機電一化技術講課件

1、機電一化技術講n1.1.旋轉支承的類型與選擇旋轉支承的類型與選擇n1 1）旋轉支承的種類及基本要求）旋轉支承的種類及基本要求n2 2）圓柱支承）圓柱支承-運動學式圓柱支撐運動學式圓柱支撐n3）圓錐支承圓錐支承 n4）填人式滾動支承填人式滾動支承 n5 5）其它支承）其它支承n2. .頂針支承頂針支承n3.3.刀口支承刀口支承n4.4.彈性支承彈性支承機電一化技術講本次課程內容n2.5軸系部件的設計與選擇軸系部件的設計與選擇n一、軸系設計的基本要求一、軸系設計的基本要求了解了解n二、軸二、軸(主軸主軸)系用軸承的類型與選擇系用軸承的類型與選擇-靜壓軸承、靜壓軸承、磁懸浮軸承工作原理磁懸浮軸承工作

2、原理 -掌握掌握n三、提高軸系性能的措施三、提高軸系性能的措施熟悉熟悉n2.6機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品或產(chǎn)品)的機座或機架的機座或機架n1機座或機架的作用及基本要求機座或機架的作用及基本要求 了解了解n2機座或機架的結構設計要點機座或機架的結構設計要點 n鑄造機座的設計鑄造機座的設計 -保證自身剛度的措施保證自身剛度的措施 n焊接機架的設計焊接機架的設計 機電一化技術講2.4軸系部件的設計與選擇 n2.4.12.4.1軸系設計的基本要求軸系設計的基本要求 n軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成軸系由軸及安裝在軸上的齒輪、帶輪等傳動部件組成. .有有主主軸軸系軸軸系和和中間

3、傳動軸軸系中間傳動軸軸系。軸系的主要。軸系的主要作用作用是是傳遞轉矩傳遞轉矩、傳傳動精確的回轉運動動精確的回轉運動，它直接承受外力，它直接承受外力(力矩力矩)。n中間軸系：要求不高。中間軸系：要求不高。n主軸系：完成主要的作用，要求很高。主軸系：完成主要的作用，要求很高。n(1)(1)旋轉精度：旋轉精度：無負載低轉速下，徑向跳動和軸向竄動無負載低轉速下，徑向跳動和軸向竄動。n(2)(2)剛度剛度 ：抵抗靜、動載荷的能力抵抗靜、動載荷的能力n(3)(3)抗振性抗振性 ：強迫振動、自激振動。強迫振動、自激振動。n(4)(4)熱變形熱變形 ： n(5)(5)軸上零件的布置軸上零件的布置 ：卸荷式結構

4、、齒輪靠向軸端、避免彎曲的重疊。卸荷式結構、齒輪靠向軸端、避免彎曲的重疊。彎矩、 轉矩撓度、 扭轉角抗彎剛度、抗扭剛度機電一化技術講軸上零件的布置得比較變形量小變形量大機電一化技術講2.4.22.4.2軸軸(主軸主軸)系用軸承的類型與選擇系用軸承的類型與選擇 n1標準滾動軸承標準滾動軸承 n滾動軸承已標準化系列化，有滾動軸承已標準化系列化，有向心軸承向心軸承、向心推向心推力軸承力軸承和和推力軸承推力軸承，共十種類型。在軸承設計中應，共十種類型。在軸承設計中應根據(jù)承載的大小、旋轉精度、剛度、轉速等要求選根據(jù)承載的大小、旋轉精度、剛度、轉速等要求選用合適的軸承類型。用合適的軸承類型。(1)深溝球軸

5、承深溝球軸承 ：軸系用球軸承有軸系用球軸承有單列向單列向心球軸承心球軸承,一般不能承受軸向力，且間隙不一般不能承受軸向力，且間隙不能調整，常用于旋轉精度和剛度要求不高能調整，常用于旋轉精度和剛度要求不高的場合。的場合。角接觸球軸承角接觸球軸承既能承受徑向載荷既能承受徑向載荷也能承受軸向載荷，并且可以通過內外圈也能承受軸向載荷，并且可以通過內外圈之間的相對位移來調整間隙。因此在輕載之間的相對位移來調整間隙。因此在輕載時應用廣泛。時應用廣泛。機電一化技術講(2)雙列向心短圓柱滾子軸承 n如圖中如圖中(a)為較為常見的系列軸承，其為較為常見的系列軸承，其滾道開在內圈上；圖中滾道開在內圈上；圖中(b)

