機械式精密二維微位移工作臺設計說明書

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次設計主要完成機械式微位移式工作臺的設計，本文主要介紹了機械式精密二維微位移工作臺。機械精密工作臺可廣泛應用在三維表面形貌的測量與評定、精密及超精密加工和半導體光刻等領域中。本文介紹了目前國內外多種典型的微動超精密工作臺所采用的設計方案、材料、導軌、驅動方式。敘述了今后工作臺的發(fā)展現狀趨勢，并分析了所設計工作臺的優(yōu)勢。證明傳統(tǒng)

2、機械微動工作臺依然廣泛的用處和很大的市場，是比較理想的方案，也是精密超精密加工很好的補充。并詳細分析了傳統(tǒng)機械式微位移工作臺的組合模塊，組成結構，以及設計加工方法，與傳統(tǒng)的二維及三維工作臺相比，機械微動工作臺有高精度和大量程，體積小，重量輕等優(yōu)點，它采用粗精結合的定位機構和自帶計量系統(tǒng)的閉環(huán)控制系統(tǒng)．能實現垂直方向(z方向)的精密位移和水平方向(x—Y方向)的精確定位。它由X軸、Y軸、Z軸 三個方向的精密移動機構組裝成三維精密移動工作臺

3、。最后，針對本設計中不夠完美的地方的改進想法，以及對本次畢業(yè)設計的總結和對我國超精密發(fā)展方向進行了展望。</p><p>　　關鍵詞；、微位移 機械工作臺、精密加工。</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The main design is about the mechanical design of t

4、he micro-displacement worktable . This paper mainly introduces the mechanical precision worktable two-dimensional micro displacement。Mechanical precision worktable can be widely used in 3d surface topography measurement

5、and evaluation, precision and ultra-precision processing and semiconductor photolithography, etc. The paper introduces the domestic various typical micro precision worktable adopted design, materials, guide, drive mode,

6、feedback </p><p>　　Keywords： micro-displacement、worktable、 precision processing machinery.

7、 </p><p><b>　　前言</b></p><p>　　轉眼間四年大學生活已經接近尾聲而作為大學的最后一次功課——畢業(yè)設計無疑是對自己大學學習成績的一次綜合考查。同時，這也可作為我們邁入社會的第一步，是決定我們能否在社會生活中

8、一展身手的一次預演。</p><p>　　驀然回首，從入學至今在各位恩師的諄諄教導下，我學習了機械工程材料、機械設計、機械制造等大量的專業(yè)知識，同時也了解了一些相關學科的基本情況，可以說為此次畢業(yè)設計打下了堅實的基礎。然后單純的理論的知識的學習并不代表我們就真正掌握了所學的內容。只有學以致用，將課本上的內容轉化為實際生產力。造福社會。才證明我們真正做到了知識的融會貫通。切實達到了學習的最終目的。</p>

9、;<p>　　我們這次設計的題目是微位移式機械工作臺，之所以提出這個課題，隨著科學技術的飛速發(fā)展,在許多技術領域中,如航天,半導體制造,精密機械,儀器儀表以及生物工程等將對加工精度提出更多和更高的要求,"毫微米級",甚至"分子原子級"加工都己提到日程上微位移技術正是這些超精密加和精密機械的基礎。 微動位移技術是實現組合結構的微機械精密工作臺結構的關鍵技術之一，精密工作臺系統(tǒng)則是微裝

10、配系統(tǒng)的一個重要組成部分。精密微位移工作臺是高精度精密儀器的核心，它的精度的優(yōu)劣直接影響整機的精度。當今精密儀器中的精密工作臺正向著高速度和高精度方向發(fā)展。目前，精密位移工作臺的運動速度一般在20-50mm/s，最高的可達到100mm以上，其精度要求0.1um以下。由于高速度帶來的慣性很大，一般運動精度要求比較低，為解決高速度和高精度的矛盾，通常采用粗精相結合的兩個工作臺，如圖1</p><p><b>

11、;　　"</b></p><p><b>　　圖一</b></p><p>　　在本次設計中我們主要設計精密微動微動工作臺部，精密微動工作臺部分包括微位移機構,檢測裝置和控制系統(tǒng)三部分.微位移機構(微動工作臺)是指行程小(一般小于毫米級),靈敏度和精度高(亞微米,納米級)的機構.微位移系統(tǒng)在精密儀器中主要用于提高整機的精度隨著科學技術的發(fā)展,精密

12、儀器的精度越來越高,微位移技術應用就越來越廣.根據目前的應用范圍,大致可分為三個方面:精密補償,微進給和微調.在微位移技術中,行程和分辨率是一對主要矛盾.為解決大行程(毫米級)和中等分辨率(亞微米級)的矛盾,采用柔性框架式的爬行器象}}3I一樣沿矩形導軌爬行,驅動精密微動工作臺實現大行程的精密定位.工作臺的工作行程由爬行器的導軌長度決定,爬行器的導軌長度越長,工作臺的行程就越大.精密微動工作臺采用微機控制電致伸縮微位移,在平面內實現兩個

13、方向的精密定位. 古人云：“溫故而知新”，所言非虛。在本次畢設過程中，通過對課本知道是的重新回顧，我又掌握了許多以前所沒有注意到的細節(jié)內容?？梢哉f是學習知識和實際設計相互共進，相得益彰。當然做為自己的第一次大型設計，經驗和水平都是極大的制約因素，所以在設計中難免郵諸多錯誤和不足之處</p><p>　　“長風破浪會有時，直掛云帆及滄?！?，可以說慢慢人生長路而今才剛剛起步。在以后的機械行業(yè)生涯中，我相信自

14、己永遠不會忘記這次畢業(yè)設計，更加不會忘記在設計中感受到的師恩和友情。我會以此為契機，謹記老師的諄諄教導，努力把自己以后的每一項工作都做好，爭取做一位新世紀優(yōu)秀人才。</p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p><p><b>　　前言3</b></p>&

15、lt;p><b>　　第一章 概述7</b></p><p>　　1.1微動工作臺的發(fā)展概況7</p><p>　　1.2 微動工作臺的類型及主要組成9</p><p>　　1.2.1 扭輪摩擦傳動式微位移平臺9</p><p>　　1.2.2 機械傳動式微位移平臺10</p><p&

16、gt;　　1.2.3 螺旋式微位移平臺11</p><p>　　1.2.4 組合式機械傳動式微位移平臺11</p><p>　　1.2.5 熱變形式微位移平臺12</p><p>　　1.2.6 彈性變形傳動式微位移平臺12</p><p>　　1.2.7 磁致伸縮式微位移平臺14</p><p>　　1.2

