双螺旋手动调节杆设计及其应用

2014-07-01叶茂刘胜杨波

机械工程师 2014年5期

关键词：叶茂双螺旋内螺纹

叶茂，刘胜，杨波

（上海工程技术大学机械工程学院，上海201600）

双螺旋手动调节杆设计及其应用

叶茂，刘胜，杨波

（上海工程技术大学机械工程学院，上海201600）

在机械加工、光学系统、机电系统等领域，位移技术是精密工程和精密仪器的关键技术之一。在实验室中，双螺杆调节杆增强了螺杆旋转的平稳性，以及空间位置的精确性。文中着重讨论双螺杆调节杆的设计及其应用，如何在实验室以及机械加工手动定位，实现小范围和多自由度调整，并且操作简单稳定性好。

螺旋杆；精密测量；调节杆

1 结构及原理分析

螺旋杆的精确度由螺纹质量、有效螺距和调节旋钮的大小决定，其中螺距越小精确度越高；旋钮越大精度越高。手旋螺杆如果螺纹质量好，精度可达几微米，但重复性差。

图1 双螺旋手动调节杆

如图1所示螺旋杆由上端套筒、双螺旋轴、下端套筒三部分组成。运动支撑是平台的关键技术。上、下端套筒链接支撑元件，可运用球型铰链，沟槽和平面支撑其中，沟槽和平面支撑是最简单的支撑，可简易地约束x、y向的运动。它们组合约束未知运动，其中球铰约束x、y和z向，这种方法通常通过螺纹驱动调整运动平台的倾角。上端套筒内有与双螺旋轴上端切合的内螺纹，可设紧固螺母待螺杆调节稳定后，轴上设置刻度尺标，可固定读数，读数精确到1 mm。下端套筒内设有与双螺旋轴下端切合的内螺纹，下端内螺纹精度比上端套筒高，可作细微调节。下端套筒用平面支撑铰链，相对球型铰链与沟槽铰链更具有支撑作用。内螺纹采用过盈配合，增强支撑效果，承受来自其他支撑杆的分力。为减小磨损以及承载轴向与径向的力，螺杆强度需增强。所以螺杆选用轴承钢40Cr，而且进行了调质热处理以增加表面硬度。

2 使用方法

如图2模拟的水平工作台通过各螺旋杆调节以及测量可得到较为精确的空间坐标。

计算水平台自由度：没有约束的刚体有6个自由度；2个刚体之间接触点的数量等于约束的数量。本系统中，元件数n=5，包括固定底座，运动平台，3个有相对直线运动的驱动器；铰链数g=9，包括3个球铰，3个运动副，3个回转副各自对应的自由度分别为3、1、1，所以M=6（8-9-1）+（3×3+3×1+3×1）=3，自由度为3。