手動式雙軸精密回轉設計

第1章緒論1.1選題的背景和目的及意義本課題是手動雙軸精密轉臺機械結構設計。研究范圍包括雙軸轉臺的主要功能部件的工作原理、功能結構和結構設計計算。因此，作為本項目要解決的問題：1.了解雙軸轉臺工作機理；2.初步確定其功能結構；3.進行傳動、鎖緊、密封、潤滑等結構設計；4.完成尺寸計算和校核運算；5.使用CAD、UG制作兩軸回轉臺的裝配圖和三維組裝模型。近年來，隨著中國裝備制造業(yè)的快速發(fā)展，對加工中心的規(guī)格和精度的要求不斷提高，其中四軸和五軸加工中心是最嚴格的。兩個軸旋轉臺是剛才提到的五軸合動里非常關鍵的組裝部分，可以特別快速精確地測量旋轉軸以及揮桿軸兩個坐標。另外，采用第四、第五軸驅動轉臺，或完成等分、不等分或連續(xù)的精密角旋轉加工，完成復雜曲面加工，擴大機床加工范圍。目前，通過將二軸轉臺加到三軸聯(lián)動銑床上，將其改造成五軸銑床，是一種簡單快捷的通用機床使用功能。五軸聯(lián)動機床是一種具有高科學技術含量、高精度和特殊加工復雜曲面的機床。機床系統(tǒng)對一個國家的精密儀器相關產業(yè)有著重要的影響。此外，五軸聯(lián)動技術是我國發(fā)展的關鍵技術，是中國從制造大國向制造強國轉變的重要基礎。五軸聯(lián)動機床的重要手段是提高雙軸轉臺的精度。只有研究和提高雙軸聯(lián)動機床的整體性能，才能從本質上提高多軸聯(lián)動機床的制造水平[1]。1.2國內外研究狀況和研究成果機床技術發(fā)展的高低與否關系到我國工業(yè)未來的成就。這是未來研究創(chuàng)新新產品、新智能機器必不可少的因素，是放在頂尖位置上的命脈型產業(yè)。就算對某些西方科研技術高的國家來說，也無法輕視。最近幾年以來，我們的國家在各個領域上都有了跨越性的進步。因此，曾經使用的大部分機器機床已經不適用于目前工業(yè)的發(fā)展了。工業(yè)制造關系著國家是否強大，也影響著人民生活水平。多軸聯(lián)動機床目前是世界上技術水平最高的機床之一，是一個國家是否屬于工業(yè)發(fā)達國家的標志。建國至今，部分西方國家一直限制我國先進機床技術的傳入。在冷戰(zhàn)時期，直接對中國等國家技術封鎖。在上世紀末，由于某西方國家公司向社會主義國家出售了五臺先進銑床，使其研制出了科研水平高的軍事武器，眾西方國家直接一起聯(lián)名嚴懲了這家公司?？梢娢覈鴻C床發(fā)展之路尤為困難。將規(guī)格擴展到兩極，研制出大小回轉臺；制動力矩、主軸轉速、可靠性等性能進一步提高；蝸桿傳動主要是提高作業(yè)臺轉速和作業(yè)臺承載能力；對于作業(yè)臺的研究上，繼續(xù)開創(chuàng)更精密更高水平的新技術。目前，中國尤其重視機床設備方面的創(chuàng)新發(fā)展，并已經有了不菲的成果，尤其是數(shù)控方面，與西方高技術水平國家已經一步步拉近。目前，開發(fā)生產轉向架的企業(yè)主要任務是開發(fā)高精度、高轉速的多功能轉向架[2]。1.3對課題的研究設想該課題的主要內容為對數(shù)顯雙軸精密回轉臺的機械部分進行設計。主要保證的技術指標有轉臺的分度精度，重復定位精度、回零誤差和回程誤差。而精密回轉軸系是精密機床和精密儀器的相關部件，是系統(tǒng)精度的基礎。因此軸系的選擇和設計是本課題的關鍵內容。機械軸承、空氣靜壓軸承和液壓軸承是慣導測試設備常用的三種主要軸承。