畢業(yè)設計（論文）-大型工具顯微鏡基座的設計.doc

陜西理工學院畢業(yè)設計題 目 大型工具顯微鏡基座設計 學生姓名 學號 所在學院 機械工程學院 專業(yè)班級 測控技術與儀器1104班 指導教師 完成地點 陜西理工學院圖書館 2015年 6 月 15 日陜西理工學院本科畢業(yè)設計任務書院(系) 機械工程學院 專業(yè)班級 測控技術與儀器(測控1104) 學生姓名 一、畢業(yè)設計題目 大型工具顯微鏡基座的設計 二、畢業(yè)設計工作自 2014 年 12 月 9 日 起至 2015 年 6 月 20 日止三、畢業(yè)設計進行地點: 四、畢業(yè)設計應完成內(nèi)容及相關要求： 大型工具顯微鏡是一種以影象法作為測量基礎的精密光學測量儀器，加上測刀也能以軸切法來進生更精確的測量。儀器備有多種附件，并配備不同的放大倍率，可以對微小工件作精確的測定，在儀器上配裝附加的投影設備，可作為輪廓投影儀使用。大型工具顯微鏡為機器制造工廠、科學研究機關及高等院校的計量部門廣泛使用的一種多性能計量儀器。完成大型工具顯微鏡基座的設計：圓工作臺直徑280mm；圓工作臺旋轉(zhuǎn)角度： 0-360；圓工作臺分度值1；橫、縱向移動范圍0-25mm；橫、縱向移動分度值0.01mm。 五、畢業(yè)設計應收集資料及參考文獻： 大型工具顯微鏡說明書；機械設計手冊；網(wǎng)上有關大型工具顯微鏡的設計內(nèi)容；學校圖書館相關的期刊資料和學位論文。 六、畢業(yè)設計的進度安排：第1周-第4周：借閱手冊、收集相關資料，英譯漢，完成開題報告。第5周-第8周：選擇方案，初步計算，完成裝配草圖。第9周-第14周：完成裝配圖，繪制零件圖。第15周-第16周：完善圖紙，撰寫設計說明書，準備答辯。 指導教師簽名 專業(yè)負責人簽名 、 學院領導簽名 劉春榮 批準日期 2015-01-16 大型工具顯微鏡基座設計游云仙（陜西理工學院機械工程學院測控技術與儀器11級04班，陜西 漢中 723000）指導老師：陳純摘要隨著科學技術的不斷發(fā)展，極大地推動了不同學科的交叉與滲透，導致了工程領域的技術革命與改造。在機械工程領域，由于微電子技術和計算機技術的迅速發(fā)展及其向機械工業(yè)的滲透所形成的機電一體化，使機械工業(yè)的技術結構、產(chǎn)品機構、功能與構成、生產(chǎn)方式及管理體系發(fā)生了巨大變化，一些精密調(diào)節(jié)儀器也是孕育而生,對于一些微小的距離和角度調(diào)節(jié)的精密儀器需求量也是越來越廣泛的要求，所以本課題進行精密機械結構的設計、微小位移、微小角度等調(diào)節(jié)機構的設計。由于是顯微鏡的基座設計，所以在進行角度和位移調(diào)節(jié)上都采取手動進行精密調(diào)節(jié)，首先調(diào)節(jié)手柄與滾珠絲杠連接帶動工作臺的移動實現(xiàn)微小橫向和縱向的位移，手動調(diào)節(jié)工作臺實現(xiàn)小角度的調(diào)節(jié)，其內(nèi)部是利用蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)的。滾珠絲杠和蝸輪蝸桿傳動是此次研究的基礎和重要環(huán)節(jié)。其次是進行標準元件的選擇和一些零部件的強度校核，最終設計出能夠?qū)崿F(xiàn)角度和直線位移的傳動機構。關鍵詞傳動系統(tǒng)，位移調(diào)節(jié)，角度調(diào)節(jié)，強度校核The design of the base of large tool microscopeYouyunxian（Grade11,Class04,Major Measurement Control Technology And Instrument，school of mechanical engineering，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi）Tutor:chen chunAbstract:With the continuous development of science and technology, greatly promote the cross of different subjects and penetration, led to the revolution and reform in the field of engineering. In the field of mechanical engineering, because of the rapid development of microelectronics technology and computer technology to the mechanical industry and its mechanical and electrical integration, which is formed by the penetration of the technology of mechanical industry structure, product, organization, function