《机电一化技术讲》PPT课件.ppt

复习,1.旋转支承的类型与选择 1）旋转支承的种类及基本要求 2）圆柱支承-运动学式圆柱支撑 3）圆锥支承 4）填人式滚动支承 5）其它支承 2.顶针支承 3.刀口支承 4.弹性支承,本次课程内容,2.5轴系部件的设计与选择 一、轴系设计的基本要求了解 二、轴(主轴)系用轴承的类型与选择-静压轴承、磁悬浮轴承工作原理 -掌握 三、提高轴系性能的措施熟悉 2.6机电一体化系统(或产品)的机座或机架 1机座或机架的作用及基本要求 了解 2机座或机架的结构设计要点 铸造机座的设计 -保证自身刚度的措施 焊接机架的设计,2.4轴系部件的设计与选择,2.4.1轴系设计的基本要求 轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成.有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴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(力矩)。 中间轴系：要求不高。 主轴系：完成主要的作用，要求很高。 (1)旋转精度：无负载低转速下，径向跳动和轴向窜动。 (2)刚度 ：抵抗静、动载荷的能力 (3)抗振性 ：强迫振动、自激振动。 (4)热变形 ： (5)轴上零件的布置 ：卸荷式结构、齿轮靠向轴端、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,2.4.2轴(主轴)系用轴承的类型与选择,1标准滚动轴承 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 ：轴系用球轴承有单列向心球轴承,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之间的相对位移来调整间隙。因此在轻载时应用广泛。,(2)双列向心短圆柱滚子轴承,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。 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。因此，其承载能力大、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,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,5100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,主要应用于高精度小尺寸或特殊要求的场合. 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。 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 : 滚珠数量多且接近于多头螺旋排列。由于密集的钢珠有误差平均效应，减小了局部误差对主轴轴心位置的影响，故主轴回转精度有所提高；每个钢珠公转时沿着自己的滚道滚动而不相重复，减小了滚道的磨损，主轴回转精度可长期保持。 但过多的增加钢珠会增大摩擦力矩。,3静压轴承,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。 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。 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。 动压轴承: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。（形成油楔），适用于高速。 静压轴承:外部的装置供给有一定压力的介质.刚度大、精度高、抗震性能好、摩擦阻力小。适用于各种速度。,液体静压轴承工作原理,节流器,不考虑轴的重量时,四个节流器的液阻相等， 即Rg1Rg2Rg3Rg4Rg0， 油腔1、2、3、4的压力相等 即Pr1Pr2Pr3Pr4Pr0，主轴被一层油膜隔开，油膜厚度为h0。 轴和轴套中心重合。,考虑轴的径向载荷W(轴的重量)作用时,轴心O移至O1，位移为e，各个油腔压力就发生变化，油腔1的间隙增大、其液阻Rh1减小，油腔压力Pr1降低；油腔2却相反；油腔3、4压力相等。若油腔1、2的油压变化而产生的压力差能满足Pr2一Pr1WA(A为每个油腔有效承载面积，设四个油腔面积相等)，主轴便处于新的平衡位置，即轴向下位移很小的距离e，但eh0，轴仍然处在液体支承状态下旋转。,油腔压力的计算,因为 ：QhQgQ0 ；则QPr1Rh(ps一pr1)Rg 油腔压力为： 对于油腔1和2： 如果四个节流器的液阻是常量且相等，则 ： 又因为油腔间隙液阻Rh2Rh1，故油腔压力pr2pr1。当节流器液阻同时发生变化，即Rg2Rg1，这时的pr2pr1，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。,节流器,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； 节流器的种类：常用的有小孔(孔径远大于孔长)节流器、毛细管(孔长远大于孔径)节流器、薄膜反馈节流器。 小孔节流器： 优点：尺寸小、结构简单、刚度大 ； 缺点：对温度敏感。 毛细管节流器： 优点：对温度不敏感，工作稳定； 缺点：占用空间大。 薄膜反馈节流器：可变节流器,固定节流器,薄膜反馈节流器,工作原理,4磁悬浮轴承,基准信号,调节器,功率放大器,功率放大器,2.4.3提高轴系性能的措施,1提高轴系的旋转精度 轴承(如主轴)的旋转精度中的径向跳动主要原因： 被测表面的几何形状误差； 被测表面对旋转轴线的偏心； 旋转轴线在旋转过程中的径向漂移等因素引起。 轴系轴端的轴向窜动主要原因： 被测端面的几何形状误差； 被测端面对轴心线的不垂直度； 旋转轴线的轴向窜动等三项误差引起。 提高其旋转精度的主要措施： 提高轴颈与架体(或箱体)支承的加工精度； 用选配法提高轴承装配与预紧精度； 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。,2提高轴系组件的抗振性,提高其抗振性的主要措施有： 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，则激起的振幅越小； 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，选用传动平稳的传动件、对轴承进行合理预紧等； 采用吸振、隔振和消振装置。 另外，还应采取温度控制，以减少轴系组件热变形的影响。,2.5机电一体化系统(或产品)的机座或机架,2.5.1机座或机架的作用及基本要求 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准作用。 基本特点: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常运转，故应对其刚度和抗振性提出下列基本要求。 1.刚度与抗振性 ：提高静刚度；增加阻尼；减轻重量；采取隔振。 2.热变形 ：措施：(1)控制热源 .(2)采用热平衡的办法，控制各处的温差，从而减小其相对变形 。 3.稳定性: “时效处理” 4.其他要求,2.5.2机座或机架的结构设计要点,1铸造机座的设计 (1)保证自身刚度 措施有： 合理选择截面形状和尺寸 ：“拉、压、弯、扭 ” 4条 合理布置筋板和加强筋 合理的开孔和加盖,(2)提高机座连接处的接触刚度,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,采用模型试验方法，可测得与实际较接近的变形量。 A、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。 一般用有机玻璃作为模型材料。 B、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 。,(4)机座的结构工艺性,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。 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。机座必须有可靠的加工工艺基面 铸件要便于清砂。 在同一侧面的加工表面，应处于同一个平面上，以便一起刨出或铣出。,(5)机座的材料选择,根据其结构、工艺、成本、生产批量和生产周期等要求选择，常用的有： 铸铁 ： 钢 ： 其它材料 ：花岗岩、大理石、天然岩石 、陶瓷等。,2焊接机架的设计,板料型材机架,角钢焊接机架,槽钢焊接机架,2焊接机架的设计,总结,2.5轴系部件的设计与选择 一、轴系设计的基本要求了解