17、.8壓電陶瓷式微位移平臺14</p><p>　　1.2.9 柔性鉸鏈式微位移平臺15</p><p>　　1.2.10 直線電機式微位移平臺16</p><p>　　1.2.11 其它微位移平移臺16</p><p>　　1.3微型工作臺的發(fā)展趨勢17</p><p>　　第二章 工作臺的方案確定19&l

18、t;/p><p>　　2.1適用范圍19</p><p>　　2.2 主要技術要求19</p><p>　　2.3 微動工作臺材料20</p><p>　　2.4 微動工作臺的驅動與控制20</p><p>　　2.5 整體設計21</p><p>　　2.6 結構設計22</p&

19、gt;<p>　　2.7 設計原則和設計原理23</p><p>　　第三章 微位移平移臺設計24</p><p>　　3.1 精密平移臺設計24</p><p>　　3.1.1精密平移臺導軌設計25</p><p>　　3.1.2 導軌形狀材料及滾珠材料26</p><p>　　3.1.3導軌

20、、滾珠材料及保持架26</p><p>　　3.1.4滾動體尺寸和數量及許用載荷26</p><p>　　3.1.5滾動導軌的長度27</p><p>　　3.2 導軌的計算29</p><p>　　3.2.1. 額定壽命計算的基本公式29</p><p>　　3.2.2 任意可靠度R時的壽命計算30<

21、;/p><p>　　3.2.3 考慮使用條件時的壽命計算31</p><p>　　3.2.4 滾動直線導軌系統(tǒng)的可靠度32</p><p>　　3.2.5 滾動直線導軌系統(tǒng)的額定壽命33</p><p>　　3.2.6導軌的受力分析34</p><p>　　3.2.7 導軌的靜強度計算37</p>

22、<p>　　3.2.8 額定動載荷計算和額定靜載荷39</p><p>　　3.3 微調螺紋副的選擇40</p><p>　　3.4 導軌的潤滑及防護41</p><p>　　3.4.1 潤滑方式41</p><p>　　3.4.2 潤滑劑的選擇41</p><p>　　3.4.3 密封方式的選擇

23、41</p><p>　　3.5 微調螺紋福的設計及彈簧的選擇42</p><p>　　3.5.1 微調螺紋福42</p><p>　　3.5.2 彈簧的設計選擇42</p><p>　　第四章 微位移升降臺設計44</p><p>　　4.1 精密升降臺導軌設計45</p><p>

24、　　4.1.1導軌形狀材料及導軌副材料46</p><p>　　4.2. 導軌的預緊和調整46</p><p>　　4.3 導軌的計算48</p><p>　　4.4.1 導軌的油槽、油腔48</p><p>　　4.4.2 螺旋測微頭的選擇48</p><p><b>　　第五章 致謝49<

25、;/b></p><p><b>　　參考文獻50</b></p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p>　　1.1微動工作臺的發(fā)展概況</p><p>　　現代科學技術正迅速向微小、超精密領域發(fā)展，精密超精密加工技術的興起，引發(fā)了制造、信息、材料、生物、醫(yī)療和國防等領域

26、的革命性變化，對社會和人類生活質量產生了巨大影響。許多領域越來越迫切地需要微型系統(tǒng)或微動系統(tǒng)，如生物細胞、聚合物的各種操作，微外科手術，掃描探針顯微鏡SPM，光纖對接和微細加工等，因此，精密位移技術已成為前沿科學和工程技術領域的關鍵技術之一。一般情況下，精密位移依靠精密工作臺來實現，精密微位移工作臺主要包括一維、二維和=三維工作臺。一維、二維精密工作臺不能滿足精密位移在三維空間的運動要求，因此，三維精密工作臺的研究越來越為人們所重視。行

27、程、高分辨率和位移計量是精密位移對三維精密工作臺的3個重要指標要求。由于工作臺一般要采用粗、精兩級驅動方式，因此，工作臺存在粗、精兩種運動，必須采用不同的驅動和傳動元件。由于這兩種運動在行程、精度、驅動和傳動元件上的差異，對它們的位移檢測控制也需要采用不同的傳感器來實現，但兩種傳感器的分辨率、量程不同，粗、精運動分別計量、疊加，測量數據不易連續(xù)，不可避免會產生測量誤差?，F代微位移科學技術的快速發(fā)展對微動工作臺提出了迫切的更高要求,即在提

28、供大范</p><p>　　1 各種微動工作臺性能比較</p><p>　　1.2 微動工作臺的類型及主要組成</p><p>　　微動工作臺根據其工作原理和驅動方式的不同可分為以下幾種。</p><p>　　1.2.1 扭輪摩擦傳動式微位移平臺</p><p>　　扭輪摩擦傳動式微位移機構是利用扭輪摩擦傳動機構實現微

29、位移</p><p>　　機構。一般的摩擦傳動方式是將驅動摩擦輪展開為直線運動，運動分辨率有限。當將摩擦副的主動輪與從動桿母線交角從直</p><p>　　圖二 扭輪摩擦傳動圖</p><p>　　角減小為一很小的角度時，形成的摩擦副即為扭輪摩擦副，利用扭輪摩擦副做成的傳動機構稱扭輪摩擦傳動機構，它可以得到很小的導程和納米級的運動分辨率和定位精度，具有運動平穩(wěn)、無間

30、隙和無爬行等優(yōu)點。我們研制的扭輪摩擦傳動機構示意圖如圖1所示，其導程小于0．2mm，若選用高運動分辨率的電機，則可達在250mm范圍內得到納米級的運動分辨率和定位精度。它可應用于許多超精密傳動領域。</p><p>　　1.2.2 機械傳動式微位移平臺</p><p>　　機械傳動式微位移機構是一種最古老的機構，在精密機械和儀器中應用很廣，其結構形式較多，主要有螺旋機構、杠桿機構、契塊凸輪

31、機構以及它們的組合機構。但因機構中存在機械間隙、摩擦磨損以及爬行現象等，所以運動靈敏度和精度都很難達到高精度，所以該機構只適宜于中等精度。</p><p>　　圖三 差動螺旋式微位移機構</p><p>　　圖四 螺旋式微動機構簡圖</p><p>　　1.2.3 螺旋式微位移平臺</p><p>　　螺旋式微位移機構的結構簡圖如圖2所示，其

32、結構簡單、制造維修方便，它是利用螺旋傳動原理米獲得微小直線位移，轉動手輪l轉動經螺桿2將螺旋運動轉換為直線運動。運動件的直線位移J與手輪轉角中關系為：J=±—}·≯因此，若螺桿螺距f已定，在螺桿與螺母配研和傳動平穩(wěn)時，控制妒的大小即可得到微位移，其精度可達l 0 u m。它廣泛應用于微調和測量機構，如千分尺等。為了得到更高精度的微位移，就采用如圖3所示的差動螺旋式微位移機構。它的螺桿l有兩段螺距分別為，2和f，的螺紋

