微波耦合套对正装置设计.doc

毕业设计（论文）

题 目 微波耦合套对正装置设计
姓 名 戚亚克
学 号 3110611105
分 院 机电与能源工程学院
专业班级 机械设计制造及自动化 113 班
指导教师 张 炜
完成时间 2015 年 05 月 15 日

浙江大学宁波理工学院毕业设计（论文）

摘要
在微波系统中，耦合器是将一路的微波功率按照一定的比例分成几路的一种元件。主要包括：定向耦合器、功率分配器以及各种微波分支器件。
本文设计的微波耦合器对正装置机构主要结构包括：X-Y向对中组件，z向对中组件，涡轮微调组件，X-Y向基座，X向导轨，Z向铜套基座，底座，X向滑动块。将耦合套的左右两部分分别放置在10#腔内，并进行固定。移动滑板使耦合套左右两端接触，通过两端的粗调处对耦合器进行粗略的对正调整。根据观察测微仪上显示的数据可以得出耦合器的对正情况。再通过微调装置对耦合套的进一步对正进行调节，使其达到对正要求。本文重点介绍了该耦合器对正装置的工作原理以及机构的各组成部分及其作用。

关键词： 耦合器；微波耦合器对正装置；机构

Abstract
In microwave systems, coupler is all the way of microwave power, in accordance with certain proportion into several road of an element. Mainly includes: directional coupler and power divider and various branches of microwave devices.
In this paper, the design of microwave coupler are device of main structures include: component of the X - Y, z component to, worm gear fine-tuning components, x-y pedestal, X to the guide rail, z to the copper base, base, X to the sliding block. Place the coupler of both the left and right sides respectively in 10 # cavity, and fixed. Mobile skateboarding around the coupler on both ends of the contact, through the thick at the ends of the mediation to rough coupler is adjusted. According to the observation data is displayed on the micrometer can obtain coupler to align the situation. By trimming device coupler into another
Keyword：coupler;Microwave coupler for device; part

I

目 录
摘要 I
Abstract II
第一章 绪 论 1
1.1 耦合器的概述 1
1.2 对正装置课题设计的背景和意义 2
1.3 研究必要性 3
第二章 对正装置工作原理 4
2.1 工作步骤 4
2.2 设计及制作过程中的难点分析 5
2.3 小结 6
第三章 耦合器对正装置组件及重要零件设计 7
3.1 底板的设计 7
3.2 X-Y向对中组件的设计 8
3.3 Z向对中组件的设计 10
3.4 涡轮微调组件的设计 11
3.5 X-Y向基座的设计 13
3.6 X向导轨的设计 14
3.7 Z向铜套基座的设计 15
3.8 X向滑动块的设计 17
3.9　Ｚ向固定支架的设计 19
3.10 设计中的注意事项 20
3.11 小结 20
第四章 总 结 21
参考文献 22
致谢 23

II

第一章 绪 论
1.1 耦合器的概述
光电耦合器是一种以光为媒介进行电信号的传输的电转化为光转化为电的转换器件。它是由发光源和受光器两部分组成的。在同一密闭的壳体内把发光源和受光器组装在一起，并且彼此间用透明的绝缘体进行互相隔离。发光源的引脚是输入端，受光器的引脚是输出端，发光二极管是常见的发光源，光敏二极管、光敏三极管是常见的受光器等等。另外，光电耦合器的种类比较多，常见有光电三极管型、光电二极管型、光控晶闸管型、光敏电阻型、集成电路型、光电达林顿型等。

