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26-28旋转支承的选择与设计

日期:2020-11-09 12:39 作者:狗博app

  2.6-2.8旋转支承的选择与设计_工学_高等教育_教育专区。第六节 旋转支承的选择与设计 一.旋转支承的种类及基本要求 二.圆柱支承 三.圆锥支承 四.填入式滚动支承 五.其他形式支承 1 一.旋转支承的种类及基本要求 1.旋转支承的种类 按摩擦性

  第六节 旋转支承的选择与设计 一.旋转支承的种类及基本要求 二.圆柱支承 三.圆锥支承 四.填入式滚动支承 五.其他形式支承 1 一.旋转支承的种类及基本要求 1.旋转支承的种类 按摩擦性质分为: (1)滑动支承 (2)滚动支承 (3)气体(或液体)支承 (4)弹性支承 2 其中的滑动摩擦支承按其结构特点又可分为 ? ? ? ? 圆柱支撑 圆锥支撑 球面支撑 顶针支承 滚动摩擦支承按其结构特点又可分为 ? ? 填入式滚珠支承 刀口支承 3 各种支承结构简图 4 2.对旋转支承的要求 ? 方向精度和置中精度高;方向精度是指运动件 转动时,其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。 置中精度是指在任意截面上,运动件的中心与承导 件的中心之间产生偏移的程度。 ? 摩擦阻力矩小; ? 许用载荷大; ? 对温度变化的敏感性低; ? 耐磨性高,磨损后可补偿; ? 抗振性好; ? 成本低。 5 二.圆柱支承 接触面大,承载 大; 方向精度、置中 精度差; 摩擦阻力矩较大; ? 1-轴肩;2-轴套;3-锥孔 6 止推圆柱支承结构 当需要准确的轴向定 位时,常在运动件的中心 孔和止推面之间放一滚珠 做轴向定位,如图a所示。 若利用轴套端面的滚 珠做轴向定位,如图b, 承载能力大,运动件稍有 偏心时不会引起晃动。 ? 7 半运动学圆柱支承 对置中精度要求很高时,采 用运动学圆柱支承。这种支承采 用五个适当的支点,限制其五个 自由度,使运动只保留一个绕其 轴线转动的自由度。 为了克服点接触局部压力大 的缺点,常采用小的面接触或线 三. 圆锥支承 圆锥支承的方向精度 和置中精度较高,承载能 力较强。但摩擦阻力矩也 较大。磨损后可借助轴向 位移自动补偿间隙。 常用于铅垂轴且承受 轴向力。? 圆锥支承结构图 9 四、 填入式滚动支承 当标准滚珠轴承不能满足结构上的使用要求时,常采用非标 准滚珠轴承(即填入式滚珠支承)。这种支承一般没有内圈和外围, 仅在相对运动的零件上加工出滚道面,用标准滚珠散装在滚道内。 填入式滚动支承形式图 10 专用填入式滚珠支承图 11 五、 其他形式支承 1. 球面支承 球面支承的接触面是一条狭窄的球面带,轴除自转外,还可轴向摆 动一定角度。由于接触表面很小,宜于低速、轻载场合采用。 12 2.顶针支承 顶针支承的轴颈和轴承在半径很小的狭窄环形表面上接 触,摩擦阻力矩较小。但单位压力很大,润滑油从接触处被 挤出。因此,用润滑降低摩擦阻力矩的作用不大,故顶针支 承宜用于低速、轻载的场合。 13 3. 刀口支承 当零件摆动角度不超过容许值(8°-l0°)时,刀口支 承中的摩擦是纯滚动摩擦,摩擦和磨损很小。多用于摆动 角度不大的场合。 14 4. 弹性支撑 弹性支撑的弹性阻力 矩极小,能在振动情况下 工作,宜于精度不高的摆 动机构。如图所示的钟摆 结构的弹簧片就是弹性支 撑。 15 第七节 轴系部件的选择与设计 一. 轴系设计的基本要求 轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件 组成,有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴系的主要作用 是传递转矩及精确的回转运动,它直接承受外力(力矩)。 对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用 的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要 求较高。包括:旋转精度、刚度与抗振性、热变形。 16 旋转精度 、刚度与抗振性 、热变形 旋转精度是指在装配之后,在无负载、低速旋转的条件 下,轴前端的径向跳动和轴向窜动量。 