機電一體化--機械受控模塊

1、機電一體化系統(tǒng)設計機電一體化系統(tǒng)設計第二章第二章 機械受控模塊機械受控模塊 第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副 第二節(jié)第二節(jié) 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器 第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支撐件導軌及支撐件 第六節(jié)第六節(jié) 并聯(lián)機構并聯(lián)機構 第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求第二章第二章 機械受控模塊機械受控模塊 機械受控模塊包含機械傳動裝置與支撐導向等部機械受控模塊包含機械傳動裝置與支撐導向等部件件 在機電一體化系統(tǒng)中起傳遞運動和負載、匹配轉(zhuǎn)在機電一體化系統(tǒng)中起傳遞運動和負載、匹配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、隔離環(huán)境溫度和振動以及

2、支撐和防護矩和轉(zhuǎn)速、隔離環(huán)境溫度和振動以及支撐和防護等作用等作用 主要介紹在機電一體系統(tǒng)中常用的一些機械傳動主要介紹在機電一體系統(tǒng)中常用的一些機械傳動部件、軸系、導軌及支撐件。部件、軸系、導軌及支撐件。2.1 2.1 機械傳動裝置機械傳動裝置 1.高精度高精度 2.快速響應性快速響應性 3.良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副一、分類及選用一、分類及選用第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副二、齒輪系傳動比最佳分配條件二、齒輪系傳動比最佳分配條件最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則44311421JJiJJi，22241213111122222121112

3、2111241112212421121()1(1)J01 20122JJJiJJJJi JJiiiiiiJJiiiiiiiii 令可解得：設各齒輪材料相同，厚度相同，齒輪1和3一樣大，則有第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副二、齒輪系傳動比最佳分配條件二、齒輪系傳動比最佳分配條件1.最小等量轉(zhuǎn)動慣量原則最小等量轉(zhuǎn)動慣量原則2.重量最輕原則重量最輕原則3.輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除齒輪傳動間隙的調(diào)整目的間隙的調(diào)整目的：提高齒輪傳動的精度和消除齒輪傳動的正反轉(zhuǎn)誤差。調(diào)整方法：調(diào)整方法： 剛性

4、調(diào)整法1. 柔性調(diào)整法第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 剛性調(diào)整法剛性調(diào)整法 調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法 第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 剛性調(diào)整法剛性調(diào)整法 調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法 第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消

5、除 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。第一節(jié)第一節(jié) 齒輪系及蝸桿副齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除三、齒輪副間隙的消除 柔性調(diào)整法柔性調(diào)整法 齒輪傳動中各級齒

6、輪的傳動間隙對系統(tǒng)精度影響程度不同，設各級齒輪間隙分別為 ，則歸算到負載軸上的總間隙為： 后級的間隙比前級的間隙影響大，最后一級間隙對系統(tǒng)的精度影響最大，應此，對于減速傳動，保證最后一級精度最為重要。 12,.,n 第二節(jié)第二節(jié) 滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠螺母副 滾珠絲杠副滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構，其螺桿和螺是一種新型螺旋傳動機構，其螺桿和螺母的螺紋滾道間置滾珠，當螺桿或螺母傳動時，滾動沿母的螺紋滾道間置滾珠，當螺桿或螺母傳動時，滾動沿螺紋滾道滾動，使螺桿和螺母作相對運動時為滾動摩擦，螺紋滾道滾動，使螺桿和螺母作相對運動時為滾動摩擦，提高了傳動效率和傳動精度。提高了傳動效率和傳動精度。 絲

7、杠螺母機構的傳動形式絲杠螺母機構的傳動形式 絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構，用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動絲杠螺母機構又稱螺旋傳動機構，用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動?；?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。 A、按功能分為： 有傳遞能量（千斤頂，螺旋壓力機）；有傳遞能量（千斤頂，螺旋壓力機）； 有傳遞運動（工作臺的進給絲杠）；有傳遞運動（工作臺的進給絲杠）； 調(diào)整位置（螺旋測微器）。調(diào)整位置（螺旋測微器）。B、按運動副分為： 滑動摩擦機構：結(jié)構簡單，成本低，具有自鎖功能，但摩擦力滑動摩擦機構：結(jié)構簡單，成本低，具有自鎖功能，但摩擦力大，傳動效率低；大，傳動效率低；滾動摩擦機構：結(jié)構復雜，成本

8、高，摩擦力小，傳動效率高，滾動摩擦機構：結(jié)構復雜，成本高，摩擦力小，傳動效率高，無自鎖功能，傳動距離和速度有限；無自鎖功能，傳動距離和速度有限；液浮摩擦性液浮摩擦性電螺母絲杠型電螺母絲杠型2.3.2 2.3.2 滾珠絲杠傳動部件滾珠絲杠傳動部件 1）滾珠絲杠副的組成在螺母的內(nèi)壁和絲杠的外壁分別加工一條螺旋形的滾道，在滾道中裝在螺母的內(nèi)壁和絲杠的外壁分別加工一條螺旋形的滾道，在滾道中裝入滾珠，在螺母的滾道兩端裝一個擋住滾珠的螺母（螺母內(nèi)壁有滾珠入滾珠，在螺母的滾道兩端裝一個擋住滾珠的螺母（螺母內(nèi)壁有滾珠槽，反向器），就構成了滾珠絲杠傳動部件。槽，反向器），就構成了滾珠絲杠傳動部件。2）滾珠絲杠副

9、的特點 4 4）運動具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動）運動具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。母都可以作為主動件。5 5）磨損小，使用壽命長。）磨損小，使用壽命長。6 6）制造工藝復雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度）制造工藝復雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7 7）不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的）不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時當傳動切斷后，不能立刻停

