武江偉
(北京清大天達光電科技股份有限公司太原分公司,山西 太原 030000)
在激光焊接機中,利用振鏡控制光路來焊接工件,由于存在環境溫度濕度或者震動等原因,振鏡與工件的角度和工作距離會產生微量偏差,超過0.01mm,會對激光光路產生影響,所以振鏡支撐需增加手動升降調節機構來保證工作時的機械精度[1]。
圖1 手動升降調節機構
通過對各種傳動結構特點的分析比較決定才用M14*1細牙螺紋桿與螺母的傳動方式;以導軌滑塊為導向。
圖2 M14*1細牙螺紋桿與螺母的傳動結構圖
表1 傳動方法及特點
(1)因為每次需要調整的升降高度最小為0.01mm,所以增加百分表來便于觀測調節數值。百分表量程10mm,最小刻度0.01mm。
(2)判定螺紋自鎖條件:螺紋升角ψ的正切值<靜摩擦系數f,即 :tanψ<f;
tanψ=螺距/π*螺紋中徑=1/3.14*14=0.022;
因為螺桿材料為40Cr,螺母材料為45#鋼,由圖3[1]得鋼對鋼有潤滑條件下的靜摩擦系數f=0.1;
螺紋升角ψ的正切值0.22<靜摩擦系數0.1;所以此升降機構具備自鎖條件。
圖3 常用機構材料摩擦因數
(3)調節時所需扭力計算:
螺桿升降扭矩 T=Fa/2π*n=(μmg+mg)*a/2π
=(0.1*15*9.8+15*9.8)*1/2*3.14
=25.75*10-3Nm
所需扭力F=T/r=25.75*10-3Nm/0.03m=0.83N。
(4)為了防止螺桿與螺母之間的背隙,增加螺紋間隙鎖緊手柄來保證升降精度。
(5)通過調整水平螺釘調振支座與立柱接觸面4個角的距離來保證振鏡和工件之間的平面度
設計任何機器都必須進行力學計算,即求得零件所承受的應力和應變等,視其是否能夠滿足服役要求。
高精度手動調節升降機構中負載及支撐機構都依附連接在背板上,所以背板的設計一定要保證強度、剛度及穩定性;變形量誤差要小于0.01mm。
通過對背板進行受力分析,然后通過Soildworks軟件建立模型,并施加相應載荷:
圖4 背板受力軟件模型
得到圖5、6:
圖5 背板的等效應力
圖6 位移變形圖
背板材料是Q235-A,其屈服強度是235MPa,經過分析零件的最大等效應力值2.884MPa遠小于材料Q235-A的許用應力,最大位移變形量為0.002mm,小于要求的0.01mm。所以背板力學性能符合設計要求。
高精度手動調節升降機構的機械設計不止這一種方法,還應該從現實工作中積累經驗,爭取設計出更好更合理的結構。