《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件

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1、1,第2章 機(jī)械部件的選擇與設(shè)計(jì),概述 傳動部件 導(dǎo)向支承部件 旋轉(zhuǎn)支承 軸系部件 機(jī)座或架體,2,機(jī)械系統(tǒng)組成： 減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動部件 導(dǎo)向支承部件 旋轉(zhuǎn)支承部件 軸系及架體,為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性要求： 無間隙 低摩擦 低慣量,,2.0 機(jī)械部件的選擇與設(shè)計(jì)緒論,高剛度 高諧振頻率 適當(dāng)?shù)淖枘岜?3,采用低摩擦阻力的傳動部件和導(dǎo)向支承部件 縮短傳動鏈，提高傳動與支承剛度 選用最佳傳動比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量，盡可能提高加速能力。 縮小反向死區(qū)誤差 改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)

2、設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動、降低噪聲,,4,2.1 機(jī)械傳動部件的選擇與設(shè)計(jì),常用的機(jī)械傳動部件： 螺旋傳動 齒輪傳動 同步帶傳動 高速帶傳動 各種非線性傳動部件,主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速，實(shí)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。,,2.1.1 機(jī)械傳動部件及其功能要求,傳動機(jī)構(gòu)技術(shù)要求： 1)精密化 2)高速化 3)小型化、輕量化,5,傳動機(jī)構(gòu)及其功能（：為選擇）,6,絲杠螺母機(jī)構(gòu)又稱螺旋傳動機(jī)構(gòu),用來將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變換為直線運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。 傳遞能量為主螺旋傳動機(jī)構(gòu)的(如螺旋壓力機(jī)、千斤頂?shù)? 傳遞運(yùn)動為主的螺旋傳動機(jī)構(gòu)(如工作臺的進(jìn)給絲杠) 調(diào)整零件之間相對位置的螺旋傳動機(jī)構(gòu),2.1.2

3、 絲杠螺母機(jī)構(gòu),7,絲杠螺母機(jī)構(gòu)分為: 滑動摩擦機(jī)構(gòu)和滾動摩擦機(jī)構(gòu)。,滑動絲杠螺母機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單、加工方便、制造成本低、具有自鎖功能，但其摩擦阻力矩大、傳動效率低(3040)。,滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造成本高，但其最大優(yōu)點(diǎn)是摩擦阻力矩小、傳動效率高(9298)，,,,8,1)螺母固定、絲桿轉(zhuǎn)動并移動 2)絲桿轉(zhuǎn)動、螺母移動 3)螺母轉(zhuǎn)動、絲桿移動 4)絲桿固定、螺母轉(zhuǎn)動并移動 5)差動傳動方式,9,10,1滾珠絲杠副的組成及特點(diǎn),滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機(jī)構(gòu)，其具有螺旋槽的絲桿與螺母之間裝有中間傳動元件滾珠。,2.1.3 滾珠絲杠傳動部件,11,優(yōu)點(diǎn): 摩擦阻力矩小、傳動效率高

4、軸向剛度高(即通過適當(dāng)預(yù)緊可消除絲杠與螺母之間的軸向間隙) 運(yùn)動平穩(wěn); 定位精度和重復(fù)定位精度高; 不易磨損; 使用壽命長.,缺點(diǎn):由于不能自鎖，具有傳動的可逆性，在用作升降傳動機(jī)構(gòu)時(shí)，需要采取制動措施。,12,13,14,2滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型,滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)類型可以從螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別,(1)螺紋滾道型面(法向)的形狀及主要尺寸,15,(2)滾珠的循環(huán)方式 內(nèi)循環(huán)和外循環(huán),內(nèi)循環(huán)方式的優(yōu)點(diǎn)是 滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。 缺點(diǎn)是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。,16,浮動式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副。,1-

5、反向器；2-彈簧套；3-絲桿；4-碟簧片,17,外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲桿螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有以下三種形式：,1)螺旋槽式,18,2)插管式,19,3)端蓋式,20,3滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù),公稱直徑：,基本導(dǎo)程 (或螺距)：,行程：,螺紋大徑： 絲桿螺紋小徑 滾珠直徑 螺母螺紋大徑 螺母螺紋小徑 絲桿螺紋全長,第一、第二和第三圈(或列)分別承受軸向載荷的50、30和20左右。因此，工作圈(或列)數(shù)一般取2.5(或2)3.5(或3)。滾珠總數(shù)N一般不超過150個。,21,4滾珠絲杠副的精度等級及標(biāo)注方法,1)精度等級：根據(jù)GB/T17587

6、.3-1998（與ISO 3408-3：1992同）標(biāo)準(zhǔn)，將滾珠絲杠副的精度分成為1、2、3、4、5、7、10共七個等級，最高級為1級，最低級為10級。 2)標(biāo)注方法：GB/T17587.1-1998規(guī)定滾珠絲杠的標(biāo)識符號應(yīng)按下圖給定順序排列的內(nèi)容標(biāo)注。,22,23,尺寸系列，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISODIS3408-2-1991)和GB/T 17587.2-1998中規(guī)定： 公稱直徑(mm)：6，8，10，12，16，20，25，32，40，50，63，80，100，125，160及200。 公稱基本導(dǎo)程(mm)：1，2，25，3，4，5，6，8，10，12，16，20，25，32，40。

7、盡可能 優(yōu)先選用：2.5，5，10，20及40。,24,行程偏差的驗(yàn)收檢驗(yàn)項(xiàng)目（GB/T 17587.3-1998（與ISO3408-3：1992）同）,25,行程偏差和變動量（部分）,26,27,(1)雙螺母螺紋預(yù)緊調(diào)整式,結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量地進(jìn)行調(diào)整。,1-鎖緊螺母；2-調(diào)整螺母；3、4-滾珠螺母,5 滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊,28,(2)雙螺母齒差預(yù)緊調(diào)整式,可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)(如0.002 mm)，使用中調(diào)整較方便。,1-套筒；2-內(nèi)齒輪；3-螺母；4-絲杠,29,(3)雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式,結(jié)構(gòu)簡單、剛度高、預(yù)緊可靠，但使用

8、中調(diào)整不方便。,雙螺母墊片預(yù)緊式 1-墊片； 2-螺母,30,(4)彈簧式自動調(diào)整預(yù)緊式,能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn)生的間隙，但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜、軸向剛度低，適合用于輕載場合。,彈簧自動調(diào)整預(yù)緊式,31,(5)單螺母變位導(dǎo)程自預(yù)緊式和單螺母滾珠過盈預(yù)緊式,結(jié)構(gòu)簡單緊湊，但使用中不能調(diào)整，且制造困難。,32,6 滾珠絲杠副支承方式的選擇,1)單推一單推式 止推軸承分別裝在滾珠絲杠的兩端并施加預(yù)緊力。,軸向剛度較高，預(yù)拉伸安裝時(shí)，預(yù)緊力較大，但軸承壽命比雙推一雙推式低。,33,典型支承方式,34,2)雙推一雙推式 兩端分別安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，并施加預(yù)緊力，其軸向剛度最高。,該

9、方式適合于高剛度、高轉(zhuǎn)速、高精度的精密絲杠傳動系統(tǒng)。但隨溫度的升高會使絲杠的預(yù)緊力增大，易造成兩端支承的預(yù)緊力不對稱。,35,3)雙推一簡支式 一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端僅安裝深溝球軸承，其軸向剛度較低，使用時(shí)應(yīng)注意減少絲杠熱變形的影響。,雙推端可預(yù)拉伸安裝，預(yù)緊力小，軸承壽命較高，適用于中速、傳動精度較高的長絲杠傳動系統(tǒng)。,36,4)雙推一自由式 一端安裝止推軸承與深溝球軸承的組合，另一端懸空呈自由狀態(tài)，故軸向剛度和承載能力低，多用于輕載、低速的垂直安裝的絲杠傳動系統(tǒng)。,37,(2)軸承的組合安裝支承示例,38,39,40,(3)制動裝置 因滾珠絲杠傳動效率高，無自鎖作用，

