第5章机电一体化机械系统-PPT课件

1、第第5 5章机电一体化机械系章机电一体化机械系统统机电一体化二、相关知识二、相关知识一数控机床主传动系统2机床主传动常见的配置方式：为了适应数控机床加工范围广，工艺适应性强，加工精度和自动化程度高等特点，数控机床的主传动系统主要有无级变速、分段无级变速和内置电动机变速三种方式。目前，随着数控机床的迅猛开展，齿轮分级变速传动机构在逐渐减少。而采用交流或直流调速电动机无级变速机构在逐渐增多，后者不但大大简化了机械结构，而且很方便地实现范围很宽的无级变速，还可以按照控制指令实现连续的变速、恒线速切削等，大大提高了机床的工作性能。机电一体化二、相关知识二、相关知识一数控机床主传动系统2机床主传动常见的

2、配置方式图3-1 数控机床主传动的配置方式机电一体化二、相关知识二、相关知识二数控铣床主传动系统设计1转速图的概念转速图是分析和设计机床变速系统的重要工具，转速图可表达主轴每一级转速是通过哪些传动副得到，这些传动副之间的关系如何，各传动轴的转速等。转速图由“三线一点组成，即传动轴线、转速线、传动线和转速点。图3-2是某机床主传动系统图，其传动路线表达式是：36/3642/ 4260/30126mm30/ 4222/6218/72256mmr min24/ 48主电动机（1440 /）机电一体化二、相关知识二、相关知识二数控铣床主传动系统设计1转速图的概念。机电一体化二、相关知识二、相关知识二数

3、控铣床主传动系统设计2转速图的概念【例3-1】某中型数控铣床主轴的最低转速为n1=10r/min，转速级数Z=18，公比，电动机转速n电=500r/min，试拟定其主传动系统图。【例3-2】试确定图3-2所示机床的主轴、各传动轴和齿轮的计算转速。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副根据丝杠和螺母的相对运动的组合情况，其根本传动形式为如图3-7所示的四种类型。图3-7 根本传动形式机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副1.滚珠丝杠副的组成滚珠丝杠副由丝杠、螺母、连续多粒等直径的中间传动元件滚珠以及为防止滚珠从滚道端面滚出的滚珠循环装置四局部组成。其工作原理是在丝杠和螺母的螺纹滚

4、道中，装入一定数垃的滚珠，当丝杠与螺母相对转动时，滚珠可沿螺纹滚道滚动，并沿滚珠循环装置的通道返回，构成封闭循环，使滚珠循环地参加螺旋传动，保持丝杠与螺母之间的滚动摩擦，与滑动摩擦相比，减小了摩擦阻力矩，使传动效率提高到90以上。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副2.滚珠循环的方式滚珠丝杠副中滚珠的循环方式有内循环和外循环两种。如图3-10(a)所示为内循环，在螺母上开有侧孔，孔内镶有反向器4，它把相邻两圈螺纹滚道沟通起来，滚珠越过螺纹顶部进入相邻圈，这样每一圈滚珠形成一个回路，滚珠3在循环过程中始终与丝杠2外表保持接触；图(b)为外循环，滚珠在循环反向时，离外丝杠螺纹滚道，在螺母

5、1体内或体外做循环运动。内循环中的滚珠回路短、磨损小、传动效率高，但反向器4加工困难，外循环方式结构简单、加工方便，但径向尺寸大、易磨损。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副2.滚珠循环的方式a内循环 b外循环圈3-10 滚珠丝杠副机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副3.滚珠丝杠副的螺纹滚道形式滚珠丝杠副的螺纹滚道截面有单、双圆弧之分，如图3-11所示。图3-11 滚珠丝杠副螺纹滚道机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副4.滚珠丝杠副的主要尺寸参数公称直径d0，丝杠小径d1，丝杠大径d，螺母小径D1，螺母大径D，滚珠直径db，根本导程(或螺距)P，滚珠工作圈数及滚珠

6、数。如图3-12所示。图3-12 滚珠丝杠副主要尺寸参数机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副5.滚珠丝杠副的标注滚珠丝杠副的型号由按顺序的字母和数字组成共有9位代号。各生产厂家的标法略有不同，具体可参见表3-4。表中123号位均见各厂代号。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副6.滚珠丝杠副的等级1998?滚珠丝杠副精度?标准把其精度从高到低分为七个等级：1、2、3、4、5、7、10，1级最高，10级最低，2级及4级不优先采用。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副7.滚珠丝杠副间隙调整方法1双螺母垫片式调隙调整垫片厚度使两个螺母产生轴向相对位移，从而消除了几何间隙、