10、止運動，作用，下降時當傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需添加制動裝置。故常需添加制動裝置。（3）滾珠絲杠副的典型結(jié)構類型滾珠絲杠副的結(jié)構類型滾珠循環(huán)方式滾道截面形狀單圓弧型：雙圓弧型:內(nèi)循環(huán)：外循環(huán)：絲桿和螺母的滾道都是一個半圓弧絲桿和螺母的滾道分別由兩個1/4圓弧滾珠循環(huán)時始終與絲桿表面保持接觸滾珠循環(huán)時離開絲桿表面，在螺母體內(nèi)或體外循環(huán)單圓弧形與雙圓弧形的特點單圓弧形與雙圓弧形的特點 顯然，單圓弧型滾珠絲杠幅存在一定的傳動間隙，因此顯然，單圓弧型滾珠絲杠幅存在一定的傳動間隙，因此，傳動精度稍差，但滾道加工容易。如圖所示，左邊為，傳動精度稍差，但滾道加工容易。如圖所示，左邊為單圓弧型，可以

11、看到，螺桿和螺母的螺紋都是半圓弧型單圓弧型，可以看到，螺桿和螺母的螺紋都是半圓弧型，顯然它們之間的間隙比較大，因此其傳動誤差就較大，顯然它們之間的間隙比較大，因此其傳動誤差就較大。圖右邊是。圖右邊是1/4圓弧型螺紋，雙圓弧型滾珠絲杠幅傳動間圓弧型螺紋，雙圓弧型滾珠絲杠幅傳動間隙相對較小，傳動精度高，但滾道加工困難些。隙相對較小，傳動精度高，但滾道加工困難些。內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)方式的特點 滾珠內(nèi)循環(huán)方式的反向器的轉(zhuǎn)動可調(diào)整滾珠的循環(huán)方滾珠內(nèi)循環(huán)方式的反向器的轉(zhuǎn)動可調(diào)整滾珠的循環(huán)方向，滾珠循環(huán)回路短、流暢性好；而且螺母的徑向尺向，滾珠循環(huán)回路短、流暢性好；而且螺母的徑向尺寸也較?。ǚ聪蚱骺梢宰龅暮苄。?/p>

12、。但反向器的加工寸也較?。ǚ聪蚱骺梢宰龅暮苄。５聪蚱鞯募庸だщy，而且裝配調(diào)整也比較困難。困難，而且裝配調(diào)整也比較困難。內(nèi)循環(huán)方式內(nèi)循環(huán)方式滾珠絲杠內(nèi)循環(huán)方式滾珠絲杠內(nèi)循環(huán)的反向器外循環(huán)方式外循環(huán)方式n而外循環(huán)方式中滾道循環(huán)道路長，在高頻浮動中達到回珠圓弧槽進出口自動而外循環(huán)方式中滾道循環(huán)道路長，在高頻浮動中達到回珠圓弧槽進出口自動對接，通道流暢，摩擦小，更適合于高速高靈敏度高剛性的精密進給系統(tǒng)。對接，通道流暢，摩擦小，更適合于高速高靈敏度高剛性的精密進給系統(tǒng)。 滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構圖（4）調(diào)整軸向間隙方式常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構型式有以下三種。(a)墊片調(diào)隙式墊片調(diào)隙式 通常用螺釘來連

13、接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達到消除間隙和產(chǎn)生預拉緊力的目的。 這種結(jié)構的特點是構造簡單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。但調(diào)整費時，并且在工作中不能隨意調(diào)整，除非更換厚度不同的墊片。4321 圖7-18 雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構1、2-單螺母 3-螺母座 4-調(diào)整墊片雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構 (b)螺紋調(diào)隙式 其中一個螺母的外端有凸緣而另一個螺母的外端沒有其中一個螺母的外端有凸緣而另一個螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時，即可消除間隙，并產(chǎn)生預拉緊定著。旋轉(zhuǎn)圓螺

14、母時，即可消除間隙，并產(chǎn)生預拉緊力，調(diào)整好后再用另一個圓螺母把它鎖緊。力，調(diào)整好后再用另一個圓螺母把它鎖緊。圖 7-19 雙 螺 母 螺 紋 調(diào) 隙 式 結(jié) 構1、 2-單 螺 母 3-平 鍵 4-調(diào) 整 螺 母1234雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構 (c)齒差調(diào)隙式齒差調(diào)隙式在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個齒，并裝入內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，當兩個滾珠螺母相對于套筒同方向轉(zhuǎn)動相同齒數(shù)時，一個滾珠螺母對另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，從而使?jié)L珠螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道相對移動，達到消除間隙并施加預緊力的目的。圖7-20 雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構

15、 1、2-單螺母 3、4-內(nèi)齒輪z13z2124雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構 除了上述三種雙螺母加預緊力的方式外，還有除了上述三種雙螺母加預緊力的方式外，還有單螺母變導單螺母變導程自預緊程自預緊及及單螺母鋼球過盈預緊方式單螺母鋼球過盈預緊方式等方式。等方式。（5）滾珠絲桿副支承方式 絲杠的軸承組合及軸承座的連接剛性不足時將嚴重影響滾珠絲杠傳動絲杠的軸承組合及軸承座的連接剛性不足時將嚴重影響滾珠絲杠傳動副的傳動精度和剛度，為了提高軸向剛度，常用止推軸承為主的軸承副的傳動精度和剛度，為了提高軸向剛度，常用止推軸承為主的軸承組合來支承絲杠，當軸向載荷較小時，也可用向心推力球軸承來支承組合來支承絲杠，當軸向載

