機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書 教學(xué)課件 第三章 機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)

在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang1第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算第二節(jié)齒輪傳動副的選用第三節(jié)同步帶傳動副的選型與計(jì)算第四節(jié)滾珠絲杠副的選型與計(jì)算第五節(jié)直線滾動導(dǎo)軌副的選型與計(jì)算第六節(jié)聯(lián)軸器的選用第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)第一節(jié)切削力的分析與計(jì)2第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算一、車削力及車削功率的分析與計(jì)算1．車削力的分析與計(jì)算車削外圓時(shí)的切削抗力如圖3-1所示。主切削力與切削速度的方向一致，且垂直向下，這是計(jì)算車床主軸電動機(jī)切削功率的依據(jù)；背向切削力與進(jìn)給方向（即工件軸線方向）相垂直，對加工精度的影響較大；進(jìn)給切削力與進(jìn)給方向平行且指向相反。第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算一、車削力及車削功率的分析與計(jì)算3圖3-1車削力的分析圖3-1車削力的分析4在上述三個(gè)分力中，值最大，約為（0.15～0.7），約為（0.1～0.6）。單位切削面積上的切削力稱為單位切削力,用（N/mm2）表示：式中——主切削力，單位為N；AD——切削層公稱橫截面積，單位為mm2；——背吃刀量，單位為mm；——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mm/r；——切削層公稱厚度，單位為mm；——切削層公稱寬度，單位為mm。（3-1）在上述三個(gè)分力中，值最大，約為（0.15～05若已知單位切削力，則可通過式（3-1）計(jì)算切削力。為了計(jì)算方便，在生產(chǎn)實(shí)際中，一般常用以下經(jīng)驗(yàn)公式來估算切削力：

（3-2）式中——與被加工材料和切削條件相關(guān)的切削力系數(shù)，如表3-1所示；——分別為三個(gè)分力公式中，背吃刀量,進(jìn)給量和切削速度的指數(shù)，如表3-1所示；若已知單位切削力，則可通過式（3-16——當(dāng)實(shí)際加工條件與經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)條件不相符時(shí)，各種影響因素對各切削分力的修正系數(shù)的乘積,即，如表3-2、表3-3所示；——切削速度，單位為m/min，常用切削用量選用如表3-4所示?！?dāng)實(shí)際加工7表3-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)注：1.成形切削深度不大、形狀不復(fù)雜的輪廓時(shí)，切削力減小10%～15%；2.鋼和鑄鐵的力學(xué)性能改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)kMF可按照表3-2進(jìn)行計(jì)算；3.車刀的幾何參數(shù)改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)見表3-3。表3-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)注：1.成形切削深度不8表3-2鋼和鑄鐵的強(qiáng)度或硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)kMF表3-2鋼和鑄鐵的強(qiáng)度或硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)kMF9表3-3加工鋼或鑄鐵刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)表3-3加工鋼或鑄鐵刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)10表3-4國產(chǎn)焊接和可轉(zhuǎn)位車刀切削用量選用參考表表3-4國產(chǎn)焊接和可轉(zhuǎn)位車刀切削用量選用參考表112.車削功率的分析與計(jì)算消耗在切削過程中的功率稱為切削功率，用（單位為kW）表示。因?yàn)樵诒诚蛄Ψ较虍a(chǎn)生的位移極小，可忽略不計(jì)，所以可以近似認(rèn)為不做功，則切削功率為切削力和進(jìn)給力做功所消耗的功率之和：

（3-3）

式中——切削力，單位為N；——切削速度，單位為m/s；——進(jìn)給力，單位為N；——工件轉(zhuǎn)速，單位為r/s；——進(jìn)給量，單位為mm/r。2.車削功率的分析與計(jì)算12式中括號內(nèi)第二項(xiàng)是消耗的功率，與第一項(xiàng)相比很?。ㄒ话阈∮?%），可忽略不計(jì)，因此可以認(rèn)為：

（3-4）根據(jù)切削功率選擇機(jī)床主電動機(jī)時(shí)，還要考慮機(jī)床的傳動效率。機(jī)床主電動機(jī)的功率應(yīng)為：≥（3-5）式中——機(jī)床傳動效率，一般取0.70～0.85。式中括號內(nèi)第二項(xiàng)是消耗的功率，與第一項(xiàng)相比13二、銑削力及銑削功率的分析與計(jì)算銑削是被廣泛使用的一種切削加工方法，它用于加工平面、臺階面、溝槽、成形表面以及切斷等。本節(jié)以幾種典型銑刀為例，說明銑削力和銑削功率的分析計(jì)算方法。二、銑削力及銑削功率的分析與計(jì)算141.銑削用量、進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)銑削用量及銑削參數(shù)，有以下幾個(gè)方面，如圖3-2所示。（1）背吃刀量在通過切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為切削層深度；圓柱銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。（2）側(cè)吃刀量在平行于工作平面并垂直于切削刃基點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為被加工表面的寬度；圓柱銑削時(shí)，為切削層深度。（3）每齒進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)過一齒相對工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，單位為mm/z。1.銑削用量、進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)15（4）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，單位為mm/r。（5）進(jìn)給速度指銑刀切削刃基點(diǎn)相對工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時(shí)速度，單位為mm/min。（6）銑刀齒數(shù)Z。（7）銑刀直徑單位為mm。（8）銑刀轉(zhuǎn)速單位為r/min。（4）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對工件16圓柱銑削又分為逆銑和順銑兩種，當(dāng)銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件的進(jìn)給方向相反時(shí)稱為逆銑，相同時(shí)稱為順銑，如圖3-3所示。圖3-2銑削用量a）立銑b）圓柱銑削c）端銑圓柱銑削又分為逆銑和順銑兩種，當(dāng)銑刀的17圖3-3逆銑和順銑a）逆銑b）順銑圖3-3逆銑和順銑182.銑削力的分析與計(jì)算銑削加工時(shí)，每個(gè)銑刀齒所受切削力的大小和方向都在不斷變化，為了便于分析，可假定各刀齒上的總切削力F作用在某一個(gè)刀齒上，如圖3-4所示。并根據(jù)需要，將力F分解為三個(gè)相互垂直的分力：（1）主切削力總切削力F在銑刀主運(yùn)動方向上的分力，即沿銑刀外圓切線方向上的分力，是主要消耗功率的力。（2）垂直切削力在工作平面內(nèi)，總切削力F在垂直于主運(yùn)動方向上的分力，即沿銑刀半徑方向的力，它使刀桿產(chǎn)生彎曲。（3）背向力總切削力F在垂直于工作平面上的分力，即沿銑刀軸線方向的力。2.銑削力的分析與計(jì)算19圖3-4銑削力的分析a）圓柱形銑刀銑削力b）面銑刀銑削力圖3-4銑削力的分析20在設(shè)計(jì)機(jī)床與夾具時(shí)，為了方便測量，通常將作用在工件上的總切削力F＇（與F大小相等，方向相反），沿機(jī)床工作臺的運(yùn)動方向分解為三個(gè)力：（1）進(jìn)給力總切削力F＇在縱向進(jìn)給方向上的分力。（2）橫向進(jìn)給力總切削力F＇在橫向進(jìn)給方向上的分力。（3）垂直進(jìn)給力總切削力F＇在垂直進(jìn)給方向上的分力。銑削時(shí)，各進(jìn)給力和切削力具有一定的比例關(guān)系，如表3-5所示，如果求出了，便可計(jì)算出、和三個(gè)分力。銑刀總切削力的大小為：

