机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
文章编号：１００１—３９９７（２００９）０１－００２０－－０３
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第１期２００９年１月
超净环境下垂直升降机构的设计
王侃１谢志江１王世耕１程高忠２
（１重庆大学机械工程学院，重庆４０００３０）（２中国嘉陵工业股份有限公司工程技术研究院，重庆４０００３２）
ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｖｅｒｔｉｃａＩＩｉｆｔｉｎｓｕｐｅｒ－ｃｌｅａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ＷＡＮＧＫａｎＩ，．ＸＩＥＺｈｉ－ｊｉａｎｇｌ，ＷＡＮＧＳｈｉ－ｇｅｎ９１，ＣＨＥＮＧＧａｏ－ｚｈｏｎ９２
（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｃｈｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）
（ＺＩｎｓｉｔｉｔｕｔｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＪｉａｉｎｇＧｒｏｕｐ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３２，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】在洁净度１００级环境中，根据洁净、行程、空间等要求，选定“伺服电机＋滚珠丝杠＋滚
动直线导轨”的驱动方式垂直提升重物。采用两根滚珠直线导轨副克服重物偏载对滚珠丝杠的弯矩。分析计算了滚珠丝杠的轴向栽荷、强度、刚度、稳定性和升降机构的整体受力模型，与Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对机构进行的建模及应力应变分析结果进行了比较。研究了运动部件的润滑脂对超净环境的影响。
关键词：洁净度；滚珠丝杠；滚动直线导轨；Ａｎｓｙｓ【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｎ
ｌｉｆｔｓ
ｔｈｅ
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ｉｔｉｎｅｒａｒｙ，ｓｐａｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ
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ｗｅｉｇｈｔｓ．ＴｗｏＢａｌｌｌｉｎｅａｒ
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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ；Ｒｏｌｌｉｎｇｂａｌｌｓｃｒｅｗ；Ｌｉｎｅａｒｇｕｉｄｅ；Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
－１ｎ‘＿１ｈ－＿１ｈ－＿，～・１ｈ－＿■ＮＨ，●、Ｈ，●、＿一、“、ｒ一●、＿＾『—■Ⅵ・—■ｖ・１ｈ－－１～●１ｈｈ，，、＿，●、Ｈ，●、—，●、＿７●、＿，．、＿ｄｈ－・１ｒ、Ｈ，●—■、＿１～●１ｈ●・１ｎ．●１ｒｖｎ＇＿１ｈｐ，ｔ－＿，●ｑ＿ｄ■●＿１ｈ●●１ｈｐ，■、ｈ，●Ｙ＿ｄ，’
中图分类号：ＴＨｌ３２文献标识码：Ａ
