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圖書分類號 密 級 畢 業(yè) 設 計 論 文 數(shù)控車床進給系統(tǒng)機械傳動結構的設計 MECANICAL STRUCTURE DESIGN OF CNC LATHE FEED DERIVE SYSTEM 學 生 姓 名 學 院 名 稱 專 業(yè) 名 稱 指 導 教 師 20 年 5 月 27 日 I 徐州工程學院學位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明 所呈交的學位論文 是本人在導師的指導下 獨立進行 研究工作所取得的成果 除文中已經(jīng)注明引用或參考的內(nèi)容外 本論文不含 任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品或成果 對本文的研究做出重 要貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標注 本人完全意識到本聲明的法律結果由本人承擔 論文作者簽名 日期 年 月 日 徐州工程學院學位論文版權協(xié)議書 本人完全了解徐州工程學院關于收集 保存 使用學位論文的規(guī)定 即 本校學生在學習期間所完成的學位論文的知識產(chǎn)權歸徐州工程學院所擁有 徐州工程學院有權保留并向國家有關部門或機構送交學位論文的紙本復印件 和電子文檔拷貝 允許論文被查閱和借閱 徐州工程學院可以公布學位論文 的全部或部分內(nèi)容 可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容提交至各類數(shù)據(jù)庫 進行發(fā)布和檢索 可以采用影印 縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位 論文 論文作者簽名 導師簽名 日期 年 月 日 日期 年 月 日 I 摘 要 數(shù)控車床進給系統(tǒng)是指能分別沿著X 向和Y向做進給運動的系統(tǒng) 是許多機電一體化 設備的基本部件 如數(shù)控車床的縱 橫向進刀機構 數(shù)控銑床和數(shù)控鉆床的X Y工作臺 激光加工設備的工作臺 電子元件表面貼裝設備等 模塊化的X Y數(shù)控工作臺 通常由導 軌座 移動滑塊 工作 滾珠絲杠螺母副 以及伺服電動機等部件構成 其中伺服電動 機做執(zhí)行元件用來驅動滾珠絲杠 滾珠絲杠螺母帶動滑塊和工作平臺在導軌上運動 完 成工作臺在X Y方向的直線移動 導軌副 滾珠絲杠螺母副和伺服電動機等均以標準化 由專門廠家生產(chǎn) 設計時只需根據(jù)工作載荷選取即可 控制系統(tǒng)根據(jù)需要 可以選取用 標準的工作控制計算機 也可以設計專用的微機控制系統(tǒng) 該設計從確定小型數(shù)控車床的方案入手 設計進給系統(tǒng)的裝配圖和主要零件圖 確定 數(shù)控車床數(shù)控系統(tǒng)后 詳細論述進給傳動系統(tǒng)各組成部分 以及各部分的計算和選用 關鍵詞 數(shù)控車床 進給系統(tǒng) 裝配圖 零件圖 II Abstract The design starts with identifying the program of small CNC lathe and begins to design the system assembly drawing and the main part drawing After identifying CNC lathe system discuss the various components of the feed drive system in detail as well as part of the calculation and selection The design uses a top down design method starting from the overall structure then the components of the design In the design full use of standardization serialization universal increase interoperability easy for maintenance And improve production efficiency to meet the needs of different users Control systems for small CNC lathes which the project develops and designs with small size small footprint compact technically advanced high productivity and strong practicability It is suitable for small batch processing of small parts small enterprises electronic components manufacturing enterprises and individual enterprises the ideal processing equipment It can also be used for high secondary school technical school of electrical and mechanical specialty CNC practice experimental teaching Keywords CNC Lathe Feeding System Assembly Drawing Parts Drawing III 目 錄 摘 要 I ABSTRACT II 1 緒論 1 1 1 序言 1 1 2 設計主要任務 2 2 進給系統(tǒng)設計 3 2 1 總體方案設計 3 2 1 1 概述 3 2 1 2 機械系統(tǒng)設計 3 2 2 伺服電機設計 5 2 2 1 伺服電機概述 5 2 2 2 伺服電機選擇 6 2 3 滾珠絲杠副介紹 10 2 3 1 滾珠絲杠副概述 10 2 3 2 滾珠絲杠副特點 11 2 3 3 滾珠絲杠副結構 11 2 4 滾珠絲杠副設計 12 2 4 1 設計滾珠絲杠副原理 12 2 4 2 滾珠絲杠副選擇 13 2 4 3 滾珠絲杠副預緊 14 2 4 4 滾珠絲杠副校核 15 2 5 滾珠絲杠副密封與潤滑 17 2 6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用 18 2 6 1 支撐方式選擇 18 2 6 2 軸承選擇 19 2 6 3 軸承配合與潤滑 20 2 7 聯(lián)軸器簡介 20 2 8 聯(lián)軸器基本要求 21 2 9 聯(lián)軸器選擇 22 2 10 聯(lián)軸器校核 23 2 10 1 轉矩校核 