機(jī)電一體化單元二

單元二機(jī)電一體化機(jī)械技術(shù)

A.教學(xué)目標(biāo)

B.引言

2.1概述

2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)

2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)

2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)

2.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)

小結(jié)A.教學(xué)目標(biāo)1.了解機(jī)電一體化系統(tǒng)的功能組成、構(gòu)成要素、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)械支承結(jié)構(gòu)3.重點掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械運動要求、螺旋傳動、機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)和支承件的設(shè)計原則下一頁返回B.引言本單元主要從機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)、機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)、機(jī)械支承結(jié)構(gòu)、機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)四個方面介紹機(jī)電一體化設(shè)備中常用的的機(jī)械傳動系統(tǒng)，再通過項目工程“MPS模塊化生產(chǎn)加工系統(tǒng)”進(jìn)行實訓(xùn)，讓學(xué)生掌握四大機(jī)構(gòu)工作原理，加深對知識的理解。上一頁下一頁返回2.1概述機(jī)械是由機(jī)械零件組成的，能夠傳遞運動并完成某些有效工作的裝置。機(jī)械由輸入部分、轉(zhuǎn)換部分、傳動部分、輸出部分及安裝固定部分等組成。通用的傳遞運動的機(jī)械零件有齒輪、齒條、蝸輪、蝸桿、帶、帶輪、曲柄和凸輪等。兩個零件互相接觸并相對運動，就形成了運動副，由若干運動副組成的具有確定運動的裝置稱為機(jī)構(gòu)。就傳動而言，機(jī)構(gòu)就是傳動鏈，從系統(tǒng)動力學(xué)方面來考慮，傳動鏈越短越好，這有利于實現(xiàn)系統(tǒng)整體最佳目標(biāo)。在必須保留一定的傳動件時，在滿足強(qiáng)度和剛度的前提下，應(yīng)力求傳動件“輕、薄、細(xì)、小巧”，這就要求采用特種材料和特種加工工藝。下一頁返回2.1概述2.1.1機(jī)械運動與機(jī)構(gòu)把某一物體看作一個質(zhì)點時，其運動可以分為平面運動、螺旋運動、球面運動等。平面運動是指與某一平面平行移動的運動，包括旋轉(zhuǎn)運動和線運動。旋轉(zhuǎn)運動是指以平面為軸，并與該平面軸保持一定距離的平面運動;線運動是指在平面上沿直線或曲線移動的運動，前者稱為直線運動，后者稱為曲線運動。螺旋運動是指物體在圍繞某一軸線做旋轉(zhuǎn)運動的同時，還沿著該軸線做直線運動。上一頁下一頁返回2.1概述球面運動是指物體在與圓心保持一定距離的球面上移動的運動。物體當(dāng)其不受外力作用時，在平面上將處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速運動;在外力作用下，物體將會產(chǎn)生加速度。根據(jù)所施外力的不同，物體的運動可分為等速運動、不等速運動和間歇運動等。等速運動可分為單方向運動和往復(fù)運動，而加速運動就是一種不等速運動，間歇運動則是指每隔一定時間自行停止的運動。機(jī)電一體化產(chǎn)品的運動包括沿特定軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)運動、沿規(guī)定直線的直線運動以及平面運動等，比如機(jī)器人和數(shù)控機(jī)床等。一臺機(jī)械要由若干零件組成，在構(gòu)成機(jī)械的各種部件中使用了各種通用的零件，就是所謂的機(jī)械零件。上一頁下一頁返回2.1概述具有代表性的主要機(jī)械零件可分為緊固零件、傳動零件和支撐零件。多種機(jī)械零件的有機(jī)組合就構(gòu)成了機(jī)構(gòu)。當(dāng)機(jī)構(gòu)中的一個零件產(chǎn)生運動時，機(jī)構(gòu)中的其他零件將對應(yīng)產(chǎn)生一定的運動。連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)、間歇機(jī)構(gòu)是機(jī)械中最常用的三種機(jī)構(gòu)。牛頭刨床就是利用連桿機(jī)構(gòu)原理把作旋轉(zhuǎn)運動的擺桿曲柄機(jī)構(gòu)變換成做往復(fù)直線運動的滑塊曲柄機(jī)構(gòu)來進(jìn)行刨削的。汽車發(fā)動機(jī)則是利用凸輪機(jī)構(gòu)的不同形狀來改變直線運動的行程，從而來提高燃燒效率的控制。裝配生產(chǎn)線的間歇運動以及旋轉(zhuǎn)平臺的分度則靠的是利用間歇機(jī)構(gòu)把原軸的連續(xù)旋轉(zhuǎn)運動斷續(xù)地傳遞到從軸，使從軸實現(xiàn)間歇性的往復(fù)運動。上一頁下一頁返回2.1概述2.1.2機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)及其基本要求機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)主要包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)、傳動機(jī)構(gòu)和支承部件。在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計時，除考慮一般機(jī)械設(shè)計要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)、電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。概括地講，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)主要包括如下三大部分機(jī)構(gòu)。上一頁下一頁返回2.1概述1.傳動機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的傳動機(jī)構(gòu)不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計，以滿足整個機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。因此傳動機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。2.導(dǎo)向及支承機(jī)構(gòu)導(dǎo)向及支承機(jī)構(gòu)的作用是對機(jī)械結(jié)構(gòu)保證一個良好導(dǎo)向和支承性能，為機(jī)械系統(tǒng)中各運動裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運動提供保障，一般指導(dǎo)軌、軸承等。上一頁下一頁返回2.1概述3.執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是用以完成操作任務(wù)的直接裝置。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下，完成預(yù)定的操作。一般要求它具有較高的靈敏度、精確度，良好的重復(fù)性和可靠性由于計算機(jī)的強(qiáng)大功能，使傳統(tǒng)作為動力源的電動機(jī)發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動機(jī)，從而大大地簡化了傳動和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。除以上三部分外，機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械部分通常還包括機(jī)座、支架、殼體等。上一頁下一頁返回2.1概述傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動力件、傳動件、執(zhí)行件三部分加上電氣、液壓和機(jī)械控制等部分組成，而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)是由計算機(jī)協(xié)調(diào)和控制的，用于完成包括機(jī)械力、運動和能量流等動力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和(或)機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成。其核心是由計算機(jī)控制的，包括機(jī)、電、液、光、磁等技術(shù)的伺服系統(tǒng)。這就對執(zhí)行器提出了更高的要求，存在機(jī)械裝置、執(zhí)行器及驅(qū)動器之間的協(xié)調(diào)與匹配問題。從總體上講，機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)除了滿足一般機(jī)械設(shè)計的要求外，還必須滿足以下幾種特殊要求。上一頁下一頁返回2.1概述1.高精度精度是機(jī)電一體化產(chǎn)品的重要性能指標(biāo)，對其機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計主要是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置精度，其中包括結(jié)構(gòu)變形、軸系誤差和傳動誤差，另外還要考慮溫度變化的影響。