自动化设备设计

1、自动化设备设计 1.自动化设备的概况和组成 2.液压和气压传动基础知识 3.机械传动方式简介 4.伺服电机选型 22021/3/14 一、自动化设备的概况和组成 自动化设备的优点 1.提高产品的性能和质量 2.节约能源及材料消耗 3.提高劳动生产效率 4.改善劳动条件和减轻工人劳动强度 5.能使企业摆脱员工对产品熟练程度的依赖性 自动化设备在实际生活中的应用 1.用机械来代替人工做动力的自动化技术 2.在生产过程及业务处理过程中由检测,控制,计算等环节产 生的大量信息处理的自动化技术. 32021/3/14 自动化设备的组成 一、机械部分 1. 原动机 主要包括电动机和内燃机等. 2. 传动机

2、构 要包括机械传动(带传动,链传动,齿轮传 动等),气压传动和液压传动.在实际的自动化设计和应 用中,是它们中两者或三者的结合.气压传动和液压传 动在工业特别在轻工业中的应用越来越广泛，它是接 下来要重点讨论的一个课题。 3. 定位机构和夹紧机构 它能使工件在设备上的位 置实现唯一性,使装配件与被装配件之间的自由度得到 合理的控制,从而实现自动化生产和装配. 它也是接下 来要重点讨论的一个课题。 42021/3/14 4. 控制和调节装置 这里谈的控制与接下来电器 中的控制是不一样的,这里主要是一些液压和气压 控制回路,速度控制回路及方向控制回路 5. 执行元件 主要包括气缸,马达,油缸,真空

3、吸盘及机 械手等 6. 辅助装置 它们主要包括一些油箱,过滤器,蓄能器 ,消声器和油雾器,管路和管接头等. 二、电气部分 1. 自动控制系统-汇编语言,单片机及PLC程序 2. 自动控制系统中常用的的检测和执行元器件 检测元件主要有传感器,接近开关,行程开关,编码 器及磁感应开关等 . 执行元器件主要包括步进电机,伺服电机,真空发生 器及磁粉离合器等。 52021/3/14 二、液压和气压传动基础知识 一.液压和气压传动的现状及应用 1. 液压传动有很多突出的特点,因此它的应用非常广泛, 如一般工业的塑料加工机械,压力机械,机床等;行走 机械中的工程机械,农业机械,汽车等；钢铁工业中的 冶金机

4、械,提升装置,轧辊调整装置等. 2. 气压传动的应用也相当普遍,许多机器设备中都有气 压传动系统,在工业各领域,如机械,电子.钢铁,运输 车辆及制造,橡胶,纺织,化工,食品,包装,印刷和烟草 等领域气压传动技术已成为基本组成部分. 62021/3/14 液压传动的特点 1. 与电动机相比,在同等体积下,液压装置能产生更大的动力,也就是 说在同等的功率下,液压装置的体积小,重量轻. 2. 液压装置工作平稳,换向冲击小,便于实现频繁换向. 3. 液压装置很容易实现过载保护,能实现自润滑,使用寿命长. 4. 液压装置容易作到对速度的无级调节,并且对速度的调节还可以在 工作中进行. 5. 液压装置易于

5、实现自动化,很方便对液体的流动方向,压力和流量进 行调节和控制,并能很容易地和电气,电子控制和气压控制结合起来 ,实现复杂的运动和操作. 6. 液压元件易于实现系列化,标准化和通用化,便于设计,制造和推广 使用 7. 由于液压传动中的泄露和液体的可压缩性使这种传动无法保证严格 的传动比. 8. 液压传动有很多的能量损失(泄露损失,沿程压力损失,局部压力损 失等),因此传动效率相对很低. 9. 液压传动对油温的变化比较敏感,不宜在较高或较低的温度下工作. 10.液压传动在出现故障时不易诊断. 72021/3/14 气压传动的特点 1.气压传动的工作介质是空气,它取之不尽用之不竭,用后的空气可以排

