1.2机电一化技术讲稿ppt课件

1、n1.1.旋转支承的类型与选择旋转支承的类型与选择n1 1旋转支承的种类及基本要求旋转支承的种类及基本要求n2 2圆柱支承圆柱支承-运动学式圆柱支撑运动学式圆柱支撑n3 3圆锥支承圆锥支承 n4 4填人式滚动支承填人式滚动支承 n5 5其它支承其它支承n2.2.顶针支承顶针支承n3.3.刀口支承刀口支承n4.4.弹性支承弹性支承本次课程内容n2.5轴系部件的设计与选择轴系部件的设计与选择n一、轴系设计的基本要求一、轴系设计的基本要求理解理解n二、轴二、轴(主轴主轴)系用轴承的类型与选择系用轴承的类型与选择-静静压轴承、磁悬浮轴承工作原理压轴承、磁悬浮轴承工作原理 -掌握掌握n三、提高轴系性能的

2、措施三、提高轴系性能的措施熟悉熟悉n2.6机电一体化系统机电一体化系统(或产品或产品)的机座或机架的机座或机架n1机座或机架的作用及基本要求机座或机架的作用及基本要求 理解理解n2机座或机架的结构设计要点机座或机架的结构设计要点 n铸造机座的设计铸造机座的设计 -保证自身刚度的措施保证自身刚度的措施 n焊接机架的设计焊接机架的设计 2.4轴系部件的设计与选择 n2.4.12.4.1轴系设计的基本要求轴系设计的基本要求 n轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成部件组成. .有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴系的主要作用是传递

3、转矩、传动精确的回转系的主要作用是传递转矩、传动精确的回转运动，它直接承受外力运动，它直接承受外力( (力矩力矩) )。n中间轴系：要求不高。中间轴系：要求不高。n主轴系：完成主要的作用，要求很高。主轴系：完成主要的作用，要求很高。n(1)(1)旋转精度：无负载低转速下，径向跳动和旋转精度：无负载低转速下，径向跳动和轴向窜动。轴向窜动。n(2)(2)刚度刚度 ：抵抗静、动载荷的能力：抵抗静、动载荷的能力n(3)(3)抗振性抗振性 ：强迫振动、自激振动。：强迫振动、自激振动。n(4)(4)热变形热变形 ： n(5)(5)轴上零件的布置轴上零件的布置 ：卸荷式结构、齿轮靠：卸荷式结构、齿轮靠向轴端

4、、避免弯曲的重叠。向轴端、避免弯曲的重叠。弯矩、 转矩挠度、 扭转角抗弯刚度、抗扭刚度轴上零件的布置得比较变形量小变形量大2.4.22.4.2轴轴( (主轴主轴) )系用轴承的类型与选择系用轴承的类型与选择 n1标准滚动轴承 n滚动轴承已标准化系列化，有向心轴承、向心推力轴承和推力轴承，共十种类型。在轴承设计中应根据承载的大小、旋转精度、刚度、转速等要求选用合适的轴承类型。(1)深沟球轴承深沟球轴承 ：轴系用球轴承有单列向：轴系用球轴承有单列向心球轴承心球轴承,一般不能承受轴向力，且间隙不一般不能承受轴向力，且间隙不能调整，常用于旋转精度和刚度要求不高能调整，常用于旋转精度和刚度要求不高的场合

5、。角接触球轴承既能承受径向载荷的场合。角接触球轴承既能承受径向载荷也能承受轴向载荷，并且可以通过内外圈也能承受轴向载荷，并且可以通过内外圈之间的相对位移来调整间隙。因此在轻载之间的相对位移来调整间隙。因此在轻载时应用广泛。时应用广泛。(2)双列向心短圆柱滚子轴承 n如图中(a)为较为常见的3182000系列轴承，其滚道开在内圈上；图中(b)为4162900系列轴承，其滚道开在外圈上。n此两类轴承的圆柱滚子数目多、密度大，分两列交叉排列，旋转时支承刚度变化较小，内圈上均有1:12的锥孔与带锥度的轴颈配合，内圈相对于轴颈作轴向移动时，内圈被涨大，从而可调整轴承的径向间隙或实现预紧。因而，其承载能力

