專利名稱：組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微位移調(diào)節(jié)裝置，特別涉及一種組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置。
背景技術(shù)：
精密位移調(diào)節(jié)在精密機(jī)械制造、微機(jī)電系統(tǒng)、光學(xué)元件調(diào)整、機(jī)器人技術(shù)等領(lǐng)域有著 廣泛的應(yīng)用。在中等精度(微米量級)的微位移調(diào)節(jié)中，機(jī)械式微位移調(diào)節(jié)裝置應(yīng)用廣泛， 具有結(jié)構(gòu)簡單、操作控制方便等優(yōu)點(diǎn)。常見的機(jī)械式微位移調(diào)整方法包括(1)差動(dòng)絲桿 傳動(dòng)；(2)楔塊或凸輪機(jī)構(gòu)；(3)多級精密齒輪傳動(dòng)；(4)杠桿機(jī)構(gòu)；(5)彈性機(jī)構(gòu)等。 上述機(jī)構(gòu)滿足了不同場合的使用要求，尤其是微米量級分辨率的調(diào)節(jié)，但是單一調(diào)整機(jī)構(gòu) 往往只能實(shí)現(xiàn)有限行程內(nèi)的單一自由度調(diào)節(jié)，難以適應(yīng)復(fù)雜機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)需要。
在復(fù)雜精密裝置調(diào)整中，經(jīng)常需要在較大的行程內(nèi)實(shí)現(xiàn)多自由度調(diào)節(jié)，以滿足機(jī)構(gòu)的 多維柔性運(yùn)動(dòng)要求(如平移工作臺(tái)的聯(lián)動(dòng)支撐、機(jī)器人關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)等)。柔性鉸鏈的出現(xiàn)實(shí) 現(xiàn)了小范圍內(nèi)高分辨率的角度調(diào)節(jié)，但是對較大行程范圍內(nèi)的精密調(diào)整仍然需要配合其他 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。因此，通常的中等精度(微米量級)多維微位移變化大多采用機(jī)械組合式微位 移調(diào)節(jié)裝置，這樣可以滿足不同調(diào)整精度和調(diào)整范圍的應(yīng)用需求，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化和多樣化的 計(jì)量測試及結(jié)構(gòu)位置調(diào)整。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明在上述技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出一種組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置。
本發(fā)明提出的組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，由調(diào)節(jié)部件、蝸桿2、第一向心 軸承4、蝸輪5、蝸輪箱6、螺桿7、調(diào)節(jié)柄9、蝸輪軸10、第二向心軸承12、第一擋圈 15、聯(lián)接軸18、第一頂桿22、第二頂桿25、固定底座35和第二擋圈39組成；其中
調(diào)節(jié)部件通過銷釘3固定于蝸桿2 —端，蝸桿2兩側(cè)分別位于第一向心軸承4和第二 向心軸承12中，第一向心軸承4和第二向心軸承12位于蝸輪箱6的一對同軸孔內(nèi)，并分 別通過第一擋圈15和第二擋圈39固定；蝸桿2和蝸輪5嚙合，蝸輪5通過第二螺釘11 固定于蝸輪軸10的中間環(huán)形面上，蝸輪軸10 —端放置于蝸輪箱6的孔中，蝸輪軸10另 一端環(huán)形面翼緣由壓板37限制軸向位移；壓板37通過第四螺釘16固定于聯(lián)接軸18上， 聯(lián)接軸18通過第五螺釘17分別連接蝸輪箱蓋38和蝸輪箱6;
螺桿7和蝸輪軸10通過螺紋副連接，螺桿7上沿軸向開有軸向長度的平鍵槽，平鍵 14位于該平鍵槽內(nèi)，平鍵14通過第三螺釘13固定于聯(lián)接軸18內(nèi)孔中，螺桿7穿過聯(lián)接