6、到大 气中去,不会污染环境. 2.气压传动的工作介质粘度很低,所以流动阻力很小,压力损失小,可以便于 集中供气和远距离输送. 3.气压传动对环境的适应性好,在易燃,易爆,多尘埃,强辐射,振动等恶劣工 作环境下仍能可靠地工作. 4.气压传动动作速度及反应快.液压油在管道中的流动速度一般为15m/s, 而气体流速可以大于10 m/s,甚至接近声速,因此在0.020.03s内即可以达 到所要求的工作压力和速度. 5.气压传动有较好的自保持能力.即使压缩机停止工作,气阀关闭,气压传动 系统仍能维持一个稳定的气压.而液压传动要维持一定的压力,需要能源装 置或在系统中增加蓄能器. 6.气压传动在一定的超负

7、载工况下也能保证系统安全工作,不易发生过热现 象 7.气压传动系统的工作压力低.工作气压一般在0.2-1Mpa之间,比较常用的 0.4Mpa左右. 8.由于空气的可压缩性大,因此气压传动的速度稳定性差,很难控制系统的位 置精度. 9.气压传动系统的噪声大,尤其是排气时,需加销声器. 10. 气压传动工作介质本身没有润滑性,需加油雾器进行润滑. 82021/3/14 二.液压和气动系统的基 本组成 1.液压系统的基本组成 它由油箱,过滤器, 液压泵,溢流阀,开停 阀, 节流阀,换向阀 和液压缸组成. 92021/3/14 2.气压系统的基本组成 它由空气压缩机,后 冷却器,除油器,干燥气, 储气

8、罐,过滤器,减压阀, 压力表,油雾器,换向阀 和气缸组成. 在实际的应用中, 除 油器,减压阀和油雾器做 成一个整体, 称为气源 处理三联件. AIRTAC气 动产品里的代号为AFR 102021/3/14 三.液压和气压传动的执行元件 1.液压传动中的执行元件是油缸, 气压传动中的执行元件是气缸. 2.油缸和气缸的品牌 进口的: AIRTAC(台湾亚德克 ),SMC(日本),英国的诺冠,美国 的派克等 国产的:佛山的实用, 肇庆的 方大等 3.油缸和汽缸的基本参数 结构型式 缸径 行程 安装方式 112021/3/14 双轴复动型气缸 122021/3/14 单轴弹簧压出型气缸 132021

9、/3/14 气缸的工作条件如上图 气缸常用的缸径和行程如上图 142021/3/14 四.液压和气压传动的控制调节元件 1.方向控制阀 单向阀 分为普通单向阀,液控单向阀,梭阀和双压阀. 换向阀 复动气缸常采用两位五通电磁换向阀,单动气缸常采用两位三通电磁换 向阀,油缸的换向阀常采用三位五通阀,油缸的换向阀需要有中位功能. 2.压力控制阀 主要有溢流阀,减压阀,顺序阀和压力继电器 3.流量控制阀 主要有节流阀和调速阀等. 调速阀实际上是一个节流阀和等差减压阀的组合体 152021/3/14 五.液压和气压传动的辅助元件 1.蓄能器和储气罐 液压传动系统一般采用蓄能器,气压传动系统一般采用储气罐

10、. 2.过滤器 主要分为粗过滤器,普通过滤器和精过滤器三种. 3.油箱,热交换器,压力表,油雾器和销声器. 六.液压和气压传动回路 1.方向控制回路 它主要分为一般方向控制回路和复杂方向控制回路. 一般方向控制回路:一个换向阀控制一个汽缸或油缸. 复杂方向控制回路:时间控制制动式和行程控制制动式两种 2.压力控制回路. 它主要分为调压回路,减压回路,增压回路,保压回路,卸荷回路,平衡回 路和释压回路等组成. 162021/3/14 3.速度控制回路 它主要有节流式调速回路,调速阀式调速回路,容积式调速回路,容积 节流式调速回路,快速回路和速度换接回路. 速度换接回路在后面的章节中介绍. 4.多