23 2 10 2 銷抗剪強度校核 24 3 導軌設計 25 3 1 導軌概述 25 3 2 導軌分類 25 3 3 導軌選型與長度計算 25 3 4 導軌副技術要求 26 3 5 導軌的間隙調(diào)整 27 4 防護罩設計 29 4 1 基本要求 29 IV 4 2 選擇設計 29 4 3 其他設計 30 4 3 1 基本要求 30 4 3 2 支撐架設計 31 總 結 32 致 謝 33 參考文獻 34 1 1 緒論 1 1 序言 數(shù)控技術是用數(shù)字信息對機械運動和工作過程進行控制的技術 是現(xiàn)代化工 業(yè)生產(chǎn) 中一門新型的 發(fā)展十分迅速的高新技術 數(shù)控裝備是以數(shù)控技術為代表 的新技術對傳 統(tǒng)制造業(yè)和新型制造業(yè)的滲透 形成的一種機電一體化技術 這一 技術使生產(chǎn)過程中的 生產(chǎn)效率 產(chǎn)品成本及工人勞動強度等方面問題得以明顯改 善 特別是針對對市場化生 產(chǎn)的小批量 多品種特點 有無可比擬的優(yōu)勢 數(shù)控機床是采用了數(shù)控技術的機床 即能按照程序邏輯 一步步處理生產(chǎn)過程的機床 數(shù)控技術也叫計算機數(shù)控技術 目 前它是采用計算機實現(xiàn)數(shù)字程序控制的技術 這種技術用計算機按事先存貯的控制程 序來執(zhí)行對設備的運動軌跡和外設的操作時序邏輯控制功能 由于采用計算機替代原 先用硬件邏輯電路組成的數(shù)控裝置 使輸入操作指令的存貯 處理 運算 邏輯判斷 等各種控制機能的實現(xiàn) 均可通過計算機軟件來完成 處理生成的微觀指令傳送給伺 服驅動裝置驅動電機或液壓執(zhí)行元件帶動設備運行 制造業(yè)是作為衡量一個國家經(jīng)濟的重要指標 體現(xiàn)了一個國家或一個民族的科技 實力 是一個時代科學技術發(fā)展最明顯的突出體現(xiàn) 尤其是在最近幾十年了 發(fā)達的 資本主義國際憑借其先進的制造技術 利用其強大的科技和財政實力獲得了巨大的經(jīng) 濟利益 我國的制造業(yè)起步晚 基礎差 但近二十年來 我國投入了巨大的人力物力 并取得了驕人的成績 但同時也要看到 我們國家的制造業(yè)和西方發(fā)達資本主義國家 的制造業(yè)還有差距 而且在某種層度上說 差距還很大 這就要求我們國家還要付出 更大的努力去提高我國的制造業(yè)在世界制造業(yè)中的地位 使我國的制造業(yè)對我國的經(jīng) 濟發(fā)展能夠發(fā)揮更大的作用 為人民和人類帶來更大的幫助 數(shù)控車床 車削中心 是一種高精度 高效率的自動化機床 配備多工位刀塔或 動力刀塔 機床就具有廣泛的加工藝性能 可加工直線圓柱 斜線圓柱 圓弧和各種 螺紋 槽 蝸桿等復雜工件 可咨詢 寧波眾鑫數(shù)控機床廠 具有直線插補 圓弧插 補各種補償功能 并在復雜零件的批量生產(chǎn)中發(fā)揮 了良好的經(jīng)濟效果 傳統(tǒng)的機械加 工都是用手工操作普通機床作業(yè)的 加工時用手搖動機械刀具切削金屬 靠眼睛用卡 尺等工具測量產(chǎn)品的精度的 現(xiàn)代工業(yè)早已使用電腦數(shù)字化控制的機床進行作業(yè)了 數(shù)控機床可以按照技術人員事先編好的程序自動對任何產(chǎn)品和零部件直接進行加工了 數(shù)控加工廣泛應用在所有機械加工的任何領域 更是模具加工的發(fā)展趨勢和重要和必 要的技術手段 數(shù)控車床又稱為 CNC 車床 即計算機數(shù)字控制車床 是目前國內(nèi)使用量最大 覆蓋 面最廣的一種數(shù)控機床 約占數(shù)控機床總數(shù)的 25 數(shù)控機床是集機械 電氣 液壓 氣 動 微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產(chǎn)品 是機械制造設備中具有高精度 高效率 高自動化和高柔性化等優(yōu)點的工作母機 控機床的技術水平高低及其在金屬切 削加工機床產(chǎn)量和總擁有量的百分比是衡量一個國家國民經(jīng)濟發(fā)展和工業(yè)制造整體水平 的重要標志之一 數(shù)控車床是數(shù)控機床的主要品種之一 它在數(shù)控機床中占有非常重要 2 的位置 幾十年來一直受到世界各國的普遍重視并得到了迅速的發(fā)展 1 2 設計主要任務 進給系統(tǒng)機械傳動結構是伺服進給系統(tǒng)的主要組成部分 主要由傳動機構 運動變 換機構 導向機構 執(zhí)行件組成 它是實現(xiàn)成形加工運動所需的運動及動力的執(zhí)行機構 由于數(shù)控機床的進給運動是數(shù)字控制的直接對象 被加工工件的最終位置精度和輪廓精 度都與進給運動的傳動精度 靈敏度和穩(wěn)定性有關 進給系統(tǒng)是數(shù)控加工的關鍵環(huán)節(jié) 是數(shù)字控制的直接對象 被加工工件的最終坐標位置精度和輪廓精度都與傳動結構有關 脈沖當量是 0 001mm 快進速度是 1000mm min X 軸行程 100mm Y 軸行程 150mm 合理設計進給系統(tǒng)的結構 完成進給部件 包含滾珠絲杠螺母副 燕尾槽導軌 導軌防 護罩等 的結構設計及總圖和零件圖 完成主傳動系統(tǒng)的設計計算 完成二萬字的畢業(yè) 論文及 5000 字的譯文 3 2 進給系統(tǒng)設計 2 1 總體方案設計 2 1 1 概述 主軸轉速與進給速度 沒有定值 通常是靠經(jīng)驗值來設置 主要根據(jù)刀具和工件材 料來選擇 進給率的增加可以提高生產(chǎn)效率 在加工過程中 進給率也可通過機床控制 面板上的修調(diào)開關進行人工調(diào)整 數(shù)控機床的控制面板上一般備有主軸轉速修調(diào) 倍率 開關 可在加工過程中對主軸轉速進行整倍數(shù)調(diào)整 但是最大進給速度要受到設備剛度 和進給系統(tǒng)性能等的限制 刀具的選擇和切削用量的確定是數(shù)控加工工藝中的重要內(nèi)容 刀具的種類及特點 刀具耐用度 穩(wěn)定性 材料的種類 是必須考慮的 通常還要考慮 下切步距 刀具路徑的行距 主軸轉速 加工精度等 設計一臺數(shù)控車床進給系統(tǒng)機械傳動部分的設計 綜合各方面的因素 采取 PLC 控 制 控制方式采用交流伺服 運動控制器并采用閉環(huán)控制方案 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的機 械主體部分直線導軌和滾珠絲杠 聯(lián)軸器 工作臺面 電氣部分的關聯(lián)性及傳動裝置的 保護性 X 軸及 Y 軸兩端配有高質(zhì)量的緩沖器 同時可選配在工作臺的兩端配有限位檢 測開關 部分工作臺的配有原點檢測開光 并提供光電編碼裝置以適于閉環(huán)控制 原點 開關的位置可以打距離的調(diào)節(jié) 數(shù)控車床進給系統(tǒng)的具體參數(shù)如下 X 方向行程 100mm Y 方向行程 