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1、精精 密密 仪仪 器器 设设 计计 Design of Precision Instrument第四章 精密机械系统n在测控仪器中在测控仪器中,精密机械系统起着举足轻重的作用精密机械系统起着举足轻重的作用,它不仅是仪器各部分的支撑，而且对保证仪器的它不仅是仪器各部分的支撑，而且对保证仪器的测量精度、定位精度和运动精度起着关键的作用。测量精度、定位精度和运动精度起着关键的作用。n本章的内容：在对测控仪器各种机械系统分析的本章的内容：在对测控仪器各种机械系统分析的基础上，重点对系统精度影响较大的机械结构进基础上，重点对系统精度影响较大的机械结构进行研究。行研究。 包括：基座与支承件、导轨、轴系。包
2、括：基座与支承件、导轨、轴系。第一节 仪器的支承件设计第二节 仪器的导轨及设计第三节 主轴系统及设计第一节 仪器的支承件设计n定义：定义： 仪器的支承件主要包括基座、支柱、机柜、仪器的支承件主要包括基座、支柱、机柜、机箱等。机箱等。n作用：作用： 1 1）联接和支承）联接和支承 2 2）保证工作精度）保证工作精度n本节内容：本节内容： 从精度出发，重点研究基座和立柱等对仪器从精度出发，重点研究基座和立柱等对仪器精度影响很大的支承件的设计要求和结构设计问精度影响很大的支承件的设计要求和结构设计问题。题。一、基座和立柱等支承件的结构特点和设计一、基座和立柱等支承件的结构特点和设计要求要求（一）特点
3、：（一）特点：1）尺寸较大：尺寸较大： 支承机、光、电等各个零部件和被测件支承机、光、电等各个零部件和被测件自自身重量大身重量大承受外载荷承受外载荷温度变形大。温度变形大。2）结构复杂：结构复杂： 具有很多加工面，包括孔、支承面、定位面具有很多加工面，包括孔、支承面、定位面等，且要求相互位置精度和本身精度都较高。等，且要求相互位置精度和本身精度都较高。（二）设计要求：（二）设计要求：1 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n自重自重力变形力变形n被测件的质量转载被测件的质量转载动载荷力变形动载荷力变形n弹性变形在允许的范围内弹性变形在允许的范围内n变形最小原则进行刚度设计
4、变形最小原则进行刚度设计 2、稳定性好，内应力变形小、稳定性好，内应力变形小内应力变形：铸件内应力变形：铸件内应力内应力释放释放夹紧力变形：螺钉紧固件夹紧力不均匀夹紧力变形：螺钉紧固件夹紧力不均匀提高稳定性的措施：提高稳定性的措施：（1）进行时效处理：自然时效处理；人工时效处理：）进行时效处理：自然时效处理；人工时效处理：（2）消除夹紧力变形的方法）消除夹紧力变形的方法n减少螺钉等紧固件的数量减少螺钉等紧固件的数量n采用运动学原理定位法采用运动学原理定位法n弹性夹紧法（留有少许变形余量）弹性夹紧法（留有少许变形余量）3、热变形要小、热变形要小 整机或各个部件的尺寸、形状、结构各不整机或各个部件
5、的尺寸、形状、结构各不相同，因此达到热平衡的时间也长短各异。基相同，因此达到热平衡的时间也长短各异。基座和立柱的变形将会造成很大的测量误差。座和立柱的变形将会造成很大的测量误差。消除热变形采取的措施：消除热变形采取的措施： 1）严格控制工作环境（恒温）严格控制工作环境（恒温） 注意两点：注意两点：恒温室应长时间恒温恒温室应长时间恒温 合理设计恒温室合理设计恒温室 2）控制仪器内的热源：照明灯、电动机、磨擦生热。）控制仪器内的热源：照明灯、电动机、磨擦生热。 采用冷光源照明或用光导纤维传光；采用冷光源照明或用光导纤维传光； 隔离热源和良好地散热；隔离热源和良好地散热； 运动件应充分润滑；运动件应
