第5講第二章 機械系統(tǒng)部件的選擇與設計

1、12-5 2-5 機械系統(tǒng)軸系部件的選擇與設計機械系統(tǒng)軸系部件的選擇與設計 軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成部件組成, ,有主軸軸系和中間傳動軸軸系。軸系的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主要作用是傳遞轉矩及精確的回轉運動, ,它直接承它直接承受外力受外力( (力矩力矩) )。 對于中間傳動軸系一般要求不高。而對于完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。形及抗振性等的要求較高。一、軸系設計的基本要求一

2、、軸系設計的基本要求2旋轉精度旋轉精度 、剛度、剛度 、抗振性、抗振性 、熱變形、熱變形 旋轉精度旋轉精度是指在裝配之后是指在裝配之后, ,在無負載、低速旋轉的在無負載、低速旋轉的條件下軸前端的徑向跳動和軸向竄動量。條件下軸前端的徑向跳動和軸向竄動量。軸系的剛度軸系的剛度反映了軸系組件抵抗靜、動載荷變形的反映了軸系組件抵抗靜、動載荷變形的能力。能力。軸系的振動軸系的振動表現(xiàn)為受迫振動和自激振動兩種形式。表現(xiàn)為受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的剛度及單向受力等；它

3、們直接影響旋轉精度和軸承壽命。壽命。 軸系的受熱軸系的受熱會使軸伸長或使軸系零件間隙發(fā)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，使滑動或滾動軸承潤滑油的粘度發(fā)生變化，使滑動或滾動軸承的承載能力降低。的承載能力降低。 4機床主軸傳動齒輪空間布置比較機床主軸傳動齒輪空間布置比較56二、軸系二、軸系( (主軸主軸) )用軸承的類型與選擇用軸承的類型與選擇 標準滾動軸承；標準滾動軸承； 深溝球軸承；深溝球軸承；雙列向心短圓柱滾子軸承；雙列向心短

4、圓柱滾子軸承； 圓錐滾子軸承；圓錐滾子軸承；推力軸承。推力軸承。789 上圖為其配套應用實例，雙列向心短圓柱滾子上圖為其配套應用實例，雙列向心短圓柱滾子軸承的徑向間隙調整，是先將螺母軸承的徑向間隙調整，是先將螺母6 6松開、轉動螺母松開、轉動螺母1,1,拉主軸拉主軸7 7向左推動軸承內圈，利用內圈脹大以消除向左推動軸承內圈，利用內圈脹大以消除間隙或預緊。這種軸承只能承受徑向載荷。軸向載間隙或預緊。這種軸承只能承受徑向載荷。軸向載荷由雙列推力球軸承荷由雙列推力球軸承2 2承受，用螺母承受，用螺母1 1調整間隙。軸調整間隙。軸向力的傳遞見圖中箭頭所示，軸向剛度較高。這種向力的傳遞見圖中箭頭所示，軸

5、向剛度較高。這種推力軸承的制造精度已達推力軸承的制造精度已達B B級，適用于各種精度的主級，適用于各種精度的主軸軸系。其預緊力和間隙大小調整用隔套軸軸系。其預緊力和間隙大小調整用隔套3 3來實現(xiàn)。來實現(xiàn)。外圍開有油槽和油孔外圍開有油槽和油孔4 4，以利于潤滑油進入軸承。，以利于潤滑油進入軸承。10微型滾動軸承微型滾動軸承11 圖為一精密分度頭主軸系統(tǒng)。它采用的是密珠軸承圖為一精密分度頭主軸系統(tǒng)。它采用的是密珠軸承, ,主軸由止推密珠軸承主軸由止推密珠軸承2 2、4 4和徑向密珠軸承和徑向密珠軸承1 1、3 3組成。這組成。這種軸承所用滾珠數(shù)量多且接近于多頭螺旋排列。由于密種軸承所用滾珠數(shù)量多且