11、缸运动控制回路 它主要包括顺序运动回路,同步运动回路和运动互不干扰回路. 顺序运动回路在后面的章节中介绍. 5.其他控制回路 主要有气压延时回路和气压往复运动回路. 气压延时回路是一个两位三通气控阀和一个单向节流阀组成. 气压往复运动回路在后面的章节中介绍. 172021/3/14 七.典型的气压回路案例 分析 1.行程阀控制的单往复回 路 系统原理图见右图. 功能简介: 按下手动 换向1的手柄,气控换 向阀3切换，气缸右行 ，当撞块碰下行程阀2 ，气控换向阀3复位， 气缸自动退回. 182021/3/14 2.行程阀控制的连续往复动作回路 系统原理图见右图 功能简介:当按下手动换向阀1的 手

12、柄,气控换向阀4切换,气缸右行 ,此时由于二位二通机动换向阀3 复位而将控制气路断开, 气控换 向阀4不能复位.当活塞继续前行 到终点,撞块碰下二位二通机动换 向阀2时,气控换向阀4中的空气经 阀排出, 气控换向阀4在弹簧的作 用下复位,气缸自动返回.当活塞 返回到终点时,压下机动换向阀3, 气控换向阀4再次切换,重复上述 循环动作,只有断开手动换向阀1, 方可使连续往复动作的的活塞返 回到原位置时停止. 192021/3/14 3.行程开关和电磁阀控制的顺序运动回路 系统原理图如上图 功能简介: 电磁换向阀7通电后,左气缸按箭头的方向右行,当它右行 到预定的位置时,挡块压下行程开关2,发出信

13、号使电磁阀8的电磁铁通电, 右气缸按箭头的方向右行.当它右行到预定的位置时,挡块压下行程开 关4,发出信号使电磁阀7的电磁铁断电,左气缸按箭头的方向左行,当它 左行到原位时,挡块压下行程开关1,发出信号使电磁阀8的电磁铁断电,左 气缸按箭头的方向左行,当它左行到原位时,挡块压下行程开关3,发出 信号表明整个工作循环结束. 202021/3/14 包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、 蜗杆蜗轮副、链轮链条副、皮带传动副及其支承部件等。设计和选 用机械传动结构时,必须考虑以下问题: (1) 减少摩擦阻力 如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、 滚动导轨、静压导轨和塑料导轨。 (2

14、) 提高传动精度和刚度、消除传动间隙 传动精度和刚度主要 取决于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传动间隙主 要来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等。 (3) 减小运动惯量 传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特 性都有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部 件的惯量。 三、机械传动方式简介 212021/3/14 传动齿轮副 一、设计传动齿轮副应考虑的问题 进给系统采用齿轮传动装置,是为了使丝杠、工作台的惯量在系统 中占有较小的比重;还可使高转速低转矩的伺服驱动装置的输出变为低转 速大扭矩，以适应驱动执行件的需要。 在设计齿轮传动装置时，应考虑的问题: 1. 应又足够的

15、强度和精度； 2. 应综合考虑其速比分配及传动级数对传动件的转动惯量和执行件 的转动的影响。增加传动级数，可以减小转动惯量。但级数增加，使传 动装置结构复杂，降低了传动效率，增大了噪声；同时也加大了传动间 隙和摩擦损失，对伺服系统不利。 222021/3/14 二、消除传动齿轮间隙的措施 (一) 存在间隙的危害: 1. 在开环系统中会造成进给运动的位移值滞后于指令值;反向时,会出现反向 死区，影响加工精度。 2. 在闭环系统中，由于有反馈作用，滞后量可得到补偿，但反向时会使伺 服系统产生振荡而不稳定。 (二) 调整方法 1. 刚性调整法 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补偿的调整法。因此,齿

