機電一體化技術(shù)完整版課件全套ppt教學(xué)教程最全整套電子講義幻燈片(最新)

1、項目一 單元1 機電一體化概述 單元2 機電一體化機械技術(shù) 目錄1 概述2機械傳動機構(gòu)3機械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)4機械支承結(jié)構(gòu)5 機械執(zhí)行機構(gòu)單元2 機電一體化機械技術(shù)【單元導(dǎo)讀】機電一體化產(chǎn)品的機械系統(tǒng)通常是伺服系統(tǒng)的有機組成部分，它的主要功能是完成一系列機械運動。機械系統(tǒng)包括系統(tǒng)的框架和支撐結(jié)構(gòu)、機械連接和傳動系統(tǒng)，現(xiàn)代機械系統(tǒng)除應(yīng)具有較強的定位精度外，還要有良好的動態(tài)響應(yīng)特性。單元2 機電一體化機械技術(shù)【單元導(dǎo)讀】本單元主要從機械傳動機構(gòu)、機械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、機械支承結(jié)構(gòu)、機械執(zhí)行機構(gòu)四個方面介紹機電一體化設(shè)備中常用的的機械傳動系統(tǒng)，再通過實踐項目“MPS模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)”進行實訓(xùn)，讓讀者掌握四大機構(gòu)工

2、作原理，加深對知識的理解?！緦W(xué)習(xí)目標】機械是由機械零件組成的、能夠傳遞運動并完成某些有效工作的裝置。機械由輸入部分、轉(zhuǎn)換部分、傳動部分、輸出部分及安裝固定部分等組成。通用的傳遞運動的機械零件有齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿、帶、帶輪、曲柄和凸輪等等。兩個零件互相接觸并相對運動，就形成了運動副，由若干運動副組成的具有確定運動的裝置稱為機構(gòu)。就傳動而言，機構(gòu)就是傳動鏈，從系統(tǒng)動力學(xué)方面來考慮，傳動鏈越短越好，這有利于實現(xiàn)系統(tǒng)整體最佳目標。在必須保留一定的傳動件時，在滿足強度和剛度的前提下，應(yīng)力求傳動件“輕、薄、細、小、巧”，這就要求采用特種材料和特種加工工藝。 2.1 概述把某一物體看作一個質(zhì)點時，其運動

3、可以分為平面運動、螺旋運動、球面運動等。平面運動是指與某一平面平行移動的運動，包括旋轉(zhuǎn)運動和線運動。旋轉(zhuǎn)運動是指以平面為軸，并與該平面軸保持一定距離的平面運動；線運動是指在平面上沿直線或曲線移動的運動，前者稱為直線運動，后者稱為曲線運動。螺旋運動是指物體在圍繞某一軸線做旋轉(zhuǎn)運動的同時，還沿著該軸線做直線運動。球面運動是指物體在與圓心保持一定距離的球面上移動的運動。物體當其不受外力作用時，在平面上將處于靜止狀態(tài)；在外力作用下，物體將會產(chǎn)生運動。根據(jù)所施外力的不同，物體的運動可分為等速運動、不等速運動和間歇運動等。等速運動可分為單方向運動和往復(fù)運動，而加速運動就是一種不等速運動，間歇運動則是指每隔

4、一定時間自行停止的運動。2.1.1機械運動與機構(gòu)2.1.1機械運動與機構(gòu) 機電一體化產(chǎn)品的運動包括沿特定軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運動、沿規(guī)定軸線的直線運動以及平面運動等，比如機器人和數(shù)控機床等，一臺機械要由若干零件組成，在構(gòu)成機械的各種部件中使用了各種通用的零件，就是所謂的機械零件。具有代表性的主要機械零件可分為緊固零件、傳動零件和支撐零件。多種機械零件的有機組合就構(gòu)成了機構(gòu)。當機構(gòu)中的一個零件產(chǎn)生運動時，機構(gòu)中的其它零件將對應(yīng)產(chǎn)生一定的運動。連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、間歇機構(gòu)是機械中最常用的三種機構(gòu)。牛頭刨床就是利用連桿機構(gòu)原理把作旋轉(zhuǎn)運動的擺桿曲柄機構(gòu)變換成作往復(fù)直線運動的滑塊曲柄機構(gòu)來進行刨削的。汽車發(fā)動

5、機則是利用凸輪機構(gòu)的不同形狀來改變直線運動的行程，從而來提高燃燒效率的控制。裝配生產(chǎn)線的間歇運動以及旋轉(zhuǎn)平臺的分度則靠的是利用間歇機構(gòu)把原軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動斷續(xù)地傳遞到從軸，使從軸實現(xiàn)間歇性的往復(fù)運動。機電一體化系統(tǒng)的機械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機構(gòu)、傳動機構(gòu)和支承部件。在機械系統(tǒng)設(shè)計時，除考慮一般機械設(shè)計要求外，還必須考慮機械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。概括地講，機電一體化機械系統(tǒng)應(yīng)主要包括如下三大部分機構(gòu)。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求1傳動機構(gòu) 機電一體化機械系統(tǒng)中的傳動機構(gòu)不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變

6、換器，而是已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進行選擇設(shè)計，以滿足整個機械系統(tǒng)良好的伺服性能。因此傳動機構(gòu)除了要滿足傳動精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。2導(dǎo)向及支承機構(gòu) 導(dǎo)向及支承機構(gòu)的作用是對機械結(jié)構(gòu)保證一個良好導(dǎo)向和支承性能，為機械系統(tǒng)中各運動裝置能安全、準確地完成其特定方向的運動提供保障，一般指導(dǎo)軌、軸承等。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求3執(zhí)行機構(gòu) 執(zhí)行機構(gòu)是用以完成操作任務(wù)的直接裝置。執(zhí)行機構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下，完成預(yù)定的操作。一般要求它具有較高的靈敏度、精確度，良好的重復(fù)性和可靠性。由于計算機的強大功能，使傳統(tǒng)

7、的作為動力源的電動機發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動機，從而大大地簡化了傳動和執(zhí)行機構(gòu)。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求除以上三部分外，機電一體化系統(tǒng)的機械部分通常還包括機座、支架、殼體等。傳統(tǒng)機械系統(tǒng)一般是由動力件、傳動件、執(zhí)行件三部分加上電氣、液壓和機械控制等部分組成，而機電一體化中的機械系統(tǒng)是由計算機協(xié)調(diào)和控制的，用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機械和（或）機電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成。其核心是由計算機控制的，包括機、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。這就對執(zhí)行器提出了更高的要求，存在機械裝置、執(zhí)行器及驅(qū)動器之間的協(xié)調(diào)與匹配問題。從總體上講，機電一體化