33、，f2大于，。且螺旋方向相同，則螺母2的微位移(即輸出位移)s為：</p><p>　　s=(f2一f1)／(2)</p><p>　　式中西為手輪轉角，若屯和f】分別為0．75mm和0．7mm，其差值為O．05mm，手輪的圓周刻度分劃為50格，則手輪轉動1格時，在螺桿與螺母配研和傳動平穩(wěn)以及零件達到加工精度時，運動件的位移量為1 u m。差動螺旋式微位移機構除此之外還有采用差動螺母的形式

34、，其工作原理類似，結構相對緊湊，但相對而言，其加工精度稍難保證，因差動螺母較難保證加工精度。</p><p>　　1.2.4 組合式機械傳動式微位移平臺</p><p>　　凸輪式微位移機構是利用凸輪曲線的微小變化來實現運動件的微位移，其傳動鏈短、剛性好。螺旋一斜面微位移機構是利用螺旋微位移機構推動一斜塊運動以使斜塊在某一方向產生微位移。蝸輪一凸輪式微位移機構，其原理是：主動桿蝸輪轉動，經

35、蝸輪蝸桿副減速，帶動凸輪轉動，再通過滾輪使運動件產生微位移。齒輪一杠桿式微位移機構是利用手輪軸的轉動，經過幾級齒輪減速，變成扇形齒輪的微小轉動，再通過杠桿機構將其微小轉動轉化為運動件的直線微位移。此外，還有齒輪一摩擦式微位移機構和螺旋一錐輪式微位移機構等等。但組合式微位移機構相對復雜些，一般應用于特定場合。</p><p>　　1.2.5 熱變形式微位移平臺</p><p>　　熱變形式微

36、位移機構的微動原理是：如下圖4所示，傳動桿l的一端固定在機架上，另一端固定在沿導軌作微位移的零部件2上，當線圈通電加熱時，使傳動桿受熱伸長，其伸長量為：</p><p>　　￡=a￡(t1一t0)=a￡△t</p><p>　　式中a——傳動桿材料的線膨脹系數；</p><p>　　￡傳動桿的長度：t1、t0——分別為被加熱達到的溫度和加熱前的溫度。改變通入電流或者

37、電壓的值</p><p>　　圖五 電熱式微位移機構原理圖</p><p>　　使傳動桿溫度改變。即可得到不同的微位移量d熱變形式微位移機構結構、操作控制方便，與大降速比的機械傳動式微位移機構相比，它的剛度高且無間隙。但因傳動桿與周圍介質之間有熱交換，因而影響位移精度且由于熱慣性的存在以及對傳動桿的冷卻速度難以準確調節(jié)。因此限制了微位移的速度，故不適宜于行程較長、頻率較高的微位移。<

38、/p><p>　　1.2.6 彈性變形傳動式微位移平臺</p><p>　　彈性變形傳動式微位移機構的結構示意圖及其動力學模型如圖5所示，其原理是利用兩個串聯在一起的主動彈簧的剛度差，實現輸出位移相對于輸入位移的大幅度縮小，以提高輸出位移的分辨率。設主動彈簧和從動彈簧的剛度分別為K1、k2,且K2遠大于L1，主動彈簧的位移（即輸入位移）和從動彈簧的位移（即輸出位移）分別為△X1、△X2，則：&

39、lt;/p><p>　　圖六 彈性變形式微位移機構</p><p>　　圖七 彈性變形式微位移機構動力學模型</p><p>　　如果主動彈簧由千分尺驅動，其精度為10um，K2=9K1，理想情況下其輸出精度微1um，如果K2與K1相差更大，則分辨率、精度更高。該機構傳動鏈短、摩擦力小、易獲得精確位移，且其精度高、穩(wěn)定性好，可用于掃描隧道顯微技術（STM），及需達到原子

40、級分辨率的高精度測量技術和光學零件的精密調整機構。但當該機構的運動件受到為例或存在摩擦力時，這將直接影響精度，而且對于步進狀態(tài)態(tài)的輸入位移，容易產生過渡性震蕩，所以不適宜于動態(tài)響應的情況。</p><p>　　1.2.7 磁致伸縮式微位移平臺</p><p>　　磁致伸縮式微位移機構的工作原理如圖6所示，磁致伸縮棒1的一端固定在機座上，另一端與運動件相連，繞在伸縮棒外的線圈通電激磁后，在磁

41、場的作用下，伸縮棒產生變形而使運動件實現微量位移，改變磁場強度可得到不同的微位移量，其精度可達亞微米。該機構具有結構簡單緊湊、重復精度高、無間隙、剛性好、轉動慣量小、工作穩(wěn)定性好等優(yōu)點。但其磁場強度與磁致伸縮量之間不嚴格成線性關系，磁場作用下還伴有發(fā)熱，故微動精度不高。它適用于精確位移調整、切削刀具的磨損補償、溫度變形補償及自動調節(jié)系統(tǒng)等。</p><p>　　圖 磁致伸縮式微位移機構</p>&l

42、t;p>　　1.2.8壓電陶瓷式微位移平臺</p><p>　　該機構利用壓電陶瓷的逆壓電效應來實現微位移，改變輸入電壓的大小即可得到不同的微位移，它從而避免了機械結構造成的誤差，所以具有結構簡單、尺寸小、分辨率極高（可達納米級）、發(fā)熱少、無雜散電磁場和便于遙控等優(yōu)點。它已成功勇于高科技領域，如機器人微位移定位器、磁頭、噴墨打印、揚聲器和光跟蹤系統(tǒng)以及壓電式刀具補償機構等等。</p><

43、p>　　1.2.9 柔性鉸鏈式微位移平臺</p><p>　　柔性鉸鏈式微位移機構是今年來發(fā)展起來的一種新型的微位移機構。種新型的微位移機構。它是利用壓電或電致伸縮器件或螺旋測微儀驅動，然后通過杠桿機構將驅動位移縮小，以實現微小位移。如圖7為螺旋測微儀驅動的柔性鉸鏈式微位移機構，是用于微調超精密電容傳感器測頭與被測對象的初始間距，如果螺旋測微儀的輸入位移為Ⅸ，則運動件的輸出位移咒為：X0=Mx1=(1+L1

