CN103252762A - 一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，其包括驱动电机、电机支撑座、转台主体、转台底座、底板和连杆机构，其中连杆机构包括轴承a、曲柄、连接轴a、连杆、轴承b、连接轴b、摆杆和轴承c；转台通过电机输出扭矩作为转台转动的动力，驱动电机的输出轴带动曲柄转动，曲柄带动安装在其上的连接轴a，从而带动连杆摆动，连杆的摆动带动连接轴b转动，连接轴b的转动带动摆杆摆动，从而带动转台主体转动，即电机扭矩通过曲柄、连接轴a、连杆、连接轴b以及摆杆将动力传递到转台主体上，摆杆的摆动带动转台主体在一定角度范围内进行转动；本发明配置了适当的传动比并对高精度角接触球轴承进行了预紧，消除了轴承间隙有效的提高了精度。

Description

一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台

技术领域

本发明涉及一种高精度微动转台，具体涉及一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，属于微操作与微机电技术领域。

背景技术

高精度微动转台是微装配过程用于精确调整零件姿态的执行部件，一般具有快速、高精度、占地面积小等特点，转台性能的好坏直接决定了装配精度以及装配效率。

按照目前国内外在高精度微动转台的研究成果来看，在高精度微动转台的驱动方式上，主要通过以下两种方式实现，一种是基于蜗轮蜗杆结构驱动的转台，此种机械传动方式应用非常广泛，但是，这种进给方式在完成启动、加速、减速、反转等运动时，产生的弹性变形、摩擦和反向间隙等会造成系统机械振动、运动响应慢、动态刚度差及其它非线性误差，所以说，这类转台一般精度较低，此外，这类转台一般体积相对较大，不适合微操作以及微装配的要求；另一种是直驱转台，这类转台驱动负载时，不需经过传动装置（如传动皮带、蜗轮蜗杆等），由于电机结构的特殊性，可实现低速大扭矩输出，电机具有很好的伺服特性和动态特性，可使转台加速度增大，回转速度大幅度提高。但是，直驱转台具有很高的制造要求且一般需要闭环控制，所以造价较高。

总的来说，近年来国内外在微动转台的研究上取得了较大的进展，但是针对微装配过程中位姿精确调整的转台鲜有涉及，而且高精度转台多是通过全闭环的方式实现，控制算法要求较高。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，该转台可提供±15°的输出角度，具有0.5/1000°的角分辨率，传动过程中无任何间隙，可以保证转台运动的高精度以及正反向运动精度一致，转台能够提供较大的轴向承载力，刚性以及运动平稳性好，精度很高，能满足微装配作业中对零件姿态的精确调整。

一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，该微动转台包括驱动电机、电机支撑座、转台主体、转台底座、底板和连杆机构，其中连杆机构包括轴承a、曲柄、连接轴a、连杆、轴承b、连接轴b、摆杆和轴承c；

安装关系：驱动电机通过电机支撑座固定在底板上，其电机轴与曲柄固连，连接轴a通过轴承a与曲柄相配合，连接轴a的两端安装端盖，轴承安装座通过转台底座固定在底板上，轴承c安装在轴承安装座内部，且外圈与轴承安装座相配合，转台主体安装在轴承安装座上端面且转台主体与轴承c的内圈相配合；连杆的一端套装在连接轴a的中部，连杆另一端与连接轴b连接，连接轴b通过轴承b与摆杆的一端连接，连接轴b的两端也安装端盖，摆杆的另一端与转台主体通过方孔与方轴之间的过盈配合实现无间隙刚性连接。

所述微动转台还包括支撑结构，该支撑结构包括钢球、支撑模块、支撑柱和弹簧，钢球通过支撑模块安装在电机支撑座上并与连接轴a沉孔的位置相对应，支撑柱安装在连接轴a的沉孔内，弹簧套装在支撑柱的外圆上，其两端分别与连接轴a的沉孔底面和钢球抵触。

