精密機械與儀器總復習

1、重慶科技學院測控技術與儀器精密機械與儀器總復習精密機械部分1、 摩擦輪傳動1傳動在精密機械中的作用傳遞運動: 增速、減速或改變運動的方向。傳遞動力: 力或力矩所有的機械設備都離不開傳動按傳動的用途可分為： （1）力（功率）傳動：（2）示數（測量）傳動 （3）一般傳動。2.傳動起的作用改變速度的大?。涸鏊?、減速、調速。改變運動的方向：順時針、逆時針、空間變向。改變運動的方式：轉轉，轉移，轉間歇，轉擺動。3、摩擦輪傳動的基本原理摩擦輪傳動是利用主動輪與從動輪在直接接觸處所產生的摩擦力來傳遞運動和動力。4、摩擦輪傳動的優(yōu)缺點（重點）摩擦輪傳動的主要優(yōu)點（1）摩擦輪表面光滑傳動平穩(wěn)，傳動噪音?。?）結

2、構簡單，制造使用比較方便（3）傳動形式多種多樣，適用范圍廣泛（4）超載時自動打滑，可防止重要零件損壞（5）制作無級變速器，平穩(wěn)無級地改變傳動速比摩擦輪傳動的缺點及其特殊要求 （1）需要增加壓緊裝置（如彈簧等）以產生所需要的壓緊力； （2）彈性變形，傳動比變化。由于壓緊力一般比較大，摩擦輪在接觸點處將產生彈性變形，使實際傳動比不能保持理論值，從而影響傳動精度，故在設計時應該采取相應措施，減小壓緊力；（3）傳動效率較低，工作表面易被磨損，且易發(fā)熱，不宜傳遞大的力矩，故摩擦輪傳動常用在傳動要求平穩(wěn)、低速、輕載等場合，且多用于高速級。二、 撓性傳動撓性傳動是依靠撓性連接件：繩子、鏈、皮帶、齒形帶等等，

3、間接地將主動輪上的運動和動力傳遞給從動輪。這種傳動的輪間中心距比較大，而且可以根據需要進行調節(jié)。1、靠摩擦傳動的撓性傳動這類傳動有：皮帶、彈簧帶和繩傳動等，依靠撓性傳動件與兩輪之間的摩擦力來傳遞運動和動力。這類傳動的結構簡單、傳動平穩(wěn)，且撓性傳動件具有緩沖和減振作用。它的缺點是存在相對滑動，傳動比不夠準確2、靠嚙合傳動的撓性傳動這類有齒形帶傳動、齒孔帶傳動和鏈傳動等，依靠撓性傳動件上的牙齒與兩輪上的輪齒相互嚙合來傳遞運動和動力，傳動比較準確，能避免打滑。但鏈傳動由于瞬時傳動比變化，不能用作精密傳動。3、拖動式撓性傳動這類主要是鋼帶傳動和鋼絲傳動等，撓性傳動件的兩端，直接固定在主動件和從動件上，

4、當主動件運動時便拖動從動件隨之運動。它傳遞運動最準確，但只適用于轉角小于360°的傳動。4、皮帶傳動（重點） 特點：帶傳動是一種摩擦傳動，它結構簡單，傳遞平穩(wěn)，噪音小，不需潤滑，過載時能打滑。分類：圓帶、 平帶、V帶、多鍥帶、同步帶 應用：常用在傳遞中心距較大的場合，一般場合下傳遞的功率<50kW，傳動比常用<5。 最大受力位置：進入小圓時形狀分類：還有開口傳動，交叉?zhèn)鲃?，半交叉?zhèn)鲃印?、皮帶傳動的失效形式和設計準則失效方式：打滑、磨損、帶的疲勞折斷設計準則：在傳遞規(guī)定的功率時不打滑、具有一定的疲勞強度和壽命3、 齒輪傳動（重點中的重點）1、功能和特點功能：變速、 準確地

