测控仪器设计》2014上课第四章ppt课件

1、第四章 精细机械系统的设计 本章在对测控仪器常用各种机械系统分析的根底上，重点对系统精度和性能影响较大的机械构造进展研讨，如基座、导轨、轴系及微位移系统等第一节 仪器的支承件设计一、基座与立柱等支承件的构造特点和一、基座与立柱等支承件的构造特点和设计要求设计要求构造特点：构造特点： 1构造尺寸较大构造尺寸较大 2构造比较复杂构造比较复杂设计要求设计要求 1具有足够的刚度，力变形要小具有足够的刚度，力变形要小 2稳定性好，内应力变形小稳定性好，内应力变形小 3热变形要小热变形要小 1严厉控制任务环境温度严厉控制任务环境温度 2控制仪器内的热源控制仪器内的热源 3采取温度补偿措施采取温度补偿措施

2、d4有良好的抗振性有良好的抗振性提高仪器抗振性措施1减轻分量，提高固有频率减轻分量，提高固有频率 2合理的构造设计，提高静刚度合理的构造设计，提高静刚度3减小内部振源影响减小内部振源影响 4采取隔振措施采取隔振措施 如三坐标丈量机规定激振频率在50Hz以下，振幅不超越5m。 二、基座与立柱等支承件的构造设计(一一)刚度设计刚度设计 1有限元分析法有限元分析法 2仿真分析法仿真分析法 (二二)基座与支承件的构造设计基座与支承件的构造设计 1正确选择截面外形与外形构造正确选择截面外形与外形构造 2合理地选择和布置加强肋添加刚度合理地选择和布置加强肋添加刚度 横截面积一样时不同断面外形惯性矩的比较断

3、面外形断面外形实心圆形实心圆形 实心方形实心方形 空心圆形空心圆形 空心方形空心方形 空心矩形空心矩形抗弯惯性矩抗弯惯性矩相对值相对值11.045.043.217.33抗扭惯性矩抗扭惯性矩相对值相对值10.885.041.270.28 肋的布置方式合理布置支撑点精细仪器基座支撑点均为三点 二、基座与立柱等支承件的构造设计(一一)刚度设计刚度设计 1有限元分析法有限元分析法 2仿真分析法仿真分析法 (二二)基座与支承件的构造设计基座与支承件的构造设计 1正确选择截面外形与外形构造正确选择截面外形与外形构造 2合理地选择和布置加强肋添加刚度合理地选择和布置加强肋添加刚度 4良好的构造工艺性，减小应

4、力变形良好的构造工艺性，减小应力变形 5合理地选择资料合理地选择资料 3正确的构造规划，减小力变形正确的构造规划，减小力变形 常用的资料常用资料有铸铁、钢板、花岗石等铸铁资料常用灰口铸铁HTl50、HT200、HT250 ，球墨铸铁QT40-17和QT42-10 尺寸较小的基座或支架也可用钢板焊接而成，常用钢板资料为Q215、Q235和Q255 国内外采用花岗石制造基座、支承件日益普遍，我国制造的三坐标丈量机等大中型仪器基座许多都用“泰山青花岗石制造 花岗石具有许多优点：花岗石具有许多优点： 1稳定性好 2加工简便加工简便 3温度稳定性好，导热系数和线膨胀系数温度稳定性好，导热系数和线膨胀系数

5、均很小均很小 4吸振性好吸振性好 5不导电，不磁化，抗电磁影响性能好不导电，不磁化，抗电磁影响性能好 6维护保养方便维护保养方便 7价钱廉价价钱廉价 第二节 仪器的导轨及设计 一、导轨的功用与分类 导轨的根本功用：传送精细直线运动导轨的根本功用：传送精细直线运动 按导轨面间摩擦性质可分为按导轨面间摩擦性质可分为 1滑动摩擦导轨滑动摩擦导轨 2滚动导轨滚动导轨 3静压导轨静压导轨 4弹性摩擦导轨弹性摩擦导轨 二、导轨部件设计的根本要求二、导轨部件设计的根本要求一导向精度一导向精度 导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。 对一副导轨来说其直线度是非常重要的对一副导

