機電一體化機械受控模塊

機電一體化機械受控模塊目前一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第二章機械受控模塊第一節(jié)齒輪系及蝸桿副第二節(jié)滾珠絲杠螺母副第三節(jié)諧波齒輪減速器第四節(jié)軸系第五節(jié)導(dǎo)軌及支撐件第六節(jié)并聯(lián)機構(gòu)第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求目前二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第二章機械受控模塊機械受控模塊包含機械傳動裝置與支撐導(dǎo)向等部件在機電一體化系統(tǒng)中起傳遞運動和負載、匹配轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速、隔離環(huán)境溫度和振動以及支撐和防護等作用主要介紹在機電一體系統(tǒng)中常用的一些機械傳動部件、軸系、導(dǎo)軌及支撐件。目前三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點2.1機械傳動裝置1.高精度2.快速響應(yīng)性3.良好的穩(wěn)定性目前四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點

第一節(jié)齒輪系及蝸桿副

一、分類及選用目前五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副二、齒輪系傳動比最佳分配條件最小等效轉(zhuǎn)動慣量原則設(shè)各齒輪材料相同，厚度相同，齒輪1和3一樣大，則有目前六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副二、齒輪系傳動比最佳分配條件1.最小等量轉(zhuǎn)動慣量原則2.重量最輕原則3.輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

目前七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除齒輪傳動間隙的調(diào)整目的：提高齒輪傳動的精度和消除齒輪傳動的正反轉(zhuǎn)誤差。調(diào)整方法：剛性調(diào)整法柔性調(diào)整法目前八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除剛性調(diào)整法

調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法

目前九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除剛性調(diào)整法

調(diào)整中心距法、選擇裝配法、帶錐度齒輪法和斜齒輪法

目前十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除柔性調(diào)整法通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。目前十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除柔性調(diào)整法通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。目前十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除柔性調(diào)整法通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。目前十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除柔性調(diào)整法通過雙齒輪中間加入彈性元件，使雙齒輪分別貼緊其嚙合齒輪的兩側(cè)，以消除齒輪的間隙。目前十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第一節(jié)齒輪系及蝸桿副三、齒輪副間隙的消除柔性調(diào)整法

齒輪傳動中各級齒輪的傳動間隙對系統(tǒng)精度影響程度不同，設(shè)各級齒輪間隙分別為，則歸算到負載軸上的總間隙為：后級的間隙比前級的間隙影響大，最后一級間隙對系統(tǒng)的精度影響最大，應(yīng)此，對于減速傳動，保證最后一級精度最為重要。目前十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第二節(jié)滾珠絲杠螺母副滾珠絲杠副是一種新型螺旋傳動機構(gòu)，其螺桿和螺母的螺紋滾道間置滾珠，當螺桿或螺母傳動時，滾動沿螺紋滾道滾動，使螺桿和螺母作相對運動時為滾動摩擦，提高了傳動效率和傳動精度。目前十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點絲杠螺母機構(gòu)的傳動形式

絲杠螺母機構(gòu)又稱螺旋傳動機構(gòu)，用來將旋轉(zhuǎn)運動變?yōu)橹本€運動或?qū)⒅本€運動變?yōu)樾D(zhuǎn)運動。

A、按功能分為：

有傳遞能量（千斤頂，螺旋壓力機）；

有傳遞運動（工作臺的進給絲杠）；

調(diào)整位置（螺旋測微器）。B、按運動副分為：

滑動摩擦機構(gòu)：結(jié)構(gòu)簡單，成本低，具有自鎖功能，但摩擦力大，傳動效率低；滾動摩擦機構(gòu)：結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高，摩擦力小，傳動效率高，無自鎖功能，傳動距離和速度有限；液浮摩擦性電螺母絲杠型目前十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點2.3.2滾珠絲杠傳動部件

1）滾珠絲杠副的組成在螺母的內(nèi)壁和絲杠的外壁分別加工一條螺旋形的滾道，在滾道中裝入滾珠，在螺母的滾道兩端裝一個擋住滾珠的螺母（螺母內(nèi)壁有滾珠槽，反向器），就構(gòu)成了滾珠絲杠傳動部件。目前十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點2）滾珠絲杠副的特點

