直线式三维表面线结构光测量机结构设计全套图纸+设计说明书ccd
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直线式三维表面线结构光测量机结构设计全套图纸+设计说明书ccd,ccd直线式三维表面线结构光测量机结构设计
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理 工 学院 本科生毕业设计（论文） 题 目： 直线式 三维表面线结构光测量 机构 设计 姓 名： 学 号： 系 别： 专 业： 年 级： 指导教师： 河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 年 月 日 独创性声明 本毕业设计（论文）是我个人在导师指导下 完成 的。文中引用 他人研究成果的 部分已 在 标注 中 说明 ； 其他同志对本设计（ 论文 ）的启发和贡献均已在 谢辞 中 体现；其它内容及成果为本人独立 完成 。 特此声明。 论文作者签名： 日期： 关于论文使用授权的说明 本人完全了解 华侨大学厦门工 学院有关保留、使用学位论文的规定，即：学院有权保留送交论文的印刷本、复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅；学院可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后应遵守此规定。 论文作者签名： 指导教师签名： 日期： I 直线式三维表面线结构光测量机结构设计 摘要 随 结构光三维测量技术是目前商业上最实用的光学非接触三维测量技术。它以其原理简单、非接触 、高效率、易于实现、测试过程中自动化和较高的测量精度等优点，在现代测量领域占有非常重要的地位，受到了人们的高度重视，是解决非接触三维测量问题的一个有效途径。它弥补了传统的接触式测量的过程中损伤物体表面和不能测量柔性表面的缺陷，可实现对多种被测物体三维形状的测量。 结构光作为一种主前式、非接触的三维视觉剥量新技术，在逆向工程、质量挂剥、数字化建模等领域具有无可比拟的优势，为提高结构光视觉测量的精度，采用 机械结构改进控制来提高其测量精度。 机械系统是机械的重要组成部分，是机械的主体。机械系统的设计是机械设计中极 其重要的一环，设计得正确和合理与 否，对提高机械的性能和质量、降低制造成本与维护费用等影响很大，故 应认真对待。机械系统的方案设计是一项极富创造性的活动，要求设计者善于运用已有知识和实践，认真总结过去的有关工作，广泛收集、了解国内外的有关信息（如查阅文献、专利、标准，同有关人员交谈等），充分发挥创造性思维和想象能力，灵活应用各种设计方法和技巧，以设计方法和技巧，以设计出新颖、灵巧、高效的机械系统 1。 传动系统设计，作为一个动作执行系统，动力是必不可少的，当然对动力的传递系统也就显得尤其重要了。 系统功能中要实 现机 梯形丝杠传动 、 步进电机选型设计 及其夹具的装夹 等功能 。 关键词 ： 结构光 ；机构 ；梯形丝杆传动；步进电机； 河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） d is of d It to of in of to by is to of d of an It up in of to on of be on a of of to be as a in to of to to of is an is of is a of or to be of is a is at at as to , to of to to 1. as an is of is to 录 第 1 章 绪论 . 1 研究背景 . 1 内外现状 . 1 能特性 . 2 能特性 . 3 术的发展应用 . 4 直线模组 . 5 课题的目的 . 7 第 2 章 传动系统的总体设计 . 8 体方案传动系统的选择 . 8 体方案构架 . 3 章 直线传动系统的设计 . 11 轴直线系统的设计 . 11 形丝杆选型计算 . 梯形丝杆电机的选型 . 轴直线系统的设计 . 滚珠丝杆选型计算 . 