4軸18中空的內(nèi)孔， 一端通過第七螺釘34固定于第一關(guān)節(jié)軸承座33上，另一端通過第一 螺釘8固定于調(diào)節(jié)柄9，螺桿7上套有第一壓縮彈簧19，第一壓縮彈簧19 一端頂在第一 關(guān)節(jié)軸承座33上，另一端固定于聯(lián)接軸18內(nèi)孔底面上，聯(lián)接軸18通過第八螺釘36固定 于固定底座35上；
第一頂桿22 —端放置于第一關(guān)節(jié)軸承20中，第一關(guān)節(jié)軸承20放置于第一關(guān)節(jié)軸承 座33內(nèi)，并由第一螺母21鎖緊，第一頂桿22另一端連接聯(lián)接螺母23，并由第三螺母32 鎖緊，第二頂桿25 —端放置于第二關(guān)節(jié)軸承28端面上，第二關(guān)節(jié)軸承28放置于第二關(guān) 節(jié)軸承座27內(nèi)，并由第四螺母30鎖緊，第二頂桿25另一端通過第二螺母24固定于聯(lián)接 螺母23上，第二頂桿25上設(shè)有第二壓縮彈簧31，第二關(guān)節(jié)軸承座27由第六螺釘26固定 于工作臺(tái)29。
本發(fā)明中，所述調(diào)節(jié)部件釆用調(diào)節(jié)手柄l。
本發(fā)明中，所述調(diào)節(jié)部件采用電動(dòng)調(diào)節(jié)，由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器40、電機(jī)支架42、計(jì)算 機(jī)43、控制電路44、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位移傳感器46、信號(hào)處理與控制電路47組成，其中 電動(dòng)機(jī)由電機(jī)支架42固定，電動(dòng)機(jī)連接聯(lián)軸器40,聯(lián)軸器40連接蝸桿2，計(jì)算機(jī)43依 次連接控制電路44、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)連接位移傳感器46，位移傳感器46連 接信號(hào)處理與控制電路47，信號(hào)處理與控制電路47連接計(jì)算機(jī)43。
本發(fā)明中，所述電動(dòng)機(jī)可以采用步進(jìn)電機(jī)41。
本發(fā)明中，所述電機(jī)驅(qū)動(dòng)器可以采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器45。
本發(fā)明包括蝸輪蝸桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、螺桿傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、關(guān)節(jié)軸承變角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)以及固定底 座，其主要特點(diǎn)是通過調(diào)節(jié)蝸桿一端的手柄，蝸桿和蝸輪咬合實(shí)現(xiàn)一級傳動(dòng)。蝸輪中心開 螺紋孔，通過螺紋副和螺桿實(shí)現(xiàn)二級傳動(dòng)。螺桿被平鍵限制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只能沿直線方向推 動(dòng)頂桿。頂桿兩端分別裝有關(guān)節(jié)軸承，頂桿推動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)角度旋轉(zhuǎn)或直線位移運(yùn)動(dòng)。蝸 輪通過螺釘固定在蝸輪軸上。蝸輪軸套在聯(lián)接軸上，并由螺釘通過壓板限制其翼面的軸向 位移，從而實(shí)現(xiàn)蝸輪的軸向定位。蝸輪軸和聯(lián)接軸間隙配合，蝸輪軸可以繞螺桿軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 蝸桿和蝸輪的主體部分放置在蝸輪箱內(nèi)，蝸輪箱和蝸輪箱蓋通過螺釘固定在聯(lián)接軸。
所述的螺桿傳動(dòng)部分通過螺桿和蝸輪軸內(nèi)螺紋間的轉(zhuǎn)動(dòng)來實(shí)現(xiàn)。螺桿上沿軸向開有全 軸向長度的平鍵槽，由固定在聯(lián)接軸上的平鍵限制其旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此螺桿只可以沿軸向直 線進(jìn)給或退出。螺桿一端裝有固定調(diào)節(jié)柄，另一端通過緊固螺釘和關(guān)節(jié)軸承座聯(lián)接。螺桿 徑向定位由蝸輪軸內(nèi)螺紋和聯(lián)接軸內(nèi)孔共同確定。聯(lián)接軸一端翼面固定在蝸輪箱蓋上，另 一端固定在固定底座上。固定底座為整個(gè)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的固定基體。 所述的可變角度調(diào)節(jié)頂桿分為兩部分，兩端兩節(jié)關(guān)節(jié)軸承，中間通過聯(lián)接螺母剛性聯(lián)接。