8、中的機械系統(tǒng)除了滿足一般機械設(shè)計的要求外，還必須滿足以下幾種特殊要求。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求 1高精度精度是機電一體化產(chǎn)品的重要性能指標，對其機械系統(tǒng)設(shè)計主要是執(zhí)行機構(gòu)的位置精度，其中包括結(jié)構(gòu)變形、軸系誤差和傳動誤差，另外還要考慮溫度變化的影響。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求2小慣量傳動件本身的轉(zhuǎn)動慣量會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大慣量會使機械負載增大、系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢、靈敏度降低，使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；使電氣驅(qū)動部分的諧振頻率變低，阻尼增大。反之，小慣量則可使控制系統(tǒng)的帶寬做得比較寬，快速性比較好、精度比較高，同時還有利于減小用于克服慣

9、性載荷的伺服電機的功率，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)響應(yīng)和精度。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求3大剛度機電一體化機械系統(tǒng)要有足夠的剛度，彈性變形要限制在一定范圍之內(nèi)。彈性變形不僅影響系統(tǒng)精度，而且影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固有頻率、控制系統(tǒng)的帶寬和動態(tài)性能。機電一體化機械系統(tǒng)設(shè)計一樣有傳動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，只是由于機電一體化的特征決定了在機械系統(tǒng)設(shè)計過程中有它自身的特點。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求1）機械傳動設(shè)計的特點機械傳動設(shè)計的任務(wù)是把動力機產(chǎn)生的機械能傳遞到執(zhí)行機構(gòu)上去，機電一體化系統(tǒng)中機械傳動系統(tǒng)的設(shè)計就是面向機電伺服系統(tǒng)的伺服機械傳動系統(tǒng)設(shè)計。根據(jù)機電有機結(jié)合的原

10、則，機電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級調(diào)速的控制電機，從而節(jié)省了大量用于進行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件，減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，提高了傳動效率，因此使機械傳動設(shè)計也得到了簡化，機械傳動方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)方式的傳動方式即每一個機械傳動都由單獨的控制電機、傳動機構(gòu)和執(zhí)行機構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，各個運動之間的傳動關(guān)系則由計算機來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機電一體化機械傳動系統(tǒng)具有傳動鏈接短，傳動慣量小，線性傳遞，無間隙傳遞等設(shè)計特點。2.1.2機電一體化中的機械系統(tǒng)及其基本要求2）機械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點機電一體化的機械結(jié)構(gòu)屬于傳統(tǒng)機械技術(shù)的范疇，在滿足伺服系統(tǒng)對其穩(wěn)、準、快要求的前提下，從整體

11、上說應(yīng)逐步向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展，因此在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各個零部件的制造、安裝精度，結(jié)構(gòu)剛度，穩(wěn)定性以及動作的靈敏性和易控性。對具體零部件的設(shè)計提出了更高、更嚴的要求。例如，采用合理的截面形狀和尺寸；采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的靜剛度。機電一體化機械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性能，從而要求傳動機構(gòu)滿足以下幾個方面：轉(zhuǎn)動慣量小、剛度大、阻尼合適 ，此外還要求摩擦小、抗振性好、間隙小，特別是其動態(tài)特性與伺服電動機等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)特性相匹配。 常用的機械傳動部件有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動以及各種非線性傳動部件等。其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實質(zhì)上是一

12、種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。2.2 機械傳動機構(gòu)齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機械傳動，各種機床中傳動裝置幾乎都離不開齒輪傳動。在數(shù)控機床伺服進給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個，一是將高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服電機（如步進電機、直流或交流伺服電機等）的輸出，改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸出；另一是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。此外，對開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的精度。2.2.1 齒輪傳動2.2.1 齒輪傳動提高傳動精度的結(jié)構(gòu)措施有：1）適當提高零部件本身的精度。2）合理設(shè)計傳動鏈，減少零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響。首先，合理選擇傳動型式；其次，合理確定級數(shù)和分配各級傳動比；第三，

13、合理布置傳動鏈。2.2.1 齒輪傳動提高傳動精度的結(jié)構(gòu)措施有：3）采用消隙機構(gòu)以減少或消除空程。由于數(shù)控設(shè)備進給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，就會使進給運動的反向滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙，以提高數(shù)控設(shè)備進給系統(tǒng)的驅(qū)動精度。由于齒輪在制造中不可能達到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此兩個嚙合著的齒輪，總應(yīng)有微量的齒側(cè)隙才能使齒輪正常地工作。以下介紹的幾種消除齒輪傳動中側(cè)隙的措施，都是在實踐中行之有效的。2.2.1 齒輪傳動1圓柱齒輪傳動1) 偏心軸套調(diào)整法圖2-1所示為簡單的偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。電機1是

14、通過偏心軸套2裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)隙。圖2-1 偏心軸套式消除間隙結(jié)構(gòu)1-電動機 2-偏心軸套2.2.1 齒輪傳動2) 錐度齒輪調(diào)整法圖2-2是用帶有錐度的齒輪來消除間隙的機構(gòu)。在加工齒輪1和2時，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化（其外形類似于插齒刀）。裝配時只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個齒輪的軸向相對位置，從而消除了齒側(cè)間隙。但如增大圓錐面的角度，則將使嚙合條件惡化。以上兩種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動補償。圖2-2 帶錐度齒輪的消除間隙結(jié)構(gòu)1、2-

15、齒輪 3-墊片2.2.1 齒輪傳動3) 雙向薄齒輪錯齒調(diào)整法采用這種消除齒側(cè)隙的一對嚙合齒輪中，其中一個是寬齒輪，另一個由兩相同齒數(shù)的薄片齒輪套裝而成，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。裝配后，應(yīng)使一個薄片齒輪的齒左側(cè)和另一個薄片齒輪的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪的齒槽左、右兩側(cè)，這樣錯齒后就消除了齒側(cè)隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。圖2-3為圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒調(diào)整結(jié)構(gòu)。2.2.1 齒輪傳動3) 雙向薄齒輪錯齒調(diào)整法圖2-3 圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒調(diào)整法1、2-齒輪 3、8-凸耳 4-彈簧 5、6-螺母 7-螺釘2.2.1 齒輪傳動 在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳3和8。齒輪1的端面

16、還有另外四個通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)整螺釘7上，通過螺母5調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個薄片齒輪的左右齒面分別緊貼在寬齒輪齒槽的左右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙。 2.2.1 齒輪傳動 2. 斜齒輪傳動斜齒輪傳動齒側(cè)隙的消除方法基本上與上述錯齒調(diào)整法相同，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。圖2-4是墊片錯齒調(diào)整法，薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工。裝配時，將墊片厚度增加或減少，然后再用螺母擰緊。這時兩齒輪的螺旋線