图 1-1 光电耦合器
定向耦合器是一种具有定向传输特性的四端口元件，它是由耦合装置联系在一起的两对传输系统构成的
光耦合器一词，由来已久。由于半导体技术的进步以及在光电子学全面研究的成果基础上，光耦合器因此而发展起来的。
光学与电子学是两个完全不同的学术领域，以前，在它们各自的领域里都进行过了对应独立的研究，但是随着包含半导体技术在内的各种边缘科学技术的逐渐发展，因此产生了要将光学与电子学融合在起来的想法，因此产生结果便是光电子学这个分支。关于光电子发展的历史过程，应经有作者进行了详细的描述。随着光电子学日新月异地进步和发展，也已经有作者举出十余个项目对此加以说明。
经过了对光电子学的长期考察研究，发现光电子学在很多的领域都得到了相应的应用。已经达到一定实用程度的是按照Loebner提出的光耦合方法组成的、用于信号的传送的光耦合器。如图1-2和图1-3所示，这种光祸合器是由封入同一管壳内的发光元件和受光元件所组成。采用光耦合器的电路与通常的电子线路相比，具有如下一些优点:
1)输入电路与输出电路之间能电气隔离，并绝缘。
2)信号传送方向具有单向性。
3)能用很少电路元件构成电路。
4)光信号、电信号都可使它动作。
5)用可见光作光源时，工作状态可以直接看到。
6) 适用于模拟信号和数字信号。
7) 用作开关时，构造简单、价廉、交流直流都能用。
图 1-2光电耦合器的结构之一 图 1-3 光电耦合器的结构之二
另外，由于光电耦合器在结构特点方面比较独特，因此在实际的使用过程中，会具有下面比较明显易见的优点：
(1) 对接地回路产生的噪声能够产生有效的抑制作用，并能有效的消除地干扰，使得信号现场与主要控制端在电气上的形成完全隔离，从而避免了主控制系统受到意外的损坏。
(2) 可以在不同的电位和不同的阻抗之间进行电信号的传输，并且对信号具有放大和整形等功能，使得实际电路设计变得更加的简化。
(3) 开关速度快，高速光电耦合器的响应速度到达ns数量级，在极大程度上的拓展了光电耦合器在数字信号处理方面的应用。
(4) 体积小，器件大多都采用双列直插封装，具有单通道、双通道以及多达八通道等多种结构，使用非常方便。
(5) 可替代变压器隔离，不会因为触点的跳动而产生尖峰的噪声，并且抗震动能力和抗冲击能力比较强。
(6) 高线性型的光电耦合器除了在电源监测有应用之外，还在医用设备上有一定的使用程度，能十分有效地对病人的人生安全进行保护。
1.2 对正装置课题设计的背景和意义
微波耦合器是一种用于微波装置中的无源器件，微波耦合器包括带有内腔的壳体，在壳体内腔中设置并排的主信号线和耦合信号线，在主信号线和耦合信号线外侧设置有能够改变主信号线与耦合信号线间距的调节装置，调节装置通过绝缘件与主信号线或耦合信号线接触。微波耦合器产品性能稳定、制造工艺简单、制造成本低。它广泛应用于室内布线系统工程中移动通信信号的功率分配，是将主要通信以耦合度耦合到另一通道输出装置。对于微波耦合器对正装置的设计能对微波耦合器圆盘的对正能更好的实现，达到所需的要求，节省大量的时间。
1.3 研究必要性
本课题研究的是微波耦合器对正装置的设计，即设计一种机构系统能够实现微波耦合器的两端的对正，并且要达到一定的对正精度要求。而这一过程要通过所设计的装置来进行实现，保证在耦合器对正的情况下，还要保证其对正精度，另外，要保证对正装置的工作效率。耦合器在现在社会应用的越来越广泛，所以本课题对于微波耦合器对正装置的设计是很有必要的。

21

第二章 对正装置工作原理
2.1 工作步骤
本课题设计的微波耦合器对正装置，它的三维图如图2-2，二维装配图如图 2-3。 该对正装置机构主要分为涡轮微调组件、X-Y向对中组件、Z向对中组件、Z向铜套基座、X-Y向基座、X向导轨、测微器固定架、底座。对正装置的工作步骤如下：
1.将耦合套的左右两部分分别放置在10＃腔内，并对其进行固定，防止在对正时出现耦合套滑动的现象。
2.移动滑板使耦合套左右两端接触，通过两端的粗调处对耦合器进行粗略的对正调整。
3.据右侧测微仪上显示的数据来判断两端耦合套的对正情况，由此做出相应的对正调整。
4.通过微调装置1、2对耦合套的进行进一步对正进行调节，让两边的对正达到一定的精度要求。
5.耦合器对正达到要求后，滑动右侧滑板拿出耦合套。

