《机电一体化机械系统设计培训课程.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《机电一体化机械系统设计培训课程.pptx（76页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第第4章章 机电一体化机械系统设计机电一体化机械系统设计 4.1 4.1 机械系统设计概述机械系统设计概述4.1.1 4.1.1 机电一体化的机械系统主要内容机电一体化的机械系统主要内容在构成机电一体化系统的要素中，几个局部并在构成机电一体化系统的要素中，几个局部并不是并列的，机械局部是主体，而且系统的主不是并列的，机械局部是主体，而且系统的主功能必须由机械装置来完成功能必须由机械装置来完成 构成：传动机构、构成：传动机构、支承与导向机构、支承与导向机构、执行机执行机构、构、轴系、轴系、机座机架机座机架 （l l）传动机构传动机构功能功能是传递动力和运动是传递动力和运动作用作用机械传动部件对伺
2、服系统的伺服特性有很大影机械传动部件对伺服系统的伺服特性有很大影响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动响，特别是其传动类型、传动方式、传动刚性以及传动的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有很大影响。的可靠性对系统的精度、稳定性和快速性有很大影响。（2 2）支承与导向机构支承与导向机构作用作用为机械系统中各运动装置平安、准确地完成其为机械系统中各运动装置平安、准确地完成其特定方向的运动提供支承和导向。特定方向的运动提供支承和导向。（3 3）执执行机构行机构作用作用执行机构根据操作指令的要求在动力源执行机构根据操作指令的要求在动力源的驱动下，完成预定的操作。一般要求它具有较的驱动下，完成
3、预定的操作。一般要求它具有较高的灵敏度、精确度、重复性和可靠性等。高的灵敏度、精确度、重复性和可靠性等。（4 4）轴轴系系 作用作用传递转矩及精确的回转运动，它直接承传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力（力矩）受外力（力矩）（5 5）机座机架机座机架作用作用承重、支撑、保证各零部件相对位置的承重、支撑、保证各零部件相对位置的基准作用。基准作用。4.1.2 4.1.2 机电一体化机械系统设计机电一体化机械系统设计特点特点传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三局传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三局部加上电器、液压和机械操作等局部组成部加上电器、液压和机械操作等局部组成机电一体化
4、机械系统是由计算机协调操作的，用于完机电一体化机械系统是由计算机协调操作的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和（或）机电部件相互联系的系统组成，其核心是由计（或）机电部件相互联系的系统组成，其核心是由计算机操作的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服算机操作的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。系统。机电一体化中的机械系统需使伺服电机和负载之间的机电一体化中的机械系统需使伺服电机和负载之间的转速、转矩及惯量得到匹配，即在满足伺服系统高精转速、转矩及惯量得到匹配，即在满足伺服系统高精度、高响应速度、良好稳定性的前提下，还应该具有