6、充分润滑； 采用发热小和不发热的传动机构。采用发热小和不发热的传动机构。 温度平衡后再继续工作。温度平衡后再继续工作。 3）采取温度补偿措施）采取温度补偿措施4、良好的抗振性、良好的抗振性（1）振动影响仪器的测量精度，外部振源：机器、）振动影响仪器的测量精度，外部振源：机器、人员、走动。人员、走动。（2）内部振源：回转不平衡、换向冲击）内部振源：回转不平衡、换向冲击（3）提高抗振性的措施）提高抗振性的措施： 满足刚度条件下，减轻重量满足刚度条件下，减轻重量提高固有频率提高固有频率 合理结构设计，提高静刚度合理结构设计，提高静刚度提高固有频率提高固有频率 增加阻尼，减小内部振源的振动影响增加阻尼
7、，减小内部振源的振动影响 减振或隔振设计，减小外部振源的振动影响减振或隔振设计，减小外部振源的振动影响二二 、基座与支承件的结构设计、基座与支承件的结构设计（1 1）正确选择截面形状与外形结构）正确选择截面形状与外形结构n构件受压时变形量构件受压时变形量 截面面积大小截面面积大小n构件受弯、扭曲时变形量构件受弯、扭曲时变形量 截面形状截面形状（2 2）合理地选择和布置加强肋增加刚度）合理地选择和布置加强肋增加刚度na a自重载荷不大自重载荷不大ne e比比c c合理、受力好、内应力小合理、受力好、内应力小nd,d,b b，三角形肋，刚度好，工艺好，三角形肋，刚度好，工艺好nf,g,hf,g,h
8、工艺复杂，刚度很好。工艺复杂，刚度很好。（3 3）正确的结构布局，减小力变形）正确的结构布局，减小力变形 遵守力变形最小原则；遵守力变形最小原则；采用反变形结构；采用反变形结构；补偿补偿力的结构；力的结构；（4 4）良好的结构工艺性，减小力变形）良好的结构工艺性，减小力变形 减小铸件重量：可减小劳动量和金属消耗，还可减减小铸件重量：可减小劳动量和金属消耗，还可减小应力变形。小应力变形。铸件厚度均匀，过渡处均匀过渡的光铸件厚度均匀，过渡处均匀过渡的光滑圆角滑圆角（5 5）合理的选择材料）合理的选择材料 通常要求基座及支承件的材料具有较高的强度的刚通常要求基座及支承件的材料具有较高的强度的刚度，耐
9、磨性以及良好的铸造、焊接以及机械加工的工度，耐磨性以及良好的铸造、焊接以及机械加工的工艺性。艺性。 铸铁：铸铁：灰口铸铁；球墨铸铁；灰口铸铁；球墨铸铁； 热处理：退火，淬火；热处理：退火，淬火；钢板焊接钢板焊接：尺寸小的基座和支架，减小点焊影：尺寸小的基座和支架，减小点焊影响；响；花岗岩：花岗岩：n优点：稳定性好；加工简便；温度稳定性好；优点：稳定性好；加工简便；温度稳定性好；吸振性好；不导电、不磁化；维护保养方便；吸振性好；不导电、不磁化；维护保养方便；价格便宜。价格便宜。n缺点：脆性大；不能承受大的冲击、撞击、敲缺点：脆性大；不能承受大的冲击、撞击、敲打。打。一、导轨的功用与分类一、导轨的
10、功用与分类导轨部件的组成：导轨部件的组成： 运动导轨和支承导轨运动导轨和支承导轨导轨的功用：导轨的功用： 传递精密直线运动传递精密直线运动导轨的分类：导轨的分类： 1 1）滑动摩擦导轨）滑动摩擦导轨 2 2）滚动摩擦导轨）滚动摩擦导轨 3 3）静压导轨）静压导轨 4 4）弹性摩擦导轨）弹性摩擦导轨第二节 仪器的导轨及设计二、导轨部件的设计要求二、导轨部件的设计要求（一）导向精度（1）导轨的几何精度：直线度、平行度、垂直度（2 2）接触精度）接触精度n定义：在动导轨与静导轨接触部位，由于微观定义：在动导轨与静导轨接触部位，由于微观的不平度，造成实际接触面积只是理论接触面的不平度，造成实际接触面积
