机电一体化系统设计第2章(下)

机电一体化系统设计 第二章 下 2 机电一体化系统设计 a 平带 b V带 c 多楔带 d 圆形带 2 2 5挠性传动部件 带传动 3 机电一体化系统设计 带工作时应力变化 4 机电一体化系统设计 5 机电一体化系统设计 6 机电一体化系统设计 2 2 5挠性传动部件 同步带 7 机电一体化系统设计 同步带优点工作时无滑动 有准确的传动比 传动效率高 节能效果好 传动比范围大 结构紧凑 维护保养方便 运转费用低 恶劣环境条件下仍能正常工作 8 机电一体化系统设计 同步齿形带的结构根据齿形的不同 同步带可分梯形齿同步带和圆弧齿同步带 1 梯形齿应力集中在齿根部 与带轮是圆弧形接触 当小带轮直径较小时 使齿形变形 影响与带轮齿的啮合 易产生噪声和振动 不适于高速传动 在数控机床特别是加工中心中很少使用 仅在转速不高或小功率传动中采用 2 圆弧齿形带克服了梯形齿带的缺点 均化了应力 在加工中心上 无论是主传动还是伺服进给传动 需要用带传动时 都优先考虑采用圆弧齿同步齿形带 9 机电一体化系统设计 齿形带的结构带背 强力层 包布层 带齿包布层材料 尼龙布带齿材料 氯丁橡胶为基体强力层材料 钢丝 玻璃纤维 芳香族聚酰胺纤维 芳纶 10 机电一体化系统设计 对齿形带的要求 1 有高的抗剪强度和耐磨性 2 有高的耐油性和耐热性 3 带背有良好的韧性和耐弯曲疲劳能力 11 机电一体化系统设计 主要参数与规格1 节线长 强力层中心线 2 节距t 相邻两齿在节线上的距离 3 模数m 是节距t与 之比 m t 4 规格 单面齿 双面齿 DI型 DII型 12 机电一体化系统设计 打印机同步带驱动系统 13 机电一体化系统设计 同步带选用 梯形齿同步带 主要用于中 小功率的同步带传动 如各种仪器 轻工机械中 高转矩同步带 又称HTD带 HighTorqueDrive 或STPD带传动 SuperTorquePositiveDrive 齿形呈圆弧状 我国通称为圆弧齿同步带传动 主要用于重型机械高速传动 如运输机械 飞机 汽车 石油机械和机床 发电机等的传动 特种规格的同步带 根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动 如工业缝纫机 汽车发动机用同步带传动 特殊用途的同步带 为适应特殊工作环境制造的同步带 14 机电一体化系统设计 2 2 5挠性传动部件 钢带 15 机电一体化系统设计 接触面积大 无间隙 无滑动 结构简单紧凑 可靠 寿命长 驱动力大 无蠕变 汽车无级变速箱 16 机电一体化系统设计 链传动 17 机电一体化系统设计 齿形链传动 18 机电一体化系统设计 2 2 5挠性传动部件 绳轮传动 19 机电一体化系统设计 绳传动 电梯 缝纫机 20 机电一体化系统设计 挠性传方式比较 21 机电一体化系统设计 2 2 6间歇传动部件 棘轮 棘轮传动机构组成 优点 缺点 22 机电一体化系统设计 棘轮传动机构形式 23 机电一体化系统设计 2 2 6间歇传动部件 槽轮 槽轮传动 优缺点 24 机电一体化系统设计 2 2 6间歇传动部件 蜗形凸轮传动 蜗形凸轮传动组成 优缺点 25 机电一体化系统设计 蜗形凸轮机构的优缺点 优点 可获得任意转位时间与静止时间之比 能实现转盘要求的各种运动规律 可用于工位数较多的设备上 定位精度较高 刚度较大 装配方便 缺点 加工工作量特别大 成本较高 26 机电一体化系统设计 2 3导向支承部件的选择和设计 27 机电一体化系统设计 导轨副的种类 按导轨副运动导轨的轨迹分类 a 直线运动导轨副 b 旋转运动导轨副按导轨副导轨面间的摩擦性质分类 a 滑动摩擦导轨副 b 滚动摩擦导轨副 c 流体摩擦导轨副按导轨副结构分类 a 开式导轨 b 闭开式导轨 28 机电一体化系统设计 常用导轨副结构 29 机电一体化系统设计 导轨副应满足的基本要求 导向精度高 刚性好 运动轻便平稳 耐磨性好 对温度的敏感性低 结构工艺性好 对精度要求高的导轨 导向面与承载面要严格分开 当运动件较重时 必须设有卸荷装置 运动动件的支撑 