第2章機(jī)械技術(shù)

第2章機(jī)械技術(shù)

2.1概述

2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.3支承部件

2.4導(dǎo)軌副

2.1概述

機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)信息網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)與控制的，與一般的機(jī)械系統(tǒng)相比，除要求具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，就是說(shuō)響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。一個(gè)典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件，以及檢測(cè)傳感部件等部分組成。這里所說(shuō)的機(jī)械系統(tǒng)，一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及架體等機(jī)構(gòu)組成。返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.1同步帶傳動(dòng)

2.2.1.1分類(lèi)

1.按用途分

(1)一般工業(yè)用同步帶傳動(dòng)。即梯形齒同步帶傳動(dòng)(見(jiàn)圖2一1)。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。

(2)高轉(zhuǎn)矩同步帶傳動(dòng)。又稱(chēng)HTD帶(HighTorqueDrive)或STPD帶傳動(dòng)(SuperTorquePositiveDrive)。由于其齒形呈圓弧狀，在我國(guó)通稱(chēng)為圓弧齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于重型機(jī)械的傳動(dòng)中，如運(yùn)輸機(jī)械(飛機(jī)、汽車(chē))、石油機(jī)械和機(jī)床、發(fā)電機(jī)等的傳動(dòng)。下一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(3)特種規(guī)格的同步帶傳動(dòng)。這是根據(jù)某種機(jī)器特殊需要而采用的特種規(guī)格同步帶傳動(dòng)，如工業(yè)縫紉機(jī)用的、汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)用的同步帶傳動(dòng)。

(4)特殊用途的同步帶傳動(dòng)。即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。

2.按規(guī)格制度分

(1)模數(shù)制。同步帶主要參數(shù)是模數(shù)m(與齒輪相同)，根據(jù)不同的模數(shù)數(shù)值來(lái)確定同步帶的型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)

(2)節(jié)距制。即同步帶的主要參數(shù)是帶齒節(jié)距，按節(jié)距大小不同，相應(yīng)帶、輪有不同的結(jié)構(gòu)尺寸。該種規(guī)格制度目前被列為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

(3)DIN米制節(jié)距。DIN米制節(jié)距是德國(guó)同步帶傳動(dòng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定的規(guī)格制度。其主要參數(shù)為齒節(jié)距，但標(biāo)準(zhǔn)節(jié)距數(shù)值不同于ISO節(jié)距制，計(jì)量單位為公制。在我國(guó)，由于德國(guó)進(jìn)口設(shè)備較多，故DIN米制節(jié)距同步帶在我國(guó)也有應(yīng)用。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.1.2同步帶傳動(dòng)的優(yōu)缺點(diǎn)1.工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比2.傳動(dòng)效率高，節(jié)能效果好3.傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊4.維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低5.惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.1.3同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算

1.失效形式和計(jì)算準(zhǔn)則同步帶傳動(dòng)主要失效形式有:(1)承載繩斷裂。原因是帶型號(hào)過(guò)小和小帶輪直徑過(guò)小等。

(2)爬齒和跳齒。原因是同步帶傳遞的圓周力過(guò)大、帶與帶輪間的節(jié)距差值過(guò)大、帶的初拉力過(guò)小等。

(3)帶齒的磨損。原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過(guò)大等。

(4)其他失效方式。帶和帶輪的制造安裝誤差引起的帶輪棱邊磨損、帶與帶輪的節(jié)距差值太大和嚙合齒數(shù)過(guò)少引起的帶齒剪切破壞、同步帶背的龜裂、承載繩抽出和包布層脫落等。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算步驟(1)確定帶的設(shè)計(jì)功率;(2)選擇帶型和節(jié)距;(3)確定帶輪齒數(shù)和節(jié)圓直徑;(4)確定同步帶的節(jié)線長(zhǎng)度、齒數(shù)及傳動(dòng)中心距;(5)校驗(yàn)同步帶和小帶輪的嚙合齒數(shù);(6)確定實(shí)際所需同步帶寬度;(7)帶的工作能力驗(yàn)算。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.2齒輪傳動(dòng)2.2.2.1齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比及其分配

1.最佳總傳動(dòng)比首先把傳動(dòng)系統(tǒng)中的工作負(fù)載、慣性負(fù)載和摩擦負(fù)載綜合為系統(tǒng)的總負(fù)載，方法有以下兩種。

(1)峰值綜合:若各種負(fù)載為非隨機(jī)性負(fù)載，將各負(fù)載的峰值取代數(shù)和。

(2)均方根綜合:若各種負(fù)載為隨機(jī)性負(fù)載，取各負(fù)載的均方根。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.總傳動(dòng)比分配齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對(duì)傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇傳動(dòng)方案，使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。若總傳動(dòng)比較大，又不準(zhǔn)備采用諧波、少齒差等傳動(dòng)，需要確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。單級(jí)傳動(dòng)比增大使傳動(dòng)系統(tǒng)簡(jiǎn)化，但大齒輪的尺寸增大會(huì)使整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的輪廓尺寸變大?？砂聪率鋈N原則適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。

1)最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則

2)質(zhì)量最輕原則

3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.2.2齒輪傳動(dòng)間隙的調(diào)整方法

1.圓柱齒輪傳動(dòng)

(1)偏心套(軸)調(diào)整法。如圖2-6所示，將相互嚙合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪4裝在電機(jī)輸出軸上，并將電機(jī)2安裝在偏心套1(或偏心軸)上，通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套(偏心軸)的轉(zhuǎn)角，就可調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪的中心距，從而消除圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時(shí)的齒側(cè)間隙。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。

(2)軸向墊片調(diào)整法。如圖2-7所示，齒輪1和2相嚙合，其分度圓弧齒厚沿軸線方向略有錐度，這樣就可以用軸向墊片3使齒輪2沿軸向移動(dòng)，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙。裝配時(shí)軸向墊片3的厚度應(yīng)使得齒輪1和2之間既齒側(cè)間隙小，運(yùn)轉(zhuǎn)又靈活。特點(diǎn)同偏心套(軸)調(diào)整法。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(3)雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法。這種消除齒側(cè)間隙的方法是將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。采取措施使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)和另一個(gè)薄齒輪的右齒側(cè)分別緊貼在寬齒輪齒槽的左、右兩側(cè)，以消除齒側(cè)間隙，反向時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。

2.斜齒輪傳動(dòng)消除斜齒輪傳動(dòng)齒輪側(cè)隙的方法與上述錯(cuò)齒調(diào)整法基本相同，也是用兩個(gè)薄片齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，只是在兩個(gè)薄片斜齒輪的中間隔開(kāi)了一小段距離，這樣它的螺旋線便錯(cuò)開(kāi)了。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

3.錐齒輪傳動(dòng)