步进电机选型计算 . 4 章 夹具的装夹 . 23 具的简介 .具的分类 .块定位装夹 .论 . 26 参考文献 . 27 谢辞 . 28 直线式三维表面线结构光测量机构 设计 1 第 1 章 绪论 研究 背景 颗 物体的三维测量主要包括接触式和非接触式两大类。 接触式测量的典型代表是三维坐标测量机，这种测量方式以精密机械为基础，综合应用光学、电子学、计算机和数控等先进技术，测量精度可高达微米级，是迄今为止最具通用性的传统坐标测量方式 。 利用结构光方法实现的物体三维重构技术 ,广泛应用于自动加工、高速在线检测、质量控制、 学诊断、航空航天、汽车制造实物仿形、服装加工、鞋模等领域 ,是反向工程和计算机视觉中的重要组成部分。目前 ,很多的复杂曲面 ,如水轮机叶片、飞机壳体、大型船体、汽车和摩托车壳体等形状的设计和加工精度直接影响到它们在水中和空气中的摩擦 ,但是其外形难以测量。又如飞机、轮船的螺旋桨 ,其曲面的设计、加工精度也将影响到其效率。还有许多模具 ,其设计质量和加工精度直接影响产品的质量。传统的接触式方法测量速度低 ,不适于曲面的快速重构与测量。因而越来越需要快速、无破坏、高精度及自动化的重构与测量方法。 结构光三维视觉是基于光学的三 角法测量原理。光学投射器 (可以是激光器 ,也可以是投影仪 )将一定模式的结构光投射于物体的表面 ,在表面形成由被测物体表面形状所调制的光条三维图像。该三维图像由处于另一位置的摄像机摄取 ,从而获得光条二维畸变图像。光条的畸变程度取决于光学投射器与摄像机之间的相对位置和物体表面形廓 (高度 )。直观上 ,沿光条显示出的位移 (或偏移 )与物体的高度成比例 ,扭曲表示了平面的变化 ,不连续显示了表面的物理间隙。当光学投射器与摄像机之间的相对位置一定时 由畸变的二维光条图像坐标便可重现物体表面的三维形貌。结构光三维视觉测量系统由光学投 射器、摄像机、和计 算机系统三部分构成。 随着 像机在成像分辨率、图像采样速率及计算机图像处理速度的提高，除了一般的监控、计算机视觉等领域， 像机被越来越广泛地应用于三维立体测量、视觉检测、运动测量等领域，且测量精度越来越高，在航空航天、军事等重要部门发挥着越来越重要的作用。 内外现状 于 1969 年由美国贝尔实验室（ 维拉博伊尔 (. 乔治史密斯（ . 发明的。当时贝尔实验室正在发展影像电话和半河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 2 导 体气泡式内存。将这两种新技术结合起来后，波义耳和史密斯得出一种装置，他们命名为“电荷气泡 元件”（ 这种装置的特性就是它能沿着一片半导体的表面传递电荷，便尝试用来做为记忆装置，当时只能从暂存器用“注入”电荷的方式输入记忆。但随即发现光电效应能使此种元件表面产生电荷，而组成数位影像。 到了 70 年代，贝尔实验室的研究员已能用简单的线性装置捕捉影像， 此诞生。有几家公司接续此一发明，着手进行进一步的研究，包括快捷半导体（ 美国无线电公司（ 德州仪器（ 其中快捷半导体的产品率先上市，于 1974 年发表 500 单元的线性装置和 100素的平面装置。图 1 为发明者照片。 图 1 明者 维拉博伊尔和乔治史密 发达国家较早展开了在结构光测量领域的研究工作，在精度、速度、操作性方面都达到了较高水平，相应诞生了一系列成熟的商业化测量系统，如德国 司的 列流动式光学扫描仪，利用视觉测量定位技术和物理光栅进行投宝瞽精度达到 可自动实 现不同视角点云数据的自动拼接；日本柯尼卡一姜能选公司的 i 系列三维扫描仪使用澈光三角测距原理，通过光源发射出的激光隶扫描物体，精度可达 样可安现工件不同部位点云数据的拼接。 在国内，天津大学、清华大学、东南大学、浙江大学等很多大学里面对这种重构的方法都有着深入的研究，积累了大量的理论和实践经验。 能特性 文全称： 文全称：电荷耦合元件。可以称为 一种半导体器件，能够把 光学影像转化为数字信号。 植入的微小光敏物质称作像素（ 一块 包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。 它是把图像像素转换成数字信号。 