轴系的刚度反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。 轴系的振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。其振 动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单 向受力等;它们直接影响旋转精度和轴承寿命。 轴系的受热会使轴伸长或使轴系零件间隙发生变化,影 响整个传动系统的传动精度、旋转精度及位置精度。又由于 温度的上升会使润滑油的粘度发生变化,使滑动或滚动轴承 的承载能力降低。 17 二、轴(主轴)系用轴承的类型与选择 标准滚动轴承 深沟球轴承 双列向心短圆柱滚子轴承 圆锥滚子轴承 推力轴承 18 双列向心短圆柱滚子轴承、圆锥滚子轴承、双列推力球轴承图 19 液体静压轴承工作原理 液体静压轴承工作原理 1、2、3、4-油腔;5-金属薄膜;6-圆盒;7-回油槽;8-轴套 20 磁悬浮轴承工作 磁悬浮轴承工作原理 1-信号输入;2-调节器;3-功率放大器;4-位移传感器;5-定子;6-转子 21 三、提高轴系性能的措施 1. 提高轴系的旋转精度 提高其旋转精度的主要措施有: ①提高轴颈与架体(或箱体)支承的加工精度; ②用选配法提高轴承装配与预紧精度, ③轴系组件装配后对输出端轴的外径、端面及内孔通过互 为基准进行精加工。 22 2. 提高轴系组件的刚度与抗振性 提高其抗振性的主要措施有: ①提高轴系组件的固有振动频率、刚度和阻尼,通过计算 或试验来预测其固有振动频率,当阻尼很小时,应使其固 有振动频率远离强迫振动频率,以防止共振。一般讲,刚 度越高、阻尼越大,则激起的振幅越小。 ②消除或减少强迫振动振源的干扰作用。构成轴系的主要 零部件均应进行静态和动态平衡,选用传动平稳的传动件、 对轴承进行合理预紧等。 ③采用吸振、隔振和消振装置。 23 3.减少轴系组件的热变形措施 合理选用轴承类型和精度,并提高相关制造和装配的 质量; 采取适当的润滑方式可降低轴承的温升; 采用热隔离、热源冷却和热平衡方法以降低温度的升 高。 24 第八节 机电一体化系统的机座或机架 一. 机座或机架的作用及基本要求 二. 机座的材料选择 25 一、 机座或机架的作用及基本要求 1.作用 机座或机架是支承其它零部件并保证各零部件相 对位置准确的基础部件。 2.基本要求: 提高刚度; 提高稳定性; 提高抗振性; 工艺性。 减小热变形; 此外,还有经济性、人机工程等方面的要求。 26 2.基本要求 (1)提高刚度 静刚度包括:自身刚度、局部刚度和接触刚度。 ①提高自身刚度 自身刚度是机架或机座本身受拉、压、扭、弯等载荷 后产生的变形,其中扭转变形和弯曲变形是主要的; a. 合理选择截面形状和尺寸。封闭空心截面结构的自身 刚度比实心的大;矩形截面的抗弯刚度比圆形大,而抗扭 刚度比圆形小;横截面不变时,减小壁厚,增大轮廓尺寸, 可以提高刚度;封闭截面刚度比不封闭截面大; 27 b.合理布置肋板和加强肋。为便于铸造清砂及零部件的装 配、调整,需要在机座上开“窗口”而使刚度降低,为此, 应增加肋板或加强肋以提高刚度,其形式如图所示。 28 c.合理的开孔和加盖。实践证明,若开孔沿机座或机 架壁中心线排列,或在中心线附近交错排列,孔宽( 孔 径)以不大于机座或机架壁宽的 0.25 倍时,机座的刚度 降低很少。在开孔上加盖板,并用螺钉紧固,则可将弯 曲刚度恢复到接近未开孔时的刚度,而对提高抗扭刚度 无明显效果。 29 ②提高局部刚度 局部刚度是在载荷集中的局部范围产生的变形,如 突出的支脚、凸台等。 提高局部刚度的主要措施如下: a.在安装螺钉处加厚凸缘 b.或用壁龛式螺钉孔 c.采用添置加强肋 30 ③接触刚度: 接触刚度是由于加工造成的微观不平度,使两个接触 面的实际接触面积只是名义接触面积很小的一部分,因而 产生接触变形; 提高接触刚度的主要措施如下: a. 降 低 接 触 表 面 的 粗 糙 度 ( 接 触 面 表 面 粗 糙 度 应 小 于 2.5um) b.在接触表面上施加预压力(用固定螺钉在接触面上形成 预压力)。 近代机械中,接触刚度的影响往往大于自身刚度和局 部刚度的影响。