17、就產(chǎn)生了錯位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。墊片厚度的增減量 其中 齒側(cè)間隙， 為斜齒輪的螺旋角。墊片的厚度通常由試測法確定，一般要經(jīng)過幾次修磨才能調(diào)整好，因而調(diào)整較費時，且齒側(cè)隙不能自動補償。2.2.1 齒輪傳動圖2-5是軸向壓簧錯齒調(diào)整法，其特點是齒側(cè)隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。圖2-4 斜齒薄片齒輪墊片錯齒調(diào)整法圖2-5 斜齒薄片齒輪軸向壓簧錯齒調(diào)整法2.2.2 帶傳動1普通帶傳動帶傳動是利用張緊在帶輪上的帶，靠它們之間的摩擦或嚙合，在兩軸(或多軸)間傳遞運動或動力，見圖26。根據(jù)傳動原理不同，帶傳動可分為摩擦型和嚙合型兩大類，其常見的是摩擦帶傳動。

18、摩擦帶傳動根據(jù)帶的截面形狀分為平帶、V帶、多楔帶和圓帶等。 圖26 帶傳動的形式a-摩擦型帶傳動；b-嚙合型帶傳動2.2.2 帶傳動a-摩擦型帶傳動；b-嚙合型帶傳動靠摩擦工作的帶傳動，其優(yōu)點是：（1）因帶是彈性體，能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)無噪聲；（2）過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件損壞；（3）制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴格；（4）可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件(可達15 m)。其缺點是：（1）帶與帶輪的彈性滑動使傳動比不準確，效率較低，壽命較短；（2）傳遞同樣大的圓周力時，外廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大；（3）不宜用于高溫、易燃等場合。由于傳動帶的材料不是完全的

19、彈性體，因此帶在工作一段時間后會發(fā)生伸長而松弛，張緊力降低。因此，帶傳動應(yīng)設(shè)置張緊裝置，以保持正常工作。常用的張緊裝置有三種。 2.2.2 帶傳動 1) 定期張緊裝置：調(diào)節(jié)中心距使帶重新張緊。如圖2-7a所示，為一移動定期張緊置，將裝在帶輪的電動機安裝在滑軌l上，需調(diào)節(jié)帶的拉力時，松開螺母2，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘改變電動機位置，然后固定。這種裝置適合兩軸處于水平或傾斜不大的傳動。圖2-7b為擺動架和調(diào)節(jié)螺桿定期張緊，將裝在帶輪偽電動機固定在可以擺動的機座上，通過機座繞一定軸旋轉(zhuǎn)使帶張緊。這種裝置適合垂直的或接近垂直的傳動。2) 自動張緊裝置：常用于中小功率的傳動，圖2-8所示是將裝有帶輪的電動機安裝在

20、可自由利用電動機和擺架的重量自動保持張緊力。 2.2.2 帶傳動3) 使用張緊輪的張緊裝置：當中心距不能調(diào)節(jié)時，可使用張緊輪把帶張緊，如圖2-9所示。張緊輪一般應(yīng)安裝在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，以減少壽命的損失；同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大帶輪，以減少對包角的影響。張緊輪的使用會降低帶輪的傳動能力，在設(shè)計時應(yīng)適當考慮。2.2.2 帶傳動圖2-7 帶的定期張緊裝置2.2.2 帶傳動圖2-8 電動機的自動張緊 圖2-9 張緊輪裝置2.2.2 帶傳動2同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動，是一種新型的帶傳動，如圖2-10所示，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運動和動力，因而兼有帶傳動，齒輪傳動及鏈

21、傳動的優(yōu)點，即無相對滑動，平均傳動比準確，傳動精度高，而且齒形帶的強度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動；齒型帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機床上亦有應(yīng)用。2.2.2 帶傳動圖2-10 同步齒形帶傳動2.2.3 齒輪齒條傳動機構(gòu)在機電一體化產(chǎn)品中對于大行程傳動機構(gòu)往往采用齒輪齒條傳動，因為其剛度、精度和工作性能不會因行程增大而明顯降低，但它與其它齒輪傳動一樣也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)采取消隙措施。當傳動負載小時，可采用雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法，使兩片薄齒輪的齒側(cè)分別緊貼齒條的齒槽兩相應(yīng)側(cè)面，以消除齒側(cè)間隙。2.2.3 齒輪齒條傳動機構(gòu)當傳動負載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。

22、如圖2-11所示，小齒輪1、6分別與齒條7嚙合，與小齒輪1、6同軸的大齒輪2、5分別與齒輪3嚙合，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負載，使大齒輪2、5同時向兩個相反方向轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪l、6轉(zhuǎn)動，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。1、6小齒輪；2、5大齒輪；3齒輪；4預(yù)載裝置；7齒條2.2.4 螺旋傳動螺旋傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式，根據(jù)螺旋傳動的運動方式可以分為兩大類：一類是滑動摩擦式螺旋傳動，它是將聯(lián)結(jié)件的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為被執(zhí)行機構(gòu)的直線運動，如機床的絲杠和與工作臺連接的螺母；另一類滾動摩擦式螺旋傳動，它是將滑動摩擦轉(zhuǎn)換為滾動摩擦，完成旋轉(zhuǎn)運動，例如滾珠絲

23、杠螺母副。滑動螺旋傳動 螺旋傳動是機電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式。它是利用螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動?；瑒勇菪齻鲃泳哂袀鲃颖却?、驅(qū)動負載能力強和自鎖等特點。主要特點參考表2-1。2.2.4 螺旋傳動表2-1 滑動螺旋傳動的主要特點2.2.4 螺旋傳動1）滑動螺旋傳動的形式及應(yīng)用（1）螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動如圖2-12a所示，這種傳動型式的螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動，容易獲得較高的傳動精度。缺點是所占軸向尺寸較大（螺桿行程的兩倍加上螺母高度），剛性較差。因此僅適用于行程短的情況。2.2.4 螺旋傳動（2）螺桿轉(zhuǎn)動，螺母移

24、動 如圖2-12b所示，這種傳動型式的特點是結(jié)構(gòu)緊湊（所占軸向尺寸取決于螺母高度及行程大小），剛度較大。適用于工作行程較長的情況。 圖2-12 滑動螺旋傳動的基本型式圖2-13 差動螺旋原理2.2.4 螺旋傳動（3）差動螺旋傳動。除上述兩種基本傳動型式外，還有一種螺旋傳動差動螺旋傳動。其原理如圖2-13所示。設(shè)螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2。當螺桿轉(zhuǎn)動角時，可動螺母2的移動距離為（2-1） 如果Ph1與Ph2相差很小，則 L很小。因此差動螺旋常用于各種微動裝置中。若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當螺桿轉(zhuǎn)動角時，可動螺母2的移動距離為（2-2）2.2.4 螺旋傳動