6、大、支承刚度高，但只能承受径向载荷，与其它推力轴承组合使用，可用于较大载荷、较高转速场合。(3)圆锥滚子轴承 n如图所示为35000系列双向圆锥滚子轴承。它由外圈1、内圈4和5、隔圈2及圆锥滚子3组成。外圈一侧有凸沿，这样可将箱体座孔设计成通孔，修磨隔套2的厚度便可实现间隙调整和预紧。该轴承能承受较大载荷，用其代替短圆柱滚子轴承和推力轴承，则刚度提高，虽极限转速有所降低，但仍能达到高精度的要求。 (4)推力轴承 n5100系列(单向)和5200系列(双向)推力球轴承，其轴向承载能力很强，支承刚度很大，但极限转速较低，运动噪声较大。新发展起来的23000系列为60接触角双列推力球轴承。其结构如图

7、所示。它由内圈1、滚珠2、外圈3和隔套4组成，其外径与同轴颈的3182100轴承相同，但外径公差带在零线以下，因此与箱体座孔配合较松，目的在于不承受径向载荷，仅承受轴向推力。修磨隔套4可实现轴承间隙的调整和预紧。它与双列向心短圆柱滚子轴承的组合配套使用获得广泛应用。 2非标滚动轴承 n主要应用于高精度小尺寸或特殊要求的场合.n图中(a)与(b)具有杯形外圈而没有内圈的微型滚动轴承 。由螺母、弹簧调整间隙。n图中(c)采用碟形垫圈来消除轴承间隙，垫圈的作用力比作用在轴承上的最大轴向力大23倍。 精密分度头主轴系统 密珠轴承密珠轴承 : :滚珠数量多且接近于多滚珠数量多且接近于多头螺旋排列。由于密

8、集头螺旋排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，的钢珠有误差平均效应，减小了局部误差对主轴减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴心位置的影响，故主轴回转精度有所提高；轴回转精度有所提高；每个钢珠公转时沿着自每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保主轴回转精度可长期保持。持。 但过多的增加钢珠会增但过多的增加钢珠会增大摩擦力矩。大摩擦力矩。 3静压轴承 n滑动轴承阻尼性能好、支承精度高、具有滑动轴承阻尼性能好、支承精度高、具有良好的抗振性和运动平稳性。良好的抗振性和运动平稳性。n按照液体介质的不同，有液体滑动轴承

9、和按照液体介质的不同，有液体滑动轴承和气体滑动轴承两大类。气体滑动轴承两大类。n按油膜和气膜压强的形成方法又有动压、按油膜和气膜压强的形成方法又有动压、静压和动静压相结合的轴承之分。静压和动静压相结合的轴承之分。n动压轴承动压轴承: :轴旋转时介质被带入轴与轴承之轴旋转时介质被带入轴与轴承之间。承载能力与线速度有关。（形成油间。承载能力与线速度有关。（形成油楔），适用于高速。楔），适用于高速。n静压轴承静压轴承: :外部的装置供给有一定压力的介外部的装置供给有一定压力的介质质. .刚度大、精度高、抗震性能好、摩擦阻刚度大、精度高、抗震性能好、摩擦阻力小。适用于各种速度。力小。适用于各种速度。液

10、体静压轴承工作原理 节流器 不考虑轴的重量时n四个节流器的液阻相等，四个节流器的液阻相等，n即即Rg1Rg2Rg3Rg4Rg0，n油腔油腔1、2、3、4的压力相等的压力相等n即即Pr1Pr2Pr3Pr4Pr0，主轴被一，主轴被一层油膜隔开，油膜厚度为层油膜隔开，油膜厚度为h0。n轴和轴套中心重合。轴和轴套中心重合。 考虑轴的径向载荷W(轴的重量)作用时 n轴心轴心O移至移至O1，位移为，位移为e，各个油腔压力就，各个油腔压力就发生变化，油腔发生变化，油腔1的间隙增大、其液阻的间隙增大、其液阻Rh1减小，油腔压力减小，油腔压力Pr1降低；油腔降低；油腔2却相反；却相反；油腔油腔3、4压力相等。若

