测控技术与仪器毕业设计（论文）基于连杆机构的电动支撑杆设计及仿真

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1、北华航天工业学院毕业论文毕业设计报告(论文)报告(论文)题目：基于连杆机构的电动支撑杆设计及仿真作者所在系部： 机械工程系作者所在专业： 测控技术与仪器作者所在班级： 作 者 姓 名 ： 作 者 学 号 ： 指导教师姓名： 完 成 时 间 ： 北华航天工业学院教务处制28摘 要剪叉式升降机是用途广泛的高空作业专用设备。它的剪叉机械结构，使升降机起升有较高的稳定性，宽大的作业平台和较高的承载能力，使高空作业范围更大、并适合多人同时作业。它使高空作业效率更高，安全更保障。目前比较成熟、使用效果较好的液压缸斜置驱动的剪叉式升降台，在实际使用中存在一些不足：(1）负载不能过大，液压油缸(内设密封圈)超

2、载的问题目前仍未解决好;(2） 大部分液压升降台面都因液压元件长时间受载引起泄漏，导致台面下沉;(3）起动力矩与负载比偏大，其驱动力与负载比变化曲线坡度很陡，起动力很大，能源浪费，当起升角为100时，起动力约为负载的3倍，而当起升角达到600以后，起动力才接近于负载。(4）起始高度较高。机构较为庞大，地坑较深，占用空间较多。本设计以电机带动丝杠来取代液压缸，并把丝杠放置到竖直方向上使电机与底座固定。这样就可减免电机升降带来的能量损失。剪叉式电动升降台还有着结构紧凑、运行平稳、拥有自锁性、调速性能好、组合灵活、安装工程量小、容易操作和维护等优点。关键词：剪叉式,升降机,电动,丝杠,Solidwo

3、rksAbstractScissor lift is the use of special equipment for a wide range of aerial work.Its mechanical structure scissors to lift hoisting have a high stability, large platform and high bearing capacity to a greater height range of operations, and for many simultaneous operations.It enables high-alt

4、itude operations more efficient, secure more protection.More mature now, is better use of the hydraulic cylinder oblique drive scissor lifts, there are some in the actual use less than:(1) Load can not be too large, the hydraulic cylinder (equipped with ring) overloading problem has yet to solve.(2)

5、 Most of the hydraulic lift table hydraulic components are due to set out a long time caused by leak, resulting in countertops sink.(3) Starting torque and the load ratio is too large, the driving force and the load ratio curve is very steep slope, from a great power, energy waste, while lifting ang

6、le is 100 when the load from the power of about 3 times, and when lifting angle to 600 after only close to the load from the power.(4) Starting too high, Institutions more large pit deeper, more space.The design of the motor driven screw to replace the hydraulic cylinder and the screw placed in the

7、vertical direction of the motor and fixed base.This would reduce energy loss caused by motor movements.Keywords: Scissor,lift, dynamoelectric, screw,solidworks; 目 录摘 要IAbstractII目 录III第1章 绪论11.1 课题背景11.2 发展现状11.3 研究目的和意义41.4 本文的主要工作4第2章 升降系统总体方案设计52.1 设计要点52.2 选材52.3 尺寸计算52.4 校核112.5 本章小结11第3章 电机、丝杠

8、、导轨等部件的选型123.1 电机123.2 丝杠143.3 导轨163.4 键的选型173.5 销的选择183.6 本章小结18第4章 电动支撑杆的建模及仿真194.1 Solidworks的介绍194.2 基于Solidworks的建模方法204.3 生成装配体224.4 生成工程图224.5 基于Solidworks的仿真方法234.4 本章小结23第5章 升降系统的维护方法及措施245.1 维护方法及措施245.2 本章小结24结 论25致 谢26参考文献27附录28第1章 绪论1.1 课题背景最早的升降设备出现在古代的中国及欧洲各国，是一种类似“辘轳”的工具用来垂直运送人和货物。在近

9、代我们用来升降货物的是一种木质梯子，用起来很不方便，攀登时比较危险。1857年3月23日，美国纽约一家楼高五层的商店安装了首部使用奥的斯安全装置的客运升降机。最初的升降机是由蒸汽机推动的，因此安置的大厦必须装有锅炉房。1880年，德国人西门子首次发明并使用了电动升降机，自此以後，升降机的使用得到了广泛的接受和高速的发展。目前，国内生产的电动升降机,产品型号各异，提升高度有4米、6米、18米不等。选用国外液压，泵站系统，液压系统防爆装置和液压自锁装置，具有设计新颖、结构合理、升降平衡、操作简单、维修方便等其他产品不可替代的优点。广泛用于厂房维护、工业安装、设备检修物业管理、仓库、航空、机场、港口

10、、车站、机械、化工、医药、电子、电力等高空设备安装和检修。电动升降机作为升降机的一种具有尺寸小、重量轻、移动方便、升降时平稳、摆幅小、载重量大，平台面积大，稳定性极好，运转灵活，推行方便等诸多优点。它轻盈的外观，能在极小的空间内发挥最高的举升能力。产品在停电情况下设有应急下降装置、防止升降机超载的安全装置、漏电保护装置和缺相保护装置、防止液压管路破裂的安全防爆装置。电动升降机广泛用于厂房、宾馆、大厦、商场、车站、机场、体育场等。可用作保养机具、油漆装修、调换灯具、电器、清洁保养、电力线路、照明电器、高架管道等安装维护，高空清洁等单人工作的高空作业。能够方便的进出一般门洞楼道，并可进入一般电梯送

