(完整版)補充精設(shè)復(fù)習題2016

1、現(xiàn)代精密儀器設(shè)計總復(fù)習一、 基本概念題：* 1.現(xiàn)代精密儀器的基本組成答：1 .基準部件 2 .感受轉(zhuǎn)換部件 3 .轉(zhuǎn)換放大部件 4 .瞄準部件 5 .處理與計算部件 6 .顯示部 件 7 . 驅(qū)動控制部件 8 .機械結(jié)構(gòu)部件*2. 現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的指導(dǎo)思想答：1 .精度對于測量儀器 ,首要的是精度 （不確定度 ）。根據(jù)不同的儀器及不同的測量條件,選用相應(yīng)的靜態(tài)或動態(tài)精度特性指標。儀器精度取值要合理。不分對象地要求儀器精度愈高 愈好 ,實際上是完全不必要的。應(yīng)該根據(jù)實際中被測對象的精度要求來確定儀器精度,一般儀器的測量誤差取被測件公差的1/ 3,有時取被測件公差的 1/ 5 或 1/ 10。

2、對儀器零件精度的要求也應(yīng)合理 ,不應(yīng)要求儀器所有零件都高精度 ,而只應(yīng)對儀器中直接參與測量的 那些零部件 ,即測量鏈中的關(guān)鍵零件規(guī)定嚴格的精度要求。同時還應(yīng)采取補償措施,提高整體精度。2 .經(jīng)濟性設(shè)計儀器時 ,不應(yīng)盲目地追求復(fù)雜、高級的方案,如能采用某種最簡單的方案便能滿足所提出的功能要求 ,則此方案便是最經(jīng)濟的設(shè)計方案。因為采用最簡單的方案意味著 零部件少、元件少、可靠性高、成本低等。一般說來,簡單方案比較經(jīng)濟 ,但也不能一概而論,還必須和被測件批量的大小、要求的效率、測量誤差所造成的損失、零件公差帶及尺寸 分布情況等綜合考慮。如大批生產(chǎn)時,往往自動測量比手工測量更為經(jīng)濟 ,在精度或效率要求

3、較高時 ,簡單方案便不能滿足要求 ,必須由簡到繁選用相應(yīng)的方案。在技術(shù)設(shè)計階段 中,還應(yīng)注意提高“三化”程度和工藝性,使零件制造也符合經(jīng)濟性的要求。儀器生產(chǎn)大部分是小批量、多品種 ,因而在組織設(shè)計與生產(chǎn)時 ,要靈活迅速地采用各種先進技術(shù) ,爭取最 大經(jīng)濟效益。在考慮儀器經(jīng)濟性時 ,不應(yīng)僅限于儀器的制造成本 ,還應(yīng)考慮儀器的使用成本 ,即除 儀器原價外 ,還有使用期間的保養(yǎng)費、工時費、備件費、運轉(zhuǎn)費（動力及輔料費 ）、停工損失費、管理費、培養(yǎng)費等。必須綜合考慮后,才能看出真正的經(jīng)濟效益 ,從而做出選用方案的正確決策。3 .效率一般情況下 ,測量或檢驗效率應(yīng)與生產(chǎn)制造效率相適應(yīng)。實際上,測量效率通

4、常比生產(chǎn)效率低。在這種情況下 ,則應(yīng)盡量考慮采用自動化或半自動化測量方案。若工藝穩(wěn)定,則可采用統(tǒng)計檢驗方案。在自動化生產(chǎn)線上,整個過程是按嚴格的節(jié)拍進行的。此時測量速度必須與生產(chǎn)節(jié)拍相吻合。因此,儀器的操作方式要適合生產(chǎn)測量的需要。提高測量速度 ,不僅提高了生產(chǎn)率 ,有時也可以起到提高精度的作用。因為生產(chǎn)效率提高,會縮短測量時間而減少溫度變化對降低測量精度的影響。采用自動化測量不僅可以縮短時間 ,提高生產(chǎn)率 ,而且可以提高測量精度 ,節(jié)省人力 , 消除人為誤差 ,避免重復(fù)單調(diào)的勞動操作 ,減少費用 ,還便于遠距離顯示及反饋 ,避免輻射 影響等 ,這是測量技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。4 .可靠性可靠

5、性是指一種產(chǎn)品在一定時間內(nèi)和一定條件下,不出故障地發(fā)揮其規(guī)定功能的概率?？煽啃灾笜顺擞猛瓿梢?guī)定功能的成功概率表示外,還可以用平均故障間隔時間或稱產(chǎn)品平均壽命、故障率或稱失效率、有效性、平均保養(yǎng)間隔時間或平均壽命等來表示。 一臺儀器或一套自動測量系統(tǒng) ,無論在原理上如何先進 ,在功能上如何全面 , 在精度上如何高級 ,假若可靠性差 ,故障頻繁 ,不能長時期地穩(wěn)定工作 ,則該儀器或系統(tǒng)就沒有使 用價值。因此 ,隨著現(xiàn)代化儀器及測量系統(tǒng)的發(fā)展 ,可靠性要求愈來愈重要 ,與此相應(yīng) ,可 靠性的評價便不能像過去那樣僅停留在定性的概念性分析上,而應(yīng)該科學地進行定量計算。5 .壽命 在設(shè)計中應(yīng)注意考慮提高

6、壽命的方法,如結(jié)構(gòu)中盡量減少磨損件 ,用分子內(nèi)摩擦元件代替外摩擦元件 ;選用適當?shù)牟牧霞盁崽幚?、化學處理方法;規(guī)定合理的使用操作規(guī)程、維護保養(yǎng)方法、包裝搬運要求及使用環(huán)境條件等等。6 .造型 儀器的外觀設(shè)計亦極為重要?？傮w結(jié)構(gòu)的安裝、部件間的造型、細部的美化等 ,都必 須認真考慮 ,同時便于使用。最好經(jīng)過美工人員的專門設(shè)計,使產(chǎn)品造型優(yōu)美、色澤柔和、美觀大方、外廓整齊、細部精致。總之要使人們感到是一臺現(xiàn)代精密儀器,必須小心維護細致操作 ,從而提高儀器的精度保持性和儀器的使用壽命。*3. 現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的原則 答：為了減少儀器誤差 ,保證儀器精度 ,在設(shè)計時應(yīng)考慮以下原則 :1 .從原理上提高

7、精度的原則 誤差平均原理。如采用多次重復(fù)測量，取平均誤差，以提高測量精度。又如采用密珠滾珠導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌均化誤差等。 位移量同步比較原理。即采用不同方法對同一量位移同步運動的方法進行比較的原理。 誤差補償原理。通過校正、補償環(huán)節(jié)，使儀器中的系統(tǒng)誤差減小或消除，從而提高儀器的精度。2 .阿貝原則將儀器的讀數(shù)刻線尺 ，安排在被測尺寸線的延長線上 ，即被測量與儀器作讀數(shù)用的基 準線應(yīng)順次排成一條直線。3 .運動學設(shè)計原理空間體具有 6 個自由度 ，根據(jù)物體要求運動的方式 ，即要求的自由度數(shù) ，確定施加的 約束數(shù)。4 .變形最小原則 使儀器當受力、重力、熱、內(nèi)應(yīng)力、振動等作用時變形最小。5 .基面合一