16、轮的周节公 差及齿厚要严格控制，否则影响传动的灵活性。这种调整方法结构比较简单， 且有较好的传动刚度。 232021/3/14 (1) 偏心轴调整法 通过调整偏心套来改变 齿轮1和齿轮2之间的中心距 ,从而消除了齿侧间隙。 偏心调整法的原理图 齿轮1 齿轮2 偏心套 242021/3/14 (2) 轴向垫片调整法 齿轮1 齿轮2 垫片 轴向垫片调整法的原理图 要改变垫片的厚度 就能改变齿轮2和齿轮 1的轴向相对位置,从而 消除了齿侧间隙。 252021/3/14 2. 2. 柔性调整法柔性调整法 (1)轴向压簧调整法 用螺母来调节弹簧的轴向压力,使齿轮1和2 的左、右齿面分别与宽斜齿轮齿槽的左

17、右侧面 贴紧。弹簧力需调整适当，过松消除不了间隙， 过紧则齿轮磨损过快。 薄斜齿 轮1 薄斜齿 轮2 弹簧 键 螺 母 轴 宽斜 齿轮 轴向压簧调整法 该法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的 调整法。一般采用调整压力弹簧的压力来消除 齿侧间隙,但这种结构较复杂，轴向尺寸大、 传动刚度低，传动平稳性也差。 262021/3/14 (2)周向压簧调整法 转动螺母调整弹簧的拉 力可以使薄片齿轮错位,即两 片薄齿轮1、2的左、右齿面 分别与宽齿轮齿槽的右、左 贴紧，消除了齿侧间隙。 凸耳 弹簧凸耳螺钉螺母 薄齿轮2 薄齿轮1 周向压簧调整法 272021/3/14 滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠

18、螺母副是直线运动与回转运动能相互转换的新型传动装置。 一、 工作原理与特点 丝杠 滚珠 螺母 滚珠 回路 滚珠丝杠工作原理图 在丝杠和螺母上都有半圆弧形 的螺旋槽,当它们套装在一起时便形 成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚 珠回路管道，当丝杠旋转时，滚珠 在滚道内既自转又沿滚道循环转动 。 282021/3/14 滚珠丝杠螺母副特点: 1. 摩擦小,效率高，发热少; 2. 丝杠螺母之间预紧后，可以完全消除间隙，提高了传动刚度； 3. 运动平稳，不易产生低速爬行现象； 4. 磨损小、寿命长、精度保持性好； 5. 不能自锁，有可逆性，丝杠立式使用时，应增加制动装置。 二、滚珠丝杠螺母副的循环方式 常用

19、的循环方式有两种:滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为 外循环;始终与丝杠保持接触的称内循环。 292021/3/14 1外循环 插管式回珠器 插管式回 珠器外循环方式 每一列钢珠转几圈后经插管回珠器返回。插管式回珠器位于螺母之外,称为外 循环。 外循环结构制造工艺简单,其滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性 ，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。 302021/3/14 D C B A 反向回珠器 内循环方式 D A C B 钢珠从A点走向B点、C点、D点然后经返向回珠器4从螺纹的顶上回到A点。螺 纹每一圈形成一个钢珠的循环闭路。回珠器处于螺母之内,称为内循环。 2. 内循环 其结构紧

20、凑,定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易发生滚珠堵塞;缺点是结构复 杂，制造较困难，不能用于多头螺纹。 312021/3/14 三、滚珠丝杠螺母副的选用 目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准为四级:普通级P、标准级B、精密 级J和超精密级C。普通数控机床可选用标准级B,精密数控机床可选精密级J 或超精密级C。 在设计和选用滚珠丝杠螺母副时,首先要确定螺距t、名义直径D0、滚珠直 径d0等主要参数。 D0愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。为了满足传动刚度和稳定性的要求 ，通常D0应大于丝杠长度的1/301/35，根据D0值选取尽量较大的螺距t。 滚珠直径d0对承载能力有直接影响，应尽可能取较大的数值。一般

