第9章-儀器常用裝置.ppt

第九章儀器常用裝置,9.1概述,儀器常用裝置包括有微動(dòng)裝置、鎖緊裝置、示數(shù)裝置和隔振器等,微動(dòng)裝置是精密儀器中使某一部件在一定范圍內(nèi)，產(chǎn)生平穩(wěn)和微量移動(dòng)的裝置。,9.2微動(dòng)裝置,當(dāng)前隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是在微電子、生物、材料等學(xué)科中高科技的要求，對(duì)于制造及加工工藝的需求已日益提高，儀器的精度及靈敏度要求要越來(lái)越高?？煽康奈⑽灰蒲b置用來(lái)解決此類(lèi)的問(wèn)題需求，然而普通的機(jī)械式的位移裝置如：螺旋、螺旋斜面、齒輪杠桿、蝸輪與凸輪等微動(dòng)裝置已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能適應(yīng)上述要求，近年來(lái)機(jī)電式的微位移裝置如壓電陶瓷式、電磁式等微動(dòng)裝置也日益發(fā)展起來(lái)，并大量應(yīng)用于各種精密測(cè)試機(jī)定位裝置中。,9.2微動(dòng)裝置,9.2.1、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求,1)應(yīng)有足夠的靈敏度，使微動(dòng)裝置的最小位移量能滿(mǎn)足精密機(jī)械的使用要求。2)傳動(dòng)靈活、平穩(wěn)，無(wú)空回產(chǎn)生。3)工作可靠，調(diào)整好的位置應(yīng)保持穩(wěn)定。4)若微動(dòng)裝置包括在儀器的讀數(shù)系統(tǒng)中，則要求微動(dòng)手輪的轉(zhuǎn)動(dòng)角度與直線(xiàn)微動(dòng)（或角度微動(dòng)）的位移量成正比。5)微動(dòng)手輪應(yīng)布置得當(dāng)，操作方便。6)要有良好的工藝性，并經(jīng)久耐用。,根據(jù)微動(dòng)裝置的機(jī)理可分為兩類(lèi)機(jī)械式：螺旋、螺旋斜面、齒輪杠桿、蝸輪與凸輪等微動(dòng)裝置機(jī)電式：壓電陶瓷、電磁式、電熱伸縮式,9.2.2、常用機(jī)械式微動(dòng)裝置,1.螺旋微動(dòng)裝置,圖9.1萬(wàn)能工具顯微鏡微動(dòng)裝置,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造較方便，應(yīng)用廣泛,最小微動(dòng)量Smin,9.2微動(dòng)裝置,螺旋微動(dòng)裝置的改進(jìn)一,壓力彈簧用來(lái)消除空回,9.2微動(dòng)裝置,差動(dòng)螺旋裝置1,優(yōu)點(diǎn)：提高靈敏度,螺桿1A、B兩段螺紋的螺距分別為P1、P2,螺旋微動(dòng)裝置的改進(jìn)二,提高靈敏度減小軸向尺寸,9.2微動(dòng)裝置,差動(dòng)螺旋裝置2,零件2的外螺紋和內(nèi)螺紋的螺距分別為P1、P2,2.螺旋斜面微動(dòng)裝置,當(dāng)螺桿1轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可使標(biāo)準(zhǔn)斜面推動(dòng)工作臺(tái)6移動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為：,實(shí)例1：,2.螺旋斜面微動(dòng)裝置,螺旋測(cè)微器移動(dòng)距離時(shí)，被檢測(cè)微計(jì)2的測(cè)桿位移量為,S=,精度要求較高,9.2微動(dòng)裝置,若使tan=1/50，微分筒轉(zhuǎn)動(dòng)一格，使測(cè)微螺桿軸向位移0.01mm,則：S=0.01mm1/50=0.0002mm,要求S與嚴(yán)格成正比例的關(guān)系，因此對(duì)和斜面精度要求高。