有许多排列整齐的电容，直线式三维表面线结构光测量机构 设计 3 能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电荷转给它相邻的电容。 泛应用在数位摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜，和高速摄影技术如 摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵 包括 x、 y 两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性 只有 x 一个方向， y 方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。图 1传真机所用的线性 图 1真机所用的线性 能特性 像传感器可直接将光学信号转换为数字电信号，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。其显著特点是： 作电压低，抗冲击与震动，性能稳定，寿命长； 声低，动态范围大； 自扫描功能，图像畸变小，无残像； 技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。因此，许多采用光学方法测量外径的仪器，把 件作为光电接收器。 图 1 作原理。 图 1作原理 功能上可分为线阵 面阵 大类。线阵 常将 部电极分成数组，每组称为一相，并施加同样的时钟脉冲。所需相数由 片内部结构决定，结构相异的 满足不同场合的使用要求。线阵 单沟道和双沟道之分，其光敏区是 产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成， 特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像 (线阵 图 1。面阵 结构要复杂得多，它由很多光敏区排河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 4 列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。 术的发展应用 近四十年来， 件及其应用技术的研究取得了惊人的进展，特别是在图像传感和非接触测量领域的发展更为迅速。随着 术和理论的不断发展， 术应用的广度与深度必将越来越大。 使用一种高感光度的半导体材料集成，它能够根据照射在其面上的 光线产生相应的电荷信号，在通过模数转换器芯片转换成“ 0”或“ 1”的数字信号，这种数字信号经过压缩和程序排列后，可由闪速存储器或硬盘卡保存即收光信号转换成计算机能识别的电子图像信号，可对被侧物体进行准确的测量、分析。 含格状排列像素的 用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。其光效率可达 70%(能捕捉到 70%的入射光 )，优于传统菲林（底片）的 2%，因此 速获得天文学家的大量采用。 传真机所用的线性 像经透镜成像于电容阵列表面后，依其亮度的强弱在每个电容单位上形成强弱不等的电荷。传 真机或扫瞄仪用的线性 次捕捉一细长条的光影，而数码相机或摄影机所用的平面式 一次捕捉一整张影像，或从中撷取一块方形的区域。一旦完成曝光的动作，控制电路会使电容单元上的电荷传到相邻的下一个单元，到达边缘最后一个单元时，电荷讯号传入放大器，转变成电位。如此周著复始，直到整个影像都转成电位，取样并数位化之后存入内存。储存的影像可以传送到打印机、储存设备或显示器。 在数码相机领域， 应用更是异彩纷呈。一般的彩色数码相机是将拜尔滤镜（ 加装在 。每四个像素形成一个 单元，一个负责过滤红色、一个过滤蓝色，两个过滤绿色 (因为人眼对绿色比较敏感 )。结果每个像素都接收到感光讯号，但色彩分辨率不如感光分辨率。 用三片 分光棱镜组成的 3统能将颜色分得更好，分光棱镜能把入射光分析成红、蓝、绿三种色光，由三片 自负责其中一种色光的呈像。所有的专业级数位摄影机，和一部份的半专业级数位摄影机采用 3术。