11、油腔压力相等。若油腔1、2的油压变的油压变化而产生的压力差能满足化而产生的压力差能满足Pr2一一Pr1WA(A为每个油腔有效承载面积，设四个油为每个油腔有效承载面积，设四个油腔面积相等腔面积相等)，主轴便处于新的平衡位置，主轴便处于新的平衡位置，即轴向下位移很小的距离即轴向下位移很小的距离e，但，但eRh1Rh2Rh1，故油腔压力，故油腔压力pr2pr1pr2pr1。当节流器液阻同。当节流器液阻同时发生变化，即时发生变化，即Rg2Rg1Rg2pr1pr2pr1，向上的推力很大，轴的位移，向上的推力很大，轴的位移可以很小，趋近于零，即刚度趋向无穷大。可以很小，趋近于零，即刚度趋向无穷大。hgsR

12、Rprp12221111;1hgsrhgsrRRppRRpp2021011;1hgsrhgsrRRppRRpp节流器 n节流器的作用是调节支承中各油腔的压力，以适应各自的节流器的作用是调节支承中各油腔的压力，以适应各自的不同载荷；不同载荷； n节流器的种类：常用的有小孔节流器的种类：常用的有小孔( (孔径远大于孔长孔径远大于孔长) )节流器、节流器、毛细管毛细管( (孔长远大于孔径孔长远大于孔径) )节流器、薄膜反馈节流器。节流器、薄膜反馈节流器。n小孔节流器：小孔节流器：n优点：尺寸小、结构简单、刚度大优点：尺寸小、结构简单、刚度大 ；n缺点：对温度敏感。缺点：对温度敏感。n毛细管节流器：毛

13、细管节流器：n优点：对温度不敏感，工作稳定；优点：对温度不敏感，工作稳定；n缺点：占用空间大。缺点：占用空间大。n薄膜反馈节流器：可变节流器薄膜反馈节流器：可变节流器固定节流器固定节流器薄膜反馈节流器n工作原理工作原理4磁悬浮轴承 基准信号基准信号调节器调节器功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器2.4.3提高轴系性能的措施 n1提高轴系的旋转精度提高轴系的旋转精度n轴承轴承(如主轴如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要原因：的旋转精度中的径向跳动主要原因：n被测表面的几何形状误差；被测表面的几何形状误差；n被测表面对旋转轴线的偏心；被测表面对旋转轴线的偏心；n旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因

14、素引起。旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。n轴系轴端的轴向窜动主要原因：轴系轴端的轴向窜动主要原因：n被测端面的几何形状误差；被测端面的几何形状误差；n被测端面对轴心线的不垂直度；被测端面对轴心线的不垂直度；n旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。n提高其旋转精度的主要措施：提高其旋转精度的主要措施：n提高轴颈与架体提高轴颈与架体(或箱体或箱体)支承的加工精度；支承的加工精度；n用选配法提高轴承装配与预紧精度；用选配法提高轴承装配与预紧精度；n轴系组件装配后对输出端轴的外径、端面及内轴系组件装配后对输出端轴的外径、端面及内孔通过互为基准进行精加工。孔通过互

15、为基准进行精加工。 2提高轴系组件的抗振性 n提高其抗振性的主要措施有：提高其抗振性的主要措施有：n提高轴系组件的固有振动频率、刚度和阻尼，提高轴系组件的固有振动频率、刚度和阻尼，通过计算或试验来预测其固有振动频率，当阻尼通过计算或试验来预测其固有振动频率，当阻尼很小时，应使其固有振动频率远离强迫振动频率，很小时，应使其固有振动频率远离强迫振动频率，以防止共振。一般讲，刚度越高、阻尼越大，则以防止共振。一般讲，刚度越高、阻尼越大，则激起的振幅越小；激起的振幅越小；n消除或减少强迫振动振源的干扰作用。构成轴消除或减少强迫振动振源的干扰作用。构成轴系的主要零部件均应进行静态和动态平衡，选用系的主要