6、為系列軸承，為系列軸承，其滾道開在外圈上。其滾道開在外圈上。n此兩類軸承的圓柱滾子數(shù)目多、密度此兩類軸承的圓柱滾子數(shù)目多、密度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度大，分兩列交叉排列，旋轉時支承剛度變化較小，內圈上均有變化較小，內圈上均有1:12的錐孔與帶的錐孔與帶錐度的軸頸配合，內圈相對于軸頸作軸錐度的軸頸配合，內圈相對于軸頸作軸向移動時，內圈被漲大，從而可調整軸向移動時，內圈被漲大，從而可調整軸承的徑向間隙或實現(xiàn)預緊。因此，其承承的徑向間隙或實現(xiàn)預緊。因此，其承載能力大、支承剛度高，但只能承受徑載能力大、支承剛度高，但只能承受徑向載荷，與其它推力軸承組合使用，可向載荷，與其它推力軸承組合使用，

7、可用于較大載荷、較高轉速場合。用于較大載荷、較高轉速場合。機電一化技術講(3)圓錐滾子軸承 n如圖所示為如圖所示為35000系列雙向圓錐系列雙向圓錐滾子軸承。它由外圈滾子軸承。它由外圈1、內圈、內圈4和和5、隔圈、隔圈2及圓錐滾子及圓錐滾子3組成。外組成。外圈一側有凸沿，這樣可將箱體座圈一側有凸沿，這樣可將箱體座孔設計成通孔，修磨隔套孔設計成通孔，修磨隔套2的厚的厚度便可實現(xiàn)間隙調整和預緊。該度便可實現(xiàn)間隙調整和預緊。該軸承能承受較大載荷，用其代替軸承能承受較大載荷，用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承，則短圓柱滾子軸承和推力軸承，則剛度提高，雖極限轉速有所降低，剛度提高，雖極限轉速有所降低，但仍

8、能達到高精度的要求。但仍能達到高精度的要求。 機電一化技術講(4)推力軸承 n5100系列系列(單向單向)和和5200系列系列(雙向雙向)推推力球軸承，其軸向承載能力很強，支承力球軸承，其軸向承載能力很強，支承剛度很大，但極限轉速較低，運動噪聲剛度很大，但極限轉速較低，運動噪聲較大。新發(fā)展起來的較大。新發(fā)展起來的23000系列為系列為60接觸角雙列推力球軸承。其結構如圖所接觸角雙列推力球軸承。其結構如圖所示。它由內圈示。它由內圈1、滾珠、滾珠2、外圈、外圈3和隔套和隔套4組成，其外徑與同軸頸的軸承相同，但組成，其外徑與同軸頸的軸承相同，但外徑公差帶在零線以下，因此與箱體座外徑公差帶在零線以下，

9、因此與箱體座孔配合較松，目的在于不承受徑向載荷，孔配合較松，目的在于不承受徑向載荷，僅承受軸向推力。修磨隔套僅承受軸向推力。修磨隔套4可實現(xiàn)軸承可實現(xiàn)軸承間隙的調整和預緊。它與雙列向心短圓間隙的調整和預緊。它與雙列向心短圓柱滾子軸承的組合配套使用獲得廣泛應柱滾子軸承的組合配套使用獲得廣泛應用。用。 機電一化技術講機電一化技術講2非標滾動軸承 n主要應用于高精度小尺寸或特殊要求的場合主要應用于高精度小尺寸或特殊要求的場合. .n圖中圖中(a)與與(b)具有杯形外圈而沒有內圈的微型滾動軸承具有杯形外圈而沒有內圈的微型滾動軸承 。由螺母、彈簧調整間隙。由螺母、彈簧調整間隙。n圖中圖中(c)采用碟形墊