,實(shí)例2：,3.螺旋杠桿微動(dòng)裝置,9.2微動(dòng)裝置,3.螺旋杠桿微動(dòng)裝置,設(shè)擺動(dòng)桿臂長(zhǎng)L=102mm，測(cè)微螺桿的螺距P=0.3mm，試計(jì)算讀數(shù)手輪的分度值。,解：螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)，沿軸向移動(dòng)一個(gè)螺距P=0.3mm，則擺動(dòng)桿9對(duì)原始位置偏轉(zhuǎn)角,10,即讀數(shù)套筒的分度值為10,將讀數(shù)手輪一周分為60格，由于讀數(shù)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈時(shí)為10，因而在轉(zhuǎn)動(dòng)一格時(shí)將等于10。讀數(shù)手輪的分度值就為10。,微動(dòng)裝置的全讀數(shù)，等于讀數(shù)手輪的整轉(zhuǎn)數(shù)加上讀數(shù)手輪轉(zhuǎn)動(dòng)的分度值。,9.2微動(dòng)裝置,4.齒輪杠桿微動(dòng)裝置,用于顯微鏡工作臺(tái)的軸向微動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)高倍率物鏡的精確調(diào)焦。原動(dòng)部分是帶有小齒輪（z1）的手柄軸1，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄時(shí)，通過(guò)三級(jí)齒輪減速，帶動(dòng)扇形齒輪（z6）的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，再通過(guò)杠桿機(jī)構(gòu)將扇形齒輪的微小轉(zhuǎn)動(dòng)，變?yōu)楣ぷ髋_(tái)2的上下微動(dòng)。工作臺(tái)內(nèi)的壓縮彈簧所產(chǎn)生的推力，可用以消除齒輪副的間隙所產(chǎn)生的空回誤差。,9.2微動(dòng)裝置,5.摩擦微動(dòng)裝置,萬(wàn)能測(cè)長(zhǎng)儀中，應(yīng)用摩擦微動(dòng)裝置移動(dòng)刻度標(biāo)尺，使其能精確對(duì)準(zhǔn)零刻度點(diǎn)。,軸2與測(cè)量軸1之間產(chǎn)生摩擦力，使測(cè)量軸1移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)刻度標(biāo)尺的微動(dòng)，達(dá)到精確調(diào)整零位的目的,補(bǔ)：機(jī)械式微位移機(jī)構(gòu)在精密儀器中的應(yīng)用,1-馬達(dá)2-絲桿3-螺母4-滑槽5-滑輪6-球心轉(zhuǎn)軸7-被測(cè)元件8-工作臺(tái),當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，使球面7繞球心6轉(zhuǎn)動(dòng)，其每個(gè)采樣點(diǎn)的轉(zhuǎn)角：,由上式可見(jiàn)，當(dāng)R=25mm時(shí)，轉(zhuǎn)角a約為0.001。一般步進(jìn)電機(jī)直接驅(qū)動(dòng)不能達(dá)到如此小的轉(zhuǎn)角，而利用上述的微動(dòng)機(jī)構(gòu)卻可以達(dá)到如此小的轉(zhuǎn)角，它具有較大的傳動(dòng)比，其原理如下：當(dāng)馬達(dá)1驅(qū)動(dòng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)，該絲桿螺母系統(tǒng)是以絲桿2固定并轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母3移動(dòng)的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。