倪福生 王森

摘要：本設(shè)計涉及一種廁所的助力扶手，該助力扶手由平臺機構(gòu)和電機驅(qū)動機構(gòu)組成。其中，平臺機構(gòu)是由電機驅(qū)動的剪叉式升降臺和扶手組成，剪叉式升降臺的支撐桿和扶手均采用鑄鋁件鑄造而成，用以減輕整體的重量。電機驅(qū)動系統(tǒng)由伺服電機帶動滾珠絲桿，從而帶動升降臺的升降。為了保證絲杠運行時的安全行程，在整個平臺上安裝有光電開關(guān)，從而達到控制升降高度的目的。

關(guān)鍵詞：助力扶手;升降機構(gòu);剪叉式;結(jié)構(gòu)設(shè)計

1 設(shè)計要求和參數(shù)

設(shè)計要求和參數(shù)如下：

（1）平臺機構(gòu)選用雙鉸鏈剪叉式升降機構(gòu)，電動驅(qū)動;

（2）升降高度300mm-1000mm;

（3）負載重量：40kg-100kg;

（4）升降速度：25mm/s;

平臺機構(gòu)選用剪叉式升降扶手。剪叉式升降機構(gòu)根據(jù)驅(qū)動方式的不同，可以分為液壓驅(qū)動剪叉式升降機構(gòu)和電機驅(qū)動剪叉式升降機構(gòu)。

2 電機驅(qū)動剪叉式升降機構(gòu)

電機驅(qū)動剪叉式升降機構(gòu)是通過電機控制絲杠等機構(gòu)，將電機的直線運動轉(zhuǎn)換成升降臺的垂直運動，從而來帶動升降臺的升降。其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.1所示。

本次設(shè)計的助力扶手應(yīng)用于居民生活中，考慮到使用環(huán)境要求，如使用液壓驅(qū)動，需要安裝液壓泵站，對空間包括面積要求較高，故本次設(shè)計采用電機驅(qū)動剪叉式升降機構(gòu)。

電機驅(qū)動組件是由電機帶動滾珠絲杠轉(zhuǎn)動，從而帶動兩端的支撐桿在滑軌上移動。電動驅(qū)動的設(shè)計主要是電機的選型計算、滾珠絲杠和滑軌的選型。

3 滾珠絲杠的選型

滾珠絲杠的行程為支撐桿從最低位置運動到最高位置時橫向的位置，即，取滾珠絲杠的有效行程為250mm。

（1）確定滾珠絲杠副的導(dǎo)程

根據(jù)電機額定轉(zhuǎn)速和X向最大速度，計算絲杠導(dǎo)程。X向運動的驅(qū)動電機選擇松下MDMA152P1V，電機最高轉(zhuǎn)速為4500rpm。因為伺服電機可以通過調(diào)整輸出脈沖的頻率來調(diào)節(jié)速度，故不需要鏈接減速機。電機與滾珠絲桿直連，傳動比為1。X向最大運動速度25mm/s，即1500mm/min。則絲杠導(dǎo)程為

實際取，可滿足速度要求。

（2）滾珠絲杠副的載荷及轉(zhuǎn)速計算

滾動導(dǎo)軌承重時的滑動摩擦系數(shù)最大為0.02，靜摩擦系數(shù)與摩擦系數(shù)差別不大，此處計算取靜摩擦系數(shù)為0.02。則導(dǎo)軌靜摩擦力：

（7）導(dǎo)程精度的選擇

根據(jù)X向運動的定位精度要求達到0.005mm/1000mm，則任意300mm。長度的導(dǎo)程精度為0.0015mm。

（8）確定滾珠絲杠副規(guī)格代號

按照絲杠Ph、d2m、Cam選擇內(nèi)循環(huán)雙螺母式滾珠絲桿，型號為FYND6310-4，精度等級2級。絲桿基本導(dǎo)程Ph=10mm，絲杠底Xd2m=57mm>14.42mm，外徑Xd=62mm，公稱直徑Xd0=63mm，額定動載荷Ca =48740N >Cam，額定靜載荷Cao=156912N。

4 電機選擇

根據(jù)工作場所的要求，考慮成本等因素，電機選擇伺服電機驅(qū)動，伺服電機選取松下NASA4系列MDMA152P1V型大慣量電機，其功率：1.5KW，額定轉(zhuǎn)矩：7.15 N.m，電機慣量JM：0.00123 Kg.m2。

X向運動工件及工作臺質(zhì)量估計最大值約100Kg。

（5）加速度產(chǎn)生的負荷扭矩：

根據(jù)設(shè)計要求可知：X向工作臺運動速度為v=25mm/s，對應(yīng)電機轉(zhuǎn)速=150rpm，最大加速度為a=40mm/s2，則工作臺速度從0升至25mm/s所需時間：

（6）電機總扭矩：

所選擇電機額定扭矩為7.15N.m，大于計算電機總扭矩3倍以上。所選擇電機扭矩符合要求

（作者單位：臨沂大學(xué)）