精密機械與儀器設(shè)計題庫

1、1、儀器誤差的主要來源原理誤差：光-機-電系統(tǒng)的理論誤差、方案誤差、機構(gòu)簡化誤差、零件原理誤差等。制造誤差：零件設(shè)計時都有公差(沒有公差的零件是不能加工的)，從而造成制作中的誤差。運行誤差：運行過程中產(chǎn)生一一儀器內(nèi)部(內(nèi)應力、老化)、磨損、外界環(huán)境變化(溫度、壓力、振動)、間隙與空程等。2、步進電機分為哪三類按勵磁相數(shù)分：有三相、四相、五相等步進電機按運轉(zhuǎn)方式分：有旋轉(zhuǎn)式步進電機和直線式步進電機按轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分為三種：反應式(vr , variable reluctance )、永磁式(pm , permanent magnet)、混合式(hb,hybrid)反應式步進電機利用磁阻轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)動，結(jié)構(gòu)簡

2、單，步矩角小，性價比高，應用廣泛，但動態(tài)性差永磁式步進電機用永久磁鋼作為電機的定子或轉(zhuǎn)子，電磁阻尼大，步矩角大，啟動頻率低，功率小混合式步進電機在永磁和變磁阻原理共同作用下，輸出轉(zhuǎn)矩大，步矩角小結(jié)構(gòu)復雜，成本高3、按檢測對象所屬分類的不同，可將傳感器分為物理量傳感器、化學量傳感器以及生物量傳感器，其檢測原理分別基于各種物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應。4、滑動摩擦導軌組合總結(jié)v形和平面組合導軌主要應用于：導向精度高、承載能力大的儀器導軌。雙v形導軌一一導向精度要求高，磨損小的儀器，精密儀器導軌。雙矩形導軌一一應用于導向精度要求不高，承載力大的儀器導軌。燕尾導軌一一通常用在結(jié)構(gòu)尺比較小及導向精度與運

3、動靈便性要求不高的場合。雙圓柱導軌一一主要應用于小型儀器的立柱。滾動導軌氣浮導軌5、低速運動時，導軌運動的驅(qū)動指令是均勻的，而與導軌相連的工作臺卻出現(xiàn)一慢一快，一跳 一停的現(xiàn)象，稱為“爬行”。產(chǎn)生原因：(1)導軌間動、靜摩擦系數(shù)差值較大(2)動摩擦系數(shù)隨速度變化(3)系統(tǒng)剛度差6、分辨率(resolution )儀器設(shè)計中最重要的指標儀器能夠感受、識別或探測的輸入量的最小值。7、壓電材料壓電效應壓電材料的主要屬性是，其彈性效應和電極化效應在機械應力或電場(電壓)作用下將發(fā)生相互耦合，也就是應力-應變-電壓之間存在內(nèi)在聯(lián)系。正壓電效應在機械應力作用下，將機械能轉(zhuǎn)換為電能。逆壓電效應在電壓作用下，

4、將電能轉(zhuǎn)換為機械能。磁致伸縮效應工作原理：磁場作用下，長度、應力、彈性模量與聲傳播速度均會發(fā)生變化電介質(zhì)在電場的作用下，有兩種效應壓電效應和電致伸縮效應，統(tǒng)稱機電耦合效應。電介質(zhì)在電場的作用下，由于感應極化作用而引起應變，應變與電場方向無關(guān)，應變的大小與電場的平方成正比，這個現(xiàn)象稱為電致伸縮效應。而壓電效應是指電介質(zhì)在機械應力作用下產(chǎn) 生電極化，電極化的大小與應力成正比，電極化的方向隨應力的方向而改變。在微位移器件中 我們應用的是逆壓電效應，即電介質(zhì)在外界電場作用下，產(chǎn)生應變，應變的大小與電場大小成 正比，應變的方向與電場的方向有關(guān)，即電場反向時應變也改變方向；8、儀器的支承件主要包括基座、支