螺母3在滑槽4中移動(dòng)，螺母上裝有滑輪5，滑槽與轉(zhuǎn)軸為一體，因而當(dāng)滑輪5在滑槽4中的運(yùn)功時(shí)，帶動(dòng)工作臺(tái)8繞轉(zhuǎn)軸中心點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)，樣品7置于工作臺(tái)上，使樣品的球心與轉(zhuǎn)軸重合，就可以進(jìn)行球面掃描。,轉(zhuǎn)軸至絲桿的中心距離為L(zhǎng)，被測(cè)球面的半徑為R，取R小于L，其杠桿縮小比為R/L，當(dāng)馬達(dá)轉(zhuǎn)角時(shí)絲桿移動(dòng)量x,則可得到采樣長(zhǎng)度l為：該機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)比為：，式中為掃描時(shí)球面轉(zhuǎn)角，當(dāng)轉(zhuǎn)時(shí)，即x=t,取L=45mm,t=0.75mm?？傻胕約為377。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，緊湊，在加工裝調(diào)中只要絲桿加工精度保證，軸定中性好，測(cè)量時(shí)就比較穩(wěn)定、可靠，可以滿(mǎn)足超光滑表面粗糙度測(cè)試的要求。,9.3鎖緊裝置,1、設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求（1）鎖緊時(shí)，被鎖部件的正確位置不被破壞。（2）鎖緊后的工作過(guò)程中，被鎖部件不會(huì)產(chǎn)生微動(dòng)走位現(xiàn)象。（3）鎖緊力應(yīng)均勻，大小可以調(diào)節(jié)。（4）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，制造修理容易。,2、常用鎖緊裝置,徑向受力鎖緊裝置：頂緊式夾緊式三點(diǎn)自位均勻收縮式軸向受力鎖緊裝置：經(jīng)緯儀橫軸鎖緊結(jié)構(gòu),1）徑向受力的鎖緊裝置,原理：擰緊鎖緊螺釘1，通過(guò)墊塊2壓緊軸3，從而把支架4鎖緊在軸3上。墊塊2的作用是為了避免鎖緊螺釘損傷軸3的表面。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易缺點(diǎn)：被鎖緊的零件單面受力。被鎖緊件的軸線(xiàn)會(huì)微量移動(dòng)。當(dāng)中間軸為薄壁筒時(shí)，易造成筒的變形。不能用于要求鎖緊定位精度較高的地方。,頂緊式鎖緊,1）徑向受力的鎖緊裝置,原理：當(dāng)擰緊鎖緊螺母1時(shí)，帶有開(kāi)口的支架2夾緊軸3，實(shí)現(xiàn)鎖緊的目的。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造容易；鎖緊力比較均勻地分布在整個(gè)圓周上，不會(huì)引起被鎖緊件變形。缺點(diǎn)：存在間隙，鎖緊時(shí)，被鎖緊件會(huì)產(chǎn)生不大的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。不能用于要求鎖緊定位精度較高的地方。,夾緊式鎖緊,1）徑向受力的鎖緊裝置,原理：旋緊鎖緊手輪5時(shí)，通過(guò)螺釘4頂緊鎖塊。由于鎖緊環(huán)是浮動(dòng)的，因此當(dāng)螺釘4前進(jìn)時(shí)，鎖緊環(huán)在相反的方向上帶動(dòng)另外兩塊鎖緊塊同時(shí)壓向薄壁套3，三個(gè)位置上的鎖緊塊均勻地壓縮薄壁套，使它產(chǎn)生徑向收縮，將主軸鎖緊。