其特點與對比如下：1.液壓軸承液壓軸承的優(yōu)點是：全液體摩擦、阻力小、效率高、剛度大、支撐精度高、有吸振性、精度保持性好、使用壽命長、適用范圍廣。但其重復性和精度不如機械軸承和空氣靜壓軸承。2.空氣靜壓軸承空氣靜壓軸承的優(yōu)點是不受高溫低溫，及放射線的影響,并可以在特殊環(huán)境中穩(wěn)定工作；由于其潤滑介質為空氣，空氣的粘度很底,因而在超高速下，摩擦阻力小，發(fā)熱生溫低，并且來源豐富，物理、化學性能穩(wěn)定，排出氣體不用回收，維護簡單。但是，空氣靜壓軸承的承載能力和剛度較低，對供氣系統(tǒng)的要求嚴格（及要保證空氣的嚴格過濾，又要供氣壓力穩(wěn)定），空氣支撐的制造精度高，加工難度大，成本也高。當位置精度達到±1″時，空氣軸承的成本比機械軸承高一倍，當位置精度達到±0.1″時，空氣軸承和機械軸承的成本差很多。3.機械軸承機械軸承和空氣軸承對速率穩(wěn)定和速率范圍的影響相同，液壓軸承稍差。通過以上對比，由該課題的技術指標可以看出：該專臺的各項精度指標均在±1″以上，且重復定位精度要求較高，綜合技術要求和對軸承的了解擬定在本課題的設計中采用機械軸承中的密珠軸承軸系。軸系的好壞是影響轉臺回轉精度、垂直讀、正交度的主要因素之一。為了安裝控制管道、檢測通孔等，軸系均采用中空形式，即對外要承擔龐大自重和負載，對內還要傳輸各種信號；另外，軸系摩擦力矩的高低，將直接影響控制精度的實現(xiàn)。所以對于各種軸承要進一步從設計上完善，從加工工藝上提高精度[3]。1.4預期結果和意義目前，我國轉臺研發(fā)制造領域同先進的工業(yè)國家之間還存在著不小的差距，但這種差距正在縮小。因此，對轉臺結構優(yōu)化設計尤為重要，通過了解轉臺結構和工作過程的基礎上，對轉臺的結構設計和改進一些參數(shù)。完成轉臺的設計任務。通過本次畢業(yè)設計，對大學四年中所學到的知識進行一次重新的理解和運用，增加實踐經驗，拓展自己的視野。第2章轉臺總體設計2.1轉臺總體設計要求1.工作臺水平回轉：0°～360°；分度精度：≤2″；2.工作臺傾斜角度：0°～90°；分度精度：≤2″；3.臺面端跳：2μm；4.轉臺驅動方式：手動（帶微調），轉動靈活，快速；5.工作臺尺寸：Ф400mm；6.最大載荷：300N；7.重復定位精度：≤±1″。2.2轉臺的各功能實現(xiàn)該轉臺的主要部件是一組相互垂直的軸系，其中的豎直軸使工作臺可在水平面內整周回轉，水平軸實現(xiàn)其傾斜功能。2.2.1工作臺360°回轉的實現(xiàn)1.設計技術要求工作臺水平回轉360°運動靈活,精度達標，驅動方式為手動。2.設計方案此處采用將工作臺與豎直主軸直接連接的方式，來保證工作臺能夠在水平面內回轉360°。由蝸輪，蝸桿組成手動控制的轉動傳動機構，主軸與蝸輪之間采用鍵連接，并且在蝸桿上裝有微調裝置，以實現(xiàn)高精度要求的轉動控制。當轉動蝸桿手柄時，由于蝸輪和蝸桿的相互嚙合，帶動軸轉動，從而驅動工作臺回轉，實現(xiàn)其在水平方向360°的回轉。3.軸承的選擇由于該轉臺的驅動方式為手動驅動，并且回轉精度要求很高，因而選用密珠軸承，以發(fā)揮密珠軸承良好的低速性，支撐精度和運動精度高的特點。同時，由于工作臺和主軸之間采用的是懸臂梁的連接方式，尾部易產生擺動，采用支撐剛度大的密珠軸承也較為適當，故設計中采用密珠軸承。（有關密珠軸承的相關知識，在緒論和下面的設計過程中有詳細敘述）。