平行光管测量平台总体方案及摆动结构设计【全套CAD图纸+毕业论文答辩资料】

买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 充值就可以下载原稿，疑问咨询 14951605 或 1304139763 平行光管测量平台总体方案及摆动机构设计 摘要 ：平行光管主要是用来产生平行光束的光学仪器， 平行光管测量仪 是一种光学精密测量仪器，本设计要为给定的 平行光管测量仪 设计建造一个测量平台，手动实现要求的测量动作 。 本设计首先将运用所学理论基础知识对平行光管测量平台进行运动分析，包括测量平台的前后平动上下平动，水平摆动和俯仰摆动四个自由度的运动。确定测量平台的总体的设计方案及其主要结构，然后运用 维 件对测量平台进行三维建模，得到平行光管测量平台的三维模型。最后通过给定的原始数据和要求对该平 台的摆动机构进行详细的设计计算。 关键字 ： 平行光管， 测量平台 ， 摆动机构 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 of is to a is a of a a of we to of of of of G AD D D of by a a of UG 文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 录 摘要 . I . 录 . 绪论 . V 选题背景与研究意义 . V 题背景 . V 研究意义 . V 国内外研究现状 . V 外研究现状 . V 内研究现状 . V 本课题研究的内容 . V 2 平行光管及其测量平台的介绍 . 平行光管的结构 .平行光管测量平台的介绍 . 件功能简介及测量平台结构建模 .测量平台总体运动分析与结构建模 . 蜗轮 蜗杆传动机构的介绍和运动分析 . 蜗轮蜗杆传动机构 . 蜗轮蜗杆传动机构的传动特点 . 蜗轮蜗杆传动机构的传动类型 . 蜗轮蜗杆转台的运动分析 . 蜗轮蜗杆传动机构的参数和尺寸计算 . 蜗轮蜗杆传动的主要参数及选择 . 蜗轮蜗杆传动中失效形式 和设计准则 . 蜗轮蜗杆传动的材料和结构 . 文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮蜗杆传动的强度计算 . 蜗杆传动的效率、润滑和热平衡计算 . 结与展望 .考文献 . 谢 . 文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 V 1 绪论 选题背景与研究意义 题背景 某研究所需要为其购买的 平行光管测量仪 设计建造一个平台，手动实现要求的测量动作。 平行光管测量平台主 要用于平行光管的上下平动前后平动，俯仰摆动和水平摆动四个自由度的运动 。 研究意义 平行光管测量平台作为平行光管测量仪器的一个载体，它的结构特性和运动功能将很大程度上影响平行光管测量的结果和效率，所以对平行光管测量平台进行结构分析和设计有很大的现实意义。 传统的定位平台在性能方面满足不了平行光管的测量要求，特别是该平台必须能够实现四个自由度的运动，这对定位平台的开发提出了挑战。 国内外研究现状 外研究现状 日本日立 (司研制的 位平台。此平台具有微动台 和粗动台双层结构。粗动台可作 160 旋转。 设计的精密运动平台采用双层驱动技术，粗动台采用滚珠丝杠驱动，微动台采用压电元件驱动，在 200运动行程内，实现 10定位精度 3。 x 方向的定位精度为 20Y 内研究现状 我国对精密定位平台的研究与发达国家相比还有很大差距。比如清华大学在步进扫描光刻机硅片台掩膜台系统上取得了重要的研究成果，使其运动定位精度可达12。比如哈尔滨工大节德刚设计的高速高精度 位平台，最大运动加速度可达 500。比如天津大学设计的两自由度高速高加速定位平台。该平台运动最大加速度 50m 1。以设计宏微两级驱动和直线旋转混合驱动，并以气浮、磁浮技术试验运动性能极限，已经成为业界研究的新热点 14 本课题研究的内容 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 设计首先对平行光管实验平台作简单介绍，并对其进行详细地运动分析，并用时本设计将利用所学理论基础知识对平行光管测量平台的摆动机构进行了详细地运动分析，并对关键零部件进行设计计算，画出零部件 的 握机械设计的一般步骤，将所学知识运用到生产实际中 。具体研究过程如下 ： 1) 平行光管实验平台 功能与结构分析 通过对 平行光管实验平台 进行功能与结构分析，根据平台设计具体的技术要求来确定本设计研究的具体内容。 2) 维 件的学习和应用 美国 司的主导产品，是集 一体的三维参数化软件，本文将利用 件对平行光管测量平台进行总体结构参数化建模，形象直观地表达自己的设计思想和设计内容。 