专利名称：一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种机械平台升降的设计方法，具体涉及一种三级丝杠联动的机械平
台升降的设计方法，属于真空机械技术领域。
背景技术：
机械升降平台是工程施工中常用的一种机械装置，其常用的升降方法有液压法、 气压法和机械法。液压法有较大的顶升力，且有良好的自锁性，但其结构复杂，维修困难； 气压法虽然自锁性能好，但顶升力小，几乎不能带负荷上升，只能在上升后再承受负荷。另 外，真空环境因为其特有的优点，越来越多的应用在产品的生产和加工中。例如航空航天产
品中零部件的焊接，在真空环境下可以有效地减少气孔、焊缝氧化等缺陷。真空环境下的升 降平台只能采用真空润滑脂进行润滑，而不能采用其他介质，这一特定的润滑形式也限制 了液压法和气压法的使用。机械法因为结构简单，维修方便，不存在液体或者气体泄漏等问 题，获得了广泛的应用。 美国专利N2 . 4809814(ST-GERMAIN J.)，在它们所公开的平台装置中，利用一组液 压操纵推杆和钩形件来移动平台，将该钩形件设计并安置成与桅杆内的体积相啮合，以便 提升平台。美国专利N2 s. 4293054 (PIERI)和4294332 (READY)，它们所公开的平台装置包 括两根桅杆，利用齿轮使工作台沿着该两根桅杆上下移动，该齿轮由电动机并经由合适的 传动装置驱动。该齿轮与安装在桅杆的杆形成部分上的相应齿条啮合。中国专利公开号 CN1451600A，公开了一种以光滑的心柱作为被升降物体的直接作用体，用与心柱轴向成一 定夹角的斜平面以及心柱面形成的斜槽夹放滚柱并靠滚柱施予的摩擦力实现自锁。中国专 利公开号CN1354121A，公开了一种剪撑式恒转矩匀速升降台，在驱动装置作用下，两个剪撑 臂绕主轴转动，从而使平台起落。 尽管所有这些现有的平台升降装置及方法都非常有效，但这些技术中都涉及到了 起导向作用的桅杆或者心柱，由于上述零部件的存在，整个升降装置自身的高度就会很高， 装置升降高度与自身高度比很小；剪撑式升降台升降高度也和装置自身体积有关，当工作 高度要求很高的时候，装置也会非常庞大。同时，上述升降方法的升降精度都比较低，不能 满足对定位和运动精度有较高要求的情况下使用。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有平台升降装置的升降精度低的问题，提出了一种三
级丝杠联动的机械平台升降的设计方法。 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。 本发明的一种三级丝杠联动的机械平台包括安装底板、驱动接口、工作平台、两 个圆锥齿轮、长齿齿轮、活动齿轮、具有内外牙的双丝杠、中心丝杠、丝杠套、螺钉、六角螺 栓、校正轴和两个套筒；其连接关系为驱动接口通过轴承安装在与安装底板成一体的立 面上、工作平台通过六角螺栓与丝杠套连接、第一个圆锥齿轮通过键与驱动接口上的轴连接，此圆锥齿轮与第二个圆锥齿轮组成一对齿轮副，并通过轴承安装在与安装底板垂直的
轴上、长齿齿轮通过六角螺栓与第二个圆锥齿轮固连在一起，只有外牙的中心丝杠垂直固
定安装在底板上，具有内外牙的双丝杠与中心丝杠组成一对运动副，活动齿轮通过紧定螺
钉与双丝杠固连在一起，只有内牙的丝杠套与双丝杠组成一对运动副；天线式导向柱由校
正轴和两个套筒组成，其中，第一个套筒垂直安装在安装底板上，第二个套筒嵌套在第一个
套筒内，校正轴嵌套在第二个套筒内，且与工作平台采六角取螺栓连接。 本发明的一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，其具体实施步骤如下 1)设机械平台自身高度为h，升降高度为L，根据机械平台升降高度的需要，由
1. 2《L/h《2计算机械平台自身高度，各级丝杠的长度比机械平台自身高度小30
70mm 5 2)三级丝杠互相配合，组成双丝杠运动副；
3)控制机械平台的传动比；
4)选择驱动方式； 5)驱动方式的旋转运动通过相应的齿轮传动副传递到双丝杠副；
6)三级丝杠联动并带动机械平台作升降运动；