(1)軸向壓簧調(diào)整法。軸向壓簧調(diào)整法原理如圖2一11所示

(2)周向彈簧調(diào)整法。周向彈簧調(diào)整法原理如圖2-12所示

4.齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中對(duì)于大行程傳動(dòng)機(jī)構(gòu)往往采用齒輪齒條傳動(dòng)，因?yàn)槠鋭偠?、精度和工作性能不?huì)因行程增大而明顯降低，但它與其他齒輪傳動(dòng)一樣也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)采取消隙措施。當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載小時(shí)，可采用雙片薄齒輪錯(cuò)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。當(dāng)傳動(dòng)負(fù)載大時(shí)，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖2一13所示。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.3諧波齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)比大(幾十至幾百)、傳動(dòng)精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動(dòng)平穩(wěn)、承載能力強(qiáng)、效率高等優(yōu)點(diǎn)，故在工業(yè)機(jī)器入、航空、火箭等機(jī)電一體化系統(tǒng)中口益得到廣泛的應(yīng)用。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.2.3.1諧波齒輪傳動(dòng)的工作原理諧波傳動(dòng)是建立在彈性變形理淪基礎(chǔ)上的一種新型傳動(dòng)，它的出現(xiàn)為機(jī)械傳動(dòng)技術(shù)帶來(lái)了重大突破。圖2-14所示為諧波齒輪傳動(dòng)的示意圖。它由三個(gè)主要構(gòu)件組成，即具有內(nèi)齒的剛輪1、具有外齒的柔輪2和波發(fā)生器3。這三個(gè)構(gòu)件和少齒差行星傳動(dòng)中的中心內(nèi)齒輪、行星輪和系桿相當(dāng)。通常波發(fā)生器為主動(dòng)件，而剛輪和柔輪之一為從動(dòng)件，另一個(gè)為固定件。當(dāng)波發(fā)生器裝入柔輪內(nèi)孔時(shí)，由于前者的總長(zhǎng)度略大于后者的內(nèi)孔直徑，故柔輪變?yōu)闄E圓形，于是在橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū);同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開(kāi)。其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長(zhǎng)短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開(kāi)處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.3.2諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算與行星齒輪輪系傳動(dòng)比的計(jì)算相似，由于當(dāng)柔輪固定時(shí)，wr=0，則下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.當(dāng)剛輪固定時(shí)，wg=0，則下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.2.3.3諧波齒輪減速器產(chǎn)品及選用目前尚無(wú)諧波減速器的國(guó)標(biāo)，不同生產(chǎn)廠家標(biāo)準(zhǔn)代號(hào)也不盡相同。以XBl型通用諧波減速器為例，其標(biāo)記代號(hào)如圖2-15所示。表2-1為XBl型通用諧波減速器產(chǎn)品系列。諧波齒輪減速機(jī)選用說(shuō)明:(1)樣本中的圖表參數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，用戶(hù)選型時(shí)需確定以下三項(xiàng)參數(shù)。①傳動(dòng)比或輸出轉(zhuǎn)速(r/min);②減速機(jī)輸入功率((kW);③額定輸入轉(zhuǎn)速(r/min)下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(2)如減速機(jī)輸入轉(zhuǎn)速是可調(diào)的，則在選用減速機(jī)型號(hào)時(shí)應(yīng)分別確定。工作條件為“恒功率”時(shí)按最低轉(zhuǎn)速選用機(jī)型;工作條件為“恒扭矩”時(shí)，按最高轉(zhuǎn)速選用機(jī)型。訂貨時(shí)須說(shuō)明是否與電機(jī)直聯(lián)，電機(jī)型號(hào)及參數(shù)。(3)選用減速機(jī)輸入功率PC1與輸出扭矩TC2的計(jì)算。

(4)減速機(jī)輸出軸裝有齒輪、鏈輪、三角皮帶輪及平皮帶輪時(shí)，需要校驗(yàn)軸仲的懸臂負(fù)荷FC1校驗(yàn)公式為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)(5)如減速機(jī)使用在有可能發(fā)生過(guò)載的工作場(chǎng)合，應(yīng)安裝過(guò)載保護(hù)裝置。2.2.4滾珠螺旋傳動(dòng)滾珠螺旋傳動(dòng)是在螺桿和螺母間放入適量的滾珠，使滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的螺旋傳動(dòng)。滾珠螺旋傳動(dòng)是由螺桿、螺母、滾珠和滾珠循環(huán)返回裝置四部分組成。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)滾珠螺旋傳動(dòng)與滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)或其他直線運(yùn)動(dòng)副相比，有下列特點(diǎn):(1)傳動(dòng)效率高。(2)運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)。(3)工作壽命長(zhǎng)。(4)定位精度和重復(fù)定位精度高。(5)同步性好。(6)可靠性高。(7)不能自鎖。(8)制造工藝復(fù)雜。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.4.1滾珠螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)型式與類(lèi)型如圖2-16所示，絲杠和螺母的螺紋滾道間裝有承載滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，則絲杠與螺母之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。為防止?jié)L珠從滾道中滾出，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，它們與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。按用途和制造工藝不同，滾珠螺旋傳動(dòng)的結(jié)構(gòu)形式有多種，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。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.4.2滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法

1.雙螺母預(yù)緊原理雙螺母預(yù)緊原理如圖2-22所示，是在兩個(gè)螺母之間加墊片來(lái)消除絲杠和螺母之間的間隙。根據(jù)墊片厚度不同分成兩種形式，當(dāng)墊片厚度較厚時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)拉應(yīng)力”，而當(dāng)墊片厚度較薄時(shí)即產(chǎn)生“預(yù)壓應(yīng)力”以消除軸向間隙。

2.單螺母預(yù)緊原理(增大滾珠直徑法)

單螺母預(yù)緊原理如圖2-23所示，為了補(bǔ)償滾道的間隙，設(shè)計(jì)時(shí)將滾珠的尺寸適當(dāng)增大，使其4點(diǎn)接觸，產(chǎn)生預(yù)緊力。為了提高工作性能，可以在承載滾珠之間加入間隔鋼球。

3.單螺母預(yù)緊原理(偏置導(dǎo)程法)

偏置導(dǎo)程法原理如圖2-24所示，是在螺母中部將其導(dǎo)程增加一個(gè)預(yù)壓量△，以達(dá)到預(yù)緊的目的。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.2.4.3滾珠絲杠副的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法

(1)主要尺寸。滾珠絲杠副的主要尺寸及其計(jì)算公式見(jiàn)表2-4(2)精度等級(jí)。JB316.21982《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為六個(gè)等級(jí):C,D,E,F,G,H,C級(jí)最高，H級(jí)最低。滾珠絲杠副精度包括各元件的制造精度和裝配后的綜合精度，如:絲杠公稱(chēng)直徑尺寸變動(dòng)量、絲杠和螺母的表面粗糙度、絲杠大徑對(duì)螺紋軸線的徑向圓跳動(dòng)、導(dǎo)程誤差等。各等級(jí)對(duì)各項(xiàng)均有公差要求。表2一5列出了各精度等級(jí)的導(dǎo)程公差。