5、傳遞運動。齒輪傳動是典型的嚙合傳動，由主動輪推動從動輪來傳遞任意兩輪之間的運動和動力；實現空間、平面的回轉運動傳遞實現回轉運動與直線運動的交換 。特點：齒輪傳動的主要參數模數m、壓力角、傳動比i，齒數比u，中心距a，齒寬系數 d=b/d1等。精密齒輪傳動多為小模數，m 1.5mm，精密齒輪要求準確的傳遞運動1)采用小模數齒輪，2)保證傳遞精度：控制傳遞精度和回差工作可靠、壽命長。傳動比穩(wěn)定，單級最大傳動比為8。線速度較高，40150m /s，最高可達300m /s。加工精度較高，安裝也較復雜，造價較高。2、 齒輪傳動的類型 按齒廓曲線分類：漸開線嚙合，擺線嚙合，圓弧嚙合。漸開線嚙合應用最廣。

6、按兩軸線相互位置分類：為平行軸圓柱直齒輪和斜齒輪傳動，相交軸圓錐直齒輪傳動，相錯軸螺旋齒輪和蝸桿傳動。 按傳動的級數可分類：為單級傳動和多級傳動。其中多級傳動又包括由圓柱直齒輪所組成的精密齒輪傳動鏈，漸開線行星傳動，擺線針輪傳動和諧波齒輪傳動等。 按齒輪傳動的工作條件分類：閉式傳動；開式傳動；閉式傳動；開式傳動按傳動的用途分類：為力（功率）傳動：足夠的強度示數（測量）傳動：保證必須的精度。一般傳動：對強度和精度要求不夠嚴格按使用場合分類：精密齒輪傳動：一般精密機械與儀器中，小功率伺服傳動：用在自動控制系統(tǒng)中。最常用的齒輪傳動是漸開線圓柱直齒齒輪傳動分類： 開式傳動：無防塵罩或機殼，齒輪完全暴露

7、在外，適用于低速傳動。 閉式傳動：安裝在箱體內，潤滑條件好，適用于重要的傳動場合。半開式：有簡單的防護裝置，有時大齒輪浸油潤滑。3、 齒輪的失效形式、原因、現象、改善措施（重點）輪齒折斷和彎曲塑性變形現象：折斷發(fā)生在齒根處，輪齒彎曲塑性變形原因：齒根彎曲應力大；齒根應力集中措施：材料及熱處理，增大模數，增大齒根圓角半徑，消除刀痕：噴丸、滾壓處理；增大軸及支承剛度。齒面點蝕原因：輪齒在節(jié)圓附近接觸應力的變化，表面產生裂紋。在潤滑油的作用下，裂紋加大，會出現接觸疲勞產生麻點。措施：提高材料的硬度；提高齒面光潔度 ；提高潤滑油的粘度齒面磨損 原因：相對滑動 措施：加強潤滑；開式改閉式傳動齒面膠合原因

8、：高速重載；散熱不良；滑動速度大；潤滑油膜被破壞，齒面粘連后撕脫措施：適當選擇齒輪材料，變位，降低齒高；抗膠合能力強的潤滑油；材料的硬度及配對齒面塑性變形原因：重載，齒面軟措施：提高材料的硬度，減小接觸應力，改善潤滑防止失效的措施、對于靜載荷折斷：限制過載和沖擊、疲勞折斷：增大齒根的過渡圓角，降低表面粗糙度、減輕表面的損傷，采用表面強化的措施。、齒面的失效：提高表面的硬度；降低表面的粗糙度；采用高粘度的潤滑劑+ 耐壓添加劑，保證清潔采用變位齒輪；降低相對滑動速度；保證配對齒輪具有一定的硬度差。(HB小-HB大=3050)4、齒輪的設計計算準則開式傳動：按保證齒根彎曲疲勞強度進行計算，考慮磨損的

