（优秀毕业全套设计）四维微调工作台结构设计

.微调工作台导轨设计形式的选择导轨的功用是导向和承载。

即保证运动部件在外力作用下，能准确地沿着定的方向运动。

导轨的质量在定程度上决定了微调工作台的加工精度工作能力和使用寿命。

因此，导轨必须满足下列设计基本要求.导向精度导向精度是指动导轨沿支承导轨运动时，直线运动导轨的直线性和导轨同其他运动之间相互位置的准确性。

．精度保持性为了能长期保持导向精度，对导轨提出了刚度和耐磨性的要求。

若刚度不足，则直接影响部件之间的相对位置精度和导轨的导向精度，使导轨面上的比压分布不均匀，加剧导轨面的磨损。

．结构工艺性在可能的情况下，应尽量使导轨结构简单，便于制造和维护。

导轨的般形式有滑动滚动和静压种形式。

其中滑动导轨中导轨副之间是滑动摩擦，山于导轨副材料之间存在动静摩擦因数的差异，会产生爬行现象，同时存在磨损，使用寿命不长，在高精密工作台中较少采用滑动导轨。

滚动导轨中采用钢球或滚柱作为滚动体，具有较小的摩擦因数，动静摩擦因数的差异极小，可以有效避免爬行现象的产生。

但滚动导轨中由于滚动体与导轨之间的接触为点接触或线接触，其抗振性与滑动导轨相比较差。

磁悬浮导轨是近几年来兴起的门新技术。

它利用磁悬浮原理，与气垫技术相比，磁浮具有无声易控和高效等优点。

目前实现磁浮的方式主要有利用永磁体之间的排斥力利用超导技术产生磁浮利用感应涡流产生悬浮利用可控直流电磁铁实现悬浮。

其中磁悬浮导轨主要利用感应涡流原理和可控直流电磁铁技术。

但是磁悬浮导轨存在发热大控制复杂等缺点，限制了其在超精密加工领域的应用。

在大行程精密工作台中多采用静压导轨，而且以气体静压导轨居多，这是因为气体静压导轨具有以下优点摩擦因数和摩擦力都很小，气体支承可在最清洁的状态下工作，具有冷态工作的特点，运动精度高，寿命长，可以在很宽的温度范围和恶劣环境中工作，能够保持很小的间隙。

但是也有缺点承载能力低刚度小润滑而需要高的加工精度气体的可压缩性容易引起不稳定性气体无自润滑性及润滑而易生锈等。

本设计中由于设计精度的要求，没有使用磁悬浮导轨的必要。

其中滚动导轨中采用钢球或滚柱作为滚动体，具有较小的摩擦因数，但滚动导轨中由于滚动体与导轨之间的接触为点接触或线接触，其抗振性与滑动导轨相比较差。

滑动导轨中导轨副之间是滑动摩擦，由于工作台整体机构比较小，导轨上承载的载荷不大，导轨中导轨副之间的摩擦很小，再由经济成本及设备维护上的考虑，本工作台选择滑动导轨的形式。