10、故在垂直安裝狀態(tài)，必須設(shè)置防止因驅(qū)動力中斷而發(fā)生逆?zhèn)鲃拥淖枣i、制動或重力平衡裝置。,摩擦輪,制動輪,41,(1)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)的選擇 根據(jù)防塵防護(hù)條件以及對調(diào)隙及預(yù)緊的要求，可選擇適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)型式。例如當(dāng)允許有間隙存在時(shí)(如垂直運(yùn)動)可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；,當(dāng)必須有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時(shí)，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；,當(dāng)具備良好的防塵條件，且只需在裝配時(shí)調(diào)整間隙及預(yù)緊力時(shí)，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)。,7 滾珠絲杠副的選擇方法,42,(2)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)尺寸的選擇,公稱直徑d0 :一般取d0小于30為宜； 基本導(dǎo)程:按承載能力、傳

11、動精度及傳動速度選取，導(dǎo)程大承載能力也大，導(dǎo)程小傳動精度較高。. 基本導(dǎo)程Ph(或螺距t)應(yīng)要求傳動速度快時(shí)，可選用大導(dǎo)程滾珠絲杠副。 螺紋長度在允許的情況下要盡量短,43,(3)滾珠絲杠副的選擇計(jì)算,在選用滾珠絲杠副時(shí)，必須知道實(shí)際的工作條件： 最大的工作載荷Fmax(或平均工作載荷Fcp)(N) 作用下的使用壽命T(h) 絲杠的工作長度(或螺母的有效行程) (mm) 絲杠的轉(zhuǎn)速n(或平均轉(zhuǎn)速ncp)(rmin) 滾道的硬度HRC及絲杠的工況,44,1)承載能力選擇,45,2)壓桿穩(wěn)定性核算,46,3)剛度的驗(yàn)算,47,式中：E鋼的彈性模量，21105MPa： S絲杠的最小截面積，cm2：

12、 M扭矩，Ncm； I絲杠的小徑d1的截面慣性矩： L的單位為cm； “+”號用于拉伸時(shí)，“-”號用于壓縮時(shí)。,根據(jù)你選擇的絲杠型號精度等級的絲杠允差，檢驗(yàn)剛度是否足夠。 注意：最大載荷滿足了，剛度并不一定能滿足,48,齒輪傳動部件是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。,1齒輪傳動形式及其傳動比的最佳匹配選擇,2.1.4 齒輪傳動部件,常用的齒輪減速裝置有一級、二級、三級等傳動形式,49,要使伺服電動機(jī)驅(qū)動負(fù)載產(chǎn)生的加速度最大，要按下述方法選擇總傳動比。,,(1) 傳動比 i,其中， 電機(jī)輸出轉(zhuǎn)角， 負(fù)載轉(zhuǎn)角,50,額定轉(zhuǎn)矩為Tm、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量為Jm，負(fù)載慣量為JL、負(fù)載轉(zhuǎn)矩為TLF的負(fù)載的計(jì)算

13、模型，電動機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為Ta。,(2) 電機(jī)輸出軸的力矩平衡方程,令,(2) 最佳傳動比,51,求得使負(fù)載加速度為最大的i值，即,52,2齒輪傳動鏈的級數(shù)和各級傳動比的分配,按下述三種原則適當(dāng)分級，并在各級之間分配傳動比。,(1)最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則,1)小功率傳動,利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動系統(tǒng)，換算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量為最小。,53,齒輪系中各轉(zhuǎn)動慣量換算到電動機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動慣量,由于,所以,代入上式得:,54,當(dāng),55,按此原則計(jì)算的各級傳動比也是按“先小后大”次序分配，可使其結(jié)構(gòu)緊湊。,2)大功率傳動。大功率傳動的轉(zhuǎn)矩較大，小功率傳動中的各項(xiàng)簡化假設(shè)大多不合適，大功率傳動比

14、的分配次序仍為“前小后大”。,56,(2)重量最輕原則,1)小功率傳動。 假定各主動小齒輪的模數(shù)、齒數(shù)、齒寬、材料均相同，軸與軸承轉(zhuǎn)動慣量不計(jì)，各齒輪均為實(shí)心圓柱體，效率不計(jì)，則各齒輪的重量之和w為,式中: b各齒輪的寬度； 材料密度； D1、D2、D3、D4各齒輪的計(jì)算直徑。,57,要保證傳動裝置的重量最輕，應(yīng)在總傳動比已確定的條件下，首先確定最佳級數(shù)，再分配各級傳動比，并使各級傳動比相等。,2)大功率傳動。 大功率傳動系統(tǒng)，其傳遞扭矩大，故要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級增加的情況，按重量最輕原則的大功率傳動裝置，各級傳動比是“前大后小”。,58,(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 在減速傳

15、動鏈中，從輸入端到輸出端的各級傳動比應(yīng)為“前小后大”，且末端兩級傳動比應(yīng)盡可能大，齒輪副精度應(yīng)提高，這樣可減小齒輪的加工誤差、安裝誤差、回轉(zhuǎn)誤差對輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。,59,60,小結(jié)：,對于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)可用重量最輕原則。,對于要求運(yùn)動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的伺服系統(tǒng)的減速齒輪系，可按最小等效轉(zhuǎn)動慣量和總轉(zhuǎn)角誤差最小的原則來處理。對于變負(fù)載的傳動齒輪系統(tǒng)的各級傳動比最好采用不可約的比數(shù)，避免同期嚙合以降低噪聲和振動。,對于提高傳動精度和誤差為主的傳動齒輪系，可按總轉(zhuǎn)角誤差最小原則。對于增速傳動，由于增速時(shí)容易破壞輪系工作的平穩(wěn)性，應(yīng)在開始幾級就增速，并且要求每級增速比最

16、好大于l：3，以有利于增加輪系剛度、減小傳動誤差。,對以較大傳動比傳動的齒輪系，往往需要將定軸輪系和行星結(jié)合為混合輪系。對于相當(dāng)大的傳動比、并且要求傳動精度與傳動效率高、傳動平穩(wěn)、體積小重量輕時(shí)，可選用新型的諧波齒輪傳動。,61,諧波齒輪系統(tǒng)由諧波發(fā)生器、剛性輪和柔性輪三大件組成。,(1)諧波齒輪傳動的工作原理,諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力和運(yùn)動的。,3諧波齒輪傳動,62,波形發(fā)生器,剛輪zg,柔輪zr,柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時(shí)就將柔輪撐成橢圓形。,63,64,工程上常用的波形發(fā)

17、生器有兩個觸頭的即為雙波發(fā)生器，也有三個觸頭的。具有雙波發(fā)生器的諧波減速器，其剛輪和柔輪的齒數(shù)之差為 zg一zr=2 其橢圓長軸的兩端柔輪與剛輪的牙齒相嚙合，在短軸方向的牙齒完全分離。當(dāng)波形發(fā)生器逆時(shí)針轉(zhuǎn)一圈時(shí)，兩輪相對位移為二個齒距。當(dāng)剛輪固定時(shí)，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反。,65,傳動比大。單級諧波齒輪傳動的傳動比為50500，多級和復(fù)式傳動的傳動比更大。,承載能力強(qiáng)。傳遞額定輸出轉(zhuǎn)矩時(shí)，諧波齒輪傳動同時(shí)接觸的齒對數(shù)可達(dá)總對數(shù)的3040以上。,傳動精度高、回程誤差小。諧波齒輪的傳動精度比一般齒輪的傳動精度至少高一級。,傳動平穩(wěn)、噪聲低?；旧蠠o

18、沖擊振動。,傳動效率高。單級傳動的效率為6590。 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕。在傳動比和承載能力相同的條件下，,比一般齒輪減速器的體積和重量減少l213。 成本高。柔性材料性能要求高，制造較困難,(2)諧波齒輪傳動的特點(diǎn),66,諧波齒輪傳動的波形發(fā)生器相當(dāng)于行星輪系的轉(zhuǎn)臂，柔輪相當(dāng)于行星輪，剛輪則相當(dāng)于中心輪。故諧波齒輪傳動裝置(諧波減速器)的傳動比可以應(yīng)用行星輪系求傳動比的方式來計(jì)算。,當(dāng)柔輪固定時(shí): r =0,,為正,說明剛輪與波形發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相同,(3)諧波齒輪傳動的傳動比,67,當(dāng)剛輪固定時(shí): g =0,3)諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用 目前尚無諧波減速器的國標(biāo)，不同生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)代號也