11、只是理论接触面积的一部分，从而造成接触变形，在导轨行一积的一部分，从而造成接触变形，在导轨行一段时间后，由于接触变形和磨损而产生导轨与段时间后，由于接触变形和磨损而产生导轨与滑架扭摆。滑架扭摆。n接触精度要求：滑动和滚动导轨，全长接触精度要求：滑动和滚动导轨，全长80%80%，全宽全宽70%70%。n提高接触精度方法：减小表面粗糙度值。提高接触精度方法：减小表面粗糙度值。 低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的，而与导轨相连的工作台却出现一慢一快，的，而与导轨相连的工作台却出现一慢一快，一跳一停的现象，称为一跳一停的现象，称为“爬行爬行”。产生原因：产生原因
12、：（1 1）导轨间动、静摩擦系数差值较大）导轨间动、静摩擦系数差值较大（2 2）动摩擦系数随速度变化）动摩擦系数随速度变化（3 3）系统刚度差）系统刚度差（二）导轨的平稳性（二）导轨的平稳性（三）刚度要求（三）刚度要求导轨受力会产生变形导轨受力会产生变形1 1、自重变形、自重变形n减小办法减小办法（1 1）采用刚度设计，如）采用刚度设计，如有限元法；有限元法；（2 2）结构设计，如设计）结构设计，如设计加强肋；加强肋；（3 3）补偿措施，如螺钉）补偿措施，如螺钉或反变形。或反变形。2 2、局部变形：载荷集中地方、局部变形：载荷集中地方3 3、接触变形：由于微观不平度造成实际接触面、接触变形：由
13、于微观不平度造成实际接触面积仅是名义接触面积的一部分，而产生的变形。积仅是名义接触面积的一部分，而产生的变形。可采用预加载荷的方法增加接触刚度。可采用预加载荷的方法增加接触刚度。（四）耐磨性要求（四）耐磨性要求n耐磨与使用寿命相关，磨损使精度下降。耐磨与使用寿命相关，磨损使精度下降。n影响耐磨性因素：摩擦性质、导轨材料、加工影响耐磨性因素：摩擦性质、导轨材料、加工工艺、受力情况工艺、受力情况n滑动摩擦导轨比压滑动摩擦导轨比压提高耐磨性的措施：提高耐磨性的措施：增大导轨宽度可降低导轨比压，或卸载。增大导轨宽度可降低导轨比压，或卸载。导轨面间良好的润滑导轨面间良好的润滑 润滑油的要求：良好的润滑性
14、和足够的油膜润滑油的要求：良好的润滑性和足够的油膜刚性，温度变化时粘性变化要小，不腐蚀机体，刚性，温度变化时粘性变化要小，不腐蚀机体，杂质少，加防护罩。杂质少，加防护罩。合理的选择材料和热处理工艺合理的选择材料和热处理工艺1 1）材料：固定导轨硬度比动导轨硬度高）材料：固定导轨硬度比动导轨硬度高1.11.11.21.2倍倍 A.A.镶钢导轨；镶钢导轨；B.B.镶塑导轨；镶塑导轨；C.C.塑料导轨（见下图）塑料导轨（见下图）2 2）热处理方法：电接触表面淬火，中频淬火，高频淬）热处理方法：电接触表面淬火，中频淬火，高频淬火火合理的选择加工方法如下图：合理的选择加工方法如下图： 上为动导轨，下为静
15、导轨，磨损量为滑程上为动导轨，下为静导轨，磨损量为滑程2000mm2000mm以下进行测量以下进行测量三、导轨设计应遵循的原理和准则三、导轨设计应遵循的原理和准则（一）运动学原理：（一）运动学原理： 把导轨视为有确定运动的刚体，设计时不把导轨视为有确定运动的刚体，设计时不允许有多余自由度和多余的约束，即只保留确允许有多余自由度和多余的约束，即只保留确定运动方向的自由度。定运动方向的自由度。（二）平均效应原理：（二）平均效应原理： 导轨面之间安装许多滚珠或滚柱，受力产导轨面之间安装许多滚珠或滚柱，受力产生弹性变形而将导轨误差得到平均效应。生弹性变形而将导轨误差得到平均效应。（三）导向导轨与压紧导
