单元二机电一体化系统机械技术

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1、1机电一体化技术机电一体化技术Mechatronics 单元二单元二 机电一体化机械技术机电一体化机械技术2.1 2.1 概述概述2.2 2.2 机械传动结构机械传动结构2.3 2.3 机械导向结构机械导向结构2.4 2.4 机械的支承结构机械的支承结构2.5 2.5 机械执行结构机械执行结构学习目标学习目标1.了解机电一体化系统的功能组成、了解机电一体化系统的功能组成、构成要素、机械执行机构构成要素、机械执行机构2.掌握机电一体化系统的机械传动机掌握机电一体化系统的机械传动机构、机械支承结构构、机械支承结构3.重点掌握机电一体化系统的机械运重点掌握机电一体化系统的机械运动要求、螺旋传动、机械

2、导向结构和动要求、螺旋传动、机械导向结构和支承件的设计原则支承件的设计原则4门座起重机主要由金属结构、门座起重机主要由金属结构、工作机构工作机构(起升、运行、变幅起升、运行、变幅及回转机构及回转机构)、动力装置和控、动力装置和控制系统组成，门座起重机可制系统组成，门座起重机可实现环形圆柱体空间货物的实现环形圆柱体空间货物的升降、移动，并可调整整机升降、移动，并可调整整机的工作位置，故可在较大的的工作位置，故可在较大的作业范围内满足货物的装卸作业范围内满足货物的装卸门座起重机门座起重机2.1 2.1 概述概述机械系统机械系统传递转矩传递转矩与转速与转速支撑和限制运动支撑和限制运动部件，使之按给部

3、件，使之按给定的运动要求和定的运动要求和运动方向运动运动方向运动完成操作完成操作任务任务6 机构：机构：由若干由若干运动副运动副组成的具有确定运动的装置。常用组成的具有确定运动的装置。常用的机械机构有的机械机构有连杆机构、凸轮机构、间歇机构。连杆机构、凸轮机构、间歇机构。相关知识相关知识机电一体化产品的运动包括机电一体化产品的运动包括沿特定轴旋转的旋转运动、沿沿特定轴旋转的旋转运动、沿规定直线的直线运动以及平面运动规定直线的直线运动以及平面运动等，比如机器人和数控机等，比如机器人和数控机床等。床等。机械系统设计要求机械系统设计要求 在机械系统设计时，除考虑一般机械设计要求外，还必在机械系统设计

4、时，除考虑一般机械设计要求外，还必须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数须考虑机械结构因素与整个伺服系统的性能参数、电气参数的匹配，以获得良好的伺服性能。的匹配，以获得良好的伺服性能。 传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电传统机械系统一般是由动力件、传动件、执行件三部分加上电气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统气、液压和机械控制等部分组成，而机电一体化中的机械系统是由是由计算机协调和控制计算机协调和控制的，用于完成包括机械力、运动和能量的，用于完成包括机械力、运动和能量流等动力学任务的机械和流等动力学任务的机械和(或或)机电部件相互联系的系统组

5、成。机电部件相互联系的系统组成。其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的其核心是由计算机控制的，包括机、电、液、光、磁等技术的伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、伺服系统。这就对执行器提出了更高的要求，存在机械装置、执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。执行器及驱动器之间的协调与匹配问题。 从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设从总体上讲，机电一体化中的机械系统除了满足一般机械设计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。计的要求外，还必须满足以下几种特殊要求。l 高精度高精度 精度是机电一体化产品的重要性能指标，对其机精度是机电一体化产品的重要性能指标

6、，对其机械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包械系统设计主要是执行机构的位置精度，其中包括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考括结构变形、轴系误差和传动误差，另外还要考虑温度变化的影响。虑温度变化的影响。l 小惯量小惯量 传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及传动件本身的转动惯量会影响系统的响应速度及系统的稳定性。系统的稳定性。l大刚度大刚度 机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形机电一体化机械系统要有足够的刚度，弹性变形要限制在一定范围之内。要限制在一定范围之内。机械系统设计要求机械系统设计要求9机械系统设计机械系统设计 机电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，机

7、电一体化机械系统设计一样有传动设计和结构设计部分，只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有只是由于机电一体化的特征决定了在机械系统设计过程中有它自身的特点。它自身的特点。 机械传动机械传动 设计设计 机械结构机械结构 设计设计机械传动设计的任务机械传动设计的任务是把动力机产生的机是把动力机产生的机械能传递到执行机构械能传递到执行机构上去，机电一体化系上去，机电一体化系统中机械传动系统的统中机械传动系统的设计就是面向机电伺设计就是面向机电伺服系统的伺服机械传服系统的伺服机械传动系统设计。动系统设计。综合考虑各个零部件综合考虑各个零部件的制造、安装精度，的制造、安装精度，结构刚度，稳定

8、性以结构刚度，稳定性以及动作的灵敏性和易及动作的灵敏性和易控性。控性。2.2 2.2 机械传动机构机械传动机构u机械传动机构基本要求机械传动机构基本要求:转动惯量小、刚度大、阻尼合转动惯量小、刚度大、阻尼合适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态适，此外还要求摩擦小、抗振性好、间隙小，特别是其动态特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。特性与伺服电动机等其他环节的动态特性相匹配。2.2 2.2 机械传动机构机械传动机构2.2.1 2.2.1 齿轮传动齿轮传动提高传动精度的结构措施有以下几种。提高传动精度的结构措施有以下几种。适当提高零部件本身的精度。适当提高零部件本身的精度。合

9、理设计传动链，减少零部件制造、合理设计传动链，减少零部件制造、装配误差对传动精度的影响。装配误差对传动精度的影响。采用消隙机构，以减少或消除空程采用消隙机构，以减少或消除空程u圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动1.偏心轴套调整法。偏心轴套调整法。 简单的偏心轴套式消隙结构。简单的偏心轴套式消隙结构。电机电机1是通过偏心轴套是通过偏心轴套2装到壳体装到壳体上，通过转动偏心轴套的转角，上，通过转动偏心轴套的转角，就能够方便地调整两啮合齿轮的就能够方便地调整两啮合齿轮的中心距，从而消除了圆柱齿轮正、中心距，从而消除了圆柱齿轮正、反转时的齿侧隙。反转时的齿侧隙。1-电动机电动机;2-偏心轴套偏心轴套u圆柱齿轮传

10、动圆柱齿轮传动 (2)锥度齿轮调整法。锥度齿轮调整法。用带有锥度的齿轮来消除间隙的用带有锥度的齿轮来消除间隙的机构。在加工齿轮机构。在加工齿轮1和和2时，将假时，将假想的分度圆柱面改变成带有小锥想的分度圆柱面改变成带有小锥度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的度的圆锥面，使其齿厚在齿轮的轴向稍有变化轴向稍有变化(其外形类似于插齿其外形类似于插齿刀刀)。装配时只要改变垫片。装配时只要改变垫片3的厚的厚度就能调整两个齿轮的轴向相对度就能调整两个齿轮的轴向相对位置，从而消除了齿侧间隙。但位置，从而消除了齿侧间隙。但如增大圆锥面的角度，则将使啮如增大圆锥面的角度，则将使啮合条件恶化。合条件恶化。1、2-齿轮齿轮

11、;3-热片热片u圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动 (3)双向薄齿轮错齿调整双向薄齿轮错齿调整法。法。采用这种消除齿侧隙的一对啮采用这种消除齿侧隙的一对啮合齿轮中，其中一个是宽齿轮，合齿轮中，其中一个是宽齿轮，另一个由两相同齿数的薄片齿另一个由两相同齿数的薄片齿轮套装而成，两薄片齿轮可相轮套装而成，两薄片齿轮可相对回转。装配后，应使一个薄对回转。装配后，应使一个薄片齿轮的齿左侧和另一个薄片片齿轮的齿左侧和另一个薄片齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿齿轮的齿右侧分别紧贴在宽齿轮的齿槽左、右两侧，这样错轮的齿槽左、右两侧，这样错齿后就消除了齿侧隙，反向时齿后就消除了齿侧隙，反向时不会出现死区。不会出现死区。1、2-

12、齿轮齿轮;3、8-凸耳凸耳;4-弹簧弹簧;5、6-螺母螺母;7-螺钉螺钉u斜齿轮传动斜齿轮传动左图是垫片错齿调整法，薄片左图是垫片错齿调整法，薄片齿轮由平键和轴连接，互相不齿轮由平键和轴连接，互相不能相对回转。斜齿轮能相对回转。斜齿轮1和和2的齿的齿形拼装在一起加工。装配时，形拼装在一起加工。装配时，将垫片厚度增加或减少将垫片厚度增加或减少t，然后再用螺母拧紧。这时两齿然后再用螺母拧紧。这时两齿轮的螺旋线就产生了错位，其轮的螺旋线就产生了错位，其左右两齿面分别与宽齿轮的齿左右两齿面分别与宽齿轮的齿面贴紧，从而消除了间隙。面贴紧，从而消除了间隙。垫片错齿调整法垫片错齿调整法u斜齿轮传动斜齿轮传动

