陳前紅機(jī)電一體化系統(tǒng)中第三章機(jī)械設(shè)計(jì)

1、第第3章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計(jì)n3.1 概述概述n3.2 傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)n3.3 支撐部件設(shè)計(jì)支撐部件設(shè)計(jì)n3.4 精密機(jī)械的精度設(shè)計(jì)和誤差分配精密機(jī)械的精度設(shè)計(jì)和誤差分配機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng)機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械系統(tǒng) 傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件三部分加上電器、傳統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)一般是由動(dòng)力件、傳動(dòng)件、執(zhí)行件三部分加上電器、液壓和機(jī)械控制等部分組成的，而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)液壓和機(jī)械控制等部分組成的，而機(jī)電一體化中的機(jī)械系統(tǒng)是由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)和能量流等動(dòng)力學(xué)任算機(jī)協(xié)調(diào)控制的，用于完成包括機(jī)械力、運(yùn)動(dòng)

2、和能量流等動(dòng)力學(xué)任務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成的。務(wù)的機(jī)械和（或）機(jī)電部件相互聯(lián)系的系統(tǒng)組成的。n在構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素中，機(jī)械部分是主體，而且系統(tǒng)的主功能必在構(gòu)成機(jī)電一體化系統(tǒng)的要素中，機(jī)械部分是主體，而且系統(tǒng)的主功能必須由機(jī)械裝置來完成，并且是在控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下完成主功能的。須由機(jī)械裝置來完成，并且是在控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制下完成主功能的。3.1 概述概述 為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，通常對機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求：通常對機(jī)電一體化系統(tǒng)提出以下要求：(1)(1)高精度高精度 精度精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤

3、其是機(jī)電，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作求，則無論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作怎樣精確，也無法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。怎樣精確，也無法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。(2)(2)高剛度高剛度 采用高剛性支撐或架體，以減小產(chǎn)品本體的振動(dòng)，降低噪采用高剛性支撐或架體，以減小產(chǎn)品本體的振動(dòng)，降低噪聲；為高精度的執(zhí)行

4、機(jī)構(gòu)提供良好的支撐，保證執(zhí)行精度。聲；為高精度的執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供良好的支撐，保證執(zhí)行精度。(3) (3) 低摩擦低摩擦 導(dǎo)向和轉(zhuǎn)動(dòng)支撐部分采用低摩擦阻力部件，以降低機(jī)械導(dǎo)向和轉(zhuǎn)動(dòng)支撐部分采用低摩擦阻力部件，以降低機(jī)械系統(tǒng)阻力，提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。系統(tǒng)阻力，提高系統(tǒng)的快速響應(yīng)性。 (4) (4) 良好的穩(wěn)定性良好的穩(wěn)定性 即要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能受外界環(huán)境的影響小，抗干即要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能受外界環(huán)境的影響小，抗干擾能力強(qiáng)。擾能力強(qiáng)。此外要求：慣量?。ㄌ岣邫C(jī)構(gòu)響應(yīng)速度和靈敏度）、摩擦小此外要求：慣量小（提高機(jī)構(gòu)響應(yīng)速度和靈敏度）、摩擦小(提高機(jī)構(gòu)的提高機(jī)構(gòu)的靈敏度靈敏度)、抗振性好、抗振性好(提

5、高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性)、間隙小、間隙小(保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精保證機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度度)，適當(dāng)阻尼等。，適當(dāng)阻尼等。機(jī)械部分的組成機(jī)械部分的組成n電一體化機(jī)械系統(tǒng)功能上可以分為傳動(dòng)、導(dǎo)向和執(zhí)行三大機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)功能上可以分為傳動(dòng)、導(dǎo)向和執(zhí)行三大機(jī)構(gòu)。構(gòu)。n 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu) 機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。因機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的主要功能是傳遞動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。因此，它實(shí)際上是一種力、速度、加速度等的變換器。此，它實(shí)際上是一種力、速度、加速度等的變換器。支撐與導(dǎo)向機(jī)構(gòu)支撐與導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其作用是為機(jī)械系統(tǒng)中其作用是為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地完各運(yùn)動(dòng)裝置安全、準(zhǔn)確地