6、轨来说其直线度是非常重要的精度目的，它取决于导轨面的几何精度、精度目的，它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。刚度及导轨与基座的热变形等。 1导轨的几何精度导轨的几何精度 二、导轨部件设计的根本要求二、导轨部件设计的根本要求一导向精度一导向精度 导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。导向精度是指动导轨运动轨迹的准确度。对一副导轨来说其直线度是非常重要的对一副导轨来说其直线度是非常重要的精度目的，它取决于导轨面的几何精度、精度目的，它取决于导轨面的几何精度、接触精度、导轨和基座的刚度、导轨油接触精度、导轨和基座

7、的刚度、导轨油膜刚度及导轨与基座的热变形等。膜刚度及导轨与基座的热变形等。1导轨的几何精度导轨的几何精度 2接触精度接触精度 减少接触面的外表粗糙度：滑动导轨动导轨Ra 0.8-0.2m，静导轨0.4-0.1m 。滚动导轨面Ra 小于0.2m二导轨运动的平稳性二导轨运动的平稳性 爬行景象爬行景象 三刚度要求三刚度要求 四耐磨性要求四耐磨性要求 /4cvFmk 自重变形、部分变形、接触变形耐磨性与摩擦性质、导轨资料、外表处置工艺、和受力情况有关三、导轨设计应遵守的原理和准那么三、导轨设计应遵守的原理和准那么 一运动学原理一运动学原理三、导轨设计应遵守的原理和准那么三、导轨设计应遵守的原理和准那么

8、 一运动学原理一运动学原理 二弹性平均效应原理二弹性平均效应原理 三导导游轨与压紧导轨分立原那么三导导游轨与压紧导轨分立原那么导轨布置图1横向压紧轴承 2横向支承导轨 3横向支承滚动轴承 4基座 5横向滑架 6纵向支承滚动轴承 7纵向压紧轴承 8纵导游导游轨 9纵导游向滚动轴承 10横导游导游轨 11纵向滑架 12横导游向滚动轴承四、滑动摩擦导轨及设计四、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。滑动导轨是支承件和运动件直接接触的导轨。 优点优点:构造简单构造简单制造容易制造容易接触刚度大接触刚度大 缺陷缺陷:摩擦阻力大、磨损快摩擦阻力大、磨损快动、静摩擦系数差别大动、静摩擦系

9、数差别大低速度时，易产生爬行。低速度时，易产生爬行。 一滑动摩擦导轨的截面外形一滑动摩擦导轨的截面外形 二滑动摩擦导轨的组合方式及其特点二滑动摩擦导轨的组合方式及其特点 1V形和平面组合导轨形和平面组合导轨 三角形和平面组合导轨导向性好导向性好 平导轨制造简单平导轨制造简单 刚性好刚性好 运用较为广泛运用较为广泛 缺陷是导轨磨损不均匀，且缺陷是导轨磨损不均匀，且牵引力的位置不在两导轨的牵引力的位置不在两导轨的中间。中间。 2双三角形双三角形V形组合导轨形组合导轨 加工、检验和维修比较困难加工、检验和维修比较困难 需求较高的技术及精细的需求较高的技术及精细的基准研具进展精研基准研具进展精研 3双

10、矩形组合导轨双矩形组合导轨 适用于承载较大的普通精度的设备适用于承载较大的普通精度的设备 4燕尾组合导轨燕尾组合导轨 5双圆柱导轨双圆柱导轨 燕尾导轨导轨主要尺寸确实定1 、导轨宽度确定2 、V型导轨的角度3 、两条导轨的间距4、运动件导轨的长度普通取导轨间距1.2-1.8之间五、滚动摩擦导轨及设计五、滚动摩擦导轨及设计 滚动导轨磨损小，坚持精度耐久性好，故在滚动导轨磨损小，坚持精度耐久性好，故在仪器中广泛运用仪器中广泛运用 这种导轨是点或线接触，故抗振性差，接触这种导轨是点或线接触，故抗振性差，接触应力大。应力大。 一滚动导轨的构造方式及其特点一滚动导轨的构造方式及其特点 滚动导轨按不同的滚