2.小慣量傳動件本身的轉(zhuǎn)動慣量會影響系統(tǒng)的響應(yīng)速度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。大慣量會使機(jī)械負(fù)載增大、系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢、靈敏度降低，使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振;使電氣驅(qū)動部分的諧振頻率變低，阻尼增大。反之，小慣量則可使控制系統(tǒng)的帶寬做得比較寬，快速性比較好、精度比較高，同時還有利于減小用于克服慣性載荷的伺服電機(jī)的功率，提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性、動態(tài)響應(yīng)和精度。上一頁下一頁返回2.1概述3.大剛度機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)要有足夠的剛度，彈性變形要限制在一定范圍之內(nèi)。彈性變形不僅影響系統(tǒng)精度，而且影響系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的固有頻率、控制系統(tǒng)的帶寬和動態(tài)性能機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計一樣有傳動設(shè)計和結(jié)構(gòu)設(shè)計部分，只是由于機(jī)電一體化的特征決定了在機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計過程中有它自身的特點。(1)機(jī)械傳動設(shè)計的特點。機(jī)械傳動設(shè)計的任務(wù)是把動力機(jī)產(chǎn)生的機(jī)械能傳遞到執(zhí)行機(jī)構(gòu)上去，機(jī)電一體化系統(tǒng)中機(jī)械傳動系統(tǒng)的設(shè)計就是面向機(jī)電伺服系統(tǒng)的伺服機(jī)械傳動系統(tǒng)設(shè)計。上一頁下一頁返回2.1概述根據(jù)機(jī)電有機(jī)結(jié)合的原則，機(jī)電一體化系統(tǒng)中采用了調(diào)速范圍大、可無級調(diào)速的控制電機(jī)，從而節(jié)省了大量用于進(jìn)行變速和換向的齒輪、軸承和軸類零件，減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，提高了傳動效率，因此使機(jī)械傳動設(shè)計也得到了簡化，機(jī)械傳動方式也由傳統(tǒng)的串聯(lián)和并聯(lián)方式的傳動方式(即每一個機(jī)械傳動都由單獨的控制電機(jī)、傳動機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成)變?yōu)楦鱾€運動之間的傳動關(guān)系由計算機(jī)來統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。因此機(jī)電一體化機(jī)械傳動系統(tǒng)具有傳動鏈短、傳動慣量小、線性傳遞、無間隙傳遞等設(shè)計特點。上一頁下一頁返回2.1概述(2)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計的特點。機(jī)電一體化的機(jī)械結(jié)構(gòu)屬于傳統(tǒng)機(jī)械技術(shù)的范疇，在滿足伺服系統(tǒng)對其穩(wěn)、準(zhǔn)、快要求的前提下，從整體上說應(yīng)逐步向精密化、高速化、小型化和輕量化的方向發(fā)展。因此在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各個零部件的制造、安裝精度，結(jié)構(gòu)剛度，穩(wěn)定性以及動作的靈敏性和易控性。對具體零部件的設(shè)計提出了更高、更嚴(yán)的要求。例如，采用合理的截面形狀和尺寸;采用新材料和鋼板焊接結(jié)構(gòu)來提高支承件的靜剛度。上一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)應(yīng)具有良好的伺服性能，從而要求傳動機(jī)構(gòu)滿足以下幾個方面:轉(zhuǎn)動慣量小、剛度大、阻尼合適，此外還要求摩擦小、抗振性好、間隙小，特別是其動態(tài)特性與伺服電動機(jī)等其他環(huán)節(jié)的動態(tài)特性相匹配。常用的機(jī)械傳動部件有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動以及各種非線性傳動部件等。其主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。因此，它實質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)2.2.1齒輪傳動齒輪傳動是應(yīng)用非常廣泛的一種機(jī)械傳動，各種機(jī)床中傳動裝置幾乎都離不開齒輪傳動。在數(shù)控機(jī)床伺服進(jìn)給系統(tǒng)中采用齒輪傳動裝置的目的有兩個:一是將高轉(zhuǎn)速低轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī)(如步進(jìn)電機(jī)、直流或交流伺服電機(jī)等)的輸出，改變?yōu)榈娃D(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩的執(zhí)行件的輸出;二是使?jié)L珠絲杠和工作臺的轉(zhuǎn)動慣量在系統(tǒng)中占有較小的比重。此外，對開環(huán)系統(tǒng)還可以保證所要求的精度。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)提高傳動精度的結(jié)構(gòu)措施有以下幾種。①適當(dāng)提高零部件本身的精度。②合理設(shè)計傳動鏈，減少零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響。首先，合理選擇傳動形式;其次，合理確定級數(shù)和分配各級傳動比;最后，合理布置傳動鏈③采用消隙機(jī)構(gòu)，以減少或消除空程由于數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)經(jīng)常處于自動變向狀態(tài)，反向時如果驅(qū)動鏈中的齒輪等傳動副存在間隙，就會使進(jìn)給運動的反向滯后于指令信號，從而影響其驅(qū)動精度。因此必須采取措施消除齒輪傳動中的間隙，以提高數(shù)控設(shè)備進(jìn)給系統(tǒng)的驅(qū)動精度。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)由于齒輪在制造中不可能達(dá)到理想齒面的要求，總是存在著一定的誤差，因此兩個嚙合著的齒輪，總應(yīng)有微量的齒側(cè)隙才能使齒輪正常地工作。以下介紹的幾種消除齒輪傳動中側(cè)隙的措施，都是在實踐中行之有效的。1.圓柱齒輪傳動(1)偏心軸套調(diào)整法。圖2-1所示為簡單的偏心軸套式消隙結(jié)構(gòu)。電機(jī)1是通過偏心軸套2裝到殼體上，通過轉(zhuǎn)動偏心軸套的轉(zhuǎn)角，就能夠方便地調(diào)整兩嚙合齒輪的中心距，從而消除了圓柱齒輪正、反轉(zhuǎn)時的齒側(cè)隙。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(2)錐度齒輪調(diào)整法。圖2-2是用帶有錐度的齒輪來消除間隙的機(jī)構(gòu)。在加工齒輪1和2時，將假想的分度圓柱面改變成帶有小錐度的圓錐面，使其齒厚在齒輪的軸向稍有變化(其外形類似于插齒刀)。裝配時只要改變墊片3的厚度就能調(diào)整兩個齒輪的軸向相對位置，從而消除了齒側(cè)間隙。但如增大圓錐面的角度，則將使嚙合條件惡化。以上兩種方法的特點是結(jié)構(gòu)簡單，但齒側(cè)隙調(diào)整后不能自動補(bǔ)償。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(3)雙向薄齒輪錯齒調(diào)整法。采用這種消除齒側(cè)隙的一對嚙合齒輪中，其中一個是寬齒輪，另一個由兩相同齒數(shù)的薄片齒輪套裝而成，兩薄片齒輪可相對回轉(zhuǎn)。裝配后，應(yīng)使一個薄片齒輪的齒左側(cè)和另一個薄片齒輪的齒右側(cè)分別緊貼在寬齒輪的齒槽左、右兩側(cè)，這樣錯齒后就消除了齒側(cè)隙，反向時不會出現(xiàn)死區(qū)。圖2-3為圓柱薄片齒輪可調(diào)拉簧錯齒調(diào)整結(jié)構(gòu)。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)在兩個薄片齒輪1和2的端面均勻分布著四個螺孔，分別裝上凸耳3和8齒輪1的端面還有另外四個通孔，凸耳8可以在其中穿過。彈簧4的兩端分別鉤在凸耳3和調(diào)整螺釘7上，通過螺母5調(diào)節(jié)彈簧4的拉力，調(diào)節(jié)完畢用螺母6鎖緊。彈簧的拉力使薄片齒輪錯位，即兩個薄片齒輪的左右齒面分別緊貼在寬齒輪齒槽的左右齒面上，從而消除了齒側(cè)間隙2.抖齒輪傳動。斜齒輪傳動齒側(cè)隙的消除方法基本上與上述錯齒調(diào)整法相同，也是用兩個薄片齒輪和一個寬齒輪嚙合，只是在兩個薄片斜齒輪的中間隔開一小段距離，這樣它的螺旋線便錯開了。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)圖2-4是墊片錯齒調(diào)整法，薄片齒輪由平鍵和軸連接，互相不能相對回轉(zhuǎn)。斜齒輪1和2的齒形拼裝在一起加工。裝配時，將墊片厚度增加或減少△t，然后再用螺母擰緊。這時兩齒輪的螺旋線就產(chǎn)生了錯位，其左右兩齒面分別與寬齒輪的齒面貼緊，從而消除了間隙。墊片厚度的增減量△t=△cosB;其中△為齒側(cè)間隙，月為斜齒輪的螺旋角。墊片的厚度通常由試測法確定，一般要經(jīng)過幾次修磨才能調(diào)整好，因而調(diào)整較費時，且齒側(cè)隙不能自動補(bǔ)償。