16、轨分立原则（三）导向导轨与压紧导轨分立原则四、滑动摩擦导轨及设计四、滑动摩擦导轨及设计支承件和运动件直接接触的导轨。支承件和运动件直接接触的导轨。 优点：优点：结构简单，容易制造，接触刚度大。结构简单，容易制造，接触刚度大。 缺点：缺点：摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数摩擦阻力大，磨损快，动、静摩擦系数差别大，低速时易产生爬行。差别大，低速时易产生爬行。（一）滑动摩擦导轨的截面形状：（一）滑动摩擦导轨的截面形状： 由支承面和导向面组成。平导轨支承面和导向由支承面和导向面组成。平导轨支承面和导向面分开。面分开。（二）滑动摩擦导轨的组合形式及其特点：（二）滑动摩擦导轨的组合形式及其特点：1. V
17、1. V形和平面组合导轨：形和平面组合导轨： 优点：导向性好，平导轨制优点：导向性好，平导轨制造简单，刚性好。造简单，刚性好。 缺点：磨损不均匀，缺点：磨损不均匀，V V形导轨形导轨比平导轨磨损快，且牵引力位置比平导轨磨损快，且牵引力位置不在两导轨中间，容易引起不在两导轨中间，容易引起V V形导形导轨对角接触。轨对角接触。合力的位置与合力的位置与V V形导轨半角大小有关。形导轨半角大小有关。2 2、双三角形（、双三角形（V V形）组合导轨形）组合导轨优点：优点：（1 1）同时起着支承与导向的作用，）同时起着支承与导向的作用，故导向精度高。故导向精度高。（2 2）承载能力大，两条导轨磨损均）承载
18、能力大，两条导轨磨损均匀，寿命长，磨损后能自动补偿间匀，寿命长，磨损后能自动补偿间隙，精度保持性好。隙，精度保持性好。（3 3）能同时采用研磨两条导轨的基）能同时采用研磨两条导轨的基准研具。准研具。（4 4）驱动元件能对称地放在中间。）驱动元件能对称地放在中间。缺点：缺点：过定位，需要高精度研具。过定位，需要高精度研具。3 3、双矩形组合导轨、双矩形组合导轨优点：结构简单，制造、检验、修理较易。承载能优点：结构简单，制造、检验、修理较易。承载能力大，刚度大。力大，刚度大。缺点：磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如缺点：磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如v v形。形。4、燕尾组合导轨、燕尾组合
19、导轨n符合运动学运动原理，只需要一根导轨。符合运动学运动原理，只需要一根导轨。n优点：结构紧凑，加一根镶条可调整间隙。优点：结构紧凑，加一根镶条可调整间隙。n缺点：几何形状比较复杂，难于达到很高的配缺点：几何形状比较复杂，难于达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性差。性差。5、双圆柱导轨、双圆柱导轨n优点：加工和检验比较简单，工艺性好。优点：加工和检验比较简单，工艺性好。n缺点：导向精度不高，对温度变化敏感，间隙缺点：导向精度不高，对温度变化敏感，间隙不能调整，用于只承受轴向力的场合。不能调整，用于只承受轴向力的场合。滑动摩擦导轨组合总结
20、滑动摩擦导轨组合总结nv v形和平面组合导轨形和平面组合导轨主要应用于：导向精度高、主要应用于：导向精度高、承载能力大的仪器导轨。承载能力大的仪器导轨。n双双v v形导轨形导轨导向精度要求高，磨损小的仪导向精度要求高，磨损小的仪器，精密仪器导轨。器，精密仪器导轨。n双矩形导轨双矩形导轨应用于导向精度要求不高，承应用于导向精度要求不高，承载力大的仪器导轨。载力大的仪器导轨。n燕尾导轨燕尾导轨通常用在结构尺比较小及导向精通常用在结构尺比较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。度与运动灵便性要求不高的场合。n双圆柱导轨双圆柱导轨主要应用于小型仪器的立柱。主要应用于小型仪器的立柱。（三）导轨主要尺寸