所述的頂桿第一部分一端通過關(guān)節(jié)軸承放置在關(guān)節(jié)軸承座內(nèi)，并由螺母緊固，關(guān)節(jié)軸 承座通過螺釘固定在螺桿上，接受螺桿傳遞的軸向位移。頂桿另一端通過螺紋固定在聯(lián)接 螺母上，并由螺母鎖緊。
所述的頂桿第二部分一端通過關(guān)節(jié)軸承放置在關(guān)節(jié)軸承座內(nèi)，并由螺母緊固，關(guān)節(jié)軸 承座通過螺釘固定在工作臺(tái)上，工作臺(tái)隨頂桿的牽連運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)角度或位移的變化。
所述的頂桿兩部分由聯(lián)接螺母剛性聯(lián)接，兩端可以分別繞兩個(gè)關(guān)節(jié)軸承實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。頂 桿長度還可以通過聯(lián)接螺母進(jìn)行調(diào)整。為了消除頂桿軸向運(yùn)動(dòng)間隙，在螺桿和頂桿第二部 分上套有兩個(gè)壓縮彈簧，保證了了機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)精度。頂桿主體部分位于固定底座和工作臺(tái) 的中空孔內(nèi)。
所述的蝸輪蝸桿調(diào)節(jié)還可以通過電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。蝸桿軸通過聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)軸聯(lián) 接，電動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)連接實(shí)現(xiàn)控制。螺桿上可置位移傳感器，對螺桿位 移量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。整個(gè)控制系統(tǒng)可以通過開環(huán)或者閉環(huán)方式實(shí)現(xiàn)控制。
本發(fā)明的技術(shù)效果如下。
1. 蝸輪蝸桿和螺桿可以實(shí)現(xiàn)二級傳動(dòng)。
調(diào)節(jié)手柄帶動(dòng)蝸桿旋轉(zhuǎn)，蝸輪和蝸桿嚙合傳動(dòng)。由于蝸輪固定在蝸輪軸上，其軸向位 移被蝸輪軸固定，蝸輪只能繞軸線旋轉(zhuǎn)。蝸輪軸內(nèi)螺紋和螺桿咬合，而螺桿被平鍵限制了 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此螺桿只能沿軸向進(jìn)退。由于蝸輪蝸桿可以實(shí)現(xiàn)大減速比傳動(dòng)，配合刻線手 輪，可以實(shí)現(xiàn)螺桿軸向微小位移進(jìn)給。
2. 頂桿實(shí)現(xiàn)可變長度和可變角度運(yùn)動(dòng)。
頂桿由兩部分組成，通過調(diào)節(jié)聯(lián)接螺母可以調(diào)節(jié)頂桿長度，頂桿由螺母鎖緊。頂桿兩 端聯(lián)接關(guān)節(jié)軸承，中間部分剛性聯(lián)接。頂桿可以繞兩端的關(guān)節(jié)軸承轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn) 位移或角度調(diào)整。
3. 軸向運(yùn)動(dòng)的消隙處理。
分別在螺桿和第二部分頂桿上套有兩根壓縮彈簧，通過實(shí)施一定的預(yù)緊力可以實(shí)現(xiàn)整 套機(jī)構(gòu)軸向運(yùn)動(dòng)的消隙，保證機(jī)構(gòu)多級傳動(dòng)的運(yùn)動(dòng)精度。
4. 手動(dòng)調(diào)節(jié)和電動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)。