44、/L0)(1+L3/L2)Xi式中m為杠桿機構縮小倍數，可通過改變L0、L1、L2、和L3來調節(jié)m，以得到不同的分辨率。</p><p>　　該類機構結構緊湊、體積很小、無機械摩擦、無間隙、無爬行、機械諧振頻率高、抗振動干擾能力強、具有較高的位移分辨率(可達1納米)。若使用壓電或電致伸縮件驅動，不僅控制簡單，而且可以很容易實現亞微米甚至納米級的精度，同時不產生噪音和發(fā)熱，可適宜于各種介質環(huán)境工作，是精密機械中理想

45、的微位移機構。已在航空、宇航、微電子：[業(yè)部門、精密測量和微調以及生物一r程領域獲得重要的應用</p><p>　　圖九 柔性鉸鏈式微位移平臺簡圖</p><p>　　1.2.10 直線電機式微位移平臺</p><p>　　該微位移機構直接利用直線電機作為驅動件產生微位移的機構。直線電機具有任意的調節(jié)行程，無限的位移分辨率，所產生的力小于1000N。采用該機構作為進

46、給驅動系統(tǒng)，快速進給速度可達76m／min，進給加速度可達9．8m／S2以上。直線電機式微位移機構不需要用機械輔助方法將旋轉運動轉化為直線運動，因此簡化了系統(tǒng)的結構，從而避免了由于中間環(huán)節(jié)的彈性變形、間隙、磨損和發(fā)熱等因素帶來的運動誤差。其最明顯的優(yōu)點是響應快，可達到瞬時的高加速度和減速度。它已在異型內圓工件的計算機控制精密車削和磨削加工中得到成功應用。但是直線電機的成本較高、發(fā)熱較嚴重、組成的控制系統(tǒng)比較復雜且存在隔磁和防磁問題，所以

47、其應用還不很廣泛。不過隨著科技的發(fā)展，直線電機的這些問題得到解決，直線電機式微位移機構將得到越來越廣泛的應用。</p><p>　　1.2.11 其它微位移平移臺 </p><p>　　此外，還有形狀記憶合金(SMA)式、電致伸縮式和滾珠導軌式微位移機構等。SMA微位移機構是利用在低溫相態(tài)無論它怎樣變形，只要加熱到一定溫度就會馬上恢復到原來在高溫下的形狀的特點來實現微位移。于是通過電流

48、控制SMA的溫度即可實現微位移。它已廣泛應用于機械化、電氣、醫(yī)療以及高精度控制等領域。電致伸縮式微位移機構是利用電致伸縮材料在電場作用下發(fā)生變形以實現微位移。該機構具有施加電壓低、滯后小、位移量度大、重復性好以及無老化等優(yōu)點，它已廣泛應用丁計量設備、微機械手、超精密加工中的誤差測量和補償。滾珠導軌式微位移機構的結構簡單、運動靈活、工藝性好、行程大、易實現較高定位精度，可用于微動臺和定位裝置等。</p><p>　

49、　微位移機構種類很多，它們各有自己的優(yōu)缺點和主要應用范圍。隨著微電子技術、宇航、材料、生物工程等學科的發(fā)展，它的研究越來越受國內外的重視，且得到了迅速發(fā)展和廣泛應用，但因機械加工精度、機構的復雜性、相關參數的控制精度、電磁屏蔽等目前技術水平的制約，它的應用還受到一定的限制。不過隨著相關科學的不斷發(fā)展和微位移機構的深入研究，人類將研究出結構簡單、高分辨率、高精度、高性能以及調試簡便的微位移機構以服務于人類社會。</p>&l

50、t;p>　　1.3微型工作臺的發(fā)展趨勢</p><p>　　隨著科學技術的發(fā)展，人類在制造領域中采用的尺度將由微米邁向納米。精密和超精密加工技術的發(fā)展和推廣，提高了整個機械制造業(yè)的加工精度和技術水平，并普遍提高了機械產品的質量、性能和競爭力。超精密加工的精度已達到了納米級，甚至是亞納米級(原子級)。當前，超精密制造的傳統(tǒng)加工方法主要有金剛石刀具超精密切削，金剛石微粉砂輪超精密磨削，精密高速切削和精密砂帶磨削

51、等，非傳統(tǒng)加工方法主要有電子束、離子束、激光束等高能束加工，電火花、電化學加工、光刻(刻蝕)等。并出現了具有復合加工機理的電解研磨、磁流體拋光、超聲研磨等復合加工方法。超精密加工技術已成為衡量一個國家科學技術水平的重要標志，也是國防工業(yè)研制現代化武器裝備的關鍵技術。20世紀50年代末以來，迅速發(fā)展的宇航、計算機、激光技術以及自動控制系統(tǒng)等尖端科學技術，綜合利用了近代的先進技術和工藝方法。由于生產集成電路的需要，出現了各種微細加工工藝(微

52、小尺寸零件的加工技術)。它利用切削和非切削的加工方法，在最近的一二十年的時間里使機械加工精度提高了1～2個數量級，即由50年代末的微米級(10m)提高到現在的納米級(10 m)，從而進入了超精密加工時代。在這個</p><p>　　微進給平臺進行了一定的探索，但還存在一些技術問題，因此無法滿足廣泛的實際工程需要?，F代制造技術的發(fā)展，學科交叉、復合加工技術的特點日益突出，精密加工和超精密加工不僅作為一門獨立的學科發(fā)

53、展，而且會以更多的交叉學科形式出現，甚至形成新的學科。在國民經濟發(fā)展和人民生活水平提高的需求下，如汽車制造、計算機、通信網絡、光盤、家用電器等均緊密依賴于先進的制造技術進入了國民經濟主戰(zhàn)場，提高國家的經濟實力。尖端技術和產品的需求下，開拓新的加工機理，進入到納米級和亞納米級加工精度是必然的選擇。微位移工作臺發(fā)展趨勢及需要解決的問題大范圍、高精度是納米科技對微動工作臺提出的新要求,然而大行程和高精度是微動技術中的一對矛盾。因此微位移工作臺

54、的未來研究方向應圍繞如何解決這一對矛盾展開。</p><p>　　a)多種微運動相結合技術:結合多種微動方法以彌補各自的不足仍然是解決以上問題的主要辦法,比如在現有研究已經成熟的各種微動工作臺基礎上,妥善解決好其中兩種或者多種微動工作臺間的兼容性,解決好機械結構間的裝配誤差、多種平臺間的定位誤差,采用粗動和微動相結合的方法,粗動臺用以完成快速大范圍,微動工作臺實現高精度,也就是說通過微動工作臺對粗動工作臺由于運動