13、右图是轴向压簧错齿调整法，右图是轴向压簧错齿调整法，其特点是齿侧隙可以自动补其特点是齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，结构偿，但轴向尺寸较大，结构不紧凑。不紧凑。轴向压簧错齿调整法轴向压簧错齿调整法2.2 2.2 机械传动机构机械传动机构2.2.2 2.2.2 带传动带传动u普通带传动普通带传动优点优点:运行平稳无噪声运行平稳无噪声;过载时将引过载时将引起带在带轮上打滑，因而可防止其他零起带在带轮上打滑，因而可防止其他零件损坏件损坏;制造和安装精度不像啮合传制造和安装精度不像啮合传动那样严格动那样严格;可增加带长以适应中心可增加带长以适应中心距较大的工作条件距较大的工作条件(可达可达15m)

14、。缺点缺点:带与带轮的弹性滑动使传动比带与带轮的弹性滑动使传动比不准确，效率较低，寿命较短不准确，效率较低，寿命较短;传递传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上的压力都比啮合传动大压力都比啮合传动大;不宜用于高温、不宜用于高温、易燃等场合。易燃等场合。2.2.2 2.2.2 带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置(1)定期张紧装置定期张紧装置:调节中心距使带重新张紧。调节中心距使带重新张紧。 (a)移动式移动式 (b)摆动式摆动式1-滑轨滑轨;a-螺母螺母;3-调节螺钊调节螺钊 (2)自动张紧装置自动张紧装置:常用于中小功率的传动。下图所示是将装常用于中小功

15、率的传动。下图所示是将装有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，有带轮的电动机安装在摆架上，而利用电动机和摆架的重量，自动保持张紧力。自动保持张紧力。2.2.2 2.2.2 带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置 (3)使用张紧轮的张紧装置使用张紧轮的张紧装置:当中心距不能调节时，可使用张当中心距不能调节时，可使用张紧轮把带张紧，如图所示。张紧轮一般应安装在松边内侧，紧轮把带张紧，如图所示。张紧轮一般应安装在松边内侧，使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失使带只受单向弯曲，以减少寿命的损失;同时张紧轮还应尽量同时张紧轮还应尽量靠近大带轮，以减少对包角的影响。张紧轮的使用会降低带靠

16、近大带轮，以减少对包角的影响。张紧轮的使用会降低带轮的传动能力，在设计时应适当考虑。轮的传动能力，在设计时应适当考虑。2.2.2 2.2.2 带传动带传动l带传动张紧装置带传动张紧装置2.2.2 2.2.2 带传动带传动同步带传动是一种啮合型带传动，兼有带传同步带传动是一种啮合型带传动，兼有带传动和齿轮传动的特点。同步带传动工作时无动和齿轮传动的特点。同步带传动工作时无相对滑动，能保证准确的传动比。传动功率相对滑动，能保证准确的传动比。传动功率较大较大( (数百千瓦数百千瓦) )、传动效率高、传动效率高( (达达0.98)0.98)，传，传动比较大动比较大(i12(i2m/s，缺点缺点：若加工

17、安装精度差，：若加工安装精度差，传动噪音大，磨损大。传动噪音大，磨损大。典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，典型用途：大版面钢板、玻璃数控切割机，建筑施工升降机可达建筑施工升降机可达30层楼高。层楼高。u特点：特点：2.2.3 2.2.3 齿轮齿条传动机构齿轮齿条传动机构1.双片薄齿轮错齿调整法：双片薄齿轮错齿调整法：适用于小传动负载。适用于小传动负载。2.双齿轮调整法：双齿轮调整法：适用于大传动负载。适用于大传动负载。如图所示，小齿轮如图所示，小齿轮1, 6分别与齿条分别与齿条7啮合，啮合，与小齿轮与小齿轮1, 6同轴的大齿轮同轴的大齿轮2, 5分别与齿轮分别与齿轮3啮合，通过预载装置啮合

18、，通过预载装置4向齿轮向齿轮3上预加上预加负载，使大齿轮负载，使大齿轮2, 5同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮同时向两个相反方向转动，从而带动小齿轮1, 6转动，其齿便转动，其齿便分别紧贴在齿条分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。上齿槽的左、右侧，消除了齿侧间隙。u消除齿隙方法：消除齿隙方法：1、6-小齿轮小齿轮;2、5-大齿轮大齿轮;3-齿轮齿轮;4-预载装置预载装置;7-齿条齿条2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动（b）压力机压力机螺旋传动的功用：螺旋传动的功用：利用螺杆和螺母实现传递运动和动力。利用螺杆和螺母实现传递运动和动

19、力。FNTFNT它既能将回转运动转变为直线运动，又能将直线运动转变为它既能将回转运动转变为直线运动，又能将直线运动转变为 回转运动。回转运动。（a）千斤顶千斤顶（c）进给机构进给机构Fu 丝杠螺母机构的分类丝杠螺母机构的分类1 1）按功能分）按功能分）按功能分）按功能分a) a) 传递力传递力传递力传递力/能量为主（传力螺旋）能量为主（传力螺旋）能量为主（传力螺旋）能量为主（传力螺旋）千斤顶千斤顶千斤顶千斤顶压力机压力机压力机压力机2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动特点特点特点特点：低速、间歇低速、间歇低速、间歇低速、间歇工作，传递工作，传递工作，传递工作，传递轴向力大、轴向力大、轴向力

20、大、轴向力大、能自锁。能自锁。能自锁。能自锁。b) b) 传递运动为主（传动螺旋）传递运动为主（传动螺旋）传递运动为主（传动螺旋）传递运动为主（传动螺旋）机床工作台的进给丝杠机床工作台的进给丝杠机床工作台的进给丝杠机床工作台的进给丝杠特点特点特点特点： 速度高、连续工作、精度高。速度高、连续工作、精度高。速度高、连续工作、精度高。速度高、连续工作、精度高。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动c) c) 调整位置（调整螺旋）调整位置（调整螺旋）调整位置（调整螺旋）调整位置（调整螺旋）特点特点特点特点：受力较小且不经常转动：受力较小且不经常转动：受力较小且不经常转动：受力较小且不经常转动 。虎

21、钳虎钳虎钳虎钳微调螺旋微调螺旋微调螺旋微调螺旋2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动2 2）按摩擦方式分）按摩擦方式分）按摩擦方式分）按摩擦方式分滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构：优点：优点：优点：优点：a) a) a) a) 结构简单结构简单结构简单结构简单b) b) b) b) 加工方便加工方便加工方便加工方便c) c) c) c) 成本低成本低成本低成本低d)d)d)d)具有自锁功能具有自锁功能具有自锁功能具有自锁功能缺点：缺点：缺点：缺点：a) a) a) a) 摩擦阻力较大摩擦阻力较大摩擦阻力较大摩擦阻力较大b)b)b)b)传动效率低传动效率低传动效

22、率低传动效率低(30%40%)(30%40%)(30%40%)(30%40%)u 丝杠螺母机构的分类丝杠螺母机构的分类2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动（a）滑动螺旋）滑动螺旋滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构：优点：优点：优点：优点：a) a) a) a) 传动效率高（传动效率高（传动效率高（传动效率高（92%98%92%98%92%98%92%98%）b) b) b) b) 摩擦阻力小摩擦阻力小摩擦阻力小摩擦阻力小c) c) c) c) 传动精度高传动精度高传动精度高传动精度高缺点：缺点：缺点：缺点：a) a) a) a) 结构复杂结构复杂结构复杂结构复

23、杂b)b)b)b)成本高成本高成本高成本高c)c)c)c)无自锁功能无自锁功能无自锁功能无自锁功能2 2）按摩擦方式分）按摩擦方式分）按摩擦方式分）按摩擦方式分u 丝杠螺母机构的分类丝杠螺母机构的分类2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动（b）滚动螺旋）滚动螺旋2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u滑动螺旋传动的形式与应用滑动螺旋传动的形式与应用三大类：三大类：1.其中一个固定不动，另一个其中一个固定不动，另一个即即作回转运动，作回转运动，又又作直线移动。作直线移动。2.（两个件都动）；其中（两个件都动）；其中一个一个作作回转运动，回转运动，另一个另一个作直线移动。作直线移动。3.差动螺

