一種機械式升降工作臺的優化設計

齊德才 姜 波 鐘 浩

(山東工業技師學院機電工程系，山東 濰坊 261053)

1 機械式升降平臺的結構與組成

機械式升降工作臺工作原理：本機械式升降工作臺是由行走機構、機械傳動機構、電動控制機構、支撐機構等組成的一種升降設備，具有重量輕、自行走、電啟動、自支腿、操作簡單、作業面大，特別是能夠跨越障礙進行高空作業等優點[1]。

其中，機械傳動機構是絲杠螺母副傳動機構，很好地利用絲杠螺母的自鎖性質；行走機構是由萬向腳輪構成，支撐機構是由剪式機構組成，電動控制機構控制升降工作臺的啟動，支腿結構是由連桿機構控制。當下壓扳手時支腿下降而四輪上升，從而實現固定的作用。在電機帶動升降工作臺升降的過程中加上限位開關，從而防止由于超出進程而導致電機的突然停轉，以免燒壞電機[2]。

機械式升降工作臺通過電動機帶動減速機構，進而帶動絲杠螺母傳動副，通過控制電機的正反轉來控制升降工作臺的升降；而行走機構可以實現前后左右的移動[3]。

行走機構用的是萬向腳輪來實現的，萬向腳輪是輪子的一個種類，腳輪是個統稱，包括活動腳輪(萬向腳輪)和固定腳輪。萬向腳輪的結構允許360°旋轉；固定腳輪沒有旋轉結構，不能轉動。通常是2種腳輪一般都是搭配用的，比如手推車的結構是前邊2個固定輪，后邊靠近推動扶手的是2個活動萬向輪。萬向腳輪具有耐磨、噪聲小、耐腐蝕、耐撞擊、轉動靈活、轉動軌道準確、承載能力強、款式時尚、實用性強等特點。

機械傳動機構是由齒輪減速機構和絲杠螺母傳動機構組成，其中動絲杠螺母傳動副具有以下特點：傳動效率高，因為滾珠絲杠采用滾珠滾動代替普通絲杠螺母副的滑動，減小了摩擦力，能量損失小，機械效率可以達到92%以上；通過預緊滾珠，消除了螺母副之間的軸向間隙；由于摩擦力小，絲杠的磨損也小，絲杠的壽命高。齒輪減速機構具有較高的機械效率，效率可以達到90%以上，而且能夠實現很好的減速功能，通過控制電機的正反轉來控制升降工作臺的升降。而齒輪減速機構具有精確的傳動比和高的效率。

支撐機構用的是X形剪式結構，X形剪式機構是一種單自由度機構，在實踐中得到了廣泛地應用，如玩具、燈具、登高作業臺、起重平臺等，一般是利用它的對稱結構，具有放大的平行位移的特點。在升降平臺中常采用X形的剪式機構，支撐機構是由內、外鉸鏈組成，內外鉸鏈兩邊分別是鉸鏈連接和直線導軌。直線導軌具有工作精度高、大幅度降低驅動率、潤滑結構簡單、防塵、密封能力強、安裝方便、互換容易、承載能力大、剛度強等特點。該升降工作臺就是采用這種X形剪式結構來實現升降的，作為升降工作臺的支撐結構。支撐機構的連接方式有2種X形剪式結構，兩邊一邊是由滑塊在導軌上滑動，而另一邊是由鉸鏈連接。通過這2種機構的組合很好地實現了電機帶動絲杠螺母副完成轉動變換為平動，平動通過導軌進一步完成工作臺的升降。

升降工作臺機械傳動系統結構示意圖如圖1所示。

圖1 升降工作臺機械傳動系統結構示意圖

2 機械式升降平臺的優化

機械式升降工作臺的組成：升降工作臺的行走機構、升降工作臺的機械傳動機構、升降工作臺的支撐機構3部分組成[4]，機械式升降工作臺的總體機構如圖2所示。

圖2 機械式升降工作臺的總體機構

通過力學分析對升降平臺進行優化，并進行外鉸架的受力分析、內鉸架受力分析、力和力矩的分析計算，整體受力分析計算，內、外鉸架單獨受力分析，所以，這些力我們可以用一邊來考慮的，所以F為鉸架與底座成時絲桿所承受的一半力的大小。計算公式如下：

其中：T-絲桿受力大小

進行升降工作臺的升降高度計算，最終獲得所需要的升降高度，同時，可以根據情況進行實際的調節。進而，根據負載計算，對機械式升降工作臺的電機進行選擇，并整體上確定最終升降平臺的設計尺寸，形成圖紙，進行生產、核驗。

3 結語

通過對升降平臺的理論計算，進行優化設計，并優化設計方案。選用通用的X型剪式機構作為支撐與升降結構，通過控制電機的正反轉來實現工作臺的升降，從而很好地利用了直線導軌，同時有實現保護的防護欄結構，有限位開關可以實現對升降工作臺的保護，通過萬向腳輪可以實現橫向或者縱向移動，從而指導工業生產，很好地降低成本。