圖2-5是軸向壓簧錯齒調(diào)整法，其特點是齒側(cè)隙可以自動補(bǔ)償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不緊湊。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)2.2.2帶傳動1.普通帶傳動帶傳動是利用張緊在帶輪上的帶，靠它們之間的摩擦或嚙合，在兩軸(或多軸)間傳遞運動或動力，見圖2-6。根據(jù)傳動原理不同，帶傳動可分為摩擦型和嚙合型兩大類，常見的是摩擦帶傳動。摩擦帶傳動根據(jù)帶的截面形狀分為平帶、V帶、多楔帶和圓帶等靠摩擦工作的帶傳動，其優(yōu)點是:①因帶是彈性體，能緩和載荷沖擊，運行平穩(wěn)無噪聲;②過載時將引起帶在帶輪上打滑，因而可防止其他零件損壞;③制造和安裝精度不像嚙合傳動那樣嚴(yán)格;④可增加帶長以適應(yīng)中心距較大的工作條件(可達(dá)巧m)。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)其缺點是:①帶與帶輪的彈性滑動使傳動比不準(zhǔn)確，效率較低，壽命較短;②傳遞同樣大的圓周力時，外廓尺寸和軸上的壓力都比嚙合傳動大;③不宜用于高溫、易燃等場合。由于傳動帶的材料不是完全的彈性體，因此帶在工作一段時間后會發(fā)生伸長而松弛，張緊力降低。因此，帶傳動應(yīng)設(shè)置張緊裝置，以保持正常工作。常用的張緊裝置有三種。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(1)定期張緊裝置:調(diào)節(jié)中心距使帶重新張緊。如圖2-7(a)所示，為一移動定期張緊裝置。將裝有帶輪的電動機(jī)安裝在滑軌1上，需調(diào)節(jié)帶的拉力時，松開螺母2，旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)螺釘改變電動機(jī)位置，然后固定。這種裝置適合兩軸處于水平或傾斜不大的傳動。圖2-7(b)為擺動架和調(diào)節(jié)螺桿定期張緊裝置。將裝有帶輪的電動機(jī)固定在可以擺動的機(jī)座上，通過機(jī)座繞一定軸旋轉(zhuǎn)使帶張緊。這種裝置適合垂直的或接近垂直的傳動。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(2)自動張緊裝置:常用于中小功率的傳動。圖2-8所示是將裝有帶輪的電動機(jī)安裝在擺架上，而利用電動機(jī)和擺架的重量，自動保持張緊力。(3)使用張緊輪的張緊裝置:當(dāng)中心距不能調(diào)節(jié)時，可使用張緊輪把帶張緊，如圖2-9所示。張緊輪一般應(yīng)安裝在松邊內(nèi)側(cè)，使帶只受單向彎曲，以減少壽命的損失;同時張緊輪還應(yīng)盡量靠近大帶輪，以減少對包角的影響。張緊輪的使用會降低帶輪的傳動能力，在設(shè)計時應(yīng)適當(dāng)考慮。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)2.同步齒形帶傳動同步齒形帶傳動，是一種新型的帶傳動，如圖2-10所示，它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動運動和動力，因而兼有帶傳動、齒輪傳動及鏈傳動的優(yōu)點，即無相對滑動，平均傳動比準(zhǔn)確，傳動精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高、厚度小、質(zhì)量輕，故可用于高速傳動;齒形帶無需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動效率高，在數(shù)控機(jī)床上亦有應(yīng)用。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)2.2.3齒輪齒條傳動機(jī)構(gòu)在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，對于大行程傳動機(jī)構(gòu)往往采用齒輪齒條傳動，因為其剛度、精度和工作性能不會因行程增大而明顯降低，但它與其他齒輪傳動一樣也存在齒側(cè)間隙，應(yīng)采取消隙措施。當(dāng)傳動負(fù)載小時，可采用雙片薄齒輪錯齒調(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。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)當(dāng)傳動負(fù)載大時，可采用雙齒輪調(diào)整法。如圖2-11所示，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，通過預(yù)載裝置4向齒輪3上預(yù)加負(fù)載，使大齒輪2,5同時向兩個相反方向轉(zhuǎn)動，從而帶動小齒輪1,6轉(zhuǎn)動，其齒便分別緊貼在齒條7上齒槽的左、右側(cè)，消除了齒側(cè)間隙。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)2.2.4螺旋傳動螺旋傳動是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式，根據(jù)螺旋傳動的運動方式可以分為兩大類:一類是滑動摩擦式螺旋傳動，它是將聯(lián)結(jié)件的旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為被執(zhí)行機(jī)構(gòu)的直線運動，如機(jī)床的絲杠和與工作臺連接的螺母;另一類是滾動摩擦式螺旋傳動，它是將滑動摩擦轉(zhuǎn)換為滾動摩擦，完成旋轉(zhuǎn)運動，例如滾珠絲杠螺母副。1.滑動螺旋傳動螺旋傳動是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動形式。它是利用螺桿與螺母的相對運動，將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動?；瑒勇菪齻鲃泳哂袀鲃颖却?、驅(qū)動負(fù)載能力強(qiáng)和自鎖等特點。主要特點參考表2-1。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(1)滑動螺旋傳動的形式及應(yīng)用①螺母固定，螺桿轉(zhuǎn)動并移動。如圖2-12(a)所示，這種傳動形式的螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動，容易獲得較高的傳動精度。缺點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，螺母移動。如圖2-12(b)所示，這種傳動形式的特點是結(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的情況。③差動螺旋傳動。除上述兩種基本傳動形式外，還有一種螺旋傳動—差動螺旋傳動。其原理如圖2-13所示。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)設(shè)螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Ph1和Ph2。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動角時，可動螺母2的移動距離為 (2-1)如果Ph1與Ph2相差很小，則z很小。因此差動螺旋常用于各種微動裝置中。若螺桿3左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動角時，可動螺母2的移動距離為 (2-2)上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)可見，此時差動螺旋變成快速移動螺旋，即螺母2相對螺母1快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。為了方便大家理解，以普通機(jī)床的絲杠和螺母為例，將絲杠螺母傳動的類型和特點列表2-2。(2)螺旋副零件與滑板聯(lián)接結(jié)構(gòu)的確定。螺旋副零件與滑板的聯(lián)接結(jié)構(gòu)對螺旋副的磨損有直接影響，設(shè)計時應(yīng)注意。常見的聯(lián)接結(jié)構(gòu)有下列幾種。①剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-14所示為剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)，這種聯(lián)接結(jié)構(gòu)的特點是牢固可靠，但當(dāng)螺桿軸線與滑板運動方向不平行時，螺紋工作面的壓力增大，磨損加劇，嚴(yán)重、較大)時還會發(fā)生卡住現(xiàn)象，剛性聯(lián)接結(jié)構(gòu)多用于受力較大的螺旋傳動中。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)②彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-15所示的裝置中，螺旋傳動采用了彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)。片簧7的一端在工作臺(滑板)8上，另一端套在螺母的錐形銷上。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)工作臺運動方向與螺桿軸線偏斜角[圖2-14(a)]時，可以通過片簧變形進(jìn)行調(diào)節(jié)。如果偏斜角[圖2-14(b)]時，螺母可繞軸線自由轉(zhuǎn)動而不會引起過大的應(yīng)力。彈性聯(lián)接結(jié)構(gòu)適用于受力較小的精密螺旋傳動。