9、影響適當增大模數（1015%）閉式傳動：硬齒面：按保證齒根彎曲疲勞強度和齒面接觸疲勞強度進行計算。軟齒面：齒面接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度進行計算。5、 輪齒的受力分析受力分析的目的: 計算齒輪的強度；設計軸及選擇軸承的依據受力分析的幾點假設、齒輪傳遞的扭矩恒定，沒有沖擊和振動。、全部載荷由一對輪齒承擔，把沿齒寬方向的分布載荷簡化為齒寬中點上的集中應力。、工作時，主動輪的齒根撥動從動輪齒頂開始，到主動輪齒頂離開從動輪的齒根結束。6、 斜齒圓柱齒輪的受力分析力的方向 圓周力：主動輪與轉向相反；從動輪與轉向相同 徑向力：指向圓心 軸向力：可用左、右手判斷。主動輪左（右）旋，采用左（右）手握住軸線，使

10、四指方向為齒輪轉向，則拇指方向即為軸向力方向。四、蝸桿傳動特點：傳動比大、傳動平穩(wěn)、可自鎖、傳動效率低蝸桿傳動的受力分析：效率：一般在15°到30°五、杠桿傳動1、杠桿傳動的類型、特點和應用杠桿傳動的類型：常用的有曲柄滑塊機構，正弦機構和正切機構等。杠桿傳動是由若干個“桿”狀構件用低副(回轉副或移動副)聯結而成的傳動機構。其優(yōu)點是：機構中所有的運動副都是低副，故組成運動副的元件表面全是圓柱面或平面，因而加工、安裝和調整都比較方便，故可獲得較高的精度。組成運動副的元件間的接觸都是面接觸，它所承受的單位壓力較小，故磨損較小，可靠性較好；杠桿傳動的缺點是：在相互接觸的構件之間存在

11、著間隙，容易使儀器產生誤差，特別是在速度較高時還會產生沖擊。杠桿傳動在精密儀器中的主要作用是：用以改變位移的性質，即把線位移轉換為角位移或者相反；用于傳動放大，即把主動件的微小位移放大為從動件所需要的位移；獲得線性刻度(等分刻度)，即利用杠桿傳動的非線性來補償敏感元件的非線性，從而使示數裝置獲得線性刻線。2、正弦機構和正切機構正弦機構推桿的工作面為一平面，擺桿的工作面為一球面。而正切機構則相反，推桿工作端是一球面，擺桿工作面為一平面。 正弦機構的傳動系數不是一個常數，而是變量，因而其傳動特性是非線性的六、螺旋傳動1、 螺旋傳動的類型 按用途分類：傳力螺旋、測量螺旋、一般傳動螺旋按性質分類根據接

12、觸表面的摩擦性質可分為滑動螺旋傳動；滾動螺旋傳動；新型螺旋傳動，如靜壓螺旋傳動及諧波螺旋傳動等。目前應用最多的是滑動螺旋傳動。2、滑動螺旋傳動的特點降速傳動比大傳動精度高，結構簡單、緊湊；牽引力大：根據功率在一定的條件下降速增矩的原則，給螺桿一個很小的扭矩便可以得到較大的軸向牽引力。能自鎖；效率低、易磨損、低速存在爬行，不適于高速大功率傳動。效率=30%60%3、傳動形式的選擇滑動螺旋傳動：螺母固定螺桿轉動并移動螺母本身起著支承作用，可消除螺桿軸承的附加軸向竄動，結構比較簡單，可獲得較高的傳動精度。缺點是軸向結構尺寸較大，剛性較差。因此適于行程比較小的情況(一般行程小于25mm)螺桿轉動螺母移