16、荷較小時，也可用向心推力球軸承來支承絲杠。絲杠。 單推單推式：在支承座內(nèi)安裝向心推力軸承，外邊安裝止推軸承：在支承座內(nèi)安裝向心推力軸承，外邊安裝止推軸承 雙推雙推式：剛度最好，但容易造成兩端支承的預緊力不對稱：剛度最好，但容易造成兩端支承的預緊力不對稱 雙推雙推簡支式：左端安裝雙止推軸承，右端只安裝雙向心簡支式：左端安裝雙止推軸承，右端只安裝雙向心軸承，軸向剛度不高。軸承，軸向剛度不高。雙推自由式：一端安裝雙止推軸承，另一端自由狀態(tài)，軸：一端安裝雙止推軸承，另一端自由狀態(tài)，軸向剛度和承載能力低，適于輕載，低速的垂直安裝。向剛度和承載能力低，適于輕載，低速的垂直安裝。 軸承的類型與選擇軸承的類型

17、與選擇 標準滾動軸承：標準滾動軸承： 標準軸承向心推力軸承： 既能承受徑向載荷又能承受軸向載荷向心軸承： 只能承受徑向載荷推力軸承： 只能承受軸向載荷按承受載荷的類型：標準軸承按滾珠的類型：球軸承：圓錐滾子軸承：圓柱滾子軸承：滾針軸承：滾珠為小鋼球（有單列和雙列）滾珠為短圓柱體（有單列和雙列）滾珠為圓錐體（有單列和雙列）滾珠為針形（有單列和雙列）（6 6）滾珠絲杠副的選擇方法）滾珠絲杠副的選擇方法 （1）結(jié)構型式的選擇：根據(jù)防塵防護條件及對調(diào)整間隙和預緊的要求來選擇根據(jù)防塵防護條件及對調(diào)整間隙和預緊的要求來選擇。 例如：當允許有間隙時（如垂直運動），可選擇具有例如：當允許有間隙時（如垂直運動）

18、，可選擇具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副； 當必須有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整當必須有預緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結(jié)構；時，應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結(jié)構； 當具有良好的防塵條件，且只需要在裝配時調(diào)整間隙當具有良好的防塵條件，且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預緊力時，可采用結(jié)構簡單的雙螺母墊片調(diào)整預緊及預緊力時，可采用結(jié)構簡單的雙螺母墊片調(diào)整預緊式結(jié)構；式結(jié)構； 滾珠絲杠副的選擇方法滾珠絲杠副的選擇方法（2）結(jié)構尺寸的選擇 公稱直徑公稱直徑d d0 0：軸向最大載荷：軸向最大載荷基本導程基本導程

19、l l0 0：設計要求：設計要求螺紋長度螺紋長度l ls s：在滿足：在滿足l l0 0的條件下盡可能短的條件下盡可能短螺距螺距t t：傳動精度、傳動速度：傳動精度、傳動速度 滾珠絲杠副的精度 滾珠絲杠副的精度等級為1、2、3、4、5、7、10級精度，代號分別為1、2、3、4、5、7、10。其中1級為最高，依次逐級降低。第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器 諧波齒輪傳動是建立在彈性變形理論基礎上的一種新型傳動，是由行星齒輪傳動行星齒輪傳動演變而來的。第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器 諧波齒輪傳動是建立在彈性變形理論基礎上的一種新型傳動，是由行星齒輪傳動行星齒輪傳動演變而來的。一

20、、工作原理一、工作原理剛輪剛輪1 1是剛性的內(nèi)齒輪。 柔輪柔輪2 2是薄殼形元件，具有彈性的外齒輪。諧波發(fā)生器諧波發(fā)生器3 3是凸輪（通常為橢圓形）及薄壁軸承組成，隨著凸輪轉(zhuǎn)動，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運動（彈性范圍內(nèi)）。 第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器一、工作原理一、工作原理 波形發(fā)生器為主動件主動件，剛輪或柔輪為從動件從動件。剛輪有內(nèi)齒圈，柔輪有外齒圈，其齒形為漸開線或三角形，周節(jié)相同而齒數(shù)不同齒數(shù)不同，剛輪的齒數(shù)Zg比柔輪的齒數(shù)Zr多幾齒。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，故裝配在一起時就將柔輪撐成橢圓形。 第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器一、工

21、作原理及結(jié)構一、工作原理及結(jié)構 工程上常用的波形發(fā)生器有兩個觸頭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ZgZr2。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。當波形發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)一圈時，兩輪相對位移為兩個齒矩當波形發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)一圈時，兩輪相對位移為兩個齒矩。當剛輪固定剛輪固定時，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反方向相反。 第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器一、工作原理及結(jié)構一、工作原理及結(jié)構第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器二、諧波齒輪傳動的特點二、諧波齒輪傳動的特點 諧波齒輪傳動與普通齒

22、輪副傳動相比有以下特點。（1）結(jié)構簡單，體積小，重量輕，傳動效率高。（2）傳動比范圍大。（3）同時嚙合的齒數(shù)多，運動精度高，承載能力大。（4）運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。（5）齒側(cè)間隙可以調(diào)整（6）可實現(xiàn)密閉空間傳動運動及動力（7）可實現(xiàn)高增速運動（8）方便實現(xiàn)差速運動 第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器三、傳動剛度三、傳動剛度 22dTkd消除傳動間隙的措施第三節(jié)第三節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器諧波齒輪諧波齒輪行星輪系行星輪系波發(fā)生器波發(fā)生器轉(zhuǎn)臂（轉(zhuǎn)臂（H）柔輪柔輪行星輪行星輪剛輪剛輪太陽輪太陽輪()RHRHGHGHHGRHRHRGGHGHRziz1.剛輪固定剛輪固定 波發(fā)生器輸入