7、轴向间隙并施加预紧力，结构简单，工作可靠，但调整不准确。结构如图3-13。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副7.滚珠丝杠副间隙调整方法2双螺母螺纹式调隙双螺母螺纹式调隙机构由两个螺母、丝杠及锁紧螺母组成。右端螺母外部有凸台顶在套筒3外，左端螺母制有螺纹并用两个圆螺母1、2锁紧，旋转圆螺母2即可淌除轴向间隙并施加一定的预紧力，然后用锁紧螺母1锁紧。预紧后两个螺母内的滚珠相向受力，从而消除了轴向间隙。如图3-14所示，特点是结构简单，工作可靠调整方便，但不能精确调整。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副7.滚珠丝杠副间隙调整方法3双螺母齿差式调隙双螺母两端制有圆柱齿轮(两齿轮

8、齿数相差1)并分别与内齿轮啮合，两个内齿轮分别固定在套筒1的两端。调整时，先取下内齿轮2，转动螺母(两个螺母相对套简同一方向转动同一个齿后固定)使之产生角位移，进而形成轴向位移，消除轴向间隙并施加预紧力，然后合上内齿轮。该调隙方法结构复杂，但工作精确可靠，可实现定量调整即进行精密微调，调整精度高，结构如图3-15所示。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副8.滚珠丝杠副的安装滚珠丝杠的支承常采用以止推轴承为主的轴承组合，可以根批不同的工作环境选择适宜的轴承组合形式，进而提高滚珠丝杠副的传动精度和刚度。在设计时，可以单个或双个轴承分别安装在丝杠两端并施加预紧力，也可以一端安装单轴承一端安

9、装双轴承。例如，在高精度的精密丝杠传动系统中就采用止推轴承与深沟球轴承组合分别安装在丝杠两端。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副9.滚珠丝杠副支承方式的选择实践证明，丝杠的轴承组合、轴承座以及其他零件的连接刚性缺乏，将严重影响滚珠丝杆副的传动精度和刚度，因此在设计安装时要慎重考虑。常用轴承的组合方式有以下几种：1单推一单推式如图3-16a所示，推力轴承分别装在滚珠丝杠的两端并施加预紧力。其特点是轴向刚度较高，预拉伸安装时，预紧力较大，但轴承寿命比双推双推式低。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副9.滚珠丝杠副支承方式的选择2双推一双推式如图3-16b所示，两端分别安装推力

10、轴承与深沟球轴承的组合，并施加预紧力，其轴向刚度最高。该方式适合于高刚度、高转速、高精度的精密丝杠传动系统。但随温度的升高会使丝杠的预紧力增大，易造成两端支承的预紧力不对称。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副9.滚珠丝杠副支承方式的选择3双推一简支式如图3-16c所示，一端安装止推轴承和圆柱滚子轴承的组合，另一端仅安装深沟球轴承，其轴向刚度较低，使用时应注意减少丝杠热变形的影响。双推端可预拉伸安装，预紧力小，轴承寿命较高适用于中速、传动精度较高的长丝杠传动系统。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副9.滚珠丝杠副支承方式的选择4双推一自由式如图3-16d所示，一端安装推力轴

11、承与圆柱滚子轴承组合，另一端悬空呈自由状态，故轴向刚度和承载能力低，多用于轻载、低速的垂直安装的丝杠传动系统。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副10.滚珠丝杠副的设计方法设计条件：工作载荷F(单位N)或平均工作载荷Fm(单位N)； 使用寿命Lh：(单位h)； 丝杠工作长度L(单位m)，丝杠转速n(单位rmin) 滚道硬度及运转情况。设计步骤：根据设计条件并经过计算，选择适宜的滚珠丝杠副。1计算额定动载荷Ca单位N。 式中：KF载荷系数，参见表3-6； KH硬度系数，参见表3-6； KA精度系数，参见表3-6。机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副10.滚珠丝杠副的设计方法机