13、動結構簡緊湊，螺桿剛性好，適于工作行程較大的情況，但傳動精度低于前一種形式。例：機床工作臺的運動。螺母轉動螺桿移動這種傳動形式需要限制螺桿的轉動和螺母的移動，結構比較復雜，所占軸向空間較大，因此較小應用。螺桿固定螺母轉動并移動結構簡單、緊湊，但在多數場合使用不便，因此應用較少。(5)差動螺旋差動補充 彈性滑動：摩擦輪傳動工作時，由于材料 的彈性變形，在兩輪接觸處 會產生彈性滑動、打滑。由于表層金屬的彈性變形，引起主動輪與從動輪 表面在接觸區(qū)內產生相對滑動，故稱為彈性滑動。 打滑 FfFt ，Ff：接觸面的摩擦力之合， Ft：作用在從動輪上的圓周 阻力，當FtFf時在兩輪表面上產生 滑動現象，稱

14、打滑。 1、 皮帶傳動帶的受力分析工作前：帶以一定的張緊力安裝在帶輪上，帶受初拉力F0工作時：由于帶與輪的摩擦，形成緊邊和松邊。皮帶的彈性滑動原因：帶的彈性、松邊與緊邊拉力差定義：由于帶的彈性而產生的帶與帶輪之間的相對滑動稱為彈性滑動。彈性滑動的特點：不可避免的彈性滑動的后果：速度損失、效率降低、帶的磨損減小彈性滑動的措施：選用彈性模量大的帶材料皮帶的打滑產生的原因：外載荷增加，使得造成的后果:帶的磨損急劇增加、從動輪的轉速急劇下降，直至傳動失效。打滑的特點:可以避免的提高帶傳動的措施提高摩擦系數；增加包角-張緊裝置 ；盡量使帶傳動在最佳速度下工作；采用新型帶傳動；采用高強度帶材料；齒形帶傳動

15、的特點這種傳動的優(yōu)點是： ）齒形帶與帶輪間靠嚙合傳動，無相對滑動，傳動比準確，傳動精度較高，可做到同步傳動； ）齒形帶是經過特殊制造的，強度高、厚度小、重量輕，故可用于高速傳動，Vmax可達50m/S； ）不靠摩擦傳動，故小帶輪的包角a1和直徑D1均可小些；因而單級傳動比可達到10； ）齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上面的載荷均較小，傳動效率較高，0.90.98：5)不需潤滑，減少潤滑污染和節(jié)省能量這種傳動的主要缺點是：齒形帶和帶輪的制造較復雜，安裝精度要求較高，因而成本較高。齒形帶傳動的應用主要用在對傳動比要求比較準確的小型精密機械與儀器中，例如電影機械，電子計算機的外圍設備、醫(yī)療器

16、械、錄音機、各種精密測試設備等蝸桿傳動自鎖條件 蝸輪蝸桿傳動中發(fā)生自鎖的條件是蝸桿的展開螺旋角小于蝸輪蝸桿接觸的摩擦角。精密儀器部分1.儀器的功能要以某種預先知道的精度，完成某項工作。該工作能以某種方式滿足一種功能的需要。也就是說：儀器是以約定的精度完成某項功能的若干機械、電路、光路、電磁路等部件的一種系統(tǒng)。2精密機械系統(tǒng)的組成1）基準部件：基準部件是系統(tǒng)總最重要最核心的部分。該部件覺得了系統(tǒng)的總體精度、重復精度等參數。基準部件的選擇是儀器設計的基礎和前提。2）感受轉換部件：各種傳感器；傳感器有速度、位移、加速度、聲音、光度、顏色、功率、力等。3）轉換放大部件：嚴格說是傳感系統(tǒng)的一部分，將弱信

17、號放大為可以處理的信號，也將模擬信號轉換為數字信號的部分。4）瞄準部件：瞄準部件要求是指零準確，一般不做放大作用。5）處理與計算部分：常常用單片機、DSP、計算機來實現，是進行信號處理的部分。6）顯示部分：記錄儀、顯示器等。7）驅動控制部分：運動控制卡、伺服電機、步進電機、控制電路，以及和次相關的電路、信號部分。8）機械結構部分：儀器上所有完成運動、控制、和動作的執(zhí)行器總稱。3、儀器精度（不確定度）：分為3類（掌握）1）中等精度：直線度110um ，主軸回轉精度110 um，圓分度精度110。2）高精度:直線度0. 11um，主軸回轉精度0.1 1um 圓分度精度0.21。 3) 超高精度：直