本次设计的微调工作台导轨采用燕尾槽型，左右对称布置。

导轨与滑轨应有适当的间隙，间隙小，导向准确平稳。

.四维微调工作台的组成及工作原理方向粗调机构轴方向调节的粗调通过转动横向调节螺杆，利用齿轮和齿条啮合使转动变为平动，实现轴方向上的粗调。

精度依靠所设计的齿轮与齿条的精度，其调节范围依靠齿条的长度，根据需要可设计不同的调节范围以满足实验要求。

本设计为保证达到技术标准，要求向调节范围不超出。

横向支架螺钉横向导轨连接螺钉齿条调节套横向调节杆螺钉图.方向粗调机构方向微调机构轴方向的微调是利用了螺杆转动螺母移动原理。

装置中运动杆尺和顶杆可看作是螺杆，保持轴套和滑动台整体看作是螺母，锁紧螺母主要是为了减小螺纹间隙。

旋转运动杆尺来实现微调，最小移动距离可达到.。

为保证达到设计精度要求滑动台与导轨的接触面光滑整洁运行平稳，并且保证顶杆上的螺纹精度。

图.方向微调机构方向粗调机构图.方向粗调机构轴方向的粗调也可看作是垂直方向上的粗调，其调节原理与轴方向上的粗调原理相同。

轴方向调节机构的主要部分由纵向支架滑动轴承纵向调节螺杆齿条纵向导轨等组成。

通过转动纵向调节螺杆，利用齿轮和齿条啮合使转动变为平动，实现轴方向上的粗调。

精度依靠所设计的齿轮与齿条的精度，其调节范围依靠齿条的长度，根据需要可设计不同的调节范围以满足实验要求。

本设计为保证达到技术标准，要求向调节范围不超出。

方向调节机构轴方向的调节是利用了螺母转动螺杆移动原理实现的。

轴方向调节机构的主要部分由轴盖锁紧螺钉直槽螺套立柱螺杆轴套组成。

直槽螺套相当于螺母，立柱和螺杆的组成相当于螺杆，轴套是为了防止螺杆的转动，从而实现立柱在轴方向上的平稳运动，轴盖是为了防止直槽螺套的上下窜动。

当转动直槽螺套时，螺杆会沿着旋转螺套内的螺旋槽螺旋上升，但由于轴套的限制而消除了立柱和螺杆螺旋上升中的转动，只剩下在轴方向上的平动，从而实现了在轴方向上的上下调节。

当调好高度时，可用锁紧螺钉加以固定。

为保证达到设计精度要求直槽螺套内螺旋上升的螺旋槽的高度不小于，并且保证螺旋槽内壁的光滑整洁。

图.方向调节机构水平转角调节机构如图.，水平转角调节机构的主要部分由水平支架水平止推杆水平调节杆水平转动调节架防转调节杆，以及连接螺杆水平转动套转轴套组成。

当进行大角度粗调时，放松防转调节杆，装置以水平支架可进行度的大范围调节。

当角度选定时锁紧防转调节杆，然后调节水平调节杆进行水平方向小角度的调节。

该角度调节的精度主要依靠水平调节杆螺纹的精度，即螺纹每旋转周的导程。

垂直仰角调节机构如图.，垂直仰角和水平转角的调节原理基本相似，垂直仰角调节机构的主要部分由立式支架垂直调节片垂直压紧簧套器件保持架垂直止推杆垂直调节杆组成。

当需要对垂直仰角进行调节时，转动垂直调节杆进行垂直方向上的小角度的调节。

该垂直角度调节的精度主要依靠垂直调节杆上螺纹的精度，即螺纹每旋转周的导程。

图.水平转角调节机构图.垂直仰角调节机构.本章小结本章主要对微调工作台的整体设计进行了初步设想，确定了工作台的基本尺寸和主要参数，叙述了工作台的用途结构特点机体主要材料的选取及工作台的导轨形式的选择。

还从四维微调工作台的方向粗调方向微调方向粗调方向调节水平转角调节垂直仰角调节六大调节机构对四维微调工作台的组成及工作原理进行了详细而系统的阐述。

使四维微调工作台的整体设计具体结构设计确定下来。

第章四维微调工作台的结构设计.微调工作台的传动设计计算轴方向粗调结构设计.参数的选择和计算精度的选择微调工作台属于精密机械，齿轮齿条传动速度低，精度高，选定精度为级。