1）傳動效率高，摩擦損失小。滾珠絲杠副的傳動效率η＝0.92～0.96，比常規(guī)的絲杠螺母副提高3～4倍。因此，功率消耗只相當于常規(guī)的絲杠螺母副的1/4～1/3。2）給予適當預(yù)緊，可消除絲杠和螺母的螺紋間隙，反向時就可以消除空行程死區(qū)，定位精度高，剛度好。3）運動平穩(wěn)，無爬行現(xiàn)象，傳動精度高。目前十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點4）運動具有可逆性，可以從旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)換為直線運動，也可以從直線運動轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)運動，即絲杠和螺母都可以作為主動件。5）磨損小，使用壽命長。6）制造工藝復(fù)雜。滾珠絲杠和螺母等元件的加工精度要求高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。7）不能自鎖。特別是對于垂直絲杠，由于自重慣力的作用，下降時當傳動切斷后，不能立刻停止運動，故常需添加制動裝置。目前二十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（3）滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型目前二十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點單圓弧形與雙圓弧形的特點顯然，單圓弧型滾珠絲杠幅存在一定的傳動間隙，因此，傳動精度稍差，但滾道加工容易。如圖所示，左邊為單圓弧型，可以看到，螺桿和螺母的螺紋都是半圓弧型，顯然它們之間的間隙比較大，因此其傳動誤差就較大。圖右邊是1/4圓弧型螺紋，雙圓弧型滾珠絲杠幅傳動間隙相對較小，傳動精度高，但滾道加工困難些。目前二十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點內(nèi)循環(huán)與外循環(huán)方式的特點滾珠內(nèi)循環(huán)方式的反向器的轉(zhuǎn)動可調(diào)整滾珠的循環(huán)方向，滾珠循環(huán)回路短、流暢性好；而且螺母的徑向尺寸也較?。ǚ聪蚱骺梢宰龅暮苄。?。但反向器的加工困難，而且裝配調(diào)整也比較困難。目前二十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點內(nèi)循環(huán)方式滾珠絲杠內(nèi)循環(huán)方式滾珠絲杠內(nèi)循環(huán)的反向器目前二十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點外循環(huán)方式而外循環(huán)方式中滾道循環(huán)道路長，在高頻浮動中達到回珠圓弧槽進出口自動對接，通道流暢，摩擦小，更適合于高速高靈敏度高剛性的精密進給系統(tǒng)。滾珠絲杠外循環(huán)結(jié)構(gòu)圖目前二十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（4）調(diào)整軸向間隙方式常用的雙螺母消除軸向間隙的結(jié)構(gòu)型式有以下三種。(a)墊片調(diào)隙式通常用螺釘來連接滾珠絲杠兩個螺母的凸緣，并在凸緣間加墊片。調(diào)整墊片的厚度使螺母產(chǎn)生軸向位移，以達到消除間隙和產(chǎn)生預(yù)拉緊力的目的。這種結(jié)構(gòu)的特點是構(gòu)造簡單、可靠性好、剛度高以及裝卸方便。但調(diào)整費時，并且在工作中不能隨意調(diào)整，除非更換厚度不同的墊片。雙螺母墊片調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

目前二十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點(b)螺紋調(diào)隙式

其中一個螺母的外端有凸緣而另一個螺母的外端沒有凸緣而制有螺紋，它伸出套筒外，并用兩個圓螺母固定著。旋轉(zhuǎn)圓螺母時，即可消除間隙，并產(chǎn)生預(yù)拉緊力，調(diào)整好后再用另一個圓螺母把它鎖緊。雙螺母螺紋調(diào)隙式結(jié)構(gòu)

目前二十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點

(c)齒差調(diào)隙式在兩個螺母的凸緣上各制有圓柱齒輪，兩者齒數(shù)相差一個齒，并裝入內(nèi)齒圈中，內(nèi)齒圈用螺釘或定位銷固定在套筒上。調(diào)整時，先取下兩端的內(nèi)齒圈，當兩個滾珠螺母相對于套筒同方向轉(zhuǎn)動相同齒數(shù)時，一個滾珠螺母對另一個滾珠螺母產(chǎn)生相對角位移，從而使?jié)L珠螺母對于滾珠絲杠的螺旋滾道相對移動，達到消除間隙并施加預(yù)緊力的目的。雙螺母齒差調(diào)隙式結(jié)構(gòu)目前二十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點除了上述三種雙螺母加預(yù)緊力的方式外，還有單螺母變導(dǎo)程自預(yù)緊及單螺母鋼球過盈預(yù)緊方式等方式。目前二十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（5）滾珠絲桿副支承方式

絲杠的軸承組合及軸承座的連接剛性不足時將嚴重影響滾珠絲杠傳動副的傳動精度和剛度，為了提高軸向剛度，常用止推軸承為主的軸承組合來支承絲杠，當軸向載荷較小時，也可用向心推力球軸承來支承絲杠。單推—單推式：在支承座內(nèi)安裝向心推力軸承，外邊安裝止推軸承目前三十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點雙推—雙推式：剛度最好，但容易造成兩端支承的預(yù)緊力不對稱目前三十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點雙推—簡支式：左端安裝雙止推軸承，右端只安裝雙向心軸承，軸向剛度不高。目前三十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點雙推—自由式：一端安裝雙止推軸承，另一端自由狀態(tài)，軸向剛度和承載能力低，適于輕載，低速的垂直安裝。目前三十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點目前三十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點軸承的類型與選擇