7)机械平台的导向采用天线式结构。 所述步骤2)中三级丝杠为中心丝杠、双丝杠和丝杠套；其中，双丝杠与丝杠套配 合组成一对丝杠运动副，中心丝杠与双丝杠组成双丝杠配合组成一对丝杠运动副；
所述步骤2)中双丝杠运动副包括一对左旋丝杠运动副和一对右旋丝杠运动副；
所述步骤3)中，为了精确控制平台定位和运动精度，设置机械平台传动比为 1 : 4 1 : 16，平台升降速度为0. 05 2mm/r ; 所述步骤4)中驱动方式可以根据工作需要选取手动驱动或者电机驱动；
所述步骤5)中相应齿轮传动副为圆锥齿轮副和直齿齿轮副；其中，运动方向经过 圆锥齿轮副传动后，由水平方向变为垂直方向，运动方向改变90。；驱动力通过直齿齿轮副 传动后传递到双丝杠副； 所述步骤6)中三级丝杠联动是指双丝杠副同时工作；运动传递到具有内外牙的 双丝杠，双丝杠螺旋运动一方面使其自身沿着中心丝杠运动，另一方面，又带动丝杠套沿着 其运动； 所述步骤7)中天线式结构导向柱随着机械平台的上升或者下降作台阶式运动。
有益效果 (1)本发明在保证整个机械平台高度最小的情况下，可以获得为自身高度一倍多 的升降高度，大于公知技术中的其他方法；采用该技术研制的机械升降平台体积小，结构紧 凑，可以满足较小空间的升降平台作业要求； (2)本发明采用三级丝杠互相配合，以双丝杠运动副的形式联动，装置在运动过程
中的定位精度和运动精度高，可以应用于对定位和运动精度要求高的情况下； (3)本发明既可以采用液体润滑，也可以采用固体润滑，使用范围大；当采用真空
润滑脂作为各个运动部件的润滑介质时，有效地避免了液压、气压法的缺点，可以使升降装
置直接应用于真空环境下，扩展了机械升降平台的使用领域。
图1为平台升降装置最低工作位置时的示意图；
图2是图1的俯视图； 图3为平台升降装置最高工作位置时的示意图； 其中，1-安装底板、2_驱动接口 、3-工作平台、4-圆锥齿轮、5_圆锥齿轮、6_长齿 齿轮、7-活动齿轮、8_具有内外牙的双丝杠、9-中心丝杠、10-丝杠套、ll-螺钉、12-六角螺 栓、13-校正轴、14-套筒、15-套筒。
具体实施例方式
下面接合附图和实施例对本发明作进一步说明，图1为平台升降装置最低工作位 置时的示意图；图2是图1的俯视图；图3为平台升降装置最高工作位置时的示意图；其中， 1-安装底板、2_驱动接口 、3-工作平台、4_圆锥齿轮、5_圆锥齿轮、6_长齿齿轮、7_活动齿 轮、8_具有内外牙的双丝杠、9_中心丝杠、10-丝杠套、11-螺钉、12-六角螺栓、13-校正轴、 14-套筒、15-套筒。
实施例1 1)机械平台升降高度为600mm，根据机械平台L/h取值范围为1. 2《L/h《2，即 300《h《500 ;设计机械平台自身高度为400mm，中心丝杠9、双丝杠8的长度均为330mm， 丝杠套10的长度为310mm，其他附件的总厚度为100mm，天线式导向轴长度与丝杠长度相 同，如图l所示； 2)三级丝杠的牙距均为lmm，且互相配合组成双丝杠运动副； 3)设计机械平台的传动比为1 : 5，机械平台上升速度为2mm/r ; 4)机械升降平台通过安装底板1固定在工作台面上，利用真空润滑脂对各个传递
部件进行润滑； 5)选择手动驱动方式提供动力，并加载在驱动接口 2上； 6)运动方向经过圆锥齿轮4和圆锥齿轮5组成的齿轮副传动后，由水平方向变为 垂直方向，运动方向改变90° ;驱动力通过直齿齿轮6和活动齿轮7组成的直齿齿轮副传 动后传递到双丝杠副； 7)双丝杠8在活动齿轮7的带动下一起运动，双丝杠8的螺旋运动使其自身沿着 中心丝杠9作上升运动，另一方面，又同时带动丝杠套IO沿着其作上升运动；
8)随着工作平台3的上升，天线式导向柱一起上升，校正轴13到达末端以后，套 筒14校正轴13的带动下接着上升，套筒14到达末端以后，继续带动套筒15接着上升，进 行台阶式运动；9)机械平台上升600mm，即整个装置高度为1000mm时达到工作高度，如图3所示，