25、可見，此時差動螺旋變成快速移動螺旋，即螺母2相對螺母1快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。為了方便大家理解，以普通機床的絲杠和螺母為例，將絲杠螺母傳動的類型和特點列表如下：2.2.4 螺旋傳動2.2.4 螺旋傳動2）螺旋副零件與滑板聯(lián)接結(jié)構(gòu)的確定螺旋副零件與滑板的聯(lián)接結(jié)構(gòu)對螺旋副的磨損有直接影響，設(shè)計時應(yīng)注意。常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu)有下列幾種： 圖 2-14 剛性連接結(jié)構(gòu)2.2.4 螺旋傳動（1）剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-14所示為剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的特點是牢固可靠，但當螺桿軸線與滑板運動方向不平行時，螺紋工作面的壓力增大，磨損加劇，嚴重（ 、較大）時還會發(fā)生卡住現(xiàn)象，剛

26、性聯(lián)接結(jié)構(gòu)多用于受力較大的螺旋傳動中。2.2.4 螺旋傳動 圖2-15 測量顯微鏡縱向測微螺旋2.2.4 螺旋傳動（2）彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-15所示的裝置中，螺旋傳動采用了彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。片簧7的一端在工作臺（滑板）8上，另一端套在螺母的錐形銷上。為了消除兩者之間的間隙，片簧以一定的預(yù)緊力壓向螺母（或用螺釘壓緊）。當工作臺運動方向與螺桿軸線偏斜角（圖2-14a）時，可以通過片簧變形進行調(diào)節(jié)。如果偏斜角（圖2-14b）時，螺母可繞軸線自由轉(zhuǎn)動而不會引起過大的應(yīng)力。彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)適用于受力較小的精密螺旋傳動。 2.2.4 螺旋傳動 （3）活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-16所示為活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)的原理圖?；謴?fù)力F（一

27、般為彈簧力）使聯(lián)接部分保持經(jīng)常接觸。當滑板1的運動方向與螺桿2的軸線不平行時，通過螺桿端部的球面與滑板在接觸處自由滑動（圖2-16a），或中間桿3自由偏斜（圖2-16b），從而可以避免螺旋副中產(chǎn)生過大的應(yīng)力。 圖2-16 活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)2.2.4 螺旋傳動3）影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度的措施螺旋傳動的傳動精度是指螺桿與螺母間實際相對運動保持理論值（公式3-2）的準確程度。影響螺旋傳動精度的因素主要有以下幾項：（1）螺紋參數(shù)誤差螺紋的各項參數(shù)誤差中，影響傳動精度的主要是螺距誤差、中徑誤差以及牙型半角誤差。具體內(nèi)容件表2-2。2.2.4 螺旋傳動表2-2 影響傳動精度的三個螺紋誤差參數(shù)圖2

28、-17 牙型半角誤差 圖2-18 螺桿軸向串動誤差2.2.4 螺旋傳動2.2.4 螺旋傳動（2）螺桿軸向竄動誤差圖2-18所示，若螺桿軸肩的端面與軸承的止推面不垂直于螺桿軸線而有1和2的偏差，則當螺桿轉(zhuǎn)動時，將引起螺桿的軸向竄動誤差，并轉(zhuǎn)化為螺母位移誤差。螺桿的軸向竄動誤差是周期性變化的，以螺桿轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)為一個循環(huán)。（3）偏斜誤差在螺旋傳動機構(gòu)中，如果螺桿的軸線方向與移動件的運動方向不平行，而有一個偏斜角（圖2-19）時，就會發(fā)生偏斜誤差。偏斜角對偏斜誤差有很大的影響，對其值應(yīng)該加以控制。2.2.4 螺旋傳動 圖2-19 偏斜誤差2.2.4 螺旋傳動（4）溫度誤差 當螺旋傳動的工作溫度與制造溫度

29、不同時，將引起螺桿長度和螺距發(fā)生變化，從而產(chǎn)生傳動誤差，這種誤差稱為溫度誤差。 上面分析了影響螺旋傳動精度的各種誤差，為了提高傳動精度，應(yīng)盡可能減小或消除這些誤差。為此，可以通過提高螺旋副零件的制造精度來達到，但單純提高制造精度會使成本提高。因此，對于傳動精度要求較高的精密螺旋傳動，除了根據(jù)有關(guān)標準或具體情況規(guī)定合理的制造精度以外，可采取某些結(jié)構(gòu)措施提高其傳動精度。 由于螺桿的螺距誤差是造成螺旋傳動誤差的最主要因素，因此采用螺距誤差校正裝置是提高螺旋傳動精度的有效措施之一。 2.2.4 螺旋傳動 4）消除螺旋傳動的空回的方法當螺旋機構(gòu)中存在間隙，若螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，

30、只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為空回。對于在正反向傳動下工作的精密螺旋傳動，空回將直接引起傳動誤差，必須設(shè)法予以消除。消除空回的方法就是在保證螺旋副相對運動要求的前提下消除螺桿與螺母之間的間隙。下面是幾種常見的消除空回的方法。2.2.4 螺旋傳動（1）利用單向作用力 在螺旋傳動中，利用彈簧產(chǎn)生單向恢復(fù)力，使螺桿和螺母螺紋的工作表面保持單面接觸，從而消除了另一側(cè)間隙對空回的影響。這種方法除可消除螺旋副中間隙對空回的影響外，還可消除軸承的軸向間隙和滑板聯(lián)接處的間隙而產(chǎn)生的空回。同時，這種結(jié)構(gòu)在螺母上無需開槽或剖分，因此螺桿與螺母接觸情況較好，有利于提高螺旋副的壽命。（2）

31、利用調(diào)整螺母2.2.4 螺旋傳動采用開槽螺母結(jié)構(gòu)擰動螺釘可以調(diào)整螺紋間隙。采用卡簧式螺母結(jié)構(gòu)其中主螺母1上銑出縱向槽，擰緊副螺母2時，靠主、副螺母的圓錐面，迫使主螺母徑向收縮，以消除螺旋副的間隙采用對開螺母結(jié)構(gòu)為了便于調(diào)整，螺釘和螺母之間裝有螺旋彈簧，這樣可使壓緊力均勻穩(wěn)定。采用緊定螺釘結(jié)構(gòu)為了避免螺母直接壓緊在螺桿上而增加摩擦力矩，加速螺紋磨損，可在此結(jié)構(gòu)中裝入緊定螺釘以調(diào)整其螺紋間隙。如圖3-16d所示。表2-3 徑向調(diào)整法的典型示例2.2.4 螺旋傳動2.2.4 螺旋傳動 圖2-20 螺紋間隙軸向調(diào)整結(jié)構(gòu)（3）利用塑料螺母消除空回圖2-21所示是用聚乙烯或聚酰胺(尼龍)制作螺母，用金屬壓