6、完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供支成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供支撐和導(dǎo)向。撐和導(dǎo)向。機(jī)械部分的組成機(jī)械部分的組成機(jī)械部分的組成機(jī)械部分的組成 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 根據(jù)操作指令的要求，在動(dòng)根據(jù)操作指令的要求，在動(dòng)力源的驅(qū)動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。力源的驅(qū)動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。一般要求它具有較高的靈敏度、一般要求它具有較高的靈敏度、精確度、重復(fù)性和可靠性等。精確度、重復(fù)性和可靠性等。實(shí)際上機(jī)械系統(tǒng)的組成包括：減速裝置、實(shí)際上機(jī)械系統(tǒng)的組成包括：減速裝置、絲桿螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳絲桿螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線動(dòng)部件以及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)

7、支承性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、旋轉(zhuǎn)支承部件、軸系及機(jī)架或箱體等。部件、軸系及機(jī)架或箱體等。3.2 機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)（棉繩索、麻繩索、滌綸繩索、鋼絲繩索）（棉繩索、麻繩索、滌綸繩索、鋼絲繩索）機(jī)機(jī)械械傳傳動(dòng)動(dòng)帶傳動(dòng)帶傳動(dòng)繩傳動(dòng)繩傳動(dòng)（定傳動(dòng)比和變傳動(dòng)比摩擦輪、（定傳動(dòng)比和變傳動(dòng)比摩擦輪、 定傳動(dòng)比摩擦輪又分圓柱平、定傳動(dòng)比摩擦輪又分圓柱平、 圓柱槽和圓錐摩擦輪）圓柱槽和圓錐摩擦輪）摩擦輪傳動(dòng)摩擦輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng)齒輪傳動(dòng) （短節(jié)距滾子鏈、雙節(jié)距滾子鏈、（短節(jié)距滾子鏈、雙節(jié)距滾子鏈、鏈傳動(dòng)鏈傳動(dòng) 套筒鏈、重載傳動(dòng)用彎板滾子鏈、套筒鏈、重載傳動(dòng)用彎板滾子鏈、 齒形鏈、銷合鏈、無級(jí)變速鏈）

8、齒形鏈、銷合鏈、無級(jí)變速鏈）螺旋傳動(dòng)螺旋傳動(dòng) （滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)）（滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)）諧波傳動(dòng)諧波傳動(dòng) （波發(fā)生器（波發(fā)生器+ +柔輪柔輪+ +剛輪）剛輪）多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)多點(diǎn)嚙合柔性傳動(dòng)摩摩擦擦傳傳動(dòng)動(dòng)嚙嚙合合傳傳動(dòng)動(dòng)（直齒（直齒、斜齒斜齒、人字齒人字齒、曲線齒）曲線齒）（V V帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)）帶傳動(dòng)、平帶傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、多楔帶傳動(dòng)）3.2 機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)機(jī)械傳動(dòng)部件設(shè)計(jì)n一、齒輪傳動(dòng)一、齒輪傳動(dòng)n二、滾珠螺旋傳動(dòng)二、滾珠螺旋傳動(dòng)n三、同步帶傳動(dòng)三、同步帶傳動(dòng)n四、諧波齒輪傳動(dòng)四、諧波齒輪傳動(dòng)3.2.1、齒輪傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)由于齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳

9、動(dòng)比為常由于齒輪傳動(dòng)的瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)精確度高，可做到零側(cè)數(shù)，傳動(dòng)精確度高，可做到零側(cè)隙無回差，強(qiáng)度大能承受重載，隙無回差，強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦力小和效率高等結(jié)構(gòu)緊湊，摩擦力小和效率高等原因，齒輪傳動(dòng)副成為在機(jī)電一原因，齒輪傳動(dòng)副成為在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中使用最多的傳動(dòng)體化機(jī)械系統(tǒng)中使用最多的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。機(jī)構(gòu)。兩個(gè)最基本要求：兩個(gè)最基本要求：1、齒輪傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)比 i 應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、應(yīng)滿足驅(qū)動(dòng)部件與負(fù)載之間的位移及轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速的匹配要求。轉(zhuǎn)速的匹配要求。傳動(dòng)比：傳動(dòng)比：2、當(dāng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要求要有足夠的剛度，其當(dāng)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)傳遞轉(zhuǎn)矩時(shí)，要求要有