(3-6)在設(shè)計(jì)機(jī)床與夾具時(shí)，為了方便測量，通常將作用在工件上的21與車削相似，圓柱形銑刀和面銑刀的銑削力可按表3-6和表3-7所列出的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)加工材料性能不同時(shí)，F(xiàn)c需要乘上修正系數(shù)kMF，如表3-2所示。與車削相似，圓柱形銑刀和面銑刀的銑削力可按表3-6和表223.銑削功率的分析與計(jì)算銑削過程中消耗的功率主要按圓周銑削力和銑削速度進(jìn)行計(jì)算：＝（3-7）進(jìn)給運(yùn)動也消耗一些功率，一般情況下，≤0.15，所以總的銑削功率＝+≤1.15，由此可估算銑床主電動機(jī)的功率：≥（3-8）式中——銑床傳動效率，一般取0.70～0.85。3.銑削功率的分析與計(jì)算23三、鉆削力及鉆削功率的分析與計(jì)算鉆孔用的刀具主要是麻花鉆頭，使用麻花鉆可加工孔徑范圍為0.1～80mm。如圖3-5所示，鉆頭切削時(shí)，每一切削刃都產(chǎn)生切削力，包括主切削力、背向力和軸向力，當(dāng)左右切削刃對稱時(shí)，背向力相抵消，圖中的為切削轉(zhuǎn)矩三、鉆削力及鉆削功率的分析與計(jì)算鉆孔用的刀具主24圖3-5鉆削力的分析圖3-5鉆削力的分析25機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書教學(xué)課件第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)26第二節(jié)齒輪傳動副的選用齒輪傳動副是一種應(yīng)用非常廣泛的傳動機(jī)構(gòu)，各種機(jī)床中的傳動裝置幾乎都離不開齒輪傳動。因此，齒輪傳動裝置的設(shè)計(jì)是整個(gè)機(jī)電系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，它的精度直接影響整個(gè)系統(tǒng)的精度。本節(jié)主要討論進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的齒輪傳動副。第二節(jié)齒輪傳動副的選用齒輪傳動副是一種應(yīng)用27一、齒輪傳動概述齒輪傳動裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。在機(jī)電一體化進(jìn)給伺服系統(tǒng)中，采用齒輪傳動裝置的主要目的有二：一是降速，將伺服電動機(jī)的高速、小轉(zhuǎn)矩輸出變成克服負(fù)載所需的低速、大轉(zhuǎn)矩；二是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在傳動系統(tǒng)中所占比重減小，以保證傳動精度。對齒輪傳動裝置的總體要求是傳動精度高、穩(wěn)定性好、靈敏度高、響應(yīng)速度快。對于開環(huán)伺服系統(tǒng)，傳動誤差將直接影響工作精度，因此，要盡可能縮短傳動鏈的長度，消除傳動間隙，以提高傳動精度和傳動剛度。一、齒輪傳動概述281．齒輪傳動比的計(jì)算如圖3-6所示，設(shè)齒輪傳動副的傳動比為，若為一對齒輪減速傳動，則，其中、為主動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)，、為從動齒輪的轉(zhuǎn)速和齒數(shù)。圖3-6齒輪傳動比的計(jì)算1．齒輪傳動比的計(jì)算圖3-6齒輪傳動比的計(jì)算29假定主動齒輪由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，其步距角為(°/脈沖)，已知脈沖當(dāng)量為δ（mm/脈沖），滾珠絲杠導(dǎo)程為（mm），則可用下式來計(jì)算傳動比：＝（3-12）從步進(jìn)電動機(jī)到滾珠絲杠通常為減速傳動，其目的是為了獲得整量化的脈沖當(dāng)量或?qū)⒉竭M(jìn)電動機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩進(jìn)行放大。如果沒有這些要求，最好將步進(jìn)電動機(jī)與滾珠絲杠直接相聯(lián)，這樣有利于簡化結(jié)構(gòu)、降低噪音、提高精度。對于進(jìn)給伺服系統(tǒng)，通常傳遞的轉(zhuǎn)矩不是很大，一般取齒輪模數(shù)=（1～２）mm；但因?yàn)閭鲃泳纫筝^高，所以齒數(shù)、不要取得太小。假定主動齒輪由步進(jìn)電動機(jī)驅(qū)動，其步距角為(°/脈302．齒輪傳動比的分配原則常用的齒輪減速裝置有一級、二級、三級等傳動形式。齒輪的傳動比i應(yīng)滿足驅(qū)動部件與負(fù)載之間的位移、轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求。對于多級傳動，計(jì)算出傳動比之后，為了使減速系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、滿足動態(tài)性能、提高傳動精度，常常需要對各級傳動比進(jìn)行合理分配，通常遵循以下原則：1）對于要求體積小、重量輕的齒輪傳動系統(tǒng)，一般采用“重量最輕原則”。2）對于要求運(yùn)動平穩(wěn)、起停頻繁和動態(tài)性能好的減速齒輪系，可按“最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則”和“總轉(zhuǎn)角誤差最小原則”來處理。3)對于以提高傳動精度和減小誤差為主的傳動齒輪系，可按“總轉(zhuǎn)角誤差最小原則”。4)對于很大的傳動比，可選用新型的諧波齒輪傳動。2．齒輪傳動比的分配原則31二、齒輪傳動間隙的消除措施進(jìn)給伺服系統(tǒng)中的減速齒輪，除了本身要求較高的運(yùn)動精度和工作平穩(wěn)性外，還必須盡可能消除側(cè)傳動間隙，否則，進(jìn)給運(yùn)動會產(chǎn)生反向死區(qū)，影響傳動精度和系統(tǒng)穩(wěn)定性。常用的齒輪傳動間隙消除方法有以下兩種。二、齒輪傳動間隙的消除措施321．偏心套調(diào)整法如圖3-7所示，電動機(jī)2通過偏心套1裝在殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心套1能夠方便地調(diào)整兩齒輪的中心距，從而達(dá)到消除齒側(cè)間隙的目的。該方法結(jié)構(gòu)簡單，傳動剛度好，能傳遞較大的轉(zhuǎn)矩，但齒輪磨損后齒側(cè)間隙不能自動補(bǔ)償。圖3-7偏心套調(diào)整機(jī)構(gòu)1—偏心套2—電動機(jī)1．偏心套調(diào)整法圖3-7偏心套調(diào)整機(jī)構(gòu)33

