机电一体化机械系统精度设计总结课件.ppt

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1、2.2机械系统的精度设计基础2.2机械系统的精度设计基础BaseofPrecisionDesigninMechanicalSystem2.2.1精度设计中的主要原理与原则MainTheoriesandPrincipalsinPrecisionDesign大多数机电一体化系统均有较高的精度要求，属于精密设备。其基本特点是精度、效率和自动化程度要求高，结构比较复杂，但其共同的基础是精密机械技术。精密机械技术与普通机械技术比较，在机械原理、功用和重要性方面并无多大变化。其主要区别在于精度、分辨率和灵敏度等性能指标上，这就需

2、要有充分的科学理论和实验为依据，才能进行有效的精度设计。在精度设计时，应遵循下列的主要原理与原则，并要在实践中灵活地加以运用。1.精度设计中的主要原理与原则1.阿贝误差原理它是由德国人阿贝（E·Abbe）于1890年提出的。其主要内容为：长度测量时，被测尺寸与标准尺寸必须处在测量方向的同一直线上。图2-10阿贝误差原理设计示例Fig.2-10ExampleofDesigninAbbeErrorTheoryl1.精度设计中的主要原理与原则采用阿贝原理，就能避免产生一阶误差，只有二阶误差，从而得到较高的测量精度。它既是测

3、量原理，又是精密设备中测量系统总体分布时的基本原则，因而具有重要意义。图2-10a所示为千分尺，被测件尺寸与读数刻度尺彼此在对方的延长线上，符合阿贝原理。设千分螺杆在移动过程中，由于制造误差或磨损而造成间隙，将会产生偏摆而形成倾角θ，测量工件时，实际测得的倾斜长度l与正确长长L之间产生的测量误差Δ1为:这表示了Δ1与θ之间形成二阶误差关系。1.精度设计中的主要原理与原则图2-10b所示为游标卡尺，被测件尺寸与主尺上的读数刻度尺不在同一直线上，不符合阿贝原理。同理，由于倾角θ存在，产生的测量误差Δ2为：这表示了Δ2与θ

4、之间形成一阶误差关系。为了提高测量精度应尽可能减小H与θ值。在坐标镗床或三坐标测量机中，如图2-11所示，由于横梁变形或导轨变形也产生一阶测量误差影响定位精度。其误差Δ=±Hθ，为了减少测量误差，采用下列改进措施。1.精度设计中的主要原理与原则(1)应尽可能减小H值。(2)利用阿贝误差的方向性，采用凸凹导轨（导轨曲线凸时，误差为正值；反之，误差为负值），或者采用两层拖板，使垂直阿贝误差和水平阿贝误差相互抵消。(3)采用辅助横梁防止变形或者采用误差补偿机构等。1.精度设计中的主要原理与原则a)横梁变形b)导轨变形图2-

5、11横梁和导轨变形引起的误差Fig.2-11ErrorResultfromDeformationofBeamandLeadingTrack2.运动学设计原理2.运动学设计原理一个空间物体具有6个自由度，要使它定位，需要适当配置6个约束加以限制，这是6点定位原理。相反，要使物体相对固定的坐标运动，只能配置少于6个约束才能实现。因此，运动学设计原理应遵守下列条件：1）物体相对运动数等于自由度数减去约束数。2）要求约束条件为点接触，且该点应垂直于欲限制自由度的方向。同时要求在同一平面或直线上的点接触之间的距离尽可能大些，以

6、免运动到端部造成不稳定。2.运动学设计原理a)b)图2-12运动学设计原理Fig.2-12DesignTheoriesinKinematics2.运动学设计原理图2-12a所示为理想的滚动导轨副，它符合运动学设计原理。左边V形导轨内两个钢球提供4个约束，右边至少一个钢球提供一个约束。使上滑板只能沿V形导轨方向移动。运动学设计原理，一般仅使用于高精度的、承载小及运动行程不大的场合。运动学设计原理优点:1)较低的制造精度可获得较高的定位精度。2)力学上是静定问题，各定位点的载荷可预先计算。2.运动学设计原理当零件重量较大

7、或有载荷作用时，其接触应力较大。点接触就会变成小面积接触，因此，理想的点接触实际上是不存在的。为了克服这一点就产生了半运动学设计原理。半运动学设计原理是以小面积接触或短线接触代替点接触来约束运动方向。图2-12b为半运动学设计的轴系，用至少3个钢球与轴锥面接触，提供3个约束；轴与轴套的短线接触提供2个约束条件，才能使轴在轴套中旋转，且能实现自动定心，影响轴回转精度的主要因素是轴系的配合间隙和钢球直径误差。3.平均效应原理3.平均效应原理在运动副和定位机构设计中，采用运动学设计原理和6点定位原理，就可避免产生静不定和相

8、互干涉。但是，用单点定位约束某个自由度时，由于定位点的误差，其定位精度始终低于该定位点的精度。而且，由于单点定位的接触应力较大，产生相应的接触变形，随着时间的推移，磨损增加，其精度会降低。为了克服这一缺点，产生了多点定位原理，应用平均效应作用，使误差得到均化从而提高机构的运动精度或定位精度。在精密机械设备中，平均效应原理的应用很广，如导轨副、密