葉茂， 劉勝， 楊波

（上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海201600）

雙螺旋手動(dòng)調(diào)節(jié)桿設(shè)計(jì)及其應(yīng)用

葉茂， 劉勝， 楊波

（上海工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海201600）

在機(jī)械加工、光學(xué)系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)等領(lǐng)域，位移技術(shù)是精密工程和精密儀器的關(guān)鍵技術(shù)之一。在實(shí)驗(yàn)室中，雙螺桿調(diào)節(jié)桿增強(qiáng)了螺桿旋轉(zhuǎn)的平穩(wěn)性，以及空間位置的精確性。文中著重討論雙螺桿調(diào)節(jié)桿的設(shè)計(jì)及其應(yīng)用，如何在實(shí)驗(yàn)室以及機(jī)械加工手動(dòng)定位，實(shí)現(xiàn)小范圍和多自由度調(diào)整，并且操作簡(jiǎn)單穩(wěn)定性好。

螺旋桿；精密測(cè)量；調(diào)節(jié)桿

1 結(jié)構(gòu)及原理分析

螺旋桿的精確度由螺紋質(zhì)量、有效螺距和調(diào)節(jié)旋鈕的大小決定，其中螺距越小精確度越高；旋鈕越大精度越高。手旋螺桿如果螺紋質(zhì)量好，精度可達(dá)幾微米，但重復(fù)性差。

圖1 雙螺旋手動(dòng)調(diào)節(jié)桿

如圖1所示螺旋桿由上端套筒、雙螺旋軸、下端套筒三部分組成。運(yùn)動(dòng)支撐是平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)。上、下端套筒鏈接支撐元件，可運(yùn)用球型鉸鏈，溝槽和平面支撐其中，溝槽和平面支撐是最簡(jiǎn)單的支撐，可簡(jiǎn)易地約束x、y向的運(yùn)動(dòng)。它們組合約束未知運(yùn)動(dòng)，其中球鉸約束x、y和z向，這種方法通常通過(guò)螺紋驅(qū)動(dòng)調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的傾角。上端套筒內(nèi)有與雙螺旋軸上端切合的內(nèi)螺紋，可設(shè)緊固螺母待螺桿調(diào)節(jié)穩(wěn)定后，軸上設(shè)置刻度尺標(biāo)，可固定讀數(shù)，讀數(shù)精確到1 mm。下端套筒內(nèi)設(shè)有與雙螺旋軸下端切合的內(nèi)螺紋，下端內(nèi)螺紋精度比上端套筒高，可作細(xì)微調(diào)節(jié)。下端套筒用平面支撐鉸鏈，相對(duì)球型鉸鏈與溝槽鉸鏈更具有支撐作用。內(nèi)螺紋采用過(guò)盈配合，增強(qiáng)支撐效果，承受來(lái)自其他支撐桿的分力。為減小磨損以及承載軸向與徑向的力，螺桿強(qiáng)度需增強(qiáng)。所以螺桿選用軸承鋼40Cr，而且進(jìn)行了調(diào)質(zhì)熱處理以增加表面硬度。

2 使用方法

如圖2模擬的水平工作臺(tái)通過(guò)各螺旋桿調(diào)節(jié)以及測(cè)量可得到較為精確的空間坐標(biāo)。

計(jì)算水平臺(tái)自由度：沒(méi)有約束的剛體有6個(gè)自由度；2個(gè)剛體之間接觸點(diǎn)的數(shù)量等于約束的數(shù)量。本系統(tǒng)中，元件數(shù)n=5，包括固定底座，運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，3個(gè)有相對(duì)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器；鉸鏈數(shù)g=9，包括3個(gè)球鉸，3個(gè)運(yùn)動(dòng)副，3個(gè)回轉(zhuǎn)副各自對(duì)應(yīng)的自由度分別為3、1、1，所以M=6（8-9-1）+（3×3+3×1+3×1）=3，自由度為3。

圖2

3 設(shè)計(jì)特點(diǎn)及實(shí)際應(yīng)用

該調(diào)節(jié)桿的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是，螺桿自重輕，成本低廉，調(diào)節(jié)方便穩(wěn)定，能輔助實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室中調(diào)節(jié)平面與測(cè)量平面空間位置。以及在軸類(lèi)零件高精度生產(chǎn)中，可作為調(diào)節(jié)量規(guī)使用。

［1］ 張麗敏，楊飛，張艷輝.手動(dòng)精密微調(diào)平臺(tái)的設(shè)計(jì)研究［J］.機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2010（10）：71-72.

［2］ 王旭永，吳江寧，李世倫，等.六自由度并聯(lián)平臺(tái)的空間位置運(yùn)動(dòng)算法及實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)電工程，1995（4）：19-21.

（編輯昊 天）

TH 122

A

1002－2333（2014）05－0039－01

葉茂（1992—），男，本科在讀，研究方向?yàn)槟茉喘h(huán)境系統(tǒng)工程。

2014-02-10