11、入多层楼作业；采用二相电源作动力，无级变速，使用户的高空作业更安全、更方便，噪音小。使用方便快捷，是理想的登高作业设备1。1.2 发展现状美国既是工程升降机的主要生产国，又是升降机最大的世界市场之一。但由于日本、德国升降机工业的迅速发展及RT和AT产品的兴起，美国厂商曾在20世纪6070年代世界市场中占有的主导地位正逐步受到削弱，从而形成美国、日本和德国三足鼎立之势。近几年美国经济回升，市场活跃，外国厂商纷纷参与竞争。 美国制造商的实力也有所增强，特雷克斯升降机公司的崛起即是例证。特雷克斯升降机公司前身是美国科林升降机厂。1995年以来，其通过一系列的兼并活动，已发展成为世界顶级公司之一。近2

12、0年世界工程升降机行业发生了很大变化。越野轮胎升降机和全地面升降机产品的迅速发展，打破了原有产品与市场格局，在经济发展及市场激烈竞争冲击下，导致世界工程升降机市场进一步趋向一体化。目前世界工程升降机年销售额已达75亿美元左右。主要生产国为美国、日本、德国、法国、意大利等，世界顶级公司有10多家，主要集中在北美、日本（亚洲）和欧洲。日本从20世纪70年代起成为工程升降机生产大国，产品质量和数量提高很快，已出口到欧美市场，年总产量居世界第一。自1992年以来，由于受日元升值、国内基建投资下降和亚洲金融危机影响，年产量呈下降趋势。目前日本市场年需求量为3000台左右。欧洲是潜力很大的市场，欧洲各工业

13、国既是工程升降机的出口国，也是重要的进口国。德国是最大的欧洲市场，其次为英国、法国、意大利等国。在德国全地面升降机产品市场份额中，利勃海尔占53%，格鲁夫占 16%，德马泰克占14%，多田野和特雷克斯各占10%和5%左右。升降机制造业中的联合之风与汽车业很相似，在汽车行业中，通用汽车、福特、雷诺、宝马、梅赛德斯、大众等大公司都走上了联合之路，这两个行业的世界市场已日趋一体化。想要在成熟的世界市场获取市场份额并保持增长，捷径是购买竞争对手，其长期目标是争夺世界市场的支配地位。在升降机行业，打入世界市场即意味着进入北美、日本（亚洲）和欧洲三大市场。世界顶级公司都对世界市场具有强大影响力，但迄今还没

14、有一 家公司在上述三大市场取得主导地位。有4家公司已在两大市场建立了根据地：格鲁夫和特雷克斯在北美与欧洲；多田野在亚洲和欧洲；住友建机在亚洲及北美。目前，我国升降机基础件产品品种、规格少，特别是高档产品差距较大，不能满足主机日益发展的需求。各类主机基础件的性能指标大体相当于国外20世纪80年代水平。质量不稳定，早期故障率高，可靠性差，是基础件的致命弱点。因此，不少主机厂为提高其主机的市场竞争力，往往选择进口基础件配套，致使国产基础件，特别是技术含量较低的产品，国内市场占有率有所下降。虽然我国基础件产品出口有明显优势，但主要是劳动密集型产品，数量大，价值低，技术附加值不高。 我国对升降机基础件在

15、升降机工业中的重要地位熟悉较晚，长期缺乏投入，致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。特别是随着我国主机水平的提高，升降机基础件落后于主机的瓶颈现象日益显现。近年来，虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面，国家给予了一定支持，但与当前市场需求及国外水平相比，仍有不小差距，具体表现在：产品品种少、水平低，质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。当前，我国升降机基础件行业存在以下主要问题：一是重复建设严重、专业化程度低、形不成规模、经济效益差。升降机基础件与主机相比，企业建立的初始资金和技术所需投入相对较少，因此在国家几次经济大发展时期，都增加了一批基础件生产企业，随之也出现了大量低水平的重复建设、点多

16、、批量小，形不成经济规模。基础件企业虽然逐渐独立于主机厂，但大多数企业本身就是大而全、小而全，专业化程度低，装备水平不高，质量不稳定，经济效益低下。如我国轴承行业三家大型骨干企业年产轴承的总和还不到国外一家闻名公司的1/50。近两年，我国建成近百家液压件厂，但年产30万件以上的只有几家，主要产品是为农机配套。而德国力士乐公司年产各种液压件产品130万件，日本油研（株）也年产60万件以上。工业发达国家模具企业人均产值约15万20万美元，我国只有4万5万元人民币。近年来，随着多种所有制共同发展政策的落实，基础件行业正经历着由分散到逐渐集中的集约化发展过程。二是科研开发力量薄弱，资金投入不足，技术进

17、步缓慢。基础件各行业在20世纪70年代末、80年代初就较早地引进了一批国外先进技术，但对消化吸收缺乏足够的软硬件投入。据国外经验，引进技术与消化吸收所需资金的比例约为1:7，而我国对此熟悉较晚，消化吸收步子较慢。市场竞争实际上是技术实力的较量。国外对此极为重视，纷纷加大投入，占领技术制高点。各大闻名公司用于科研开发的资金均占其销售额的45，重点领域达10。目前我国虽然有不少高等院校从事科研工作，不少理论研究、科研成果、专利论文均有相当高的水平，但与生产实际结合的不紧，特别是转化成商品的速度慢。三是原材料及相关技术落后，工艺及工艺装备水平低，制约了基础件的发展。紧固件、链条、弹簧、轴承、模具等产