蝸桿既可以通過刻線手柄實(shí)現(xiàn)精密調(diào)節(jié)，也可以通過電動(dòng)機(jī)調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)通過程序 控制蝸桿旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)螺桿進(jìn)給位移量的調(diào)整。電動(dòng)調(diào)節(jié)可以做成閉環(huán)或幵環(huán)傳遞。閉環(huán)控 制時(shí)，通過位移傳感器實(shí)現(xiàn)對位移進(jìn)給量的閉環(huán)反饋，實(shí)時(shí)調(diào)整螺桿的位移進(jìn)給量，可以 精確的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)精度控制。
65.單套、兩套或多套裝置的使用。
本發(fā)明既可以單獨(dú)使用，也可以兩套或多套聯(lián)合使用。單套使用可以實(shí)現(xiàn)對工作臺(tái)位 移或角度的調(diào)整。兩套或多套聯(lián)合使用，通過各套之間不同位移量或角度調(diào)整量的配合， 則可以實(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的多維位移或角度調(diào)整的需要。
本發(fā)明的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。
相對在先技術(shù)，本發(fā)明采用蝸輪蝸桿大傳動(dòng)比傳動(dòng)，且采用螺桿內(nèi)嵌在蝸輪軸內(nèi)的直 接耦合設(shè)計(jì)，相當(dāng)于直接將蝸輪蝸桿的減速比作用到螺桿的軸向位移上，實(shí)現(xiàn)了螺桿位移 傳遞的微米量級細(xì)分。頂桿通過兩端高精度關(guān)節(jié)軸承支撐，可以將螺桿的軸向位移轉(zhuǎn)變?yōu)?小角度調(diào)節(jié)。蝸輪蝸桿既可以采用手動(dòng)調(diào)節(jié)，也可以由電動(dòng)機(jī)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。自動(dòng)調(diào)節(jié)通 過程序控制電動(dòng)機(jī)進(jìn)給量，如果配合位移傳感器的閉環(huán)反饋，可以進(jìn)一步提高調(diào)整精度。 傳動(dòng)裝置采用了剛?cè)嵯酀?jì)的布置方式，剛性聯(lián)接配合有鎖緊裝置，柔性轉(zhuǎn)動(dòng)采用了消隙處 理，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)動(dòng)鏈簡單，減少了傳動(dòng)誤差，保證了調(diào)整精度。本發(fā)明可以單套或多套 組合使用，以滿足對工作臺(tái)不同的角度或位移調(diào)整需要。本發(fā)明尤其適合微米量級或角秒 量級中等精度的位移或角度調(diào)節(jié)場合。


圖1是本發(fā)明組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置總體結(jié)構(gòu)剖視圖。
圖2是本發(fā)明中手動(dòng)調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿的局部視圖。
圖3是本發(fā)明螺桿和頂桿第一部分調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的局部視圖。
圖4本發(fā)明頂桿第二部分調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的局部視圖。
圖5是蝸輪箱圖。其中(a)為三維圖，(b)為主視圖，(c)為側(cè)視圖。
圖6是蝸輪箱蓋圖。其中(a)為主視圖，(b)為剖視圖。
圖7是聯(lián)接軸圖。其中(a)為主視圖，(b)為剖視圖。
圖8是蝸輪軸圖。其中(a)為剖視圖，(b)為三維圖。
圖9是本發(fā)明中電動(dòng)調(diào)節(jié)蝸輪蝸桿的局部視圖。
圖10電動(dòng)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)。
圖11是本發(fā)明中機(jī)構(gòu)調(diào)整的運(yùn)動(dòng)原理圖。
