補(bǔ)充精設(shè)復(fù)習(xí)題

1、現(xiàn)代精密儀器設(shè)計總復(fù)習(xí)一、 基本概念題：*1.現(xiàn)代精密儀器的基本組成答：1 .基準(zhǔn)部件2 .感受轉(zhuǎn)換部件3 .轉(zhuǎn)換放大部件4 .瞄準(zhǔn)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(jī)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(biāo)。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。對儀器零件精度的要求也應(yīng)合理,

2、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(yán)格的精度要求。同時還應(yīng)采取補(bǔ)償措施,提高整體精度。2 .經(jīng)濟(jì)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(jì)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(jì),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(jì),在精度或效率要求較高時,簡單方案便不能滿足要求,必須由簡到繁選用相

3、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(jì)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(jìn)技術(shù),爭取最大經(jīng)濟(jì)效益。在考慮儀器經(jīng)濟(jì)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(fèi)、工時費(fèi)、備件費(fèi)、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)(動力及輔料費(fèi))、停工損失費(fèi)、管理費(fèi)、培養(yǎng)費(fèi)等。必須綜合考慮后,才能看出真正的經(jīng)濟(jì)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)

4、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(yán)格的節(jié)拍進(jìn)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(fèi)用,還便于遠(yuǎn)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?biāo)除了用完成規(guī)定功能的成功概

5、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(jìn),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(xué)地進(jìn)行定量計算。5 .壽命在設(shè)計中應(yīng)注意考慮提高壽命的方法,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(dāng)?shù)牟牧霞盁崽幚?、化學(xué)處理方法;規(guī)定合理的使用操作規(guī)程、維護(hù)保養(yǎng)方

6、法、包裝搬運(yùn)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(xì)部的美化等,都必須認(rèn)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(xì)部精致?？傊谷藗兏械绞且慌_現(xiàn)代精密儀器,必須小心維護(hù),細(xì)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

7、同步運(yùn)動的方法進(jìn)行比較的原理。誤差補(bǔ)償原理。通過校正、補(bǔ)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(zhǔn)線應(yīng)順次排成一條直線。3 .運(yùn)動學(xué)設(shè)計原理空間體具有 6個自由度,根據(jù)物體要求運(yùn)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(dāng)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(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、檢驗基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)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(jī)、

8、光、電各部分精度分配恰當(dāng),對各部分提出不同的精度要求。8 .儀器零部件的標(biāo)準(zhǔn)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)調(diào)查研究國內(nèi)外同類產(chǎn)品、性能和特點(diǎn)技術(shù)指標(biāo)。(3)對設(shè)計任務(wù)進(jìn)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(jìn)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

9、信號轉(zhuǎn)換原理與流程;確定有關(guān)機(jī)、光、電、算系統(tǒng)的配合并建立數(shù)學(xué)模型;主要參數(shù)的確定;技術(shù)經(jīng)濟(jì)的評價。總體設(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(jìn)行初步的精度試算和精度分配,進(jìn)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(jìn)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(jì)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(jī)、電、光各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(6)制造樣機(jī)、樣機(jī)鑒定:制造樣機(jī),進(jìn)行產(chǎn)品試驗,發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計。樣機(jī)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

10、驗總結(jié),修正設(shè)計,最后設(shè)計定型,并進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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)

11、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(biāo),根據(jù)系統(tǒng)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(biāo)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)

12、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(jī)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(jìn)行經(jīng)濟(jì)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(jī)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(zhǔn)確

13、的測量結(jié)果,必須將被測件布置在基準(zhǔn)元件沿運(yùn)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(jìn)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“設(shè)計任務(wù)分析”,也就是要詳細(xì)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(biāo),摘要寫進(jìn)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(jìn)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(jìn)行深入調(diào)查研究,比較多種方案,為總體

14、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(diǎn)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(biāo),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 1m10m,主軸回轉(zhuǎn)精度 1m10m,圓分度精度為 110。高精度:直線位移精度為 0 .1m1m,主軸回轉(zhuǎn)精度為 0 .1m1m,圓分度精度為 0 .21。超高精度:直線位移精度為

15、 < 0 .1m,主軸回轉(zhuǎn)精度為 < 0 .1m,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(jī)械系統(tǒng)還是控制系統(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(jì);相反,又達(dá)不到使用的目的。所以精度必須與經(jīng)濟(jì)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(jī)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(biāo)準(zhǔn)化、便于維修;而對單件小批量生產(chǎn),則可采用通用機(jī)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