標準滾動軸承：

目前三十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（6）滾珠絲杠副的選擇方法

（1）結(jié)構(gòu)型式的選擇：

根據(jù)防塵防護條件及對調(diào)整間隙和預(yù)緊的要求來選擇。例如：當允許有間隙時（如垂直運動），可選擇具有單圓弧形螺紋滾道的單螺母滾珠絲杠副；當必須有預(yù)緊或在使用過程中因磨損而需要定期調(diào)整時，應(yīng)采用雙螺母螺紋預(yù)緊或齒差預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；當具有良好的防塵條件，且只需要在裝配時調(diào)整間隙及預(yù)緊力時，可采用結(jié)構(gòu)簡單的雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式結(jié)構(gòu)；目前三十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滾珠絲杠副的選擇方法（2）結(jié)構(gòu)尺寸的選擇公稱直徑d0：軸向最大載荷基本導(dǎo)程l0：設(shè)計要求螺紋長度ls：在滿足l0的條件下盡可能短螺距t：傳動精度、傳動速度目前三十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點③滾珠絲杠副的精度滾珠絲杠副的精度等級為1、2、3、4、5、7、10級精度，代號分別為1、2、3、4、5、7、10。其中1級為最高，依次逐級降低。目前三十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動，是由行星齒輪傳動演變而來的。目前三十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動是建立在彈性變形理論基礎(chǔ)上的一種新型傳動，是由行星齒輪傳動演變而來的。一、工作原理剛輪1——是剛性的內(nèi)齒輪。

柔輪2——是薄殼形元件，具有彈性的外齒輪。諧波發(fā)生器3——是凸輪（通常為橢圓形）及薄壁軸承組成，隨著凸輪轉(zhuǎn)動，薄壁軸承的外環(huán)作橢圓形變形運動（彈性范圍內(nèi)）。目前四十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器一、工作原理

波形發(fā)生器為主動件，剛輪或柔輪為從動件。剛輪有內(nèi)齒圈，柔輪有外齒圈，其齒形為漸開線或三角形，周節(jié)相同而齒數(shù)不同，剛輪的齒數(shù)Zg比柔輪的齒數(shù)Zr多幾齒。柔輪是薄圓筒形，由于波形發(fā)生器的長徑比柔輪內(nèi)徑略大，故裝配在一起時就將柔輪撐成橢圓形。

目前四十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器一、工作原理及結(jié)構(gòu)工程上常用的波形發(fā)生器有兩個觸頭的即為雙波發(fā)生器，也有三個觸頭的。具有雙波發(fā)生器的諧波減速器，其剛輪和柔輪的齒數(shù)之差為Zg－Zr＝2。其橢圓長軸的兩端柔輪與剛輪的牙齒相嚙合，在短軸方向的牙齒完全分離。當波形發(fā)生器逆時針轉(zhuǎn)一圈時，兩輪相對位移為兩個齒矩。當剛輪固定時，則柔輪的回轉(zhuǎn)方向與波形發(fā)生器的回轉(zhuǎn)方向相反。

目前四十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器一、工作原理及結(jié)構(gòu)目前四十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器二、諧波齒輪傳動的特點諧波齒輪傳動與普通齒輪副傳動相比有以下特點。（1）結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕，傳動效率高。（2）傳動比范圍大。（3）同時嚙合的齒數(shù)多，運動精度高，承載能力大。（4）運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。（5）齒側(cè)間隙可以調(diào)整（6）可實現(xiàn)密閉空間傳動運動及動力（7）可實現(xiàn)高增速運動（8）方便實現(xiàn)差速運動

目前四十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器三、傳動剛度

消除傳動間隙的措施目前四十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器諧波齒輪行星輪系波發(fā)生器轉(zhuǎn)臂（H）柔輪行星輪剛輪太陽輪1.剛輪固定

波發(fā)生器輸入，柔輪輸出；柔輪輸入，波發(fā)生器輸出2.柔輪固定波發(fā)生器輸入，剛輪輸出；剛輪輸入，波發(fā)生器輸出3.波發(fā)生器固定柔輪輸入，剛輪輸出；剛輪輸入，柔輪輸出四、諧波齒輪傳動速比及柔輪直徑的計算

目前四十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點例題：如題19圖所示，已知雙波傳動諧波齒輪減速器中，柔輪齒數(shù)ZR=200，剛輪齒數(shù)ZG=202，波發(fā)生器轉(zhuǎn)速nH=1500r／min。

試求：(1)剛輪固定時柔輪的轉(zhuǎn)速nR?(2)柔輪固定時剛輪的轉(zhuǎn)速nG?（2008）目前四十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第三節(jié)諧波齒輪減速器五、諧波齒輪減速器的選用

XBD100-125-250-Ⅱ表示柔輪小徑為100mm，傳動比為125，輸出轉(zhuǎn)矩為250Nm，精度等級為普通級，臥式雙軸伸出型諧波減速器。目前四十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系軸系由軸、軸頸、軸承以及軸上的傳動件等組成，分為一般工作軸和主軸。對于主軸的要求包括：

（1）回轉(zhuǎn)精度含軸向精度

（2）靜剛度

（3）動特性

（4）熱特性主要介紹支承型式目前四十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系一、滾動摩擦支撐軸系圓柱滾子軸承推力球軸承角接觸球軸承圓錐滾子軸承調(diào)心球軸承深溝球軸承目前五十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系二、滑動摩擦支撐軸系