18、品所使用的钢材质量差、品种规格少，直接影响了基础件产品的质量，而液压件铸件以及与液压件产品质量相关的电控技术落后，也直接影响液压件质量和可靠性。升降机基础件一般都是成批、大量生产，也有多品种、加工精度要求高的产品，因此对生产工艺及其装备要求高，投资大。国外多采用高效率、高精度的专机、生产线或柔性线，实现高效自动化生产。但我国一些基础件企业受资金制约，投入力度不大，企业自我改造能力差，先进设备少又不配套，影响了产品上、质量上的档次3。我国对升降机基础件在升降机工业中的重要地位熟悉较晚，长期缺乏投入，致使整个行业基础差、底子薄、实力弱。非凡是随着我国主机水平的提高，升降机基础件落后于主机的瓶颈现象

19、日益显现。近年来，虽然在技术引进、技术改造、科研开发等方面，国家给予了一定支持，但与当前市场需求及国外水平相比，仍有不小差距，具体表现在：产品品种少、水平低，质量不稳定，早期故障率高，可靠性差。 综合分析，造成上述问题的主要原因在于：1.企业基础薄弱。由于我国升降机基础件行业基础差，底子薄，科技投入少，开发力量薄弱，不能适应主机行业引进、合资、合作、快速发展的需要，导致升降机基础件国内市场占有率有所下降。2.国家缺乏对升降机基础件行业有力的政策支持。虽然国家在产业政策方面，明确了重点支持重要的升降机基础件（模具、轴承、液压、气动、密封件等），但缺少相应的配套政策的支持，如模具行业的税负过重，享

20、受增值税部分返还的企业，全国只有不到百家，面太窄，作用有限，还需要政策继续支持等。因此，为提高我国升降机基础件产品的市场竞争能力，更好地满足我国升降机工业对国产基础件配套的需求，预计我国基础件行业面临进一步的调整，以整合优势资源，淘汰落后企业。在今后的510年中，行业将在发展品牌产品及名牌企业、开展技术创新、提高国内外市场竞争能力和加强集约化经营等方面力争有较大的进展和突破2。1.3 研究目的和意义随着现在社会科学技术的发展，升降机已经普及到社会生活的各个角落，运用越来越广泛，不管是建筑，土木工程，及人们的日常生活都离不开升降机械，许多商家把握这个商机纷纷投资建厂，升降机械公司随之如雨后竹笋般

21、林立在各大工业城市，升降机市场是火爆异常，供不应求，从侧面可以看出，现在社会发展迅速，带动整个行业的发展以及人们的需求。本文旨在实现一种能够在狭小空间内提供较高升降范围的升降杆件，多个这种杆件共同支撑一个平台就可实现所需要的升降功能。这种设计的优点是占用空间小、拆卸方便、电动支撑更加便捷、稳定、绿色环保。1.4 本文的主要工作 第一章，介绍当今社会升降系统的背景、发展现状以及该设计研究的目的和意义。为了顺应社会环保、节能、经济的发展要求，本文尽可能的选择经济的、实用的、绿色环保的部件进行设计。第二章，介绍升降系统总体方案的设计方法。对主要的杆件的设计形状、尺寸及材料选型进行分析。第三章，对系统

22、中应用到的主要零部件的原理、应用、选型等作详细分析。第四章，对本设计设计过程中应用到的建模、仿真的软件以及建模过程作简单介绍。第五章，对该设计的产品的维护方法及措施作简单介绍。第2章 升降系统总体方案设计2.1 设计要点升降系统长杆的工作高度为1000mm,短杆的工作高度为300mm.升降系统的举升重量为200-500Kg。对所设计的模型进行运动仿真。2.2 选材连杆选用45钢（调质钢）查材料力学第27页，表2.1可得:=353MPa =598MPa =16%.查表2.2可得E=196216， =0.240.28，上网查得=7.85g/cm铰链处采用销轴连接，并用开口销锁定。销的材料为35，4

23、5钢（开口销为低碳钢）。许用切应力=80MPa.2.3 尺寸计算连杆机构示意图如图所示:(1)对O点受力分析可得F=F=(2)将杆1取作分离体，受力分析其中可知F=，列平衡方程为：F+F=FsinF+F= FcosFSin(-)+FSin+Fcos=0解得 F=F=2G tan F=0F=-G tan F=垂直杆的方向各点的受力为：F=- Fsin=-G sinF=F sin+Fcos=2G sinF= Fsin+ F cos= -G sin剪力图为：弯矩图为：(3)将杆4取作分离体，受力分析其中可知F=，列平衡方程为：F+F+F=0F+F+ F=0F Sin- F cos- FSin+ Fc

24、os=0解得F=G tan F=-F=-4 G tan F=0F=G tan F=垂直杆的方向各点的受力为：F= FSin- Fcos=-2G SinF= FSin- Fcos=4G SinF= FSin- Fcos=-2 G Sin剪力图为：弯矩图为：(4)将杆5取作分离体，受力分析其中可知k处只受竖直向上的力，列平衡方程为：F+F+F=0F+F+F=0F cos+ FSin- F cos- F Sin=0由此可解得：F=-G tan F=- F=G tan F=GF=0 F=-3G垂直杆的方向各点的受力为：F= FSin+ Fcos=-3G SinF= FSin+ Fcos=6 G Sin

