麻冰玲 MA Bing-ling

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，沈陽(yáng) 110023）

0 引言

塞拉門(mén)是城市軌道交通車(chē)輛的重要組成部分，與運(yùn)營(yíng)安全有著密切的關(guān)系。塞拉門(mén)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作是門(mén)頁(yè)借助于車(chē)門(mén)上方安裝的懸掛機(jī)構(gòu)和導(dǎo)軌導(dǎo)向作用，由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)使門(mén)頁(yè)沿著導(dǎo)軌滑動(dòng)。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)是決定塞拉門(mén)開(kāi)關(guān)平穩(wěn)性的關(guān)鍵部件，在塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)中，有吊桿擺式機(jī)構(gòu)和平動(dòng)機(jī)構(gòu)兩種。相比之下，平動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，運(yùn)動(dòng)合理，因此城市軌道交通車(chē)輛基本上選用平動(dòng)機(jī)構(gòu)。平動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種由兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)疊加而形成的一種運(yùn)動(dòng)形式，通常這種運(yùn)動(dòng)需要兩組獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)副和兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，并由此構(gòu)成傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。

1 平動(dòng)機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析

平動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種由兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)動(dòng)疊加而形成的一種運(yùn)動(dòng)形式，通常這種運(yùn)動(dòng)需要兩組獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)副和兩個(gè)獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)單元，并由此構(gòu)成機(jī)構(gòu)。在使用中，將兩組運(yùn)動(dòng)副和驅(qū)動(dòng)單元進(jìn)行組合，組成多種結(jié)構(gòu)形式。通常兩組運(yùn)動(dòng)副的運(yùn)動(dòng)方向相互垂直，由此構(gòu)成一個(gè)平面，組合運(yùn)動(dòng)原點(diǎn)，在這個(gè)平面上形成任意需要的曲線軌跡。

假設(shè)以X 代表水平運(yùn)動(dòng)副，以Y 代表垂直運(yùn)動(dòng)副，m，n 分別代表數(shù)量，那么平移機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單表述就是：mX+nY。在這里，m，n 是正整數(shù)。1X+1Y 結(jié)構(gòu)及1X+2Y 結(jié)構(gòu)如圖1、圖2 所示。

圖1 1X+1Y 結(jié)構(gòu)

圖2 1X+2Y 結(jié)構(gòu)

2 1X+2Y 結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析

1X+2Y 結(jié)構(gòu)的組合如圖3 所示。

圖3 1X+2Y 結(jié)構(gòu)的組合

X 向運(yùn)動(dòng)與Y 向運(yùn)動(dòng)，是兩個(gè)獨(dú)立的運(yùn)動(dòng)，相互并無(wú)關(guān)聯(lián)，但是在一種平動(dòng)塞拉機(jī)構(gòu)中，將兩個(gè)運(yùn)動(dòng)組合在了一起，形成了一種相互制約的關(guān)系。X 向運(yùn)動(dòng)發(fā)生時(shí)，并不依靠或受制于Y 向運(yùn)動(dòng)，實(shí)際上這種機(jī)構(gòu)，X 向運(yùn)動(dòng)的確是疊加在Y 向運(yùn)動(dòng)之上的，X 向運(yùn)動(dòng)必須跟隨于Y 向運(yùn)動(dòng)，在機(jī)構(gòu)的動(dòng)作過(guò)程中，X 向運(yùn)動(dòng)副也要產(chǎn)生Y 向運(yùn)動(dòng)。因此在驅(qū)動(dòng)裝置與X 向運(yùn)動(dòng)副的連接時(shí)，就必須使用柔性連接機(jī)構(gòu)，進(jìn)而增加環(huán)節(jié)，也增加了組成部件的數(shù)量。

為了實(shí)現(xiàn)直線塞動(dòng)機(jī)構(gòu)形式，在水平方向增加了寬度，因此原來(lái)的門(mén)體水平移動(dòng)行程，可能會(huì)受到限制。如果真的受到了限制，就需要加大驅(qū)動(dòng)裝置的行程，也就是加大絲杠的行程，或外移解鎖機(jī)構(gòu)，或改變解鎖機(jī)構(gòu)。

3 CPF 結(jié)構(gòu)分析

基本運(yùn)動(dòng)：拉動(dòng)和塞動(dòng)，拉動(dòng)是主運(yùn)動(dòng)，塞動(dòng)是副運(yùn)動(dòng)。