21、的确定（三）导轨主要尺寸的确定1. 导轨宽度导轨宽度2. V形导轨角度，一般以形导轨角度，一般以90为宜。为宜。3. 两条导轨的间距两条导轨的间距 应在保证运动件工作稳定的前提下，尽可能取应在保证运动件工作稳定的前提下，尽可能取小值。小值。4. 运动件的导轨长度运动件的导轨长度 取较长导轨较有力，但过长会使机构庞大，一取较长导轨较有力，但过长会使机构庞大，一般般五、滚动摩擦导轨及设计五、滚动摩擦导轨及设计n结构：结构：两导轨面之间放入滚珠、滚柱、滚针等滚动两导轨面之间放入滚珠、滚柱、滚针等滚动体，导轨运动处于滚动摩擦状态。体，导轨运动处于滚动摩擦状态。n优点：优点：阻力小，工作台移动灵敏，不易
22、产生爬行；阻力小，工作台移动灵敏，不易产生爬行；启动和运行消耗功率小，磨损小，保持精度持久性启动和运行消耗功率小，磨损小，保持精度持久性好。好。n缺点：缺点：点或线接触，抗振性差、接触应力大，对导点或线接触，抗振性差、接触应力大，对导轨直线度、滚动体尺寸精度要求高；轨直线度、滚动体尺寸精度要求高； 对脏物敏感，结构复杂，制造困难，成本高。对脏物敏感，结构复杂，制造困难，成本高。（一）滚动导轨的结构形式及其特点（一）滚动导轨的结构形式及其特点1 1、滚珠导轨、滚珠导轨（1 1）双）双V V形滚珠导轨运动灵敏度较高，承载能力形滚珠导轨运动灵敏度较高，承载能力较小，易压出沟槽使导轨表面损坏。适用于载
23、较小，易压出沟槽使导轨表面损坏。适用于载荷不大，行程较小，灵敏度要求较高的场合。荷不大，行程较小，灵敏度要求较高的场合。（2 2）双圆弧滚珠导轨：）双圆弧滚珠导轨：常用于光学计量仪器（小型工常用于光学计量仪器（小型工显，投影仪）显，投影仪）参数：参数：R1,R2 ,R1,R2 ,优点：优点：接触面积大，接触点接触面积大，接触点应力、变形较小，承载能力应力、变形较小，承载能力强，受命长。强，受命长。 缺点：缺点：摩擦力大，形状复杂，摩擦力大，形状复杂，制造困难。制造困难。（3 3）四圆柱棒滚道的滚珠导轨：）四圆柱棒滚道的滚珠导轨：结构：结构：优点：运动精度、运动灵活性较高，圆柱棒优点：运动精度、
24、运动灵活性较高，圆柱棒磨损后只要转过一个角度，仍能保持原始精磨损后只要转过一个角度，仍能保持原始精度，维修方便。度，维修方便。 缺点：承载能力不大。缺点：承载能力不大。 （4）V形形平面滚珠导轨：平面滚珠导轨：n结构：结构：n优点：加工、装配方便；优点：加工、装配方便；n缺点：左右两排滚珠的中心缺点：左右两排滚珠的中心运动速度不一样。运动速度不一样。2 2、滚柱（针）导轨、滚柱（针）导轨（1 1）V V形滚柱导轨：形滚柱导轨：承载能力大，耐磨性好，对承载能力大，耐磨性好，对导轨局部缺陷不敏感，多用于重型机器。导轨局部缺陷不敏感，多用于重型机器。 交叉滚柱导轨：滚柱轴线相互交错交叉滚柱导轨：滚柱
25、轴线相互交错 DLDL A1 A1 面第单数个滚柱面第单数个滚柱，B1 B1 面第双数个滚柱，面第双数个滚柱，加工困难。加工困难。V V形形平面滚柱导轨平面滚柱导轨 两排轴线成两排轴线成V V形，取出滚柱时，上下导轨正好形，取出滚柱时，上下导轨正好可以相互研配。可以相互研配。空心滚柱，光电光波比长仪工作台导轨：空心滚柱，光电光波比长仪工作台导轨： 采用空心滚柱在载荷作用下有微小变形，可减采用空心滚柱在载荷作用下有微小变形，可减少导轨和滚柱尺寸差对工作台直线度的影响。少导轨和滚柱尺寸差对工作台直线度的影响。这种导轨技术要求很高。这种导轨技术要求很高。（2）平面滚动（滚柱或滚珠）导轨：）平面滚动（
26、滚柱或滚珠）导轨：结构：上动板运动，导向触头导向，压紧轴承结构：上动板运动，导向触头导向，压紧轴承压紧，触头材料（聚四氟乙烯）摩擦力小且耐压紧，触头材料（聚四氟乙烯）摩擦力小且耐磨。磨。优点：形状简单，加工容易。优点：形状简单，加工容易。（3 3）滚动轴承导轨：）滚动轴承导轨：作用：起滚动体和导轨作用：起滚动体和导轨的作用。的作用。特点：摩擦力矩小，运特点：摩擦力矩小，运动灵活，承载能力大，调动灵活，承载能力大，调整方便，多用于大型仪器。整方便，多用于大型仪器。轴承：外旋转，内固定；轴承：外旋转，内固定；外环起承载、导向作用；外环起承载、导向作用；外环较厚。外环较厚。（二）滚动摩擦导轨的组合应