24、旋传动。差动螺旋传动。（1）、螺母固定不动，螺杆既回转又作直线移动例如：台虎钳例如：台虎钳（2）、螺杆固定不动、螺母既回转又作直线运动 螺纹千斤顶螺纹千斤顶（3）、螺杆（一个）回转，螺母（另一个）作直线运动2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u滑动螺旋传动的形式与应用滑动螺旋传动的形式与应用1、2-螺母螺母;3-螺杆螺杆差动螺旋传动；差动螺旋传动；由两个螺旋副组成的使由两个螺旋副组成的使活动螺母与螺杆产生差动的螺旋传动活动螺母与螺杆产生差动的螺旋传动。说明：说明：组合螺杆由两段螺距或旋向不同的螺杆组合为一体，组合螺杆由两段螺距或旋向不同的螺杆组合为一体，分别与活动螺母和固定螺母配合，组成两

25、组螺旋副。当螺杆分别与活动螺母和固定螺母配合，组成两组螺旋副。当螺杆回转时，螺杆相对于固定螺母、活动螺母相对于螺杆均有直回转时，螺杆相对于固定螺母、活动螺母相对于螺杆均有直线运动，最终体现为活动螺母的运动，形成一种差动关系。线运动，最终体现为活动螺母的运动，形成一种差动关系。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点11）螺母固定，丝杠转动并移动螺母固定，丝杠转动并移动螺母固定，丝杠转动并移动螺母固定，丝杠转动并移动： 特点特点特点特点：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附加轴向：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可

26、消除附加轴向：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附加轴向：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附加轴向窜动，刚性较差。窜动，刚性较差。窜动，刚性较差。窜动，刚性较差。2 2）丝杠转动，螺母移动丝杠转动，螺母移动丝杠转动，螺母移动丝杠转动，螺母移动： 特点特点特点特点：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转动，故需导向装置。动，故需导向装置。动，故需导向装置。动，故需导向装置。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点例：普通机床丝杠螺母传动的类型

27、和特点3 3）螺母转动，丝杠移动螺母转动，丝杠移动螺母转动，丝杠移动螺母转动，丝杠移动： 特点特点特点特点：结构复杂，占用空间大，传动时需限制：结构复杂，占用空间大，传动时需限制：结构复杂，占用空间大，传动时需限制：结构复杂，占用空间大，传动时需限制螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。螺母移动和丝杠转动。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点4 4）丝杠固定，螺母转动并移动丝杠固定，螺母转动并移动丝杠固定，螺母转动并移动丝杠固定，螺母转动并移动： 特点特点特点特点：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，

28、但使：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，应用较少。用不方便，应用较少。用不方便，应用较少。用不方便，应用较少。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点例：普通机床丝杠螺母传动的类型和特点2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u螺旋副零件与滑板连接结构的确定螺旋副零件与滑板连接结构的确定。1.刚性连接结构。刚性连接结构。2.弹性连接结构。弹性连接结构。1-转动手轮转动手轮;2-丝杠丝杠;3-活动螺母活动螺母;4-弹簧弹簧;5-支承钢珠支承钢珠;6-端盖端盖;7-片簧片簧;8-

29、工作台工作台2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u螺旋副零件与滑板连接结构的确定螺旋副零件与滑板连接结构的确定。3.活动连接结构。活动连接结构。1-滑板滑板;2-螺杆螺杆;3-中间杆中间杆 u影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施。影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施。螺纹参数误差螺纹参数误差螺杆轴向窜动误差螺杆轴向窜动误差偏斜误差偏斜误差温度误差温度误差2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动u消除螺旋传动消除螺旋传动空回空回的方法。的方法。 利用单向作用力利用单向作用力利用调整螺母利用调整螺母利用塑料螺母利用塑料螺母径向调整法径向调整法轴向调整法轴向调整法开槽螺母结构开槽螺母

30、结构卡簧式螺母结构卡簧式螺母结构对开螺母结构对开螺母结构紧定螺钉螺母结构紧定螺钉螺母结构当螺旋机构中存在间隙，若螺杆当螺旋机构中存在间隙，若螺杆的转动方向改变，螺母不能立即的转动方向改变，螺母不能立即产生反向运动，只有螺杆转动某产生反向运动，只有螺杆转动某一角度后才能使螺母开始反向运一角度后才能使螺母开始反向运动的现象。动的现象。 滑动丝杠螺母传动存在滑动丝杠螺母传动存在如下问题如下问题：l 接触面间存在着较大的滑动摩擦阻力接触面间存在着较大的滑动摩擦阻力l 传动效率低传动效率低l 磨损快磨损快l 精度不高精度不高l 使用寿命短使用寿命短 已不能适应机电一体化设备在高速度、高效率、已不能适应机

31、电一体化设备在高速度、高效率、已不能适应机电一体化设备在高速度、高效率、已不能适应机电一体化设备在高速度、高效率、高精度等方面的要求。高精度等方面的要求。高精度等方面的要求。高精度等方面的要求。2.2.4 2.2.4 螺旋传动螺旋传动 滚珠丝杠螺母传动则是为了适应机电一体滚珠丝杠螺母传动则是为了适应机电一体滚珠丝杠螺母传动则是为了适应机电一体滚珠丝杠螺母传动则是为了适应机电一体化机械系统的要求而发展起来的一种新型传动化机械系统的要求而发展起来的一种新型传动化机械系统的要求而发展起来的一种新型传动化机械系统的要求而发展起来的一种新型传动机构。机构。机构。机构。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺

32、母副机构滚珠丝杠螺母副机构 在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚在螺杆和螺母制建设有封闭循环的滚道，在滚道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，道间填充钢珠，使螺旋副的滑动摩擦变为滚动摩擦，提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠提高传动效率，这种传动称为螺旋传动，又称为滚珠丝杠副。丝杠副。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构（1 1） 滚珠丝杠螺母的工作原理滚珠丝杠螺母的工作原理滚珠丝杠副的结构原理图滚珠丝杠副的结构原理图滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚动体和滚动体循滚珠丝杠副由丝杠、螺母、滚动

33、体和滚动体循环装置组成。环装置组成。 工作时，螺母工作时，螺母4 4与需作直线往复运动的零部件相与需作直线往复运动的零部件相连，丝杠连，丝杠1 1旋转带动螺母旋转带动螺母4 4作直线往复运动，从而带作直线往复运动，从而带动零部件作直线往复运动。动零部件作直线往复运动。 在丝杠在丝杠1 1、螺母、螺母4 4和端盖和端盖2 2（滚珠循环装置）上都（滚珠循环装置）上都制有螺旋槽，由这些槽对合起来形成滚珠循环通道，制有螺旋槽，由这些槽对合起来形成滚珠循环通道，滚珠滚珠3 3在此通道内循环滚动。为了防止滚珠在此通道内循环滚动。为了防止滚珠3 3从螺母从螺母中掉出，螺母螺旋槽的两端应封住。中掉出，螺母螺旋

34、槽的两端应封住。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构（1 1） 滚珠丝杠螺母的工作原理滚珠丝杠螺母的工作原理u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构（2 2） 滚珠丝杠螺母的特点滚珠丝杠螺母的特点 滚珠丝杠副的特点如下。滚珠丝杠副的特点如下。 传动效率高。传动效率高。 给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时给予适当预紧，可消除丝杠和螺母的螺纹间隙，反向时就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好就可以消除空行程死区，定位精度高，刚度好 运动平稳，无爬行现象，传动精度高运动平稳，无爬行现象，传动精度高 运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直

35、线运动，也运动具有可逆性，可以从旋转运动转换为直线运动，也可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为可以从直线运动转换为旋转运动，即丝杠和螺母都可以作为主动件。主动件。 磨损小，使用寿命长磨损小，使用寿命长 制造工艺复杂。滚珠丝制造工艺复杂。滚珠丝 杠和螺母等元件的加工精度要求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。高，表面粗糙度也要求高，故制造成本高。 不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，不能自锁。特别是对于垂直丝杠，由于自重惯力的作用，下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动下降时当传动切断后，不能立刻停止运动，故常需添加制动装

36、置。装置。1 1）按用途）按用途）按用途）按用途a) a) 定位定位滚珠丝杠滚珠丝杠 通过通过旋转角度旋转角度和导程控和导程控制轴向位制轴向位移量。移量。 称为称为 P P类类 滚珠滚珠丝杠。丝杠。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构b) b) 传动传动滚珠丝杠滚珠丝杠 用于用于传动动力传动动力的滚珠丝的滚珠丝杠杠。 称为称为 T T类类 滚珠滚珠丝杠丝杠。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构2 2）按螺纹滚道法向截形）按螺纹滚道法向截形）按螺纹滚道法向截形）按螺纹滚道法向截形 螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于螺纹滚道法向截形是指通过

37、滚珠中心且垂直于螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。 常用的截形有两种，常用的截形有两种，常用的截形有两种，常用的截形有两种，常用的截形有两种，常用的截形有两种，单圆弧形单圆弧形单圆弧形单圆弧形单圆弧形单圆弧形和和和和和和双圆弧形双圆弧形双圆弧形双

