【文章內(nèi)容簡介】 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計包括定出軸的合理外形和全部結(jié)構(gòu)尺寸。軸的結(jié)構(gòu)主要取決于以下因素：軸在機(jī)器中的安裝位置及形式；軸上安裝零件的類型、尺寸、數(shù)量以及和軸聯(lián)接的方法；載荷的性質(zhì)、大小、方向及分布情況；軸的加工工藝等。由于影響軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的因素較多，且其結(jié)構(gòu)形式又要隨著具體情況的不同而異，所以軸沒有標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)構(gòu)形式。但軸的結(jié)構(gòu)形式都必須滿足軸和裝在軸上零件要有準(zhǔn)確的工作位置；軸上零件應(yīng)便于裝拆和調(diào)整；軸應(yīng)具有良好的制造工藝性等。 擬定軸上零件的裝配方案擬定軸上零件的裝配方案是進(jìn)行軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計的前提，它決定著軸的基本形式。所謂裝配方案，就是預(yù)定出軸上主要零件的裝配方向、順序、和相互關(guān)系。例如圖一的裝配方案是：半聯(lián)軸器、軸承端蓋、圓螺母、套筒、成對角接觸球軸承、絲杠螺母副，依次從軸的右端向左端安裝，左端只裝軸承和端蓋。這樣就對個段軸的粗細(xì)順序作了初步安排。 軸上零件的定位為了防止軸上零件受力時發(fā)生沿軸向或周向的相對運動，軸上零件除了有游動或空轉(zhuǎn)的要求 者外，都必須進(jìn)行軸向和周向定位，保證其準(zhǔn)確的工作位置。1．零件的軸向定位軸上零件的軸向定位是以軸肩、套筒、軸端擋圈、軸承端蓋和圓螺母等來保證的。利用軸肩定位是最方便可靠的方法，但采用軸肩就必然使軸的直徑加大，而且軸肩處將因截面突變而引起應(yīng)力集中。滾動軸承的定位軸肩高度必須低于軸承內(nèi)圈端面的高度，以便拆卸軸承，軸肩的高度可查手冊中軸承的安裝尺寸。套筒定位結(jié)構(gòu)簡單，定位可靠，軸上不需開槽、鉆孔和切制螺紋，因而不影響軸的疲勞強度，一般用于軸上兩個零件之間的定位。如兩零件的間距較大時，不宜采用套筒定位，以免增大套筒的質(zhì)量及材料用量。當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速很高時，也不宜采用套筒定位。軸端擋圈適用于固定軸端零件，可以承受較大的軸向力。軸端擋圈可采用單螺釘固定，為了防止軸端擋圈轉(zhuǎn)動造成螺釘松脫，可加圓拄銷鎖定軸端擋圈，也可采用雙螺釘加止動墊片防松。圓螺母定位可承受大的軸向力，當(dāng)軸上零件間距較大時常采用圓螺母。圖31 軸上零件的分布 （1）主要參數(shù)確定直線工作臺面尺寸 （長寬高）：100080040；縱向工作行程為150mm工作進(jìn)給速度為11500mm/min，快速進(jìn)給速度 12m/min進(jìn)給運動的總阻力F∑工作臺質(zhì)量及工作臺重量初估直線工作臺質(zhì)量 總之量 三坐標(biāo)測量系統(tǒng)的縱向、橫向、垂直切削力（FX FY FZ=0）所以，設(shè)軸向壓力F=G（2）確定絲杠的等效負(fù)載工作負(fù)載是指機(jī)床工作時，實際作用在絲杠上的軸向壓力，它的數(shù)值可用進(jìn)給牽引力的實驗公式計算。選用導(dǎo)軌為滾動導(dǎo)軌，而一般情況下，，則絲杠所受的最大牽引力為故其等效負(fù)載可按下式計算（估算 t1=t2 。n2=2n1）由以上確定進(jìn)給運動的總阻力F∑=12N 先按《機(jī)械設(shè)計》中152公式初步估算軸的最小直徑，選取軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理，并根據(jù)表153取A0=125，于是：，故需同時選取聯(lián)軸器的型號。