平板调平装置设计

摘要随着仪器科学的的发展和进步，各种精密仪器对于仪器的水平度有了更加严格的要求，因此也对于仪器下端安装的的调平装置有了更高的要求。平板调平装置是一种常用的校正仪器微小偏转角度的装置，广泛应用在机械和仪表的设计中。本次课程设计设计了一种三点式平板调平装置，通过手动调整平板调平装置中的的螺旋微动装置能使平板与底面在0到10度夹角范围内变化，可以有效地调整纠正0到10度偏转角，能够有效地保证仪器在水平方向上进行工作，具有工程使用价值。关键词：仪器科学；平板调平；螺旋微动结构目录1.绪论......................................................................12.设计原理分析..............................................................23.零件设计..................................................................43.1基座的设计...........................................................43.2夹板的设计...........................................................43.3下底板的设计.........................................................53.4手拧滚花螺母的设计...................................................63.5上顶板的设计.........................................................73.6角螺旋的设计.........................................................74.小结与体会................................................................9参考文献...................................................................10武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书11.绪论随着科学技术的发展，人们对该设备工作的高精度要求已愈来愈高[1]。因此各种调整测量仪器水平的装置也获得越来越多的应用。平板调平装置是一种常用的校正仪器微小偏角的工具。它广泛应用于机械和仪表制造中[2]。通过测量相对于水平位置的倾斜角，获取机床机器设备水平位置和工作台面的平面度及导轨的直线度、设备安装的水平位置和垂直位置等。已成为桥梁架设、铁路铺设迁木工程、石油钻并、航空航海、工业自动化、智能平台、机械加工等领域不可或缺的重要工具[3]。本次课程设计设计了一种三点调平装置，可以通过旋转调平螺母调整仪器的倾角，使仪器的倾角可以在0°到10°之间变化。武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书22.设计原理分析XYZABCED图2.1设计原理说明图本次设计的设计原理是通过仪器的角螺旋高度的变化以及器件底面上滑移来达到无应力的实现底面和被调平面之间角度的变化。其中ABE平面一个平行于且全等于底面的面，ADE平面是被调平面且是一个正三角形，现在要求得底面和被调平面之间的夹角。由于本次设计的运动较为复杂，且两平面夹角随高度变化的函数是一个连续函数，因此只需要计算出来函数的极限值即可说明两平面夹角是在该范围内变化。本次设计选择AD的边长为108mm，CD的长度为X，BE的长度为Y，因此可以得到A，B，C，D，E五点的坐标分别是：A（59√3,51,0），B（0，118，𝑍1），C（0，0，𝑍0），D（0,0,0），E（0,118,0）。ADE平面的法向量是（0，0，1），ABC平面的法向量是（-（𝑍0+𝑍1），√3（𝑍1-𝑍0），-118√3）。根据两平面夹角的公式：cos𝜕=|𝑛1𝑛2|𝑛1||𝑛2||可知两平面夹角公式为：cos𝜕=59√3√𝑍02+𝑍12−𝑍0𝑍1+(59√3)2武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书3由于两平面夹角是随着分母增大而增大，因此计算𝑍02+𝑍12−𝑍0𝑍1的最大值即可计算出两平面夹角的最大值。XY图2.2𝑍0和𝑍1变化范围假设𝑍0和𝑍1变化范围都是（0，c），根据二元函数求极值的方法可以求出在如图2所示变化范围内没有极大值出现，因此只有当取点（0，c），（c，0），（c，c）时可以取得夹角的最大值，本次设计最大值为10°，将cos10°带入可得，c约等于16mm，即边长的最大变化范围是16mm时，所成夹角最大为10°。武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书43.零件设计3.1基座的设计本次设计的基座采用3mm不锈钢板制作，由于角螺旋会在调平时发生滑动，所以在基座上要设计一个滑槽，方便角螺旋调平时滑动。角螺旋在成10度角时滑动2mm，为了方便加工，同时减小误差，因此在基座上铣一个宽度为1mm，长度为10mm的槽，方便角螺旋滑动，同时为了防止角螺旋转动，所以必须将夹板和基座夹紧，本次设计采用3个M5的螺钉将夹板和基座夹紧，所以在基座上需要开三个螺纹孔，方便夹紧。基座的俯视图如下图所示：图3.1基座的俯视图为了减小仪器的误差和仪器的重量，本次设计在钢板中央设计了一个直径为25mm的圆孔，这样做减小了仪器底面和其他面的接触面积，减小了因为底面不平整而引起的误差，同时也减小了仪器的重量[4]。