进行结构设计时,应尽量减少接触面的数 量,提高接触面的接触刚度。 31 (2)提高抗振性 动刚度是衡量抗振性的主要指标。 提高抗振性的措施有: ①提高静刚度,特别是当固有振动频率较高时; ②增加阻尼,如液( 气) 动、静压导轨的阻尼比滚动导轨大, 故抗振性能好; ③增加固有振动频率,在不降低机架或机座静刚度的前提下, 如适当减薄壁厚、增加筋和隔板,采用钢材焊接代替铸件等; ④采取隔振措施,如加减振橡胶垫脚、用空气弹簧隔板等。 32 (3)减小热变形 ①控制热源,采用冷光源(如发光二极管);用胶木、石棉 隔热;用风扇、冷却液散热;将热源远离机座或机架;对于有 相对运动的零部件,合理设计结构并有效润滑。 ②采用热平衡法,控制各处的温差。 33 (4)提高稳定性 机座或机架的稳定性是指长时间地保持其几何尺寸和主要 表面相对位置的精度。可采用自然时效和人工时效 ( 热处理法 和振动法)方法。 (5)工艺性 铸件毛坯要设计得便于成形、浇注、清砂、吊装,避免铸 造缺陷。 焊件毛坯要设计得便于下料、拼焊、减少焊接变形; 各种毛坯要设计得便于机械加工、装配、维修。 34 平 台 加工面要在一个平面上 A为工艺凸台 35 二. 机座的材料选择 1.铸造机座 材料常选用铸铁 优点: 便于制造结构复杂零件;存在在铸铁中的片状或球 状石墨在振动时形成阻尼,抗振性比钢高3倍; 价格低。 缺点:但生产铸铁支承件需要制作木模、芯盒等,制造周 期长,不适合单件生产; 铸造易出废品; 加工余量大, 机加工费用大。 36 2 焊接机座 材料常选用普通碳素结构钢材(钢板、角钢、槽钢、钢 管等),轻型机架也可用铝制型材连结制成。 优点:用钢材焊成的机座具有造型简单 ,适于单件生产, 周期短比铸造快 1.7-3.5 倍;钢的弹性模量约为铸铁的 2 倍, 在同样的载荷下,壁厚可做得比铸铁的薄,重量轻; 缺点: 钢的阻尼比只为铸铁的约 1/3 ,钢的抗振性能比 铸铁差,在结构上,需采取防振措施;钳工工作量大;成批 生产时,成本较高。 37 3 其他类型机座 材料选用花岗岩,大理石,天然石等,主要用在高精度 高性能的系统中,如三座标测量机,金刚石车床等。 优点:性能稳定,精度保持性好;由于经历长期的自然 时效,残余应力极小,内部组织稳定;导热系数和线膨胀系 数小,热稳定性好。性能稳定,精度保持性好。抗氧化性强; 不导电;抗磁;与金属不粘合,加工方便,通过研磨和抛光 容易得到很高的精度和表面粗糙度。 缺点:抗冲击性能差,脆性大;油、水易渗入晶体中, 使岩石局部变形胀大,难于制作形状复杂的零件。 38 本章小结 本章介绍了机电一体化系统的机械传动系统部件和支撑 部件的选择与设计以及轴系和机架的选择与设计。 在机械传动系统部件选择和设计中的重点是滚珠丝杠和 齿轮的选择与设计中的有关问题。包括滚珠丝杠的选择与设 计内容包括滚珠丝杠的传动形式、组成、典型结构类型(从 螺纹滚道的型面形状、滚珠的循环方式和消除轴向间隙的调 整方法等)、主要尺寸参数与标注、支撑方式、防护与润滑 及选择过程等。 齿轮的选择与设计内容包括传动比的选择与分配、谐波齿 轮传动原理、齿轮传动间隙的调整等。 39 本章小结 支撑部件的选择与设计,主要包括以下主要内容: 导向支撑部件的选择与设计: 主要介绍了机电一体化系统对其 6 项目基本要求(导向精度、刚 度、运动轻便平稳、耐磨性、温度影响、工艺性); 四种滑动导轨结构(三角形、矩形、燕尾形、圆形)及其组合 (双三角、双矩形、三角矩形、三角平面、燕尾矩形)的特点; 滑动导轨副间隙调整方法(压板法、平镶条、斜镶条); 滚珠、滚柱、滚针导轨的特点; 并概括介绍了静压导轨及塑料导轨的特点及应用。 40 本章小结 旋转支承部件的选择与设计:主要对圆柱支撑、圆锥 支撑、球面支撑及顶针支撑的特点及应用进行介绍。 轴系部件的选择与设计:重点介绍了机电一体化系统对轴 系的基本要求(旋转精度、刚度与抗振性、热变形)和提 高轴系性能的措施。 机座(机架)设计:重点介绍了提高机座(机架)性 能的措施(提高刚度、提高抗振性、减小热变形、提高稳 定性、提高工艺性)。 41 随堂巩固 1. 滚珠丝杠副轴向间隙的预紧调整方法有哪些 2. 导轨副的组合形式及其特点 42

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