【文章內容簡介】 調機構X軸方向的微調是利用了螺桿轉動、螺母移動原理。裝置中運動桿尺28和頂桿30可看作是螺桿，保持軸套31和滑動臺2整體看作是螺母，鎖緊螺母32主要是為了減小螺紋間隙。旋轉運動桿尺28來實現(xiàn)微調。為保證達到設計精度要求滑動臺與導軌的接觸面光滑整潔、運行平穩(wěn)，并且保證頂桿30上的螺紋精度。 X方向微調機構 Y方向粗調機構 Y方向粗調機構Y軸方向的粗調也可看作是垂直方向上的粗調，其調節(jié)原理與X軸方向上的粗調原理相同。Y軸方向調節(jié)機構的主要部分由縱向支架4滑動軸承1縱向調節(jié)螺桿1齒條4縱向導軌等組成。通過轉動縱向調節(jié)螺桿15，利用齒輪和齒條嚙合使轉動變?yōu)槠絼?，實現(xiàn)Y軸方向上的粗調。精度依靠所設計的齒輪與齒條的精度，其調節(jié)范圍依靠齒條的長度，根據需要可設計不同的調節(jié)范圍以滿足實驗要求。本設計為保證達到技術標準，要求Y向調節(jié)范圍不超出25mm。 Z方向調節(jié)機構 Z軸方向的調節(jié)是利用了螺母轉動、螺桿移動原理實現(xiàn)的。Z軸方向調節(jié)機構的主要部分由軸蓋3鎖緊螺釘5直槽螺套5立柱60、螺桿6軸套62組成。直槽螺套56相當于螺母，立柱60和螺桿61的組成相當于螺桿，軸套59是為了防止螺桿的轉動，從而實現(xiàn)立柱在Z軸方向上的平穩(wěn)運動，軸蓋37是為了防止直槽螺套59的上下竄動。當轉動直槽螺套59時，螺桿61會沿著旋轉螺套內的螺旋槽螺旋上升，但由于軸套59的限制而消除了立柱60和螺桿61螺旋上升中的轉動，只剩下在Z軸方向上的平動，從而實現(xiàn)了在Z軸方向上的上下調節(jié)。當調好高度時，可用鎖緊螺釘57加以固定。為保證達到設計精度要求直槽螺套59內螺旋上升的螺旋槽的高度不小于22mm，并且保證螺旋槽內壁的光滑整潔。 Z方向調節(jié)機構 ，水平轉角調節(jié)機構的主要部分由水平支架1水平止推桿水平調節(jié)桿2水平轉動調節(jié)架防轉調節(jié)桿42，以及連接螺桿5水平轉動套5轉軸套55組成。當進行大角度粗調時，放松防轉調節(jié)桿42，裝置以水平支架12 可進行360度的大范圍調節(jié)。當角度選定時鎖緊防轉調節(jié)桿42，然后調節(jié)水平調節(jié)桿27進行水平方向小角度的調節(jié)。該角度調節(jié)的精度主要依靠水平調節(jié)桿螺紋的精度，即螺紋每旋轉一周的導程。 ，垂直仰角和水平轉角的調節(jié)原理基本相似，垂直仰角調節(jié)機構的主要部分由立式支架4垂直調節(jié)片1垂直壓緊簧套1器件保持架垂直止推桿1垂直調節(jié)桿22組成。當需要對垂直仰角進行調節(jié)時，轉動垂直調節(jié)桿進行垂直方向上的小角度的調節(jié)。該垂直角度調節(jié)的精度主要依靠垂直調節(jié)桿上螺紋的精度，即螺紋每旋轉一周的導程。 本章小結本章主要對微調工作臺的整體設計進行了初步設想，確定了工作臺的基本尺寸和主要參數，敘述了工作臺的用途、結構特點、機體主要材料的選取及工作臺的導軌形式的選擇。還從四維微調工作臺的X方向粗調、X方向微調、Y方向粗調、Z方向調節(jié)、水平轉角調節(jié)、垂直仰角調節(jié)六大調節(jié)機構對四維微調工作臺的組成及工作原理進行了詳細而系統(tǒng)的闡述。使四維微調工作臺的整體設計、具體結構設計確定下來。第3章 四維微調工作臺的結構設計 微調工作臺的傳動設計計算 (1)精度的選擇 微調工作臺屬于精密機械，齒輪－齒條傳動速度低，精度高，選定精度為6級。（GB1009588） (2)材料的選擇查《機械傳動設計手冊》，根據使用要求，選用齒輪的材料為45號鋼（滲碳后淬火），齒條的材料選用45號鋼（調質后表面淬火）。前者硬度為300HBS,后者硬度260HBS。 (3)初選齒輪、齒條基本參數根據設計要求—傳動精度高，尺寸空間小，使用類比法，初選齒輪的模數，齒數，壓力角。則分度圓直徑。又根據《機械原理》，為滿足齒輪、齒條能正確的嚙合且能連續(xù)傳動，齒條的模數，壓力角 。依據X軸方向運動的范圍，并考慮整個機構的對稱性，齒條的理論長度應為。而齒距， ()則齒條的齒數 ， ()取 。為了滿足行程條件及齒輪－齒條的完整嚙合，應齒數上留有余量，初定此條的齒數。所以齒條實際嚙合的長度。圓整取2強度的校核(1)接觸強度校核接觸強度校核的基點是：齒輪節(jié)點處的計算接觸應力應不小于其許用的接觸應力。即： () 或接觸強度計算安全系數應小于接觸強度的最小安全系數。即： () 此設計的齒輪采用第一種方法校核。