16、對精密機(jī)械設(shè)備、微細(xì)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。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(jī)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(jī)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(diǎn)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

17、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(diǎn)則是防塵、防油、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(hù)當(dāng)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(hù)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(hù),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(biāo)的作用,精密儀器的技術(shù)指標(biāo)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(biāo)的方法。答：

18、（1）.根據(jù)設(shè)備的用途確定主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)（2）.根據(jù)測量 (加工)對象的主要尺寸確定主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)（3）.根據(jù)測量 (加工)精度確定主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)（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(biāo)（5）.根據(jù)系列化要求確定主要參數(shù)和技術(shù)指標(biāo)（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(biāo)*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(biāo)有哪些

19、 ?非接觸式測量系統(tǒng)主要動態(tài)誤差有哪些 ?如何計算 ?答：17. 基座與支承件的基本要求是什么 ?基座的支點(diǎn)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(zhǔn)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110。&#

20、160;2）高精度:0. 1 um1 um主軸回轉(zhuǎn)精度0.1 um1 um圓分度精度0.21。 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(jī)床受力對精度的影響，影響最大的是懸臂梁。答：機(jī)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(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目）和機(jī)構(gòu)自有度（機(jī)構(gòu)具有獨(dú)立運(yùn)動參數(shù)的數(shù)目）*23.&

21、#160;制造、安裝、運(yùn)行和原理誤差在精密機(jī)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(yùn)行誤差次之。但在儀器測量誤差中運(yùn)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(jī)構(gòu)、驅(qū)動電機(jī)、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

22、）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(yùn)動平面間的不平行性； 系統(tǒng)的靜剛度工作臺傳動系統(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(fù)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(diǎn)。 答：導(dǎo)軌主要由運(yùn)動件和承導(dǎo)件兩部分組成。 滑動導(dǎo)軌是由支承件和運(yùn)動件直接接觸的導(dǎo)軌。

23、優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、接觸剛度大。缺點(diǎn)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(yùn)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(yùn)送時不易產(chǎn)生爬行。工作臺起動和運(yùn)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(diǎn)：  運(yùn)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

24、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(rèn)為是無摩擦，故使用壽命長。沒有振動和爬行現(xiàn)象，可以進(jìn)行微細(xì)的送進(jìn)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(diǎn)外，還有下列缺點(diǎn)：  承載能力低，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。   

25、;  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(dāng)，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(zhǔn)確，產(chǎn)生變形影響精度。使用條件要求苛刻，費(fèi)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）改變速度的大小：增速、減速、調(diào)速； （2）改變運(yùn)動的方向：順時針、逆時針、空間變向； （3）改變運(yùn)動的方式：轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)間歇，轉(zhuǎn)擺動。 在精密

26、機(jī)械中所采用的機(jī)械傳動裝置，按傳動的用途可分為以下3種： （1）力（功率）傳動。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(qiáng)度。 （2）示數(shù)（測量）傳動。主要用來傳遞運(yùn)動，包括傳遞數(shù)據(jù)或進(jìn)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(qiáng)度和精度均無嚴(yán)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(diǎn)。*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(diǎn)連線平移擬合；端點(diǎn)連線擬合； 過零旋轉(zhuǎn)擬合；最小二乘

27、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:分布式、集中式和混合式。1)分布式： 先對各個獨(dú)立傳感器所獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行局部處理，然后再將結(jié)果送入信息融合中心進(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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(diǎn)是對處理器的要求高，可靠性較低，數(shù)據(jù)量大，故難

28、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式?；旌鲜饺诤峡蚣芫哂休^強(qiáng)的適應(yīng)能力，兼顧了集中式融合和分布式的優(yōu)點(diǎn)，穩(wěn)定性強(qiáng)。混合式融合方式的結(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(yùn)動的方法進(jìn)行比較的原理。誤差

29、補(bǔ)償原理。通過校正、補(bǔ)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(zhǔn)線應(yīng)順次排成一條直線。3 .運(yùn)動學(xué)設(shè)計原理空間體具有 6個自由度,根據(jù)物體要求運(yùn)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(dāng)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(zhǔn)、加工基準(zhǔn)、檢驗基準(zhǔn)、裝配基準(zhǔn)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(jī)、光、電各部分精度分配恰當(dāng),對各部分

30、提出不同的精度要求。8 .儀器零部件的標(biāo)準(zhǔn)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。*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(jìn)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(jìn)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(jìn)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),