在电机支撑板上表面装有光电传感器组件，用于曲柄转动过程中的限位。

所述的轴承a和轴承b采用精密角接触球轴承，轴承c采用双列角接触球轴承。

有益效果：

（1）本发明在驱动上将连杆机构成功应用于微动转台，配置了适当的传动比并且在四连杆机构的铰链处对高精度角接触球轴承进行了预紧，消除了轴承间隙，有效的提高了精度并且保证了电机惯量与转台惯量的匹配，使其具有很好的加减速性能。

（2）本发明的高精度微动转台在传动过程中无任何间隙，可以保证转台运动的高精度以及正反向运动精度一致；且能够提供较大的轴向承载力，刚性以及运动平稳性好，精度很高，能满足微装配作业中对零件姿态的精确调整。

附图说明

图1为本发明高精度微动转台的整体结构图。

图2为本发明高精度微动转台的爆炸图。

图3为本发明高精度微动转台的俯视图。

图4是本发明高精度微动转台的D-D剖面图。

图5是本发明高精度微动转台B-B截面图。

图6是本发明高精度微动转台主体与摆杆连接处C-C剖面图。

图7是本发明高精度微动转台连杆结构图。

图8是本发明高精度微动转台四连杆机构原理图。

其中，1-步进电机、2-电机支撑座、3-轴承a、4-曲柄、5-连接轴a、7-连杆、8-轴承b，9-连接轴b、11-摆杆、12-转台主体、13-轴承安装座、14-轴承c、16-转台底座、18-底板、20-钢球、21-支撑模块、22-支撑柱、23-弹簧

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1、图2、图3所示，本发明提供了一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，该微动转台包括驱动电机1、电机支撑座2、转台主体12、转台底座16、底板18和连杆机构，其中连杆机构包括轴承a3、曲柄4、连接轴a5、连杆7、轴承b8、连接轴b9、摆杆11和轴承c14，所述的轴承a3和轴承b8采用精密角接触球轴承，轴承c14采用双列角接触球轴承。

安装关系：

转台主体12通过连杆机构与电机1相连。电机支撑座2、转台底座16与底板18之间通过定位销连接，保证转台在转动过程中电机支撑座2与转台底座16之间相对位置固定。

驱动电机1安装在电机支撑座2上，其电机轴通过正交布置的凹端紧定螺钉与曲柄4固连，曲柄4通过面对面布置的轴承a3与连接轴a5相配合，连接轴a5的两端安装端盖，即轴承a3两端通过端盖施加预紧力从而消除轴承间隙，连接轴a5中部通过凹端紧定螺钉与连杆7的一端相连，连杆7另一端通过凹端紧定螺钉与连接轴b9连接，连接轴b9通过轴承b8与摆杆11一端连接，连接轴b9的两端也安装端盖，轴承b8也通过端盖施加预紧力消除轴承间隙，施加预紧力的轴承a3和轴承b8保证转台实现正反向无间隙转动，上述中的端盖采用了全封闭设计，防止工作时杂物掉进转台内部。

如附图4、图5所示，上述连杆机构为悬臂结构，为了保证转台在整个工作过程中电机轴、连接轴a5、连接轴b9以及转台主体12中心轴线平行，所述高精度微动转台在悬臂的变形端设计了支撑结构，所述支撑结构包括钢球20、支撑模块21、支撑柱22和弹簧23，钢球20通过支撑模块21安装在电机支撑座2上并与连接轴a5沉孔的位置相对应，支撑柱22安装在连接轴a5的沉孔内，弹簧23套装在支撑柱22的外圆上，其两端分别与连接轴a5的沉孔底面和钢球20抵触，即其一端抵住连接轴a5的沉孔底面，另一端抵住钢球20，由此产生的反作用力用以抵消悬臂结构的自重，从而消除悬臂引起的结构变形。

