平行光管平台平动机构设计【含图纸和文档全套】【LB6】
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毕 业 设 计 任 务 书1毕业设计课题的任务和要求：本课题要完成的任务平行光管测量仪是一种光学精密测量仪器，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。本课题利用所学设计理论与方法对该平台进行分析与设计，解决在设计和分析过程中所遇到的具体问题。最后利用CAD软件完成设计任务。本课题的要求对本课题进行深入的分析与研究，熟悉所设计产品的工作原理与工作过程。熟练掌握所使用的设计软件的一般功能，在此基础上对软件中运动分析进行深入的探讨，设计出满足课题要求的产品。2毕业设计课题的具体工作内容（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：1）平行光管测量仪平台的原始数据、技术要求、工作过程详见所给资料；2）根据给定的资料，完成平台的分析；3）根据分析结果和总体设计构想进行两个平动机构的设计；4）完成两个平动机构的零件图及组装图。毕 业 设 计 任 务 书3对毕业设计课题成果的要求包括毕业设计、图纸、实物样品等：1）开题报告一份；2）标准图纸幅面不少于A0两张（至少有一张装配图）；3）设计说明书一份，光盘一张；4）外文翻译资料一篇。4毕业设计课题工作进度计划：起 迄 日 期工 作 内 容2 月 29日3月27日3 月28 日 5月8日5 月9 日 5 月29日6 月1 日 6月7 日6 月8 日 6 月10日查阅相关资料、撰写开题报告。 把自己所查阅的资料进一步进行整理分析，学习需要掌握的软硬件知识。 完成本课题的主要设计，绘制图纸。 翻译外文资料，撰写说明书。 递交毕业设计，准备答辩。学生所在系审查意见： 同意下发任务书系主任： 2016 年 2 月29 日开题报告填写要求开题报告填写要求1开题报告作为毕业设计答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在系审查后生效；2开题报告内容必须用按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）。文中应用参考文献处应标出文献序号，文后“参考文献”的书写，应按照国标GB 771487文后参考文献著录规则的要求书写，不能有随意性；4学生的“学号”要写全号（如02011401X02），不能只写最后2位或1位数字；5. 有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2016年3月15日”或“2016-03-15”；6. 指导教师意见和所在系意见用黑墨水笔工整书写，不得随便涂改或潦草书写。毕 业 设 计 开 题 报 告文 献 综 述 1引言： 平行光管是光学实验及计量检测的重要设备 ,是一种高精度测试仪器 ,它可以测量微小角度位移及平 面的微小起伏 ,是目前工厂和实验室的测试仪器之一; 同时 ,它也是照相物镜和望远物镜等无限共轭成像 光学系统的校调和像质检验不可缺少的测量基准。在检测中，高精度平行光管对保证质量是至关重要的。因此，有一个好的测试平台更是重中之重。 2、本课题研究的目的：平行光管测量仪是一种光学精密测量仪器，本课题需为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。要求，平行光管能沿平台实现前后移动，和上下移动。 3、本课题研究的意义： 随着科技的发展，精密定位和位移技术在国防工业、微电子工程、航空航天和生物工程等领域都发挥着重要的作用。它直接影响了整个机械行业的技术发展，决定了机械加工精度和产品的质量性能，进而影响到设备的可靠性与稳定性。如在航天航空领域中存在大量的光学仪器，要求这些仪器中的某些关键构可以实现高精度的定位和运动分辨率，以提高成像系统的成像质量，获得更好的观测效果，同时工作环境也对此类位移机构提出了更高的要求，如润滑条件、安装空间和振动等；在光电跟踪设备中，需要对目标进行实时跟踪，因此要求其调节灵敏度高，响应速度快，从而使跟踪系统具有较小的脱靶量，实现对目标准确跟踪。 精密位移平台是实现精密定位和位移的主要设备。根据考虑因素的不同可以将位移平台进行不同的分类。 按照位移机构的工作原理可以将位移平台分为机械式和机电式两种。机械式位移平台是指通过机械结构来实现位移的平台,用的机械结构有丝杠、齿轮、楔块、蜗轮蜗杆组合机构以及柔性位移机构等，结构形式的不同决定了这些平台具有不同的工作特性；机电式是将某些可以精确控制的物理量根据其变化特点以特定的形式转化为材料的变形从而提供工作位移，如常见的电致伸缩、磁致伸缩和压电陶瓷类位移平台属于此类机电式平台。 