精密机械和仪器设计试题(库)

1、仪器误差的主要来源

原理误差：光－机－电系统的理论误差、方案误差、机构简化误差、零件原理误差等。

制造误差：零件设计时都有公差（没有公差的零件是不能加工的），从而造成制作中的误差。运行误差：运行过程中产生——仪器部（应力、老化）、磨损、外界环境变化（温度、压力、振动）、间隙与空程等。

2、步进电机分为哪三类

按励磁相数分：有三相、四相、五相等步进电机

按运转方式分：有旋转式步进电机和直线式步进电机

按转子结构分为三种：反应式(VR，Variable Reluctance）、永磁式(PM，Permanent Magnet)、混合式(HB,Hybrid)

反应式步进电机利用磁阻转矩转动，结构简单，步矩角小，性价比高，

应用广泛，但动态性差

永磁式步进电机用永久磁钢作为电机的定子或转子，电磁阻尼大，步矩

角大，启动频率低，功率小

混合式步进电机在永磁和变磁阻原理共同作用下，输出转矩大，步矩角

小结构复杂，成本高

3、按检测对象所属分类的不同，可将传感器分为物理量传感器、化学量传感器以及生物量传感器，其检测原理分别基于各种物理现象、化学反应和生物效应。

4、滑动摩擦导轨组合总结

v形和平面组合导轨主要应用于：导向精度高、承载能力大的仪器导轨。

双v形导轨——导向精度要求高，磨损小的仪器，精密仪器导轨。

双矩形导轨——应用于导向精度要求不高，承载力大的仪器导轨。

燕尾导轨——通常用在结构尺比较小及导向精度与运动灵便性要求不高的场合。

双圆柱导轨——主要应用于小型仪器的立柱。

滚动导轨

气浮导轨

5、低速运动时，导轨运动的驱动指令是均匀的，而与导轨相连的工作台却出现一慢一快，一跳一停的现象，称为“爬行”。

产生原因：

（1）导轨间动、静摩擦系数差值较大

（2）动摩擦系数随速度变化

（3）系统刚度差

6、分辨率（Resolution）——仪器设计中最重要的指标

仪器能够感受、识别或探测的输入量的最小值。

7、压电材料

压电效应

压电材料的主要属性是，其弹性效应和电极化效应在机械应力或电场（电压）作用下将发生相互耦合，也就是应力－应变－电压之间存在在联系。

正压电效应

在机械应力作用下，将机械能转换为电能。

逆压电效应

在电压作用下，将电能转换为机械能。

磁致伸缩效应

工作原理：磁场作用下，长度、应力、弹性模量与声传播速度均会发生变化

电介质在电场的作用下，有两种效应压电效应和电致伸缩效应，统称机电耦合效应。

电介质在电场的作用下，由于感应极化作用而引起应变，应变与电场方向无关，应变的大小与电场的平方成正比，这个现象称为电致伸缩效应。而压电效应是指电介质在机械应力作用下产生电极化，电极化的大小与应力成正比，电极化的方向随应力的方向而改变。在微位移器件中我们应用的是逆压电效应，即电介质在外界电场作用下，产生应变，应变的大小与电场大小成正比，应变的方向与电场的方向有关，即电场反向时应变也改变方向；

8、仪器的支承件主要包括基座、支柱、机柜、机箱等。

作用：1）联接和支承

2）保证工作精度

9、刚度：主轴某处在外力作用下，与主轴在该处的位移量之比。

提高主轴刚度的措施：

1）加大主轴直径

2）合理选择支承跨距

3）缩短主轴悬伸长度

4）提高轴承刚度

10、导轨部件的组成：

运动导轨和支承导轨

导轨的功用：

传递精密直线运动

导轨的分类：

1）滑动摩擦导轨

2）滚动摩擦导轨

3）静压导轨

4）弹性摩擦导轨

导轨的几何精度：直线度、平行度、垂直度

11、主轴系统的热稳定性

主要原因：传动件在运转中摩擦而产生的。

减小热变形的措施：

将热源与主轴系统分离；

减少轴承摩擦的热源的发热量；

采用冷却散热装置；

采用热补偿；

合理选择推力支承的位置。

12、阿贝（Abbe）原则

1890年，Abbe提出一项量仪设计的指导性原则——“要使量仪给出

准确的测量结果，必须将被测件布置在基准元件沿运动方向的延长线上”。——共线原则结论——遵守阿贝原则可以消除一阶误差。

举例线纹尺测量的三种方式

()2

'2'222''22'212

1Y 21cos 1Z ))ϕδδδϕδϕϕδϕ

ϕδc c c c b II a atg Z a I =+=≈≈

-=≈=轴转动，绕轴转动，绕中

图轴转动，绕中

图 一阶微量—二阶微量、—二阶微量、

—微量、—中

图轴转动：

和绕ϕϕϕϕϕδa c b c III Y Z 222

32

1)=

δ1——一阶误差（First-order Error ）

δ2——二阶误差（Second-order Error ）

结论——遵守阿贝原则可以消除一阶误差。

14、.柔性支承—压电或电致伸缩微位移器驱动

柔性支承微动机构是近年来发展起来的一种新型的微位移机构。它的特点是结构紧凑、体积很小，可以做到无机械摩擦、无间隙，其有较高的位移分辨率，可达1nm 。使用压电或电致伸缩器件驱动，不仅控制简单(只需控制外加电压)，而且可以很容易实现亚微米甚至是毫微米级的精度，同时不产生噪声和发热，可适于各种介质环境工作，是精密机械中理想的微位移机构。书P143

15、微位移系统的应用：微位移系统在精密仪器中主要用于提高整机的精度，根据目前的应用围，大致可分为四个方面:

1.精度补偿

2.微进给

3.微调

4.微执行机构