武汉理工-微动装置课设说明书

武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目:仪器仪表机构零件及工艺课程设计——微动装置设计初始条件：微动装置是仪器仪表中的一个重要部件，一般用于精确、微量地调节某一部件的相对位置。设计中要求微调装置有示数装置，以表示调节的数量，微调方式、微调量、示数方式自定，并要求综合考虑装置的工艺性。要求完成的主要任务:1．课程设计内容：（1）确定微动装置的结构形式：螺旋---微动、螺旋---斜面微动、螺旋---杠杆微动、螺旋---齿轮微动、弹性微动及其它。（2）计算微动量。采用不同的结构形式有不同的计算方法，必须根据所采用的结构形式用相应的公式来计算。（3）设计示数装置时，首先要确定标尺的类型、基本参数，通过计算得出相关数据，在选材时要注意材料的装饰性能。（4）采用人工微动调节，要注意操作的方便性，人手的灵敏度计算，采用自动调节，还须设计相应的控制部分。（5）要考虑装置的装配工艺性以及各零部件的工艺性是否合理，重点分析1-2个主要零件的工艺性，并拟定工艺路线，进行工艺分析。（6）采用3D打印一个零件实物。2.说明书要求要有完整的计算资料，必备的设计图形和文字说明，说明书要求4000字左右。说明书的编写和装订要符合武汉理工大学有关课程设计的规范。要求用CAD绘图，机械图纸（至少一张2号图纸和1张主要零件图）、电路图纸（可选做）要符合国家标准。3．课程设计答辩根据设计者提供的设计资料，检查其是否完善，尽量提出能反映设计者设计能力的问题，根据回答情况给分。时间安排：指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书前言微动装置一般用于精确、微量地调节某一部件的相对位置，它们常常是构成精密机械和仪器的不可缺少的部分或重要的部件。常见的微动装置的结构形式有螺旋---微动、螺旋---斜面微动、螺旋---杠杆微动、螺旋---齿轮微动、弹性微动等。如：显微镜中，调节物体相对物镜的距离，使物象在视场中清晰，便于观察；在仪器的读数系统中，调整刻度尺的零位，如在万能测长仪中，用摩擦微动装置调整刻度尺的零位；还可用于仪器工作台的微调，如万能工具显微镜中工作台的微调装置。微动装置性能的好坏，在一定程度上影响精密机械的精度和操作性能。因此，对微动装置的基本要求是：（1）应有足够的灵敏度，使微动装置的最小位移量能满足精密机械的使用要求。（2）传动灵活、平稳，无空回产生。（3）工作可靠，调整好的位置应保持稳定。（4）若微动装置包括在仪器的读数系统中，则要求微动手轮的转动角度与直线微动（或角度微动）的位移量成正比。（5）微动手轮应布置得当，操作方便。（6）要有良好的工艺性，并经久耐用。武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书目录1总体方案………………………………………………………………………………………11.1微动装置结构分析…………………………………………………………………………11.2螺旋微动装置的用途………………………………………………………………………11.3螺旋微动的工作原理………………………………………………………………………12结构设计………………………………………………………………………………………22.1螺杆的设计…………………………………………………………………………………22.2挡块的设计…………………………………………………………………………………32.3紧定螺钉的选用……………………………………………………………………………32.4螺母的设计…………………………………………………………………………………32.5刻度套筒的设计……………………………………………………………………………42.6手轮的设计…………………………………………………………………………………52.7螺钉的选用…………………………………………………………………………………52.8机架的设计…………………………………………………