澳门新莆京娱乐网站_澳门新莆京娱乐app-[官方下载]

欢迎进入澳门新莆京娱乐网站首页!

澳门新莆京娱乐网站
当前位置: 首页 | 研究生教育 | 课程建设 | 正文

仪器精度理论-5.2减小受力变形误差的方法

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 17:51 | 阅读:

5.2减小受力变形误差的方法

主讲人:禹静

一、减小局部弹性变形误差的方法

一般来说,由局部弹性变形带来的误差,应对其进行分析计算,并应尽力设法减小。其方法有:

1)减小局部弹性变形,在可能情况下,尽量减小测量力。

2)在比较测量中,使标准件和被测件在材料和形状上都保持一致,同时,在测量过程中,使测量力保持恒定或尽量减小测量力的变化量,这样可以减小局部弹性变形的影响。

3)通过试验标定或计算,得到局部弹性变形量的大小,然后在测量结果中加以修正。

4)对于滚动接触可以采用密珠式方案,即密珠导轨或轴系,通过误差均化机理减小误差。

局部弹性变形除了要考虑其引起的仪器误差外,在一些大型仪器中,还有其它一些与局部弹性变形有关的问题要考虑。例如,在主轴要承受很大轴向负载的大型立轴式仪器中,起支承作用的钢球,既要有足够的承载能力,又要保证轴系转动灵活平稳,使钢球的局部弹性变形不致太大,故对轴系结构设计应仔细的考虑。

二、减小弯曲变形误差的方法

1. 提高支承件及承载件的刚度

1)选择支承件及承载件的截面形状  

弯曲变形和扭转变形与抗弯抗扭惯性矩有关。惯性矩愈大,变形愈小。构件截面积相同,但截面形状不同时,其惯性矩不同,抗弯抗扭能力不同。在截面积相同的条件下,空心截面的惯性矩比实心的大,随着加大外形尺寸减小壁厚,惯性矩更大,可提高刚度;方形截面的抗弯刚度比圆形截面大,而抗扭刚度比圆形截面小,因此可以根据支承件承受的不同负载来选择不同的截面形状。例如,以承受一个方向弯矩为主的支承件,其截面形状可取矩形,并以其高度方向为受弯方向;此外,截面不封闭的构件其惯性矩很小,故支承件和承载件的界面设计应避免做成不封闭的。

2)材料选择 

采用高弹性模量的轻金属材料是减小自重变形的有效手段之一,用弹性模量E与密度ρ之比作为材料抗自重弯曲变形的指标,其数值越大,自重变形越小。

3)设置不同形式的肋板和加强肋  

为了提高支承件的刚度,增设肋板和加强肋,其效果比增加壁厚更好。

2. 改善受力情况

结构设计上,使承载构件尽可能只受拉压变形,而不受弯曲变形或扭转变形。因为在同样条件同样受力情况下,拉压变形比弯曲变形和扭转变形要小。

3. 合理选择支承点位置

1)两点支承位置的选择

对于材料均匀的矩形截面杆件(长度为l),自由支承在两点时,如图5-8所示,其重力变形与支点位置之间有如下关系:

1a=0.2203l≈2l/9时,此支点位置称白塞尔点,此时杆件长度变化量最小,例如检验线纹尺时,线纹尺的支点位置可按此选择。

2a=0.2113l≈4l/19时,此支点位置称艾利点,此时杆件两端面平行度变化最小,例如检验大尺寸量块时,量块的支点位置可按此选择。

3a=0.2232l≈2l/9时,此时杆件中间和两端的变形量相等,例如检验丝杠时,丝杠的支点位置可按此选择。





 


 

 


5-8 杆件支承点位置

仪器中的各类杆件,当需要考虑其自重变形影响时,上述关系,均可作为在不同情况下选择支承点位置时的参数。

2)多支承点结构

为了减小直尺自重弯曲的影响,可以设计多支承点结构,即支点数多于两个,这种设计应保证每个支点上的符合相等。据报导,在某种直尺结构参数情况下,一个具有8个等间隔支点的结构用有限元法进行计算,可使直尺自重弯曲量下降到只有几个纳米的量级。

3)仪器底座支承点位置的优化设计

如果通过理论分析可以得到变形误差的计算公式,则可以找到使得变形误差最小的支承点位置,实现仪器底座支承点位置的优化设计。

 

4. 采取适当的结构设计措施

1)使变形梁预变形

2)设置配重

5. 采用修正方法

可以采用如下修正方法:

1)根据计算值在测量结果中对变形量加以修正。

2)通过标定修正弯曲变形的影响。例如高精度孔径测量中,用两块或用法布里腔组成标准内尺寸,通过比较,可使测杆弯曲变形,随同测球接触变形及测球直径误差一起得到校正。

三、减小内应力影响的措施

1. 零件毛坯应很好进行时效处理

对于复杂铸件,在浇铸时由于各处冷却速度不均,很容易产生内应力,这种内应力是造成零件尺寸长期不稳定的主要原因。因此,对基座和支承件要进行自然时效或人工时效处理,以消除内应力,减小变形。在机床厂或仪器制造企业的室外有些锈迹斑斑的大件就属此类(这些零件并非废件,且时间愈久时效的效果愈好)。而对于重要的零件,如主轴、导轨等,受供货时间等因素限制,须采用人工时效的方法。所谓人工时效就是进行冷热循环处理:采用盐浴炉或油浴釜将零件加热到回火以下的温度,缓慢冷却;再将其深冷至-50ºC以下,缓慢升温到常温。如此循环两次就可满足大部分超精密测量的场合。

2. 夹紧零部件时应避免产生内应力和变形

例如,在立式接触干涉仪中,当测量镜和参考镜表面平整,无内应力和变形时,视场中得到的是一组平直的干涉条纹。但是,如果在夹紧测量镜(或参考镜)时,夹紧不均匀,使测量镜产生内应力和变形,则视场中看到的将是一组弯曲的不规则的干涉条纹,使测量无法进行。所以,要注意仪器中主要零部件的夹紧机构和设计,要做到加紧力平稳均匀。

3. 合理选择工艺方法

合理安排加工工艺,合理安排热处理工艺等等,以减小或避免内应力。

 


上一条:仪器精度理论-6.1圆度误差的测量评定

下一条:仪器精度理论-5.1仪器受力变形误差