第六章 機(jī)械技術(shù)1

1、例子：例子：模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)單片機(jī)單片機(jī)MC6805R3對(duì)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)邏對(duì)洗衣機(jī)的控制系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，這個(gè)系統(tǒng)中包括電源電輯結(jié)構(gòu)如下圖所示，這個(gè)系統(tǒng)中包括電源電路、洗衣機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路、顯示電路和輸出路、洗衣機(jī)狀態(tài)檢測(cè)電路、顯示電路和輸出控制電路。控制電路。一、一、模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制軟件模糊全自動(dòng)洗衣機(jī)的控制軟件在模糊洗衣機(jī)中，渾在模糊洗衣機(jī)中，渾濁度、布質(zhì)、布量等濁度、布質(zhì)、布量等都是通過(guò)對(duì)現(xiàn)行狀態(tài)都是通過(guò)對(duì)現(xiàn)行狀態(tài)的檢測(cè)，再通過(guò)模糊的檢測(cè)，再通過(guò)模糊推理得出的。另外，推理得出的。另外，水位、洗滌時(shí)間、水水位、洗滌時(shí)間、水流漂洗方式和脫水流漂洗方式和脫水時(shí)間也是

2、通過(guò)模糊推理得出的，如圖所示。時(shí)間也是通過(guò)模糊推理得出的，如圖所示。二、二、洗衣物理量的檢測(cè)洗衣物理量的檢測(cè)1、渾濁度的檢測(cè)、渾濁度的檢測(cè)渾濁度的檢測(cè)：渾濁度的檢測(cè)：采用采用紅外光電傳感器來(lái)檢紅外光電傳感器來(lái)檢測(cè)，利用紅外線(xiàn)在水測(cè)，利用紅外線(xiàn)在水中的透光和渾濁度關(guān)中的透光和渾濁度關(guān)系，通過(guò)模糊推理得系，通過(guò)模糊推理得出檢測(cè)結(jié)果，而這個(gè)出檢測(cè)結(jié)果，而這個(gè) 結(jié)果就可以用于控制推理。結(jié)果就可以用于控制推理。渾濁度檢測(cè)的結(jié)構(gòu)與安裝如圖所示。渾濁度檢測(cè)的結(jié)構(gòu)與安裝如圖所示。紅外發(fā)射管和紅外接收管分別安裝在排水管的兩側(cè)，紅外發(fā)射管和紅外接收管分別安裝在排水管的兩側(cè)，在紅外發(fā)射管中以恒定電流使紅外線(xiàn)以一定的

3、強(qiáng)度發(fā)在紅外發(fā)射管中以恒定電流使紅外線(xiàn)以一定的強(qiáng)度發(fā)射，紅外接收管中接收到的紅外線(xiàn)強(qiáng)度反映了水的渾射，紅外接收管中接收到的紅外線(xiàn)強(qiáng)度反映了水的渾濁程度。濁程度。2、布量和布質(zhì)的檢測(cè)、布量和布質(zhì)的檢測(cè)布量和布質(zhì)的檢測(cè)布量和布質(zhì)的檢測(cè)是在洗滌之前進(jìn)行的，在水是在洗滌之前進(jìn)行的，在水位一定的時(shí)候，布量和布質(zhì)的不同就會(huì)產(chǎn)生不位一定的時(shí)候，布量和布質(zhì)的不同就會(huì)產(chǎn)生不同的布阻抗。通過(guò)給定的水位，使主電動(dòng)機(jī)同的布阻抗。通過(guò)給定的水位，使主電動(dòng)機(jī)進(jìn)行間斷旋轉(zhuǎn)，則進(jìn)行間斷旋轉(zhuǎn)，則不同布阻抗就會(huì)使不同布阻抗就會(huì)使主電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的性主電動(dòng)機(jī)制動(dòng)的性能不同，利用主電能不同，利用主電動(dòng)機(jī)在不同布阻抗動(dòng)機(jī)在不同布阻抗時(shí)的制

4、動(dòng)特性，就時(shí)的制動(dòng)特性，就可推斷出布質(zhì)和布可推斷出布質(zhì)和布量。如圖所示。量。如圖所示。3、水溫檢測(cè)、水溫檢測(cè)防止水溫太高損壞衣服。防止水溫太高損壞衣服。 機(jī)械系統(tǒng)中傳動(dòng)部件和支承部件的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)； 傳動(dòng)部件和支承部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。 系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)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。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。性，就是說(shuō)響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。 般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各

5、種線(xiàn)性傳動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線(xiàn)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。 精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。 為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，通為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，通常對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求：常對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求： 即要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開(kāi)始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔短，這樣控制系統(tǒng)才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)。 要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能

6、力強(qiáng)。 要求機(jī)械系統(tǒng)具有較大的剛度，良好的耐磨、減摩性和可靠性，消震和低噪音，重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)。 本章將機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)分成機(jī)械傳動(dòng)和支承部件兩大部分，分別介紹較典型的傳動(dòng)部件、旋轉(zhuǎn)和導(dǎo)向支承部件等的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的優(yōu)化等基本問(wèn)題。 即梯形齒同步帶傳動(dòng)。它主要用于中、小功率的同步帶傳動(dòng)，如各種儀器、計(jì)算機(jī)、輕工機(jī)械中均采用這種同步帶傳動(dòng)。 又稱(chēng)HTD帶(High Torque Drive)或STPD帶傳動(dòng)(Super Torque Positive Drive)。Pb節(jié)距 ht齒厚 hs帶厚 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