11、动体可分为滚动导轨按不同的滚动体可分为 滚珠导轨滚珠导轨 滚柱导轨滚柱导轨 滚针导轨滚针导轨 滚动轴承导轨等滚动轴承导轨等 1滚珠导轨滚珠导轨 V形滚珠导轨a常用双V形滚珠导轨 bV形小圆弧导轨c双圆弧导轨1双双V形滚珠导形滚珠导轨轨 运动灵敏度较高，能接运动灵敏度较高，能接受不大的倾复力矩受不大的倾复力矩 (2)双圆弧滚珠导轨双圆弧滚珠导轨 计量光学仪器中如小计量光学仪器中如小型工具显微镜、投影仪型工具显微镜、投影仪等运用等运用 接触面积较大，接触接触面积较大，接触点应力较小，变形也点应力较小，变形也较小，承载才干强、较小，承载才干强、寿命长。寿命长。 3四圆柱棒滚道的滚珠导轨四圆柱棒滚道的

12、滚珠导轨 优点：运动精度和灵敏性较高，维修方便优点：运动精度和灵敏性较高，维修方便缺陷是承载才干不大，故多适用于较轻巧的缺陷是承载才干不大，故多适用于较轻巧的仪器上如掩膜检查显微镜任务台仪器上如掩膜检查显微镜任务台 4V形-平面滚珠导轨加工和装配都方便缺陷是左右两排滚珠中心运动速度不一致 万能工具显微镜19JA就采用该型滚珠导轨 a) 常用V形一平面滚珠导轨b) V形一平面滚珠导轨运动分析 2滚柱针导轨 1V形滚柱导轨形滚柱导轨承载才干比较大承载才干比较大耐磨性能好，耐磨性能好，灵敏性不如滚珠导灵敏性不如滚珠导轨轨多用在重型仪器上多用在重型仪器上 2平面滚动导轨滚珠或滚柱平面滚动导轨滚珠或滚柱

13、 外形简单外形简单 加工比较容易加工比较容易 平面滚动导轨1滚柱 2上动板 3导轨 4导向轴承 5压紧触头 6下动板滚动轴承导轨滚动轴承导轨 摩擦力矩小摩擦力矩小运动灵敏运动灵敏承载才干大承载才干大调整方便调整方便用于大型仪器如万工显、三座标、测长机用于大型仪器如万工显、三座标、测长机等等留意导轨滚动轴承与规范轴承的区别留意导轨滚动轴承与规范轴承的区别 3滚动轴承导轨 二滚动摩擦导轨的组合运用二滚动摩擦导轨的组合运用1滚动与滑动摩擦滚动与滑动摩擦导轨的组合运用导轨的组合运用 滚动轴承导轨摩擦力滚动轴承导轨摩擦力 小小 ，运动灵敏，运动灵敏 ， 用用做导向做导向 2滚柱导轨与滚动滚柱导轨与滚动轴

14、承导轨的组合轴承导轨的组合 外形简单，加工容易外形简单，加工容易 3滚柱和滚珠导滚柱和滚珠导轨的组合轨的组合灵敏运用了滚珠导轨灵敏运用了滚珠导轨运动的灵敏性和滚柱运动的灵敏性和滚柱导轨承载大的优点。导轨承载大的优点。4滚柱与长圆柱滚柱与长圆柱轴导轨组合轴导轨组合轻载部件中运用轻载部件中运用 滚动导轨计算1、运动导轨的长度2、滚动体的尺寸和数量3、强度与刚度计算2BlLL4WZl柱9.5WZd珠六、静压导轨及设计要点六、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任务台浮起，两导轨之间任务面不接触，而构成完全的液体或气体摩擦静压导轨的特点：摩擦系数极低