根據赫茨公式，可以導出接觸應力基本值的計算式 ()式中，—節(jié)點區(qū)域系數； —彈性系數； —重合度系數； －螺旋角系數； －分度圓上的名義切向載荷； －最小工作齒寬（）； －齒輪的分度圓直徑； －齒數比。根據接觸應力的基本值，再乘以四個與負載有關的修正系數，即可獲得計算接觸應力。即 () 式中，－使用系數； －動載系數； －接觸強度計算的齒向載荷分布系數； －接觸強度計算的齒間載荷分布系數。而許用接觸應力可依據試驗齒輪的接觸疲勞極限、接觸強度計算的最小安全系數及六個修正系數確定。即： ()式中，－接觸強度計算的壽命系數； －速度系數； －粗糙度系數； －工作硬化系數； －潤滑劑系數； －接觸強度計算的尺寸系數。綜上所述，查《現(xiàn)代機械傳動手冊》，對于標準直齒輪，取；查表知； () 對于直齒輪 ()式中，端面重合度。根據齒數和模數查表知 ()則螺旋角系數 ()根據各零件的初估重量及滑動導軌的摩擦系數，取。則 ()初選齒輪的齒寬，齒條的齒寬。則因為齒條的分度圓直徑為無窮大， ()所以，可得 又查表知：使用系數動載荷系數接觸強度計算的齒向載荷分布系數，據齒輪的布置為對稱布置 ()式中，為齒寬系數；為齒寬。取，計算有 接觸強度計算的齒間載荷分布系數， 根據齒輪的材料查表有：接觸疲勞極限接觸強度計算的最小安全系數因、、的精確定量較為困難，根據《精密機械設計基礎》，按經驗取接觸強度計算的壽命系數速度系數粗糙度系數工作硬化系數潤滑劑系數接觸強度計算的尺寸系數，因而有故滿足要求。 （2）彎曲強度的校核彎曲強度校核的基點是：計算齒根應力應不大于許用齒根應力。即 ()或彎曲強度的計算安全系數應不小于彎曲強度的最小安全系數，即此設計的齒輪按第一種方法校核。齒根應力的基本值 ()式中：法面模數； 齒形系數； 應力系數； 螺旋角系數； 重合度系數。根據齒根應力基本值，再取四個與負載相關的系數，有 ()式中：彎曲強度計算的齒向載荷分布系數； 彎曲強度計算的齒間載荷分布系數。查《現(xiàn)代機械傳動手冊》并計算可得齒形系數應力系數螺旋角系數重合度系數，依接觸強度校核中的選取使用系數動載荷系數查表可得彎曲強度計算的齒向載荷分布系數，根據值及其齒寬與齒高之比，查表有彎曲強度計算的齒間載荷分布系數，可得對于，可依據實驗齒輪齒根的彎曲疲勞極限、彎曲強度計算的最小安全系數及五個修正系數確定，即 ()式中，實驗齒輪的應力修正系數； 實驗齒輪的壽命系數； 相對齒根圓角敏感系數； 相對齒根表面狀況系數； 彎曲強度計算的尺寸系數； 彎曲強度最小安全系數。因、的精確定量較為困難，根據《精密機械設計基礎》的推薦取=查表可得取，計算有，因而有滿足要求。3幾何參數的確定根據以上驗算，初選的數據均可用。齒輪齒條幾何尺寸的計算模數壓力角分度圓直徑 ()齒全高 ()齒頂圓直徑 ()齒根圓直徑 ()頂隙 ()。4齒輪、齒條的結構設計由于齒輪的直徑比較小，宜作成齒輪軸的形式，再者此齒輪軸需要手動調節(jié)，故應有在齒輪軸上有一調節(jié)桿，并根據使用要求及整體結構的布置， 齒輪參數參數名稱數值（）模數壓力角分度圓直徑齒全高齒頂圓直徑齒根圓直徑頂隙 齒輪結構 對于齒條，自身在做直線運動時帶動上部的光學器件移動，應把它固定在導軌上，故齒條的兩端有一段非嚙合區(qū)來和導軌通過螺栓來緊固。 齒條結構由于Y 軸方向的粗調實現(xiàn)的運動原理與X軸方向相同，且運動的范圍也一樣，所以可以采用與X軸方向調節(jié)相同的齒輪齒條傳動機構實現(xiàn)Y 軸方向的粗調。即完全采用X軸方向調節(jié)的齒輪齒條傳動機構，選用的材料同，參數也相同。根據結構設計的需要，螺母和螺桿并不是原始定義的螺母與螺桿，螺桿是由立柱和螺桿組成，： Z軸方向調節(jié)機構螺桿伸出部分相當于螺紋的牙，而螺母相當于是在直槽螺套中加工出螺旋槽。當轉動直槽螺套時，螺桿在螺套的螺旋槽中運動，帶動立柱上升，從而實現(xiàn)Z軸方向的調節(jié)。若使用一個軸套來限制立柱的轉動，那么立柱在Z軸方向只有平動了。1設計計算 （1）螺紋類型的選擇此螺旋傳動結構主要是傳遞運動，傳遞的功率小，速度慢（手動），精度較X、Y軸方向低，因還要承受一定的力，可以采用矩形螺紋傳動。（2）材料的選擇 立柱、螺桿選用45號鋼，螺套也選用45號鋼。（3）母強度的校核當立柱上升時，螺旋副要承受一定整體機構重力所帶來的壓力，所以相當于螺母螺紋牙的要有一定的強度。如果將一圈螺紋沿螺母的螺紋大徑處展開，則可看見寬度為的懸臂梁。假設螺母每圈螺紋所承受的平均壓力為，并作用在以螺紋中徑為直徑的圓周上，則螺紋牙危險截面的剪切強度條件為 ()螺紋危險截面的彎曲強度條件為 ()式中： 螺紋牙的厚度；