圖中標(biāo)號(hào)l為調(diào)節(jié)手柄，2為蝸桿，3為銷釘，4為第一向心軸承，5為蝸輪，6為 蝸輪箱，7為螺桿，8為第一螺釘，9為調(diào)節(jié)柄，IO為蝸輪軸，ll為第二螺釘，12為第二 向心軸承，13為第三螺釘，14為平鍵，15為第一擋圈，16為第四螺釘，17為第五螺釘， 18為聯(lián)接軸，19為第一壓縮彈簧，20為第一關(guān)節(jié)軸承，21為第一螺母，22為第一頂桿， 23為聯(lián)接螺母，24為第二螺母，25為第二頂桿，26為第六螺釘，27為第二關(guān)節(jié)軸承座，28為第二關(guān)節(jié)軸承，29為工作臺(tái)，30為第四螺母，31為第二壓縮彈簧，32為第三螺母， 33為第一關(guān)節(jié)軸承座，34為第七螺釘，35為固定底座，36為第八螺釘，37為壓板，38 為蝸輪箱蓋，39為第二擋圈，40為聯(lián)軸器，41為步進(jìn)電機(jī)，42為電機(jī)支架，43為計(jì)算機(jī)， 44為控制電路，45為步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，46為位移傳感裝置，47為信號(hào)處理與控制電路。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明組合式傳動(dòng)可變角度位移調(diào)節(jié)裝置作進(jìn)一步說明，但 不應(yīng)該以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
實(shí)施例l:參閱圖l、圖2、圖3和圖4。圖1是本發(fā)明組合式傳動(dòng)可變角度位移調(diào)節(jié) 裝置一實(shí)施實(shí)例的總體結(jié)構(gòu)剖視圖，圖2是本實(shí)例中蝸輪蝸桿調(diào)整的局部視圖，圖3是本 實(shí)例中螺桿和頂桿第一部分調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的局部視圖，圖4為本實(shí)例中頂桿第二部分調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu) 的局部視圖。由圖可見，本發(fā)明主要包括蝸輪蝸桿傳動(dòng)副、螺桿傳動(dòng)副、頂桿傳動(dòng)副、緊 固及消隙部分、固定底座與工作臺(tái)部分等。
調(diào)節(jié)手柄1通過銷釘3和蝸桿2 —端固定，蝸桿兩側(cè)放置在第一向心軸承4和第二向 心軸承12中，兩個(gè)向心軸承放置在蝸輪箱6的一對同軸孔內(nèi)，并分別由第一擋圈15和第 二擋圈39固定。蝸桿2和蝸輪5嚙合，蝸輪5通過第二螺釘11剛性聯(lián)接在蝸輪軸10的中 間環(huán)形面上。蝸輪軸10—端放置在蝸輪箱6的孔中并可以轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪軸10的另一端的環(huán) 形面翼緣由壓板37限制軸向位移。壓板37通過第四螺釘16固定在聯(lián)接軸18上，聯(lián)接軸 18和蝸輪箱蓋38及蝸輪箱6由第五螺釘17固定。蝸輪軸10隨蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)。螺桿7和蝸 輪軸10通過螺紋副聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)螺紋傳動(dòng)。螺桿7由平鍵14限制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，平鍵14由第 三螺釘13固定在聯(lián)接軸18的內(nèi)孔中。螺桿7穿過聯(lián)接軸18中空的內(nèi)孔， 一端通過第七 螺釘34固定在第一關(guān)節(jié)軸承座33上，另一端通過第一螺釘8固定調(diào)節(jié)柄9。螺桿7上套 有第一壓縮彈簧19，第一壓縮彈簧19 一端頂在第一關(guān)節(jié)軸承座33上，另一端頂在聯(lián)接軸 18的內(nèi)孔底面上。聯(lián)接軸18由第八螺釘36固定于固定底座35上。
第一頂桿22 —端放置在第一關(guān)節(jié)軸承20中，第一關(guān)節(jié)軸承20放置在第一關(guān)節(jié)軸承 座33內(nèi)，并由第一螺母21鎖緊。第一頂桿22另一端和聯(lián)接螺母23聯(lián)接，并由第三螺母 32鎖緊。第二頂桿25—端放置在第二關(guān)節(jié)軸承28內(nèi)，并由第四螺母30鎖緊，第二關(guān)節(jié) 軸承28放置在第二關(guān)節(jié)軸承座27內(nèi)。第二關(guān)節(jié)軸承座27由第六螺釘26固定在工作臺(tái)29 上。第二頂桿25另一端和聯(lián)接螺母23聯(lián)接，并由第二螺母24鎖緊。第二頂桿25上套有 第二壓縮彈簧31，第二壓縮彈簧31 —端頂在第四螺母30上，另一端頂在聯(lián)接螺母23的 端面上。
