第2章机械系统4

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1、膅 2-7轴系部件的选择与设计蚁一、轴系设计基本要求肈轴、轴承和安装于轴上的传动体、密封件及定位件组成袈主要功能：支承旋转零件、传递转矩和运动芃按其在传动链中所处地位不同，分为：肁传动轴轴系：要求一般不高蝿主轴轴系：保证设备功能、完成主运动直接影响罿基本要求：蚅 1）回转精度薀瞬时回转中心线相对于理想回转中心线在空间的位置偏差蕿误差形式：螆轴向窜动量、径向跳动、摆动误差螄影响因素： 芄支承轴颈的圆度误差-径向误差芀轴承误差（滚道圆度、滚动体直径和圆度不一致性）- 径向误差螈轴承端面对轴颈的垂直度、推力轴承滚道、滚动体误差- 轴向误差膆前后轴承同轴度、径向跳动大小和方向不一致性- 摆动误差蚃轴系

2、不平衡、轴系支承刚度变化- 径向误差和摆动误差羀主轴振动 - 径向误差薅滑动轴承低速、高速时的油膜震荡- 径向误差芅 2）刚度肂轴系抵抗静、动载荷变形的能力螀载荷：弯矩、转矩挠度、扭转角抗弯刚度、抗扭刚度蚆轴系承受切向力、径向力作用产生弯矩、转矩弯扭合成验算强度、刚度莃静刚度 K在静态外力或力矩（交变频率低于 0.167Hz ）作用下，轴系产生单位变形所需静载荷大小蒂 KF / yN/mmLaF蒁 yySyB蚈 yS 主轴本身弯曲变形产生的位移；yB螅 yB 支承轴承弹性变形产生的位移；yS羁力学分析可知， 主轴的变形量与支承结构L ，a 参数、 轴径以及轴的弹性摸量等有关芁加强轴与支承的刚度

3、是提高静刚度和旋转精度的主要措施蒅动刚度 K d 轴系抵抗冲击、振动等变载荷的能力，即在交变动载荷作用下，产生单位动态变形 (位移 )所需动载荷大小袄激振力 F F0 sin tF0 ei t莀轴系产生的动态响应位移xA sin(t)Aei ( t )羁 K d ( )F ( ) = F0 ( ) ei ( ) = K d ( ) e i ( )X ( )A()薇动刚度 K d 的倒数动柔度Wd膆 Wd ( )1X( )=A( ) e i ( )= Wd ( ) e i ( )K d ( )F() F0()肄式中F0 激振力的幅值；蒈 A 振动位移的幅值；薈激振力的角频率；芄位移滞后于激振力的

4、相位角；蒃 K d ( ) 动刚度的幅频特性；膈 Wd () 动柔度的幅频特性(或轴系频率响应函数的幅频特性)莅从控制工程角度讲， F ( ) 为系统输入， X ( ) 为轴系输出响应，动柔度 Wd ( ) 就是轴系的频率响应函数蒃 3）抗振性袃轴系振动：强迫振动、自激振动罿原因：轴系质量不均匀引起不平衡（静平衡、动平衡）、轴刚度不足 蒇影响：旋转精度、轴承寿命螅高速运动轴系，提高静、动刚度，增大轴系阻尼改善轴系动态性能莂 4）热变形虿温度轴伸长、轴系零件间隙变化传动精度、旋转精度、位置精度薈温度润滑油粘度变化轴承承载能力降低袄控制温度变化螁 5）轴上零件布置葿轴的受力变形、热变形、振动莅机械

5、设计工程学（）芆膁二、轴系用轴承选择12膀 标准滚动轴承莇滚动轴承标准化、系列化莄根据承载大小、旋转精度、刚度、转速等要求选用合适轴承类型袄 2非标准滚动轴承羀适应轴承精度要求高、结构尺寸较小、特殊要求不能采用标准轴承-自行设计蒈 3静压轴承蒃滑动轴承：阻尼特性好、支承精度高、具有良好抗振性能和运动平稳性芃流体介质分类：蚀液体滑动轴承、气体滑动轴承芆油膜 /气膜压强形成方法分类：袅动压、静压、动静压轴承螃动压轴承：轴旋转时，油 /气被带入轴与轴承间形成的楔形间隙内，由于间隙变窄 压强 轴浮起 形成油 / 气楔 承受载荷蒁承载能力与滑动表面的线速度呈正比-低速时承载能力很低动压轴承适应速度很高、