10、足夠的剛度，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小，精度要求較高。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量盡量小，精度要求較高。主從從主zznni齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)應(yīng)滿足的基本要求3.2.1、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要包機(jī)電一體化系統(tǒng)的齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)主要包括括傳動(dòng)比及其分配傳動(dòng)比及其分配兩部分。兩部分。1. 齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)的總傳動(dòng)比（所有主動(dòng)輪積）所有從動(dòng)輪積）zznnik(13.2.1、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)、齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)1.總傳動(dòng)比的確定總傳動(dòng)比的確定 在伺服系統(tǒng)中，通常采用在伺服系統(tǒng)中，通常采用負(fù)載角加速度負(fù)載角加速度最大最大原則選擇總傳動(dòng)比，以提高伺服系統(tǒng)原則選擇總傳動(dòng)比，以提

11、高伺服系統(tǒng)的響應(yīng)速度。的響應(yīng)速度。 不計(jì)摩擦有：JJmLi 電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)慣量:mLJJ轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣性大小的物理量。它與剛體轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是描述剛體在轉(zhuǎn)動(dòng)中的慣性大小的物理量。它與剛體的形狀、質(zhì)量分布以及轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。表達(dá)示：的形狀、質(zhì)量分布以及轉(zhuǎn)軸的位置有關(guān)。表達(dá)示：2mrJ 2傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配 齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對傳動(dòng)鏈的技術(shù)齒輪系統(tǒng)的總傳動(dòng)比確定后，根據(jù)對傳動(dòng)鏈的技術(shù)要求，選擇傳動(dòng)方案：要求，選擇傳動(dòng)方案：若若i?。嚎蓡渭?jí)傳動(dòng)。?。嚎蓡渭?jí)傳動(dòng)。若若i大：需要多級(jí)傳動(dòng)。大：需要多級(jí)傳動(dòng)。 多

12、級(jí)傳動(dòng)，則需確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)多級(jí)傳動(dòng)，則需確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)，并在各級(jí)之間分配傳動(dòng)比。使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)之間分配傳動(dòng)比。使驅(qū)動(dòng)部件和負(fù)載之間的轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。矩、轉(zhuǎn)速達(dá)到合理匹配。分配原因：分配原因：n 2傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比的分配n傳動(dòng)比的三種分配方法：傳動(dòng)比的三種分配方法： (1) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則 (2) 質(zhì)量最小原則質(zhì)量最小原則 (3) 輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則n(1) 等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則n 小功率傳動(dòng)裝置小功率傳動(dòng)裝置n 利用該原則所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電利用該原則

13、所設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。2221421321iiJiJJJJe電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩級(jí)齒輪系電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的兩級(jí)齒輪系 413132dgBJJ42232dgBJ44432dgBJ4141212iddJJ41424344141434)/(iiiddddJJJJ 4112iJJ4114214)/( iiJiJJ)11 (41221211iiiiJJe01iJe21412iin對于n級(jí)齒輪系作同類分析可得：n 1211221212nnniin1222122nknkii（K=2n） 確定小功率傳動(dòng)級(jí)數(shù)的曲線確定小功率傳動(dòng)級(jí)數(shù)的曲線 為減小齒輪為減小齒輪

14、系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣系的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，過多增量，過多增加傳動(dòng)級(jí)數(shù)加傳動(dòng)級(jí)數(shù)n是沒有意義是沒有意義的，反而會(huì)的，反而會(huì)增大傳動(dòng)誤增大傳動(dòng)誤差，并使結(jié)差，并使結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。構(gòu)復(fù)雜化。 n大功率傳動(dòng)裝置大功率傳動(dòng)裝置 大功率傳動(dòng)裝置傳遞扭矩大，各級(jí)齒輪副的模數(shù)、齒寬、大功率傳動(dòng)裝置傳遞扭矩大，各級(jí)齒輪副的模數(shù)、齒寬、直徑等參數(shù)逐級(jí)增加。直徑等參數(shù)逐級(jí)增加。 n 傳動(dòng)比分配的基本原則仍為傳動(dòng)比分配的基本原則仍為“前小后大前小后大”。 根據(jù)下面兩圖根據(jù)下面兩圖確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比。確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)及各級(jí)傳動(dòng)比。用于大功用于大功率傳動(dòng)確率傳動(dòng)確定傳動(dòng)級(jí)定傳動(dòng)級(jí)數(shù)的曲線數(shù)的曲線 1005010256100010010n=5