1.液體動壓軸承液體動壓支承工作原理：若兩平面之間的油液成楔形，兩者相對運動時將產(chǎn)生壓力，從而可以承載目前五十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系

1．軸的啟動階段軸靜止時，軸處于軸承孔的最下方、最穩(wěn)定位置，自然形成一彎曲的楔形，開始轉(zhuǎn)動并轉(zhuǎn)速很低時，完全是金屬直接接觸，軸承對軸頸的摩擦力方向與軸頸表面圓周速度方向相反，迫使軸頸向右滾動而偏移。3．液體動力潤滑運轉(zhuǎn)階段當轉(zhuǎn)速n增加到一定值時，軸頸帶入足夠油量把兩摩擦表面分開，形成承載油膜，這時，油層內(nèi)的壓力已能支承外載荷,達到平衡的軸頸開始按液體摩擦狀態(tài)工作，即進入穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段。當轉(zhuǎn)速繼續(xù)升高,油膜承載能力進一步提高時，軸頸又抬起，當轉(zhuǎn)速n趨向無窮大時；時兩軸心重合，軸頸軸心軌跡為半圓形。2．不穩(wěn)定運轉(zhuǎn)階段

隨著轉(zhuǎn)速的提高，帶人楔形中的油量也逐漸增加，油膜承載面積加大，因而摩擦阻力逐漸減少，于是軸頸又向左下方移動。目前五十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系

1.液體動壓軸承球頭浮動式根據(jù)形成油楔的結(jié)構(gòu)不同，液體動壓支承可分為：球頭浮動式薄壁彈性變形式加工形成式目前五十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點

1.液體動壓軸承薄壁彈性變形式目前五十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系二、滑動摩擦支撐軸系

2.氣體動壓支承氣體動壓支承技術(shù)是利用空氣作潤滑劑的一種軸承。它通過空氣的彈性起支承作用，可避免固體面之間的直接接觸。其原理和液體動壓支承基本相同，在軸頸和軸瓦之間形成氣楔。目前五十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系二、滑動摩擦支撐軸系

3.液體靜壓支承液體靜壓軸承是依靠外界供給壓力以產(chǎn)生壓力油膜,支承主軸使其承載。液體靜壓支承特點：精度高、剛度大、抗震性好、摩擦力矩小。用于中低速重載高精度機械設(shè)備。目前五十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系二、滑動摩擦支撐軸系4.氣體靜壓支承氣模壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)節(jié)流器，進入軸承間隙，然后連續(xù)排入大氣。它是通過負載使軸承產(chǎn)生氣動補償力來獲得承載能力和剛度目前五十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第四節(jié)軸系二、滑動摩擦支撐軸系4.氣體靜壓支承氣膜壓力有外部氣源提供。外部的壓縮空氣由氣源經(jīng)節(jié)流器，進入軸承間隙，然后連續(xù)排入大氣。它是通過負載使軸承產(chǎn)生氣動補償力來獲得承載能力和剛度目前五十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件一、導(dǎo)軌導(dǎo)軌副用于引導(dǎo)運動部件的走向，保證執(zhí)行件的正確運動軌跡，并通過摩擦和阻尼影響執(zhí)行件的運動特性，如定位精度和低速均勻性。導(dǎo)軌副包括運動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌兩部分。

對導(dǎo)軌副的性能要求是：導(dǎo)向精度、接觸剛度、精度保持性以及低速運動穩(wěn)定性。導(dǎo)軌副組成1-支承件2-運動件目前五十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件1.分類

按運動導(dǎo)軌的軌跡分：

（1）直線運動導(dǎo)軌（2）旋轉(zhuǎn)運動導(dǎo)軌

按導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)分：

（1）滑動導(dǎo)軌（2）滾動導(dǎo)軌（3）液體靜壓導(dǎo)軌（4）氣浮導(dǎo)軌（5）磁浮軌道

按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)可分為:

（1）開式導(dǎo)軌（2）閉式導(dǎo)軌目前六十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件導(dǎo)軌類型優(yōu)點缺點滑動導(dǎo)軌導(dǎo)軌機構(gòu)簡單，阻尼系數(shù)大，剛度大；易產(chǎn)生低速爬行現(xiàn)象，易磨損滾動導(dǎo)軌摩擦系數(shù)小，不存在低速爬行現(xiàn)象；剛度系數(shù)小，阻尼系數(shù)小，可能引起振蕩。液體靜壓導(dǎo)軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，阻尼系數(shù)大，設(shè)計制造使用均復(fù)雜氣浮導(dǎo)軌無磨損，無靜摩擦，無低速爬行現(xiàn)象，無需回行管路，不產(chǎn)生污染剛度小，阻尼系數(shù)小，容易引起振蕩。磁浮軌道配對導(dǎo)軌面具有相同極性裝置，利用同性相斥的原理，使兩導(dǎo)軌面脫離接觸，無摩擦，剛度和承載能力可調(diào)使用時發(fā)熱較厲害，需很好的冷卻和防護，防止含鐵塵埃粉末落入導(dǎo)軌面，技術(shù)復(fù)雜，成本較高。