目前，超高分辨率的 片仍相当昂贵，配备 3高解析静态照相机，其价位往往超出许多专业摄摄影者的预算。因此有些高档相机使用旋转式色彩滤镜，兼顾高分辨率与忠 实的色彩呈现。这类多次成像的照像机只能用于拍摄静态物品。 经冷冻的 时在 1990 年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视装置，而各大型直线式三维表面线结构光测量机构 设计 5 天文台亦不断研发高像数 拍摄极高解像之天体照片。 天文学方面有一种奇妙的应用方式，能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。方法是让 电荷读取和移动的方向与天体运行方向一致，速度也同步，以星不仅能使望远镜有效纠正追踪误差，还能使望远镜记录到比原来更大的视场。 一般的 多能感应红外线，所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度 (或趋近零照度 )摄影机 /照相机等。为了减低红外线干扰，天文用 以液态氮或半导体冷却，因室温下的物体会有红外线的黑体幅射效应。 红外线的敏感度造成另一种效应，各种配备 数码相机或录影机若没加装红外线滤镜，很容易拍到遥控器发出的红外线。降低温度可减少电容阵列上的暗电流，增进 低照度的敏感度，甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升（信噪比提高）。 温度噪声、暗电流（ 宇宙辐射都会影响 面的像素。天文学家利用快门的开阖，让 次曝光，取其平均值以缓解干扰效应。为去除 背景噪声，要先在快门关闭时取影像讯号的平均值，即为 暗框 (然后打开快门，取得影像后减去暗框的值，再滤除系统噪声 (暗点和亮点等等 )，得到更清晰的细节。 天文摄影所用的冷却 相机必须以接环固定在成像位置，防止外来光线或震动影响；同时亦因为大多数影像平台生来笨重，要拍摄星系、星云等暗弱天体的影像，天文学家利用 自动导星 技术。大多数的自动导星系统使用额外的不同轴 测任何影像的偏移，然而也有一些系统将主镜接驳在拍摄用之 机上。以光学装置把主镜内部份星光加进相机内另一颗 星装置，能迅速侦测追踪天体时的微小误差，并自动调整驱动马达以矫正误差而不需另外装置导星。 直线模组 直线模组有几种叫法，线性模组、直角坐标机器人、直线滑台等，是继直线导轨、滚珠丝杆直线传动机构的自动化升级单元。可以通过各个单元的组合实现负载的直线、曲线运动，是轻负载的自动化更加灵活、定位更加精准。 概述 直线模组有几种叫法，线性模组、直角坐标机器人、直线滑台等，是继直线导轨、滚珠丝杆直线传动机构的自动化升级单元。可以通过各个单元的组合实现负载的直线、曲线运动，是轻负载的自动化更加灵活 、定位更加精准。 直线模组最早是在德国开发使用的，市场定位在光伏设备，上下料机械手、裁移设备、河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 6 涂胶设备、贴片设备等，这种机械手能给这个行业的设备带来便利的点有：单体运动速度快、重复定位精度高、本体质量轻、占设备空间小、寿命长。直线模组运用的范围一直在扩大，跑向全世界。在我们国家跑的速度更快，近几年，直线模组的开发更是快，尤其在深圳，做的很多，而且质量也不错，深受设备制造商的青睐。 直线模组发展至今，已经被广泛应用到各种各样的设备当中。为我国的设备制造发展贡献了不可缺少的功劳，减少对外成套设备进口的依赖，为热 衷于设备研发和制造的工程师带来了更多的机会。直线模组当前已普遍运用于测量、激光焊接、激光切割、涂胶机、喷涂机、打孔机、点胶机、小型数控机床、雕铣机、样本绘图机、裁床、移载机、分类机、试验机及适用教育等场所。 就当前广泛使用的直线模组可分为 2 类型：同步带型和滚珠丝杆型。 同步带型直线模组主要组成由： 皮带、直线导轨、铝合金型材、联轴器、马达、光电开关等。 滚珠丝杆型直线模组主要组成由： 滚珠丝杆、直线导轨、铝合金型材、滚珠丝杆支撑座、联轴器、马达、光电开关等。 模组规格型号 同步带型： 皮带安装在直线模组两侧的传动轴，其中作为动力输入轴，在皮带上固定一块用于增加设备工件的滑块。