3.2夹板的设计本次设计的压板采用2.5mm不锈钢板制作，由于角螺旋会在调平时可能会发生转动，所以需要设计一个压板来抑制角螺旋的转动，从而达到上顶板的调平。因此本次设计设计了一个45°角的滑槽来提供压力。为了将夹板和基座夹紧，所以在夹板和基座之间采用了M5的螺栓来夹紧夹板和基座，因此在夹板上需要开三个直径为5的孔，方便夹板和基座之武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书5间夹紧，夹板的俯视图如下图所示：图3.2夹板的俯视图为了减小仪器的误差和仪器的重量，本次设计在钢板中央设计了一个直径为25mm的圆孔，这样同时也方便了夹板和基座之间对位。3.3下底板的设计本次设计的下底板采用不锈钢板制作，由于本次设计要求手拧滚花螺母能够自由转动，而上下地板之间又必须要夹紧。所以本次设计需要在底板和手拧滚花螺母之间设置推力轴承，方便手拧滚花螺母转动。因此在下底板必须要预留圆槽来放置推力轴承，同时为了能够调平，必须将上下夹板之间夹紧。因此需要在下底板上设计M4螺纹孔，方便上下板之间通过螺栓夹紧。下底板的俯视图如下图所示：武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书6图3.3下底板的俯视图为了增大上顶板上面的面积，同时能够使上下两板之间压紧，本次设计使用了三个互成120°夹角的螺纹孔设计，这样能够使压力均匀的压在推力轴承上防止推力轴承损坏，同时也增大上顶板上面的面积。3.4手拧滚花螺母的设计本次设计需要的手拧滚花螺母由于要求和推力轴承结合比较紧密，因此使用非标准件，由于本次设计使用了直径为20mm的推力轴承，为了方便使用者调节，因此设计了直径为30mm螺母，同时为了增大螺母和人手之间的摩擦力，在螺母的外圆柱面设计了滚花，方便人手动调节。手拧滚花螺母的主视图如下图所示：图3.4手拧滚花螺母的主视图武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书73.5上顶板的设计本次设计的上顶板采用5mm不锈钢板制作，由于本次设计要求手拧滚花螺母能够自由转动，而上下板之间又必须要夹紧。所以本次设计需要在顶板和手拧滚花螺母之间设置推力轴承，方便手拧滚花螺母转动。因此在顶板必须要预留圆槽来放置推力轴承，同时为了能够调平，必须将上下夹板之间夹紧。因此需要在上顶板上设计直径为4的孔，方便上下板之间通过螺栓夹紧。上顶板的俯视图如下图所示：图3.5上顶板俯视图为了增大上顶板上面的面积，同时能够使上下两板之间压紧，本次设计使用了三个互成120°夹角的螺纹孔设计，这样能够使压力均匀的压在推力轴承上防止推力轴承损坏，同时也增大上顶板上面的面积。3.6角螺旋的设计本次设计中角螺旋担负着将上顶板顶起的作用，由于角螺旋本身不发生转动，而只是产生滑动，因此角螺旋会与底面形成一定夹角，同时也会同夹板之间形成一定夹角。由于本次设计角螺旋产生的夹角比较小，所以将角螺旋与夹板之间的部分设计成为一个45°的圆锥面，方便夹板将角螺旋夹紧。角螺旋的主视图如下图所示：武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书8图3.6角螺旋主视图由于角螺旋与基座之间会有相对滑动并产生一定角度，所以将角螺旋的底端设计成为一个圆角方便角螺旋与基座产生滑动。由于本次设计的最大偏转脚要求为10°。根据之前的原理分析可以计算出来角螺旋的最大调节范围是15.6mm。根据下顶板的高度5mm，下顶板上上推力轴承槽高度2mm，推力轴承的高度7mm，手拧滚花螺母高度6mm，可以计算出当角螺旋上的螺纹高度是26mm时可调节高度为16mm，能够满足设计需要。所以角选择螺旋上的螺纹高度是26mm，同时为了减小调节时的误差方便使用者调节，本次设计螺纹的螺距设计为0.75。使转动相同角度时，角螺旋上升的高度减小，方便调节[5]。武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书94.小结与体会作为一名测控技术与仪器大三的学生，我觉得能做类似的课程设计是十分有意义，而且是十分必要的。在已度过的大三的时间里我们大多数接触的是专业基础课。我们在课堂上掌握的仅仅是专业基础课的理论面。通过做类似的课程设计可以有效的锻炼我们的实践面，可以让我们将我们平时所学到的专业基础理论知识用到实践中。在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当数查阅大量的设计手册了。为了让自己的设计更加完善，更加符合工程标准，一次次翻阅机械设计手册是十分必要的，同时也是必不可少的。我们是在作设计，但我们不是艺术家。他们可以抛开实际，尽情在幻想的世界里翱翔，我们是工程师，一切都要有据可依有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计。作为一名专业学生掌握一门或几门制图软件同样是必不可少的，由于本次课程设计要求用Inventor或AutoCAD制图，因此要想更加有效率的制图，我们必须熟练的掌握它。虽然我过去从未独立应用过它，但是我发现带着问题去学习机械制图软件效率很高。刚开始学习CAD和Inventor时觉得很难就是因为我们没有把自己放在使用者的角度，单单是为了学而学，这样效率当然不会高。边学边用这样才会提高效率，这是我作本次课程设计的第二大收获。但是由于水平有限，难免会有错误，还望老师批评指正。武汉理工大学《测控设备与仪表机构零件及工艺设计》课程设计说明书10参考文献[1]杨可桢、程光蕴、李仲生．机械设计基础．第五版．北京：高等教育出版社．2006.5[2]吴宗择、罗圣国等编，机械设计课程设计手册.高等教育出版社.2006.5.[3]韩晓娟.机械设计课程设计指导手册.中国标准出版社，2008.2.[4]郑晨升.仪表机械结构设计[M].北京：化学工业出版社，2006.[5]辛一行.现代机械设备设计手册[M].北京：机械工业出版，2000.