,三點(diǎn)自位均勻收縮鎖緊裝置,優(yōu)點(diǎn)：鎖緊摩擦力矩均勻地分布在主軸上，同時(shí)，三個(gè)夾緊點(diǎn)均勻自位、同步地向心收縮，因而能避免鎖緊時(shí)的主軸微轉(zhuǎn)現(xiàn)象和單面受力改變主軸回轉(zhuǎn)軸線(xiàn)的現(xiàn)象。應(yīng)用：這種鎖緊裝置性能穩(wěn)定，能符合1光學(xué)分度頭的精度要求。,光學(xué)經(jīng)緯儀：它的主要功能是測(cè)量縱、橫軸線(xiàn)（中心線(xiàn)）以及垂直度的控制測(cè)量等,軸向受力鎖緊裝置,光學(xué)經(jīng)緯儀上用來(lái)把橫軸1和橫軸固定微動(dòng)板5緊固在一起的軸向受力鎖緊裝置。鎖緊時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手柄7，螺桿8被旋入固定螺母6，并用其末端頂推橫軸固定軸柄4向左移動(dòng)，使軸柄4壓向摩擦板3。同時(shí)，與螺母聯(lián)接在一起的固定微動(dòng)板5向右移動(dòng)，從而推動(dòng)漲圈2也壓向摩擦板3，這兩個(gè)作用的結(jié)果，把摩擦板3和固定微動(dòng)板5緊固在一起，從而實(shí)現(xiàn)鎖緊橫軸1的目的。,從以上例子來(lái)看，軸向受力鎖緊裝置一般要比徑向受力鎖緊裝置更為合理，這是因?yàn)橹苿?dòng)盤(pán)所受的鎖緊力式中是均勻的，而且是軸向?qū)ΨQ(chēng)的，沒(méi)有不良的側(cè)壓力和微動(dòng)產(chǎn)生，因而能較好地避免改變軸向回轉(zhuǎn)軸向的位置。但軸向受力的結(jié)構(gòu)，往往要比徑向受力復(fù)雜些，工藝要求也較高。在軸向受力鎖緊裝置中，還可采用凸輪、鍥塊、彈簧、液壓和電磁等其它方法。,主軸上的制動(dòng)盤(pán)7位于兩鎖緊片簧8之間，鎖緊時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)手輪1，使螺桿2旋入殼體10內(nèi)，推動(dòng)活塞4向上運(yùn)動(dòng)。殼體內(nèi)油路收壓后產(chǎn)生壓力，將推動(dòng)殼體內(nèi)兩邊活塞6和9作相對(duì)移動(dòng)，并壓向兩片簧8，從而使制動(dòng)盤(pán)在兩片簧間被牢牢夾緊。,9.4示數(shù)裝置,儀器中的示數(shù)裝置是用來(lái)引入給定數(shù)據(jù)，指示儀器的工作狀態(tài)或工作結(jié)果的。如照相機(jī)所設(shè)定的曝光時(shí)間和光圈大小、電影攝影機(jī)選定的攝影均可由示數(shù)裝置來(lái)指示。實(shí)驗(yàn)室計(jì)量?jī)x器和大地測(cè)量?jī)x器一般是由示數(shù)裝置來(lái)顯示儀器的測(cè)量結(jié)果；帶標(biāo)尺的雙目望遠(yuǎn)鏡在觀察不同距離的物體時(shí)亦可在目鏡中突出物體的不同距離。因此示數(shù)裝置時(shí)一個(gè)極重要的部分，甚至是最關(guān)鍵的部分，它的工作質(zhì)量直接放映了整個(gè)儀器的工作質(zhì)量，所以合理的選擇和設(shè)計(jì)示數(shù)裝置成為光學(xué)儀器機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)極重要的內(nèi)容。,示數(shù)裝置按示數(shù)性質(zhì)，可分為三類(lèi)：即1）指示被測(cè)量瞬時(shí)變化值的示數(shù)裝置2）反映被測(cè)量連續(xù)變化的示數(shù)裝置3）指示被測(cè)量累積值的示數(shù)裝置示數(shù)裝置按工作原理課分為：機(jī)械式、光學(xué)機(jī)械式、電子式或包括光、機(jī)、電三部分的示數(shù)裝置。