此时停止驱动，利用丝杠自身的特点锁死。 机械平台上升高度为机械平台自身高度的1. 5倍。 实施例2 D机械平台升降高度为800mm，根据机械平台L/h取值范围为1. 2《L/h《2，即 400《h《667 ;设计机械平台自身高度为500mm，中心丝杠9、双丝杠8的长度均为430mm， 丝杠套10的长度为410mm，其他附件的总厚度为100mm，天线式导向轴长度与丝杠长度相同，如图l所示； 2)三级丝杠的牙距均为1. 5mm，且互相配合组成双丝杠运动副； 3)设计机械平台的传动比为1 : IO，机械平台上升速度为3mm/r ; 4)机械升降平台通过安装底板1固定在工作台面上，利用真空润滑脂对各个传递
部件进行润滑； 5)选择步进电机驱动方式提供动力，并加载在驱动接口 2上；
6)运动方向经过圆锥齿轮4和圆锥齿轮5组成的齿轮副传动后，由水平方向变为 垂直方向，运动方向改变90° ;驱动力通过直齿齿轮6和活动齿轮7组成的直齿齿轮副传 动后传递到双丝杠副； 7)双丝杠8在活动齿轮7的带动下一起运动，双丝杠8的螺旋运动使其自身沿着 中心丝杠9作上升运动，另一方面，又同时带动丝杠套IO沿着其作上升运动；
8)随着工作平台3的上升，天线式导向柱一起上升，校正轴13到达末端以后，套 筒14校正轴13的带动下接着上升，套筒14到达末端以后，继续带动套筒15接着上升，进 行台阶式运动；9)工作平台3上升800mm，即整个装置高度为1300mm时达到工作高度，如图3所
示，此时停止驱动，利用丝杠自身的特点锁死。 机械平台上升高度为机械平台自身高度的1. 6倍。
权利要求
一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，该机械平台包括安装底板、驱动接口、工作平台、两个圆锥齿轮、长齿齿轮、活动齿轮、具有内外牙的双丝杠、中心丝杠、丝杠套、校正轴和两个套筒，其特征在于1)设机械平台自身高度为h，升降高度为L，根据机械平台升降高度的需要，由1.2≤L/h≤2计算机械平台自身高度，各级丝杠的长度比机械平台自身高度小30～70mm；2)由中心丝杠、双丝杠和丝杠套组成的三级丝杠互相配合，组成双丝杠运动副；3)控制机械平台的传动比；4)选择驱动方式；5)驱动方式的旋转运动通过圆锥齿轮副和直齿齿轮副传递到双丝杠副；6)控制双丝杠副同时工作并带动机械平台作升降运动；7)机械平台的导向采用天线式结构。
2. 根据权利要求1所述的一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，其特征在 于步骤2)中双丝杠与丝杠套配合组成一对丝杠运动副，中心丝杠与双丝杠组成双丝杠配 合组成一对丝杠运动副。
3. 根据权利要求1所述的一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，其特征在 于步骤2)中双丝杠运动副包括一对左旋丝杠运动副和一对右旋丝杠运动副。
4. 根据权利要求1所述的一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，其特征在于步骤3)中机械平台的传动比为1 : 4 16，平台升降速度为0. 05 2mm/r。
5. 根据权利要求1所述的一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，其特征在 于步骤4)中驱动方式为手动驱动或者电机驱动。
全文摘要
本发明涉及一种机械平台升降的设计方法，具体涉及一种三级丝杠联动的机械平台升降的设计方法，属于真空机械技术领域。使用三级丝杠互相配合，组成双丝杠运动副然后控制整个装置的传动比，通过相应的齿轮传动副传递到双丝杠副使三级丝杠联动并带动机械平台作升降运动。本发明获得为自身高度两倍的升降行程，采用该技术研制的机械升降平台体积小，结构紧凑，定位精度高，可以采用液体润滑，也可以采用固体润滑，使用范围大。
文档编号B66F7/14GK101734575SQ20091025930
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者何俊, 张永和, 张涛, 李立善 申请人:中国航天科技集团公司第五研究院第五一○研究所