两种升降回转定位装置的设计

　　0 引言

　　中航工业北京长城计量测试技术研究所自主研制了多种升降回转定位装置，它能携带负载实现长距离升降位移和任意角度的平面旋转运动，并实现了全自动化位置反馈控制。装置均装备应用于中船某研究所水声声压校准和研究时搭载测试设备的位移平台，对提高其计量检定与实验研究的精确度，提高其工作效率都有较大帮助。

　　作为非标的计量测试的辅助设备，方案设计可谓因人而异。本文选取了两套功能、指标、用途完全相同，但结构不同的升降回转定位装置设计实例，从结构设计和工程应用的角度讨论非标定位装置的结构设计问题。

　　1 定位装置总体机电设计

　　1. 1 功能要求和技术指标

　　定位装置的设计目标是: 在水池试验场水面上方某固定平面上竖直向上建立机械结构，布置直线与回转的导向传动机构，从而能够带动声纳传感器或接收换能器等负载实现水下升降位移和平面旋转运动。其主要技术指标如下:

　　升降行程: 6 m，定位误差不大于 ±0. 5 mm;

　　回转角度: ±180°，定位误差不大于 ±0. 2°;

　　升降回转装置承重: 不大于 300 kg。

　　1. 2 机电控制系统设计方案

　　控制系统主要由控制台、主控计算机、驱动执行和位置反馈系统组成。控制台根据测量传感器反馈的位置信号，及操作者通过键盘、旋钮或计算机程序发出的定位指令向电机驱动器发出控制命令。主控计机通过 RS232 接口 ( 或以太网) 与控制台通讯，在远程实现对控制系统的操作和位移数据读取。测控系统结构图如图 1 所示。

　　2 定位装置结构设计与分析

　　2. 1 框架式结构定位装置设计

　　框架式结构设计方案如图 2 所示，从安装平面竖直向上建立结构外框架，外框架由四根标准镀铬直线光轴和钢板构成，外框架向内建立结构内框架，内框架同样由四根光轴和钢板构成，并把结构延伸至安装平面以下。框架内的光轴之间安装拉杆，以提高框架在空间结构的刚度。

　　升降导向结构采用光轴和直线轴承的导向组合，导向结构在框架内部建立，四根光轴贯穿整个结构，滑台和与之联结的负载安装杆能沿着光轴作升降直线运动。升降传动结构采用丝杠螺母副，框架顶端的升降电机通过蜗轮蜗杆减速机连接丝杠，将旋转运动转化为直线运动。旋转传动直接由回转电机通过蜗轮蜗杆减速机连接负载安装杆来实现，负载安装杆有升降回转两种运动，所以设计了一个由深沟球轴承和直线轴承组合而成的导向装置为其导向。

　　2. 2 中空柱式结构定位装置设计