１引言
在当今的工程实际中，对于垂直升降机构的应用已经十分广泛，常见的有“剪叉式”和“伺服电机＋滚珠丝杠”方式，不过由于使用的场合、提升要求达到的精度以及垂直方向上空间的限制的要求不同，两种驱动方式也有很大的差异。滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动变为直线运动。滚珠丝杠副具有传动效率高，磨损小，运动平衡，无爬行现象，传动精度高等优点。它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展，滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛地运用于各种工业设备、精密仪器。“伺服电机＋滚珠丝杠＋滚动直线导轨”驱动主要用在环境洁净度为１００级、垂直方向上空间尺寸受限制且精度要求较高的场合。升降机构可完成对垂直上方物体的精确安装、拆卸。
时为了防止丝杠运动中憋劲而出现卡死现象，使９（连接块）与５（托板）不刚性连接，仅仅插入５（托板）的槽内且留有微量间隙。其中５（托板）一侧与４两（滑块）螺栓连接，丝杠螺母与９（连接块）螺栓连接，再与５（托板）活动连接，从而丝杠转动带动５（托板）的上下运动。
２结构设计与计算
升降机构安装在密闭的箱子里，其中是洁净度为１００级的环境，箱子内部净高度为３０５０ｒａｍ，需要在里面实现提升有效行程为２７８０ｍｍ才能把物体送到指定位置。因此采用“剪叉式”提升是不能实现的。同时从洁净度、控制精度要求考虑，液压或普通电机驱动也不能满足要求。升降机构主要由交流伺服电机、蜗轮蜗杆减速器（可自锁）、托板、连接块、滚珠丝杠、直线滚动导轨等组成。用ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ进行建模，其三维结构模型，如图１所示。物体放置在托板上，由于丝杠仅能承受轴向力，为了避免偏载对丝杠的弯矩，设计两根滚珠直线导轨并将其固定在箱子的后面。同
★来稿日期：２００８－－０３—２６
图１垂直升降机构结构图
１．上轴承座２．导轨３．丝杠４．滑块５．托板６．下轴承座７．蜗轮蜗杆减速器８．伺服电机９．连接块
２．１滚珠丝杠计算校核２．１．１丝杠的轴向载荷
丝杠在启动和停止时会产生加速度，且运动过程中有摩擦作
用，故丝杠轴向载荷：
万方数据
第１期
王侃等：超净环境下垂直升降机构的设计
２１
民＝ｍｇｔ厂＋撇，凡＝啊＋，，乃＝ｒａｇ＋ｆ－眦
乃＝ｍｇ手－舢，兄＝ｍｇ－ｆ，玩＝，，ｌｇ小眦
式中：凡．—上升加速时的轴向载荷；
ｆ如—上升等速时的轴向载荷；屁，—上升减速时的轴向载荷；ｆｋ—下降加速时的轴向载荷；髓，—下降等速时的轴向载荷；，‰—下降减速时的轴向载荷。
％Ｉ铀
１
２．１．２丝杠强度校核
￡．
山
，
ｌ
（１）螺旋传动的转矩死
—五Ｌ一
Ｔ－－Ｆ．１ｄｏｔａｎ（Ａ＋（ｈｒ）／２
式中：咖广当量摩擦角。
（２）当量应力矿：
一
｝
图中：喊板与其上承受的物体总重量；厶—滑块高度；Ｌ。—物
图２提升机构受力模型
式中：如—丝杠螺纹底径，ｄ２＝ｄｏ＋ｋ—轨
体重力作用线到丝杠中心线距离；厶—两根导轨中心线距计算若似［盯］，则丝杠满足强度要求。
离；￡，—托板重力作用线到丝杠中心线距离；工．—物体重力２．１－３丝杠刚度校核
作用线到导轨中心线距离。
（１）轴向载荷Ｆ产生的轴向变形量昂
２．２．１直线导轨上滑块的负荷大小
提升物体过程中，只有搭载物体上升时滑块受力最大，设计此处丝杠采取是的一端固定，另一端铰支的形式，砩＝差｝
时仅考虑这种情况：
式中：厶—丝杠的计算长度，指，与ｒ作用处到固定支承端的距
离；跳杠两支承间的距离；Ｅ—丝杠材料的弹性模量；
