摘　要　屏蔽門的開啟和關(guān)閉是由高速絲杠副傳動來實現(xiàn)的。要求該傳動機構(gòu)具有很高的傳動精度及較長的使用壽命。高速絲杠副傳動無偏載機構(gòu)是對以前的絲杠副傳動機構(gòu)的改進，可以解決高速絲杠傳動中絲杠因負(fù)載、變形、安裝誤差等造成的傳動、偏差及使用壽命等問題。 關(guān)鍵詞　屏蔽門，傳動機構(gòu)，高速絲杠，無偏載傳動 城市軌道交通站臺屏蔽門系統(tǒng)是現(xiàn)代城市地和輕軌采用的一種專用設(shè)備。屏蔽門的開啟與關(guān)閉是由高速絲桿副傳動來實現(xiàn)的，這就要求該傳動機構(gòu)具有很高的傳動精度和較長的使用壽命。本文討論的是屏蔽門系統(tǒng)中高速絲杠副傳動無偏載機構(gòu)的改進。 1 　原機構(gòu)的工作原理及存在的問題 圖1 為屏蔽門原來的高速絲杠副傳動機構(gòu)示意圖。該機構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母傳動副，絲杠（2） 外表套有耐磨螺母（1） ，絲杠通過聯(lián)軸與電機軸聯(lián)接，螺母（1） 和門掛板（5） 通過夾板（3） 以及鉸鏈機構(gòu)（4） 連接起來，門扇（6） 與門掛板（5） 通過螺栓連接。當(dāng)電機開始工作時，絲杠（2） 可在電機帶動下轉(zhuǎn)動;套在絲杠外面的被螺牙嚙合的螺母隨之做直線運動，在連接叉與鉸鏈機構(gòu)的帶動下，從而使一對門掛板（5） 和門扇（6） 跟著做開關(guān)門運動。在實驗過程中，發(fā)現(xiàn)該機構(gòu)在手動開關(guān)門的時候，需要費比較大的人力;而且在整個系統(tǒng)運行過程中，發(fā)現(xiàn)其運動不是很平穩(wěn)，傳動阻力大，存在著較大的運動噪聲。下面結(jié)合圖例分析產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。 [align=center] 圖1 　屏蔽門高速絲杠副傳動無偏載機構(gòu)示意圖[/align] 圖2 為手動推門的示意圖。當(dāng)如圖所示施加人力給門扇（3） 時，必然會對絲桿（1） 的軸心A 點產(chǎn)生一個力矩，這個力矩迫使絲杠（1） 和螺母（2） 在B 點產(chǎn)生很大的阻力，從而使人所施加的外力會增加。也就是說人需要很大的力才能將門扇（3） 打開或者關(guān)閉。同時由于絲杠（1） 和螺母（2） 之間存在著較大的阻力，絲杠與螺母之間的磨損必然比較嚴(yán)重。從而造成整個系統(tǒng)在運行過程中運動不是很平穩(wěn)、運動噪聲較大等現(xiàn)象。由于在安裝過程存在著安裝誤差，一旦門掛板（5） 和門扇（6） 在安裝時導(dǎo)軌面（7） 沒有與絲杠（2） 的軸線平行，而螺母（1） 又不能自行調(diào)整其軸線與導(dǎo)軌面（7） 平行，從而整個系統(tǒng)在運行過程中，會產(chǎn)生偏載，從而造成阻力大、運動不平穩(wěn)、噪聲較大等現(xiàn)象。 [align=center] 圖2 　手動推門的示意圖鏈[/align] 2 　機構(gòu)的改進 根據(jù)以上分析的原因，對機構(gòu)做了改進。圖3是改進后的絲杠副傳動無偏載機構(gòu)的示意圖。該傳動機構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母傳動副，不銹鋼絲杠（13） 外表套有耐磨螺母（2） 、（4） ，無刷電機和絲杠（13） 通過聯(lián)軸器無減速直接聯(lián)接。門扇（12） 成對聯(lián)接在門掛板（10） 、（11） 上，門掛板（10） 、（11） 通過掛車（15） 和導(dǎo)軌（14） 聯(lián)接。掛車（15） 承受門扇（12） 向下垂直的重量和水平側(cè)擠壓力。門掛板（10） 、（11） 運動間隙通過掛車（15） 調(diào)整。耐磨螺母（2） 、（4） 和一對門掛板（10） 、（11） 都采用無偏載機構(gòu)，無偏載機構(gòu)采用叉形鉸鏈無偏載機構(gòu)，連接叉（5） 上的可轉(zhuǎn)動柱銷（6） 插入與耐磨螺母（2） 、（4） 聯(lián)接的法蘭（1） 及套筒體（3） 內(nèi)。