15、，故没有爬行，不产生磨损，寿命长，驱动功率小精度高导轨的承载才干较大，刚度好 抗振性好构造复杂 一液体静压导轨一液体静压导轨 开式液体静压导轨任务原理开式液体静压导轨任务原理 开式液体静压导轨任务原理1动导轨 2静导轨 3节流器 4精滤油器5液压泵 6溢流阀 7滤油器 8油箱开式液体静压导轨的特点开式液体静压导轨的特点:能较好的接受垂直载荷能较好的接受垂直载荷构造简单，便于加工和调整；构造简单，便于加工和调整；节流器常采用毛细管式和单面薄膜反响式。节流器常采用毛细管式和单面薄膜反响式。 闭式液体静压导轨的特点：闭式液体静压导轨的特点： 接受载荷才干强接受载荷才干强 ；运动精度比开式的好，动态性

16、能也较好；运动精度比开式的好，动态性能也较好；构造比较复杂，加工和装调比较费事；构造比较复杂，加工和装调比较费事；节流器采用毛细管式或双面薄膜反响式节流器采用毛细管式或双面薄膜反响式 二空气静压导轨二空气静压导轨 空气静压导轨任务原理空气静压导轨任务原理 简单气垫气浮导轨的方式 a a闭式平面导轨型：导轨精度闭式平面导轨型：导轨精度高，刚性大，承载才干也大，最高，刚性大，承载才干也大，最适于作精细机械的长行程导轨。适于作精细机械的长行程导轨。 b b闭式圆柱或矩形导轨型：构闭式圆柱或矩形导轨型：构造简单，不适用做长导轨，可用造简单，不适用做长导轨，可用于高精度、高稳定性的短行程任于高精度、高稳

17、定性的短行程任务台的导轨。务台的导轨。C)C)开式分量平衡型开式分量平衡型: :这是任务台这是任务台分量包括负载与空气静压相分量包括负载与空气静压相平衡坚持一定间隙的一种方式，平衡坚持一定间隙的一种方式，其构造简单、零件加工也比较容其构造简单、零件加工也比较容易。但刚度小，承载才干低。易。但刚度小，承载才干低。 d)d)开式真空吸附平衡型开式真空吸附平衡型: :其构造其构造与分量平衡型一样。由真空泵的与分量平衡型一样。由真空泵的真空压力来限制任务台的浮起量，真空压力来限制任务台的浮起量，因此，可以减少任务台浮起间隙因此，可以减少任务台浮起间隙量，甚至可以减少到量，甚至可以减少到1m1m，故可，

18、故可提高刚度。提高刚度。气体静压导轨特点气体静压导轨特点任务平稳、可靠任务平稳、可靠运动精度高运动精度高无磨损、无爬行无磨损、无爬行承载力较低，导轨刚度较差承载力较低，导轨刚度较差需求一套清洁稳定的紧缩空气源需求一套清洁稳定的紧缩空气源七、设计时导轨选择要点一导轨方式的选择一导轨方式的选择 特特性性导轨导轨称号称号 导向精导向精度度运动平运动平稳性稳性承载才承载才干干耐磨性耐磨性运用环运用环境境本钱本钱滑动导轨滑动导轨较高较高较好较好大大差差要求不要求不高高低低滚动导轨滚动导轨高高较好较好较低较低较好较好要求较要求较高高较高较高液体静压液体静压导轨导轨高高好好较大较大好好要求高要求高高高空气静

19、压空气静压导轨导轨高高好好较低较低好好要求高要求高高高二规范导轨的选用二规范导轨的选用a两滚道型导轨构造简图 b 四滚道型导轨构造简图 滚动直线导轨主要分为规范滚珠导轨和圆柱导轨。ab超小型LM导轨RSR系列aRSR系列导轨 bRSR系列导轨的构造图LM导轨HSR系列a 交叉滚子导轨第三节 主轴系统及设计一、主轴系统设计的根本要求一、主轴系统设计的根本要求主轴系统设计的主要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，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同时还要求有一定的刚度和热稳定性 一主轴回转精度一主轴回转精度 主轴回转精度是指该主轴轴