8、原則零件設(shè)計時 ，設(shè)計基準、加工基準、檢驗基準、裝配基準要統(tǒng)一。6 .最短傳動鏈原則影響測量精度的測量鏈系統(tǒng)和傳動效率的傳動鏈最短，零件最少。7 .精度匹配原則在分析精度的基礎(chǔ)上 ，對機、光、電各部分精度分配恰當 ，對各部分提出不同的精度 要求。8 .儀器零部件的標準化、系列化、通用化原則9 .儀器可靠性、安全、維修與操作方便原則10 .結(jié)構(gòu)工藝性好原則11 .造型與裝飾宜人原則12 .價值系數(shù)最優(yōu)原則 產(chǎn)品的功能與產(chǎn)品成本之比 ，反映了社會產(chǎn)品價值的高低。*4.現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的程序答：具體的設(shè)計程序可歸納如下 :(1) 確定儀器任務(wù) :根據(jù)用戶要求、國家發(fā)展要求、國內(nèi)外市場需求來確定。(2

9、) 調(diào)查研究國內(nèi)外同類產(chǎn)品、性能和特點技術(shù)指標。(3) 對設(shè)計任務(wù)進行分析 ,制定設(shè)計任務(wù)書。(4) 總體方案設(shè)計 :在明確設(shè)計任務(wù)和深入調(diào)查之后 ,就可進行總體方案的構(gòu)思和 設(shè)計?？傮w設(shè)計包括 : 實現(xiàn)功能的分析 ; 確定信號轉(zhuǎn)換原理與流程 ; 確定有關(guān)機、光、電、算系統(tǒng)的配合并建立數(shù)學模型； 主要參數(shù)的確定 ; 技術(shù)經(jīng)濟的評價?？傮w設(shè)計是儀器設(shè)計的關(guān)鍵一步。在分析時,要畫出示意草圖 ,畫出關(guān)鍵部件的結(jié)構(gòu)草圖 ,進行初步的精度試算和精度分配 ,進行方案論證和必要的模擬試驗 ,以考查所擬的 方案是否可行 ,確定最佳的方案之后 ,才可進行下一步具體技術(shù)設(shè)計。(5) 技術(shù)設(shè)計。包括 : 總體結(jié)構(gòu)設(shè)

10、計 ； 部件設(shè)計 ； 零件設(shè)計 ； 精度計算 ； 技術(shù)經(jīng)濟評價 ； 編寫包括分析和計算的設(shè)計說明書。這一步應(yīng)該包括機、電、光各部分的結(jié)構(gòu) 設(shè)計。(6) 制造樣機、樣機鑒定 :制造樣機 ,進行產(chǎn)品試驗 ,發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計。樣機鑒定 ,編寫設(shè)計說明書、使用說明書、檢定規(guī)程。根據(jù)試制和試驗總結(jié),修正設(shè)計 ,最后設(shè)計定型 ,并進行技術(shù)經(jīng)濟評價及市場情況分析。(7) 批量投產(chǎn)。*5. 精密儀器的產(chǎn)品設(shè)計有哪 3 種類型？答：其產(chǎn)品設(shè)計有以下 3 種類型 :1 .創(chuàng)新設(shè)計新產(chǎn)品設(shè)計根據(jù)市場需要進行創(chuàng)新性開發(fā)新產(chǎn)品。根據(jù)所開發(fā)產(chǎn)品的品種,擬定出新的方案原理進行設(shè)計。2 .適應(yīng)性設(shè)計已有的產(chǎn)品已不滿足市場

11、的需要 ,在保留原理方案的基礎(chǔ)上 ,為適應(yīng)市場的需要 ,往 現(xiàn)代精密儀器設(shè)計往對系統(tǒng)、部件進行重新的設(shè)計。3 .變型設(shè)計基本保留原產(chǎn)品的功能、方案原理和結(jié)構(gòu),只是改動尺寸大小或結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計,形成系列產(chǎn)品。*6. 目前在儀器設(shè)計中采用三次設(shè)計應(yīng)用較多,其三次設(shè)計可分為哪 3 個階段？答： (1)系統(tǒng)設(shè)計 由專業(yè)人員根據(jù)專業(yè)知識設(shè)計產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和各元器件的中心值及其誤差等級范圍等,也就是通常的專業(yè)設(shè)計。這個階段主要采用的是傳統(tǒng)設(shè)計方法,即用傳統(tǒng)的實驗方式、經(jīng)驗設(shè)計公式以及設(shè)計者的經(jīng)驗。但從優(yōu)化的角度看,無論是計算為主還是實驗為主,其產(chǎn)品的參數(shù)均帶有直接的性質(zhì) ,即由系統(tǒng)的輸入、輸出指標 ,根據(jù)系統(tǒng)

12、的物理性能 , 直接設(shè)計系統(tǒng)的一組參數(shù)值 ,以符合指標要求 ,設(shè)計就告完成。因此 ,一般來說尚未考慮 系統(tǒng)參數(shù)的優(yōu)化問題。(2) 參數(shù)設(shè)計這是一個新的設(shè)計技術(shù) ,是設(shè)計一個高質(zhì)量產(chǎn)品的最重要的階段。其目的是從龐大 的組合關(guān)系中找出最好的參數(shù)搭配關(guān)系,使質(zhì)量最穩(wěn)定可靠。其手法 ,從根本上來講是用到了所謂非線性技術(shù)以及多種因素之間的搭配關(guān)系的優(yōu)選技術(shù)。其結(jié)果一般改變了第一 次設(shè)計的中心值 ,往往是較大地改變了第一次設(shè)計的各元器件的參數(shù)。通過第二次設(shè)計 , 往往可以使產(chǎn)品的質(zhì)量從精度和穩(wěn)定性上獲得很大提高,有時甚至是非常大的提高?？梢哉f不經(jīng)過參數(shù)設(shè)計的產(chǎn)品 ,絕大多數(shù)情況下 ,不是質(zhì)量最好的產(chǎn)品。此

13、項技術(shù) ,要反復(fù) 應(yīng)用較大型的正交表 ,一般要在計算機上完成。(3) 允差設(shè)計 找出對產(chǎn)品質(zhì)量影響顯著的重要元件,然后對其進行經(jīng)濟效益計算 ,最后定出高質(zhì)量低成本的方案。一般也是在計算機上反復(fù)應(yīng)用正交設(shè)計技術(shù)完成的。三次設(shè)計后 ,使產(chǎn)品的質(zhì)量接近最佳平均值 ,工廠在生產(chǎn)時的質(zhì)量接近正態(tài)分布。*7. 阿貝原則的主要思想是什么？答：這項原則的表述是：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。因此 ,也可稱作共線原則。8. 誤差平均原理的含義是什么 ?答：*9. 總體設(shè)計前為什么要進行設(shè)計任務(wù)分析 ? 設(shè)計任務(wù)分析應(yīng)考慮哪些問題 ? 答： 在總體設(shè)計時 ,首先要作“

14、設(shè)計任務(wù)分析”,也就是要詳細了解設(shè)計任務(wù)的各種要求。這一工作的目的 ,是要弄清設(shè)計任務(wù)對儀器設(shè)計提出的各項指標,摘要寫進設(shè)計任務(wù)書中,并且根據(jù)總體設(shè)計的基本原則,逐一地進行分析研究。通過設(shè)計任務(wù)分析 ,可以對任務(wù)有一個梗概的了解。應(yīng)盡可能多地收集有關(guān)資料。 經(jīng)驗總結(jié)及計算資料等 ,分析哪些是關(guān)鍵問題 ,哪些是次要問題 ,抓住影響全局性的關(guān)鍵 問題 ,進行深入調(diào)查研究 ,比較多種方案 ,為總體設(shè)計打下基礎(chǔ)。設(shè)計任務(wù)分析的內(nèi)容應(yīng)包括下列幾項 :1 .使用要求精密儀器的使用要求 ,即是要求精密儀器在一定的工作范圍內(nèi)能有效地實現(xiàn)預(yù)期的 功能 ,并在一定的使用期間內(nèi)不喪失原有功能。對儀器的使用要求及其必