3) 蜗轮蜗杆传动机构的介绍和运动 分析 蜗轮蜗杆机构 一般用 来传递两交错轴之间的运动和动力 ，此次设计采用蜗轮蜗杆机构来实现平行光管测量平台的水平摆动和俯仰摆动，对其运动过程进行详细地分析与计算。 4） 蜗轮蜗杆摆动机构的零件参数选择和关键件的强度校核 本文通过查阅机械设计手册等参考资料对蜗轮蜗杆摆动机构的零部件进行选型和设计，并对关键零部件进行强度校核。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 平行光管及其测量平台的介绍 本章主要介绍平行光管的结构与功能，并对本设计中平行光管测量平台的结构特点和工作条件作简单介绍。 平行光管的结构 平行光管是用来产生平行光 束的一种光学仪器。 1平行光管主要规格 （）物镜焦距 f ： 550 毫米 （ 2）物镜口径 D ： 55 毫米。 （ 3）高斯目镜：焦距 f 为 44 毫米，放大倍数为 2分划板 550 型平行光管有 5 种分划板，如图 1 （） 十字分划板（）鉴别率板（）星点板（）玻罗板 3用平行光管测量焦距 因为 )()(2 j 所以 （ 1 1） 1 a 号鉴别率板2)(b 玻罗板)(c 星点板)(筒式光源示意图 图 2行光管 5种分划板 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 中 f 为被测透镜焦距， f 为平行光管焦距实测值， y 为玻罗板上所选用线距实测值（ ）， y 为测微目镜上玻罗板低频线的距离（ ，即测量值）。 本设计给定 平行光管长 1500大口径 150量 三维模型如下图 2示。 图 2行光管三维模型 平行光管测量平台的介绍 平行光管测量平台有四个自由度，分别为前后平动，上下平动，水平摆动，俯仰摆动。其中上下平动可实现快速移动和微调，运动台的结构主要有底座，四块运动板，四个手轮，两个导柱，两个导套，转轴，转台，燕尾导轨以及配重平衡块组成。 技术参数如 下： 平行光管长 1500大口径 150量 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 2行光管示意图 运动范围： 平行光管上下平动行程为 1500中微调范围为 50差 10 m； 图 2买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 X 平行光管前后平动行程为 100差 10 m； 图 2平行光管水平摆动角度为 3到 5； 图 2平行光管俯仰摆动 3到 5。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 2行光管俯仰摆动角度示意图 平行光管要实现的运动过程： 1、 上下平动 上下平动分为快速和微调运动。快速运动的实现是通过推或拉手柄，借助 配重平衡块 施加一定的力，使平行光管支撑平台沿支架导轨快速上下移动，到达预定位置后，通过旋紧螺栓使其固定不动。若再次移动需重新松开旋紧螺栓方可移动。微调运动通过转动手柄，手柄通过丝杠螺母副带动平行光板托板上固定的导柱沿着导套做上下微调运动。 2、前后平动 转动手轮通过丝杠螺母副使测量平台沿底座 V 型和矩形导轨实现横向移动，螺母固定在移动平台上，一端采用 V 型槽导轨，防止平台起伏。 3、水平摆动 转动手柄，通过蜗轮蜗杆转台带动测量平台水平转动 ，在转动的另一端通过矩形槽和固定轴来实现摆动角度的控制。 4、俯仰摆动 转动手柄，通过蜗轮蜗杆转台带动测量平台俯仰摆动，俯仰摆动的角度控制是通买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 两条固定在平台上的铁片和固定转台之间距离来控制的。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 件功能简介及测量平台结构建模 美国 司的主导产品，是集 一体的三维参数化软件 测量平台总体运动分析与结构建模 平行光管测量平台总体结构三维建模最终结果如下图 3示。 配重平衡块 4 配重块导杆 3 配重块支撑台 1 拧紧螺母 2 配重侧板 5 配重上板 4 滚轮支撑架 6 滚轮 7 平行光管支撑台 9 微调导柱 8 微调导套 10 导套支撑台 11 螺母固定板 13 微调螺母 12 微调丝杠 14 推拉手柄 15 立柱支架 17 紧固槽钢 18 旋紧螺栓 16 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 3行光管测量平台总体结构三维模型 1、上下平动 上下平动分为快速运动和微调运动。 快速运动的实现是通过推或拉推拉手柄 15，在左边配重平衡块 4 的配合下，带动整个微调装置沿着立柱支架 17 的导轨上下快速平动，到达预定位置后，通过旋紧旋紧螺栓 16 使其固定不动，保持现有的位置状态。若再次移动需重新松开旋紧螺栓 16 方可移动。 