精密仪器总复习

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1、1.中等精度、高精度、超高精度的区分；中等精度、高精度、超高精度的区分； 答 ：精度又称为精确度，是指准确的程度。精度的高低是用误差的大小来衡量的，误差小 则精度高，误差大则精度低。 1）中等精度：1um10um 主轴回转精度 1 um10 um 圆分度精度 1 10 。 2）高精度:0. 1 um1 um 主轴回转精度 0.1 um1 um 圆分度精度 0.2 1 。 3) 超高精度：直线度小于 0.1 um，主轴回转精度小于 0.1 um，圆分度精度小于 0.1 . 2.力变形对精度的影响，要求那几种机床受力对精度的影响，影响最大的是悬臂梁。力变形对精度的影响，要求那几种机床受力对精度的影

2、响，影响最大的是悬臂梁。 力变性有：悬臂式（y 轴移动） ，悬臂式（z 轴移动） ，桥式，桥式悬臂型，龙门移动式，龙 门固定式，立轴式，卧轴式。 机床制造误差对工件加工精度影响较大的有：主轴回转误差、导轨误差、传动链误差。 3.能计算某个部件的自由度；能计算某个部件的自由度； 分析：自由度分为构件自由度（构件具有独立运动参数的数目）和机构自有度（机构具有独 立运动参数的数目） 设空间有 6 个自由度，自由度 S 与约束 Q 关系：S=6-Q4.三球支撑系统。三球支撑系统。 【现代精密仪器设计，45 页，例 2-8】基座采用 3 点支承。支承之间相互对应。3 个钢球支承的形式分别为平面 4、圆锥

3、形球窝支 撑面 5、V 形槽支撑面 6，V 形槽的方向与基座纵向方向平行。采用这样的结构的优点： 1)工作是无论工作台 1 怎样移动，1 和床身 2 的重量始终通过 3 个球支承作用在基座上，这 3 个垂直力（因为是球支承）只有大小变化，没有方向变化。这 3 个力传递到基座，这样总体变 形很小。 2）这种 3 球结构直接满足了阿贝原则。 这种 3 球结构，床身在纵向、横向即转角方向不需增加限制装置，避免附加应力，温度变 化也可以补偿。称为无附加内应力的自动定位设计。 5.制造、安装、运行和原理误差在精密机械与仪器中的程度；制造、安装、运行和原理误差在精密机械与仪器中的程度；答：在仪器的各种误差

4、源中，制造误差数值最大，运行误差次之。但在仪器测量误差中运行 误差将是主要的。 6.XY 工作台的部件，以及电控工作台的部件，以及电控 XY 工作台微动系统的原理和分析；工作台微动系统的原理和分析；答：x-y 工作台系统基本上是由工作台滑板、直线移动导轨、传动机构、驱动电机、控制装 置和位移检测器等组成。由于工作台使用的情况不同，因而对性能的要求也各异。一般的静态和动态性能要求包括有如 下一些内容。 （1 1）静态性能：）静态性能：工作台的几何精度包括x-y工作台的导轨在水平面内的直线性、垂直平面内的 直线性、x方向与y方向的垂直度、x-y方向的反向间隙和反向精度以及工作台面与运动平面间的 不

5、平行性；系统的静刚度工作台传动系统受重力、摩擦力或其他外力的作用而产生相应的变形， 其比值称为静刚度；工作台的定位精度和重复定位精度。 （2 2）动态性能）动态性能：工作台系统的振动特性和固有频率；速度与加速度特性；负载特性； 系统稳定性等。 7.滑动导轨、滚动导轨、静压导轨的特点。滑动导轨、滚动导轨、静压导轨的特点。 滑动导轨滑动导轨按导轨承导面的截面形状，滑动导轨可分为圆柱面导轨和棱柱面导轨,特点：结构简 单、制造方便、刚度好、抗震性高。但对于金属对金属型式，静摩擦系数大，动摩擦系数随 速度变化而变化，在低速时易产生爬行现象。 滚动导轨特点滚动导轨特点：1.摩擦系数小，运动灵活。不易出现爬

6、行现象；2.定位精度高；3.磨损较小， 寿命长，润滑方便；4.对温度的变化不敏感；5.结构比较复杂，加工较困难，成本较高；6. 运动件与承导件之间接近于点接触，对承导面的几何形状误差及赃物较敏感，抗震性能较差。静压导轨特点静压导轨特点：（1.可实现高速度、高精度；2.寿命长，工作稳定可靠；3.结构较复杂。 ） 空气静压导轨有以下优点空气静压导轨有以下优点： 运动精度高：由于提高了导轨面得直线性和平行度，可以减小支承的间隙。 无发热现象：不会像液体静压导轨那样因静压油引发热，也没有热变形。 摩擦与振动小：由于导轨之间不接触故没有摩擦，气体粘性极小，可以认为是无摩擦，故 使用寿命长。没有振动和爬行

