摘　要　屏蔽門的開啟和關(guān)閉是由高速絲杠副傳動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。要求該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的傳動(dòng)精度及較長(zhǎng)的使用壽命。高速絲杠副傳動(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)是對(duì)以前的絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的改進(jìn)，可以解決高速絲杠傳動(dòng)中絲杠因負(fù)載、變形、安裝誤差等造成的傳動(dòng)、偏差及使用壽命等問(wèn)題。 關(guān)鍵詞　屏蔽門，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，高速絲杠，無(wú)偏載傳動(dòng) 城市軌道交通站臺(tái)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(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這就要求該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有很高的傳動(dòng)精度和較長(zhǎng)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(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)的改進(jìn)。 1 　原機(jī)構(gòu)的工作原理及存在的問(wèn)題 圖1 為屏蔽門原來(lái)的高速絲杠副傳動(dòng)機(jī)構(gòu)示意圖。該機(jī)構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副，絲杠（2） 外表套有耐磨螺母（1） ，絲杠通過(guò)聯(lián)軸與電機(jī)軸聯(lián)接，螺母（1） 和門掛板（5） 通過(guò)夾板（3） 以及鉸鏈機(jī)構(gòu)（4） 連接起來(lái)，門扇（6） 與門掛板（5） 通過(guò)螺栓連接。當(dāng)電機(jī)開始工作時(shí)，絲杠（2） 可在電機(jī)帶動(dòng)下轉(zhuǎn)動(dòng);套在絲杠外面的被螺牙嚙合的螺母隨之做直線運(yùn)動(dòng)，在連接叉與鉸鏈機(jī)構(gòu)的帶動(dòng)下，從而使一對(duì)門掛板（5） 和門扇（6） 跟著做開關(guān)門運(yùn)動(dòng)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)該機(jī)構(gòu)在手動(dòng)開關(guān)門的時(shí)候，需要費(fèi)比較大的人力;而且在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其運(yùn)動(dòng)不是很平穩(wěn)，傳動(dòng)阻力大，存在著較大的運(yùn)動(dòng)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(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)示意圖[/align] 圖2 為手動(dòng)推門的示意圖。當(dāng)如圖所示施加人力給門扇（3） 時(shí)，必然會(huì)對(duì)絲桿（1） 的軸心A 點(diǎn)產(chǎn)生一個(gè)力矩，這個(gè)力矩迫使絲杠（1） 和螺母（2） 在B 點(diǎn)產(chǎn)生很大的阻力，從而使人所施加的外力會(huì)增加。也就是說(shuō)人需要很大的力才能將門扇（3） 打開或者關(guān)閉。同時(shí)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(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中運(yùn)動(dòng)不是很平穩(wěn)、運(yùn)動(dòng)噪聲較大等現(xiàn)象。由于在安裝過(guò)程存在著安裝誤差，一旦門掛板（5） 和門扇（6） 在安裝時(shí)導(dǎo)軌面（7） 沒(méi)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(gè)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生偏載，從而造成阻力大、運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)、噪聲較大等現(xiàn)象。 [align=center] 圖2 　手動(dòng)推門的示意圖鏈[/align] 2 　機(jī)構(gòu)的改進(jìn) 根據(jù)以上分析的原因，對(duì)機(jī)構(gòu)做了改進(jìn)。圖3是改進(jìn)后的絲杠副傳動(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)的示意圖。該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)采用高速多頭大導(dǎo)程非自鎖絲杠螺母?jìng)鲃?dòng)副，不銹鋼絲杠（13） 外表套有耐磨螺母（2） 、（4） ，無(wú)刷電機(jī)和絲杠（13） 通過(guò)聯(lián)軸器無(wú)減速直接聯(lián)接。門扇（12） 成對(duì)聯(lián)接在門掛板（10） 、（11） 上，門掛板（10） 、（11） 通過(guò)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(yùn)動(dòng)間隙通過(guò)掛車（15） 調(diào)整。