5、度、高响应速度、良好稳定性的前提下，还应该具有较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、寿命较大的刚度、较高的可靠性和重量轻、体积小、寿命长等特点。长等特点。机械系统设计特点机械系统设计特点（1）机械传动设计的特点机械传动设计的特点 传动链短、转动惯量小、线性传递、无间隙传传动链短、转动惯量小、线性传递、无间隙传递等递等（2）机械结构设计的特点机械结构设计的特点满足伺服系统对其稳、准、快的要求满足伺服系统对其稳、准、快的要求精密化、高速化、小型化和轻量化精密化、高速化、小型化和轻量化应综合考虑各个零部件的制造安装精度、结构应综合考虑各个零部件的制造安装精度、结构刚度、稳定性以及动作的灵敏性和易
6、控性，刚度、稳定性以及动作的灵敏性和易控性，对对具体零部件的设计提出了更高、更严的要求具体零部件的设计提出了更高、更严的要求 4.2 4.2 机械传动机构机械传动机构（1）无（小）传动间隙无（小）传动间隙开环或闭环之外的传动间隙不影响系统稳定性，开环或闭环之外的传动间隙不影响系统稳定性，但影响伺服精度（逆运行时的回程误差）；但影响伺服精度（逆运行时的回程误差）；闭环之内的传动间隙不影响系统静态精度，但闭环之内的传动间隙不影响系统静态精度，但影响稳定性；假设闭环系统的稳定裕度较小，影响稳定性；假设闭环系统的稳定裕度较小，则会使系统产生自激振荡。则会使系统产生自激振荡。（2）惯量小惯量小大惯量会使
7、系统的机械常数增大，固有频率降大惯量会使系统的机械常数增大，固有频率降低，从而使系统负载大，响应慢，灵敏度低，低，从而使系统负载大，响应慢，灵敏度低，易产生谐振易产生谐振 4.2.l 机械传动机构性能要求机械传动机构性能要求（3）摩擦小摩擦小大摩擦会造成动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统大摩擦会造成动态滞后，降低系统的响应速度，导致系统误差和低速爬行误差和低速爬行（4）刚度大刚度大 大刚度利于：大刚度利于：减小机构弹性变形，从而减小伺服系统动减小机构弹性变形，从而减小伺服系统动力损失；力损失；提高机构固有频率，避开机构的伺服带宽，不易产生共提高机构固有频率，避开机构的伺服带宽，不易产生共振
8、；振；增加闭环伺服系统的稳定性。增加闭环伺服系统的稳定性。（5）阻尼适中阻尼适中大阻尼能抑制振动的最大振幅，且使振动快速衰减，大阻尼能抑制振动的最大振幅，且使振动快速衰减，但同时也会使系统的稳态误差增大，精度降低，因此但同时也会使系统的稳态误差增大，精度降低，因此阻尼要适中阻尼要适中（6）缩短传动链缩短传动链 采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝采用大扭矩、宽调速的直流或交流伺服电机直接与丝杠螺母副连接，以减少中间传动机构；丝杠的支承设杠螺母副连接，以减少中间传动机构；丝杠的支承设计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。计中采用两端轴向预紧或预拉伸支承结构等。4.2.2 4.2.2
9、无侧隙齿轮传动机构无侧隙齿轮传动机构 齿轮传动消齿侧间隙的方法：齿轮传动消齿侧间隙的方法：中心距调整法中心距调整法双圆柱薄齿轮错齿消隙法双圆柱薄齿轮错齿消隙法齿轮增宽消隙法等。齿轮增宽消隙法等。中中心心距距调调节节消消隙隙法法结构简单，但需反复调试结构简单，但需反复调试 双双圆圆柱柱薄薄齿齿轮轮错错齿齿消消隙隙 齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂齿齿轮轮增增宽宽消消隙隙法法 结构简单，结构简单，但垫片的厚但垫片的厚度需要反复度需要反复调整调整4.2.3 4.2.3 丝杠螺母传动机构丝杠螺母传动机构 丝杠螺母机构，可实现旋转运动直线运动运动丝杠螺母机构，可实现旋转运动直