按導(dǎo)軌面的摩擦性質(zhì)分：目前六十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件2.滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

（1）基本形式

目前六十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件三角形和矩形組合：這種組合形式以三角導(dǎo)軌為導(dǎo)向面，導(dǎo)向精度較高，而平導(dǎo)軌的工藝性好，因此應(yīng)用最廣。矩形和矩形組合：承載面和導(dǎo)向面分開，因而制造和調(diào)整簡單。導(dǎo)向面的間隙用鑲條調(diào)整，接觸剛度低。2.滑動導(dǎo)軌結(jié)構(gòu)

（2）組合形式

目前六十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點導(dǎo)軌副的組合形式（1）雙三角形導(dǎo)軌

（2）矩形和矩形組合（3）三角形和矩形組合（4）三角形和平面導(dǎo)軌組合（5）燕尾形導(dǎo)軌及其組合目前六十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滑動導(dǎo)軌副材料選擇常用材料：

鑄鐵、鋼、有色金屬、塑料(1)鑄鐵鑄鐵具有耐磨性和減震性好，熱穩(wěn)定性高，易于鑄造和切削加工，成本低等特點，因此在滑動導(dǎo)軌中被廣泛采用。常用的鑄鐵有：灰鑄鐵常用的是HT20

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40（一級鑄鐵），硬度以HB180～200較為合適。適當增加鑄鐵中含碳量和含磷量，減少含硅量，可提高導(dǎo)軌的耐磨性。

第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件目前六十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點若灰口鑄鐵不能滿足耐磨性要求，可使用耐磨鑄鐵。常用的耐磨鑄鐵有：①高磷鑄鐵它是指含磷量為0.3%～0.65%的灰口鑄鐵，其硬度為HB180～220，耐磨性能比灰鑄鐵HT20～40約高1倍。若加入一定量的銅和鈦，成為磷銅鈦鑄鐵，其耐磨性能比HT20～40約高2倍。高磷鑄鐵的脆性和鑄造應(yīng)力較大，易產(chǎn)生裂紋，生產(chǎn)中應(yīng)采用適當?shù)蔫T造工藝。②低合金鑄鐵如釩鈦鑄鐵、中磷釩鈦鑄鐵、中磷銅釩鈦鑄鐵等。這類鑄鐵具有較好的耐磨性（與高磷銅鈦鑄鐵相近），且鑄造性能優(yōu)于高磷系鑄鐵。目前六十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點③稀土鑄鐵它具有強度高、韌性好的特點，耐磨性與高磷鑄鐵相近。但鑄鐵性能和減震性較差，成本也較高。④孕育鑄鐵常用的孕育鑄鐵是HT30～54，它比HT20～40的耐磨性高。(2)鋼為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，可以采用滓硬鋼導(dǎo)軌。淬火的鋼導(dǎo)軌都是鑲裝或焊接上去的。淬硬鋼導(dǎo)軌的耐磨性比不淬硬鑄鐵導(dǎo)軌高5～10倍。要求一般的導(dǎo)軌，常用的鋼有45號鋼、40Cr、T8A、TlOA、GCr15、GCr15

SiMn等，表面淬火或全淬，硬度為HRC52～58。要求高的導(dǎo)軌，常采用的鋼有20Cr、20CrMnTi、15號鋼等，滲碳淬硬至HRC56～62，磨硝加工后淬硬層深度不得低于1.5

mm。

目前六十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點(3)有色金屬常用的有色金屬有黃銅HPb59-1、錫青銅ZQSn6-6-3、鋁青銅ZQA19-2、鋅合金ZZn-All0-5、超硬鋁I,C4和鑄鋁ZL6等，其中以鋁青銅較好。(4)塑料鑲裝塑料導(dǎo)軌具有耐磨性好（但略低于鋁青銅），抗震性能好，工作溫度適應(yīng)范圍廣（-200～+2600C），抗撕傷能力強，動、靜摩擦系數(shù)低、差別小，可降低低速運動的臨界速度，加工性和化學(xué)穩(wěn)定好，工藝簡單，成本低等優(yōu)點。目前在各類機床的動導(dǎo)軌及圖形發(fā)生器工作臺的導(dǎo)軌上都有應(yīng)用。塑料導(dǎo)軌多與不淬火的鑄鐵導(dǎo)軌搭配。用作導(dǎo)軌的塑料有錦綸和酚醛夾布塑料；環(huán)氧樹脂耐磨涂料；以聚四氟乙烯為基體的塑料。目前六十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點聚四氟乙烯是現(xiàn)有材料中干摩擦系數(shù)（P一0.04）最小的一種。但是，純聚四氟乙烯機械強度低，剛性差，極不耐磨。因此要加入填充劑，以增加其耐磨性。由于填充劑不同，就可得到不同性能的導(dǎo)軌材料。(5)導(dǎo)軌材料的搭配為了提高導(dǎo)軌的耐磨性，動導(dǎo)軌和支承導(dǎo)軌應(yīng)具有不同的硬度。如果采用相同的材料，也應(yīng)采用不同的熱處理，以使動、靜導(dǎo)軌的硬度不同，其差值一般在FIB20～40范圍內(nèi)，而且，最低硬度應(yīng)不低于所用材料標準硬度值的下限。通常支承導(dǎo)軌－高硬度，運動導(dǎo)軌－低硬度目前六十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點(6)鑄鐵導(dǎo)軌的熱處理為提高鑄鐵導(dǎo)軌的耐磨性，常對導(dǎo)軌表面進行淬火處理。表面淬火方法有：火焰淬火、高頻淬火和電接觸淬火。