(3)標(biāo)注方法。滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度的標(biāo)注方法如圖2-25所示(各制造廠略有不同)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.1.l滾珠絲杠副的安裝絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其他零件的連接剛性，對(duì)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)認(rèn)真考慮。為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時(shí)，才用向心推力軸承。表2-8中列出了四種典型支承方式及其特點(diǎn)。除表中所列特點(diǎn)外，當(dāng)滾珠絲杠副工作時(shí)，因受熱(摩擦及其他熱源)而仲長(zhǎng)，它對(duì)第一種支承方式的預(yù)緊軸承將會(huì)引起卸載，甚至產(chǎn)生軸向間隙，此時(shí)與第三、第四種支承方式類(lèi)似，但對(duì)第二種支承方式，其卸載結(jié)果可能在兩端支承中造成預(yù)緊力的不對(duì)稱(chēng)，且只能允許在某個(gè)范圍內(nèi)，即嚴(yán)格限制其溫升，故這種高剛度、高精度的支承方式更適宜于精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)。普通機(jī)械常用第三、四種方案，其費(fèi)用比較低廉，前者用于長(zhǎng)絲杠，后者用于短絲杠。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.4.5滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)計(jì)算(1)絲杠副的計(jì)算載荷FC(N)。(2)計(jì)算額定動(dòng)載荷下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(3)根據(jù)C’在滾珠絲杠系列中選擇所需要的規(guī)格，使所選規(guī)格的絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca≥Ca'。

(4)驗(yàn)算傳動(dòng)效率、剛度及工作穩(wěn)定性，如不滿(mǎn)足要求則應(yīng)另選其他型號(hào)并重新驗(yàn)算。

(5)對(duì)于低速(n≤10r/min)傳動(dòng)，只按額定靜載荷計(jì)算即可。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)例2-1試設(shè)計(jì)一數(shù)控銑床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm=3800N，絲杠工作長(zhǎng)度l=1.2m，平均轉(zhuǎn)速nm=100r/min,最大轉(zhuǎn)速nmax=10000r/min，使用壽命Lh’=15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動(dòng)精度要求σ=±0.03解:(1)求計(jì)算載荷FC(2)根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(3)根據(jù)必需的額定動(dòng)載荷Ca’選擇絲杠副尺寸，由Ca≥Ca‘,得如表2-12所示的規(guī)格?？紤]各種因素，選FFZD5002-5(4)穩(wěn)定性驗(yàn)算。①假設(shè)為雙推簡(jiǎn)支(F-S)，因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定性來(lái)求臨界載荷Fcr

所以下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)故所以絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。②臨界轉(zhuǎn)速，ncr驗(yàn)證。高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速nmax

<

ncr臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算:下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)ncr

>nmax

=1000r/min,所以不會(huì)發(fā)生共振

(5)剛度驗(yàn)算。滾珠絲杠在工作負(fù)載F(N)和轉(zhuǎn)矩T(N.M)共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量△L0(m)為絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差△L應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即(6)效率驗(yàn)算。滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率η為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動(dòng)形式。它是利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5.1滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)1.降速傳動(dòng)比大2.具有增力作用3.能自鎖4.效率低、磨損快下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5.2滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的形式及應(yīng)用

1.螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)并移動(dòng)如圖2-26(a)所示，這種傳動(dòng)形式的螺母本身就起著支承作用，從而簡(jiǎn)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(dòng)，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)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.螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，螺母移動(dòng)如圖2-26(b)所示，這種傳動(dòng)形式的特點(diǎn)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(zhǎng)的情況。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5.3螺旋副零件與滑板連接結(jié)構(gòu)的確定螺旋副零件與滑板的連接結(jié)構(gòu)對(duì)螺旋副的磨損有直接影響，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意。常見(jiàn)的連接結(jié)構(gòu)有下列幾種:(1)剛性連接結(jié)構(gòu)。圖2一28所示為剛性連接結(jié)構(gòu)，這種連接結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是牢固可靠，但當(dāng)螺桿軸線與滑板運(yùn)動(dòng)方向不平行時(shí)，螺紋工作面的壓力增大，磨損加劇，嚴(yán)重(α,β較大)時(shí)還會(huì)發(fā)生卡住現(xiàn)象，剛性連接結(jié)構(gòu)多用于受力較大的螺旋傳動(dòng)中。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(2)彈性連接結(jié)構(gòu)。圖2-29所示的裝置中，螺旋傳動(dòng)采用了彈性連接結(jié)構(gòu)。片簧7的一端在工作臺(tái)(滑板)8上，另一端套在螺母的錐形銷(xiāo)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(dāng)工作臺(tái)運(yùn)動(dòng)方向與螺桿軸線偏斜α角(見(jiàn)圖2-28(a))時(shí)，可以通過(guò)片簧變形進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果偏斜β角(見(jiàn)圖2-28(b))時(shí)，螺母可繞軸線自由轉(zhuǎn)動(dòng)而不會(huì)引起過(guò)大的應(yīng)力。彈性連接結(jié)構(gòu)適用于受力較小的精密螺旋傳動(dòng)。

(3)活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)。圖2-30所示為活動(dòng)連接結(jié)構(gòu)的原理圖?；謴?fù)力F(一般為彈簧力)使連接部分保持經(jīng)常接觸。當(dāng)滑板1的運(yùn)動(dòng)方向與螺桿2的軸線不平行時(shí)，通過(guò)螺桿端部的球面與滑板在接觸處自由滑動(dòng)(見(jiàn)圖2-30(a))，或中間桿3自由偏斜(見(jiàn)圖2-30(b)，從而可以避免螺旋副中產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5.4影響螺旋傳動(dòng)精度的因素及提高傳動(dòng)精度的措施1.螺紋參數(shù)誤差

(1)螺距誤差。螺距的實(shí)際值與理淪值之差稱(chēng)為螺距誤差。螺距誤差分為單個(gè)螺距誤差和螺距累積誤差。單個(gè)螺距誤差是指螺紋全長(zhǎng)上，任意單個(gè)實(shí)際螺距對(duì)基本螺距的偏差的最大代數(shù)差，它與螺紋的長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。而螺距累積誤差是指在規(guī)定的螺紋長(zhǎng)度內(nèi)，任意兩個(gè)同側(cè)螺紋面間實(shí)際距離對(duì)公稱(chēng)尺寸的偏差的最大代數(shù)差，它與螺紋的長(zhǎng)度有關(guān)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(2)中徑誤差。螺桿和螺母在大徑、小徑和中徑都會(huì)有制造誤差。大徑和小徑處有較大間隙，互不接觸，中徑是配合尺寸，為了使螺桿和螺母轉(zhuǎn)動(dòng)靈活和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油，配合處需要有一定的均勻間隙，因此，對(duì)螺桿全長(zhǎng)上中徑尺寸變動(dòng)量的公差，應(yīng)予以控制。此外，對(duì)長(zhǎng)徑比(系指螺桿全長(zhǎng)與螺紋公稱(chēng)直徑之比)較大的螺桿，由于其細(xì)而長(zhǎng)，剛性差、易彎曲，使螺母在螺桿上各段的配合產(chǎn)生偏心，這也會(huì)引起螺桿螺距誤差，故應(yīng)控制其中徑跳動(dòng)公差。