10、圈來消除軸承間隙，墊圈的作用力比采用碟形墊圈來消除軸承間隙，墊圈的作用力比作用在軸承上的最大軸向力大作用在軸承上的最大軸向力大23倍。倍。 機電一化技術講精密分度頭主軸系統(tǒng) 密珠軸承密珠軸承 :滾珠數(shù)量多且接近于多滾珠數(shù)量多且接近于多頭螺旋排列。由于密集頭螺旋排列。由于密集的鋼珠有誤差平均效應，的鋼珠有誤差平均效應，減小了局部誤差對主軸減小了局部誤差對主軸軸心位置的影響，故主軸心位置的影響，故主軸回轉精度有所提高；軸回轉精度有所提高；每個鋼珠公轉時沿著自每個鋼珠公轉時沿著自己的滾道滾動而不相重己的滾道滾動而不相重復，減小了滾道的磨損，復，減小了滾道的磨損，主軸回轉精度可長期保主軸回轉精度可長期

11、保持。持。 但過多的增加鋼珠會增但過多的增加鋼珠會增大摩擦力矩。大摩擦力矩。 機電一化技術講3靜壓軸承 n滑動軸承阻尼性能好、支承精度高、具有滑動軸承阻尼性能好、支承精度高、具有良好的抗振性和運動平穩(wěn)性。良好的抗振性和運動平穩(wěn)性。n按照液體介質的不同，有按照液體介質的不同，有液體滑動軸承液體滑動軸承和和氣體滑動軸承氣體滑動軸承兩大類。兩大類。n按油膜和氣膜壓強的形成方法又有按油膜和氣膜壓強的形成方法又有動壓動壓、靜壓靜壓和和動靜壓相結合動靜壓相結合的軸承之分。的軸承之分。n動壓軸承動壓軸承: :軸旋轉時介質被帶入軸與軸承之間軸旋轉時介質被帶入軸與軸承之間。承載能力。承載能力與線速度有關。（形成

12、油楔），適用于高速。與線速度有關。（形成油楔），適用于高速。n靜壓軸承靜壓軸承:外部的裝置供給有一定壓力的介質外部的裝置供給有一定壓力的介質.剛度大、精剛度大、精度高、抗震性能好、摩擦阻力小。適用于各種速度。度高、抗震性能好、摩擦阻力小。適用于各種速度。機電一化技術講液體靜壓軸承工作原理 節(jié)流器 機電一化技術講不考慮軸的重量時n四個節(jié)流器的液阻相等，四個節(jié)流器的液阻相等，n即即Rg1Rg2Rg3Rg4Rg0，n油腔油腔1、2、3、4的壓力相等的壓力相等n即即Pr1Pr2Pr3Pr4Pr0，主軸被一層，主軸被一層油膜隔開，油膜厚度為油膜隔開，油膜厚度為h0。n軸和軸套中心重合。軸和軸套中心重合。

13、 機電一化技術講考慮軸的徑向載荷W(軸的重量)作用時 n軸心軸心O移至移至O1，位移為，位移為e，各個油腔壓力就，各個油腔壓力就發(fā)生變化，油腔發(fā)生變化，油腔1的間隙增大、其液阻的間隙增大、其液阻Rh1減小，油腔壓力減小，油腔壓力Pr1降低；油腔降低；油腔2卻相反；卻相反；油腔油腔3、4壓力相等。若油腔壓力相等。若油腔1、2的油壓變的油壓變化而產(chǎn)生的壓力差能滿足化而產(chǎn)生的壓力差能滿足Pr2一一Pr1WA(A為每個油腔有效承載面積，設四個油為每個油腔有效承載面積，設四個油腔面積相等腔面積相等)，主軸便處于新的平衡位置，主軸便處于新的平衡位置，即軸向下位移很小的距離即軸向下位移很小的距離e，但，但e

14、RRh1h1，故油腔壓力，故油腔壓力p pr2r2ppr1r1。當節(jié)流器液阻同時發(fā)。當節(jié)流器液阻同時發(fā)生變化，即生變化，即R Rg2g2RRg1g1，這時的，這時的p pr2r2p pr1r1，向上的推力很大，軸的位移可以很，向上的推力很大，軸的位移可以很小，趨近于零，即剛度趨向無窮大。小，趨近于零，即剛度趨向無窮大。hgsRRprp12221111;1hgsrhgsrRRppRRpp2021011;1hgsrhgsrRRppRRpp機電一化技術講節(jié)流器 n節(jié)流器的作用是調節(jié)支承中各油腔的壓力，以適應各自的節(jié)流器的作用是調節(jié)支承中各油腔的壓力，以適應各自的不同載荷；不同載荷； n節(jié)流器的種類：