and structure, mode of production and management system, great changes have taken place in some advanced instruments is born, for some small distance and Angle adjustment precision instrument demand is also more and more widely, so this topic for the design of precision mechanical structure, small displacement, small Angle adjusting mechanism design.Because it is the base of the microscope design and so on which can adjust the Angle and displacement are taken manually precision adjustment, first of all, the regulating handle connected to the ball screw drive the workbench mobile implementation small horizontal and vertical displacement, manual adjustment table of small Angle adjustment, the interior is to use the worm gear and worm drive. Ball screw and worm gear and worm drive is the basis of the research and the important link. Followed by the choice of standard components and some parts of intensity, the final design can realize Angle and linear displacement of the transmission mechanism.Keywords:The transmission system, displacement adjustment, Angle adjustment, strength check目 錄1 緒論11.1課題研究的背景11.1.1工具顯微鏡主要類別11.1.2課題研究的國內(nèi)現(xiàn)狀31.2課題研究的目的和意義31.3 課題研究內(nèi)容41.4 本章小結42 工業(yè)顯微鏡基座的方案設計52.1、基座的工作原理52.1.1設計依據(jù)52.2、基座設計方案的選擇72.2.1 XY基座滑動設計方案的選擇72.2.2、盤面旋轉(zhuǎn)機構的設計92.3本章小結103傳動裝置的設計113.1、導軌和絲桿螺母副的選用113.1.1燕尾槽滑動導軌的選用113.1.2絲杠螺母副的選用113.2、絲桿軸的設計113.2.1 軸的用途113.2.2軸設計的主要內(nèi)容113.2.3 軸的材料113.2.4絲桿軸的結構設計113.2.5 擬定軸上零件的裝配方案123.2.6軸上零件的定位123.2.7 X絲桿軸的結構設計123.2.8初步設計軸的最小直徑123.3 絲杠螺母副的選用計算133.3.1 絲杠螺母的導程的確定133.3.2. 確定絲杠所受的最大動載荷133.3.3. 臨界壓縮負荷133.3.4.絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率驗算133.3.5 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度143.3.6 傳動精度計算143.4、蝸輪蝸桿的傳動設計153.5、裝配圖的繪制163.6、本章小結174 圖紙繪制184.1 軟件的選擇184.2 圖紙繪畫18總 結19致 謝20參考文獻21II1 緒論1.1課題研究的背景顯微鏡是一種精密的光學儀器，已有300多年的發(fā)展史。自從出現(xiàn)了顯微鏡，人類看到了以前看不到的許多微小生物和構成生物的基本單元細胞?，F(xiàn)在，不僅僅有能放大千余倍的光學顯微鏡，而且也有放大幾十萬倍的電子顯微鏡，讓我們?nèi)祟悓ι矬w的生命活動規(guī)律有了更進一步的了解。在普通中學生物教學大綱規(guī)定的實驗中，很多的是要通過顯微鏡來完成，因此，顯微鏡性能的好壞是做好觀察實驗的關鍵。1顯微鏡的組成結構主要包括鏡筒、物鏡轉(zhuǎn)換器、調(diào)節(jié)器、載物臺及鏡座組成。21.1.1工具顯微鏡主要類別小型工具顯微鏡JGX-1型是具有繁用性的精密光學計量儀器之一。測量范圍廣。精確可靠，操作方便。因而特別適用于精密機械制造與工具制造工業(yè)。主要使用范圍如下：圖1.1 小型工具顯微鏡JGX-1型（1）測定形狀樣板，樣板刀等按照直角坐標進行測定;（2）測定螺紋其中包括螺紋的中徑、外徑、內(nèi)徑，螺距，螺形角，螺形角對螺紋軸的輪廓位置和螺紋形狀（齒面的圓整性平坦性，平直性等。）