(3)牙型半角誤差。螺紋實(shí)際牙型半角與理淪牙型半角之差稱(chēng)為牙型半角誤差。當(dāng)螺紋各牙之間的牙型角有差異(牙型半角誤差各不相等)時(shí)，將會(huì)引起螺距變化，從而影響傳動(dòng)精度。但是，如果螺紋全長(zhǎng)是在一次裝刀切削出來(lái)的，所以牙型半角誤差在螺紋全長(zhǎng)上變化不大，對(duì)傳動(dòng)精度影響很小。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

2.螺桿軸向竄動(dòng)誤差若螺桿軸肩的端面與軸承的止推面不垂直于螺桿軸線且有偏差時(shí)，螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)將引起螺桿的軸向竄動(dòng)誤差，并轉(zhuǎn)化為螺母位移誤差。螺桿的軸向竄動(dòng)誤差是周期性變化的，以螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)為一個(gè)循環(huán)。

3.偏斜誤差在螺旋傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中，如果螺桿的軸線方向與移動(dòng)件的運(yùn)動(dòng)方向不平行，而有一個(gè)偏斜角φ時(shí)，就會(huì)發(fā)生偏斜誤差。設(shè)螺桿的總移動(dòng)量為L(zhǎng)，移動(dòng)件的實(shí)際移動(dòng)量為x，則偏斜誤差為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

4.溫度誤差當(dāng)螺旋傳動(dòng)的工作溫度與制造溫度不同時(shí)，將引起螺桿長(zhǎng)度和螺距發(fā)生變化，從而產(chǎn)生傳動(dòng)誤差，這種誤差稱(chēng)為溫度誤差，其大小為下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)2.2.5.5消除螺旋傳動(dòng)的空回的方法

1.利用單向作用力在螺旋傳動(dòng)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(duì)空回的影響。這種方法除可消除螺旋副中間隙對(duì)空回的影響外，還可消除軸承的軸向間隙和滑板連接處的間隙而產(chǎn)生的空回。同時(shí)，這種結(jié)構(gòu)在螺母上無(wú)需開(kāi)槽或劉分，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.利用調(diào)整螺母

(1)徑向調(diào)整法。利用不同的結(jié)構(gòu)，使螺母產(chǎn)生徑向收縮，以減小螺紋旋合處的間隙，從而減小空回。圖2-31所示為徑向調(diào)整法的典型示例。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.2機(jī)械傳動(dòng)

(2)軸向調(diào)整法。圖2-32所示為軸向調(diào)整法的典型結(jié)構(gòu)示例。

3.利用塑料螺母消除空回

圖2-33所示是用聚乙烯或聚酞胺(尼龍)制作螺母，用金屬壓圈壓緊，利用塑料的彈性能很好地消除螺旋副的間隙。上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.1軸系的支承部件軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動(dòng)部件組成，有主軸軸系和中間傳動(dòng)軸軸系。軸系的主要作用是傳遞扭矩及傳動(dòng)精確的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，它直接承受外力(力矩)。對(duì)于中間傳動(dòng)軸軸系一般要求不高。而對(duì)于完成主要作用的主軸軸系的旋轉(zhuǎn)精度、剛度、熱變形及抗振性等的要求較高。通常在設(shè)計(jì)軸系時(shí)要求:(1)旋轉(zhuǎn)精度。(2)剛度。(3)抗振性。(4)熱變形。(5)軸上零件的布置。下一頁(yè)返回2.3支承部件

2.3.1.1軸系用軸承的類(lèi)型與選擇軸系組件所用的軸承有滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)。隨著機(jī)床精度要求的提高和變速范圍的擴(kuò)大，簡(jiǎn)單的滑動(dòng)軸承難以滿(mǎn)足要求，滾動(dòng)軸承的應(yīng)用越來(lái)越廣。滾動(dòng)軸承是廣泛應(yīng)用的機(jī)械支承。滾動(dòng)軸承它主要由滾動(dòng)體支承軸上的負(fù)荷，并與機(jī)座做相對(duì)旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)等運(yùn)動(dòng)，以求在較小的摩擦力矩下，達(dá)到傳遞功率的目的。滾動(dòng)軸承的不斷發(fā)展，不僅在性能上基本滿(mǎn)足使用要求，而且它由專(zhuān)業(yè)工廠大量生產(chǎn)，因此質(zhì)量容易控制。但滑動(dòng)軸承所具有的工作平穩(wěn)和抗振性好的特點(diǎn)，是滾動(dòng)軸承難以代替的。所以出現(xiàn)了各種多楔動(dòng)壓軸承及靜壓軸承，使滑動(dòng)軸承的應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大，尤其在一些精密機(jī)械設(shè)備上，各種新式的滑動(dòng)軸承得到了廣泛應(yīng)用。下面重點(diǎn)就滾動(dòng)軸承進(jìn)行介紹。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件滾動(dòng)軸承優(yōu)良的性能、壽命和可靠性，不僅僅取決于軸承的設(shè)計(jì)和制造，還取決于應(yīng)用設(shè)計(jì)。只有對(duì)滾動(dòng)軸承及其系統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，考慮影響滾動(dòng)軸承可靠性和壽命的各種因素，才能夠確保滾動(dòng)軸承性能的發(fā)揮和壽命的提高。可以說(shuō)，離開(kāi)了滾動(dòng)軸承系統(tǒng)的合理選型設(shè)計(jì)和應(yīng)用就無(wú)法考慮軸承的使用壽命。滾動(dòng)軸承有許多種類(lèi)，盡管ISO,GB標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，但其尺寸范圍仍然很寬，因此給我們選擇合適的軸承帶來(lái)了困難。在設(shè)計(jì)軸系選擇軸承時(shí)，我們應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn):(1)滿(mǎn)足使用性能要求，包括承載能力、旋轉(zhuǎn)精度、剛度及轉(zhuǎn)速等;(2)滿(mǎn)足安裝空間要求;(3)維護(hù)保養(yǎng)方便;(4)使用環(huán)境，如溫度、環(huán)境氣氛對(duì)軸承的影響;(5)性?xún)r(jià)比。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.1.2常用幾種主軸滾動(dòng)軸承配置表2-16(表格太大請(qǐng)參見(jiàn)課本)列出幾種典型主軸軸承的配置形式及工作性能。2.3.1.3其他軸承