2、前后平动 夹紧块 分度连接盘 俯仰摆动角度控制铁片 俯仰摆动机构箱体 固定架 水平摆动角度控制铁片 止动销 水平转动机构箱体 支撑固定台 底座箱体 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 3后平动示意图 测量平台的前后平动 也是通过丝杠螺母副来实现的。通过手柄带动丝杠 1 转动，丝杠 1 通过固定在平台上的螺母 6 从而带动平台沿着矩型导轨 5 和 V 型导轨 2 实现前后平动。 3、水平摆动 转动手柄，手柄固定在蜗杆上，通过转动机构带动测量平台水平转动，在另一端，通过矩形块和固定轴实现摆动角度的控制。如图 3示。 支撑移 动平台 3 V 型导轨 2 矩型导轨 5 丝杠 1 丝杠支撑块 4 螺母 6 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 3平 摆动角度的控制装置图 4、俯仰摆动 转动手柄，手柄固定在蜗杆上，通过蜗轮蜗杆转动机构带动测量平台俯仰摆动，俯仰摆动的角度控制是通过两条固定在转台上的铁片和固定转台之间距离来控制的具体结构如图 4示。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 3仰 摆动角度的控制装置图 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮蜗杆传动机构的介绍和运动分析 蜗轮蜗杆传动机构 图 4蜗杆传动是在空间交错的两轴间传递运动和动力的一种传动，两轴线间的夹角可为任意值，常用的为 90。蜗杆传动具有传动比大 , 结构紧凑等优点，所以它广泛应用在机床、汽车、仪器、起重运输机械、冶金机械以及其它机械制造部 门中。 蜗杆传动 中 蜗杆为主动件 ，其由蜗轮和蜗杆组成。 其中常用的有 阿基米德 圆柱蜗杆传动和圆弧齿圆柱蜗杆传动。 蜗轮蜗杆传动机构的传动特点 蜗轮蜗杆传动有以下特点： 1、可以得到很大的传动比 2、承载能力高于交错轴斜齿轮机构； 3、传动比较平稳，噪音比较小； 4、具有很好的自锁性能 5、效率比较低，磨损比较严重； 6、蜗杆的轴向力较大； 7、一般用于间歇工作场合。 蜗 轮蜗杆传动机构的 传动类型 根据螺杆形状的不同，可以分为圆柱面蜗杆传动环面蜗杆传动 ,和锥面蜗 杆传动。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮蜗杆转台的运动分析 由于蜗杆传动比较平稳 ,振动较小 ,冲击和噪声也较小，可以单级传动并获得教大的传动比 ,有利于平台分度的实现，所以选用蜗轮蜗杆传动。 a) b) c) 图 4买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 蜗轮蜗杆传动机构的参数和尺寸计算 蜗轮蜗杆传动的主要参数及选择 1、 模数 m 和压力角 因为蜗杆传动在主平面内相当于渐开线齿轮与齿条的啮合，故蜗杆的轴向 齿距1, 蜗杆、蜗轮以主平面内的参数为标准值。蜗杆的轴向压力角 等于蜗轮的端面压力角2均为标准值 。 蜗杆传动正确啮合的条件为 : 21 021 20 tx 5 - 1 ) 根据测量平台的实际尺寸大小要求，本设计中选取蜗杆的模数 m=8。 2、蜗杆头数 1z 和蜗轮齿数 2z 蜗杆的头数一般取 1z =1， 2， 4， 6。传动比大或传递转矩大 , 1z 取小值；要求自锁时取 1z =1；传动功率较大、传动效率较高、传动速度大， 1z 取大值，但蜗杆头数过多，加工精度难于保证。综上所述，本设计中取 1z =1。 在动力传动中，为了增加同时啮合齿的对数，一般取 2z 29 83。 2z 过少将产生根切； 2z 过大，将导致模数 m 过小以使齿根弯曲疲劳强度不足；当模数一定时，蜗轮直径 2d 过大，蜗杆长度增加，刚度减小。 1z 、 2z 可根据传动比 i 按表 5取。 表 5z 和 2z 的推荐值 传动比 i 5 8 7 16 15 32 30 83 蜗杆 6 4 2 1 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 数 1z 蜗轮齿数 2z 29 48 29 64 30 64 30 83 蜗杆传动设计中，传动比公称值按以下数值来选取： 5、 10、 15、 20、25、 30、 40、 50、 60、 70、 80。其中 10、 20、 40、 80 为基本传动比，应优先选用。 本设计中取蜗轮的齿 数 0。 3、蜗杆的分度圆直径 导程角 如图 5示，可得 111111t d ( 5 2 ) 式中： 蜗杆轴向齿距 ( 蜗杆分度圆直径（ 当蜗杆导程角选择大时，传动效率比较高。效率高的传动通常取 =150300，所以我们采用多头蜗杆；当要求具有自锁性能的传动，通常 采用 25107 时应取 N=25 107， N 时应取 N 。 