火焰淬火設(shè)備簡單，但淬火溫度不易控制，變形較大，應(yīng)用較少。高頻淬火是使導(dǎo)軌在高頻交變電磁場作用下，表面產(chǎn)生感應(yīng)電流而加熱，然后冷卻。由于加熱速度快、效率高、淬火質(zhì)量穩(wěn)定、耐磨性高（比灰口鑄鐵提高2倍多）、工藝參數(shù)易于調(diào)整，故應(yīng)用較廣。需進行高頻淬火的導(dǎo)軌面，其原始硬度不得低于HB187，表面粗糙度應(yīng)低于Ra為5μm，表面不允許有過多砂眼、氣孔、疏松、夾雜等鑄造的缺陷，不應(yīng)有尖角。目前七十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點為避免高頻淬火后的導(dǎo)軌變形過大，必須采用一定的工藝措施。高頻淬火后的變形量為0.

1～0.3

mm，應(yīng)采用磨削加工，使其達到一定的精度要求。淬火后硬度達到HRC4～53，導(dǎo)軌表面淬硬層深度為1.

2～2.5

mm。電接觸淬火是用一個通低電壓、大電流的銅滾輪和導(dǎo)軌表面瞬時接觸，利用接觸電阻熱加熱導(dǎo)軌表面，并憑鑄鐵導(dǎo)軌自身的熱傳導(dǎo)而迅速冷卻的一種淬火方法。它具有設(shè)備簡單，操作容易的優(yōu)點，且淬火后變形量很小，一般為0.

01～0.

05

mm，故電接觸淬火可在導(dǎo)軌精加工后進行，淬火后只需用油石磨光即可使用。

目前七十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點電接觸淬火后的耐磨性不如高頻淬火，但比未淬火的灰口鑄鐵高1倍以上。電接觸淬火后的淬硬層深度只有0.2

mm，不能用一般的硬度計來檢查表面的硬度。目前七十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件3.滾動導(dǎo)軌在承導(dǎo)件和運動件之間放入一些滾動體（滾珠、滾柱或滾針），使相配的兩個導(dǎo)軌面不直接接觸的導(dǎo)軌，稱為滾動導(dǎo)軌。

優(yōu)點：滾動導(dǎo)軌的摩擦阻力小，磨損小，精度保持性好，運動靈敏輕便。

缺點：結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，剛度及承載能力較滑動導(dǎo)軌弱，對臟物敏感，需有良好防護。

目前七十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滾動直線導(dǎo)軌副的結(jié)構(gòu)滾動直線導(dǎo)軌副是由導(dǎo)軌、滑塊、鋼球、返向器、保持架、密封端蓋及擋板等組成。當導(dǎo)軌與滑塊作相對運動時，鋼球就沿著導(dǎo)軌上的經(jīng)過淬硬和精密磨削加工而成的四條滾道滾動，在滑塊端部鋼球又通過返向裝置（返向器）進入返向孔后再進入滾道，鋼球就這樣周而復(fù)始地進行滾動運動。返向器兩端裝有防塵密封端蓋，可有效地防止灰塵、屑末進入滑塊內(nèi)部。

目前七十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滾動直線導(dǎo)軌副的性能特點

1.定位精度高

滾動直線導(dǎo)軌的運動借助鋼球滾動實現(xiàn)，導(dǎo)軌副摩擦阻力小，動靜摩擦阻力差值小，低速時不易產(chǎn)生爬行。重復(fù)定位精度高，適合作頻繁啟動或換向的運動部件?？蓪C床定位精度設(shè)定到超微米級。同時根據(jù)需要，適當增加預(yù)載荷，確保鋼球不發(fā)生滑動，實現(xiàn)平穩(wěn)運動，減小了運動的沖擊和振動。

目前七十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點2.磨損小

對于滑動導(dǎo)軌面的流體潤滑，由于油膜的浮動，產(chǎn)生的運動精度誤差是無法避免的。在絕大多數(shù)情況下，流體潤滑只限于邊界區(qū)域，由金屬接觸而產(chǎn)生的直接摩擦是無法避免的，在這種摩擦中，大量的能量以摩擦損耗被浪費掉了。與之相反，滾動接觸由于摩擦耗能小，滾動面的摩擦損耗也相應(yīng)減少，故能使?jié)L動直線導(dǎo)軌系統(tǒng)長期處于高精度狀態(tài)。同時，由于使用潤滑油也很少，這使得在機床的潤滑系統(tǒng)設(shè)計及使用維護方面都變的非常容易。