10、线运动运动方式的转换：方式的转换：传递能量为主（如螺旋压力机、传递能量为主（如螺旋压力机、千斤顶等）、传递运动为主的（如机床工作台千斤顶等）、传递运动为主的（如机床工作台的进给丝杠）、调整零件之间相对位置为主。的进给丝杠）、调整零件之间相对位置为主。根据摩擦副不同：滑动摩擦丝杠、滚动摩擦丝根据摩擦副不同：滑动摩擦丝杠、滚动摩擦丝杠；杠；根据丝杠和螺母相对运动方式不同：根据丝杠和螺母相对运动方式不同：螺母固螺母固定、丝杠转动并移动定、丝杠转动并移动；丝杠转动、螺母移动丝杠转动、螺母移动；螺母转动、丝杠移动螺母转动、丝杠移动；丝杠固定、螺母丝杠固定、螺母转动并移动转动并移动；差动传动方式差动传动方
11、式 丝杠和螺母相对运动方式丝杠和螺母相对运动方式螺母固定、丝杠螺母固定、丝杠转动并移动转动并移动 丝杠转动、螺母移动丝杠转动、螺母移动 螺母转动、丝杠移动螺母转动、丝杠移动 丝杠固定、螺母转动并移动丝杠固定、螺母转动并移动 差动传动方式差动传动方式 微动机构、快进机构微动机构、快进机构4.2.3.1 4.2.3.1 滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副的组成及特点滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副特点：滚珠丝杠副特点：传动效率高：传动效率高：9296，消耗的能消耗的能量仅为滑动丝打的量仅为滑动丝打的l/41/3 运动具有可逆性：运动具有可逆性：需设置制动装置需设置制动装置 轴向刚度好轴向刚度好
12、 传动精度高，使用寿命长：传动精度高，使用寿命长：低速时无低速时无爬行现象，能始终保持运动的平稳性和灵爬行现象，能始终保持运动的平稳性和灵敏性；摩擦小，丝杠副工作时温升和热变敏性；摩擦小，丝杠副工作时温升和热变形小，可获得较高的传动精度；由于磨损形小，可获得较高的传动精度；由于磨损小，长期使用后仍能保持其精度，因而寿小，长期使用后仍能保持其精度，因而寿命长命长 制造工艺复杂制造工艺复杂 4.2.3.2 滚珠丝杠副的典型结构类型滚珠丝杠副的典型结构类型 滚珠丝杠副结构滚珠丝杠副结构 螺纹螺纹滚道滚道形状形状单圆弧形单圆弧形接触角随轴向载荷而变化，易加工成精度接触角随轴向载荷而变化，易加工成精度高
13、，本钱低高，本钱低双圆弧形双圆弧形接触角不随轴向载荷而变化，不易加工成接触角不随轴向载荷而变化，不易加工成精度高，本钱高精度高，本钱高滚珠滚珠内内循环循环固定反向器式固定反向器式循环回路短，流畅性好，效率高，螺母径循环回路短，流畅性好，效率高，螺母径向尺寸小；反向器加工难，装配调整不向尺寸小；反向器加工难，装配调整不便，不适合重载便，不适合重载浮动反向器式浮动反向器式滚珠滚珠外外循环循环螺旋槽式螺旋槽式结构简单，容易制造，装配调整方便，适结构简单，容易制造，装配调整方便，适合重载；循环回路长，螺母径向尺寸大合重载；循环回路长，螺母径向尺寸大插管式插管式间隙间隙调整调整与与预紧预紧双螺母垫片预双
14、螺母垫片预紧紧结构简单，刚度高，预紧可靠结构简单，刚度高，预紧可靠单螺母变位预单螺母变位预紧紧结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于较小直径丝杠较小直径丝杠单螺母增大滚单螺母增大滚珠直径预紧珠直径预紧结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于结构简单，相对刚度低，预紧可靠，用于较小直径丝杠较小直径丝杠支承方支承方式式一端固定一一端固定一端自由端自由(F-O)结构简单，轴向刚度较两端固定低，压结构简单，轴向刚度较两端固定低，压杆稳定性和临界转速较低，用于较短和杆稳定性和临界转速较低，用于较短和竖直的丝杠竖直的丝杠一端固定一一端固定一端支承端支承(F-S)两端与螺母要同