32、圈壓緊，利用塑料的彈性能很好地消除螺旋副的間隙。2.2.4 螺旋傳動 圖2-21 塑料螺母結(jié)構(gòu) 2.2.4 螺旋傳動2.滾動螺旋傳動滾珠絲杠螺母副機構(gòu)1）滾珠絲杠副的工作原理及特點滾珠絲杠副是一種新型的傳動機構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件，以減少摩擦，如圖2-22所示。圖中絲杠和螺母上都磨有圓弧形的螺旋槽，這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當絲杠回轉(zhuǎn)時，滾珠相對于螺母上的滾道滾動，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動。2.2.4 螺旋傳動圖2-22 滾珠

33、絲杠螺母2.2.4 螺旋傳動滾珠絲杠副的特點是：（1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率0.920.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高34倍。因此，功率消耗只相當于常規(guī)的絲杠螺母副的1/41/3。（2）給予適當預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。（3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。（4）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，即絲杠和螺母都可以作為主動件。2.2.4 螺旋傳動滾珠絲杠副的特點是：（5）磨損小，使用壽命長。（6）制造工藝復(fù)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

34、成本高。（7）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，不能立刻停止運動，故常需添加制動裝置。2.2.4 螺旋傳動2）滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式與類型 按用途和制造工藝不同，滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式有多種，它們的主要區(qū)別在于螺紋滾道法向截形、滾珠循環(huán)方式、消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊的方法等三方面。（1）螺紋滾道法向截形是指通過滾珠中心且垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面交線的形狀。常用的截形有兩種，單圓弧形（圖2-23a）和雙圓弧形（圖2-23b）。滾珠與滾道表面在接觸點處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角叫接觸角。理想接觸角45o。具體結(jié)構(gòu)特點件表2-4。2.2.4 螺

35、旋傳動 圖2-23 滾道法向截形示意圖表2-4 單圓弧滾道和雙圓弧滾道的結(jié)構(gòu)特點2.2.4 螺旋傳動單圓弧滾道結(jié)構(gòu)簡單，傳遞精度由加工質(zhì)量保證，軸向間隙小，無軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，加工困難，加工精度要求高，成本高，一般在輕載條件下工作。 雙圓弧滾道結(jié)構(gòu)簡單，存在軸向間隙，加工質(zhì)量易于保證，在使用雙螺母結(jié)構(gòu)的條件下，具有軸向間隙調(diào)整和預(yù)緊能力，傳遞精度高。2.2.4 螺旋傳動（2）滾珠循環(huán)方式按滾珠在整個循環(huán)過程中與螺桿表面的接觸情況，滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩類。滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)（圖2-24）。在螺母1的側(cè)孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器。借助于反向器

36、上的回珠槽，迫使?jié)L珠2沿滾道滾動一圈后越過螺桿螺紋滾道頂部，重新返回起始的螺紋滾道，構(gòu)成單圈內(nèi)循環(huán)回路。在同一個螺母上，具有循環(huán)回路的數(shù)目稱為列數(shù)，內(nèi)循環(huán)的列數(shù)通常有二四列（即一個螺母上裝有24個反向器）。為了結(jié)構(gòu)緊湊，這些反向器是沿螺母周圍均勻分布的，即對應(yīng)二列、三列、四列的滾珠螺旋的反向器分別沿螺母圓周方向互錯180o、120o、90o。外循環(huán)是指滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結(jié)構(gòu)的不同，外循環(huán)可分為螺旋槽式、插管式和端蓋式三種。具體見表2-5。2.2.4 螺旋傳動 圖 2-24 內(nèi)循環(huán)1-螺母座；2-滾珠；3-反向器；4-絲杠2.2.4 螺旋傳動螺旋槽式是直接在螺母外圓柱

37、面上銑出螺旋線形的凹槽作為滾珠循環(huán)通道，凹槽的兩端鉆出兩個通孔分別與螺紋滾道相切，同時用兩個擋珠器引導(dǎo)滾珠通過該兩通孔，用套筒或螺母座內(nèi)表面蓋住凹槽，從而構(gòu)成滾珠循環(huán)通道。螺旋槽式結(jié)構(gòu)工藝簡單，易于制造，螺母徑向尺寸小。缺點是擋珠器剛度較差，容易磨損。 插管式是用管代替螺旋槽式中的凹槽，把彎管的兩端插入螺母上與螺紋滾道相切的兩個通孔內(nèi)，外加壓板用螺釘固定，用彎管的端部或其它形式的擋珠器引導(dǎo)滾珠進出彎管，以構(gòu)成循環(huán)通道。插管式結(jié)構(gòu)簡單，工藝性好，適于批量生產(chǎn)。缺點是彎管突出在螺母的外部，徑向尺寸較大，若用彎管端部作擋珠器，則耐磨性較差。 端蓋式是在螺母上鉆有一個縱向通孔作為滾珠返回通道，螺母兩端

38、裝有銑出短槽的端蓋，短槽端部與螺紋滾道相切，并引導(dǎo)滾珠返回通道，構(gòu)成滾珠循環(huán)回路。端蓋式的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好。缺點是滾珠通過短槽時容易卡住。 表2-5 滾珠絲杠螺母副常見的外循環(huán)結(jié)構(gòu)及類型特點2.2.4 螺旋傳動（3）滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整方法常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)型式有以下三種。圖2-25 雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1、2-單螺母；3-螺母座；4-調(diào)整墊片圖2-26 雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1、2-單螺母；3-平鍵；4-調(diào)整螺母2.2.4 螺旋傳動圖2-27雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)1、2-單螺母；3、4-內(nèi)齒圈2.2.4 螺旋傳動3）滾珠絲杠副的精度滾珠絲杠副的精度等級為1、2、3、4、5

