武江偉

（北京清大天達(dá)光電科技股份有限公司太原分公司，山西 太原 030000）

1 設(shè)計(jì)背景

在激光焊接機(jī)中，利用振鏡控制光路來(lái)焊接工件，由于存在環(huán)境溫度濕度或者震動(dòng)等原因，振鏡與工件的角度和工作距離會(huì)產(chǎn)生微量偏差，超過(guò)0.01mm，會(huì)對(duì)激光光路產(chǎn)生影響，所以振鏡支撐需增加手動(dòng)升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來(lái)保證工作時(shí)的機(jī)械精度[1]。

圖1 手動(dòng)升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)

2 設(shè)計(jì)計(jì)算過(guò)程

通過(guò)對(duì)各種傳動(dòng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析比較決定才用M14*1細(xì)牙螺紋桿與螺母的傳動(dòng)方式；以導(dǎo)軌滑塊為導(dǎo)向。

圖2 M14*1細(xì)牙螺紋桿與螺母的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)圖

表1 傳動(dòng)方法及特點(diǎn)

（1）因?yàn)槊看涡枰{(diào)整的升降高度最小為0.01mm，所以增加百分表來(lái)便于觀測(cè)調(diào)節(jié)數(shù)值。百分表量程10mm，最小刻度0.01mm。

（2）判定螺紋自鎖條件：螺紋升角ψ的正切值＜靜摩擦系數(shù)f，即 ：tanψ＜f；

tanψ=螺距/π*螺紋中徑=1/3.14*14=0.022；

因?yàn)槁輻U材料為40Cr，螺母材料為45#鋼，由圖3[1]得鋼對(duì)鋼有潤(rùn)滑條件下的靜摩擦系數(shù)f=0.1；

螺紋升角ψ的正切值0.22＜靜摩擦系數(shù)0.1；所以此升降機(jī)構(gòu)具備自鎖條件。

圖3 常用機(jī)構(gòu)材料摩擦因數(shù)

（3）調(diào)節(jié)時(shí)所需扭力計(jì)算：

螺桿升降扭矩 T=Fa/2π*n=(μmg+mg)*a/2π

=(0.1*15*9.8+15*9.8)*1/2*3.14

=25.75*10-3Nm

所需扭力F=T/r=25.75*10-3Nm/0.03m=0.83N。

（4）為了防止螺桿與螺母之間的背隙，增加螺紋間隙鎖緊手柄來(lái)保證升降精度。

（5）通過(guò)調(diào)整水平螺釘調(diào)振支座與立柱接觸面4個(gè)角的距離來(lái)保證振鏡和工件之間的平面度

3 有限元分析

設(shè)計(jì)任何機(jī)器都必須進(jìn)行力學(xué)計(jì)算，即求得零件所承受的應(yīng)力和應(yīng)變等，視其是否能夠滿足服役要求。

高精度手動(dòng)調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)中負(fù)載及支撐機(jī)構(gòu)都依附連接在背板上，所以背板的設(shè)計(jì)一定要保證強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性；變形量誤差要小于0.01mm。

通過(guò)對(duì)背板進(jìn)行受力分析，然后通過(guò)Soildworks軟件建立模型，并施加相應(yīng)載荷：

圖4 背板受力軟件模型

得到圖5、6：

圖5 背板的等效應(yīng)力

圖6 位移變形圖

背板材料是Q235-A，其屈服強(qiáng)度是235MPa，經(jīng)過(guò)分析零件的最大等效應(yīng)力值2.884MPa遠(yuǎn)小于材料Q235-A的許用應(yīng)力，最大位移變形量為0.002mm，小于要求的0.01mm。所以背板力學(xué)性能符合設(shè)計(jì)要求。

高精度手動(dòng)調(diào)節(jié)升降機(jī)構(gòu)的機(jī)械設(shè)計(jì)不止這一種方法，還應(yīng)該從現(xiàn)實(shí)工作中積累經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取設(shè)計(jì)出更好更合理的結(jié)構(gòu)。