必须符合三点定位 30 机电一体化系统设计 导向精度 动导轨按给定方向作直线运动的准确程度 导向精度的高低取决于 导轨的结构类型 导轨的几何精度和接触精度 导轨的配合间隙 油膜厚度和油膜刚度 导轨和基础件的刚度和热变形 31 机电一体化系统设计 导轨副的基本要求 导向精度 32 机电一体化系统设计 停止 加速运动 减速运动 停止 33 机电一体化系统设计 导轨副的设计内容 根据工作条件选择合适的导轨类型 选择导轨的截面形状 以保证导向精度 选择适当的导轨结构及尺寸 使其在给定的载荷及工作温度范围内 有足够的刚度 良好的耐磨性及运动轻便和低速平稳性 选择导轨的补偿及调整装置 长期工作后通过调整能保持所需要的导向精度 选择合理的耐磨涂料 润滑方式和防护装置 制定保证导轨精度所必需的技术条件 34 机电一体化系统设计 2 3 2滑动导副的结构及选择 35 机电一体化系统设计 导轨副的组合形式 双三角导轨 a b 36 机电一体化系统设计 导轨副的组合形式 矩形和矩形组合导轨 B A C B A C A a b 37 机电一体化系统设计 导轨副的组合形式 38 机电一体化系统设计 导轨副的组合形式 燕尾形导轨 39 机电一体化系统设计 导轨副的组合形式 燕尾形导轨 40 机电一体化系统设计 常用的调整方法有压板法和镶条法两种 燕尾形导轨可采用镶条 垫片 方法同时调整垂直和水平两个方向的间隙 导轨间隙的调整 41 机电一体化系统设计 对矩形导轨可采用修刮压板 修刮调整垫片的厚度或调整螺钉的方法进行间隙的调整 导轨间隙的调整 42 机电一体化系统设计 导轨间隙的调整 43 机电一体化系统设计 滑动导轨常用材料有铸铁 钢 有色金属和塑料等 1 铸铁铸铁有良好的耐磨性 抗振性和工艺性 灰铸铁 一般选择HT200 用于手工刮研 中等精度和运动速度较低的导轨 硬度在HB180以上 耐磨铸铁 耐磨性较灰铸铁好 孕育铸铁 把硅铝孕育剂加入铁水而得 耐磨性高于灰铸铁 常用HT300 合金铸铁 稀土铸铁等 导轨副的材料选择 44 机电一体化系统设计 2 钢镶钢导轨的耐磨性较铸铁可提高五倍以上 常用的钢有 45 40Cr等采用表面淬火或整体淬硬处理 3 有色金属常用的有色金属有黄铜HPb59 l 锡青铜ZCuSn6Pb3Zn6 铝青铜ZQAl9 2和锌合金ZZn Al10 5 超硬铝LC4 铸铝ZL106等 其中以铝青铜较好 4 塑料镶装塑料导轨具有耐磨性好 但略低于铝青铜 抗振性能好 工作温度适应范围广 200 260 抗撕伤能力强 动 静摩擦系数低 差别小 可降低低速运动的临界速度 工艺简单 成本低 导轨副的材料选择 45 机电一体化系统设计 提高导轨耐磨性的措施 1 合理选择导轨的材料及热处理 用于导轨的材料 应具有耐磨性好 摩擦系数小 并具有良好的加工和热处理性质 2 保证导轨良好的润滑 3 提高导轨的精度 改善表面粗糙度 4 减小导轨单位面积上的压力 46 机电一体化系统设计 提高导轨耐磨性的措施 5 减小导轨面压强 1 静压卸载导轨 静压卸载导轨原理 47 机电一体化系统设计 提高导轨耐磨性的措施 2 水银卸载导轨 水银卸载导轨原理 1 2 48 机电一体化系统设计 提高导轨耐磨性的措施 3 机械卸载导轨 49 机电一体化系统设计 50 机电一体化系统设计 滚动导轨副 特点 要求 51 机电一体化系统设计 直线滚动导轨的特点 摩擦系数小 0 003 0 05 运动灵活 动 静摩擦系数基本相同 启动阻力小 不易产生爬行 可以预紧 刚度大 寿命长 精度高 润滑方便 采用指润滑 一次装填 长期使用 由专业生产 缺点 抗振性差 接触应力大 易产生振动 结构复杂 需防尘装置 52 机电一体化系统设计 对滚动导轨副的基本要求 导向精度高 耐磨性好 刚度大 工艺性好 53 机电一体化系统设计 滚动导轨副分类 54 机电一体化系统设计 55 机电一体化系统设计 56 机电一体化系统设计 57 机电一体化系统设计 滚动体循环滚动导轨副 58 机电一体化系统设计 59 机电一体化系统设计 60 机电一体化系统设计 滚珠轴承导轨 61 机电一体化系统设计 