7、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)。 Pb節(jié)距 ht齒厚 hs帶厚 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)。即為適應(yīng)特殊工作環(huán)境制造的同步帶。 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)確定帶的型號(hào)及結(jié)構(gòu)參數(shù)。 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)。 節(jié)距制來(lái)源于英、美，其計(jì)量單位為英制或經(jīng)換算的公制單位。 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。 隨著

8、人們對(duì)齒形應(yīng)力分布的解析，開(kāi)發(fā)出了傳遞功率更大的圓弧齒（圖6-3b） a梯形齒 b圓弧齒 c近似漸開(kāi)線(xiàn)齒 緊接著人們根據(jù)漸開(kāi)線(xiàn)的展成運(yùn)動(dòng)，又開(kāi)發(fā)出了與漸開(kāi)線(xiàn)相近似的多圓弧齒形，使帶齒和帶輪能更好的嚙合（圖6-3c） a梯形齒 b圓弧齒 c近似漸開(kāi)線(xiàn)齒 使得同步帶傳動(dòng)嚙合性能和傳動(dòng)性能得到進(jìn)一步優(yōu)化，且傳動(dòng)變得更平穩(wěn)、精確、噪音更小。 a梯形齒 b圓弧齒 c近似漸開(kāi)線(xiàn)齒1工作時(shí)無(wú)滑動(dòng)，有準(zhǔn)確的傳動(dòng)比 同步帶傳動(dòng)是一種嚙合傳動(dòng)，雖然同步帶是彈性體，但由于其中承受負(fù)載的承載繩具有在拉力作用下不伸長(zhǎng)的特性，故能保持帶節(jié)距不變，使帶與輪齒槽能正確嚙合，實(shí)現(xiàn)無(wú)滑差的同步傳動(dòng)，獲得精確的傳動(dòng)比。 2傳動(dòng)效率

9、高，節(jié)能效果好 由于同步帶作無(wú)滑動(dòng)的同步傳動(dòng)，故有較高的傳動(dòng)效率，一般可達(dá)0.98。它與三角帶傳動(dòng)相比，有明顯的節(jié)能效果。 3傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 同步帶傳動(dòng)的傳動(dòng)比一般可達(dá)到l0左右，而且在大傳動(dòng)比情況下，其結(jié)構(gòu)比三角帶傳動(dòng)緊湊。因?yàn)橥綆鲃?dòng)是嚙合傳動(dòng)，其帶輪直徑比依靠摩擦力來(lái)傳遞動(dòng)力的三角帶帶輪要小得多。 3傳動(dòng)比范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊 此外由于同步帶不需要大的張緊力，使帶輪軸和軸承的尺寸都可減小。所以與三角帶傳動(dòng)相比，在同樣的傳動(dòng)比下，同步帶傳動(dòng)具有較緊湊的結(jié)構(gòu)。4維護(hù)保養(yǎng)方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 由于同步帶中承載繩采用伸長(zhǎng)率很小的玻璃纖維、鋼絲等材料制成，故在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中帶伸長(zhǎng)很小，不需要像三角帶

10、、鏈傳動(dòng)等需經(jīng)常調(diào)整張緊力。 此外，同步帶在運(yùn)轉(zhuǎn)中也不需要任何潤(rùn)滑，所以維護(hù)保養(yǎng)很方便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用比三角帶、鏈、齒輪要低得多。 5惡劣環(huán)境條件下仍能正常工作 對(duì)安裝時(shí)的中心距要求等方面極其嚴(yán)格，同時(shí)制造工藝復(fù)雜、制造成本高。 如圖所示，同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。 1帶背 2承載繩 3帶齒 4包布帶 工業(yè)用同步帶帶輪及截面形狀如圖6-6、圖6-7所示。 a)RPP同步帶b)梯形齒同步帶c)圓弧齒同步帶 d)梯形齒雙面同步帶e)圓弧齒雙面同步帶f)交錯(cuò)雙面齒同步帶 同步帶傳動(dòng)主要失效形式有： 原因是帶型號(hào)過(guò)小和小帶輪直徑過(guò)小等。 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)

11、大、帶的初拉力過(guò)小等。 原因是帶齒與輪齒的嚙合干涉、帶的張緊力過(guò)大等。 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。 在正常的工作條件下，同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則是在不打滑的條件下，保證同步帶的抗拉強(qiáng)度。在灰塵雜質(zhì)較多的條件下，則應(yīng)保證帶齒的一定耐磨性。 設(shè)計(jì)同步帶傳動(dòng)的已知為： Pm 需要傳遞的名義功率；n1、n2 主從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速或傳動(dòng)比；傳動(dòng)部件的用途、工作環(huán)境和安裝位置等 設(shè)計(jì)計(jì)算的：(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； 設(shè)計(jì)計(jì)算的： (4) 確定同

12、步帶的節(jié)線(xiàn)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 使伺服電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與低速的滾珠絲杠裝置、齒輪齒條傳動(dòng)裝置、蝸輪傳動(dòng)裝置和轉(zhuǎn)速相匹配；減少外部轉(zhuǎn)動(dòng)慣量折算到電機(jī)軸上的值；增大主動(dòng)軸的轉(zhuǎn)矩；把電動(dòng)機(jī)的實(shí)際位置與機(jī)床所需要的位置聯(lián)成一體等。 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。 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。 若各種負(fù)載為隨機(jī)性負(fù)載，取各負(fù)載的均方根。 負(fù)載綜合時(shí)，要轉(zhuǎn)化到電機(jī)軸上，成為等效峰值綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩或等效均方根綜合負(fù)載轉(zhuǎn)矩。 使等效負(fù)載轉(zhuǎn)矩最小或負(fù)載加速度最大的

