精密仪器设计第四章考点案例.docx

第四章第一节 仪器的支承件设计一、基座与立柱等支承件的结构特点和设计要求（一）结构特点1）结构尺寸较大 2）结构比较复杂（二）设计要求1）具有足够的刚度，力变形要小 2）稳定性好，内应力变形小3）热变形要小4）有良好的抗振性1.减小热变形措施:（1）严格控制工作环境温度（2）控制仪器内的热源（3）采取温度补偿措施2.提高仪器抗振性措施： （1）减轻重量，提高固有频率（2）合理的结构设计，提高静刚度（3）减小内部振源影响（4）采取隔振措施二、基座与立柱等支承件的结构设计(一)刚度设计： （1）有限元分析法（2）仿真分析法 (二)基座与支承件的结构设计： （1）正确选择截面形状与外形结构（2）合理地选择和布置加强肋增加刚度（3）正确的结构布局，减小力变形 （4）良好的结构工艺性，减小应力变形 （5）合理地选择材料 花岗石具有许多优点：1）稳定性好 2）加工简便 3）温度稳定性好，导热系数和线膨胀系数均很小4）吸振性好5）不导电，不磁化，抗电磁影响性能好 6）维护保养方便 7）价格便宜 第二节 仪器的导轨及设计导轨的功用与分类 1.导轨的基本功用：传递精密直线运动2.按导轨面间摩擦性质可分为： 滑动摩擦导轨、滚动导轨、静压导轨、弹性摩擦导轨二、导轨部件设计的基本要求（一）导向精度动导轨运动轨迹的准确度 导轨直线度取决于：导轨面的几何精度、接触精度、导轨和基座的刚度、导轨油膜刚度及导轨与基座的热变形等（二）导轨运动的平稳性 爬行：低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的而与动导轨相连的工作台却出现一慢一快、一跳一停的现象爬行原因：1）导轨间的静、动摩擦系数差值较大 2）动摩擦系数随速度变化 3）系统刚度差临界速度（三）刚度要求自重变形局部变形接触变形（四）耐磨性要求与摩擦性质、导轨材料、表面处理工艺、加工工艺和受力情况有关三、导轨设计应遵守的原理和准则（一）运动学原理（二）弹性平均效应原理（三）导向导轨与压紧导轨分立原则四、滑动摩擦导轨及设计滑动导轨是支承件和运动件直接接触的导轨。优点: 结构简单制造容易接触刚度大缺点:摩擦阻力大、磨损快 动、静摩擦系数差别大，低速度时，易产生爬行滑动摩擦导轨的截面形状滑动摩擦导轨的组合形式及其特点 5 种 P131导轨主要尺寸的确定五、滚动摩擦导轨及设计优点：磨损小，保持精度持久性好，故在仪器中广泛应用缺点：点或线接触，故抗振性差，接触应力大。滚动导轨的结构形式及其特点P134滚动导轨按不同的滚动体可分为 滚珠导轨、滚柱导轨、滚针导轨、滚动轴承导轨等 （二）滚动摩擦导轨的组合应用P137（三）滚动导轨的结构尺寸六、静压导轨及设计要点静压导轨是在动导轨与静导轨之间，因液体压力油或气体静压力而使动导轨及工作台浮起，两导轨之间工作面不接触，而形成完全的液体或气体摩擦静压导轨的特点：1）摩擦系数极低，故没有爬行，不产生磨损，寿命长，驱动功率小 2）精度高3）导轨的承载能力较大，刚度好4)抗振性好 5)结构复杂液体静压导轨开式液体静压导轨的特点:①能较好的承受垂直载荷②结构简单，便于加工和调整；③节流器常采用毛细管式和单面薄膜反馈式。闭式液体静压导轨的特点：①承受载荷能力强 ；②运动精度比开式的好，动态性能也较好；③结构比较复杂，加工和装调比较麻烦；④节流器采用毛细管式或双面薄膜反馈式空气静压导轨气体静压导轨特点：工作平稳、可靠运动精度高无磨损、无爬行承载力较低，导轨刚度较差需要一套清洁稳定的压缩空气源七、设计时导轨选择要点第三节 主轴系统及设计主轴系统设计的基本要求主轴系统设计的主要要求:是主轴在一定载荷下具有一定的回转精度，同时还要求有一定的刚度和热稳定性（一）主轴回转精度指该主轴轴系的误差运动的大小轴系的误差运动分为: 径向误差运动轴向误差运动倾角误差运动端面误差运动主轴系统回转误差（误差运动）的评定方法以圆图像求中心的方法作为评定中心，其概念与圆度测量的四种评定中心是一致的，即最小区域中心、最小二乘中心、最大内接圆中心和最小外切圆中心造成主轴回转误差的主要原因主轴和轴承加工的尺寸误差形状误差及主轴和轴承的装配误差主轴系统的刚度及润滑阻尼现象（二）主轴系统的刚度提高主轴刚性的措施1）加大主轴直径2）合理选择支承跨距 3）缩短主轴悬伸长度4）提高轴承刚度 （三）主轴系统的振动 减小振动措施1）用橡胶联接传动 2）用金属弹性元件联接传动 3）用直流电机直接传动（四）主轴系统的热稳定性提高主轴系统热稳定性可采取如下措施 :1）正确选择和设计轴系 2）合理选择推力支承位置 3）减小热源影响 4）采用热补偿措施（五）合理地设计结构，减小力变形（六）主轴系统的寿命二、精密油膜滑动轴承轴系结构及设计三、滚动摩擦轴系及设计四、气体静