………………………………63主要零件--螺杆的工艺………………………………………………………………………73.1零件工艺分析………………………………………………………………………………73.2工艺流程……………………………………………………………………………………74小结……………………………………………………………………………………………8参考文献………………………………………………………………………………………10武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书1螺旋微动装置设计1总体方案1.1微动装置结构分析图1.1如图1.1所示，这次设计的是一个螺旋微动装置。图中，右侧是一个螺旋微动装置，下方是机架，左侧是挡块。旋动右侧的螺旋微动装置，推进螺杆向左移动；当右侧的螺旋微动装置往回旋转，螺杆向右缩回。整个装置结构简单，操作便捷，传动误差小，控制精度高，具有很高的实用价值。1.2螺旋微动装置的用途螺旋微动装置既可以用于对未消量的精确测量，也可以用于对微小移动量的控制。前者的实际利用例子有螺旋测微器，后者的实际利用例子是机床上对刀具的微量移动的控制，以切削得到尺寸精确的零件1.3螺旋微动的工作原理螺旋微动装置由螺杆、螺母、挡块、微动手轮、刻度套筒等组成。整个装置固定在机架上。旋转微动手轮时，螺杆前后移动。1.3.1螺旋微动装置的最小微动量螺旋微动装置的最小微动量Smin为Smin=P（△φ/360°）武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书2式中P为螺杆的螺距；△φ为人手的灵敏度，即人手轻微旋转手轮一下，手轮的最小转角。在良好的工作条件下，当手轮的直径为φ15-φ60mm时，△φ为1°-1/4°。手轮的直径大，灵敏度也高些。由上面的式子可知，要想进一步提高螺旋微动装置的灵敏度，可以增大手轮和减小螺距。但手轮太大不仅使微动装置的空间体积增大，而且由于操作不灵便反而使灵敏度降低。若螺距太小，则加工难度太大，使用时也容易磨损。也正是这些原因，本次设计采用了螺旋装置，来提高微动装置的灵敏度。1.3.2螺旋微动装置的精度△S=P/N式中，P为螺杆的螺距，N为手轮上刻度的个数。本次设计中，选取螺距P为1mm的螺纹，手轮上的刻度个数N为100，则该微动装置的精度△S=P/N=1mm/100=0.01mm。该装置的最小微动量Smin必须小于其精度△S。1.3.3材料说明该微动装置实现的是精度传导，不是传递动力，其各个零件受力均非常小，各零件尺寸大小适中选取即可，无需对其进行强度及刚度的校核，可省略不必要的、复杂的计算。2结构设计2.1螺杆的设计2.1.1螺杆的尺寸设计螺杆的总长设计为155mm，查询常用螺纹的用途和特征表可知，普通螺纹应用最广泛，生产成本低，其细牙螺纹适用于轴向微调机构，因此，螺杆上的螺纹选用普通螺纹；为了工作中传导能够平稳精确，旋合长度需要足够长，所以螺纹的设计长度为50mm；根据普通螺纹直径与螺距标准组合列表，选用螺纹M12x1。螺杆右端长度设计为20mm的圆柱，为了对螺杆的行程进行限制，应该使圆柱直径大于螺杆式螺纹的大径，圆柱直径设计为16mm。2.1.2螺杆的表面粗糙度螺杆的右边圆柱表面粗糙度采用Ra3.2，以使螺杆与螺母光滑精密配合，实武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书3现对螺杆的精确导向；螺杆右端的圆柱体，其右端面与手轮通过螺钉紧固连接，为了使连接牢固，采用Ra0.5的表面粗糙度。2.1.3螺杆的材料选择螺杆的材料选择9Mn2V合金钢，其进行的热处理为：淬火并低温回火。该材料的耐磨性高，有较好的尺寸稳定性，适用于精密螺旋传动。2.2挡块的设计2.1.1挡块的尺寸设计挡块的边长为16mm的方块，四个角处的圆角为R1，厚度为10mm。挡块的作用是通过紧定螺钉固定在螺杆上，与螺杆右端的圆柱一起限制螺杆的行进。本设计中，螺杆的最大行程为30mm。挡块装配在其中心线距螺杆左端为20mm处，挡块中心钻有基本尺寸为8mm的通孔。