13、總傳動(dòng)比，即為最佳總傳動(dòng)比。 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，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。 (1) 最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則(2) 重量最輕原則 (3) 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則 可按下述適當(dāng)分級(jí)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比： 利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。 設(shè)有一小功率電機(jī)驅(qū)動(dòng)的二級(jí)齒輪減速系統(tǒng)，如圖所示。 JJ23i電動(dòng)機(jī)1J4i12J JJ23i電動(dòng)機(jī)1J4i12J設(shè)其總

14、傳動(dòng)比為1 2ii i 若先假設(shè)各主動(dòng)小齒輪具有相同的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，各齒輪均近似看成實(shí)心圓柱體。234122 211 2meJJJJJii i 齒寬 B、比重 ，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為 ，如不計(jì)軸和軸承的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，則根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)能不變的原則。等效到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為： 432BJdg 等效到電機(jī)軸上的等效為： 222221112233441111122222meJJJJJ 因?yàn)椋?413132BJJdg 42232BJdg 44432BJdg 所以： 4422111JdiJd44444444213113( / )JJddii iJJdd即： 421 1 JJ i4441 211 ( / )JJ iJ i

15、 i31JJ221124111(1)meiJJiii 令，10emJi則242112(12 )0i ii 得到：41212ii當(dāng) 時(shí)，411i221/ 2ii111362212( 2 )( 2 )(2 )iiii 對(duì)于n級(jí)齒輪傳動(dòng)系作同類(lèi)分析可得：2112(21)2112nnnnii 122212 2knnkii其中， 2,3,4kn 對(duì)于小功率傳動(dòng)系統(tǒng)使各級(jí)傳動(dòng)比： 即可使傳動(dòng)裝置的重量最輕。 123niiii 由于這個(gè)結(jié)論是在假定各主動(dòng)小齒輪模數(shù)、齒數(shù)均相同的條件下導(dǎo)出的，故所有大齒輪的齒數(shù)、模數(shù)也相同，每級(jí)齒輪副的中心距離也相同。 上述結(jié)論對(duì)于大功率傳動(dòng)系統(tǒng)是不適用的，因其傳遞扭矩大，故

16、要考慮齒輪模數(shù)、齒輪齒寬等參數(shù)要逐級(jí)增加的情況，此時(shí)應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗(yàn)、類(lèi)比方法以及結(jié)構(gòu)緊湊之要求進(jìn)行綜合考慮。各級(jí)傳動(dòng)比一般應(yīng)以“先大后小”原則處理。 為了提高機(jī)電一體化系統(tǒng)中齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞運(yùn)動(dòng)的精度，各級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)按“先小后大”原則分配，以便降低齒輪的加工誤差、安裝誤差以及回轉(zhuǎn)誤差對(duì)輸出轉(zhuǎn)角精度的影響。 設(shè)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)中各級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為 ，則： max式中： k第k個(gè)齒輪所具有的轉(zhuǎn)角誤差； kni第k個(gè)齒輪的轉(zhuǎn)軸至第n級(jí)輸出軸的傳動(dòng)比。 max1(/)nkknki 比如對(duì)于一個(gè)四級(jí)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，設(shè)各齒輪的傳動(dòng)誤差分別 ，則換算到末級(jí)輸出軸上的總轉(zhuǎn)角誤差為： 128

17、,2345671m ax8234344iiiiiii 綜上所述，設(shè)計(jì)定軸齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，在確定總傳動(dòng)比、確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)和分配傳動(dòng)比時(shí)，要根據(jù)系統(tǒng)的工作條件和功能要求，在考慮上述三個(gè)原則的同時(shí)，考慮其可行性和經(jīng)濟(jì)性，合理分配傳動(dòng)比。 1圓柱齒輪傳動(dòng)2斜齒輪傳動(dòng)3錐齒輪傳動(dòng)4齒輪齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu) (1) 偏心套(軸)調(diào)整法(2) 軸向墊片調(diào)整法 (3) 雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法 轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套1來(lái)調(diào)節(jié)兩嚙合齒輪4，5的中心距。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但其側(cè)隙不能自動(dòng)補(bǔ)償。 1偏心套 2電動(dòng)機(jī) 3減速箱 4、5減速齒輪二嚙合齒輪沿軸向方向略有錐度，從而消除兩嚙合齒輪側(cè)間隙。同偏心套(軸)調(diào)整法 將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片

18、將其中一個(gè)做成寬齒輪，另一個(gè)用兩片薄齒輪組成。用彈簧使一個(gè)薄齒輪的左齒側(cè)薄齒輪組成。用彈簧使一個(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)。時(shí)不會(huì)出現(xiàn)死區(qū)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：齒側(cè)隙能夠自動(dòng)補(bǔ)償，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。齒側(cè)隙能夠自動(dòng)補(bǔ)償，但其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。 軸向壓簧錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)薄片錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)() 1、2薄片齒輪 3寬齒輪 4調(diào)整螺母 1、2薄片齒輪 3寬齒輪 4調(diào)整螺母 1、2薄片齒輪 3寬齒輪 5彈簧 6墊片 (2) 周向彈簧調(diào)整法 用軸向壓簧調(diào)整兩齒輪嚙合部分的直徑