图 2-1 对正装置的简图
对于微波耦合套的对正装置的尺寸大小的设计，要先通过资料去了解耦合器的基本尺寸大小的情况，只有在对耦合器有一定的了解后，才能对对正装置的设计尺寸进行确定，从而不会出现由于尺寸的错误而导致产品设计的失误。

2.2 设计及制作过程中的难点分析

在对该微波耦合器对正装置的机构设计中，我总结归纳出了几大难点，如下：
1.将耦合器放置在对正出要保证其对于底面的垂直度。只有在耦合器的两端的平行误差在允许的范围内，才能进行耦合器的对正。
2.微调装置的设计问题。微调如何设计才能使得在要使耦合器对正的情况下进行精确的操作，而且每次微调都应该对耦合器的对正有较好的帮助。
3.对于耦合器对正精度的保证。添加一个对正识别装置，一套测试头组合，通过电子仪器识别其对正情况，保证对正误差。
４.在安装完成后，对应的一些零件的运动要有一定的保证，如微调手轮在转动是要平滑，容易转动，不会出现转动困难的情况。还有在Ｘ向导轨上移动是应移动方便，不能出现滑动过程中出现滑动困难的现象。

图 2-2 耦合器对正装置

图 2-3 耦合器对正装置装配图

2.3 小结
本章主要介绍了微波耦合器对正装置的工作原理和工作步骤，介绍了从耦合器放置入１０＃腔内开始到耦合器对正结束的整个过程，按步骤分步进行介绍。其中详细阐述了微波耦合器对正装置的结构组成，并且分析了在该机构设计过程中可能会产生的一些难点问题，比如耦合器对正是相对于与底面垂直度的问题、微调装置的设计问题、对于耦合器对正精度问题等等。工作原理是下一章机构设计的基础，而难点问题就是机构设计中需要重点关注的问题。只有针对一系列难点问题进行逐一地找出相应的解决方案，难点问题也可以称得上是设计中的细节问题，只有抓住细节，整个机构设计才能算是完整的、合理的。

第三章 耦合器对正装置组件及重要零件设计
3.1 底板的设计
底板是由45或30钢板加工而成的，如图 3-1 所示。

图 3-1 底座
底板在整个对正装置机构中起到的是固定和支撑的作用，其余零部件都是安装在该底板上的。在结构设计方面，底板整个是一个上下对称体，左侧安装的是X-Y向对中组件，右侧安装着Z向对中组件，钢板上面安装电缆固定架，在中线上安装上X向导轨，是X-Y向组件能沿着导轨进行移动。对于底座的材料选择，因为对于耦合器的对正来说，底座不存在受较大压力的情况，所以对于其材料的选择没有太大的限制，选择45号钢或30号钢。钢板对其表面的平行度有一定的要求，其表面在磨床上加工之后，要通过一定的方法是底座上下的平行度达到指定的要求。并且要进行磷化发黑处理，并且底座表面不能有脱黑现象出现。由于标准件的尺寸有时候也比较混乱，所以销钉应该先买到，经过千分尺测量确定后，再根据定位孔对零进行线切割。

3.2 X-Y向对中组件的设计
X-Y向对中组件是对耦合器在XY向对正的必备组件，如图 3-2，3-3所示。

图 3-2 X-Y对中组件

图 3-3 X-Y对中组件装配图

在结构设计方面，X-Y向对中组件由X向导轨、X-Y向基座、千分尺测微仪、测微器固定架、微调装置、10#腔等以及各种标准件构成。将耦合器放置在10#腔内，在X向导轨上左右移动使耦合器两端放置到合适的为位置，在通过其微调装置对其进行Y轴方向的调整，根据千分尺测微器的显示来确定耦合器的对正情况，并采取相应的调整措施。
对于X-Y向对中组件的一些要求，对于其微调手轮，应该达到安装后手指在手轮凹坑中可随意拨动状态。对涡轮加工时，涡轮中间螺纹要垂直涡轮，否则安装时会容易卡住。在X向导轨上可以适度的加油脂，已减少移动是的摩擦阻力。
在选材和标准件选择方面，由于在X向导轨上频繁地滑过，因此选用45号钢，光滑耐磨，又寿命长、节约成本。对于其他部件的材料选择，由于对于耦合器对正装置中不需要有很大的受力，因此对材料的选择不需要有太多的要求。
该X-Y向对中组件的构件及标准件列表如下表 3-1所示，
表 3-1 X-Y向对中组件的构件及标准件
名 称
数量
材料
标准
内六角螺栓M2.5*L8
4