2．雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法

如圖3-8所示，兩個(gè)齒數(shù)相同的薄片齒輪1、2與另外一個(gè)寬齒輪6嚙合。薄片齒輪1與軸整體鍛造而成，保證了機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度。薄片齒輪2套裝在軸上，兩片薄齒輪之間可作相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動。每個(gè)薄齒輪上分別聯(lián)接三個(gè)沉頭螺釘4、5，并在齒輪2上開有三個(gè)較大通孔。齒輪1上的三個(gè)螺釘5從齒輪2上三個(gè)大孔中穿過后，再通過拉簧7與齒輪2上的螺釘4相聯(lián)，螺母3可防止拉簧滑出。由于拉簧7的拉力作用使齒輪1、2相互之間產(chǎn)生回轉(zhuǎn)，分別與寬齒輪6的兩側(cè)貼緊，從而消除了齒側(cè)間隙。因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)正向或反向旋轉(zhuǎn)時(shí)都只有一個(gè)薄齒輪傳遞轉(zhuǎn)矩，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須保證拉簧7的拉力，使它能克服最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩。該機(jī)構(gòu)因?yàn)槔傻淖饔?，嚙合時(shí)完全消除了齒輪側(cè)隙，并且能夠自動補(bǔ)償。不足之處是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，不宜傳遞大轉(zhuǎn)矩。在負(fù)載不大的齒輪傳動裝置中，該機(jī)構(gòu)應(yīng)用廣泛。

因?yàn)檫@種機(jī)構(gòu)正向或反向旋轉(zhuǎn)時(shí)都只有一個(gè)薄齒34圖3-8雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)1、2、6—齒輪3—螺母4、5—螺釘7—拉簧圖3-8雙片薄齒輪錯(cuò)齒調(diào)整機(jī)構(gòu)35第三節(jié)同步帶傳動副的選型與計(jì)算一、同步帶傳動的特點(diǎn)

同步帶也叫同步齒形帶，如圖3-9所示，其內(nèi)側(cè)的工作面制成齒形，帶輪的輪緣表面也制成相應(yīng)的齒形，帶與帶輪是靠齒的嚙合進(jìn)行傳動的。同步帶通常以鋼絲繩作負(fù)載心層，由于鋼絲繩受載后變形極小，仍能保持帶長不變，故帶與帶輪間不會產(chǎn)生相對滑動，傳動比恒定。同步帶薄而輕，可用于高速場合，線速度可達(dá)40m/s，傳動比可達(dá)10，效率可達(dá)98%。因此，同步帶傳動的應(yīng)用日益廣泛。相對于其他帶傳動，其不足之處是制造和安裝精度要求較高，中心距要求較嚴(yán)格。圖3-9同步帶傳動第三節(jié)同步帶傳動副的選型與計(jì)算一、同步帶傳動的特點(diǎn)圖3-36二、同步帶的規(guī)格與參數(shù)同步帶按帶齒的形狀可分為梯形齒和圓弧齒兩大類，本節(jié)主要介紹梯形齒周節(jié)制同步帶，其形狀如圖3-10所示。圖3-10梯形齒同步帶二、同步帶的規(guī)格與參數(shù)圖3-10梯形齒同步帶371．同步帶的型號與尺寸同步帶的型號如表3-10所示，齒形與齒寬尺寸如表3-11所示。2．同步帶的主要參數(shù)

（1）節(jié)距帶的節(jié)距為相鄰兩齒對應(yīng)齒間沿節(jié)線度量方向所測得的距離。同步帶的節(jié)距系列如表3-10所示。

（2）帶寬各種型號同步帶的標(biāo)準(zhǔn)帶寬系列中，最大尺寸的標(biāo)準(zhǔn)帶寬為該型號同步帶的基本寬度。帶寬系列如表3-11所示。

（3）節(jié)線長度同步帶上通過強(qiáng)力層中心、長度不發(fā)生變化的中心線稱為節(jié)線，節(jié)線長度為帶的公稱帶長。其基本尺寸與極限偏差如表3-12和表3-13所示。1．同步帶的型號與尺寸38三、帶輪的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)1．帶輪結(jié)構(gòu)同步帶輪有整體式和組合式兩種結(jié)構(gòu)。小直徑帶輪一般做成整體形式，如圖3-11所示，通常由齒圈1、擋圈2和輪轂3組成。中等以上直徑帶輪常采用組合式結(jié)構(gòu)，如圖3-12所示，其中圖a為幅板結(jié)構(gòu)，圖b為錐度鎖定套結(jié)構(gòu)。a）幅板結(jié)構(gòu)b）帶錐度鎖定套結(jié)構(gòu)1—幅板2—錐度鎖定套圖3-12組合式同步帶輪1—齒圈2—擋圈3—輪轂圖3-11整體式同步帶輪a）b）圖3-13直邊帶輪齒廓形狀帶輪的兩端面常制有擋圈，以防工作時(shí)同步帶滑落。擋圈的厚度一般取1～3mm，按帶的厚度和長度來選。三、帶輪的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)39圖3-11整體式同步帶輪1—齒圈2—擋圈3—輪轂圖3-12組合式同步帶輪a）幅板結(jié)構(gòu)b）帶錐度鎖定套結(jié)構(gòu)圖3-11整體式同步帶輪圖3-12組合式同步帶輪402．帶輪主要參數(shù)

（1）直邊帶輪齒廓直邊帶輪齒廓形狀如圖3-13所示，其參數(shù)如表3-14所示。

（2）帶輪寬度帶輪的寬度可比同步帶稍寬些。無擋圈時(shí)，帶輪工作寬度比帶寬大3～10mm；有擋圈時(shí)，一般大1～2mm。各種型號的標(biāo)準(zhǔn)帶輪寬度如表3-15所示。

（3）帶輪齒數(shù)和直徑帶輪直徑系列如表3-16所示。若帶輪齒數(shù)為z，則節(jié)圓直徑

(3-13)帶輪齒數(shù)不宜過少，否則會使同時(shí)嚙合的齒數(shù)減少，導(dǎo)致帶齒承載過大，而且當(dāng)節(jié)距一定時(shí)，帶輪直徑將減小，又使帶的彎曲應(yīng)力增大。故帶輪存在最少齒數(shù)限制，如表3-17所示。

（4）帶輪的材料帶輪材料一般采用鑄鐵或鋼，高速、小功率時(shí)可采用塑料或輕合金。2．帶輪主要參數(shù)41四、同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算在進(jìn)行同步帶傳動設(shè)計(jì)時(shí)，一般給定的原始數(shù)據(jù)有：傳遞的功率；主、從動輪的轉(zhuǎn)速和（或傳動比）；傳動系統(tǒng)的位置和工作條件等。其設(shè)計(jì)方法和步驟如下：

1.確定帶的設(shè)計(jì)功率

(3-14)式中——工作情況系數(shù)，如表3-18所示；——傳遞的功率，單位為kW。四、同步帶的設(shè)計(jì)計(jì)算42

2.選擇帶型和節(jié)距根據(jù)和由圖3-14選擇帶型，圖中水平坐標(biāo)為帶的設(shè)計(jì)功率（kW），垂直坐標(biāo)為小帶輪的轉(zhuǎn)速(r/min)。當(dāng)所得交點(diǎn)落在兩種節(jié)距的分界線上時(shí)，盡可能選擇較小的節(jié)距。圖3-14同步帶選型圖2.選擇帶型和節(jié)距圖3-14同步帶選型圖433.確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑應(yīng)使≥，可由表3-17查得，在帶速和安裝尺寸允許時(shí)，盡可能選用較大值。小帶輪節(jié)圓直徑=，見表3-16；小帶輪節(jié)圓直徑初定后應(yīng)驗(yàn)算帶速，不合適則重取。同步帶的速度應(yīng)滿足：