62 机电一体化系统设计 63 机电一体化系统设计 64 机电一体化系统设计 2 3 4静压导轨副 静压导轨的工作原理 p r2 p r6 3 p r5 2 p r4 1 M F 1 p r1 h 1 h 2 h 3 h 6 h 5 h 4 p s p r3 b 65 机电一体化系统设计 液体静压导轨的优点是 1 摩擦系数很小 启动摩擦系数可小至0 0005 可使驱动功率大大降低 运动轻便灵活 低速时无爬行现象 2 导轨工作表面不直接接触 基本上没有磨损 能长期保持原始精度 寿命长 3 承载能力大 刚度好 4 摩擦发热小 导轨温升小 5 油液具有吸振作用 抗振性好 66 机电一体化系统设计 空气轴承的原理 67 机电一体化系统设计 68 机电一体化系统设计 空气轴承原理 预载方式 69 机电一体化系统设计 气浮轴承原理 预载方式 70 机电一体化系统设计 71 机电一体化系统设计 磁悬浮轴承 非线性局部稳定系统易发生磁场间干扰成本高质量大 72 机电一体化系统设计 2 4旋转支承部件的选择与设计 73 机电一体化系统设计 旋转支承部件 圆柱支承 特点 接触面积大 承载能力强 方向精度和置中精度较差 摩擦阻力矩大 74 机电一体化系统设计 75 机电一体化系统设计 FP 径向载荷f 诱导麻擦系数未经研配的轴颈 f 1 57f 研配的轴颈 f 1 27f 轴颈和轴承为较硬材料 f f 圆柱支撑受力 76 机电一体化系统设计 d1 轴肩直径d2 轴颈直径 77 机电一体化系统设计 a 轴端球面与止推面接触半径 78 机电一体化系统设计 79 机电一体化系统设计 旋转支承部件 圆锥支承 特点 方向精度和置中精度较高 承载能力较强 摩擦力矩较大 80 机电一体化系统设计 旋转支承部件 填入式滚动支承 特点 摩擦阻力矩小 耐磨性好 承载能力较大 温度敏感性低 成本高 使用高速 重载情况 81 机电一体化系统设计 填入式滚动支承 82 机电一体化系统设计 83 机电一体化系统设计 其他形式旋转支承 球面支承顶针支承刀口支承弹性支承 84 机电一体化系统设计 85 机电一体化系统设计 86 机电一体化系统设计 87 机电一体化系统设计 2 5轴系部件的选择和设计 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 通常在设计轴系时要求 1 旋转精度 2 刚度 3 抗振性 4 热变形 5 轴上零件的布置合理 88 机电一体化系统设计 轴上零件的布置合理比较 89 机电一体化系统设计 轴承类型 标准滚动轴承 深沟球轴承 圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 推力轴承等 非标滚动轴承 静压轴承磁悬浮轴承 90 机电一体化系统设计 非标滚动轴承示例 91 机电一体化系统设计 92 机电一体化系统设计 静压轴承原理 93 机电一体化系统设计 空气轴承原理 静压空气轴承 1 94 机电一体化系统设计 空气轴承原理 静压空气轴承 2 95 机电一体化系统设计 磁悬浮轴承原理 96 机电一体化系统设计 在选择轴承时 一般的选择流程如图下 确定轴承形式及组合 确定尺寸及精度 确定配合及内部间隙 确定润滑及密封 确定安装尺寸 确定轴承规格型号 97 机电一体化系统设计 提高轴系统性能的措施 提高旋转精度 抽高轴承与架体 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 提高轴系的抗振性提高轴系组件的固有频率 刚度和阻尼 消除和减少强迫振动源的干扰作用 采用吸振 隔振和消振措施 98 机电一体化系统设计 2 6机座与机架 机座或机架的基本要求应具有足够的刚度和抗振性 应具有较小的热变形和热应力 稳定性 结构工艺性及其它要求 99 机电一体化系统设计 机座或机架材料的选择铸铁可以铸出形状复杂的支承件 抗振性好 但生产铸铁支承件需要制作木模 芯盒等 制造周期长 成本高 故适宜于成批生产 钢的阻尼比只为铸铁的约1 3 抗振性差 各种型材 角铁 槽钢 工字钢等 天然