沉头螺栓M3*L10

内六角螺栓M3*L10
4
中碳钢

弹簧D5*d1*P2*L30
2

内六角螺栓M3*L10
4

销钉D3*L15
2

弹簧D6*D1DP2P*L12
1

内六角螺栓M4*L20
1

弹簧D5*D1*P2*L20
1

顶球
1

内六角螺栓M4*L15
10

内六角螺栓M25*L30
2

内六角螺栓M2*L4
4

电缆盖板
1
不锈钢板

电缆
1

轴承MRT63ZZT
4

微调螺母盖M6
2
45

微调手轮
1
45

微调卡扣
1
45

微调螺杆M6
1
中碳钢

微调箱体
1
45

涡杆M05
1
45

涡轮M05 Z30
1
青铜

涡轮微调组件
1

小盖板
2
45

螺旋测微器
1

测微器固定架
1
45

X-Y向基座
1
45

X向导轨
1
45

3.3 Z向对中组件的设计
Z向对中组件如图 3-4，3-5所示，它的作用是对耦合器进行Z向的对正。

图 3-4 Z向对中组件

图 3-5 Z向对中组件装配图

Z向对中组件由滑动基座、Z向固定架、Z向铜套基座、涡轮微调组件、小盖板等以及多种弹簧、螺栓标准件构成。将耦合器放置在10#腔内，在X向导轨上左右移动使耦合器两端放置到合适的为位置，在通过其微调装置对其进行Z轴方向的调整，根据测微器的显示来确定耦合器的对正情况，并采取相应的调整措施。使其达到对正要求。
安装后的Z向调节应该平稳，对于其微调装置，安装后在手指在手轮凹槽处应达到可随意拨动的状态。若要进行发黑处理，则表面不能出现掉色的现象。对于调节半球头和调节螺栓M5安装时，应该将其轻轻敲入，使其嵌在上面，不能出现晃动。
Z向对中组件的构件和标准件(除螺栓外），如表 3-2 所示，
表 3-2 Z向对中组件的构件和标准件（除螺栓外）

名 称
数量
材料
标准
销钉D3*L15
2

弹簧D5*d1*P2*L20
1

弹簧D5*d1*P2*L30
1

电缆盖板
1
不锈钢板

电缆
1

轴承MRT63ZZT
4

微调螺母盖M6
2
45

微调手轮
1
45

微调卡扣
1
45

微调螺杆M6
1
中碳钢

涡杆M05
1
45

涡轮M05 Z30
1
青铜

涡轮微调组件
1

小盖板
2
45

弹簧D6*d1*P2*L20
5

Z向铜套基座
1
45

Z向固定支架
1
45

调节螺杆M5
4
中碳钢

调节半球头
4
轴承钢

滑动基座
1
45

3.4 涡轮微调组件的设计
涡轮微调组件如图 3-6,3-7 所示，其作用是将耦合器放入10#腔中后，通过微调装置对其进行在Y向和Z向的对正调整，使其达到对正要求。

图 3-6 涡轮微调组件

图 3-7 涡轮微调组件装配图
涡轮微调组件由1个MO5 Z30的涡轮、1个M05的涡杆、1个微调箱体、微调卡扣、微调手轮、电缆、电缆盖板、2个M6微调螺母盖和 4个M2*L4内六角螺栓和轴承组成。用将涡轮串在微调杆上，用微调卡扣、2个微调螺母和4个轴承将其组成一个组件，再在微调卡扣上安装上电缆，并用电缆盖板通过用4个内六角螺栓进行固定。将涡杆与涡轮进行固定配合安装在微调箱体上，再将微调手轮安装在涡杆上，是能用其来进行对Y和Z向的调节。
微调涡轮组件的构件和标准件如表 3-3 所示，