21、d0 0.6t，其最后尺寸按滚珠标准选用。 322021/3/14 (三) 滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式 1. 支承形式 (1) 一端装止推轴承 一端装止推轴承 这种安装方式的承载能力小,轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的 调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。 332021/3/14 ( 2) 一端装止推轴承,另一端装向心球轴承 滚珠丝杠较长时,一端装止推轴承固定，另一自由端装向心球轴承。为了减少丝 杠热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源(如液压马达)及丝杠上的常用段 。 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 342021/3/14 两端装止推轴承 (3) 两端装止推轴承

22、将止推轴承装在滚珠丝杠的两端,并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度 。但这种安装方式对热伸长较为敏感。 352021/3/14 (4) 两端装止推轴承及向心袖轴承 两端装止推轴承及向心袖轴承 为了提高刚度,丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和向心球轴承，并施加 预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力，但设计时 要注意提高止推轴承的承载能力和支架刚度。 362021/3/14 2. 制动方式 滚珠丝杠螺母副传动效率很高,但不能自锁，用在垂直传 动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制动装置。常 用的制动方法有超越离合器、电磁摩擦离合器或者使用具有 制动装置的伺服驱动电机。 滚

23、珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂进行润滑，同时要 采用防尘密封装置。如用接触式或非接触密封圈，螺旋式弹 簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩，以防尘土及硬性杂质 进入丝杠。 372021/3/14 导轨 一、对导轨的基本要求 导轨的功用概括为起导向和支承作用,在设计导轨时应考虑以下问题: 1. 有一定的导向精度 导向精度是指机床的运动部件沿导轨移动时的直线 性(对直线运动导轨)或真圆性(对圆运动导轨)及它与有关基面之间的相互位置 的准确性。 2. 有良好的精度保持性 精度保持性是指导轨能否长期保持原始精度，丧 失精度保持性的主要因素是由于导轨的磨损、导轨的结构形式及支承件材料的 稳定性有关。数控机床

24、常采用滚动导轨，静压导轨或塑料导轨。 382021/3/14 3. 有足够的刚度 导轨的刚度主要决定于其类型、结构 形式和尺寸大小点轨与床身的联接方式,导轨材料和表面加工 质量等。数控机床常采用加大导轨截面积的尺寸，或在主导 轨外添加辅助导轨来提高刚度。 4. 有良好的摩擦特性 导轨的摩擦系数要小，而且动、 静摩擦系数应尽量接近，以减小摩擦阻力和导轨热变形，使 运动轻便平稳，低速无爬行，这对数控机床特别重要。 5. 导轨结构工艺性要好，便于制造和装配，便于检验、 调整和维修，有合理的导轨防护和润滑措施等。 392021/3/14 二、滚动导轨 滚动导轨就是在导轨工作面间安装滚动件,变滑动摩擦为

25、滚动摩擦。其 优点是摩擦系数小、摩擦发热小、运动灵活、精度保持性好、低速运动平稳 。缺点是滚动导轨结构复杂，制造成本高，抗震性差。 滚动导轨常用的滚动体有滚珠、滚柱、滚针，特点是: 滚珠导轨的承载能力小，刚度低，适用于运动部件重量不大，颠覆力矩 较小的设备。 滚柱导轨的承载能力和刚度都比滚珠导轨大，适用于载荷较大的设备。 滚针导轨的特点是滚针尺寸小，结构紧凑，适用于导轨尺寸受到限制的 设备。 402021/3/14 1. 滚动导轨块 (一) 工作原理 支承导轨 支 承 导 轨 挡板 挡板 滚子 移动件 移动件 螺钉 支承块 滚子 滚动导轨块 滚动导轨块的特点是刚度高、承载能力大、便于装拆。 4