20、系的误差运动的主轴回转精度是指该主轴轴系的误差运动的大小大小 1回转轴线回转轴线 2轴线平均线轴线平均线3轴系的误差运动轴系的误差运动 轴系的误差运动分为轴系的误差运动分为:径向误差运动径向误差运动轴向误差运动轴向误差运动倾角误差运动倾角误差运动端面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，其概以圆图像求中心的方法作为评定中心，其概念与圆度丈量的四种评定中心是一致的，即念与圆度丈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中心和最小外切

21、圆中心 呵斥主轴回转误差的主要缘由呵斥主轴回转误差的主要缘由主轴和轴承加工的尺寸误差主轴和轴承加工的尺寸误差外形误差及主轴和轴承的装配误差外形误差及主轴和轴承的装配误差主轴系统的刚度及光滑主轴系统的刚度及光滑阻尼景象阻尼景象 二主轴系统的刚度二主轴系统的刚度 提高主轴刚性的措施提高主轴刚性的措施 1加大主轴直径加大主轴直径2合理选择支承跨距合理选择支承跨距 3缩短主轴悬伸长度缩短主轴悬伸长度4提高轴承刚度提高轴承刚度 三主轴系统的振动三主轴系统的振动 1用橡胶联接传动用橡胶联接传动 2用金属弹性元件联接传动用金属弹性元件联接传动 3用直流电机直接传动用直流电机直接传动 四主轴系统的热稳定性四主

22、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正确选择和设计轴系 2合理选择推力支承位置合理选择推力支承位置 3减小热源影响减小热源影响 4采用热补偿措施采用热补偿措施 五合理地设计构造，减小力变形五合理地设计构造，减小力变形六主轴系统的寿命六主轴系统的寿命 带轴肩的主轴构造二、轴系的种类 二、精细油膜滑动轴承轴系构造及设计二、精细油膜滑动轴承轴系构造及设计一圆柱形轴承轴系一圆柱形轴承轴系构造简单，承载才干大构造简单，承载才干大 ，精度不高，摩擦力，精度不高，摩擦力矩大矩大dL二半运动式圆柱形轴承轴系二半运动式圆柱形轴承轴系运用非常

23、广泛的经纬仪轴系的典运用非常广泛的经纬仪轴系的典型构造型构造 特点特点:精度高，摩擦力矩小，加工精度高，摩擦力矩小，加工难度大。难度大。 半运动式柱形轴承轴系2()2ddDL三锥形滑动轴承三锥形滑动轴承定心精度高，磨损后可补定心精度高，磨损后可补偿。偿。对温度变化敏感，加工复对温度变化敏感，加工复杂杂0.2m回转精度回转精度 圆锥形滑动轴系cosdL四四V形弧滑动轴承轴系形弧滑动轴承轴系光滑油液中，因此使双周晃光滑油液中，因此使双周晃动油团无法沿圆周运动而动油团无法沿圆周运动而被破坏被破坏 消除了双周晃动误差，精度消除了双周晃动误差，精度高高 精度可以到达精度可以到达0.035m运用度盘检测仪

24、已胜利地运运用度盘检测仪已胜利地运用在度盘检查仪、码盘光用在度盘检查仪、码盘光电检验仪、圆分度光电检电检验仪、圆分度光电检验仪和圆刻划机等低恒速验仪和圆刻划机等低恒速转动仪器上转动仪器上 刻划机V形弧滑动轴承轴系三、滚动摩擦轴系及设计三、滚动摩擦轴系及设计一规范滚动轴承轴系一规范滚动轴承轴系构造简单；制造安装维修方便；回转精度可达构造简单；制造安装维修方便；回转精度可达2m规范轴承选择时需求本卷须知1211aLLL221bLL结论：前轴承内环精度对主轴精度影响大，后轴承内环影响小。结论：前轴承内环精度对主轴精度影响大，后轴承内环影响小。 后轴承的精度可以选择得低些，通常比前轴承的精度可低一级。

