双螺杆机构受力分析.doc

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1、双螺杆机构的运动原理简化为如图3・5所示。其中方向1(b)方向2图3-5双螺杆-螺母机构运动原理简化图Fig.3-5thesimplifieddiagramofdouble-screw-and-nutmechanismmotionprinciple图中，水平方向虚线表示为螺杆，A、B分别表示为左旋螺母以及右旋螺母。因为螺杆和螺母的作用是将转动转化为移动，故图中把螺杆和螺母形成的两个螺旋副简化为滑块形成的移动副。a、b表示为组成支撑脚的一对杆件，较链1、2、3表示两两零件之间通过销固定形成的转动副。当电机转动时，带动螺杆旋转,螺杆驱动两螺母沿轴线方向运动

2、，由于螺纹设计相反，螺母A和B的运动方向如方向1和方向2所示，始终相反。两螺母间的相向或相背运动又驱使杆件a、b沿方向3的伸出或者缩回运动。从图中也可以很容易看出采用了对称的设计思路，所以两螺母和杆件之间的位置对称，易得出杆件与螺杆间的夹角a和B相等，而0表示两杆件之间形成的夹角。尽管0的理论值为0。到180°,a和0的理论值为0。到90°,但在实际设计中，螺母存在厚度，使得0不可能到达0。，a和B不可能到达90。；考虑到防止机构在0为180。时出现自锁现象，把杆件a、b设计的长度略大于螺母形成的1/2o1.1.1.1双螺杆■螺母机构力的分析和传动速度

3、计算尽管在所有的机械传动中，齿轮传动应用最为广泛，但对于小模数齿轮传动的效率仍然没有明确的计算方法。根据作者设计与实验经验，单级小模数齿轮的传动效率耳一般不低于80%。根据表3-2可知，电机的额定负载扭矩为2.55mN-m,得到单根螺杆的输出转矩为：T=0.5x2.55x0.80=1.02mN・m(3・1)在滑动螺旋传动中，效率tanytan(v+Q)tan4.384°tan(4.384°+19.107°)=17.64%(3-2)由于每根螺杆上有两个对称的左右旋螺母，故单个螺母所受的推力减半；而每个螺母同时有两根对称的螺杆驱动，故单个螺母所受的推力又加

4、倍。所以推力与转矩的关系为:F=qT^=17.64%x1.02x-=4.52N(3-3)为了保证电机在不上电的情况下，机构有自锁能力，在外力作用下不会产生位移，计算螺杆的螺纹升角为:Y=tan-1-4-=tan-1一°灯=4.384°(3-4)1nd2HX1.038其中，t为螺杆的螺距，d?为螺纹中径。拟选用黄铜材料加工螺母，45钢加工螺杆，这两者的摩擦系数卩为0.3,计算得到螺杆的当量摩擦角为：p=tan-1丄^=tan-1。枕。=19.107°(3-5)cosicos丁其中口为钢■黄铜在无润滑情况下的摩擦系数，a为牙形角。因为螺杆的当量摩擦角大于螺

5、纹升角，若螺母存在上沿螺杆轴向方向的外力，此外力无法使螺杆转动，即螺杆可以实现自锁。在螺旋传动中，螺杆和螺母的相对运动关系为：(3-6)(3-7)h=—(p271十得到螺母的直线运动速度v=血生x2ttx—=2.15mm/s2ti60其中，z为螺杆的螺纹线数，t为螺杆的螺距，(P为电机转动的弧度。双螺杆■螺母机构的运动行程示意图如图3-5所示：图3・6双螺杆■螺母机构运动示意图Fig.3-6themovementdiagramofdouble-screw-and-nutmechanism由于采用了双螺杆■螺母结构，每个螺母的有效行程为6.125mm,那

6、么完成一次径向伸出或者收缩的动作需要2.85so1.1.1.2螺母和较链受力平衡分析如图3・7所示，当径向钳位机构的支撑脚与肠壁接触时，肠壁会对支撑脚顶端施加一个大小为Fn的作用力，可以将此视为加载在杆件d、c形成的钱链1上的力；Fa为沿杆件方向的分力(因为是对称设计，故只分析机构左半边)，这个力施加在杆件与螺母形成的较链2±;将Fa分解为沿螺秆轴向方向以及沿螺母径向方向指向中心的两分力Fh和Fv。Fn图3・7螺母和较链的受力示意图Fig.3-7theforcediagramofnutsandhinges上文中可知支撑脚一共有三对，下面分析螺母上螺纹孔

7、和较链间的相对位置,避免肠壁对支撑脚施加外力时引起弯矩或者侧向力，降低螺杆的传动效率。图3・8(a)为沿螺杆轴向方向的分力Fh对螺母的受力示意图，Fh垂直于螺母b所在的平面。如果三对支撑脚对螺母的力Fh不平衡，那么螺母将会对螺杆产生弯矩；图3-8(b)为沿螺母径向方向指向中心的分力Fv对螺母的受力示意图，如果三对支撑脚对螺母的力％不平衡，那么螺母将会对螺杆产生额外的压力，使得螺杆传动效率降低。b(a)沿螺杆轴向方向(b)沿螺母径向方向指向中心b(a)alongthescrewaxialdirection(b)alongthenutradialdirec

8、tiontowardsthecenter图3-8螺母的受力分析Fig.3-8theforcea