16、零部件均应进行静态和动态平衡，选用传动平稳的传动件、对轴承进行合理预紧等；传动平稳的传动件、对轴承进行合理预紧等；n采用吸振、隔振和消振装置。采用吸振、隔振和消振装置。n另外，还应采取温度控制，以减少轴系组件热变另外，还应采取温度控制，以减少轴系组件热变形的影响。形的影响。 2.52.5机电一体化系统机电一体化系统( (或产品或产品) )的机座或机架的机座或机架 n2.5.12.5.1机座或机架的作用及基本要求机座或机架的作用及基本要求 n机座或机架是支承其它零部件的基础部件。它既承受其它机座或机架是支承其它零部件的基础部件。它既承受其它零部件的重量和工作载荷，又起保证各零部件相对位置的基零部

17、件的重量和工作载荷，又起保证各零部件相对位置的基准作用。准作用。n基本特点基本特点: :尺寸较大、结构复杂、加工面多，几何精度和相尺寸较大、结构复杂、加工面多，几何精度和相对位置精度要求较高。在设计时，首先应对某些关键表面及对位置精度要求较高。在设计时，首先应对某些关键表面及其相对位置精度提出相应的精度要求，以保证产品总体精度。其相对位置精度提出相应的精度要求，以保证产品总体精度。其次，机架或机座的变形和振动将直接影响产品的质量和正其次，机架或机座的变形和振动将直接影响产品的质量和正常运转，故应对其刚度和抗振性提出下列基本要求。常运转，故应对其刚度和抗振性提出下列基本要求。n1.1.刚度与抗振

18、性刚度与抗振性 ：提高静刚度；增加阻尼；减轻重量；采：提高静刚度；增加阻尼；减轻重量；采取隔振。取隔振。n2.2.热变形热变形 ：措施：措施：(1)(1)控制热源控制热源 .(2) .(2)采用热平衡的办法，采用热平衡的办法，控制各处的温差，从而减小其相对变形控制各处的温差，从而减小其相对变形 。n3.3.稳定性稳定性: “: “时效处理时效处理”n4.4.其他要求其他要求 nBKKk222.5.2机座或机架的结构设计要点 n1铸造机座的设计 n(1)保证自身刚度n措施有： n合理选择截面形状和尺寸 ：“拉、压、弯、扭 ”n4条n合理布置筋板和加强筋 n合理的开孔和加盖 (2)提高机座连接处的

19、接触刚度 n在两个平面接触处，由于微观的不平度，实际接触的只是凸起部分。当受外力作用时，接触点的压力增大，产生一定的变形，这种变形称为接触变形。为了提高连接处的接触刚度，固定接触面的表面粗糙度应优于Ra2.5um，以便增加实际接触面积；(3)机座的模型刚度试验 n采用模型试验方法，可测得与实际较接近采用模型试验方法，可测得与实际较接近的变形量。的变形量。 nA A、模型试验，就是将实物按比例缩小制成、模型试验，就是将实物按比例缩小制成模型，利用模型模拟实物进行试验。模型模型，利用模型模拟实物进行试验。模型试验可以用来进行静态和动态试验，也可试验可以用来进行静态和动态试验，也可进行抗振性和热变形试验等。进行抗振性和热变形试验等。 n一般用有机玻璃作为模型材料。一般用有机玻璃作为模型材料。 nB B、采用有限元法是目前计算机座或机架刚、采用有限元法是目前计算机座或机架刚度的一种最快最好的方法度的一种最快最好的方法 。(4)机座的结构工艺性机座的结构工艺性 n在保证刚度的条件下，应力求铸件形状简单，拔模容易，泥芯要少，便于支撑和制造。n机座壁厚应尽量均匀，力求避免截面的急剧变化，凸起过大、壁厚过薄、过长的分型线和金属的局部堆积等。机座必须有