2.6-2.8旋轉支承的選擇與設計

1、1一.旋轉支承的種類及基本要求二.圓柱支承三.圓錐支承四.填入式滾動支承五.其他形式支承21.旋轉支承的種類按摩擦性質分為：（1）滑動支承（2）滾動支承（3）氣體(或液體)支承（4）彈性支承3其中的滑動摩擦支承按其結構特點又可分為 圓柱支撐 圓錐支撐 球面支撐 頂針支承滾動摩擦支承按其結構特點又可分為 填入式滾珠支承 刀口支承各種支承結構簡圖42.對旋轉支承的要求 方向精度和置中精度高；方向精度是指運動件轉動時，其軸線與承導件的軸線產生傾斜的程度。置中精度是指在任意截面上，運動件的中心與承導件的中心之間產生偏移的程度。 摩擦阻力矩小； 許用載荷大； 對溫度變化的敏感性低； 耐磨性高，磨損后可補

2、償； 抗振性好； 成本低。561-軸肩；2-軸套；3-錐孔 接觸面大，承載大；方向精度、置中精度差；摩擦阻力矩較大； 止推圓柱支承結構7 當需要準確的軸向定位時，常在運動件的中心孔和止推面之間放一滾珠做軸向定位，如圖a所示。 若利用軸套端面的滾珠做軸向定位，如圖b，承載能力大，運動件稍有偏心時不會引起晃動。 半運動學圓柱支承8 對置中精度要求很高時，采用運動學圓柱支承。這種支承采用五個適當?shù)闹c，限制其五個自由度，使運動只保留一個繞其軸線轉動的自由度。 為了克服點接觸局部壓力大的缺點，常采用小的面接觸或線接觸代替點接觸。9 圓錐支承的方向精度和置中精度較高，承載能力較強。但摩擦阻力矩也較大。磨

3、損后可借助軸向位移自動補償間隙。 常用于鉛垂軸且承受軸向力。 10 當標準滾珠軸承不能滿足結構上的使用要求時，常采用非標準滾珠軸承(即填入式滾珠支承)。這種支承一般沒有內圈和外圍，僅在相對運動的零件上加工出滾道面，用標準滾珠散裝在滾道內。 專用填入式滾珠支承圖11 1. 1. 球面支承 球面支承的接觸面是一條狹窄的球面帶，軸除自轉外，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。12 2.頂針支承13 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，摩擦阻力矩較小。但單位壓力很大，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

4、。3. 刀口支承 當零件擺動角度不超過容許值(8-l0)時，刀口支承中的摩擦是純滾動摩擦，摩擦和磨損很小。多用于擺動角度不大的場合。144. 彈性支撐 彈性支撐的彈性阻力矩極小，能在振動情況下工作，宜于精度不高的擺動機構。如圖所示的鐘擺結構的彈簧片就是彈性支撐。15 軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成，有主軸軸系和中間傳動軸軸系。軸系的主要作用是傳遞轉矩及精確的回轉運動，它直接承受外力(力矩)。對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完成主要作用的主軸軸系的旋轉精度、剛度、熱變形及抗振性等的要求較高。包括:旋轉精度、剛度與抗振性、熱變形。16一. 軸系設計的基本要求旋轉精度 、剛度與抗

5、振性 、熱變形 旋轉精度是指在裝配之后，在無負載、低速旋轉的條件下，軸前端的徑向跳動和軸向竄動量。 軸系的剛度反映了軸系組件抵抗靜、動載荷變形的能力。 軸系的振動表現(xiàn)為強迫振動和自激振動兩種形式。其振動原因有軸系組件質量不勻引起的動不平衡、軸的剛度及單向受力等；它們直接影響旋轉精度和軸承壽命。 軸系的受熱會使軸伸長或使軸系零件間隙發(fā)生變化，影響整個傳動系統(tǒng)的傳動精度、旋轉精度及位置精度。又由于溫度的上升會使?jié)櫥偷恼扯劝l(fā)生變化，使滑動或滾動軸承的承載能力降低。1718標準滾動軸承 深溝球軸承 雙列向心短圓柱滾子軸承 圓錐滾子軸承 推力軸承 雙列向心短圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、雙列推力球軸承圖