23、，柔輪輸出；柔輪輸入，波發(fā)生器輸出2.柔輪固定柔輪固定 波發(fā)生器輸入，剛輪輸出；剛輪輸入，波發(fā)生器輸出3.波發(fā)生器固定波發(fā)生器固定 柔輪輸入，剛輪輸出；剛輪輸入，柔輪輸出四、諧波齒輪傳動速比及柔輪直徑的計算四、諧波齒輪傳動速比及柔輪直徑的計算 例題：例題：如題如題19圖所示，已知雙波傳動諧波齒輪減圖所示，已知雙波傳動諧波齒輪減速器中，柔輪齒數(shù)速器中，柔輪齒數(shù)ZR=200，剛輪齒數(shù)，剛輪齒數(shù)ZG=202，波，波發(fā)生器轉(zhuǎn)速發(fā)生器轉(zhuǎn)速nH=1500rmin。 試求：試求：(1)剛輪固定時柔輪的轉(zhuǎn)速剛輪固定時柔輪的轉(zhuǎn)速nR? (2)柔輪固定時剛輪的轉(zhuǎn)速柔輪固定時剛輪的轉(zhuǎn)速nG? （2008）第三節(jié)第三

24、節(jié) 諧波齒輪減速器諧波齒輪減速器五、諧波齒輪減速器的選用五、諧波齒輪減速器的選用 XBD 100-125-250-表示柔輪小徑為表示柔輪小徑為100mm，傳動比為，傳動比為125，輸出，輸出轉(zhuǎn)矩為轉(zhuǎn)矩為250Nm，精度等級為普通級，臥式雙軸伸出型諧波減速器。，精度等級為普通級，臥式雙軸伸出型諧波減速器。第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系 軸系由軸系由軸、軸頸、軸承以及軸上的傳動件軸、軸頸、軸承以及軸上的傳動件等組等組成，分為一般成，分為一般工作軸工作軸和和主軸主軸。對于對于主軸主軸的要求包括：的要求包括： （1）回轉(zhuǎn)精度含軸向精度）回轉(zhuǎn)精度含軸向精度 （2）靜剛度）靜剛度 （3）動特性）動特性 （4）熱特

25、性）熱特性主要介紹支承型式主要介紹支承型式 第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系一、滾動摩擦支撐軸系一、滾動摩擦支撐軸系圓柱滾子軸承推力球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承調(diào)心球軸承深溝球軸承深溝球軸承第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系二、滑動摩擦支撐軸系二、滑動摩擦支撐軸系 1. 1.液體動壓軸承液體動壓軸承液體動壓支承工作原理：液體動壓支承工作原理：若兩平面之間的油液成楔形，兩者相對運動時將產(chǎn)生壓力，從而可以若兩平面之間的油液成楔形，兩者相對運動時將產(chǎn)生壓力，從而可以承載承載第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系 1軸的啟動階段軸的啟動階段軸靜止時，軸處于軸承孔的最下方、最穩(wěn)定位置，自然形成一彎曲的楔形，軸靜止時，軸處于軸承孔的最下方、

26、最穩(wěn)定位置，自然形成一彎曲的楔形，開始轉(zhuǎn)動并轉(zhuǎn)速很低時，完全是金屬直接接觸，軸承對軸頸的摩擦力方向開始轉(zhuǎn)動并轉(zhuǎn)速很低時，完全是金屬直接接觸，軸承對軸頸的摩擦力方向與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸向右滾動而偏移。與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸向右滾動而偏移。 3液體動力潤滑運轉(zhuǎn)階段液體動力潤滑運轉(zhuǎn)階段當轉(zhuǎn)速當轉(zhuǎn)速n增加到一定值時，軸頸帶入足夠油量把兩摩擦表面分開，形增加到一定值時，軸頸帶入足夠油量把兩摩擦表面分開，形成承載油膜，這時，油層內(nèi)的壓力已能支承外載荷成承載油膜，這時，油層內(nèi)的壓力已能支承外載荷,達到平衡的軸頸開達到平衡的軸頸開始按液體摩擦狀態(tài)工作，即進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段。始按液體

27、摩擦狀態(tài)工作，即進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段。 當轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高當轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,油油膜承載能力進一步提高時，軸頸又抬起，當轉(zhuǎn)速膜承載能力進一步提高時，軸頸又抬起，當轉(zhuǎn)速n趨向無窮大時；時趨向無窮大時；時兩軸心重合，軸頸軸心軌跡為半圓形兩軸心重合，軸頸軸心軌跡為半圓形。2不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段 隨著轉(zhuǎn)速的提高，帶人楔形中的油量也逐漸增加，油膜承載面積加大，隨著轉(zhuǎn)速的提高，帶人楔形中的油量也逐漸增加，油膜承載面積加大，因而摩擦阻力逐漸減少，于是軸頸又向左下方移動。因而摩擦阻力逐漸減少，于是軸頸又向左下方移動。第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系 1. 1.液體動壓軸承液體動壓軸承球頭浮動式球頭浮動式根據(jù)形成油楔的結(jié)構不

28、同，液體動壓支承可分為：球頭浮動式球頭浮動式薄壁彈性變形式薄壁彈性變形式加工形成式加工形成式 1. 1.液體動壓軸承液體動壓軸承薄壁彈性變形式薄壁彈性變形式第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系二、滑動摩擦支撐軸系二、滑動摩擦支撐軸系 2. 2.氣體動壓支承氣體動壓支承氣體動壓支承技術是利用氣體動壓支承技術是利用空氣空氣作潤滑劑的一種軸承。它通過作潤滑劑的一種軸承。它通過空氣的彈性空氣的彈性起支承作用，可避起支承作用，可避免固體面之間的直接接觸。其免固體面之間的直接接觸。其原理和液體動壓支承基本相同，原理和液體動壓支承基本相同，在軸頸和軸瓦之間形成氣楔。在軸頸和軸瓦之間形成氣楔。第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系二、滑動