1500mm 工作臺面的參考尺寸 240 260mm 工作臺和工件最大物重質(zhì)量 60kg 工作臺表面滑動摩擦系數(shù)為 0 5 平均切削力 500N 快進進給速度 1000mm min 最高運動速度 10000mm min 脈沖當量 0 001mm 定位精度 0 02mm 工作壽命 每天 8 小時 工作 8 年 250 天 年 2 1 2 機械系統(tǒng)設計 車床是主要用車刀對旋轉的工件進行車削加工的機床 主要用于加工軸 盤 套和 4 其他具有回轉表面的工件 在車床上還可用鉆頭 擴孔鉆 鉸刀 絲錐 板牙和滾花工 具等進行相應的加工 它是機械制造和修配工廠中使用最廣的一類機床 銑床和鉆床等 旋轉加工的機械都是從車床引伸出來的 普通機床經(jīng)經(jīng)歷了近兩百年的歷史 隨著電子 技術 計算機技術及自動化 精密機械與測量等技術的發(fā)展與綜合應用 生產(chǎn)了機電一 體化的新型機床一一數(shù)控機床 普 通 車 床 是 車 床 中 應 用 最 廣 泛 的 一 種 約 占 車 床 類 總 數(shù) 的 65 因 其 主 軸 以 水 平 方 式 放 置 故 稱 為 臥 式 車 床 普 通 車 床 的 主 要 組 成 部 件 有 主 軸 箱 進 給 箱 溜 板 箱 刀 架 尾 架 光 杠 絲 杠 和 床 身 按 其 實 現(xiàn) 系 統(tǒng) 功 能 角 度 看 主 要 包 括 動 力 系 統(tǒng) 執(zhí) 行 系 統(tǒng) 操 縱 和 控 制 系 統(tǒng) 傳 動 系 統(tǒng) 此 設 計 的 具 體 要 求 如 下 1 傳動機構為保證一定的傳動精度和平穩(wěn)性以及結構的緊湊 采用滾珠絲杠螺母 傳動副 絲杠的轉速為中轉速 精度要求為高精度 為提高傳動剛度和消除間隙 采用 有預加載荷的結構 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很多滾珠在做滾動運動 所以能 得 到 較 高 的 運 動 效 率 與 過 去 的 滑 動 絲 杠 副 相 比 驅 動 力 矩 達 到 1 3 以 下 即 達 到 同 樣 運 動 結 果 所 需 的 動 力 為 使 用 滾 動 絲 杠 副 的 1 3 在 省 電 方 面 很 有 幫 助 采 用 滾 珠 絲 杠 副 滾 珠 絲 杠 直 接 與 聯(lián) 軸 器 連 接 2 導 向 機 構 采 用 滾 動 直 線 導 軌 直 線 導 軌 一 般 為 二 種 一 種 是 滾 動 式 一 種 是 滑 動 式 滾 動 直 線 滑 軌 是 一 種 滾 動 導 引 它 由 鋼 珠 在 滑 塊 與 滑 軌 之 間 作 無 限 滾 動 循 環(huán) 使 得 負 載 平 臺 能 沿 著 滑 軌 輕 易 的 以 高 精 度 作 線 性 運 動 其 摩 擦 系 數(shù) 可 降 至 傳 統(tǒng) 滑 動 導 引 的 1 50 使 之 能 輕 易 地 達 到 1 m 級 的 定 位 精 度 現(xiàn) 在 滑 塊 與 滑 軌 間 的 末 制 單 元 設 計 使 得 線 形 滑 軌 可 同 時 承 受 上 下 左 右 等 各 方 向 的 負 荷 專 利 的 回 流 系 統(tǒng) 及 精 簡 化 的 結 構 設 計 使 線 性 滑 軌 有 更 平 順 且 低 噪 音 的 運 動 滾 動 直 線 導 軌 副 動 靜 摩 擦 力 之 差 很 小 摩 擦 阻 力 小 隨 動 性 極 好 導 軌 的 導 向 精 度 要 求 高 圖 2 1 工作臺草圖 5 3 執(zhí)行機構采用交流伺服電動機 交流伺服電動機 是將電能轉變?yōu)闄C械能的一 種機器 交流伺服電動機主要由一個用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一 個旋轉電樞或轉子組成 電動機利用通電線圈在磁場中受力轉動的現(xiàn)象而制成的 交流 伺服電動機主要由定子部分和轉子部分組成 其中定子的結構與旋轉變壓器的定子基本 相同 在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞組 其中一組為激磁繞組 另一組為控制繞組 交流伺服電動機控制精度高 矩頻特性好 具有過載能力 多應用 于物料計量 橫封裝置和定長裁切機上 工作臺草圖如上圖 2 1 2 2 伺服電機設計 2 2 1 伺服電機概述 交流伺服電動機的結構主要可分為兩部分 即定子部分和轉子部分 其中定子的結 構與旋轉變壓器的定子基本相同 在定子鐵心中也安放著空間互成 90 度電角度的兩相繞 組 其中一組為激磁繞組 另一組為控制繞組 交流伺服電動機一種兩相的交流電動機 交流伺服電動機使用時 激磁繞組兩端施加恒定的激磁電壓 Uf 控制繞組兩端施加控制 電壓 Uk 當定子繞組加上電壓后 伺服電動機很快就會轉動起來 通入勵磁繞組及控制 繞組的電流在電機內(nèi)產(chǎn)生一個旋轉磁場 旋轉磁場的轉向決定了電機的轉向 當任意一 個繞組上所加的電壓反相時 旋轉磁場的方向就發(fā)生改變 電機的方向也發(fā)生改變 表 2 1 交流伺服電動機的分類 特點及使用范圍 類型 代號 結構特點 性能特點 使用范圍 籠型交流伺服電 動機 SL 轉子與定子結構與一 般籠型異步電動機相 似 但轉子一般為兩 相 且細而長 籠可用 鋁 紫銅 黃銅制成 勵磁電流較小 體積較小 機械 強度較高 低速 運轉時不夠平滑 有抖動現(xiàn)象 廣泛運用于小功率自 動控制系統(tǒng) 隨動系 統(tǒng)和計算裝置中 非磁性杯型交流 伺服電動機 SK ADP 用非磁性金屬鋁 黃 銅等制成杯形轉子 杯的內(nèi)外由內(nèi)外定子 構成磁路 轉動慣量小 運 轉平滑 無抖動 現(xiàn)象 勵磁電流 和體積較大 用于要求運行平滑的 系統(tǒng) 如自動裝置和 計算裝置等 FANUC 交流伺 服電動機 FANUC 轉矩大 轉速低 機械特性線性度 好 低速性能良 好 可直接與絲 杠連接 用于數(shù)控機床驅動或 其他驅動系統(tǒng) 低速交流伺服電 動機 SD SA ND 轉子 定子結構與籠 型交流伺服電動機相 同 另外機殼中裝有 齒輪減速裝置 體積小 重量輕 力能指標高 性 能好 輸出轉速 低 轉矩大 廣泛應用于自動裝置 和計算技術裝置中作 驅動 執(zhí)行或控制元 件 6 步進電機是一種離散運動的裝置 它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質(zhì)的聯(lián)系 在目前 國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中 步進電機的應用十分廣泛 隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn) 交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中 為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢 運 