18、線度小于0.1 um，主軸回轉精度小于0.1um，圓分度精度小于0.1.4、衡量可靠性的參數：MTBF：平均故障間隔時間：兩次故障之間的正確工作時間長度：A：平均有效度，A=MTBF/(MTBF+MTTR)MTTR:產品平均修理時間。產品不能正常工作的時間。對一種產品來說，可以用試驗的對MTBF作出估計，設某一產品連續(xù)試驗共運行為Tz時間，期間發(fā)生了n次故障，得到其故障間隔平均時間為：MTBFT/n。5總體方案確定（重點）基本設計原則 1）阿貝（Abbe）原則：古典的阿貝原則是：要使量儀給出準備的測量結果，必須將被測部件布置在基準原件沿運動方向的延長線上。也就是共線原則。以例子4說明阿貝原則：

19、線紋尺的測量過程分析線紋尺的第一種工作方式：并聯式線紋尺的第二種工作方式：串聯式可見，遵守Abbe原則，（上述例子中的并聯方法）可以消除一階誤差，提高了儀器的精度。但使得儀器的結構增大，帶來一系列新問題。由于結構限制，在設計是要嚴格做到遵守阿貝原則往往很困難，設計時可以考慮減少或消除誤差影響的措施6、 不滿足阿貝原則下的補償措施 首先在結構上采取措施，從設計及工藝上提高導軌的運動精度，減小因為導軌運動不直線性帶來的傾角。從結構布置上，盡量使得讀數線（線紋尺、光柵尺、激光等）和被測量的測量線靠近得近些，減少兩者之間的相隔距離。愛彭斯坦（Epenstein）準則。（間接補償）Epenstein原理

20、是：利用各種機構，使得可能產生的誤差相互抵消或削弱，或故意引入新的誤差，以減小某些誤差的影響。布萊恩原則：位移測量系統(tǒng)工作點的路程應和被測位移作用點位于同一直線上，不可能時，必須使得傳送位移的導軌沒有角運動，或者必須算出角運動產生的位移，然后用補償機構給予補償。第一條為廣義Abbe原則。 布萊恩原則和阿貝原則并列為兩個最基本的測量原則和設計原則。7、 運動學設計原則 設空間有6個自由度，自由度S與約束Q的關系為： S6Q運動學設計原則：根據物體運動的方式（自由度要求）按照上述關系確定施加的約束數。對約束的安排為：1個平面最多3個約束，1條直線上最多2個約束。約束為點接觸。并且在同一平面（直線）

21、上的約束點應該盡量離開遠些，約束面垂直與約束點。8、滿足運動學設計原則的設計具有的優(yōu)點每個元件是靠最小接觸點來約束，觸點位置不變，作用在物體上力可知可解，機構可正常工作，定位準確可靠；工作表面的粗糙度、磨損和尺寸對約束影響很小，用大公差可以提高精度，降低加工精度，實現精度補償；容易拆卸，重復定位精度高。9、 符合運動學設計的零部件滑動導軌2，自由度為2. 軸系1，自由度為2軸系2，自由度為210、 半運動學設計原則純粹的點接觸是不可能，因此在實際當中實際上是面接觸。若將約束處適當地擴大為一個有限面積，運動學原則不變，稱為半運動學設計。光電系統(tǒng)1、 瞄準的概念指標之物體與被瞄準物體或其輪廓重合的程度2、 瞄準精度的幾種方式機械、光學、電學、光電、氣動。最高精度的方式是光電。單實線重合、單線線端對準、虛線對實線、雙線線端對準、雙線對稱跨單線（精度最高