29、摩擦支撐軸系二、滑動摩擦支撐軸系 3. 3.液體靜壓支承液體靜壓支承液體靜壓軸承是依靠外界供給液體靜壓軸承是依靠外界供給壓力以產(chǎn)生壓力油膜壓力以產(chǎn)生壓力油膜 ,支承主軸支承主軸使其承載。使其承載。 液體靜壓支承液體靜壓支承特點：精度高、剛度大、抗震特點：精度高、剛度大、抗震性好、摩擦力矩小。性好、摩擦力矩小。用于中低速重載高精度機械設用于中低速重載高精度機械設備。備。第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系二、滑動摩擦支撐軸系二、滑動摩擦支撐軸系 4 4. .氣體靜壓支承氣體靜壓支承氣模壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)節(jié)流器，氣模壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)節(jié)流器，進入軸承間隙，然后連續(xù)

30、排入大氣。它是通過負載使軸承產(chǎn)進入軸承間隙，然后連續(xù)排入大氣。它是通過負載使軸承產(chǎn)生氣動補償力來獲得承載能力和剛度生氣動補償力來獲得承載能力和剛度第四節(jié)第四節(jié) 軸系軸系二、滑動摩擦支撐軸系二、滑動摩擦支撐軸系 4 4. .氣體靜壓支承氣體靜壓支承 氣膜壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)氣膜壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)節(jié)流器，進入軸承間隙，然后連續(xù)排入大氣。它是通過負載節(jié)流器，進入軸承間隙，然后連續(xù)排入大氣。它是通過負載使軸承產(chǎn)生氣動補償力來獲得承載能力和剛度使軸承產(chǎn)生氣動補償力來獲得承載能力和剛度第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件一、導軌一、導軌 導軌副用于引導運動部

31、件的走向，保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并通過摩擦和阻尼影響執(zhí)行件的運動特性，如定位精度和低速均勻性。導軌副包括運動導軌和支承導軌兩部分。 對導軌副的性能要求是：導向精度、接觸剛度、精度保持性以及低速運動穩(wěn)定性。 導軌副組成1-支承件 2-運動件 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件1.分類分類 按運動導軌的軌跡分：按運動導軌的軌跡分： （1） 直線運動導軌直線運動導軌 （2）旋轉(zhuǎn)運動導軌）旋轉(zhuǎn)運動導軌 按導軌面的摩擦性質(zhì)分：按導軌面的摩擦性質(zhì)分： （1）滑動導軌）滑動導軌 （2）滾動導軌）滾動導軌 （3）液體靜壓導軌）液體靜壓導軌 （4）氣浮導軌）氣浮導軌 （5）磁浮軌道）磁浮軌道 按導軌副結(jié)

32、構可分為按導軌副結(jié)構可分為: （1）開式導軌）開式導軌 （2） 閉式導軌閉式導軌第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件導軌類型導軌類型優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點滑動導軌滑動導軌導軌機構簡單，阻尼系數(shù)大，剛度大；易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，易磨損滾動導軌滾動導軌摩擦系數(shù)小，不存在低速爬行現(xiàn)象；剛度系數(shù)小，阻尼系數(shù)小，可能引起振蕩。液體靜壓導軌液體靜壓導軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，阻尼系數(shù)大，設計制造使用均復雜氣浮導軌氣浮導軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，無需回行管路，不產(chǎn)生污染剛度小，阻尼系數(shù)小，容易引起振蕩。磁浮軌道磁浮軌道配對導軌面具有相同極性裝置，利用同性相斥的原理，使兩導軌面脫離接觸，無摩擦，

33、剛度和承載能力可調(diào)使用時發(fā)熱較厲害，需很好的冷卻和防護，防止含鐵塵埃粉末落入導軌面，技術復雜，成本較高。 按導軌面的摩擦性質(zhì)分：按導軌面的摩擦性質(zhì)分：第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件2. 滑動導軌結(jié)構滑動導軌結(jié)構 （1）基本形式基本形式 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導軌為導向面，導向精度較高，而平導軌的工藝性好，因此應用最廣。矩形和矩形組合：承載面和導向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低。2. 滑動導軌結(jié)構滑動導軌結(jié)構 （2）組合形式組合形式 機電工程學院蔣發(fā)光機電一體化系統(tǒng)設計導軌副的組合形式（1）雙三角形導軌

34、（ 2）矩形和矩形組合（3）三角形和矩形組合 （4）三角形和平面導軌組合 （5）燕尾形導軌及其組合 滑動導軌副材料選擇滑動導軌副材料選擇 常用材料：常用材料： 鑄鐵、鋼、有色金屬、塑料鑄鐵、鋼、有色金屬、塑料(1) 鑄鐵鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄鑄鐵鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點，因此在滑動導軌中被廣造和切削加工，成本低等特點，因此在滑動導軌中被廣泛采用。常用的鑄鐵有：泛采用。常用的鑄鐵有： 灰鑄鐵常用的是灰鑄鐵常用的是HT20 - 40HT20 - 40（一級鑄鐵），硬度以（一級鑄鐵），硬度以HB180HB180200200較為合適。