38、圆弧形双圆弧形双圆弧形。 滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角中心的螺杆直径线间的夹角中心的螺杆直径线间的夹角中心的螺杆直径线间的夹角中心的螺杆直径线间的夹角中心的螺杆直径线间的夹角叫接触角。理想接触叫接触角。理想接触叫接触角。理想接触叫接触角。理想接触叫接触角。理想接触叫接触角。理想接触角角角角角角4545454545450 00 00 0。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动

39、滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构a) a) 单单圆弧形圆弧形 螺纹滚道法向截形螺纹滚道法向截形为为单圆弧形单圆弧形。 特点特点：成型比较简：成型比较简单，易于得到较高的精单，易于得到较高的精度。但接触角转动中不度。但接触角转动中不断变化，因此，效率、断变化，因此，效率、承载能力和轴向刚度均承载能力和轴向刚度均不够稳定。一般在轻载不够稳定。一般在轻载条件下工作。条件下工作。单圆弧形单圆弧形单圆弧形单圆弧形u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构b) b) 双双圆弧形圆弧形 螺纹滚道法向截形为螺纹滚道法向截形为双圆弧形双圆弧形。 特点特点：接触角在工作：接触角在工作过程中

40、基本保持不变，效过程中基本保持不变，效率、承载能力和轴向刚度率、承载能力和轴向刚度稳定，磨损较小，传递精稳定，磨损较小，传递精度高。但双圆弧形砂轮修度高。但双圆弧形砂轮修整、加工、检验比较困难。整、加工、检验比较困难。双圆弧形双圆弧形双圆弧形双圆弧形u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构3 3）按滚珠循环方式）按滚珠循环方式）按滚珠循环方式）按滚珠循环方式 按滚珠在整个循环过程中与螺杆表面的按滚珠在整个循环过程中与螺杆表面的接触接触情况情况，滚珠的循环方式可分为，滚珠的循环方式可分为内循环内循环和和外循环外循环两两类。类。 滚珠在循环过程中始终与螺杆滚珠在循环过程中始终

41、与螺杆保持接触保持接触的循的循环叫内循环。环叫内循环。 滚珠在返回时与螺杆滚珠在返回时与螺杆脱离接触脱离接触的循环称为外的循环称为外循环。循环。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 内循环的工作圈内循环的工作圈数是一列只有一圈，数是一列只有一圈，因而回路短，滚珠少，因而回路短，滚珠少，滚珠的流畅性好，效滚珠的流畅性好，效率高。此外，它的径率高。此外，它的径向尺寸小，零件少，向尺寸小，零件少，装配简单。装配简单。 内循环的缺点是内循环的缺点是反向器的回珠槽具有反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复空间曲面，加工较复杂。杂。a) a) 内循环内循环u滚动螺旋传动滚动螺旋传动

42、滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 按结构的不同，外循环可分为：按结构的不同，外循环可分为：b) b) 外循环外循环螺旋槽式螺旋槽式螺旋槽式螺旋槽式插管式插管式插管式插管式端盖式端盖式端盖式端盖式u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 特点特点：结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺：结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺寸小。缺点是挡珠器刚度较差，容易磨损。寸小。缺点是挡珠器刚度较差，容易磨损。 螺旋槽式螺旋槽式螺旋槽式螺旋槽式u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 特点特点：结构简单，工艺性好，适于批量生产。：结构简单，工艺性好，适于批量生产。缺点

43、是弯管突出在螺母的外部，径向尺寸较大，若缺点是弯管突出在螺母的外部，径向尺寸较大，若用弯管端部作挡珠器，则耐磨性较差。用弯管端部作挡珠器，则耐磨性较差。 插管式插管式插管式插管式u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 特点特点：结构紧凑，工艺性好。缺点是滚珠通过：结构紧凑，工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。短槽时容易卡住。端盖式端盖式端盖式端盖式u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构4 4）按消除轴向间隙的调整预紧方法）按消除轴向间隙的调整预紧方法）按消除轴向间隙的调整预紧方法）按消除轴向间隙的调整预紧方法 滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传

44、动精度有要滚珠丝杠副除了对本身单一方向的传动精度有要求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传求外，对其轴向间隙也有严格要求，以保证其反向传动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚动精度。滚珠丝杠副的轴向间隙是承载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和。原有间隙的总和。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 通常采用通常采用双螺母预紧双螺母预紧或或单螺母单螺母的方法，把弹性变的方法，把弹性变形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可形控制在最小限度内，以减小或消除轴向间隙，并可

45、以提高滚珠丝杠副的刚度。以提高滚珠丝杠副的刚度。 常用的常用的双螺母预紧双螺母预紧调整方法有三种：调整方法有三种：垫片调垫片调隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式隙式、螺纹调隙式、齿差调隙式。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构垫片调隙式垫片调隙式垫片调隙式垫片调隙式 调整垫调整垫调整垫调整垫调整垫调整垫片片片片片片22 2的厚度的厚度的厚度的厚度的厚度的厚度 ，可使螺母，可使螺母，可使螺母，可使螺母，可使螺母，可使螺母11 1产生轴向产生轴向产生轴向产生轴向产生轴向产生轴向移动，以达移动，以达移动，以达移动，以达移动，以达移动，以达到消除轴向到消除轴向到消除轴向到消除轴向到

46、消除轴向到消除轴向间隙和预紧间隙和预紧间隙和预紧间隙和预紧间隙和预紧间隙和预紧的目的。的目的。的目的。的目的。的目的。的目的。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚根据垫片厚度不同分成两种形式，当垫片厚度较厚时即产生时即产生时即产生时即产生时即产生时即产生“ “预拉应力预拉应力预拉应力预拉应力预拉应力预拉应力” ”，而当垫片厚度较薄时即产生，而当垫片厚

47、度较薄时即产生，而当垫片厚度较薄时即产生，而当垫片厚度较薄时即产生，而当垫片厚度较薄时即产生，而当垫片厚度较薄时即产生“ “预压应力预压应力预压应力预压应力预压应力预压应力” ”以消除轴向间隙。以消除轴向间隙。以消除轴向间隙。以消除轴向间隙。以消除轴向间隙。以消除轴向间隙。 特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调特点：结构简单，可靠性高，刚性好。缺点是精确调整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。整比较困

48、难。故适用于一般精度的传动机构。整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。整比较困难。故适用于一般精度的传动机构。u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构螺纹调隙式螺纹调隙式螺纹调隙式螺纹调隙式 螺母螺母螺母螺母螺母螺母11 1的外端有凸的外端有凸的外端有凸的外端有凸的外端有凸的外端有凸缘，螺母缘，螺母缘，螺母缘，螺母缘，螺母缘，螺母33 3加工有螺加工有螺加工有螺加工有螺加工有螺加工有螺纹的外端伸出螺母座纹的外端伸出螺母座纹的外端伸出螺母座纹的外端伸出螺母座纹的外端伸出螺母座纹的外端伸出螺母座

49、外，以两个圆螺母外，以两个圆螺母外，以两个圆螺母外，以两个圆螺母外，以两个圆螺母外，以两个圆螺母22 2锁紧。旋转圆螺母即锁紧。旋转圆螺母即锁紧。旋转圆螺母即锁紧。旋转圆螺母即锁紧。旋转圆螺母即锁紧。旋转圆螺母即可调整轴向间隙和预可调整轴向间隙和预可调整轴向间隙和预可调整轴向间隙和预可调整轴向间隙和预可调整轴向间隙和预紧。紧。紧。紧。紧。紧。 特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便。缺点是不特点：结构紧凑，工作可靠，调整方便

50、。缺点是不很精确。很精确。很精确。很精确。很精确。很精确。 u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 (3)滚珠丝杠副的精度。滚珠丝杠副的精度。 滚珠丝杠副的精度等级为滚珠丝杠副的精度等级为1, 2, 3, 4 , 5、7, 10级精度，代号分别为级精度，代号分别为1, 2, 3, 4, 5, 7, 10。其中。其中1级为最高级为最高，依次逐级降低，依次逐级降低 (4)滚珠丝杠副的标注方法。滚珠丝杠副的标注方法。 滚珠丝杠副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征按下滚珠丝杠副的型号根据其结构、规格、精度和螺纹旋向等特征按下列格式编写列格式编写: 负荷滚珠总圈数为负荷

51、滚珠总圈数为1.5, 2, 2.5, 3, 3.5, 4, 4.5, 5圈，代号分别为圈，代号分别为1.5、2、2. 5、3、3. 5、4、4. 5、5。 螺旋旋向为左、右旋，只标左旋代号为螺旋旋向为左、右旋，只标左旋代号为LH，右旋不标。，右旋不标。 滚珠螺纹的代号用滚珠螺纹的代号用GQ表示，标注在公称直径前，如表示，标注在公称直径前，如GQ50 x 8-3u滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构 例：例：CTC63 x 10-3. 5-3. 5/2000 x 1600 表示为插管突出式外循环表示为插管突出式外循环(CT )，双，双螺母齿差预紧螺母齿差预紧(C)的滚珠丝

