测控仪器设计第3版浦昭邦电子课件暂缺第1章节测控仪器设计第4章节庄志涛.pptx

第四章 精密机械系统设计 本章在对测控仪器常用各种机械系统分析的基础上，重点对系统精度和性能影响较大的机械结构进行研究，如基座、导轨、轴系及伺服系统第一节 精密机械系统现代设计方法一、精密机械系统的计算机辅助设计 计算机辅助设计（CAD）是利用计算机及其图形设备来帮助设计人员进行相关设计工作。 目前主要CAD设计软件有（含二维和三维设计软件）：二、模块化设计 模块化设计是指在对一定范围内不同功能或相同功能中不同性能、不同规格的相关产品进行功能分析的基础上， 通过对模块的选择和组合构成不同的产品，用于满足市场不同需求的设计方法。 模块化设计有利于产品的快速升级和产品更新。以模块化设计为指导思想，以快速、提高可靠性和降低成本为主要目的进行仪器机械系统结构模块化设计。三、反求工程设计 反求工程也称为逆向工程或反向工程，主要是针对消化吸收先进技术的一系列分析方法和技术的综合。 反求工程是消化吸收先进技术并进行技术创新的高新技术，是实现跨越式发展的关键。 反求工程利用现代计算机辅助设计使其变为能根据现有的物理部件通过CAD、CAM、CAE或其他软件构筑3D模型的方法。第二节 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仪器中的支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。它不仅起着连接和支承仪器的机、光、电等各部分零件和部件的作用，而且能保证仪器的工作精度。从对仪器精度影响来看，基座和立柱的力变形和温度变形将直接影响测量精度。本节针对支承件的特点，从精度角度出发，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题。结构特点： 1）结 构尺寸较大 2）结构比较复杂设计要求 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 （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 4）有良好的抗振性在对仪器基座及支承件设计时，应考虑抗振性问题，常采用如下方法： 1）在满足刚性要求情况下，尽量减轻重量，以提高固有频率，防止共振; 2）合理地进行结构设计; 3）减小内部振源的振动影响; 4）采用减振或隔振设计 ; 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 横截面积相同时不同断面形状惯性矩的比较断面形状实心圆形实心方形空心圆形空心方形空心矩形抗弯惯性矩（相对值）11.045.043.217.33抗扭惯性矩（相对值）10.885.041.270.28 肋的布置形式（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）价格便宜第三节 仪器的导轨及设计 一、导轨的功用与分类 导轨的基本功用：传递精密直线运动，其导向精度是最重要的要求和指标 按导轨面间摩擦性质可分为: 1）滑动摩擦导轨 2）滚动导轨 3）静压导轨 4）弹性摩擦导轨 二、导轨部件设计的基本要求（一）导向精度 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精度指标，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 导轨的几何精度包括导轨在垂直平面内与水平面内的直线度，导轨面间的平行度和导轨间的垂直度（2）导轨的接触精度 垂直面内的直线度水平面内的直线度导轨面间的平行度（二）导轨运动的平稳性 爬行现象：在其低速运动时，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，一跳一停的现象产生爬行现象的主要原因有：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（三）刚度要求 导轨受力会产生变形，其中有自重变形、局部变形和接触变形减少的办法有：①采用刚度设计②结构设计③补偿措施（四）耐磨性要求 导轨应耐磨，以提高其使用寿命三、导轨设计应遵守的原理和准则 （一）运动学原理导轨设计时应首先保证导向精度。为了保证导向精度，在导轨设计时应遵守运动学原理。运动学原理是把动导轨视为有确定运动的刚体，设计是不允许有多余的自由度和多余的约束，即只保留确定运动方向的自由度双V型导轨组合V型与平面导轨组合（二）弹性平均效应原理 在仪器中，有许多是按弹性平均原理来设计导轨的。