规定按螺纹大 径的基本尺寸记。 2.2.3 螺旋传动的计算 在螺旋传动镇南关，螺杆所承受的载荷主要是转矩和轴向拉力（或压 力）。这些力邀引起螺杆螺母工作表面的磨损、螺杆的变形及螺母牙的断 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失稳。因 此，滑动螺旋传动的设计计算通常包括耐磨性、刚度、稳定性及强度等 4 个方面。根据自身的需求有时还要进行摩擦力矩、效率及自锁等别的方面的计算。 1）耐磨性计算 磨损是滑动螺旋传动的主要是小形式，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。 影响螺纹磨损的因素很多，如载荷大小、表面粗糙度、螺杆牙面硬度、 润滑以及速度大小等。磨损的速度与螺纹工作表面的比压大小有直接关系。 为保证螺纹的耐磨性和常规使用的寿命，必须限制螺纹工作表面的比压，使其值 小于或等于许用比压，即
概述 丝杆升降机，SWL 系列蜗轮丝杠升降机是一种基础起重部件，符合 JB/T8809—1998（原 JB/ZQ4391—86）标准。承载能力 2.5—120T。具有结 构紧凑、体积小、重量轻、动力源广泛、噪音小、安装便捷、使用灵活、 功能多、配套形式多、可靠性高、常规使用的寿命长等优点。本设计是一种新式支 撑杆的创造， 利用电机来带动丝杠的转动以此来实现支撑机构的升降。其中利用正 反螺旋的叠加使用的加大行程的效果， 以及螺旋机构的诸多特性来尝试性的设计 创新。当然这其中也多有用到连杆机构，包括四杆及多杆机构的使用。连杆的作 用是相当必要的，连杆的正确使用使升降支撑机构实现了阶梯性的升降。另外， 此次建模是运用 MATLAB 和 Solidworks 联合，此次设计是一个新的尝试，相信实 验成功后能够广泛的应用于工业建筑，医疗科学，航天航空等所有的领域，以得到 更好的利用。
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，本设计采用的是滑动螺旋传动。 2.1.2 滑动螺旋的特点 D 2 1）降速传动比大。 i 或i ，D 为轮直径，即螺杆（或螺母）转 l l l 动一圈，螺母（或螺杆）移动一个螺距（单头）。一般的螺距都比较小， 故而降速传动比大。例如 t=0.5，D=160，则 i=1005.由于螺旋传动的结构 简单、紧凑，传动比大，实现同样的传动比，与其他传动形式相比较，传 动环节少，故可以大幅度缩小传动链，因而具有较高的传动精度，且运动灵 活、平稳。 2）具有增力作用。由于传动比大，根据在功率一定的条件下降速增矩的原 则，给主动件一个较小的转矩，从动件便可得到较大的轴向力。 3）能自锁。当螺纹升角小于当量摩擦角时，螺旋传动具有自锁能力。 4）效率低、易磨损、低速存在爬行。由于螺旋工作表面为滑动摩擦，致使 其传动效率低，一般为 30%～40%，磨损快，因此不适于告诉大功率传动。 2.2 螺旋机构的主要参数选择与计算 2.2.1 传动形式的选择 本设计采用正反螺旋形式，双螺母配螺杆的结构，即一螺母固定 ，螺 杆转动并移动，另一螺母移动但不转动来实现加大行程的移动效果。 2.2.2 普通螺纹的主要几何参数 1）大径 d(D):与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱体的直径。 2）小径 d1(D1):与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径 3）中径 d2(D2):一假想的圆柱体，该圆柱体的母线通过牙型中线的直径， 称作用中经。这个假想的螺纹在规定旋和长度内，具有基本牙型的螺距、 半角以及牙型高度，并在牙底和牙顶留有间隙，以保证不与实际螺纹的大、 小径发生干涉。 4）底径：与内螺纹或外螺纹底相重合的假想圆柱体的直径，即外螺纹的小 径或内螺纹的大径。 5）螺距 t:响铃牙在中径线上对应两点间的轴向距离。 6）导程 s:同一螺旋线上相邻牙在中径线上对应两点间的轴向距离，s=nt,n 为螺纹头数 7）牙形角 2α :在螺纹牙形上，相邻两牙侧面间的家教。 8）螺纹升角γ :在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的 夹角， tan
2.2.4 稳定性计算 对于受压且具有较大柔度的螺杆（例如 t/d＞8～10），在工作时螺杆可能 由于失稳而产生侧向挠曲，此时应对螺杆进行稳定性的校验，根据欧拉公 式有
