低频力学谱仪面板支撑调平机构的设计

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内耗技术作为研究材料的-种强有力的手段已经有几十年了[1。

测量内耗用的仪器，现称低频力学谱仪，经过几十年的改进和提高，已发展成为-种功能齐全、测试参数范围大的精度高 自动化程度高的内耗测量仪器阳。低频内耗的测量是在低频力学谱仪上完成的，是对竖立的-端固定、-端自由的长条试样从自由端加-个循环的很小的应力， (自由衰减 )或应变滞后于应力的相角(强迫振动法)来度量内耗值的。由于测量内耗是在施加很小的周期切应力下完成的，外来的极其微弱的干扰以及仪器机械结构零件的尺寸和形位误差都会造成测量精度降低。因此，不仅在内耗测量过程中需要减小外来振动的干扰，采取隔振措施，而且要提高低频力学谱仪的机械零件精度，这就要求低频力学谱仪在制造和安装过程以及实验过程中保证仪器的平稳I生，以提高测量精度。低频力学谱仪面板是支撑样品支架、激发线圈等机构的重要零件，它的平整度会影响样品支架的安装精度、从而影响样品安装位置的精确度，还会影响激发线圈力的方向。因此，不仅耍在加工过程保持面板的精度，而且安装过程也要保证其精度和平整度，此外，还需要设计-个机构能够使面板免受或少受外来振动的干扰，长期以来，在设计和制造低频力学谱仪的过程中，很少有研究者专门考虑过这些因素。市场上有很多调平机构，在选用时不仅要考虑这些调平机构的工作性能是否优秀，更重要的是它能否和低频力学谱仪很好的配套使用，使得实验过程变得更加优化。为了使低频力学谱仪面板在安装和实验过程中保持水平、平整，设计和阐述了-种低频力学谱仪面板的支撑调平机构。

2调平机构的设计2.1调平机构的设计要求低频力学谱仪的面板是靠四个支柱支撑的 (四个支柱靠连接筋共同组成-个支架)，设计的调平机构要满足下列要求：(1)每个支柱上设置-个调平机构，既能支撑面板和面板上的激发线圈以及其它零部件的重量，又能保证仪器安装和使用时能方便省力地将面板调平，调节好平整后，能施加-定的力锁紧力；(2)调平机构需要有隔振作用，使地面传递到支架上的振动能通过调平机构肖除或者来稿日期：2012-08-10 · r基金项目：江苏省2012年度高衅研成果产业化推进项目(JHZD20l248)；苏州市科技计划项目(应用基础研究计划-I1：业部分)(SGZ2012058)；2012青蓝工程(科技创新团队)；苏州市职业大学校级项目(201lSZDYJ10，20l2SZDYY01，JDX1003)作者简介：茆 琦，(1974-)，男，江苏苏州人，本科，讲师，主要研究方向：机械设计制造及自动化第6期 茆 琦等：低频力学谱仪面板支撑调平机构的设计 47减小，即调平机构能起到-定的阻尼作用，减少外界振动的干扰。

2，2调平机构的结构和原理在设备的安装和调试过程中，调平是-个重要的环节，设备运行的平稳性和精确性不仅依赖于设备本身的精度，更依赖于安装和调试过程中水平度的调整。就支撑-个平面而言，调平装置往往采用较多的结构是楔铁调平机构f7，按上述设计要求，面板要求很平整，平面度误差等级为4级，调平机构的功能之-实际上就是通过调平机构高度的调节，使面板在同-水平面内，另外就是调平机构需要设置-个起阻尼作用的零件，起隔振作用。低频力学谱仪的支撑调平机构的主视示意图和剖视示意图，如图 1、图2所示。图中：1.支撑架；2.支撑架上堵头；3.调平装置；4.低频力学谱仪面板；5.锁紧螺母；6.锁紧螺钉；7.垫圈；11.支撑柱；12.连接筋；13.螺钉；31-周节螺柱；32.调节螺母 ；33.推力球轴承；34.高阻尼橡胶圈；35.手柄；36.矩形截面段。其工作原理和过程是将低频力学谱仪面板4平稳的垫在所述高阻尼橡胶垫34上，并在低频力学谱仪面板4的四个角分别放置～个水平仪，然后通过旋转调节螺母 32使支撑低频力学谱仪面板4的四个支点上升或下降，使面板4调节水平，调整水平后，将锁紧螺钉6安装到调节螺柱31上，旋紧锁紧螺钉6对其施加-定的轴向力，使低频力学谱仪面板4更稳定，在锁紧螺钉6与低频力学谱仪面板4之间加垫片7，以遮盖低频力学谱仪面板4上孔轴之间的间隙。