25、F= FSin+ Fcos=-3G Sin剪力图为：弯矩图为：综上分析，若长连杆的对数为N,则丝杠处受到的轴向压力为F=（2N+1）G最大弯矩为M=NG Sin经分析连杆机构的夹角所能达到的最大角和最小角与杆的长度和宽度有关，计算并取正可得=78对于短杆初定N=4，则有杆的总长L=450。如图可知：450（cos-cos）=300解得=32对于长杆初定N=13，则有杆的总长L=1350。如图可知：1350（cos-cos）=1000解得=18故长杆和短杆的选择均满足要求。2.4 校核由杆的截面形状可知W=7.510m=98.48MPa而=100MPa, G=125N所以满足设计要求。显然与丝杠

26、相连的铰链所受剪力最大=42.9MPa=80MPa所以满足设计要求。综上所述，几个重要的受力部件均满足设计要求。2.5 本章小结本章主要却定了连杆机构的形状和尺寸，并通过力学分析校验了其可行性。计算过程较为繁琐，应该认真仔细地计算。第3章 电机、丝杠、导轨等部件的选型3.1 电机3.1.1 电机种类的选择电动机按用途可分为驱动用电动机和控制用电动机，设计要求升降平台的位移可控，故采用控制用电动机。控制用电动机又分为步进电机和伺服电机等。步进电机是一种将脉冲信号变换成相应的角位移（或线位移）的电磁装置。伺服电机是一种在伺服系统中控制机械元件运动的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可控制

27、速度、位置精度非常准确，将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。但是，伺服电机的价格相当昂贵，又因该设计要求的控制精度并不是很高，故采用步进电机以满足设计要求。3.1.2 步进电机的原理步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元件。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，即给电机加一个脉冲信号，电机则转过一个步距角。这一线性关系的存在，加上步进电机只有周期性的误差而无累积误差等特点。使得在速度、位置等控制领域用步进电机来控制变的非常的简单。步进电机主要由两部分构成：定子和转子。它们均由磁性材料构成。定、转子铁心由软磁材料或硅钢

28、片叠成凸极结构，定、转子磁极上均有小齿，定、转子的齿数相等。其中定子有六个磁极,定子定子磁极上套有星形连接的三相控制绕组，每两个相对的磁极为一相，组成一相控制绕组,转子上没有绕组。转子上相邻两齿间的夹角称为齿距角工作过程为A 相通电，A 方向的磁通经转子形成闭合回路。若转子和磁场轴线方向原有一定角度，则在磁场的作用下，转子被磁化，吸引转子，由于磁力线总是要通过磁阻最小的路径闭合，因此会在磁力线扭曲时产生切向力而形成磁阻转矩，使转子转动，使转、定子的齿对齐停止转动。B相通电，转子2、4齿和B相轴线对齐，相对A相通电位置转30；C相通电再转303.1.2 步进电机的应用步进电机主要用于一些有定位要

29、求的场合。例如线切割的工作台拖动包装机定长度等。并且广泛应用于ATM机、喷绘机、刻字机、写真机、医疗仪器及设备、计算机外设及海量存储设备、精密仪器、办公自动化机器人等领域。特别适合要求运动平稳、低噪音、响应快、整机成本低、使用寿命长的场合。3.1.3 步进电机型号的选择步进电机有步距角（涉及到相数）、静转矩、及电流三大要素组成。一旦三大要素确定，步进电机的型号便确定下来了。1、步距角的选择电机的步距角取决于负载精度的要求，将负载的最小分辨率（当量）换算到电机轴上，每个当量电机应走多少角度（包括减速）。电机的步距角应等于或小于此角度。目前市场上步进电机的步距角一般有0.36度/0.72度（五相电

30、机）、0.9度/1.8度（二、四相电机）、1.5度/3度 （三相电机）等。由第二章的分析可得，升降放大倍数为2N+1，即长杆为27倍、短杆为9倍。丝杠螺距为2mm.取升降的允许误差为0.4mm,则要求的步距角应小于360度0.4mm/2mm1/27=2.67度。故选用步进角为1.8度的步进电机即可满足要求。2、静力矩的选择步进电机的动态力矩一下子很难确定，我们往往先确定电机的静力矩。静力矩选择的依据是电机工作的负载。由第二章的分析可知，施加到丝杠上的力为F=31.25KN.转换成电机上的扭矩为T=P/(d)Fd/2=2/(14) 31.2514/2 Nm=9.95 Nm从表中选用110mm系列

31、大力矩混合式步进电机型号为SM110101A的即可。3、电流的选择静力矩一样的电机，由于电流参数不同，其运行特性差别很大，可依据矩频特性曲线图，判断电机的电流（参考驱动电源、及驱动电压）。 4、力矩与功率换算步进电机一般在较大范围内调速使用、其功率是变化的，一般只用力矩来衡量，力矩与功率换算如下： P= M=2n/60P=2nM/60 其中P为功率单位为瓦，为每秒角速度，单位为弧度，n为每分钟转速，M为力矩单位为牛顿米 P=2fM/400(半步工作） 其中f为每秒脉冲数（简称PPS)3.2 丝杠3.2.1 丝杠种类的选择螺旋传动是一种常见的传动形式。它是利用螺杆和螺母的相对运动来传递运动和动力