19、不盡相同。,68,4齒輪傳動間隙的調(diào)整方法,(1)圓柱齒輪,1)偏心套式間隙調(diào)整法 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。,2)軸向墊片調(diào)整法 結(jié)構(gòu)簡單，但其側(cè)隙不能自動補(bǔ)償,69,墊片,,軸向略有錐度,70,,薄片齒輪,短柱1,3)雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法 周向彈簧式 可調(diào)拉簧式,71,(2)斜齒圓柱齒輪,結(jié)構(gòu)比較簡單，但調(diào)整較費(fèi)時(shí)，且齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償。,齒側(cè)間隙可以自動補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。,72,除滾珠絲杠副、齒輪副等傳動部件之外，機(jī)電一體化系統(tǒng)中 還 大量使用同步帶、鋼帶、鏈條、鋼絲繩及尼龍繩等撓性傳動部件。,2.1.5 撓性傳動部件,73,打印機(jī)中同步帶傳動系統(tǒng),打印機(jī)中

20、同步帶傳動系統(tǒng) 1-驅(qū)動輪 ；2-驅(qū)動軸 ；3-從動輪； 4-伺服電動機(jī) ；5-電動機(jī)齒輪 ；6-字車 ； 7-色帶驅(qū)動手柄 ； 8-銷；9-聯(lián)接環(huán) ；10-字車驅(qū)動同步帶；11-支架 ； 12-帶張力調(diào)節(jié)螺桿；13-色帶驅(qū)動帶； 14-壓帶輪 ；15-色帶驅(qū)動輪 ；16-色帶驅(qū)動軸 ；17-導(dǎo)桿,74,梯形齒同步帶及帶輪結(jié)構(gòu),,梯形齒同步帶結(jié)構(gòu) 1-包布層 ； 2-帶齒 ； 3-帶背；4-加強(qiáng)筋,75,76,鋼帶和繩輪傳動,鋼帶傳動定位機(jī)構(gòu) 1-導(dǎo)桿； 2-軸承； 3-小車； 4-導(dǎo)軌； 5-磁頭； 6-鋼帶； 7-步進(jìn)電動機(jī),繩輪傳動在打印機(jī)字車 送進(jìn)機(jī)構(gòu)中的應(yīng)用 1-字車；2-繩輪(電動

21、機(jī)輸出軸上)； 3-伺服電動機(jī)； 4-鋼絲繩,77,2.2 導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì),2.2.1 導(dǎo)軌副的組成、種類及其應(yīng)滿足的要求,導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運(yùn)動部件按給定的運(yùn)動要求和規(guī)定的運(yùn)動方向運(yùn)動。,導(dǎo)軌副主要由承導(dǎo)件1和運(yùn)動件2兩大部分組成,運(yùn)動方向?yàn)橹本€的被稱為直線導(dǎo)軌副 運(yùn)動方向?yàn)榛剞D(zhuǎn)的被稱為回轉(zhuǎn)導(dǎo)軌副,分類,,1導(dǎo)軌副的組成、種類,78,79,按其接觸面的摩擦性質(zhì),,滑動導(dǎo)軌,滾動導(dǎo)軌,流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌,氣體、液體導(dǎo)軌,彈性摩擦導(dǎo)軌,,,圓柱型 棱柱型 組合型,,滾柱(針)型 滾珠型 滾動導(dǎo)軌塊型 滾動軸承型,,動壓型 靜壓型 動靜壓型,片簧型 膜片型 柔性鉸鏈型,,80,

22、按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn),開式導(dǎo)軌,借助重力或彈簧彈力保證運(yùn)動件與承導(dǎo)面之間的接觸,閉式導(dǎo)軌,只靠導(dǎo)軌本身的結(jié)構(gòu)形狀保證運(yùn)動件與承導(dǎo)面之間的接觸,,,,,81,82,83,機(jī)電一體化系統(tǒng)對導(dǎo)軌的基本要求是導(dǎo)向精度高、剛性好、運(yùn)動輕便平穩(wěn)、耐磨性好、溫度變化影響小以及結(jié)構(gòu)工藝性好等.,對精度要求高的直線運(yùn)動導(dǎo)軌，還要求導(dǎo)軌的承載面與導(dǎo)向面嚴(yán)格分開；當(dāng)運(yùn)動件較重時(shí)，必須設(shè)有拆卸裝置，運(yùn)動件的支承，必須符合三點(diǎn)定位原理。,導(dǎo)向精度是指動導(dǎo)軌按給定方向作直線運(yùn)動的準(zhǔn)確程度。,2導(dǎo)軌副應(yīng)滿足的基本要求,(1)導(dǎo)向精度,84,導(dǎo)向精度的高低，主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)類型；導(dǎo)軌的幾何精度和接觸精度；導(dǎo)軌的配合間隙，油膜厚度

23、和油膜剛度；導(dǎo)軌和基礎(chǔ)件的剛度和熱變形等。,直線運(yùn)動導(dǎo)軌的幾何精度，一般有下列幾項(xiàng)： 1)導(dǎo)軌在垂直平面內(nèi)的直線度(即導(dǎo)軌縱向直線度),2)導(dǎo)軌在水平平面內(nèi)的直線度(即導(dǎo)軌橫向直線度),在這兩種精度中，一般規(guī)定導(dǎo)軌全長上的直線度或?qū)к壴谝欢ㄩL度上的直線度。,85,86,3)兩導(dǎo)軌面間的平行度，也叫扭曲度 這項(xiàng)誤差一般規(guī)定用在導(dǎo)軌一定長度上或全長上的橫向扭曲值表示。,導(dǎo)軌的剛度就是抵抗載荷的能力。抵抗恒定載荷的能力稱為靜剛度；抵抗交變載荷的能力稱為動剛度。,在恒定載荷作用下，物體變形的大小，表示靜剛度的好壞。導(dǎo)軌變形一般有自身、局部和接觸三種變形。,自身變形，由于作用在導(dǎo)軌面上的零、部件重量(包

24、括自重)而引起，它主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及材料等有關(guān)。,(2)剛度,87,為了加強(qiáng)導(dǎo)軌自身剛度，常用增大尺寸和合理布置筋和筋板等辦法解決。,導(dǎo)軌局部變形發(fā)生在載荷集中的地方，因此，必須加強(qiáng)導(dǎo)軌的局部剛度。,88,對于活動接觸面(動導(dǎo)軌與支承導(dǎo)軌)，需施加預(yù)載荷，以增加接觸面積，提高接觸剛度，預(yù)載荷一般等于運(yùn)動件及其上的工件等重量。為了保證導(dǎo)軌副的剛度，導(dǎo)軌副應(yīng)有一定的接觸精度。導(dǎo)軌的接觸精度以導(dǎo)軌表面的實(shí)際接觸面積占理論接觸面積的百分比或在2525 mm2。面積上接觸點(diǎn)的數(shù)目和分布狀況來表示。這項(xiàng)精度一般根據(jù)精刨、磨削、刮研等加工方法按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。,它主要由導(dǎo)軌的耐磨性決定。導(dǎo)軌的耐磨性是指導(dǎo)

25、軌在長期使用后，應(yīng)能保持一定的導(dǎo)向精度。,導(dǎo)軌的耐磨性，主要取決于導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)、材料、摩擦性質(zhì)、表面粗糙度、表面硬度、表面潤滑及受力情況等,(3)精度的保持性,89,提高導(dǎo)軌的精度保持性，必須進(jìn)行正確的潤滑與保護(hù)。 采用獨(dú)立的潤滑系統(tǒng)自動潤滑。 防護(hù)方法很多，目前多采用多層金屬薄板伸縮式防護(hù) 罩進(jìn)行防護(hù)。,(4)運(yùn)動的靈活性和低速運(yùn)動的平穩(wěn)性,機(jī)電一體化系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)外圍設(shè)備等的精度和運(yùn)動速度都比較高，因此，其導(dǎo)軌應(yīng)具有較好的靈活性和平穩(wěn)性，工作時(shí)應(yīng)輕便省力，速度均勻，低速運(yùn)動或微量位移時(shí)不出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，高速運(yùn)動時(shí)應(yīng)無振動。 在低速運(yùn)行時(shí)(如005 mmmin)，往往不是作連續(xù)的勻速運(yùn)動而是時(shí)走時(shí)