19、，從而消除兩齒輪的齒側(cè)間隙，如左圖。1、4錐齒輪 2、3鍵 5壓簧 6螺母 7軸 12345678圖6-16 錐齒輪周向彈簧調(diào)隙機(jī)構(gòu) 1大片錐齒輪 2小片錐齒輪 3錐齒輪4鑲塊 5彈簧 6止動(dòng)螺釘 7凸爪 8槽 如左圖，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，1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒條 4預(yù)載裝置 7齒條 1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒條 4預(yù)載裝置 7齒條 1、6小齒輪 2、5大齒輪 3齒條 4預(yù)載裝置 7齒條 諧波傳動(dòng)是建立在彈性變形理論基礎(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。 ，如左圖：1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 由三

20、個(gè)主要構(gòu)件所組成，即具有內(nèi)齒的剛輪l、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)。 ，如左圖：1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 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。，如左圖：1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 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； 1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 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)；1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開(kāi)。 1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于

21、非嚙合狀態(tài)。 1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 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。 1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 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)。1剛輪 2柔輪 3波發(fā)生器 在波發(fā)生器轉(zhuǎn)動(dòng)一周期間，柔輪上一點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)與波發(fā)生器上的凸起部位數(shù)是一致的，稱(chēng)為波數(shù)。 常用的有兩波和三波兩種。 為了有利于柔輪的力平衡和防止輪齒干涉，剛輪和柔輪的齒數(shù)差應(yīng)等于波發(fā)生器波數(shù)(即波發(fā)生器上的滾輪數(shù))的整倍數(shù)，通常取為等于波數(shù)。 由于在諧波齒輪傳動(dòng)過(guò)程中，柔輪與剛輪的嚙合過(guò)程與行星齒輪傳動(dòng)類(lèi)似，故其傳動(dòng)比可按周轉(zhuǎn)輪系的計(jì)算方法求得。與行星

22、齒輪輪系傳動(dòng)比的計(jì)算相似 。 gHrHrggHrziz 式中： 、 、 分別為剛輪、柔輪和波形發(fā)生器的角速度； grH 、 分別為剛輪和柔輪的齒數(shù)。 gzrz 1. 當(dāng)柔輪固定時(shí)， 0r，則： 0gHHrggHrziz1ggrrHggzzzzz gHHgggrzizz設(shè) 、 時(shí)， 200rz 202gz101Hgi 結(jié)果為正值，說(shuō)明剛輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相同。 2. 當(dāng)剛輪固定時(shí)， ， 則： 0g0gHrHrgHrziz1grgrHrrzzzzz HrHrrrgzizz設(shè) 、 時(shí)， 200rz 202gz則 。 101Hgi 結(jié)果為負(fù)值，說(shuō)明剛輪與波形發(fā)生器轉(zhuǎn)向相同。 滾珠螺旋傳動(dòng)是在絲杠和螺母

23、滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)。 螺母上設(shè)有返向器，與螺紋滾道構(gòu)成滾珠的循環(huán)通道。為了在滾珠與滾道之間形成無(wú)間隙甚至有過(guò)盈配合，可設(shè)置預(yù)緊裝置。為延長(zhǎng)工作壽命，可設(shè)置潤(rùn)滑件和密封件。 一般滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率達(dá)9095，耗費(fèi)能量?jī)H為滑動(dòng)絲桿的1/3。 滾動(dòng)摩擦系數(shù)接近常數(shù)，啟動(dòng)與工作摩擦力矩差別很小。啟動(dòng)時(shí)無(wú)沖擊，預(yù)緊后可消除間隙產(chǎn)生過(guò)盈，提高接觸剛度和傳動(dòng)精度。 滾珠絲杠螺母副的摩擦表面為高硬度(HRC5862)、高精度，具有較長(zhǎng)的工作壽命和精度保持性。壽命約為滑動(dòng)絲桿副的410倍以上。 由于滾珠絲桿副摩擦小、溫升小、無(wú)爬行、無(wú)間隙，通過(guò)預(yù)緊

24、進(jìn)行預(yù)拉伸以補(bǔ)償熱膨脹。因此可達(dá)到較高的定位精度和重復(fù)定位精度。 用幾套相同的滾珠絲桿副同時(shí)傳動(dòng)幾個(gè)相同的運(yùn)動(dòng)部件，可得到較好的同步運(yùn)動(dòng)。 潤(rùn)滑密封裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，維修方便。 用于垂直傳動(dòng)時(shí)，必須在系統(tǒng)中附加自鎖或制動(dòng)裝置。 滾珠絲桿和螺母等零件加工精度、表面粗糙度要求高，故制造成本較高。 如左圖所示，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)。 滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式有和二種。 內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中

25、始終與絲桿表面保持接觸，在螺母的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器。 利用反向器引導(dǎo)滾珠越過(guò)絲桿的螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有24個(gè)滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。 滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足之處是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。 外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開(kāi)絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。 在螺母上開(kāi)槽外接插管在端蓋處返回 滾珠絲杠副除了對(duì)本身單一方向的傳動(dòng)精度有要求外，對(duì)其軸向間隙也有嚴(yán)格要求，以保證其反向傳動(dòng)精度。 原理如圖所示，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。 絲杠側(cè)螺母A 螺