当有输入时，通过带动皮带而使滑块运动。 其一侧可以控制皮带运动的松紧，方便设备在生产过程中的调试。 同规格的直线模组，负载上限不同。 力输入的控制对其精度同时会产生影响。 丝杆型： 将直线运动转化为 回转运动的理想的产品。滚珠丝杠由螺杆、螺母和滚珠组成。它的功能是将旋转运动转化成直线运动，这是滚珠螺丝的进一步延伸和发展，这项发展的重要意义就是将轴承从滚动动作变成滑动动作。由于具有很小的摩擦阻力，滚珠丝杠被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。可在高负载的情况下实现高精度的直线运动 . 直线式三维表面线结构光测量机构 设计 7 又称滑轨、线性导轨、线性滑轨，用于直线往复运动场合，拥有比直线轴承更高的额定负载， 同时可以承担一定的扭矩，可在高负载的情况下实现高精度的直线运动 精度高 ;精密级导轨板 , 铝合金型材滑台外形美 观、设计合理、刚性好、性能可靠，是组合机床和自动线较理想的基础 动力部件动态性能好 热变形小 ,进给稳定性高 ,从而保证了 加工状态下（负荷下）的实际精度。 直线模组 部结构分为开放式和封闭式。 开放式 :直线滑台的受力部分主要集中在中下部和两侧，将其传动部分裸露在外。 封闭式 :直线滑台的受力部分主要集中在外部材料，将其传动部分封闭起来。 模组面临问题 直线模组的开发面临一个问题，小型化、大型化面临精度难以控制，尤其皮带驱动的本身皮带就没有精度可言，要安装在模组上，同时要控制精度这个技术只有外国有，德国 、韩国做的比较好，他们安装环境是：车间环境温度控制在 20C，安装设备的高精度，检测设备的高精度。在我们国家做直线模组的虽然很多，但高昂的安装设备、检测设备是生产面临的最大的问题，这些技术我们要承认得向人家学习。 当 直线模组结合在一起使用时，会使测量的工件以均匀的速度运动，会是 课题的目的 设计一个零件线结构光测量系统的机械结构部分，其主要由两个直线运动工作台组成。线结构光和 装在垂直方向工作台上，并由其调整高度。水平方向上的工作台带动工件沿垂直 于线结构光方向运动，实现对工件表面三维结构的测量。要求垂直方向工作台的行程为 300电机和梯形丝杠实现运动。水平方向上的工作台由步进电机和滚珠丝杠实现，行程为 300动分辨率小于 5 微米。 河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 8 第 2 章 传动系统的总体设计 总体方案 传动系统的选择 根据课题要求，该方案中须有 2 个直线运动，即 Z 轴和 X 轴两个方向运动， Z 轴上为装所在，被测量的工件为放在 X 轴方向的所在工作台上运动。 对于直线运动的传动机构选择有很多种，下面主要介绍如下几种： 链传动是通过链条将具有特殊齿形的主动 链轮的运动和动力传递到具有特殊齿形的从动链轮的一种传动方式。 链传动有许多优点，与带传动相比，无弹性滑动和打滑现象，平均传动比准确，工作可靠，效率高；传递功率大，过载能力强，相同工况下的传动尺寸小；所需张紧力小，作用于轴上的压力小；能在高温、潮湿、多尘、有污染等恶劣环境中工作。 链传动的缺点主要有：仅能用于两平行轴间的传动；成本高，易磨损，易伸长，传动平稳性差，运转时会产生附加动载荷、振动、冲击和噪声，不宜用在急速反向的传动中。 基本结构 链传动是啮合传动，平均传动比是准确的。它是利用链与链轮轮齿的啮合来传 递动力和运动的机械传动。 链条长度以链节数来表示。链节数最好取为偶数，以便链条联成环形时正好是外链板与内链板相接，接头处可用弹簧夹或开口销锁紧。若链节数为奇数时，则需采用过渡链节。在链条受拉时，过渡链节还要承受附加的弯曲载荷，通常应避免采用。 齿形链由许多冲压而成的齿形链板用铰链联接而成，为避免啮合时掉链，链条应有导向板 (分为内导式和外导式 )。齿形链板的两侧是直边，工作时链板侧边与链轮齿廓相啮合。铰链可做成滑动副或滚动副，滚柱式可减少摩擦和磨损，效果较轴瓦式好。与滚子链相比，齿形链运转平稳、噪声小、承受冲击 载荷的能力高；但结构复杂、价格较贵、也较重，所以它的应用没有滚子链那样广泛。