26、12021/3/14 2. 直线滚动导轨 导轨条安装在床身上,滑块连同工作台沿导轨条作直线运动;滑块中有四组滚珠 ，在导轨条和滑块的直线滚道内滚动。当滚珠滚到滑块的端点(图b为左端)，就经端 面挡板和滑块中的回珠孔回到另一端，经另一端面挡块再进入循环。四组滚珠各有 自己的回珠孔；分别处于滑块的四角。 导轨条 密封垫 密封垫 挡板滑块 回珠孔 回珠孔 滚珠 导轨条 滑块 直线导轨副 (a) (b) 422021/3/14 (二) 配置与固定 直线滚动导轨副包括导轨条和滑块两部分。导轨条通常为两根,装在支承件上，见 图下图。每根导轨条上有两个滑块，固定在移动件上。如移动件较长，也可在一根导 轨条上

27、装3个或3个以上的滑块。如移动件较宽，也可用3根或3根以上的导轨条。 直线导轨副的配置 432021/3/14 支承件 基准面A 螺钉1 基准面B螺钉2 防尘盖 移动件 直线导轨副的配置与固定 上图两条导轨条中,一条为基准导轨(右导轨)，上有基准面A。它的滑块上有基准 面B。另一条为从动导轨(左导轨)。装配时，将基准导轨的基准面A靠在支承件的定位 面上，用螺钉1顶靠后固定。滑块则顶靠在移动件的定位面上。 442021/3/14 (三) 精度和预紧 直线运动滚动支承的精度分为1、2、3、4、5、6级。数控机床应采用1或2级。 不同精度和规格的导轨支承,对安装基面均有相应的形位公差要求。设计时应注

28、意查 样本手册。 1. 精度 2. 预紧 导轨支承的工作间隙,直接影响它的运动精度、承载能力和刚度。间隙分为普通 间隙和负间隙(过盈，即预紧)两类，在负间隙中又有轻预紧和中预紧两种情况。 (1) 普通间隙通常用于对精度无要求和要求尽量减小滑块移动阻力的场合,如辅 助导轨，机械手等; (2) 轻预紧用于精度要求较高但载荷较轻的场合，例如磨床的进给导轨和工业机 器人等； 452021/3/14 (3) 中预紧用于对精度和刚度均要求较高具有冲击、振动和进行重切削的场合, 例如加工中心、数控机床、磨床的砂轮架导轨等。 导轨副的预紧方式 (a) (b) (c) 调整螺钉 调整垫块调整偏心销 462021

29、/3/14 导轨副的预紧方式 (d) (e) 调整螺钉楔铁 润滑油入孔 滚子 调整螺钉和楔铁预紧 图d中按规定要求用力矩扳手扭紧,中间螺钉按要求施力，两端的略轻些为中间施 力的90效果较好。 472021/3/14 四、导轨的润滑与防护 （一）导轨的润滑 1. 润滑的目的、要求与方式 润滑的目的是为了降低摩擦力、减少磨损、降低温度和防止生锈。 润滑要求供给导轨清洁的润滑油。油量可以调节。尽量采取自动和 强制润滑。润滑元件要可靠。要有安全装置。例如静压导轨在未形成油膜 之前不能开车和润滑不正常有报警信号等。 导轨的润滑方式有:人工定期向导轨面浇油、在运动部件上装油杯使油 沿油孔流或滴向导轨面、在

30、运动部件上装润滑电磁泵等。 482021/3/14 2润滑油的选择 导轨常用的润滑剂有润滑油和润滑脂,滑动导轨用润滑油。 滚动导轨支承多用润滑脂润滑。它的优点是不会泄漏，不需经常加油;缺点是 尘屑进入后易磨损导轨，因此对防护要求较高。易被污染又难以防护的地方，可用 润滑油润滑。 (二) 导轨的防护 防止或减少导轨副磨损的重要方法之一,就是对导轨进行防护。据统计，有可靠 防护装置的导轨，比外露导轨的磨损量可减少60左右。常用的防护方式有以下几 种: 492021/3/14 1刮板式 金属刮板 毛毡刮板 金属刮板 毛毡刮板 (a) (b)(c) 刮板式防护装置 图a的耐热能力好,但只能排除较大的硬