目前七十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點3.適應(yīng)高速運動且大幅降低驅(qū)動功率

采用滾動直線導(dǎo)軌的機床由于摩擦阻力小，可使所需的動力源及動力傳遞機構(gòu)小型化，使驅(qū)動扭矩大大減少，使機床所需電力降低80%，節(jié)能效果明顯?？蓪崿F(xiàn)機床的高速運動，提高機床的工作效率20~30%。

4.承載能力強

滾動直線導(dǎo)軌副具有較好的承載性能，可以承受不同方向的力和力矩載荷，如承受上下左右方向的力,以及顛簸力矩、搖動力矩和擺動力矩。因此，具有很好的載荷適應(yīng)性。在設(shè)計制造中加以適當?shù)念A(yù)加載荷可以增加阻尼，以提高抗振性，同時可以消除高頻振動現(xiàn)象。而滑動導(dǎo)軌在平行接觸面方向可承受的側(cè)向負荷較小，易造成機床運行精度不良。

目前七十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點5.組裝容易并具互換性

傳統(tǒng)的滑動導(dǎo)軌必須對導(dǎo)軌面進行刮研，既費事又費時，且一旦機床精度不良，必須再刮研一次。滾動導(dǎo)軌具有互換性，只要更換滑塊或?qū)к壔蛘麄€滾動導(dǎo)軌副，機床即可重新獲得高精度。

如前所述，由于滾珠在導(dǎo)軌與滑塊之間的相對運動為滾動，可減少摩擦損失。通常滾動摩擦系數(shù)為滑動摩擦系數(shù)的2%左右，因此采用滾動導(dǎo)軌的傳動機構(gòu)遠優(yōu)越于傳統(tǒng)滑動導(dǎo)軌。

目前七十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滾動導(dǎo)軌的分類及結(jié)構(gòu)按照滾動體形狀分類

滾珠式、滾柱式、滾針滾柱式按照滾動體運動方式分類

滾動體不作循環(huán)運動

滾動體作循環(huán)運動第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件3.滾動導(dǎo)軌目前七十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾珠導(dǎo)軌介紹特點滾珠與動靜導(dǎo)軌之間為點接觸優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單、制造容易、成本低缺點剛度差、抗震性差、承載力低應(yīng)用輕載、小力矩目前八十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件滾柱導(dǎo)軌介紹特點滾珠與動靜導(dǎo)軌之間為線接觸優(yōu)點承載力是滾珠的20—30倍

剛度、抗震性均優(yōu)于滾珠缺點滾柱體對導(dǎo)軌不平度敏感、易由于不平而產(chǎn)生側(cè)向偏移和側(cè)向滑動，使導(dǎo)軌磨損加劇和降低精度。應(yīng)用適用于載荷較大的場合目前八十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點滾針導(dǎo)軌介紹特點滾珠與動靜導(dǎo)軌之間為線接觸優(yōu)點滾子直徑小、數(shù)目多，承載大缺點摩擦系數(shù)大應(yīng)用應(yīng)用于尺寸受限制的場合第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件目前八十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點非循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算——一般需要自行設(shè)計需要確定的參數(shù)：滾動體直徑d滾柱長度lr滾動體數(shù)目z

支承導(dǎo)軌的長度l第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件目前八十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（1）滾動導(dǎo)軌參數(shù)選擇滾動體直徑d

滾柱：d>6mm

滾針：d>4mm滾柱長度lr

淬硬導(dǎo)軌：lr/d<=1.5-2滾動體數(shù)目z

z>12-16第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件目前八十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點（2）滾動導(dǎo)軌參數(shù)的校核第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件校核每個滾動體所承受的最大載荷Pmax是否超過許用值[P]K——滾動體截面當量許用應(yīng)力，查表2-6fH——導(dǎo)軌硬度修正系數(shù)，查表2-7目前八十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件（3）計算支承導(dǎo)軌的長度L（4）必要條件下還應(yīng)校驗滾動導(dǎo)軌的剛度，及計算滾動體的變形目前八十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點循環(huán)式滾動導(dǎo)軌的設(shè)計計算——設(shè)計時只需選用選用計算與滾動軸承的選用計算相似，以額定載荷下的額定壽命為依據(jù)。

第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件目前八十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點導(dǎo)軌阻尼起因于以下物理過程：材料阻尼摩擦阻尼擠壓薄膜效應(yīng)第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件4.阻尼及其影響影響導(dǎo)軌阻尼系數(shù)的因素：表面壓力大小潤滑類型摩擦類型目前八十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點導(dǎo)軌阻尼起因于以下物理過程：材料阻尼