③活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)。圖2-16所示為活動聯(lián)接結(jié)構(gòu)的原理圖?；謴?fù)力F(一般為彈簧力)使聯(lián)接部分保持經(jīng)常接觸。當(dāng)滑板1的運動方向與螺桿2的軸線不平行時，通過螺桿端部的球面與滑板在接觸處自由滑動[圖2-16(a)]，或中間桿3自由偏斜[圖2-16(b)]，從而可以避免螺旋副中產(chǎn)生過大的應(yīng)力。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(3)影響螺旋傳動精度的因素及提高傳動精度的措施。螺旋傳動的傳動精度是指螺桿與螺母間實際相對運動保持理論值(即公式)的準(zhǔn)確程度·影響螺旋傳動精度的因素主要有以下幾項。①螺紋參數(shù)誤差。螺紋的各項參數(shù)誤差中，主要影響傳動精度的是螺距誤差、中徑誤差以及牙型半角誤差。具體內(nèi)容見表2-3。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)②螺桿軸向竄動誤差。如圖2-18所示，若螺桿軸肩的端面與軸承的止推面不垂直于螺桿軸線而有和的偏差，則當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動時，將引起螺桿的軸向竄動誤差，并轉(zhuǎn)化為螺母位移誤差。螺桿的軸向竄動誤差是周期性變化的，以螺桿轉(zhuǎn)動一轉(zhuǎn)為一個循環(huán)。③偏斜誤差。在螺旋傳動機(jī)構(gòu)中，如果螺桿的軸線方向與移動件的運動方向不平行，而有一個偏斜角(圖2-19)時，就會發(fā)生偏斜誤差。偏斜角對偏斜誤差有很大的影響，對其值應(yīng)該加以控制。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)④溫度誤差。當(dāng)螺旋傳動的工作溫度與制造溫度不同時，將引起螺桿長度和螺距發(fā)生變化，從而產(chǎn)生傳動誤差，這種誤差稱為溫度誤差。上面分析了影響螺旋傳動精度的各種誤差，為了提高傳動精度，應(yīng)盡可能減小或消除這些誤差。為此，可以通過提高螺旋副零件的制造精度來達(dá)到，但單純提高制造精度會使成本提高。因此，對于傳動精度要求較高的精密螺旋傳動，除了根據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或具體情況規(guī)定合理的制造精度以外，也可采取某些結(jié)構(gòu)措施提高其傳動精度。由于螺桿的螺距誤差是造成螺旋傳動誤差的最主要因素，因此采用螺距誤差校正裝置是提高螺旋傳動精度的有效措施之一。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(4)消除螺旋傳動空回的方法。由于螺旋機(jī)構(gòu)中存在間隙，所以當(dāng)螺桿的轉(zhuǎn)動方向改變，螺母不能立即產(chǎn)生反向運動，只有螺桿轉(zhuǎn)動某一角度后才能使螺母開始反向運動，這種現(xiàn)象稱為空回。對于在正反向傳動條件下工作的精密螺旋傳動，空回將直接引起傳動誤差，必須設(shè)法予以消除。消除空回的方法就是在保證螺旋副相對運動要求的前提下，消除螺桿與螺母之間的間隙。下面是幾種常見的消除空回的方法。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)①利用單向作用力。在螺旋傳動中，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)間隙對空回的影響。這種方法除可消除螺旋副中間隙對空回的影響外，還可消除軸承的軸向間隙和滑板聯(lián)接處的間隙而產(chǎn)生的空回。同時，這種結(jié)構(gòu)在螺母上無需開槽或剖分，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。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。表2-4所示為徑向調(diào)整法的典型示例。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)軸向調(diào)整法:圖2-20為軸向調(diào)整法的典型結(jié)構(gòu)示例。圖2-20(a)為開槽螺母結(jié)構(gòu)擰緊螺釘強(qiáng)迫螺母變形，使其左、右兩半部的螺紋分別壓緊在螺桿螺紋相反的側(cè)面上。從而消除了螺桿相對螺母軸向竄動的間隙。圖2-20(b)為剛性雙螺母結(jié)構(gòu)。主螺母1和副螺母2之間用螺紋聯(lián)接。聯(lián)接螺紋的螺距尸，，不等于螺桿螺紋的螺距尸，因此當(dāng)主、副螺母相對轉(zhuǎn)動時，即可消除螺桿相對螺母軸向竄動的間隙。調(diào)整后再用緊定螺釘將其固定。圖2-20(c)為彈性雙螺母結(jié)構(gòu)。它是利用彈簧的彈力來達(dá)到調(diào)整的目的。螺釘3的作用是防止主螺母1和副螺母2的相對轉(zhuǎn)動。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)③利用塑料螺母消除空回。圖2-21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。2.滾動螺旋傳動—滾珠絲杠螺母副機(jī)構(gòu)(1)滾珠絲杠副的工作原理及特點。滾珠絲杠副是一種新型的傳動機(jī)構(gòu)，它的結(jié)構(gòu)特點是具有螺旋槽的絲杠螺母間裝有滾珠作為中間傳動件，以減少摩擦，如圖2-22所示。圖中絲杠和螺母上都磨削有圓弧形的螺旋槽，這兩個圓弧形的螺旋槽對合起來就形成螺旋線滾道，在滾道內(nèi)裝有滾珠。當(dāng)絲杠回轉(zhuǎn)時，滾珠相對于螺母上的滾道滾動，因此絲杠與螺母之間基本上為滾動摩擦。為了防止?jié)L珠從螺母中滾出來，在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，使?jié)L珠能循環(huán)流動。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)滾珠絲杠副的特點如下。①傳動效率高，摩擦損失小滾珠絲杠副的傳動效率=0.92~0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3~4倍。因此，功率消耗只相當(dāng)于常規(guī)的絲杠螺母副的1/4~1/3。②給予適當(dāng)預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好③運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高④運動具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)⑤磨損小，使用壽命長⑥制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。⑦不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時當(dāng)傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需添加制動裝置。(2)滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式與類型。按用途和制造工藝不同，滾珠螺旋傳動的結(jié)構(gòu)型式有多種，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)緊方法等三方面。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)①螺紋滾道法向截形是指通過滾珠中心且垂直于滾道螺旋面的平面和滾道表面交線的形狀。常用的截形有單圓弧形[圖2-23(a)]和雙圓弧形[圖2-23(b)]。滾珠與滾道表面在接觸點處的公法線與過滾珠中心的螺桿直徑線間的夾角叫接觸角。理想接觸角=45o。具體結(jié)構(gòu)特點見表2-5。②滾珠循環(huán)方式。按滾珠在整個循環(huán)過程中與螺桿表面的接觸情況，滾珠的循環(huán)方式可分為內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩類。滾珠在循環(huán)過程中始終與螺桿保持接觸的循環(huán)叫內(nèi)循環(huán)(圖2-24)。在螺母1的側(cè)孔內(nèi)，裝有接通相鄰滾道的反向器。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)借助于反向器上的回珠槽，迫使?jié)L珠2沿滾道滾動一圈后越過螺桿螺紋滾道頂部，重新返回起始的螺紋滾道，構(gòu)成單圈內(nèi)循環(huán)回路在同一個螺母上，具有循環(huán)回路的數(shù)目稱為列數(shù)，內(nèi)循環(huán)的列數(shù)通常有二一四列(即一個螺母上裝有2~4個反向器)。為了結(jié)構(gòu)緊湊，這些反向器是沿螺母周圍均勻分布的，即對應(yīng)二列、三列、四列的滾珠螺旋的反向器分別沿螺母圓周方向互錯180o,120o,90o。外循環(huán)是指滾珠在返回時與螺桿脫離接觸的循環(huán)稱為外循環(huán)。按結(jié)構(gòu)的不同，外循環(huán)可分為螺旋槽式、插管式和端蓋式三種。具體見表2-6。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)③滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整方法。常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)型式有以下三種。墊片調(diào)隙式(圖2-25):通常用螺釘來連接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達(dá)到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)拉緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)的特點是構(gòu)造簡單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。