15、常用的有小孔節(jié)流器的種類：常用的有小孔(孔徑遠大于孔長孔徑遠大于孔長)節(jié)流器、節(jié)流器、毛細管毛細管(孔長遠大于孔徑孔長遠大于孔徑)節(jié)流器、薄膜反饋節(jié)流器。節(jié)流器、薄膜反饋節(jié)流器。n小孔節(jié)流器：小孔節(jié)流器：n優(yōu)點：尺寸小、結構簡單、剛度大優(yōu)點：尺寸小、結構簡單、剛度大 ；n缺點：對溫度敏感。缺點：對溫度敏感。n毛細管節(jié)流器：毛細管節(jié)流器：n優(yōu)點：對溫度不敏感，工作穩(wěn)定；優(yōu)點：對溫度不敏感，工作穩(wěn)定；n缺點：占用空間大。缺點：占用空間大。n薄膜反饋節(jié)流器：可變節(jié)流器薄膜反饋節(jié)流器：可變節(jié)流器固定節(jié)流器固定節(jié)流器機電一化技術講薄膜反饋節(jié)流器n工作原理工作原理機電一化技術講4磁懸浮軸承 基準信號基準信

16、號調節(jié)器調節(jié)器功率放大器功率放大器功率放大器功率放大器機電一化技術講2.4.3提高軸系性能的措施 n1提高軸系的旋轉精度提高軸系的旋轉精度n軸承軸承(如主軸如主軸)的旋轉精度中的的旋轉精度中的徑向跳動徑向跳動主要原因：主要原因：n被測表面的幾何形狀誤差；被測表面的幾何形狀誤差；n被測表面對旋轉軸線的偏心；被測表面對旋轉軸線的偏心；n旋轉軸線在旋轉過程中的徑向漂移等因素引起。旋轉軸線在旋轉過程中的徑向漂移等因素引起。n軸系軸端的軸系軸端的軸向竄動軸向竄動主要原因：主要原因：n被測端面的幾何形狀誤差；被測端面的幾何形狀誤差；n被測端面對軸心線的不垂直度；被測端面對軸心線的不垂直度；n旋轉軸線的軸向

17、竄動等三項誤差引起。旋轉軸線的軸向竄動等三項誤差引起。n提高其旋轉精度的提高其旋轉精度的主要措施主要措施：n提高軸頸與架體提高軸頸與架體(或箱體或箱體)支承的加工精度；支承的加工精度；n用用選配法選配法提高軸承裝配與預緊精度；提高軸承裝配與預緊精度；n軸系組件裝配后對輸出端軸的外徑、端面及內孔通軸系組件裝配后對輸出端軸的外徑、端面及內孔通過互為基準進行精加工。過互為基準進行精加工。 機電一化技術講2提高軸系組件的抗振性 n提高其提高其抗振性抗振性的主要措施有：的主要措施有：n提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼，通過提高軸系組件的固有振動頻率、剛度和阻尼，通過計算或試驗來預測其固有振動頻率，

18、當阻尼很小時，計算或試驗來預測其固有振動頻率，當阻尼很小時，應使其固有振動頻率遠離強迫振動頻率，以防止共振。應使其固有振動頻率遠離強迫振動頻率，以防止共振。一般講，剛度越高、阻尼越大，則激起的振幅越??；一般講，剛度越高、阻尼越大，則激起的振幅越??；n消除或減少強迫振動振源的干擾作用。構成軸系的消除或減少強迫振動振源的干擾作用。構成軸系的主要零部件均應進行靜態(tài)和動態(tài)平衡，選用傳動平穩(wěn)主要零部件均應進行靜態(tài)和動態(tài)平衡，選用傳動平穩(wěn)的傳動件、對軸承進行合理預緊等；的傳動件、對軸承進行合理預緊等；n采用吸振、隔振和消振裝置。采用吸振、隔振和消振裝置。n另外，還應采取溫度控制，以減少軸系組件熱變形的另外