32、的一种传动机构，将旋转运动转变成直线运动。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，目前应用较多的是滑动螺旋传动。所设计的系统为升降系统，为防止因突然断电而引起的事故，选用滑动丝杠来实现自锁。当滑动丝杠的螺旋升角小于丝杠材料本身的摩擦角时，即使电机断电失去动力丝杠螺母仍可保持原来的状态而不会自行下降。另外，虽然滑动丝杠要比滚动丝杠的精度和灵活差，但是其价格也要比后者低得多。综合考虑，选用滑动丝杠。3.2.2 滑动丝杠的原理滑动丝杠是一种是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格

33、的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。3.2.3 滑动丝杠的应用利用它的增力作用的特点用于机床进给机构、利用它降速传动比大的特点用于分度机构和螺旋测微机构、利用其能够自锁的特性用于升降机构中等。3.2.4 滑动丝杠的型号选择经网络查询得知THK梯形丝杠的一些资料：THK 梯形丝杠是用来将旋转运动转化为直线运动；或将直线运动转化为旋转运动的执行元件，并具有传动效率高，定位准确自锁等特点。梯形丝杠是一种具有45导程角的不易于加工的滑动进给丝杠。THK梯形丝杠大导程角最适合于在低转速下实现快速往复进给，能够以70%的效率很容易地将直线运动转换为旋转运动，将旋

34、转运动转换为直线运动。当丝杠作为主动体时，螺母就会随丝杠的转动角度按照对应规格的导程转化成直线运动，被动工件可以通过螺母座和螺母连接，从而实现对应的直线运动。能够以70%的效率很容易地将直线运动转换为旋转运动，将旋转运动转换为直线运动。由于导程很大，因此最适合于制造低速旋转的快进机构。符合30度梯形螺纹标准的滑动进给丝杆。它由特种轴承合金经压铸成型制成，具有极好的耐磨性，是一款价格适中的高精度产品。这是高性能进给丝杠，它将压铸成形的螺母与高精度滚轧丝杆轴相结，与传统的机械加工品相比可降低成本50%。这是高性能进给丝杠，它将压铸成形的螺母与高精度滚轧丝杆轴相结，与传统的机械加工品相比可降低成本

35、50% 微型梯形丝杠是含油塑料制造的，具有较好的耐磨损性，尤其是无润滑工作条件下具有优异的润滑性，并且，由于其优良性能能够长时间维持，因此可以有较长的免维护使用周期。专用滚轧轴的特长：对于梯形丝杠，提供有标准长度专用的滚轧轴。THK梯形丝杠提高耐磨损性 轴齿有冷轧加工成型，齿面加工硬化后硬度超过250HV，然后实施镜面抛光，因此，轴具有高度耐磨损性，当与梯形丝杠配合使用时，可以获得极其平滑的运动效果。改善机械性能 在滚轧轴齿面内部结构中，沿着齿面轮廓出现纤维流线，从而使得齿根周围的结构变得很紧密，因此可以增加疲劳强度。由于每一根轴都是滚轧成型的，因此轴端的支撑座轴承部等的额外加工可以很容易地通

36、过车削或铣削来完成。高强度锌合金梯形丝杠中使用的高强度锌合金是一种具有高度耐焦化性，耐磨损以及耐负荷的材料。 经分析THK梯形丝杠基本满足设计要求。3.3 导轨 3.3.1 导轨种类的选择滑动导轨拥有刚度大，抗振性强结构简单，制造方便等优点，另外其价格便宜。适合于精度要求不太高的场合。本设计需要很大的承载力，精度要求并不高。所以选用滑动丝杠以满足要求。滑动导轨的截面形状有以下几种：（1) 三角形导轨。有对称三角形和不对称三角形两种。对称三角形导轨的顶角一般为90。当导轨面宽度一定时，顶角大，承载能力大，但导向精度低；顶角小，承载能力小，但导向精度高对精密导轨常取顶角小于90。如果导轨上所受的力

37、在两个方向上分力相差很大，可采用不对称三角形，但总的作用力方向尽量垂直于两导轨面中较宽的面。三角形导轨的优点是导向精度较高，磨损后可自动补偿间隙，承载能力大，且刚度好。缺点是加工检验比较复杂，高精度的导轨刮研量大。（2）矩形导轨。承载能力和刚度较大，但导向精度不如三角形导轨。其优点是结构简单，加工检验修理比较容易；缺点是磨损后间隙不能自动补偿。（3）燕尾形导轨。是精密机械中常用的一种导轨形式。其特点是结构紧凑，调整间隙方便。但形状复杂，难达到很高的配和精度，另外摩擦阻力较大，运动不灵活。（4）圆柱面导轨。优点是结构比较简单，乘导面的加工和检验简单，易达到较高的精度。缺点是间隙不能调节，特别是磨

38、损后的间隙不能调节和补偿。经过第二章的受力分析可知，导轨所受的力为竖直向上。经过对以上几种导轨的分析比较，只有燕尾形导轨符合要求。故选用燕尾型导轨。3.3.2 滑动导轨的原理导轨是指金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动。滑动导轨直接使滑块与轨道接触，利用润滑油等减少摩擦阻力。其承载能力要比滚动导轨大，但精度较低。3.3.3 滑动导轨的