運(yùn)動(dòng)副：直線運(yùn)動(dòng)副，吊桿運(yùn)動(dòng)副。直線運(yùn)動(dòng)副，可以形成大位移，運(yùn)動(dòng)軌跡是直線，吊桿運(yùn)動(dòng)副用于小位移和擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)，軌跡是曲線。

現(xiàn)有結(jié)構(gòu)是兩種運(yùn)動(dòng)副的組合。代表性的有：直線與吊桿組合，直線與直線組合。相對(duì)而言，直線與直線組合的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。采用導(dǎo)柱導(dǎo)套作為主運(yùn)動(dòng)的直線運(yùn)動(dòng)副，因?yàn)檫@種運(yùn)動(dòng)副不是全約束的，主運(yùn)動(dòng)副也不能采用雙導(dǎo)柱導(dǎo)套結(jié)構(gòu)，那樣就變成了全約束。

CPF 結(jié)構(gòu)拉動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)副，采用圓柱套桿滑動(dòng)副，包括直徑、滑動(dòng)軸承、配合長(zhǎng)度等。增加塞動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)副，采用圓柱套桿滑動(dòng)副，對(duì)拉動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)副中的導(dǎo)桿，采用三點(diǎn)支撐，既左右端部及中間三點(diǎn)。拉動(dòng)機(jī)構(gòu)直線運(yùn)動(dòng)副中的滑套，與塞動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副支架，組合成一個(gè)整體，并在塞動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)副支架上，固定安裝塞動(dòng)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)副的導(dǎo)桿。塞動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)置兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副，其中一個(gè)運(yùn)動(dòng)副的導(dǎo)桿為偏心結(jié)構(gòu)，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)桿，調(diào)整門(mén)體的姿態(tài)，既將原來(lái)門(mén)體與攜門(mén)架偏心螺母的調(diào)整點(diǎn)，轉(zhuǎn)移到塞動(dòng)機(jī)構(gòu)中。

4 三種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)比較分析

依據(jù)塞拉門(mén)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析，將機(jī)構(gòu)中的運(yùn)動(dòng)部件改用CPF 結(jié)構(gòu)形式，并做出樣機(jī)，分別做出兩種形式：CPF1 型、CPF2 型；為了驗(yàn)證CPF 型結(jié)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，將CPF1 型、CPF2 型以及康尼型分別在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上運(yùn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在CPF2 型結(jié)構(gòu)中，副導(dǎo)軌隨門(mén)體晃動(dòng)而晃動(dòng)，這種晃動(dòng)在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)中都異常嚴(yán)重，嚴(yán)重影響車(chē)門(mén)的運(yùn)行品質(zhì)。CPF1 型、CPF2 型也采用直線復(fù)合運(yùn)動(dòng)的方式，在Y 向運(yùn)動(dòng)也采用2 個(gè)運(yùn)動(dòng)副，并將這兩個(gè)運(yùn)動(dòng)副移向中心，以減小2 個(gè)Y 向運(yùn)動(dòng)副的跨距，2 個(gè)Y 向運(yùn)動(dòng)副之間的距離與運(yùn)動(dòng)副的導(dǎo)向長(zhǎng)度之間的比值稱(chēng)為長(zhǎng)徑比，在小長(zhǎng)徑比情況下，運(yùn)動(dòng)副會(huì)有卡滯的趨勢(shì)；在不改變導(dǎo)向長(zhǎng)度的前提下，增大長(zhǎng)徑比有利于塞運(yùn)動(dòng)的順滑。選用導(dǎo)柱導(dǎo)套的直線運(yùn)動(dòng)副，組件采用直線軸承。直線軸承是一種精度高、成本低、摩擦阻力小的直線運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，理論上直線軸承具有良好的導(dǎo)向品質(zhì)，即使無(wú)法進(jìn)行間隙調(diào)整，也不應(yīng)該出現(xiàn)類(lèi)似的現(xiàn)象，因此只能從軸承相關(guān)組件之間查找問(wèn)題，對(duì)城軌車(chē)輛塞拉門(mén)機(jī)構(gòu)組件進(jìn)行相關(guān)測(cè)量分析，查找產(chǎn)生晃動(dòng)的原因，逐項(xiàng)排除問(wèn)題，尋求合理可行的解決方案。

CPF1 型、CPF2 型以及康尼型的結(jié)構(gòu)如圖4、圖5、圖6所示。

圖4 CPF1 結(jié)構(gòu)

圖5 CPF2 結(jié)構(gòu)

圖6 康尼結(jié)構(gòu)

