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      高精度手動調節(jié)升降機構

      2020-06-30 02:26:48武江偉
      中國金屬通報 2020年2期
      關鍵詞:振鏡背板螺母

      武江偉

      (北京清大天達光電科技股份有限公司太原分公司,山西 太原 030000)

      1 設計背景

      在激光焊接機中,利用振鏡控制光路來焊接工件,由于存在環(huán)境溫度濕度或者震動等原因,振鏡與工件的角度和工作距離會產生微量偏差,超過0.01mm,會對激光光路產生影響,所以振鏡支撐需增加手動升降調節(jié)機構來保證工作時的機械精度[1]。

      圖1 手動升降調節(jié)機構

      2 設計計算過程

      通過對各種傳動結構特點的分析比較決定才用M14*1細牙螺紋桿與螺母的傳動方式;以導軌滑塊為導向。

      圖2 M14*1細牙螺紋桿與螺母的傳動結構圖

      表1 傳動方法及特點

      (1)因為每次需要調整的升降高度最小為0.01mm,所以增加百分表來便于觀測調節(jié)數(shù)值。百分表量程10mm,最小刻度0.01mm。

      (2)判定螺紋自鎖條件:螺紋升角ψ的正切值<靜摩擦系數(shù)f,即 :tanψ<f;

      tanψ=螺距/π*螺紋中徑=1/3.14*14=0.022;

      因為螺桿材料為40Cr,螺母材料為45#鋼,由圖3[1]得鋼對鋼有潤滑條件下的靜摩擦系數(shù)f=0.1;

      螺紋升角ψ的正切值0.22<靜摩擦系數(shù)0.1;所以此升降機構具備自鎖條件。

      圖3 常用機構材料摩擦因數(shù)

      (3)調節(jié)時所需扭力計算:

      螺桿升降扭矩 T=Fa/2π*n=(μmg+mg)*a/2π

      =(0.1*15*9.8+15*9.8)*1/2*3.14

      =25.75*10-3Nm

      所需扭力F=T/r=25.75*10-3Nm/0.03m=0.83N。

      (4)為了防止螺桿與螺母之間的背隙,增加螺紋間隙鎖緊手柄來保證升降精度。

      (5)通過調整水平螺釘調振支座與立柱接觸面4個角的距離來保證振鏡和工件之間的平面度

      3 有限元分析

      設計任何機器都必須進行力學計算,即求得零件所承受的應力和應變等,視其是否能夠滿足服役要求。

      高精度手動調節(jié)升降機構中負載及支撐機構都依附連接在背板上,所以背板的設計一定要保證強度、剛度及穩(wěn)定性;變形量誤差要小于0.01mm。

      通過對背板進行受力分析,然后通過Soildworks軟件建立模型,并施加相應載荷:

      圖4 背板受力軟件模型

      得到圖5、6:

      圖5 背板的等效應力

      圖6 位移變形圖

      背板材料是Q235-A,其屈服強度是235MPa,經過分析零件的最大等效應力值2.884MPa遠小于材料Q235-A的許用應力,最大位移變形量為0.002mm,小于要求的0.01mm。所以背板力學性能符合設計要求。

      高精度手動調節(jié)升降機構的機械設計不止這一種方法,還應該從現(xiàn)實工作中積累經驗,爭取設計出更好更合理的結構。

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