5、柱、機柜、機箱等。作用：1）聯(lián)接和支承2）保證工作精度9、剛度：主軸某處在外力作用下，與主軸在該處的位移量之比。提高主軸剛度的措施：1）加大主軸直徑2）合理選擇支承跨距3）縮短主軸懸伸長度4）提高軸承剛度10、導軌部件的組成：運動導軌和支承導軌導軌的功用：傳遞精密直線運動導軌的分類：1）滑動摩擦導軌2）滾動摩擦導軌3）靜壓導軌4）彈性摩擦導軌導軌的幾何精度：直線度、平行度、垂直度11、主軸系統(tǒng)的熱穩(wěn)定性主要原因：傳動件在運轉(zhuǎn)中摩擦而產(chǎn)生的。減小熱變形的措施：將熱源與主軸系統(tǒng)分離；減少軸承摩擦的熱源的發(fā)熱量；采用冷卻散熱裝置；采用熱補償；合理選擇推力支承的位置。12、阿貝（abbe）原則1890

6、年，abbe提出一項量儀設(shè)計的指導性原則一一“要使量儀給出準確的測量結(jié)果，必須將被測件布置在基準元件沿運動方向的延長線上”。提一共線原則結(jié)論一一遵守阿貝原則可以消除一階誤差。舉例線紋尺測量的三種方式i）圖a中繞z軸轉(zhuǎn)動，1 atg aii）圖b中1 c繞z軸轉(zhuǎn)動，2 c 1 cos c 22繞y軸轉(zhuǎn)動,''2iii ）圖c中繞z和y軸轉(zhuǎn)動:一微量、2 二階微量、c 2 二階微量、a 階微量 28 1一階誤差( first-order error)9 2二階誤差( second-order error)結(jié)論一一遵守阿貝原則可以消除一階誤差。14、.柔性支承一壓電或電致伸縮微位移器

7、驅(qū)動柔性支承微動機構(gòu)是近年來發(fā)展起來的一種新型的微位移機構(gòu)。它的特點是結(jié)構(gòu)緊湊、體積很小，可以做到無機械摩擦、無間隙，其有較高的位移分辨率，可達 1nm。使用壓電或電致伸縮 器件驅(qū)動，不僅控制簡單 (只需控制外加電壓)，而且可以很容易實現(xiàn)亞微米甚至是毫微米級的 精度，同時不產(chǎn)生噪聲和發(fā)熱，可適于各種介質(zhì)環(huán)境工作，是精密機械中理想的微位移機構(gòu)。書 p14315、微位移系統(tǒng)的應用：微位移系統(tǒng)在精密儀器中主要用于提高整機的精度，根據(jù)目前的應用 范圍，大致可分為四個方面 ：1 .精度補償2 .微進給3 .微調(diào)4 .微執(zhí)行機構(gòu)17、3相步進電動機，為什么雙 3拍和6拍通電方式 比單3拍通電方式更穩(wěn)定？步

8、進電動機的運行特點是跟隨電脈沖作步進運動，運動方式是斷續(xù)的不是連續(xù)的，因轉(zhuǎn)子慣量 關(guān)系，每一步都有振蕩過程。轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量越大，運動速度越高，振蕩越厲害。因此，步進電 動機的轉(zhuǎn)軸上，一般都要加機械阻尼器消振，以使電機工作穩(wěn)定。另外，除機械阻尼外，改變 通電方式也可起電阻尼作用，如 3相步進電動機雙三拍和六拍通電方式就有電阻尼作用，所以 運行更平穩(wěn)，單3拍通電方式則沒有電阻尼作用，所以運行不平穩(wěn)。 原因是3拍和6拍運行時,電機任何一瞬間換相，都有一相始終通電，這通電相便可起阻尼作用。單3拍運行，電機換相瞬間，繞組全部斷電，所以不存在電阻尼。微傳感器定義：從廣義角度來說，微傳感器和常規(guī)傳感器一樣是一