26、停(即爬行)。,90,將傳動系統(tǒng)和摩擦副簡化成彈簧一阻尼系統(tǒng)，如圖254所示，,為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時(shí)采取以下幾項(xiàng)措施： 采用滾動導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等； 在普通滑動導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油； 用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸縮短傳動鏈、減少傳動副等方法來提高傳動系統(tǒng)的剛度。,91,(5)對溫度的敏感性和結(jié)構(gòu)工藝性,導(dǎo)軌在環(huán)境溫度變化的情況下，應(yīng)能正常工作，既不“卡死”，亦不影響系統(tǒng)的運(yùn)動精度。導(dǎo)軌對溫度變化的敏感性，主要取決于導(dǎo)軌材料和導(dǎo)軌配合間隙的選擇。 結(jié)構(gòu)工藝性是指系統(tǒng)在正常工作的條件下，應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，裝拆、調(diào)整、維修一檢測方便，從而最大限度的降

27、低成本。,3導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容,設(shè)計(jì)導(dǎo)軌應(yīng)包括下列幾方面內(nèi)容： 1)根據(jù)工作條件，選擇合適的導(dǎo)軌類型； 2)選擇導(dǎo)軌的截面形狀，以保證導(dǎo)向精度；,92,3)選擇適當(dāng)?shù)膶?dǎo)軌結(jié)構(gòu)及尺寸，使其在給定的載荷及工 作溫度范圍內(nèi)，有足夠的剛度、良好的耐磨性以及運(yùn) 動輕便和低速平穩(wěn)性。,4)選擇導(dǎo)軌的補(bǔ)償及調(diào)整裝置，經(jīng)長期使用后，通過調(diào) 整能保持所需要的導(dǎo)向精度；,5)選擇合理的耐磨涂料、潤滑方法和防護(hù)裝置，使導(dǎo)軌 有良好的工作條件，以減少摩擦和磨損；,6)制訂保證導(dǎo)軌所必需的技術(shù)條件，如選擇適當(dāng)?shù)牟牧希?以及熱處理、精加工和測量方法等。,93,2.2.2 滑動導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)及其選擇,三角形(分對稱、不對

28、稱兩類) 矩形 燕尾形 圓形,凸形導(dǎo)軌不易積存切屑等臟物，也不易儲存潤滑油，宜低速下工作； 凹形導(dǎo)軌則相反，可用于高速，但必須有良好的防護(hù)裝置，以防切屑等臟物落入軌道。,1 常見的導(dǎo)軌截面形狀,94,95,各種導(dǎo)軌的特點(diǎn),1)三角形導(dǎo)軌 導(dǎo)軌尖頂朝上的稱三角形導(dǎo)軌，尖頂朝下的稱V形導(dǎo)軌。 該導(dǎo)軌在垂直載荷的作用下，磨損后能自動補(bǔ)償，不會產(chǎn)生間隙，故導(dǎo)向精度較高。但壓板面仍需有間隙調(diào)整裝置。 截面角度由載荷大小及導(dǎo)向要求而定，一般為90 。為增加承載面積，減小比壓，在導(dǎo)軌高度不變的條件下，應(yīng)采用較大的頂角(110 120 )；為提高導(dǎo)向性，可采用較小的頂角(60 )。 如果導(dǎo)軌上所受的力，在兩個

29、方向上的分力相差很大，應(yīng)采用不對稱三角形，以使力的作用方向盡可能垂直于導(dǎo)軌面。 導(dǎo)軌水平與垂直方向誤差相互影響，給制造、檢驗(yàn)和修理帶來困難。,96,2)矩形導(dǎo)軌 矩形導(dǎo)軌的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗(yàn)和修理方便，導(dǎo)軌面較寬，承載能力大，剛度高，故應(yīng)用廣泛。 矩形導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度沒有三角形導(dǎo)軌高，磨損后不能自動補(bǔ)償，須有調(diào)整間隙裝置，但水平和垂直方向上的位置各不相關(guān)，即一方向上的調(diào)整不會影響到另一方向的位移，因此安裝調(diào)整均較方便。 在導(dǎo)軌的材料、載荷、寬度相同情況下，矩形導(dǎo)軌的摩擦阻力和接觸變形都比三角形導(dǎo)軌小。,3)燕尾形導(dǎo)軌 此類導(dǎo)軌磨損后不能自動補(bǔ)償間隙，需設(shè)調(diào)整間隙裝置。,97,,兩燕尾面起

30、壓板面作用，用一根鑲條就可調(diào)節(jié)水平與垂直方向的間隙，且高度小，結(jié)構(gòu)緊湊，可以承受顛覆力矩。 剛度較差，摩擦力較大，制造、檢驗(yàn)和維修都不方便。 用于運(yùn)動速度不高，受力不大，高度尺寸受到限制的場合。,4)圓形導(dǎo)軌 圓形導(dǎo)軌制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔經(jīng)過珩磨，可達(dá)到精密配合，磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙。 圓柱形導(dǎo)軌有兩個自由度，適用于同時(shí)作直線運(yùn)動和轉(zhuǎn)動的地方。若要限制轉(zhuǎn)動。可在圓柱表面開鍵槽或加工出平面， 不能承受大的扭矩，亦可采用雙圓柱導(dǎo)軌。 圓柱導(dǎo)軌用于承受軸向載荷的場合。,98,2導(dǎo)軌副的組合形式,兩條三角形導(dǎo)軌同時(shí)起支承和導(dǎo)向作用，如圖256所示。,結(jié)構(gòu)對稱，驅(qū)動元件可對稱地放在兩導(dǎo)軌中間

31、 兩條導(dǎo)軌磨損均勻，導(dǎo)向性和精度保持性都高，接觸剛度好 工藝性差，對導(dǎo)軌的四個表面刮削或磨削也難以完全接觸,多用于精 度要求較高的 機(jī)床設(shè)備,(1)雙三角形導(dǎo)軌,99,承載面1和導(dǎo)向面2分開。因而制造與調(diào)整簡單,(2)矩形和矩形組合,100,(3)三角形和矩形組合,它兼有三角形導(dǎo)軌的導(dǎo)向性好、矩形導(dǎo)軌的制造方便、剛性好等優(yōu)點(diǎn)，并避免了由于熱變形所引起的配合變化。 但導(dǎo)軌磨損不均勻、一般是三角形導(dǎo)軌比矩形導(dǎo)軌磨損快，磨損后又不能通過調(diào)節(jié)來補(bǔ)償，故對位置精度有影響。閉合導(dǎo)軌有壓板面，能承受顛覆力矩。,具有三角形和矩形組合導(dǎo)軌的基本特點(diǎn)，但由于沒有閉合導(dǎo)軌裝置，因此只能用于受力向下的場合。,(4)三

32、角形和平面導(dǎo)軌組合,101,由于三角形和矩形(或平面)導(dǎo)軌的摩擦阻力不相等，因此在布置牽引力的位置時(shí)，應(yīng)使導(dǎo)軌的摩擦阻力的合力與牽引力在同一直線上，否則就會產(chǎn)生力矩，使三角形導(dǎo)軌對角接觸，影響運(yùn)動件的導(dǎo)向精度和運(yùn)動的靈活性。,102,整體式燕尾形導(dǎo)軌；裝配式燕尾形導(dǎo)軌，其特點(diǎn)是制造、調(diào)試方便；燕尾與矩形組合，它兼有調(diào)整方便和能承受較大力矩的優(yōu)點(diǎn)，多用于橫梁、立柱和搖臂等導(dǎo)軌。,(5)燕尾形導(dǎo)軌及其組合,103,3導(dǎo)軌副間隙的調(diào)整,間隙過小，會增加摩擦阻力； 間隙過大，會降低導(dǎo)向精度。,導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個方向上調(diào)整間隙。,常用的調(diào)整方法有壓板和鑲條法兩種方法。 對