（3）測定角度：測定螺紋梳形車刀，螺紋銑刀的螺形角，各種樣板銑刀的輪廓角和各種形狀樣板的角度等。（4）它也可作為觀察顯微鏡使用，例如作表面光潔度檢定及其他類似工作。（5）它可配用特殊設備與附件，并可變換不同的放大倍烽對于形狀復雜或微小工件的測定極為方便3JX6大型工具顯微鏡JX6大型工具顯微鏡是一種最基礎的精密光學測量儀器.大型工具顯微鏡為機器制造工廠、科學研究機關及高等院校的計量部門廣泛使用的一種多性能計量儀器?？勺饕韵赂黜棞y定：1、檢定樣板、樣板刀、樣板銑刀、沖模和凸輪的形狀。2、測量螺紋的中徑、外徑、內(nèi)徑、螺距、螺形角、螺形角對螺紋軸的輪廓位置和螺紋 形狀（齒形圓整性、平面性、平直角等）。3、測量螺紋車刀、螺紋梳形車刀、螺紋銑刀的螺形角，各種樣板銑刀和各種形狀的樣板輪廓角等。44、使用光學定位器測量內(nèi)孔和各種槽的寬度。第 1 頁 共 26 頁5、使用雙像目鏡測量兩孔間中心距離及零件上的狹縫、線段或具有對稱圖形的圖形之間的距離等。6、如果加上圓弧輪廓目鏡，可方便精確地測量R0.1R100的圓弧尺寸。儀器的主要用途JGX-2型大型工具顯微鏡是一種最基礎的精密光學測量儀器，儀器備有圖1.2 JGX-2型工具顯微鏡多種附件。并配備不同的放大倍率，以便對微小工件也能作精確的測定.大型工具顯微鏡為工廠、科學研究機構及高等院校的計量部門廣泛使用的一種多用途的計量儀器。作為工具制造廠產(chǎn)品鑒定的基本工具，也適用于其它精密機械制造廠，科學研究單位及學校等，供生產(chǎn)或科學研究之用。主要功能：1.檢定樣板、樣板刀、沖模和凸輪的形狀2.測量螺紋的中徑、外徑、內(nèi)徑、螺距、螺形角、螺形角對螺紋軸的輪廓位置和螺紋形狀（齒面圓整性、平坦性、平直度等）。3.測量螺紋車刀、螺紋梳形車刀、螺紋銑刀的螺形角、各種樣板銑刀和各種形狀的樣板的輪廓角等。4.使用光學定位器測量內(nèi)孔和各種槽的寬度。5.使用雙像目鏡測量兩孔間中心距離及零件上的狹縫、線段或具有對稱圖形之間的距離等。6.使用圓弧輪廓目鏡，可方便精確地測量半徑0.1-100mm的圓弧尺寸。電腦型工具顯微鏡JX13B主要用途：微機型萬能工具顯微鏡JX13B是在數(shù)字式萬能工具顯微鏡JX11B的基礎上采用計算機技術對測量數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)處理。配置了優(yōu)于影象法和軸切法的雙光束干涉條紋測量法使微5圖1.3 電腦型工具顯微鏡JX138機型萬工顯系統(tǒng)性能得到了大大提高，軟件的可組合性和可開發(fā)性增強了系統(tǒng)的功能，在更大范圍內(nèi)滿足廣大用戶的需要。微機型萬能工具顯微鏡是機械、電子制造業(yè)、計量測試所廣泛使用的一種多用途計量儀器?？梢杂脕頊y量量程內(nèi)的任何零件的尺寸、形狀、角度和位置。典型測量對象有：測量各種成型零件如樣板、樣板車刀、樣板銑刀、沖模和凸輪的形狀。測量外螺紋（螺紋塞規(guī)、絲桿和蝸桿等）的中徑、小徑、螺距、牙型半角。測量齒輪滾刀的導程、齒形和牙型角。測量電路板、鉆?；蚩装迳系目椎奈恢枚?，鍵槽的對稱度等形位誤差。 本次設計主要是進行鏡座基座的設計，此基座具有縱向和橫向微調(diào)的距離，在角度調(diào)節(jié)中具有微小角度調(diào)節(jié)的作用，在調(diào)節(jié)中都具有刻度標識。1.1.2課題研究的國內(nèi)現(xiàn)狀近年來，我國儀器儀表行業(yè)發(fā)展趨勢良好，是得益與我國機械、輕紡、冶金、石化行業(yè)等。顯微鏡等儀器儀表領域經(jīng)營狀況明顯好轉(zhuǎn)，而且國家政策導向和國民經(jīng)濟整體發(fā)展趨勢對該行業(yè)產(chǎn)生有利的拉動了。2008年顯微鏡行業(yè)銷售收入26.23億元，2009年1-5月顯微鏡行業(yè)銷售收入增速有所放緩。銷售收入9.81億元，同比增長9.4%。我國顯微鏡行業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，目前表現(xiàn)為；門類齊全，有一定的行業(yè)基礎，在發(fā)展中國家，屬于“上游”，與發(fā)達國家則差距明顯。另外，我國的顯微鏡行業(yè)集中度低，企業(yè)呈現(xiàn)出“多、散、弱”特征，科技開發(fā)力不強，產(chǎn)品穩(wěn)定性，可靠性有差距。6國內(nèi)的顯微鏡品牌大多數(shù)由光學儀器廠而來的，因為早期的顯微鏡并不是很普及，多由進口而來，隨著戰(zhàn)爭的爆發(fā)，錢臨照等人在云南建立一小型光學車間，由外廠負責加工金屬部件，制成數(shù)百臺包括有油浸物鏡的高倍顯微鏡，分送抗日后方教學，醫(yī)學和工程建設單位使用，這事國內(nèi)第一次批量生產(chǎn)顯微鏡。解放后，由于社會主義制度的優(yōu)越性，國內(nèi)紛紛建起了當時比較出名的上海光學廠、南京江南光學廠、重慶光學儀器廠、廣州光學廠、桂林光學廠等。我國的顯微鏡制造行業(yè)已經(jīng)有將近70年歷史。