平台提供位移总离不开特定的机械结构，按照导轨形式可以将平台分为有导轨和无导轨类位移平台。有导轨类平台通过导轨的导向来保证在固定的方向实现精确的位移和定位，如基滑动导轨和滚动导轨类的位移平台。这些基于机械导轨的位移平台可以实现较大的行程，但是由于导轨与平台的直接接触，存在机械摩擦、低速爬行和需要润滑等不足，因此很难达到很高的运动精度。许多学者对空气静压导轨和气浮定位平台进行了研究并取得了一定的成果，但是此类平台对环境要求较高，且平台结构复杂，因此限制了其应用范围。无导轨类位移平台是一类新型的柔性位移机构，变形是机构主要的工作形式。全柔性机构不包含刚性运动副，仅由柔性构件和柔性运动副构成。有导轨类平台属 于刚性机构，是通过运动副(转动副和移动副等)来实现机构的运动转换或者能量传递。精密位移和精确定位是现代机械电子设备技术领域的关键技术之一。精密位移平台多用于高精度仪器的精密对准和精密装调，空间站、载人飞船、航天飞机和遥感卫星等近地轨道航天器一般都配置有多种光学与电子设备，如望远镜，光学干涉仪，各类遥感设备器件以及各类相机和成像光谱仪等。为了获得较好的观察和观测效果，提高遥感器件的成像质量，在航天器总体设计过程中，需要应用具有较高的运动位移分辨率和定位精度的工作平台，同时对环境振动、冲击的隔离和对内部振源的抑制也具有严格的要求；在生物、医学工程的研究中，也需要采用高精度的能做快速运动的微位移工作台对细胞进行搬动、分离、组合，对DNA分子进行拉伸并固定到隔膜上，对蛋白质分子进行操作和生成薄膜结构等，由于在一些情况下精密位移平台本身就是高精度仪器中的重要组成部分，所以平台的轻型化和微型化也是必须考虑的内容。因此，在现代高科技迅速发展的今天，在高精度精密仪器领域中的精密位移平台特别受到业内人士的高度重视。在已有的精密位移平台中，传动机构多为丝杠和导轨传动机构。近年来为提高位移精度，在驱动上使用高精度滚珠丝杠的比率有了很大的提高。由于它们的标准化、系列化、通用化程度很高，又有广阔的市场，十分有利于组织专业化大批量生产。随着位移平台速度的提高，滑动导轨的不足逐渐显现出来，包括滑动导轨摩擦力较大，直线度差等。因此，这种平台多用于移动直线度求较低的场合，导轨的使用也逐渐由滑动向滚动转化。虽然在中国，滑动导轨的使用还占大多数，但使用滚珠导轨和滚柱导轨的平台数量在急速上升。随着科学的发展和技术的进步，除了机械设备技术领域，还有很多应用领域都对位移平台的位移定位精度提出了更高的要求。如依据半导体加工技术、1C制芯关键装备(分布光刻机等)、IC后封装设备等对作业系统高速高精度的实际需求，已开展的宏微结合双重驱动的高速高精度定位技术的研究，以及光纤对接、微细加工、微型机器人、自适应光学等领域对精密定位平台的研究等。综上所述，针对高科技领位移平台，应体现快速位移运动、安装简便、省空间、环保和成本低等特点。本文应对这些要求，研制了一种手动平动平台用以配合平行光管测量的需求。参考文献： 1苏大图，光学测量，北京:机械工业出版社。1993. 2闫永达,孙涛,董申.采用新型驱动器的微位移工作台设计与实验研究.航空精密制造技术, 2001,. 3 牛鸣岐，王保民，王振甫. 机械原理课程设计手册. 重庆：重庆大学出版社， 2001-11: 4 徐盛林 , 陈耿 . 精密超精密定位技术及其应用 J. 中国机械工程 ,1997, 8 5 吴宗泽 .机械设计手册. .北京：高等教育出版社. 6 孙桓 ,机械原理. 北京：高等教育出版社.2006 7 马永林. 机械原理. 北京：.高等教育出版社.2008 8 沈纫秋，工程材料与制造工艺教程. 北京：航空工业出版社 9 徐灏 ，机械设计手册，北京：北京机械工业出版社，1995.12 10吕宏 王慧 机械设计。北京：北京大学出版社 2010.8 11林兰华 理论力学，科学出版社，2009 12张黎骅 郑平新编机械手册。人民邮电出版 13易声耀 番存云 一种新型位移平台的传动系统设计与分析J,机械设计2007(5) 14易声耀 番存云 一种新型位移平台力学仿真与试验研究J,机械设计2007(4） 15成大光 机械设计手册.7版。北京，化学工业出版社.2002。 毕 业 设 计 开 题 报 告本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：本课题要完成的任务：平行光管测量仪是一种光学精密测量仪器，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。