,儀表顯示,儀表是一種應(yīng)用最廣的信息顯示裝置，它在生產(chǎn)過(guò)程中起著重要作用，儀表顯示的好壞直接影響工作效率。1儀表的種類(lèi)（1）按儀表的功能分類(lèi)讀數(shù)用儀表。其刻度指示各種狀態(tài)參數(shù)的具體數(shù)值，供操作者讀取數(shù)值之用。如高度表、時(shí)速表、煤氣表等。檢查用儀表。使用時(shí)一般不是為了獲取正確數(shù)值，而是檢查儀表的指示是否偏離正常位置，當(dāng)偏離時(shí)要及時(shí)調(diào)節(jié)。,追蹤用儀表。追蹤操縱是動(dòng)態(tài)控制系統(tǒng)中最常見(jiàn)的操縱方式之一，目的是通過(guò)手動(dòng)控制，使機(jī)器系統(tǒng)按照人所要求的動(dòng)態(tài)過(guò)程或者按照客觀環(huán)境的某種動(dòng)態(tài)過(guò)程去工作。如追蹤和瞄準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)中的目標(biāo)就是一種追蹤工作。追蹤用儀表應(yīng)當(dāng)顯示追蹤的目標(biāo)和實(shí)際狀態(tài)與目標(biāo)之間的差距及變化趨勢(shì)。調(diào)節(jié)用儀表。主要用于指示操縱調(diào)節(jié)的量值，而不是指示機(jī)器系統(tǒng)的狀態(tài)。如收音機(jī)上的調(diào)頻顯示裝置就是這類(lèi)儀表。,(2)按照儀表指示方式分類(lèi)指針刻度式儀表。它是用模擬量顯示機(jī)器有關(guān)參數(shù)和狀態(tài)。其特點(diǎn)是顯示的信息直觀、形象，使人對(duì)模擬量在全量程范圍內(nèi)所處的位置一目了然，并能明顯顯示出偏差量，特別適合于監(jiān)控作業(yè)。這類(lèi)儀表又可分為指針運(yùn)動(dòng)式和指針固定式兩種，后者也稱(chēng)刻度移動(dòng)式儀表。它在用于檢查、追蹤、調(diào)節(jié)方面不如前者。應(yīng)用：汽車(chē)上的油量表、氧氣瓶上的壓力表。,數(shù)字式儀表。它是直接用數(shù)碼來(lái)顯示有關(guān)參數(shù)或工作狀態(tài)的顯示裝置。常用的有數(shù)碼顯示屏、數(shù)字計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管及液晶數(shù)碼顯示器等。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確，便于認(rèn)讀，不易產(chǎn)生視覺(jué)疲勞。適用于需要計(jì)數(shù)或讀取數(shù)值的信息顯示，如里程表、電表等。,2儀表類(lèi)型的選擇在設(shè)計(jì)和選擇儀表時(shí)，必須明確儀表的功能，并分析哪些功能最重要，依此確定適合的儀表顯示方式，可參見(jiàn)下圖：,不同類(lèi)型儀表使用建議,儀表刻度盤(pán)形狀與誤讀率,返回,表51顯示儀表的功能特點(diǎn),儀表的刻度盤(pán)設(shè)計(jì),(1)刻度線(xiàn)高度刻度線(xiàn)分為長(zhǎng)刻度線(xiàn)、中刻度線(xiàn)和短刻度線(xiàn)，其高度與視距有關(guān)。伍德森提出的視距與刻度線(xiàn)高度的關(guān)系如表所示。,表1視距與刻度線(xiàn)最佳高度,(2)刻度線(xiàn)間距假設(shè)最大視距為L(zhǎng)(mm)時(shí)，各刻度線(xiàn)的最小尺寸可由下列各式求出。