15、須具備的功能 一定要分析清楚 ,它是儀器設(shè)計的出發(fā)點和歸宿。2 .儀器精度 ( 不確定度 ) 精密儀器的精度是它的一項重要的技術(shù)指標,它是儀器設(shè)計中的一個很關(guān)鍵的問題。精密儀器及設(shè)備的精度一般可分為3 類 : 中等精度：直線位移精度為1卩m10卩m,主軸回轉(zhuǎn)精度1卩m10卩m,圓分度精度為1 10。 高精度：直線位移精度為 0 .1卩m1卩m,主軸回轉(zhuǎn)精度為0 .1卩m1卩m,圓分度精度為0 .2 T。 超高精度：直線位移精度為< 0 .1卩m,主軸回轉(zhuǎn)精度為 < 0 .1 m,圓分度精度為 < 0 .1 "。由于精度等級不同 ,在設(shè)計時無論是精密機械系統(tǒng)還是控制系

16、統(tǒng)都有很大的差異,甚至導(dǎo)致實現(xiàn)的原理不同 ,價格差別很大。高精度的儀器或設(shè)備,在低精度場合使用 ,不經(jīng) 濟;相反,又達不到使用的目的。所以精度必須與經(jīng)濟性相匹配。3 .生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量是由市場需要所決定的 ,同一種儀器不同的生產(chǎn)批量在設(shè)計時的結(jié)構(gòu)不同,大批量生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ,應(yīng)盡可能采用專用機床和專用工夾具,零件結(jié)構(gòu)盡量簡單 ,采用系列化、通用化、標準化、便于維修;而對單件小批量生產(chǎn) ,則可采用通用機床加工 ,配作等,其毛坯成形應(yīng)盡量少采用鑄壓件。4 .生產(chǎn)效率 對精密機械設(shè)備、微細加工設(shè)備來講,生產(chǎn)效率是指在單位時間內(nèi)它所加工的工件數(shù)量; 對于計量、檢測儀器來說 ,則是其單位時間內(nèi)的檢測效率

17、。在設(shè)計時應(yīng)根據(jù)所要求的 儀器效率考慮儀器的自動化程度 ,如微機控制、自動上下料、自動傳送工件、自動檢測、自 動定位、自動修正、自動打印結(jié)果等,或者只有其一部分自動功能 ,一部分半自動及手動等相互配合。5 .工作環(huán)境 工作環(huán)境如振動、溫度、濕度、空氣凈化程度等對精密機械與儀器的使用有很大影響。 由于儀器的使用要求及使用場合不同,在儀器設(shè)計時考慮外界條件影響的側(cè)重點也有所不同。對在計量室內(nèi)使用的儀器 ,一般都是高精度的儀器 ,設(shè)計時應(yīng)盡量采取措施避免外 界條件變化對它的精度影響 ,或者設(shè)計時有消除外界條件變化時對測量結(jié)果影響的修正 環(huán)節(jié) ;而在車間條件下使用的儀器 ,考慮的主要出發(fā)點則是防塵、防

18、油、防腐等密封裝置 至于其他環(huán)境條件 ,只要在允許的要求范圍內(nèi)變化時 ,保證儀器正常工作即可。有些高精 度的儀器為了確保儀器的性能 ,還要考慮隔振、恒溫、恒濕及凈化等措施。6 .安全保護當精密儀器在特殊環(huán)境下工作時 ,如高壓、放射性物質(zhì)、有毒氣體等 ,則應(yīng)采取特種防 護裝備 ,使操作人員的人身安全得到保證 ;同時使儀器本身得到保護 ,需要設(shè)計一些安全 裝置 ,如過載裝置、互鎖保險裝置、行程限位等。10. 精密儀器技術(shù)指標的作用 ,精密儀器的技術(shù)指標分哪幾個方面?答：*11. 說明確定精密儀器主要參數(shù)及技術(shù)指標的方法。答：（1）.根據(jù)設(shè)備的用途確定主要參數(shù)和技術(shù)指標（2）.根據(jù)測量 （加工 ）對

19、象的主要尺寸確定主要參數(shù)和技術(shù)指標（3）.根據(jù)測量 （加工 ）精度確定主要參數(shù)和技術(shù)指標（4）.根據(jù)設(shè)備或儀器中的薄弱環(huán)節(jié)確定主要參數(shù)和技術(shù)指標（5）.根據(jù)系列化要求確定主要參數(shù)和技術(shù)指標（6）.根據(jù)產(chǎn)品可靠性與成本的要求確定主要參數(shù)和技術(shù)指標*12. 精密儀器設(shè)計時應(yīng)遵守哪些設(shè)計原則 ? 答：13. 設(shè)計者從哪些方面考慮才能實現(xiàn)最小變形的原則 答：14. 精密儀器在造型和裝飾方面應(yīng)考慮哪些要求答：15. 試分析分辨力 （分辨率 ）與精度的關(guān)系 , 如何確定儀器的分辨率 ? 答：16. 何謂動態(tài)精度 ? 接觸式測量系統(tǒng)主要動態(tài)指標有哪些 ? 非接觸式測量系統(tǒng)主 要動態(tài)誤差有哪些 ? 如何計算

20、?答：17. 基座與支承件的基本要求是什么 ? 基座的支點布置在什么地方合適、立柱位置 布置在基座什么位置上合適 ?答：18. 主軸系統(tǒng)設(shè)計的基本要求是什么 ? 答：19. 設(shè)計導(dǎo)軌有什么要求 ?在儀器中 （如放在恒溫室和超凈車間 ）哪些因素是主 要的 ?答：*20. 精密儀器設(shè)計時其精度一般有中等精度、高精度、超高精度的區(qū)分，都在什么范圍？ 答：精度又稱為精確度， 是指準確的程度。精度的高低是用誤差的大小來衡量的， 誤差小則 精度高，誤差大則精度低。1）中等精度：1um10um主軸回轉(zhuǎn)精度1 um10 um圓分度精度1' 10''2）高精度：0. 1 um1 um主軸

21、回轉(zhuǎn)精度 0.1 um1 um圓分度精度0.2' 1''。3）超高精度：直線度小于 0.1 um，主軸回轉(zhuǎn)精度小于 0.1 um，圓分度精度小于 0.1'.*21. 力變形對精度的影響，要求那幾種機床受力對精度的影響，影響最大的是懸臂梁。 答：機床制造誤差對工件加工精度影響較大的有：主軸回轉(zhuǎn)誤差、導(dǎo)軌誤差、傳動鏈誤差。 22.能計算某個部件的自由度；分析： 自由度分為構(gòu)件自由度（構(gòu)件具有獨立運動參數(shù)的數(shù)目）和機構(gòu)自有度（機構(gòu)具有獨 立運動參數(shù)的數(shù)目）*23. 制造、安裝、運行和原理誤差在精密機械與儀器中的程度； 答：在儀器的各種誤差源中，制造誤差數(shù)值最大， 運行