52、杠副，公称的滚珠丝杠副，公称直径直径63 mm，基本导程，基本导程10 mm，负荷滚，负荷滚珠总圈数珠总圈数3. 5圈，精度等级圈，精度等级3. 5级，螺级，螺纹旋向为右旋，丝杠全长为纹旋向为右旋，丝杠全长为2 000 mm ,螺纹长度为螺纹长度为1 600 mmu滚动螺旋传动滚动螺旋传动滚珠丝杠螺母副机构滚珠丝杠螺母副机构68 2.3 2.3 机械导向结构机械导向结构69 2.3 2.3 机械导向结构机械导向结构 机电系统的支承部件包括机电系统的支承部件包括导向支承导向支承部件部件、旋转支承部件和机座机架。、旋转支承部件和机座机架。作用：作用：支承和限制运动部件按给定的支承和限制运动部件按给

53、定的运动要求和规定的运动方向运动。运动要求和规定的运动方向运动。基本组成：基本组成：定导轨、动导轨、辅助导定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件以及工作介质轨、间隙调整元件以及工作介质/ /元元件等组成。件等组成。分类：（1）按运动轨迹分：）按运动轨迹分：直线和圆周运动导轨直线和圆周运动导轨（2）按运动性质分：）按运动性质分： 主运动导轨主运动导轨: :动导轨与支承导轨之间，相对运动导轨与支承导轨之间，相对运 动的速度较高。动的速度较高。进给运动导轨进给运动导轨:动导轨与支承导轨之间，相对动导轨与支承导轨之间，相对运动的速度较低。运动的速度较低。 移置导轨移置导轨：只用于调整部件之间的相对位置

54、，只用于调整部件之间的相对位置， 移置后固定，在加工时没有相对运动。移置后固定，在加工时没有相对运动。（3）按摩擦性质分：滑动导轨滑动导轨 滚动导轨：滚动导轨：在两导轨面间装有球、滚子或滚针等在两导轨面间装有球、滚子或滚针等滚动元件，具有滚动摩擦的性质，广泛地应用于滚动元件，具有滚动摩擦的性质，广泛地应用于进给运动导轨和旋转主运动导轨。进给运动导轨和旋转主运动导轨。 静压导轨静压导轨 ：油膜压强靠液压泵建立，油膜压强靠液压泵建立，两导轨面间有一层静压油膜，多用于两导轨面间有一层静压油膜，多用于进给运动导轨。进给运动导轨。 动压导轨：动压导轨：当导轨面间的相对滑动速度达当导轨面间的相对滑动速度达

55、到一定值后，液体的动压效应使导轨油腔处到一定值后，液体的动压效应使导轨油腔处出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成出现压力油楔，把两导轨面分开，从而形成液体摩擦。只能用于高速的场合，故仅用作液体摩擦。只能用于高速的场合，故仅用作主运动导轨。主运动导轨。 普通滑动导轨普通滑动导轨 流体介质导轨流体介质导轨 u三角形导轨：三角形导轨：磨损后，能自动补偿间隙，导向精度磨损后，能自动补偿间隙，导向精度随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载能力随其顶角的减小而提高，但顶角的减小使承载能力和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。和刚性下降；三角形导轨的制造工艺较复杂。u矩形导轨：矩形导轨：承载能力大，刚

56、性较高，形状规则，制承载能力大，刚性较高，形状规则，制造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，导向精度造和维修方便；但矩形导轨侧面有间隙，导向精度较低。较低。u燕尾形导轨：燕尾形导轨：高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠复高度尺寸小，结构紧凑，能承受颠复力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复杂。力矩；但燕尾形导轨磨擦阻力大，制造工艺复杂。u圆柱形导轨：圆柱形导轨：导向性好，刚性高；但其制造精度要导向性好，刚性高；但其制造精度要求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。求较高，磨损后，导轨间隙调整较困难。特点：特点：2.3.1 滑动摩擦导轨一、导轨的截面形状及其特点一、导轨的截面形状及其特点1、直线运动滑动导

57、轨截面形状：、直线运动滑动导轨截面形状：主要有主要有三角形、三角形、矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。矩形、燕尾形、圆柱形，都有凹凸之分。二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求1、导向精度高。导向精度高。导向精度是指运动件按给定方导向精度是指运动件按给定方向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨向作直线运动的准确程度，它主要取决于导轨本身的几何精度及导轨配合间隙。本身的几何精度及导轨配合间隙。u导轨在竖直平面导轨在竖直平面 内的直线度内的直线度 。u导轨在水平平面导轨在水平平面 内的直线度内的直线度 。u两导轨面间的两导轨面间的 平行度。平行度。 因此，在设计或选用导轨副时，重点考虑因此，在设

58、计或选用导轨副时，重点考虑影响导向精度的主要因素有：影响导向精度的主要因素有：u 导轨结构类型。导轨结构类型。u 导向精度（直线度）和接触精度（平导向精度（直线度）和接触精度（平面度和接触面积）。面度和接触面积）。u 导轨运动配合精度（间隙）。导轨运动配合精度（间隙）。u 油膜厚度和油膜刚度。油膜厚度和油膜刚度。u 导轨和机架的结构刚度和接触刚度。导轨和机架的结构刚度和接触刚度。u 导轨和机架的热变形（热敏感性）。导轨和机架的热变形（热敏感性）。u 装配质量以及液体动压和静压导轨的装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。油膜厚度、油膜刚度等。二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求2

59、、运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。运动轻便、平稳、低速时无爬行现象。u消除爬行现象的主要措施：消除爬行现象的主要措施：（1）减少动、静摩擦系数的之差和改变动摩擦系数减少动、静摩擦系数的之差和改变动摩擦系数随速度变化的特性。随速度变化的特性。用滚动摩擦代替滑动摩擦；用滚动摩擦代替滑动摩擦；采用卸荷导轨和静压导轨；采用卸荷导轨和静压导轨；采用减摩材料；采用减摩材料；采用导轨油。采用导轨油。（2）提高传动机构的刚度。提高传动机构的刚度。u影响影响精度保持性的主要精度保持性的主要因素因素是是磨损磨损。 u必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小导轨的磨损必须提高导轨的耐磨性，尽可能减小导轨的磨损的不均匀程度

60、（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损的不均匀程度（沿导轨全长的均匀和不均匀磨损都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调都会影响其精度），并使磨损后能自动补偿或调整。整。 u影响因素：影响因素：导轨的材料、热处理、加工的工艺方导轨的材料、热处理、加工的工艺方法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、润滑法、磨擦性质及受力情况（即导轨的比压、润滑和防护）等有关。和防护）等有关。二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求3、耐磨性好。耐磨性好。u在在可可能能的的情情况况下下，应应尽尽量量使使导导轨轨结结构构简简单单，便于制造和维护。便于制造和维护。u对于刮研导轨，应尽量减少刮研量。对于刮研导轨，应尽量减少刮研量。

61、u对于镶装导轨，应做到更换容易。对于镶装导轨，应做到更换容易。二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求4、结构简单、工艺性好结构简单、工艺性好。5、足够的、足够的 刚度。刚度。 导轨的刚度（要求）导轨的刚度（要求）：导轨抵抗外载荷的能力，导轨抵抗外载荷的能力，从而不影响导向部件的导向精度（运动精度）。从而不影响导向部件的导向精度（运动精度）。通常分为：静刚度通常分为：静刚度 抵抗抵抗恒定载荷恒定载荷的能力。的能力。 动刚度动刚度 抵抗抵抗交变载荷交变载荷的能力。的能力。 每一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、局部每一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、局部刚度。刚度。 在一般情况下，为减轻或平衡外力

62、的影响，可采在一般情况下，为减轻或平衡外力的影响，可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法提高刚度。用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法提高刚度。二、导轨的基本要求二、导轨的基本要求6、对温度变化的不敏感性。、对温度变化的不敏感性。三、常见导轨副组合与间隙调整、特点三、常见导轨副组合与间隙调整、特点(1)圆柱面导轨。圆柱面导轨。优点：优点：导轨面的加工和检验导轨面的加工和检验比较简单，比较简单，易于达到较高的精度易于达到较高的精度;缺点：缺点：对温度变化比较敏感，对温度变化比较敏感，间隙不能调整。间隙不能调整。1-螺母螺母;2-螺钉螺钉;3-支臂支臂; 4-垫块垫块;5-立柱立柱最简单的防转结构是

63、在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起最简单的防转结构是在运动件和承导件的接触表面上作出平面、凸起或凹槽。图或凹槽。图2-30 ( a),(b)、(c)是这种防转结构的几个例子。利用辅助导是这种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好地限制运动件的转动向面可以更好地限制运动件的转动图图2-30 (d),适当增大辅助导向面与适当增大辅助导向面与基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。基本导向面之间的距离，可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨当辅助导向面也为圆柱面时，即构成双圆柱面导轨图图2-30 (e)，它既，它既能保证较高