15、n=4n=3n=2n=1Je/J1ii1in=5n=4n=3n=2n=11000100101086420ikBA246886421ik - 11 012 3 4 6 81 01 0864321用于大功率傳動(dòng)用于大功率傳動(dòng)確定確定第一級(jí)第一級(jí)傳動(dòng)傳動(dòng)比的曲線比的曲線 用于大功率傳動(dòng)用于大功率傳動(dòng)確定確定第一級(jí)齒輪第一級(jí)齒輪副以后各級(jí)副以后各級(jí)傳動(dòng)傳動(dòng)比的曲線比的曲線 例題例題3-2n設(shè)有設(shè)有i=256 的大功率傳動(dòng)裝置，試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣的大功率傳動(dòng)裝置，試按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則分配傳動(dòng)比。量最小原則分配傳動(dòng)比。 解：查圖3-4，得n= 3，70/1JJen= 4， 35/1JJen= 5， 26/

16、1JJe（確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)）（確定傳動(dòng)級(jí)數(shù)）查圖3-5，得 1i =3.3。 查圖3-6，2i=3.7； 3i=4.24； 4i=4.95。 （確定各級(jí)傳動(dòng)比）（確定各級(jí)傳動(dòng)比）驗(yàn)算： 4321iii ii =256.26?？捎每捎?小結(jié)n無論傳遞的功率大小如何，按無論傳遞的功率大小如何，按等效轉(zhuǎn)動(dòng)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小慣量最小原則分配，從高速級(jí)到低速級(jí)，原則分配，從高速級(jí)到低速級(jí)，各級(jí)各級(jí)傳動(dòng)比總是逐級(jí)增加的傳動(dòng)比總是逐級(jí)增加的，而且級(jí)數(shù)，而且級(jí)數(shù)越多，總等效慣量越小。但級(jí)數(shù)增加到越多，總等效慣量越小。但級(jí)數(shù)增加到一定數(shù)量后，總等效慣量的減少并不明一定數(shù)量后，總等效慣量的減少并不明顯，而從結(jié)構(gòu)緊湊、傳

17、動(dòng)精度和經(jīng)濟(jì)性顯，而從結(jié)構(gòu)緊湊、傳動(dòng)精度和經(jīng)濟(jì)性等方面考慮，等方面考慮，級(jí)數(shù)不能太多級(jí)數(shù)不能太多。 n(2) 質(zhì)量最小原則質(zhì)量最小原則n小功率傳動(dòng)裝置小功率傳動(dòng)裝置n 各齒輪的質(zhì)量之和為各齒輪的質(zhì)量之和為 242322212222DDDDbW假設(shè)D1=D3，而 21iii 212212124iiiDbW令 0/iW得 2211iii同理，對于n級(jí)傳動(dòng)，可得如下結(jié)果： niiii321大功率傳動(dòng)裝置大功率傳動(dòng)裝置n以例以例3-3、例、例3-4 介紹介紹 各級(jí)傳動(dòng)比的分配各級(jí)傳動(dòng)比的分配例3-3、例3-4 大功率裝置各級(jí)傳動(dòng)比的分配n=3,i3n=3,i2n=3,i1n=3,i3n=3,i2n=3

18、,i1235768910203010020030050010001005040302010iikn=2,i2n=2,i1n=2,i2n=2,i1iik213457102030 40 50701001075432110二級(jí)傳動(dòng)比分配線圖二級(jí)傳動(dòng)比分配線圖 三級(jí)傳動(dòng)比分配線圖三級(jí)傳動(dòng)比分配線圖 （i10時(shí)，查圖中的虛線）時(shí)，查圖中的虛線） （i1001500.901502000.732002500.60cf二、導(dǎo)軌二、導(dǎo)軌每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)每根導(dǎo)軌上的滑塊數(shù)11.0020.8130.7240.6650.61cf二、導(dǎo)軌二、導(dǎo)軌af精度精度系數(shù)系數(shù)CDEFGH1.01.00.90.90.80.7二、