22、誤差次之。 但在儀器測量誤差中運行 誤差將是主要的。具體見【現(xiàn)代精密儀器設(shè)計， 45 頁，例 2-8】24. XY 工作臺的部件，以及電控 XY 工作臺微動系統(tǒng)的原理和分析；答： x-y 工作臺系統(tǒng)基本上是由工作臺滑板、直線移動導(dǎo)軌、傳動機構(gòu)、驅(qū)動電機、控制 裝置和位移檢測器等組成。 由于工作臺使用的情況不同，因而對性能的要求也各異。一般 的靜態(tài)和動態(tài)性能要求包括有如下一些內(nèi)容。（1 ）靜態(tài)性能 工作臺的幾何精度包括 x-y 工作臺的導(dǎo)軌在水平面內(nèi)的直線性、垂直平面內(nèi)的直線性、 x 方向與 y 方向的垂直度、 x-y 方向的反向間隙和反向精度以及工作臺面與運動平面間的不平 行性； 系統(tǒng)的靜剛度

23、工作臺傳動系統(tǒng)受重力、 摩擦力或其他外力的作用而產(chǎn)生相應(yīng)的變形， 其比 值稱為靜剛度； 工作臺的定位精度和重復(fù)定位精度。（2）動態(tài)性能 工作臺系統(tǒng)的振動特性和固有頻率； 速度與加速度特性； 負載特性； 系統(tǒng)穩(wěn)定性等。*25. 滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌的特點。 答：導(dǎo)軌主要由運動件和承導(dǎo)件兩部分組成。 滑動導(dǎo)軌是由支承件和運動件直接接觸的導(dǎo)軌。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、接觸剛度大。 缺點是摩擦阻力大，磨損快、動靜摩擦系數(shù)差別大，易產(chǎn)生爬行。滾動摩擦導(dǎo)軌是在兩導(dǎo)軌面之間放入滾珠、 滾柱、 滾針等滾動體， 使導(dǎo)軌運動處于滾動摩擦 狀態(tài)。 由于滾動摩擦阻力小，是工作臺移動靈敏， 低速運送時不易產(chǎn)生

24、爬行。工作臺起動和 運行消耗的功率小，滾動導(dǎo)軌磨損小，保持精度持久性好。故在儀器中廣泛應(yīng)用。 氣靜壓 導(dǎo)軌油以下優(yōu)點： 運動精度高：由于提高了導(dǎo)軌面得直線性和平行度，可以減小支承的間隙。 無發(fā)熱現(xiàn)象：不會像液體靜壓導(dǎo)軌那樣因靜壓油引發(fā)熱，也沒有熱變形。 摩擦與振動小：由于導(dǎo)軌之間不接觸故沒有摩擦，氣體粘性極小，可以認為是無摩擦，故 使用壽命長。沒有振動和爬行現(xiàn)象，可以進行微細的送進和精確地定位。 使用環(huán)境：由于使用經(jīng)過過濾的壓縮空氣（去塵、去水、去油、去濕），故導(dǎo)軌內(nèi)不會浸入灰塵和液體。另外由于不使用潤滑油，故不會污染環(huán)境。氣浮導(dǎo)軌可用于很寬廣的 濕度范圍。除以上優(yōu)點外，還有下列缺點： 承載能

25、力低，因氣模的壓力，即使在靜壓情況下，也只有0.3MPa 左右（氣源壓力為0.5MPa 左右）。 剛度低，在重載荷下，不宜使用。 需要一套高質(zhì)量的氣源 . 對振動的衰減性差，僅為油的1/1000,如果設(shè)計不當，可能出現(xiàn)自激振蕩等不穩(wěn)定問題。 由于氣模厚度很小，安裝不準確，產(chǎn)生變形影響精度。使用條件要求苛刻，費用高。26. 傳動的作用、傳動比計算、傳動比分配。 傳動的作用：答：（1 ）改變速度的大?。涸鏊?、減速、調(diào)速；（2）改變運動的方向：順時針、逆時針、空間變向；（3）改變運動的方式：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn),轉(zhuǎn)移,轉(zhuǎn)間歇,轉(zhuǎn)擺動。在精密機械中所采用的機械傳動裝置,按傳動的用途可分為以下3 種：（1）力（功率）傳

26、動。主要用來傳遞動力,改變力或力矩的大小。對它的要求主要是應(yīng)保 證足夠的強度。（2）示數(shù)（測量）傳動。主要用來傳遞運動,包括傳遞數(shù)據(jù)或進行讀數(shù)。對它的要求主要 是保證必需的精度。（3）一般傳動。只作一般傳動或驅(qū)動用,對強度和精度均無嚴格要求。對這類傳動可按結(jié) 構(gòu)條件或類比法設(shè)計。二、 說明題：*1試說明如題圖所示是否符合阿貝原則。*2.說明屏蔽的分類及特點。*3.試說明常用線性擬合方法都有哪些？答：常用線性擬合方法有： 理論擬合；端點連線平移擬合；端點連線擬合；過零旋轉(zhuǎn)擬合； 最小二乘擬合；最小包容擬合*4.試說明信息融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有哪三種？答：根據(jù)數(shù)據(jù)處理方法的不同，信息融合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有三種

27、：分布式、集中式和混合式。1）分布式：先對各個獨立傳感器所獲得的原始數(shù)據(jù)進行局部處理，然后再將結(jié)果送入信息融合中 心進行智能優(yōu)化組合來獲得最終的結(jié)果。分布式對通信帶寬的需求低、計算速度快、可靠 性和延續(xù)性好，但跟蹤的精度卻遠沒有集中式高；分布式的融合結(jié)構(gòu)又可以分為帶反饋的分布式融合結(jié)構(gòu)和不帶反饋的分布式融合結(jié)構(gòu)。2）集中式：集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進行融合處理，可以實現(xiàn)實時 融合，其數(shù)據(jù)處理的精度高，算法靈活，缺點是對處理器的要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量 大，故難于實現(xiàn)；3）混合式：混合式多傳感器信息融合框架中，部分傳感器采用集中式融合方式，剩余的傳感器采 用分布式融合方

28、式。混合式融合框架具有較強的適應(yīng)能力，兼顧了集中式融合和分布式的 優(yōu)點，穩(wěn)定性強?；旌鲜饺诤戏绞降慕Y(jié)構(gòu)比前兩種融合方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這樣就加大了通 信和計算上的代價。*5.論述并說明現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的基本原則都涵蓋哪些方面？ 答：為了減少儀器誤差，保證儀器精度，在設(shè)計時應(yīng)考慮以下原則： 1 從原理上提高精度的原則 誤差平均原理。如采用多次重復(fù)測量，取平均誤差，以提高測量精度。又如采用密珠滾珠導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌均化誤差等。 位移量同步比較原理。即采用不同方法對同一量位移同步運動的方法進行比較 的原理。 誤差補償原理。通過校正、補償環(huán)節(jié)，使儀器中的系統(tǒng)誤差減小或消除，從而提高儀器的精度。2 .阿貝原則將