本课题利用所学设计理论与方法对该平台进行分析与设计，解决在设计和分析过程中所遇到的具体问题。最后利用CAD软件完成设计任务。 本课题的要求：对本课题进行深入的分析与研究，熟悉所设计产品的工作原理与工作过程。熟练掌握所使用的设计软件的一般功能，在此基础上对软件中运动分析进行深入的 探讨，设计出满足课题要求的产品。本课题的具体工作内容 1平行光管测量仪平台的原始数据、技术要求、工作过程详见所给资料； 2根据给定的资料，完成平台的分析； 3根据分析结果和总体设计构想进行两个平动机构的设计； 4完成两个平动机构的零件图及组装图。设计要考虑的问题： 1.平行光管测试平台外形的大小。 2平行光管测试平台的设计成本。 3.平行光管测试平台平动机构控制方式。 4平行光管测试平台实现平动时动力来源。 5.平行光管测试平台平动机构采用什么样的运动方式。 6平行光管测试平台平动机构要求实现,上下移动、前后移动。(其中上下平动要求实现快速移动和微调。) 7平行光管测试平台平动机构平动的范围。 8平行光管测试平台平动机构实现平动时导轨的选用。设计参数： 上下移动范围为1500mm2500mm，微调范围为50mm，偏差为10um。 前后移动行程为100mm，偏差为10um。设计准则 在平台平动机构设计过程中始终坚持以下原则： 总体原则 流程决定功能，光学要求决定精度； 功能完备性 全面响应系统功能和技术指标，满足系统功能和系统技术指标要求，能够使此次设计的平台用运到各种需求的场合，使平台的价值得以提高； 可靠性和稳定性 平台实用可靠、使用方便、经济安全，可靠性较高以及有稳定的性能指标，能够保证其长期正常运行； 可维护性 尽量减少维护所需的时间，提高平台使用效率； 标准化 元件选型、工作流程标准化，使测试平台具有低的运行成本； 简单的操作使用方法，提高实验运行效率； 总体性能优良。 设计方案： 此次设计位移平台选用机械式。机械式位移平台是指通过机械结构来实现位移的平台,用的机械结构有丝杠螺母、凸轮、配种平衡块、手柄组合机构以及导轨等组成。平台平动机构动力由实验操作人员人工提供。导轨的选用:导轨是由金属或其它材料制成的槽或脊，可承受、固定、引导移动装置或设备并减少其摩擦的一种装置。导轨表面上的纵向槽或脊，用于导引、固定机器部件、专用设备、仪器等。导轨有很多种，燕尾形直线导轨、矩形直线导轨、V形直线导轨 、滑动导轨、滚珠导轨、滚柱导轨等。本次设计，选用V型导轨、双边燕尾导轨。V导轨磨损后能自动赔偿，故导向精度较高。双边燕尾导轨结构紧凑、能防起伏。 传动机构：传动机构是把动力从机器的一部分传递到另一部分，使机器或机器部件运动或运转的构件或机构。齿轮传动机构、链传动机构、带传动机构、蜗轮蜗杆传动机构、凸轮机构等。本次设计采用丝杠螺母和导轨传动机构。大概设计方案为：平行光管测量平台要有四个工作面，用以分别实现平台的上下平动、前后平动、水平摆动、俯仰摆动四个自由度的运动。以此来提高平行光管的应用范围，实现平行光管各个角度的调节。使平台有更好的应用价值。其中，前后移动主要机构由丝杆螺母、V型导轨组成。操作方法：通过摇动丝杆螺母使平台沿着V型导轨实现前后移动。导轨采用包夹形式，用来防止导轨。上下移动主要机构由手柄、配重平衡块、锁紧装置、丝杠螺母、双边燕尾导轨、导柱等组成。操作方法： 通过推或拉手柄，并配合配重平衡块和锁紧装置实现平行光管沿着导柱的快速上下移动。微调通过摇动丝杆螺母使平行光管沿着双边燕尾导轨上下移动。（其中双边燕尾导轨由静轨和动轨组成，双边燕尾导轨起导向和防起伏的作用。） 毕 业 设 计 开 题 报 告指导教师意见： 王安亮同学本次所做设计的题目是“平行光管测量平台平动机构设计”，该同学在查阅了相关的的资料、书籍后，撰写完成了开题报告。开题报告语言通顺，格式规范。“文献综述”部分对研究此课题的意义进行了较为详细的叙述，并对相关技术和研究现状进行了查新，有一定的深度。“本课题要研究或解决的问题和拟采用的设计方案”部分中，提出问题明确，方法基本可行，应尽快理清思路，找准研究手段和途径，圆满完成本次毕业设计工作。 指导教师： 2016年3月19日所在系审查意见： 同意开题 系主任： 2016年3月20日 平行光管测量平台平动机构设计摘要：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。平动机构主要包括上下平动机构和前后平动机构。本设计将运用UG三维CAD软件对测量平台的平动机构进行三维建模，并通过给定的原始数据和要求对该平台的平动机构进行详细的设计计算。同时本文还详细地介绍了丝杠螺母传动机构。