55、所帶來的誤差進行精度補償,以此實現大范圍、高精度的要求。</p><p>　　b)新型納米級微動工作臺的研究:運動方向間的交叉耦合嚴重影響納米微動工作臺的定位精度,因此需進一步研究運動導向結構,從運動原理上有效地消除運動方向間的交叉耦合產生的定位誤差,提高納米級微位移工作臺的定位精度。</p><p>　　c)改進控制策略,如采用建立遲滯和蠕變數學模型進行開環(huán)控制來避免因反饋而可能引起的不

56、穩(wěn)定問題,采用自適應控制消除建模的誤差和參數的不確定性及系統(tǒng)環(huán)境的變化等因數對系統(tǒng)精度的影響,提高系統(tǒng)的魯棒性。采用模糊控制、神經元網絡控制等方法改善系統(tǒng)的非線性和不確定性</p><p>　　d)磁懸浮微動工作臺性能的進一步提高:在現有磁懸浮微動工作臺基礎上,充分考慮磁滯非線性、磁飽和以及高次諧波對系統(tǒng)精度的影響,解決運動控制和定位技術,從而實現納米級精度的大范圍運動。。</p><p>

57、;　　第二章 工作臺的方案確定</p><p>　　微位移機械工作臺采用壓電陶瓷驅動，手動進給，根據市場情況，結合當前精密和超精密加工的發(fā)展方向，為超精密加工而設計的工作平臺，是比較理想的加工方式，可以預計，他對于超精密加工將會是又一個選擇。</p><p><b>　　2.1適用范圍</b></p><p>　　該微動工作臺可用于，精密零件的

58、微細加工，硬質合金等難加工材料的構成工件的磨削，以及超精光研磨珩磨。對精密超精密加工的車削，光整或具有特殊要求的零件加工問題，可用在磨床上能實現精密級的平面、球面、非球面、工件加工，具有粗磨，精磨，研磨，拋光功能。精密、超精密3n-v的精密陶瓷制品、光學原件和透鏡等，也可廣泛應用于各種現代光電子產品、圖像處理產品如數碼相機、VCD、DVD、電腦、CCD、攝像鏡頭、大屏幕投影電視機及軍事、天文和醫(yī)療等行業(yè)。超精密加工設備與技術有廣闊的應用

59、前景和巨大的社會經濟效益。</p><p>　　2.2 主要技術要求</p><p>　　主要技術要求有以下幾種</p><p>　　1）微動工作臺的支撐或導軌副無機械摩擦和無間隙，具有高的位移分辨率和高的定位精度和重復精度，滿足工作形成要求。</p><p>　　2）微動工作臺本身具有高的幾何精度，即顛擺，滾擺和搖擺誤差小，同時穩(wěn)定可靠。&

60、lt;/p><p>　　3）微動工作臺具有較高的固有頻率，以保證良好的動態(tài)特性和抗干擾能力，采用直接測微頭驅動。</p><p>　　4）微動系統(tǒng)控制方便響應速度快</p><p>　　5)靜剛度要求高，在最大允許戟荷時，變形量不超過規(guī)定值；結構分析或其他部件在大件上移動時，靜剛度的變化應小。</p><p>　　6)連接剛度要好，結構要合理，便

61、于調整和裝卸。</p><p>　　7)導軌面受力合理，耐磨性要好。</p><p>　　8)結構設計合理，材質穩(wěn)定，能長期的保持規(guī)定精度。</p><p>　　9)重量要輕，體積合理，便于裝拆。</p><p>　　2.3 微動工作臺材料</p><p>　　工作臺材料超精密工作臺要求工作臺具有小質量、高剛度和低熱變

62、形。因此工作臺的材料選擇應遵循如下原則：密度小、低熱傳導率、低熱膨脹、彈性模量大。目前傳統(tǒng)工作臺的材料仍然為鋼材，但是其密度大、熱導率與熱膨脹系數大，使得工作臺的性能受到影響。有些機床為了降低熱變形的影響，在結構上采用了低熱膨脹的殷鋼，但綜合性能仍然不夠理想。工程結構陶瓷由于其高強度、高硬度和耐高溫、耐輻射、抗腐蝕等優(yōu)點已逐漸成為工程技術特別是尖端技術的關鍵材料，將工程結構陶瓷應用在精密平臺上是一種發(fā)展趨勢。氧化鋁陶瓷的密度為鋼的一半，

63、熱導率與熱膨脹系數也均約為鋼的一半，彈性模量比鋼高一倍，綜合性能比鋼要好，因此如日本東京工業(yè)大學與住友重工研制的超精密工作臺都采用了氧化鋁陶瓷作為結構材料。石英陶瓷作為結構陶瓷多應用在玻璃、冶金、電工、航空航天等行業(yè)。主要利用其熱導率低、熱膨脹系數小、電性能好等優(yōu)點，但其應用于精密平臺還未見報道。石英陶瓷密度小(僅為鋼的四分之一，氧化鋁陶瓷的一半)，熱導率與熱膨脹系數都比鋼與氧化鋁陶瓷小一個數量級，缺點是彈性模量較小。石英陶瓷材料更適用

64、于輕載的超精密工作，但本工作臺考慮其工作臺和市場客戶原因采用傳</p><p>　　2.4 微動工作臺的驅動與控制</p><p>　　平臺的總體設計為了解決較大行程和精密定位的矛盾，利用高精度陶瓷電機實現大行程精確定位。我們通過多方面調研，最后選擇了Nanomotion的LS系列低速電機，該電機配備8個運動單元。LS系列具有無與倫比的重復定位精度和定位時零伺服抖動的穩(wěn)定性能，每步分辨率高

65、于20nm，最大速度可以達到20mm／s。能實現無間隙運動，提高機械系統(tǒng)的運動剛度；因為壓電陶瓷直線電機的驅動力有限，不能克服自身的動力的影響，所以必須設計配重裝置1．3 傳動系統(tǒng)三維精密運動平臺用3個驅動器和3個位移傳感器即可實現對動平臺空間姿態(tài)的控制和調整。平臺均以兩組交叉滾子軌道支撐，X／Y向平臺有25mm的行程，z向平臺有5mm的行程。近年來研制的微進給平臺，大都采用氣浮定位方式，雖然消除了摩擦，但結構龐大復雜，支撐剛度小，承載

66、能力和抗沖擊能力降低，亦限制定位精度的提高。傳統(tǒng)的機械定位方式是剛性接觸支撐圖3 XY運動平臺和“旋轉電機+滾珠絲杠” 驅動方式定位，雖然存在著摩擦、磨損、金屬粉塵、驅動件的質量慣性和連接間隙等問題，降低了設備的定位精度和響應頻率。但是滾動直線導軌副已實現了標準化和系列化，使用時直接參照設計手冊選用即可</p><p>　　微動工作臺的直接驅動控制通常有手動驅動和電動驅動的形式，本次設計為機械式絲杠傳動，采用手動