摩擦阻尼擠壓薄膜效應(yīng)第五節(jié)導(dǎo)軌及支承件4.阻尼及其影響影響導(dǎo)軌阻尼系數(shù)的因素：表面壓力大小潤滑類型摩擦類型阻尼小——啟動跟隨快阻尼大——抗振性能好目前八十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點5.支承件支承件是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括：床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等尺寸及重量較大的零件支承件是機床的基礎(chǔ)構(gòu)件，包括：床身、立柱、橫梁、搖臂、底座、刀架、工作臺、箱體和升降臺等尺寸及重量較大的零件——大件。支承件影響加工精度和表面質(zhì)量在切削時，刀具與工件之間相互作用的力，沿著大部分支承件逐個傳遞并使之變形；機床的動態(tài)力(如變動的切削力，往復(fù)運動件的慣性，旋轉(zhuǎn)件的不平衡等)使支承件和整機振動；支承件的熱變形，改變執(zhí)行器官的相對位置或運動軌跡。支承件是機床十分重要的構(gòu)件。目前九十頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點支承件的功用支承機床各部件承受力切削力、重力、慣性力、摩擦力等靜態(tài)力和動態(tài)力。保證精度各部件之間的相對位置精度和運動部件的相對運動軌跡的準確關(guān)系。內(nèi)部空間存放各種物體可存放切削液、潤滑液、液壓油的油箱、電動機。目前九十一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點基本要求1.足夠的靜剛度和較高的剛度——重量比要求在規(guī)定的最大載荷作用下，變形量不得超過一定的數(shù)值。重量占機床總重量的80％以上，應(yīng)盡量減輕支承件的重量。2.良好的動態(tài)特性，包括：較大的動剛度和阻尼；與其它部件相配合，使整機的各階固有頻率不與激振頻率重合而產(chǎn)生共振；不會發(fā)生薄壁振動而產(chǎn)生噪聲等。目前九十二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點3.應(yīng)具有較好的熱變形特性，使整機的熱變形較小或熱變形對加工精度的影響較小。由于摩擦熱、切削熱等產(chǎn)生熱變形和熱應(yīng)力；在鑄造、焊接和粗加工過程中，會形成內(nèi)應(yīng)力，使支承件變形；熱變形和內(nèi)應(yīng)力都將破壞部件間的相互位置關(guān)系和相對運動軌跡，影響加工精度。4.應(yīng)該排屑暢通、吊運安全，并具有良好的工藝性以便于制造和裝配。目前九十三頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第六節(jié)并聯(lián)機構(gòu)并聯(lián)機構(gòu)的特點（1）剛度高（2）移動部件質(zhì)量輕，可獲得很高的動態(tài)特性容易實現(xiàn)高速、高加速度運動。（3）不存在累計誤差，可獲得較高的運動精度（4）零件標準化程度高，易于模塊化設(shè)計（5）作業(yè)空間與機器尺寸比較小優(yōu)點缺點（1）靈活性較差，運動平臺傾斜角度較?。?）在作業(yè)空間內(nèi)部存在桿件干涉和奇異位形的危險目前九十四頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求機電一體化系統(tǒng)中，機械模塊實現(xiàn)驅(qū)動電機與負載之間的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速的合理匹配。數(shù)學(xué)模型可以簡化為由質(zhì)量-彈簧-阻尼組成的二階力學(xué)模型。目前九十五頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求一、數(shù)學(xué)模型（一）廣義執(zhí)行機構(gòu)的運動方程式能量方程式力和力矩方程式目前九十六頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求一、數(shù)學(xué)模型（二）廣義執(zhí)行機構(gòu)的動力學(xué)方程式目前九十七頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求1.齒輪傳動情況不考慮剛度注意轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算目前九十八頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求1.齒輪傳動情況轉(zhuǎn)動慣量、阻尼系數(shù)的折算目前九十九頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求考慮剛度從動軸剛度為K2，則由于從動軸的變形所引起的彈性力：折算到主動軸上為：K21.齒輪傳動情況目前一百頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求考慮剛度主動軸的力矩平衡方程：K2從動軸的力矩平衡方程：最后求出傳遞函數(shù)1.齒輪傳動情況目前一百零一頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求與齒輪傳動情況分析過程一樣，但需注意以下不同點絲杠螺母副的傳動比：2.絲杠螺母副傳動情況轉(zhuǎn)動與移動的對應(yīng)關(guān)系：目前一百零二頁\總數(shù)一百一十一頁\編于八點二、參數(shù)設(shè)計要求

在設(shè)計機械傳動和支承導(dǎo)向部件時，除了常規(guī)的功能和強度，以及形位公差等有關(guān)靜態(tài)性能指標的參數(shù)外，有關(guān)系統(tǒng)動態(tài)性能的參數(shù)設(shè)計也十分重要。

設(shè)計原則

（1）足夠高的諧振頻率

第七節(jié)數(shù)學(xué)模型和設(shè)計要求

當機械系統(tǒng)的固有頻率接近或落入伺服系統(tǒng)帶寬之中時,系統(tǒng)將產(chǎn)生諧振而無法工作。因此為避免