关键字：平行光管，测量平台，UG软件，平动机构IThe Design of collimator Measuring platformOverall Plan and Design of Tilting Mechanism Abstract：Collimator is mainly used to produce a parallel beam optical instrument. Collimator is a kind of optical precision measuring instrument. The design will built a measuring platform for a given collimator, which will measure implementation requirements manually. First, this design will use the basic knowledge of theory which we have learned design collimator measurement platform and make motion analysis, including before and after ,from top to bottom, horizontal swing and pitch oscillation four degrees of freedom of movement of the measurement platform. The translational mechanism mainly includes the before and after and up and down translational mechanism. And then using UG three-dimensional CAD software make 3D modeling for measuring platform, and get 3D model of the collimator measuring platform. Finally, by using the original data and the demand make a a detailed design and calculation for translational mechanism of the platform . At the same time this paper also introduces the leadscrew nut transmission mechanism in detail.Keywords: collimator, measuring instrument, UG software, translational mechanismII目 录摘要IAbstractII目 录III1 绪论11.1 选题背景与研究意义11.1.1 选题背景11.1.2 研究意义11.2 国内外研究现状21.2.1 国外研究现状21.2.2 国内研究现状21.3 本课题研究的内容32 平行光管及其测量平台的介绍52.1 平行光管的结构52.2 平行光管测量平台的介绍63 UG软件的介绍93.1 UG产品设计的一般过程94 平动机构三维模型设计过程104.1 上下平动机构主要零部件的三维模型设计104.2 前后平动机构零部件的三维模型设计155 丝杠螺母传动机构195.1 丝杠螺母机构的分类及特点195.2 梯形丝杠结构和特长195.3 梯形丝杠的选择205.4 梯形丝杠的安装与润滑25总结与展望28参 考 文 献29致 谢31IV1 绪论 1.1 选题背景与研究意义1.1.1 选题背景平行光管主要用于产生平行光束，是光学仪器校准和调整的重要工具，也是一种重要的光学测量仪器。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。平行光管测量平台用于实现平行光管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。1.1.2 研究意义制造业属于国家的基础支柱产业。制造业的发展与新型工业化的实现和我国现代化的实现有着密切的关系；对外，制造业的发达程度，也是衡量我国工业竞争力的重要组成部分，是经济全球化进程中体现国家在国际分工地位的至关重要的因素。对于精密运动平台的研究，国内目前还处于刚刚起步阶段，还是一个具有深度挖掘的新性研究领域，还的需要从基础研究着手。精密运动平台集成了多种技术，包括控制技术、位置检测技术、线路制导技术和驱动技术。其性能优劣起决定性作用，它直接决定电子制造装备的整体性能。