聯(lián)軸器計算轉(zhuǎn)矩則： 按照計算轉(zhuǎn)矩應(yīng)小于聯(lián)軸器公稱直徑的條件，查標(biāo)準(zhǔn)GB584386或手冊，選用TL1/YLD1凸緣聯(lián)軸器其技術(shù)指標(biāo)如下和圖二所示：表32聯(lián)軸器的參數(shù)型號公稱轉(zhuǎn)矩T（）許用轉(zhuǎn)速（r/min）軸孔直徑D(H7)DD1螺栓直徑ML0YL1101300062217M235圖32 聯(lián)軸器的尺寸根據(jù)半聯(lián)軸器的孔徑D=6mm，故取DIII=6mm。凸緣聯(lián)軸器，結(jié)構(gòu)簡單、成本低、傳遞扭矩大，用于振動很大、低速和剛性不大的軸聯(lián)接。本設(shè)計的裝配方案已在前面分析比較，現(xiàn)以用（圖31所）示的裝配方案。 根據(jù)軸向定位的要求確定軸的個段直徑和長度① 為了滿足半聯(lián)軸器的軸向定位要求，III段軸右端需制出一軸肩，故取IIIII段的直徑DIIIII=；左端用軸端擋圈定位，按軸端直徑取擋圈直徑為11mm。半聯(lián)軸器與軸配合的轂孔長度L1=17m，為了保證軸端擋圈只壓在半聯(lián)軸器上而不壓在軸的端面上故取III段的長度應(yīng)比L1略短一些，現(xiàn)取LIII=14mm。② 初步選擇滾動軸承。各種類型的軸承選用應(yīng)叢允許的空間、軸承負(fù)荷的大小和方向、高速性能、旋轉(zhuǎn)精度、剛度、振動與噪聲、軸向游動、摩擦力矩、安裝與拆卸等方面綜合考慮，全面衡量，擇優(yōu)選擇滿足設(shè)計要求的軸承類型。因軸承受軸向力的作用，故選用角接觸球軸承。成對安裝角接觸球軸承：滾子相對外圈滾道軸向移動。通過軸向預(yù)緊提高支撐剛度。參照工作要求并根據(jù)套筒和圓螺母在左端對軸承定位取DIIIIV=7mm，由軸承產(chǎn)品目錄中初步選取角接觸球軸承，其基本尺寸為dDB=8mm15mm4mm，故取DIVV=8mm，右端滾動軸承采用軸肩進(jìn)行軸向定位。由手冊上查得角接觸球軸承的定位軸肩高度h=,因此取DVVI=9mm。③ 。根據(jù)軸承端蓋的裝拆及便于對軸承添加潤滑脂的要求，取端蓋的外面與半聯(lián)軸器又端面的距離L=，為了使套筒和圓螺母的裝拆方便，故取LIIIII=。④去安裝圓螺母處的直徑DIIIIV=7mm；軸承右端采用套筒定位，為了使套筒右端面更好的對軸承進(jìn)行軸向定位，并與軸緊密接觸，故取LIVV=，取LIIIIV=。⑤ 三坐標(biāo)測量機(jī)縱向工作行程為150mm。⑥同理得出，后邊各軸的直徑和長度至此已經(jīng)初步確定了各段軸的直徑和長度。半聯(lián)軸器與軸的軸向定位采用平鍵定位。由手冊查得平鍵截面bh=28mmX6mm（GB109679），取軸的倒角為。各段軸肩處的圓角半徑見裝配圖。 絲杠螺母副的選用計算再本設(shè)計中，電機(jī)與絲杠直接相連，傳動比i=1，選擇電機(jī)Y系列異步電動機(jī)的最高轉(zhuǎn)速，則絲杠的導(dǎo)程為. 確定絲杠的等效轉(zhuǎn)速 最大進(jìn)給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為 最慢進(jìn)給時，絲杠的轉(zhuǎn)速為 則得到絲杠的等效轉(zhuǎn)速（估計）為. 絲杠的等效負(fù)載上邊已經(jīng)闡明過了. 確定絲杠所受的最大動載荷 查表，取絲杠的工作壽命Th為15000h，同時取精度系數(shù)fa=1，負(fù)荷性質(zhì)系數(shù)fw=105，溫度系數(shù)ft=，硬度系數(shù)fh=1，可靠性系數(shù)fk=；平均轉(zhuǎn)速為1000r/min。選用滑動絲杠螺母傳動，絲杠公稱直徑為，基本導(dǎo)程，絲杠螺母的接觸剛度為1692N/，螺旋升角絲杠的底徑26mm，螺母長度為210mm，取絲杠的精度等級為1級。. 臨界壓縮負(fù)荷確定絲杠螺紋部分的長度LU。LU等于工作臺的最大行程（750mm）加上螺母長度（60mm）加兩端余程（20mm）。LU為850mm。支撐跨度L1應(yīng)略大于LU，取為L1=900mm。絲杠全長為L=1000mm。