6、19液體靜壓軸承工作原理20液體靜壓軸承工作原理1、2、3、4-油腔；5-金屬薄膜；6-圓盒；7-回油槽；8-軸套磁懸浮軸承工作21 磁懸浮軸承工作原理1-信號輸入；2-調節(jié)器；3-功率放大器；4-位移傳感器；5-定子；6-轉子提高其旋轉精度的主要措施有：提高軸頸與架體(或箱體)支承的加工精度；用選配法提高軸承裝配與預緊精度，軸系組件裝配后對輸出端軸的外徑、端面及內孔通過互為基準進行精加工。22 提高其抗振性的主要措施有：提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼，通過計算或試驗來預測其固有振動頻率，當阻尼很小時，應使其固有振動頻率遠離強迫振動頻率，以防止共振。一般講，剛度越高、阻尼越大，則激起的

7、振幅越小。消除或減少強迫振動振源的干擾作用。構成軸系的主要零部件均應進行靜態(tài)和動態(tài)平衡，選用傳動平穩(wěn)的傳動件、對軸承進行合理預緊等。采用吸振、隔振和消振裝置。232. 提高軸系組件的剛度與抗振性合理選用軸承類型和精度，并提高相關制造和裝配的質量；采取適當?shù)臐櫥绞娇山档洼S承的溫升；采用熱隔離、熱源冷卻和熱平衡方法以降低溫度的升高。243.減少軸系組件的熱變形措施25一. 機座或機架的作用及基本要求二. 機座的材料選擇1.作用 機座或機架是支承其它零部件并保證各零部件相對位置準確的基礎部件。2.基本要求:提高剛度； 提高抗振性； 減小熱變形； 提高穩(wěn)定性； 工藝性。 此外，還有經濟性、人機工程等

8、方面的要求。262.基本要求（1）提高剛度 靜剛度包括：自身剛度、局部剛度和接觸剛度。提高自身剛度 自身剛度是機架或機座本身受拉、壓、扭、彎等載荷后產生的變形，其中扭轉變形和彎曲變形是主要的； a.合理選擇截面形狀和尺寸。封閉空心截面結構的自身剛度比實心的大；矩形截面的抗彎剛度比圓形大，而抗扭剛度比圓形小；橫截面不變時，減小壁厚，增大輪廓尺寸，可以提高剛度；封閉截面剛度比不封閉截面大； 27b.合理布置肋板和加強肋。為便于鑄造清砂及零部件的裝配、調整，需要在機座上開“窗口”而使剛度降低，為此，應增加肋板或加強肋以提高剛度，其形式如圖所示。28 c.合理的開孔和加蓋。實踐證明，若開孔沿機座或機架

9、壁中心線排列，或在中心線附近交錯排列，孔寬(孔徑)以不大于機座或機架壁寬的0.25倍時，機座的剛度降低很少。在開孔上加蓋板，并用螺釘緊固，則可將彎曲剛度恢復到接近未開孔時的剛度，而對提高抗扭剛度無明顯效果。29 提高局部剛度 局部剛度是在載荷集中的局部范圍產生的變形，如突出的支腳、凸臺等。 提高局部剛度的主要措施如下：a.在安裝螺釘處加厚凸緣b.或用壁龕式螺釘孔 c.采用添置加強肋30接觸剛度： 接觸剛度是由于加工造成的微觀不平度，使兩個接觸面的實際接觸面積只是名義接觸面積很小的一部分，因而產生接觸變形；提高接觸剛度的主要措施如下： a.降低接觸表面的粗糙度(接觸面表面粗糙度應小于2.5um)

10、 b.在接觸表面上施加預壓力(用固定螺釘在接觸面上形成預壓力)。 近代機械中，接觸剛度的影響往往大于自身剛度和局部剛度的影響。進行結構設計時，應盡量減少接觸面的數(shù)量，提高接觸面的接觸剛度。31（2）提高抗振性 動剛度是衡量抗振性的主要指標。 提高抗振性的措施有：提高靜剛度，特別是當固有振動頻率較高時；增加阻尼，如液(氣)動、靜壓導軌的阻尼比滾動導軌大，故抗振性能好；增加固有振動頻率，在不降低機架或機座靜剛度的前提下，如適當減薄壁厚、增加筋和隔板，采用鋼材焊接代替鑄件等；采取隔振措施，如加減振橡膠墊腳、用空氣彈簧隔板等。32（3）減小熱變形 控制熱源，采用冷光源（如發(fā)光二極管）；用膠木、石棉隔熱