26、母B調(diào)整墊片預(yù)拉方向預(yù)拉方向預(yù)緊方向墊片預(yù)緊方向 原理如圖所示，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。絲杠側(cè)螺母?jìng)?cè)絲杠側(cè)螺母?jìng)?cè)承載滾珠間隔鋼球 如圖6-27所示，僅僅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。導(dǎo)程導(dǎo)程+導(dǎo)程絲杠側(cè)螺母?jìng)?cè)預(yù)拉方向預(yù)拉方向 絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，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。 以下列出了四種典型支承方式

27、及其特點(diǎn)。 單推單推 JJ 1軸向剛度較高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較大，軸承壽命比方案2低；3適宜中速、精度高，并可用雙推單推組合。壓桿穩(wěn)定 Lf臨界轉(zhuǎn)速cf雙推雙推 FF 1軸向剛度最高；2預(yù)拉伸安裝時(shí)，須加載荷較小，軸承壽命較高；3適宜高速、高剛度、高精度。壓桿穩(wěn)定 Lf臨界轉(zhuǎn)速cf雙推簡(jiǎn)支 FS 1軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；2雙推端可預(yù)拉伸安裝；3適宜中速、精度較高的長(zhǎng)絲杠。壓桿穩(wěn)定 Lfcf臨界轉(zhuǎn)速雙推自由 FO 1軸向剛度低，與螺母位置有關(guān)；2雙推端可預(yù)拉伸安裝；3適宜中小載荷與低速，更適宜垂直安裝，短絲杠。 軸向剛度不高，與螺母位置有關(guān)；Lfcf 除以上所列特點(diǎn)外，當(dāng)滾珠絲杠

28、副工作時(shí)，因受熱（摩擦及其它熱源）而伸長(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、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)伸長(zhǎng)范圍內(nèi)，即要嚴(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。 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)

29、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： 旋轉(zhuǎn)精度是指在裝配之后，在無(wú)負(fù)載、低速旋轉(zhuǎn)的條件下，軸前端的徑向跳動(dòng)和軸向竄動(dòng)量。其大小取決于軸系各組成零件及支承部件的制造精度與裝配調(diào)整精度。 如高精密金剛石車(chē)刀切削加工機(jī)床主軸的軸端徑向跳動(dòng)量為0.025時(shí)，才能達(dá)到零件加工表面粗糙度Ra0.05的要求。通常在設(shè)計(jì)軸系時(shí)要求： 在工作轉(zhuǎn)速下，其旋轉(zhuǎn)精度即它的運(yùn)動(dòng)精度取決于其轉(zhuǎn)速、軸承性能以及軸系的動(dòng)平衡狀態(tài)。 軸系的剛度反映了軸系組件抵抗靜、動(dòng)載荷變形的能力。載荷為彎矩、轉(zhuǎn)矩時(shí)，相應(yīng)的變形量為撓度、扭轉(zhuǎn)角，其剛度為抗彎剛度和抗扭剛度。 軸系受載荷為徑向力(如帶輪、齒輪上承受的

30、徑向力)時(shí)會(huì)產(chǎn)生彎曲變形。所以除強(qiáng)度驗(yàn)算之外，還必須進(jìn)行剛度驗(yàn)算。 軸系的振動(dòng)表現(xiàn)為強(qiáng)迫振動(dòng)和自激振動(dòng)兩種形式。其振動(dòng)原因有軸系配件質(zhì)量不勻引起的動(dòng)不平衡、軸的剛度及單向受力等，它們直接影響旋轉(zhuǎn)精度和軸系壽命。 對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的軸系必須以提高其靜剛度、動(dòng)剛度、增大軸系阻尼比等措施來(lái)提高軸系的動(dòng)態(tài)性能、特別是抗振性。 軸系的受熱會(huì)使軸伸長(zhǎng)或使軸系零件間隙發(fā)生變化，影響整個(gè)傳動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)精度、旋轉(zhuǎn)精度及位置精度。 又由于溫度的上升會(huì)使?jié)櫥偷恼扯劝l(fā)生變化，使滑動(dòng)或滾動(dòng)軸承的承載能力降低。因此應(yīng)采取措施將軸系部件的溫升限制在一定范圍之內(nèi)。 軸上傳動(dòng)件的布置是否合理對(duì)軸的受力變形、熱變形及振動(dòng)影響較大。因

31、此在通過(guò)帶輪將運(yùn)動(dòng)傳入軸系尾部時(shí)， 應(yīng)該采用卸荷式結(jié)構(gòu)，使帶的拉力不直接作用在軸端；另外傳動(dòng)齒輪應(yīng)盡可能安置在靠近支承處，以減少軸的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。 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)座作相對(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。 在設(shè)計(jì)軸系選擇軸承時(shí)，應(yīng)該考慮以下幾點(diǎn)： 包括承載能力、旋轉(zhuǎn)精度、剛度及轉(zhuǎn)速等； 在設(shè)計(jì)軸系選擇軸承時(shí)，應(yīng)該考慮以下 精度尺寸精度回轉(zhuǎn)精度噪音、振動(dòng)軸承形式及組合軸承尺寸及精度軸承材料保持器形式配合及內(nèi)部間隙潤(rùn)滑及密封裝置安裝尺寸等確定最終規(guī)格特殊環(huán)境的對(duì)策 （高溫、高速、海水、真空、粉塵、腐蝕性氣氛、

