微動(dòng)機(jī)構(gòu)是一種能在一定范圍內(nèi)精確、微量地移動(dòng)到給定位置或?qū)崿F(xiàn)特定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它一般用于精確、微量地調(diào)節(jié)某些部件的相對位置。如在儀器的讀數(shù)系統(tǒng)中，利用微動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整刻度尺的零位；在磨床中，用螺旋微動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整砂輪架的微量進(jìn)給；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中各種微型手術(shù)器械均采用微動(dòng)機(jī)構(gòu)。
微動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能好壞在一定程度上影響系統(tǒng)的精確性和操作性能，因而要求它應(yīng)滿足如下基本要求：
1)靈敏度高，最小移動(dòng)量達(dá)到使用要求。
2)傳動(dòng)靈活、平穩(wěn)，無空程與爬行，制動(dòng)后能保持穩(wěn)定的位置。
3)抗干擾能力強(qiáng)，快速響應(yīng)性好。
4)良好的結(jié)構(gòu)工藝性。
微動(dòng)機(jī)構(gòu)按執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)原理不同分為機(jī)械式、電氣一機(jī)械式、彈性變形式、熱變形式、磁滯伸縮式、壓電式等多種形式，下面介紹其中的幾種形式。
1．手動(dòng)機(jī)械式如圖2—51
所示為****工具顯微鏡工作臺的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，它由緊固螺母2、調(diào)節(jié)螺母3、微動(dòng)手輪4、螺桿5、鋼珠6等組成。整個(gè)機(jī)構(gòu)固定在測微套1上。旋轉(zhuǎn)微動(dòng)手輪4時(shí)，螺桿5頂動(dòng)工作臺，實(shí)現(xiàn)工作臺的微動(dòng)。螺旋微動(dòng)機(jī)構(gòu)的最小微動(dòng)量smin(mm)為
式中，p為螺桿的螺距(mm)；△ψ為人手的靈敏度，即人手輕微旋轉(zhuǎn)一下手輪的最小轉(zhuǎn)角(°)。
為提高螺旋微動(dòng)機(jī)構(gòu)的靈敏度，可增大手輪或減小螺距。但手輪太大，將使機(jī)構(gòu)的空間體積增大，操作不靈便；若螺距太小，則加工困難，使用時(shí)易磨損。因此該機(jī)構(gòu)的靈敏度不會太好。
2．熱變形式該類機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動(dòng)力源，靠電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實(shí)現(xiàn)微小位移，其工作原理見圖2—52。
傳動(dòng)桿1的一端固定在機(jī)座上，另一端固定在沿導(dǎo)軌移動(dòng)的運(yùn)動(dòng)件3上。當(dāng)電阻絲2通電加熱時(shí)，傳動(dòng)桿1受熱伸長，其伸長量△L(mm)為△L=αL(t1一to)=αL△t (2—8)式中，α為傳動(dòng)桿1材料的線脹系數(shù)(mm／℃)；L為傳動(dòng)桿長度(mm)；t1為加熱后的溫度(℃)；t0為加熱前的溫度(℃)；△t為加熱前后的溫度差(℃)。
當(dāng)傳動(dòng)桿l由于伸長而產(chǎn)生的力大于導(dǎo)軌副中的靜摩擦力時(shí)，運(yùn)動(dòng)件3就開始移動(dòng)。理想情況為運(yùn)動(dòng)件的移動(dòng)量等于傳動(dòng)桿的伸長量。但由于導(dǎo)軌副摩擦力性質(zhì)、位移速童、運(yùn)動(dòng)件質(zhì)量以及系統(tǒng)阻尼的影響，實(shí)際運(yùn)動(dòng)件的移動(dòng)量與傳動(dòng)件的伸長量有一定差值，稱之為運(yùn)動(dòng)誤差△s(mm)。
式中，c為考慮到摩擦阻力、位移速度和阻尼的系數(shù)；E為傳動(dòng)桿材料的彈性模量(Pa)；A為傳動(dòng)桿的截面積(m2次方)所以，位移的相對誤差為
為減少微量位移的相對誤差，應(yīng)增加傳動(dòng)桿的彈性模量、線脹系數(shù)α和截面積A。因此作為傳動(dòng)桿的材料，其線脹系數(shù)和彈性模量要高。
熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)可利用變壓器、變阻器等來調(diào)節(jié)傳動(dòng)桿的加熱速度，以實(shí)現(xiàn)對位移速度和微進(jìn)給量的控制。為了使傳動(dòng)桿恢復(fù)到原來的位置(或使運(yùn)動(dòng)件復(fù)位)，可利用壓縮空氣袁乳化液流經(jīng)傳動(dòng)桿的內(nèi)腔使之冷卻。
圖2-53所示
為機(jī)床的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)桿2與托架4、8連接，托架4固定在運(yùn)動(dòng)件5上，托架8固定在機(jī)座上。傳動(dòng)桿內(nèi)裝有加熱件3和高頻感應(yīng)線圈，套筒l與傳動(dòng)桿2之間形成一個(gè)空腔，冷冷卻液流過。傳動(dòng)桿2和加熱件3之間有絕緣體7隔離。當(dāng)高頻電流經(jīng)導(dǎo)線6通人線圈后，加熱件3被加熱，傳動(dòng)桿因此受熱伸長，經(jīng)托架4使運(yùn)動(dòng)件5產(chǎn)生微量位移。
該機(jī)構(gòu)可根據(jù)所需的位移量嚴(yán)格控制所需的加熱量。當(dāng)運(yùn)動(dòng)件5到達(dá)預(yù)定位置后，通入冷卻液或壓縮空氣，使傳動(dòng)桿冷卻而恢復(fù)到原來位置。該機(jī)構(gòu)可保證微米級的位移精度。
熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高剛度和無間隙的優(yōu)點(diǎn)，并可通過控制加熱電流來得到所需微量位移。但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動(dòng)機(jī)構(gòu)只適用于行程較短、頻率不高的場合。
|