31、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(biāo)的確定 儀器總體的造型設(shè)計。*8. 阿貝誤差的補(bǔ)償方法有哪些？答：可采用動態(tài)跟蹤測量補(bǔ)償與定點(diǎn)測量補(bǔ)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(jī)械式、非接觸式和直接引入式 按

32、傳感器轉(zhuǎn)換放大原理不同，可選擇機(jī)械式、光學(xué)式、光電式、電學(xué)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(diǎn)技術(shù)指標(biāo)。(3)對設(shè)計任務(wù)進(jìn)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(jìn)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(jī)、光、電、算系統(tǒng)的配合并建立數(shù)學(xué)模型;主要參數(shù)的確定;技術(shù)經(jīng)濟(jì)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

33、部件的結(jié)構(gòu)草圖,進(jìn)行初步的精度試算和精度分配,進(jìn)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(jìn)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(jì)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(jī)、電、光各部分的結(jié)構(gòu)設(shè)計。(6)制造樣機(jī)、樣機(jī)鑒定:制造樣機(jī),進(jìn)行產(chǎn)品試驗,發(fā)現(xiàn)問題及時修改設(shè)計。樣機(jī)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(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)評價及市場情況分析。(7)批量投產(chǎn)。*12. 說明光學(xué)系統(tǒng)具有哪些特點(diǎn)？ 答：在人類改造自然的進(jìn)程中,基于光學(xué)技術(shù)的方

34、法和儀器占據(jù)重要地位,這是因為光學(xué)方法有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn):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(jìn)行遠(yuǎn)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(jìn)行實時測量和控制,例如可在生產(chǎn)線上進(jìn)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(dá)到 1×10- 7以上,干涉測量的精度可達(dá)到1/100 波長。具有很高的空間分辨率?？蛇M(jìn)行圖像處理技術(shù)。三、 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。四、 計算題：*1. 如圖5-12所示，直流放大器的輸入阻抗Zi=108，干擾源電動勢En=15V，絕緣電阻R=

35、108 ，則漏電流引起的干擾為多少？解：設(shè)直流放大器的輸入阻抗Zi=108，干擾源電動勢En=15V，絕緣電阻R=108 ，則漏電流引起的干擾為：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(yán)重的后果。故在設(shè)計時，要嚴(yán)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，為了提高檢測

36、精度，采用冷端溫補(bǔ)熱電偶進(jìn)行補(bǔ)償，請根據(jù)圖中標(biāo)出的量值關(guān)系，寫出AD590輸出電壓VI的關(guān)系表達(dá)式。解：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 1m,干涉定位系統(tǒng)的精度應(yīng)小于±0 .1m,與之相應(yīng)干涉系統(tǒng)的分辨率應(yīng) < 0 .01m。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

37、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(qiáng)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(biāo)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(diǎn):一是對于固定點(diǎn)的對比度好,二是在測量定位的全行程上的對比度變化小。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) <

38、 10% ;兩正交信號的正交性 < 10%。要達(dá)到上述指標(biāo)主要是光學(xué)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(qiáng);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(xì)分。答：莫爾條紋細(xì)分分為空間相位置細(xì)分和時間位細(xì)分兩類,可采用機(jī)械、光學(xué)和電子學(xué)的方法實現(xiàn)。復(fù)習(xí)重點(diǎn)*測控儀器則是利用測量和控制的理論，采用機(jī)、電、光各種計量測試原理及控制系統(tǒng)與計算機(jī)相結(jié)合的一

39、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(jī)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(xué)與聲學(xué)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(zhǔn)部件 2 傳感器與感受轉(zhuǎn)換部件3 放大部件4 瞄準(zhǔn)部件 5 信息處理與運(yùn)算裝置6 顯示部件7 驅(qū)動控制器部件8 機(jī)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(diǎn)：(1)程式性(2)創(chuàng)造性(3)系統(tǒng)性 (4)優(yōu)化性(5)計算機(jī)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)

40、經(jīng)濟(jì)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(xì)占有資料(4)總體方案設(shè)計(5)技術(shù)設(shè)計(6)制造樣機(jī)(7)產(chǎn)品鑒定或驗收(8)設(shè)計定型后進(jìn)行小批量生產(chǎn) *誤差的分類：按誤差的數(shù)學(xué)性質(zhì)分1）隨機(jī)誤差 是由大量的獨(dú)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(jī)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