39、应用导轨在我们的日常生活中的应用也是很普遍的，如滑动门的滑糟、火车的铁轨等等都是导轨的具体应用。还有就是导轨可以用于任何需要带滑动滑动的机器或设备上面，如有用于电梯导轨，还有就是窗帘上有时也会用到它。在工业生产中，过去的机床都采用滑动导轨。但是随着技术要求的提高，滑动导轨以不能满足生产的精度要求。现在的机床改造中，正逐步用滚动导轨来代替滑动导轨。3.3.4 滑动导轨的型号选择从网上查阅滑动导轨的型号及尺寸，锁定上海联谊光纤激光器械厂生产的型号为OM-DG-1的滑动导轨。尺寸如图所示：3.4 键的选型键是一种常用的标准件，它主要用来联结轴和装在轴上的零件（如齿轮、带轮、蜗轮等），使其一起转动，起

40、传递扭矩的作用。常用的键有三种：普通平键、半圆键、钩头楔键。键与花键常用于轴与轴上的传动件之间的可拆卸联结，用以传递转矩和运动；当配合件之间要求作轴向移动时，还可以起导向作用。键的分类：常用的键联结有平键（包括普通平键和导向平键）、半圆键、切向键和楔键联结，其中以平键联结应用最广泛。平键联结的基本构成 ：平键联结是由键、轴键槽、轮毂键槽构成。在工作时，通过键的侧面与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递转矩。本设计键的作用是传递电机轴与丝杠丝杆之间的扭矩，所以选择平键联结。3.5 销的选择销是主要用于零件间的连接与定位。常用的有圆柱销、圆锥销和开口销。为了使连杆之间形成所需要的旋转副链接，采用销轴连

41、接。为了使销轴不容易掉落，选用开口销锁定。3.6 本章小结本章对主要的几个零部件进行了介绍和选型。在选型过程中需要查阅大量的资料。第4章 电动支撑杆的建模及仿真4.1 Solidworks的介绍制造的全球化、信息化及需求个性化，都要求企业能在最短的时间内推出用户满意的产品，并快速占领市场。欲适应这种瞬息万变的市场需求，缩短设计制造周期，提高产品质量，必须有先进的设计制造技术。计算机技术与设计制造技术相互渗透、依存、结合并共同发展，产生这样一门综合性应用技术计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design and Computer Aided Manufacturing，简称CA

42、D/CAM）。该技术是把人和计算机的最佳特性结合起来，辅助进行产品的设计分析与于制造的一种技术，是综合了计算机与工程设计方法的最新发展而形成的一门新兴学科。该技术的发展和应用已经成为衡量一个国家科技现代化与工业现代化水平的重要指标。SolidWorks公司成立于1993年，由PTC公司的技术副总裁与CV公司的副总裁发起，总部位于马萨诸塞州的康克尔郡（Concord,Massachusetts）内，当初所赋予的任务是希望在每一个工程师的桌面上提供一套具有生产力的实体模型设计系统。从1995年推出第一套SolidWorks三维机械设计软件至今，它已经拥有位于全球的办事处，并经由300家经销商在全球

43、140个国家进行销售与分销该产品。SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，由于技术创新符合CAD技术的发展潮流和趋势，SolidWorks公司于两年间成为CAD/CAM产业中获利最高的公司。良好的财务状况和用户支持使得SolidWorks每年都有数十乃至数百项的技术创新，公司也获得了很多荣誉。该系统在1995-1999年获得全球微机平台CAD系统评比第一名；从1995年至今，已经累计获得十七项国际大奖，其中仅从1999年起，美国权威的CAD专业杂志CADENCE连续4年授予SolidWorks最佳编辑奖，以表彰SolidWorks的创新、活力和简明。至此，

44、SolidWorks所遵循的易用、稳定和创新三大原则得到了全面的落实和证明，使用它，设计师大大缩短了设计时间，产品快速、高效地投向了市场。由于SolidWorks出色的技术和市场表现，不仅成为CAD行业的一颗耀眼的明星，也成为华尔街青睐的对象。终于在1997年由法国达索公司以三亿一千万美元的高额市值将SolidWorks全资并购。公司原来的风险投资商和股东，以一千三百万美元的风险投资，获得了高额的回报，创造了CAD行业的世界纪录。并购后的SolidWorks以原来的品牌和管理技术队伍继续独立运作，成为CAD行业一家高素质的专业化公司，SolidWorks三维机械设计软件也成为达索企业中最具竞争

45、力的CAD产品。由于使用了Windows OLE技术、直观式设计技术、先进的parasolid内核（由剑桥提供）以及良好的与第三方软件的集成技术，SolidWorks成为全球装机量最大、最好用的软件。资料显示，目前全球发放的SolidWorks软件使用许可约28万，涉及航空航天、机车、食品、机械、国防、交通、模具、电子通讯、医疗器械、娱乐工业、日用品/消费品、离散制造等分布于全球100多个国家的约3万1千家企业。在教育市场上，每年来自全球4，300所教育机构的近145，000名学生通过SolidWorks的培训课程。 据世界上著名的人才网站检索，与其它3D CAD系统相比，与SolidWork

46、s相关的招聘广告比其它软件的总合还要多，这比较客观地说明了越来越多的工程师使用SolidWorks，越来越多的企业雇佣SolidWorks人才。据统计，全世界用户每年使用SolidWorks的时间已达5500万小时。在美国，包括麻省理工学院（MIT）、斯坦福大学等在内的著名大学已经把SolidWorks列为制造专业的必修课，国内的一些大学（教育机构）如清华大学、北京航空航天大学、北京理工大学、上海教育局等也在应用SolidWorks进行教学。相信在未来的5-8年内，SolidWorks将会成为与当今AutoCAD一样，成为3D普及型主流软件乃至于CAD的行业标准。Solidworks软件功能强