12、电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副10.滚珠丝杠副的设计方法 2根据额定动载荷选择滚珠丝杠副的相应参数滚珠丝杠副的额定动载荷CaCa，查找参数表选择适宜的丝杠副参数，但各生产厂家规格型号略有不同，以表3-7中某厂家局部丝杠参数为例。滚珠丝杠副选择的主要参数有：公称直径D0、根本导程P、螺旋升角、滚珠直径db。 机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副10.滚珠丝杠副的设计方法 机电一体化二、相关知识二、相关知识三滚珠丝杠副10.滚珠丝杠副的设计方法4验算刚度导程每米的变形量L应在规定的滚珠丝杠副导程精度公差(可参照表3-5)范围内。 5验算效率 机电一体化二、相关知识二、相关知

13、识四导向装置导轨导轨副是导向装置的常见件。它由两局部组成，支承导件和运动件，如图3-17所示，支承导件在工作时一般不动，运动件沿着支承导件运动。运动方向有直线运动和回转运动两种。导轨副的作用是支承并完成给定方向和要求的运动。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨1.导轨种类导轨的分类方法有很多种，如按运动方向分有直线运动和回转运动导轨，见图3-18。例如车床的溜板、尾座导轨和床身导轨，卧式镗床后立柱和床身导轨等都是直线运动导轨。而立式车床的花盘和底座导轨就是回转运动导轨。假设按摩擦性质，又可将导轨划分滑动导轨、滚动导轨和气-液导轨等。其中，滑动导轨按中间介质的不同又分为圆柱型、棱柱

14、型和组合型；滚动导轨又分为滚柱型、滚动导轨块型和滚动轴承型。气-液导轨分为动压型和静压型。假设按受力状况，导轨可分为开式导轨和闭式导轨。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨2.导轨材料导轨的常用材料有铸铁、钢、有色金属、塑料等。对导轨材料的主要要求是耐磨性高、工艺性好、本钱低等。1铸铁铸铁具有本钱低、良好的减震性和耐磨性，易于铸造和切削加工等优点，因此在滑动和滚动导轨中被广泛采用。常用材料有灰铸铁HT200、孕育铸铁HT300和耐磨铸铁。此外还有低合金铸铁和稀土铸铁，低合金铸铁具有较好的耐磨性，铸造性能优于高磷系铸铁；稀土铸铁具有强

15、度高、韧性好的特点，耐磨性与高磷铸铁接近，但铸造性能与减震性差，本钱也较高。为了提高铸铁导轨的耐磨性，常对其进行外表淬火，主要方法有：火焰淬火、高频淬火及电接触淬火等。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨2.导轨材料导轨的常用材料有铸铁、钢、有色金属、塑料等。对导轨材料的主要要求是耐磨性高、工艺性好、本钱低等。2镶钢导轨镶钢导轨将淬硬的碳素钢或合金钢导轨，分段地镶装在铸铁或钢制的床身上，以提高导轨的耐磨性。在铸铁床身上镶装钢导轨常用螺钉或楔块挤紧固定，而在钢制床身上镶装钢导轨常采用焊接方法连接。淬硬钢导轨的耐磨性比不淬硬铸铁导轨高510倍，滚动导轨的摩擦体常采用这种镶装淬硬钢。一

16、般常用的钢有45号钢、40Cr、T8A、GCrl5、Gcrl5SiMn等，外表淬火或全淬硬度为5258HRc；而要求较高的导轨的钢有20Cr、20CrMnTi等，渗碳淬硬至5662HRC。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨2.导轨材料导轨的常用材料有铸铁、钢、有色金属、塑料等。对导轨材料的主要要求是耐磨性高、工艺性好、本钱低等。3有色金属常用的有色金属有黄铜、铝青铜、锌合金、超硬铝、铸铝等，其中铝青铜最好。4塑料导轨塑料导轨一般用黏结法或喷涂法覆盖在导轨面上，长导轨用喷涂法，短导轨用黏结法。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨3.导向装置设计1根据的工作条件，选择适宜的导轨类型；2选择导轨截面形状，常见导轨截面形状如表3-9所示。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨3.导向装置设计1根据的工作条件，选择适宜的导轨类型；2选择导轨截面形状，常见导轨截面形状如表3-9所示。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨3.导向装置设计1根据的工作条件，选择适宜的导轨类型；2选择导轨截面形状，常见导轨截面形状如表3-9所示。 机电一体化二、相关知识二、相关知识四导向装置导轨3.导向装置设计3通过