據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)顯微鏡的產(chǎn)量每年月15億元，有一半用于出口。在世界顯微鏡的中低端市場。中國品牌占有一席之地。顯微鏡行業(yè)對技術要求很高，核心是物鏡的設計與加工。其中將傾注大量的心血和人力了。這些都是需要有資歷、有技術的人員了。所以國內(nèi)的顯微鏡市場品牌劃分相對來講比較簡單，出名的就那么幾家了。71.2課題研究的目的和意義 在如今現(xiàn)代機械制造行業(yè)中，伴隨著加工零件種類多樣化及工藝合理化發(fā)展的要求，加工零件的方法也呈現(xiàn)出多種多樣，金屬切削加工就是利用刀具切除被加工零件中多余材料的方法，是機械制造行業(yè)中最基本的加工方法，金屬切削加工過程是由金屬切削機床來實現(xiàn)的。金屬切削機床是用切削的方法將金屬毛坯加工成機器零件的機器，除切削加工外，還有鑄造、鍛造、焊接、沖壓、擠壓和輥的軋等，在這其中機床切削加工的工作量約占總制造工作量的40%60%(其中鉆床占11.2%),所以在目前機械制造行業(yè)中金屬切削機床是主要的加工設備。而機床的技術性能又直接影響機械制造行業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量和勞動生產(chǎn)率，所以為了提高國家的工業(yè)生產(chǎn)能力和科學技術水準，必須對機械儀器的發(fā)展作出新的要求。當顯微鏡的鏡頭調(diào)節(jié)完畢后，需要慢速的而且精密調(diào)節(jié)時，一般用電機調(diào)節(jié)，但是有時候電機調(diào)節(jié)不是很方面，人工要不時的輸入要移動的參數(shù)一邊還要看目鏡，所以顯微鏡的基座要設計成手動可以調(diào)節(jié)的，操作人員根據(jù)需要觀察的區(qū)域進行調(diào)節(jié)，所以對顯微鏡基座調(diào)節(jié)結構設計是非常有必要的而且迫切可行的。81.3 課題研究內(nèi)容本課題主要進行顯微鏡基座的結構設計，首先完包括旋轉(zhuǎn)機構和移動機構的設計、及傳動絲杠的強度校核，其次是進行主要零件的設計選擇和計算，最后設計經(jīng)濟性的顯微鏡調(diào)節(jié)基座，主要研究內(nèi)容如下：1、研究調(diào)節(jié)機構的工作原理；2、對調(diào)節(jié)結構進行總體設計；3、傳動絲桿、渦輪蝸桿傳動的設計及強度校核；4、繪制機械裝配圖及零件圖5、編寫設計說明書；1.4 本章小結 通過互聯(lián)網(wǎng)和學校的圖書館查閱大型工具顯微鏡基座的有關信息，初步了解大型工具顯微鏡的最基本的一些信息。根據(jù)相關信息擬定出自己對整個設計的一個規(guī)劃2 工業(yè)顯微鏡基座的方案設計 大型工業(yè)顯微鏡是一種以影像法作為測量基礎的精密光學測量儀器，加上測刀也能以軸切法來進行更精確的測量。儀器設備有多種附件，并配備不同的放大倍率，可以對微小工件作精密的測定，在儀器上配裝附件的投影設備，可作為輪廓投影儀器使用。9大型工業(yè)顯微鏡為機器制造廠、科學研究機關及高等院校等計量部門廣泛使用的一種多性能的計量儀器，完成大型工具顯微鏡基座設計的基本參數(shù)及技術要求為：圓工作臺直徑為280mm；圓工作臺旋轉(zhuǎn)角度為：0360度；圓工作臺分度值精度為1分，橫、縱向移動范圍為0-25mm，橫、縱向的移動精度為0.01mm。2.1、基座的工作原理工業(yè)顯微鏡基準主要廣泛應用于顯微鏡移動物體的調(diào)節(jié)作用。其工作原理如下：人工將被測物體放置在載物臺上，如果物體需要移動到指定位置或者需要做微小調(diào)節(jié)時使用此功能，如果需要橫向或者縱向調(diào)節(jié)時人工只需要調(diào)節(jié)傳動絲桿，傳動絲桿帶動燕尾槽板，燕尾槽板在燕尾槽內(nèi)滑動，燕尾槽板帶動橫、縱移動板進行水平移動；如果需要圓周方向調(diào)節(jié)時，人工也是調(diào)節(jié)蝸桿，蝸桿和渦輪進行傳動，進而帶動圓盤面板的圓周旋轉(zhuǎn)，在圓盤的不動盤面上刻有角度的標識碼，方便調(diào)節(jié)時有刻度可循。102.1.1設計依據(jù)本次設計參考JGX-2大型工具顯微鏡。JGX2大型工具顯微鏡具有下列主要功能和特點：1工作臺可作360度轉(zhuǎn)動，縱橫滑板采用精密鋼珠導軌結構，有效測程均為0-50mm，最小分劃0.01mm及0.005mm/格兩種，相對精度1，測量數(shù)據(jù)可靠，使用壽命長。2采用顯微鏡測角度盤結構，測角目鏡配米字線分劃板，適于被測件角度的量測。另可選配數(shù)碼電子目鏡連接，電腦做圖像處理及計算，十分方便；配數(shù)碼電子視頻目鏡，直接用電視演示觀察檢測全過程。儀器工作照明系統(tǒng)，采用世界先進的通用輸入電壓，AC100V-240V，47-63HZ自動調(diào)節(jié)電壓電源。并選用LED發(fā)光管白色冷光源，作為上下照明光源，亮度可調(diào)節(jié)，光源壽命長，操作方便，減少視力的疲勞。免灰塵、潮濕、氣溫突變或含有酸堿性的氣體環(huán)境。113、JGX2大型工具顯微鏡的光學部件有：目鏡、物鏡、玻璃工作臺等，光學零件的表面油污灰塵清潔，可用脫脂棉花蘸以少許酒精和乙醚混合液，輕輕揩拭，切勿將鏡片擦毛。