CN104154858A - 保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法 - Google Patents

Abstract

保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，属于光电测量技术领域，为了解决现有技术中因滑架本身结构比较复杂且尺寸较小，导致机械结构复杂，对结构精度要求非常高的问题，该方法为在指示光栅滑架与主光栅接触定位后，在主光栅另一面与滑架五个轴承对应的位置粘接三个强磁铁；其对应关系为强磁铁一对应滑架上的轴承一；强磁铁二对应滑架上的轴承二和轴承五；强磁铁三对应滑架上的轴承三和轴承四；结构特别简单，成本特别低，非常容易保证滑架上的五个轴承与主光栅不离位。操作、安放滑架特别灵活，几乎不占用滑架周围的空间，使滑架周围工作空间最大化，工作人员的视野最大化。

Description

保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法

技术领域

本发明涉及光栅尺生产制造时对指示光栅与滑架装配、检测过程中使指示光栅滑架的五个轴承与主光栅接触良好的方法，属于光电测量技术领域。

背景技术

在精密测量和位移控制领域，多采用光栅尺为测量手段。光栅尺也是公认的高精度测量最经济适用的技术装备，从而在机床、位移控制台等涉及测量的工程技术领域应用广泛。

光栅尺的核心部件是一对光栅副，即主光栅和指示光栅，两者需要装配并限制在一定的间隙范围内，装配后需要检测两者之间的间隙值是否符合规定的要求。

指示光栅与滑架粘接过程或者粘接后的检测过程中需要通过一定的手段或者方法使得滑架与主光栅定位，也就是需要保证滑架上面的五个小轴承与主光栅接触良好而不出现离位的情况。

在指示光栅与滑架粘接以及粘接后检测间隙等工艺流程中，保持滑架五个轴承不离位的现有技术，通常的办法是采用机械结构定位、压紧。该方法因滑架本身结构比较复杂且尺寸较小，导致机械结构复杂，对结构精度要求非常高。在指示光栅与滑架粘接以及间隙检测等过程中，工作人员的可视性和操作空间极大地变小，甚至会导致操作不灵便。

发明内容

本发明要解决的问题是以最简单的方法、最小的空间来保持滑架五个轴承与主光栅不离位，尽可能地使滑架具有最大的可视性和操作空间，几乎不需要人工操作来实现滑架与主光栅可靠接触，本发明提供一种保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法。

本发明解决技术问题所采用的技术方案是：保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，其特征是，在指示光栅滑架与主光栅接触定位后，在主光栅另一面与滑架五个轴承对应的位置粘接三个强磁铁；其对应关系为强磁铁一对应滑架上的轴承一；强磁铁二对应滑架上的轴承二和轴承五；强磁铁三对应滑架上的轴承三和轴承四。

本发明的有益效果是：

1、结构特别简单，成本特别低，非常容易保证滑架上的五个轴承与主光栅不离位。

2、操作、安放滑架特别灵活，几乎不占用滑架周围的空间，使滑架周围工作空间最大化，工作人员的视野最大化。

附图说明

图1是本发明保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法整体图。

图2是保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法强磁铁总体位置图。

图3是保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法滑架上轴承位置图。

图4是保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法强磁铁在主光栅上X方向位置关系图。

图5是保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法强磁铁一在主光栅上Y方向位置关系图。

图6是保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法强磁铁二和磁铁三在主光栅上Y方向位置关系图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1所示，保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法。该方法所涉及的装置为包括主光栅1、滑架2、和三块强磁铁3。主光栅1与滑架2靠紧定位，三块强磁铁3分别固定在主光栅1上，且其位置与滑架2对应一定的位置关系。

如图2、3所示，保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，该方法的三块强磁铁3包括强磁铁一301、强磁铁二302和强磁铁三303，三个强磁铁分别固定到主光栅1上，位置分别对应滑架2的特定位置。强磁铁一301对应滑架2上的轴承一201；强磁铁二302对应滑架2上的轴承二202和轴承五205；强磁铁三303对应滑架2上的轴承三203和轴承四204。

如图4所示，保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，该方法中的强磁铁3包括的三个强磁铁在主光栅1上的位置与滑架2上的五个轴承相对应关系如下，在X方向上有如下位置关系：强磁铁一301中线301z在轴承一201中间；强磁铁二302中线302z在轴承二202和轴承五205中间；强磁铁三303中线303z在轴承三203和轴承四204中间。

如图5所示，保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，该方法中包括的三个强磁铁在主光栅1上的位置与滑架2上的五个轴承相对应，在Y方向上有如下位置关系：强磁铁一301与轴承一201连线在Y方向上角度成45°，使得F_1y与F_1z相等。