齿形链多用于高速 (链速可达 40m/s)或运动精度要求较高的传动。 基本特点 特点与带传动相比，链传动没有弹性滑动和打滑，能保持准确的平均传动比；需要的张紧力小，作用于轴的压力也小，可减少轴承的摩擦损失；结构紧凑；能在温度较高、有油污等恶劣环境条件下工作。 直线式三维表面线结构光测量机构 设计 9 与齿轮传动相比，链传动的制造和安装精度要求较低；中心距较大时其传动结构简单。瞬时链速和瞬时传动比不是常数，因此传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。 链传动平均传动比准确 ,传动 效率高，轴间距离适应范围较大，能在温度较高、湿度较大的环境中使用；但链传动一般只能用作平行轴间传动，且其瞬时传动比波动，传动噪声较大。 由于链节是刚性的，因而存在多边形效应（即运动不均匀性），这种运动特性使链传动的瞬时传动比变化并引起附加动载荷和振动，在选用链传动参数时须加以考虑。链传动广泛用于交通运输、农业、轻工、矿山、石油化工和机床工业等。 同步带是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。同步带传动时，传动比准确，对轴作用力小 ，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度 80， v50m/s， P300kw,i10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。 同步带传动是由一根内周表面设有等间距齿形的环行带及具有相应吻合的轮所组成。 它综合了带传动、链传动和齿轮传动各自的优点。转动时，通过带齿与轮的齿槽相啮合来传递动力。 传输用同步带传动具有准确的传动比，无滑差，可获得恒定的速比，传动平稳，能吸振，噪音小，传动比范围大，一般可达 1:10。 允许线速度可达 50M/S，传递功率从几瓦到百千瓦。传动效率高，一般可达 98%，结构紧凑，适宜于多轴传动，不需润滑，无污染，因此可在不允许有污染和工作环境较为恶劣的场所下正常工作。 传输产品广泛用于纺织、机床、烟草、通讯电缆、轻工、化工、冶金、仪表仪器、食品、矿山、石油、汽车等各行业各种类型的机械传动中。 特点 （ 1）传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比； （ 2）传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低； （ 3）传动效率高，可达 能效果明显； （ 4）维护保养方便，不需润滑，维护费用低 ； （ 5）速比范围大，一般可达 10，线速度可达 50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦； （ 6）可用于长距离传动，中心距可达 10m 以上。 (7) 相对于 V 型带传送，预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小； 河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 10 丝杠螺母机构又称螺旋传动机构。它主要用来将旋转运动变换为直线运动或将直线运动变换为旋转运动。有以传递能量为主的 (如螺旋压力机、千斤顶等 )；也有以传递运动为主的如机床工作台的进给丝杠 )；还有调整零件之问相对位置的螺旋传动机构等。 丝杠螺母机构有滑动摩擦机构和滚动摩擦机 构之分。滑动丝杠螺母机构结构简单，加工方便，制造成本低，具有自锁功能，但其摩擦阻力矩大、传动效率低 (30 40 )。滚珠丝杠螺母机构虽然结构复杂、制造成本高，不能自锁，但其最大优点是摩擦阻力矩小、传动效率高 (92 98 )，精度高，系统刚度好，运动具有可逆性，使用寿命长，因此在机电一体化系统中得到大量广泛应用。 综合上述，在此我们 Z 轴选用梯形丝杆传动，其价格低廉，制造简单，且具有自锁功能。 度高，摩擦阻力矩小等特点。 总体方案构架 轴的传动的传动方案如下图 2示。 