≤（3-15）極限帶速為：MXL、XXL、XL型，=40～50m/s；L、H型，=35～40m/s；XH、XXH型，=25～30m/s。3.確定小帶輪齒數(shù)和小帶輪節(jié)圓直徑444.確定大帶輪齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑當(dāng)給定傳動比后，大帶輪齒數(shù)=；大帶輪節(jié)圓直徑。計(jì)算結(jié)果應(yīng)圓整為整數(shù)，并驗(yàn)算圓整后的傳動比；若傳動比超差，則應(yīng)重選齒數(shù)，直至滿足要求。5.初選中心距、帶的節(jié)線長度、帶的齒數(shù)若中心距未給定，則可根據(jù)下式進(jìn)行初選：

0.7（+）≤≤2（+）（3-16）則帶的節(jié)線長度為：

（3-17）再由節(jié)線長度根據(jù)表3-12或表3-13選取接近的標(biāo)準(zhǔn)值，并選擇對應(yīng)的帶齒數(shù)。4.確定大帶輪齒數(shù)和大帶輪節(jié)圓直徑456.計(jì)算實(shí)際中心距

設(shè)計(jì)同步帶傳動時(shí)，中心距應(yīng)該可調(diào)整，以便獲得適當(dāng)?shù)膹埦o力。中心距的調(diào)整范圍如表3-20所示。此時(shí)，實(shí)際中心距為：

（3-18）7.校驗(yàn)帶與小帶輪的嚙合齒數(shù)

(3-19）

式中為取整函數(shù)。一般情況下，應(yīng)保證≥=6。對于MXL、XXL和XL型，至少應(yīng)保證≥=4。當(dāng)＜時(shí)，可增大，或不變時(shí)減小節(jié)距。6.計(jì)算實(shí)際中心距468.計(jì)算基準(zhǔn)額定功率

（3-20）

式中——所選型號同步帶在基準(zhǔn)寬度下所允許傳遞的額定功率，單位為kW；——帶寬為時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如表3-21所示；——帶寬為時(shí)的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m，如表3-21所示；——同步帶的線速度，單位為m/s。9.確定實(shí)際所需同步帶寬度

≥（3-21）式中——選定型號的基準(zhǔn)寬度，如表3-21所示；——小帶輪嚙合齒數(shù)系數(shù)，如表3-22所示。由上式求得最小寬度后，根據(jù)表3-11選擇最接近的標(biāo)準(zhǔn)帶寬。8.計(jì)算基準(zhǔn)額定功率4710.帶的工作能力驗(yàn)算用下式來計(jì)算同步帶的額定功率，若結(jié)果滿足≥（帶的設(shè)計(jì)功率），則帶的工作能力合格。

（3-22）式中——嚙合系數(shù)，如表3-22所示；——齒寬系數(shù)，；——基準(zhǔn)帶寬為時(shí)的許用工作拉力，單位為N，如表3-21所示；——帶寬為時(shí)的單位長度的質(zhì)量，單位為kg/m，如表3-21所示；——同步帶的線速度，單位為m/s。

同步帶傳動副的選型與計(jì)算實(shí)例，請參照第六章第一節(jié)有關(guān)內(nèi)容。10.帶的工作能力驗(yàn)算48第四節(jié)滾珠絲杠副的選型與計(jì)算滾珠絲杠副是在絲杠和螺母的滾道之間放入適量的滾珠，使螺紋間產(chǎn)生滾動摩擦。其作用是將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)橹本€運(yùn)動或?qū)⒅本€運(yùn)動轉(zhuǎn)變?yōu)樾D(zhuǎn)運(yùn)動。絲杠或螺母轉(zhuǎn)動時(shí)，帶動滾珠沿螺紋滾道滾動，螺母的螺旋槽兩端設(shè)有滾珠回程引導(dǎo)裝置，滾珠通過此裝置自動返回其入口，形成循環(huán)回路。滾珠絲杠副的外形如圖3-15所示。滾珠絲杠副具有傳動效率高、運(yùn)動平穩(wěn)、使用壽命長等特性，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)設(shè)備、精密儀器和數(shù)控機(jī)床等。滾珠絲杠副由專門工廠制造，當(dāng)型號計(jì)算選定后，可以外購或定制。第四節(jié)滾珠絲杠副的選型與計(jì)算滾珠絲杠副是在49圖3-15滾珠絲杠副的外形圖3-15滾珠絲杠副的外形50一、滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)(GB/T17587-1998)滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)如圖3-16所示。公稱直徑用于標(biāo)識的尺寸值（無公差）。節(jié)圓直徑滾珠與滾珠螺母體及滾珠絲杠位于理論接觸點(diǎn)時(shí)，滾珠球心包絡(luò)的圓柱直徑。節(jié)圓直徑通常與滾珠絲杠的公稱直徑相等。導(dǎo)程滾珠螺母相對滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)2π弧度時(shí)的行程。公稱導(dǎo)程通常用作尺寸標(biāo)識的導(dǎo)程值（無公差）。行程轉(zhuǎn)動滾珠絲杠或滾珠螺母時(shí)，滾珠絲杠或滾珠螺母的軸向位移量。有效行程有指定精度要求的行程部分（即行程加上滾珠螺母體的長度）。此外還有絲杠螺紋外徑、絲杠螺紋底徑、螺母外徑、螺母螺紋底徑、螺母螺紋內(nèi)徑、滾珠直徑、絲杠螺紋全長等。滾珠絲杠副的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)組合如表3-23所示，其中劃橫線的為優(yōu)先級。一、滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)(GB/T17587-199851圖3-16主要尺寸參數(shù)圖3-16主要尺寸參數(shù)52二、滾珠絲杠副的標(biāo)注方法及精度等級1.標(biāo)注方法滾珠絲杠副國家標(biāo)識符號的內(nèi)容如圖3-17a所示。不同生產(chǎn)廠家的標(biāo)注方法略有不同，一般廠商往往省略GB字符，以其產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類型號開頭。以山東濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司的滾珠絲杠副為例，其標(biāo)注方法如圖3-17b所示，結(jié)構(gòu)類型如表3-24所示。2.精度等級根據(jù)GB/T17587.3-1998標(biāo)準(zhǔn)，滾珠絲杠副的精度被分為1、2、3、4、5、7、10七個(gè)等級，其中最高精度為1級，最低精度為10級。不同設(shè)備推薦選用的精度等級如表3-25所示。不同的滾珠絲杠副類型（定位為P型，傳動為T型），需要進(jìn)行的檢驗(yàn)項(xiàng)目如表3-26所示，其每一基準(zhǔn)長度的行程偏差和變動量如表3-27所示。二、滾珠絲杠副的標(biāo)注方法及精度等級53圖3-17滾珠絲杠副的標(biāo)注方法