64、的导向精度，又能保证较大的承载能力。能保证较高的导向精度，又能保证较大的承载能力。 （2）棱柱面导轨棱柱面导轨 特点：特点：两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直和水两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精度保持性平方向下磨损，接触刚度好，导向和精度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。主要用于高精高，但工艺性差，热敏感性较大。主要用于高精机床。机床。 1）双三角形导轨双三角形导轨（2）棱柱面导轨棱柱面导轨 特点：特点：导向精度高、承载能力大的优点，避免导向精度高、承载能力大的优点，避免了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺了由于热变形所引起的配合状况的变化，且工艺性比双

65、三角形导轨大为改善，因而应用很广。缺性比双三角形导轨大为改善，因而应用很广。缺点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整点是两条导轨磨损不均匀，磨损后不能自动调整间隙。间隙。2）三角形三角形-平面导轨平面导轨（2）棱柱面导轨棱柱面导轨 特点：特点：承载能力和刚度较大。优点是结构简单，承载能力和刚度较大。优点是结构简单，制造、检验、修理较易。缺点是磨损后不能自动制造、检验、修理较易。缺点是磨损后不能自动补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。补偿间隙，导向精度不如三角形导轨。 3）矩形矩形导轨导轨（2）棱柱面导轨棱柱面导轨 特点：特点：优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺点优点是结构紧凑、调整间隙方便。缺

66、点是几何形状比较复杂，难以达到很高的配合精度，是几何形状比较复杂，难以达到很高的配合精度，并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差。并且导轨中的摩擦力较大，运动灵活性较差。4 4）燕尾燕尾导轨导轨1、2-零件零件;3-垫片垫片四、导轨间隙的调整四、导轨间隙的调整u导轨接合面之间都存在间隙。导轨接合面之间都存在间隙。间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过小，增加运动阻力，加速导轨磨损间隙过大，降低导向精度，容易产生振动间隙过大，降低导向精度，容易产生振动u调整方法：采用调整方法：采用镶条和压板。镶条和压板。1. 采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法，以获得合适

67、的间隙。法，以获得合适的间隙。2镶条 u镶条用来镶条用来调整调整矩形导轨和燕尾形导轨的矩形导轨和燕尾形导轨的侧隙侧隙，以保证导轨面的正常接触。以保证导轨面的正常接触。u常用的有常用的有平镶条和斜镶条平镶条和斜镶条。u放在导轨受力较小的一侧放在导轨受力较小的一侧 。（1）平镶条）平镶条 （2）斜镶条 u斜镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，斜镶条的两个面分别与动导轨和支承导轨均匀接触，所以比平镶条刚度高。所以比平镶条刚度高。u斜镶条的斜度为斜镶条的斜度为1 1001 40，镶条越长斜度应越小，镶条越长斜度应越小，以免两端厚度相差太大。以免两端厚度相差太大。五、提高导轨耐磨性的措施五、提高

68、导轨耐磨性的措施u (1)合理选择导轨的材料及热处理。合理选择导轨的材料及热处理。导轨的材料：导轨的材料：铸铁、钢、有色金属、塑料铸铁、钢、有色金属、塑料等。等。对导轨材料的主要要求：对导轨材料的主要要求：耐磨性高、工艺性耐磨性高、工艺性好、成本低好、成本低等。等。 （一）铸铁（一）铸铁1、特点：、特点：成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和成本低，有良好的减振性和耐磨性，易于铸造和切削加工。切削加工。 2、材料：、材料：u灰铸铁灰铸铁HT200。u孕育铸铁孕育铸铁HT300。 u耐磨铸铁耐磨铸铁 加入合金元素，如高磷铸铁、磷铜钛铸铁、钒钛铸铁，耐磨性比孕育铸铁高一倍，力学性能好，成本高，

69、多用于精密机床3、铸铁导轨的淬火：、铸铁导轨的淬火：感应淬火和火焰淬火感应淬火和火焰淬火 。 目的：目的：提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。提高导轨表面的硬度，提高耐磨性。 （二）钢（二）钢1、应用：、应用：镶钢支承导轨。镶钢支承导轨。2、特点：、特点：可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复杂、可大幅度地提高导轨的耐磨性。工艺复杂、加工较困难、成本也较高。加工较困难、成本也较高。3、常用材料：、常用材料：45或或40Cr，整体淬硬，整体淬硬， HRC48。 20Cr，渗碳淬硬，渗碳淬硬， HRC60。 （三）有色金属（三）有色金属1、应用：、应用：用有色金属板材用有色金属板材镶装导轨在动导轨上镶装导

70、轨在动导轨上，与铸铁的支承导轨相搭配。与铸铁的支承导轨相搭配。2、特点：、特点：耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动耐磨性较高，可以防止撕伤和保证运动的平稳性和提高移动精度。的平稳性和提高移动精度。3、材料：、材料：锡青铜锡青铜ZQSn6ZQSn66 63 3、铝青铜、铝青铜ZQAl9-4ZQAl9-4、（黄铜（黄铜H62H62、H68H68）。）。（四）塑料（四）塑料1、应用：、应用：在在动导轨上镶装塑料软带动导轨上镶装塑料软带。与淬硬。与淬硬的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨的铸铁支承导轨和镶钢支承导轨组成导轨副。副。 2、特点：、特点：摩擦系数低、耐磨性高、抗撕伤能摩擦系数低、耐磨性高、

71、抗撕伤能力强、低速时不易出现爬行、加工性和化力强、低速时不易出现爬行、加工性和化学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。学稳定性好、工艺简单、成本低等优点。3、材料：、材料：（1）塑料软带：氟塑料导轨软带）塑料软带：氟塑料导轨软带五、提高导轨耐磨性的措施五、提高导轨耐磨性的措施u (2)减小导轨面压强。减小导轨面压强。静压卸载导轨静压卸载导轨五、提高导轨耐磨性的措施五、提高导轨耐磨性的措施u (2)减小导轨面压强。减小导轨面压强。水银卸载导轨水银卸载导轨1-浮子浮子;2-水银槽水银槽五、提高导轨耐磨性的措施五、提高导轨耐磨性的措施u (2)减小导轨面压强。减小导轨面压强。机械卸载导轨机械卸载导轨五

72、、提高导轨耐磨性的措施五、提高导轨耐磨性的措施u (3)保证导轨良好的润滑。保证导轨良好的润滑。u(4)提高导轨的精度。提高导轨的精度。2.3.2 滚动摩擦导轨滚动摩擦导轨型式型式运动件和承导件之间放置滚动体（滚珠、滚柱、滚动轴承等）特点特点摩擦系数小、运动灵便，不易出现爬行现象；定位精度高；磨损较小，寿命长，润滑方便；结构较为复杂，加工较困难，成本较高；对脏物及导轨面的误差比较敏感。 1.滚珠导轨滚珠导轨滚珠导轨有两种典型结构形式。滚珠导轨有两种典型结构形式。2.3.2 滚动摩擦导轨滚动摩擦导轨1-隔离架隔离架;2-限动销限动销滚珠循环式滚动导轨的结构简图滚珠循环式滚动导轨的结构简图1-运动

73、件运动件;2-滚珠滚珠;3-承泞件承泞件;4-返回器返回器;5-工作滚道工作滚道;6-返回滚道返回滚道2.3.2 滚动摩擦导轨滚动摩擦导轨 2.滚柱导轨和滚动轴承导轨滚柱导轨和滚动轴承导轨 为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承导轨。这类导轨的结构尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。导轨。这类导轨的结构尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。 (1)交叉滚柱交叉滚柱V一平导轨。一平导轨。特点：不用保持架，可增加滚动体数目，提高导轨刚度。特点：不用保持架，可增加滚动体数目，提高导轨刚度。2.3.2 滚动摩擦导轨滚动摩擦

74、导轨 2.滚柱导轨和滚动轴承导轨滚柱导轨和滚动轴承导轨 为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承为了提高滚动导轨的承载能力和刚度，可采用滚柱导轨或滚动轴承导轨。这类导轨的结构尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。导轨。这类导轨的结构尺寸较大，常用在比较大型的精密机械上。(2)V一平滚柱导轨。一平滚柱导轨。特点：加工比较容易特点：加工比较容易104 2.4 2.4 机械的支承结构机械的支承结构床腿床腿床腿床腿床身床身4支支承承机机械械系系统统其其它它各各部部件件，承承受受切切削削力力、重重力力、惯惯性力、摩擦力等静态力和动态力。性力、摩擦力等静态力和动态力。4保证各部件之间的相