水平回轉360°裝置簡圖2-1。圖2-1工作臺及水平回轉軸系2.2.290°俯仰的實現(xiàn)轉臺在傾斜方向上的俯仰運動的實現(xiàn)與水平回轉大致相似，即采用轉臺主體（即主軸箱）與水平回轉軸相連接，以實現(xiàn)其俯仰運動。由于兩根軸（水平軸和豎直軸）相互垂直，因此水平俯仰軸需設計成兩段形式，我們稱其為左右耳軸（如圖2-2所示）。左右耳軸用螺栓連接在軸承座上，由此，左右耳軸便與主軸箱連接為一個整體。俯仰運動亦采用手動方式，用蝸輪蝸桿驅動，蝸輪與耳軸采用鍵連接，當蝸桿轉動時，蝸輪帶動耳軸和主軸箱、工作臺一起轉動，從而實現(xiàn)了轉臺的90°俯仰運動。為了保證左右耳軸的同軸度和回轉精度，此處亦采用密珠軸承。其原因為：密珠軸承是在高精度滾動軸承的基礎上，按照平均效應的原理開發(fā)出來的一種新型滾動軸承。它的主要特點是滾珠運動按螺旋線密集排列，每個滾珠遵循獨自的滾道繞軸線回轉。滾珠運動的均化作用提高了軸系的回轉精度、剛度和壽命，并且結構簡單，使用可靠，圖2-2為轉臺90°俯仰簡圖[4]。圖2-2箱體及內部軸系結構2.2.3定位鎖緊的方式在使用轉臺對慣性原件進行測試時，需要使轉臺在某個位置或角度上停下來，雖然蝸輪、蝸桿機構有一定的自鎖能力，但由于此轉臺的定位鎖圖2-3鎖緊裝置緊精度的要求較高，因此，需要專門的定位鎖緊機構，已實現(xiàn)高精度的定位和鎖緊。設計鎖緊裝置時應滿足的基本要求，鎖緊力應該均勻，大小可以調節(jié)，結構簡單，操作方便，制造、修理簡單。試設計一個簡單的機構，在此采用杠桿原理的鎖緊機構。簡圖如2-3所示。2.3手動控制機構圖2-4手動控制機構(粗調控制部分)圖2-5手動控制機構(微調控制部分)由于轉臺的精度要求很高（各精度指標都在2″以上），且為手動控制，因此必需要有微調機構來實現(xiàn)如此高精度的定位。在此采用的是蝸輪、蝸桿手動控制機構，在設計微調機構時擬采用雙蝸輪，蝸桿機構。2.3.1手動控制機構圖2-4為手動控制系統(tǒng)（即第一級蝸輪、蝸桿），其功能是實現(xiàn)操作者對轉臺的粗調。由于轉臺的精度很高，因此，在使用蝸輪、蝸桿控制時，必需要消除蝸輪、蝸桿的傳動側隙，才能使控制平穩(wěn)、無沖擊、且轉為準確。為解決此問題，在設計該轉臺時，在蝸桿套與支撐框架間加了推力軸承，從而使蝸桿，軸套和微控部分被壓在蝸輪上，消除了蝸輪、蝸桿傳動側隙對控制精度的影響。2.3.2微調機構圖2-5為第二級蝸輪、蝸桿機構，比第一級蝸輪蝸桿機構要小很多，該機構實現(xiàn)對轉臺的微調。事實上，第二級蝸桿是作用在第一級蝸桿上安裝的小蝸輪，實現(xiàn)對第一級傳動的細分，直接控制粗調蝸桿的轉動，間接實現(xiàn)了對轉臺的微調。當粗調手輪作用時，根據(jù)傳感器測得的數(shù)據(jù)需要微調，這時使用小手輪。小手輪的蝸輪蝸桿根據(jù)實際需要設計。轉動小手輪進一步對轉角的度數(shù)進行控制，進而實現(xiàn)微調。本設計只涉及結構設計，原設計是數(shù)顯式轉臺，傳感器控制測量角度變化，數(shù)顯裝置會配套使用[5]。2.4傳感器的選用角度測量是技術測量中的一個組成部分，每個零件，部件的加工，裝配安裝都會遇到各種角度問題。設計實現(xiàn)主軸360°回轉，兩耳軸實現(xiàn)前后90°。本設計選用感應同步器。