29、儀器的讀數(shù)刻線尺 ，安排在被測尺寸線的延長線上 ，即被測量與儀器作讀數(shù)用的基 準線應(yīng)順次排成一條直線。3 .運動學設(shè)計原理空間體具有 6 個自由度 ，根據(jù)物體要求運動的方式 ，即要求的自由度數(shù) ，確定施加的 約束數(shù)。4 .變形最小原則 使儀器當受力、重力、熱、內(nèi)應(yīng)力、振動等作用時變形最小。5 .基面合一原則零件設(shè)計時 ，設(shè)計基準、加工基準、檢驗基準、裝配基準要統(tǒng)一。6 .最短傳動鏈原則影響測量精度的測量鏈系統(tǒng)和傳動效率的傳動鏈最短，零件最少。7 .精度匹配原則在分析精度的基礎(chǔ)上 ，對機、光、電各部分精度分配恰當，對各部分提出不同的精度要求。8 .儀器零部件的標準化、系列化、通用化原則9 .儀器

30、可靠性、安全、維修與操作方便原則10 .結(jié)構(gòu)工藝性好原則11 .造型與裝飾宜人原則12 .價值系數(shù)最優(yōu)原則 產(chǎn)品的功能與產(chǎn)品成本之比 ，反映了社會產(chǎn)品價值的高低。*6.精密儀器的產(chǎn)品設(shè)計有哪 3 種類型？ 答：其產(chǎn)品設(shè)計有以下 3 種類型 :1 .創(chuàng)新設(shè)計 新產(chǎn)品設(shè)計根據(jù)市場需要進行創(chuàng)新性開發(fā)新產(chǎn)品。根據(jù)所開發(fā)產(chǎn)品的品種，擬定出新的方案原理進行設(shè)計。2 .適應(yīng)性設(shè)計 已有的產(chǎn)品已不滿足市場的需要，在保留原理方案的基礎(chǔ)上 ，為適應(yīng)市場的需要 ，往現(xiàn)代精密儀器設(shè)計往對系統(tǒng)、部件進行重新的設(shè)計。3 .變型設(shè)計 基本保留原產(chǎn)品的功能、方案原理和結(jié)構(gòu)，只是改動尺寸大小或結(jié)構(gòu)布局的設(shè)計，形成系列產(chǎn)品。*7

31、測控儀器在總體設(shè)計方案中要考慮哪些主要問題？答：設(shè)計任務(wù)分析創(chuàng)新性設(shè)計 測控儀器若干設(shè)計原則的考慮測控儀器若干設(shè)計原理的討論 測控儀器工作原理的選擇和系統(tǒng)設(shè)計 測控系統(tǒng)重要結(jié)構(gòu)參數(shù)與技術(shù)指標 的確定 儀器總體的造型設(shè)計。*8. 阿貝誤差的補償方法有哪些？ 答：可采用動態(tài)跟蹤測量補償與定點測量補償法。*9. 屏蔽的結(jié)構(gòu)形式都有哪些？答：屏蔽罩屏蔽柵網(wǎng)隔艙導(dǎo)電涂料屏蔽銅箔。*10. 精密儀器的信號轉(zhuǎn)換與傳輸原理的選擇都包括哪些？答：按傳感器轉(zhuǎn)換功能不同，可選擇位置檢測或數(shù)值檢測按傳感器對原始信號感受方向不同， 可選擇機械式、 非接觸式和直接引入式 按傳感器轉(zhuǎn)換放大原理不同， 可選擇機 械式、光學式

32、、光電式、電學式或氣動式等。*11. 論述并說明現(xiàn)代精密儀器設(shè)計的程序包括那幾個方面？ 答：具體的設(shè)計程序可歸納如下 :(1) 確定儀器任務(wù) :根據(jù)用戶要求、國家發(fā)展要求、國內(nèi)外市場需求來確定。(2) 調(diào)查研究國內(nèi)外同類產(chǎn)品、性能和特點技術(shù)指標。(3) 對設(shè)計任務(wù)進行分析 ,制定設(shè)計任務(wù)書。(4) 總體方案設(shè)計 :在明確設(shè)計任務(wù)和深入調(diào)查之后 ,就可進行總體方案的構(gòu)思和設(shè)計。 總體設(shè)計包括 : 實現(xiàn)功能的分析 ; 確定信號轉(zhuǎn)換原理與流程 ; 確定有關(guān)機、光、電、算系統(tǒng)的配合并建立數(shù)學模型； 主要參數(shù)的確定 ; 技術(shù)經(jīng)濟的評價?？傮w設(shè)計是儀器設(shè)計的關(guān)鍵一步。在分析時,要畫出示意草圖 ,畫出關(guān)鍵部

33、件的結(jié)構(gòu)草圖 ,進行初步的精度試算和精度分配,進行方案論證和必要的模擬試驗,以考查所擬的方案是否可行 ,確定最佳的方案之后 ,才可進行下一步具體技術(shù)設(shè)計。(5) 技術(shù)設(shè)計。包括 :總體結(jié)構(gòu)設(shè)計 ； 部件設(shè)計 ； 零件設(shè)計 ； 精度計算 ； 技術(shù)經(jīng)濟評價 ； 編寫包括分析和計算的設(shè)計說明書。這一步應(yīng)該包括機、電、光各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(6) 制造樣機、樣機鑒定 :制造樣機 ,進行產(chǎn)品試驗 ,發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計。樣機鑒定 ,編寫設(shè)計說明書、使用說明書、檢定規(guī)程。根據(jù)試制和試驗總結(jié),修正設(shè)計 ,最后設(shè)計定型 ,并進行技術(shù)經(jīng)濟評價及市場情況分析。(7) 批量投產(chǎn)。*12. 說明光學系統(tǒng)具有哪些特點？

34、答：在人類改造自然的進程中,基于光學技術(shù)的方法和儀器占據(jù)重要地位,這是因為光學方法有許多獨特的優(yōu)點 : 由于信息加載于光波 ,故是一種非接觸和非破壞測量 ,還可以進行遠距離測量以及危險、惡 劣環(huán)境中測量。 光波傳播速度快 ,可進行實時測量和控制 ,例如可在生產(chǎn)線上進行自動測量、自動識別、可 以干預(yù)和控制生產(chǎn)。 測量精度高。如激光的穩(wěn)頻精度已達到1 x 10- 7以上，干涉測量的精度可達到 1/100波長。 具有很高的空間分辨率。 可進行圖像處理技術(shù)。綜合題:* 1如題圖所示，請在下圖中的空白框內(nèi)和括弧內(nèi)填上各個功能和作用。答：參考答案。nL甜刪射亂定時乍四、計算題：*1.如圖5-12所示，直流

35、放大器的輸入阻抗Zi=108 Q,R=108 Q,則漏電流引起的干擾為多少？干擾源電動勢 En=15V，絕緣電阻12$諭人町抗J4解:設(shè)直流放大器的輸入阻抗漏電流引起的干擾為：Zi=108 Q,干擾源電動勢 En=15V，絕緣電阻 R=108 Q,貝UUn1081010 108150.149(V)通過計算分析得知，對于高輸入阻抗放大器，即使很弱的漏電流，也會引起嚴重的后果。故在設(shè)計時，要嚴密注意與輸入端有關(guān)的絕緣度，以及周圍的相關(guān)電路安排。2.五、判斷題:*1.如題圖所示電路產(chǎn)生的噪聲干擾，是什么干擾？兩導(dǎo)線主要受到什么干擾？在精密儀器 設(shè)計中應(yīng)采取什么辦法消除？答:是指靜電場耦合，或電容性耦