（１）当升降机构上升时，滑块主要在径向和横向上受到力的作用，设径向负荷为Ａ，横向负荷为Ｐｍ；则：径向负荷大小为：
Ａ—丝杠的计算截面面积。（２）转矩ｒ产生的轴向变形量岛
只柞警＋警．簖＝－２ｘ３仡．１７４ＲＧｉｐ
Ｐ：＝Ｐ３＝－警一警
式中：斤—丝杠的螺纹导程；Ｇ。丝杠材料的切变模量；五ｒ丝杠计
算截面的极惯性矩。
只－雌警＋警（２）横向负荷大小为：（３）轴向载荷，使钢球与螺纹滚道间产生的轴向变形量瓦
＆＝ｏ．３×１０ｒ３×丽Ｋ厕ｚＦ万
一一警一警
‘
．
（３）合成负荷
式中：Ｚ一工作螺母中的钢球总数，Ｚ＝ｎｊｋ；Ｋｒ载荷分布不均匀系
数；栅紧力。
咫ｌ＝ＰＥ４＝ＩＰｌＩ＋１只ＩＩ
ＰＥ２＝ＰＥ，＝ＩＰＪ＋Ｉ剧（４）轴向总变形量８：８＝Ｓｒ＋ＳＴ＋８。（４）静安全系数，＝
（５）丝杠的轴向刚度为：Ｋｓ＝Ｆ／８由计算公式ｚ＝挚
式中：［ＫＬ—丝杠允许的轴向刚度。
式中Ｚ—静安全系数；ｃｊ—基本额定静载荷（Ｎ）。
计算若粒，［ＫＬ，则丝杠满足刚度条件。２．２．２算例
２．１．４丝杠稳定性校核
选用ＴＨＫ公司型号为ＢＮＦ５０１０—３．５的滚珠丝杠和（１）对于采用一端固定，另一端铰支形式的丝杠其柔度
ＳＨＳ６５Ｃ的滚动直线导轨，每根导轨上布置一个滑块。假设托板九：Ａ，耳止ｄｉ
’
上物体１０００Ｋｇ，厶＝６７０ｒａｍ，＆＝５３０ｍｍ，厶＝１６３ｍｍ，Ｌ４＝ａ６５ｍｍ带式中：ｉ—丝杠危险截面的惯性半径；￡－—螺杆的最大工作长度；
入前面计算公式进行计算得ｆ，＝１４，满足设计要求。
ｐ—长度系数。
３运用Ａｎｓｖｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ应．力应圆ｉ分析
（２）１１自ｉ界载荷ｔｏ：Ｆｏ＝３．１４锄从ｒ２
・
在进行分析时。考虑到提高运算的速度，故在对精度影响不
２．２滚动直线导轨副受力分析与计算
大的前提下对模型做了适当的简化。去除了电机、减速器、轴承单下面选择提升重物重心位于托板最边缘时进行计算，升降过元；并忽略了滚珠丝杠的螺纹和倒角等一些细节信息。由于该提程中受力模型，如图２所示。
升机构处于洁净度为１００级环境，因此，均选用ＯＣｒｌ８Ｎｉ９不锈钢
万
方数据
ＮＯ．１
机械设计与稠造
材料。选用ＳＯＬＩＤ４５实体单元，采用自由划分，井使用Ｓｍａｒｔｓ珏ｉｎｇ智能单元大小，取划分精度先５级。其中Ｎｏｄｅｓ：６１０１—８；Ｅｌｅ－－ｍｅｎｔｓ：３２２３６。捌分结祭，如疆３所示。
Ｊａｎ．２００９
固体润滑剂，尽可能的使润滑系统简单化，尽可能的减少润滑剂挥发对浓净环境的影响。
滚珠丝杠副和滚动导孰都选用豫Ｘ静ＡＦＥ澜漕脂，该游淆
脂是使用尿素作增稠剂、高级合成油作基油，具有出色的低发尘特征的清溃环境用润滑脂，特男４适合予半姥烙、液晶美联装置等的漕净室（１００缀）使用。
以下是系统ＡＥＦ润滑脂发尘量试验。试验条件，如表１所示。试验结果，如鼹６所示。
。表１系统ＡＥＦ澜滑ｌ蓦发尘蠢试验条｛孛
图３提升机构瞬恪划分
与前砸算例一样，在托板上加载１０００Ｋｇ，加载求解后的结果翔醒４、鬓５掰示。
阕４提升机构变形图
开动时间ｋ
爨６系统ＡＥＦ游潦§簿发生尘蠢试验结果
由以上试验数据可以说明：系统具有极低的发尘缀，不会对洁净环境造成污染。
５结论
蹋５提升机构应力图
猩环境洁净魔要求为１００级、垂直方向上空间受限制且精度要求较高的情况下，设计了一种合理的提舟机构，并对枧构的关键部佟进行了受力分析和计算校核，爝ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件迸行了建模，并与常规计算结果进行了比较・结果满足设计要求。最后又研究了关键运动部件润滑脂对洁净的影响。提升机构在××唇家羹穴辩技顼蟊予顼串｛萼囊了实黢运用・冀功能完全这翻了设诗