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,平动机构作为实现测量平台的水平和竖直方向运动的机构，是平行光管测量平台不可或缺的一部分。在测试平台使用过程中起着至关重要的作用。传统的定位测试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。此外，国外在高性能设备、精密定位等关键技术的研究和开发中实现了我国平行光管测量平台的自主知识产权的研发，为实验室提供了一个更好的测试平台，同时加速了我国装备制造业的进步。1.2 国内外研究现状1.2.1 国外研究现状目前，运动平台已广泛应用于工业生产中，包括光刻、引线键合机、蚀刻机、液晶显示板的制造和测试等。在这些设备中，都要求精准的定位，高的速度和相对稳定的加速度，而这些要求在设计平台中处于相互制约，相互影响的关系。即高的精度，在高速度的条件下很难达到。同样高的精度在长距离的行程中也很难确保，同等条件下，平台导轨的直线度误差越大，这对平台的加工和安装精度的要求也越高1。一些国外的设计结果，除了达到6.8g加速度和+ 2.5m的运动平台的定位精度新加坡发展。2。高加速度平台的设计，实现了高标准的锤子和伯恩哈德。在她HEUI和采用双驱动技术的精密运动平台设计，与滚珠丝杠传动的粗糙集，利用压电元件的驱动微平台，在200mm的运动，实现10nm的定位精度5。hongbolan等人。指出超精密定位平台对纳米压印光刻技术有重要影响6。1.2.2 国内研究现状精密定位平台在国内的研究相对较晚，与许多发达国家相比，在技术上用很大的差距，但现已取得了很多可喜的成果。对步进扫描光刻机硅片台掩膜台系统的研究上清华大学取得了不菲的成果，其系统的定位精高达12nm。浙江大学设计的一个很好的二维测试平台，使宏微驱动对大行程的测量可以实现。XY定位平台哈尔滨段德刚先生设计，实现高速和高精度的宏微驱动。XY定位平台特点是结合了直线音圈电机以及压电陶瓷微定位机构的双重驱动方案，引进装备了新型的宏微驱动形式。其运动20mm20mm范围与分辨率10nm，达到最大加速度50-100m S2 /速度/运动1m/s9。采用天津大学的新型弹性解耦机构，设计了一个平台和一个音圈电机驱动装置，实现了高速、高加速度的定位。该平台能实现最大加速度50ms2 ，重复定位精度21m，运动范围为广达50mm50mm，以及运动速度高达0.5ms的定位运动10。中南大学研究出了一种用磁悬浮直线定位的新型的运动模式。为实现大行程直线进给运动精度的快速运动，在空间坐标轴上的平台工作面精确聚焦和调平11。华中科技大学发明了一种用于超精密数控机床、生物芯片扫描仪以及光刻机等设备的一种超精密微动的三自由度工作台12。精密运动平台的研究方面浙江大学对也取得了很大的进展。中国科学院也对磁悬浮精密定位平台进行了研究的还有中国科学院，方法是控制磁悬浮线圈的向上升起，进而使微进给平台悬浮于导轨的上面，实施精密、超精密直线进给操作是利用控制系统驱动微进给平台沿导轨运动13。高精度、高速、快速稳定、高加速等是现在定位平台要实现的目标，国内外的研究方向主要是新的驱动方式、运动构件的结构形式及系统设计、操控方法等方面。高加速精密定位平台经历了几个发展阶段。第一阶段应运较传统的旋转伺服电机，然后通过滚珠丝杠转换为用直线运动驱动的正交串联叠加平台。二阶段，直接驱动和广义并联机构，以提高系统的运行速度和系统的定位精度，这是用来确保系统的稳定性，做为现在高加速精密系统主体14-15。1.3 本课题研究的内容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。平动机构主要包括上下平动机构和前后平动机构。本设计运用UG三维CAD软件对测量平台的平动机构进行三维建模，并通过给定的原始数据和要求对该平台的平动机构进行详细的设计计算。具体研究过程如下：1) 对平行光管实验平台进行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) UG三维CAD软件的学习和应用 UG是美国UGS(UnigraphicsSolutions)公司的主导产品，是集CAD/CAE/CAM于一体的一款三维参数化软件，是当今最先进，最流行的工业设计软件之一。它集概念设计、工程设计、分析与制造功能于一体，设计与生产过程的完美结合。广泛运用于制造业的各个方面，如机械、汽车、船业、航空航天、家电等各个行业。本文将利用UG软件对平行光管测量平台平动机构进行结构参数化建模，形象直观地表达自己的设计思想和设计内容，并为以后地运动仿真和有限元分析提供基础模型。3) 丝杠螺母传动机构的介绍和运动分析丝杠螺母机构就是可以让旋转运动与直线运动进行相互转换，还可以让其进行能量的相互传递。