36、合，是相鄰兩個電路中一個電路通過它們之間的寄生電 容對另一個電路產(chǎn)生的噪聲干擾。應(yīng)采用異向雙絞線設(shè)計。*2.如題圖所示，是一個熱電偶測溫電路, 償，請根據(jù)圖中標出的量值關(guān)系，寫出 解：為了提高檢測精度，采用冷端溫補熱電偶進行補 AD590輸出電壓V的關(guān)系表達式。M*六、簡答題* 1激光干涉儀的設(shè)計要求都包括哪些？答：一套性能良好的激光干涉定位系統(tǒng)應(yīng)該滿足下列要求：(1) 滿足儀器的精度要求激光干涉定位系統(tǒng)一般是用于高精度的儀器作為定位檢測系統(tǒng)，根據(jù)儀器的設(shè)計原則，定位檢測系統(tǒng)的精度應(yīng)占儀器總精度的1/ 31/ 10,根據(jù)儀器的精度來確定干涉系統(tǒng)本身的精度,例如儀器總精度為 1卩m,干涉定位系統(tǒng)

37、的精度應(yīng)小于土0 .1卩m,與之相應(yīng)干涉系統(tǒng)的分辨率應(yīng) 0 .01卩m。在干涉系統(tǒng)設(shè)計時，為滿足精度要求，應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)選型，在布置結(jié)構(gòu)時應(yīng)盡 量滿足阿貝原則及結(jié)構(gòu)的變形最小的原則，同時還應(yīng)采取必要的措施如穩(wěn)頻等保證在外界環(huán)境變化時，對干涉儀的精度影響較小，此外根據(jù)儀器精度的高低，對環(huán)境提出必要的要求。(2) 保證干涉定位系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和較強的抗外界干擾能力干涉系統(tǒng)的穩(wěn)定性是它的重要性能指標之一，否則儀器不能正常工作。為保證穩(wěn)定性，首先干涉條紋要有較高的對比度。對比度越高，獲取的信號質(zhì)量就越好，儀器的穩(wěn)定性就越好。干涉條紋對比度的要求有兩點：一是對于固定點的對比度好 ，二是在測量定位的全行程上的

38、對比度變化小。根據(jù)實踐經(jīng)驗，主要是以光電轉(zhuǎn)換后的正弦信號的質(zhì)量來衡量對比度的優(yōu)劣，對于單頻干涉儀其信號幅值應(yīng)大于2V;全行程內(nèi)幅值的變化應(yīng) 10% ;兩正交信號的正交性 10%。要達到上述指標主要是光學元件的選擇與設(shè)計問題。其次是抗外界干擾能力問題。外界干擾主要是指外界的振動干擾。單頻干涉儀抗 外界干擾能力差，雙頻干涉儀抗外界干擾能力強；解決抗干擾能力的問題除從選擇干涉儀 的類型外還應(yīng)采取必要的措施。(3) 力求結(jié)構(gòu)合理使用方便結(jié)構(gòu)盡量簡化，保證必要的調(diào)整環(huán)節(jié)，以便操作、維修方便，適于工業(yè)生產(chǎn)。*2.光柵的莫爾條紋信號是如何實現(xiàn)細分。，可采用機械、光學和電子學的答：莫爾條紋細分分為空間相位置細

39、分和時間位細分兩類 方法實現(xiàn)。復(fù)習重點*測控儀器則是利用測量和控制的理論，采用機、電、光各種計量測試原理及控制系統(tǒng)與計 算機相結(jié)合的一種范圍廣泛的測量儀器。測控儀器的分類：1.幾何量計量儀器2.熱工量計量儀器3.機械量計量儀器4.時間頻率 計量儀器5.電磁量計量儀器6.無線電參數(shù)測量儀器 7.光學與聲學量測量儀器 8.電離輻 射計量儀器*按功能將儀器分成以下幾個組成部分：1基準部件2傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件 3放大部件4瞄準部件5信息處理與運算裝置 6顯 示部件7驅(qū)動控制器部件 8機械結(jié)構(gòu)部件發(fā)展趨勢：高精度與高可靠性、高效率、智能化、多樣化與多維化。*現(xiàn)代設(shè)計方法的特點：程式性創(chuàng)造性系統(tǒng)性（4）

40、優(yōu)化性計算機輔助設(shè)計*設(shè)計要求：（1）精度要求（2）檢測效率要求（3）可靠性要求（4）經(jīng)濟性要求（5）使用條件要求（6） 造型要求*設(shè)計程序：（1）確定設(shè)計任務(wù)（2）設(shè)計任務(wù)分析，制定設(shè)計任務(wù)書（3）調(diào)查研究，詳細占有資 料（4）總體方案設(shè)計（5）技術(shù)設(shè)計（6）制造樣機（7）產(chǎn)品鑒定或驗收（8）設(shè)計定型后進行小批量 生產(chǎn)*誤差的分類：按誤差的數(shù)學性質(zhì)分 1）隨機誤差是由大量的獨立微小因素的綜合影響所造成的，其數(shù)值的大小和方向沒有一定的規(guī)律，但就其總體而言，服從統(tǒng)計規(guī)律，大多數(shù)隨機誤差服從正態(tài)分布。2）系統(tǒng)誤差由一些穩(wěn)定的誤差因素的影響所造成，其數(shù)值的大小的方向在測量過程中恒定不變或按一定的規(guī)律

41、變化。3）粗大誤差粗大誤差指超出規(guī)定條件所產(chǎn)生的誤差，一般是由于疏忽或錯誤所引起，在測量值中一旦出現(xiàn)這種誤差，應(yīng)予以剔除。按被測參數(shù)的時間特性分1）靜態(tài)參數(shù)誤差不隨時間而變化或隨時間而緩慢變化的被測參數(shù)稱為靜態(tài)參數(shù)，測定靜態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的誤差2）動態(tài)參數(shù)誤差隨時間而變化或時間的函數(shù)的被測參數(shù)稱為動態(tài)參數(shù)，測定動態(tài)參數(shù)所產(chǎn)生的誤差按誤差間的關(guān)系分1）獨立誤差彼此相互獨立，互不相關(guān)，互不影響的誤差2）非獨立誤差（或相關(guān)誤差）一種誤差的出現(xiàn)與其他的誤差相關(guān)聯(lián)，這種彼此相關(guān)的誤差*絕對誤差：被測量測得值x與其真值（或相對真值）X0 之差 =x-xo特點：有量綱、能反映出誤差的大小和方向。*相對誤差：絕對

42、誤差與被測量真值的比值S = /X0特點：無量綱*測量誤差：對某物理量進行測量，所測得的數(shù)值 xi與其真值xo之間的差 i=xi-xoi=1,2,3,n*正確度系統(tǒng)誤差大小的反應(yīng)，表征測量結(jié)果穩(wěn)定地接近真值的程度*精密度隨機誤差大小的反應(yīng)，表征測量結(jié)果的一致性或誤差的分散性*準確度系統(tǒng)誤差和隨機誤差兩者的綜合反應(yīng)，表征測量結(jié)果與真值之間的一致程度* 原理誤差 儀器設(shè)計中采用了近似的理論、近似的數(shù)學模型、近似的機構(gòu)和近似的測量控 制電路所引起的誤差。它只與儀器的設(shè)計有關(guān)，而與制造和使用無關(guān)。* 減小或消除原理誤差影響的方法 ：1）采用更為精確的、符合實際的理論和公式進行設(shè)計 和參數(shù)計算 。2）研