33、燕尾形導(dǎo)軌可采用鑲條(墊片)方法同時(shí)調(diào)整垂直和水平兩個方向的間隙。 對矩形導(dǎo)軌可采用修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行間隙的調(diào)整,104,105,為采用平鑲條調(diào)整導(dǎo)軌面間隙的結(jié)構(gòu)。 平鑲條一般放在受力小的一側(cè)，用螺釘調(diào)節(jié)，螺母鎖緊。因各螺釘單獨(dú)擰緊，收緊力不易一致，使鑲條在螺釘?shù)闹c(diǎn)，有撓度，使接觸不均勻，剛性差，易變形，調(diào)整較麻煩，故用于受力較小或短的導(dǎo)軌。,所示為采用兩根斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌側(cè)面間隙的結(jié)構(gòu)。,斜鑲條是在全長上支承，其斜度為1：401：100，鑲條長度L越長，斜度應(yīng)越小，以免兩端厚度相差過大。一般LH 10時(shí)，取1：100,106,107,采用斜鑲條調(diào)整的優(yōu)點(diǎn)是：鑲

34、條兩側(cè)面與導(dǎo)軌面全部接觸，故剛性好，但斜鑲條必須加工斜形，因此制造困難，但使用可靠，調(diào)整方便，故應(yīng)用較廣。,三角形導(dǎo)軌的上滑動面能自動補(bǔ)償，下滑動面的間隙調(diào)整和矩形導(dǎo)軌的下壓板調(diào)整底面隙相同。圓形導(dǎo)軌的間隙不能調(diào)整。,導(dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。常使用鑄鐵一鑄鐵、鑄鐵一鋼的導(dǎo)軌。,4導(dǎo)軌副材料的選擇,108,1)鑄鐵 鑄鐵具有耐磨性和減振性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點(diǎn)，因此在滑動導(dǎo)軌中被廣泛采用。,常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵，常用的是HT200(一級鑄鐵)，硬度以180200 HB較為合適。 若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵。,常用的耐磨鑄鐵有： 高磷

35、鑄鐵，含磷量為03065的灰口鑄鐵，其硬度為180220 HB，耐磨性能比灰鑄鐵HT200約高一倍； 若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性能比HT200約高二倍。,109,低合金鑄鐵，如釩鈦鑄鐵、中磷釩鈦鑄鐵、中磷銅釩鈦鑄鐵等。這類鑄鐵具有較好的耐磨性(與高磷銅鈦鑄鐵相近)，且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。,稀土鑄鐵，它具有強(qiáng)度高、韌性好的特點(diǎn)，耐磨性與高磷鑄鐵相近。,孕育鑄鐵，常用的孕育鑄鐵為HT300，它比HT200的耐磨性高。,2)鋼 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，可以采用淬硬的鋼導(dǎo)軌。淬火的鋼導(dǎo)軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬鋼導(dǎo)軌的耐磨性比不淬硬鑄鐵導(dǎo)軌高510倍；,110,一般要求的導(dǎo)軌，

36、常用的鋼有45鋼、40Cr、T8A、T10A、GCr15、GCr15SiMn等，表面淬火或全淬，硬度為5258HRC。 要求高的導(dǎo)軌，常采用的鋼有20Cr、20CrMnTi、15號等，滲碳淬硬至5662 HRC，磨削加工后淬硬層深度不得低于15 mm。,3)有色金屬 常用的有色金屬有黃銅HPb591，錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁青銅ZQAl92和鋅合金ZZnAll05，超硬鋁LC4、鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。,111,4)塑料 鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好(但略低于鋁青銅)，抗振性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣(一200260)，抗撕傷能力強(qiáng)，動、靜摩擦系數(shù)低，差別小，可降低低速運(yùn)動的臨

37、界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定性好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。,用作導(dǎo)軌塑料貼層的有錦綸和酚醛夾布塑料、環(huán)氧樹脂耐磨涂料、以聚四氟乙烯為基體的塑料。,與滾動導(dǎo)軌相比，具有壽命長、結(jié)構(gòu)簡單、使用方便、吸振性好、剛性好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。,112,5)導(dǎo)軌材料的搭配 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)具有不同的硬度。如果采用相同的材料，也應(yīng)采用不同的熱處理，以使動、靜導(dǎo)軌的硬度不同，其差值一般在2040 HB范圍內(nèi)。而且，最低硬度應(yīng)不低于所用材料標(biāo)準(zhǔn)硬度值的下限?；瑒訉?dǎo)軌常用材料的搭配列于表210。,113,5提高導(dǎo)軌副耐磨性的措施,1)采用鑲裝導(dǎo)軌 為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，又要使導(dǎo)軌的制造工藝簡單，修理

38、方便，成本低等，往往采用鑲裝導(dǎo)軌，即在支承導(dǎo)軌(如底座、床身等)上鑲裝淬硬鋼條、鋼板或鋼帶；在動導(dǎo)軌上鑲裝塑料或有色金屬板。,鑲鋼導(dǎo)軌 鑲裝塑料導(dǎo)軌 鑲裝有色金屬導(dǎo)軌 鋁青銅ZQAl92和鋅合金ZZnAll05,114,115,2)提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度 3)減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力(即比壓),減輕運(yùn)動部件的重量和增大導(dǎo)軌面的面積; 采用卸荷導(dǎo)軌,,116,2.2.3 滾動導(dǎo)軌副的類型與選擇,1直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌副的特點(diǎn)及要求,滾動導(dǎo)軌作為滾動摩擦副的一類，具有許多特點(diǎn)： 摩擦系數(shù)小(00030005)，運(yùn)動靈活； 動、靜摩擦系數(shù)基本相同，因而啟動阻力小，不易產(chǎn)生爬行； 可以預(yù)緊，剛

39、度高； 壽命長； 精度高； 潤滑方便，可以采用脂潤滑，一次裝填，長期使用； 由專業(yè)廠生產(chǎn)，可以外購選用。,117,滾動導(dǎo)軌的缺點(diǎn)是： 導(dǎo)軌面與滾動體是點(diǎn)接觸或線接觸，所以抗振性差，接觸應(yīng)力大； 對導(dǎo)軌的表面硬度、表面形狀精度和滾動體的尺寸精度要求高，若滾動體的直徑不一致，導(dǎo)軌表面有高低，會使運(yùn)動部件傾斜，產(chǎn)生振動，影響運(yùn)動精度； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困難，成本較高； 對臟物比較敏感，必須有良好的防護(hù)裝置。,118,對滾動導(dǎo)軌副的基本要求是： 1)導(dǎo)向精度 導(dǎo)向精度是導(dǎo)軌副最基本的性能指標(biāo)。移動件沿導(dǎo)軌運(yùn)動時(shí)，不論有無載荷，都應(yīng)保證移動軌跡的直線性及其位置的精確性。,2)耐磨性 導(dǎo)軌副應(yīng)在預(yù)定的使用期

40、內(nèi)，保持其導(dǎo)向精度。精密滾動導(dǎo)軌副的主要失效形式是磨損。,3)剛度 為了保證足夠的剛度，應(yīng)選用最合適的導(dǎo)軌類型，尺寸及其組合。選用可調(diào)間隙和預(yù)緊的導(dǎo)軌副可以提高剛度。 4)工藝性 導(dǎo)軌副要便于裝配、調(diào)整、測量、防塵、潤滑和維修保養(yǎng)。,119,直線運(yùn)動滾動導(dǎo)軌副的滾動體有循環(huán)的和不循環(huán)的兩種類型，根據(jù)直線運(yùn)動導(dǎo)軌,這兩種類型又將導(dǎo)軌副分成多種型式。,2滾動導(dǎo)軌副的分類,120,1)滾動體不循環(huán)的滾動導(dǎo)軌副 導(dǎo)軌的滾動體可以是滾珠、滾針或圓柱滾子。它們的共同特點(diǎn)是滾動體不循環(huán)，因而行程不能太長。,特點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，成本較低，但有時(shí)難以施加預(yù)緊力，剛度較低，抗振性能差，不能承受沖擊載荷。,