但調(diào)整費時，并且在工作中不能隨意調(diào)整，除非更換厚度不同的墊片。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)螺紋調(diào)隙式(圖2-26):其中一個螺母的外端有凸緣而另一個螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)拉緊力，調(diào)整好后再用另一個圓螺母把它鎖緊齒差調(diào)隙式(圖2-27):在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個齒，并裝人內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，當(dāng)兩個滾珠螺母相對于套筒同方向轉(zhuǎn)動相同齒數(shù)時，一個滾珠螺母對另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，從而使?jié)L珠螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道相對移動，達(dá)到消除間隙并施加預(yù)緊力的目的。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)(3)滾珠絲杠副的精度。滾珠絲杠副的精度等級為1,2,3,4,5、7,10級精度，代號分別為1,2,3,4,5,7,10。其中1級為最高，依次逐級降低(4)滾珠絲杠副的標(biāo)注方法。滾珠絲杠副的型號根據(jù)其結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度和螺紋旋向等特征按下列格式編寫:負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)為1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5圈，代號分別為1.5、2、2.5、3、3.5、4、4.5、5。螺旋旋向為左、右旋，只標(biāo)左旋代號為LH，右旋不標(biāo)。滾珠螺紋的代號用GQ表示，標(biāo)注在公稱直徑前，如GQ50x8-3循環(huán)方式的標(biāo)注參見表2-7;預(yù)緊方式的標(biāo)注參見表2-8。上一頁下一頁返回2.2機(jī)械傳動機(jī)構(gòu)例CTC63x10-3.5-3.5/2000x1600表示為插管突出式外循環(huán)(CT)，雙螺母齒差預(yù)緊(C)的滾珠絲杠副，公稱直徑63mm，基本導(dǎo)程10mm，負(fù)荷滾珠總?cè)?shù)3.5圈，精度等級3.5級，螺紋旋向為右旋，絲杠全長為2000mm,螺紋長度為1600mm。2.2.5其他傳動結(jié)構(gòu)在機(jī)電一體化系統(tǒng)中還有一些其他常見的機(jī)械傳動結(jié)構(gòu)，例如鏈傳動、齒輪齒條傳動、渦輪蝸桿傳動等。這些在《機(jī)械設(shè)計》或《機(jī)械零件》的課程中已有所了解，這里就不再另行講解了。上一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)機(jī)電系統(tǒng)的支承部件包括導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件和機(jī)座機(jī)架。導(dǎo)向支承部件的作用是支承和限制運動部件按給定的運動要求和規(guī)定的運動方向運動。這樣的部件通常被標(biāo)為導(dǎo)軌副，簡稱導(dǎo)軌。導(dǎo)軌副主要由定導(dǎo)軌、動導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、間隙調(diào)整元件以及工作介質(zhì)/元件等組成按運動方式可分為直線運動導(dǎo)軌(滑動摩擦導(dǎo)軌)和回轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌(滾動摩擦導(dǎo)軌)。按接觸表面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)2.3.1滑動摩擦導(dǎo)軌1.常見的滑動摩擦導(dǎo)軌副及其特點常見的導(dǎo)軌截面形狀，有三角形(分對稱、不對稱兩類)、矩形、燕尾形及圓形等四種，每種又分為凸形和凹形兩類。凸形導(dǎo)軌不易積存切屑等臟物，也不易儲存潤滑油。宜在低速下工作，凹形導(dǎo)軌則相反，可用于高速，但必須有良好的防護(hù)裝置，以防切屑等臟物落入導(dǎo)軌。具體形狀見表2-9。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(1)三角形導(dǎo)軌。分對稱型和非對稱型三角形導(dǎo)軌特點:在垂直載荷作用下，具有磨損量自動補(bǔ)償功能，無間隙工作，導(dǎo)向精度高。為防止因振動或傾翻載荷引起兩導(dǎo)向面較長時間脫離接觸，應(yīng)有輔助導(dǎo)向面并具備間隙調(diào)整能力。但存在導(dǎo)軌水平與垂直誤差的相互影響，為保證高的導(dǎo)向精度(直線度)，導(dǎo)軌面加工、檢驗、維修困難。對稱型導(dǎo)軌—隨頂角增大，導(dǎo)軌承載能力增大，但導(dǎo)向精度降低。非對稱導(dǎo)軌—主要用在載荷不對稱的時候，通過調(diào)整不對稱角度，使導(dǎo)軌左右面水平分力相互抵消，提高導(dǎo)軌剛度。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(2)矩形導(dǎo)軌的特點:結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、維修方便，導(dǎo)軌面寬、承載能力大，剛度高，但無磨損量自動補(bǔ)償功能。由于導(dǎo)軌在水平和垂直面位置互不影響，因而在水平和垂直兩方向均須間隙調(diào)整裝置，安裝調(diào)整方便(3)燕尾形導(dǎo)軌的特點:無磨損量自動補(bǔ)償功能，須間隙調(diào)整裝置，燕尾起壓板作用，鑲條可調(diào)整水平垂直兩方向的間隙，可承受顛覆載荷，結(jié)構(gòu)緊湊，但剛度差，摩擦阻力大、制造、檢驗、維修不方便。(4)圓形導(dǎo)軌的特點:結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、配合方便，精度易于保證，但摩擦后很難調(diào)整，結(jié)構(gòu)剛度較差。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)2.導(dǎo)軌的基本要求(1)導(dǎo)向精度高。導(dǎo)向精度是指運動件按給定方向作直線運動的準(zhǔn)確程度，它主要取決于導(dǎo)軌本身的幾何精度及導(dǎo)軌配合間隙。導(dǎo)軌的幾何精度可用線值或角值表示。①導(dǎo)軌在垂直平面和水平面內(nèi)的直線度。如圖2-28(a),(b)所示，理想的導(dǎo)軌面與垂直平面A-A或水平面B-B的交線均應(yīng)為一條理想直線，但由于存在制造誤差，致使交線的實際輪廓偏離理想直線，其最大偏差量△即為導(dǎo)軌全長在垂直平面[圖2-28(a)]和水平面[圖2-28(b)]內(nèi)的直線度誤差。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)②導(dǎo)軌面間的平行度。圖2-28(c)所示為導(dǎo)軌面間的平行度誤差。設(shè)V形導(dǎo)軌沒有誤差，平面導(dǎo)軌縱向有傾斜，由此產(chǎn)生的誤差△即為導(dǎo)軌間的平行度誤差。導(dǎo)軌間的平行度誤差一般以角度值表示，這項誤差會使運動件運動時發(fā)生“扭曲”。(2)運動輕便、平穩(wěn)、低速時無爬行現(xiàn)象。導(dǎo)軌運動的不平穩(wěn)性主要表現(xiàn)在低速運動時導(dǎo)軌速度的不均勻，使運動件出現(xiàn)時快時慢、時動時停的爬行現(xiàn)象。爬行現(xiàn)象主要取決于導(dǎo)軌副中摩擦力的大小及其穩(wěn)定性。為此，設(shè)計時應(yīng)合理選擇導(dǎo)軌的類型、材料、配合間隙、配合表面的幾何形狀精度及潤滑方式。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(3)耐磨性好。導(dǎo)軌的初始精度由制造保證，而導(dǎo)軌在使用過程中的精度保持性則與導(dǎo)軌面的耐磨性密切相關(guān)。導(dǎo)軌的耐磨性主要取決于導(dǎo)軌的類型、材料，導(dǎo)軌表面的粗糙度及硬度、潤滑狀況和導(dǎo)軌表面壓強(qiáng)的大小。(4)對溫度變化的不敏感性。即導(dǎo)軌在溫度變化的情況下仍能正常工作。導(dǎo)軌對溫度變化的不敏感性主要取決于導(dǎo)軌類型、材料及導(dǎo)軌配合間隙等。(5)足夠的剛度。在載荷的作用下，導(dǎo)軌的變形不應(yīng)超過允許值。剛度不足不僅會降低導(dǎo)向精度，還會加快導(dǎo)軌面的磨損。剛度主要與導(dǎo)軌的類型、尺寸以及導(dǎo)軌材料等有關(guān)。(6)結(jié)構(gòu)工藝性好。導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡單、便于制造、檢驗和調(diào)整，從而降低成本。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)3.常見導(dǎo)軌副組合與間隙調(diào)整、特點(1)圓柱面導(dǎo)軌。圓柱面導(dǎo)軌的優(yōu)點是導(dǎo)軌面的加工和檢驗比較簡單，易于達(dá)到較高的精度;缺點是對溫度變化比較敏感，間隙不能調(diào)整。在圖2-29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)動螺母1即可帶動支臂3上下移動，螺釘2用于鎖緊，墊塊4用于防止螺釘2壓傷圓柱表面。