動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機 雖然兩者在 控制方式上相似 脈沖串和方向信號 但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異 現(xiàn)就二者的使用性能作一比較 1 在整個調(diào)速范圍內(nèi) 其負載轉矩應該在電動機連續(xù)額定轉矩的范圍以內(nèi) 2 工作負載與過載時間應該在規(guī)定的范圍以內(nèi) 3 應使加速度與希望的時間常數(shù)一樣 下表 2 2 為交流伺服電動機的特性實例 表 2 2 交流伺服電動機特性舉例 電動機 特性 SM 型伺服電機 IM 型伺服電機 輸出功率 W 1100 1100 峰值電流 A 相 11 7 14 4 峰值電壓 V 相 68 9 79 3 功率因素 99 8 78 6 功率 91 1 82 0 電阻 0 284 1 035 感應電壓常數(shù) min 1 rV 100 100 轉動慣量 2kg 4108 4108 6 功率變化率 s1 W 12 16 2 2 2 伺服電機選擇 2 2 2 1 伺服電機選擇原則 步進電機是一種離散運動的裝置 它和現(xiàn)代數(shù)字控制技術有著本質(zhì)的聯(lián)系 在目前 國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中 步進電機的應用十分廣泛 隨著全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn) 交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中 為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢 運 動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機 雖然兩者在 控制方式上相似 脈沖串和方向信號 但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異 現(xiàn)就二者的使用性能作一比較 一般電機要承受兩種形式的力矩 恒定的負載力矩和切 7 削力矩 包括摩擦力矩 加 減速力矩 步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象 振動頻率與負載情況和驅動器性能有關 一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半 這種由步進電機的工作原理所決定的低 頻振動現(xiàn)象對于機器的正常運轉非常不利 當步進電機工作在低速時 一般應采用阻尼 技術來克服低頻振動現(xiàn)象 比如在電機上加阻尼器 或驅動器上采用細分技術等 交流 伺服電機運轉非常平穩(wěn) 即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象 交流伺服系統(tǒng)具有共振抑 制功能 可涵蓋機械的剛性不足 并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能 FFT 可檢測出機 械的共振點 便于系統(tǒng)調(diào)整 步進電機的控制為開環(huán)控制 啟動頻率過高或負載過大易 出現(xiàn)丟步或堵轉的現(xiàn)象 停止時轉速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象 所以為保證其控制精度 應處理好升 降速問題 交流伺服驅動系統(tǒng)為閉環(huán)控制 驅動器可直接對電機編碼器反 饋信號進行采樣 內(nèi)部構成位置環(huán)和速度環(huán) 一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn) 象 控制性能更為可靠 下面是選擇電機時應滿足的條件 1 機床無負載時 加在電動機上的力矩應小于電動機的連續(xù)額定力矩的 50 一下 否則 在切削或加速 減速時電動機就可能過熱 2 加 減速時間要短 須在電動機的允許范圍內(nèi) 通常 負載力矩幫助電動機的減 速 因此如果加速在允許時間內(nèi)完成的話 減速也可在相同時間內(nèi)完成 這樣我們只需 計算加速力矩 并在允許時間內(nèi)核算力矩在電動機的機械特性的斷續(xù)區(qū)內(nèi) 3 頻繁地定位和加 減速會使電動機發(fā)熱 此時需要計算出電動機承受的力矩的均 方根值 Trms 使其小于電動機的額定力矩 Tc 4 電動機以最大切削力矩運行的時間應在允許范圍內(nèi) 5 負載的慣量要小于電動機本身慣量的 3 倍 這里我們依據(jù)負載來選擇電動機 2 2 2 2 伺服電機設計計算 步進電機一般不具有過載能力 交流伺服電機具有較強的過載能力 以松下交流伺 服系統(tǒng)為例 它具有速度過載和轉矩過載能力 其最大轉矩為額定轉矩的三倍 可用于 克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩 步進電機因為沒有這種過載能力 在選型時為了 克服這種慣性力矩 往往需要選取較大轉矩的電機 而機器在正常工作期間又不需要那 么大的轉矩 便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象 加到電機軸上的負載力矩通常由下式算出見式 2 1 式 2 1 f2mTLF 其中 加到電機軸上的負載力矩 Nm mT 8 F 沿坐標軸移動一個部件所需的力 kgf L 電機轉一轉機床的移動距離 21 ZP 滾珠絲杠螺母或軸承加到電機軸上的摩擦力矩 fT 步進電機從靜止加速到工作轉速 一般為每分鐘幾百轉 需要 200 400 毫秒 交流 伺服系統(tǒng)的加速性能較好 以松下 MSMA 400W 交流伺服電機為例 從靜止加速到其額 定轉速 3000RPM 僅需幾毫秒 可用于要求快速啟停的控制場合 無論是否在切削 是垂 直軸還是水平軸 F 值取決于工作臺的重量 摩擦系數(shù) F 值還與平衡錘有關 對于水平 工作臺 F 值可按下式計算 W 工作臺與工件重量 60kg 滑動表面摩擦系數(shù) 0 05 驅動系統(tǒng)的效率 0 9 Fg 鑲條鎖緊力 5kgf 反切削力 50kgfCF 由切削力矩引起的滑動表面上工作臺上收到的力 30kgfcf 設 2kgf cm 0 2N m fT 不切削時見式 2 2 式 2 2 fg WF kgf5 065 92 8 m T 1Nckgf98 0 切削時見式 2 3 式 2 3 cfCFWF 3056 0 5 kgf7 29 8 mc T 1f0 N 為滿足運行條件 應根據(jù)數(shù)據(jù)選擇電動機 其負載力矩在不切削時應大于 0 1N m 最高 轉速應小于 2000r 交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機 但在一些要求 1 in 