35、適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導軌的耐磨性。，減少含硅量，可提高導軌的耐磨性。 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件 若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵。常用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：的耐磨鑄鐵有： 高磷鑄鐵它是指含磷量為0.3%0.65%的灰口鑄鐵，其硬度為HB180220，耐磨性能比灰鑄鐵HT2040約高1倍。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性能比HT2040約高2倍。高磷鑄鐵的脆性和鑄造應力較大，易產(chǎn)生裂紋，生產(chǎn)中應采用適當?shù)蔫T造工藝。 低合金鑄鐵如釩鈦鑄鐵、中磷釩鈦鑄鐵

36、、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。稀土鑄鐵它具有強度高、韌性好的特點，耐磨性與高磷鑄鐵相近。但鑄鐵性能和減震性較差，成本也較高。孕育鑄鐵常用的孕育鑄鐵是HT3054，它比HT2040的耐磨性高。(2)鋼為了提高導軌的耐磨性，可以采用滓硬鋼導軌。淬火的鋼導軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬鋼導軌的耐磨性比不淬硬鑄鐵導軌高510倍。要求一般的導軌，常用的鋼有45號鋼、40Cr、T8A、TlOA、GCr15、GCr15 SiMn等，表面淬火或全淬，硬度為HRC5258。要求高的導軌，常采用的鋼有20Cr、20CrMnTi、15號鋼等，滲碳淬硬至H

37、RC5662，磨硝加工后淬硬層深度不得低于1.5 mm。(3) 有色金屬常用的有色金屬有黃銅HPb59-1、錫青銅ZQSn6-6-3、鋁青銅ZQA19-2、鋅合金ZZn-All0-5、超硬鋁I,C4和鑄鋁ZL6等，其中以鋁青銅較好。(4) 塑料鑲裝塑料導軌具有耐磨性好（但略低于鋁青銅），抗震性能好，工作溫度適應范圍廣（-200+2600C），抗撕傷能力強，動、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運動的臨界速度，加工性和化學穩(wěn)定好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點。目前在各類機床的動導軌及圖形發(fā)生器工作臺的導軌上都有應用。塑料導軌多與不淬火的鑄鐵導軌搭配。 用作導軌的塑料有錦綸和酚醛夾布塑料；環(huán)氧樹脂耐磨涂料

38、；以聚四氟乙烯為基體的塑料。 聚四氟乙烯是現(xiàn)有材料中干摩擦系數(shù)（P一0.04）最小的一種。但是，純聚四氟乙烯機械強度低，剛性差，極不耐磨。因此要加入填充劑，以增加其耐磨性。由于填充劑不同，就可得到不同性能的導軌材料。 (5)導軌材料的搭配為了提高導軌的耐磨性，動導軌和支承導軌應具有不同的硬度。如果采用相同的材料，也應采用不同的熱處理，以使動、靜導軌的硬度不同，其差值一般在FIB2040范圍內(nèi)，而且，最低硬度應不低于所用材料標準硬度值的下限。通常支承導軌高硬度 ，運動導軌低硬度(6)鑄鐵導軌的熱處理為提高鑄鐵導軌的耐磨性，常對導軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。

39、火焰淬火設備簡單，但淬火溫度不易控制，變形較大，應用較少。高頻淬火是使導軌在高頻交變電磁場作用下，表面產(chǎn)生感應電流而加熱，然后冷卻。由于加熱速度快、效率高、淬火質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨性高（比灰口鑄鐵提高2倍多）、工藝參數(shù)易于調(diào)整，故應用較廣。需進行高頻淬火的導軌面，其原始硬度不得低于HB187，表面粗糙度應低于Ra為5m，表面不允許有過多砂眼、氣孔、疏松、夾雜等鑄造的缺陷，不應有尖角。為避免高頻淬火后的導軌變形過大，必須采用一定的工藝措施。高頻淬火后的變形量為0. 10.3 mm，應采用磨削加工，使其達到一定的精度要求。淬火后硬度達到HRC453，導軌表面淬硬層深度為1. 22.5 mm。電接觸淬火是

40、用一個通低電壓、大電流的銅滾輪和導軌表面瞬時接觸，利用接觸電阻熱加熱導軌表面，并憑鑄鐵導軌自身的熱傳導而迅速冷卻的一種淬火方法。它具有設備簡單，操作容易的優(yōu)點，且淬火后變形量很小，一般為0. 010. 05 mm，故電接觸淬火可在導軌精加工后進行，淬火后只需用油石磨光即可使用。 電接觸淬火后的耐磨性不如高頻淬火，但比未淬火的灰口鑄鐵高1倍以上。電接觸淬火后的淬硬層深度只有0.2 mm，不能用一般的硬度計來檢查表面的硬度。第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件3. 滾動導軌滾動導軌 在承導件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱在承導件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個

41、導軌面不直接接觸的導軌，稱為或滾針），使相配的兩個導軌面不直接接觸的導軌，稱為滾動導軌。滾動導軌。 優(yōu)點：滾動導軌的摩擦阻力小，磨損小，精度保持性好，優(yōu)點：滾動導軌的摩擦阻力小，磨損小，精度保持性好，運動靈敏輕便。運動靈敏輕便。 缺點：結(jié)構相對復雜，剛度及承載能力較滑動導軌弱，對缺點：結(jié)構相對復雜，剛度及承載能力較滑動導軌弱，對臟物敏感，需有良好防護。臟物敏感，需有良好防護。 滾動直線導軌副的結(jié)構 滾動直線導軌副是由導軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）

42、進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。 滾動直線導軌副的性能特點 1.定位精度高 滾動直線導軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產(chǎn)生爬行。重復定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件?？蓪C床定位精度設定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當增加預載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。 2.磨損小 對于滑動導軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在