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)在多數(shù)情況下，圓柱面導(dǎo)軌的運動件不允許轉(zhuǎn)動，為此，可采用各種防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。最簡單的防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)是在運動件和承導(dǎo)件的接觸表面上作出平面、凸起或凹槽。圖2-30(a),(b)、(c)是這種防轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的幾個例子。利用輔助導(dǎo)向面可以更好地限制運動件的轉(zhuǎn)動[圖2-30(d)],適當(dāng)增大輔助導(dǎo)向面與基本導(dǎo)向面之間的距離，可減小由導(dǎo)軌間的間隙所引起的轉(zhuǎn)角誤差。當(dāng)輔助導(dǎo)向面也為圓柱面時，即構(gòu)成雙圓柱面導(dǎo)軌[圖2-30(e)]，它既能保證較高的導(dǎo)向精度，又能保證較大的承載能力。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)導(dǎo)軌的表面粗糙度可根據(jù)相應(yīng)的精度等級決定。通常，被包容零件外表面的粗糙度小于包容件內(nèi)表面的粗糙度。(2)棱柱面導(dǎo)軌。常用的棱柱面導(dǎo)軌有三角形導(dǎo)軌、矩形導(dǎo)軌、燕尾形導(dǎo)軌以及它們的組合式導(dǎo)軌。①雙三角形導(dǎo)軌。如圖2-31(a)所示兩條導(dǎo)軌同時起著支承和導(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，磨損后能自動補(bǔ)償間隙，精度保持性好。但這種導(dǎo)軌的制造、檢驗和維修都比較困難，因為它要求四個導(dǎo)軌面都均勻接觸，刮研勞動量較大。此外，這種導(dǎo)軌對溫度變化比較敏感。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)②三角形一平面導(dǎo)軌「圖2-31(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，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。缺點是兩條導(dǎo)軌磨損不均勻，磨損后不能自動調(diào)整間隙。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)點是結(jié)構(gòu)簡單，制造、檢驗、修理較易。缺點是磨損后不能自動補(bǔ)償間隙，導(dǎo)向精度不如三角形導(dǎo)軌。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)圖2-32所示結(jié)構(gòu)是將矩形導(dǎo)軌的導(dǎo)向面A與承載面B,C分開，從而減小導(dǎo)向面的磨損，有利于保持導(dǎo)向精度。圖2-32(a)中的導(dǎo)向面A是同一導(dǎo)軌的內(nèi)外側(cè)，兩者之間的距離較小，熱膨脹變形較小，可使導(dǎo)軌的間隙相應(yīng)減小，導(dǎo)向精度較高。但此時兩導(dǎo)軌面的摩擦力將不相同，因此應(yīng)合理布置驅(qū)動元件的位置，以避免工作臺傾斜或被卡住。圖2-32(b)所示結(jié)構(gòu)以兩導(dǎo)軌面的外側(cè)作為導(dǎo)向面，克服了上述缺點，但因?qū)к壝骈g距離較大，容易受熱膨脹的影響，要求間隙不宜過小，從而影響導(dǎo)向精度。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)④燕尾導(dǎo)軌。主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)緊湊、調(diào)整間隙方便。缺點是幾何形狀比較復(fù)雜，難以達(dá)到很高的配合精度，并且導(dǎo)軌中的摩擦力較大，運動靈活性較差，因此，通常用在結(jié)構(gòu)尺寸較小及導(dǎo)向精度與運動靈便性要求不高的場合。圖2-33為燕尾導(dǎo)軌的應(yīng)用舉例，其中圖2-33(c)所示結(jié)構(gòu)的特點是把燕尾槽分成幾塊，便于制造、裝配和調(diào)整。4.導(dǎo)軌間隙的調(diào)整為保證導(dǎo)軌正常工作，導(dǎo)軌滑動表面之間應(yīng)保持適當(dāng)?shù)拈g隙。間隙過小會增大摩擦力，間隙過大又會降低導(dǎo)向精度。為此常采用以下辦法，以獲得必要的間隙。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(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。如圖2-33(a)所示燕尾導(dǎo)軌，為了獲得合適的間隙，可在零件1與2之間加上墊片3或采取直接鏟刮承導(dǎo)件與運動件的結(jié)合面A的辦法達(dá)到。(2)采用平鑲條調(diào)整間隙。平鑲條為一平行六面體，其截面形狀為矩形[圖2-34(a)]或平行四邊形[圖2-34(b)]。調(diào)整時，只要擰動沿鑲條全長均布的幾個螺釘，便能調(diào)整導(dǎo)軌的側(cè)向間隙，調(diào)整后再用螺母鎖緊。平鑲條制造容易，但在全長上只有幾個點受力，容易變形，故常用于受力較小的導(dǎo)軌?？s短螺釘間的距離加大鑲條厚度(h)有利于鑲條壓力的均勻分布，當(dāng)L/h=3~4時，鑲條壓力基本上均布[圖2-34(c)]。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(3)采用斜鑲條調(diào)整間隙。斜鑲條的側(cè)面磨成斜度很小的斜面，導(dǎo)軌間隙是用鑲條的縱向移動來調(diào)整的，為了縮短鑲條長度，一般將其放在運動件上。

圖2-35(a)的結(jié)構(gòu)簡單，但螺釘凸肩與斜鑲條的缺口間不可避免地存在間隙，可能使鑲條產(chǎn)生竄動。圖2-35(b)所示的結(jié)構(gòu)較為完善，但軸向尺寸較長，調(diào)整也較麻煩圖2-35(c)是由斜鑲條兩端的螺釘進(jìn)行調(diào)整，鑲條的形狀簡單，便于制造。圖2-35(d)是用斜鑲條調(diào)整燕尾導(dǎo)軌間隙的實例。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)5.提高導(dǎo)軌耐磨性的措施為使導(dǎo)軌在較長的使用期間內(nèi)保持一定的導(dǎo)向精度，必須提高導(dǎo)軌的耐磨性。由于磨損速度與材料性質(zhì)、加工質(zhì)量、表面壓強(qiáng)、潤滑及使用維護(hù)等因素直接有關(guān)，故欲想提高導(dǎo)軌的耐磨性，須從這些方面采取措施。(1)合理選擇導(dǎo)軌的材料及熱處理。用于導(dǎo)軌的材料，應(yīng)具有耐磨性好，摩擦系數(shù)小，并具有良好的加工和熱處理性質(zhì)。常用的材料見表2-10。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(2)減小導(dǎo)軌面壓強(qiáng)。導(dǎo)軌面的平均壓強(qiáng)越小，分布越均勻，則磨損越均勻，磨損量越小。導(dǎo)軌面的壓強(qiáng)取決于導(dǎo)軌的支承面積和負(fù)載，設(shè)計時應(yīng)保證導(dǎo)軌工作面的最大壓強(qiáng)不超過允許值。為此，許多精密導(dǎo)軌，常采用卸載導(dǎo)軌，即在導(dǎo)軌截荷的相反方向給運動件施加一個機(jī)械的或液壓的作用力(卸載力)，抵消導(dǎo)軌上的部分載荷，從而達(dá)到既保持導(dǎo)軌面間仍為直接接觸，又減小導(dǎo)軌工作面的壓力。一般卸載力取為運動件所受總重力的2/3左右。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)①靜壓卸載導(dǎo)軌(圖2-36)。在運動件導(dǎo)軌面上開有油腔，通入壓力為P、的液壓油，對運動件施加一個小于運動件所受載荷的浮力，以減小導(dǎo)軌面的壓力。油腔中的液壓油經(jīng)過導(dǎo)軌表面宏觀與微觀不平度所形成的間隙流出導(dǎo)軌，回到油箱。②水銀卸載導(dǎo)軌(圖2-37)。在運動件下面裝有浮子1(木塊)，并置于水銀槽2中，利用水銀產(chǎn)生的浮力抵消運動組件的部分重力。這種卸載方式結(jié)構(gòu)簡單，缺點是水銀蒸氣有毒，故必須采取防止水銀揮發(fā)的措施。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)③機(jī)械卸載導(dǎo)軌(圖2-38)。選用剛度合適的彈簧，并調(diào)節(jié)其彈簧力，以減小導(dǎo)軌曲直接接觸處的壓力。(3)保證導(dǎo)軌良好的潤滑。保證導(dǎo)軌良好的潤滑，是減小導(dǎo)軌摩擦和磨損的另一個有效措施。這主要是潤滑油的分子吸附在導(dǎo)軌接觸表面，形成厚度為0.005~0.008mm的一層極薄的油膜，從而阻止或減少導(dǎo)軌面間直接接觸的緣故。由于滑動導(dǎo)軌的運動速度一般較低，并且往復(fù)反向，運動和停頓相間進(jìn)行，不易形成油楔，因此，要求潤滑油具有合適的鉆度和較好的油性，以防止導(dǎo)軌出現(xiàn)干摩擦現(xiàn)象。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)選擇導(dǎo)軌潤滑油的主要原則是載荷越大、速度越低，則油的鉆度應(yīng)越大;垂直導(dǎo)軌的潤滑油鉆度，應(yīng)比水平導(dǎo)軌潤滑油的鉆度大些。在工作溫度變化時，潤滑油的鉆度變化要小。潤滑油應(yīng)具有良好的潤滑性能和足夠的油膜強(qiáng)度，不浸蝕機(jī)件，油中的雜質(zhì)應(yīng)盡量少。對于精密機(jī)械中的導(dǎo)軌，應(yīng)根據(jù)使用條件和性能特點來選擇潤滑油。常用的潤滑油有機(jī)油、精密機(jī)床液壓導(dǎo)軌油和變壓器油等。