67、驅動方法，用于微調、微進給等，具有成本低，操作簡便的特點。</p><p><b>　　2.5 整體設計</b></p><p>　　整體設計根據使用要求，所設計的三維精密移動工作臺</p><p>　　應滿足規(guī)定的行程范圍、精度、靈敏度的要求；同時還要工作性能穩(wěn)定可靠，消除空回，減小誤差。設計中采用組裝式的，其三個方向是相互垂直的，所以從下至

68、上三個方向上主動件和從動件的運動方向可設定為笛卡兒坐標系中的X、Y、Z 三軸向。由于X、Y、Z軸各方向的配合面以及裝配關系直接影響到整體運行的精度，故對各裝配面以及運行部件的接觸表面都要求保持相應的精度。其總體主要技術參數見下表所示</p><p><b>　　表二</b></p><p><b>　　2.6 結構設計</b></p>

69、<p>　　目前，精密工作臺的運動速度一般在20——50mm，最高的可達到100mm以上，其精度要求為0.1um以下。由于高速度帶來的慣性很大，一般運動精度要求比較低，為解決高速度和高精度的矛盾，通常采用粗精相結合的兩個工作臺，如圖"所示。粗動工作臺完成高速度大行程，微動工作臺實現其精度要求，也就是說通過微動工作臺對粗動工作臺由于運動所帶來的誤差進行精度補償。</p><p>　　圖十 微

70、位移工作臺和機床工作關系圖</p><p>　　三維精密移動工作臺主要由支撐裝置、微位移驅動讀數裝置、承重及微位移機構、連接裝置幾部分組成。微位移驅動讀數裝置、承重及微位移機構的選擇和設計對整個產品的設計起著舉足輕重的作用。主要是采用螺旋微動裝置驅動，分劃筒讀數裝置示數，以及滾動摩擦導軌進行導移。也就是說，整個三維精密移動工作臺由支撐裝置———底座、底板，微位移驅動讀數裝置，承重及微位移機構———三維方向上的滑板

71、、導軌，以及連接裝置———直角固定塊等組成。</p><p>　　我們所負責設計的主要是三維工作臺，即三坐標微動工作臺</p><p>　　圖十一 三維精密工作臺實物模型圖</p><p>　　三坐標精密運動平臺的整體結構采用模塊化組合設計。即有三大模塊組合而成，即平移臺，升降臺，和底板。其中平移臺能實現x、Y、兩個個方向上的精密移動，工作臺的行程為25mm

72、15;25mm×5mm。Z向移動部件為精密微動升降臺，保持Z軸方向上的位移和進給。三坐標精密運動平臺的x、Y、z三個方向的部件具有相同結構，都包括各自的傳動系統(tǒng)、導向系統(tǒng)、驅動系統(tǒng)；能實現高定位精度和重復定位精度，平臺在x、Y、z三個方向的結構安排采用下述方案，即以x向的精密平移臺固定在基座上，Y向的底板固定在x向的移動拖板上，z向的底板固定在花崗巖平臺的橫梁上。</p><p>　　2.7 設計原則和

73、設計原理</p><p>　　在幾何量測量儀器設計長期實踐的基礎上，形成了一些帶有普遍性的或在一定場合下帶有普遍性的設計原則和設計原理。這些設計原則和設計原理，根據不同儀器設計的具體情況，作為儀器設計中的技術措施，在保證和提高儀器精度、改善儀器性能、以及降低儀器成本等方面帶來了良好的效果。因此，如何在儀器的總體方案中遵循或恰當地運用這些原則和原理，便是儀器總體設計階段中應當突出考慮的一個內容。在本設計中，為了減少

74、阿貝誤差的影響，在底座的設計中盡量保證主動件與從動件之間運動的線性關系，導軌的結構設計及其工藝上盡量保證導軌有較好的運動直線性。采用螺旋微位移驅動讀數裝置，遵循測量鏈最短原則，盡量使測量環(huán)節(jié)最少，從而減少誤差、提高整體機構的精度。螺旋測微原理是指螺旋運動的直線位移與角位移成比例的原理。其套筒上刻有上、下兩排刻線，同排刻度線間距為1mm,上下兩排刻線錯開0.5mm，即與測微絲杠的螺距相等。微分筒上刻有50等分刻線，當它旋轉一周時，絲杠位移

75、0.5mm；轉動一格，絲杠移動0.01mm。所以螺旋測微器的分度值為0.01mm，靈敏度為0.001mm。</p><p>　　第三章 微位移平移臺設計</p><p>　　由以上分析知道該組合工作臺由機械平移臺、機械微動升降臺以及底板構成。我們首先來設計微位移平移臺。</p><p>　　3.1 精密平移臺設計</p><p>　　精密平移

76、臺結構由擋板、導軌、以及螺旋測微頭和工作臺部分組成。</p><p><b>　　平移臺特點：</b></p><p>　　1)導軌為精密線性鋼球配合精磨鋼棒，精度高，成本低，負載輕。</p><p>　　2)測微頭在平移臺側面放置，節(jié)省空間。</p><p>　　3)采用彈簧復位，消除軸向間隙。</p>

77、<p>　　4)臺面和底座分布標準孔距的安裝孔，方便安裝和組合。5)可與其它系列位移臺組成多維調整架。</p><p><b>　　平移臺基本數據:</b></p><p>　　驅動方式 測微頭</p><p>　　驅動位置 側邊</p><p>　　導 軌 線

78、性導軌+滾珠</p><p>　　行 程 25mm</p><p>　　最小刻度 0.01mm</p><p>　　精 度 0.005mm</p><p>　　分 辨 率 0.002mm</p><p>　　自 重 0. 3kg&l

79、t;/p><p>　　負 載 2kg</p><p>　　圖十二 精密平移臺實物模型圖</p><p>　　3.1.1精密平移臺導軌設計</p><p>　　一般的導軌形式有滑動、滾動和靜壓3種形式。其中滑動導軌中導軌副之間是滑動摩擦，由于導軌副材料之間存在動、靜摩擦因數的差異，會產生爬行現象，同時存在磨損，使用壽命不長，在高

80、精密工作臺中很少采用滑動導軌。滾動導軌中采用鋼球或滾柱作為滾動體，具有較小的摩擦因數，動靜摩擦因數的差異極小，可以有效避免爬行現象的產生。但滾動導軌中由于滾動體與導軌之間的接觸為點接觸或線接觸，其抗振性與滑動導軌相比較差。</p><p>　　3.1.2 導軌形狀材料及滾珠材料</p><p>　　根據數據要求，通過查閱機床設計手冊選擇導軌，因為導軌承受載荷不大高度較小所以采V型箱裝滾動導