a)國家標(biāo)識符號b)企業(yè)標(biāo)注示例圖3-17滾珠絲杠副的標(biāo)注方法

a)國家標(biāo)識符號b54三、滾珠絲杠副的支承形式滾珠絲杠副的支承主要用來約束絲杠的軸向竄動，其結(jié)構(gòu)形式可分為四種類型，具體分類及特點(diǎn)如表3-28所示。四、滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊 為了提高滾珠絲杠副的傳動精度和軸向剛度，安裝時(shí)需要消除絲杠與螺母之間的傳動間隙，并對絲杠-螺母進(jìn)行預(yù)緊。單螺母的絲杠副，在出廠前通常采用過盈滾珠預(yù)緊或變導(dǎo)程自預(yù)緊，絲杠與螺母之間幾乎沒有間隙，用戶使用時(shí)不必考慮。對于雙螺母的絲杠副，常用墊片調(diào)整預(yù)緊和螺紋調(diào)整預(yù)緊兩種方式。1．墊片調(diào)整預(yù)緊圖3-18所示為兩種常用的墊片調(diào)整預(yù)緊方式，圖a為壓緊式，圖b為拉緊式。通過調(diào)整墊片3的厚度，可使兩螺母產(chǎn)生軸向位移，從而達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊的目的。該形式結(jié)構(gòu)緊湊、工作可靠、剛度高，修磨墊片的厚度即可控制預(yù)緊量。三、滾珠絲杠副的支承形式55圖3-18墊片調(diào)整預(yù)緊方式a）壓緊式b）拉緊式1—絲杠2—螺母3—墊片4—螺栓5—襯套圖3-18墊片調(diào)整預(yù)緊方式562．螺紋調(diào)整預(yù)緊如圖3-19a所示，螺母3右端帶有凸緣，螺母4左端帶有螺紋，調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)圓螺母2，即可消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，再用圓螺母1鎖緊防松。預(yù)緊后，螺母3和螺母4中滾珠的受力方向相反，如圖3-19b所示，從而消除了軸向間隙。這種方式的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，缺點(diǎn)是不能精確定量調(diào)整。2．螺紋調(diào)整預(yù)緊57圖3-19螺紋調(diào)整預(yù)緊方式1,2—調(diào)整間隙的圓螺母3,4—絲杠的螺母5—螺母座圖3-19螺紋調(diào)整預(yù)緊方式58五、滾珠絲杠副的計(jì)算與選型

1.最大工作載荷的計(jì)算最大工作載荷是指滾珠絲杠副在驅(qū)動工作臺時(shí)所承受的最大軸向力，也叫進(jìn)給牽引力。它包括滾珠絲杠副的走刀抗力、移動部件的重力與作用在導(dǎo)軌上的切削分力所產(chǎn)生的摩擦力。圖3-20為車削外圓時(shí)拖板的受力情況，可以看出，拖板所受載荷與車削力存在以下對應(yīng)關(guān)系：進(jìn)給方向載荷=，橫向載荷=，垂直載荷=。

最大工作載荷的實(shí)驗(yàn)計(jì)算公式如表3-29所示。表中，為進(jìn)給方向載荷，為橫向載荷，為垂直載荷，單位均為N；為移動部件總重力，單位為N；為考慮顛覆力矩影響時(shí)的試驗(yàn)系數(shù)；為導(dǎo)軌的摩擦系數(shù)。五、滾珠絲杠副的計(jì)算與選型59圖3-20車削加工時(shí)拖板的受力分析圖3-20車削加工時(shí)拖板的受力分析60機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書教學(xué)課件第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)613.規(guī)格型號的初選初選滾珠絲杠副的規(guī)格時(shí)，應(yīng)使其額定動載荷≥。當(dāng)滾珠絲杠副在靜態(tài)或低速狀態(tài)下（≤10r/min）長時(shí)間承受工作載荷時(shí)，還應(yīng)使其額定靜載荷≥(2～3)。根據(jù)額定動載荷和額定靜載荷，可從表3-31～表3-33中選擇滾珠絲杠副的規(guī)格型號和有關(guān)參數(shù)。要注意公稱直徑和導(dǎo)程應(yīng)盡量選用優(yōu)先組合，同時(shí)還要滿足控制系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)對導(dǎo)程的要求。4.傳動效率的計(jì)算

滾珠絲杠副的傳動效率一般在0.8～0.9之間，可由下式計(jì)算：＝(3-24)式中——絲杠的螺旋升角，由(/)算得；——摩擦角，一般取10′。3.規(guī)格型號的初選625.剛度的驗(yàn)算

滾珠絲杠副的軸向變形將引起絲杠導(dǎo)程發(fā)生變化，從而影響定位精度和運(yùn)動的平穩(wěn)性。軸向變形主要包括絲杠的拉伸或壓縮變形、絲杠與螺母之間滾道的接觸變形等。（1）絲杠的拉伸或壓縮變形量在總變形量中占的比重較大，可按下式計(jì)算：

＝±±(3-25)式中——絲杠的最大工作載荷，單位為N；——絲杠兩端支承間的距離，單位為mm；——絲杠材料的彈性模量，鋼＝2.1x105MPa；——絲杠按底徑確定的截面積，單位為mm2；——轉(zhuǎn)矩，單位為N·mm；——絲杠按底徑確定的截面慣性矩（），單位為mm4。其中，“+”號用于拉伸，“-”號用于壓縮。由于轉(zhuǎn)矩一般較小，式中第2項(xiàng)在計(jì)算時(shí)可酌情忽略。

5.剛度的驗(yàn)算63（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量可從產(chǎn)品型號中查出，或由下式計(jì)算：無預(yù)緊時(shí)(3-26)有預(yù)緊時(shí)(3-27)式中——滾珠直徑，單位為mm；——滾珠總數(shù)量，＝×圈數(shù)×列數(shù)；——單圈滾珠數(shù)，＝（外循環(huán)），＝（）－3（內(nèi)循環(huán)）；——預(yù)緊力，單位為N。

（2）滾珠與螺紋滾道間的接觸變形量可從產(chǎn)64

當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)軸向工作載荷的1/3時(shí)，值可減小一半左右。（3）剛度驗(yàn)算絲杠的總變形量。一般總變形量不應(yīng)大于機(jī)床規(guī)定的定位精度的一半；也可由絲杠精度等級，先查出基準(zhǔn)長度上允許的行程偏差（參見表3-26與表3-27），再將折算到絲杠總長上的行程偏差與總變形量進(jìn)行比較。當(dāng)超差時(shí)，應(yīng)選用較大公稱直徑的滾珠絲杠副。6.穩(wěn)定性的驗(yàn)算

滾珠絲杠屬于受軸向力的細(xì)長桿，如果軸向負(fù)載過大，則可能產(chǎn)生失穩(wěn)現(xiàn)象。失穩(wěn)時(shí)的臨界載荷應(yīng)滿足：