臨界壓縮負(fù)荷為式中E 材料的彈性模量，；I—— 絲杠最小截面慣性矩L0——最大受壓長度，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計取L0=1100mm；K1——安全系數(shù)，一般取K1=1/3；——最大軸向工作載荷， ；——絲杠支撐方式系數(shù)，查表得，則可見遠(yuǎn)大于，滿足要求. 臨界轉(zhuǎn)速驗算式中 A——絲杠最小橫截面：LC——臨界轉(zhuǎn)速計算長度：??；——安全系數(shù)，；——材料的密度： ——絲杠支撐方式系數(shù)，查表，則可見遠(yuǎn)大于，滿足要求?？紤]到本設(shè)計的絲杠較長，故采用一端固定、另一端游動的支撐方式，固定端選用成對絲杠軸承組合，額定動載荷，預(yù)緊力為2000N .計算軸承動載荷 壽命系數(shù)為： 式中 ——壽命系數(shù)： ——可靠性為90%的額定壽命，取為10000h；——轉(zhuǎn)速系數(shù)： ；計算轉(zhuǎn)速取最高轉(zhuǎn)速，??； 故能滿足要求。已知：軸承的接觸剛度，絲杠螺母的接觸剛度，絲杠的最小拉壓剛度當(dāng)導(dǎo)軌運動到兩極位置時，有最大和最小拉壓剛度，其中，L植分別為750mm和100mm。螺母座剛度。軸向拉壓總剛度為：絲杠拉壓振動的固有頻率由計算可知，絲杠拉壓振動的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以能滿足要求。 絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度絲杠的扭轉(zhuǎn)剛度 由《機(jī)械設(shè)計手冊》得平移物體的轉(zhuǎn)動慣量為 絲杠的轉(zhuǎn)動慣量為 絲杠扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率為： 顯然，絲杠的扭轉(zhuǎn)振動的固有頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1500r/min，所以，能滿足要求。3. 6傳動精度計算絲杠的拉壓剛度 由以上的各條件可知 最小機(jī)械傳動剛度為 最大機(jī)械傳動剛度 因此得到由于機(jī)械傳動裝置所引起的定位誤差為其中，F(xiàn)0為空載時導(dǎo)軌的靜摩擦力。 導(dǎo)軌的選型及計算導(dǎo)軌的功用是導(dǎo)向和承載。例如車床的床身導(dǎo)軌屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，本設(shè)計的三坐標(biāo)測量機(jī)的導(dǎo)軌也屬于進(jìn)給導(dǎo)軌，進(jìn)給運動導(dǎo)軌的動導(dǎo)軌與支撐的靜導(dǎo)軌之間的相對運動速度較低。滾動導(dǎo)軌在兩導(dǎo)軌面間裝有球、滾子或滾針等滾動元件，具有滾動摩擦性質(zhì)，廣泛的用于進(jìn)給運動導(dǎo)軌領(lǐng)域。貼塑導(dǎo)軌也具有良好的減摩性。直線運動滾動支撐中，滾動體作循環(huán)運動的直線滾動導(dǎo)軌叫做直線滾動導(dǎo)軌副組件，（見下圖）。圖37 滾動導(dǎo)軌副的形狀直線滾動導(dǎo)軌副包括軌條和滑快兩部分。導(dǎo)軌通常為兩根，裝在支撐件上，見上圖。每根導(dǎo)軌條上有兩個滑塊，固定在移動件上。如移動件較長，也可以在一根導(dǎo)軌條上裝3個或3個以上滑塊。如移動件較重，也可以用3根或3根以上的導(dǎo)軌條。如果移動件的剛度較高，則少裝為好。 滾動導(dǎo)軌副的預(yù)緊直線滾動導(dǎo)軌副分為整體型直線滾動導(dǎo)軌副和分離型直線滾動導(dǎo)軌副。整體型的直線滾動導(dǎo)軌副由制造廠用選配不同直線鋼球的辦法來決定間隙或預(yù)緊。可根據(jù)要求的預(yù)緊定貨，不需自己調(diào)整。分離型直線滾動導(dǎo)軌副，應(yīng)由用戶根據(jù)需要。滾動導(dǎo)軌多采用潤滑脂潤滑。常用的牌號為ZL2鋰基潤滑脂（GB732487，2號）它的優(yōu)點是不會泄露，不需經(jīng)常加油。缺點是塵屑進(jìn)入后易磨損搗鬼，因此對防護(hù)要求較高。易被污染又難以防護(hù)的地方，可用潤滑油潤滑。 