41、121,摩擦阻力小，但承載能力差，剛度低；不能承受大的顛覆力矩和水平力,承荷能力比滾珠導(dǎo)軌副高近10倍；剛度高,122,沒加載荷的三角一平面滾珠導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，用于輕載、小顛覆力矩條件下。,有預(yù)加載荷的雙三角形滾珠導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)較簡單，制造較方便，用于中載和中等顛覆力矩條件下。,有預(yù)加載荷的雙三角形交叉滾子導(dǎo)軌，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，剛度高適用于較大顛覆力矩條件下,123,2)滾動體循環(huán)的滾動導(dǎo)軌副,行程無限的標(biāo)準(zhǔn)滾動導(dǎo)軌副。這種導(dǎo)軌副用于重載條件下，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，裝卸調(diào)整不方便。,標(biāo)準(zhǔn)化的滾動導(dǎo)軌塊，其特點(diǎn)是行程長，裝卸調(diào)整方便。圖a為滾柱導(dǎo)軌塊可按額定動負(fù)荷選用，其基本參數(shù)為高度H；圖b為滾珠

42、導(dǎo)軌塊，它的結(jié)構(gòu)緊湊，尤其是高度小，容易安裝，滾珠不會像圓柱滾子那樣發(fā)生歪斜，但是它的承載能力差，抗振性能也略低。,124,125,126,標(biāo)準(zhǔn)化的滾動導(dǎo)軌副。它具有不同的間隙預(yù)緊結(jié)構(gòu)。 圖a中定導(dǎo)軌1用螺釘固定在機(jī)身2上，動導(dǎo)軌4固定在運(yùn)動件3上，其間隙可用調(diào)節(jié)螺釘5調(diào)節(jié)，故其精度和剛度均較低。 圖b中采用塞塊6調(diào)整間隙，其精度和剛度均較高。 圖c所示結(jié)構(gòu)采用偏心銷軸進(jìn)行間隙調(diào)整,3)滾動軸承導(dǎo)軌 滾動軸承導(dǎo)軌與滾珠、滾柱導(dǎo)軌的主要區(qū)別是：它不僅起著滾動體的作用，而且還代替了導(dǎo)軌。,127,128,它的主要特點(diǎn)是：摩擦力矩小，運(yùn)動平穩(wěn)、靈活，承載能力大，調(diào)節(jié)方便，導(dǎo)軌面積小，加工工藝性好，能

43、長久地保持較高的精度。但其精度直接受到軸承精度的影響。滾動軸承導(dǎo)軌在精密機(jī)械設(shè)備和儀器中均有采用，如精縮機(jī)、萬能工具顯微鏡、測長儀等。,用作導(dǎo)軌的滾動軸承與軸承廠制造的標(biāo)準(zhǔn)軸承有所不同，標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承是外環(huán)固定，內(nèi)環(huán)旋轉(zhuǎn)，而用作導(dǎo)軌的軸承恰好相反。且軸承內(nèi)外環(huán)比標(biāo)準(zhǔn)軸承厚,精度更高.,129,130,滾動軸承的偏心軸機(jī)構(gòu)。滾動軸承裝在偏心軸上，以便于調(diào)整與控制導(dǎo)軌的間隙。其偏心量一般取e=021 mm。,行程無限的標(biāo)準(zhǔn)滾動導(dǎo)套副。它裝卸調(diào)整方便，用于輕載場合。,131,2.3 旋轉(zhuǎn)支承的選擇與設(shè)計(jì),2.3.1旋轉(zhuǎn)支承的種類及基本要求,旋轉(zhuǎn)支承中的運(yùn)動件相對于支承導(dǎo)件轉(zhuǎn)動或擺動時(shí)，按其相互摩擦的性

44、質(zhì)可分為滑動、滾動、彈性、氣體(或液體)摩擦支承。 滑動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)可分為圓柱、圓錐、球面和頂針支承； 滾動摩擦支承按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可分為填入式滾珠支承和刀口支承。,,132,a為圓柱支承,b為圓錐支承,c為球面支承,d為頂針支承,e為填入式 滾珠支承,f為刀口支承,g為氣、液體摩擦支承,h為彈簧支承,133,對支承的要求應(yīng)包括： 方向精度和置中精度；方向精度是指運(yùn)動件轉(zhuǎn)動時(shí)，其軸線與承導(dǎo)件的軸線產(chǎn)生傾斜的程度。置中精度是指在任意截面上，運(yùn)動件的中心與承導(dǎo)件的中心之間產(chǎn)生偏移的程度。 摩擦阻力矩的大?。?許用載荷； 對溫度變化的敏感性；支承對溫度變化的敏感性是指溫度變化時(shí)，由于承導(dǎo)件和運(yùn)

45、動件尺寸的變化，引起支承中摩擦阻力矩的增大或運(yùn)動不靈活的現(xiàn)象。 耐磨性以及磨損的可補(bǔ)償性； 抗振性； 成本的高低。,134,這種支承具有較大的接觸表面，承受載荷較大。但其方向精度和置中精度較差，且摩擦阻力矩較大。,儲存潤滑油,,,承受軸向力,2.3.2 圓柱支承,135,當(dāng)需要準(zhǔn)確的軸向定位時(shí)，常在運(yùn)動件的中心孔和止推面之間放一滾珠作軸向定位 或利用軸套端面的滾珠作軸向定位,136,對置中性和方向精度要求很高時(shí),應(yīng)采用運(yùn)動學(xué)時(shí)圓柱支承. 為克服點(diǎn)接觸局部壓力大的缺點(diǎn),常采用小的面接觸或線接觸代替點(diǎn)接觸,成為半運(yùn)動學(xué)圓柱支承.,特點(diǎn): 由于采用點(diǎn)和面限制運(yùn)動件的自由度,并且滾珠和軸套錐面具有自動

46、定心作用,故間隙對軸晃動的影響比標(biāo)準(zhǔn)圓柱支承小,因而精度較高.,137,支承的間隙和相配件的形狀偏差會影響支承的方向精度和置中精度，其置中精度和方向精度分別用最大中心誤差C和軸的最大偏角r來衡量，其值按下式確定,tanr=C/L,式中：DK、dz分別為軸承孔和軸的形狀偏差，mm； DKmax軸承孔的最大極限尺寸，mm； dzmin軸的最小極限尺寸，mm； L支承的長度，mm。,138,溫度的變化將導(dǎo)致支承間隙的變化，其變化量可用下式表示,式中：X相對于溫度t時(shí)的間隙，mm； DK軸承孔直徑，mm； dZ軸頸直徑，mm； K 軸承孔的線膨脹系數(shù)，1； Z 軸頸的線膨脹系數(shù)，l； t工作

47、溫度，； t0標(biāo)準(zhǔn)溫度20。,139,上式表明，軸承和軸頸材料相同時(shí)，溫度對支承間隙影響較小。但為了減小摩擦和損失，常采用線膨脹系數(shù)相似的不同材料，如淬火鋼(=0000012)和鑄鐵(=00000104)，或合金鋼(=0000 020)和黃銅(=0000019 2)。,2.3.3 圓錐支承,圓錐支承的方向精度和置中精度較高，承載能力較強(qiáng)，但摩擦阻力矩也較大。圓錐支承由錐形軸頸和具有圓錐孔的軸承組成，其置中精度比圓柱支承好，軸磨損后，可借助軸向位移，自動補(bǔ)償間隙。 其缺點(diǎn)是摩擦阻力矩大，對溫度變化比較敏感，制造成本較高。 常用于鉛垂軸且承受軸向力情況.,140,圓錐支承常用于鉛垂軸且承受軸向力

