电动缸选型说明

1概述

此装置用于完成某设备的高低动作，从而进行此姿态稳定伺服高低机（以下简称高低机）的设计。

2主要技术指标

2.1性能指标

1) 推力：不小于5000N ； 2) 初始安装长度：791±1mm ； 3) 跨距：520mm ；

4) 最长长度：≥1369mm （前连接耳处的螺纹可实现调节）； 5) 速度：8mm/s；

6) 额定电压：24VDC 、36VDC 、48VDC ；

2.2环境适应性

1) -40℃-55℃正常工作； 2) 淋雨试验：6mm/h； 3) 冲击实验：加速度30g ； 4) 三防要求：湿热、盐雾、霉菌； 5) 符合空投和空载运输要求。

2.3组成和功能要求

2.3.1组成

此装置由左右高低机、蜗轮蜗杆箱、行星减速器、直流伺服电机、传动轴、手摇装置等组成。其中高低机主要包含缸筒、滚珠丝杠副、推杆等。其结构布局图如下图所示：

2.3.2功能要求 1) 机械自锁；

2）手摇机构具备两种速度，手摇速比1:1和1:2； 3) 手旋螺母微调及锁紧功能。

3总体技术设计

3.1结构组成

本次设计中将高低机分为三大部分，分别是：伺服电机、蜗轮蜗杆箱、缸体等。缸体主要包括滚珠丝杠副、轴承组、推杆、缸筒等。

3.2工作原理

工作原理为：伺服电机旋转，通过减速器、蜗轮蜗杆传动机构带动丝杠副旋转；丝杠螺母径向限位，在丝杠旋转力矩的驱动下，丝杠螺母与电动高低机推杆一起做往复直线运动。

4主要部件的选型计算

4.1滚珠丝杠副

根据技术协议中额定推力不小于5000N ，满载速度不小于8mm/s的要求对电动缸使用的滚珠丝杠副进行选型计算。

选择某公司生产的某型号滚珠丝杠副，该丝杠副的基本额定动载荷为[Ca]=15400N、基本额定静载荷为[Coa]= 33100N，导程P h =6mm。 1）滚珠丝杠副额定寿命校核

螺母的予紧力为：F O =0.06⋅[C a ]=0.06⨯15400=924N 轴向动载荷为：F a 动=F a +F o =5000+924=5924N

4计算丝杠副理论要求总转数为：L 理论=2⨯10⨯

640⨯2

=5.12⨯106圈 5

计算丝杠副实际额定寿命（总转数）为：

3

⎛C a ⎫15400⎛⎫666L = ⎪⨯10= ⎪⨯10≈10.2⨯10圈＞L 理论

⎝1.2⨯5924⎭⎝f w ⋅F a 总⎭

3

根据计算结果可知丝杠副额定寿命可以满足使用要求。 2）滚珠丝杠副临界压缩载荷的校核（验算压杆稳定性） 根据公式计算可知滚珠丝杠副临界压缩载荷

d 2415444

Fc =n 22×10=10⨯⨯10=9765N ＞5000N 满足要求 2

l 720

3）滚珠丝杠副极限转速n c 的校验 根据公式计算可知滚珠丝杠副极限转速

n c =λ2⋅

d 1

a

7

⨯10=15.1⨯2

87

⨯10=9320rpm ＞960rpm 满足要求 2

360

综上计算，该型号滚珠丝杠副可以满足使用要求。

4.2 电机选择

1) 滚珠丝杠副所需转矩计算

依照技术要求，电动高低机需产生不小于5000N 的推力，满载工作速度不小于88mm/s，结合丝杠副导程，计算丝杠副转速为：

n 丝杠=

60v 60⨯8

=≈80rpm P h 6

丝杠副的效率：

η丝杠=η滚珠⋅η滚子轴承⋅η导轨=0.95⨯0.982⨯0.92≈0.83

丝杠副的额定输出动转矩为： T 丝杠输出=

F a 动⋅P h 5000⨯0.006

=≈4.8N ⋅m 2π2π

丝杠副的额定输入动转矩为：

T 丝杠输入=

T 丝杠输出

η丝杠

=

4.8

≈5.8N ⋅m 0.83

2) 伺服电机的转矩计算 整个减速传动环节的效率：

η减速=η蜗轮蜗杆η增速器=0.4⨯0.96≈0.38

电机需输出转矩为： T 电机输出

=

T 丝杠输入i η减速

5.8⨯2=≈3N ⋅m 32⨯0.38⨯1/3

电机需输出转速为：80X32/3=854rpm 电机详细参数见下表：

4.3增速器

增速器输入扭矩3N ·m ，减速比为3，输出转速为2560rpm 。根据以上技术指标选择浩普实业KF40减速器，详细参数见下表：

4.4手传动端结构设计

根据客户要求手动端设计为两种减速比，分别为1：1,1:2 传动比为1时手传动扭矩为

T 手传动=

T 螺杆输入

η蜗轮蜗杆η增速器i 1i 2

T 螺杆输入

=

11.6

≈1N . m

0.4⨯0.96⨯32⨯1

传动比为2时手传动扭矩为

T 手传动=

η蜗轮蜗杆η增速器i 1i 2

=

11.6

≈2N . m

0.4⨯0.96⨯32⨯0.5

5产品保证设计

5.1可靠性设计

电缸本着安全、可靠的方针进行设计，根据已有的成熟产品的设计经验，结合总体单位的需要来完成该产品的设计，并在设计中采取以下措施来提高高低机的可靠性。 1）采用标准化设计，外购件全部采用标准化专业厂家生产的优质配件。

2）关键配件如滚珠丝杠、深沟球轴承、圆锥滚子轴承等均采用质量最优的专业化生产

厂家的优质产品。

3）关键部件的主要参数均选用足够的安全系数。

4）考虑到高低机防水、防尘等功能要求，对外露的高低机等部件均做了全密封的设计，

从而提高了产品可靠性。

5.2维修性设计

1）采用模块化设计，提高零部件、元器件的通用性；

2）在高低机总体布局上，充分考虑使用维护的方便性和可达性。

5.3安全性设计

根据高低机安全性的要求，在设计中采取了以下措施：

1）电缸采用全封闭的连接方式，保证了电缸具有防水、防尘的防护能力，提高了使用

的安全性。

2）在设计上保证产品结构具有足够的强度和刚度，在关键部位采用必要的加强措施，

以提高产品的安全性。

3）在高低机传动部分的设计上，采用蜗轮蜗杆传递扭矩，从而实现机械自锁，保证了

整个传动装置的安全性。

6 设计结果满足设计技术要求的程度

通过对该高低机设计的理论计算，指标达到情况见表6.1

7结论

高低机是用于新型军用设备的的重要部件，为了适应复杂恶劣环境和实战需求，经与总体单位的技术人员反复协商，采取了一系列措施, 全面满足了总体提出的各项技、战术要求，其主要设计参数经过充分计算、分析，关键技术已有相应的解决措施，元器件供应有保障，方案合理可行。