表 3-3 微调涡轮组件的构件和标准件
名 称
数量
材料
标准
内六角螺栓M2*L4
4

电缆盖板
1
不锈钢板

电缆
1

轴承MRT63ZZT
4

微调螺母盖M6
2
45

微调手轮
1
45

微调卡扣
1
45

微调螺杆M6
1
中碳钢

微调箱体
1
45

涡杆M05
1
45

涡轮M05 Z30
1
青铜

3.5 X-Y向基座的设计
X-Y向基座如图 3-8,3-9所示，它的作用是将耦合器放置人10#腔后，要通过X-Y向基座的调节来使耦合器两端进行X向的靠近和Y向的对正。X-Y向基座是用45号钢材料制作的一个有左右移动和前后移动凹槽的物体，下方的凹槽是与X向导轨配对的，通过其将其安装在X向导轨上，来实现X向的移动，对于上方的凹槽是用来调整Y向的对正而设计的，通过微调装置的调节，使耦合器在Y向对齐。
对于X-Y向基座的设计应要求其表面无毛刺，并且其表面进行磷化发黑处理，而且表面不褪色，若要进行线切割，表面不应有钼丝痕迹。

图 3-8 X-Y向基座

图 3-9 X-Y向基座工二维图
3.6 X向导轨的设计

X向导轨如图 3-10,3-11 所示，它的作用是使X-Y向基座能在X向平稳的移动。

图 3-10 X向导轨

图 3-11 X向导轨二维图

X向导轨是长110mm,底部有一长方形凹槽和有8个孔，用来将其固定在底座上，右侧下方有几个小孔，是用来对固定测微器固定架的。对于X向导轨的设计，要保证其表面的光滑度，保证X-Y向基座能在上面滑动是尽量减少摩擦阻力。所以要求表面无毛刺，对其表面进行磷化发黑处理，且表面不能出现掉色现象，若要进行线切割，则表面不能有钼丝痕迹。保证其表面粗糙度。
3.7 Z向铜套基座的设计
Z向铜套基座如图3-12,3-13所示，它的作用是在其约束下通过微调装置的调节来使耦合器在Z向的对正。

图 3-12 Z向铜套基座
图 3-13 Z向铜套基座二维图
Z向铜套基座是50mm*50mm*20mm的方块，其中在其上面有孔和槽。对于球形孔处是放置调节半球头，调节和固定Z向铜套基座和Z向滑动块。两个销钉对其进行定位，有螺母和弹簧对其进行连接。
对于Z向铜套基座，定位销和滑槽建议用走丝线切割加工，零件表面要求我毛刺且进行均匀处理，色差小，对其表面进行磷化发黑处理，另外由于标准件有时尺寸也比较混乱，所以销钉应该先买到，用千分尺测量后，在定位进行对零线切割。
3.8 X向滑动块的设计
X向滑动块如图3-14,3-15所示，它的作用是在微调装置的调节作用下，通过X向滑块的移动来来使耦合器在X向的对正。

图 3-14 X向滑块

图 3-15 X向滑块二维图
X向滑动块是以45号钢为材料的制作的一方形物体，其上面有一些孔和槽，其中有两个销钉孔，对其进行定位，还有螺钉孔用来连接和固定，对于滑块接触部分有一定的精度要求，防止其在滑动过程中出现晃动的情况，从而保证对正的精确性。
在对X向滑动块进行加工时，建议采用线切割加工，切割后无明显的钼丝印记，对零件最好能进行应力退火处理，消除应力，还有表面不能有毛刺，并且进行磷化发黑处理，同样，由于标准件有时尺寸也比较乱，销钉应该先买到，用千分尺进行测量后，在定位孔对零线切割。
3.9　Ｚ向固定支架的设计
Ｚ向固定支架如图３-16，3-17所示，它的作用是对在Ｚ向的微调装置进行固定。