27、用（二）滚动摩擦导轨的组合应用（1 1）滚动与滑动摩擦导轨的组合：）滚动与滑动摩擦导轨的组合：（2 2）滚柱导轨与滚动轴）滚柱导轨与滚动轴承导轨的组合：承导轨的组合：滚柱导轨滚柱导轨承受载荷承受载荷滚动轴承与压紧轴承滚动轴承与压紧轴承导向作用导向作用1 1滚柱导轨滚柱导轨2 2滚动轴承导轨滚动轴承导轨3 3压紧轴承压紧轴承4 4滚动轴承滚动轴承（3 3）滚柱与滚珠导轨的组合：）滚柱与滚珠导轨的组合：n滚珠导轨滚珠导轨承载小载荷，灵活承载小载荷，灵活n滚柱导轨滚柱导轨承载大载荷，承载大承载大载荷，承载大（4 4）滚柱与长圆柱导轨的组合：）滚柱与长圆柱导轨的组合：长圆柱与工作台固定在一起，轻载时使
28、用长圆柱与工作台固定在一起，轻载时使用（三）滚动摩擦导轨的结构尺寸（三）滚动摩擦导轨的结构尺寸1 1、运动导轨的长度、运动导轨的长度LdLd：2 2、滚动体的尺寸和数量：、滚动体的尺寸和数量：3 3、导轨的强度与刚度计算：、导轨的强度与刚度计算：六、静压导轨及设计要点六、静压导轨及设计要点静压导轨原理：静压导轨原理： 动静导轨之间，因液体压力油或气体静压力而使动静导轨之间，因液体压力油或气体静压力而使动导轨及工作台浮起，两导轨面间不再接触，而动导轨及工作台浮起，两导轨面间不再接触，而形成完全的液体或气体摩擦。形成完全的液体或气体摩擦。静压导轨特点：静压导轨特点：（1）摩擦系数极低、没有爬行、不
29、产生磨损、受命）摩擦系数极低、没有爬行、不产生磨损、受命长、驱动功率小。长、驱动功率小。（2）精度高，弹性平均原理设计。）精度高，弹性平均原理设计。（3）导轨承载能力大、刚度好。）导轨承载能力大、刚度好。（4）有吸振作用、抗振性好。）有吸振作用、抗振性好。（5）结构复杂，调整费事，成本较高。需要一套严）结构复杂，调整费事，成本较高。需要一套严格过滤得供油或供气设备。格过滤得供油或供气设备。（一）液体静压导轨（一）液体静压导轨1. 开式液体静压导轨工作原理开式液体静压导轨工作原理2. 液体静压导轨的结构及主要技术参数液体静压导轨的结构及主要技术参数（1）导轨结构）导轨结构开式液体静压导轨：开式液
30、体静压导轨：（1）承受垂直载荷好，对倾覆力矩承受力差；）承受垂直载荷好，对倾覆力矩承受力差；（2）结构简单，便于加工和调整；）结构简单，便于加工和调整；（3）节流器：毛细管式和单面薄模反射式。）节流器：毛细管式和单面薄模反射式。闭式液体静压导轨：闭式液体静压导轨：（1）承载力强，承受偏载能力好；）承载力强，承受偏载能力好；（2）运动精度高，动态性能较好；）运动精度高，动态性能较好；（3）结构复杂，加工装调麻烦；）结构复杂，加工装调麻烦；（4）节流器：毛细管式和双面薄模反射式。）节流器：毛细管式和双面薄模反射式。（二）空气静压导轨（二）空气静压导轨n1. 1. 气体静压导轨工作原气体静压导轨工作
31、原理理n特点：特点： 工作平稳、可靠、运动工作平稳、可靠、运动精度高、无磨损、无爬行。精度高、无磨损、无爬行。 承载力较低，刚度差，承载力较低，刚度差，需要一套清洁稳定的压缩需要一套清洁稳定的压缩空气源。空气源。2. 2. 结构形式及其特点结构形式及其特点3. 3. 提高气浮导轨性能的方法提高气浮导轨性能的方法n结构上采用闭式导轨结构上采用闭式导轨n增加供气压力增加供气压力n减小浮起间隙，加大封闭力减小浮起间隙，加大封闭力n载荷补偿载荷补偿n提高阻尼力增加刚度提高阻尼力增加刚度第三节 主轴系统及设计一、主轴系统设计的基本要求一、主轴系统设计的基本要求 主轴系统设计主要要求：主轴系统设计主要要求
