文档介绍：第四章精密机械系统的设计
测控仪器中,精密机械系统的设计起着十分重要的作用:对仪器各部分起支撑作用,保证完成各种复杂的测量工作,以获取被测量的各种信息,对保证测量精度,定位精度和运动精度起着关键作用。
对精密机械系统的精度要求:(包括基座、支撑件、导轨、测量头架、尾架、司服机械和读数机构)
基座变形控制在亚微米量级;

功能要求:对运动部分进行实时监测和控制,对点、线和空间曲面进行检测、自动采集和处理数据。
为了达到上述要求,不仅要提高机构本身的精度和功能,必须与计算机、光学电气、液压等技术相结合,达到高精度、高效率和多种功能的要求。
本章重点:
第一节仪器的支承件设计
支承件包括基座、立柱、机柜、机箱等。
支承件作用:起支承、连接各种零部件的作用,还起确定零部件间相互位置的作用,以保证仪器的工作精度。支承件直接与被测件相连,是测量环节中的一部分,其力变形、温度变形将直接影响测量精度。
一、支承件的结构特点和设计要求

(1)结构尺寸大
(2)结构复杂

(1)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
举例说明:对于一个长度为L、.
热变形造成的误差
最大凹凸量可由下式求得:
推出
铸件长度L==500mm,温差为1C时
产生温度变化的原因
为减小热变形可采用如下措施:
(1) 严格效制工作环境温度(恒温)
(2) 控制仪器内的热源
(3) 采取温度补偿措施
(四)有良好的抗振性
提高抗振性的方法
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
刚度设计就是要使支承件具有足够的静刚度和动刚度,在满足刚度要求
情况下减轻重量、以减小重力变形和避免共振。
(1)有限元分祈法:用计算机技术与有限元分析相结合,对支承件的刚度进行计算的方法。
基本原理:
(2)仿真分析法:模型仿真和计算机仿真
相似准则可用微分方程法和量纲分析法确定
以粱的弯曲变形模型试验中相似判据的确定方法为例,来说明微分方程
法在相似判据确定中的应用。

式中为沿弯曲挠度方向的坐标;L为沿梁长度方向的坐标;E为材料的弹性模量;I为梁的截面惯性矩;M为弯矩。
以下标1代表实物, 下标2代表模型. 则有
、、M、E、I相似系数分别为、……..
则……..
模型制作要考虑尺寸相似、材料及其弹性变形相似,以保证测量精度。
做仿真试验时,应考虑力学和动力学相似以及边界条件相似,同时还要注意正确选择测量仪器和测量方法,以保证必要测量精度。
(二)基座与支承件的结构设计
结构设计重要性:
(1)正确选样截面形状与外形结构
结论:
,所以在相同截面积的情况下,可用减小壁厚,加大轮廓尺寸的方法,提高支承刚度。
,长方形空心截面对提高长边方向的抗弯刚度效果明显。
,抗扭刚度极差。
支承件的外形面:一般有矩形、船形、圆形。
(2)合理地选择和布置加强肋增加刚度
肋:指连接两壁的内壁,形状、位置应根据受力的大小方向而定合理地布置加强肋可以有效地增大刚度,其效果比增加壁厚更明显。
加强肋有肋板和肋条两种。精度要求较高的仪器其基座都布置肋板以提局其刚度,减小变形量。肋条一般布置在基座或支承件的局部,以便增加局部的刚度.
肋板的布置形式分为纵向、横向和斜置肋
:应布置在弯曲平面内,对提高抗弯刚度效果明显。
:构件受扭时,横向肋对提高抗扭刚度效果明显。
:可提高构件的抗弯刚度和抗扭刚度。
肋条一般布置在基座或支承件的局部,以增加局部的刚度。
肋的布置形状多种:如图4-3所示。