7、现象，可以进行微细的送进和精确地定位。 使用环境：由于使用经过过滤的压缩空气（去尘、去水、去油、去湿） ，故导轨内不会浸 入灰尘和液体。另外由于不使用润滑油，故不会污染环境。气浮导轨可用于很宽广的湿度范围。 空气静压导轨有以下缺点空气静压导轨有以下缺点： 承载能力低，因气模的压力，即使在静压情况下，也只有 0.3MPa 左右（气源压力为 0.5MPa 左右） 。 刚度低，在重载荷下，不宜使用。需要一套高质量的气源. 对振动的衰减性差，仅为油的 1/1000，如果设计不当，可能出现自激振荡等不稳定问题。由于气模厚度很小，安装不准确，产生变形影响精度。使用条件要求苛刻，费用高。 液体静压导轨特点：

8、液体静压导轨特点：承载能力高，运动精度高，结构复杂，易污染。 8.传动的作用、传动比计算、传动比分配。传动的作用、传动比计算、传动比分配。 传动的作用：传动的作用： （1）改变速度的大小：增速、减速、调速；（2）改变运动的方向：顺时针、逆时针、空间变向； （3）改变运动的方式：转转，转移，转间歇，转摆动。 按传动的用途可分为：按传动的用途可分为： （1）力（功率）传动。主要用来传递动力，改变力或力矩的大小。对它的要求主要是应保 证足够的强度。 （2）示数（测量）传动。主要用来传递运动，包括传递数据或进行读数。对它的要求主要 是保证必需的精度。 （3）一般传动。只作一般传动或驱动用，对强度和精度

9、均无严格要求。对这类传动可按结 构条件或类比法设计。 传动比计算传动比计算：it=i1*i2*i3*in，i1,i2,i3,in 是各级传动比，i=w1/w2, w1、w2 是主、从动件的 角速度。 传动比分配：传动比分配：按传动误差和回差最小原则分配传动比；按尺寸最小原则分配；按体积最小和 重量最轻原则分配；按转动惯量最小原则分配。 9.摩擦轮传动的特点；摩擦轮传动的特点； 传动的优点：传动的优点： （1）由于摩擦轮表面为光滑圆柱，故传动平稳，工作时无噪声或噪声小。如果在轮面上再 覆盖上一层橡胶则传动更平稳，这对大多数精密机械设备来说极为重要。 （2）结构简单，制造使用均比较方便。 （3）传

10、动形式可以多种多样，故使用范围广泛。 （4）超载时可自动打滑，故可防止重要零件受损坏。 （5）采取相应措施后，传动比在不停机的情况下可实现平稳或无级地改变，因此几乎所有 机械式的无级变速器都是以摩擦传动为基础的。 传动的缺点：传动的缺点： （1）需要增加压紧装置（如弹簧等）以产生所需要的压紧力。 （2）由于压紧力一般比较大，故摩擦轮在接触点处将产生弹性形变，使实际传动比不能保持 理论值，从而影响传动精度，故在设计时应该采取相应措施，减小压紧力。 （3）传动效率低，工作表面易被磨损，且易发热，不宜传递大的力矩，故摩擦轮传动主要使 用在传动要求平稳、低速、轻载等场合，且多用于高精度。 10. 皮带

11、传动带的受力分析和带选型特点；皮带传动带的受力分析和带选型特点；特点：平板带：结构简单、传动方便、不受距离限制、容易调节更换。 三角带：带体十分柔软，耐屈挠疲劳性能非常好 。 圆形带：通常没有芯体，结构最为简单，使用方便 。 齿形带：能实现无滑动的同步传动，而且具有比链条轻、噪音小。 11. 齿轮传动中齿轮选用的一般标准；齿轮传动中齿轮选用的一般标准； 说法一：说法一：（1）齿轮传动轴线的方位(2)功率范围(3)传动比范围(4)速度 说法二：说法二：（1）使用要求。从给定的已知条件中分析出最主要的要求，并根据这个主要要求， 参照已给定的总传动比、传递功率、传动速度、各传动轴相互位置的关系等，初