81、軌導軌。精密工作臺對精度要求較高，因此選用精密線性鋼球配合導軌</p><p>　　選用合金工具鋼做導軌材料，對比導軌承載及其形式，根據工作性能要求選擇燕尾形導軌?？梢杂行У乇ＷC其導向精度。</p><p>　　滾珠采用高頻淬火鋼滾珠。</p><p>　　3.1.3導軌、滾珠材料及保持架</p><p>　　選用合金工具CrWMn、9SiC

82、r剛或者承鋼鉻軸均可</p><p>　　常用滾珠材料為、GCr15、GCR15SiMn等，</p><p>　　本設計中采用含鉻合金鋼，硬度為60——65HRC。工作表面經研磨拋光。</p><p>　　保持架——采用低碳鋼板沖壓制成。</p><p>　　3.1.4滾動體尺寸和數量及許用載荷</p><p><

83、;b>　　a滾珠數量</b></p><p>　　增大滾動體直徑，可以減小摩擦系數和接觸應力，不易產生滑動。滾動體數量取決于導軌的長度和剛度條件，每條導軌上一般不少于12——16，若數量過多，會制造誤差引起載荷分布不均勻。取滾珠數目</p><p>　　式中 F——每條導軌所受的載荷（N）</p><p>　　d——滾珠直徑； 6mm</p

84、><p>　　代入數據計算得出=4.</p><p>　　雙圓弧導軌一般取鋼球半徑R1、滾到半徑R2=0.90-0.95,接觸角=55</p><p><b>　　b滾珠許用載荷</b></p><p>　　滾動體需用載荷的計算，是俺接觸應力對導軌面進行靜強度計算，并假設在接觸面上沒有塑形變形。一個滾動體上的需用載荷按下時計

85、算：</p><p><b>　　P=Kd</b></p><p>　　式中 d——滾珠直徑6mm</p><p>　　K———滾動體截面積上的假象許用應力，查表為5.</p><p>　　——導軌的硬度校正系數，查表取為1.</p><p>　　代入數據計算得187.5Mp.</p>

86、<p>　　3.1.5滾動導軌的長度</p><p>　　對于滾動體不做循環(huán)運動的導軌，滾動體和保持架隨著動導軌而移動。但其移動速度和移動量均為動導軌的一半。</p><p>　　為了提高動導軌的接觸剛度應使導軌的而全場式中與滾動體相接觸，因此保持架的長度Lg及固定導軌的長度L為：</p><p>　　圖十三 導軌尺寸計算示意圖</p>

87、<p><b>　　Lg=Ld-S/2</b></p><p><b>　　LLd</b></p><p><b>　　式中S動導軌的行程</b></p><p><b>　　Ld=34則</b></p><p><b>　　Lg=30

88、mm</b></p><p>　　參考機床設計手冊表6-10取導軌參數。查表取</p><p><b>　　A=40mm</b></p><p><b>　　d=6mm</b></p><p><b>　　B=40mm</b></p><p>

89、;<b>　　H=1</b></p><p><b>　　緊固螺釘取為M4</b></p><p><b>　　2）滾動導軌的預載</b></p><p>　　在滾動體與導軌面之間預加一定載荷，可增加滾動體與導軌面的接觸，以減小導軌面平面度、滾子圓柱度、及滾動體直徑不一致性誤差的影響，使大多數滾動體都

90、能參加工作。由于有預加接觸變性，接觸剛度增加。提高了導軌的精度和剛度，阻尼性能也有所增加，提高了導軌的抗振性，垂直配置的滾動導軌越加載荷后，可防止?jié)L動體在導軌之間下滑或歪斜。</p><p><b>　　3.2 導軌的計算</b></p><p>　　影響滾動直線導軌壽命的因素有很多，如材質、潤滑、防塵條件、振動等，即使制造方法和使用條件完全相同，對于不同組件的滾動直

91、線導軌來講，它們的壽命分布也具有很大的離散性。因此，衡量滾動直線導軌壽命的長短，既不能以一批導軌中的最長壽命作為標準，又不能以其中最短者為標準，而是按照以破壞概率為理論根據的額定壽命為標準。</p><p>　　3.2.1. 額定壽命計算的基本公式</p><p>　　滾動直線導軌額定壽命的定義為：在相同的工作條件下，同一批導軌組件分別運行，其中90％的導軌組件尚未出現疲勞剝落現象之前，滑

92、塊相對于導軌運行距離的總和(用L10表示)或一定運行速度下的工作小時數。當滾動體為鋼球時，取L的單位為50km。</p><p>　　參考文獻機床設計手冊及機械工程師手冊，給出了滾動直線導軌額定壽命計算的基本公式：</p><p><b>　　（1）</b></p><p>　　其中,C為額定載荷;</p><p>&l

93、t;b>　　F為實際載荷。</b></p><p>　　該式課根據以上文獻導出。在該文獻中，考慮到滾動體載荷Q與滾動直線導軌的外加載荷F成正比，可以得到如下公式：</p><p><b>　　(2)</b></p><p>　　式中,R為滾動直線導軌的使用概率（即可靠度）；</p><p>　　L為對應

94、于此使用概率時的壽命；</p><p><b>　　、e均為指數，</b></p><p>　　w=10/3,e=10/9;</p><p>　　K為與材料有關的系數。</p><p>　　當R=0.9，L=1時，F即為滾動直線導軌的額定動載荷C，將此條件代入式（2）可推得：</p><p>&l

95、t;b>　　（3）</b></p><p>　　于是在外載荷F的作用下，要求使用概率R（可靠度）達到90%時，這時由上式確定的壽命L即為L：</p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　若以工作小時數來表示壽命，當行程長度和滑塊往復運行次數一定時，可用下式求出：</p><p>&l

96、t;b>　　（5）</b></p><p>　　式中，為滑塊單向行程（m），n為滑塊每分鐘往復次數（次/分）。</p><p>　　3.2.2 任意可靠度R時的壽命計算</p><p>　　可靠度是產品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率，它是時間的函數即為R(t)。如果用隨機變量T表示產品從開始工作到發(fā)生失效或故障的時間，概率密度為

97、 f（t），則該產品在某一定時間t的可靠度為： </p><p><b>　　。</b></p><p>　　對于滾動直線導軌，其壽命隨機變量仍是T表示，指定的時間t改用導軌的運行距離L(km)表示，于是該產品在某一指定壽命L時的可靠度可改寫為：</p><p><b>　　。</