連接叉用可轉(zhuǎn)動的連接軸（7） 與具有活動關(guān)節(jié)的鉸（8） 通過銷軸（9） 連接在左掛板（10） 及右掛板（11） 上。 [align=center] 圖3 　改進后的屏蔽門高速絲杠副傳動無偏載機構(gòu)示意圖[/align] 下面分析螺母的自由度受限制的情況：假設(shè)以圖3 上端的正視圖的平面作為X -Y 平面。在沒有任何約束的情況下，螺母（4） 有6 個自由度，分別是繞X、Y、Z 軸的旋轉(zhuǎn)以及在X、Y、Z 軸方向上的直線運動。首先分析X 軸的情況：假設(shè)以門掛板（10） 作為約束體，由于絲杠（13） 的轉(zhuǎn)動，帶動螺母（4） 做直線運動，而不能繞X 軸旋轉(zhuǎn);又由于連接叉（5） 上的柱銷（6） 的限制，使得螺母（4） 相對于門掛板（10） 不能做X 軸方向的直線運動，所以無偏載機構(gòu)限制了螺母（4） 在X 軸方向的2 個自由度。Y 軸上，由于連接叉（5） 上的可轉(zhuǎn)動的連接軸（7） 的作用，使得螺母（4） 可繞著Y 軸轉(zhuǎn)動;又由于鉸鏈（8） 的作用使得螺母（4） 相對于門掛板可以做Y 軸方向的直線微量平移運動。Z 軸上，由于連接叉（5） 上的柱銷（6） 的作用，使得螺母（4） 可以繞Z 軸旋轉(zhuǎn);又由于鉸鏈（8） 的作用，使得螺母（4） 相對于門掛板可以做Z 軸方向的直線微量平移運動。無偏載機構(gòu)不限制螺母（4） 在Y、Z 軸方向的4 個自由度，這正是我們所希望的。這是因為絲杠（13） 的轉(zhuǎn)動從而帶動螺母（4） 做直線運動，并通過無偏載機構(gòu)和門掛裝置從而帶動門扇運動。所以必須要求螺母（4） 不能轉(zhuǎn)動以及相對于門掛板不能沿X 軸移動。也就是說，必須限制螺母（4） 在X 軸上2 個自由度，而不限制另外4 個自由度，是因為在制造和安裝絲杠和導(dǎo)軌過程中難免存在著誤差。一旦絲杠（13） 和導(dǎo)軌（14） 稍微偏離了它們理論上平行位置，由于不限制螺母（4） 在Y、Z 方向的4 個自由度，螺母（4） 可以通過無偏載機構(gòu)上的活關(guān)節(jié)自行調(diào)整軸心，避免螺母（4） 和絲杠（13） 之間產(chǎn)生額外的偏載而增大阻力。通過這樣的設(shè)置，來減少磨損、提高使用壽命、降低噪聲、提高傳動精度，從而使整個系統(tǒng)能夠平穩(wěn)的運行。 3 　實驗結(jié)果 在對改進后的門機進行了100 萬次的壽命實驗后，發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)運行平穩(wěn)、傳動精度高、噪聲較低。該機構(gòu)在手動開關(guān)門的時候，也不需費較大的人力就可以將門輕松打開或關(guān)閉。這說明改進后的機構(gòu)能滿足使用要求。 螺母齒形變化簡圖試驗前后螺母齒形變化情況如圖4 ， 其它部件的情況：門導(dǎo)軌測量不出磨損;雖有磨損，但可繼續(xù)使用。門機經(jīng)累計運行無故障100 萬次工作循環(huán)周期后，所有零部件仍可繼續(xù)使用，各項性能不變。 [align=center] 圖4[/align] 4 　結(jié)語 改進后的傳動無偏載機構(gòu)通過高速多頭非自鎖絲杠螺母副，不僅實現(xiàn)將電機的旋轉(zhuǎn)運動變成門扇的直線運動，而且能夠滿足運動平穩(wěn)、低噪聲、壽命長的要求。采用電機與絲杠無減速直接聯(lián)接，減少了運動噪聲，提高了門機的傳動效率和可靠性， 制造、安裝、變形、負(fù)載等引起的綜合誤差，改善絲也簡化了門機機構(gòu)。螺母與門掛裝置采用無偏載杠受力狀況，提高運動的平穩(wěn)性，延長使用壽命，減機構(gòu)聯(lián)接可以使門機的性能更優(yōu)，無偏載機構(gòu)限制少運動噪音。經(jīng)過實驗證明，改進后的屏蔽門高速螺母6 個自由度中的2 個自由度運動，從而消除因絲杠副傳動無偏載機構(gòu)能滿足使用要求。