2.1.2挡块表面粗糙度的选择挡块利用锻造成型，用切削进行加工，通孔圆柱表面及两端面用Ra6.3,其余为用不去除材料的方法获得。2.1.3材料的选择挡块受力很小，对强度及刚度没有要求，选常用铸造材料HT100。2.3紧定螺钉的选用紧定螺钉常用于定位而受力较小的情况，因此该处选用紧定螺钉。考虑到螺杆直径较小，在其上钻孔不宜过大，因此在螺钉标准中，选用螺钉GB/T71-2000M3x5。螺钉的确定，决定了挡块侧面的螺纹孔的大径大小，其大径与螺钉大径大致相同，为3mm，在普通螺纹直径与螺距标准的组合系列表中，选用螺距为0.5mm的螺纹，因此该处螺纹标记为M3×0.5。2.4螺母的设计2.4.1尺寸设计螺母总长为80mm，外螺纹长度为46mm，内螺纹长度为50mm。内螺纹与螺杆螺纹行成螺旋副，实现精度传导，内螺纹选用M12x1,根据普通螺纹直径与螺距标准组合系列表，外螺纹选用M20x1.5.外螺纹与机架内螺纹形成紧密配合，以固定螺母，为了连接紧固，在螺母上设计一个圆周肩，肩高为5mm，肩宽为8mm。肩的左右端面与内螺纹退刀槽两端面的水平距离分别设计为2mm和4mm，以保证武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书4足够的强度及刚度。螺母下端钻有直径为8mm，长度为5mm的光孔，其与螺杆配合，实现对螺杆的精确导向作用。2.4.2表面粗糙度的选择螺母采用铸造成型，采用切削进行加工。圆周肩的右端面与机架结合，通过螺纹连接实现紧固连接，为使连接牢固，其表面粗糙度选用Ra12.5，螺母左端处钻的小圆柱孔，与螺杆进行精密的间隙配合，以实现精确导向，其表面粗糙度选用Ra3.2；对于螺母内直径为10mm，长度为20mm的圆柱孔，其粗糙度选用Ra6.3；螺母上所有倒角的表面粗糙度为Ra12.5；其余为Ra0，即其余表面是用不去除材料的方法获得的。2.4.3材料的选择螺母的材料选用ZCuSn10Zn2。该材料与与钢制螺杆配合，摩擦系数低，有较好的额抗胶合能力和耐磨性，适用于轻载、传动精度高的传动。2.5刻度套筒的设计2.5.1尺寸的设计因为螺杆的最大行程为30mm，考虑到刻度的余量及手轮与套筒配合最小量适中，刻度套筒长20mm；套筒螺纹与机架外螺纹配合，形成紧固连接，螺纹自套筒上端起，长度为30mm，根据普通螺纹直径与螺距标准组合系列表，选用螺纹M30x2；套筒圆柱外表面的直径设计为40mm；由于螺杆导程为1mm，即手轮每旋转一周，螺杆前进或后退1mm，因此套筒上的最小分度值取为1mm，刻度线自距套筒左端5mm处开始，一直到距右端5mm处，即整个刻度部分长为40mm，示数为从-5mm到35mm；刻度线的长度：逢5刻度线的长度为4mm，逢10刻度线的长度为5mm，其余刻度线长度为3mm。2.5.2表面粗糙度的选择为使刻度套筒与机架连接牢固可靠，套筒左端面的表面粗糙度选Ra=12.5。对于套筒外表面，为实现与手轮配合间隙适中，且摩擦小，并使与套筒上的刻度线精确清晰，套筒外表面的表面粗糙度选用Ra=1.6.套筒右端面无特殊作用，其表面粗糙选用Ra=0。2.5.3材料的选择刻度套筒属于量具，其材料选用具有高硬度，高耐磨性的高级优质碳素工具武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书5钢T12A。2.6手轮的设计2.6.1尺寸的设计手轮总长为53mm，右端壁厚为5mm，中心处钻有直径为11mm的通孔。手轮左端的刻度圆锥面的水平距离为8mm，垂直高度为2mm。手轮内圆柱孔与刻度套筒外表面形成间隙适中的配合，其基本尺寸为40mm，则刻度圆盘的最小直径为40mm，其对应的周长为40╳π=125.6mm。为使该装置的精度△s达到0.01mm，则要求刻度圆盘等分为100份。此时，刻度圆盘上两相邻刻度线的间距△Xmin=Lmin/N=125.6mm/100=1.256mm1mm，圆盘上的刻度线间隔大于1mm，使得相邻刻度线清晰分明，易于读数。由于圆盘分为100等份，相邻两刻度线对应的