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丝杆升降机的发展历史

早在公元前 200 年,阿基米德所设计的抽水设备首次展示了在机械装置中使用螺纹的优点,其本质在于斜面能够围绕圆筒旋转。
有证据表明螺纹在古罗马时期就已得到应用,但在 15 世纪末,伟大的莱昂纳多•达•芬奇才首次将螺旋升降机用于提升重物。
莱昂纳多的设计采用了螺纹蜗轮并且蜗轮支撑在轴承上,通过转动蜗杆轴带动轴承旋转,从而推动提升螺杆移动重物 – 与我们今天使用的原理大同小异。
提升螺杆的发明本是想用在何处尚不得而知,但在后来的近四个世纪里,这一设计都随着他发明的直升机和坦克沉寂在历史书中。直到 19 世纪晚期,螺纹产品才得到了进一步的发展。
在 18 世纪末期以及 19 世纪的工业革命中,英国发明家约翰•威尔金森和亨利•莫兹利首次将螺纹应用到机床上。19 世纪早期,机械工程领域最著名的发明家当属机械天才约瑟夫•惠特沃斯,他在当时就已意识到精密对工业的重要性绝不亚于动力支持。
尽管惠特沃斯后来获得了包括编织机和来福枪在内的 50 多项英国专利,但他在螺纹切削机床、精确测量仪以及螺纹角度和斜度的标准制定方面所做的贡献对现代工业产生了极大的影响。
从1850年代起,惠特沃斯研制的工具凭借其精确度和质量享誉国际并主导了市场。灵感闪现的年轻工程师们为惠特沃斯的机床找到了新的用途。1880 年代早期,在魁北克附近的小镇科蒂库克,一位年仅 24 岁的发明家弗兰克•亨利•斯利珀设计出了千斤顶。由于与达芬奇的升降机类似,其原理仍是依靠滚球轴承支撑重物,并通过传动装置和螺纹将转动转换为线性运动,从而达到移动重物的目的,因此它只能算是一项技术革新。该设备高效、可靠并且易于操作。因此,它开始用于桥梁建设,但大多数还是用于铁路工业,因为用它可以举起机车和铁路车辆。
最近的发展更多都集中在提高效率和耐用性上,使得螺旋升降机在导螺杆和转向箱的设计上发生了变化。
例如,滚珠螺杆取代了更为常见的蜗轮螺杆,这是因为螺旋升降机采用的滚珠螺杆能够提高设备的效率。由于螺母随滚球轴承的运行而上下移动,因此滚珠螺杆通常具有 90%-95% 的效率值,这明显高于蜗轮螺杆通常能达到的 35%-55% 的效率值,这是因为蜗轮螺杆依靠的是在螺母和螺纹之间进行滑动摩擦。这些效率上的改进让螺旋升降机可以消耗较少动力从而达到节能效果,或者以更快的速度运行。
但与蜗轮螺杆相比,滚珠螺杆的应用受到其较大的物理体积的限制(对于一定的额定负载而言),而且滚珠螺杆在恶劣环境下更易损坏。这些限制让滚柱螺杆技术得以引入螺旋升降机,滚柱螺杆具有高耐用性、高精确度和高效率并且还采用了可扩展的技术,能够应付螺旋升降机所承受的超高负荷。
1990 年代以来,某些螺旋升降机的设计在外形上发生了显著变化,开始朝着立方状结构转向箱发展。由于其形状对称并且可以安装在两个表面上,因此这些立方形的螺旋升降机通常为安装带来了更大的灵活性。这样也不必像单面螺旋升降机那样要考虑上下和正反面的样式。相对于常见的单面设计,它们也是一种更符合审美的选择。
然而,螺旋升降机的性能并非完全取决于齿轮和螺旋几何:转向箱的设计也是一个重要因素。这也是高热效率螺旋升降机出现的原因。通过优化螺旋升降机转向箱的表面区域以及大小,放弃传统转向箱填充润滑脂的做法而使用润滑油作为润滑剂,这些设备的设计能够带来更好的热效率。因此,此类设备的额定运转率比传统的蜗轮螺旋升降机高 50%。
采用内置电动机的螺旋升降机如今被称为线性推杆,但它实际上仍然是一种螺旋升降机。现在,螺旋升降机可以通过机械或电子方式实现连接,在移动控制方面更加先进,重物能够实现数微米的移动。齿轮技术以及精确滚珠螺杆和滚柱螺杆的改良使得目前的螺旋升降机应用永无止境,当制造业需要更清洁、更安静以及更可靠的解决方案时,螺旋升降机凭借在额定运转率以及速度上优势,必将真正取代液压升降机。

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