25、后轴承的精度可以选择得低些，通常比前轴承的精度可低一级。一单列滚动轴承轴系一单列滚动轴承轴系 1、构造特点：、构造特点：1径向精度由基圆盘径向精度由基圆盘1的的内孔、主轴内孔、主轴2的外圆及二列的外圆及二列单排的滚珠单排的滚珠6保证；轴向精保证；轴向精度由基圆盘的端面度由基圆盘的端面A、主轴、主轴轴肩端面轴肩端面B及介于两者之间及介于两者之间滚珠滚珠7保证；构造简单，装保证；构造简单，装调方便，精度较高。调方便，精度较高。2顶尖顶尖3与主轴分成两体，与主轴分成两体，用用4个小螺钉个小螺钉5可以方便地可以方便地调理顶尖座调理顶尖座4，使顶尖与主，使顶尖与主轴中心重合轴中心重合渐开线齿形仪主轴系统

26、三、非标滚动轴系及设计三、非标滚动轴系及设计3 3、运用：、运用：构造简单；构造简单；制造安装维修方便；制造安装维修方便；具有较高的回转精度可达具有较高的回转精度可达0.1m0.1m；在小型、低速轻载仪器中获在小型、低速轻载仪器中获广泛运用广泛运用 。2 2、需求计算主要参数：、需求计算主要参数： 滚珠直径、滚珠个数、滚滚珠直径、滚珠个数、滚珠误差珠误差单列滚动轴承参数确实定轴向：思索承载载荷轴向：思索承载载荷滚珠直径滚珠直径在不影响灵敏性条件下，尽量选小的滚珠在不影响灵敏性条件下，尽量选小的滚珠2203122112 0.76WdEE径向：思索精度的影响 滚珠直径：在满足精度根底上，思索构造紧

27、凑，采用小滚珠。lale2二密珠轴承轴系二密珠轴承轴系 密珠轴承轴系密珠轴承轴系特点：特点：由主轴、轴套和密集于二者由主轴、轴套和密集于二者之间的具之间的具有过盈配合的滚珠所组成，有过盈配合的滚珠所组成，密集的滚密集的滚珠近似于多头螺旋线陈列，珠近似于多头螺旋线陈列，每个滚珠公转每个滚珠公转时沿着本人的滚道滚动，互时沿着本人的滚道滚动，互不反复，减小不反复，减小了滚道磨损，使轴承的精度了滚道磨损，使轴承的精度得以长期坚持。得以长期坚持。 运用：运用： 本钱较低且运用方便、寿命本钱较低且运用方便、寿命长、精度也较高长、精度也较高承载才干不大，适用于轻载、承载才干不大，适用于轻载、低速小型仪器中低

28、速小型仪器中 径向回转精度径向回转精度0.1m2密珠轴承设计要点1滚珠的密集度 2滚珠的陈列方式3过盈量确实定 ：过盈量与轴和套的尺寸、零件的加工误差、轴承接受的载荷等要素有关。 普通取1.5-12m 四、气体静压轴承轴系构造及设计四、气体静压轴承轴系构造及设计空气静压轴承轴系的典型构造空气静压轴承轴系的典型构造1圆柱型空气静压轴承轴系圆柱型空气静压轴承轴系 圆柱形空气静压轴承轴系1一进气嘴2一过滤片 3一外罩4一轴承套5一径向节流孔 6一轴向节流孔7一气浮轴 8一上止推板 9一宝石轴承 lO一衬套 11一衔接板 12一下止推板 气体静压轴承是以一定恒压的净化空气充溢轴承套与轴之间，并以其为光

29、滑介质构成的轴承。1由于空气粘性极小，因此几乎没有摩擦力矩，旋转灵敏，无磨损，任务中不用维修调整，具有可以在特殊环境下运用的优点。2由于气膜对轴承零件的加工误差有平均作用，构成轴系后的回转精度可比轴承副零件精度有很大提高。3目前空气静压轴承的回转精度已高达0.01m，因此常用作为高精度仪器的轴承。 2圆球与圆柱混合型空气静压轴承轴系圆球与圆柱混合型空气静压轴承轴系获得美国专利的混合型空气静压轴承轴系获得美国专利的混合型空气静压轴承轴系 图4-72 混合形空气静压轴承轴系1一进气孔 2一主轴3一凸球4一进气口 5、6、8一凹半球7一轴套 9一凸半球型圆柱轴承套 10一压簧 11一支承板回转精度回