48、。由圖282可知，在軸向載荷FQ的作用下，正壓力 FN=FQsin a,為改善這種情況，常用圖a所示的修刮端面A，或如圖b所示的用止推螺釘承受軸向力的辦法。這時(shí)，圓錐配合表面將主要用來保證置中精度,,FQ,141,一般取2在4 15之間，4多用于精密支承。圓錐支承在裝配時(shí)常進(jìn)行成對研配，以保證軸與軸套錐面的良好接觸。,2.3.4 填入式滾動支承,滾動支承摩擦阻力矩小、耐磨性好、承載能力較大、溫度劇烈變化時(shí)影響小、以及能在振動條件下工作，故可在高速度、重載情況下使用，但成本較高。,當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)滾珠軸承不能滿足結(jié)構(gòu)上的使用要求時(shí),常采用非標(biāo)準(zhǔn)滾珠軸承.圖283為填入式支承常用的三種典型形式，,142,圖

49、a所示的結(jié)構(gòu)，接觸面積小，其摩擦阻力矩較另外兩種小。但所承受的載荷也較小，在耐磨性方面也不及后兩種結(jié)構(gòu)好； 圖b所示結(jié)構(gòu)能承受較大載荷，但摩擦阻力矩較大； 圖c所示結(jié)構(gòu)，在承受載荷和摩擦阻力矩方面，介于前兩者之間。,143,2.3.5 其它形式支承,球面支承由球形軸頸和內(nèi)圓錐面或內(nèi)球面組成。球面支承的接觸面是一條狹窄的球面帶，軸除自轉(zhuǎn)外，還可軸向擺動一定角度。由于接觸表面很小，宜于低速、輕載場合采用。,為調(diào)整間隙，球面支承中的一個軸承應(yīng)能作軸向調(diào)節(jié)，其調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)形式可參考頂針支承的結(jié)構(gòu)。,球面軸頸與軸加工成一體時(shí)，其常用材料為45鋼、TIO、T12等，軸承一般采用耐磨的青銅。為降低摩擦和磨損，支

50、承工作表面的粗糙度應(yīng)取Ra=02005m。,(1)球面支承,144,145,146,頂針支承由圓錐形軸頸(頂針)和帶埋頭圓柱孔的圓錐軸承所組成。 頂針錐角2一般取為60 ，埋頭孔的圓錐角2一般取為90 。當(dāng)載荷較大、直徑d35 mm時(shí)，2和均取為60 。,(2)頂針支承,特點(diǎn)： 頂針支承的軸頸和軸承在半徑很小的狹窄環(huán)形表面上接觸，故摩擦半徑很小，摩擦阻力矩較小。但由于接觸面積小，其單位壓力很大，潤滑油從接觸處被擠出。因此，用潤滑降低摩擦阻力矩的作用不大，故頂針支承宜用于低速、輕載的場合。 頂針支承的置中精度較高(可達(dá)12 m)。,147,頂針支承的幾種結(jié)構(gòu)形式,148,頂針支承軸頸和軸承的材料

51、一般采用45鋼、T10和T12。為提高其耐磨能力，工作表面應(yīng)有較高的硬度和表面粗糙度(Ra=0201 m)，故必須進(jìn)行淬火，較為重要的支承，裝配時(shí)應(yīng)仔細(xì)進(jìn)行研磨。當(dāng)直徑很小、載荷不大時(shí)，宜用抗蝕性強(qiáng)的材料，如鎢合金、氰化鈉等,(3)刀口支承,刀口支承主要由刀口和支座組成，多用于擺動角度不大的場合。其主要優(yōu)點(diǎn)是摩擦和磨損很小。,裝有棱形、圓柱面和平面支座的刀口支承。,149,,0.5-5 m半徑,,150,當(dāng)零件擺動角度不超過容許值(8 10 )時(shí)，支承中的摩擦是純滾動摩擦。這是因?yàn)榈犊谌胁渴前霃胶苄〉膱A柱面(最小半徑可達(dá)0.55m)，故當(dāng)零件擺動時(shí)，該圓柱面在支座表面上滾動。,刀口和支座常用淬

52、火鋼或瑪瑙制成。采用瑪瑙能提高抗蝕性。支座的硬度應(yīng)高于刀口的硬度。當(dāng)?shù)犊诓捎么慊痄摃r(shí)，其頂角常取為45 90 。用瑪瑙時(shí)則取60 120 。,彈性支承的彈性力矩極小，能在振動情況下工作，宜用于精度不高的擺動機(jī)構(gòu)。 例如機(jī)械鐘擺結(jié)構(gòu)，彈簧片2與鐘擺3相連，另一端固定在固定座1上，鐘擺的擺動使彈簧片2左右彎曲。,(4)彈性支承,151,2.5 機(jī)電一體化系統(tǒng)(產(chǎn)品)的機(jī)座或機(jī)架,2.5.1機(jī)座或機(jī)架的作用及基本要求,機(jī)座或機(jī)架是支承其它零部件的基礎(chǔ)部件。它既承受其它零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準(zhǔn)作用。,機(jī)座多采用鑄件，機(jī)架多由型材裝配或焊接構(gòu)成。,特點(diǎn)是尺寸較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、

53、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求較高。,,1概述,152,2 基本要求,(1)剛度與抗振性,如果基礎(chǔ)部件的剛性不足，則在工件的重力、夾緊力、摩擦力、慣性力和工作載荷等的作用下，就會產(chǎn)生變形、振動或爬行，而影響產(chǎn)品定位精度、加工精度及其它性能。,抗振性是指承受受迫振動的能力。,為提高機(jī)架或機(jī)座的抗振性，可采取如下措施： 提高靜剛度，即從提高固有振動頻率入手，以避免產(chǎn)生共振； 增加阻尼，因?yàn)樵黾幼枘釋μ岣邉觿偠鹊淖饔煤艽?。如?氣)動、靜壓導(dǎo)軌的阻尼比滾動導(dǎo)軌大，故抗振性能好；,153,在不降低機(jī)架或機(jī)座靜剛度的前提下，減輕重量可提高固有振動頻率。如適當(dāng)減薄壁厚、增加筋和隔板，采用鋼材焊接代替

54、鑄件等； 采取隔振措施，如加減振橡膠墊腳、用空氣彈簧隔板等。,系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，電動機(jī)、強(qiáng)光源、烘箱等熱源散發(fā)的熱量，零部件間相對運(yùn)動而摩擦生熱，電子元器件發(fā)熱等，都將傳到機(jī)座或機(jī)架上。如果熱量分布不均勻、散熱性能不同，就會由于不同部位的溫差而產(chǎn)生熱變形，影響其原有精度。為了減小熱變形，可采取以下措施：,(2)熱變形,154,1)控制熱源。 除了控制環(huán)境溫度之外，對機(jī)座或機(jī)架內(nèi)的熱源(如強(qiáng)光源、電動機(jī)等)也要嚴(yán)格控制。 例如：采用延時(shí)繼電器，以控制燈光的發(fā)光時(shí)間；采用發(fā)光二極管等冷光源；采用膠木、石棉等隔熱墊片；采用風(fēng)扇、冷卻液等以充分散熱；將熱源遠(yuǎn)離機(jī)座或機(jī)架；對于有相對運(yùn)動的零部件，如軸承副、導(dǎo)

55、軌副、絲杠副等，則應(yīng)從結(jié)構(gòu)上和潤滑方面改善其摩擦性、減少摩擦生熱和使熱傳遞減小。,2)采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對變形。,155,機(jī)座或機(jī)架的穩(wěn)定性是指長時(shí)間地保持其幾何尺寸和主要表面相對位置的精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失。,為此，對鑄件機(jī)座應(yīng)進(jìn)行時(shí)效處理來消除產(chǎn)生機(jī)座變形的內(nèi)應(yīng)力。,除上述要求之外，還應(yīng)考慮工藝性、經(jīng)濟(jì)性及人機(jī)工程等方面的要求。,(3)穩(wěn)定性,(4)其它要求,156,2.5.2 機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn),機(jī)座或機(jī)架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須保證其自身剛度、連接處剛度和局部剛度，同時(shí)要考慮安裝方式、材料選擇、結(jié)構(gòu)工藝性以及節(jié)省材料、降低成本和縮短生產(chǎn)周期等問題。,1鑄