43、究原理誤差的規(guī)律，采取技術(shù)措施避免原理誤差。3 ）采用誤差補償措施。* 制造誤差 產(chǎn)生于制造、 支配以及調(diào)整中的不完善所引起的誤差。 主要由儀器的零件、 元 件、部件和其他各個環(huán)節(jié)在尺寸、 形狀、 相互位置以及其他參量等方面的制造及裝調(diào)的不完 善所引起的誤差。* 減小或制造原理誤差影響的方法 ：制造過程中 1）提高加工精度 2）裝配精度。 設(shè)計過 程中 1）合理地分配誤差和確定制造公差 2）正確應(yīng)用儀器設(shè)計原理和設(shè)計原則3）合理地確定儀器的結(jié)構(gòu)參數(shù) 4）合理的結(jié)構(gòu)工藝性 5）設(shè)置適當?shù)恼{(diào)整好補償環(huán)節(jié)* 運行誤差 儀器在使用過程中所產(chǎn)生的誤差。如力變形誤差、磨損和間隙造成的誤差，溫 度變形引起的

44、誤差，材料的內(nèi)摩擦所引起的彈性滯后和彈性后效，以及振動和干擾等。（一）力變形 為了減小力變形， 在設(shè)計過程中要著重提高儀器結(jié)構(gòu)件的剛度， 合理選擇支 點的位置和材料，適當采用卸荷裝置，使重力引起的變形達到最?。ǘy量力變形 在設(shè)計中應(yīng)盡量減小測量力同時確保測量力在測量過程中的恒定（三）應(yīng)力變形 結(jié)構(gòu)件在加工和裝配過程中形成的內(nèi)應(yīng)力的釋放所引發(fā)的變形同樣影響儀 器精度（四）磨損 磨損使零件產(chǎn)生尺寸、形狀、位置誤差，配合間隙增加，降低儀器的工作精度 的穩(wěn)定性* 儀器誤差分析步驟 ：1）尋找儀器誤差源，找出影響儀器精度的各項誤差2）計算分析各個源誤差對儀器精度的影響 3）精度綜合誤差獨立作用原理

45、：一個源誤差僅使儀器產(chǎn)生一個局部誤差， 局部誤差是源誤差的線性函數(shù)， 與其他源誤差無關(guān)；儀器總誤差是局部誤差的綜合* 基座與立柱結(jié)構(gòu)特點： 結(jié)構(gòu)尺寸較大，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，要承受外載荷及其變化，受熱變形 影響較大。* 設(shè)計要求： 1）要具有足夠的剛度，力變形要小2）穩(wěn)定性好，內(nèi)應(yīng)力變形小 3）熱變形要小 4 ）良好的抗振性*剛度設(shè)計： 1） 有限元分析法：此分析法是一種將數(shù)學、力學與計算機技術(shù)相結(jié)合的對支承 件剛度和動特性進行分析的一種方法； 2） 仿真分析法： 對結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜的支承件， 可采用模 型仿真，雖然花費些物力和時間，但得出的結(jié)果與實際比較接近。* 結(jié)構(gòu)設(shè)計： 1）正確選擇截面形狀與外形

46、結(jié)構(gòu) 2）合理地選擇和布置加強肋， 以增加剛度 3） 正確的結(jié)構(gòu)布局，減小力變形 4）良好的結(jié)構(gòu)工藝性，減小應(yīng)力變形5）合理地選擇材料 6）基座與支承件的壁厚、肋板、肋條厚度* 導(dǎo)軌的功用： 導(dǎo)軌是穩(wěn)定和靈活傳遞直線運動的部件，起著確保運動精度及部件間相互位 置精度的作用。其由運動導(dǎo)軌（動導(dǎo)軌）和支承導(dǎo)軌（靜導(dǎo)軌）組成。* 導(dǎo)軌種類： 1）滑動摩擦導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌面間直接接觸形成滑動摩擦。2）滾動導(dǎo)軌 動靜導(dǎo)軌面間有滾動體，形成滾動摩擦。 3）靜壓導(dǎo)軌 兩導(dǎo)軌面間有壓力油或壓縮空氣，由靜壓 力使動導(dǎo)軌浮起形成液體或氣體摩擦。4）彈性摩擦導(dǎo)軌 利用材料彈性變形，使運動件做精密微小位移。這種導(dǎo)軌僅有彈

47、性材料內(nèi)分子間的內(nèi)摩擦。* 導(dǎo)向精度 動導(dǎo)軌運動軌跡的準確度，直線度運動的平穩(wěn)性 指導(dǎo)軌低速運行時的爬行。表現(xiàn)為忽快忽慢*剛度要求 1） 自重變形 2） 局部變形 3） 接觸變形運動學原理 把動導(dǎo)軌視為有確定運動的剛體，設(shè)計是不允許有多余的自由度和多余的約 束，即只保留確定運動方向的自由度。*彈性平均效應(yīng)原理如滾動導(dǎo)軌， 是在動導(dǎo)軌與靜導(dǎo)軌之間加上滾動體組成的。 如果滾動體個數(shù)很多， 那么這些 滾動體尺寸不可能完全一致， 當導(dǎo)軌裝配施加預(yù)載荷時， 少數(shù)偏大的滾動體因受力而產(chǎn)生彈 性變形， 因而工作臺的運動誤差， 將因?qū)к壐钡膹椥云骄?yīng)而得到平均， 從而提高其承載 能力和導(dǎo)向精度* 導(dǎo)向?qū)к壟c

48、壓緊導(dǎo)軌分立原則在儀器中為保證導(dǎo)軌運動的直線性常用導(dǎo)軌的一面作為導(dǎo)向面，另一面作壓緊面，即導(dǎo)向和壓緊分開，保證通過壓緊力使導(dǎo)向面可靠接觸，保證導(dǎo) 向精度。*滑動摩擦導(dǎo)軌的組合形式：1） V形和平面組合導(dǎo)軌 2）雙V形組合導(dǎo)軌3）雙矩形組合導(dǎo)軌 4）燕尾組合導(dǎo)軌5）雙圓 柱導(dǎo)軌*滾動摩擦導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)形式及其特點： 滾動導(dǎo)軌按不同的滾動體可分為滾珠導(dǎo)軌、滾柱導(dǎo)軌、滾針導(dǎo)軌、滾動軸承導(dǎo)軌1 、雙 V 型滾珠導(dǎo)軌優(yōu)點：運動靈敏，能承受不大的傾覆力矩。缺點：承載能力小，容易壓出溝槽2 、雙圓弧滾珠導(dǎo)軌優(yōu)點：接觸面積大，承載能力強，壽命長。缺點：摩擦力大于 V型滾珠導(dǎo)軌，形狀復(fù)雜，加工困難，不易達到高精度。

49、屬過定位。3、 4圓柱棒滾道的滾珠導(dǎo)軌優(yōu)點：運動精度和運動的靈活性比較高，維修方便，圓柱磨 損后，只需轉(zhuǎn)個方位，仍保持原精度缺點：承載力小，屬過定位4、 V型一一平面滾珠導(dǎo)軌 優(yōu)點：既保證了確定的運動，又沒有過定位。加工與裝配方便。 受熱變形也不會影響精度。缺點：左右滾珠的運動速度不等， Vn>Vm,必須使用單獨的隔 離架。5、 V形滾柱導(dǎo)軌 優(yōu)點：承載能力大，耐磨性好，對導(dǎo)軌面的局部缺陷不敏感。 缺點： 對 、 的差值要求較嚴6、 平面滾動導(dǎo)軌（滾珠或滾柱）優(yōu)點：形狀簡單，加工容易。7、 滾動軸承導(dǎo)軌優(yōu)點：摩擦力矩小，運動靈活，承載能力大，調(diào)整方便。*常用的微位移機構(gòu)： 1、柔性支承壓