不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機 所以 在控制系統(tǒng)的設計過程中要綜合 9 考慮控制要求 成本等多方面的因素 選用適當?shù)目刂齐姍C 2 2 2 3 伺服電機選擇 綜上所述 選擇 FANUC 系列交流伺服電動機 電動機的型號為 FANUC4 0 該類型 伺服電動機是由日本法納克公司為滿足 CNC 機床和工業(yè)機器人的需要開發(fā)的 這種伺服 交流電動機都是永磁式同步型伺服電動機 其特點都是定子為三相繞組 轉子為永久磁 鐵 其結構 性能特點是轉矩大 轉速低 機械特性線性度好低速性能良好 可直接與 絲杠連接 我們選用的 FANUC4 0 其數(shù)據(jù)見表 2 3 其特點如下 1 具有獨特的磁極形狀 使轉矩波動最小 2 外面沒有機殼 定于鐵心直接在空氣中冷卻 這種結構使電動機溫升能減到最低 3 具有高的轉矩 慣量比 能承受高的加減速 4 由于采用了集中磁力線機構 在保證高輸出轉矩的情況下 電動機體積小而且重量輕 5 由于采用高頻脈寬調(diào)制控制 電動機只有很低的噪聲和振動 表 2 3FANUC4 0 的技術數(shù)據(jù) 型號 輸出功率 KW 額定轉矩 Nm 最大轉矩 Nm 最高轉速 r min 轉動慣量 kg 2m 機械時間 常數(shù) ms 熱時間 常數(shù) min 質(zhì)量 kg 4 0 0 05 0 25 1 1 3000 5 107 3 11 15 1 2 2 3 滾珠絲杠副介紹 2 3 1 滾珠絲杠副概述 滾珠絲杠是將回轉運動轉化為直線運動 或將直線運動轉化為回轉運動的理想的產(chǎn) 品 滾珠絲杠由螺桿 螺母和滾珠組成 它的功能是將旋轉運動轉化成直線運動 這是 滾珠螺絲的進一步延伸和發(fā)展 這項發(fā)展的重要意義就是將軸承從滾動動作變成滑動動 作 由于具有很小的摩擦阻力 滾珠絲杠被廣泛應用于各種工業(yè)設備和精密儀器 滾珠 絲杠是工具機和精密機械上最常使用的傳動元件 其主要功能是將旋轉運動轉換成線性 運動 或將扭矩轉換成軸向反覆作用力 同時兼具高精度 可逆性和高效率的特點 常用的循環(huán)方式有兩種 外循環(huán)和內(nèi)循環(huán) 滾珠在循環(huán)過程中有時與絲杠脫離接觸 的稱為外循環(huán) 始終與絲杠保持接觸的稱為內(nèi)循環(huán) 滾珠每一個循環(huán)閉路稱為列 每個 滾珠循環(huán)閉路內(nèi)所含導程數(shù)稱為圈數(shù) 內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副的每個螺母有 2 列 3 列 4 列 5 列等幾種 每列只有一圈 外循環(huán)每列有 1 5 圈 2 5 圈和 3 5 圈等幾種 1 外循環(huán)外循環(huán)是滾珠在循環(huán)過程結束后通過螺母外表面的螺旋槽或插管返回 10 絲杠螺母間重新進入循環(huán) 外循環(huán)滾珠絲杠螺母副按滾珠循環(huán)時的返回方式主要有端蓋 式 插管式和螺旋槽式 2 內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠 內(nèi)循環(huán)均采用反向器實現(xiàn)滾珠循環(huán) 反向器有兩種 類型 絲杠螺母機構有滑動摩擦和滾動摩擦之分 滑動絲杠螺母機構結構簡單 加工方便 制造成本低 具有自鎖功能 但其摩擦阻力大 傳動效率低 滾動絲杠螺母機構雖然結 構復雜制造成本高 但其最大優(yōu)點是摩擦阻力小 傳動效率高 因此選用滾動絲杠螺母 機構 根據(jù)絲杠和螺母相對運動的組合情況 其基本傳動形式一共可分為四種類型 其類型如 下 1 螺母固定 絲桿傳動并移動 該傳動形式因螺母本身起著支承作用 消除了絲 桿軸承可能產(chǎn)生的附加軸向竄動 結構比較簡單 可獲得較高的傳動精度 但其軸向尺 寸不已太長 剛性較差 因此只適合用于行程較小的場合 2 絲桿傳動 螺母移動 該傳動形式需要限制螺母的傳動 故需導向裝置 其特 點是結構緊湊 絲桿剛性較好 適用于工作行程較大的場合 3 螺母傳動 絲桿移動 該傳動形式需要限制螺母移動和絲桿的傳動 由于結構 較復雜且占用軸向空間較大 故應用較少 4 絲桿固定 螺母傳動并移動 該傳動方式結構簡單 緊湊 但在多數(shù)情況下 使用極不方便 故很少應用 根據(jù)工作臺運動情況 應選擇絲杠傳動螺母移動的形式 該傳動形式需要限制螺母 的轉動 故需導向裝置 其特點是結構緊湊 絲杠剛性較好 適用于工作行程較大的場 合 2 3 2 滾珠絲杠副特點 滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構 其具有螺旋槽的絲杠與螺母之間裝有中間傳 動元件 滾珠 滾珠絲杠螺母機構由絲杠 螺母 滾珠 和反向器等四部分組成 當絲 杠轉動時 帶動滾珠沿螺紋滾道滾動 為防止?jié)L珠從滾道端面掉出 在螺母的螺旋槽兩 端設有滾珠回程引導裝置構成滾珠的循環(huán)返回通道 從而形成滾珠流動的閉合通路 其 主要有如下特點 1 與滑動絲杠 副相比驅動力矩為 1 3 由于滾珠絲杠副的絲杠軸與絲杠螺母之間有很 多滾珠在做滾動運動 所以能得到較高的運動效率 與過去的滑動絲杠副相比驅動力矩達 到 1 3 以下 即達到同樣運動結果所需的動力為使用滾動絲杠副的 1 3 在省電方面很有幫 助 2 高精度的保證 滾珠絲杠副是用日本制造的世界最高水平的機械設備連貫生產(chǎn)出 11 來的 特別是在研削 組裝 檢查各工序的工廠環(huán)境方面 對溫度 濕度進行了嚴格的控 制 由于完善的品質(zhì)管理體制使精度得以充分保證 3 微進給可能 滾珠絲杠副由于是利用滾珠運動 所以啟動力矩極小 不會出現(xiàn)滑動運 動那樣的爬行現(xiàn)象 能保證實現(xiàn)精確的微進給 4 無側隙 剛性高 滾珠絲杠副可以加予壓 由于予壓力可使軸向間隙達到負值 進而 得到較高的剛性 滾珠絲杠內(nèi)通過給滾珠加予壓力 在實際用于機械裝置等時 由于滾珠的斥 力可使絲母部的剛性增強 5 高速進給可能 滾珠絲杠由于運動效率高 發(fā)熱小 所以可實現(xiàn)高速進給 運動 2 3 3 滾珠絲杠副結構 表 2 4 滾珠的循環(huán)方式 類別 形式 特點 內(nèi)循環(huán) 優(yōu)點 返回通道短 一個循環(huán)只有一 圈鋼球 流暢性好 摩擦損失小 效率高 徑 向尺寸小 剛性好 缺點 返向器鋼球返回通道的曲面 加工復雜 端蓋式 優(yōu)點 結構緊湊 工藝性好 缺點 循環(huán)回路長 流暢性差 鋼球通 過短槽時易卡住 螺旋槽式 優(yōu)點 結構簡單 制造方便 承載能力 大 缺點 鋼球流暢性較差 擋珠器較易 磨損 外循環(huán) 插管式 優(yōu)點 結構簡單 工藝性好 鋼球的流 暢性好 應用較廣 缺點 凸出式的插管凸出于螺母外 部 徑向尺寸較大 12 外循環(huán) 內(nèi)循環(huán) 圖 2 2 滾珠絲杠副循環(huán)方式 滾珠絲桿副的結構類型可以從螺紋滾道的截面形狀 滾珠的循環(huán)方式和消除軸向的 