图 1低频力学谱仪支撑调平机构的主视示意图Fig.1 Face Sketch Diagram of the Leveling Mechanism LowFrequency Mechanical Spectrum Apparatus6图2低频力学谱仪支撑调平机构的剖视不恿图Fig.2 Face Cutting Sketch Diagram of the Leveling MechanismLow Frequency Mechanical Speetrum Apparatus3调平机构关键零件的设计3.1调节螺柱螺纹直径参数和螺距的确定低频力学谱仪面板用 1Crl8Ni9Ti材料加工制造 ，尺寸为(820x620x20)mm，所以面板的重量约为 80kg，面板上面有两个激发线圈 (每个激发线圈的重量大约5kg)以及样品支架 (约2kg)，上、下钟罩等(约15kg)，面板下面有加热炉炉套等(3kg)，因此，面板自身重量和安装在面板上零件的总重量大约为8O2x52t531 10(kg)，平均每个调节螺柱 31上承受的重量为 27.5kg，但考虑到每个螺柱上支承的重量不均匀，假设在面板不平时，只有两个螺柱支承整个面板以及面板上的零件，则每个支柱的承重量为55kg，即工作载荷 Q550N)。

如果调节螺柱用不锈钢 1Crl8Ni9Ti制造，根据参考资料lSl，不锈钢 1Crl8Ni9Ti的屈服强度为o'，280MPa。由应力与应变的关系公式o'F/S(tr是应力，F是载荷的大小，S是承载面积)可知，对于-个螺柱，其有效截面积s0.25rd'z(d。是螺柱的内径，mm)。

当螺柱承受轴向工作载荷时，其强度条件为[91：：- . s[ ] (1)竹4式中：[ ]-许用应力，N/mm2，可取为 (n是安全系数)对于塑性材料，安全系数n的范围为(1.3～1.7) ，n可取中间值 1.5，则：龉 (2)把 Q和 O"s的值代入(2)式，经计算得到 dl 19.4 mm。

按照手册，内径大于 19.4mm的螺纹可选 M24x2(mm)的细牙螺纹(内径 20mm)，这样的选择既能利用细牙螺纹平稳精密地微调高度，同时内径尺寸也正好满足要求。

32调节螺母尺寸参数的确定当旋转调节螺母使面板上升或下降时，必须克服螺柱的轴向载荷 Q(550N)，需要作用于中径处的水平推力 F与 Q的关系为191：FQtg(APv 1 (3)式中：A-螺旋上升角；JD 当量摩擦角。

把A 1.66。和 5.91。以及 Q值代A(3)式，计算得到F73N，即要使螺母上升，必须通过螺母有-个最小73N的水平推力作用于螺柱中径。

为了使转动调节螺母时既省力，螺母尺寸又适合手握操作，螺母外径尺寸选 b55mm，(厚度 30mm)，即 D55mm，且外圆滚48 机 械 设 计与 制造No.6June.201 3花加工(Ix1)mm，以增加螺母和人手的摩擦力。因此，要使调节螺母上升，作用于调节螺母外圆上的水平切向力 为：- L DM(6)将 ，F和 的值代入(6)式，计算得到 29.2N，给调节螺母这样-个大小的水平推力，-般成人能够做到。为了进-步使调节螺母省力，在调节螺母厚度方向的中间沿径向设置两个对称的手柄孔(直径lOmm，与手柄袖隙配合)，如人的力气不够，可借助于手柄(长度50mm)进行旋转调节螺母，使旋转调节螺母更省力。