6、接近于多頭螺旋排列。由于密集的鋼珠有誤差平均效應集的鋼珠有誤差平均效應, ,減小了局部誤差對主軸軸心減小了局部誤差對主軸軸心位置的影響位置的影響, ,故主軸回轉精度有所提高故主軸回轉精度有所提高; ;每個鋼珠公轉時每個鋼珠公轉時沿著自己的滾道滾動而不相重復沿著自己的滾道滾動而不相重復, ,減小了滾道的磨損減小了滾道的磨損, ,主主軸回轉精度可長期保持。實踐證明軸回轉精度可長期保持。實踐證明, ,提高鋼珠的密集度提高鋼珠的密集度有利于主軸回轉精度的提高有利于主軸回轉精度的提高, ,但過多地增加鋼珠會增大但過多地增加鋼珠會增大摩擦力矩。因此摩擦力矩。因此, ,應在保證主軸運轉靈活的前提下應在保證主

7、軸運轉靈活的前提下, ,盡量盡量增多鋼珠數(shù)量。圖增多鋼珠數(shù)量。圖b b為推力密珠軸承保持架孔分布情況，為推力密珠軸承保持架孔分布情況，圖圖 c c 為 徑 向 密 珠 軸 承 保 持 架 孔 的 分 布 情 況 。為 徑 向 密 珠 軸 承 保 持 架 孔 的 分 布 情 況 。12液體靜壓軸承工作原理液體靜壓軸承工作原理1 1、2 2、3 3、4-4-油腔；油腔； 5-5-金屬薄膜；金屬薄膜； 6-6-圓盒；圓盒； 7-7-回油槽；回油槽； 8-8-軸套軸套1516磁懸浮軸承工作原理磁懸浮軸承工作原理 磁懸浮軸承是利用磁場力將軸無機械摩擦、無潤磁懸浮軸承是利用磁場力將軸無機械摩擦、無潤滑地懸

8、浮在空間的一種新型軸承。其工作原理如下圖滑地懸浮在空間的一種新型軸承。其工作原理如下圖所示。徑向磁懸浮軸承由轉子所示。徑向磁懸浮軸承由轉子( (轉動部件轉動部件)6)6和定子和定子( (固固定部件定部件)5)5兩部分組成。定子部分裝上電磁體，保持轉兩部分組成。定子部分裝上電磁體，保持轉子懸浮在磁場中。轉子轉動時，由位移傳感器子懸浮在磁場中。轉子轉動時，由位移傳感器4 4檢測檢測轉子的偏心，并通過反饋與基準信號轉子的偏心，并通過反饋與基準信號l(l(轉子的理想位轉子的理想位置置) )進行比較，調節(jié)器進行比較，調節(jié)器2 2根據(jù)偏差信號進行調節(jié)，并把根據(jù)偏差信號進行調節(jié)，并把調節(jié)信號送到功率放大器調

9、節(jié)信號送到功率放大器3 3以改變電磁體以改變電磁體( (定子定子) )的電的電流，從而改變磁懸浮力的大小，使轉子恢復到理想位流，從而改變磁懸浮力的大小，使轉子恢復到理想位置。置。 徑向磁懸浮軸承的轉軸徑向磁懸浮軸承的轉軸( (如主軸）一般要配備輔助軸如主軸）一般要配備輔助軸承，工作時輔助軸承不與轉軸接觸，當斷電或磁懸承，工作時輔助軸承不與轉軸接觸，當斷電或磁懸浮失控時能托住高速旋轉的轉軸，起到完全保護作浮失控時能托住高速旋轉的轉軸，起到完全保護作用。輔助軸承與轉子之間的間隙一般等于轉子與電用。輔助軸承與轉子之間的間隙一般等于轉子與電磁體氣隙的一半。軸向懸浮軸承的工作原理與徑向磁體氣隙的一半。軸