根據(jù)圖l、圖2、圖3和圖4，本實(shí)施實(shí)例實(shí)現(xiàn)手動(dòng)調(diào)節(jié)的過程為轉(zhuǎn)動(dòng)手柄l，蝸桿2帶動(dòng)蝸輪5轉(zhuǎn)動(dòng)；蝸輪5和蝸輪軸10同步轉(zhuǎn)動(dòng)，蝸輪軸10內(nèi)螺紋和螺桿7通過螺紋傳 動(dòng)，螺桿7實(shí)現(xiàn)軸向進(jìn)退；螺桿7將進(jìn)退位移量傳遞給第一關(guān)節(jié)軸承座33;第一頂桿22 和第二頂桿25剛性聯(lián)接，共同繞第一關(guān)節(jié)軸承20和第二關(guān)節(jié)軸承28轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)量傳遞 給第二關(guān)節(jié)軸承座27;第一關(guān)節(jié)軸承20和第一關(guān)節(jié)軸承座33，第二關(guān)節(jié)軸承28和第二 關(guān)節(jié)軸承座27由兩根壓縮彈簧19和31實(shí)現(xiàn)軸向消隙；由于第二關(guān)節(jié)軸承座27和工作臺(tái) 29剛性聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)了對工作臺(tái)29的位移或角度調(diào)節(jié)。轉(zhuǎn)動(dòng)聯(lián)接螺母23，可以調(diào)整第一頂 桿22或第二頂桿25的長度。
圖5、圖6、圖7和圖8為實(shí)施例中的蝸輪箱6、蝸輪箱蓋38、聯(lián)接軸18和蝸輪軸10。 圖9為一電動(dòng)調(diào)節(jié)的實(shí)施實(shí)例，圖10為本實(shí)施實(shí)例的電動(dòng)調(diào)節(jié)的控制系統(tǒng)組成。結(jié) 合圖1，本實(shí)施實(shí)例的電動(dòng)調(diào)節(jié)是將圖1中手柄1改為步進(jìn)電機(jī)41、聯(lián)軸器40和電機(jī)支 架42,并配合位移傳感器46 (如光柵尺)，計(jì)算機(jī)43、控制電路44、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器45、 信號(hào)處理與控制電路47組成，其他組成同圖l，電機(jī)支架42和固定底座35的位置相對固 定。
圖9和圖IO給出的實(shí)施實(shí)例采用閉環(huán)控制系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)部分由步進(jìn)電機(jī)41、計(jì)算機(jī)43、 信號(hào)處理和控制電路組成。計(jì)算機(jī)43通過I/0控制電路44控制步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器45，驅(qū)動(dòng) 步進(jìn)電機(jī)41轉(zhuǎn)動(dòng)，通過聯(lián)軸器40帶動(dòng)蝸桿轉(zhuǎn)動(dòng)，后繼傳動(dòng)和角度調(diào)整同手動(dòng)調(diào)節(jié)。蝸輪 箱上放置位移傳感器46給出螺桿的實(shí)際進(jìn)給量，并經(jīng)過信號(hào)處理與控制電路47反饋給計(jì) 算機(jī)43，與輸入量進(jìn)行比較得出誤差值，閉環(huán)實(shí)現(xiàn)對螺桿進(jìn)給量的實(shí)時(shí)修正，從而控制頂 桿的角度調(diào)整。
上述手動(dòng)調(diào)節(jié)和電動(dòng)調(diào)節(jié)，可以構(gòu)成一套裝置、兩套裝置或多套裝置，分別相當(dāng)于對 工作臺(tái)的單點(diǎn)、兩點(diǎn)或多點(diǎn)作用。根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理，工作臺(tái)可以實(shí)現(xiàn)多維運(yùn)動(dòng)，滿足不通 方位的角度或者位移調(diào)節(jié)需要。
圖11為一套調(diào)節(jié)裝置的原理圖，可以手動(dòng)調(diào)節(jié)或電動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)的調(diào)整量可以計(jì)算如下。