1.非標(biāo)滾動(dòng)軸承非標(biāo)滾動(dòng)軸承適應(yīng)軸承精度要求較高，結(jié)構(gòu)尺寸較小或因特殊要求而未能采用標(biāo)準(zhǔn)軸承而需自行設(shè)計(jì)的情形。圖2-34為微型滾動(dòng)軸承，圖2-34(a)與(b)具有杯形外圈而沒(méi)有內(nèi)圈，錐形軸頸與滾珠直接接觸，其軸向間隙由彈簧或螺母調(diào)整，圖2-34(c)采用碟形墊圈來(lái)消除軸向間隙，墊圈的作用力比作用在軸承上的最大軸向力大2~3倍。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件

2.靜壓軸承滑動(dòng)軸承阻尼性能好、支承精度高、具有良好的抗振性和運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。按照液體介質(zhì)的不同，目前使用的有液體滑動(dòng)軸承和氣體滑動(dòng)軸承兩大類(lèi)。按油膜和氣膜壓強(qiáng)的形成方法又有動(dòng)壓、靜壓和動(dòng)靜壓相結(jié)合的軸承之分。動(dòng)壓軸承是在軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，油(氣)被帶入軸與軸承間所形成的楔形間隙中，由于間隙逐漸變窄，使壓強(qiáng)升高，將軸浮起而形成油(氣)楔，以承受載荷。其承載能力與滑動(dòng)表面的線速度成正比，低速時(shí)承載能力很低。故動(dòng)壓軸承只適用于速度很高、且速度變化不大的場(chǎng)合。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件靜壓軸承是利用外部供油(氣)裝置將具有一定壓力的液(氣)體通過(guò)油(氣)孔進(jìn)入軸套油(氣)腔，將軸浮起而形成壓力油(氣)膜，以承受載荷。其承載能力與滑動(dòng)表面的線速度無(wú)關(guān)，故廣泛應(yīng)用于低、中速、大載荷、高精度的機(jī)器。它具有剛度大、精度高、抗振性好、摩擦阻力小等優(yōu)點(diǎn)。液體靜壓軸承工作原理如圖2-35所示，油腔1為軸套8內(nèi)面上的凹入部分，包圍油腔的四周稱(chēng)為封油面，封油面與運(yùn)動(dòng)表面構(gòu)成的間隙稱(chēng)為油膜厚度。為了承載，需要流量補(bǔ)償。補(bǔ)償流量的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為補(bǔ)償元件，也稱(chēng)節(jié)流器，如圖中右側(cè)所示。壓力油經(jīng)節(jié)流器第一次節(jié)流后流入油腔，又經(jīng)過(guò)封油面第二次節(jié)流后從軸向(端面)和周向(回油槽7)流入油箱。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件

3.磁懸俘軸承磁懸浮軸承是利用磁場(chǎng)力將軸無(wú)機(jī)械摩擦、無(wú)潤(rùn)滑地懸浮在空間的一種新型軸承。其工作原理如圖2一36所示。

2.3.1.1典型主軸結(jié)構(gòu)

圖2-37(a)為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2,4和徑向密珠軸承1,3組成。這種軸承所用滾珠數(shù)量多且接近于多頭螺旋排列。由于密集的鋼珠有誤差平均效應(yīng)，減小了局部誤差對(duì)主軸軸心位置的影響，故主軸回轉(zhuǎn)精度有所提高。每個(gè)鋼珠公轉(zhuǎn)時(shí)沿著自己的滾道滾動(dòng)而不相重復(fù)，減小了滾道的磨損，主軸回轉(zhuǎn)精度可長(zhǎng)期保持。實(shí)踐證明，提高鋼珠的密集度有利于主軸回轉(zhuǎn)精度的提高，但過(guò)多的增加鋼珠會(huì)增大摩擦力矩。因此，在保證主軸運(yùn)轉(zhuǎn)靈活的前提下，盡量增多鋼珠數(shù)量。圖中2-37(b)為推力密珠軸承保持架孔的分布，圖中2-37(c)為徑向密珠軸承保持架孔的分布情況。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.2支承件2.3.2.1支承件設(shè)計(jì)的基本要求1.應(yīng)具有足夠的剛度和抗振性2.應(yīng)具有較小的熱變形和熱應(yīng)力3.耐磨性4.結(jié)構(gòu)工藝性及其他要求下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.2.2支承件的材料選擇

1.鑄鐵鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的支承件，存在鑄鐵中的片狀或球狀石墨在振動(dòng)時(shí)形成阻尼，抗振性比鋼高3倍。但生產(chǎn)鑄鐵支承件需要制作木模、芯盒等，制造周期長(zhǎng)，成本高，故適宜于成批生產(chǎn)。常用鑄鐵的種類(lèi)有:(1)一級(jí)灰口鑄鐵HT200?？估?、彎性能好，可用作帶導(dǎo)軌的支承件，但流動(dòng)性稍差，不宜制作結(jié)構(gòu)太復(fù)雜的支承件。

(2)二級(jí)灰口鑄鐵HT1500鑄造性能好，但機(jī)械性能稍差，用于制作形狀復(fù)雜但受載不大的支承件。

(3)合金鑄鐵。需要支承件帶導(dǎo)軌時(shí)耐磨性好，多采用高磷鑄鐵、磷銅欽鑄鐵、釩欽做鐵、鉻鑰鑄鐵等。耐磨性比灰口鑄鐵高2~3倍，但成本較高。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件

2.鋼板與型鋼用鋼板與型鋼焊接成支承件，生產(chǎn)周期比鑄造快1.7~3.5倍，鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，承受同樣載荷，壁厚可做得比鑄件薄，質(zhì)量也輕。但是，鋼的阻尼比只為鑄鐵的約1/3，抗振性差，結(jié)構(gòu)和焊縫上要采取抗振措施。3.天然和人造花崗巖4.預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.2.3支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1.選取有利的截面形狀為了保證支承件的剛度和強(qiáng)度，減輕質(zhì)量和節(jié)省材料，必須根據(jù)設(shè)備的受力情況，選擇合理的截面形狀。支承件承受載荷的情況雖然復(fù)雜，但不外乎拉、壓、彎、扭四種形式及其組合。當(dāng)受彎曲和扭轉(zhuǎn)載荷時(shí)，支承件的變形不但與截面面積大小有關(guān)，而且與截面形狀，即與截面的慣性矩有很大的關(guān)系。表2一17是截面積近似地皆為10000mm2的十種不同的截面形狀的抗彎和抗扭慣性矩的比較。