15、轴，结构较复杂，工艺两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺较困难，刚度同较困难，刚度同(F-O)相同，压杆稳定性相同，压杆稳定性和临界转速较和临界转速较(F-O)高，用于较长的卧式高，用于较长的卧式安装丝杠安装丝杠支承方支承方式式两端固定两端固定(F-F)两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺两端与螺母要同轴，结构较复杂，工艺较困难，轴承无间隙时刚度为较困难，轴承无间隙时刚度为(F-S)的的4倍，倍，无压杆稳定性问题，固有频率高，适用无压杆稳定性问题，固有频率高，适用于刚度和精度要求较高的场合于刚度和精度要求较高的场合润滑润滑润滑油，润润滑油，润滑脂滑脂90180透平油，锂基油脂透平油，锂基油脂密封密
16、封丝杠丝杠波纹管，伸缩罩波纹管，伸缩罩螺母螺母,螺母两端用密封圈螺母两端用密封圈一端固定一端自由式支承一端固定一端自由式支承一端固定一端游动式支承一端固定一端游动式支承 两端固定式支承两端固定式支承 丝杠螺母密封丝杠螺母密封 4.2.3.3 滚珠丝杠副传动系统设计滚珠丝杠副传动系统设计（1）滚珠丝杠副的精度滚珠丝杠副的精度GB/T17587.3-1998标准标准:定位滚珠丝杠幅（定位滚珠丝杠幅（P）、）、传动滚珠丝杠副（传动滚珠丝杠副（T）两类）两类精度：精度：1、2、3、4、5、6、7、10七个等级级，七个等级级，1级最高，依次降低。级最高，依次降低。（2）丝杠螺母副导程计算丝杠螺母副导程计
17、算（mm）机械最高运机械最高运动动速度（速度（mm/min）传动传动比比电机的最高转速电机的最高转速（3）丝杠转速计算丝杠转速计算（r/min）（4）行程补偿值行程补偿值热热膨膨胀胀系数（系数（12.010-6）；）；温升（一般取温升（一般取24）；）；Lu有效行程有效行程 或或Lx机械最大行程；机械最大行程；La平安平安行程行程；Ln螺母螺母长长度；度；L1螺纹全长；螺纹全长；Le余程余程（Vimm/min）公称导程公称导程 Ph/mm/mm4 45 56 68 81010 1212 16162020余程余程 Le/mm/mm1616 20202424 3232 4040 4545 5050
18、6060热变形的补偿热变形的补偿行程偏差与预拉伸力行程偏差与预拉伸力行程偏差行程偏差C目标行程和公称行程之差，为目标行程和公称行程之差，为了补偿热变形的影响，行程偏差了补偿热变形的影响，行程偏差C=t并取负值。并取负值。预拉伸预拉伸固定固定-固定安装方式时，还可以采用固定安装方式时，还可以采用预拉伸丝杠的方法来进一步补偿热变形，预拉预拉伸丝杠的方法来进一步补偿热变形，预拉伸力伸力Ft：E弹弹性模量性模量 2.1105Mpa（即（即2.1105N/mm2）；）；d2丝杠底径（丝杠底径（mm）；）；t温升（一般取温升（一般取24）（5）基本额定载荷基本额定载荷Coa 轴向基本额定静载荷轴向基本额定
19、静载荷Coa滚珠丝杠副在承受最大接触应滚珠丝杠副在承受最大接触应力处产生不大于力处产生不大于0.0001倍的钢球直径的永久变形时，所能承倍的钢球直径的永久变形时，所能承受的最大轴向载荷受的最大轴向载荷轴向基本额定动载荷轴向基本额定动载荷Ca一组（相当数量）相同参数的滚一组（相当数量）相同参数的滚珠丝杠副，在相同的条件下，运转珠丝杠副，在相同的条件下，运转10e6转时，转时，90%的滚珠丝的滚珠丝杠副的螺纹滚道的外表或钢球的外表不发生疲劳点蚀所能承杠副的螺纹滚道的外表或钢球的外表不发生疲劳点蚀所能承受的最大轴向载荷。受的最大轴向载荷。（6）滚珠丝杠副的轴向载荷计算滚珠丝杠副的轴向载荷计算 水平安