≥(3-28)式中——臨界載荷，單位為N；——絲杠支承系數(shù)，如表3-34所示；——壓桿穩(wěn)定安全系數(shù)，一般取為2.5～4，垂直安裝時(shí)取小值；——滾珠絲杠兩端支承間的距離，單位為mm。當(dāng)滾珠絲杠副有預(yù)緊力，且預(yù)緊力達(dá)軸向工作載荷65六、滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸1.內(nèi)循環(huán)G、GD系列絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸圖3-21所示為濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的G、GD系列滾珠絲杠副，其安裝聯(lián)接尺寸如表3-31所示。其中，代號1604-3表示公稱直徑=16mm，導(dǎo)程=4mm，滾珠循環(huán)列數(shù)為3。2.外循環(huán)CM、CDM系列絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸圖3-22所示為濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的CM、CDM系列滾珠絲杠副，其安裝聯(lián)接尺寸如表3-32所示。六、滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸663．FL、LL系列滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸圖3-23所示為啟東潤澤機(jī)床附件有限公司生產(chǎn)的FL、LL系列滾珠絲杠副，其中FL為雙螺母螺帽預(yù)緊浮動反向器內(nèi)循環(huán)式滾珠絲杠副，LL為雙螺母螺旋槽式螺帽預(yù)緊外循環(huán)式滾珠絲杠副。兩種絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸完全相同，如表3-33所示。3．FL、LL系列滾珠絲杠副的安裝聯(lián)接尺寸67圖3-21G、GD系列滾珠絲杠副a）G系列b）GD系列圖3-21G、GD系列滾珠絲杠副68圖3-22CM、CDM系列滾珠絲杠副a）CM系列b）CDM系列圖3-22CM、CDM系列滾珠絲杠副69圖3-23FL、LL系列滾珠絲杠副圖3-23FL、LL系列滾珠絲杠副70第五節(jié)直線滾動導(dǎo)軌副的選型與計(jì)算直線滾動導(dǎo)軌副具有摩擦系數(shù)小、不易爬行、便于安裝和預(yù)緊、結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于精密機(jī)床、數(shù)控機(jī)床和測量儀器等。其缺點(diǎn)是抗振性較差、成本較高。直線滾動導(dǎo)軌副的外形如圖3-24所示。第五節(jié)直線滾動導(dǎo)軌副的選型與計(jì)算直線滾動71圖3-24直線滾動導(dǎo)軌副的外形圖3-24直線滾動導(dǎo)軌副的外形72

一、直線滾動導(dǎo)軌副的工作原理與裝配方式圖3-25直線滾動導(dǎo)軌副的裝配直線滾動導(dǎo)軌副由導(dǎo)軌和滑塊兩部分組成，如圖3-24和圖3-25所示。一般滑塊中裝有兩組滾珠，當(dāng)滾珠從工作軌道滾到滑塊端部時(shí)，會經(jīng)端面擋板和滑塊中的返回軌道返回，在導(dǎo)軌和滑塊之間的滾道內(nèi)循環(huán)滾動。裝配時(shí)常將兩根導(dǎo)軌固定在支承件上，每根導(dǎo)軌上一般有兩個(gè)滑塊，滑塊固定在移動件上。若移動件較長，可在一根導(dǎo)軌上裝兩個(gè)以上的滑塊；若移動件較寬，可選用兩根以上的導(dǎo)軌。兩根導(dǎo)軌中，一根為基準(zhǔn)導(dǎo)軌，另一根為從動導(dǎo)軌，基準(zhǔn)導(dǎo)軌上有基準(zhǔn)面A，其上滑塊有基準(zhǔn)面B。安裝時(shí)先固定基準(zhǔn)導(dǎo)軌，之后以基準(zhǔn)導(dǎo)軌校正從動導(dǎo)軌，達(dá)到裝配要求時(shí)再緊固從動導(dǎo)軌。一、直線滾動導(dǎo)軌副的工作原理與裝配方式73圖3-25直線滾動導(dǎo)軌副的裝配圖3-25直線滾動導(dǎo)軌副的裝配74二、直線滾動導(dǎo)軌副的標(biāo)注方法及導(dǎo)軌長度系列1.標(biāo)注方法

不同廠家的標(biāo)注方法略有不同。濟(jì)寧博特精密絲杠制造有限公司生產(chǎn)的導(dǎo)軌副標(biāo)注示例如圖3-26所示。2.導(dǎo)軌長度系列導(dǎo)軌長度系列一般由廠家給出，濟(jì)寧博特公司生產(chǎn)的JSA型導(dǎo)軌的標(biāo)準(zhǔn)長度系列如表3-35所示。二、直線滾動導(dǎo)軌副的標(biāo)注方法及導(dǎo)軌長度系列75圖3-26直線滾動導(dǎo)軌副標(biāo)注示例圖3-26直線滾動導(dǎo)軌副標(biāo)注示例76三、直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型1.工作載荷的計(jì)算工作載荷是影響導(dǎo)軌副使用壽命的重要因素。對于水平布置的十字工作臺，多采用雙導(dǎo)軌、四滑塊的支承形式。常見的工作臺受力情況如圖3-27所示，任一滑塊所受到的工作載荷可由以下公式進(jìn)行計(jì)算：

(3-29)

(3-30)

三、直線滾動導(dǎo)軌副的計(jì)算與選型77

(3-31)

(3-32)式中～——滑塊上的工作載荷，單位為kN；——垂直于工作臺面的外加載荷，單位為kN；——工作臺的重力，單位為kN；圖3-27工作臺受力示意圖——距離尺寸，單位為mm。

78圖3-27工作臺受力示意圖圖3-27工作臺受力示意圖792.距離額定壽命的計(jì)算

直線滾動導(dǎo)軌副的壽命計(jì)算，是以在一定載荷下行走一定距離后，90％的支承不發(fā)生點(diǎn)蝕為依據(jù)。這個(gè)載荷稱為額定動載荷，該行走距離稱為距離額定壽命。滾動體不同時(shí)，距離額定壽命的計(jì)算公式也不同。滾動體為球時(shí)：(3-33)滾動體為滾子時(shí)：(3-34)2.距離額定壽命的計(jì)算80式中——距離額定壽命，單位為km；——額定動載荷，單位為kN；——滑塊上的工作載荷，單位為kN；——硬度系數(shù)，如表3-36所示；——溫度系數(shù)，如表3-37所示；——接觸系數(shù)，如表3-38所示；——精度系數(shù)，如表3-39所示；——載荷系數(shù)，如表3-40所示。式中813.小時(shí)額定壽命的計(jì)算根據(jù)距離額定壽命，可以計(jì)算出導(dǎo)軌副的小時(shí)額定壽命，計(jì)算公式為：

(3-35)式中——壽命時(shí)間，單位為h；——距離額定壽命，單位為km；——移動件行程長度，單位為m；——移動件每分鐘往復(fù)次數(shù)。4.產(chǎn)品選型從產(chǎn)品樣本中選定導(dǎo)軌副的型號后，可根據(jù)給定的額定動載荷計(jì)算出導(dǎo)軌副的距離額定壽命和小時(shí)額定壽命。常見的球?qū)к壘嚯x期望壽命為50km，滾子導(dǎo)軌為100km。若所得結(jié)果大于導(dǎo)軌的預(yù)期壽命，則初選的型號滿足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)然，也可先給出導(dǎo)軌副的期望壽命，再反推出額定動載荷，據(jù)此選擇合適的型號。當(dāng)滾動導(dǎo)軌的工作速度較低、靜載荷較大時(shí)，選型時(shí)還應(yīng)考慮相應(yīng)的額定靜載荷不小于工作靜載荷的兩倍。3.小時(shí)額定壽命的計(jì)算82四、直線滾動導(dǎo)軌副的安裝聯(lián)接尺寸安裝聯(lián)接尺寸一般由廠家提供。以濟(jì)寧博特公司的產(chǎn)品為例，圖3-28所示為JSA-KL型直線滾動導(dǎo)軌副，其尺寸參數(shù)如表3-41所示；圖3-29所示為JSA-ZL型直線滾動導(dǎo)軌副，其尺寸參數(shù)如表3-42所示。四、直線滾動導(dǎo)軌副的安裝聯(lián)接尺寸83圖3-28JSA-KL型直線滾動導(dǎo)軌副圖3-28JSA-KL型直線滾動導(dǎo)軌副84圖3-29JSA-ZL型直線滾動導(dǎo)軌副圖3-29JSA-ZL型直線滾動導(dǎo)軌副85第六節(jié)聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器是一種常用的機(jī)械傳動裝置，主要用來聯(lián)接軸與軸（或連接軸與其它回轉(zhuǎn)零件）以傳遞運(yùn)動和轉(zhuǎn)矩。此外，聯(lián)軸器還具有補(bǔ)償兩軸相對位移、緩沖和減振以及安全防護(hù)等功能。由于制造及安裝誤差等的影響，通?？筛鶕?jù)對各種相對位移有無補(bǔ)償能力，將聯(lián)軸器分為剛性聯(lián)軸器（無補(bǔ)償能力）和撓性聯(lián)軸器（有補(bǔ)償能力）兩類。第六節(jié)聯(lián)軸器的選用聯(lián)軸器是一種常用的機(jī)械傳86一、剛性套筒式聯(lián)軸器