表 5 6 锡青铜蜗轮的基本许用接触应力 0H (N=107) ( 图 5 8 蜗杆传动受力分析 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 轮材料 铸造方法 适用的滑动速度 vS m/s 蜗杆齿面硬度 35045 型 金属型 12 25 180 200 200 220 型 金属型 10 12 110 135 125 150 表 5 7 铸铝青铜及铸铁蜗轮的许用接触应力 H （ 蜗轮材料 蜗杆材料 滑动速度 m/s） 2 3 4 6 8 火钢 250 230 210 180 160 120 90 火钢 215 200 180 150 135 95 75 碳钢 130 115 90 质钢 110 90 70 4、蜗轮轮齿的齿根弯曲疲劳强度计算 齿根弯曲强度的校核公式 : 221 2c o F T F （ 9 12） 设计公式为： 12 22 F T （ 9 13） 式中： 0F为蜗轮材料的基本许用弯曲应力，如表 5 9 所示。 寿命系数9 610 ， N = 60 N 25 107 时，取 N =25 107; 当 N 45向受载 双向受载 单向受载 双向受载 模 金 属 模 200 250 140 150 51 58 32 40 64 73 40 50 模 金 属 模 180 200 90 90 37 39 29 32 46 49 36 40 属 模 500 200 90 80 113 100 模 150 38 24 48 30 模 200 48 30 60 38 蜗杆传动的效率、润滑和热 平衡计算 1、蜗杆传动的效率 闭式蜗杆传动的总效率 由啮合效率 1 、搅油效率 2 和轴承效率3三部分组成即： 321 （ 5 15） 当蜗杆为主动件时，啮合效率为： )v 通常，搅油效率 2 = 动轴承效率3=动轴承效率3=合考虑，取32 有： )t t V （ 5 16） 如表 5 10 所示。 在初步计算时，蜗杆传动效率可以近似取下列数值： 闭式传动： 1z 1 2 4 6 文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 式传动： 1z 1、 2 ； 表 5 10 当量摩擦系数 当量摩擦角 v 蜗轮材料 锡青铜 铝青铜 灰铸铁 蜗杆齿面硬度 45m/s 时常用上置式（图 5 9c），油面允许达到蜗轮半径 1/3 处。 表 9 11 蜗杆传动的润滑油粘度及润滑方法 滑动速度 (m/s) 5 10 10 15 15 25 25 工 作 条 件 重载 重载 中载 运动粘度40 (s) 1000 680 320 220 150 100 68 润 滑 方 法 浸 油 浸油 或喷油 喷油润滑，油压（ 、蜗杆传动的热平衡计算 在单位时间内，蜗杆传动由于摩擦发热，因功率损耗而产生的热量为： )1(1000 11 W 式中： 蜗杆传动的输入功率（ 蜗杆传动的效率。 自然冷却时单位时间内经箱体外壁散逸到周围空气中的热量为： )(012 W 式中： 为传热系数（ W/ 。箱体通风良好时，可取 4 ，通风不良时，取 4 ； A 为散热面积（ 凸缘和散热片的面积按其表面积的 50 % 计算； 1t 为箱体内的油温。 0t 为周围空气的温度，通常取 0t =20。 根据热平衡条件 是可得满足热平衡条件时润滑油的温度为： 01111000 1t （ 5 17） 一般取许用油温 750 80，最高不超过 90。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 结与展望 本文主要对平行光管测量平台进行了详细地运动分析，并对平台的摆动机构进行了详细地设计计算，对机械零件设计的一般过程有了深刻的了解。同时让我对蜗轮蜗杆传动机构进行了深入的了解和学习。 通过此次毕业设计，我了解了很多测量平台的知识。使我了解了当前国内外在该方面的先进技术。这 次设计是对大学四年所学的知识一个综合考察，也使我在机械设计方面有了更大的进步。这段时间，我通过网上查找资料，翻阅有关专业书籍，使我学到很多测量平台的有关的知识。还熟悉了摆动机构设计的过程和步骤，并且巩固了机械设计方面的知识。 在本次设计中，更多的是对机械 使我能更加熟练的运用 且还熟练掌握了一些常用软件的应用，比如 此次 毕设是一个 实际 应用型课题， 我国的 机械 产 业还没有达到国际 领先水平。这些 年来，国家 对 机械制造业 更加 大力的发展和推动，对于其相关产业也有大幅度的 推进。 买文档就送 全套 纸 14951605 或 1304139763 考 文 献 1 节德刚 . 宏 /微驱动高速高精度定位系统的研究 D2006. 2 丁汉 ,朱利民 ,林忠钦 . 面向芯片封装的高加速度运动系统的精确定位和操作 J. 自然科学进展