10、向懸浮軸承的工作原理與徑向磁懸浮軸承相同磁懸浮軸承相同 。 磁懸浮軸承工作原理磁懸浮軸承工作原理1 1信號輸入；信號輸入； 2 2調節(jié)器；調節(jié)器； 3 3功率放大器；功率放大器； 4 4位移傳感器；位移傳感器；5 5定子；定子； 6 6轉子轉子19三三、提高軸系性能的措施、提高軸系性能的措施 軸承軸承( (如主軸如主軸) )的旋轉精度中的的旋轉精度中的徑向跳動徑向跳動主要由主要由被測表面的幾何形狀誤差被測表面的幾何形狀誤差被測表面對旋轉軸線被測表面對旋轉軸線的偏心的偏心旋轉軸線在旋轉過程中的徑向漂移等因素旋轉軸線在旋轉過程中的徑向漂移等因素引起。引起。 1.1.提高軸系的旋轉精度提高軸系的旋轉

11、精度 軸系軸端的軸系軸端的軸向竄動軸向竄動主要由主要由被測端面的幾何被測端面的幾何形狀誤差形狀誤差被測端面對軸心線的不垂直度被測端面對軸心線的不垂直度旋轉軸線旋轉軸線的軸向竄動等三項誤差引起。的軸向竄動等三項誤差引起。提高其旋轉精度的主要措施有：提高其旋轉精度的主要措施有：提高軸頸與架體提高軸頸與架體( (或箱體或箱體) )支承的加工精度；支承的加工精度；用選配法提高軸承裝配與預緊精度；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。內孔通過互為基準進行精加工。21 軸系組件有軸系組件有受迫振動受迫振動和和

12、自激振動自激振動，前者是由軸，前者是由軸系組件的不平衡、齒輪及帶輪質量分布不均勻以及系組件的不平衡、齒輪及帶輪質量分布不均勻以及負載變化引起的，后者是由傳動系統(tǒng)本身的失穩(wěn)引負載變化引起的，后者是由傳動系統(tǒng)本身的失穩(wěn)引起的。起的。2.2.提高軸系組件的抗振性提高軸系組件的抗振性提高其抗振性的主要措施有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、剛度和阻尼提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼,通過計通過計算或試驗來預測其固有振動頻率算或試驗來預測其固有振動頻率,當阻尼很小時當阻尼很小時,應使應使其固有振動頻率遠離受迫振動頻率其固有振動頻率遠離受迫振動頻率,以防止共振。一般以防止共振。一

13、般講講,剛度越高、阻尼越大剛度越高、阻尼越大,則激起的振幅 越 小 。則激起的振幅 越 小 。消除或減少受迫振動振源的干擾作用。構成軸系的消除或減少受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)的選用傳動平穩(wěn)的傳動件、對軸承進行合理預緊等。傳動件、對軸承進行合理預緊等。采用吸振、隔振和消振裝置。采用吸振、隔振和消振裝置。232-6 2-6 機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)( (產品產品) )的機架或機座的機架或機座其基本要求：其基本要求：1.1.剛度與抗振性剛度與抗振性2.2.熱變形熱變形3.3.提高穩(wěn)定性提高穩(wěn)定性 除上述要求之外，還應考慮工藝性、經(jīng)濟性及人除上述要求之外，還應考慮工藝性、經(jīng)濟性及人機工程等方面的要求。機工程等方面的要求。一、機座或機架的作用及基本要求一、機座或機架的作用及基本要求機座或機架是機座或機架是支承其他零部件的基礎部件支承其他零部件的基礎部件。24二、機座或機架的結構設計要點二、機座或機架的結構設計要點 機座或機架的結構設計必須保證其機座或機架的結構設計必須保證其自身剛度自身剛度、連接處剛度連接處剛度和和局部剛度局部剛度，同時要考慮，同時要考慮安裝方式安裝方式、材材料選擇料選擇、結構工藝性結構工藝性以及以及節(jié)省材料節(jié)省材料、降低成本降低成本和和縮縮短生產周期