調(diào)整方法進行區(qū)別 我國生產(chǎn)的滾珠絲杠副的螺紋滾道有單圓弧形和雙圓弧形 滾道形 面和滾珠接觸點之法線與絲桿軸向之垂線的夾角被稱為接觸角 一般為 45 度 單圓弧形 的螺紋滾道的接觸角隨軸向載荷大小的變化而變化 主要由軸向載荷所引起的接觸變形 的大小而定 接觸角增大時 傳動效率 軸向剛度以及承載能力也隨之增大 由于單圓 弧形滾道加工用砂輪加工成型比較簡單 故容易得到較高的加工精度 單圓弧形面的滾 道圓弧半徑 R 稍大于滾珠半徑 雙圓弧形的螺紋滾道的接觸角在工作中基本保持不變 兩圓弧相交處有一小空隙 可使?jié)L道底部與滾珠不接觸 并能儲存一定的潤滑油以減少 摩擦磨損 由于加工其型面的砂輪修整和加工 檢驗均比較困難 故加工成本較高 2 4 滾珠絲杠副設計 2 4 1 設計滾珠絲杠副原理 1 為提高滾珠絲杠副的使用壽命和精度 應使作用在螺母上的合力通過絲杠軸心 以保證滾珠受力均勻 避免傾覆力 2 放逆轉 滾珠絲杠副傳動逆效率高 應考慮在電機停電后 因部件自重而產(chǎn)生 螺旋副的逆?zhèn)鲃?特別是在垂直方向上傳動時 防止逆?zhèn)鲃拥姆椒刹捎?停電自鎖的 電機 蝸輪蝸桿機構 離合器等方式 3 滾珠絲杠副在行程兩端應有行程保護裝置 以防止越程后滾珠絲杠副受撞擊而 影響精度 使用壽命甚至損壞 4 防止熱變形 熱變形對精密螺旋傳動的定位精度有著重要的影響 其熱源不單 是螺旋副的摩擦熱 還有其他機械部件工作時產(chǎn)生的熱 致使絲杠熱膨脹而伸長 為此 必須分析熱源的各因素 采用措施控制熱源 還可以采用預拉伸 強制冷卻等減少熱變 形對絲杠的伸長的影響 5 細長而又水平放置的絲杠 因自重使軸線產(chǎn)生彎曲變形 是影響導程累積誤差 13 的因素之一 還會使螺母受載不均 設計細長絲杠時 應考慮防止或減小自重彎曲變形 的措施 6 防護與密封 塵埃和雜質(zhì)進入滾道會妨礙滾動體運動流暢 會加速滾動體與滾 道的磨損 使?jié)L動螺旋副喪失精度 為此需要防塵措施 滾珠絲杠副在螺母兩端已安裝 防塵圈 為避免絲杠外露 用戶還需要為絲杠選擇防護裝置 7 合理潤滑是減小驅動轉矩 提高傳動效率 延長螺旋副使用壽命的重要環(huán)節(jié) 接觸表面的油膜還有吸振 減小傳動噪聲和沖洗絲杠上的粉塵等雜物的作用 因此要注 入潤滑脂 在螺母上還有油孔 用戶可旋入油嘴 再采用其他合適的潤滑方式 8 用內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副 必須使絲杠螺紋兩端中至少有一端的滾珠螺紋是通牙 并該端所有外圓尺寸均小于絲杠螺紋底徑 d2 否則無法裝配螺母 2 4 2 滾珠絲杠副選擇 初選滾珠絲杠副數(shù)據(jù)見下表 表 2 5 初選滾珠絲桿副參數(shù) 公稱直徑 mm 導程 mm 余量 mm 節(jié)距 mm 25 5 20 8 根據(jù)絲杠的工作行程初選絲杠的工作長度 初選 X 方向絲杠的工作長度為 410mm 初選 Y 方向絲杠的工作長度為 460mm 滾珠絲杠的工作載荷計算公式見式 2 4 式 2 4 MAHFCK 由條件 取 1 2 取 1 2 取 D 精度 取 1 0 FKAK X 方向絲杠工作載荷 1 2 1 2 1 0 600 864NXF Y 方向絲杠工作載荷 1 2 1 2 1 0 600 864NY 額定動載荷值 計算見式 2 5 Ca 導程初選為 5mm 則 min r205 1nm i rax 14 864 5011N 式 2 5 Ca 34hm1067 nF L 341067 2 根據(jù) 值選擇滾珠絲杠副 假設選用按滾珠絲杠副的額定動載荷 Ca 等于或稍大于 的原則 查表選以下型號規(guī)格 a FC1 2505 2 5 Ca 5011N 公稱直徑 D 25mm 導程 P 5mm 螺旋角 滾珠直徑83 m175 3d0 計算可得 滾道半徑 R 0 52 651 7 520 dR 偏心距 7 42e 絲杠內(nèi)徑 100 6512 7DeRm 2 4 3 滾珠絲杠副預緊 滾珠絲杠副在負載時 其滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形 換向時 其軸向 間隙會引起空回 這種空回是非連續(xù)的 既影響傳動精度 又影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性 單螺 母絲桿螺母副的間隙消除相當困難 實際應用中 常采用以下幾種調(diào)整預緊方法見表 2 5 表 2 6 常用的調(diào)整預緊方法 調(diào)整預緊方式 特點 雙螺母螺紋預緊調(diào)整式 結構簡單 剛性好 預緊可調(diào) 使用中 調(diào)整方便 但不能精確定量地進行調(diào)整 雙螺母齒差預緊調(diào)整式 可實現(xiàn)定量調(diào)整即可進行精密微調(diào) 使 用中調(diào)整方便 雙螺母墊片調(diào)整預緊式 結構簡單剛度高 預緊可靠 但使用中 調(diào)整不方便 彈簧式自動調(diào)整預緊式 能消除使用過程中因磨損或彈性變形產(chǎn) 生的間隙 但其結構復雜 軸向剛度低 適 合用于輕載場合 單螺母變位倒程自頂預緊式和單螺母滾珠過 贏預緊式 結構簡單緊湊 但在使用中不能調(diào)整 且制造困難 15 根據(jù)防塵防護條件以及對調(diào)隙及預緊的要求 可選擇適當?shù)慕Y構形式 例如 當允許 有間隙存在時可選用具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副 當必需有預緊或在使 用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時 應采用雙螺母螺紋預緊或齒差預緊式結構 當具備 良好的防塵條件 且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預緊力時 可采用結構簡單的雙螺母墊 片調(diào)整預緊式結構 考慮到設計的所設計的工作臺有良好的防塵條件且只需要在裝配時 調(diào)整間隙及預緊力 故采用結構簡單的雙螺母墊片調(diào)整預緊式 2 4 4 滾珠絲杠副校核 1 由于一端軸向固定的長絲杠在工作時可能會發(fā)生失穩(wěn) 所以在設計時應驗算其安 全系數(shù) S 其值應大于絲杠副傳動結構允許安全系數(shù) 絲杠不會發(fā)生失穩(wěn)的最大載荷稱為臨界載荷 2 acrEIFl 式 2 6 其中 E 206Gpa L 0 3m 448410 271 906adI m 式 2 7 取 23 則 29852 3 03 crFN 安全系數(shù) 53 168 90crmSF 式 2 8 由 S 253 3 顯然 S S 成立 故絲杠是安全的 不會失穩(wěn) 2 速長絲杠工作時可能發(fā)生共振 因此需驗算其不會發(fā)生共振的最高轉速 臨界 轉速 要求絲杠的最大轉速crncrn max 式 2 9 min r4193528 032897 501uldf2cr 所以 所以絲杠不會發(fā)生共振 crn max 3 