20、装水平安装 铅垂安装铅垂安装（7）预期寿命预期寿命用预期运行时间表示（用预期运行时间表示（h）。）。用预期运行距离表示（用预期运行距离表示（km）表表4-3 常用设备推举寿命（小时）常用设备推举寿命（小时）机床机床20000生产机械生产机械10000自动化设备自动化设备15000测试设备测试设备15000（8）滚珠丝杠副的当量载荷滚珠丝杠副的当量载荷Fm及当量转速及当量转速nm（9）额定动载荷下限值额定动载荷下限值Cam的计算的计算按滚珠丝杠副的预期工作时间按滚珠丝杠副的预期工作时间Lh 按滚珠丝杠副的预期运行距离按滚珠丝杠副的预期运行距离Ls Fm当量载荷当量载荷fa精度系数精度系数 fw载
21、荷系数载荷系数表表4-4 精度系数精度系数fa精度等级精度等级1、2、3、4、56、710精度系数精度系数fa1.00.90.7表表4-5 载荷系数载荷系数fw负荷性质负荷性质平稳平稳冲击冲击振动振动载荷系数载荷系数fw11.21.21.51.52（10）额定静载荷下限值额定静载荷下限值Coamfs平安系数，一般为平安系数，一般为1.22，有冲击、，有冲击、震动的运动震动的运动1.53 Fmax是外加在滚珠丝杠副上的最大是外加在滚珠丝杠副上的最大轴向载荷轴向载荷（11）滚珠丝杠副的预紧与轴向接触刚性滚珠丝杠副的预紧与轴向接触刚性 滚珠丝杠副的预紧滚珠丝杠副的预紧滚珠丝杠轴向载滚珠丝杠轴向载荷与
22、弹性变形：荷与弹性变形：1无预紧；无预紧；2有预紧有预紧预紧预紧就就是在滚珠丝是在滚珠丝杠副内，预杠副内，预先施加轴向先施加轴向载荷载荷表表4-6 轴向载荷与弹性变形轴向载荷与弹性变形有无预紧有无预紧 Fa轴向刚度轴向刚度K（以（以Fp/为为1）无无Fp01增大而减小增大而减小约约3Fp 203/2有有Fp0/33是常数是常数约约3Fp 03 滚珠丝杠副的轴向接触刚性滚珠丝杠副的轴向接触刚性a.不预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚性不预紧的滚珠丝杠副轴向接触刚性 b.预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚性预紧滚珠丝杠副的轴向接触刚性 预紧力预紧力Ka不是样本上的数值时不是样本上的数值时(12)滚珠丝杠副的转矩滚
23、珠丝杠副的转矩（13）滚珠丝杠副的安装方式滚珠丝杠副的安装方式（14）滚珠丝杠副传动系统的轴向刚性滚珠丝杠副传动系统的轴向刚性（15）滚珠丝杠副的许用转速、滚珠丝杠副的许用转速、Dn值值（16）滚珠丝杠副的临界压缩载荷、强度计算滚珠丝杠副的临界压缩载荷、强度计算（17）滚珠丝杠副传动系统转矩计算滚珠丝杠副传动系统转矩计算（18）交流伺服电机选择交流伺服电机选择（19）步进电机选择步进电机选择（20）设计计算流程设计计算流程设设计计计计算算流流程程4.2.4 同步带传动机构同步带传动机构特点：特点：（1）传动比准确，传动效率高传动比准确，传动效率高；（2）工作平稳，能汲取振动；工作平稳，能汲取振
24、动；（3）不需润滑，耐油、耐水、耐高温、不需润滑，耐油、耐水、耐高温、耐腐蚀，维护保养方便；耐腐蚀，维护保养方便；（4）中心距要求严格，安装精度要求高；中心距要求严格，安装精度要求高；（5）制造工艺复杂，本钱高。制造工艺复杂，本钱高。可参考国家标准可参考国家标准GB11616-89和相关参考资料和相关参考资料 4.2.5 联轴器传动机构联轴器传动机构常见新型联轴器：常见新型联轴器：弹性膜片联轴器弹性膜片联轴器 波纹管联轴器波纹管联轴器 交错切口联轴器交错切口联轴器弹性膜片联轴器弹性膜片联轴器传递较大扭矩；传递较大扭矩；波纹管联轴器和交错切口联轴器波纹管联轴器和交错切口联轴器传递较小扭矩传递较小
25、扭矩 （a）Z1型型 （b）Z14型型弹性胀紧联结套弹性胀紧联结套Z1型：型：结结构最构最简单简单，它由两个分，它由两个分别带别带内、外内、外锥锥面的薄壁面的薄壁环组环组成，成，通通过过多套多套锥环锥环的串的串联联即可适即可适应传递应传递不同扭矩的要求。不同扭矩的要求。这这种种胀紧胀紧套所占的径向尺寸最小，但套所占的径向尺寸最小，但轴轴向加向加压结压结构需要自行构需要自行设计设计；Z14型：内套型：内套带带有法有法兰兰凸凸缘缘，只要在，只要在轮毂轮毂端面端面设设置相置相应应的螺的螺孔即可孔即可实现联结实现联结套的套的胀紧胀紧，结结构相比照构相比照较紧较紧凑凑 4.3 支承与导向机构支承与导向机