橫向伺服進(jìn)給系統(tǒng)的設(shè)計計算（同以上方法） 縱向、橫向的移動工作臺的裝配圖見（圖31）第4章 夾具的初步設(shè)計機(jī)床夾具是機(jī)械加工工藝系統(tǒng)的一個重要組成部分。為保證工件某個工序的加工精度要求，必須使工件在機(jī)床相對測頭的測量運動處于準(zhǔn)確的相對位置。當(dāng)用夾具裝夾測量某工件件時，是通過夾具來實現(xiàn)這一要求的。而要實現(xiàn)這一要求，又必須滿足三個條件：；；。這里涉及了三層關(guān)系，：零件相對夾具、夾具相對機(jī)床、零件相對機(jī)床。工件的最終精度是由零件相對機(jī)床獲得的。所以“定位：也涉三層關(guān)系：工件在夾具上的定位、夾具相對機(jī)床的定位，而工件相對于機(jī)床的定位是間接通過夾具來保證的。工件定位以后必須通過一定的裝置產(chǎn)生夾緊力把工件固定，使工件保持在準(zhǔn)確定位的位置上，否則，在加工過程中因受外界的影響而發(fā)生位置變化或引起震動，破壞原來的準(zhǔn)確定位，無法保證測量要求。這種夾緊力的裝置變是夾緊裝置。夾緊裝置的設(shè)計與計算是本章的主要內(nèi)容。1．穩(wěn)定地保證工件的測量精度2．提高機(jī)械加工的勞動強度3．結(jié)構(gòu)簡單，有良好的結(jié)構(gòu)工藝和勞動條件4．應(yīng)能降低工件的測量成本簡而言之，設(shè)計夾具時必須使測量精度、生產(chǎn)率，勞動條件和經(jīng)濟(jì)性等幾方面達(dá)到辨證統(tǒng)一。其中保證測量精度是基本的要求。為了提高生產(chǎn)率采用先進(jìn)的結(jié)構(gòu)和機(jī)械傳動裝置，往往會增加夾具的制造成本，但當(dāng)工件的批量增加到一定的規(guī)模時，將因單件工時下降所獲得的經(jīng)濟(jì)效率而得到補償，從而降低工件的制造成本。因此所設(shè)計的夾具其復(fù)雜程度和工件的效率必須使生產(chǎn)規(guī)模相適應(yīng)，才能獲得良好的經(jīng)濟(jì)效果。但是，任何技術(shù)措施都會遇到某些特殊的情況，設(shè)計夾具時，對質(zhì)量、生產(chǎn)率、勞動條件和經(jīng)濟(jì)性幾方面，有時也有側(cè)重。如對于位置精度要求很高的測量，往往著眼于測量精度。再設(shè)計過程中必須深入生產(chǎn)實際進(jìn)行調(diào)查研究，廣泛征求操作者的意見，吸先進(jìn)經(jīng)驗在此基礎(chǔ)上擬出初步設(shè)計方案，經(jīng)過考慮，然后定出合理的方案進(jìn)行夾具的設(shè)計。機(jī)床夾具是機(jī)械制造中一項重要的工藝裝備。工件再機(jī)床上測量時，為保證測量精度和提高效率，必須上工件再機(jī)床上相對測頭占有正確的位置，這個過程稱為定位。為了克服測量過程工件受到外界的作用而破壞定位，還必須對工件施加夾緊力，這個過程稱為夾緊。定位和夾緊兩個綜合稱為裝夾，完成工件裝夾的工藝裝備稱為機(jī)床夾具。機(jī)床夾具按通用化程度可分為兩大類。第一類機(jī)床夾具是由機(jī)床附件廠或?qū)ｉT的工具制造廠制造的。：1） 可以縮短輔助時間，提高勞動生產(chǎn)率由于采用了專門的元件使工件能迅速地妝家在夾具中，而夾具則通過定位鍵、對刀塊、導(dǎo)向套等專門裝置也能很快地妝家在機(jī)床上并調(diào)整好位置，此外還可以采用多件、多位、多快、增力、機(jī)動等夾緊裝置。2） 易于保證加工精度穩(wěn)定由于夾具在機(jī)床上的裝夾位置及工件在夾具中的裝夾位置均確定，對加工或測量一批工件來說是固定不變的，因此在加工過程中工件和測頭始終保持正確的相對工作位置，為穩(wěn)定地保證加工精度創(chuàng)造了條件。3） 可擴(kuò)大機(jī)床的使用范圍，采用專門夾具可代替某種機(jī)床的作用。4） 可以減輕勞動強度，保證安全生產(chǎn)采用夾具后可以降低對工人技術(shù)水平的要求，使工人操作方便，生產(chǎn)安全和減輕體力勞動。1）定位元件它與工件的定位基準(zhǔn)相接觸，用于確定工件在夾具中的正確位置。2） 夾緊裝置這是用于夾緊工件的裝置，在測量時使工件在夾具中保持既