9、種能把物理量、化學量或生物量轉(zhuǎn) 變成便于利用的電信號的器件。微傳感器是微機電系統(tǒng)三大關(guān)鍵要素之一。微傳感器主要特點：微傳感器的敏感機理與常規(guī)傳感器相同。但其體積小(只是常規(guī)傳感器的幾十分之一乃至1%,其中的敏感元件一般是微米級）；質(zhì)量輕（從常規(guī)的 kg級下降至幾十g乃至幾g）;功耗低（降至 mw乃至更低的水平）。采用微機械加工技術(shù)制備，敏感元件材料以硅為主。微傳感器分類：按檢測對象所屬分類的不同，可將傳感器分為物理量傳感器、化學量傳感器以及生物 量傳感器，其檢測原理分別基于各種物理現(xiàn)象、化學反應和生物效應。物理量傳感器種類最多，它包括力學量傳感器（如壓力傳感器、力傳感器、加速度傳感器、角速度傳

10、感器、流量傳感器 ）等；光學量傳感器（如圖像傳感器、紅外線傳感器等 ）；熱學量傳感 器（如溫度傳感器卜聲學量傳感器、磁學量傳感器等。二進制碼盤1、什么是步進電機？在何種情況下該使用步進電機？步進電機是一種將電脈沖轉(zhuǎn)化為角位移的執(zhí)行機構(gòu)。通俗一點講：當步進驅(qū)動器接收到一 個脈沖信號，它就驅(qū)動步進電機按設(shè)定的方向轉(zhuǎn)動一個固定的角度（及步進角）。您可以通過控制脈沖個數(shù)來控制角位移量，從而達到準確定位的目的；同時您可以通過控 制脈沖頻率來控制電機轉(zhuǎn)動的速度和加速度，從而達調(diào)速的目的。因此在需要準確定位或調(diào)速 控制時均可考慮使用步進電機。2、步進電機分哪幾種？有什么區(qū)別？步進電機分三種：永磁式（pm）,

11、反應式（vr）和混合式（hb）永磁式步進一般為兩相，轉(zhuǎn)矩和體積較小，步進角一般為 7.5度或15度；反應式步進一般為三相，可實現(xiàn)大轉(zhuǎn)矩輸出，步進角一般為1.5度，但噪聲和振動都很大。在歐美等發(fā)達國家8 0年代已被淘汰?；旌鲜讲竭M是指混合了永磁式和反應式的優(yōu)點。它又分為兩相四相和五相：兩相步進角一 般為1.8度而五相步進角一般為 0.72度。這種步進電機的應用最為廣泛。3、什么是保持轉(zhuǎn)矩 （holding torque ） ?保持轉(zhuǎn)矩（holdingtorque ）是指步進電機通電但沒有轉(zhuǎn)動時，定子鎖住轉(zhuǎn)子的力矩。它是步進電機最重要的參數(shù)之一，通常步進電機在低速時的力矩接近保持轉(zhuǎn)矩。保 持轉(zhuǎn)矩越

12、大則電機帶負載能力越強。由于步進電機的輸出力矩隨速度的增大而不斷衰減，輸出 功率也隨速度的增大而變化，所以保持轉(zhuǎn)矩就成為了衡量步進電機重要的參數(shù)之一。比如，當 人們說2n.m的步進電機，在沒有特殊說明的情況下是指保持轉(zhuǎn)矩為2n.m的步進電機。4、步進電機的驅(qū)動方式有幾種？一般來說，步進電機有恒壓，恒流驅(qū)動兩種，恒壓驅(qū)動已近淘汰，目前普遍使用恒流驅(qū)動。5、步進電機精度為多少？是否累積？一般步進電機的精度為步進角的3-5%。步進電機單步的偏差并不會影響到下一步的精度因此步進電機精度不累積。6、步進電機的外表溫度允許達到多少？步進電機溫度過高首先會使電機的磁性材料退磁，從而導致力矩下降甚至于丟失。因