11、；用風扇、冷卻液散熱；將熱源遠離機座或機架；對于有相對運動的零部件，合理設計結構并有效潤滑。 采用熱平衡法，控制各處的溫差。33（4）提高穩(wěn)定性 機座或機架的穩(wěn)定性是指長時間地保持其幾何尺寸和主要表面相對位置的精度?？刹捎米匀粫r效和人工時效(熱處理法和振動法）方法。（5）工藝性 鑄件毛坯要設計得便于成形、澆注、清砂、吊裝，避免鑄造缺陷。 焊件毛坯要設計得便于下料、拼焊、減少焊接變形； 各種毛坯要設計得便于機械加工、裝配、維修。3435加工面要在一個平面上 平 臺 A為工藝凸臺1.鑄造機座 材料常選用鑄鐵優(yōu)點： 便于制造結構復雜零件；存在在鑄鐵中的片狀或球狀石墨在振動時形成阻尼，抗振性比鋼高3倍

12、； 價格低。缺點：但生產鑄鐵支承件需要制作木模、芯盒等，制造周期長，不適合單件生產； 鑄造易出廢品； 加工余量大，機加工費用大。362 焊接機座 材料常選用普通碳素結構鋼材（鋼板、角鋼、槽鋼、鋼管等），輕型機架也可用鋁制型材連結制成。 優(yōu)點：用鋼材焊成的機座具有造型簡單 ，適于單件生產，周期短比鑄造快1.7-3.5倍；鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，在同樣的載荷下，壁厚可做得比鑄鐵的薄，重量輕； 缺點： 鋼的阻尼比只為鑄鐵的約1/3，鋼的抗振性能比鑄鐵差，在結構上，需采取防振措施；鉗工工作量大；成批生產時，成本較高。373 其他類型機座 材料選用花崗巖，大理石，天然石等，主要用在高精度高性能的系統(tǒng)

13、中，如三座標測量機，金剛石車床等。 優(yōu)點：性能穩(wěn)定，精度保持性好；由于經歷長期的自然時效，殘余應力極小，內部組織穩(wěn)定；導熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好。性能穩(wěn)定，精度保持性好?？寡趸詮姡徊粚щ姡豢勾?；與金屬不粘合，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的精度和表面粗糙度。 缺點：抗沖擊性能差，脆性大；油、水易滲入晶體中，使巖石局部變形脹大，難于制作形狀復雜的零件。38 本章介紹了機電一體化系統(tǒng)的機械傳動系統(tǒng)部件和支撐部件的選擇與設計以及軸系和機架的選擇與設計。 在機械傳動系統(tǒng)部件選擇和設計中的重點是滾珠絲杠和齒輪的選擇與設計中的有關問題。包括滾珠絲杠的選擇與設計內容包括滾珠絲杠的傳動形式、組

14、成、典型結構類型（從螺紋滾道的型面形狀、滾珠的循環(huán)方式和消除軸向間隙的調整方法等）、主要尺寸參數(shù)與標注、支撐方式、防護與潤滑及選擇過程等。 齒輪的選擇與設計內容包括傳動比的選擇與分配、諧波齒輪傳動原理、齒輪傳動間隙的調整等。39支撐部件的選擇與設計，主要包括以下主要內容： 導向支撐部件的選擇與設計：主要介紹了機電一體化系統(tǒng)對其6項目基本要求（導向精度、剛度、運動輕便平穩(wěn)、耐磨性、溫度影響、工藝性）；四種滑動導軌結構（三角形、矩形、燕尾形、圓形）及其組合（雙三角、雙矩形、三角矩形、三角平面、燕尾矩形）的特點；滑動導軌副間隙調整方法（壓板法、平鑲條、斜鑲條）；滾珠、滾柱、滾針導軌的特點；并概括介紹了靜壓導軌