圖3-30所示為套筒式聯(lián)軸器的幾種結(jié)構(gòu)。套筒式聯(lián)軸器結(jié)構(gòu)簡單，徑向尺寸小，但裝拆困難，且要求兩軸軸線嚴(yán)格對中，使用受到一定限制。其中圖a結(jié)構(gòu)簡單，但錐銷防松不太可靠。圖b加工、安裝均容易，但消除周向間隙不可靠。圖c完全靠摩擦力傳遞轉(zhuǎn)矩，結(jié)構(gòu)簡單，安裝容易，但傳遞轉(zhuǎn)矩不大。一、剛性套筒式聯(lián)軸器87圖3-30套筒式聯(lián)軸器

a）錐銷聯(lián)接式：1—圓錐銷2—套筒3—軸b）鍵聯(lián)接式：1—軸2—鍵3—緊定螺釘4—套筒

c）螺栓緊固聯(lián)接式：1—軸2—內(nèi)六角螺栓3—套筒4—壓塊圖3-30套筒式聯(lián)軸器88二、撓性聯(lián)軸器圖3-31所示的無鍵聯(lián)接撓性聯(lián)軸器，是機(jī)床進(jìn)給傳動中廣泛采用的一種無間隙傳動聯(lián)軸器。它不僅可簡化聯(lián)接結(jié)構(gòu)，降低噪音，而且對消除傳動間隙，提高傳動剛度都有利，主要用于傳遞較大轉(zhuǎn)矩的場合。當(dāng)傳遞小轉(zhuǎn)矩時(shí)，如電動機(jī)與光電編碼器之間的聯(lián)接，可選用小型的聯(lián)軸器。如長春光機(jī)數(shù)顯技術(shù)有限責(zé)任公司生產(chǎn)的小型撓性聯(lián)軸器，其參數(shù)如表3-43所示。二、撓性聯(lián)軸器89圖3-31撓性聯(lián)軸器1—壓圈2—聯(lián)軸器具3，5—球面墊圈4—柔性片6—錐環(huán)圖3-31撓性聯(lián)軸器90三、聯(lián)軸器選用一般聯(lián)軸器的選用依據(jù)是其工作條件和結(jié)構(gòu)形式。在選型時(shí)主要考慮以下幾點(diǎn)：1.選擇聯(lián)軸器的類型根據(jù)傳遞的轉(zhuǎn)矩大小和轉(zhuǎn)速高低，以及對緩沖和振動的要求，參考各類聯(lián)軸器的特點(diǎn)，選擇適用的聯(lián)軸器類型。2.計(jì)算聯(lián)軸器的轉(zhuǎn)矩傳動軸上的公稱轉(zhuǎn)矩T(N·m)可用下式進(jìn)行計(jì)算：

(3-36)式中P——傳遞的功率(kW)；——軸的轉(zhuǎn)速（r/min）。實(shí)際計(jì)算時(shí),應(yīng)將公稱轉(zhuǎn)矩T乘以工作情況系數(shù)KA，得到計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca=KA×T。工作情況系數(shù)KA

如表3-44所示。三、聯(lián)軸器選用913.確定聯(lián)軸器的型號根據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)矩Tca及所選的聯(lián)軸器類型，在聯(lián)軸器的標(biāo)準(zhǔn)中按照Tca≤[T

]

(3-37)的條件確定聯(lián)軸器的型號。式中，[T]為所選型號聯(lián)軸器的許用轉(zhuǎn)矩。4.校核最高轉(zhuǎn)速聯(lián)軸器工作過程中的最高轉(zhuǎn)速n，不應(yīng)超過其允許的最高轉(zhuǎn)速nmax，即：n≤nmax5.協(xié)調(diào)軸孔直徑多數(shù)情況下，每一型號聯(lián)軸器適用軸的直徑均有一個(gè)范圍，被聯(lián)接兩軸的直徑應(yīng)當(dāng)在此范圍之內(nèi)。3.確定聯(lián)軸器的型號92另外，還要根據(jù)所選聯(lián)軸器允許的軸的相對位移偏差，規(guī)定部件相應(yīng)的安裝精度。使用有非金屬彈性元件的聯(lián)軸器時(shí)，還應(yīng)注意聯(lián)軸器所在部位的工作溫度不要超過該材料所允許的最高溫度。另外，還要根據(jù)所選聯(lián)軸器允許的軸的相對位移93在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：教材其余課件及動畫素材請查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187或者直接輸入下面地址：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http://www.shangfuwang94第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算第二節(jié)齒輪傳動副的選用第三節(jié)同步帶傳動副的選型與計(jì)算第四節(jié)滾珠絲杠副的選型與計(jì)算第五節(jié)直線滾動導(dǎo)軌副的選型與計(jì)算第六節(jié)聯(lián)軸器的選用第三章機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械部件設(shè)計(jì)第一節(jié)切削力的分析與計(jì)95第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算一、車削力及車削功率的分析與計(jì)算1．車削力的分析與計(jì)算車削外圓時(shí)的切削抗力如圖3-1所示。主切削力與切削速度的方向一致，且垂直向下，這是計(jì)算車床主軸電動機(jī)切削功率的依據(jù)；背向切削力與進(jìn)給方向（即工件軸線方向）相垂直，對加工精度的影響較大；進(jìn)給切削力與進(jìn)給方向平行且指向相反。第一節(jié)切削力的分析與計(jì)算一、車削力及車削功率的分析與計(jì)算96圖3-1車削力的分析圖3-1車削力的分析97在上述三個(gè)分力中，值最大，約為（0.15～0.7），約為（0.1～0.6）。單位切削面積上的切削力稱為單位切削力,用（N/mm2）表示：式中——主切削力，單位為N；AD——切削層公稱橫截面積，單位為mm2；——背吃刀量，單位為mm；——每轉(zhuǎn)進(jìn)給量，單位為mm/r；——切削層公稱厚度，單位為mm；——切削層公稱寬度，單位為mm。（3-1）在上述三個(gè)分力中，值最大，約為（0.15～098若已知單位切削力，則可通過式（3-1）計(jì)算切削力。為了計(jì)算方便，在生產(chǎn)實(shí)際中，一般常用以下經(jīng)驗(yàn)公式來估算切削力：