式中，ζ 值可根据罗怒形式确定，对于整体式螺母ζ =1.2～2.5，对于部分 式螺母ζ =2.5～3.5. 2）刚度计算螺杆在轴向载荷 Fa 和转矩 T 的作用下将发生变形，引起螺 距变化，进而影响螺旋传动精度。因此，设计时应进行刚度计算，以便把 螺距的变化限制在允许的范围内。 螺杆受轴向载荷 Fa 时，1 个螺距的变化量 Ft 。
2.1 螺旋传动的类型、应用和特点 2.1.1 螺旋传动的类型和应用 1）传力螺旋：在传动链中用于传递动力的螺旋传动称为传力螺旋。其特点 是承受较大的载荷，传动精度要求较低，有些甚至对相对位移无精度要求， 主要要求是有充足的强度。如一起底座的调节螺旋或起重螺旋等。 2）示数测量螺旋传动：在传动链中用以精确地传递相对运动或相对位移的 螺旋传动。其特点是传动式只需克服摩擦力矩和较小的附加阻力矩，其传 动误差直接影响仪器的工作精度，因此对示数测量螺旋传动的主要要求是 传动精度高、回差下、运动灵活。常用于机床进给、分度机构和测量仪表 中的螺旋测微机构，如千分尺中的螺旋等。 3）一般螺旋传动：用于精密机械中某些构件的传动或精确定位，对强度、 刚度和精度均有较高的要求。当用于定位时，在定位后则要求螺纹不松动， 故其螺纹升角必须很小，以保证自锁。
J — 螺杆螺纹的极惯性 矩，对于梯形螺纹按螺纹中径 d 2 计算，即
当 T 逆螺旋方向作用时上式取“”号，顺螺旋方向作用时取“—”号。 螺杆在轴向载荷和转矩同时作用下，一个螺距总的变化量为
式中，t—螺距； E—螺杆材料拉压弹性模量，对于钢 E=2.15MPa；
2 A—螺杆螺纹截面面积，对梯形螺纹按螺纹中径计算，即 A d 2 4 ，
螺杆受拉时上式取“”号，受压时取“—”号。 螺杆受扭矩 T 时，螺杆在 1 个螺距长度上产生的扭转角 为
滚珠丝杠 类型 常用的循环方式有两种：外循环和内循环。滚珠在循环过程中有时与 丝杠脱离接触的称为外循环；始终与丝杠保持接触的称为内循环。滚珠每 一个循环闭路称为列，每个滚珠循环闭路内所含导程数称为圈数Biblioteka Baidu内循环
滚珠丝杠副的每个螺母有 2 列、3 列、4 列、5 列等几种，每列只有一圈； 外循环每列有 1.5 圈、2.5 圈和 3.5 圈等几种。 1） 外循环：外循环是滚珠在循环过程结束后通过螺母外表面的螺旋 槽或插管返回丝杠螺母间重新进入循环。如图 2-3 所示，外循环滚珠丝杠 螺母副按滚珠循环时的返回方式主要有端盖式、 插管式和螺旋槽式。 图 2-3 常用外循环方式(a)端盖式；（b）插管式；（c）螺旋槽式如图 2-3（a）所 示是端盖式，在螺母上加工一纵向孔，作为滚珠的回程通道，螺母两端的 盖板上开有滚珠的回程口，滚珠由此进入回程管，形成循环。如图 2-3（b） 所示为插管式，它用弯管作为返回管道，这种结构工艺性好，但是由于管 道突出螺母体外，径向尺寸较大。如图 2-3（c）所示为螺旋槽式，它是在 螺母外圆上铣出螺旋槽，槽的两端钻出通孔并与螺纹滚道相切，形成返回 通道，这种结构比插管式结构径向尺寸小，但制造较复杂。外循环滚珠丝 杠外循环结构和制造工艺简单，使用广泛。其缺点是滚道接缝处很难做得 平滑，影响滚珠滚道的平稳性。 2） 内循环：如图 2-4 所示为内循环滚珠丝杠。内循环均采用反 向器实现滚珠循环，反向器有两种类型。如图 2-4（a）所示为圆柱凸键反 向器，它的圆柱部分嵌入螺母内，端部开有反向槽 2。反向槽靠圆柱外圆面 及其上端的圆键 1 定位，以保证对准螺纹滚道方向。如图 2-4（b）所示为 扁圆镶块反向器，反向器为一般圆头平键镶块，镶块嵌入螺母的切槽中， 其端部开有反向槽 3，用镶块的外轮廓定位。两种反向器比较，后者尺寸较 小，从而减小了螺母的径向尺寸及缩短了轴向尺寸。但这种反向器的外轮 廓和螺母上的切槽尺寸精度要求比较高。 图为端盖式循环，仅供参考。 特点 1、与滑动丝杠副相比驱动力矩为 1/3 由于滚珠丝杠副的丝杠轴与丝杠螺母之间有很多滚珠在做滚动运动, 所以能得到较高的运动效率。与过去的滑动丝杠副相比驱动力矩达到 1/3 以下,即达到同样运动结果所需的动力为使用滚动丝杠副的 1/3。在省电方 面很有帮助。 2、高精度的保证 滚珠丝杠副是用日本制造的世界顶配水平的机械设备连贯产出 的，特别是在研削、组装、检查各工序的工厂环境方面,对温度、湿度进行 了严格的控制，由于完善的品质管理体制使精度得以充分保证。 3、微进给可能 滚珠丝杠副由于是利用滚珠运动,所以启动力矩极小,不会出现滑动运 动那样的爬行现象,能保证实现精确的微进给。 4、无侧隙、刚性高