此外滾珠絲杠副還受 Dn 值的限制 通常要求 Dn mm min4107 Dn 25 min 5in m203 in 1074 4 滾珠絲杠在工作負載 F N 和轉矩 T N m 共同作用下引起每個導程的變形量為見 16 式 2 10 20CpFTLEAGJ 式 2 10 式中 A 為絲杠截面積見式 2 11 A 式 2 11 21md4 為絲杠的極慣性矩見式 2 12 CJ 式 2 12 41d32CJ G 為絲杠切變模量 對鋼 G 83 3GP a T N m 為轉矩見式 2 13 0tan 2mDTF 式 2 13 式中 為摩擦角 其正切函數(shù)值為摩擦系數(shù) 為平均工作載荷 取摩擦系數(shù)為mFtan0 25 則得 840 mNT 5 3t16 按最不利的情況取 F mFuGTEFJEALC 2412120 08 6dp4p m 058 63pl3 0 L 通常要求絲杠的導程誤差小于其傳動精度的 1 2 即1 2 1 該絲杠的 L滿足上式 所以其剛度可滿足要求 5 效率驗算見式 2 14 tantan380 947 式 2 14 要求在 90 95 之間 所以該絲杠副合格 經(jīng)上述計算驗證 FC1 2505 2 5 各項性能均符合設計要求 可選 17 2 5 滾珠絲杠副密封與潤滑 密封是防止流體或固體微粒從相鄰結合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等 侵入機器設備內(nèi)部的零部件或措施 密封可分為靜密封和動密封兩大類 靜密封主要有 墊密封 密封膠密封和直接接觸密封三大類 根據(jù)工作壓力 靜密封又可分為中低壓靜 密封和高壓靜密封 中低壓靜密封常用材質(zhì)較軟寬度較寬的墊密封 高壓靜密封則用材 質(zhì)較硬接觸寬度很窄的金屬墊片 動密封可以分為旋轉密封和往復密封兩種基本類型 按密封件與其作相對運動的零部件是否接觸 可分為接觸式密封和非接觸式密封 按密 封件和接觸位置又可分為圓周密封和端面密封 端面密封又稱為機械密封 動密封中的 離心密封和螺旋密封 是借助機器運轉時給介質(zhì)以動力得到密封 故有時稱為動力密封 根據(jù)摩擦副之間摩擦狀態(tài)的不同 潤滑分為 流體摩擦潤滑 用流體 厚度在 1 5 2 微米以上 將摩擦表面隔開的潤滑方式 根據(jù)潤滑膜壓力的產(chǎn)生方式不同又可分 為流體動壓潤滑 靠摩擦表面的幾何形狀和相對運動由粘性流體的動力作用產(chǎn)生壓力平 衡外載荷 和流體靜壓潤滑 由外部將一定壓力的流體送入摩擦表面間 靠流體的靜壓平 衡外載荷 兩種 邊界摩擦潤滑 摩擦表面間存在一層薄膜 邊界膜 時的潤滑狀態(tài) 它可 分為吸附膜 潤滑劑中的極性分子吸附在摩擦表面所形成的膜 包括物理吸附膜和化學 吸附膜 和化學反應膜 潤滑油中的添加劑與金屬表面起化學作用生成能承受較大載荷 的表面膜 兩類 潤滑可以延長機器設備的壽命 提高精度 節(jié)約能源 滾珠絲杠副可用防塵密封圈或防護套來防止灰塵及雜質(zhì)進入滾珠絲杠副 使用潤滑 劑來提高其耐磨性及傳動效率 從而維持其傳動精度 延長其使用壽命 密封圈有接觸 式和非接觸式兩種 將其裝在滾珠螺母兩端即可 非接觸式密封圈通常由聚氯乙烯等塑 料制成 其內(nèi)孔螺紋表面與絲杠螺紋之間略有間隙 故又稱迷宮式密封圈 接觸式密封 圈用具有彈性的耐油橡膠或尼龍等材料制成 因此有接觸壓力并產(chǎn)生一定的摩擦力矩 但其防塵效果好 常用的潤滑劑有潤滑油和潤滑脂兩類 潤滑脂一般在裝配是放進滾珠 螺母滾道內(nèi)定期潤滑 而使用潤滑油時應注意經(jīng)常通過注油孔注油 防護套的形式有折 疊式密封套 伸縮套管和伸縮擋板 2 6 滾軸絲杠副支撐選擇及軸承選用 2 6 1 支撐方式選擇 在機械設計中 構件的固定和支撐有很多種 各種又各有各的特點 在該畢業(yè)設計 18 中 要綜合各方面的因素 和實際工作情況 并結合生產(chǎn)一線的反饋信息 對滾珠絲杠 副的支撐方式進行選擇 滾珠絲杠的主要載荷是軸向載荷 徑向載荷來自于絲杠的自重 因此 滾珠絲杠的軸向剛度和位移精度要求很高 滾珠絲杠的支承方式有以下幾種 圖 2 3 支撐方式 a 一端裝推力軸承 這種安裝方式適用于短絲杠 它的承載能力小 軸向剛度低 一 般用于數(shù)控機床的調(diào)節(jié)環(huán)節(jié)或升降臺式數(shù)控銑床的垂直方向 b 一端裝推力軸承 另一端裝深溝球軸承 此種方式用于絲杠較長的情況 當熱變形 造成絲杠伸長時 其一端固定 另一端能作微量的軸向浮動 安裝時應注意使推力軸承端 遠離熱源及絲杠的常用段 以減少絲杠熱變形的影響 c 兩端裝推力軸承 把推力軸承裝在滾珠絲杠的兩端 并施加預緊拉力 可以提高軸 向剛度 但這種安裝方法對絲杠的熱變形較為敏感 d 兩端裝推力軸承及深溝球軸承 它的兩端均采用雙重支撐并施加預緊 使絲桿具有 較大的剛度 這種方式還可使絲杠的溫度變形轉化為推力軸承的預緊力 但設計時要求提 高推力軸承的承載能力和支撐剛度 一端軸向固定一端自由的支承配置方式 通常用于短絲杠和垂直進給絲杠 一端固定 一端浮動的方式 常用于較長的臥式安裝絲杠 以及兩端固定的安裝方式 常用于長絲杠 或高轉速 高剛度 高精度的絲杠 這種配置方式可對絲桿進行預拉伸 因此在此課題中 采用兩端固定的方式 以實現(xiàn)高剛度 高精度以及對絲杠進行拉伸 2 6 2 軸承選擇 軸承可以分為標準滾動軸承 非標滾動軸承 靜壓軸承和磁懸浮軸承 滾珠絲杠一 般配用標準滾動軸承 滾動軸承已標準化系列化 有向心軸承 向心推力軸承和推力軸 承 共十種類型 滾動軸承一般由內(nèi)圈 外圈 滾動體和保持架組成 在軸承設計中應 根據(jù)承載的大小 旋轉精度 剛度 轉速等要求選用合適的軸承類型 舉例如下 1 深溝球軸承 軸系用球軸承有單列向心球軸承和角接觸軸承 前者一般不能承 19 受軸向力 且間隙不能調(diào)整 常用于旋轉精度和剛度要求不夠的場合 后者既能承受徑 向載荷也能承受軸向載荷 并可以通過內(nèi)外圍之間的相對位移來調(diào)整其大小 因此在輕 載時應用廣泛 2 雙列向心短圓柱滾子軸承 此類軸承一般分為兩種一種是滾道開在內(nèi)圈上 一 種是滾道開在外圈上 這兩種軸承的圓柱滾子數(shù)目多 密度大 分兩列交叉排列 旋轉 時支承剛度變化小 內(nèi)圈上均有 1 12 的錐孔與帶錐度 的軸頸配合 內(nèi)圈相對于軸頸作軸 向移動時 內(nèi)圈被漲大 從而可調(diào)整軸承的徑向間隙或實現(xiàn)預緊 因此 其承載能力大 支承剛度高 但只能承受徑向載荷 與其他推力軸承組合使用 可用于較大載荷 較高 轉速場合 3 圓錐滾子軸承 圓錐滾子軸承由內(nèi)圈 外圈 格圈和圓錐滾子組成 該軸承能 承受較大載荷 用其代替短圓柱滾子軸承和推力軸承 則剛度提高 雖極限轉速有所降 低 但仍能達到高精度的要求 4 推力軸承 推力軸承一般軸向承載能力很強 支承剛度很大 但極限轉速較低 運動造勢較大 考慮到輕載 初選 接觸角推力角接觸軸承 代號 7202AC 型 該軸承是與滾珠絲 60 杠專配的軸承其主要特點是 既能承受軸向載荷又能承受徑向載荷 接觸角大 