50、電器件驅(qū)動的微位移機構(gòu) 2、平行片簧導(dǎo)軌電 壓器件驅(qū)動的微位移機構(gòu) 3、滾動導(dǎo)軌壓電器件驅(qū)動 4、平行片簧導(dǎo)軌步進電機及 機械式位移縮小機構(gòu)驅(qū)動 5 、平行彈簧導(dǎo)軌電磁位移器驅(qū)動 6 、氣浮導(dǎo)軌步進電機 及摩擦傳動7、二維X-Y雙向微位移工作臺*精密微動工作臺設(shè)計要點：（一）設(shè)計要求 1）微動工作臺的支承或?qū)к壐睉?yīng)無機械摩擦、無間隙。2）具有高的位移分辨率及高的定位精度和重復(fù)性精度。3）具有高的幾何精度，工作臺移動時直線度誤差要小，即顛擺、扭擺、滾擺誤差小，運動穩(wěn)定性好。4）微動工作臺應(yīng)具有較高的固有頻率，以確保工作臺具有良好的動態(tài)特性和抗干擾能力。5）工作臺最好采用直接驅(qū)動，即無傳動環(huán)節(jié)，這

51、不僅剛性好，固有頻率高，而且減少了誤差環(huán)節(jié)。*（二）精密微動工作臺設(shè)計中的幾個問題（1）導(dǎo)軌形式的選擇 （2）微動工作臺的驅(qū)動（3）微動工作臺的控制測量電路 是信息流的輸入通道， 其作用是將傳感器輸出的測量信號進行調(diào)理、 轉(zhuǎn)換、 或者運 控制電路 是信息流的輸出通道， 其作用是根據(jù)中央處理系統(tǒng)發(fā)出的命令， 對被控參數(shù)實行控 制。中央處理系統(tǒng) 同時連接著測量電路和控制電路， 即連接著信息流的輸入通道和輸出通道， 因 此它是整個電路與軟件系統(tǒng)的中心，同時也是整個測控儀器的神經(jīng)中樞。*抗干擾能力： 直接影響儀器測量和控制的穩(wěn)定性和可靠性，信噪比S/N 越高，表示抗干擾能力越強* 穩(wěn)定性： 測控電路的

52、穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在零點穩(wěn)定性、放大倍數(shù)(靈敏度)穩(wěn)定性、線性度 穩(wěn)定性、輸入輸出阻抗穩(wěn)定性等幾個方面* 量程與分辨率： 量程越大，分辨率越低；反之，分辨率越高，量程越小。量程與分辨率是 兩個相互矛盾而又相互制約的指標。對于測量電路系統(tǒng)，當這兩個指標無法同時滿足時，通常采用量程自動切換技術(shù)來解決這一矛盾* 輸入與輸出阻抗： 電路系統(tǒng)對輸入阻抗和輸出阻抗的要求隨采用傳感器和控制器的不同而 有所不同， 通常要求輸入阻抗與傳感器的輸出阻抗相匹配， 從而使得輸出信噪比達到最大值* 信噪比： 衡量系統(tǒng)抗干擾能力的技術(shù)指標，以有用信號強度與噪音信號強度之間的比率來 表示，簡稱信噪比，通常以 S/N 表示。*

53、量化誤差： 當輸入量的變化小于數(shù)字電路的一個最小數(shù)字所對應(yīng)的被測量值時，數(shù)字系統(tǒng) 將沒有變化，這一誤差稱為量化誤差。* 非線性誤差： 主要是由傳感器、測量電路或控制電路的非線性引起并共同作用的。* 溫度漂移： 將導(dǎo)致被測量和被控量的漸變，同時使電路元器件的特性參數(shù)發(fā)生變化，使靜 態(tài)工作點偏離原始位置，從而使得測量值和控制值產(chǎn)生偏差* 頻率特性： 在動態(tài)測試情況下， 輸出信號幅度和相位隨輸入信號的頻率變化而變化的特性， 即幅頻和相頻特性。* 響應(yīng)速度： 對于測量電路和控制電路而言，響應(yīng)速度主要是指電子電路對輸入信號的階躍 響應(yīng)特性和相位頻率特性。對于計算機系統(tǒng)及其接口等硬件系統(tǒng)而言，響應(yīng)速度主要

54、是指數(shù)據(jù)傳輸率，即帶寬。 對于軟件系統(tǒng)而言，響應(yīng)速度主要是指軟件的運行速度和指令的執(zhí)行時間。* 總線化準則(1) 內(nèi)部總線 用于系統(tǒng)內(nèi)部連接芯片與芯片、芯片與微處理器的元件級總線 (2) 系統(tǒng)總線 用于聯(lián)接模板與模板的板級總線 (3) 外部總線 用于聯(lián)接系統(tǒng)與 系統(tǒng)之間交換信息與數(shù)據(jù)的通訊總線優(yōu)點： 采用標準化的通用總線，可大大簡化系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰明了， 易于擴充和升級，兼容性強，可互換和通用。* 模塊化準則將整個電路與軟件系統(tǒng)分割成幾個功能相對獨立， 而有相互聯(lián)系的模塊。 模塊化設(shè)計準則既可以用于硬件設(shè)計，也可以用于軟件設(shè)計。優(yōu)點： 1、模塊化設(shè)計思想的引入，使復(fù)雜的工作得以

55、簡化。2、采用模塊化設(shè)計的電路系統(tǒng)易于維護、修改和擴充，單獨的模塊還可移植到其它系統(tǒng)之中，可移植性強。單片機的特點與功用：可靠性高：工業(yè)抗干擾能力優(yōu)于一般的通用CPU程序指令、系統(tǒng)常數(shù)均固化在 ROM中，不易破壞；硬件集成度高，使系統(tǒng)整體可靠性大大提高。易擴展：單片機內(nèi)具有計算機正常運行所必需的部件，芯片外部有許多供擴展用三總線及并行、 串行I/O管腳，很容易構(gòu)成各種規(guī)模的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。控制功能強：為滿足工業(yè)控制要求，單片機的指令系統(tǒng)均有級為豐富的條件分支轉(zhuǎn)移指令、I/O 端口的邏輯操作以及位處理功能。 存儲器容量?。菏芗啥认拗?，一般ROM為幾k字節(jié)，RAM僅有幾百字節(jié)，經(jīng)擴展后也只能達到幾十 k字節(jié)。 體積?。河捎趩纹瑱C的高集成度，使得整個儀器電路系 統(tǒng)的體積有可能大幅度縮小， 并可以形成便攜式儀器， 攜帶和使用非常方便。 特別適用于小 型測控儀器和便攜式測控儀器。由單片機構(gòu)成的主機電路： 以單片機為核心的中央處理系統(tǒng)的設(shè)計， 應(yīng)將單片機作為一個芯片，同主機電路的其他芯片有機地結(jié)合起來，從而構(gòu)成一體化處理系統(tǒng)。由于單片機內(nèi)部的存儲器容量和I/O端口能力十分有限，因此基于單片機的主機電路系統(tǒng)的主要任務(wù)是對單片 機的存儲器和端口進行擴展。名稱原理特點注意問題內(nèi) 插 式將輸入或輸出接口電路制成印 制板的插板形式，并直接插入 PC機