75、对位置精度和运动部件的相对保证各部件之间的相对位置精度和运动部件的相对运动轨迹的准确关系。运动轨迹的准确关系。4内部空间可存放冷却液、润滑液、液压油的油箱、内部空间可存放冷却液、润滑液、液压油的油箱、电动机。电动机。一、支承系统的功用一、支承系统的功用支承件支承件床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、床身、立柱、横梁、摇臂、底座、刀架、工作台、箱体和升降台等尺寸及重量较大工作台、箱体和升降台等尺寸及重量较大的零件的零件 大件大件 2.4 2.4 机械的支承结构机械的支承结构二、支承件的类型二、支承件的类型卧式机座卧式机座立式机座立式机座门式机座门式机座环式机座环式机座二、支承件的类型二、支承件的

76、类型箱体箱体盖及外罩盖及外罩框架式机架框架式机架珩架式机架珩架式机架台式机架台式机架基座及基板基座及基板v梁类梁类一个方向的尺寸比另外两个方向的尺寸大得多的零一个方向的尺寸比另外两个方向的尺寸大得多的零件。如机床的床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。件。如机床的床身、立柱、横梁、摇臂、滑枕等。v板类板类工作台、刀架等。工作台、刀架等。一个方向的尺寸比另外两个方向一个方向的尺寸比另外两个方向的尺寸小得多的零件。如机床的底座的尺寸小得多的零件。如机床的底座v箱类箱类三个方向的尺寸大致一样的零件。如机床的箱体、三个方向的尺寸大致一样的零件。如机床的箱体、升降台等。升降台等。v框架类框架类如支架、桥架、桁

77、架等。如支架、桥架、桁架等。二、支承件的类型二、支承件的类型铸造件铸造件：吸振能力强，刚度高，吸振能力强，刚度高，价格低。价格低。焊接件焊接件：用钢板、槽钢、工字钢。用钢板、槽钢、工字钢。单件小批，生产周期短。单件小批，生产周期短。二、支承件的类型二、支承件的类型. .足够的刚度足够的刚度v支承件在静载荷作用下抵抗变形的能力称为支承件的支承件在静载荷作用下抵抗变形的能力称为支承件的静刚度。静刚度。v要求支承件的额定载荷作用下，变形不超过允许值。要求支承件的额定载荷作用下，变形不超过允许值。v支承件应具有较大的刚度支承件应具有较大的刚度质量比。质量比。. .足够的抗振性足够的抗振性v包括较大的动

78、刚度和阻尼；包括较大的动刚度和阻尼；v与其它部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与与其它部件相配合，使整机的各阶固有频率不致与激振频率重合而产生共振；激振频率重合而产生共振；v不会发生薄壁振动而产生噪声等。不会发生薄壁振动而产生噪声等。三、支承件的基本要求三、支承件的基本要求. .较小的热变形较小的热变形v由于动力系统发热、摩擦热、切削热、环境温度变化等使支由于动力系统发热、摩擦热、切削热、环境温度变化等使支承件产生不均匀热变形和热应力。承件产生不均匀热变形和热应力。v热变形和内应力都将破坏部件间的相互位置关系，降低机械热变形和内应力都将破坏部件间的相互位置关系，降低机械系统的工作精度。系统的

79、工作精度。. .小的内应力小的内应力v支承件在铸造、焊接和粗加工过程中，材料内部形成内应力；支承件在铸造、焊接和粗加工过程中，材料内部形成内应力；v使用中内应力会重新分布和逐渐消失，引起支承件变形；使用中内应力会重新分布和逐渐消失，引起支承件变形；v结构上要保证内应力最小，时效处理。结构上要保证内应力最小，时效处理。. .其他其他应考虑吊运安全，液压、电器布置合理、便于加工和应考虑吊运安全，液压、电器布置合理、便于加工和装配。机床支承件还要考虑便于冷却液、润滑液的回装配。机床支承件还要考虑便于冷却液、润滑液的回收、排屑方便。收、排屑方便。三、支承件的基本要求三、支承件的基本要求常用材料常用材料

80、u铸铁：铸铁：材料价格便宜、阻尼大抗振性好、容易获材料价格便宜、阻尼大抗振性好、容易获得复杂的结构。得复杂的结构。但铸件需要木模，制造周期长，批量小时成本高，但铸件需要木模，制造周期长，批量小时成本高，易产生缩孔与砂眼（气泡）等缺陷。易产生缩孔与砂眼（气泡）等缺陷。适用场合：适用场合：生产批量较大的支承件。生产批量较大的支承件。铸铸铁铁支支承承件件，如如果果导导轨轨与与支支承承件件铸铸为为一一体体，则则铸铸铁铁的的牌牌号号应应根根据据导导轨轨的的要要求求选选择择；如如果果导导轨轨是是镶镶装装上上去去的的，或者支承件上没有导轨，则一般可采用或者支承件上没有导轨，则一般可采用HT150HT150。

81、四、支承件的材料四、支承件的材料u钢材焊接：钢材焊接：钢材弹性模量大，重量可以轻一点；钢材弹性模量大，重量可以轻一点；添加隔板、加强筋灵活，且容易改型，但钢材的阻添加隔板、加强筋灵活，且容易改型，但钢材的阻尼小；焊接时易产生变形。尼小；焊接时易产生变形。适用场合：适用场合：单件小批生产的支承件，结构简单，要单件小批生产的支承件，结构简单，要求不高的机械。求不高的机械。如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用如果支承件由型钢和钢板焊接，则常用Q235AFQ235AF或或Q275Q275钢钢四、支承件的材料四、支承件的材料常用材料常用材料u其他材料：其他材料：轻合金，钢板外壳的混凝土，包泥芯的铸件，花轻

82、合金，钢板外壳的混凝土，包泥芯的铸件，花岗岩。岗岩。 预预应应力力钢钢筋筋混混凝凝土土支支承承件件(主主要要为为床床身身、立立柱柱、底底座座等等）近近年年来来有有较较大大的的发发展展。混混凝凝土土的的比比重重是是钢钢的的1/3，弹弹性性膜膜量量是是钢钢的的1/101/15，阻阻尼尼高高于于铸铸铁铁，适适合合于于制制造造受受载载均均匀匀，截截面面积大、抗振性要求较高的支承件。积大、抗振性要求较高的支承件。 采采用用钢钢筋筋混混凝凝土土可可节节约约大大量量钢钢材材，降降低低成成本本。但但钢钢筋筋混混凝凝土土支支承承件件的的变变形形、侵侵蚀蚀、导导轨轨与与支支承承件件连连接接刚刚度度不不足足等等问问

83、题，有待进一步研究解决。题，有待进一步研究解决。四、支承件的材料四、支承件的材料常用材料常用材料支承件的结构设计主要是解决支承件的结构设计主要是解决刚度刚度问题，问题，包括静刚度和动刚度。因此，要正确选择包括静刚度和动刚度。因此，要正确选择截面形状和截面尺寸，合理布置隔板和加截面形状和截面尺寸，合理布置隔板和加强筋，并注意多支承件之间的连接刚度。强筋，并注意多支承件之间的连接刚度。 1.提高支承件刚度的一般措施提高支承件刚度的一般措施 支承件是一个复杂的受力体，受到拉、压、支承件是一个复杂的受力体，受到拉、压、弯、扣的组合作用。从弯、扣的组合作用。从材料力学材料力学的知的知识我们知道识我们知道

84、:物体在受简单的拉压时，其变物体在受简单的拉压时，其变形与截面积有关而与截面形状无关形与截面积有关而与截面形状无关;在弯曲在弯曲或扭转时，则不但与截面积有关而且与截或扭转时，则不但与截面积有关而且与截面形状有关。面形状有关。五、支承件的设计原则五、支承件的设计原则4支承件主要是承受力矩、扭矩以及弯扭复合载荷；支承件主要是承受力矩、扭矩以及弯扭复合载荷；4自身刚度主要考虑自身刚度主要考虑弯曲刚度和扭转刚度；弯曲刚度和扭转刚度；4在在弯弯、扭扭载载荷荷作作用用下下，支支承承件件的的变变形形与与截截面面的的抗抗弯弯惯性矩和抗扭惯性矩有关；惯性矩和抗扭惯性矩有关；4材材料料和和截截面面积积相相同同而而

85、形形状状不不同同时时，截截面面惯惯性性矩矩相相差差很大。很大。（1）正确选择支承件的截面形状）正确选择支承件的截面形状（1）正确选择支承件的截面形状）正确选择支承件的截面形状（1）正确选择支承件的截面形状）正确选择支承件的截面形状在截面积相同的条件下：在截面积相同的条件下：1.空心截面惯性矩比实心的大；空心截面惯性矩比实心的大；2.方形截面抗弯能力大，圆形截面抗扭能力强，矩形截面方形截面抗弯能力大，圆形截面抗扭能力强，矩形截面抗弯能力更好；抗弯能力更好；3.封闭截面比非封闭截面的刚度大得多。封闭截面比非封闭截面的刚度大得多。（1）正确选择支承件的截面形状）正确选择支承件的截面形状隔板（肋板）隔