長(zhǎng)刻度線(xiàn)高度L90mm刻度線(xiàn)寬度L5000mm中刻度線(xiàn)高度L125mm短刻度線(xiàn)間距L600mm短刻度線(xiàn)高度L200mm長(zhǎng)刻度線(xiàn)間距PL50mm伍德森建議：各刻度線(xiàn)的間距應(yīng)在1.143mm以上。長(zhǎng)刻度線(xiàn)寬度應(yīng)在0.89mm以上，中刻度線(xiàn)寬度應(yīng)在0.76mm以上，短刻度線(xiàn)寬度在0.64mm以上。短刻度線(xiàn)寬度至少為刻度間距的25。,(3)刻度標(biāo)數(shù)進(jìn)級(jí)和遞增方向刻度盤(pán)的數(shù)字進(jìn)級(jí)方法和遞增方向，對(duì)提高判讀效率、減少誤讀有重要作用。數(shù)字進(jìn)級(jí)方法可參考美國(guó)海軍研究結(jié)果，如表2所示。一般應(yīng)采用表中“優(yōu)”的進(jìn)級(jí)法，在不得已的情況下才使用“可”，絕對(duì)禁止使用“差”的進(jìn)級(jí)法。數(shù)字遞增方向的一般原則是：順時(shí)針?lè)较驗(yàn)樵黾樱粡淖笙蛴业姆较驗(yàn)樵黾?；從下向上的方向?yàn)樵黾印?表2刻度標(biāo)數(shù)進(jìn)級(jí)法,(4)字符形狀和大小儀表刻度盤(pán)的漢字、字母和數(shù)字等統(tǒng)稱(chēng)為字符。字符的形狀、大小等影響判讀的效果。字符的形狀應(yīng)簡(jiǎn)明、醒目、易讀，多用直角與尖角形，以突出各個(gè)字符的形狀特征，避免相互混淆。漢字推薦采用宋體或黑體。不宜采用草體、小寫(xiě)字母相關(guān)字體字符。字符的大小應(yīng)根據(jù)視距而定。一般使用的字符高度可參考表3，也可根據(jù)下式求得：H=L/200式中：H字符高度(cm)L視距(cm)。字符的其他尺寸可根據(jù)高度(H)確定，見(jiàn)圖。,表3字符高度與視距,（5）刻度直徑圓形儀表的刻度直徑與視距和刻度數(shù)有關(guān)。視距較遠(yuǎn)或刻度數(shù)較多，則必須適當(dāng)加大儀表直徑。默雷爾推薦的圓形儀表最佳直徑，如圖所示。圖中D為儀表刻度直徑，I為最大刻度數(shù)，儀表最小直徑為2.5cm。當(dāng)視距為6m，刻度數(shù)為300時(shí)，從圖中可查到儀表直徑D應(yīng)為128.6cm。,(6)刻度標(biāo)數(shù)為了更好地認(rèn)讀儀表，儀表刻度必須標(biāo)有數(shù)字。原則：指針運(yùn)動(dòng)式儀表標(biāo)數(shù)應(yīng)直排，指針固定(刻度盤(pán)移動(dòng))式儀表標(biāo)數(shù)則應(yīng)輻射狀布置；最小刻度可不標(biāo)，最大刻度必須標(biāo)；指針在刻度盤(pán)內(nèi)，如有空間，則標(biāo)數(shù)應(yīng)在刻度的外側(cè)；指針在刻度盤(pán)外，標(biāo)數(shù)應(yīng)在刻度的內(nèi)側(cè)；開(kāi)窗式的窗口應(yīng)能顯示出被指示數(shù)字及前后相鄰的數(shù)字?？潭葮?biāo)數(shù)優(yōu)劣比較參見(jiàn)圖。,刻度標(biāo)數(shù)優(yōu)劣比較參圖,圖刻度標(biāo)數(shù)比較,4儀表的指針設(shè)計(jì)(1)指針形狀指針的形狀要簡(jiǎn)潔、明快、不加任何裝飾，具有明顯的指示性形狀。一般以頭部尖、尾部平、中間等寬或狹長(zhǎng)三角形為好。一般通過(guò)速示儀測(cè)定實(shí)驗(yàn)，即比較不同形狀指針的認(rèn)讀速度和誤讀率。,(2)指針的長(zhǎng)度和寬度指針與刻度間距最好為1-2mm，不要重疊。指針與刻度線(xiàn)間距超過(guò)6mm時(shí)，距離越大，認(rèn)讀誤差越大。而小于6mm