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仪器精度理论-5.1仪器受力变形误差

来源:  | 作者: | 更新时间:2019年11月21日 17:50 | 阅读:

5.1仪器受力变形误差

主讲人:禹静

仪器的受力种类

仪器在工作中的作用力主要有:(1)测量力或其它外力;(2)重力;(3)内应力。

仪器受力作用产生的仪器力作用误差有两种情况:

(1)在仪器工作过程中,仪器所受作用力的大小、方向、位置,以及内应力的状态都是变化的,故引起仪器的变形量也是变化的,这时引起的力作用误差,一般属随机误差性质。

(2)在仪器工作过程中,受力后的变形量保持稳定不变,这类变形,有的不引起力作用误差,有的引起具有系统误差性质的力作用误差。

由于零件受力常产生变形,且材料具有内应力,从而使负荷-变形曲线有时会出现弹性滞后或弹性后效。以上两种现象有时可以忽略,有时则不能忽略,对弹性测量元件或弹性机构运动部件则有明显影响。

一、接触变形引起的误差

在精密传动件中,常有点接触形式,这种接触变形对精度有影响。

接触变形量与接触的表面形状、材料以及相互作用力有关。如工具显微镜测微丝杆端部球头与工作台间的接触变形,在需要垫量块进行测量时,接触变形的变动量将构成误差。

接触变形包括:

(1)接触法测量中,测头和被测工件之间的测量力,使两者在接触区表面产生局部弹性形变;

(2)装在测杆上的测球与工件接触,因测量力使测杆产生弯曲变形。

不正确地选择测量力的大小、接触体的材料以及接触方式将会引起较大的表面接触变形。

接触测量时,测量仪器必须有足够的测量力,以保证测头与被测件的可靠接触。但测量力的存在,将在接触位置产生压陷变形而造成测量误差

二、自重变形引起的误差

由于零件自身重量产生的变形一般很小,通常可以忽略不计,但由于重力造成的变形和零件尺寸的增大倍数的平方成正比,随着零件尺寸的增大,变形将急骤增长。因此,大型精密机械零件如床身、横梁等的自重变形,对仪器精度有较大影响。

自重引起的弯曲变形包括以下几种情况:

(1)被测件支承在支点上,由于自重被测件产生弯曲变形;

(2)仪器部件本身的重力作用在仪器悬臂上或仪器横梁上,使悬臂或横梁产生弯曲变形。

自重变形量与零件支点位置有关。正确地选择支点位置,可以使一定部位的变形误差达到最小值。

根据材料力学分析,在同样大小的力作用下,零件尺寸不变时,拉伸(压缩)变形比弯曲和扭转变形小,所以在结构设计时应尽量避免使零件产生弯曲或扭转变形。

三、内应力作用引起的误差

零件虽然经过时效处理,内应力仍可能不平衡,金属的晶格处于不稳定状态,使零件产生变形,在运动时产生误差。

例如,在工件的铸造、锻压、焊接和热处理等加工中,由于壁厚不均、冷却不均或金相组织转变等原因,都会使工件产生内应力。

由于零件受力后常产生变形,而材料具有内摩擦,从而会出现弹性滞后(弹性后效),对弹性测量元件或弹性机构运动部件有一定影响。

内应力的产生包括以下几种情况:

(1)铸件冷却不匀产生的内应力;

(2)热处理不当产生的内应力;

(3)结构设计不当或装配时夹紧不当产生的内应力;

(4)结构受温度影响零部件相互间有约束产生的内应力。

减小或消除内应力的一般方法是充分地进行时效处理,切除表面应力层,用氮化代替淬火,锻造代替轧制等。

 

 


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