(O手動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)
P丄 6 X /2
3 60 iS"
6 =-xarctan —x3600
2;r /
式中s為螺桿的軸向位移分辨率(pm);
p為螺桿的導(dǎo)程(mm);
9/,為手柄刻線數(shù)；/2為蝸輪蝸桿傳動(dòng)比；
^為工作臺(tái)轉(zhuǎn)角分辨率(角秒)；
/為工作臺(tái)力臂長(mm)如取模數(shù)附=2.5，蝸輪分度圓直徑為&=100mm，則蝸輪齒數(shù)為Z2=《/m=l 00/2.5=40。
考慮到自鎖和實(shí)現(xiàn)大傳動(dòng)比的需要，取蝸桿頭數(shù)Z/二1，則蝸輪蝸桿的傳動(dòng)比為:
取手柄刻線數(shù)50，螺桿導(dǎo)程j^2mm，則螺桿軸向位移分辨率為
A x /250 x 40 ,
設(shè)工作臺(tái)力臂長度/400mm，則工作臺(tái)轉(zhuǎn)角分辨率為
0 = ， x arctan三x 3600 =翌x arctan^^ x 3600 = 2.06 (角秒)2;r / 2 r 100
(2)電動(dòng)調(diào)節(jié)時(shí)
二
360
-x w x z，
2
6 = ^^xarctan三x36002;r /
式中^為電機(jī)步距角(度)；w為電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分?jǐn)?shù)；其他變量含義同手動(dòng)調(diào)節(jié)。同樣取蝸輪蝸桿傳動(dòng)比為40，螺桿導(dǎo)程為2mm，工作臺(tái)力臂長100mm，電機(jī)步距角為1.8°，電機(jī)驅(qū)動(dòng)細(xì)分?jǐn)?shù)為4，則可以得到計(jì)算結(jié)果如下P 2
360 .360」 ^
-x w x z， -x 4 x 40
5 2 1.8
=0.0625微米
0 =翌xarct肌丄x 3600 =翌x arctan 0'0000625 x3600 = 0.129 (角秒)2;r / 2tt 100
因此，電動(dòng)調(diào)節(jié)能夠達(dá)到更高的運(yùn)動(dòng)精度?？紤]實(shí)際制造和裝配誤差等因素，本發(fā)明可以
達(dá)到微米位移量和角秒量級角度調(diào)節(jié)的分辨率要求。
10
權(quán)利要求
1、一種組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，由調(diào)節(jié)部件、蝸桿(2)、第一向心軸承(4)、蝸輪(5)、蝸輪箱(6)、螺桿(7)、調(diào)節(jié)柄(9)、蝸輪軸(10)、第二向心軸承(12)、第一擋圈(15)、聯(lián)接軸(18)、第一頂桿(22)、第二頂桿(25)、固定底座(35)和第二擋圈(39)組成；其特征在于調(diào)節(jié)部件通過銷釘(3)固定于蝸桿(2)一端，蝸桿(2)兩側(cè)分別位于第一向心軸承(4)和第二向心軸承(12)中，第一向心軸承(4)和第二向心軸承(12)位于蝸輪箱(6)的一對同軸孔內(nèi)，并分別通過第一擋圈(15)和第二擋圈(39)固定；蝸桿(2)和蝸輪(5)嚙合，蝸輪(5)通過第二螺釘(11)固定于蝸輪軸(10)的中間環(huán)形面上，蝸輪軸(10)一端放置于蝸輪箱(6)的孔中，蝸輪軸(10)另一端環(huán)形面翼緣由壓板(37)限制軸向位移；壓板(37)通過第四螺釘(16)固定于聯(lián)接軸(18)上，聯(lián)接軸(18)通過第五螺釘(17)分別連接蝸輪箱蓋(38)和蝸輪箱(6)；螺桿(7)和蝸輪軸(10)通過螺紋副連接，螺桿(7)上沿軸向開有軸向長度的平鍵槽，平鍵(14)位于該平鍵槽內(nèi)，平鍵(14)通過第三螺釘(13)固定于聯(lián)接軸(18)內(nèi)孔中，螺桿(7)穿過聯(lián)接軸(18)中空的內(nèi)孔，一端通過第七螺釘(34)固定于第一關(guān)節(jié)軸承座(33)上，另一端通過第一螺釘(8)固定于調(diào)節(jié)柄(9)，螺桿(7)上套有第一壓縮彈簧(19)，第一壓縮彈簧(19)一端頂在第一關(guān)節(jié)軸承座(33)上，另一端固定于聯(lián)接軸(18)內(nèi)孔底面上，聯(lián)接軸(18)通過第八螺釘(36)固定于固定底座(35)上；第一頂桿(22)一端放置于第一關(guān)節(jié)軸承(20)中，第一關(guān)節(jié)軸承(20)放置于第一關(guān)節(jié)軸承座(33)內(nèi)，并由第一螺母(21)鎖緊，第一頂桿(22)另一端連接聯(lián)接螺母(23)，并由第三螺母(32)鎖緊，第二頂桿(25)一端放置于第二關(guān)節(jié)軸承(28)端面上，第二關(guān)節(jié)軸承(28)放置于第二關(guān)節(jié)軸承座(27)內(nèi)，并由第四螺母(30)鎖緊，第二頂桿(25)另一端通過第二螺母(24)固定于聯(lián)接螺母(23)上，第二頂桿(25)上設(shè)有第二壓縮彈簧(31)，第二關(guān)節(jié)軸承座(27)由第六螺釘(26)固定于工作臺(tái)(29)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述調(diào) 