4、JGX2大型工具顯微鏡維護、保養(yǎng)、調(diào)試，未經(jīng)技術培訓不具備專業(yè)技能的人員不得隨意拆卸調(diào)試和清洗加油。5、電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，需先切斷電源，再進行檢查。透射照明燈泡需要更換燈泡，先切斷電源，再從工作臺中央孔洞基座面上，卸除M2螺釘兩只，即可將燈具拉出，進行檢查更換。JGX2大型工具顯微鏡主要技術參數(shù)如下：12表2.1 JGX-2大型工具顯微鏡基礎參數(shù)項目技術參數(shù)備注1顯微物鏡放大倍率/工作距離2X/67mm2顯微目鏡放大倍率/視場15X/13mm3.數(shù)碼電子目鏡及連接組件視頻顯微目鏡及連接組件SED-1001套選配4.測量工作臺(1)工作臺轉(zhuǎn)動范圍(2)工作臺玻璃直徑(3)滑板:橫向X軸測量范圍 縱向Y軸測量范圍(4)測微手輪分度值360度90mm0-50mm0-50mm0.01mm4.測量工作臺(1)工作臺轉(zhuǎn)動范圍(2)工作臺玻璃直徑(3)滑板:橫向X軸測量范圍 縱向Y軸測量范圍(4)測微手輪分度值360度90mm0-50mm0-50mm0.01mm5.顯微鏡轉(zhuǎn)盤 角度盤分度值 角度盤游標分度值0-360度1度66.儀器示值誤差(5+L/20um)7. 顯微鏡電源輸入電壓范圍電源輸出電壓LED光源 上光源 下光源 保險絲管 上下光源燈泡AC100V-240V 47-63HZDC12V 0.5A1A/250V6.3V/2.5W8.工作臺與物鏡間最大距離 顯微鏡外形尺寸 高長寬 裝箱外形尺寸高長寬140mm4503505005003104309.顯微鏡重量: 裝箱后重量20kgJGX2大型工具顯微鏡的主要結構圖2.1 JGX-2大型工具顯微鏡結構2.2、基座設計方案的選擇2.2.1 XY基座滑動設計方案的選擇A、直線導軌滑座的設計在XY軸向移動時，我們選擇直線導軌作為滑動導軌，導軌副是數(shù)控機床的重要部件之一，導軌的作用是使運動部件能沿一定軌跡運動，并承受運動部件及工件的重量和切削力。它在很大程度上決定數(shù)控機床的剛度、精度和精度保持性。13數(shù)控機床導軌必需具有較高的導向精度、高剛度、高耐磨性，機床在高速進給時不振動、低速進給時不爬行等特性。目前數(shù)控機床使用的導軌主要有3種：塑料滑動導軌、滾動導軌和靜壓導軌。14 1.塑料滑動導軌 目前，工業(yè)搬運機械中所使用的滑動導軌材料為鑄鐵對塑料或鑲鋼對塑料滑動導軌。導軌塑料常用聚四氟乙烯導軌軟帶和環(huán)氧型耐磨涂層兩類。（1）聚四氟乙烯導軌軟帶的特點：摩擦特性好、耐磨特性好、減振性好和工藝性好。（2）環(huán)氧型耐磨涂層：環(huán)氧型耐磨涂層是以環(huán)氧樹脂和二硫化鉬為基體，加入增塑劑，混合成液狀或膏狀為一組份和固化劑為另一組份的雙組份塑料涂層。152.滾動導軌直線滾動導軌副具有以下特點：（1）摩擦因數(shù)小，運動靈活；（2）動、靜摩擦因數(shù)基本相同，因而起動阻力小，而不易產(chǎn)生爬行；（3）可以預緊，剛度高；（4）壽命長；（5）精度高；（6）潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次填裝，長期使用；（7）由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。16因此滾動導軌副被廣泛應用于精密機床、數(shù)控機床、測量機和測量儀器上。滾動導軌副的主要缺點是抗沖擊載荷的能力較差，且滾動導軌副對灰塵屑末等較敏感,應有良好的防護罩。滾動導軌有多種形式，目前常用的滾動導軌為直線滾動導軌。直線滾動導軌主要由導軌體、滑塊、滾柱或滾珠、保持器、端蓋等組成。當滑塊與導軌體相對移動時，滾動體在導軌體和滑塊之間的圓弧直槽內(nèi)滾動，并通過端蓋內(nèi)的滾道，從工作負荷區(qū)到非工作負荷區(qū)，然后再滾動回工作負荷區(qū)，不斷循環(huán)，從而把導軌體和滑塊之間的移動變成滾動體的滾動。為防止灰塵和臟物進入導軌滾道，滑塊兩端及下部均裝有塑料密封墊，滑塊上還有潤滑油杯。17最近新出現(xiàn)的一種在滑塊兩端裝有自動潤滑的滾動導軌，使用時無須再配潤滑裝置.使用直線滾動導軌作為滑動體時，所得到的XY移動的裝配圖如下圖2.3所示：圖2.3 XY軸向移動圖B、燕尾槽滑動設計方案燕尾槽一般與燕尾配合使用,在導軌上用得比較多,如車床的中拖板.其作用是:一是精度較高且間隙可調(diào),如車床上的燕尾槽,用一軸向可移動的斜鐵來調(diào)間隙,二是承載能力大,在設計過程中只需要一個螺栓調(diào)節(jié)其左右移動或者前后移動，對于其設計上結構更加緊湊。9燕尾的設計簡圖如下圖2.4所示：圖2.4 燕尾的設計方案簡圖通過以上的分析對比，在X/Y軸向移動中，使用直線導軌更便捷，但是從結構上看，直線導軌所占用的空間就比較大，而且不緊湊，而用燕尾槽的設計XY方向的移動，就可以避免此類問題的發(fā)生，在螺栓調(diào)節(jié)過程中，燕尾的設計更為緊湊，而且對于這種精密調(diào)節(jié)儀器的底座，燕尾的使用要優(yōu)先與直線導軌。