43、這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應減少，故能使?jié)L動直線導軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設計及使用維護方面都變的非常容易。 3.適應高速運動且大幅降低驅(qū)動功率 采用滾動直線導軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構小型化，使驅(qū)動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率2030%。4.承載能力強 滾動直線導軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力矩和擺動力矩。因

44、此，具有很好的載荷適應性。在設計制造中加以適當?shù)念A加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現(xiàn)象。而滑動導軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負荷較小，易造成機床運行精度不良。 5.組裝容易并具互換性 傳統(tǒng)的滑動導軌必須對導軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€滾動導軌副，機床即可重新獲得高精度。 如前所述，由于滾珠在導軌與滑塊之間的相對運動為滾動，可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導軌的傳動機構遠優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導軌。 滾動導軌的分類及結(jié)構滾動導軌的分類及結(jié)構 按照滾動體形狀分類按照

45、滾動體形狀分類 滾珠式、滾柱式、滾針滾柱式滾珠式、滾柱式、滾針滾柱式 按照滾動體運動方式分類按照滾動體運動方式分類 滾動體不作循環(huán)運動滾動體不作循環(huán)運動 滾動體作循環(huán)運動滾動體作循環(huán)運動 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件3. 滾動導軌滾動導軌第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件滾珠導軌介紹滾珠導軌介紹特點特點 滾珠與動靜導軌之間為滾珠與動靜導軌之間為點接觸點接觸優(yōu)點優(yōu)點 結(jié)構簡單、制造容易、成本低結(jié)構簡單、制造容易、成本低 缺點缺點 剛度差、抗震性差、承載力低剛度差、抗震性差、承載力低應用應用 輕載、小力矩輕載、小力矩 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件滾柱導軌介紹滾柱導軌介紹特點

46、特點 滾珠與動靜導軌之間為滾珠與動靜導軌之間為線接觸線接觸優(yōu)點優(yōu)點 承載力是滾珠的承載力是滾珠的20302030倍倍 剛度、抗震性均優(yōu)于滾珠剛度、抗震性均優(yōu)于滾珠缺點缺點 滾柱體對導軌不平度敏感、易滾柱體對導軌不平度敏感、易 由于不平而產(chǎn)生側(cè)向偏移和側(cè)由于不平而產(chǎn)生側(cè)向偏移和側(cè) 向滑動，使導軌磨損加劇和降向滑動，使導軌磨損加劇和降 低精度。低精度。應用應用 適用于載荷較大的場合適用于載荷較大的場合 滾針導軌介紹滾針導軌介紹特點特點 滾珠與動靜導軌之間為滾珠與動靜導軌之間為線接觸線接觸優(yōu)點優(yōu)點 滾子直徑小、數(shù)目多，承載大滾子直徑小、數(shù)目多，承載大缺點缺點 摩擦系數(shù)大摩擦系數(shù)大 應用應用 應用于尺

47、寸受限制的場合應用于尺寸受限制的場合 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件非循環(huán)式滾動導軌的設計計算非循環(huán)式滾動導軌的設計計算一般需要自行設計一般需要自行設計需要確定的參數(shù)：需要確定的參數(shù)： 滾動體直徑滾動體直徑 d 滾柱長度滾柱長度 lr 滾動體數(shù)目滾動體數(shù)目 z 支承導軌的長度支承導軌的長度 l第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件（1 1）滾動導軌參數(shù)選擇）滾動導軌參數(shù)選擇 滾動體直徑滾動體直徑d 滾柱：滾柱：d 6 mm 滾針：滾針：d 4mm 滾柱長度滾柱長度lr 淬硬導軌：淬硬導軌： lr /d 12-16第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件0(9.5(4.5rPPzPdPPz

48、ql對滾珠導軌）對于滾柱導軌）（2 2）滾動導軌參數(shù)的校核）滾動導軌參數(shù)的校核第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件2 ( (HrHPKd fPKl df對于滾珠導軌）對于滾柱導軌）校核每個滾動體所承受的最大載荷Pmax是否超過許用值Pmax / 2PPPK滾動體截面當量許用應力，查表2-6fH導軌硬度修正系數(shù)，查表2-7第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件（3）計算支承導軌的長度）計算支承導軌的長度L 0/ 2LLl（4）必要條件下還應校驗滾動導軌的剛度，及計算滾動體的變形）必要條件下還應校驗滾動導軌的剛度，及計算滾動體的變形循環(huán)式滾動導軌的設計計算循環(huán)式滾動導軌的設計計算設計時只需選用設

49、計時只需選用 選用計算與滾動軸承的選用計算相似，以選用計算與滾動軸承的選用計算相似，以額定載額定載荷下的額定壽命荷下的額定壽命為依據(jù)。為依據(jù)。 第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件導軌阻尼起因于以下物理過程：導軌阻尼起因于以下物理過程： 材料阻尼材料阻尼 摩擦阻尼摩擦阻尼 擠壓薄膜效應擠壓薄膜效應第五節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件4. 阻尼及其影響阻尼及其影響影響導軌阻尼系數(shù)的因素：影響導軌阻尼系數(shù)的因素： 表面壓力大小表面壓力大小 潤滑類型潤滑類型 摩擦類型摩擦類型導軌阻尼起因于以下物理過程：導軌阻尼起因于以下物理過程： 材料阻尼材料阻尼 摩擦阻尼摩擦阻尼 擠壓薄膜效應擠壓薄膜效應第五