19、導(dǎo)軌二、導(dǎo)軌wf工作條件工作條件無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場無外部沖擊或振動(dòng)的低速運(yùn)動(dòng)場合，速度小于合，速度小于15m/min11.5無明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場無明顯沖擊或振動(dòng)的中速運(yùn)動(dòng)場合，速度小于合，速度小于60m/min1.52有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場有外部沖擊或振動(dòng)的高速運(yùn)動(dòng)場合，速度大于合，速度大于60m/min23.5wfn（一）支承件設(shè)計(jì)的基本要求（一）支承件設(shè)計(jì)的基本要求n1應(yīng)具有足夠的剛度和抗振性應(yīng)具有足夠的剛度和抗振性n 剛度是抵抗載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變剛度是抵抗載荷變形的能力。抵抗恒定載荷變形的能力稱為形的能力稱為靜剛度靜剛度；抵抗交變載荷變形的能力；抵抗交

20、變載荷變形的能力稱為稱為動(dòng)剛度動(dòng)剛度。n 機(jī)座或機(jī)架的靜剛度，主要是指它們的結(jié)構(gòu)機(jī)座或機(jī)架的靜剛度，主要是指它們的結(jié)構(gòu)剛度和接觸剛度。動(dòng)剛度與靜剛度、材料阻尼及剛度和接觸剛度。動(dòng)剛度與靜剛度、材料阻尼及固有振動(dòng)頻率有關(guān)。固有振動(dòng)頻率有關(guān)。三、支承件（床身）三、支承件（床身）n 2應(yīng)具有較小的熱變形和熱應(yīng)力應(yīng)具有較小的熱變形和熱應(yīng)力n 設(shè)備在工作時(shí)由于傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪、軸承，設(shè)備在工作時(shí)由于傳動(dòng)系統(tǒng)中的齒輪、軸承，以及導(dǎo)軌等因摩擦而發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光燈、加以及導(dǎo)軌等因摩擦而發(fā)熱，電動(dòng)機(jī)、強(qiáng)光燈、加熱器等熱源散發(fā)出的熱量，都將傳到支承件上，熱器等熱源散發(fā)出的熱量，都將傳到支承件上，由于熱量分布、散

21、發(fā)的不均勻，支承件各處溫度由于熱量分布、散發(fā)的不均勻，支承件各處溫度不同，由此產(chǎn)生熱變形、影響系統(tǒng)原有精度。對不同，由此產(chǎn)生熱變形、影響系統(tǒng)原有精度。對于數(shù)控機(jī)床及其它精密機(jī)床，熱變形對機(jī)床的加于數(shù)控機(jī)床及其它精密機(jī)床，熱變形對機(jī)床的加工精度有極其重要的影響。在設(shè)計(jì)這類設(shè)備時(shí)，工精度有極其重要的影響。在設(shè)計(jì)這類設(shè)備時(shí)，應(yīng)予以足夠的重視。應(yīng)予以足夠的重視。三、支承件三、支承件n3耐磨性耐磨性n 為了使設(shè)備能持久地保持其精度，支承件上的為了使設(shè)備能持久地保持其精度，支承件上的導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性。因此對導(dǎo)軌的材料、導(dǎo)軌應(yīng)具有良好的耐磨性。因此對導(dǎo)軌的材料、結(jié)構(gòu)和形狀，熱處理及保護(hù)和潤滑等應(yīng)作周密

22、的結(jié)構(gòu)和形狀，熱處理及保護(hù)和潤滑等應(yīng)作周密的考慮?？紤]。n 4結(jié)構(gòu)工藝性及其它要求結(jié)構(gòu)工藝性及其它要求n 設(shè)計(jì)支承件時(shí)，還應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工設(shè)計(jì)支承件時(shí)，還應(yīng)考慮毛坯制造、機(jī)械加工和裝配的結(jié)構(gòu)工藝性。正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和必和裝配的結(jié)構(gòu)工藝性。正確地進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和必要的計(jì)算以保證用最少的材料達(dá)到最佳的性能指要的計(jì)算以保證用最少的材料達(dá)到最佳的性能指標(biāo)，并達(dá)到縮短生產(chǎn)周期，降低造價(jià)，操作方便，標(biāo)，并達(dá)到縮短生產(chǎn)周期，降低造價(jià)，操作方便，搬運(yùn)裝吊安全等要求。搬運(yùn)裝吊安全等要求。三、支承件三、支承件n（二）支承件的材料選擇（二）支承件的材料選擇n 支承件的材料，除應(yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)保支承件的