2.2.2、盤面旋轉(zhuǎn)機構的設計A、 蝸輪蝸桿傳動方案設計蝸桿傳動是用來傳遞空間交錯軸之間的運動和動力的。最常用的是軸交角=90的減速傳動。18蝸桿傳動能得到很大的單級傳動比，在傳遞動力時，傳動比一般為580，常用1550；在分度機構中傳動比可達300，若只傳遞運動，傳動比可達1000。蝸輪蝸桿傳動工作平穩(wěn)無噪音。蝸桿反行程能自鎖。19這種蝸桿，在垂直于蝸桿軸線的平面(即端面)上，齒廓為阿基米德螺旋線，在包含軸線的平面上的齒廓(即軸向齒廓)為直線，其齒形角0=20。它可在車床上用直線刀刃的單刀(當導程角3時)或雙刀(當3時)車削加工。安裝刀具時，切削刃的頂面必須通過蝸桿的軸線。這種蝸桿磨削困難，當導程角較大時加工不便。蝸輪蝸桿傳動主要的缺點為：傳動效率較低，不宜在大功率下長期連續(xù)工作；為了減磨耐磨，蝸輪齒圈需用貴重的青銅制造，成本較高。對于蝸輪蝸桿傳動，其主要的傳動示意圖如下圖2.5所示：圖2.5 蝸輪蝸桿傳動示意圖B、錐齒輪傳動方案設計 錐齒輪是圓錐齒輪的簡稱，它用來實現(xiàn)兩相交軸之間的傳動,兩軸交角S稱為軸角，其值可根據(jù)傳動需要確定，一般多采用90。18錐齒輪的輪齒排列在截圓錐體上，輪齒由齒輪的大端到小端逐漸收縮變小，如下圖2.5所示。由于這一特點，對應于圓柱齒輪中的各有關圓柱在錐齒輪中就變成了圓錐，如分度錐、節(jié)錐、基錐、齒頂錐等。錐齒輪的輪齒有直齒、斜齒和曲線齒等形式。直齒和斜齒錐齒輪設計、制造及安裝均較簡單，但噪聲較大，用于低速傳動（5m/s）；曲線齒錐齒輪具有傳動平穩(wěn)、噪聲小及承載能力大等特點，用于高速重載的場合。20 圓錐齒輪傳動是用來傳遞兩相交軸之間的運動和動力的。特點是可用于兩個互相垂直的軸的傳動，而一般圓柱齒輪只能用于平行軸，在進行顯微鏡基座調(diào)節(jié)中可以看出，該調(diào)節(jié)是可以用個水平力傳遞到垂直方向，從而改變其傳動方向和實現(xiàn)臺面板圓周旋轉(zhuǎn)的功能。21圓錐齒輪傳動具有扭矩大 力量損失小等特點； 從蝸輪蝸桿傳動和錐齒輪傳動的設計方案可以看出，兩者都有優(yōu)缺點，但是綜合考慮，對于顯微鏡的基座旋轉(zhuǎn)平臺，其實不需要那么高的扭矩和轉(zhuǎn)速，都是靠人工來驅(qū)動實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)的，所以在進行臺面旋轉(zhuǎn)設計上，我們旋轉(zhuǎn)蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)臺面的旋轉(zhuǎn)比較理想，所以最終選擇蝸輪蝸桿傳動。2.3本章小結 了解大型工具顯微鏡最工作原理后，對其進行整體的設計提出相應的方案來。從提出的方案中來獲取最適合的方案來。3傳動裝置的設計X-Y數(shù)控工作臺是許多機電一體化設備的基本部件，如數(shù)控車床的縱橫向進刀機構、數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X-Y工作臺、激光加工設備的工作臺、電子元件表面貼裝設備等。模塊化的X-Y數(shù)控工作臺，通常由導軌座、移動滑塊、工作、滾珠絲杠螺母副，以及伺服電動機等部件構成。其中伺服電動機做執(zhí)行元件用來驅(qū)動滾珠絲杠，滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動，完成工作臺在X、Y方向的直線移動。導軌副、滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化，由專門廠家生產(chǎn)，設計時只需根據(jù)工作載荷選取即可?？刂葡到y(tǒng)根據(jù)需要，可以選取用標準的工作控制計算機，也可以設計專用的微機控制系統(tǒng)。由于我們設計的顯微鏡基座調(diào)整模塊是標準的X、Y調(diào)節(jié)平臺，在使用過程中都是人工進行手工調(diào)節(jié)，所以不需要電機進行驅(qū)動，只需要在絲杠上面裝有可以調(diào)節(jié)的手柄就可以了。3.1、導軌和絲桿螺母副的選用3.1.1燕尾槽滑動導軌的選用此次設計XY顯微鏡基座的工作臺，不需要承受較大的載荷，人工手工調(diào)節(jié)需要重復定位精度高，因此選用燕尾槽滑動作為運動的載體，它具有摩擦系數(shù)小，不易爬行，傳動效率高，結構緊，安裝預緊方便等優(yōu)點。3.1.2絲杠螺母副的選用人工旋轉(zhuǎn)絲桿運動，通過絲杠螺母副轉(zhuǎn)換成直線運動，需要滿足mm的定位精度，滑動絲杠副間隙較大，只有選用滾珠絲桿副才能達到要求，滾珠絲桿副的傳動精度高、動態(tài)響應快、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、壽命長、效率高、預緊后可消除反向間隙，所以對于絲桿副的選擇好壞直接影響傳動精度。3.2、絲桿軸的設計3.2.1 軸的用途軸也是組成機器的主要零件之一，一切做回轉(zhuǎn)運動的傳動零件，都必須安裝在軸上才能進行運動及動力的傳遞。因此軸的主要功能是支撐和傳遞運動和動力。