光機(jī)械廣泛應(yīng)用于光學(xué)實(shí)驗(yàn)中，合適的光機(jī)械能夠讓您快速而準(zhǔn)確的搭建光學(xué)實(shí)驗(yàn),，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案,。我們在搭建光學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，如何選擇合適的光機(jī)械,？需要考慮哪些因素呢,？本文將會(huì)從材料的角度給您提供一些參考。
大多數(shù)光機(jī)械部件是由鋁,、黃銅或不銹鋼制成的,。材料的特性直接影響了光機(jī)械的整體性能，因此,，我們將在下面的討論中對這些材料的屬性做一些對比,。
剛度
剛度是指材料或結(jié)構(gòu)在受力時(shí)抗彈性形變的能力，是材料或結(jié)構(gòu)彈性變形難易程度的表征,，可以用引起一個(gè)特定應(yīng)變所需應(yīng)力的大小來描述,。應(yīng)力與應(yīng)變成比例關(guān)系，并通過方程式 σ = Eε 聯(lián)系起來,，式中σ 和ε分別為應(yīng)力和應(yīng)變,，E 為材料的楊氏彈性模量。材料越硬,，E 的值越大,；反之越小。例如,，不銹鋼的剛度大約是鋁的三倍,。當(dāng)考慮穩(wěn)定性或抗振的性能時(shí)，比剛度（楊氏彈性模量除以材料密度）很重要,。具有相同形狀和比剛度的部件將會(huì)有相同的基本共振頻率,。比剛度越高,，產(chǎn)生的共振頻率就越高，振動(dòng)穩(wěn)定時(shí)間就越快,，振動(dòng)的干擾就會(huì)越低,。
脹
溫度改變可引起一個(gè)機(jī)械件大小和形狀的改變。機(jī)械件的大小和形狀的改變量取決于該部件的大小,、溫度改變量及所用材料,，方程式ΔL = αLΔT描述了三者的關(guān)系，式中α為材料的熱膨脹系數(shù),，L為部件長度,，ΔT為溫度變化量。不銹鋼的熱膨脹系數(shù)大約是鋁的一半,。當(dāng)把該部件用于一個(gè)需要干涉測量級別的穩(wěn)定性的應(yīng)用時(shí),，熱膨脹系數(shù)將是考慮重點(diǎn)。
當(dāng)部件溫度變化不均勻時(shí),，鋁是hao的選擇,。這種情況出現(xiàn)在安裝一個(gè)電源的時(shí)候，例如一個(gè)激光二極管,。因?yàn)槎O管的溫度比周圍環(huán)境溫度高,，所以它可通過調(diào)節(jié)架散熱，從而沿該部件形成一個(gè)溫度梯度,。鋁的導(dǎo)熱性比不銹鋼強(qiáng)十倍,，因此鋁更容易散熱，從而可降低熱梯度值與形變量,。不均勻的溫度變化引起的形變與熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)系數(shù)有關(guān),。因此，在一個(gè)溫度變化不均勻的環(huán)境中,，鋁可以比不銹鋼少近三倍的形變,。盡管黃銅的熱膨脹系數(shù)與鋁接近，但黃銅的熱導(dǎo)系數(shù)幾乎比鋁的熱導(dǎo)系數(shù)差兩倍,，因此,，在該情況下鋁是jia選擇。
如果部件的環(huán)境操作溫度遠(yuǎn)不同于室溫,，那么應(yīng)多加注意由一種以上的材料制成的部件,。例如，在一個(gè)線性移動(dòng)臺(tái)中,，如果一個(gè)平臺(tái)是鋁制的，而軸承是不銹鋼制的,，當(dāng)溫度改變時(shí),，鋁和不銹鋼將以不同的速率膨脹,，平臺(tái)的軸承可能失去預(yù)緊力或者移動(dòng)臺(tái)可能因鋁和不銹鋼分界面處形成的應(yīng)力而彎曲。
不穩(wěn)定性
材料的不穩(wěn)定性是指外形尺寸可隨時(shí)間改變,，即所謂的冷變形或蠕變,。您可能需要幾個(gè)月或者幾年才能看到鋁、黃銅與不銹鋼的蠕變,。通常,，部件的機(jī)械設(shè)計(jì)對不穩(wěn)定性所起影響比材料的選擇對不穩(wěn)定性的影響大。例如,，隨時(shí)間的遷移,，千分尺螺紋上的潤滑劑開始移動(dòng)，并可引起千分尺輕微的移動(dòng),。同樣的,，如果一個(gè)平移臺(tái)的軸承沒有進(jìn)行充分的硬化，當(dāng)軸承在接觸點(diǎn)處局部偏轉(zhuǎn)時(shí),，會(huì)導(dǎo)致平移臺(tái)發(fā)生微小位移,。
鋁：鋁為一種輕質(zhì)材料，可抵抗冷變形或蠕變,，具有良好的剛度-密度比,。鋁不僅具有相對較高的熱膨脹系數(shù)，還具有高導(dǎo)熱系數(shù),，此特征使鋁在有溫度梯度或者需要快速適應(yīng)溫度變化的應(yīng)用中成為一個(gè)不錯(cuò)的選擇,。鋁可快速加工，成本較低,，可廣泛應(yīng)用到部件的結(jié)構(gòu)中,。在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中，即使表面無防護(hù),，鋁也不易生銹,，并且較耐腐蝕。陽極處理的鋁有一層很好的氧化膜,。然而,，鋁的陽極氧化膜外層多孔，這使它們不適合在高真空環(huán)境中使用,。
不銹鋼：鋼具有較高的彈性模量,，這使它具有很好的剛度（大約是鋁的三倍），以及良好的機(jī)械穩(wěn)定性,。同時(shí),，它的熱膨脹系數(shù)大約是鋁的一半，這使它在均勻溫度變化的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中成為不錯(cuò)的選擇。加工鋼要比加工鋁緩慢地多,，這使的鋼部件相對昂貴,。鋼的腐蝕是一個(gè)嚴(yán)重的問題。不銹鋼合金可避免其它種類鋼的腐蝕問題,。真空環(huán)境中通常使用不銹鋼材料,。
黃銅：黃銅是重金屬材料，比鋼的密度大,，可快速加工,，它的剛度/密度的比率卻不如鋁或鋼令人滿意。黃銅的熱膨脹系數(shù)與鋁相似,，但是它的導(dǎo)熱性比鋁差大約兩倍,。然而，它是一種良好的耐磨損材料,。黃銅用于一些有*的抗蠕變要求的高精度應(yīng)用中,，并可經(jīng)金剛石打磨形成光滑的表面。
定位部件中使用的每種材料都有自身*的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn),，符合所有要求的完美材料并不存在,。Newport有數(shù)百種光機(jī)械部件，您可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境和預(yù)算選擇適合的光機(jī)械,。
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