31、粒。 图b除可去除细小的尘屑之外，还具有良好的吸油能力。 图c是的耐热能力好、防护能力强并有良好的润滑性。虽结构稍复杂，应用仍 很多。 502021/3/14 (a) (b) 伸缩式导轨保护装置 2伸缩式 图a软式皮腔式防护装置,一般用皮革、帆布或人造革制成，结构简单，可用于 高速导轨。缺点是不耐热。这种防护装置多用于磨床和精密机床，如导轨磨床等。但 不能用于车床铣床等有红热切屑的机床。 512021/3/14 图b层式的各层盖板均由钢板制成,耐热性好，强度高、刚性好，使用寿命长 。该防护装置多用于大型和精密机床，如龙门式机床、数控机床和坐标镗床等。 五、提高导轨耐磨性的措施 从设计角度提高耐

32、磨性的基本思路是:尽量争取无磨损;在无法避免磨损时尽量 争取少磨损、均匀磨损以及磨损后能够补偿,以便提高使用期限。 (一) 争取无磨损 磨损的原因是配合面在一定的压强作用下直接接触并作相对运动。因此不磨损 的条件是配合面在作相对运动时不直接接触,接触时则无相对运动。其办法之一是使 润滑剂把摩擦面完全分隔开。如静压导轨、静压轴承或其它的静压副。 522021/3/14 (二) 争取少磨损 争取无磨损只能在少数和特殊情况下才能做到。多数情况只能争取少磨损以 延长工作期限。 1降低压强 采用加大导轨的接触面和减轻负荷的办法来降低压强。提高导轨面的直线度 和细化表面粗糙度,均可增加实际接触面积。采用卸

33、荷导轨是减轻导轨负荷，降低 压强的好办法。 2改变摩擦性质 用滚动副代替滑动副,可以减少磨损。在滑动摩擦副中保证充分润滑避免出现 干摩擦或半干摩擦，也可降低磨损。 532021/3/14 3正确选择摩擦副的材料和热处理 适当选择摩擦副的材料和热处理可提高抗磨损的能力。例如,支承导轨淬硬， 动导轨表面贴塑料软带。 4加强防护 加强防护，可避免灰尘、切屑、砂轮屑等进入摩擦副，是提高导轨耐磨性的 有效措施。 (三) 争取均匀磨损 磨损是否均匀对零部件的工作期限影响很大。例如床身导轨,如果磨损是均匀 的，对机床加工精度一般影响不大，而且可以补偿。磨损不均匀的原因主要有两 个:在摩擦面上压强分布不均;各

34、个部分的使用机会不同。争取均匀磨损有如下措施 ： 542021/3/14 1. 力求使摩擦面上压强均匀分布,例如导轨的形状和尺寸要尽可能对集中载荷对 称; 2. 尽量减小扭转力矩和倾覆力矩；保证工作台、溜板等支承件有足够的刚度； 3. 摩擦副中全长上使用机会不均的那一件硬度应高些，例如车床床身导轨的硬 度应比床鞍导轨硬度高。 (四) 磨损后应能补偿磨损量 磨损后间隙变大了,设计时应考虑在构造上能补偿这个间隙。补偿方法可以是自 动的连续补偿，也可以是定期的人工补偿。自动连续补偿可以靠自重，例如三角形导 轨。定期的人工补偿，如矩形和燕尾形导轨靠调整镶条，闭式导轨还要调整压板等。 552021/3/