这是传递能量，通过机构如螺旋压力机、千斤顶、等；也有通过运动为基础的机构，如机床的进给螺杆；并调整螺旋传动机构等部件的相对位置等。本设计采用丝杠螺母机构来实现平行光管测量平台的上下和前后摆动，并对其运动过程进行详细地分析。42 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。2.1 平行光管的结构准直器是产生平行光束的装置，如图2-1所示的形状。图2-1准直器是用来从无限的平行束收集，作为一个重要组成部分的光学测量仪器在家庭成员和光学仪器也对准调整功能，使用板和测微目镜透镜不同分化，还有显微镜系统，我们可以测试透镜组的焦距、光管的识别率和图像的质量。如果工作是一个线性测试，通过平行光管配备有自准高斯透镜，利用高斯目镜观察。在测试时，将调整型平面反射镜安装在工件上进行检测。本设计给定平行光管长1500mm,最大口径150mm，重量10.5KG。其三维模型如下图2-2所示。图2-2 平行光管三维模型2.2 平行光管测量平台的介绍平行光管测量平台用于实现平行光管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。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。平行光管测量平台主要技术参数如下：平行光管长1500mm,最大口径150mm，重量10.5KG。图2-3 平行光管示意图运动范围：平行光管上下平动行程为1500mm-2500mm,其中微调范围为50mm,偏差10m；图2-4 平行光管上下平动行程示意图平行光管前后平动行程为100mm,偏差10m；图2-5 平行光管前后平动行程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运动和微调运动。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过两条固定在平台上的铁片和固定转台之间距离来控制的。3 UG软件的介绍通过UG NX UGS公司提供的，他可以为用户提供一个很好的整合、完善的产品卡方案，帮助产品创新，降低上市的伟大成就的时间。同时也可以对产品进行设计、分析和制造，降低成本。他是一款对产品开发领域做设计的旗舰产品。UG在进入中国后发展很快，其业务也有了很大的提高，并且也让中国增长很快，远胜于其他远东区。3.1 UG产品设计的一般过程在产品设计过程中，我们应该养成良好的产品设计习惯，节约设计时间，降低设计成本，提高产品的市场反应能力。在UG NX5软件产品设计中的应用，需要了解产品的设计过程。1) 准备工作（1）阅读相关设计的文档资料，了解设计目标和设计资源。（2）搜集可以被重复使用的设计数据。（3）定义关键参数和结构草图。（4）了解产品装配结构的定义。（5）编写设计细节说明书。（6）建立一个文件目录，以确定结构的层次。（7）将有关设计资料及设计说明纳入相应的项目目录。2) 设计步骤（1）对磁悬浮平台的研究，提出了一种基于磁悬浮系统的新型运动模型。（2）在设计的顶层设计中，产品最主要是掌握参数以及实际有组织描绘。（3）根据数据的参数和结构，建立零件间的关系及零件间的关系特点。（4）不同的子元件和零件的设计细节。（5）在零件细节设计过程中，应该随时进行装配层上的检查，如装配干涉、重量和关键尺寸等。此外，在设计过程中，可以随时添加一些主要的参数，然后可以分配给每个子部分或部分设计。4 平动机构三维模型设计过程通过实地测量平行光管实验平台数据，利用UG三维软件对平行光管测量平台上下平动机构结构三维建模最终结果如下图4-1所示。立柱支架17旋紧螺栓16推拉手柄15微调丝杠14螺母固定板13导套支撑台11滚轮支撑架6配重上板4拧紧螺母2配重块支撑台1紧固槽钢18微调螺母12微调导套10平行光管支撑台9微调导柱8滚轮7配重侧板5配重块导杆3配重平衡块4图4-1 测量平台总体结构三维模型4.1 上下平动机构主要零部件的三维模型设计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。微调运动通过转动推拉手柄15，通过丝杠螺母副，螺母12连同螺母固定板13固定在导套支撑台11上，带动平行光管支撑台9做上下微调运动，丝杠螺母副具有自锁功能，可以实时的启动和停止。1）导套支撑台的三维模型导套支撑台设计最终结果如图4-2所示。图4-2 导套支撑台三维模型2）配重块支撑台三维模型配重块支撑台设计最终结果如图4-3所示。图4-3 配重块支撑台三维模型3）微调导柱及导套三维模型微调导柱及导套设计最终结果如图4-4所示。