吳慧　孔澤慧

摘 要：以舉升機(jī)自動干燥控制箱執(zhí)行機(jī)構(gòu)為設(shè)計目標(biāo)，確定各項參數(shù)，設(shè)計機(jī)械結(jié)構(gòu)，運用現(xiàn)代輔助設(shè)計軟件展開三維建模及動態(tài)仿真，根據(jù)結(jié)果改進(jìn)，以提高干燥箱的設(shè)計的可靠性，實現(xiàn)對舉升機(jī)控制箱內(nèi)部電路及敏感電器元件的干燥性保護(hù)，以提高汽車舉升作業(yè)的安全性。

關(guān)鍵詞：防潮 舉升機(jī) 控制箱 機(jī)構(gòu) 設(shè)計仿真

1 引言

在潮濕的環(huán)境中使用汽車舉升機(jī)的過程中，容易造成舉升機(jī)控制箱內(nèi)控制單元電腦板絕緣電阻值降低，導(dǎo)致電路的虛接和短接，從而出現(xiàn)舉升機(jī)自動上升或自動下降、不受點動控制等危險情況。在我國氣候潮濕的南方地區(qū)，設(shè)計的帶防潮與自動干燥功能的舉升機(jī)控制箱對安全作業(yè)有著重要意義。本文在防潮與自動干燥舉升機(jī)裝置整體研究方案的基礎(chǔ)上[1]，進(jìn)行舉升機(jī)防潮與自動干燥控制箱（執(zhí)行機(jī)構(gòu)）的設(shè)計與仿真研究。

2 防潮與自動干燥舉升機(jī)裝置控制箱的結(jié)構(gòu)和基本組成

市面上常用的剪式舉升機(jī)控制箱內(nèi)部總空間約為85*35*30cm，在控制箱箱體和箱蓋接觸面均添加有密封條，以加強(qiáng)現(xiàn)有舉升機(jī)控制箱的密封性，同時通過加設(shè)置防潮與自動干燥控制箱，達(dá)到防潮與自動干燥的目的。（如無特殊說明，以下提及的控制箱均指加設(shè)置的防潮與自動干燥功能的控制箱）。控制箱是控制系統(tǒng)的執(zhí)行模塊，受控制系統(tǒng)信號控制，執(zhí)行機(jī)構(gòu)6接受信號從而控制干燥箱風(fēng)門板7的開合。防潮與自動干燥舉升機(jī)裝置控制箱整體結(jié)構(gòu)[2]如圖2所示。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)主要由執(zhí)行機(jī)構(gòu)箱體、步進(jìn)電機(jī)、齒輪齒條機(jī)構(gòu)及兩塊風(fēng)門組成，風(fēng)門板用銷釘固定于齒條兩端，風(fēng)門板中間段也由滑動銷釘限定于隔板相對位置上，以風(fēng)門板上滑槽長度為限制風(fēng)門板的極限開合大小角度，當(dāng)齒條拉動風(fēng)門板的時候滑槽實現(xiàn)限制只可滑動的風(fēng)門板實現(xiàn)風(fēng)門板一端可以伸長，構(gòu)成由電機(jī)帶動的簡易滑動雙搖臂四桿機(jī)構(gòu)。如圖2所示。

3 防潮與自動干燥舉升機(jī)裝置控制箱的設(shè)計

3.1 步進(jìn)電機(jī)的選用

齒輪由電機(jī)帶動控制，因?qū)τ诟叨炔怀^300mm，轉(zhuǎn)速要求不高但工作有一定的精度要求，因此采用57mm二相式閉環(huán)步進(jìn)電機(jī)。

3.2 隔板尺寸選定

根據(jù)鋁及鋁合金板材的尺寸及允許偏差規(guī)定[3]：薄板的厚度定在0.3-0.4mm之間，厚板一般大于4.0mm，考慮隔板上可能會有油箱或泵體等重物，預(yù)設(shè)隔板厚度為5.0m。隔板因電子吸濕卡的高度設(shè)定為距離箱底50mm的高度，預(yù)留出后側(cè)風(fēng)門板的開合與油管布置（約15mm）所需的空間，所以設(shè)定隔板與箱體后板的距離在65-70mm之間。隔板前側(cè)因風(fēng)門板的緣故也因減少5-10mm為風(fēng)門般的運動提供空間。綜上，隔板的尺寸初選為330*240*5mm。

3.3 風(fēng)門雙搖臂尺寸的初選

風(fēng)門板在打開極端及閉合極端上都為靜止?fàn)顟B(tài)，在圖3中，桿件BD都屬于典型二力桿結(jié)構(gòu)[4]，由此初定風(fēng)門板厚度為10mm，風(fēng)門板的開合角度為30°≤α≤90°，風(fēng)門板作用長度（C下部分）為50mm，齒條控制力臂（BD）為20mm，根據(jù)齒條A點移動到B點的過程，確定CD段開槽的長度。

欲使齒條在不變形的情況下的平移運動以帶動兩塊風(fēng)門板的開合運動無法實現(xiàn)，所以采用滑槽設(shè)計，使風(fēng)門板在打開時可以進(jìn)行滑動以加長CB段的長度達(dá)到設(shè)計所需的開合角度?？紤]到開孔距離5mm和滑槽中心與板邊緣距離約5mm，所以齒條全長約為45mm。