如图6所示，强磁铁二302与轴承二202和轴承五205的位置关系。

已知：主光栅1厚度：H，

轴承半径：r，

轴承二202与轴承五205在Y方向上的中心距离：A，

轴承二202与轴承五205在Z方向上的中心距离：L，

假设：强磁铁二302高度：h，

强磁铁二302与轴承二202的中心距离：R₂，

强磁铁二302与轴承二202的中心连线与Y方向夹角：α，α范围(0-90°]，

强磁铁二302与轴承五205的中心距离：R₅，

强磁铁二302与轴承二202的中心连线与Y方向夹角：β，β范围(0-90°)，

强磁铁二302与轴承二202的磁力：F₂，

强磁铁二302与轴承二202的磁力F₂在Y方向上的分量：F_2y，

强磁铁二302与轴承二202的磁力F₂在Z方向上的分量：F_2z，

强磁铁二302与轴承五205的磁力：F₅，

强磁铁二302与轴承五205的磁力F₅在Y方向上的分量：F_5y，

强磁铁二302与轴承五205的磁力F₅在Z方向上的分量：F_5z。

经过对强磁铁二302与轴承五205几何尺寸位置的分析，可以得到二者的角度位置关系β实际范围α与β是关联关系，当β值确定时，强磁铁二302距离主光栅1左端面距离

强磁铁二302与轴承二202和轴承五205的位置关系的角度β，在实际范围内存在最优解，即强磁铁二302存在最优位置。最优的位置计算如下：

磁铁与金属磁力公式：F＝kB²S/R²，其中k为系数，B为磁铁与被吸物质形成的磁路间隙的磁通密度，S为吸力截面积，R为磁铁与物质之间的距离。

则： $R_2=\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}},F_2=\frac{k{B}^{2}S}{{R^2}_2}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}}\right)}^2}$

$R_5=\frac{0.5h+H+r-L}{\sin \mathrm{\β}},F_5=\frac{k{B}^{2}S}{R_5^2}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{0.5h+H+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}$

$F_{2y}=F_2\cos \mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}}\right)}^2}\cos \mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r)}^2}{\sin }^2\mathrm{\α}\×\cos \mathrm{\α}$

$F_{2z}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r)}^2}{\sin }^3\mathrm{\α}$

$F_{5y}=F_5\cos \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}\cos \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}{\sin }^2\mathrm{\β}\×\cos \mathrm{\β},$

$F_{5z}=F_5\sin \mathrm{\β}\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}\sin \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}{\sin }^3\mathrm{\β}$

从图中各个磁力的分量可以看出，分力F_2y和F_5z对轴承二202和轴承五205存在转矩，而分力F_2z和F_5y对轴承二202和轴承五205构成有效压紧力，使轴承二202和轴承五205能够与主光栅1紧密贴合。所以求分力F_2z和F_5y的最大值。

其中，α范围(0,90°]，sinα为增函数，显然α＝90°时，F_2z取得最大值。

而对于，β范围取(0-90°)，对其求导得：

${F^{/}}_{5y}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}(3\sin \mathrm{\β}{\cos }^2\mathrm{\β}-\sin \mathrm{\β}),$ 令F^/ _5y＝0，而sinβ>0，求得：

当α＝90°时，强磁铁二302在轴承二202正上方，从而确定了强磁铁二302在Y方向上的位置。同时，β求得的最优值也在实际范围 内。强磁铁二302距离主光栅左端面距离依然用上面公式 $y=(\frac{1}{2}h+H+r-L)\cot \mathrm{\β}$ 确定。

同时满足β＝54.7°，求得h的最佳值为6.375mm，取整数6mm即可。

强磁铁三303与轴承三203和轴承四204的位置关系相同于强磁铁二302与轴承二202和轴承五205位置关系。

Claims (3)

1.保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，其特征是，在指示光栅滑架(2)与主光栅(1)接触定位后，在主光栅(1)另一面与滑架(2)五个轴承对应的位置粘接三个强磁铁；其对应关系为强磁铁一(301)对应滑架(2)上的轴承一(201)；强磁铁二(302)对应滑架(2)上的轴承二(202)和轴承五(205)；强磁铁三(303)对应滑架(2)上的轴承三(203)和轴承四(204)。

2.根据权利要求1所述的保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，其特征在于，第一步，确定在X方向上的位置关系：

强磁铁一(301)中线(301z)在轴承一(201)中间；强磁铁二(302)中线(302z)在轴承二(202)和轴承五(205)中间；强磁铁三(303)中线(303z)在轴承三(203)和轴承四(204)中间；