47、大，组件繁多。 Solidworks 功能强大、易学易用和技术创新是SolidWorks 的三大特点，使得SolidWorks 成为领先的、主流的三维CAD解决方案。SolidWorks 能够提供不同的设计方案、减少设计过程中的错误以及提高产品质量。SolidWorks 不仅提供如此强大的功能，同时对每个工程师和设计者来说，操作简单方便、易学易用。4.2 基于Solidworks的建模方法4.2.1 Solidworks建模基本原则基于三维设计的Solidworks采用全相关技术，并在设计思路上支持自下而上和自上而下的方式。传统的设计方法往往从零件开始设计，画零件图，然后按尺寸把零件图画入装配

48、体图，若设计零件较多，则尺寸数据太多容易出错。当零件在装配体中不合理时，需要返回更改，工作量很大，且容易有疏漏。基于Solidworks的设计可以这样进行：首先大致确定装配体形状和其中的主要关键零件，初步设计出表现装配体形状的基体零件，比如箱体，基座等零件，然后初步设计出关键零件，如本设计中的齿轮。运用Solidworks的虚拟装配功能把以上初步设计的零件装配起来。然后在装配体中确定剩余零件的粗略尺寸和数量。在新建的零件图中作出零件模型，导入装配体中，在装配体中编辑零件尺寸和特征，使各部分配合完善，然后通过干涉检查确认各尺寸的配合是否干涉。以上操作均可视化,非常直观方便,省去了头脑中建模和图纸

49、中表达这一间接过程，直观准确且不易出错。概括起来有以下步骤：（1）零件造型规划零件：分析零件特征组成、特征之间的关系、特征的构造顺序及其构造方法等。创建基础特征：基本基础是构成每一个零件基本形态的基本特征，它是构造其他特征的基础。创建其他基本特征：根据零件的规划结果，在基础特征上添加其他基本特征，最后添加辅助特征。编辑特征：根据需要对已经建立的零件进行特征修改、删除和添加等编辑操作。（2）虚拟装配规划装配：分析产品的零件组成、零件之间的装配关系、装配顺序及其装配方法。插入基础零件：基础零件是产品中起支撑作用的零件，也称为“地”，一般选取产品中与其他零件配合关系较多的零件作为基础零件。组装其他零

50、件或子装配：根据装配的规划结果，插入其他零件或子装配，并根据各自的配合关系进行组装。（3）生成图纸规划视图：根据零件和装配的特点选择图纸格式、视图组成。添加视图：根据视图规划结果，添加基本视图和辅助视图。标注尺寸：标注零件的定性尺寸、定位尺寸、形位公差等。添加注释：添加技术要求等文字说明。 4.2.2 剪叉式连杆的建模首先确定连杆的截面形状为矩形，总长度为110mm.为了增加美观，连杆两端做成圆弧状的。两端的圆孔之间的距离为100mm，正中间一个圆孔。圆孔直径定为5mm.然后对所建模型进行圆角。利用Solidworks中的拉伸凸台基体创建模型。其它大多数零件的建模方式基本上类似于这一过程。4.

51、2.3 套筒的建模套筒的建模方法也可利用上面的方法创建。而由于它是等壁厚的特征我们还可以利用另外一种方法进行创建（曲面造型），我们先画出一个草图,然后退出草图，分别选择插入曲面旋转曲面，形成如图所示的曲面。再选择插入凸台基体加厚，输入需要加厚的值。另外，对于轴承这类标准件，我们可以直接从设计库里面调用即可。4.3 生成装配体生成装配体需要以下步骤：装配层次是指装配体的子装配体组成，即确定组成零部件。将产品划分为套件、组件、部件等能进行独立装配的装配单元，是设计装配工艺规程中最重要的一项工作，这对于大批大量生产中装配那些结构较为复杂的产品尤为重要确定装配顺序：在划分装配单元确定装配基准件之后即可

52、根据装配体的结构形式和各零部件的相互约束关系，确定各个组成零部件的装配顺序，并以装配工艺系统图的形式表示出来。一般首先要确定基准件作为其它零部件的约束基准，然后将其他组件按配合约束关系，依次装配成一个装配体。编排装配顺序的原则是：先下后上，先内后外，先难后易，先精密后一般确定装配约束是确定基准件和其它组成件的定位及相互约束关系，主要由装配特征、约束关系和装配设计管理树组成装配体的干涉检查分为静态干涉检查和动态干涉检查，静态干涉检查是指在特定装配结构形式下，检查装配体的各个零部件之间的相对位置关系是否存在干涉；而动态干涉检查是在运动过程中是否存在零部件之间的运动干涉。通过干涉检查可以发现所设计的

53、零件在装配体中不正确的结构部分，然后根据装配体的结构和零部件的干涉情况修改零件的原设计模型。按照以上思路，新建一个装配体，命名为“长杆装配体”，把下端盖设为固定零件，然后把各个零件调入装配体。执行“插入”“配合”选项，建立各个零部件之间的配合。在装配工程中应注意不要对零件过定义，零部件之间的配合应符合他们之间的约束条件。以同样的方式建立短杆的装配体以及底座装配体。然后建立一个新的装配体先把底座装配体插到该装配体中，再依次插入其它装配体（其中需要插入四个长杆，和四个短杆装配体），将它们与底座装配体配合。最后将该装配体命名为“总装配体”。4.4 生成工程图内容包括：打开工程图模板、生成新工程图、移