图4-4 微调导柱及导套三维模型4）滑轮及其支撑板三维模型滑轮及其支撑板设计最终结果如图4-5所示。图4-5 滑轮及其支撑板三维模型5）微调装置与立柱连接的连接块与连接板的三维模型微调装置与立柱连接的连接块与连接板设计最终结果如图4-6所示。图4-6 微调装置与立柱连接的连接块与连接板三维模型6）微调装置丝杠螺母副及连接板三维模型微调装置丝杠螺母副及连接板设计最终结果如图4-7所示。图4-7 微调装置丝杠螺母副及连接板三维模型7）微调装置总体装配三维模型微调装置总体装配设计最终结果如图4-8所示。图4-8 微调装置总体装配三维模型4.2 前后平动机构零部件的三维模型设计测量平台前后平动机构如图4-9所示。螺母6丝杠支撑块4丝杠1V型导轨2矩型导轨5支撑移动平台3图4-9 测量平台前后平动机构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。1）支撑移动平台的三维模型支撑移动平台设计最终结果如图4-10所示。图4-10 支撑移动平台三维模型2）V型导轨的三维模型V型导轨设计最终结果如图4-11所示。长1000mm 宽80mm 图4-11 V型导轨三维模型2）矩型导轨的三维模型矩型导轨设计最终结果如图4-12所示。长1000宽80mm图4-12 矩型导轨三维型模3）螺母的三维模型螺母设计最终结果如图4-13所示。图4-13 螺母三维模型4）丝杠的三维模型丝杠设计最终结果如图4-14所示。图4-14 丝杠三维模型5）测量平台的前后平动装配三维模型测量平台的前后平动装配设计最终结果如图4-15所示。图4-15 测量平台的前后平动装配三维模型315 丝杠螺母传动机构 丝杠螺母机构就是调整旋转运动与直线运动，是其可以实现转换及能量的相互传递。这是传递能量，通过机构如螺旋压力机、千斤顶、等；同时像机床工作台中用于进给的丝杠等也是，它们是以传递运动为主；有用于调节螺旋传动机构的部件的相对位置等。5.1 丝杠螺母机构的分类及特点 丝杠螺母机构有2种类型：分别是滑动摩擦机构和滚动机构。该机构结构简单，加工方便，成本低，具有粘结功能，摩擦阻力大，传动效率低（30%40%）。滚珠丝杠螺母机构是复杂的，但不具有约束力，制造成本高，其最大的优点是，小摩擦阻力，高传输效率的可逆电机（92%至98%），精度，系统的刚度好，运动具有可逆性，由于长期使用寿命，它被广泛地应用于机电一体化系统中。1）滑动丝杠：许多滑动螺钉导向精度达到螺纹磨削质量，特别是轧制成形精度滑动螺钉，如科克运动公司生产。这是由工程塑料制成的，可用于滚珠丝杠的寿命。在一些应用中，较低的传输效率，而且成为滑动丝杠的优势，在垂直应用或设计师不想螺丝逆向行驶的情况下，滑动螺钉原位保持负载。无需使用附加摩擦制动装置与制动马达或系统。在原理上，只要不超过13的螺纹直径，上述自锁条件就可以建立了。滑动螺杆螺母材料的选择原则，可根据温度条件，运行光伏（压力速度）值，耐磨寿命要求，使用环境、成本等因素，例如，可以用的材料需要满足：在温度为-50到+150的范围，PV值需达60,000psi-fpm，这样可以省下维护，还有就是污染环境等。5.2 梯形丝杠结构和特长 梯形丝杠DCMA型和DCMB型具有不易通过机械加工得到的45导程角。每个模型可以很容易地将直线运动转换为旋转运动，反之亦然，转换效率为70%。由于导向是比较大的，他们提供一个更快的进给速度是一个更好的选择低速旋转。采用冷轧法生产的梯形螺杆采用多头螺杆组合。其齿面加工硬化后硬度超过250HV,并经过镜面抛光。结果，这些轴具有较高的耐磨性，可用于在一个非常平滑的运动时，他们使用的梯形螺杆组合。而对于梯形丝杠DCMA40型、DCMB40型或更新型号,是设计用于与切削丝杠轴配合使用的。微梯形螺杆由油塑料制成，具有良好的耐磨性，特别是在无润滑条件下。而且，由于其优异的性能，可以保持很长一段时间，所以你可以有一个长期的免维护。为梯形螺钉，提供一个标准长度的滚子。5.3 梯形丝杠的选择当接触面上的接触面压在轴承表面时，可将动态允许转矩（吨）和动态允许推力表示为转矩和推力。这些值被用作梯形螺钉的强度基准。当使用滑动轴承，接触面压力（对）和滑动速度（第五）的产品，以确定是否该光伏值可作为一种参考的某些类型的参考。使用图5.1所示的相应的光伏值作为选择梯形螺钉的参考。光伏值随润滑条件的变化而变化。图5.1 pV值随润滑条件的不同而变化示图在计算阶梯型螺杆上的载荷时，需要得到的惯性力的精确数据，这是产生的重量和速度的变化的对象的变化。在一般情况下，它是不容易准确地获得所有的往复运动或旋转运动的系数，例如，经常重复启动停止等的影响。