程顯東

（吉林省自考辦,長(zhǎng)春 130033）

近年來，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種光學(xué)儀器得到了廣泛應(yīng)用。光學(xué)測(cè)量裝置在一些領(lǐng)域中也成為不可缺少的裝置，并且在測(cè)量過程中，對(duì)其精度具有較高的要求。同時(shí)，由于光學(xué)測(cè)量結(jié)果的主要影響因素為測(cè)量裝置在軸孔中的定位精度，因此，對(duì)裝置的定位機(jī)構(gòu)也會(huì)提出很高的要求。目前常用的定位機(jī)構(gòu)有孔配合、彈性支點(diǎn)和錐孔配合三種，這三種機(jī)構(gòu)都存在各自的缺點(diǎn)，因此，為了克服現(xiàn)有定位機(jī)構(gòu)所存在的不足，本文提出了一種適用于孔軸內(nèi)的新型同軸定位機(jī)構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)較高精度的測(cè)量。

1 原理

對(duì)于一個(gè)尚未定位的工件而言，工件在空間存在六個(gè)自由度，這六個(gè)自由度分別為即沿x、y、z三個(gè)直角坐標(biāo)軸方向的移動(dòng)自由度，以及繞三個(gè)坐標(biāo)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。因此，要完全確定工件的位置，就必須消除這六個(gè)自由度。通常采用的方法是在軸孔中選擇六個(gè)分布合理的支承點(diǎn)來限制待測(cè)工件的自由度，該原理即稱為六點(diǎn)定位原理，其示意圖如圖1所示：圖上A、B、C三點(diǎn)均勻分布在圓周上確定唯一的外接圓圓心O，A′、B′、C′三點(diǎn)均勻分布在圓周上確定唯一的外接圓圓心O′，則兩個(gè)圓心的連線OO′就是工件的結(jié)構(gòu)軸線。

圖1 六點(diǎn)定軸原理示意圖

2 基本機(jī)構(gòu)

本文提出的裝置結(jié)構(gòu)如圖2和圖3所示，分別由內(nèi)筒、漲筒和對(duì)絲螺桿以及兩個(gè)漲套六個(gè)部分組成。其中，裝置的對(duì)絲螺桿由兩段螺距相同、旋向不同且不等徑螺桿組成，與彈性爪相連的是兩個(gè)漲筒，兩個(gè)漲筒的一個(gè)端面都分別與對(duì)絲螺桿相連接，長(zhǎng)度方向上較短的為短漲筒，與近端彈性爪相連，較長(zhǎng)的為長(zhǎng)漲筒，與遠(yuǎn)端彈性爪相連。漲筒的離螺紋端向外凸起形成外錐面，與彈性爪內(nèi)錐面靠合緊密，兩個(gè)錐面的錐度基本相同。裝置工作時(shí)，單向旋轉(zhuǎn)對(duì)絲螺桿，由于粗細(xì)兩段螺桿及與之配合的長(zhǎng)短漲筒的螺紋旋向相反，導(dǎo)致外錐面運(yùn)動(dòng)方向相反，內(nèi)外錐面剛性接觸，將長(zhǎng)短漲筒的軸向作用力轉(zhuǎn)變成徑向作用力，使彈性爪同時(shí)向外運(yùn)動(dòng)，爪頂運(yùn)動(dòng)量由內(nèi)外漲筒的軸向相對(duì)運(yùn)動(dòng)量決定，又由于內(nèi)外漲筒與彈性爪都是剛性的，漲緊后三點(diǎn)即可與軸孔緊密接觸。由錐面在三爪處錐度一致、螺紋螺距相同的兩個(gè)前提下，對(duì)絲螺桿在外力作用下單向旋轉(zhuǎn)一定角度，就保證了長(zhǎng)短漲筒沿軸方向移動(dòng)距離相同，彈性爪端沿徑方向移動(dòng)距離也相同。由于彈性爪近軸部分設(shè)計(jì)成扁平形狀，使得彈性爪單爪都具有彈性，在設(shè)計(jì)上考慮到彈性爪具有微量變形的同時(shí)還需要有一定的剛性，故而設(shè)計(jì)彈性變形量只有1mm左右，所以裝置只適用于同一型號(hào)的軸孔。兩個(gè)漲套的設(shè)計(jì)與漲筒的設(shè)計(jì)相互對(duì)應(yīng)，各具有三個(gè)120°均勻分布的彈性爪，爪端設(shè)計(jì)成球面，球面半徑小于待安裝的軸孔內(nèi)徑，這樣爪頂端與軸孔的內(nèi)壁接觸時(shí)為點(diǎn)接觸，實(shí)現(xiàn)了裝置與軸孔的三點(diǎn)接觸，前后端的彈性爪各自確定了一個(gè)圓心，由前后兩個(gè)三點(diǎn)分別確定的兩個(gè)圓心，兩個(gè)圓心連接起來形成的直線就代表了裝置的軸線，且由于彈性爪與軸孔內(nèi)面緊密接觸，就實(shí)現(xiàn)了軸孔內(nèi)裝置與軸孔的同軸定位目的。

圖2 軸孔內(nèi)同軸定位機(jī)構(gòu)剖視示意圖

圖3 軸孔內(nèi)同軸定位機(jī)構(gòu)外部立體圖

3 結(jié)束語

本文所提出的新型定位機(jī)構(gòu)，由于其起支撐作用的彈性爪與軸孔間的接觸均為剛性接觸，因此較其他定位裝置而言，可承受更大的負(fù)荷，這樣就可以保證在震動(dòng)或其他復(fù)雜情況下，都可使測(cè)量裝置與待測(cè)軸孔具有更高精度的同軸狀態(tài)。同時(shí)，機(jī)構(gòu)上的各彈性爪之間受力均勻，這樣既可保證其與軸孔內(nèi)壁時(shí)刻保持漲緊狀態(tài)，該狀態(tài)所提供的巨大摩擦力即可使測(cè)量裝置在測(cè)量過程中穩(wěn)固固定，進(jìn)而使測(cè)量裝置能夠滿足很多領(lǐng)域?qū)Ω咄S度的要求。

[1]成大先主編.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[S].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2002.

[2]馬宏,王金波主編.誤差理論與儀器精度[M].北京：兵器工業(yè)出版社,2007.

[3]龐振基,黃其圣主編.精密機(jī)械設(shè)計(jì)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2000.