23、材料，除應(yīng)滿足上述要求外，還應(yīng)保證足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性等。目前常用證足夠的強(qiáng)度、沖擊韌性和耐磨性等。目前常用的材料有鑄鐵、鋼板和型鋼、天然和人造花崗巖、的材料有鑄鐵、鋼板和型鋼、天然和人造花崗巖、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土等。n 1鑄鐵鑄鐵n 鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的支承件，存在于鑄鐵鑄造可以鑄出形狀復(fù)雜的支承件，存在于鑄鐵中的片狀或球狀石墨在振動(dòng)時(shí)形成阻尼，抗振性中的片狀或球狀石墨在振動(dòng)時(shí)形成阻尼，抗振性比鋼高比鋼高3倍。但生產(chǎn)鑄鐵支承件需要制作木模、倍。但生產(chǎn)鑄鐵支承件需要制作木模、芯盒等，制造周期長，成本高，故適宜于成批生芯盒等，制造周期長，成本高，故適宜于成批生產(chǎn)。產(chǎn)。

24、 三、支承件三、支承件n 2鋼板與型鋼鋼板與型鋼n 用鋼板與型鋼焊接成支承件，生產(chǎn)周期比鑄用鋼板與型鋼焊接成支承件，生產(chǎn)周期比鑄造快造快1.73.5倍，鋼的彈性模量約為鑄鐵的倍，鋼的彈性模量約為鑄鐵的2倍，承受同樣載荷，壁厚可做得比鑄件薄，重倍，承受同樣載荷，壁厚可做得比鑄件薄，重量也輕。但是，鋼的阻尼比只為鑄鐵的約量也輕。但是，鋼的阻尼比只為鑄鐵的約1/3，抗振性差，結(jié)構(gòu)和焊縫上要采取抗振指施?？拐裥圆?，結(jié)構(gòu)和焊縫上要采取抗振指施。三、支承件三、支承件n3天然和人造花崗巖天然和人造花崗巖n 天然花崗巖的優(yōu)點(diǎn)很多：性能穩(wěn)定，精度保持天然花崗巖的優(yōu)點(diǎn)很多：性能穩(wěn)定，精度保持性好。由于經(jīng)歷長期的自

25、然時(shí)效，殘余應(yīng)力極小，性好。由于經(jīng)歷長期的自然時(shí)效，殘余應(yīng)力極小，內(nèi)部組織穩(wěn)定；抗振性好，阻尼比鋼大內(nèi)部組織穩(wěn)定；抗振性好，阻尼比鋼大15倍；耐倍；耐磨性比鑄鐵高磨性比鑄鐵高510倍；導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)倍；導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)小，熱穩(wěn)定性好；抗氧化性強(qiáng)；不導(dǎo)電；抗磁；小，熱穩(wěn)定性好；抗氧化性強(qiáng)；不導(dǎo)電；抗磁；與金屬不粘合，加工方便，通過研磨和拋光容易與金屬不粘合，加工方便，通過研磨和拋光容易得到很高的精度和表面粗糙度。目前用于三坐標(biāo)得到很高的精度和表面粗糙度。目前用于三坐標(biāo)測量機(jī)和印刷板數(shù)控鉆床等。用作氣浮導(dǎo)軌的基測量機(jī)和印刷板數(shù)控鉆床等。用作氣浮導(dǎo)軌的基底很理想。底很理想。主要缺點(diǎn)是：主要缺點(diǎn)是：結(jié)晶顆粒粗于鋼鐵的晶結(jié)晶顆粒粗于鋼鐵的晶粒，抗沖擊性能差，脆性較大，油和水等液體易粒，抗沖擊性能差，脆性較大，油和水等液體易滲入晶界中，使巖石局部變形脹大，難于制作形滲入晶界中，使巖石局部變形脹大，難于制作形狀復(fù)雜的零件。狀復(fù)雜的零件。三、支承件三、支承件n 4預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