節(jié)部件采用調(diào)節(jié)手柄(l)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述調(diào) 節(jié)部件采用電動(dòng)調(diào)節(jié)，由電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器(40)、電機(jī)支架(42)、計(jì)算機(jī)(43)、控制電路(44)、 電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、位移傳感器(46)、信號(hào)處理與控制電路(47)組成，其中電動(dòng)機(jī)由電機(jī)支架 (42)固定，電動(dòng)機(jī)連接聯(lián)軸器(40)，聯(lián)軸器(40)連接蝸桿(2)，計(jì)算機(jī)(43)依次連接控制 電路(44)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和電動(dòng)機(jī)，電動(dòng)機(jī)連接位移傳感器(46)，位移傳感器(46)連接信號(hào) 處理與控制電路(47)，信號(hào)處理與控制電路(47)連接計(jì)算機(jī)(43)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電 動(dòng)機(jī)采用步進(jìn)電機(jī)(41)。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置，其特征在于所述電 機(jī)驅(qū)動(dòng)器采用步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(45)。
全文摘要
本發(fā)明涉及微位移調(diào)節(jié)裝置，特別涉及一種組合式傳動(dòng)可變角度微位移調(diào)節(jié)裝置。包括固定底座、蝸輪蝸桿、螺桿、頂桿、關(guān)節(jié)軸承及調(diào)節(jié)和緊固部分。通過調(diào)節(jié)蝸桿一端的手柄，蝸桿和蝸輪咬合實(shí)現(xiàn)一級傳動(dòng)。蝸輪中心開螺紋孔，通過螺紋副和螺桿實(shí)現(xiàn)二級傳動(dòng)。螺桿被平鍵限制旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，只能沿直線方向推動(dòng)頂桿。頂桿兩端分別裝有關(guān)節(jié)軸承，頂桿推動(dòng)工作臺(tái)實(shí)現(xiàn)角度旋轉(zhuǎn)或直線位移運(yùn)動(dòng)。本發(fā)明還可以采用電動(dòng)機(jī)進(jìn)行控制。蝸桿軸通過聯(lián)軸器和電動(dòng)機(jī)軸聯(lián)接，電動(dòng)機(jī)通過驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)聯(lián)接實(shí)現(xiàn)控制。螺桿上可置位移傳感器，對螺桿位移量進(jìn)行實(shí)時(shí)測量。整個(gè)控制系統(tǒng)可以采用開環(huán)或者閉環(huán)系統(tǒng)。本發(fā)明布局緊湊，運(yùn)動(dòng)鏈簡單，保證了調(diào)整精度。本發(fā)明可以單套或多套組合使用，以滿足對工作臺(tái)不同的角度或位移調(diào)整需要。本發(fā)明尤其適合微米量級或角秒量級中等精度的位移或角度調(diào)節(jié)場合。
文檔編號(hào)G05G9/00GK101673118SQ200910196308
公開日2010年3月17日 申請日期2009年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月24日
發(fā)明者卞永明, 李安虎 申請人:同濟(jì)大學(xué)