电动缸选型说明

1概述
此装置用于完成某设备的高低动作，从而进行此姿态稳定伺服高低机（以下简称高低机）的设计。

2主要技术指标
2.1性能指标
1)推力：不小于5000N；
2)初始安装长度：791±1mm；
3)跨距：520mm；
4)最长长度：≥1369mm（前连接耳处的螺纹可实现调节）；
5)速度：8mm/s；
6)额定电压：24VDC、36VDC、48VDC；
2.2环境适应性
1)-40℃-55℃正常工作；
2)淋雨试验：6mm/h；
3)冲击实验：加速度30g；
4)三防要求：湿热、盐雾、霉菌；
5)符合空投和空载运输要求。

2.3组成和功能要求
2.3.1组成
此装置由左右高低机、蜗轮蜗杆箱、行星减速器、直流伺服电机、传动轴、手摇装置等组成。

其中高低机主要包含缸筒、滚珠丝杠副、推杆等。

其结构布局图如下图所示：
2.3.2功能要求
1) 机械自锁；
2）手摇机构具备两种速度，手摇速比1:1和1:2；
3)手旋螺母微调及锁紧功能。

3总体技术设计
3.1结构组成
本次设计中将高低机分为三大部分，分别是：伺服电机、蜗轮蜗杆箱、缸体等。

缸体主要包括滚珠丝杠副、轴承组、推杆、缸筒等。

3.2工作原理
工作原理为：伺服电机旋转，通过减速器、蜗轮蜗杆传动机构带动丝杠副旋转；丝杠螺母径向限位，在丝杠旋转力矩的驱动下，丝杠螺母与电动高低机推杆一起做往复直线运动。

4主要部件的选型计算
4.1滚珠丝杠副
根据技术协议中额定推力不小于5000N ，满载速度不小于8mm/s 的要求对电动缸使用的滚珠丝杠副进行选型计算。

选择某公司生产的某型号滚珠丝杠副，该丝杠副的基本额定动载荷为[Ca]=15400N 、基本额定静载荷为[Coa]= 33100N ，导程P h =6mm 。

1）滚珠丝杠副额定寿命校核
螺母的予紧力为：[]a 0.060.0615400924O F C N =⋅=⨯= 轴向动载荷为：a o a 50009245924F F F N =+=+=动
计算丝杠副理论要求总转数为：466402
210 5.12105
L ⨯=⨯⨯
=⨯理论圈 计算丝杠副实际额定寿命（总转数）为：
3
3
66615400101010.2101.25924a w a C L L f F ⎛⎫⎛⎫=⨯=⨯≈⨯ ⎪ ⎪⋅⨯⎝⎭⎝⎭
理论总圈＞
根据计算结果可知丝杠副额定寿命可以满足使用要求。

2）滚珠丝杠副临界压缩载荷的校核（验算压杆稳定性） 根据公式计算可知滚珠丝杠副临界压缩载荷
4444
2222
15××101010976500l 720
d Fc n N N ==⨯⨯=＞50 满足要求 3）滚珠丝杠副极限转速
c
n 的校验
根据公式计算可知滚珠丝杠副极限转速
7
7
1
22
2
81015.11093200360
c a
d n rpm rpm λ=⋅
⨯=⨯⨯=＞96 满足要求 综上计算，该型号滚珠丝杠副可以满足使用要求。

4.2 电机选择
1) 滚珠丝杠副所需转矩计算
依照技术要求，电动高低机需产生不小于5000N 的推力，满载工作速度不小于88mm/s ，结合丝杠副导程，计算丝杠副转速为：
h 60v 608
n 80P 6
rpm ⨯=
=≈丝杠 丝杠副的效率：
20.950.980.920.83
ηηηη=⋅⋅=⨯⨯≈丝杠导轨滚珠滚子轴承
丝杠副的额定输出动转矩为：
50000.006
4.822h a F P T N m ππ
⋅⨯=
=≈⋅动丝杠输出 丝杠副的额定输入动转矩为：
4.8
5.80.83
T T N m η=
=
≈⋅丝杠输出
丝杠输入丝杠
2) 伺服电机的转矩计算 整个减速传动环节的效率：
电机需输出转矩为： 5.823320.381/3
T T N m i η⨯=
=≈⋅⨯⨯丝杠输入电机输出
减速
电机需输出转速为：80X32/3=854rpm 电机详细参数见下表：
4.3增速器
增速器输入扭矩3N ·m ，减速比为3，输出转速为2560rpm 。

根据以上技术指标选择浩普实业KF40减速器，详细参数见下表：
0.40.960.38
ηηη==⨯≈减速增速器蜗轮蜗杆
4.4手传动端结构设计
根据客户要求手动端设计为两种减速比，分别为1：1,1:2 传动比为1时手传动扭矩为
12
11.6
1.0.40.96321
T T N m i i ηη=
=
≈⨯⨯⨯螺杆输入
手传动增速器蜗轮蜗杆
传动比为2时手传动扭矩为
12
11.6
2.0.40.96320.5
T T N m i i ηη=
=
≈⨯⨯⨯螺杆输入
手传动增速器蜗轮蜗杆
5产品保证设计
5.1可靠性设计
电缸本着安全、可靠的方针进行设计，根据已有的成熟产品的设计经验，结合总体单位的需要来完成该产品的设计，并在设计中采取以下措施来提高高低机的可靠性。

1）采用标准化设计，外购件全部采用标准化专业厂家生产的优质配件。

2）关键配件如滚珠丝杠、深沟球轴承、圆锥滚子轴承等均采用质量最优的专业化生产
厂家的优质产品。

3）关键部件的主要参数均选用足够的安全系数。

4）考虑到高低机防水、防尘等功能要求，对外露的高低机等部件均做了全密封的设计，
从而提高了产品可靠性。

5.2维修性设计
1）采用模块化设计，提高零部件、元器件的通用性；
2）在高低机总体布局上，充分考虑使用维护的方便性和可达性。

5.3安全性设计
根据高低机安全性的要求，在设计中采取了以下措施：
1）电缸采用全封闭的连接方式，保证了电缸具有防水、防尘的防护能力，提高了使用
的安全性。

2）在设计上保证产品结构具有足够的强度和刚度，在关键部位采用必要的加强措施，
以提高产品的安全性。

3）在高低机传动部分的设计上，采用蜗轮蜗杆传递扭矩，从而实现机械自锁，保证了整个传动装置的安全性。

6 设计结果满足设计技术要求的程度
通过对该高低机设计的理论计算，指标达到情况见表6.1
7结论
高低机是用于新型军用设备的的重要部件，为了适应复杂恶劣环境和实战需求，经与总体单位的技术人员反复协商，采取了一系列措施,全面满足了总体提出的各项技、战术要求，其主要设计参数经过充分计算、分析，关键技术已有相应的解决措施，元器件供应有保障，方案合理可行。