鋼球多 剛度高 該軸承的數(shù)據(jù)表 2 10 表 2 7 角接觸軸承的數(shù)據(jù) d mm D mm B mm mina d mm axD mm mar mm 2d mm 2D mm minr mm rC kN or kN 15 32 9 18 4 29 6 0 3 20 4 26 6 0 3 6 25 3 42 2 6 3 軸承配合與潤滑 滾動軸承的潤滑目的是減少軸承內(nèi)部摩擦及摩損 防止燒粘 其潤滑效用如下 1 減少摩擦及摩損 在構成軸承的套圈 滾動體及保持器的相互接觸部分 防止 金屬接觸 減少摩擦 磨損 2 延長疲勞壽命 軸承的滾動疲勞壽命 在旋轉中 滾動接觸面潤滑良好 則延 長 相反地 油粘度低 潤滑油膜厚度不好 則縮短 3 排出摩擦熱 冷卻 循環(huán)給油法等可以用油排出由摩擦發(fā)生的熱 或由外部傳 來的熱 冷卻 防止軸承過熱 防止?jié)櫥妥陨砝匣?20 4 也有防止異物侵入軸承內(nèi)部 或防止生銹 腐蝕之效果 軸承的潤滑方法 分為脂潤滑和油潤滑 為了使軸承很好地發(fā)揮機能 首先 要選 擇適合使用條件 使用目的的潤滑方法 若只考慮潤滑 油潤滑的潤滑性占優(yōu)勢 但是 脂潤滑有可以簡化軸承周圍結構的特長 將脂潤滑和油潤滑的利弊比較 滾動軸承的套圈與軸和座孔之間應選擇適當?shù)呐浜?以保證軸的旋轉精度和 軸承的 周向固定 滾動軸承是標準零件 因此 軸承內(nèi)圈與軸頸的配合采用基孔制 軸承外圈 與座孔的配合采用基軸制 為了防止軸頸與內(nèi)圈在旋轉時有相對運動 軸承內(nèi)圈與軸頸 一般選用 m5 m6 n6 p6 r6 js5 等較緊的配合 軸承外圈 與座孔一般選用 J7 K7 M7 H7 等較松的配合 配合選擇取決于載荷大小 方向和性質(zhì) 軸承類型 尺 寸和精度 軸承游隙以及其他因素 2 7 聯(lián)軸器簡介 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸 主動軸和從動軸 使之共同旋轉以傳遞扭 矩的機械零件 在高速重載的動力傳動中 有些聯(lián)軸器還有緩沖 減振和提高軸系動態(tài) 性能的作用 聯(lián)軸器由兩半部分組成 分別與主動軸和從動軸聯(lián)接 一般動力機大都借 助于聯(lián)軸器與工作機相聯(lián)接 聯(lián)軸器是用來聯(lián)接不同機構中的兩根軸 主動軸和從動軸 使之共同旋轉以傳遞扭矩的機械傳動件 聯(lián)軸器可分為剛性聯(lián)軸器 撓性聯(lián)軸器 安全 聯(lián)軸器三種 其一般可分為 7 種 具體分類如下 1 剛性聯(lián)軸器 剛性聯(lián)軸器不具有補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力 也不具有 緩沖減震性能 但結構簡單 價格便宜 只有在載荷平穩(wěn) 轉速穩(wěn)定 能保證被聯(lián)兩軸 軸線相對偏移極小的情況下 才可選用剛性聯(lián)軸器 2 撓性聯(lián)軸器 具有一定的補償被聯(lián)兩軸軸線相對偏移的能力 最大量隨型號不 同而異 3 無彈性元件的撓性聯(lián)軸器 承載能力大 但也不具有緩沖減震性能 在高速或 轉速不穩(wěn)定或經(jīng)常正 反轉時 有沖擊噪聲 適用于低速 重載 轉速平穩(wěn)的場合 4 非金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 在轉速不平穩(wěn)時有很好的緩沖減震性能 但由 于非金屬 橡膠 尼龍等 彈性元件強度低 壽命短 承載能力小 不耐高溫和低溫 故適用于高速 輕載和常溫的場合 5 金屬彈性元件的撓性聯(lián)軸器 除了具有較好的緩沖減震性能外 承載能力較大 適用于速度和載荷變化較大及高溫或低溫場合 6 安全聯(lián)軸器 在結構上的特點是 存在一個保險環(huán)節(jié) 如銷釘可動聯(lián)接等 其只能承受限定載荷 當實際載荷超過事前限定的載荷時 保險環(huán)節(jié)就發(fā)生變化 截斷 運動和動力的傳遞 從而保護機器的其余部分不致?lián)p壞 即起安全保護作用 7 起動安全聯(lián)軸器 除了具有過載保護作用外 還有將機器電動機的帶載起動轉 21 變?yōu)榻瓶蛰d起動的作用 2 8 聯(lián)軸器基本要求 在選擇標準聯(lián)軸器時應根據(jù)使用要求和工作條件 如承載能力 轉速 兩軸相對位移 緩 沖吸振以及裝拆 維修更換易損元件等綜合分析來確定 具體選擇時可順序考慮以下幾點 1 原動機和工作機的機械特性 原動機的類型不同 其載荷性質(zhì)差異很大 有的平穩(wěn) 有 的沖擊甚至強烈沖擊或振動 這將直接影響聯(lián)軸器類型的選擇 是選型的首要依據(jù)之一 對于載荷平穩(wěn)的 則可選用剛性聯(lián)軸器 否則宜選用彈性聯(lián)軸器 2 聯(lián)軸器連接的軸系及其運轉情況 對于聯(lián)接軸系的質(zhì)量大 轉動慣量大 而又經(jīng)常起 動 變速或反轉的 則應考慮選用能承受較大瞬時過載 并能緩沖吸振的彈性聯(lián)軸器 3 工作機的轉速高低 對于需告訴運轉的兩軸連接 應考慮選擇聯(lián)軸器的結構具有高平 衡精度特性 以消除離心力而產(chǎn)生的振動和躁聲 增加相關元件的磨損和發(fā)熱而降低傳動質(zhì) 量和使用壽命 其中膜片聯(lián)軸器對高速運轉適應性較大 4 聯(lián)軸器的對中和對中保持程度 保持良好的對中是使運轉正常的前提 防止產(chǎn)生過大 附加載荷及其他不良工況 5 聯(lián)軸器的結構及工作特性 聯(lián)軸器的外形尺寸 安裝 拆卸所需的空間大小和難易程度 以及對維護的要求等都應與連接機組的具體配置位置和要求相適應 6 聯(lián)軸器的可靠性 使用壽命和工作環(huán)境 7 聯(lián)軸器的制造 安裝和維護的成本 在滿足使用要求的條件下 應使選擇的聯(lián)軸器成本 低 不需維護以降低經(jīng)常費用 由絲杠的軸徑和 Tc 選取聯(lián)軸器 由表 聯(lián)軸器的性能比較后選用圓錐銷套筒聯(lián)軸器 2 9 聯(lián)軸器選擇 聯(lián)軸器品種 型式 規(guī)格很多 在正確理解品種 型式 規(guī)格各自概念的基礎上 根據(jù)傳動系統(tǒng)的需要來選擇聯(lián)軸器 首先從已經(jīng)制訂為標準的聯(lián)軸器中選擇 目前我國 制訂為國標和行標的有十幾種 這些標準聯(lián)軸器絕大多數(shù)是通用聯(lián)軸器 每一種聯(lián)軸器 都有各自的特點和適用范圍 基本能夠滿足多種工況的需要 一般情況下設計人員無需 自行設計聯(lián)軸器 只有在現(xiàn)有標準聯(lián)軸器不能滿足需要時才需自行設計聯(lián)軸器 標準聯(lián) 軸器選購方便 價格比自行設計的非標準聯(lián)軸器要便宜很多 在眾多的標準聯(lián)軸器中 正確選擇適合自己需要的最佳聯(lián)軸器 關系到機械產(chǎn)品軸系傳