获隧４、图５可以黉出：最大磁力为１５．３８８ＭＰａ，发生在滑块与托板连接处附近，ＯＣｒｌ８Ｎｉ９不锈钢屈服强度为２０６．８ＭＰａ，２０６．８／１５．３８８：１３．４大予设计安全系数，不会发钱塑性失效和断裘失效。量运箕结果譬翦嚣通过受力分析褥爨公式计算缮果十分接近。
４超净环境下运动部件润滑脂的研究
洁净繇持褡内部套滚臻丝枉秘器辘等运魂黪辫，保涯荚运囊部件的良好润滑是很有必要的，如粜没有润滑，相对运动部件之间的摩擦就会增加，从而产生有害粉尘且会缩短运动部件的寿
激献ｌ徐飘秘藏骖暾学耱．戴家：机舭出簸聿主。１９９２（１）
２成大先机械设汁爷册．北京：化苟虹－业出版社．２００２（１）
３蔡摊主编－机械驾种设计手册．北京：冶金工业出版社，１９９４
４王簸爱，王錾。灌瓣鳝耩毒满券掰涞ｊ￡家：诧擎王碰爨舨挂，２００４
５Ｄ．｝Ｌ
会，嚣魏选糍羞合酶瀵潦栽裁交褥｛＃豢重要。
从环境洁净角度要求考虑，升降机构应尽量选择半固体润滑剂或固体润滑剂，同时考虑摩擦系数和散热等情况，最好选用半
Ｊａｍｅｓ．Ｗｅａｒ。１９７５（３４）＝３７３－３８２
６ＴＨＫ绦台产品目斌Ｊｍ～ＮＴＨＫｃｏ，ＬＴＤ・２００６
万方数据
超净环境下垂直升降机构的设计
作者：作者单位：
王侃， 谢志江， 王世耕， 程高忠， WANG Kan， XIE Zhi-jiang， WANG Shi-geng，CHENG Gao-zhong
王侃,谢志江,王世耕,WANG Kan,XIE Zhi-jiang,WANG Shi-geng(重庆大学机械工程学院,重庆,400030)， 程高忠,CHENG Gao-zhong(中国嘉陵工业股份有限公司工程技术研究院,重庆,400032)
机械设计与制造
MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE2009(1)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(6条)
1.THK综合产品目录JAPAN 20062.D.H.James 查看详情 1975(34)3.王毓民;王恒 润滑材料与润滑技术 20044.蔡春源 机械零件设计手册 19945.成大先 机械设计手册 20026.徐灏 机械设计手册 1992
本文读者也读过(6条)
1. 王世玉.薛军.Wang Shiyu.Xuejun 矿冶设备液压传动起重、升降机构分析[期刊论文]-黄金2005,26(9)2. 李伟.刘佳.陈祖金.LI Wei.LIU Jia.CHEN Zu-jing 无人机载光电平台减振升降机构设计[期刊论文]-科学技术与工程2009,9(19)
3. 万星新.曹衍龙.陈晓和.WAN Xing-xin.CAO Yan-long.CHEN Xiao-he 绣花机中金片绣装置气动升降机构的设计[期刊论文]-液压与气动2007(4)
4. 李百强.马颖.LI Bai-qiang.MA Yin 铸造设备中升降机构导向装置的设计[期刊论文]-铸造设备与工艺2009(4)5. 王宏武.魏发孔.Wang Hong-wu.Wei Fa-kong 垂直丝杠高速地轴升降台的设计与研制[期刊论文]-机械研究与应用2007,20(3)
6. 刘燕萍 升降机构可靠保证浅谈[期刊论文]-山西机械2003(3)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_jxsjyzz200901008.aspx
机械设计与制造
Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ
文章编号：１００１—３９９７（２００９）０１－００２０－－０３