41、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(dú)立誤差 彼此相互獨(dú)立，互不相關(guān)，互不影響的誤差2）非獨(dú)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) xo 之差 =x-xo特點(diǎn)：有量綱、能反映出誤差的大小和方向。*相對誤差 ：絕對誤差與被測量真值的比值 =/xo特點(diǎn)：無量綱*測量誤差：對某物理量

42、進(jìn)行測量，所測得的數(shù)值xi與其真值xo之間的差 i=xi-xo i=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(jī)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(zhǔn)確度 系統(tǒng)誤差和隨機(jī)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(xué)模型、近似的機(jī)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(jìn)行設(shè)計和參數(shù)計算 。2）研究原理誤差的規(guī)律，采取技術(shù)措施避免原理誤差。 3）采用誤差補(bǔ)償措施 。*制

43、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(dāng)?shù)恼{(diào)整好補(bǔ)償環(huán)節(jié)*運(yùn)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

44、著重提高儀器結(jié)構(gòu)件的剛度，合理選擇支點(diǎn)的位置和材料，適當(dāng)采用卸荷裝置，使重力引起的變形達(dá)到最小 （二）測量力變形 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(dú)立作用原理：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)

45、構(gòu)特點(diǎn)：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(xué)、力學(xué)與計算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的對支承件剛度和動特性進(jìn)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(fèi)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結(jié)構(gòu)2）合理地選擇和布置加強(qiáng)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

46、厚度*導(dǎo)軌的功用：導(dǎo)軌是穩(wěn)定和靈活傳遞直線運(yùn)動的部件，起著確保運(yùn)動精度及部件間相互位置精度的作用。其由運(yùn)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(yùn)動件做精密微小位移。這種導(dǎo)軌僅有彈性材料內(nèi)分子間的內(nèi)摩擦。*導(dǎo)向精度 動導(dǎo)軌運(yùn)動軌跡的準(zhǔn)確度，直線度運(yùn)動的平穩(wěn)性 指導(dǎo)軌低速運(yùn)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(yùn)動學(xué)原理 把動

47、導(dǎo)軌視為有確定運(yùn)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(yùn)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(dāng)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(yùn)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壓緊導(dǎo)軌分立原則 在儀器中為保證導(dǎo)軌運(yùn)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

48、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(diǎn)：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(diǎn)：運(yùn)動靈敏，能承受不大的傾覆力矩。 缺點(diǎn)：承載能力小，容易壓出溝槽 2、雙圓弧滾珠導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)：接觸面積大，承載能力強(qiáng)，壽命長。 缺點(diǎn)：摩擦力大于 V型滾珠導(dǎo)軌，形狀復(fù)雜，加工困難，不易達(dá)到高精度。屬過定位 。3、4圓柱棒滾道的滾珠導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)動精度和運(yùn)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(diǎn)：承載力小，屬過定位 4、V型平面滾珠導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)：既保證了確定的運(yùn)動，又沒有過定位。加工與裝配

49、方便。受熱變形也不會影響精度。 缺點(diǎn)：左右滾珠的運(yùn)動速度不等， Vn>Vm，必須使用單獨(dú)的隔離架。 5、V形滾柱導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)：承載能力大，耐磨性好，對導(dǎo)軌面的局部缺陷不敏感 。 缺點(diǎn)：對 、 的差值要求較嚴(yán) 6、平面滾動導(dǎo)軌（滾珠或滾柱） 優(yōu)點(diǎn)：形狀簡單，加工容易。7、滾動軸承導(dǎo)軌 優(yōu)點(diǎn)：摩擦力矩小，運(yùn)動靈活，承載能力大，調(diào)整方便。*常用的微位移機(jī)構(gòu)：1、柔性支承壓電器件驅(qū)動的微位移機(jī)構(gòu) 2、平行片簧導(dǎo)軌電壓器件驅(qū)動的微位移機(jī)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(jìn)電機(jī)及機(jī)械式位移縮小機(jī)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(jìn)電機(jī)及摩擦傳動 7、二維X-Y雙向微位

50、移工作臺 *精密微動工作臺設(shè)計要點(diǎn)：（一）設(shè)計要求1）微動工作臺的支承或?qū)к壐睉?yīng)無機(jī)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(yùn)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(jìn)行調(diào)理、轉(zhuǎn)換、或者運(yùn)算等

51、?？刂齐娐肥切畔⒘鞯妮敵鐾ǖ?，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(qiáng)*穩(wěn)定性：測控電路的穩(wěn)定性主要體現(xiàn)在零點(diǎn)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(biāo)。對于測量電路系統(tǒng)，當(dāng)這兩個指標(biāo)無法同時滿足時，通常采