26、构可分为：回转运动支承、直线运动导向可分为：回转运动支承、直线运动导向支承支承 4.3.1 回转运动支承的性能及特点回转运动支承的性能及特点作用作用是支承做回转运动的轴或丝杠；是支承做回转运动的轴或丝杠；常用常用滚动轴承、静压轴承，也用磁轴承和滚动轴承、静压轴承，也用磁轴承和特制的滑动轴承特制的滑动轴承机电一体化系统常用轴承性能及特点机电一体化系统常用轴承性能及特点 种类种类性能性能滚动轴滚动轴承承静静压轴压轴承承磁磁轴轴承承液体静液体静压轴压轴承承气体静气体静压轴压轴承承精度精度无预紧时一般；在预紧无无预紧时一般；在预紧无间隙的情况下较高，可达间隙的情况下较高，可达11.5 m高，可达高，可
27、达 0.1m,精度保持性好精度保持性好高，可达高，可达0.020.12 m，精度保持性好，精度保持性好一般，精度一般，精度可到达可到达1.53 m刚刚性性滚滚珠珠轴轴承承预紧预紧后后较较高，短高，短圆圆柱和柱和圆锥轴圆锥轴承承预紧预紧后高后高高高较较差差较较差差抗震性抗震性较差，阻尼比较差，阻尼比 0.020.020.040.04好好好好较较好好速度性能速度性能用于低中速，特殊用于低中速，特殊轴轴承可承可用于用于较较高速高速使用于各种速度使用于各种速度适用于超高速适用于超高速8000080000160000r/min160000r/min用于高速用于高速300003000050000r/min
28、50000r/min摩擦摩擦损损耗耗较小，较小，0.0020.0020.0080.008小小小小很小很小寿命寿命抗疲抗疲劳劳强强度度较较低低长长长长长长制造制造难难易易轴轴承生承生产专业产专业化、化、标标准化准化需复需复杂杂供油系供油系统统，工工业业要求高要求高需复需复杂杂供气系供气系统统，工，工业业要求高要求高结结构相构相对较对较大，系大，系统统复复杂杂使用使用维护维护简单简单，用油脂，用油脂润润滑滑供油系供油系统统要清要清洁洁，较难较难供气系供气系统统清清洁洁度高，度高，但使用但使用维护维护容容较难较难本本钱钱低低较较高高较较高高高高4.3.2 直线运动导向支承的性能及直线运动导向支承的性
29、能及特点特点主要是指直线运动导轨副。主要是指直线运动导轨副。基本要求：基本要求：导向精度高导向精度高刚度大刚度大耐磨耐磨运动灵活和平稳运动灵活和平稳等等直线滚动导轨分类直线滚动导轨分类 按滚动体的形状：滚珠式、滚柱式按滚动体的形状：滚珠式、滚柱式 按导轨截面形状：矩形、梯形按导轨截面形状：矩形、梯形 按轨道沟槽形状：单圆弧、双圆弧按轨道沟槽形状：单圆弧、双圆弧直线滚动导轨形式（a）滚珠式、）滚珠式、（b）滚柱式）滚柱式 导轨截面形状导轨截面形状（a）矩形、）矩形、（b）梯形）梯形直线滚动导轨沟槽形状直线滚动导轨沟槽形状（a）单圆弧）单圆弧 （b）双圆弧）双圆弧4.3.3 直线滚动导轨选择计算直
30、线滚动导轨选择计算4.3.3.1 载荷计算载荷计算4.3.3.2 计算静态平安系数计算静态平安系数4.3.3.3 计算平均载荷计算平均载荷4.3.3.4 额定寿命计算额定寿命计算静态平安系数参考值静态平安系数参考值4.4 机座机架机座机架特点特点尺寸较大，结构复杂，常有较尺寸较大，结构复杂，常有较多的加工面和加工孔；多的加工面和加工孔；作用作用支承和连接一定的零部件，使支承和连接一定的零部件，使这些零部件之间保持规定的尺寸和形位这些零部件之间保持规定的尺寸和形位公差要求公差要求4.4.1 机座机架的基本要求机座机架的基本要求（1）保证刚度保证刚度：动刚度、静刚度：动刚度、静刚度（2）减少热变形