還有少數(shù)精密導(dǎo)軌，選用潤滑脂進(jìn)行潤滑。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)關(guān)于潤滑方法，對于載荷不大、導(dǎo)軌面較窄的精密儀器導(dǎo)軌，通常只需直接在導(dǎo)軌上定期地用手加油即可，導(dǎo)軌面也不必開出油溝。對于大型及高速導(dǎo)軌，則多用手動油泵或自動油泵潤滑，并在導(dǎo)軌面上開出合適形狀和數(shù)量的油溝，以使?jié)櫥驮趯?dǎo)軌工作表面上分布均勻。(4)提高導(dǎo)軌的精度。提高導(dǎo)軌精度主要是保證導(dǎo)軌的直線度和各導(dǎo)軌面間的相對位置精度。導(dǎo)軌的直線度誤差都規(guī)定在對導(dǎo)軌精度有利的方向上，如精密車床的床身導(dǎo)軌在垂直面內(nèi)的直線度誤差只允許上凸，以補(bǔ)償導(dǎo)軌中間部分經(jīng)常使用而產(chǎn)生向下凹的磨損。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)適當(dāng)減小導(dǎo)軌工作面的粗糙度，可提高耐磨性，但過小的粗糙度不易儲存潤滑油，甚至產(chǎn)生“分子吸力”，以致撕傷導(dǎo)軌面。粗糙度一般要求Ra<=0.32um。2.3.2滾動摩擦導(dǎo)軌滾動摩擦導(dǎo)軌是在運動件和承導(dǎo)件之間放置滾動體(滾珠、滾柱、滾動軸承等)，使導(dǎo)軌運動時處于滾動摩擦狀態(tài)。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)與滑動摩擦導(dǎo)軌比較，滾動導(dǎo)軌的特點:①摩擦系數(shù)小，并且靜、動摩擦系數(shù)之差很小，故運動靈便，不易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象;②定位精度高，一般滾動導(dǎo)軌的重復(fù)定位誤差為0.1~0.2um，而滑動導(dǎo)軌的定位誤差一般為10~20um因此，當(dāng)要求運動件產(chǎn)生精確微量的移動時，通常采用滾動導(dǎo)軌;③磨損較小，壽命長，潤滑簡便;④結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，加工比較困難，成本較高;⑤對臟物及導(dǎo)軌面的誤差比較敏感。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)1.滾珠導(dǎo)軌

圖2-39和圖2-40是滾珠導(dǎo)軌的兩種典型結(jié)構(gòu)形式。在V形槽(V形角一般為90o)中安置著滾珠，隔離架1用來保持各個滾珠的相對位置，固定在承導(dǎo)件上的限動銷2與隔離架上的限動槽構(gòu)成限動裝置，用來限制運動件的位移，以免運動件從承導(dǎo)件上滑脫V形滾珠導(dǎo)軌的優(yōu)點是工藝性較好，容易達(dá)到較高的加工精度，但由于滾珠和導(dǎo)軌面是點接觸，接觸應(yīng)力較大，容易壓出溝槽，如溝槽的深度不均勻，將會降低導(dǎo)軌的精度。為了改善這種情況，可采取如下措施。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)(1)預(yù)先在v形槽與滾珠接觸處研磨出一窄條圓弧面的淺槽，從而增加了滾珠與滾道的接觸面積，提高了承載能力和耐磨性，但這時導(dǎo)軌中的摩擦力略有增加。(2)采用雙圓弧滾珠導(dǎo)軌[圖2-41(a)]。這種導(dǎo)軌是把V形導(dǎo)軌的V形滾道改為圓弧形滾道，以增大滾動體與滾道接觸點的綜合曲率半徑，從而提高導(dǎo)軌的承載能力、剛度和使用壽命。雙圓弧導(dǎo)軌的缺點是形狀復(fù)雜，工藝性較差，摩擦力較大，當(dāng)精度要求很高時不易滿足使用要求。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)為使雙圓弧滾珠導(dǎo)軌既能發(fā)揮接觸面積較大，變形較小的優(yōu)點，又不致于過分增大摩擦力，應(yīng)合理確定雙圓弧滾珠導(dǎo)軌的主要參數(shù)[圖2-41(b)]。根據(jù)使用經(jīng)驗，滾珠半徑:與滾道圓弧半徑R之比常取為r/R=0.90~0.95，接觸角B=40o，導(dǎo)軌兩圓弧的中心距C=2(R-r)sinB。當(dāng)要求運動件的行程很大或需要簡化導(dǎo)軌的設(shè)計和制造時，可采用滾珠循環(huán)式導(dǎo)軌。圖2-42是這種導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)簡圖，它由運動件1、滾珠2、承導(dǎo)件3和返回器4組成。運動件上有工作滾道5和返回滾道6，與兩端返回器的圓弧槽面滾道接通，滾珠在滾道中循環(huán)滾動，行程不受限制。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)2.滾柱導(dǎo)軌和滾動軸承導(dǎo)軌為了提高滾動導(dǎo)軌的承載能力和剛度，可采用滾柱導(dǎo)軌或滾動軸承導(dǎo)軌。這類導(dǎo)軌的結(jié)構(gòu)尺寸較大，常用在比較大型的精密機(jī)械上。(1)交叉滾柱V一平導(dǎo)軌。如圖2-43(a)所示，在V形空腔中交叉排列著滾柱，這些滾柱的直徑d略大于長度b，相鄰滾柱的軸線互相垂直交錯，單數(shù)號滾柱在AA1面間滾動(與B1面不接觸)，雙數(shù)號滾柱在BB1面間滾動(與A1面不接觸)，右邊的滾柱則在平面導(dǎo)軌上運動。上一頁下一頁返回2.3機(jī)械導(dǎo)向結(jié)構(gòu)這種導(dǎo)軌不用保持架，可增加滾動體數(shù)目，提高導(dǎo)軌剛度。(2)V一平滾柱導(dǎo)軌。如圖2-43(b)所示，這種導(dǎo)軌加工比較容易，V形滾柱直徑d與平面導(dǎo)軌滾柱d1之間的關(guān)系，其中是V形導(dǎo)軌的V形角。上一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)2.4.1機(jī)械支承結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足的基本要求支承件是支承其他零部件的基礎(chǔ)構(gòu)件，如機(jī)床的床身、底座、立柱、工作臺及箱體等支承件既承受其他零部件的質(zhì)量和工作載荷，又起保證各零部件相對位置的基準(zhǔn)作用。支承件多采用鑄件、焊接件或型材裝配件。其基本特點是尺寸較太、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工面多、幾何精度和相對位置精度要求較高。在設(shè)計時，首先應(yīng)對某些關(guān)鍵表面及其相對位置提出相應(yīng)的精度要求，以保證產(chǎn)品總體精度;其次，支承件的變形和振動將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量和正常運轉(zhuǎn)，故應(yīng)對其剛度、熱變形和抗振性提出下列基本要求。下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(1)應(yīng)有足夠的剛度。支承件受力后的變形不得超過規(guī)定的數(shù)值，以保證各部件間的相對位置精度，也就是說支承件要有足夠的靜剛度。(2)應(yīng)有足夠的抗振性。當(dāng)支承件受振源的影響而發(fā)生振動時，會使整機(jī)晃動，使各主要部件及其相互間產(chǎn)生彎曲或扭轉(zhuǎn)振動，尤其當(dāng)振源振動頻率與整機(jī)固有頻率重合時，將產(chǎn)生共振而嚴(yán)重影響系統(tǒng)的正常工作和使用壽命，所以支承件應(yīng)有足夠的抗振性。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)動剛度是衡量抗振性的主要指標(biāo)。提高支承件的抗振性可采取如下措施:①提高固有振動頻率，以避免產(chǎn)生共振。提高固有振動頻率的方法是提高靜剛度與質(zhì)量的比值，即在保證足夠靜剛度的前提下盡量減輕質(zhì)量。②增加阻尼，因為增加阻尼對提高動剛度的作用很大。③采取隔振措施，如用減振橡膠墊腳、用空氣彈簧隔板等。(3)應(yīng)有較小的熱變形。當(dāng)支承件受熱源的影響時，如果熱量分布不均勻，散熱性能不好，就會由于不同部位有溫差而產(chǎn)生熱變形，影響整機(jī)的精度。為了減小熱變形，一是控制熱源;二是采用熱平衡的辦法，控制各處的溫差，從而減小其相對變形。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(4)穩(wěn)定性好。支承件的穩(wěn)定性是指能長時間地保持其幾何尺寸和主要表面相對位置的精度，以防止產(chǎn)品原有精度的喪失。為此，應(yīng)對支承件進(jìn)行時效處理來消除產(chǎn)生變形的內(nèi)應(yīng)力。(5)工藝性好，成本低，符合人機(jī)工程方面的要求2.4.2支承件的材料支承件的材料應(yīng)根據(jù)其結(jié)構(gòu)、工藝、成本、生產(chǎn)批量和生產(chǎn)周期等要求選擇，常用的有如下幾種。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(1)灰鑄鐵?；诣T鐵的鑄造性好，便于鑄成復(fù)雜形狀，內(nèi)摩擦大，阻尼作用大，有良好的抗振性，價格便宜。采用鑄件的缺點是要制造母模，成本高，周期長，只有在成批生產(chǎn)時才合算;鑄造易出廢品，如有時會出現(xiàn)縮孔、氣泡、砂眼等缺陷;鑄件的加工余量大，機(jī)械加工費用大。(2)鋼。用鋼材焊成的支承件造型簡單。對單件小批生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，其生產(chǎn)周期比鑄件縮短30%~50%，所需制造設(shè)備簡單，成本低;鋼的彈性模量比鑄鐵的大，在同樣的載荷下，壁厚可做得比鑄鐵的薄，質(zhì)量輕(比鑄鐵輕20%~50%)，使固有頻率提高。但鋼的阻尼作用比鑄鐵差。