如附6所示，摆杆11的一端为圆柱形，另一端为方形，且转台主体12上开有方孔，即摆杆11的另一端与转台主体12通过方孔与方轴之间的过盈配合实现无间隙刚性连接，转台主体12与面-面配置的轴承c14内圈进行配合，轴承c14的外圈与轴承安装座13配合，轴承安装座13与转台底座16通过螺钉连接，其中轴承安装座13下端面与转台底座16上端面通过加工公差保证二者在施加合适预紧力的同时正好接触，施加的预紧力使轴承内外圈产生挤压变形，从而消除了轴承间隙，保证在转台转动过程中由于轴承间隙引起的跳动最小。

如附7所示，曲柄4与连杆7设计了凹口，以避免所述曲柄与连杆之间的干涉，用进而增加转台转动范围。

上述中，在电机支撑板2上表面装有光电传感器组件，用于曲柄4转动过程中的限位。

工作原理：

如附图8所示，转台通过电机输出扭矩作为转台转动的动力，驱动电机1的输出轴带动曲柄4转动，曲柄4带动安装在其上的连接轴a5，从而带动连杆7摆动，连杆7的摆动带动连接轴b9转动，连接轴b9的转动带动摆杆11摆动，从而带动转台主体12转动，即电机扭矩通过曲柄4、连接轴a5、连杆7、连接轴b9以及摆杆11将动力传递到转台主体12上，摆杆11的摆动带动转台主体12在一定角度范围内进行转动，其中四连杆机构的输入-输出传递公式是：

y=p-(a₁+a₂)

$a_1=\mathrm{arctg}\frac{a\sin j}{1-a\cos j}$

$a=\arccos \frac{1+a^2+c^2-b^2-2a\cos j}{2\mathrm{fc}}$

由于在微装配或者微操作作业中，需要的调整量往往是很小的，所以，转台的输出角度不需要太大，在此发明中，根据传递公式选取输入-输出关系中线性度最好的一段对应的转动范围作为转台的工作空间，所以转台的初始位置设定在如图8所示位置，电机输入角度为±30°，相对应的转台主体转动角度为±15°，完全满足装配过程中微位姿调整的需求。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，其特征在于，该微动转台包括驱动电机（1）、电机支撑座（2）、转台主体（12）、转台底座（16）、底板（18）和连杆机构，其中连杆机构包括轴承a（3）、曲柄（4）、连接轴a（5）、连杆（7）、轴承b（8）、连接轴b（9）、摆杆（11）和轴承c（14）；

安装关系：驱动电机（1）通过电机支撑座（2）固定在底板（18）上，其电机轴与曲柄（4）固连，连接轴a（5）通过轴承a（3）与曲柄（4）相配合，连接轴a（5）的两端安装端盖，轴承安装座（13）通过转台底座（16）固定在底板（18）上，轴承c（14）安装在轴承安装座（13）内部，且外圈与轴承安装座（13）相配合，转台主体（12）安装在轴承安装座（13）上端面且转台主体（12）与轴承c（14）的内圈相配合；连杆（7）的一端套装在连接轴a（5）的中部，连杆（7）另一端与连接轴b（9）连接，连接轴b（9）通过轴承b（8）与摆杆（11）的一端连接，连接轴b（9）的两端也安装端盖，摆杆（11）的另一端与转台主体（12）通过方孔与方轴之间的过盈配合实现无间隙刚性连接。

2.如权利要求1所述的一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，其特征在于，所述微动转台还包括支撑结构，该支撑结构包括钢球（20）、支撑模块（21）、支撑柱（22）和弹簧（23），钢球（20）通过支撑模块（21）安装在电机支撑座（2）上并与连接轴a（5）沉孔的位置相对应，支撑柱（22）安装在连接轴a（5）的沉孔内，弹簧（23）套装在支撑柱（22）的外圆上，其两端分别与连接轴a（5）的沉孔底面和钢球（20）抵触。

3.如权利要求1所述的一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，其特征在于，在电机支撑板（2）上表面装有光电传感器组件，用于曲柄（4）转动过程中的限位。

4.如权利要求1所述的一种无间隙连杆式机构的高精度微动转台，其特征在于，所述的轴承a（3）和轴承b（8）采用精密角接触球轴承，轴承c（14）采用双列角接触球轴承。

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