31、减少热变形：减少发热减少发热；散热良好散热良好；恒温操作恒温操作；选择热选择热变形对称的结构形式变形对称的结构形式；（3）提高抗震性提高抗震性：提高静刚度提高静刚度；增加阻尼增加阻尼；减轻重量减轻重量；隔振隔振（4）良好的结构工艺性良好的结构工艺性：机械加工工艺性和装配工：机械加工工艺性和装配工艺性艺性 4.4.2 材料和热处理材料和热处理机座机架的常用材料：机座机架的常用材料：铸铁铸铁合金铸铁合金铸铁钢板钢板花岗岩石等；花岗岩石等；4.5 数控机床机械系统设计数控机床机械系统设计4.5.1 主轴系统设计主轴系统设计（1）主轴系统主要参数主轴系统主要参数（2）数控机床常用主轴系统数控机床常用主
32、轴系统主轴传动驱动调速机械：主轴齿轮传动、主轴传动驱动调速机械：主轴齿轮传动、带传动变频电机驱动调速机械主轴齿轮带传动变频电机驱动调速机械主轴齿轮传动、带传动交流伺服主轴电机驱动调传动、带传动交流伺服主轴电机驱动调速电主轴无变频驱动调速磁浮主轴无变速电主轴无变频驱动调速磁浮主轴无变频或交流伺服驱动调速频或交流伺服驱动调速（3）主轴系统设计主轴系统设计(a)机械主轴机械主轴 (b)电主轴电主轴图图4-32 主轴主轴电主轴技术参数电主轴技术参数4.5.2 进给传动系统设计进给传动系统设计（1）主轴系统主要参数主轴系统主要参数4.5.1 主轴系统设计主轴系统设计（2）数控机床常用主轴系统主轴主轴传动
33、传动驱动调速驱动调速机械主轴机械主轴齿轮传动、齿轮传动、带传动带传动变频电机驱动调速变频电机驱动调速机械主轴机械主轴齿轮传动、齿轮传动、带传动带传动交流伺服主轴电机驱动调交流伺服主轴电机驱动调速速电主轴电主轴无无变频驱动调速变频驱动调速磁浮主轴磁浮主轴无无变频或交流伺服驱动调速变频或交流伺服驱动调速机械主轴由专业制造商生产，配以主轴箱体、传动系机械主轴由专业制造商生产，配以主轴箱体、传动系统及驱动调速系统。而电主轴和磁浮主轴则完全由专统及驱动调速系统。而电主轴和磁浮主轴则完全由专业制造商生产业制造商生产（3）主轴系统设计(a)机械主轴机械主轴 (b)电主轴电主轴高速机械主轴需要高速交流主轴伺服
34、电机、伺服电高速机械主轴需要高速交流主轴伺服电机、伺服电机驱动器配以同步带传动机构，其优点是较为经济，机驱动器配以同步带传动机构，其优点是较为经济，但结构较为复杂；但结构较为复杂；电主轴需要配以变频驱动调速器，其优点是主轴系电主轴需要配以变频驱动调速器，其优点是主轴系统结构简单，但经济性稍差，最高速度有充裕统结构简单，但经济性稍差，最高速度有充裕 瑞士瑞士IBAG公司的公司的HF120.2A32CVFHP型电主轴，型电主轴，其主要技术参数其主要技术参数速度范围速度范围最高最高40000(rpm)（采用高压油气润滑）（采用高压油气润滑）功率功率13(kW)（连续负载）（连续负载）转矩转矩4.2(
35、N.m)（连续负载）（连续负载）静刚度静刚度径向径向130(N/m)，轴向，轴向106(N/m)主轴润滑方式主轴润滑方式轴承润滑脂，最高速度低于轴承润滑脂，最高速度低于40000(rpm)（也可以采用高压油气润滑）（也可以采用高压油气润滑）安装方式安装方式法兰垂直或水平安装法兰垂直或水平安装编码器编码器内嵌编码器，用于主轴矢量操作和定向内嵌编码器，用于主轴矢量操作和定向刀具装卸刀具装卸液压装夹液压装夹4.5.2 进给传动系统设计进给传动系统设计详见详见P1264.5.3 导轨系统设计导轨系统设计导轨系统设计主要是根据导轨系统所承导轨系统设计主要是根据导轨系统所承受的质量、工作载荷、导轨配置、工
36、作受的质量、工作载荷、导轨配置、工作速度、行程等计算导轨系统的作用载荷速度、行程等计算导轨系统的作用载荷和工作寿命，从而选择导轨系统。和工作寿命，从而选择导轨系统。1、滑座受力计算、滑座受力计算 2、径向载荷和横向载荷的等效载荷、径向载荷和横向载荷的等效载荷 3、静态平安系数计算、静态平安系数计算 4、平均载荷计算、平均载荷计算 5、额定寿命计算、额定寿命计算 导导轨轨承承受受的的质质量量 导轨工作条件参数导轨工作条件参数 4.6 机电一体化新机械装置机电一体化新机械装置4.6.1 钢带传动钢带传动实现旋转实现旋转直线运动的变换直线运动的变换链轮链条传开工作不平稳、运动部件质量大；链轮链条传开