2.5整體的結構設計2.5.1箱體結構設計如圖2-7為整體結構示意圖，在該雙軸精密回轉臺的各個零部件中，箱體是除主軸外最重要的零件，轉臺的各部分零件要依靠主軸箱相互連接，它的制造精度、安裝精度以及剛度都對轉臺的精度是否達到要求產生重要的影響。因此，箱體的結構設計是該轉臺設計中的重點。箱體的結構設計要綜合考慮很多問題，具體如下：1.能夠實現(xiàn)功能要求；2.要能滿足實際裝配要求；3.箱體結構要緊湊；4.在滿足上述要求的條件下，要從經濟的角度出發(fā)，使加工、裝配等過程的成本盡量達到最低。在設計之初，本擬采用圓柱式的箱體結構，但為了便于左右耳軸和左右兩個支撐以及控制蝸桿的安裝，而決定采用八棱柱體結構，箱體壁厚12mm；同時，為增大其支撐剛度和抗彎抗振性，在適當?shù)奈恢眉釉O了筋板。修改了配重縫隙安裝的缺點，將止口半徑縮小，箱體底部做成與止口相接圖2-7整體結構示意圖八邊形。配重做成與箱體相同的形狀，采用螺栓聯(lián)結[6]。主軸箱與左右耳軸連接之處除了有螺栓固定之外，在無其它輔助定心的零件，為此在加工時一定要對主軸箱與耳軸相配合的圓柱面進行硬化處理，以加強其耐磨性。為滿足俯仰運動精度，必須保證兩耳軸的同軸度，因而在加工箱體時，對與左右耳軸相配合的孔，必須保證有相當?shù)男螤罹?，位置精度和同軸度。主軸箱基本上是一個封閉的箱體，在設計時一定要考慮到軸和軸上零件安裝的可能性（如蝸輪等軸上零件能夠順利的放入主軸箱）。2.5.2整體結構設計轉臺的精度主要取決于各個軸的回轉精度，所以在設計轉臺的整體結構時，也要從這個角度出發(fā)來進行設計。轉臺整體結構如圖2-7所示。我們可以看到轉臺的工作臺、主軸、主軸箱等零部件的重量均由兩個耳軸承擔，如果輔助設備的重量太大，勢必使水平軸的負載增大，這樣對各處支撐框架的剛度要求也會增大，同時會降低水平和豎直軸的回轉精度，因此，要盡量使這部分的重量減小，以保證水平軸和豎直軸的回轉精度。在本次設計中，主要采用的方式是將主軸做成中空形式，并且減小主軸長度，降低主軸和軸上零件的重量，并且提高了感應同步器安裝處的回轉精度。轉臺的各個主要零件和機構的設計方案如下：1.水平軸承座（即左右支撐）：兩水平軸承座采用與底座分離，用螺釘連結的形式，而兩水平軸與主軸箱采用外連結形式，這樣做有利于左右支撐和兩水平軸的安裝，同時也可以減小中間旋轉部分的重量，而且各軸之間的定位精度也較容易實現(xiàn)。2.底座：為了降低底座的重量并相應的提高其剛度，在設計底座時采用加設筋板的方式；并且為了調節(jié)轉臺平衡，保持工作臺的水平，在底座的四角設有四個可調支撐。3.連接方式：兩俯仰軸承座與底座、左右耳軸與主軸箱體均采用螺栓連接，這樣既保證了裝配的簡單，又方便定位精度的實現(xiàn)。為了消除在定位鎖緊時產生的徑向力對俯仰軸精度的影響，在其中一根軸的兩端安裝了止推軸承。4.配重：在轉臺運動時，為保證其力矩平衡，必需要加配重，配重與箱體依靠螺栓連接，在設計時需要綜合考慮轉臺高度和主軸長度。將配重做成與箱體相同的八棱柱體結構。5.防塵：主軸上端的錐孔是為了定位和安裝待測零件而設計的，因此必須做好此處的防塵工作，在圖中我們可以看到，錐孔上有蓋板，并用螺釘與工作臺連結；對于兩耳軸，由于它們的軸承暴露在外，因而將其軸承套設計成如圖的外凸形式，兼起防塵作用。6.讀數(shù)：為在操作時讀取數(shù)據(jù)而在俯仰軸上，并在端蓋上開一個小口，以便安裝其他測試元件和操作者讀取數(shù)據(jù)。7.精密止口：止口底部做成八棱柱體，與箱體內八棱柱表面采用止口配合。