本发明属于传动装置技术领域，具体涉及一种基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构。
背景技术：
张本涛在《面向地铁门的变导程螺旋副设计与相关技术研究》一文中，提出采用变导程螺旋副代替传统的常导程螺旋丝杆作为地铁门的传动系统，从而实现地铁门的变速运动，并在地铁门的关闭位置丝杆导程为零，可实现地铁门的机械自锁，不需要再设计额外的锁闭装置，简化了地铁门系统结构，降低了地铁门的生产成本并提高了地铁门的运行可靠性。但是此方案也存在不足之处，所设计的螺旋副装置中的滚子在螺旋槽内滚动过程中受力不平衡，影响整个螺旋副结构的运行寿命。
本发明是针对地铁门的变导程螺旋副结构中的变导程丝杆销轴滚子，变导程螺旋副结构是由丝杆的螺旋运动转化为螺母的直线运动；变导程螺旋副结构是由丝杆带动滚子的轴向运动，滚子带动螺母轴向运动。滚子下端和丝杆的螺旋槽接触并在螺旋槽内滚动，滚子上端的销轴与螺母配合。此结构销轴滚子在螺旋槽内滚动过程中，滚子受到螺旋槽的力比销轴受到螺母的力大，致使销轴滚子受力不平衡，销轴滚子结构易遭破坏，影响整个螺旋副结构的运行寿命。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构，以解决滚子在螺旋槽在内滚动过程中，滚子受到螺旋槽的力比销轴受到螺母的力大，致使销轴滚子受力不平衡，销轴滚子结构易遭破坏，影响整个螺旋副结构的运行寿命的问题。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构，包括丝杆、螺母、销轴滚子和电磁体，沿丝杆的杆身外壁开有变导程的螺旋槽，实现地铁门在关闭和开启时增速匀速减速的动作，达到运行平稳目的；所述丝杆两端分别固定在地铁门的承载驱动机构的基座上，所述螺母套在在丝杆上构成螺旋副，销轴滚子和电磁体均设置在螺母内。
所述销轴滚子包括滚子和销轴，滚子与销轴一端转动连接，销轴另一端与螺母的环形内壁固连，使得滚子沿螺旋槽滚动。
所述电磁体包括同心设置的第一电磁环和第二电磁环，第一电磁环的半径大于第二电磁环的半径，第二电磁环套在销轴上，与销轴过渡配合，第一电磁环套在第二电磁环的外侧，且两者之间有一定的间隙距离，螺母通过螺旋副装置与地铁门固连。
本发明与现有技术相比，其显著优点在于：设置电磁体，用其产生的电磁力平衡销轴滚子受螺旋槽的力和销轴受螺母的力，使得整个变导程螺旋机构的运行平衡，提高其使用寿命。
附图说明
图1是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的结构示意图。
图2是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的剖视图。
图3是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的俯视图。
图4是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的电磁体结构示意图。
图5是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的结构力分析图，其中(a)是关门过程受力分析图，(b)是开门过程受力分析图。
图6是本发明基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构的plc控制接线图。
图7是本发明的滚子与丝杆接触力示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