三種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)副傳動(dòng)幅略有差異。CPF1 型與康尼型的結(jié)構(gòu)相同，導(dǎo)柱直徑30mm，直線走抽的長(zhǎng)度都是加長(zhǎng)型的，而CPF2 型采用的直徑30mm 標(biāo)準(zhǔn)型的直線軸承，其中會(huì)有些許的差異，但不至于產(chǎn)生如此嚴(yán)重的偏差。

為了驗(yàn)證三種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)的平穩(wěn)性，人為使塞拉門(mén)產(chǎn)生晃動(dòng)，產(chǎn)生晃動(dòng)的方法是抓住門(mén)體，左右推拉，重復(fù)動(dòng)作，即可見(jiàn)圖示的晃動(dòng)點(diǎn)的左右傳動(dòng)幅有明顯的反向移動(dòng)?；蝿?dòng)主要出現(xiàn)在副傳動(dòng)幅上，且晃動(dòng)肉眼可見(jiàn)。

5 三種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)測(cè)量分析

為定量說(shuō)明，分別對(duì)三種形式的晃動(dòng)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)門(mén)機(jī)構(gòu)處于直線運(yùn)動(dòng)段，在靜止、左推右拉、左拉右推三種形態(tài)時(shí)，分別對(duì)兩個(gè)晃動(dòng)點(diǎn)的變動(dòng)數(shù)值進(jìn)行進(jìn)行測(cè)量。使用游標(biāo)卡尺作為測(cè)量工具。

①CPF1 型測(cè)量。

對(duì)CPF1 型結(jié)構(gòu)雙導(dǎo)柱（下式）擺動(dòng)量測(cè)量，副運(yùn)動(dòng)幅幾乎沒(méi)有晃動(dòng)，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。

②CPF2 型測(cè)量。

對(duì)CPF2 型結(jié)構(gòu)雙導(dǎo)柱（上式）擺動(dòng)量測(cè)量，通過(guò)實(shí)際觀察，由于CPF2 型結(jié)構(gòu)，導(dǎo)輪位置對(duì)于對(duì)于擺動(dòng)量沒(méi)有影響，或影響極小，因此，可以在任意位置上選取一點(diǎn)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量結(jié)果：一個(gè)晃動(dòng)點(diǎn)的擺動(dòng)量分別為1.4mm，另外一個(gè)晃動(dòng)點(diǎn)的擺動(dòng)量分別為4.5mm，單從數(shù)據(jù)上看，這個(gè)擺動(dòng)量并不算大，但是將這個(gè)擺動(dòng)量通過(guò)與攜門(mén)架連接的門(mén)體的放大效應(yīng)，在門(mén)體上的反映就十分的顯著。

③康尼型測(cè)量。

對(duì)康尼雙付導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)擺動(dòng)量測(cè)量，晃動(dòng)的形式是以在滑槽內(nèi)的導(dǎo)輪為支點(diǎn)，形成的滑移擺動(dòng)?？拷鼘?dǎo)輪的測(cè)點(diǎn)，擺動(dòng)量小，遠(yuǎn)離導(dǎo)輪的測(cè)點(diǎn)，擺動(dòng)量大。

6 組件測(cè)量分析

CPF 型使用LMS30UU 軸承，對(duì)于直線軸承，以及直線導(dǎo)軌，運(yùn)動(dòng)副的間隙可能無(wú)法調(diào)整，就需要依據(jù)軸承的使用要求，滿足相應(yīng)的尺寸和性能要求。同時(shí)，對(duì)于軸承的使用，也要滿足軸承自身規(guī)定的特性，比如承載能力。CPF1型與康尼型使用是相同的組件，然而在晃動(dòng)表現(xiàn)上卻有明顯差異，由此判斷是結(jié)構(gòu)差異造成的影響。對(duì)于CPF2 型，結(jié)構(gòu)不同，組件不同，可能因此產(chǎn)生不同影響。為此，對(duì)兩種形式的副傳動(dòng)幅部件進(jìn)行測(cè)量。使用千分表進(jìn)行擺動(dòng)測(cè)量；使用高度尺進(jìn)行間隙測(cè)量。測(cè)量位置如圖7、圖8所示。

圖7 軸與組件測(cè)量

圖8 軸承與掛架測(cè)量

①LM30LUU 軸承組成部件的間隙測(cè)量。

間隙測(cè)量：將導(dǎo)桿置于兩塊等高的墊鐵上，在兩個(gè)方向上測(cè)量?jī)蓚€(gè)測(cè)點(diǎn)的高差，再與實(shí)際高差比較，所得差值即為間隙值。