56、造機(jī)座的設(shè)計(jì),1)合理選擇截面形狀和尺寸 機(jī)座雖受力復(fù)雜，但不外是拉、壓、彎、扭的作用。當(dāng)受簡單拉、壓作用時(shí)，變形只和截面積有關(guān)；設(shè)計(jì)時(shí)主要根據(jù)拉力或壓力的大小選擇合理的結(jié)構(gòu)尺寸。 如果受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷，機(jī)座的變形不但與截面面積大小有關(guān)，且與截面形狀(截面慣性矩)有關(guān)。合理選擇截面形狀，可以提高機(jī)座的自身剛度。,(1)保證自身剛度的措施,157,一般來講： a)封閉空心截面結(jié)構(gòu)的自身剛度比實(shí)心的大 b)無論是實(shí)心截面還是空心的封閉截面，都是矩形的抗彎剛度最大，圓形的最小，而抗扭剛度則相反，圓形最大，矩形最??； c)保持橫截面積不變、減小壁厚、增大輪廓尺寸，可提高剛度； d)封閉截面比不封閉截面

57、的抗扭剛度大的多。,158,2)合理布置肋板和加強(qiáng)肋 封閉空心截面的剛度較高。但為了便于鑄造清砂及其內(nèi)部零部件的裝配和調(diào)整，需要在機(jī)座上開“窗口”，結(jié)果使其剛度顯著降低。為了提高其剛度，則應(yīng)增加肋板或肋條。,在兩壁之間起連接作用的內(nèi)壁，稱為肋板，又稱隔板。常見肋板和加強(qiáng)肋的形式.,加強(qiáng)助一般布置在內(nèi)壁上，以減少構(gòu)件的局部變形和薄壁振動。加強(qiáng)肋也有縱向、橫向和斜向等基本形式，其作用與肋板相同。,加強(qiáng)肋的高度，一般不應(yīng)大于支承部件壁厚的5倍，厚度一般取壁厚的0708。,159,縱向,橫向,斜向,直形肋用于窄壁和受載較小的機(jī)座或機(jī)身上,十字肋用于箱形截面機(jī)身或平板上,斜向肋用于矩形截面機(jī)座的寬壁處,

58、斜交叉肋,蜂窩式加強(qiáng)肋,米字肋,井字肋,160,3)合理的開孔和加蓋 在機(jī)座壁上開窗孔，將顯著降低機(jī)座的剛度，特別是扭轉(zhuǎn)剛度。 實(shí)踐證明，當(dāng)b0b<0.2時(shí)，其剛度降低很少。在開一孔后再在對面壁上開孔，其下降幅度也較小。因此開孔應(yīng)沿機(jī)座或機(jī)架壁中心線排列，或在中心線附近交錯排列，孔寬(孔徑)以不大于機(jī)座或機(jī)架壁寬的025倍為宜，即 b0b<0.25 在開孔上加蓋板，并用螺釘緊固，則可將彎曲剛度恢復(fù)到接近未開孔時(shí)的剛度，而對提高抗扭剛度無明顯效果。,161,為了提高連接處的接觸剛度，固定接觸面的表面粗糙度Ra應(yīng)小于25m，以便增加實(shí)際接觸面積；固定螺釘應(yīng)在接觸面上造成一個預(yù)壓力，壓強(qiáng)一般為2 M

59、Pa； 在安裝螺釘處加厚凸緣，或用壁龕式螺釘孔，或采用添置加強(qiáng)肋的辦法來增加局部剛度，并提高連接剛度。,(2)提高機(jī)座連接處的接觸剛度,162,163,由于機(jī)座的結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜，用力學(xué)方法計(jì)算剛度很困難。采用模型試驗(yàn)方法，則可測得與實(shí)際相接近的變形量。,模型試驗(yàn)，就是將實(shí)物按比例縮小制成模型，利用模型模擬實(shí)物進(jìn)行試驗(yàn)。模型試驗(yàn)可以用來進(jìn)行靜態(tài)和動態(tài)試驗(yàn)，也可進(jìn)行抗振性和熱變形試驗(yàn)等。,在保證剛度的條件下，應(yīng)力求鑄件形狀簡單，起模容易，砂芯要少，便于支撐和制造。機(jī)座壁厚應(yīng)盡量均勻，力求避免截面的急劇變化，凸起過大、壁厚過薄、過長的分型線和金屬的局部堆積等。,(3)機(jī)座的模型剛度試驗(yàn),(4)機(jī)座的結(jié)

60、構(gòu)工藝性,164,在同一側(cè)面的加工表面，應(yīng)處于同一個平面上,165,機(jī)座必須有可靠的加工工藝基面，若因結(jié)構(gòu)原因沒有工藝基準(zhǔn)，必須鑄出四個或兩個“工藝凸臺”，,166,機(jī)座材料應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求選擇。,1)鑄鐵,(5)機(jī)座的材料選擇,2)鋼,3)其他材料 花崗巖、大理石、天然巖石已廣泛作為各種高精度機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)座材料。國外還出現(xiàn)了采用陶瓷材料制作的機(jī)座、架體、立柱、橫梁、平板等。,167,機(jī)架常用普通碳素結(jié)構(gòu)鋼材(鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等)焊接制造。輕型機(jī)架也可用鋁制型材連結(jié)制成。,對于輕載焊接機(jī)架，由于其承受載荷較小，故常用型材焊成立體框架，再裝上面板、底

61、板及蓋板。,板料型材制成的框架接頭型式,槽鋼制成的框架的接頭型式,角鐵構(gòu)成機(jī)架的接頭形式,2焊接機(jī)架的設(shè)計(jì),168,169,170,171,總結(jié)：,機(jī)械系統(tǒng)部件,,,機(jī)械傳動部件,導(dǎo)向支承部件,旋轉(zhuǎn)支承,軸系部件,機(jī)座或機(jī)架,,螺旋傳動,齒輪傳動,同步齒形帶傳動,172,,習(xí)題與思考題 2-1 設(shè)計(jì)機(jī)械傳動部件時(shí)，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，常提出哪些要求？ 2-7 滾珠絲杠副的傳動特點(diǎn)有哪些？ 2-8 珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型有哪些？各有何特點(diǎn)？ 2-9 滾珠絲杠副消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法有哪些？ 2-10 現(xiàn)有一雙螺母齒差調(diào)整預(yù)緊式滾珠絲杠，其基本導(dǎo)程為6mm、一端的齒輪齒數(shù)為1

62、00、 另一端的齒輪齒數(shù)為98，兩端螺母的外齒輪相對其內(nèi)齒圈轉(zhuǎn)過2個齒時(shí)，試問： 兩個螺母之間相對移動了多大距離。 2-13 簡述滾珠絲杠副的支承方式及其特點(diǎn)。 2-16 各級傳動比的分配原則是什么？輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則是什么？,173,2-17 已知：4級齒輪傳動系統(tǒng)，各齒輪的轉(zhuǎn)角誤差為0.005rad，各級減速比相同，即1.5，求： （1）該傳動系統(tǒng)的最大轉(zhuǎn)角誤差； （2）為縮小其最大轉(zhuǎn)角誤差，應(yīng)采取何種措施？ 2-18 諧波齒輪傳動有何特點(diǎn)？傳動比的計(jì)算方法是什么？ 2-19 設(shè)有一諧波齒輪減速器，其減速比為100，柔輪齒數(shù)為100。當(dāng)剛輪固定時(shí)，試求該諧波減速器 的剛輪齒數(shù)及輸出軸的轉(zhuǎn)動方向（與輸入軸的轉(zhuǎn)向相比較）。 2-20 齒輪傳動的齒側(cè)間隙的調(diào)整方法有哪些？ 2-21 簡述導(dǎo)軌的主要作用，導(dǎo)軌副的組成、種類及應(yīng)滿足的基本要求。 2-23 簡述旋轉(zhuǎn)支承的種類及其基本要求。 2-24 簡述圓柱支承中摩擦轉(zhuǎn)矩及精度的計(jì)算方法。,