因此，如果没有得到实际的负载数据，它是必要考虑的安全系数（财政司）显示在表5.1时，选择一个轴承。表5.1安全系数(fs)负荷的种类Fs 的下限对于不常用使用的静态负荷12对于普通的单方向负荷23对于振动/冲击伴随而来的负荷4或更多如果梯子型螺杆的温度高于常温范围，则会降低材料的抗阻强度和强度。因此，它是必要的动态允许的转矩（吨）和动态允许推力（福）乘以相应的温度系数如图5.2所示。注)小型阶梯式螺丝钉，请使用60以下的。因此，在选择梯形螺钉时，需要以下公式来满足强度。动态容许扭矩(T)静态容许推力(F)fS 安全系数fT 温度系数T 动态容许扭矩(Nm)PT 承受的扭矩(Nm)F 动态容许推力(N)PF 轴向负荷(N)轴的硬度对阶梯式螺杆的耐磨性有很大的影响。如果硬度等于或低于250HV，磨损率将如图5.2所示的增加。此外，表面粗糙度是最好的0.80a或更低。采用滚压加工，在滚动轴表面硬度可达到250HV，而表面粗糙度0.20a或更低。从而，滚动轴可以获得高耐磨性。图5.2 表面硬度与耐磨损性计算接触面压p承受轴向负荷时p 轴向载荷（N PF）在齿面接触压力的情况下(N/mm2)F 动态容许推力(N)PF 轴向负荷(N)承受扭矩时p 接触面压力（N / mm2）在N M的情况下（TPN.m）T 动态容许扭矩(Nm)PT 承受的扭矩(Nm)计算齿面滑动速度VV值可按如下计算V 滑动速度(m/min)Do 有效直径(参照尺寸表) (mm)n 每分钟转数(min-1)R 导程(mm)DCMA、DCMB型梯形丝杠尺寸示意图如图4.4所示。各种尺寸型号，如表5.2所示。 图5.3 DCMA、DCMB型梯形丝杠尺寸示意图表5.2 DCMA、DCMB型梯形丝杠各种尺寸型号表中标记T表示有滚轧轴被组合使用。动态允许转矩（吨）和动态允许推力（法）表示的接触面压力的铅螺杆的数值。微型梯形丝杠DCMB8T型和DCMB12T型使用含油塑料。（外径容许尺寸公差特殊）。法兰的静态容许负荷(P),如图5.4所示,表示对负荷的法兰强度。图5.4法兰的静态容许负荷(P)5.4 梯形丝杠的安装与润滑梯形螺纹杆的圆与支撑座之间的配合采用间隙配合或过渡配合。支撑座内径公差：H8或J8。为了提高梯形螺纹法兰的强度，需要在拐角处进行处理。因此有必要支持口拐角倒角。图5.5 加梯型丝杠法兰根部倒角示意不同类型的梯形丝杠，倒角的大小如表5.3所示。表5.3 不同尺寸DCMA、DCMB型梯形丝杠法兰根部倒角大小公称型号嘴的倒角C（最小）DCMADCMB81.2121.51521720252.530353404550根据梯型丝杠的使用条件可选择合适的润滑方法。建议使用润滑油，尤其是油池润滑或油滴润滑更有效。润滑是最合适的方法，因为这种方法可以满足苛刻的条件，如高速，重载或外部的传热，并使阶梯式螺杆冷却。润滑油适用于中低速度和轻负载条件。根据表5.4所示的条件选择润滑油。表5.4 润滑油的选择使用条件润滑油的种类低速、高负荷、高温高粘度滑动面用油或涡轮油高速、低负荷、低温低粘度滑动面用油或涡轮油在使用较低的情况下，用户可以使用该手到轴上定期使用润滑脂或使用梯形螺杆上的润滑油孔润滑。建议使用锂皂基润滑脂2号。微梯形螺杆是由油性塑料制成，可用于无润滑。在润滑油或润滑脂的早期使用，但注意使用了大量的高压力加润滑油是不适合使用的。总结与展望 本文主要利用UG软件对平行光管测量平台的平动机构进行三维结构建模，使我对UG软件的建模过程更加熟练，对机械零件设计的一般过程有了深刻的了解。同时我对滚珠丝杠进行了深入的了解和学习。本次毕业设计完成过程中对于本科所学知识，还有自己自学的知识有了一次很好的综合运用的机会。学习UG软件的时间较短，加之UG软件入门较难，使得在UG软件的运用上遇到不少困难。我首先对课题进行认真研究，认识到这属于实际工程问题分析。在对问题认识清楚后，利用大型三维软件UG进行结构建模，并进行了实际的测量和计算。经过长时间的写毕业设计，从开始准备到完成，我学到了很多测量平台方面的常识。使我也了解了当前国内外在该方面的一些先进制造技术。本设计是一项综合性研究，大学本科四年的研究。我在这次设计中，自己对机械设计有了更深刻的理解和进步。在这段时间内，通过互联网查找信息、阅读设计手册等相关专业书籍，让我学到了很多知识的测量平台。熟悉了平动机构设计的过程和步骤，巩固了机械设计方面的知识。成套工程是一个实际应用的工程问题，在我国，机械行业还远未达到国际先进水平，并与相关检测、保修、维修行业有没有良好的发展。近年来，国家大力发展和推广机械制造业，对其相关产业也有着极大的促进作用。UG CAD/CAM/CAE
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