精密机械-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………………………………………………………………………21.3螺旋微动的工作原理………………………………………………………………………22结构设计………………………………………………………………………………………32.1螺杆的设计…………………………………………………………………………………32.2紧定螺钉的选用……………………………………………………………………………32.3螺母的设计…………………………………………………………………………………32.4刻度套筒的设计……………………………………………………………………………42.5手轮的设计…………………………………………………………………………………52.6螺钉的选用…………………………………………………………………………………52.7减速杠杆的设计……………………………………………………………………………62.8弹簧的选择…………………………………………………………………………………63主要零件--螺杆的工艺………………………………………………………………………63.1零件工艺分析………………………………………………………………………………63.2工艺流程……………………………………………………………………………………74总结……………………………………………………………………………………………8参考文献…………………………………………………………………………………………9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螺旋杠杆微动装置设计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-杠杆微动装置。图中，左侧是一个螺旋微动装置，下方是一个杠杆，右侧是工作台。旋动左侧的螺旋微动装置，推进螺杆，使杠杆向左倾斜，从而提升右边的工作台；当左侧的螺旋微动装置往回旋转，螺杆向上缩回时，右侧的平台受弹簧的施力作用而向下移动。该装置中采用的：螺杆的螺距是1mm，刻度手轮等分为50份，减速杠杆的比值为2：1。则装置的精度S=0.01mm，由此可得要提高精度可减小螺距或增到手轮等分数和减速杠杆比。该装置不仅采用螺旋微动部分，还加上了减速杠杆。该减速杠杆不仅使我们武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书2更容易控制微小的位移，由上面的公式也可知由于减速杠杆的引用是精度也大大的提高了（提高的比例及为减速杠杆的比）。另外由于位移量只取决于螺杆的螺距、手轮的等分数、减速杠杆的比，因此其它参数的选择比较自由，这也使在参数确定方面较为容易。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母、调节螺母、微动手轮、螺杆等组成。整个装置固定在测微外套上。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°）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，本次设计我们采用了螺旋-杠杆装置，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50，则该微动装置的精度△S=P/N=1mm/50=0.02mm。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122mm，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40mm；根据普通螺纹直径与螺距标准组合列表，选用螺纹M12x1。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/T71-2000M4x10。2.3螺母的设计2.3.1尺寸设计螺母总长为66mm，外螺纹长度为36mm，内螺纹长度为26mm。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4mm，肩宽为8mm。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，以保证足够的强度及刚度。螺母下端钻有直径为12mm，长度为26mm的光孔，其与螺杆配合，实现对螺杆的精确导向作用。2.3.2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。2.3.3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。2.4刻度套筒的设计2.4.1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M20x2；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6mm，其余刻度线长度为2mm。2.4.2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用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。武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书52.4.3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钢T12A。2.5手轮的设计2.5.1尺寸的设计手轮总长为53mm，右端壁厚为5mm，左侧5mm处钻有直径为4mm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。距手轮左端20mm处，有网状的滚花，其长度为20mm，以增大人手接触手轮的摩擦力，使用方便。2.5.2表面粗糙度的选择手轮与螺杆通过螺钉连接在一起，为使连接牢固，手轮右端面的表面粗糙度选用Ra=12.5.手轮上直径为40mm，长为48mm的圆孔，与刻度套筒形成间隙适中的配合，为了减小手轮与刻度手轮之间的摩擦，其表面粗糙度选用Ra=1.6.手轮左端的刻度圆锥面，为使其上的刻度清晰精确，其表面粗糙度选用Ra=1.6。2.5.3材料的选择手轮属于量具，其材料选用具有高硬度，高耐磨性的高级优质碳素工具钢T12A。2.6螺钉的选用图2.6武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书6螺钉使螺母与手轮紧密牢固连接在一起。为使足够牢固，在螺钉的标准表格中选用螺钉GB/T65-2000-M4X10。则手轮上端孔的直径应为1.1d，即4.4mm；螺杆的材料为钢，为连接牢固，则选用的螺钉旋入螺杆的长度bm=d，本设计中dm=10mm。2.7减速杠杆的设计由于杠杆的比例变化也会导致测量结果过的变化，因此一但确定了比例后就不能有所更改，如果发生更改那么实际位移与刻度示数将不再对应，然而减速杠杆起传递位移和力的作用，因此必须保证杠杆有一定的刚度，使其在载荷作用下也几乎不会发生变形，因此选用高强度16Mn高强度钢。2.8弹簧的选择该装置中弹簧连接工作台与支架，且弹簧一直处于压缩状态这样不仅可以消除螺杆螺纹的间隙，而且也使螺杆在向上移动时杠杆始终保持与螺杆一致，因此弹簧的质量也需要保证，本次设计采用的弹簧是KH12X50,弹簧的外径为12mm，内径为6mm可得线径为3mm，弹簧自由长度为50mm。这种弹簧不仅可以承受重载而且抗疲劳强度高。3主要零件-螺杆的工艺图3.1如图4.1是本次设计微动装置中的重要零件-螺杆3.1零件工艺分析零件的工艺分析就是通过对零件图纸的分析研究，判断该零件的结构和技术要求是否合理，是否符合工艺性要求。（1）审查零件图纸武汉理工大学《仪器仪表机构零件及工艺》课程设计说明书7通过对该零件图的重新绘制，知原图样的视图正确，尺寸、公差及技术要求齐全。（2）零件的结构工艺性分析该零件比较简单，材料为9Mn2V合