測(cè)量結(jié)果：

軸承與掛架間因使用了緊配合，可以視為沒(méi)有晃動(dòng)或是有不可測(cè)量的晃動(dòng)。軸與組件間有晃動(dòng)，晃動(dòng)量為0.30mm。推測(cè)此晃動(dòng)量由軸與軸承之間的裝配間隙造成。此間隙不可消除，只能通過(guò)提高相應(yīng)的精度，適量減緩，但不能完全消除。然而提高精度會(huì)提高造成成本，需要找到成本平衡點(diǎn)。間隙測(cè)量可視的結(jié)果是0.02～0.04mm，屬于相對(duì)合理的范圍。

②LM30LUU 軸承組成部件的擺動(dòng)測(cè)量。

擺動(dòng)測(cè)量：將掛架固定在臺(tái)鉗上，將導(dǎo)桿插入。在導(dǎo)桿最大伸出狀態(tài)時(shí)，測(cè)量單向徑向擺動(dòng)量。測(cè)量位置如圖9所示。

圖9 擺動(dòng)測(cè)量

測(cè)量結(jié)果：

擺動(dòng)量值達(dá)1.5mm，說(shuō)明軸與組件之間存在間隙。軸與組件之間的可測(cè)量間隙為0.3mm，明顯高于合理范圍。由此可以推斷出CPF2 型擺動(dòng)是因間隙過(guò)大造成。

③應(yīng)對(duì)措施。

在實(shí)施導(dǎo)軸加工過(guò)程中，軸承與掛架之間存在明顯的晃動(dòng)。通過(guò)塞尺檢查，使用0.2mm 塞尺可以輕松通過(guò)，0.3mm 塞尺則比較困難。

采用加楔塊的方法消除間隙，使用不銹鋼焊絲，壓扁，支撐楔鐵，在同方向的雙側(cè)，按照適當(dāng)?shù)牧Χ?，加入楔鐵。原則上，既要消除間隙，又不能使軸承變形而影響直線滑動(dòng)。施加方法如圖10、圖11 所示。

圖10 楔鐵

圖11 施加楔鐵

在實(shí)施上述操作后，消除組件的間隙，附加擺動(dòng)量消除。重新安裝以后，晃動(dòng)消過(guò)大的問(wèn)題得以解決。

7 結(jié)論

通過(guò)分析和測(cè)量，以及最后的試驗(yàn)運(yùn)行檢驗(yàn)，得到以下的結(jié)論：

①CPF 結(jié)構(gòu)采用1X+1Y 結(jié)構(gòu)的平動(dòng)機(jī)構(gòu)，能減少1X與1Y 的關(guān)聯(lián)，還能使得總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，達(dá)到結(jié)構(gòu)優(yōu)化的目的。

②CPF 結(jié)構(gòu)塞動(dòng)機(jī)構(gòu)的移動(dòng)范圍大于門(mén)體的行程要求，因此不影響門(mén)體行程、水平凈開(kāi)度和垂直凈開(kāi)度，直線塞動(dòng)運(yùn)動(dòng)是可行的。

③為了實(shí)現(xiàn)直線塞動(dòng)機(jī)構(gòu)形式，在水平方向增加了寬度，為了不影響原來(lái)的門(mén)體水平移動(dòng)行程，可以加大絲杠的行程，或外移解鎖機(jī)構(gòu)，或改變解鎖機(jī)構(gòu)從而加大驅(qū)動(dòng)裝置的行程。

④軸承形式，即加長(zhǎng)型LM30LUU 和普通型LM30UU，對(duì)于副運(yùn)動(dòng)幅的運(yùn)動(dòng)形態(tài)，短時(shí)間內(nèi)的影響較小，在長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行中會(huì)出現(xiàn)影響，諸如磨耗、壽命等，但是依據(jù)軸承的特性，合理選用相關(guān)參數(shù)，可消除這種影響，或控制影響在一個(gè)合理的預(yù)期范圍內(nèi)。

⑤在裝配過(guò)程中，軸承與掛架間的安裝、軸與軸承的裝配，操作的熟練程度及操作者的經(jīng)驗(yàn)會(huì)直接影響組件的性能。需要熟知直線軸承的特性并合理使用，參數(shù)選盡可能合理，比如：跨距受制于結(jié)構(gòu)尺寸的限制，同時(shí)也受到門(mén)體尺寸重量的影響，在可能的情況下，盡可能的加大；導(dǎo)桿直徑、導(dǎo)向長(zhǎng)度，從而保證其運(yùn)動(dòng)性能。