32、磁場(chǎng)等）內(nèi)部間隙軸頸配合間隙軸承座配合間隙潤(rùn)滑 脂潤(rùn)滑？油潤(rùn)滑密封非接觸形？接觸形同頸軸承座 滾動(dòng)軸承所受載荷的大小、方向和性質(zhì)，是選擇滾動(dòng)軸承類(lèi)型的主要依據(jù)。一般情況下，滾子軸承比球軸承負(fù)荷能力大。 當(dāng)滾動(dòng)軸承承受時(shí)，一般選用推力軸承，當(dāng)滾動(dòng)軸承承受純徑向載荷時(shí)，一般選用，深溝球軸承和短圓柱滾子軸承。 當(dāng)滾動(dòng)軸承承受的同時(shí)，還有不太大的軸向載荷時(shí)，可選用深溝球軸承、角接觸球軸承、圓錐滾子軸承及調(diào)心球或調(diào)心滾子軸承。 當(dāng)時(shí)，可選擇接觸角較大的角接觸球軸承及圓錐滾子軸承，或者選用向心軸承和推力軸承組合在一起，這在極高軸向負(fù)荷或特別要求有較大軸向剛性時(shí)尤為適宜。 當(dāng)采用及時(shí)，由于軸承的接觸角。因此

33、，在工作時(shí)作用的徑向載荷會(huì)派生出一軸向負(fù)荷，故在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)，建議成對(duì)地使用這類(lèi)軸承。主要用于承受徑向負(fù)荷。 各種機(jī)械運(yùn)行時(shí)，由導(dǎo)軌副保證執(zhí)行件的正確運(yùn)動(dòng)軌跡，并影響執(zhí)行件的運(yùn)動(dòng)特性。導(dǎo)軌副包括運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌兩部分。 支承導(dǎo)軌用以支承和約束運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌，使之按功能要求作正確的運(yùn)動(dòng)。 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(xiàn)移動(dòng)自由度。 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(xiàn)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)自由度。 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

34、的影響較小。 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。 導(dǎo)軌面上的支反力與外載荷相等，承裁能力較大。承載面(頂面)和導(dǎo)向面(側(cè)面)分開(kāi)，精度保持性較好。加工維修較方便。 矩形導(dǎo)軌分為凸矩形和凹矩形。凹矩形易存潤(rùn)滑油，但也易積灰塵污物，必須進(jìn)行防護(hù)。 導(dǎo)軌面上的支反力大于載荷，使摩擦力增大，承載面與導(dǎo)向面重合，磨損量能自動(dòng)補(bǔ)償，導(dǎo)向精度較高。頂角在9030范圍內(nèi)變化。 頂角越小，導(dǎo)向精度越高，但摩擦力也越大。故小頂角用于輕載精密機(jī)械，大頂角用于大型機(jī)械。凹形與凸形的作

35、用同前，凹形也稱(chēng)V形導(dǎo)軌。 在承受顛覆力矩的條件下高度較小，用于多坐標(biāo)多層工作臺(tái)，使總高度減小，加工維修較困難。凹形與凸形的作用同前。 以上三種導(dǎo)軌形狀均由直線(xiàn)組成，稱(chēng)為棱柱面導(dǎo)軌 制造方便，外圓采用磨削，內(nèi)孔經(jīng)過(guò)珩磨，可達(dá)到精密配合，但磨損后很難調(diào)整和補(bǔ)償間隙，圓柱形導(dǎo)軌有兩個(gè)自由度，適用于同時(shí)作直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的地方。 若要限制轉(zhuǎn)動(dòng)，可在圓柱表面開(kāi)鍵槽或加工出平面，但不能承受大的扭矩，亦可采用雙圓柱導(dǎo)軌。圓柱導(dǎo)軌用于承受軸向載荷的場(chǎng)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： 寬式組合窄式組合 側(cè)面導(dǎo)向兩種組合： 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

36、小，為考慮熱變形，導(dǎo)向面間隙較大，影響導(dǎo)向精度。 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。 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。 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。 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。 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. 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意： 一方面要使?fàn)恳νㄟ^(guò)二導(dǎo)軌面上摩擦力合力的作用線(xiàn)。 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。 這種組合形式的導(dǎo)軌具有三角形和矩形組

37、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(xiàn)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。 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。 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(xiàn)度或圓度。 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，

38、并在磨損后能自動(dòng)補(bǔ)償或便于調(diào)整。 導(dǎo)軌面由于過(guò)載或接觸應(yīng)力不均勾而使導(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。 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。 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)。 設(shè)計(jì)導(dǎo)軌時(shí)，要注意制造、調(diào)整和維修的方便，

39、力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工藝性及經(jīng)濟(jì)性好。 為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動(dòng)表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過(guò)小，會(huì)增加摩擦阻力；間隙過(guò)大，會(huì)降低導(dǎo)向精度。 導(dǎo)軌經(jīng)長(zhǎng)期使用后，會(huì)因磨損而增大間隙，需要及時(shí)調(diào)整，故導(dǎo)軌應(yīng)有間隙調(diào)整裝置。矩形導(dǎo)軌需要在垂直和水平兩個(gè)方向上調(diào)整間隙。 常用的調(diào)整方法有壓板和鑲條法兩種方法。對(duì)燕尾形導(dǎo)軌可采用鑲條(墊片)方法同時(shí)調(diào)整垂直和水平兩個(gè)方向的間隙(圖6-41) 231a)c)b) 對(duì)矩形導(dǎo)軌可采用修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行間隙的調(diào)整(圖6-42)。 a)b)c)1 234 滑動(dòng)導(dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等。 鑄鐵有良好的耐磨性、抗振性和工藝