52、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(dá)到最大值*信噪比：衡量系統(tǒng)抗干擾能力的技術(shù)指標(biāo)，以有用信號強(qiáng)度與噪音信號強(qiáng)度之間的比率來表示，簡稱信噪比，通常以S/N表示。*量化誤差：當(dāng)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(diǎn)偏離原始位置，

53、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(jī)系統(tǒng)及其接口等硬件系統(tǒng)而言，響應(yīng)速度主要是指數(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(yùn)行速度和指令的執(zhí)行時間。 *總線化準(zhǔn)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(diǎn)：采用標(biāo)準(zhǔn)化的通用

54、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(kuò)充和升級，兼容性強(qiáng)，可互換和通用。*模塊化準(zhǔn)則 將整個電路與軟件系統(tǒng)分割成幾個功能相對獨(dú)立，而有相互聯(lián)系的模塊。模塊化設(shè)計準(zhǔn)則既可以用于硬件設(shè)計，也可以用于軟件設(shè)計。 優(yōu)點(diǎn)：1、模塊化設(shè)計思想的引入，使復(fù)雜的工作得以簡化。2、采用模塊化設(shè)計的電路系統(tǒng)易于維護(hù)、修改和擴(kuò)充，單獨(dú)的模塊還可移植到其它系統(tǒng)之中，可移植性強(qiáng)。單片機(jī)的特點(diǎn)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(kuò)展：單片機(jī)內(nèi)具有計算機(jī)正常運(yùn)行所必需的部件，芯片外部有許多供擴(kuò)

55、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(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 控制功能強(qiáng)：為滿足工業(yè)控制要求，單片機(jī)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。 存儲器容量小：受集成度限制，一般ROM為幾k字節(jié)，RAM僅有幾百字節(jié)，經(jīng)擴(kuò)展后也只能達(dá)到幾十k字節(jié)。 體積小：由于單片機(jī)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(jī)構(gòu)成的主機(jī)電路：以單片機(jī)為核心的中央處理系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)將單片機(jī)作為一個芯片，同主機(jī)電路的其他芯片有機(jī)地結(jié)合起來，從而構(gòu)成一體化處理系統(tǒng)。由于單片

56、機(jī)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(jī)的主機(jī)電路系統(tǒng)的主要任務(wù)是對單片機(jī)的存儲器和端口進(jìn)行擴(kuò)展。名稱原理特點(diǎn)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(jī)主機(jī)箱內(nèi)的擴(kuò)展槽內(nèi)，通過計算機(jī)的各種系統(tǒng)總線與CPU交換信息。來自測量電路的測量信號通過插板與計算機(jī)打交道，主機(jī)與控制電路系統(tǒng)之間也是通過插板進(jìn)行聯(lián)系。 構(gòu)成簡便，結(jié)構(gòu)緊湊，成本低廉，可直接形成典型的個人儀器。 另一方面，由于PC機(jī)的擴(kuò)展槽數(shù)量有限，可用于輸入/輸出接口的擴(kuò)展槽較少，靈活性較差。在設(shè)計內(nèi)插式測控儀器時應(yīng)留意可用的擴(kuò)展槽的總線形式（PCI總線或AGP總線），以便正確設(shè)計接口電路的總線結(jié)構(gòu)。另一方面，擴(kuò)展槽上的接口板是由PC機(jī)的電源統(tǒng)一供電的，在設(shè)計內(nèi)插式接口電路板時應(yīng)考慮PC機(jī)電源的容量大小。外接式將輸入接口與輸出接口安裝于PC機(jī)箱外部一個獨(dú)立的外接電箱中，并通過外部總線（如RS-232C串行總線或IEEE-488并行總線等）與PC機(jī)通訊和傳遞數(shù)據(jù)。 靈活方便，適用于多通道、高速數(shù)據(jù)采集或一些特殊場合的測控要求。外接電箱可以根據(jù)不同功能或要求單獨(dú)進(jìn)行設(shè)計，也可以購置通用電箱和處理系統(tǒng)。PC機(jī)既可以用于本測控儀器專用，也可以兼作它用，具有極大的靈活性。組合式將內(nèi)插式和外接式兩種方式有機(jī)結(jié)合起來，輸入接口與輸出接口安裝于PC機(jī)箱外部一個獨(dú)立的專用電箱中，同時在PC