雙螺旋手動調節桿設計及其應用

葉茂， 劉勝， 楊波

（上海工程技術大學機械工程學院，上海201600）

雙螺旋手動調節桿設計及其應用

葉茂， 劉勝， 楊波

（上海工程技術大學機械工程學院，上海201600）

在機械加工、光學系統、機電系統等領域，位移技術是精密工程和精密儀器的關鍵技術之一。在實驗室中，雙螺桿調節桿增強了螺桿旋轉的平穩性，以及空間位置的精確性。文中著重討論雙螺桿調節桿的設計及其應用，如何在實驗室以及機械加工手動定位，實現小范圍和多自由度調整，并且操作簡單穩定性好。

螺旋桿；精密測量；調節桿

1 結構及原理分析

螺旋桿的精確度由螺紋質量、有效螺距和調節旋鈕的大小決定，其中螺距越小精確度越高；旋鈕越大精度越高。手旋螺桿如果螺紋質量好，精度可達幾微米，但重復性差。

圖1 雙螺旋手動調節桿

如圖1所示螺旋桿由上端套筒、雙螺旋軸、下端套筒三部分組成。運動支撐是平臺的關鍵技術。上、下端套筒鏈接支撐元件，可運用球型鉸鏈，溝槽和平面支撐其中，溝槽和平面支撐是最簡單的支撐，可簡易地約束x、y向的運動。它們組合約束未知運動，其中球鉸約束x、y和z向，這種方法通常通過螺紋驅動調整運動平臺的傾角。上端套筒內有與雙螺旋軸上端切合的內螺紋，可設緊固螺母待螺桿調節穩定后，軸上設置刻度尺標，可固定讀數，讀數精確到1 mm。下端套筒內設有與雙螺旋軸下端切合的內螺紋，下端內螺紋精度比上端套筒高，可作細微調節。下端套筒用平面支撐鉸鏈，相對球型鉸鏈與溝槽鉸鏈更具有支撐作用。內螺紋采用過盈配合，增強支撐效果，承受來自其他支撐桿的分力。為減小磨損以及承載軸向與徑向的力，螺桿強度需增強。所以螺桿選用軸承鋼40Cr，而且進行了調質熱處理以增加表面硬度。

2 使用方法

如圖2模擬的水平工作臺通過各螺旋桿調節以及測量可得到較為精確的空間坐標。

計算水平臺自由度：沒有約束的剛體有6個自由度；2個剛體之間接觸點的數量等于約束的數量。本系統中，元件數n=5，包括固定底座，運動平臺，3個有相對直線運動的驅動器；鉸鏈數g=9，包括3個球鉸，3個運動副，3個回轉副各自對應的自由度分別為3、1、1，所以M=6（8-9-1）+（3×3+3×1+3×1）=3，自由度為3。

圖2

3 設計特點及實際應用

該調節桿的設計特點是，螺桿自重輕，成本低廉，調節方便穩定，能輔助實現在實驗室中調節平面與測量平面空間位置。以及在軸類零件高精度生產中，可作為調節量規使用。

［1］ 張麗敏，楊飛，張艷輝.手動精密微調平臺的設計研究［J］.機械設計與制造，2010（10）：71-72.

［2］ 王旭永，吳江寧，李世倫，等.六自由度并聯平臺的空間位置運動算法及實現［J］.機電工程，1995（4）：19-21.

（編輯昊 天）

TH 122

A

1002－2333（2014）05－0039－01

葉茂（1992—），男，本科在讀，研究方向為能源環境系統工程。

2014-02-10