19、，還應采取溫度控制，以減少軸系組件熱變形的影響。影響。 機電一化技術講2.52.5機電一體化系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)(或產(chǎn)品或產(chǎn)品)的機座或機架的機座或機架 n2.5.12.5.1機座或機架的作用及基本要求機座或機架的作用及基本要求 n機座或機架是機座或機架是支承支承其它零部件的基礎部件。它既承受其它零部件其它零部件的基礎部件。它既承受其它零部件的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準作用。的重量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準作用。n基本特點基本特點:尺寸較大、結構復雜、加工面多，幾何精度和相對位尺寸較大、結構復雜、加工面多，幾何精度和相對位置精度要求較高。在設計時，首先應對某些

20、關鍵表面及其相對位置精度要求較高。在設計時，首先應對某些關鍵表面及其相對位置精度提出相應的精度要求，以保證產(chǎn)品總體精度。其次，機架置精度提出相應的精度要求，以保證產(chǎn)品總體精度。其次，機架或機座的變形和振動將直接影響產(chǎn)品的質量和正常運轉，或機座的變形和振動將直接影響產(chǎn)品的質量和正常運轉，故應對故應對其剛度和抗振性提出下列基本要求。其剛度和抗振性提出下列基本要求。n1. .剛度與抗振性剛度與抗振性 ：提高靜剛度；增加阻尼；減輕重量；采：提高靜剛度；增加阻尼；減輕重量；采取隔振。取隔振。n2. .熱變形熱變形 ：措施：措施：(1)控制熱源控制熱源 .(2)采用熱平衡的辦法，控制各處采用熱平衡的辦法，

21、控制各處的溫差，從而減小其相對變形的溫差，從而減小其相對變形 。n3.穩(wěn)定性穩(wěn)定性: “時效處理時效處理”n4. .其他要求其他要求 nBKKk22機電一化技術講2.5.2機座或機架的結構設計要點 n1鑄造機座的設計鑄造機座的設計 n(1)保證自身剛度保證自身剛度n措施有：措施有： n合理選擇截面形狀和尺寸合理選擇截面形狀和尺寸 ：“拉、壓、彎、扭拉、壓、彎、扭 ”n4條條n合理布置筋板和加強筋合理布置筋板和加強筋 n合理的開孔和加蓋合理的開孔和加蓋 機電一化技術講(2)提高機座連接處的接觸剛度 n在兩個平面接觸處，由于微觀的不平度，實際接觸的只在兩個平面接觸處，由于微觀的不平度，實際接觸的只

22、是凸起部分。當受外力作用時，接觸點的壓力增大，產(chǎn)是凸起部分。當受外力作用時，接觸點的壓力增大，產(chǎn)生一定的變形，這種變形稱為生一定的變形，這種變形稱為接觸變形接觸變形。為了提高連接。為了提高連接處的接觸剛度，固定接觸面的表面粗糙度應優(yōu)于處的接觸剛度，固定接觸面的表面粗糙度應優(yōu)于Ra2.5um，以便增加實際接觸面積；，以便增加實際接觸面積；機電一化技術講(3)機座的模型剛度試驗 n采用模型試驗方法，可測得與實際較接近采用模型試驗方法，可測得與實際較接近的變形量。的變形量。 nA A、模型試驗，就是將實物按比例縮小制成、模型試驗，就是將實物按比例縮小制成模型，利用模型模擬實物進行試驗。模型模型，利用

23、模型模擬實物進行試驗。模型試驗可以用來進行靜態(tài)和動態(tài)試驗，也可試驗可以用來進行靜態(tài)和動態(tài)試驗，也可進行抗振性和熱變形試驗等。進行抗振性和熱變形試驗等。 n一般用有機玻璃作為模型材料。一般用有機玻璃作為模型材料。 nB B、采用有限元法采用有限元法是目前計算機座或機架剛是目前計算機座或機架剛度的一種最快最好的方法度的一種最快最好的方法 。機電一化技術講(4)機座的結構工藝性機座的結構工藝性 n在保證剛度的條件下，應力求鑄在保證剛度的條件下，應力求鑄件形狀簡單，拔模容易，泥芯要件形狀簡單，拔模容易，泥芯要少，便于支撐和制造。少，便于支撐和制造。n機座壁厚應盡量均勻，力求避免機座壁厚應盡量均勻，力求避免截面的急劇變化，凸起過大、壁截面的急劇變化，凸起過大、壁厚過薄、過長的分型線和金屬的厚過薄、