Ｄｅｓｉｇｎ＆Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ
第１期２００９年１月
超净环境下垂直升降机构的设计
王侃１谢志江１王世耕１程高忠２
（１重庆大学机械工程学院，重庆４０００３０）（２中国嘉陵工业股份有限公司工程技术研究院，重庆４０００３２）
ＳｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｖｅｒｔｉｃａＩＩｉｆｔｉｎｓｕｐｅｒ－ｃｌｅａｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ＷＡＮＧＫａｎＩ，．ＸＩＥＺｈｉ－ｊｉａｎｇｌ，ＷＡＮＧＳｈｉ－ｇｅｎ９１，ＣＨＥＮＧＧａｏ－ｚｈｏｎ９２
（１ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭａｃｈｉｎｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｈｏｎｇｑｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３０，Ｃｈｉｎａ）
（ＺＩｎｓｉｔｉｔｕｔｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎａＪｉａｉｎｇＧｒｏｕｐ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３２，Ｃｈｉｎａ）
【摘要】在洁净度１００级环境中，根据洁净、行程、空间等要求，选定“伺服电机＋滚珠丝杠＋滚
动直线导轨”的驱动方式垂直提升重物。采用两根滚珠直线导轨副克服重物偏载对滚珠丝杠的弯矩。分析计算了滚珠丝杠的轴向栽荷、强度、刚度、稳定性和升降机构的整体受力模型，与Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ对机构进行的建模及应力应变分析结果进行了比较。研究了运动部件的润滑脂对超净环境的影响。
关键词：洁净度；滚珠丝杠；滚动直线导轨；Ａｎｓｙｓ【Ａｂｓｔｒａｃｔ】／ｎ
ｌｉｆｔｓ
ｔｈｅ
１００ｃｌｅａｎｓｉｎｇ
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ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｉｎａｃｃｏｒｄａｎｃｅｗｉｔｈｔｈｅｍｏｔｏｒ＋ｒｏｌｌｉｎｇｂａｌｌ
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ｉｔｉｎｅｒａｒｙ，ｓｐａｃｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｓｅｌｅｃｔｉｎｇ
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ｗｅｉｇｈｔｓ．ＴｗｏＢａｌｌｌｉｎｅａｒ
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ｔｈｅｅｃｃｅｎｔｒｉｃｌｏａｄｏｆｂａｌｌ
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ｇｕｉｄｅｓａｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ
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ｍｏｍｅｎｔ．Ｔｈｅｂａｌｌｓｃｒｅｗａｘｉａｌｌｏａｄ，ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｒｉｇｉｄｉｔｙ，ｓｔａｂｉｌｉｔｙａｎａｌｙｓｉｓｅｄ，ｃｏｍｐａｒｉｎｇｗｉｔｈｔｈｅｓｔｒｅｓｓ－ｓｔｒａｉｎａｎａｌｙｓｉｓＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｒｅｓｕｈｓ
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ｌｉｆｔｉｎｇｏｆｔｈｅｏｖｅｒａｌｌ
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ｍｏｄｅｌｉｎｇ
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ｉｎｔｈｅ１００ｃｉｒｃｕｍｓｔａｎｃｅｓ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｌｅａｎｌｉｎｅｓｓ；Ｒｏｌｌｉｎｇｂａｌｌｓｃｒｅｗ；Ｌｉｎｅａｒｇｕｉｄｅ；Ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
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中图分类号：ＴＨｌ３２文献标识码：Ａ
１引言
在当今的工程实际中，对于垂直升降机构的应用已经十分广泛，常见的有“剪叉式”和“伺服电机＋滚珠丝杠”方式，不过由于使用的场合、提升要求达到的精度以及垂直方向上空间的限制的要求不同，两种驱动方式也有很大的差异。滚珠丝杠副是由丝杠、螺母、滚珠等零件组成的机械元件，其作用是将旋转运动变为直线运动。滚珠丝杠副具有传动效率高，磨损小，运动平衡，无爬行现象，传动精度高等优点。它是传统滑动丝杠的进一步延伸发展，滚珠丝杠副因优良的摩擦特性使其广泛地运用于各种工业设备、精密仪器。“伺服电机＋滚珠丝杠＋滚动直线导轨”驱动主要用在环境洁净度为１００级、垂直方向上空间尺寸受限制且精度要求较高的场合。升降机构可完成对垂直上方物体的精确安装、拆卸。
时为了防止丝杠运动中憋劲而出现卡死现象，使９（连接块）与５（托板）不刚性连接，仅仅插入５（托板）的槽内且留有微量间隙。其中５（托板）一侧与４两（滑块）螺栓连接，丝杠螺母与９（连接块）螺栓连接，再与５（托板）活动连接，从而丝杠转动带动５（托板）的上下运动。
２结构设计与计算
升降机构安装在密闭的箱子里，其中是洁净度为１００级的环境，箱子内部净高度为３０５０ｒａｍ，需要在里面实现提升有效行程为２７８０ｍｍ才能把物体送到指定位置。因此采用“剪叉式”提升是不能实现的。同时从洁净度、控制精度要求考虑，液压或普通电机驱动也不能满足要求。升降机构主要由交流伺服电机、蜗轮蜗杆减速器（可自锁）、托板、连接块、滚珠丝杠、直线滚动导轨等组成。用ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ进行建模，其三维结构模型，如图１所示。物体放置在托板上，由于丝杠仅能承受轴向力，为了避免偏载对丝杠的弯矩，设计两根滚珠直线导轨并将其固定在箱子的后面。同
★来稿日期：２００８－－０３—２６
图１垂直升降机构结构图
１．上轴承座２．导轨３．丝杠４．滑块５．托板６．下轴承座７．蜗轮蜗杆减速器８．伺服电机９．连接块
２．１滚珠丝杠计算校核２．１．１丝杠的轴向载荷
丝杠在启动和停止时会产生加速度，且运动过程中有摩擦作
用，故丝杠轴向载荷：
万方数据
第１期
王侃等：超净环境下垂直升降机构的设计
２１
民＝ｍｇｔ厂＋撇，凡＝啊＋，，乃＝ｒａｇ＋ｆ－眦