39、、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。4）滾珠絲杠副的標注方法滾珠絲杠副的型號根據(jù)其結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度和螺紋旋向等特征按下列格式編寫。 循環(huán)方式 預(yù)緊方式 公稱直徑 基本導(dǎo)程 負荷滾珠總?cè)?shù) 精度等級 螺紋旋向循環(huán)方式的標注參見表2-6。預(yù)緊方式的標注參見表2-7。2.2.4 螺旋傳動表2-6滾珠絲杠副循環(huán)方式的標注2.2.4 螺旋傳動負荷滾珠總?cè)?shù)為1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5圈，代號分別為1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5。螺旋旋向為左、右旋，只標左旋代號為LH，右旋不標。滾珠螺紋的代號用GQ表示，標注在公稱直徑

40、前，如GQ5083。表2-7滾珠絲杠副預(yù)緊方式的標注雙螺母齒差預(yù)緊雙螺母墊片預(yù)緊單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊雙螺母螺紋預(yù)緊CDBL2.2.4 螺旋傳動例 CTC63103.53.5/20001600表示為插管突出式外循環(huán)（CT），雙螺母齒差預(yù)緊（C）的滾珠絲杠副，公稱直徑63mm，基本導(dǎo)程10mm，負荷滾珠總?cè)?shù)3.5圈，精度等級3.5級，螺紋旋向為右旋，絲杠全長為2000mm，螺紋長度為1600mm。2.2.5 其他傳動結(jié)構(gòu)在機電一體化系統(tǒng)中還有一些其他常見的機械傳動結(jié)構(gòu)，例如鏈傳動、齒輪齒條傳動、渦輪蝸桿傳動等等。這些在機械設(shè)計或機械零件的課程中已有所了解，這里就不在另行講解了。2.3 機械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

41、機電系統(tǒng)的支承部件包括導(dǎo)向支承部件，旋轉(zhuǎn)支承部件和機座機架。導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被標為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。 導(dǎo)軌副主要由定導(dǎo)軌、動導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、間隙調(diào)整元件以及工作介質(zhì)/元件等組成。按運動方式可分為直線運動導(dǎo)軌（滑動摩擦導(dǎo)軌）和回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌（滾動摩擦導(dǎo)軌）。按接觸表面的摩擦性質(zhì)可分為：滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌1常見的滑動摩擦導(dǎo)軌副及其特點常見的導(dǎo)軌截面形狀，有三角形（分對稱、不對稱兩類）、矩形、燕尾形及圓形等四種，每種又分為凸形和凹形兩類。凸形導(dǎo)軌不易積存切屑等臟物，也不易儲存潤滑油。

42、宜在低速下工作，凹形導(dǎo)軌則相反，可用于高速，但必須有良好的防護裝置，以防切屑等臟物落人導(dǎo)軌。 具體形狀如表2-8所示。表2-8常見滑動導(dǎo)軌副的截面形狀 2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌1）三角形導(dǎo)軌。分對稱型和非對稱型三角形導(dǎo)軌。特點：在垂直載荷作用下，具有磨損量自動補償功能，無間隙工作，導(dǎo)向精度高。為防止因振動或傾翻載荷引起兩導(dǎo)向面較長時間脫離接觸，應(yīng)有輔助導(dǎo)向面并具備間隙調(diào)整能力。但存在導(dǎo)軌水平與垂直誤差的相互影響，為保證高的導(dǎo)向精度（直線度），導(dǎo)軌面加工、檢驗、維修困難。 對稱型導(dǎo)軌 隨頂角增大，導(dǎo)軌承載能力增大，但導(dǎo)向精度降低。 非對稱導(dǎo)軌 主要用在載荷不對稱的時候，通過調(diào)整不對稱角度，使導(dǎo)軌

43、左右面水平分力相互抵消，提高導(dǎo)軌剛度。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌2）矩形導(dǎo)軌。特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、維修方便，導(dǎo)軌面寬、承載能力大，剛度高，但無磨損量自動補償功能。由于導(dǎo)軌在水平和垂直面位置互不影響，因而在水平和垂直兩方向均須間隙調(diào)整裝置，安裝調(diào)整方便。3）燕尾形導(dǎo)軌的特點。特點：無磨損量自動補償功能，須間隙調(diào)整裝置，燕尾起壓板作用，鑲條可調(diào)整水平垂直兩方向的間隙，可承受顛覆載荷，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛度差，摩擦阻力大、制造、檢驗、維修不方便。4）圓形導(dǎo)軌的特點。特點：結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、配合方便，精度易于保證，但摩擦后很難調(diào)整，結(jié)構(gòu)剛度較差。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌2導(dǎo)軌的基本要求1）導(dǎo)向精度

44、高。導(dǎo)向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。（1）導(dǎo)軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度。如圖2-28a、b所示，理想的導(dǎo)軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應(yīng)為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量即為導(dǎo)軌全長在垂直平面（圖2-28a）和水平面（圖2-28b）內(nèi)的直線度誤差。 （2）導(dǎo)軌面間的平行度。圖3-30c所示為導(dǎo)軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導(dǎo)軌沒有誤差，平面導(dǎo)軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差即為導(dǎo)軌間的平行度誤差。導(dǎo)軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項誤差會使

45、運動件運動時發(fā)生“扭曲”。圖2-28 導(dǎo)軌的幾何角度2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 2）運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導(dǎo)軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導(dǎo)軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設(shè)計時應(yīng)合理選擇導(dǎo)軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。3）耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料?導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強的大小。4）對溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工

46、作。導(dǎo)軌對溫度變化的不敏感性主要取決于導(dǎo)軌類型、材料及導(dǎo)軌配合間隙等。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌5）足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。剛度不足不僅會降低導(dǎo)向精度，還會加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。6）結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。3常見導(dǎo)軌副組合與間隙調(diào)整、特點 1）圓柱面導(dǎo)軌圓柱面導(dǎo)軌的優(yōu)點是導(dǎo)軌面的加工和檢驗比較簡單，易于達到較高的精度；缺點是對溫度變化比較敏感，間隙不能調(diào)整。在圖2-29所示的結(jié)構(gòu)中，支臂3和立柱5構(gòu)成圓柱面導(dǎo)軌。立柱5的圓柱面上加工有螺紋槽，轉(zhuǎn)動螺母1即可帶動支臂3上下移動，螺

47、釘2用于鎖緊，墊塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱表面。 2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌圖2-29 圓柱面導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌在多數(shù)情況下，圓柱面導(dǎo)軌的運動件不允許轉(zhuǎn)動，為此，可采用各種防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。最簡單的防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是在運動件和承導(dǎo)件的接觸表面上作出平面、凸起或凹槽。圖2-30a、b、c是這種防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的幾個例子。利用輔助導(dǎo)向面可以更好地限制運動件的轉(zhuǎn)動（圖2-30d），適當增大輔助導(dǎo)向面與基本導(dǎo)向面之間的距離，可減小由導(dǎo)軌間的間隙所引起的轉(zhuǎn)角誤差。當輔助導(dǎo)向面也為圓柱面時，即構(gòu)成雙圓柱面導(dǎo)軌（圖2-30e），它既能保證較高的導(dǎo)向精度,又能保證較大的承載能力。 導(dǎo)軌的表面粗糙度可根據(jù)相應(yīng)的精度等級決定。通