图 2体方案 1梯形丝杆部件， 2滚珠丝杆部件， 34直线式三维表面线结构光测量机构 设计 11 第 3 章 直线 传动 系统的设计 Z 轴直线系统 的设计 轴器、梯形丝杆。 丝杆传动形式根据丝杆和螺母相对运动的组合情况，其基本传动形式如 下 所示的四种。 (1)螺母固定、丝杠转 动并移动 该传动形式因螺母本身起着支承作用，消除了丝杠轴承可能产生的附加轴向窜动，结构较简单，可获得较高的传动精度。但其轴向尺寸不宜太长，否则刚性较差。因此只适用于行程较小的场合。 如图 3 示 图 3母固定、丝杠转动并移动 (2)丝杠转动、螺母移动 该传动形式需要限制螺母的转动，故需导向装置。其特点是结构紧凑，丝杠刚性较好。 适用于工作行程较大的场合。 如图 3 图 3杠转动、螺母移动 (3)螺母转动、丝杠移动 该传动形式需要限制螺母移动和丝杠的转动，由于结构较复杂且占用轴向空间较大，河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 12 故应用较少。 如图 3示。 图 3母转动、丝杠移动 (4)丝杠固定、螺母转动并移动 该传动方式结构简单、紧凑，但在多数情况下使用极不方便，故很少应用。如图 3 图 3杠固定、螺母转动并移动 此外，还有差动传动方式，其传动原理如图 3方式的丝杠上有基本导程 (或螺距 )不同的 (如 段螺纹，其旋向相同。当丝杠 2 转动时，可动螺母 1的移动距离 s=n(n 为丝杠转速 )，如果两基本导程的大小相差较少，则可获得较小的位移 s。因此，这种传动方式多用于各种微动机构中。 直线式三维表面线结构光测量机构 设计 13 图 3动传动原理图 12综上所述，选用丝杠转动、螺母移动的类型经行设计。 形 丝杆选型 计算 本节阐述 了滑动螺旋传动的设计计算，由于其工作条件及对传动要求的不同，失效形式也不同，因此要选择不同的设计准则进行设计，以确定螺旋传动的参数，然后根据工作条件，进行必要的验算，以满足工作要求。 （一）滑动螺旋传动的失效形式 1螺纹磨损 2螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂 3螺杆失稳 4螺距变化 滑动螺旋传动，除以上的失效形式外，对于高速的长螺杆，应验算其临界转速，以防止产生过度的横向振动；要求螺旋自锁时，应验算其自锁条件。螺纹磨损：滑动螺旋工作时，主要承受转矩及轴向拉力（或压力），同时螺杆与 螺母的旋合螺纹间有较大的相对滑河北科技大学理工学院 毕业设计（论文） 14 动，因此螺纹磨损是其主要失效形式。 螺杆及螺母螺纹牙的塑性变形或断裂：对于受力较大的传力螺旋，螺杆受到拉力（或压力），而螺纹牙则会受到剪力和弯矩的作用，会引起螺杆和螺纹牙的塑性变形或断裂。 螺杆失稳：长径比很大的螺杆，受压后会引起侧弯而失稳 密的传导螺旋，受力后螺杆螺距要发生变化，而引起传动精度的降低，因应根刚确定。 （二）滑动螺旋传动是根据其主要的失效形式来确定设计计算，下面主要介绍耐磨性计算和几项常用的验算计算方法： 1 耐磨性计算 由耐磨性要求来确定滑动螺旋的基 本尺寸（螺杆直径与螺母高度）。滑动螺旋的磨损与 螺纹工作面上的 压力、滑动速度、螺纹表面粗糙度及 润滑状态等因素有关。 一般螺母材料比螺杆材料软，所以磨损主要发生在螺母螺纹表 面。耐磨性计算主要限制螺纹工作面上的压力 p，使其小于材料的许用压力 p。 /22 式中： h 为螺纹的工作高度，单位为 形和矩形螺纹 ； h 为螺纹副材料的许用应力，单位为 见机械设计表 为螺纹牙型系数，梯形螺纹 ； 为螺母高径比， 2/ ，整体螺母取 ，部分式螺母取 。 由上式可推导螺纹中经的设计公式为 2 现螺杆材料选取 45 号钢， 00，螺母材料选型用 29查教材可得其许用压强 5 。根据先设计的 Z 轴工作台及其 架，可得其重量为 20以得 2 根据第四强度理论，其中近似的认为 ，则 直线式三维表面线结构光测量机构 设计 15 2式中： A 为危险段截面面积，且421 ， 5。 所以 根据 2 和 3 的计算结果可得，粗选 梯
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