止口加工需要較高的制造精度和安裝精度，使豎直水平回轉軸定心準確，否則影響其定心測試時會造成誤差。止口配合達到要求，就能保證水平回轉軸在360°低速轉動時準確反映測試慣導設備的性能。8.微調機構：主軸箱和左耳軸支架安裝有微調機構，實現(xiàn)轉臺的功能要求即水平360°回轉和兩耳軸俯仰90°。9.工作臺：工作臺上表面布有6條倒“T”型槽，作用安裝陀螺儀的夾具。底部與主軸相配合，使用螺釘鉸制孔連結，如圖2-8。圖2-8水平工作臺本章小結根據(jù)技術要求要考慮到安裝和使用，對轉臺結構進行總體設計。轉臺的水平回轉軸系、俯仰軸系均屬于精密軸系，設計時要考慮它們的回轉精度和加工精度，箱體和兩支架采用鑄造加工，精度要求較高，軸系與密珠軸承的配合等都是重點。第3章密珠軸承的設計該轉臺的設計過程都是圍繞著精密軸系和精度實現(xiàn)的問題展開的，而密珠軸承是本次設計中用來實現(xiàn)轉臺精度的重要手段，因而在此將密珠軸承作為本次設計的重點作詳細分析。3.1密珠軸承的特點及選擇原因3.1.1密珠軸承的特點密珠軸承如圖3-1是在傳統(tǒng)的精密軸承的基礎上發(fā)展而成的一種新型精密軸承，它的主要特點如下：1.與標準滾動軸承相比，密珠軸承具有更多的滾動體（球），因此支撐剛度較大；2.密珠軸承的內外圈滾道均為圓柱面，制造精度很高，因此具有很高的支撐精度和運動精度；3.保持架多用非金屬材料制造（如聚四氟乙烯，尼龍等），這些物質與金屬間的摩擦系數(shù)小，而且容易加工，成本低。3.1.2密珠軸系的選擇在此次設計中，對該轉臺的豎直軸和俯仰軸均采用密珠軸系。具體采用銅保持架和直徑為5mm的鋼珠?；谵D臺的精度要求較高，不但要考慮其設計精度，還要考慮裝配是否易于實現(xiàn)何是否便于維修。豎直軸是一根較長的軸，作為精密軸，它的裝配相對困難，將它設計成分段的階梯軸形式，既便于加工又便于裝配，還可相對的減輕軸的重量。過長的軸承在軸扭轉時易產生扭轉力，對于精度要求很高的轉臺，這樣會影響到其精度，是被允許的，因此這里將豎直和水平軸承均設計成分段形式，便于裝配和保證精度[7]。在原設計方案中，基于安裝等角度考慮，將同步感應器放在豎直軸的尾部，但是這樣做會由于尾部的擺動等原因，使讀數(shù)達不到精度設計要求，使主軸或主軸端部的加工精度不必要的提高。為解決此問題，本次設計中，特在主軸尾部靠近同步感應器的地方增加了一處軸承，并使主軸盡量縮短，降低尾部的擺動，提高其回轉精度。（a）徑向軸承（b）推力軸承1-外套；2-保持架；3-軸；4-保持架；5-軸環(huán)；6-滾珠圖3-1密珠軸承3.2徑向密珠軸承的設計由彈性力學可知，在載荷得作用下點接觸軸承（球軸承）區(qū)域表面壓力符合半橢球分布其長半軸為，短半軸為。密珠軸承相當于點接觸軸承，由于內外圈滾道是圓柱面，所以接觸區(qū)域表面壓力仍符合橢圓分布。密珠軸承滾動體的材料為軸承鋼，其彈性模量MPa泊松比，按照設計計算公式：橢圓長半軸(mm)(3-1)橢圓短半軸(mm)(3-2)接觸區(qū)域彈性趨近量(mm)(3-3)式中——滾動體與套筒接觸載荷，單位為N；——接觸橢圓長半軸系數(shù)；——接觸橢圓短半軸系數(shù)；——彈性變形系數(shù)；——接觸點主曲率和。由于密珠軸系的結構特點，球與內外圓柱面的滾道的接觸主曲率和有所變化。徑向密珠軸承具體結構設計：轉臺的徑向密珠軸承均采用相間排列的形式(如圖3-2)。