乃＝ｍｇ手－舢，兄＝ｍｇ－ｆ，玩＝，，ｌｇ小眦
式中：凡．—上升加速时的轴向载荷；
ｆ如—上升等速时的轴向载荷；屁，—上升减速时的轴向载荷；ｆｋ—下降加速时的轴向载荷；髓，—下降等速时的轴向载荷；，‰—下降减速时的轴向载荷。
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１
２．１．２丝杠强度校核
￡．
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，
ｌ
（１）螺旋传动的转矩死
—五Ｌ一
Ｔ－－Ｆ．１ｄｏｔａｎ（Ａ＋（ｈｒ）／２
式中：咖广当量摩擦角。
（２）当量应力矿：
一
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图中：喊板与其上承受的物体总重量；厶—滑块高度；Ｌ。—物
图２提升机构受力模型
式中：如—丝杠螺纹底径，ｄ２＝ｄｏ＋ｋ—轨
体重力作用线到丝杠中心线距离；厶—两根导轨中心线距计算若似［盯］，则丝杠满足强度要求。
离；￡，—托板重力作用线到丝杠中心线距离；工．—物体重力２．１－３丝杠刚度校核
作用线到导轨中心线距离。
（１）轴向载荷Ｆ产生的轴向变形量昂
２．２．１直线导轨上滑块的负荷大小
提升物体过程中，只有搭载物体上升时滑块受力最大，设计此处丝杠采取是的一端固定，另一端铰支的形式，砩＝差｝
时仅考虑这种情况：
式中：厶—丝杠的计算长度，指，与ｒ作用处到固定支承端的距
离；跳杠两支承间的距离；Ｅ—丝杠材料的弹性模量；
（１）当升降机构上升时，滑块主要在径向和横向上受到力的作用，设径向负荷为Ａ，横向负荷为Ｐｍ；则：径向负荷大小为：
Ａ—丝杠的计算截面面积。（２）转矩ｒ产生的轴向变形量岛
只柞警＋警．簖＝－２ｘ３仡．１７４ＲＧｉｐ
Ｐ：＝Ｐ３＝－警一警
式中：斤—丝杠的螺纹导程；Ｇ。丝杠材料的切变模量；五ｒ丝杠计
算截面的极惯性矩。
只－雌警＋警（２）横向负荷大小为：（３）轴向载荷，使钢球与螺纹滚道间产生的轴向变形量瓦
＆＝ｏ．３×１０ｒ３×丽Ｋ厕ｚＦ万
一一警一警
‘
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（３）合成负荷
式中：Ｚ一工作螺母中的钢球总数，Ｚ＝ｎｊｋ；Ｋｒ载荷分布不均匀系
数；栅紧力。
咫ｌ＝ＰＥ４＝ＩＰｌＩ＋１只ＩＩ
ＰＥ２＝ＰＥ，＝ＩＰＪ＋Ｉ剧（４）轴向总变形量８：８＝Ｓｒ＋ＳＴ＋８。（４）静安全系数，＝
（５）丝杠的轴向刚度为：Ｋｓ＝Ｆ／８由计算公式ｚ＝挚
式中：［ＫＬ—丝杠允许的轴向刚度。
式中Ｚ—静安全系数；ｃｊ—基本额定静载荷（Ｎ）。
计算若粒，［ＫＬ，则丝杠满足刚度条件。２．２．２算例
２．１．４丝杠稳定性校核
选用ＴＨＫ公司型号为ＢＮＦ５０１０—３．５的滚珠丝杠和（１）对于采用一端固定，另一端铰支形式的丝杠其柔度
ＳＨＳ６５Ｃ的滚动直线导轨，每根导轨上布置一个滑块。假设托板九：Ａ，耳止ｄｉ
’
上物体１０００Ｋｇ，厶＝６７０ｒａｍ，＆＝５３０ｍｍ，厶＝１６３ｍｍ，Ｌ４＝ａ６５ｍｍ带式中：ｉ—丝杠危险截面的惯性半径；￡－—螺杆的最大工作长度；
入前面计算公式进行计算得ｆ，＝１４，满足设计要求。
ｐ—长度系数。
３运用Ａｎｓｖｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ应．力应圆ｉ分析
（２）１１自ｉ界载荷ｔｏ：Ｆｏ＝３．１４锄从ｒ２
・
在进行分析时。考虑到提高运算的速度，故在对精度影响不
２．２滚动直线导轨副受力分析与计算
大的前提下对模型做了适当的简化。去除了电机、减速器、轴承单下面选择提升重物重心位于托板最边缘时进行计算，升降过元；并忽略了滚珠丝杠的螺纹和倒角等一些细节信息。由于该提程中受力模型，如图２所示。
