機(jī)電一體化的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計

發(fā)布時間:2024-01-20
導(dǎo)軌的功用:機(jī)電一體化產(chǎn)品要求機(jī)械系統(tǒng)的各運(yùn)動機(jī)構(gòu)必須得到安全的支撐,并能準(zhǔn)確的完成其特定方向的運(yùn)動。其由導(dǎo)向機(jī)構(gòu)來完成。機(jī)電一體化產(chǎn)品的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是導(dǎo)軌,其作用是支撐和導(dǎo)向。
導(dǎo)軌的分類:
滑動導(dǎo)軌
滾動導(dǎo)軌
導(dǎo)軌的基本要求:
導(dǎo)向精度
耐磨性
疲勞和壓潰
剛度
低速運(yùn)動的平穩(wěn)性
結(jié)構(gòu)的工藝性
常用的導(dǎo)軌副種類很多,按其接觸面的摩擦性質(zhì)可分為滑動導(dǎo)軌、滾動導(dǎo)軌、流體介質(zhì)摩擦導(dǎo)軌等。
1、按導(dǎo)軌副運(yùn)動導(dǎo)軌的軌跡分類
(a)直線運(yùn)動導(dǎo)軌副
(b)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動導(dǎo)軌副
2、按導(dǎo)軌副導(dǎo)軌面間的摩擦性質(zhì)分類
(a)滑動摩擦導(dǎo)軌副
(b)滾動摩擦導(dǎo)軌副
(c)流體摩擦導(dǎo)軌副
3、按導(dǎo)軌副結(jié)構(gòu)分類
(a)開式導(dǎo)軌
(b)閉式導(dǎo)軌
4、按直線運(yùn)動導(dǎo)軌副的基本截面形狀分類
矩形、對稱三角形、不對稱三角形、燕尾槽、圓形
導(dǎo)軌副間隙調(diào)整方法有壓板和鑲條法兩種方法。對燕尾形導(dǎo)軌可采用鑲條(墊片)方法同時調(diào)整垂直和水平兩個方向的間隙。對矩形導(dǎo)軌可采用修刮壓板、修刮調(diào)整墊片的厚度或調(diào)整螺釘?shù)姆椒ㄟM(jìn)行間隙的調(diào)整
滑動導(dǎo)軌常用材料有鑄鐵、鋼、有色金屬和塑料等
滾動導(dǎo)軌的特點
(1)滾動直線導(dǎo)軌副是在滑塊與導(dǎo)軌之間放入適當(dāng)?shù)匿撉?,使滑塊與導(dǎo)軌之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦,大大降低二者之間的運(yùn)動摩擦阻力。
(2)承載能力大 其滾道采用圓弧形式,增大了滾動體與圓弧滾道接觸面積,從而大大地提高了導(dǎo)軌的承載能力,可達(dá)到平面滾道形式的13倍。
(3)剛性強(qiáng) 在該導(dǎo)軌制作時,常需要預(yù)加載荷,這使導(dǎo)軌系統(tǒng)剛度得以提高。
(4)壽命長 由于是純滾動,摩擦系數(shù)為滑動導(dǎo)軌的l/50左右,磨損小,因而壽命長,功耗低。
(5)成對使用導(dǎo)軌副時,具有“誤差均化效應(yīng)”。
(6)傳動平穩(wěn)可靠 由于摩接力小,動作輕便,因而定位精度高,微量移動靈活準(zhǔn)確。
(7)具有結(jié)構(gòu)自調(diào)整能力 裝配調(diào)整容易,因此降低了對配件加工精度要求。
(8)導(dǎo)軌采用表面硬化處理,使導(dǎo)軌具有良好的耐磨性;心部保持良好的機(jī)械性能。
(9)簡化了機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計和制造。
滾動直線導(dǎo)軌的分類
(1)按滾動體的形狀分類
有鋼珠式和滾柱式兩種。滾柱式由于為線接觸,故其有較高的承載能力,但摩擦力也較高,同時加工裝配也相對復(fù)雜。目前使用較多的是鋼珠式。
(2)按導(dǎo)軌截面形狀分類
有矩形和梯形兩種。
(3)按滾道溝槽形狀分類
有單圓弧和雙圓弧二種,單圓弧溝槽為二點接觸,雙圓弧溝槽為四點接觸。前者運(yùn)動摩擦和安裝基準(zhǔn)平均作用比后者要小,但其靜剛度比后者稍差。
滾動直線導(dǎo)軌的有關(guān)計算
循環(huán)式直線導(dǎo)軌副的承載能力用額定動載荷ca和額定靜載荷表示。其額定壽命l用下式:
額定壽命l與額定動載荷ca的關(guān)系式可表示為:
滾動直線導(dǎo)軌的選擇程序
在設(shè)計選用滾動直線導(dǎo)軌時,除應(yīng)對其使用條件,包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程、預(yù)期工作壽命進(jìn)行研究外,還須對其剛度、摩擦特性及誤差平均作用、阻尼特征等綜合考慮,從而達(dá)到正確合理的選用,以滿足主機(jī)技術(shù)性能的要求。
靜壓導(dǎo)軌是將具有一定壓力的油或氣體介質(zhì)通過導(dǎo)軌的運(yùn)動件與導(dǎo)向支承件之間,運(yùn)動件浮在壓力油或氣體形膜之上,與導(dǎo)向支承件脫離接觸,致使摩擦阻力(力矩)大大降低。運(yùn)動件受外載荷作用后,介質(zhì)壓力會反饋升高,以支承外載荷。
回轉(zhuǎn)運(yùn)動支承的作用是支承做回轉(zhuǎn)運(yùn)動的軸或絲杠。在機(jī)電一體化產(chǎn)品中常用的是滾動軸承和靜壓軸承,特殊情況下采用磁軸承和特制的滑動軸承。
標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承
下圖為雙列和單列空心圓錐滾子軸承。一般將雙列的用于前支承,單列的用于后支承,配套使用。
非標(biāo)準(zhǔn)滾動軸承
微型滾動軸承
密珠軸承
1)微型滾動軸承:下圖所示為微型向心推力軸承,軸承由杯形外圈和滾珠構(gòu)成。軸承置于支承螺栓腔內(nèi),滾珠直接與帶有圓錐端頭的軸相接觸。圖中軸承可適用于直徑尺寸d<4mm的軸。
2)密珠軸承:是一種滾動摩擦支承。它由內(nèi)、外圈和密集于二者間并具有過盈配合的鋼珠組成。
動壓軸承:在軸旋轉(zhuǎn)時,油(氣)被帶入軸與軸承間形成楔形間隙,并隨著轉(zhuǎn)軸速度的提高,油(氣)壓強(qiáng)逐步升高,將軸浮起而形成油(氣)楔,以承受載荷。其承載能力與滑動表面的線速度成正比,低速時承載能力很低,故動壓軸承只適用于轉(zhuǎn)速很高且速度變化不大的場合。
靜壓軸承:利用外部供油(氣)裝置將具有一定壓力的液(氣)體通過油(氣)孔進(jìn)入軸套油(氣)腔,將軸浮起而形成壓力油(氣)膜,以承受載荷。其承載能力與滑動表面的線速度無關(guān),故應(yīng)用廣泛。按支承承受負(fù)荷方向的不同,靜壓軸承常可分為向心、推力和向心推力三種形式
1.液體靜壓軸承優(yōu)點:
摩擦阻力小
傳動效率高
使用壽命長
轉(zhuǎn)度范圍廣
剛度高
抗震性好
回轉(zhuǎn)精度高,能適應(yīng)不同負(fù)荷、不同轉(zhuǎn)速的大型或中小型機(jī)械設(shè)備的要求
液體靜壓軸承缺點:
工作時油溫會升高。油溫升高會造成熱變形,影響主軸精度。
回油時會將空氣帶入油源,并形成微小氣泡懸浮于油中,不易排出。小氣泡的存在將降低液體靜壓軸承的剛度和動特性。
2.與液體靜壓軸承相比,氣體靜壓軸承的主要優(yōu)點:
氣體的內(nèi)摩擦很小、黏度極低,故摩擦損失小,不易發(fā)熱,因而適用于要求轉(zhuǎn)速較高和靈敏度要求高的場合
氣體理化性高度穩(wěn)定,因而可在支承材料許可的高溫、深冷、放射性等惡劣環(huán)境中正常工作
采用空氣靜壓軸承,則空氣來源十分方便,對環(huán)境無污染
循環(huán)系統(tǒng)較液體靜壓軸承簡單
氣體靜壓軸承的主要缺點:
負(fù)載能力低
支承的加工精度和平衡精度要求高
氣體的清潔度要高,須嚴(yán)格過濾
3.磁軸承
磁軸承主要由兩部分組成:軸承本身及其電器控制系統(tǒng)。磁軸承認(rèn)為向心軸承和推力軸承兩類,都由轉(zhuǎn)子和定子組成,工作原理相同。
由于無機(jī)械接觸,磁軸承不磨損,功耗小,因而可以達(dá)到很高的轉(zhuǎn)速。但是低速時,軸和軸承間存在電磁關(guān)系,會使軸承座振動。在高轉(zhuǎn)速時,磁力結(jié)合的動剛度較差。磁力軸承常用于機(jī)器人、精密儀器、陀螺儀、火箭發(fā)動機(jī)等。
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