98、b></p><p>　　在工程實際中，各種機械對滾動直線導軌的可靠性提出了不同要求，為了滿足不同需要，現提出可靠度系數，來計算任意可靠度R(L)時的壽命L，由式（3）可得：</p><p><b>　　(6)</b></p><p>　　其中，稱為滾動直線導軌壽命計算的可靠度系數，下表中列出了對應于不同可靠度R(L)時的值。</p

99、><p>　　表2 不同可靠度R(L)時的值</p><p>　　因此，考慮到不同的可靠度R(L)時，有</p><p><b>　　（7）</b></p><p>　　3.2.3 考慮使用條件時的壽命計算</p><p>　　考慮到實際運行中載荷的平穩(wěn)性（如沖擊、振動），滾道表面的硬度</p&

100、gt;<p>　　以及導軌內部的溫度等對壽命的影響，根據文獻，將式（7）作如下修正：</p><p><b>　　（8）</b></p><p>　　式中，Fc為計算載荷，實際載荷 .</p><p>　　硬度系數按照要求，與滾動體接觸的滾道面必須具有KRC58—64的硬度，若因某種原因而達不到規(guī)定的硬度 ，將會使壽命縮短，并降低

101、承載能力，故引入硬度系數1.</p><p>　　溫度系數--當工作溫度超過100C時，滾道表面的硬度將會降低，承載能力也將下降，故引入溫度系數1。</p><p>　　接觸系數--當實現直線運動時，多數情況下至少要安裝兩個以上的滑塊，由于施加在各個滑塊上的分布載荷受安裝精度及滑塊自身精度的影響，不一定象計算值那樣完全均等，故引入接觸系數0.72。</p><p>

102、　　載荷系數--機械在作往復運動時，特別是高速運動時，常常伴有劇烈的振動和沖擊。因此，由于工作條件的復雜性，要準確地計算出振動和沖擊載荷是相當困難的，為此引入載荷系數1。以上各系數均可由文獻查詢。</p><p>　　代入數據計算得2.43*50km</p><p>　　3.2.4 滾動直線導軌系統(tǒng)的可靠度</p><p>　　系統(tǒng)可靠度的確定根據系統(tǒng)組合形成的不同

103、而異，串聯系統(tǒng)可用圖2來表示。設系統(tǒng)的實效時間隨機變量為T，組成系統(tǒng)的零件的實效時間隨機變量為，則系統(tǒng)的可靠度為：</p><p>　　此式說明，在串聯系統(tǒng)中，要使系統(tǒng)可靠的運行，就必須要求每一個零件的實效時間都大于系統(tǒng)規(guī)定的時間t。因為T1、T2、…Tn之間互為獨立，故上式可寫為：</p><p>　　……，式中就是第i歌零件的可靠度，故得：</p><p>&l

104、t;b>　　R（t）=</b></p><p><b>　?。?）</b></p><p>　　這就是串聯系統(tǒng)的可靠度數學模型。</p><p>　　作為滾動直線導軌組件，一般是以單根或多跟導軌軸上裝有多個滑塊來支承一個工作臺面。由于系統(tǒng)條件的限制及結構緊湊的要求，不采用儲備滾動直線導軌的方法來提高系統(tǒng)的可靠性。滾動直線導軌系

105、統(tǒng)中的導軌、滑塊組件乃至一套組件中的零件的故障都會引起整個系統(tǒng)發(fā)生故障，因此，滾動直線導軌系統(tǒng)在整個設備的可靠性問題上屬于串聯系統(tǒng)，如圖3所示。圖中S表示為系統(tǒng)，它可以是一組導軌也可以是單個滾動導軌，相應地Si可以是單個滾動導軌組件，也可以是其中的零件?，F將指定的時間t仍用導軌的運行距離L來表示，則滾動直線導軌系統(tǒng)的可靠度為,單個零部件的可靠度為，故得：</p><p><b>　　圖十六 系統(tǒng)結構圖&

106、lt;/b></p><p>　　3.2.5 滾動直線導軌系統(tǒng)的額定壽命</p><p>　　滾動直線導軌系統(tǒng)中的各導軌在不同可靠度時的壽命L可由式（6）得出：</p><p><b>　?。?1）</b></p><p>　　為各滾動直線導軌的額定壽命由式（11）可得：</p><p>&

107、lt;b>　?。?2）</b></p><p>　　由n各滾動導軌組成的系統(tǒng)可靠度為：</p><p>　　將代入其中可得該系統(tǒng)的額定壽命為：</p><p><b>　?。?3）</b></p><p>　　如果系統(tǒng)中各個單元的額定壽命都相同，則可得：</p><p><

108、b>　　（14）</b></p><p>　　式中（13）、（14）同樣適用于單個滑塊組件的壽命計算，這時分別為單列滾道的可靠度及壽命。</p><p>　　當單根導軌軸上有n個滑塊時，設各滑塊上所受載荷分別為F1、F2、F3……Fn額定動載荷別為C1、C2、C3、……Cn，壽命為：</p><p><b>　　（15）</b>

109、;</p><p>　　作為整個系統(tǒng)的壽命，由式（13）可得：</p><p><b>　?。?6）</b></p><p>　　在實際應用中，一般同一根導軌軸上選用的滑塊時完全相同的，即C1=C2=…..Cn=C，設每個滑塊上所受當量載荷為Fe則由式（14）、（16）可得：</p><p><b>　　故有：

110、</b></p><p><b>　?。?7）</b></p><p><b>　　且有</b></p><p><b>　　（18）</b></p><p>　　式中稱為接觸系數，見表2。當量載荷Fe的意義為：用Fe來計算系統(tǒng)的壽命與Fi來計算系統(tǒng)的壽命具有相同的

111、值。</p><p>　　綜合上述分析可得最終有效壽命為</p><p><b>　　代入數據</b></p><p><b>　　（19）</b></p><p>　　計算得壽命為121km</p><p>　　3.2.6導軌的受力分析</p><p&g

112、t;　　結構簡圖受力最大滾動體受力，假設滾珠受力分別為30、50、100。</p><p><b>　　26.7</b></p><p>　　圖十六 導軌受力適宜簡圖</p><p>　　由以上簡圖假設平臺面為 雙支撐支梁，力的作用點假設為平臺正中央，即梁的中點，經公式計算其力矩和彎矩圖如下</p><p><b&

113、gt;　　圖十八 受力分析圖</b></p><p><b>　　圖十九 力矩圖</b></p><p><b>　　F1=F2</b></p><p><b>　　圖二十 彎矩圖</b></p><p><b>　　圖二十一 撓度圖</b>&