30、转精度0.038m;轴向刚度轴向刚度82N/ m;径向刚度径向刚度25N/ m 五、液体静压轴承轴系及设计特点特点: 1构成液体摩擦，摩擦力极小，几乎无磨损，寿命构成液体摩擦，摩擦力极小，几乎无磨损，寿命长，转动灵敏，耗费功率小长，转动灵敏，耗费功率小2与气体静压轴系相比刚度更高，承载才干大，常与气体静压轴系相比刚度更高，承载才干大，常用于大型或重型仪器上，在机床上运用比较广泛。用于大型或重型仪器上，在机床上运用比较广泛。3回转精度较高，可达回转精度较高，可达0.05m。由于油液分子的平。由于油液分子的平均作用，使轴系回转精度可高于零件加工精度。均作用，使轴系回转精度可高于零件加工精度。4抗振

31、性好于气体静压轴承。抗振性好于气体静压轴承。5需求一套高质量的供油系统，不仅系统复杂化而需求一套高质量的供油系统，不仅系统复杂化而且本钱也较高。且本钱也较高。一任务原理一任务原理圆度仪用液体静压轴承轴系原理图1滤油网 2液压泵 3溢流阀 4精滤油器 5节流器 6轴承1径向回转精度较高，可达径向回转精度较高，可达0.1m。2承重承重1000N动压轴承轴系构造特点特点: 回转精度高，可达回转精度高，可达0.025m。承载才干较大，承载才干较大，刚性较好。刚性较好。动态情况下无磨损，寿命长。动态情况下无磨损，寿命长。制造运用和维修都比较方便，构造比液体静压简单，不需求油泵站。制造运用和维修都比较方便

32、，构造比液体静压简单，不需求油泵站。起动时主轴和轴承刚性接触，有磨损，低速大载荷油膜难以建立。起动时主轴和轴承刚性接触，有磨损，低速大载荷油膜难以建立。主轴只能向油楔减小方向转动，不能反转。主轴只能向油楔减小方向转动，不能反转。获得动压的条件1.有斜楔2.转速均匀3.转动方向固定4.有光滑圆度仪动压轴承轴系英国R.T.H轴系的比对轴系的比对 特性特性 轴系称号轴系称号回转精度回转精度转动灵转动灵敏性敏性承载承载才干才干耐磨性耐磨性运用环境运用环境本钱本钱滑动滑动轴系轴系圆柱滑动轴系圆柱滑动轴系210m 较差较差大大差差要求较低要求较低低低圆锥滑动轴系圆锥滑动轴系0.2m 滚动滚动轴系轴系规范滚

33、动轴承规范滚动轴承轴系轴系0.5m 较好较好较大较大较好较好要求较高要求较高较较高高单列非规范滚单列非规范滚动轴承轴系动轴承轴系0.2m 密珠轴系密珠轴系0.1m 液体静压轴系液体静压轴系0.05m 好好大大好好要求高要求高高高气体静压轴系气体静压轴系0.010.02m 好好较大较大好好要求高要求高高高动压轴系动压轴系0.025m 好好较大较大好好要求高要求高高高第五节第五节 微位移机构及设计微位移机构及设计微位移技术是一行程小、分辨力和精度都很高微位移技术是一行程小、分辨力和精度都很高的技术，其精度要到达亚微米和纳米级的技术，其精度要到达亚微米和纳米级运用微位移技术的系统称为微系统运用微位移