86、板（肋板）隔板（肋板）是指布置在支承件两外壁之间并将两外壁连接在一起的内板。隔板（肋板）是指布置在支承件两外壁之间并将两外壁连接在一起的内板。隔隔板板功功用用把把作作用用于于支支承承件件局局部部地地区区的的载载荷荷传传递递给给其其它它壁壁板板，从从而而使使整整个支承件各壁板能比较均匀的承受载荷。个支承件各壁板能比较均匀的承受载荷。当支承件不能采用全封闭截面时，常常布置隔板来提高支承件的自身刚度。当支承件不能采用全封闭截面时，常常布置隔板来提高支承件的自身刚度。纵向隔板纵向隔板主要提高抗弯刚度主要提高抗弯刚度横向隔板横向隔板主要提高抗扭刚度主要提高抗扭刚度斜向隔板斜向隔板兼有提高抗弯刚度和抗扭刚

87、度的效果兼有提高抗弯刚度和抗扭刚度的效果(2)合理设置合理设置隔板和加强筋隔板和加强筋形隔板形隔板W形隔板形隔板形隔板形隔板半封闭斜向隔板半封闭斜向隔板床身隔板的几种形式床身隔板的几种形式(2)合理设置合理设置隔板和加强筋隔板和加强筋必须注意隔板的布置方向：必须注意隔板的布置方向：4纵向隔板应布置在弯曲平面内，此时隔板对纵向隔板应布置在弯曲平面内，此时隔板对X轴的惯轴的惯性矩为：性矩为： Jb= ab3/124若将隔板布置在与弯曲平面相垂直的平面内时，则若将隔板布置在与弯曲平面相垂直的平面内时，则惯性矩为惯性矩为Ja= ba3/124由于由于Ja Jb ，所以图，所以图a的的 抗弯刚度比图抗弯

88、刚度比图b要大得多要大得多(2)合理设置合理设置隔板和加强筋隔板和加强筋龙门铣床立柱和床身中的肋条龙门铣床立柱和床身中的肋条(2)合理设置合理设置隔板和加强筋隔板和加强筋(2)合理设置合理设置隔板和加强筋隔板和加强筋加强筋加强筋指配置在支承件内壁上的条状金属，它不连接支承件的指配置在支承件内壁上的条状金属，它不连接支承件的整个断面。整个断面。功功用用主主要要是是为为了了减减少少支支承承件件的的局局部部变变形形和和防防止止薄薄壁振动。壁振动。(3)提高接触刚度提高接触刚度两两个个平平面面相相接接触触时时，由由于于平平面面的的宏宏观观不不平平度度和和微微观观不不平度，所以只是一些高点相接触；平度，

89、所以只是一些高点相接触；支承件各接触面抵抗接触变形的能力支承件各接触面抵抗接触变形的能力接触刚度。接触刚度。p接触刚度接触刚度(3)提高接触刚度提高接触刚度两两个个平平面面相相接接触触时时，由由于于平平面面的的宏宏观观不不平平度度和和微微观观不不平度，所以只是一些高点相接触；平度，所以只是一些高点相接触；支承件各接触面抵抗接触变形的能力支承件各接触面抵抗接触变形的能力接触刚度。接触刚度。p接触刚度接触刚度(3)提高接触刚度提高接触刚度提高接触刚度可采用以下措施。提高接触刚度可采用以下措施。减小表面粗糙度的数值一般应选到减小表面粗糙度的数值一般应选到Ra 1. 6 um拧紧固定螺栓，使接触表面有

90、拧紧固定螺栓，使接触表面有200 N/mm的预压力，的预压力，以消除表面不平整的影响，提高接触刚度以消除表面不平整的影响，提高接触刚度;预压力应用预压力应用测力扳手来控制。测力扳手来控制。合理选择连接部位的形状，提高局部刚度，以防合理选择连接部位的形状，提高局部刚度，以防止产生局部变形，造成接触不良，降低接触刚度。止产生局部变形，造成接触不良，降低接触刚度。(3)提高接触刚度提高接触刚度图图2-47 (a)为凸缘式，局部刚度较差为凸缘式，局部刚度较差:采用壁完式采用壁完式图图2-47(b)或或局部加强局部加强（1 1）封封砂砂、铸铸造造，即即保保留留铸铸造造件件中中的的砂砂芯芯。在在支支承承件

91、件内内腔腔充充填填泥芯或混凝土等具有高内阻尼的材料。泥芯或混凝土等具有高内阻尼的材料。2.提高阻尼的一般措施提高阻尼的一般措施 五、支承件的设计原则五、支承件的设计原则（2 2）采用具有阻尼性能的焊接结构。如采用间断焊缝、焊减振接头等来）采用具有阻尼性能的焊接结构。如采用间断焊缝、焊减振接头等来加大摩擦阻尼。加大摩擦阻尼。（）对于弯曲振动结构尤其是薄壁结构，在其表面喷涂一层具有高内阻尼的（）对于弯曲振动结构尤其是薄壁结构，在其表面喷涂一层具有高内阻尼的粘滞性材料，如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等，粘滞性材料，如沥青基制成的胶泥减振剂、高分子聚合物和油漆腻子等，或采用石墨纤维的

92、约束带和内阻尼高、剪切膜量极低的压敏式阻尼胶等。或采用石墨纤维的约束带和内阻尼高、剪切膜量极低的压敏式阻尼胶等。2.提高阻尼的一般措施提高阻尼的一般措施 131 2.5 2.5 机械执行机构机械执行机构刀架刀架132 2.5 2.5 机械执行机构机械执行机构特点：特点：响应速度快响应速度快动态特性好动态特性好动静态精度高动静态精度高动作灵敏度高动作灵敏度高要求：要求：应满足效率高、体积小、质量轻、自控性强、可靠应满足效率高、体积小、质量轻、自控性强、可靠性高等要求。性高等要求。一种能在一定范围内精确、微量地移动到一种能在一定范围内精确、微量地移动到给定位置或实现特定的进给运动的机构。给定位置或

93、实现特定的进给运动的机构。 一、微动机构一、微动机构机电一体化机械系统中一种确保移动件占据准确机电一体化机械系统中一种确保移动件占据准确位置的执行机构，通常采用分度机构和锁紧机构位置的执行机构，通常采用分度机构和锁紧机构组合的形式来实现精确定位的要求。组合的形式来实现精确定位的要求。 二、定位机构二、定位机构一种在一定空间范围内，能使刀架执行自动松开、一种在一定空间范围内，能使刀架执行自动松开、转位、精密定位等一系列动作的一种机构。转位、精密定位等一系列动作的一种机构。 三、数控机床回转刀架三、数控机床回转刀架1-轴轴;2-蜗轮蜗轮;3-下端齿盘下端齿盘;4-上端齿盘上端齿盘;5-刀架刀架;6

94、-套筒套筒;7-轴套轴套;8-销销;9-联轴套联轴套;10-轴轴;11-蜗杆蜗杆;12-托缩开关托缩开关;13-套筒套筒;14-托缩弹簧托缩弹簧;15-电动机电动机工业机器人是一种自动控制、可重复编程、多功能、多自工业机器人是一种自动控制、可重复编程、多功能、多自由度的操作机，用来搬运物料、工件或操作工具以及完成由度的操作机，用来搬运物料、工件或操作工具以及完成其他各种作业的机电一体化设备。其他各种作业的机电一体化设备。工业机器人末端执行器装在操作机手腕的前端，是直接实工业机器人末端执行器装在操作机手腕的前端，是直接实现操作功能的机构。现操作功能的机构。四、工业机器人末端执行器四、工业机器人末

95、端执行器末端执行器末端执行器圆弧形夹持器圆弧形夹持器特种末端执行器特种末端执行器工具型末端执行器工具型末端执行器万能手万能手137(a)圆弧开合型夹持器圆弧开合型夹持器;(b)圆弧平行开合型夹持器圆弧平行开合型夹持器图图2-51圆弧型夹持器圆弧型夹持器图图2-52特种末端执行器特种末端执行器(a)真空吸附手真空吸附手 (b)电磁吸附手电磁吸附手图图2-53工具型末端执行器工具型末端执行器(a)弧焊焊枪弧焊焊枪;(b)点焊枪点焊枪;(c)转塔式多功能末端执行器转塔式多功能末端执行器图图2-54灵巧手灵巧手小结. 机电一体化机械系统主要包括传动机构、导向及支承机构、执行机构三大部分。. 机电一体化机械系统必须满足高精度、小惯量、大刚度等要求。. 机械传动部件有齿轮传动、带传动、链传动、螺旋传动以及各种非线性传动部件等。. 导轨副主要由定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件以及工作介质/元件等组成。. 导轨的基本要求。6. 支承件的设计原则。