材料的选择查机械传动设计手册，根据使用要求，选用齿轮的材料为号钢渗碳后淬火，齿条的材料选用号钢调质后表面淬火。

前者硬度为，后者硬度。

初选齿轮齿条基本参数根据设计要求传动精度高，尺寸空间小，使用类比法，初选齿轮的模数，齿数，压力角。

则分度圆直径。

又根据机械原理，为满足齿轮齿条能正确的啮合且能连续传动，齿条的模数，压力角。

依据轴方向运动的范围，并考虑整个机构的对称性，齿条的理论长度应为。

而齿距，.则齿条的齿数，.取。

为了满足行程条件及齿轮齿条的完整啮合，应齿数上留有余量，初定此条的齿数。

所以齿条实际啮合的长度。

圆整取强度的校核接触强度校核接触强度校核的基点是齿轮节点处的计算接触应力应不小于其许用的接触应力。

即.或接触强度计算安全系数应小于接触强度的最小安全系数。

即.此设计的齿轮采用第种方法校核。

根据赫茨公式，可以导出接触应力基本值的计算式.式中，节点区域系数弹性系数重合度系数螺旋角系数分度圆上的名义切向载荷最小工作齿宽齿轮的分度圆直径齿数比。

根据接触应力的基本值，再乘以四个与负载有关的修正系数，即可获得计算接触应力。

即.式中，使用系数动载系数接触强度计算的齿向载荷分布系数接触强度计算的齿间载荷分布系数。

而许用接触应力可依据试验齿轮的接触疲劳极限接触强度计算的最小安全系数及六个修正系数确定。

即.式中，接触强度计算的寿命系数速度系数粗糙度系数工作硬化系数润滑剂系数接触强度计算的尺寸系数。

综上所述，查现代机械传动手册，对于标准直齿轮，取查表知.对于直齿轮.式中，端面重合度。

根据齿数和模数查表知.则螺旋角系数.根据各零件的初估重量及滑动导轨的摩擦系数，取，。

则.初选齿轮的齿宽，齿条的齿宽。

则因为齿条的分度圆直径为无穷大，.所以据式.，可得又查表知使用系数动载荷系数接触强度计算的齿向载荷分布系数，据齿轮的布置为对称布置.式中，为齿宽系数为齿宽。

取由式.，计算有接触强度计算的齿间载荷分布系数所以由式.，根据齿轮的材料查表有接触疲劳极限接触强度计算的最小安全系数因的精确定量较为困难，根据精密机械设计基础，按经验取接触强度计算的寿命系数速度系数粗糙度系数工作硬化系数润滑剂系数接触强度计算的尺寸系数据式.，据式.，因而有故满足要求。

弯曲强度的校核弯曲强度校核的基点是计算齿根应力应不大于许用齿根应力。

即.或弯曲强度的计算安全系数应不小于弯曲强度的最小安全系数，即此设计的齿轮按第种方法校核。

齿根应力的基本值.式中法面模数齿形系数应力系数螺旋角系数重合度系数。

根据齿根应力基本值，再取四个与负载相关的系数，有.式中弯曲强度计算的齿向载荷分布系数弯曲强度计算的齿间载荷分布系数。

查现代机械传动手册并计算可得齿形系数应力系数螺旋角系数重合度系数所以由式.，依接触强度校核中的选取使用系数动载荷系数查表可得弯曲强度计算的齿向载荷分布系数，根据值及其齿宽与齿高之比，查表有弯曲强度计算的齿间载荷分布系数计算式.，可得对于，可依据实验齿轮齿根的弯曲疲劳极限弯曲强度计算的最小安全系数及五个修正系数确定，即.式中，实验齿轮的应力修正系数实验齿轮的寿命系数相对齿根圆角敏感系数相对齿根表面状况系数弯曲强度计算的尺寸系数弯曲强度最小安全系数。

因的精确定量较为困难，根据精密机械设计基础的推荐取.查表可得取由式.，计算有据式.，因而有满足要求。

几何参数的确定根据以上验算，初选的数据均可用。

齿轮齿条几何尺寸的计算模数压力角分度圆直径.齿全高.齿顶圆直径.齿根圆直径.顶隙.几何尺寸如表.。

齿轮齿条的结构设计由于齿轮的直径比较小，宜作成齿轮轴的形式，再者此齿轮轴需要手动调节，故应有在齿轮轴上有调节杆，并根据使用要求及整体结构的布置，齿轮轴的整体设计如图.，表.齿轮参数参数名称数值模数压力角分度圆直径齿全高齿顶圆直径齿根圆直径顶隙图.齿轮结构对于齿条，自身在做直线运动时带动上部的光学器件移动，应把它固定在导轨上，故齿条的两端有段非啮合区来和导轨通过螺栓来紧固，结构图及尺寸如图.。

图.齿条结构轴方向的粗调机构设计由于轴方向的粗调实现的运动原理与轴方向相同，且运动的范围也样，所以可以采用与轴方向调节相同的齿轮齿条传动机构实现轴方向的粗调。

即完全采用轴方向调节的齿轮齿条传动机构，选用的材料同，参数也相同。

轴方向的粗调