3.3推力球轴承的选择如果调节螺母直接与面板接触，那么旋转调节螺母时，将受到面板与螺母之间很大的摩擦力的阻碍，会增加旋转调节螺母的力矩。为了减小面板与调节螺母之间的摩擦力，在调节螺母的上端面放置了-个推力球轴承，轴承的外径要与螺母的外径相近，轴承孔的直径应该大于24mm。按照标准GB/T301-1995，轴承选5100的推力球轴承51105(内孔b25mm，外径42mm，厚度1lmm)∩以看出内孔大于24mm，符合要求，但外径小于调节螺母的b55mm，因此 ，需要对推力球轴承的上、下圈重新制造，外径保持在q55mm，材料种类和性能以及上下圈的厚度不变。

3.4高阻尼橡胶垫的设计为了使低频力学谱仪的支架有-定的隔振眭，在每个调节螺柱的推力球轴承的上方设置-定厚度高阻尼橡胶垫，它是由薄的弹簧钢板和超高阻尼的橡胶复合而成的，这种结构除了弹性元素外，还给予了粘性元素以及摩擦阻尼元素于橡胶垫中。高阻尼橡胶垫的外径与推力球轴承的外径-样，为b55mm，厚度为20mm。

3.5调节螺柱上工具夹持段的设计如图2所示，很容易发现，当旋转调节螺母时，有可能调节螺柱下端也会跟着旋转，因此，需在调节螺柱的中间设置-段能用扳手或其它工具夹持住调节螺柱的截面，以防止螺柱转动。现在的调节螺柱由于要保证其截面积，因此，只能把与下端螺纹相邻的-段加工成四个平面，对称均匀分布，厚度20ram(未形成矩形)，夹持段长度为 20mm。

3.6调节螺柱上端轴和面板孔径的设计如图 2所示，为了防止面板滑动，调节螺柱上端的-段轴伸进了面板上设置的孔。因为面板厚度 20mm，所以上端-段轴的长度为 18ram，以防止轴超出面板，影响美观。另外，为防止在旋转调节螺母调平的过程中上端-段轴与面板的孔之间卡住，上端- 段轴直径设计成18mm，面板孔设计成b25mm，单边间隙为3.5mm，上端轴与面板孔之间既不会卡住，也能使面板与高阻尼橡胶垫之间是平面接触，增加了面板的稳定性。为了能用-个螺钉盖住面板上的四个孔并给面板施加-定的轴向力，在调节螺柱上端轴的端面开设-个螺纹孔M8，连接-个 M8螺钉。

4结论所设计的调平机构的技术特征如下：(1)调平机构上不仅设置有推力球轴承，且调节螺母的外圆滚花加工，螺母外圆尺寸适于用手握操作，同时螺母在厚度方向的中间沿径向设置有两个对称的手柄孔，如人的力气不够，可借助于手柄进行旋转螺母，调节面板水平时省力、方便；(2)调平机构中在推力球轴承的上方设置有高阻尼橡胶垫，既能起到-定的隔振作用，又能保证面板与橡胶是平面接触，提高仪器的稳定性；(3)调平机构的调节螺柱最上端设置有比面板上的孔小的轴段，伸到到面板孔中，防止了仪器在受撞击时，面板脱离支承机构。另外，轴与孔的单边间隙为3.5mm，不会因调平过程中上端轴段的误差累积而卡死；(4)调节螺柱的中段设置有-个近矩形截面段 ，在旋转调节螺母时，用扳手夹住调节螺柱上的这段，可防止调节螺柱随调节螺母-起旋转。