即相鄰兩列的滾珠相錯半個珠距t，這種排列視保持架的制造工藝性好，盡管在轉動中支撐載荷的滾珠有一個數(shù)的變動，但對于滾珠數(shù)目較多的密珠軸承來講，其支撐剛度不會受到影響[8]。圖3-2相間排列示意圖密珠軸承的另外一種結構是傾斜排列，即各列滾珠中心線與軸承軸線成一個固定的角度（如圖3-3），這種排列的特點是承受載荷的滾珠數(shù)目變動最小或保持不變，適用于滾珠數(shù)目較少的密珠軸承，在此不加贅述。軸承所受徑向力N；滾動體排列直徑mm；每圈滾珠數(shù)目；軸向排列數(shù)目；=N N球與內圈滾道接觸的主曲率和為：mm圖3-3傾斜排列示意圖主曲率差為：mm球與外圈滾道接觸的主曲率和為：mm主曲率差為：mm查表得；；；。密珠軸承的彈性趨近量為：mmmm密珠軸承的支撐剛度為：N/mm3.3推力密珠軸承的設計每圈24個滾珠，呈螺旋排列，共三排，即，。由對主軸的重量估算得推力密珠軸承具有很多圈滾球，而且每圈滾球數(shù)目不相等，為簡化計算假定各圈球數(shù)相等，各圈所受載荷也相等。具體為N；1.滾球與動環(huán)、不動環(huán)的主曲率和由于推力軸承的滾球與動環(huán)及不動環(huán)的平面接觸，因此兩個接觸主曲率是相等的mm2.力密珠軸承的主曲率差；查表得；；；。3.推力密珠軸承的彈性趨近量及支撐剛度的近似計算：(mm) 所以其支撐剛度(N/mm)本章小結軸承設計是回轉臺設計的重點，轉臺的水平軸系360°回轉和俯仰軸系90°傾斜的實現(xiàn)均采用密珠軸承配合，要對密珠軸承的彈性趨近量及支撐剛度進行校核計算。經過對徑向密珠軸承和對推力密珠軸承的設計和計算，確定其符合要求。第4章精度分析4.1功能要求和回轉精度指標軸系是許多精密機械和儀器的關鍵部件，其質量的好壞將直接影響到儀器的使用和精度[9]。軸系是用來支撐機械結構鏈的活動部分，使其能按規(guī)定的方式進行精確的轉動，大部分由軸和軸套組成。軸系通常有以下要求：1.旋轉精度高；2.運動靈活，輕便平穩(wěn)，無障礙和跳躍；3.足夠的剛性；4.良好的結構和工藝；5.足夠的使用壽命。4.2俯仰軸系的傳動精度分析由于蝸桿傳動在分度傳動中結構緊湊，且傳動平穩(wěn)無噪聲。俯仰軸系與水平回轉軸系均采用雙蝸輪蝸桿傳動來實現(xiàn)手動的粗調與微調。1.主要參數(shù)選擇考慮到傳遞的功率不大，轉速低，選用ZA蝸桿，精度定級7級GB10089-88（1）粗調蝸桿的主要參數(shù)蝸桿軸面模數(shù)：m=4中心距：傳動比：蝸桿軸向齒距：蝸桿導程：mm蝸桿分度圓導程角：蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂高：蝸桿齒根高：齒頂高系數(shù)：頂隙系數(shù)：蝸桿齒頂圓直徑：螺紋部分長度：mm（2）粗調蝸輪參數(shù)：蝸輪分度圓直徑：蝸輪齒頂高：mm蝸輪齒根高：mm蝸輪齒頂圓直徑：mm蝸輪外圓直徑：mm蝸輪齒寬：（3）微調蝸桿參數(shù)蝸桿軸面模數(shù)：m=1.6中心距：傳動比：蝸桿軸向齒距：蝸桿導程：蝸桿分度圓導程角：蝸桿分度圓直徑：蝸桿齒頂高：蝸桿齒根高：齒頂高系數(shù)：頂隙系數(shù)：蝸桿齒頂圓直徑：螺紋部分長度：mm（4）微調蝸輪參數(shù)：蝸輪分度圓直徑：蝸輪齒頂高：mm蝸輪齒根高：mm蝸輪齒頂圓直徑：mm蝸輪外圓直徑：mm蝸輪齒寬：2.