2.設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋設(shè)置隔板和加強(qiáng)筋是提高剛度的有效方法。特別是當(dāng)截面無(wú)法封閉時(shí)，必須用隔板(指連接支承件四周外壁的內(nèi)板)或加強(qiáng)筋來(lái)提高剛度。加強(qiáng)筋的作用與隔板有所不同，隔板主要用于提高機(jī)座的自身剛度，而加強(qiáng)筋則主要用于提高局部剛度。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件3.選擇合理的壁厚鑄造支承件按其長(zhǎng)度L、寬度B、高度月(均以m計(jì))計(jì)算當(dāng)量尺寸C:然后根據(jù)表2一18選擇最小壁厚。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件

4.選擇臺(tái)理的結(jié)構(gòu)以提高連接處的局部剛度和接觸剛度在兩個(gè)平面接觸處，由于微觀的不平度，實(shí)際接觸的只是凸起部分。當(dāng)受外力作用時(shí)，接觸點(diǎn)的壓力增大，產(chǎn)生一定的變形，這種變形稱(chēng)為接觸變形。為了提高連接處的接觸剛度，固定接觸面的表面粗糙度應(yīng)小于Rat.5，以增加實(shí)際接觸面積;固定螺釘應(yīng)在接觸面上造成一個(gè)預(yù)壓力，壓強(qiáng)一般為2MPa，并據(jù)此設(shè)計(jì)固定螺釘?shù)闹睆胶蛿?shù)量，以及擰緊螺母的扭矩。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件

5.提高阻尼比提高抗振性的途徑，除提高靜剛度、減輕質(zhì)量及采取消振和隔振措施外，還可提高阻尼比。在鑄件中保留砂芯，在焊接支承件中填砂或混凝土，都可達(dá)到提高阻尼比的目的。

6.用模擬剛度試驗(yàn)類(lèi)比法設(shè)計(jì)支承設(shè)計(jì)支承件的尺寸和隔板、加強(qiáng)筋的布置時(shí)，常用模擬剛度試驗(yàn)和實(shí)測(cè)方法進(jìn)行類(lèi)比分析確定。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件7.支承件的結(jié)構(gòu)工藝性機(jī)座一般體積較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，尤其要注意其結(jié)構(gòu)工藝性，以便制造和降低成本。在保證剛度的條件下，應(yīng)力求鑄件形狀簡(jiǎn)單，拔模容易，型芯要少，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(guò)大、壁厚過(guò)薄、過(guò)長(zhǎng)的分型線和金屬的局部堆積等。鑄件要便于清砂，為此，必須開(kāi)有足夠大的清砂口，或幾個(gè)清砂口。在同一側(cè)面的加工表面，應(yīng)處于同一個(gè)平面上，以便一起刨出或銑出。另外，機(jī)座必須有可靠的加工工藝基準(zhǔn)面，若因結(jié)構(gòu)原因沒(méi)有工藝基準(zhǔn)，可設(shè)計(jì)工藝基準(zhǔn)，以便于制造。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.3支承部件2.3.2.4焊接支承件的設(shè)計(jì)

(1)采用減振接頭。為了解決鋼板較薄時(shí)易產(chǎn)生薄壁振動(dòng)的缺點(diǎn)。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)可采取一些消振的方法。如圖2-40所示為雙層壁板A和B的減振接頭，筋C與壁或筋與筋之間的接觸處D不焊。冷卻后焊縫收縮使D處壓緊。振動(dòng)發(fā)生時(shí)，摩擦力可以消耗振動(dòng)的能量。

(2)為了制造方便，焊接結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量避免圓角。(3)布置焊接支承件的筋板，除局部截面考慮強(qiáng)度外，主要從剛度的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。直形筋板的工藝性好，平行于彎曲平面布置的縱向直形筋對(duì)抗扭剛度沒(méi)有作用。若要同時(shí)提高抗彎和抗扭剛度，可用斜向筋板。而角筋板對(duì)提高構(gòu)件的抗扭剛度效果更為顯著。上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.1導(dǎo)軌副的種類(lèi)、基本要求和材料選擇2.1.1.1導(dǎo)軌的種類(lèi)導(dǎo)軌的種類(lèi)很多，按不同的方式分，有以下幾種:1.按導(dǎo)軌副運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的軌跡分類(lèi)

(1)直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。支承導(dǎo)軌約束了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的五個(gè)自由度，僅保留沿給定方向的直線移動(dòng)自由度。

(2)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副。支承導(dǎo)軌約束了運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的五個(gè)自由度，僅保留繞給定軸線的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度。2.按導(dǎo)軌副導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類(lèi)①滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副;②滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副;③流體摩擦導(dǎo)軌副。下一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

3.按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分類(lèi)

(1)開(kāi)式導(dǎo)軌。必須借助運(yùn)動(dòng)件的自重或外載荷，才能保證在一定的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。開(kāi)式導(dǎo)軌一般受溫度變化的影響較小。

(2)閉式導(dǎo)軌。借助導(dǎo)軌副本身的封閉式結(jié)構(gòu)，保證在變化的空間位置和受力狀態(tài)下，運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌的工作面都能保持可靠的接觸，從而保證運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌的規(guī)定運(yùn)動(dòng)。閉式導(dǎo)軌一般受溫度變化的影響較小。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副4.按直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌副的基本截面形狀分類(lèi)(1)矩形導(dǎo)軌。(2)三角形導(dǎo)軌。(3)燕尾型導(dǎo)軌。(4)圓形導(dǎo)軌。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副導(dǎo)軌副的組合形式有很多，主要有以下5種，如圖2-42所示。

(1)雙矩形組合。各種機(jī)械執(zhí)行件的導(dǎo)軌一般由兩條導(dǎo)軌組合，高精度或重載下才考慮兩條以上的導(dǎo)軌組合。兩條矩形導(dǎo)軌的組合突出了矩形導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)。側(cè)面導(dǎo)向有以下兩種組合:寬式組合，兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離大，承受力矩時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩較小，為考慮熱變形，導(dǎo)向面間隙較大，影響導(dǎo)向精度;窄式組合，兩導(dǎo)向側(cè)面間的距離小，導(dǎo)向面間隙較小。承受力矩時(shí)產(chǎn)生的摩擦力矩較大，可能產(chǎn)生自鎖。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

(2)雙三角形組合。兩條三角形導(dǎo)軌的組合突出了三角形導(dǎo)軌的優(yōu)缺點(diǎn)，但工藝性差。用于高精度機(jī)械。

(3)矩形三角形組合。導(dǎo)向性?xún)?yōu)于雙矩形組合，承載能力優(yōu)于雙三角組合，工藝性介于二者之間，應(yīng)用廣泛。但要注意:若兩條導(dǎo)軌上的載荷相等，則摩擦力不等使磨損量不同，破壞了兩導(dǎo)軌的等高性。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意，一方面要在二導(dǎo)軌面上摩擦力相等的前提下使載荷非對(duì)稱(chēng)布置，一方面要使?fàn)恳νㄟ^(guò)二導(dǎo)軌面上摩擦力合力的作用線。若因結(jié)構(gòu)布置等原因不能做到，則應(yīng)使?fàn)恳εc摩擦合力形成的力偶盡量減小。