32、： 主轴在一定载荷下，具有一定的回转精度，同主轴在一定载荷下，具有一定的回转精度，同时还有一定的刚度和热稳定性。时还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：1、国际机械生产技术研究协会定义轴系基本术、国际机械生产技术研究协会定义轴系基本术语：语：n回转轴心：回转轴心：垂直于主轴截面且其回转速度为零。垂直于主轴截面且其回转速度为零。 主轴回转后才有主轴回转轴心，与几何中心不一定主轴回转后才有主轴回转轴心，与几何中心不一定重合；由于轴颈和轴承的加工、装配误差、温度变化、重合；由于轴颈和轴承的加工、装配误差、温度变化、润滑剂的变化、磨损等因素影响，轴心将于理想轴线润滑剂的变化
33、、磨损等因素影响，轴心将于理想轴线产生偏离；偏离的型式一种是径向的平行移动，另一产生偏离；偏离的型式一种是径向的平行移动，另一种是偏一定角度的摆动。种是偏一定角度的摆动。2、滑动轴系回转误差分析：、滑动轴系回转误差分析：(1)主轴晃动：由于主轴与轴套有安装间隙而造主轴晃动：由于主轴与轴套有安装间隙而造成主轴中心的变动。成主轴中心的变动。(2)双周晃动：主轴和轴套之间充满润滑油后，双周晃动：主轴和轴套之间充满润滑油后，轴系每转动二周，误差运动重复一次的现象。轴系每转动二周，误差运动重复一次的现象。（3）滚动轴系误差运动分析：）滚动轴系误差运动分析： 1）滚动轴系误差运动产生的原因：轴承内孔、主轴
34、）滚动轴系误差运动产生的原因：轴承内孔、主轴及滚动体形状误差、尺寸误差。及滚动体形状误差、尺寸误差。 2）主轴漂移：若轴套固定，由于轴系形状、尺寸误）主轴漂移：若轴套固定，由于轴系形状、尺寸误差使得主轴旋转时产生主轴轴心线位移的现象。差使得主轴旋转时产生主轴轴心线位移的现象。（二）主轴系统的刚度（二）主轴系统的刚度n主轴系统刚度对误差影响的分析：主轴系统刚度对误差影响的分析：n刚度：主轴某处在外力作用下，与主轴在该处的位移刚度：主轴某处在外力作用下，与主轴在该处的位移量之比。量之比。（1）设轴承为刚体，主轴为变形体，则主轴前端挠度：）设轴承为刚体，主轴为变形体，则主轴前端挠度：（2）设主轴为刚
35、体，轴承为变形体）设主轴为刚体，轴承为变形体：前后支承径向刚度KA KB,支承部分的变形量y2:（3 3）系统总挠度：）系统总挠度：(3)(3)主轴系统的总挠度：主轴系统的总挠度：（4 4）柔度随支撑跨距与悬伸长度比值的变化关系）柔度随支撑跨距与悬伸长度比值的变化关系提高主轴刚度的措施：提高主轴刚度的措施：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n弹性联轴器弹性联轴器（1）橡胶联接传动：吸振性好，同轴度要求不高。）橡胶联接传动：吸振性好，同轴度要求不高。（2）
36、用直流电机直接传动：）用直流电机直接传动：（3 ）用金属弹性元件联接传动）用金属弹性元件联接传动（四）主轴系统的热稳定性（四）主轴系统的热稳定性主要原因：传动件在运转中摩擦而产生的。减小热变形的措施： 将热源与主轴系统分离； 减少轴承摩擦的热源的发热量； 采用冷却散热装置； 采用热补偿； 合理选择推力支承的位置。（五）合理的结构设计，减小力变形（五）合理的结构设计，减小力变形避免奇形怪状避免奇形怪状; 坚固件少坚固件少;设计凸肩结构。设计凸肩结构。二、主轴的类型n滚动摩擦轴系n滑动摩擦轴系：结构形状简单，制造装配方便；抗振性、耐磨性差，回转精度低。n液体动压轴承的轴系：与滑动轴承比较，回转精度高，耐磨性好；不能反转，应用范围受限。n液体静压轴承的轴系n气体静压轴系