35、14 伺服电机选型原则 连续工作扭矩 伺服电机额定扭矩 瞬时最大扭矩 伺服电机最大扭矩 (加速时) 负载惯量 3倍电机转子惯量 连续工作速度 电机额定转速 562021/3/14 F= 扭矩计算 1/R T T 电机转矩T （N.m） 滑轮半径r （m） 提升力F （N） T 经过减速机后的提升力F= R r F F r r r T 572021/3/14 扭矩计算 F 1/R PB F PB T T 电机转矩T （N.m） 螺杆导程PB （m） 推力F （N） PB 2 F=T 经过减速机后的推力F=T R 2 PB 582021/3/14 惯量计算 一、负载旋转时惯量计算 JL（ ） （以

36、电机轴心为基准计算转动惯量） 实心圆柱 空心圆柱 L（m） D（m） L（m） D1 （m） JK MK （D02 D12） 8 1 经过减速机之后的转动惯量 JL R JK JK MK D 8 1 1/R D0 （m） 592021/3/14 惯量计算 M 1/R PB 直线运动部分 JKM （ ） 2 PB 经过减速机之后的转动惯量 JL R JK 二、负载直线运动时惯量计算 JL（ ） （以电机轴心为基准计算转动惯量） 602021/3/14 惯量计算 三、皮带类传动时惯量计算 JL（ ） （以电机轴心为基准计算转动惯量） M3 M2M1r1 r2 电机转矩T （N.m） 小轮1质量M1

37、(kg) 小轮1半径r1(m) 小轮2质量M2(kg) 小轮2半径r2(m) 重物质量M3(kg) 减速比r1/r2=1/R JL=1/2*M1*r12 + (1/2*M2*r22)/R2 + M3*r12 JL=1/2*M1*r12 + 1/2*M2*r12 + M3*r12 612021/3/14 举例计算1 已知:圆盘质量M=50kg,圆盘直径 D=500mm，圆盘最高转速60rpm， 请选择伺服电机及减速机。 622021/3/14 举例计算1 计算圆盘转动惯量 JL = MD2/ 8 = 50 * 2500 / 8 = 15625 kg.cm2 假设减速机减速比1:R,则折算到伺服电

38、机轴上负 载惯量为15625 / R2。 按照负载惯量 3倍电机转子惯量JM的原则 如果选择400W电机，JM = 0.277kg.cm2，则 15625 / R2 18803，R 137 输出转速=3000/137=22 rpm，不能满足要求。 如果选择500W电机，JM = 8.17kg.cm2，则 15625 / R2 637，R 25 输出转速=2000/25=80 rpm，满足要求。 这种传动方式阻力很小，忽略扭矩计算。 632021/3/14 举例计算1 这种传动方式与前一种传动方式相 同,选型时主要考虑负载惯量的计算 ，计算公式也与前面相同。 总结:转动型负载主要考虑惯量计算 。

39、 642021/3/14 举例计算2 M 1:R1 已知:负载重量M=50kg,同步带轮直径 D=120mm，减速比R1=10，R2=2，负 载与机台摩擦系数=0.6，负载最高运 动速度30m/min，负载从静止加速到最 高速度时间200ms，忽略各传送带轮重 量，驱动这样的负载最少需要多大功率 电机? D 1:R2 652021/3/14 举例计算2 1. 计算折算到电机轴上的负载惯量 JL = M * D2 / 4 / R12 = 50 * 144 / 4 / 100 = 18 kg.cm2 按照负载惯量 6 kg.cm2 2. 计算电机驱动负载所需要的扭矩 克服摩擦力所需转矩Tf = M

40、 * g * * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * 9.8 * 0.6 * 0.06 / 2 / 10 = 0.882 N.m 加速时所需转矩Ta = M * a * (D / 2) / R2 / R1 = 50 * (30 / 60 / 0.2) * 0.06 / 2 / 10 = 0.375 N.m 伺服电机额定转矩 Tf ,最大扭矩 Tf + Ta 662021/3/14 举例计算2 3. 计算电机所需要转速 N = v / (D) * R1 = 30 / (3.14 * 0.12) * 10 = 796 rpm 根据以上数据分析,最小可以选择ECMA-G31306ES电机。 672021/3/14 举例