48、常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件的內(nèi)表面的粗糙度。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌圖2-30 有防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的圓柱面導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌2）棱柱面導(dǎo)軌常用的棱柱面導(dǎo)軌有三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌以及它們的組合式導(dǎo)軌。（1）雙三角形導(dǎo)軌 如圖2-31a所示兩條導(dǎo)軌同時起著支承和導(dǎo)向作用，故導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度高，承載能力大，兩條導(dǎo)軌磨損均勻，磨損后能自動補償間隙，精度保持性好。但這種導(dǎo)軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導(dǎo)軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感。 2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 （2）三角形一平面導(dǎo)軌(圖2-31b) 這種導(dǎo)軌保持了雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向

49、精度高、承載能力大的優(yōu)點，避免了由于熱變形所引起的配合狀況的變化，且工藝性比雙三角形導(dǎo)軌大為改善，因而應(yīng)用很廣。缺點是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動調(diào)整間隙。圖2-31 三角形導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌（3）矩形導(dǎo)軌。矩形導(dǎo)軌可以做得較寬，因而承載能力和剛度較大。優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單制造、檢驗、修理較易。缺點是磨損后不能自動補償間隙，導(dǎo)向精度不如三角形導(dǎo)軌。圖2-32所示結(jié)構(gòu)是將矩形導(dǎo)軌的導(dǎo)向面A與承載面B、C分開，從而減小導(dǎo)向面的磨損，有利于保持導(dǎo)向精度。圖2-32a中的導(dǎo)向面A是同一導(dǎo)軌的內(nèi)外側(cè)，兩者之間的距離較小，熱膨脹變形較小，可使導(dǎo)軌的間隙相應(yīng)減小，導(dǎo)向精度較高。但此時兩導(dǎo)軌面的摩擦

50、力將不相同，因此應(yīng)合理布置驅(qū)動元件的位置，以避免工作臺傾斜或被卡住。圖2-32b所示結(jié)構(gòu)以兩導(dǎo)軌面的外側(cè)作為導(dǎo)向面，克服了上述缺點，但因?qū)к壝骈g距離較大，容易受熱膨脹的影響，要求間隙不宜過小，從而影響導(dǎo)向精度。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 圖 2-32 矩形導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌（4）燕尾導(dǎo)軌。主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點是幾何形狀比較復(fù)雜，難于達到很高的配合精度，并且導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差，因此，通常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小及導(dǎo)向精度與運動靈便性要求不高的場合。圖2-33為燕尾導(dǎo)軌的應(yīng)用舉例，其中圖2-33c所示結(jié)構(gòu)的特點是把燕尾槽分成幾塊，便于制造、裝配和調(diào)整。 圖 2-3

51、3 燕尾導(dǎo)軌應(yīng)用舉例 4導(dǎo)軌間隙的調(diào)整為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當?shù)拈g隙。間隙過小會增大摩擦力，間隙過大又會降低導(dǎo)向精度。為此常采用以下辦法，以獲得必要的間隙。1）采用磨、刮相應(yīng)的結(jié)合面或加墊片的方法，以獲得合適的間隙。如圖2-33a所示燕尾導(dǎo)軌，為了獲得合適的間隙，可在零件1與2之間加上墊片3或采取直接鏟刮承導(dǎo)件與運動件的結(jié)合面A的辦法達到。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 圖2-34 平鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 2）采用平鑲條調(diào)整間隙。平鑲條為一平行六面體，其截面形狀為矩形（圖2-34a）或平行四邊形（圖2-34b）。調(diào)整時，只要擰動沿鑲條

52、全長均布的幾個螺釘，便能調(diào)整導(dǎo)軌的側(cè)向間隙，調(diào)整后再用螺母鎖緊。平鑲條制造容易，但在全長上只有幾個點受力，容易變形，故常用于受力較小的導(dǎo)軌?？s短螺釘間的距離加大鑲條厚度(h)有利于鑲條壓力的均勻分布，當Lh=34時，鑲條壓力基本上均布(圖2-34c)。3）采用斜鑲條調(diào)整間隙。斜鑲條的側(cè)面磨成斜度很小的斜面，導(dǎo)軌間隙是用鑲條的縱向移動來調(diào)整的，為了縮短鑲條長度，一般將其放在運動件上。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌圖2-35 用斜鑲條調(diào)整導(dǎo)軌間隙圖2-35a的結(jié)構(gòu)簡單，但螺釘凸肩與斜鑲條的缺口間不可避免地存在間隙，可能使鑲條產(chǎn)生竄動。圖2-35b所示的結(jié)構(gòu)較為完善，但軸向尺寸較長，調(diào)整也較麻煩。圖2-3

53、5c是由斜鑲條兩端的螺釘進行調(diào)整，鑲條的形狀簡單，便于制造。圖2-35d是用斜鑲條調(diào)整燕尾導(dǎo)軌間隙的實例。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌5提高導(dǎo)軌耐磨性的措施為使導(dǎo)軌在較長的使用期間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，必須提高導(dǎo)軌的耐磨性。由于磨損速度與材料性質(zhì)、加工質(zhì)量、表面壓強、潤滑及使用維護等因素直接有關(guān)，故欲想提高導(dǎo)軌的耐磨性，須從這些方面采取措施。1）合理選擇導(dǎo)軌的材料及熱處理用于導(dǎo)軌的材料，應(yīng)具有耐磨性好，摩擦系數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。常用的材料見表2-10。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌材料選擇主要代表材料及性能特點鑄鐵如HT200、HT300等，均有較好的耐磨性。采用

54、高磷鑄鐵(含磷量質(zhì)量分數(shù)高于0.3)、磷銅鈦鑄鐵和釩鈦鑄鐵作導(dǎo)軌，耐磨性比普通鑄鐵分別提高14倍。鑄鐵導(dǎo)軌的硬度一般為180200HBS。為提高其表面硬度，采用表面淬火工藝，表面硬度可達55HBC，導(dǎo)軌的耐磨性可提高13倍。鋼常用的有碳素鋼(40、50、T8A、T10A)和合金鋼(20Cr、40Cr)。淬硬后鋼導(dǎo)軌的耐磨性比一般鑄鐵導(dǎo)軌高510倍。要求高的可用20Cr制成，滲碳后淬硬至5662HBC；要求低的用40Cr制成，高頻淬火硬度至5258HRC。鋼制導(dǎo)軌一般做成條狀，用螺釘及銷釘固定在鑄鐵機座上，螺釘?shù)某叽绾蛿?shù)量必須保證良好的接觸剛度，以免引起變形。有色金屬常用的有黃銅、錫青銅、超硬鋁