3.2.2軸設計的主要內(nèi)容軸的設計也和其它零件的設計相似，包括結構設計和工作能力計算兩方面的內(nèi)容。軸的結構設計是根據(jù)軸上零件的安裝、定位以及軸的制造工藝等方面的要求，合理地確定軸的結構形式和尺寸。軸的結構設計不合理，會影響軸的工作能力和軸上零件的工作可靠性，還會增加軸的制造成本和軸上零件裝配的困難等。因此，軸的結構設計是軸設計中的重要內(nèi)容。軸的工作能力計算指的是軸的強度、剛度和震動穩(wěn)定方面的計算。多數(shù)情況下，軸的工作能力主要取決于軸的強度。這時只需對軸進行強度計算，以防止斷裂或塑性變形。而對剛度要求的軸和受到大力的細長軸，還應進行剛度計算，防止工作時產(chǎn)生過大的彈性變形。對高速運轉(zhuǎn)的軸，還應進行震動穩(wěn)定性的計算，防止發(fā)生共振而破壞。3.2.3 軸的材料軸的材料主要是碳素鋼和合金鋼。鋼軸的毛坯多數(shù)用軋制圓鋼和鍛件，有的則直接用圓鋼。由于碳鋼比合金鋼價廉，對應力集中的敏感性較低，同時也可以用熱處理或化學熱處理的辦法提高其耐磨性和抗疲勞強度，故采用碳鋼制造軸尤為廣泛，其中最常用的是45鋼。3.2.4絲桿軸的結構設計軸的結構設計包括定出軸的合理外形和全部結構尺寸。軸的結構主要取決于以下因素：軸在機器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結構設計的因素較多，且其結構形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標準的結構形式。但軸的結構形式都必須滿足軸和裝在軸上零件要有準確的工作位置；軸上零件應便于裝拆和調(diào)整；軸應具有良好的制造工藝性等。3.2.5 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進行軸的結構設計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預定出軸上主要零件的裝配方向、順序、和相互關系。例如本次設計裝配方案是：半聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓螺母、套筒、成對角接觸球軸承、絲杠螺母副，依次從軸的右端向左端安裝，左端只裝軸承和端蓋。這樣就對個段軸的粗細順序作了初步安排。3.2.6軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求者外，都必須進行軸向和周向定位，保證其準確的工作位置。1零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應力集中。滾動軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊中軸承的安裝尺寸。套筒定位結構簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。當軸的轉(zhuǎn)速很高時，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動造成螺釘松脫，可加圓拄銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防松。本次設計的軸向定位是使用左右兩個軸承端蓋來進行固定軸向的間隙。3.2.7 XY絲桿軸的結構設計 （1）主要參數(shù)確定縱向工作行程為25mm進給運動的總阻力F運動臺板質(zhì)量重量初估5Kg測量系統(tǒng)的縱向、橫向、垂直切削力（FX FY FZ=0）所以，設軸向壓力F=G（2）確定絲杠的等效負載工作負載是指工作時，實際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進給牽引力的實驗公式計算。選用導軌為滾動導軌，而一般情況下，滾動導軌的摩擦系數(shù)為0.0025-0.005，取摩擦系數(shù)f為0.005，則絲杠所受的最大牽引力為 (5.1)故其等效負載可按下式計算（估算 t1=t2 ;n2=2n1） (5.2)由以上確定進給運動的總阻力F=12N3.2.8初步設計軸的最小直徑先按機械設計中15-2公式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并根據(jù)表15-3取A0=125，于是：則取絲桿最小直徑為6mm。 (5.3)3.3 絲杠螺母副的選用計算3.3.1 絲杠螺母的導程的確定再本設計中，調(diào)節(jié)手柄與絲杠直接相連，傳動比i=1，在設計過程中，需要重復定位精度為0.01mm，所以在圓周范圍內(nèi)，是可以劃分的，比如360度可以劃分為4個小刻度為一檔次，也就是說圓周方向可以分90個刻度，每個刻度大概為0.011，則絲杠的導程為1mm，就是轉(zhuǎn)動一周滑動板可以走1mm，轉(zhuǎn)動4格，可以是0.044mm，所以絲桿的導程為1mm3.3.2. 