50、節(jié)第五節(jié) 導軌及支承件導軌及支承件4. 阻尼及其影響阻尼及其影響影響導軌阻尼系數(shù)的因素：影響導軌阻尼系數(shù)的因素： 表面壓力大小表面壓力大小 潤滑類型潤滑類型 摩擦類型摩擦類型阻尼小阻尼小啟動跟隨快啟動跟隨快阻尼大阻尼大抗振性能好抗振性能好 5.支承件支承件 支承件是機床的基礎構件，包括：床身、立柱、支承件是機床的基礎構件，包括：床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等尺寸及重量較大的零件臺等尺寸及重量較大的零件 支承件是機床的基礎構件，包括： 床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等尺寸及重量較大的零件大件。 支承件

51、影響加工精度和表面質(zhì)量 在切削時，刀具與工件之間相互作用的力，沿著大部分支承件逐個傳遞并使之變形； 機床的動態(tài)力(如變動的切削力，往復運動件的慣性，旋轉(zhuǎn)件的不平衡等)使支承件和整機振動； 支承件的熱變形，改變執(zhí)行器官的相對位置或運動軌跡。 支承件是機床十分重要的構件。支承件的功用支承件的功用 支承機床各部件 承受力 切削力、重力、慣性力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力。 保證精度 各部件之間的相對位置精度和運動部件的相對運動軌跡的準確關系。 內(nèi)部空間存放各種物體 可存放切削液、潤滑液、液壓油的油箱、電動機?；疽蠡疽?.足夠的靜剛度和較高的剛度重量比 要求在規(guī)定的最大載荷作用下，變形量不得超過一

52、定的數(shù)值。 重量占機床總重量的80以上，應盡量減輕支承件的重量。2.良好的動態(tài)特性，包括： 較大的動剛度和阻尼； 與其它部件相配合，使整機的各階固有頻率不與激振頻率重合而產(chǎn)生共振； 不會發(fā)生薄壁振動而產(chǎn)生噪聲等。3.應具有較好的熱變形特性，使整機的熱變形較小或熱變形對加工精度的影響較小。 由于摩擦熱、切削熱等產(chǎn)生熱變形和熱應力； 在鑄造、焊接和粗加工過程中，會形成內(nèi)應力，使支承件變形； 熱變形和內(nèi)應力都將破壞部件間的相互位置關系和相對運動軌跡，影響加工精度。4.應該排屑暢通、吊運安全，并具有良好的工藝性以便于制造和裝配。第六節(jié)第六節(jié) 并聯(lián)機構并聯(lián)機構并聯(lián)機構的特點并聯(lián)機構的特點（1）剛度高）剛

53、度高（2）移動部件質(zhì)量輕，可獲得很高的動態(tài)特性容易）移動部件質(zhì)量輕，可獲得很高的動態(tài)特性容易實現(xiàn)高速、高加速度運動。實現(xiàn)高速、高加速度運動。（3）不存在累計誤差，可獲得較高的運動精度）不存在累計誤差，可獲得較高的運動精度（4）零件標準化程度高，易于模塊化設計）零件標準化程度高，易于模塊化設計（5）作業(yè)空間與機器尺寸比較?。┳鳂I(yè)空間與機器尺寸比較小優(yōu)點優(yōu)點缺點缺點（1）靈活性較差，運動平臺傾斜角度較小）靈活性較差，運動平臺傾斜角度較小（2）在作業(yè)空間內(nèi)部存在桿件干涉和奇異位形的危險）在作業(yè)空間內(nèi)部存在桿件干涉和奇異位形的危險第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求 機電一體化系統(tǒng)中，機

54、械模塊實現(xiàn)驅(qū)動電機與負機電一體化系統(tǒng)中，機械模塊實現(xiàn)驅(qū)動電機與負載之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的合理匹配。載之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的合理匹配。 數(shù)學模型可以簡化為由質(zhì)量數(shù)學模型可以簡化為由質(zhì)量-彈簧彈簧-阻尼組成的二阻尼組成的二階力學模型。階力學模型。)(tfkxxcxm )(tTkcJ 第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型（一）廣義執(zhí)行機構的運動方程式（一）廣義執(zhí)行機構的運動方程式2211221122221122221 111221122drsdrsM dM dJJP dsPdsm vmv（對于轉(zhuǎn)動情況）（對于移動情況）能量方程式能量方程式2222drdrddJMMJdt

55、ddvdm vPPmdtds（對于轉(zhuǎn)動情況）（對于移動情況）力和力矩方程式第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求一、數(shù)學模型一、數(shù)學模型（二）廣義執(zhí)行機構的動力學方程式（二）廣義執(zhí)行機構的動力學方程式第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求1.齒輪傳動情況齒輪傳動情況211112222222222121221212112222222122122;/()()ccccdJTTdtddJBTTdtdtTiTiJdB dTJTidtidtiddi JJBiTTdtdt 不考慮剛度不考慮剛度注意轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算注意轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學

56、模型和設計要求1.齒輪傳動情況齒輪傳動情況轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求考慮剛度考慮剛度從動軸剛度為從動軸剛度為K2，則由于從動則由于從動軸的變形所引起的彈性力：軸的變形所引起的彈性力：122()Ki折算到主動軸上為：折算到主動軸上為：212()KiiK21.齒輪傳動情況齒輪傳動情況第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求考慮剛度考慮剛度主動軸的力矩平衡方程：主動軸的力矩平衡方程：K22211121( )( )( )( )KsJ sssT sii從動軸的力矩平衡方程：從動軸的力矩平衡方程：212222222( )( )( )( )( )sJ ssBssT sKsi最后求出傳遞函數(shù)最后求出傳遞函數(shù)1.齒輪傳動情況齒輪傳動情況第七節(jié)第七節(jié) 數(shù)學模型和設計要求數(shù)學模型和設計要求與齒輪傳動情況分析過程一樣，但需注