在結(jié)構(gòu)上需采取防振措施，鉗工工作量大;成批生產(chǎn)時，成本較高。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(3)其他材料。近年來，大然巖石已廣泛作為各種高精度機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)座材料如三坐標(biāo)測量機(jī)的工作臺、金剛石車床的床身等就采用了高精度的花崗巖材料。目前，國外還出現(xiàn)了采用陶瓷材料作支承件。大然巖石及陶瓷的優(yōu)點很多:經(jīng)過長期的自然時效，殘余應(yīng)力極小，內(nèi)部組織穩(wěn)定，精度保持性好;阻尼系數(shù)比鋼大約巧倍，抗振性好;耐磨性比鑄鐵高5一10倍，耐磨性好;膨脹系效小，熱穩(wěn)定性好。其主要缺點是:脆性較大，抗沖擊性差;油、水易滲入晶件中，使巖石產(chǎn)生變形。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)2.4.3支承件的設(shè)計原則支承件的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要是解決剛度問題，包括靜剛度和動剛度。因此，要正確選擇截面形狀和截面尺寸，合理布置隔板和加強(qiáng)筋，并注意多支承件之間的連接剛度?，F(xiàn)將有關(guān)原則分述如下。1.提高支承件剛度的一般措施(1)合理選擇截面形狀和尺寸。支承件是一個復(fù)雜的受力體，受到拉、壓、彎、扣的組合作用。從《材料力學(xué)》的知識我們知道:物體在受簡單的拉壓時，其變形與截面積有關(guān)而與截面形狀無關(guān);在彎曲或扭轉(zhuǎn)時，則不但與截面積有關(guān)而且與截面形狀有關(guān)。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)從理論計算和實驗得知:在截面積相同的情況下，空心構(gòu)件比實心構(gòu)件的剛度大得多;方形截面抗彎剛度較高，圓形截面抗扭剛度較高;方形和矩形截面相比，方形截面抗扭剛度較高，矩形截面抗彎剛度較高(在長邊方向);截面不封閉，抗扭剛度極差，故支承件的截面應(yīng)盡可能做成封閉形。(2)合理布置隔板和加強(qiáng)筋。隔板的布置有縱向、橫向和組合布置三種形式，著眼于提高支承件在某個方向上的抗彎、抗扭及局部剛度，例如縱向隔板應(yīng)布置在彎曲平面內(nèi)。從圖2-44可以看出，兩個懸臂梁在端部受到垂直力尸，當(dāng)隔板布置在垂直面時，隔板截面繞X-X軸的彎曲截面慣性矩是Ja=ba3/12;當(dāng)隔板布置在水平面時，隔板截面繞X-X軸的彎曲截面慣性矩是Jb=ab3/12。因為a>b，所以Ja>Jb。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)橫向隔板能抵抗構(gòu)件受扭轉(zhuǎn)時的扭曲作用，故可增加抗扭剛度。斜隔板也能提高抗扭剛度。從圖2-45(a)中可以看出，當(dāng)一懸臂構(gòu)件受扭矩Mk作用時，橫隔板a1b1c1d1相對于橫隔板a2b2c2d2產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。這時a2b1的距離被拉長，而d2c1的距離被縮短。增加斜隔板以后[圖2-45(b)]，能防止這種變化，亦即防止a1b1c1d1相對于a2b2c2d2產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。不少支承件的內(nèi)部要裝入機(jī)構(gòu)。這時就不能用隔板來提高剛度，只能采用加強(qiáng)筋。加強(qiáng)筋一般配置在內(nèi)壁上，可以減小變形和薄壁振動。圖2-46(a)和(b)的加強(qiáng)筋分別用來提高導(dǎo)軌和軸承座處的局部剛度，(c)、(d),(e)為當(dāng)壁板面積大于400mmx400mm時，為避免薄壁振動而在壁板內(nèi)表面加的筋，其作用在于提高壁板的抗彎剛度。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(3)提高接觸剛度。支承件與其他部件間通常用螺栓連接。由于接觸表面微觀上是不平整的，只有一部分凸起的端點在接觸，受到作用力后會產(chǎn)生接觸變形。提高接觸剛度可采用以下措施。①減小表面粗糙度的數(shù)值一般應(yīng)選到Ra<1.6um②擰緊固定螺栓，使接觸表面有200N/mm的預(yù)壓力，以消除表面不平整的影響，提高接觸剛度;預(yù)壓力應(yīng)用測力扳手來控制。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)③合理選擇連接部位的形狀，提高局部剛度，以防止產(chǎn)生局部變形，造成接觸不良，降低接觸剛度。圖2-47(a)為凸緣式，局部剛度較差:采用壁完式[圖2-47(b)]或局部加強(qiáng)筋[圖2-47(c)]可增加局部剛度。2.提高阻尼的一般措施支承件通常受到的是動載荷，因此除了提高剛度外，還要提高阻尼，才能得到良好的動態(tài)特性。提高阻尼的方法如下。上一頁下一頁返回2.4機(jī)械的支承結(jié)構(gòu)(1)士寸砂、鑄造，即保留鑄造件中的砂芯。因為砂芯有吸振作用，可增加阻尼好幾倍，但對固有頻率影響不大。(2)對于焊接支承件，可在支承件中灌混凝土以增加阻尼。有時為了防止鋼板的薄壁振動，可在A，B兩塊薄鋼板之間增加斜筋C，如圖2-48所示，且在D處焊接，焊紋收縮時，接觸面E處被壓緊，在構(gòu)件受力時產(chǎn)生很大的阻尼。上一頁返回2.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實現(xiàn)其主功能的重要環(huán)節(jié)，它應(yīng)能快速地完成預(yù)期的動作，并具有響應(yīng)速度快、動態(tài)特性好、動靜態(tài)精度高、動作靈敏度高等特點，另外為便于集中控制，它還應(yīng)滿足效率高、體積小、質(zhì)量輕、自控性強(qiáng)、可靠性高等要求。2.5.1微動機(jī)構(gòu)微動機(jī)構(gòu)是一種能在一定范圍內(nèi)精確、微量地移動到給定位置或?qū)崿F(xiàn)特定的進(jìn)給運動的機(jī)構(gòu)。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中，它一般用于精確、微量地調(diào)節(jié)某些部件的相對位置。如在儀器的讀數(shù)系統(tǒng)中，利用微動機(jī)構(gòu)調(diào)整刻度尺的零位;在磨床中，用螺旋微動機(jī)構(gòu)調(diào)整砂輪架的微量進(jìn)給;在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中各種微型手術(shù)器械均采用微動機(jī)構(gòu)。下一頁返回2.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.5.2定位機(jī)構(gòu)定位機(jī)構(gòu)是機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中一種確保移動件占據(jù)準(zhǔn)確位置的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通常采用分度機(jī)構(gòu)和鎖緊機(jī)構(gòu)組合的形式來實現(xiàn)精確定位的要求。分度工作臺的功能是完成回轉(zhuǎn)分度運動，在加工中自動實現(xiàn)工件一次安裝完成幾個面的加工。具體工作方式見圖2-49。上一頁下一頁返回2.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.5.3數(shù)控機(jī)床回轉(zhuǎn)刀架數(shù)控機(jī)床自動回轉(zhuǎn)刀架是在一定空間范圍內(nèi)，能使刀架執(zhí)行自動松開、轉(zhuǎn)位、精密定位等一系列動作的一種機(jī)構(gòu)。數(shù)控車床的刀架是機(jī)床的重要組成部分，其結(jié)構(gòu)直接影響機(jī)床的切削性能和工作效率。具體工作結(jié)構(gòu)見圖2-50，在這里就不再過多地講解。上一頁下一頁返回2.5機(jī)械執(zhí)行機(jī)構(gòu)2.5.4工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器工業(yè)機(jī)器人是一種自動控制、可重復(fù)編程、多功能、多自由度的操作機(jī)，用來搬運物料、工件或操作工具以及完成其他各種作業(yè)的機(jī)電一體化設(shè)備。工業(yè)機(jī)器人末端執(zhí)行器裝在操作機(jī)手腕的前端，是直接實現(xiàn)操作功能的機(jī)構(gòu)。末端執(zhí)行器因用途不同而結(jié)構(gòu)各異，一般可分為三大類:圓弧型夾持器如圖2-51，特種末端執(zhí)行器如圖2-52、工具型末端執(zhí)行器如圖2-53和萬能手(或靈巧手)如圖2-54。上一頁下一頁返回小結(jié)１.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)主要包括傳動機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向及支承機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)三大部分。２.機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)必須滿足高精度、小慣量、大剛度等要求。３.機(jī)械傳動部件有齒輪傳動、帶傳動、鏈傳動、螺旋傳動以及各種非線性傳動部件等。４.導(dǎo)軌副主要由定導(dǎo)軌、動導(dǎo)軌、輔助導(dǎo)軌、間隙調(diào)整元件以及工作介質(zhì)/元件等組成。５.導(dǎo)軌的基本要求。6.支承件的設(shè)計原則。上一頁返回圖2-1偏心軸套式間隙結(jié)構(gòu)1-電動機(jī);2-偏心軸套返回圖2-2帶錐度齒輪的消除間隙結(jié)構(gòu)1、2