13、此電 機外表允許的最高溫度應取決于不同電機磁性材料的退磁點；一般來說，磁性材料的退磁點都 在攝氏1 3。度以上，因此步進電機外表溫度在攝氏8 0 - 9 0度完全正常。7、為什么步進電機的力矩會隨轉(zhuǎn)速升高而下降？二進制碼盤主要特點:（1） ii位（ii個碼道）的一進制碼盤具有2種不同編碼，稱其 容量為2， 其最小分辨力01 = 36k/2口，它的最外圈角 節(jié)距為2仇；（2）二進制碼為有權(quán)碼，編碼cn,cg對應于由零位算起的轉(zhuǎn)角為：沙廠ai=i（3）碼盤轉(zhuǎn)動中cr變化時，所有應同時變化口o要求各個碼道刻劃精確，彼此對準，這給碼盤 制作造成很大困難.由于微小的制作誤差，只 要有一個碼道提前或延后改

14、變，就可能造成輸 出的粗大誤差©o消除粗大誤差方法;雙讀數(shù)頭法，循環(huán)碼代替二進制碼雙讀數(shù)頭的缺點是讀數(shù)頭的個數(shù)增加了一倍。當編嗎器位數(shù)很多時，光電元件安裝位置也有 困難。當步進電機轉(zhuǎn)動時，電機各相繞組的電感將形成一個反向電動勢；頻率越高，反向電動勢 越大。在它的作用下，電機隨頻率（或速度）的增大而相電流減小，從而導致力矩下降。8、為什么步進電機低速時可以正常運轉(zhuǎn)，但若高于一定速度就無法啟動，并伴有嘯叫聲？步進電機有一個技術(shù)參數(shù)：空載啟動頻率，即步進電機在空載情況下能夠正常啟動的脈沖頻率，如果脈沖頻率高于該值，電機不能正常啟動，可能發(fā)生丟步或堵轉(zhuǎn)。在有負載的情況下， 啟動頻率應更低。如

15、果要使電機達到高速轉(zhuǎn)動，脈沖頻率應該有加速過程，即啟動頻率較低， 然后按一定加速度升到所希望的高頻（電機轉(zhuǎn)速從低速升到高速）。我們建議空載啟動頻率選定為電機運轉(zhuǎn)一圈所需脈沖數(shù)的2倍。9、如何克服兩相混合式步進電機在低速運轉(zhuǎn)時的振動和噪聲？步進電機低速轉(zhuǎn)動時振動和噪聲大是其固有的缺點，一般可采用以下方案來克服：a、如步進電機正好工作在共振區(qū)，可通過改變減速比提高步進電機運行速度。b、采用帶有細分功能的驅(qū)動器，這是最常用的，最簡便的方法。因為細分型驅(qū)動器電機 的相電流變流較半步型平緩。c、換成步距角更小的步進電機，如三相或五相步進電機，或兩相細分型步進電機。d、換成直流或交流伺服電機，幾乎可以完全

16、克服震動和噪聲，但成本較高。e、在電機軸上加磁性阻尼器，市場上已有這種產(chǎn)品，但機械結(jié)構(gòu)改變較大。10、細分驅(qū)動器的細分數(shù)是否能代表精度？步進電機的細分技術(shù)實質(zhì)上是一種電子阻尼技術(shù)（請參考有關(guān)文獻），其主要目的是減弱或消除步進電機的低頻振動，提高電機的運轉(zhuǎn)精度只是細分技術(shù)的一個附帶功能。比如對于步進角為1.8度的兩相混合式步進電機，如果細分驅(qū)動器的細分數(shù)設(shè)置為4 ,那么電機的運轉(zhuǎn)分辨 率為每個脈沖0.45度，電機的精度能否達到或接近0.45度，還取決于細分驅(qū)動器的細分電流控制精度等其它因素。不同廠家的細分驅(qū)動器精度可能差別很大；細分數(shù)越大精度越難控制。11、四相驅(qū)動合式步進電機與驅(qū)動器的串聯(lián)接法和并聯(lián)接法有什么區(qū)別？四相混合式步進電機一般由兩相驅(qū)動器來驅(qū)動，因此，連接時可以采用串聯(lián)接法或并聯(lián)接法將四相電機接成兩相使用