6、速度变化不大场合芇静压轴承：利用外部供油 /气装置将具有一定压力的液 / 气体通过油 /气孔进入轴承油 /气腔 轴浮起 形成压力油 /气膜 承受载荷羃承载能力与滑动表面的线速度无关适应低、中速，大载荷，高精度设备膂特点：膁刚度大、精度高、抗振性好、摩擦阻力小莈莆静压轴承工作原理薂油腔 1 为轴套 8 内面上的凹入部分，包围油腔的四周-封油面；封油面与运动表面构成的间隙 -油膜厚度。袂承载 补偿流量。补偿流量的机构-补偿元件 /节流器膆压力油 节流器节流 油腔 封油面节流 轴向 (端面 )、周向 (回油槽 7) 油箱蒄不考虑轴重，且4 节流器液阻相等 ( Rg1 Rg 2Rg 3 Rg 4 Rg

7、 0 )，油腔 1，2，3，4 压力相等 ( pr1pr 2 pr 3 pr 4 pr 0 )。主轴被一层油膜隔开，油膜厚度 A0，轴中心与轴套中心重合肁考虑轴的径向载荷(轴重 )作用，轴心O O1，位移 e，油腔压力变化：莈油腔 1 间隙 液阻 Rh1 油腔压力pr 1 ；膇油腔 2 间隙 液阻 Rh 2 油腔压力pr 2 ；油腔 3， 4 压力相等薃油腔 1， 2 压力变化产生的压力差满足：pr2-pr1=FW/A(A-每个油腔有效承载面积，设 4 油腔面积相等 )主轴新平衡位置： 轴下移很小距离 ( 远小于油膜厚度 A0)在液体支承状态下轴旋转蒀流经油腔的流量 Qh0=流经节流器的流量

8、Qg0， Qh 0 Qg 0 Q0 ， ps 节流器进口前的系统油压， Rhi 各油腔液阻膈 Qpr / Rh( pspr ) / Rg艿油腔压力ps羅 pr1Rg / Rh膄油腔 1， 2，下标标注衿如果 4 节流器液阻：相等，常量肆 pr 1pspr 2ps1 Rg 0/ Rh11 Rg0/ Rh 2肃油腔间隙液阻Rh 2Rh1油腔压力pr 2pr1薃节流器液阻、 油腔间隙液阻同时变化，Rg 2 Rg1pr 2pr 1 ：向上推力很大，轴位移很小刚度很大蕿节流器作用：膇 1）调节支承中各油腔压力 适应各自不同载荷蒆 2）使油膜具有一定刚度 适应载荷变化羂节流器种类：荿小孔节流器 (孔径 孔

9、长 )、毛细管节流器 (孔长 孔径 ) 固定节流器 液阻不随外载荷变化腿薄膜反馈节流器可变节流器 液阻随外载变化薄原理图 2-100b蒂薄膜反馈节流器组成：肀中间有凸台的圆盒 6，两圆盒间隔金属薄膜 5。油液从薄膜两边间隙 hg0 流入轴承上下油腔羆主轴不受载 薄膜平直状态 两边节流间隙相等 油腔压力 pr 2pr 1 ，轴、轴套同心羆 主轴受载 上下油腔间隙变化 油腔压力 pr 2 pr1 薄膜向上凸起 阻力 Rg 1 ，流量 Rg 2 ，流量 上下油腔压力差 平衡外载荷，产生反馈作用袁气体静压轴承工作原理与液体静压轴承相似。设计时注意：袀气体密度随压力变化，在确定流量的连续方程时，用质量流

10、量，不能用体积流量肇空气粘度低，流量就大取轴与轴套较小间隙肅空气静压轴承材料：良好抗腐蚀性能（带水份气体腐蚀轴承）芁动静压轴承综合动压、静压，工作特性分为：薁静压启动、动压工作，动静压混合工作聿现代机电产品多采用动静压混合工作型膃 2-8现代机电产品的机座/机架羄一、基本要求莁支承其他零部件的基础，承受其他零部件的重量和工作载荷，保证各零部件相对位置的基准袆机座铸件，机架型材装配/焊接薆特点：莃尺寸较大、结构复杂、加工面多、几何精度和相对位置精度要求较高肁机座 /机架在工作过程中产生变形/振动 -影响设备工作性能，基本要求：羈 1）刚度蚄在额定载荷作用下，具有足够的抵抗变形的能力袃 2）抗振性薈具有足够的抵抗受迫振动和自激振动的能力-良好动态特性罿 3）热稳定性肆 4）结构工艺性节 5）加工、装配工艺性芈设计步骤：螆 1）根据使用要求进行受力分析、变形分析膅 2）根据受力和其他要求 (排屑、安装电气 ) ，并参考现有设备同类型件，初步确定形状、尺寸蚁 3）采用有限元法计算/ 模型试验 -静态刚度和动态特性，并进行热变形、热应力分析肈 4）修改、完善设计方案袈二、静力分析芃足够刚度，受力分析、变形分析：分析受载情况、产生变形 -引起的有关零部件之间相对运动误差结构设计，变形在允许误差范围内 -保证工作精度肁静刚度不足，在重力、夹紧力、切削力、摩擦力 作用变形、振动影