12、步选定传动的类 型。 （2）工艺条件。如生产厂的工艺水平、设备条件和生产批量等，尽量达到工艺合理。 （3） 先进性和经济性等方面的问题。 （4）参考已有的或类似传动的经验选型 说法三：说法三：（1）精密齿轮传动大多为小模数齿轮传动；（2）对传递运动的准确度的要求较 高；（3）传动的平均效率和瞬时效率较高；（4）精密齿轮传动的转动惯量应较小；（5）精密 齿轮传动的结构要力求小巧轻便。 12. 涡轮蜗杆传动特点；涡轮蜗杆传动特点； （1）传动平稳，振动、冲击和噪声均很小。这是由于蜗杆的轮齿是连续螺旋齿的缘故。 （2）能获得较大的单级传动比，故结构紧凑。在传递动力时，传动比一般为 8100，常用范

13、围为 1550。在分度机构中，传动比可达几百，甚至到 1000。这时需采用导程角很小的单头 蜗杆，但传动效率很低。 （3）当蜗杆的导程角 小于啮合轮齿间的当量摩擦角时，机构具有自锁性。 （4）由于啮合轮齿间的相对滑动速度较高，使得摩擦耗损较大，因而传动效率较低。此外， 在传动中易出现发热和温升过高的现象，磨损也较严重，故常需用耐磨材料（如锡青铜等）来制 作蜗轮，因而成本较高。 13. 螺杆螺母传动的几种类型；螺杆螺母传动的几种类型； 根据螺旋传动在机械中的作用，分为：（1）传力螺旋；（2）示数测量螺旋传动；（3）一 般传动螺旋 按接触面的摩擦性质分为：滑动螺旋传动、滚动螺旋传动、静压螺旋传动，

14、 14. 杠杆传动中正弦、余弦机构的简图、传动系数；杠杆传动中正弦、余弦机构的简图、传动系数；15. 瞄准精度的几种方式，最高精度的方式瞄准精度的几种方式，最高精度的方式。 有机械、光学、电学、光电及气动。分为接触式和非接触式。 最高精度的方式：光电 16. 阿贝误差及其补偿方法；阿贝误差的计算阿贝误差及其补偿方法；阿贝误差的计算阿贝误差阿贝误差：要使量仪给出准确的测量结果，必须将被测件布置在基准元件沿运动方向的延长 线上。也就是共线原则。 补偿方法：补偿方法： 首先在结构上采取措施首先在结构上采取措施，从设计及工艺上提高导轨的运动精度，减小因为导轨运动不直线 性带来的倾角。从结构布置上，尽量

15、使得读数线（线纹尺、光栅尺、激光等）和被测量的测量线 靠近得近些，减少两者之间的相隔距离。 爱彭斯坦（爱彭斯坦（Epenstein）准则（间接补偿）准则（间接补偿） Epenstein 原理是：利用各种机构，使得可能产生的误差相互抵消或削弱，或故意引入新的 误差，以减小某些误差的影响。 直接补偿直接补偿。在光栅、激光等信号转换原理的数字计量仪器中，可采用直接补偿。补偿原理 是：由自动校准仪直接得到的与导轨不直线性成比例的输出电压，通过 128 进位计数器及比较 线路，用干涉条文的脉冲当量数相平衡，并将此脉冲当量数加到计数器计算机进行误差补偿，在 整个测量过程中，补偿是自动连续进行的。 布莱恩原

16、则布莱恩原则：位移测量系统工作点的路程应和被测位移作用点位于同一直线上，不可能时， 必须使得传送位移的导轨没有角运动，或者必须算出角运动产生的位移，然后用补偿机构给予补 偿。第一条为广义 Abbe 原则。 误差的计算：误差的计算： 并联式：1=atan =a（+1/3* （3）+） 当很小时， 1=a串联式： =C(1-cos)= ; ”=C（1/cos -1）= = + ”=17. 分辨率、重复精度、再现精度；分辨率、重复精度、再现精度； 分辨率分辨率：是仪器设备的一个重要技术指标，是仪器设备能感受、识别或探测的输入量的最 小值。 重复精度：重复精度：重复精度是指在同一测量方法和测试条件（仪器、设备、测试者、环境条件）下， 在一个不太长的时间间隔内，连续多次量测同一物理参数所得到的数据分散程度。重复精度反映 一台设备固有误差的精密度。 复现精度复现精度：复现精度又称再现精度。它是用不同的测量方法，不同的测试者，不同的测量仪 器，在不同的实验室内，在较