40、性。 常用鑄鐵的種類(lèi)有：鑲鋼導(dǎo)軌的耐磨性較鑄鐵可提高五倍以上。 9Mn2V、CrWMn、GCr15、T8A、45、40Cr等采用表面淬火或整體淬硬處理，硬度為5258HRC；20Cr、20CrMnTi、15等滲碳淬火，滲碳淬硬至5662HRC；38C rMoAlA等采用氮化處理。 常用的有色金屬有黃銅HPb59-l，錫青銅ZCuSn6Pb3Zn6，鋁青銅ZQAl9-2和鋅合金ZZn-Al10-5，超硬鋁LC4、鑄鋁ZL106等，其中以鋁青銅較好。 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)

41、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)軌多與不淬火的鑄鐵導(dǎo)軌搭配。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)材料制造質(zhì)量熱處理方法熱處理方法以及使用與維護(hù) 提高導(dǎo)軌的耐磨性，使其在較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，就能延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命。 采用鑲裝導(dǎo)軌提高導(dǎo)軌的精度與改善表面粗糙度采用卸荷裝置減小導(dǎo)軌單位面積上的壓力(即比壓)等 （1）滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉颍▓D6-43）， 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。 動(dòng)、靜摩擦力之差很小，隨動(dòng)性極好，即驅(qū)動(dòng)信號(hào)與機(jī)械動(dòng)作滯后的時(shí)間間隔極短

42、，有益于提高數(shù)控系統(tǒng)的響應(yīng)速度和靈敏度； 驅(qū)動(dòng)功率大幅度下降，只相當(dāng)于普通機(jī)械的十分之一； 與V型十字交叉滾子導(dǎo)軌相比，摩擦阻力可下降約40倍； 適應(yīng)高速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，其瞬時(shí)速度比滑動(dòng)導(dǎo)軌提高約10倍；能實(shí)現(xiàn)高定位精度和重復(fù)定位精度； 能實(shí)現(xiàn)無(wú)間隙運(yùn)動(dòng)，提高機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)剛度。 其滾道采用圓弧形式，增大了滾動(dòng)體與圓弧滾道接觸面積，從而大大地提高了導(dǎo)軌的承載能力，可達(dá)到平面滾道形式的13倍。 采用合理比值的圓弧溝槽，接觸應(yīng)力小，承接能力及剛度比平面與鋼球點(diǎn)接觸時(shí)大大提高，滾動(dòng)摩擦力比雙圓弧滾道有明顯降低。 在該導(dǎo)軌制作時(shí)，常需要預(yù)加載荷，這使導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度得以提高。所以滾動(dòng)直線(xiàn)導(dǎo)軌在工作時(shí)能承受較大的

43、沖擊和振動(dòng)。 由于是純滾動(dòng)，摩擦系數(shù)為滑動(dòng)導(dǎo)軌的l50左右，磨損小，因而壽命長(zhǎng)，功耗低，便于機(jī)械小型化。 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。 由于摩接力小，動(dòng)作輕便，因而定位精度高，微量移動(dòng)靈活準(zhǔn)確。 裝配調(diào)整容易，因此降低了對(duì)配件加工精度要求。 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。簡(jiǎn)化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和制造。 滾柱式由于為線(xiàn)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。 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

44、 導(dǎo)軌能承受較大的垂直載荷，而其它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)。 有和二種 單圓弧溝槽為二點(diǎn)接觸。 左圖為雙圓弧，雙圓弧溝槽為四點(diǎn)接觸 。 單圓弧運(yùn)動(dòng)摩擦和安裝基準(zhǔn)平均作用比雙要小，但其靜剛度比后者稍差。 支承件是機(jī)電一體化設(shè)備中的基礎(chǔ)部件。 設(shè)備的零部件安裝在支承件上或在其導(dǎo)軌面上運(yùn)動(dòng)。所以，支承件既起支承作用，承受其它零部件的重量及在其上保持相對(duì)的運(yùn)動(dòng)，又起基準(zhǔn)定位作用，確保部件間的相對(duì)位置。 由于支承件的自重和其它零部件的質(zhì)量以及運(yùn)動(dòng)部件慣性力的作用，使其本身或與其它零部件的接觸表面發(fā)生變形。 若變形過(guò)大會(huì)影響設(shè)備的精度或工作時(shí)產(chǎn)生振動(dòng)。為了減小受力變形，支承件應(yīng)

45、具有足夠的剛度。 即能限制受迫振動(dòng)的振幅不超過(guò)允許值的能力。 例如機(jī)床在進(jìn)行切削過(guò)程中，由于切削力的變化或外界的激振，使機(jī)床產(chǎn)生不允許的振動(dòng)，影響其加工質(zhì)量，嚴(yán)重時(shí)甚至不能進(jìn)行工作。 設(shè)備的剛度與抗振性有一定的關(guān)系，如果剛度不足，則容易產(chǎn)生振動(dòng)。 設(shè)備在工作時(shí)由于傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪、軸承，以及導(dǎo)軌等因摩擦而發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光燈、加熱器等熱源散發(fā)出的熱量，都將傳到支承件上，由此產(chǎn)生熱變形、影響系統(tǒng)原有精度。 對(duì)于數(shù)控機(jī)床及其它精密機(jī)床，熱變形對(duì)機(jī)床的加工精度有極其重要的影響。在設(shè)計(jì)這類(lèi)設(shè)備時(shí)，應(yīng)予以足夠的重視。 為了使設(shè)備能持久地保持其精度，支承件上的導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性。因此對(duì)導(dǎo)軌的材料、結(jié)構(gòu)