54、动工程视图、生成剖面视图、生成局部视图、添加中心符号线、添加中心线、放置尺寸、修改尺寸文字、修改尺寸数值、自动给剖面视图标注尺寸、插入基准特征符号、插入形位公差符号、插入注释并格式化和打印工程图。4.5 基于Solidworks的仿真方法动画运行就是用动画的方式演示机构的运行路径，动画演示形象、直观，能表达文字或者叙述不易讲解清楚的复杂产品的内部结构，模拟产品的工作情况，达到非专业人士交流设计思想的目的。Solidworks中的运动仿真由逼真程度分为三个层次，依次是：装配体运动、物理模拟以及COSMOSMotion。在这三个功能中，装配体运动和物理模拟包含在主程序中，而COSMOSMotion

55、是单独的插件，需要独立安装到Solidworks的安装文件中。在制作动画的过程中，主要是使用主程序中的装配体运动和物理模拟功能。本设计采用物理模拟的方法进行仿真。4.4 本章小结本章对建模所使用的建模软件进行了介绍，并把建模过程中所使用的几种建模方法进行了详细分析。第5章 升降系统的维护方法及措施5.1 维护方法及措施(1) 升降工作系统应处于工作环境温度为-30C- +50C,湿度为30%-80%的环境中。(2) 升降平台上不能够放置重量大于500Kg的东西。(3) 尽量减少对系统的冲击。(4) 供给电机的脉冲信号应满足步进电机的要求。5.2 本章小结本章分析了本系统的使用方法及工作环境。结

56、 论通过本次毕业设计，使我对大学期间所学到的知识有了一个系统的总结，同时在查找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了很大的提高。毕业设计是我作为一名学生的最后一份作业，它既是对学校所学知识的全面总结和综合应用，又为今后走向社会的实际操作应用铸就了一个良好开端，从老师的角度来说，指导做毕业设计是老师对学生所做的最后一次执手训练。其次，毕业设计的指导是老师检验其教学效果，改进教学方法，提高教学质量的绝好机会。在不断的努力下我的毕业设计终于完成了。以前觉得毕业设计只是对这几年来所学知识的大概总结，但是真的面对毕业设计时发现自己的想法基本是错误的。毕业设计

57、不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识太理论化了，面对单独的课题的是感觉很茫然。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。总之，不管学会的还是学不会的的确觉得困难比较多，真是万事开头难，不知道如何入手。最后终于做完了有种如释重负的感觉。此外，还得出一个结论：知识必须通过应用才能实现其价值！有些东西以为学会了，但真正到用的时候才发现是两回事，所以我认为只有到真正会用的时候才是真的

58、学会了。致 谢首先,衷心感谢我的导师王春海.本课题的大量研究工作都是在王老师的精心指导下完成的,在我整个研究学业过程中,包括这篇论文的完成,都受到王老师大量的帮助.从论文的选题,研制计划的安排到论文的具体的内容,王老师都给矛了悉心的指导.值此论文完成之际,谨向王教师致以最崇高的谢意!再一次向他表示衷心的感谢,感谢他为学生营造的浓郁学术氛围,以及学习,生活上的无私帮助!另外，十分感谢在四年的大学生涯中给予我指导和帮助的老师，是他们赋予了我设计的灵魂。同时，非常感谢孙丹、刘春晓、王现康、王海军等同学在我的设计过程中给予我的精神和物质上的支持。在查资料和绘图的过程中，有大部分的时间需要用电脑完成，是

59、他们把自己的时间挤出来才帮我完成了课题的任务。参考文献【1】 陈晓波.电动剪叉升降台推力方式的探讨.演艺设备与科技，2005,2(8):22-25. 【2】 雷玉军.电动升降工作台.中国专利：200520096657.9. 2006-08-02. 【3】 徐书峰，贺春. 电动升降工作台.机械工程师，2005，5:82-83.【4】 杨 堃. 剪叉式升降台. 中国专利：200510053851.3.2006-09-20.【5】 张 宇. 一种新型升降台的设计研究.机械，2000，27(6):6-7.【6】 田杰，商高高，周黎敏.基于Pro/E的车用起重尾板举升机构运动仿真. 南京林业大学学报(自

60、然科学版), 2006,30(5) :76-78.【7】 郑鹏鑫.JFJ-25剪式气液举升机的设计.机床与液压, 2007,35(3) : 118-119.【8】 魏发孔.水平驱动剪刀撑乐池升降机的动力性能研究. 甘肃工业大学学报, 1997, 23(4): 48-50.【9】 魏发孔.双片剪刀撑液压升降平台同步技术的探讨. 兰州理工大学学报，2004，30(1):52-55.【10】 王春生，高振国.动平衡试验台液压升降系统的设计.液压与气动，2007，4:40-41.【11】 Albert L, C1ark, West Bend, Wis.SCISSORS. LIFT WORK PLATF

61、ORM. Pat.No.4, I 14,854. 1977-6-10.【12】 Jean-Marie Rennetaud. METHOD FOR MAKING AND INSTALLING AN ELEVATOR WITH A SCISSOR LIFT MECHANISM. Pub. No.: US 2005/0045427 A1.2005-03-03.附录（1） CAD/CAM的工作流程图输入产品性能要求三维几何造型及产品模型优化设计有限元分析等工程分析装配运动仿真分析满足工作要求物性计算计算机辅助工艺分析(CAPP)数控自动编程(CAM)满足工艺要求数据后处理选择设计方案修改设计方案（2） Solidworks的建模流程图草图特征零件装配工程图eDrawinginternet