结合图1、图2和图3，一种基于电磁力平衡的高寿命变导程螺旋机构，包括丝杆1、螺母2、销轴滚子3和电磁体4，沿丝杆1的杆身外壁开有变导程的螺旋槽5(在《面向地铁门的变导程螺旋副设计与相关技术研究》中已公开)，实现地铁门在关闭和开启时增速-匀速-减速的动作，达到运行平稳目的。所述丝杆1两端分别固定在地铁门的承载驱动机构的基座上，所述螺母2套在在丝杆1上构成螺旋副，销轴滚子3和电磁体4均设置在螺母2内，销轴滚子3包括滚子和销轴，滚子与销轴一端转动连接，销轴另一端与螺母2的环形内壁固连，使得滚子沿螺旋槽5滚动，所述电磁体4包括同心设置的第一电磁环4-1和第二电磁环4-2，第一电磁环4-1的半径大于第二电磁环4-2的半径，第二电磁环4-2套在销轴上，与销轴过渡配合，第一电磁环4-1套在第二电磁环4-2的外侧，且两者之间有一定的间隙距离，螺母2通过螺旋副装置与地铁门固连。
本发明利用电磁体4产生的电磁力来平衡销轴滚子3受螺旋槽5的力和销轴受螺母2的力，即fk＝fn＝f，以致整个变导程螺旋机构的运行平衡，提高其使用寿命。
结合图7，其中fq为滚子所受的总作用力，fn为法相作用力，这两者的关系式为：
fn＝fqcosα(1)
α为螺旋槽5与滚子的压力角。
采用地铁门的受力为研究对象，根据en14752-2005铁路设施，车厢侧门系统标准，可以查出在手动操作开门时开始所用的力为150n，在运行的过程中所用的力为75n，以此为依据进行滚子受力计算。由于滚子所受的力都是指向滚子的轴向中心，根据公式(1)计算得出滚子在结构中的受力，这里取导程不变段的α进行计算，取丝杠1转速n为
角速度ω为：
压力角为：
通过计算得到，运行过程中fn＝64n，开门的作用力fk＝fn＝127n。
电磁力f为：
f＝μ0×(iw)2×a/l0(4)
电流i，线圈匝数w，真空磁导率μ0，线圈的截面积a，两线圈之间的间距l0。
以一扇地铁门为例：
结合图4、图5和图6，地铁门关闭过程：销轴滚子3的滚子位于螺母2内，且在自锁槽中，伺服电机正转带动丝杆1旋转时对于左侧的螺母2要带动地铁门向右运动，销轴滚子3与螺旋槽5右侧壁接触并受到向左的总和力f1，第一电磁环4-1的ab线圈和第二电磁环4-2的ef线圈各通一定的互为反向电流，产生同向磁场而相斥，第一电磁环4-1的cd线圈和第二电磁环4-2的gh线圈各通一定的同向电流，产生异向磁场而吸引，销轴受到第二电磁环4-2向右的力f0，并与销轴受到螺母2向右的力形成总和力f2，平衡销轴滚子3带动螺母2向右运动，螺母2带动列车门向右运动，当列车门关闭时，电磁体4断电，丝杆1导程变为初始段，同时列车门达到自锁状态。
地铁门开启过程：销轴滚子3的滚子位于螺母2内，且在自锁槽中，伺服电机反转带动丝杆1旋转时对于右侧的螺母2要带动地铁门向左运动，销轴滚子3与螺旋槽5左侧壁接触并受到向右的总和力f3，第一电磁环4-1的ab线圈和第二电磁环4-2的ef线圈各通一定的同向电流，产生异向磁场而吸引，第一电磁环4-1的cd线圈和第二电磁环4-2的gh线圈各通一定的互为反向电流，产生同向磁场而相斥，销轴受到第二电磁环4-2向左的力f0，并与销轴受到螺母2向左的力形成总和力f4，平衡销轴滚子3带动螺母2向左运动，螺母2带动列车门向左运动，当列车门到达末端，电磁体4断电，丝杆1导程变为初始段，同时列车门达到自锁状态。
1、电磁体4要求：
(1)电磁体4的磁性有无可以用通、断电流控制；
(2)电磁体4的磁性强弱可以由电流大小控制；
(3)电磁体4的磁极方向可以由电流方向控制；
(4)电磁体4由变电流供应使用，且其电流通向由传感器与伺服电机的正反转呈相关关系；
(5)电磁体4为双层环形结构，所绕线圈从中间向两侧根据一定的疏密程度由密到疏规则缠绕；
(6)第一电磁环4-1具有一定的强度和刚度，而第二电磁环4-2需具有一定程度的柔性，但不致缺乏刚强度而损坏。
综上所述，由于本发明设置了电磁体4，用其产生的电磁力平衡滚子受螺旋槽5的力和销轴受螺母2的力，即fk＝fn＝f，使得整个变导程螺旋机构的运行平衡，提高其使用寿命。