46、和形狀，熱處理及保護(hù)和潤(rùn)滑等應(yīng)作周密的考慮。 設(shè)計(jì)支承件時(shí)，還應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工和裝配的結(jié)構(gòu)工藝性。 正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和必要的計(jì)算以保證用最少的材料達(dá)到最佳的性能指標(biāo)，并達(dá)到縮短生產(chǎn)周期，降低造價(jià)，操作方便，搬運(yùn)裝吊安全等要求。 支承件的材料，除應(yīng)滿(mǎn)足上述要求外，還應(yīng)保證： 鑄鐵、鋼板和型鋼、天然和人造花崗巖、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等 鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的支承件，存在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。 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)。 一級(jí)灰口鑄鐵HT200二級(jí)灰口鑄鐵HTl50合金鑄鐵 鑄造支承件不可避免有內(nèi)應(yīng)力，引起蠕

47、變，必須進(jìn)行 自然時(shí)效處理 人工時(shí)效處理 振動(dòng)時(shí)效處理 用鋼板與型鋼焊接成支承件，生產(chǎn)周期比鑄造快1.73.5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，重量也輕。 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 。性能穩(wěn)定，精度保持性好；殘余應(yīng)力極小，內(nèi)部組織穩(wěn)定 ；抗振性好，阻尼比鋼大15倍； 耐磨性比鑄鐵高510倍 ；導(dǎo)熱系數(shù)和線(xiàn)膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好；抗氧化性強(qiáng)；不導(dǎo)電；抗磁 ；與金屬不粘合，加工方便，通過(guò)研磨和拋光容易得到很高的精度和表面粗糙度 脆性較大；抗沖擊性能差； 油和水等液體易滲入晶界中；使巖石局部變形脹大，難于制作形狀復(fù)雜的零件結(jié)晶

48、顆粒粗于鋼鐵的晶粒； 用于三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)和印刷板數(shù)控鉆床等 剛度和阻尼比較之鑄鐵大5倍 ；抗振性好 ；成本較低； 成本較低； 鋼筋的配置對(duì)支承件影響較大，應(yīng)按彈性理論或有限元法所得的主應(yīng)力方向進(jìn)行鋼筋的配置。 制作時(shí)混凝土的保養(yǎng)方法也影響性能，混凝土耐腐蝕性差，油滲導(dǎo)致疏松，表面應(yīng)噴漆或噴涂塑料，脆性也較大。 使用條件較為嚴(yán)格方能保持工作壽命。 制造不常移動(dòng)的大型機(jī)械的機(jī)身、底座、立柱等 。 為了保證支承件的剛度和強(qiáng)度，減輕重量和節(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。 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。 為了保

49、證支承件的剛度和強(qiáng)度，減輕重量和節(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。 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。 0 . 18000 . 1160004. 183388. 0140002. 3242002. 3484021. 3256327. 1204004. 5403004. 58060017. 4333343. 068007. 010835. 7586782. 013164 .19155170 . 116004 . 32720截面形狀慣性矩計(jì)算值（cm4）截面形狀慣性矩計(jì)算值（cm4）慣性矩相對(duì)值慣性矩相對(duì)值抗

50、彎抗扭抗彎抗扭表各種截面形狀的抗彎和抗扭慣性矩（截面積為10000mm2） 表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。 從表中可以看出： 因此，用加大橫截面的輪廓尺寸。并減小壁厚的方法可以提高剛度。 對(duì)于空心截面，提高抗彎剛度效果很好，但提高抗扭剛度效果較差。 空心截面，對(duì)提高長(zhǎng)邊方向的抗彎剛度非常顯著，但抗扭剛度則減小了。 從提高剛度的角度出發(fā)，大的支承件應(yīng)做成封閉的截面。 但是有些支承件的內(nèi)部往往需要安裝傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電器設(shè)備，潤(rùn)滑冷卻設(shè)備等，必須在大件的壁上開(kāi)孔，而無(wú)法保持其橫截面為封閉式。 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

51、時(shí)，必須用隔板（指聯(lián)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。 所示為加強(qiáng)筋和隔板布置實(shí)例 a)b)c) 所示為帶中間隔板的支承件 ；為帶加強(qiáng)筋、雙層壁結(jié)構(gòu)的支承件； 所示為帶加強(qiáng)筋的圓形截面支承件。 直形筋十字筋米字筋三種型式a)c)b)d) 鑄造工藝最簡(jiǎn)單，但剛度最小 剛度最大，但鑄造工藝最復(fù)雜一般負(fù)載較小的設(shè)備，多采用直形筋。 加強(qiáng)筋的高度可取為壁厚的45倍，其厚度可取為壁厚的0.8倍左右。 鑄造支承件按其長(zhǎng)度L、寬度B、高度H（均以m計(jì)）計(jì)算當(dāng)量尺寸C： 24LBHC 然后根據(jù)表6-23選擇最小壁厚。 當(dāng)量尺寸C(m)0.751.01.51.82.02.533.54.5外壁厚(mm)81012141618202225隔板