確定絲杠所受的最大動載荷 查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時取精度系數(shù)fa=1，負荷性質(zhì)系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=0.95，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=0.53；平均轉(zhuǎn)速為30r/min。 (5.4)選用滑動絲杠螺母傳動，絲杠公稱直徑為，基本導程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑9mm，螺母長度為240mm，取絲杠的精度等級為1級。3.3.3. 臨界壓縮負荷 確定絲杠螺紋部分的長度LU。LU等于被測工件的的最大行程（25mm）加上螺母長度（50mm）加兩端余程最終還是240.LU為240mm。支撐跨度L1應略大于LU，取為L1=267mm。絲杠全長為L=284mm。臨界壓縮負荷為 (5.5)式中E- 材料的彈性模量，；I 絲杠最小截面慣性矩L0最大受壓長度，按照結構設計取L0=284mm；K1安全系數(shù)，一般取K1=1/3；最大軸向工作載荷， ；絲杠支撐方式系數(shù)，查表得，則 (5.6)可見遠大于，滿足要求3.3.4.絲杠拉壓振動和扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率驗算已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度(5.7)當導軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L分別為284mm和100mm。螺母座剛度。軸向拉壓總剛度為： (5.8)絲杠拉壓振動的固有頻率 (5.9)由計算可知，絲杠拉壓振動的固有頻率遠遠大于30r/min，所以能滿足要求。 3.3.5 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 (5.10) 由機械設計手冊得平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 (5.11) 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為 絲杠扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率為： (5.12)顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠遠大于30r/min，所以，能滿足要求。3.3.6 傳動精度計算絲杠的拉壓剛度 (5.13)由以上的各條件可知最小機械傳動剛度為 (5.14) 最大機械傳動剛度 (5.15) 因此得到由于機械傳動裝置所引起的定位誤差為 (5.16)其中，F(xiàn)0為空載時導軌的靜摩擦力。通過上述系列的計算和核算，得出如下絲桿的傳動圖，如圖3.1所示:圖3.1 絲桿傳動圖3.4、蝸輪蝸桿的傳動設計在上述設計中，我們需要將臺面上的東西作為旋轉(zhuǎn)運動，所以我們采取蝸輪蝸桿傳動將水平方向的運動轉(zhuǎn)變?yōu)樨Q直方向的旋轉(zhuǎn)運動。（1）選擇蝸桿傳動類型根據(jù)GB/T 10085-1988的推存，采用漸開線蝸桿（ZI）。 （2）選擇材料蝸桿：根據(jù)庫存材料的情況，并考慮到蝸桿傳動傳遞的功率不大，速度只是中等，故蝸桿用45鋼；因希望效率高些，耐磨性好些，故蝸桿螺旋齒面要求淬火，硬度為4555HRC。 因而蝸輪用鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造。為了節(jié)約貴重的有色金屬，僅齒圈用青銅制造，而輪芯用45號鋼制造。(3) 按齒面接觸疲勞強度進行設計根據(jù)閉式蝸桿傳動的設計準則，先按齒面接觸疲勞強度進行設計，再校核齒根彎曲疲勞強度。由手冊知傳動中心距 (5.17)1、確定載荷系數(shù)K 因工作載荷較穩(wěn)定，故取載荷分布不均系數(shù)=1;由機械設計手冊取使用系數(shù)=1.15由轉(zhuǎn)速不高，沖擊不大，可取動載荷系數(shù)=1.2;K=1.382、確定彈性影響系數(shù) 因用鑄錫磷青銅蝸輪和鋼蝸桿相配，故=1603、確定接觸系數(shù) 假設蝸桿分度圓直徑d和傳動中心距a的比值d/a =0.32,從而可查得=3.14、確定許用接觸應力 根據(jù)蝸輪材料為鑄錫磷青銅ZCuSn10P1，金屬模鑄造，蝸桿螺旋齒面硬度45HRC,可從手冊中查得蝸輪的基本許用應力=268應力循環(huán)次數(shù) N=60j=60150000=1.66 (5.18)壽命系數(shù) = =0.704 (5.19)則 =0.704268=188.6 (5.20)5、計算中心距 mm=95mm (5.21)取中心距a=97mm,完全滿足要求，取模數(shù)m=2，蝸桿分度圓直徑d1=56mm。這時d1/a=0.32，因此以上計算結果可用。6、蝸桿與蝸輪主要幾何參數(shù) 蝸桿 直徑系數(shù) q=d1/m=28齒頂圓直徑 da1=d1+2m=56+212mm=60mm 齒根圓直徑 df1=d1-= d1-2 m (+)=56-22(1+0.2)mm=51.2mm 導程角 =