37、工作不平稳、运动部件质量大；同步齿形带工作质量比链轮有了很大的提高，但仍属同步齿形带工作质量比链轮有了很大的提高，但仍属“有齿啮合有齿啮合”传动的范畴，诸如齿距误差、齿形误差等因传动的范畴，诸如齿距误差、齿形误差等因素还是对传动过程的平稳性有一定影响。另外，同步素还是对传动过程的平稳性有一定影响。另外，同步齿形带自身的弹性也使其传动刚度有所减弱。齿形带自身的弹性也使其传动刚度有所减弱。高强度的钢带承受张拉力大，厚度最薄、柔韧性最好、高强度的钢带承受张拉力大，厚度最薄、柔韧性最好、质量最轻，比较适合高速、重载传动。质量最轻，比较适合高速、重载传动。现代钢带传动产品的特点现代钢带传动产品的特点强度
38、高，纵向弹性变形小，传动刚度大、精强度高，纵向弹性变形小，传动刚度大、精度高；度高；抗高温，耐腐蚀，具有导电性，容易结合，抗高温，耐腐蚀，具有导电性，容易结合，适用于高温、有腐蚀性，或者环境洁净度要求适用于高温、有腐蚀性，或者环境洁净度要求十分严格（如医药、半导体集成电路制造）的十分严格（如医药、半导体集成电路制造）的场合；场合；运动质量极轻，空间体积极小，工作平稳无运动质量极轻，空间体积极小，工作平稳无振动；振动；可以直接在钢带上冲压出定位孔和各种附带可以直接在钢带上冲压出定位孔和各种附带或输送专用物品的空及型腔，使钢带同时具有或输送专用物品的空及型腔，使钢带同时具有准确定位、物品输送等功能
39、。准确定位、物品输送等功能。4.6.2 谐波减速器谐波减速器谐波传动是依靠柔性齿轮所产生的可操作弹性变形，引谐波传动是依靠柔性齿轮所产生的可操作弹性变形，引起齿间的相对位移来传递动力和运动的。柔轮的变形是起齿间的相对位移来传递动力和运动的。柔轮的变形是一个基本对称的和谐波，故称为谐波传动。一个基本对称的和谐波，故称为谐波传动。3个基本构件：波发生器个基本构件：波发生器H、柔轮、柔轮1和刚轮和刚轮2。刚轮的齿数刚轮的齿数柔轮齿数多。波发生器、柔轮、钢轮三构件中可任意固柔轮齿数多。波发生器、柔轮、钢轮三构件中可任意固定一个，其余两个一个为主动，另一个为从动，可实现定一个，其余两个一个为主动，另一个
40、为从动，可实现减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入、一减速或增速（固定传动比），也可变换成两个输入、一个输出，组成差动传动。个输出，组成差动传动。双波发生器刚轮与柔轮的齿数相差为双波发生器刚轮与柔轮的齿数相差为2，周长相差两个齿，周长相差两个齿距的弧长。假设采用三波时，齿数差为距的弧长。假设采用三波时，齿数差为3 谐波传动谐波传动 谐波传动优点谐波传动优点 传动比大传动比大;承载能力大承载能力大 ;传动精度高传动精度高 ;可向密封空间传递运动或动力可向密封空间传递运动或动力 ;传动平稳，基本上无冲击振动传动平稳，基本上无冲击振动 磨损小，磨损小，无噪声。无噪声。传动效率高传动效率高 结构简单，体积小，重量轻。结构简单，体积小，重量轻。谐波传动的缺点谐波传动的缺点 柔轮和波发生器制造复杂，需专门柔轮和波发生器制造复杂，需专门设备，本钱高。设备，本钱高。传动比下限值较高。传动比下限值较高。不能做成交叉轴和相交轴结构。不能做成交叉轴和相交轴结构。4.6.3 精密行星齿轮减速器精密行星齿轮减速器4.6.4 直线运动滚柱导轨直线运动滚柱导轨直线运动滚柱导轨具有超高刚度、摩擦力小、运动平直线运动滚柱导轨具有超高刚度、摩擦力小、运动平稳、可以长期免维护运行。稳、可以长期免维护运行。思考与习题思考与习题P1382、4、7、810、11演讲完毕，谢谢观看！