4 齒輪齒條的選用

齒輪模數(shù)的選擇以GB/T1357-1987中規(guī)定的齒輪模數(shù)為選定標(biāo)準(zhǔn)，如表1：

齒輪的工作環(huán)境為半開式，擁有簡單的防護(hù)罩，可相對隔絕外界。但半開式齒輪傳動主要為磨損失效，為使齒輪不至于過小，故取齒數(shù)Z=17-20，為免于根切，壓力角為20°的標(biāo)準(zhǔn)直齒圓柱齒輪齒數(shù)應(yīng)該大于17，故首先選取模數(shù)第一系列m=2，選用常用壓力角為20°，齒數(shù)選擇Z1=30，則分度圓直徑d=60，齒條齒數(shù)設(shè)為Z2=∞。齒輪的精度等級，根據(jù)規(guī)定的12個等級中7-8級為一般機(jī)械常用。然本設(shè)計中齒輪精度要求不高采用的低速直齒圓柱輪，精度等級可用7級。

因為所需轉(zhuǎn)速不高，工作條件所要求沖擊性不高，在選材上，齒輪、齒條采用40Cr調(diào)質(zhì)處理[5]。

5 控制箱執(zhí)行機(jī)構(gòu)的仿真分析

利用CATIA 軟件根據(jù)上述設(shè)計數(shù)據(jù)對控制箱執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行關(guān)鍵零部件的繪制。

5.1 控制箱體隔板與凸臺

隔板處與中層隔板同高位置有半徑為2mm長度為5mm的凸臺作為銷釘用于限制風(fēng)門板運動位置。

5.2 風(fēng)門板模型及參數(shù)

板長330mm寬60mm厚度10mm兩側(cè)開槽長14mm寬4mm深5mm，開槽位置位于板正中間，上端距離風(fēng)門板上沿10mm，風(fēng)門板下側(cè)做有斜角角度70°，底端留有3.59mm平未被切削的板材，該設(shè)計可使板材質(zhì)量減輕且開合過程更加順暢避免出現(xiàn)卡頓，斜角板上端凸臺如圖6。

凸臺高15mm寬10mm厚度10mm兩凸臺間距14mm，凸臺一邊與下端板材并齊，凸臺的開孔直徑為5mm，于凸臺上和側(cè)邊距離5mm，凸臺上端做有倒圓角。該圖中所示為前板，后板參數(shù)于前板相同。

5.3 齒輪齒條

齒輪齒條機(jī)構(gòu)中齒輪模數(shù)為2mm，分度圓直徑d=60mm，壓力角20°，齒數(shù)z=30，中間開孔15mm，齒條底座長236mm高8mm厚14mm兩端凸臺為銷釘開孔直徑為5mm，距離端面為5mm底座兩端面做圓角處理。

5.4 零件總體裝配圖

6 DMU運動機(jī)構(gòu) 運動仿真

6.1 平面機(jī)構(gòu)運動條件

控制箱執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以看作簡單平面滑動鉸鏈機(jī)構(gòu)，如若要使機(jī)構(gòu)能夠穩(wěn)定運動，則必須對該機(jī)構(gòu)的自由度進(jìn)行分析。機(jī)構(gòu)的自由度因該等于其原動件數(shù)，若原動件數(shù)量低于自由度數(shù)，則該機(jī)構(gòu)至少存在一個不確定運動，如若大于則該機(jī)構(gòu)必定會在薄弱部位破壞。

由上述為基礎(chǔ)計算平面機(jī)構(gòu)的自由度：

6.2 機(jī)構(gòu)的運動

對該機(jī)構(gòu)運動部分添加適當(dāng)?shù)倪\動副，如圖11，達(dá)到catia中自由度為0在上述表達(dá)式中視為F=1。表示該機(jī)構(gòu)可以運行。

設(shè)置齒輪齒條為原動件，由齒輪帶動齒條移動，如圖12。圖13表示在50步時，齒條的移動距離狀態(tài)和兩側(cè)風(fēng)門板開合轉(zhuǎn)動角度。由圖看出運動平穩(wěn)但曲線相較于齒條運動線對稱不高，說明兩側(cè)板運動不對稱出現(xiàn)些許偏差，該偏差或許會導(dǎo)致板開合不嚴(yán)導(dǎo)致由有縫隙影響干燥干燥箱環(huán)境以影響干燥效果。解決方法是將板開合上限與下限位置貼放密封條，使板運動和停止過程中保持貼合，達(dá)到較為理想的密封效果。

7 結(jié)語

在南方潮濕地區(qū)開展舉升機(jī)防潮與自動干燥裝置的研究具有重要意義，本文主要針對舉升機(jī)控制箱及其執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計和仿真，初步完成了該裝置的硬件設(shè)計工作，也為該裝置的控制系統(tǒng)研究奠定了基礎(chǔ)。

基金項目：廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目（2021KY1079）。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅婷劼，劉港，吳慧.帶自動防潮干燥控制系統(tǒng)的舉升機(jī)控制箱設(shè)計[J].中國設(shè)備工程，2021（11）：139-140.

[2]羅婷劼，劉港，吳慧，熊繼芬.一種舉升機(jī)用防潮自動干燥控制箱[P].中國專利：CN202020967586.X，2021.02.12.

[3]GB3194-82 鋁及鋁合金板材的尺寸允許偏差.

[4]哈爾濱工業(yè)大學(xué)理論力學(xué)教研室.理論力學(xué)Ⅰ（第八版） [M].北京：高等教育出版社，2016.9.

[5]楊可楨.機(jī)械設(shè)計基礎(chǔ)第六版[M].北京：高等教育出版社，2013.08.