（3-2）式中——與被加工材料和切削條件相關(guān)的切削力系數(shù)，如表3-1所示；——分別為三個(gè)分力公式中，背吃刀量,進(jìn)給量和切削速度的指數(shù)，如表3-1所示；若已知單位切削力，則可通過式（3-199——當(dāng)實(shí)際加工條件與經(jīng)驗(yàn)公式的實(shí)驗(yàn)條件不相符時(shí)，各種影響因素對各切削分力的修正系數(shù)的乘積,即，如表3-2、表3-3所示；——切削速度，單位為m/min，常用切削用量選用如表3-4所示。——當(dāng)實(shí)際加工100表3-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)注：1.成形切削深度不大、形狀不復(fù)雜的輪廓時(shí)，切削力減小10%～15%；2.鋼和鑄鐵的力學(xué)性能改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)kMF可按照表3-2進(jìn)行計(jì)算；3.車刀的幾何參數(shù)改變時(shí)，切削力的修正系數(shù)見表3-3。表3-1車削力公式中的系數(shù)和指數(shù)注：1.成形切削深度不101表3-2鋼和鑄鐵的強(qiáng)度或硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)kMF表3-2鋼和鑄鐵的強(qiáng)度或硬度改變時(shí)切削力的修正系數(shù)kMF102表3-3加工鋼或鑄鐵刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)表3-3加工鋼或鑄鐵刀具幾何參數(shù)改變時(shí)切削力的修正系數(shù)103表3-4國產(chǎn)焊接和可轉(zhuǎn)位車刀切削用量選用參考表表3-4國產(chǎn)焊接和可轉(zhuǎn)位車刀切削用量選用參考表1042.車削功率的分析與計(jì)算消耗在切削過程中的功率稱為切削功率，用（單位為kW）表示。因?yàn)樵诒诚蛄Ψ较虍a(chǎn)生的位移極小，可忽略不計(jì)，所以可以近似認(rèn)為不做功，則切削功率為切削力和進(jìn)給力做功所消耗的功率之和：

（3-3）

式中——切削力，單位為N；——切削速度，單位為m/s；——進(jìn)給力，單位為N；——工件轉(zhuǎn)速，單位為r/s；——進(jìn)給量，單位為mm/r。2.車削功率的分析與計(jì)算105式中括號內(nèi)第二項(xiàng)是消耗的功率，與第一項(xiàng)相比很?。ㄒ话阈∮?%），可忽略不計(jì)，因此可以認(rèn)為：

（3-4）根據(jù)切削功率選擇機(jī)床主電動機(jī)時(shí)，還要考慮機(jī)床的傳動效率。機(jī)床主電動機(jī)的功率應(yīng)為：≥（3-5）式中——機(jī)床傳動效率，一般取0.70～0.85。式中括號內(nèi)第二項(xiàng)是消耗的功率，與第一項(xiàng)相比106二、銑削力及銑削功率的分析與計(jì)算銑削是被廣泛使用的一種切削加工方法，它用于加工平面、臺階面、溝槽、成形表面以及切斷等。本節(jié)以幾種典型銑刀為例，說明銑削力和銑削功率的分析計(jì)算方法。二、銑削力及銑削功率的分析與計(jì)算1071.銑削用量、進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)銑削用量及銑削參數(shù)，有以下幾個(gè)方面，如圖3-2所示。（1）背吃刀量在通過切削刃基點(diǎn)并垂直于工作平面的方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為切削層深度；圓柱銑削時(shí)，為被加工表面的寬度。（2）側(cè)吃刀量在平行于工作平面并垂直于切削刃基點(diǎn)的進(jìn)給運(yùn)動方向上測量的吃刀量。立銑和端銑時(shí)，為被加工表面的寬度；圓柱銑削時(shí)，為切削層深度。（3）每齒進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)過一齒相對工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，單位為mm/z。1.銑削用量、進(jìn)給運(yùn)動參數(shù)108（4）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對工件在進(jìn)給運(yùn)動方向上的位移量，單位為mm/r。（5）進(jìn)給速度指銑刀切削刃基點(diǎn)相對工件的進(jìn)給運(yùn)動的瞬時(shí)速度，單位為mm/min。（6）銑刀齒數(shù)Z。（7）銑刀直徑單位為mm。（8）銑刀轉(zhuǎn)速單位為r/min。（4）每轉(zhuǎn)進(jìn)給量指銑刀每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)相對工件109圓柱銑削又分為逆銑和順銑兩種，當(dāng)銑刀的旋轉(zhuǎn)方向與工件的進(jìn)給方向相反時(shí)稱為逆銑，相同時(shí)稱為順銑，如圖3-3所示。圖3-2銑削用量a）立銑b）圓柱銑削c）端銑圓柱銑削又分為逆銑和順銑兩種，當(dāng)銑刀的110圖3-3逆銑和順銑a）逆銑b）順銑圖3-3逆銑和順銑1112.銑削力的分析與計(jì)算銑削加工時(shí)，每個(gè)銑刀齒所受切削力的大小和方向都在不斷變化，為了便于分析，可假定各刀齒上的總切削力F作用在某一個(gè)刀齒上，如圖3-4所示。并根據(jù)需要，將力F分解為三個(gè)相互垂直的分力：（1）主切削力總切削力F在銑刀主運(yùn)動方向上的分力，即沿銑刀外圓切線方向上的分力，是主要消耗功率的力。（2）垂直切削力在工作平面內(nèi)，總切削力F在垂直于主運(yùn)動方向上的分力，即沿銑刀半徑方向的力，它使刀桿產(chǎn)生彎曲。（3）背向力總切削力F在垂直于工作平面上的分力，即沿銑刀軸線方向的力。2.銑削力的分析與計(jì)算112圖3-4銑削力的分析a）圓柱形銑刀銑削力b）面銑刀銑削力圖3-4銑削力的分析113在設(shè)計(jì)機(jī)床與夾具時(shí)，為了方便測量，通常將作用在工件上的總切削力F＇（與F大小相等，方向相反），沿機(jī)床工作臺的運(yùn)動方向分解為三個(gè)力：（1）進(jìn)給力總切削力F＇在縱向進(jìn)給方向上的分力。（2）橫向進(jìn)給力總切削力F＇在橫向進(jìn)給方向上的分力。（3）垂直進(jìn)給力總切削力F＇在垂直進(jìn)給方向上的分力。銑削時(shí)，各進(jìn)給力和切削力具有一定的比例關(guān)系，如表3-5所示，如果求出了，便可計(jì)算出、和三個(gè)分力。銑刀總切削力的大小為：

(3-6)在設(shè)計(jì)機(jī)床與夾具時(shí)，為了方便測量，通常將作用在工件上的114與車削相似，圓柱形銑刀和面銑刀的銑削力可按表3-6和表3-7所列出的實(shí)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。當(dāng)加工材料性能不同時(shí)，F(xiàn)c需要乘上修正系數(shù)kMF，如表3-2所示。與車削相似，圓柱形銑刀和面銑刀的銑削力可按表3-6和表1153.銑削功率的分析與計(jì)算銑削過程中消耗的功率主要按圓周銑削力和銑削速度進(jìn)行計(jì)算：＝（3-7）進(jìn)給運(yùn)動也消耗一些功率，一般情況下，≤0.15，所以總的銑削功率＝+≤1.15，由此可估