下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副(4)三角形平面導(dǎo)軌組合。這種組合形式的導(dǎo)軌具有三角形和矩形組合導(dǎo)軌的基本特點(diǎn)，但由于沒(méi)有閉合導(dǎo)軌裝置，因此只能用于受力向下的場(chǎng)合。對(duì)于三角形和矩形、三角形和平面組合導(dǎo)軌，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(huì)產(chǎn)生力矩，使三角形導(dǎo)軌對(duì)角接觸，影響運(yùn)動(dòng)件的導(dǎo)向精度和運(yùn)動(dòng)的靈活性。

(5)燕尾形導(dǎo)軌及其組合。燕尾形組合導(dǎo)軌的特點(diǎn)是制造、調(diào)試方便;燕尾與矩形組合時(shí)，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。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.1.2導(dǎo)軌副應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求

(1)導(dǎo)向精度。導(dǎo)向精度主要是指動(dòng)導(dǎo)軌沿支承導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)的直線度或圓度。影響它的因素有:導(dǎo)軌的幾何精度、接觸精度、結(jié)構(gòu)形式、剛度、熱變形、裝配質(zhì)量以及液體動(dòng)壓和靜壓導(dǎo)軌的油膜厚度、油膜剛度等。

(2)耐磨性。是指導(dǎo)軌在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能否保持一定的導(dǎo)向精度。因?qū)к壴诠ぷ鬟^(guò)程中難免有所磨損，所以應(yīng)力求減小磨損量，并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。

(3)疲勞和壓潰。導(dǎo)軌面由于過(guò)載或接觸應(yīng)力不均勻而使導(dǎo)軌表面產(chǎn)生彈性變形，反復(fù)運(yùn)行多次后就會(huì)形成疲勞點(diǎn)，呈塑性變形，表面形成龜裂、剝落而出現(xiàn)凹坑，這種現(xiàn)象就是壓潰。疲勞和壓潰是滾動(dòng)導(dǎo)軌失效的主要原因，為此應(yīng)控制滾動(dòng)導(dǎo)軌承受的最大載荷和受載的均勻性。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

(4)剛度。導(dǎo)軌受力變形會(huì)影響導(dǎo)軌的導(dǎo)向精度及部件之間的相對(duì)位置，因此要求導(dǎo)軌應(yīng)有足夠的剛度。為減輕或平衡外力的影響，可采用加大導(dǎo)軌尺寸或添加輔助導(dǎo)軌的方法提高剛度。

(5)低速運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性。低速運(yùn)動(dòng)時(shí)，作為運(yùn)動(dòng)部件的動(dòng)導(dǎo)軌易產(chǎn)生爬行現(xiàn)象。低速運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)性與導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)和潤(rùn)滑，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)的差值，以及導(dǎo)軌的剛度等有關(guān)。

(6)結(jié)構(gòu)工藝性。設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意制造、調(diào)整和維修的方便，力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.1.3導(dǎo)軌副的材料選擇

1.鑄鐵鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝性。常用鑄鐵的種類(lèi)有:(1)灰鑄鐵。一般選擇HT200，用于手工刮研、中等精度和運(yùn)動(dòng)速度較低的導(dǎo)軌，硬度在HB180以上。

(2)孕育鑄鐵。把硅鋁孕育劑加入鐵水而得，耐磨性高于灰鑄鐵。

(3)合金鑄鐵。包括:含磷量高于0.3%的高磷鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵一倍以上;磷銅欽鑄鐵和釩欽鑄鐵，耐磨性高于孕育鑄鐵二倍以上;各種稀土合金鑄鐵，有很高的耐磨性和機(jī)械性能。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

2.鋼鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄鐵可提高五倍以上。常用的鋼有:9Mn2V,CrWMn,GCr15,T8n,45,40Cr等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為HRC52-58;20Cr,20CrMnTi,15等滲碳淬火，滲碳淬硬至HRC56一62;38CrMonln等采用氮化處理。

3.有色金屬常用的有色金屬有黃銅HPb59-1,錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6,鋁青銅ZQA19-2和鋅合金ZZn-A110-5，超硬鋁LC4,鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

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(-200℃~+260℃)，抗撕傷能力強(qiáng)，動(dòng)、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運(yùn)動(dòng)的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定件好，工藝簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。目前在各類(lèi)機(jī)床的動(dòng)導(dǎo)軌及圖形發(fā)生器工作臺(tái)的導(dǎo)軌上都有應(yīng)用。塑料導(dǎo)軌多與不悴火的鑄鐵導(dǎo)軌搭配。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.2滾動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副2.4.2.1滾動(dòng)導(dǎo)軌的特點(diǎn)(1)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?，使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，大大降低二者之間的運(yùn)動(dòng)摩擦阻力。(2)承載能力大(3)剛性強(qiáng)。(4)壽命長(zhǎng)。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

(5)成對(duì)使用導(dǎo)軌副時(shí)，具有“誤差均化效應(yīng)”，從而降低基礎(chǔ)件(導(dǎo)軌安裝面)的加工精度要求，降低基礎(chǔ)件的機(jī)械制造成本與難度。

(6)傳動(dòng)平穩(wěn)可靠。由于摩擦力小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。

(7)具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力。裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。

(8)導(dǎo)軌采用表面硬化處理，使導(dǎo)軌具有良好的耐磨性，心部保持良好的機(jī)械性能。

(9)簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

2.4.2.2滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的分類(lèi)

(1)按滾動(dòng)體的形狀分類(lèi)。有鋼珠式和滾柱式兩種，如圖2-43(a)、(b)所示。滾柱式由于為線接觸，故其有較高的承載能力，但摩擦力也較大，同時(shí)加工裝配也相對(duì)復(fù)雜。目前使用較多的是鋼珠式。

(2)按導(dǎo)軌截面形狀分類(lèi)。有矩形和梯形兩種，如圖2-44所示。其中圖2-44(a)所示為四方向等載荷式，導(dǎo)軌截面為矩形，承載時(shí)各方向受力大小相等。梯形截面如圖2-44(b)所示，導(dǎo)軌能承受較大的垂直載荷，而其他方向的承載能力較低，但對(duì)于安裝基準(zhǔn)的誤差調(diào)節(jié)能力較強(qiáng)。