图 3-16 Z向固定架

图 3-17 Z向固定架
Ｚ向固定支架以45号钢为材料的制作的一规则性物体，其上面有一些孔和槽，底部的四个孔用来将其固定在底板上，其中底部上还有两个销钉孔，目的是用来对其进行定位，上半部分有一个凸形凹槽，那是一个滑动槽，即是Ｚ向滑块的滑动导轨上面还有两个螺钉孔用来放置盖板用的，防止Ｚ向移动块从上面脱落。
在对Ｚ向固定支架进行加工时，对于定位销和滑槽建议采用线切割加工，切割后无明显的钼丝印记，零件表面不能有毛刺，并且进行磷化发黑处理，同样，由于标准件有时尺寸也比较乱，销钉应该先买到，用千分尺进行测量后，在定位孔对零线切割。
3.10 设计中的注意事项
因为耦合器的对正有一定的精度要求，因此在各个部件的组装时要保证一些指定的形位公差标准，如安装10#腔时，要保证其垂直面与地板的垂直度，对于移动滑块的加工，因为要保证移动滑块在移动是不能出现晃动的情况，所以在对移动滑块和滑动槽的加工是要达到一定的精度要求等。
对于测微器的选择，由于耦合器对正的精度要求应达到0.02，所以选用千分尺测微仪来进行耦合器的对正校订。
在涡轮微调组件中对于其涡轮涡杆的选择。应该这是一个比较小型的装置，而且对于力的传动不是主要的目的，只是要求涡杆带动涡轮进行小距离的位移，来达到微调的作用，所以对涡轮涡杆的选择没有多大的限制，选择大小合适的涡轮涡杆就行了。
3.11 小结
本章具体介绍了微波耦合器对正装置各组件及重要零件的设计，包括底板、X-Y向对中组件、 Z向对中组件、涡轮微调组件、X-Y向基座、X向导轨、Z向铜套基座的设计，其中阐明了结构的设计和材料的选取，以及在零件加工时的一些注意事项，由于耦合器的对正有要求的精度，因此零件的加工和安装是要有一定的尺寸精度要求。

第四章 总 结
在本次毕业设计过程中，我初步掌握了如何运用PROE进行总体建模，同时也将大学四年来学的知识做了归纳性的总结。
在整个毕业设计过程中，我通过网上及图书馆资料的查阅，实际案例的参考，确定了耦合器对正装置的整体结构。在PROE三维软件当中，完成了整体三维造型，并且在CAD中生成了二维工程图。同时也完成了相关外文文献的翻译工作，三维设计的制作。
通过对耦合器的结构进行熟悉和了解，对其对正装置的结构进行大概的设定和分析，从而得出相应的设计方案。方案的确定只是设计的开头。紧接着的工作就是对方案各部分优化选用，需要对每个关键部分进行认真分析，使自己所设计的能满足设计要求，才能够符合生产实际进行生产。每当自己遇到一些关键上的技术问题时，都是自己去查阅资料，上网看网络视频跟着学习。 经过两个多月的长时间努力，我的毕业设计终于顺利完成了。这是一次改善自我机械设计能力的设计过程。我熟悉和掌握了常用机械零部件、机械传动和简单机械设计过程和进行方法，同时逐步具备了在正确的设计思想和分析以及解决问题的能力，特别是整体设计和零部件设计的能力及运用PROE三维造型软件绘图，收获了很多知识。这为我们将来的发展以及成长提供了更多的机会。在这次毕业设计过程中，我逐渐体会到严谨、认真、仔细、有耐心是一项必备素质作为一名机械工程设计人员。同时由于能力水平有限，研究的内容还是很初步的，难免存在疏漏和不足之处，在进一步的研究中，恳请各位老师、同学批评指正，本人将不胜感激并认真完善与改进。

参考文献
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致谢

本论文是在指导老师张炜的悉心指导和亲切关怀下完成的。张老师渊博的学 识，严谨、科学、创新的工作方法，积极乐观的人生态度，使我受益匪浅。在此， 我向张老师致以崇高的敬意和衷心的感谢。
同时感谢机能学院的各位老师、各位同学，感谢他们几年来对我的关心、帮 助和支持，并祝他们在以后的工作、学习中能够一帆风顺。