第二步，确定在Y方向上的位置关系：

强磁铁一(301)与轴承一(201)连线在Y方向上角度成45°，使得F_1y与F_1z相等；

强磁铁二(302)与轴承二(202)和轴承五(205)的位置关系，

已知：主光栅(1)厚度：H，

轴承半径：r，

轴承二(202)与轴承五(205)在Y方向上的中心距离：A，

轴承二(202)与轴承五(205)在Z方向上的中心距离：L，

假设：强磁铁二(302)高度：h，宽度：B,

强磁铁二(302)距离主光栅左端面距离y,

强磁铁二(302)与轴承二(202)的中心连线与Y方向夹角：α，α范围(0，90°]，

强磁铁二(302)与轴承二(202)的中心连线与Y方向夹角：β，β范围(0，90°)，

经过对强磁铁二(302)与轴承五(205)几何尺寸位置的分析，可以得到二者的角度位置关系β实际范围α与β是关联关系，当β确定时，强磁铁二(302)距离主光栅(1)左端面距离

强磁铁三(303)与轴承三(203)和轴承四(204)的位置关系相同于强磁铁二(302)与轴承二(202)和轴承五(205)位置关系。

3.根据权利要求2所述的保持滑架五个轴承与主光栅不离位的简易方法，其特征在于，强磁铁二(302)与轴承二(202)和轴承五(205)的位置关系：

假设：强磁铁二(302)与轴承二(202)的中心距离：R₂，

强磁铁二(302)与轴承五(205)的中心距离：R₅，强磁铁二(302)与轴承二(202)的磁力：F₂，

强磁铁二(302)与轴承二(202)的磁力F₂在Y方向上的分量：F_2y，

强磁铁二(302)与轴承二(202)的磁力F₂在Z方向上的分量：F_2z，

强磁铁二(302)与轴承五(205)的磁力：F₅，

强磁铁二(302)与轴承五(205)的磁力F₅在Y方向上的分量：F_5y，

强磁铁二(302)与轴承五(205)的磁力F₅在Z方向上的分量：F_5z。

磁铁与金属磁力公式：F＝kB²S/R²，其中k为系数，B为磁铁与被吸物质形成的磁路间隙的磁通密度，S为吸力截面积，R为磁铁与物质之间的距离；

则： $R_2=\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}},F_2=\frac{k{B}^{2}S}{{R^2}_2}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}}\right)}^2}$

$R_5=\frac{0.5h+H+r-L}{\sin \mathrm{\β}},F_5=\frac{k{B}^{2}S}{R_5^2}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{0.5h+H+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}$

$F_{2y}=F_2\cos \mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r}{\sin \mathrm{\α}}\right)}^2}\cos \mathrm{\α}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r)}^2}{\sin }^2\mathrm{\α}\×\cos \mathrm{\α}$

$F_{2z}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r)}^2}{\sin }^3\mathrm{\α}$

$F_{5y}=F_5\cos \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}\cos \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}{\sin }^2\mathrm{\β}\×\cos \mathrm{\β},$

$F_{5z}=F_5\sin \mathrm{\β}\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{\left(\frac{H+0.5h+r-L}{\sin \mathrm{\β}}\right)}^2}\sin \mathrm{\β}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}{\sin }^3\mathrm{\β},$

分力F_2y和F_5z对轴承二(202)和轴承五(205)存在转矩，而分力F_2z和F_5y对轴承二(202)和轴承五(205)构成有效压紧力，使轴承二(202)和轴承五(205)能够与主光栅(1)紧密贴合；所以求分力F_2z和F_5y的最大值；

其中，α范围(0，90°]，sinα为增函数，显然α＝90°时，F_2z取得最大值；对于β范围取(0，90°)，对其求导得： ${F^{/}}_{5y}=\frac{{\mathrm{kB}}^{2}S}{{(H+0.5h+r-L)}^2}(3\sin \mathrm{\β}{\cos }^2\mathrm{\β}-\sin \mathrm{\β}),$ 令F^/ _5y＝0，而sinβ>0，求得：

当α＝90°时，强磁铁二(302)在轴承二(202)正上方，从而确定了强磁铁二(302)在Y方向上的位置；同时，β求得的最优值也在实际范围 $(0,$ $\arctan \frac{\frac{1}{2}h+H+r-L}{r+\frac{1}{2}B})$ 内；

同时满足β＝54.7°，求得h的最佳值为6.375mm，取整数6mm即可；

强磁铁二(302)在Y方向上距离主光栅(1)左端面的距离y可以根据公式 $y=(\frac{1}{2}h+H+r-L)\cot \mathrm{\β}$ 确定；

强磁铁三(303)与轴承三(203)和轴承四(204)的位置关系相同于强磁铁二(302)与轴承二(202)和轴承五(205)位置关系。