(3)按滾道溝槽形狀分類(lèi)。有單圓弧和雙圓弧二種，如圖2-45所示。單圓弧溝槽為二點(diǎn)接觸，如圖2-45(a)所示。雙圓弧溝槽為四點(diǎn)接觸，如圖2-45(b)所示。前者運(yùn)動(dòng)摩擦和安裝基準(zhǔn)平均作用比后者要小，但其靜剛度比后者稍差。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.2.3滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的有關(guān)計(jì)算循環(huán)式直線導(dǎo)軌副的承載能力用額定動(dòng)載荷Ca和額定靜載荷Coa表示。其額定壽命L用下式計(jì)算:額定壽命L與額定動(dòng)載荷Ca的關(guān)系式可表示為:下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副例2-2如圖2-46所示，中等精度水平安裝直線滾動(dòng)支承系統(tǒng)，工作臺(tái)質(zhì)量m=200kg，負(fù)載P=6kN，有效行程LS=1m，每分鐘往復(fù)次數(shù)nz=8，移動(dòng)速度vs=16m/min。常溫運(yùn)行，無(wú)明顯沖擊振動(dòng)，目標(biāo)壽命10年，試選擇GGB型直線滾動(dòng)導(dǎo)軌副的規(guī)格。解:選E級(jí)精度，各項(xiàng)系數(shù)分別為壽命按每年工作:300天，每天2班，每班8h，開(kāi)機(jī)率以0.8計(jì)算。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副計(jì)算每個(gè)滑塊的載荷，工作臺(tái)重力為2kV，工作載荷為6KN下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副取最大值P4=2.55kN計(jì)算需要的動(dòng)載荷Ca下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.3滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌副

2.4.3.1滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌的類(lèi)型及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)按導(dǎo)軌承導(dǎo)面的截面形狀，滑動(dòng)導(dǎo)軌可分為圓柱面導(dǎo)軌和棱柱面導(dǎo)軌。其中凸形導(dǎo)軌不易積存切屑、臟物，但也不易保存潤(rùn)滑油，故宜作低速導(dǎo)軌，例如車(chē)床的床身導(dǎo)軌。凹形導(dǎo)軌則相反，可作高速導(dǎo)軌，如磨床的床身導(dǎo)軌，但需有良好的保護(hù)裝置，以防切屑、臟物掉入。

1.圓柱面導(dǎo)軌圓柱面導(dǎo)軌的優(yōu)點(diǎn)是導(dǎo)軌面的加工和檢驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，易于達(dá)到較高的精度;缺點(diǎn)是對(duì)溫度變化比較敏感，間隙不能調(diào)整。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副在圖2-48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(dòng)螺母1即可帶動(dòng)支臂3上下移動(dòng)，螺釘2用于鎖緊，墊塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱表面。2.棱柱面導(dǎo)軌

(1)雙三角形導(dǎo)軌。如圖2-50(a)所示，兩條導(dǎo)軌同時(shí)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(dòng)補(bǔ)償間隙，精度保持性好。但這種導(dǎo)軌的制造、檢驗(yàn)和維修都比較困難，因?yàn)樗笏膫€(gè)導(dǎo)軌面都均勻接觸，刮研勞動(dòng)量較大。此外，這種導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感。

(2)三角形平面導(dǎo)軌(圖2-50(b)。這種導(dǎo)軌保持了雙三角形導(dǎo)軌導(dǎo)向精度高、承載能力大的優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動(dòng)調(diào)整間隙。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

(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(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單制造、檢驗(yàn)、修理較易。缺點(diǎn)是磨損后不能自動(dòng)補(bǔ)償間隙，導(dǎo)向精度不如三角形導(dǎo)軌。

(4)燕尾導(dǎo)軌。其主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點(diǎn)是幾何形狀比較復(fù)雜，難于達(dá)到很高的配合精度，并且導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)靈便性要求不高的場(chǎng)合。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副2.4.3.2導(dǎo)軌間隙的調(diào)整(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。(2)采用平鑲條調(diào)整間隙。(3)采用斜鑲條調(diào)整間隙。2.4.3.3驅(qū)動(dòng)力方向和作用點(diǎn)對(duì)導(dǎo)軌工作的影響設(shè)驅(qū)動(dòng)力作用在通過(guò)導(dǎo)軌軸線的平面內(nèi)，驅(qū)動(dòng)力F的方向與導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)方向的夾角為a，作用點(diǎn)離導(dǎo)軌軸線的距離為h，由于驅(qū)動(dòng)力F將使運(yùn)動(dòng)件傾轉(zhuǎn)，可認(rèn)為運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件的兩端點(diǎn)壓緊，正壓力分別為N1,N2，相應(yīng)的摩擦力為N1fV和N2fV，載荷為Fa，忽略運(yùn)動(dòng)件與承導(dǎo)件間的配合間隙和運(yùn)動(dòng)件重力的影響，且當(dāng)d/L很小時(shí)，保證運(yùn)動(dòng)件不被卡住的條件是下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副當(dāng)h=0時(shí)當(dāng)α=0時(shí)為了保證運(yùn)動(dòng)靈活，建議設(shè)計(jì)時(shí)取下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副矩形導(dǎo)軌燕尾形和三角形導(dǎo)軌圓柱面導(dǎo)軌對(duì)于不同截面形狀的組合導(dǎo)軌，由于兩根導(dǎo)軌的摩擦力不同，驅(qū)動(dòng)運(yùn)動(dòng)件的驅(qū)動(dòng)元件(螺旋副、齒輪-齒條或其他傳動(dòng)裝置)的位置應(yīng)隨之不同。下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

2.4.3.4溫度變化對(duì)導(dǎo)軌間隙的影響滑動(dòng)摩擦導(dǎo)軌對(duì)溫度變化比較敏感。由于溫度的變化，可能使自封式導(dǎo)軌卡住或造成不能允許的過(guò)大間隙。為減小溫度變化對(duì)導(dǎo)軌的影響，承導(dǎo)件和運(yùn)動(dòng)件最好用膨脹系數(shù)相同或相近的材料。如果導(dǎo)軌在溫度變化大的條件下工作(如大地測(cè)量?jī)x器或軍用儀器等)，在選定精度等級(jí)和配合以后，應(yīng)對(duì)溫度變化的影響進(jìn)行驗(yàn)算。導(dǎo)軌的最小間隙可用下式計(jì)算為保證導(dǎo)軌的工作精度，導(dǎo)軌副中的最大間隙△max應(yīng)小于或等于允許間隙，導(dǎo)軌中的最大間隙可用下式計(jì)算下一頁(yè)上一頁(yè)返回2.4導(dǎo)軌副

2.4.3.5導(dǎo)軌的剛度計(jì)算為了保證機(jī)構(gòu)的工作精度，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證導(dǎo)軌的最大彈性變形量不超過(guò)允許值。必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)軌的剛度計(jì)算或驗(yàn)算。由于導(dǎo)軌主要受靜載荷作用，故導(dǎo)軌的剛度主要是指靜剛度。如果忽略機(jī)座變形對(duì)導(dǎo)軌剛度的影響(假設(shè)機(jī)座為絕對(duì)剛體)，則導(dǎo)軌的剛度主要取決于在載荷作用下，導(dǎo)軌運(yùn)動(dòng)件和承導(dǎo)件的彎曲變形