34、技术的系统称为微系统它由微位移机构、精细检测安装和控制安装三它由微位移机构、精细检测安装和控制安装三部分组成部分组成 第五节第五节 微位移技术运用微位移技术运用微位移技术运用微位移技术运用精度补偿精度补偿微进给微进给微调微调微执行机构微执行机构微位移构造组成和分类微位移机构或称微开任务台由微位移器和导轨两部分组成。微位移器种类如下： 微位移构造组成和分类柔性支撑柔性支撑 + 压电或电致缩位移驱动器；压电或电致缩位移驱动器；滚动导轨滚动导轨 + 压电陶瓷或电致缩驱动器；压电陶瓷或电致缩驱动器；滑动导轨滑动导轨 + 机械式驱动；机械式驱动；平行弹性导轨平行弹性导轨 + 机械式或电磁、压电、电致伸缩

35、位移驱动器驱动；机械式或电磁、压电、电致伸缩位移驱动器驱动；气浮导轨气浮导轨 + 伺服电机或直线电机驱动伺服电机或直线电机驱动 ； 根据导轨方式和驱动方式微位移机构分为以下5类：一、典型的微位移机构 (1)柔性支承一压电器件驱动的微位移机构 柔性支承无间隙、无摩擦、不发热压电驱动精度高、无噪声、不受温度和电磁场影响、体积小、不老化，因此很容易实现0.l0.001m的微位移 2平行片簧导轨一电压器件驱动的微位移机构 微任务台用平行微任务台用平行片簧导向片簧导向无间隙，无摩擦无间隙，无摩擦 精度高精度高0.0lm0.0lm位移分位移分辨力辨力 3滚动导轨一压电器件驱动 滚动导轨微任务台原理图导轨承

36、片台压电陶瓷压电陶瓷4平行片簧导轨一步进电机及机械式位移减少机构驱动 4.1杠杆式位移减少机构原理图5平行弹簧导轨一电磁位移器驱动6气浮导轨一步进电机及摩擦传动 7二维X-Y双向微位移任务台 二、微驱动器件1压电及电致伸缩器件： 在微位移器件中，压电及电致伸缩器是运用逆压电效应或电致伸缩效应任务的，即电介质在外电场作用下产生应变。电介质在外加电场作用下的应变与电场的关系为:2SdEME 具有压电效应和电致伸缩效应的资料称为压电资料。常用压电资料是压电陶瓷，尤其是以锆酸铅和钛酸铅组成的固溶体运用更为普遍，以Pb铅、Zr锆、Ti钛这三种元素符号的第一个字母组成PZT来代表。 压电器件和电致伸缩器件

37、构造紧凑体积小，位移分辨力高，控制简单，不发热，抗干扰性好，因此是理想的微位移器件，分辨力可到达0.001m，定位精度可达0.01m。2压电器件lldUb 压电微位移器件是用逆压电效应任务的，广泛用于激光稳频、精细任务台微挪动、精细加工微进给及微调等。对压电器件要求其具有压电灵敏度高、行程大、线性好、稳定性好和反复性好等。Sl bSdEdEl U即尺蠖构造-增大行程 二、微驱动器件2电致伸缩器件 电致伸缩器件可以用相对较低的电压获得较大的位移驱动，如施加100500V的电压，获得几十微米的应变量 电致伸缩器件与压电器件一样，都有滞后效应，如下图。此外还有漂移景象，漂移量普通小于应变范围的15。

38、 2CSM U 3电磁驱动器 电磁驱动器是用电磁力来驱动微任务台。微任务台可用平行片簧导轨导向，也可用金属丝悬挂导向。 22SNId2d KFFF2B SF2F=K d2B SK d22B Sd2 K特点：特点：无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高无机械摩擦、无间隙、运动灵敏度高柔性铰链的类型柔性铰链的类型1单轴柔性铰链单轴柔性铰链2双轴柔性铰链双轴柔性铰链 三柔性铰链 由于宇航和航空等技术开展的需求，对实现小范围内偏转的支由于宇航和航空等技术开展的需求，对实现小范围内偏转的支承，不仅提出了高分辨率的要求，而且对其尺寸和体积提出了承，不仅提出了高分辨率的要求，而且对其尺寸和体积提出了微型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支承的实验探求后，微型化的要求。人们在经过对各类型的弹性支承的实验探求后，才逐渐开发出