傳動精度分析俯仰軸系是由手動的蝸輪、蝸桿機構控制的，所產生的轉角誤差主要是蝸輪、蝸桿嚙合及回程誤差，即蝸輪、蝸桿的游隙問題，以及各轉軸之間的間隙[10]。在此選用7級精度的蝸輪、蝸桿，蝸輪、蝸桿之間的游隙采用消間隙結構，可以控制反向間隙在mm內，各轉軸之間的配合間隙可以控制在mm內。因此，在直線上產生的總誤差為：mm（4-1）由此引起的俯仰軸的轉角誤差為：°＝0.6″（4-2）式中R——俯仰軸繞軸線的半徑(220mm)；——反向間隙誤差；——配合間隙誤差；——蝸輪控制總誤差；——俯仰軸轉角誤差。4.3提高軸系精度的措施1.盡量提高主要零件的加工精度和裝配精度。設計主要零件，應對加工的尺寸誤差、幾何形狀誤差、相互位置誤差及配合表面的粗糙度提出嚴格的要求，并在加工過程中予以控制。2.提高軸系的剛度主要取決于主軸剛度和軸承剛度。不同軸系提高剛度的措施不同，要從設計、加工、裝配及使用等各個環(huán)節(jié)出發(fā)考慮減小變形的措施。3.減小主軸系統(tǒng)的摩擦、磨損、振動和升溫。這是要從主要零件的選材、整個主軸系統(tǒng)的密封、潤滑及使用環(huán)境等方面考慮?？傊?，分析任何一種軸系，都包括兩方面的內容。其一，根據(jù)軸系的使用和技術要求，確定具體的結構形式，然后建立回轉精度與主要影響因素間的數(shù)學表達式，以便設計階段預測軸系的回轉精度[11]。其二，研究在設計、制造、裝配和調整過程中，提高軸系回轉精度的方法和措施，以便提出合理的技術要求和改善軸系的結構。本章小結本章主要根據(jù)功能要求和回轉精度指標，精度的高低是用誤差的大小來衡量的，誤差小得精度高，誤差大則精度低。對俯仰軸系的精度進行分析、水平回轉軸系的回轉精度分析。由于俯仰軸系是由蝸輪蝸桿機構控制，所以對其進行傳動精度校核，校核結果符合要求。第5章剛度分析剛度是反映零部件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力，其大小用產生單位變形所需要的外力或外力矩來表示。對于某些零件，要求要有足夠的剛度，當零件的剛度不夠時，將使互相聯(lián)系的一些零件不能很好的協(xié)同工作，降低了零件的工作精度[12]。在設計中框架剛度是否合理，對機構的精度也有很大的影響，因此我們在此對剛度作簡單的分析。此章中主要對主軸和框架進行剛度的校驗，由于框架的結構很復雜，也沒有成型的計算模式，因此只能作簡單的模擬校驗。首先建立框架的模型，來簡化和模擬框架的形式。5.1主軸的剛度分析根據(jù)精密測試設備的精度要求，其支撐件的結構設計及尺寸設計，一般都遠遠滿足強調條件，因此只需計算剛度即可。主軸在豎直時主要受扭轉力矩的作用，由于此轉臺為手動操作，轉速很低，因此，對于主軸的扭轉剛度可不作分析[13]。當主軸處于水平狀態(tài)時，所承受的彎矩最大，相當于一支外伸梁的受力情況。5.1.1主軸的剛度主軸剛度分析主要是對在其水平時受到的彎矩產生的撓度和撓角進行分析。在主軸的直徑不確定時，依據(jù)剛度條件對其進行計算。設主軸的直徑為d，依據(jù)精度要求可知，主軸撓角θ的最大值不能超過1″，即（1/360）°。mm；在轉臺的主視圖中，我們可以看到主軸的最小直徑為34mm，因此主軸剛度完全能夠達到轉臺對精度的要求。5.2框架的剛度分析各框架的校驗仍然是圍繞著整體精度要求展開的，主要是看它的變形是否對最終精度產生很大的影響。5.2.1力學分析在此主要對底座和兩俯仰軸承座進行剛度分析。1.