耐磨螺母（2） 、（4） 和一對(duì)門掛板（10） 、（11） 都采用無(wú)偏載機(jī)構(gòu)，無(wú)偏載機(jī)構(gòu)采用叉形鉸鏈無(wú)偏載機(jī)構(gòu)，連接叉（5） 上的可轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的連接軸（7） 與具有活動(dòng)關(guān)節(jié)的鉸（8） 通過(guò)銷軸（9） 連接在左掛板（10） 及右掛板（11） 上。 [align=center] 圖3 　改進(jìn)后的屏蔽門高速絲杠副傳動(dòng)無(wú)偏載機(jī)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(méi)有任何約束的情況下，螺母（4） 有6 個(gè)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(yùn)動(dòng)。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(dòng)，帶動(dòng)螺母（4） 做直線運(yùn)動(dòng)，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(duì)于門掛板（10） 不能做X 軸方向的直線運(yùn)動(dòng)，所以無(wú)偏載機(jī)構(gòu)限制了螺母（4） 在X 軸方向的2 個(gè)自由度。Y 軸上，由于連接叉（5） 上的可轉(zhuǎn)動(dòng)的連接軸（7） 的作用，使得螺母（4） 可繞著Y 軸轉(zhuǎn)動(dòng);又由于鉸鏈（8） 的作用使得螺母（4） 相對(duì)于門掛板可以做Y 軸方向的直線微量平移運(yùn)動(dòng)。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(duì)于門掛板可以做Z 軸方向的直線微量平移運(yùn)動(dòng)。無(wú)偏載機(jī)構(gòu)不限制螺母（4） 在Y、Z 軸方向的4 個(gè)自由度，這正是我們所希望的。這是因?yàn)榻z杠（13） 的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)螺母（4） 做直線運(yùn)動(dòng)，并通過(guò)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)和門掛裝置從而帶動(dòng)門扇運(yùn)動(dòng)。所以必須要求螺母（4） 不能轉(zhuǎn)動(dòng)以及相對(duì)于門掛板不能沿X 軸移動(dòng)。也就是說(shuō)，必須限制螺母（4） 在X 軸上2 個(gè)自由度，而不限制另外4 個(gè)自由度，是因?yàn)樵谥圃旌桶惭b絲杠和導(dǎo)軌過(guò)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(gè)自由度，螺母（4） 可以通過(guò)無(wú)偏載機(jī)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(guò)這樣的設(shè)置，來(lái)減少磨損、提高使用壽命、降低噪聲、提高傳動(dòng)精度，從而使整個(gè)系統(tǒng)能夠平穩(wěn)的運(yùn)行。 3 　實(shí)驗(yàn)結(jié)果 在對(duì)改進(jìn)后的門機(jī)進(jìn)行了100 萬(wàn)次的壽命實(shí)驗(yàn)后，發(fā)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)、傳動(dòng)精度高、噪聲較低。該機(jī)構(gòu)在手動(dòng)開關(guān)門的時(shí)候，也不需費(fèi)較大的人力就可以將門輕松打開或關(guān)閉。這說(shuō)明改進(jìn)后的機(jī)構(gòu)能滿足使用要求。 螺母齒形變化簡(jiǎn)圖試驗(yàn)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(cè)量不出磨損;雖有磨損，但可繼續(xù)使用。門機(jī)經(jīng)累計(jì)運(yùn)行無(wú)故障100 萬(wàn)次工作循環(huán)周期后，所有零部件仍可繼續(xù)使用，各項(xiàng)性能不變。 [align=center] 圖4[/align] 4 　結(jié)語(yǔ) 改進(jìn)后的傳動(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)通過(guò)高速多頭非自鎖絲杠螺母副，不僅實(shí)現(xiàn)將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變成門扇的直線運(yùn)動(dòng)，而且能夠滿足運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、低噪聲、壽命長(zhǎng)的要求。采用電機(jī)與絲杠無(wú)減速直接聯(lián)接，減少了運(yùn)動(dòng)噪聲，提高了門機(jī)的傳動(dòng)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(jiǎn)化了門機(jī)機(jī)構(gòu)。螺母與門掛裝置采用無(wú)偏載杠受力狀況，提高運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性，延長(zhǎng)使用壽命，減機(jī)構(gòu)聯(lián)接可以使門機(jī)的性能更優(yōu)，無(wú)偏載機(jī)構(gòu)限制少運(yùn)動(dòng)噪音。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，改進(jìn)后的屏蔽門高速螺母6 個(gè)自由度中的2 個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)，從而消除因絲杠副傳動(dòng)無(wú)偏載機(jī)構(gòu)能滿足使用要求。