55、(LC4)、鑄鋁(ZL6)等。塑料聚四氟乙烯具有優(yōu)良的減摩、耐磨和抗振性能，工作溫度適應(yīng)范圍廣（-200+280C），靜、動摩擦系數(shù)都很小，是一種良好的減摩材料。表2-10 常用的材料見2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌 2）減小導(dǎo)軌面壓強導(dǎo)軌面的平均壓強越小，分布越均勻，則磨損越均勻，磨損量越小。導(dǎo)軌面的壓強取決于導(dǎo)軌的支承面積和負載，設(shè)計時應(yīng)保證導(dǎo)軌工作面的最大壓強不超過允許值。為此，許多精密導(dǎo)軌，常采用卸載導(dǎo)軌，即在導(dǎo)軌截荷的相反方向給運動件施加一個機械的或液壓的作用力（卸載力），抵消導(dǎo)軌上的部分載荷，從而達到既保持導(dǎo)軌面間仍為直接接觸，又減小導(dǎo)軌工作面的壓力。一般卸載力取為運動件所受總重力的23

56、左右。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌（1）靜壓卸載導(dǎo)軌（圖2-36）。在運動件導(dǎo)軌面上開有油腔，通入壓力為Ps的液壓油，對運動件施加一個小于運動件所受載荷的浮力，以減小導(dǎo)軌面的壓力。油腔中的液壓油經(jīng)過導(dǎo)軌表面宏觀與微觀不平度所形成的間隙流出導(dǎo)軌，回到油箱。圖2-36 靜壓卸載導(dǎo)軌原理 圖2-37 水銀卸載導(dǎo)軌原理2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌（2）水銀卸載導(dǎo)軌（圖2-37） 在運動件下面裝有浮子1（木塊），并置于水銀槽2中，利用水銀產(chǎn)生的浮力抵消運動組件的部分重力。這種卸載方式結(jié)構(gòu)簡單，缺點是水銀蒸氣有毒，故必須采取防止水銀揮發(fā)的措施。圖2-38 機械卸載導(dǎo)軌（3）機械卸載導(dǎo)軌（圖2-38） 選用剛度合適

57、的彈簧，并調(diào)節(jié)其彈簧力，以減小導(dǎo)軌面直接接觸處的壓力。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌3）保證導(dǎo)軌良好的潤滑保證導(dǎo)軌良好的潤滑，是減小導(dǎo)軌摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是潤滑油的分子吸附在導(dǎo)軌接觸表面，形成厚度約為0.0050.008mm的一層極薄的油膜，從而阻止或減少導(dǎo)軌面間直接接觸的緣故。由于滑動導(dǎo)軌的運動速度一般較低，并且往復(fù)反向，運動和停頓相間進行，不易形成油楔，因此，要求潤滑油具有合適的粘度和較好的油性，以防止導(dǎo)軌出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌3）保證導(dǎo)軌良好的潤滑選擇導(dǎo)軌潤滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的粘度應(yīng)越大；垂直導(dǎo)軌的潤滑油粘度，應(yīng)比水平導(dǎo)軌潤滑油的粘度大些

58、。在工作溫度變化時，潤滑油的粘度變化要小。潤滑油應(yīng)具有良好的潤滑性能和足夠的油膜強度，不浸蝕機件，油中的雜質(zhì)應(yīng)盡量少。對于精密機械中的導(dǎo)軌，應(yīng)根據(jù)使用條件和性能特點來選擇潤滑油。常用的潤滑油有機袖，精密機床液壓導(dǎo)軌油和變壓器油等。還有少數(shù)精密導(dǎo)軌，選用潤滑脂進行潤滑。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌3）保證導(dǎo)軌良好的潤滑關(guān)于潤滑方法，對于載荷不大、導(dǎo)軌面較窄的精密儀器導(dǎo)軌，通常只需直接在導(dǎo)軌上定期地用手加油即可，導(dǎo)軌面也不必開出油溝。對于大型及高速導(dǎo)軌，則多用手動油泵或自動潤滑，并在導(dǎo)軌面上開出合適形狀和數(shù)量的油溝，以使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌工作表面上分布均勻。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌3）保證導(dǎo)軌良好的潤滑 保

59、證導(dǎo)軌良好的潤滑，是減小導(dǎo)軌摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是潤滑油的分子吸附在導(dǎo)軌接觸表面，形成厚度約為0.0050.008mm的一層極薄的油膜，從而阻止或減少導(dǎo)軌面間直接接觸的緣故。 由于滑動導(dǎo)軌的運動速度一般較低，并且往復(fù)反向，運動和停頓相間進行，不易形成油楔，因此，要求潤滑油具有合適的粘度和較好的油性，以防止導(dǎo)軌出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。2.3.1 滑動摩擦導(dǎo)軌3）保證導(dǎo)軌良好的潤滑 選擇導(dǎo)軌潤滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的粘度應(yīng)越大；垂直導(dǎo)軌的潤滑油粘度，應(yīng)比水平導(dǎo)軌潤滑油的粘度大些。在工作溫度變化時，潤滑油的粘度變化要小。潤滑油應(yīng)具有良好的潤滑性能和足夠的油膜強度，不浸蝕機件，

60、油中的雜質(zhì)應(yīng)盡量少。 4）提高導(dǎo)軌的精度提高導(dǎo)軌精度主要是保證導(dǎo)軌的直線度和各導(dǎo)軌面間的相對位置精度。導(dǎo)軌的直線度誤差都規(guī)定在對導(dǎo)軌精度有利的方向上，如精密車床的床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差只允許上凸，以補償導(dǎo)軌中間部分經(jīng)常使用而產(chǎn)生向下凹的磨損。適當減小導(dǎo)軌工作面的粗糙度，可提高耐磨性，但過小的粗糙度不易貯存潤滑油，甚至產(chǎn)生“分子吸力”，以致撕傷導(dǎo)軌面。2.3.2滾動摩擦導(dǎo)軌滾動摩擦導(dǎo)軌是在運動件和承導(dǎo)件之間放置滾動體（滾珠、滾柱、滾動軸承等），使導(dǎo)軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。與滑動摩擦導(dǎo)軌比較，滾動導(dǎo)軌的特點是：摩擦系數(shù)小，并且靜、動摩擦系數(shù)之差很小，故運動靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象；定位精度