升机构处于洁净度为１００级环境，因此，均选用ＯＣｒｌ８Ｎｉ９不锈钢
万
方数据
ＮＯ．１
机械设计与稠造
材料。选用ＳＯＬＩＤ４５实体单元，采用自由划分，井使用Ｓｍａｒｔｓ珏ｉｎｇ智能单元大小，取划分精度先５级。其中Ｎｏｄｅｓ：６１０１—８；Ｅｌｅ－－ｍｅｎｔｓ：３２２３６。捌分结祭，如疆３所示。
Ｊａｎ．２００９
固体润滑剂，尽可能的使润滑系统简单化，尽可能的减少润滑剂挥发对浓净环境的影响。
滚珠丝杠副和滚动导孰都选用豫Ｘ静ＡＦＥ澜漕脂，该游淆
脂是使用尿素作增稠剂、高级合成油作基油，具有出色的低发尘特征的清溃环境用润滑脂，特男４适合予半姥烙、液晶美联装置等的漕净室（１００缀）使用。
以下是系统ＡＥＦ润滑脂发尘量试验。试验条件，如表１所示。试验结果，如鼹６所示。
。表１系统ＡＥＦ澜滑ｌ蓦发尘蠢试验条｛孛
图３提升机构瞬恪划分
与前砸算例一样，在托板上加载１０００Ｋｇ，加载求解后的结果翔醒４、鬓５掰示。
阕４提升机构变形图
开动时间ｋ
爨６系统ＡＥＦ游潦§簿发生尘蠢试验结果
由以上试验数据可以说明：系统具有极低的发尘缀，不会对洁净环境造成污染。
５结论
蹋５提升机构应力图
猩环境洁净魔要求为１００级、垂直方向上空间受限制且精度要求较高的情况下，设计了一种合理的提舟机构，并对枧构的关键部佟进行了受力分析和计算校核，爝ａｎｓｙｓｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件迸行了建模，并与常规计算结果进行了比较・结果满足设计要求。最后又研究了关键运动部件润滑脂对洁净的影响。提升机构在××唇家羹穴辩技顼蟊予顼串｛萼囊了实黢运用・冀功能完全这翻了设诗
获隧４、图５可以黉出：最大磁力为１５．３８８ＭＰａ，发生在滑块与托板连接处附近，ＯＣｒｌ８Ｎｉ９不锈钢屈服强度为２０６．８ＭＰａ，２０６．８／１５．３８８：１３．４大予设计安全系数，不会发钱塑性失效和断裘失效。量运箕结果譬翦嚣通过受力分析褥爨公式计算缮果十分接近。
４超净环境下运动部件润滑脂的研究
洁净繇持褡内部套滚臻丝枉秘器辘等运魂黪辫，保涯荚运囊部件的良好润滑是很有必要的，如粜没有润滑，相对运动部件之间的摩擦就会增加，从而产生有害粉尘且会缩短运动部件的寿
激献ｌ徐飘秘藏骖暾学耱．戴家：机舭出簸聿主。１９９２（１）
２成大先机械设汁爷册．北京：化苟虹－业出版社．２００２（１）
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５Ｄ．｝Ｌ
会，嚣魏选糍羞合酶瀵潦栽裁交褥｛＃豢重要。
从环境洁净角度要求考虑，升降机构应尽量选择半固体润滑剂或固体润滑剂，同时考虑摩擦系数和散热等情况，最好选用半
Ｊａｍｅｓ．Ｗｅａｒ。１９７５（３４）＝３７３－３８２
６ＴＨＫ绦台产品目斌Ｊｍ～ＮＴＨＫｃｏ，ＬＴＤ・２００６
万方数据
超净环境下垂直升降机构的设计
作者：作者单位：
王侃， 谢志江， 王世耕， 程高忠， WANG Kan， XIE Zhi-jiang， WANG Shi-geng，CHENG Gao-zhong
王侃,谢志江,王世耕,WANG Kan,XIE Zhi-jiang,WANG Shi-geng(重庆大学机械工程学院,重庆,400030)， 程高忠,CHENG Gao-zhong(中国嘉陵工业股份有限公司工程技术研究院,重庆,400032)
机械设计与制造
MACHINERY DESIGN & MANUFACTURE2009(1)
刊名：英文刊名：年，卷(期)：
参考文献(6条)
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