【導(dǎo)讀】對(duì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的認(rèn)知程度。這些零、部件的運(yùn)動(dòng)部件，應(yīng)按設(shè)計(jì)要求作確定的運(yùn)動(dòng)；將外來(lái)的能源轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏玫臋C(jī)械功。即由兩個(gè)或兩個(gè)以上的要素組成的具有一定結(jié)構(gòu)和特定功能的整體都是。幾乎任何產(chǎn)品都離不開(kāi)機(jī)械系統(tǒng)，它涉及到社會(huì)的各領(lǐng)域。是開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品和改造老產(chǎn)品。最終目的是為市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)高效、價(jià)廉物美的機(jī)械產(chǎn)品，以取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。命論方法、離散論方法、模糊論方法、突變論方法、藝術(shù)論方法等。的設(shè)計(jì)方法和步驟；充分利用多媒體課件，多以實(shí)例說(shuō)明解釋各概念和各項(xiàng)設(shè)計(jì)參數(shù)。

　　

【正文】 2，試寫(xiě)出它的轉(zhuǎn)速數(shù)列。 16. 按 下 圖所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖 繪制 轉(zhuǎn)速圖。 17. 有一 普通車(chē)床， maxn =1600r/min， minn =，取 ? =， n電 =1440r/min。擬定其轉(zhuǎn)速圖。 18. 用于成批生產(chǎn)的車(chē)床，主軸轉(zhuǎn)速數(shù)列為 4 6 90、 12 180、 250、 35 500，為簡(jiǎn)化構(gòu)造采用雙速電動(dòng)機(jī)，其轉(zhuǎn)速為 1440/720r/min，畫(huà)出該車(chē)床的轉(zhuǎn)速圖與傳動(dòng)系統(tǒng)圖。 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 26 第四章 執(zhí)行系統(tǒng)設(shè)計(jì) 重點(diǎn) ： 執(zhí)行軸，執(zhí)行軸支承，執(zhí)行軸傳動(dòng)件，執(zhí)行軸 組件計(jì)算， 普通滑動(dòng)導(dǎo)軌 ，普通滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算。 難點(diǎn) ： 執(zhí)行軸 組件的計(jì)算， 滑動(dòng)導(dǎo)軌計(jì)算中力學(xué)模型簡(jiǎn)化過(guò)程和疊加。 講授提示與方法 ：引入工程力學(xué)中彈性模量、慣性矩、角應(yīng)變、強(qiáng)度和剛度等相關(guān)概念，考慮實(shí)際工作中的摩擦、發(fā)熱、受力、變形和振動(dòng)等因素影響，結(jié)合工程結(jié)構(gòu)實(shí)例分項(xiàng)分析、比較和總結(jié)（或經(jīng)過(guò)理論推導(dǎo)和計(jì)算），得出結(jié)論。 、功能及分類(lèi) 執(zhí)行系統(tǒng)：是指在系統(tǒng)中能直接完成預(yù)期工作任務(wù)的子系統(tǒng)。 一、執(zhí)行系統(tǒng)的組成： 是由執(zhí)行末端件和與之相聯(lián)接的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成。 1. 執(zhí)行末端件： 是直接與工作對(duì)象接觸并完成一定工作（夾持、移 動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)等）或在工作對(duì)象上完成一定動(dòng)作（切削、鍛壓、清洗等）的零部件。 2. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)： 是為執(zhí)行末端件提供所需的動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)。 P60 圖 、 二、執(zhí)行系統(tǒng)的功能： 1. 實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)形式或運(yùn)動(dòng)規(guī)律變換的功能（主要功能） （ 1） 預(yù)期固定軌跡或簡(jiǎn)單可調(diào)軌跡 P62 圖 【例 】 （ 2） 勻速運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)）與非勻速運(yùn)動(dòng)（平動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)）的變換 （ 3） 連續(xù)運(yùn)動(dòng)與間歇式的轉(zhuǎn)動(dòng)或擺動(dòng)的變換 P62 圖 【例 】 2. 實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)、聯(lián)鎖和檢測(cè)等的功能 P63 圖 【例 】 （ 1） 運(yùn)動(dòng)的離合或開(kāi)停 （ 2） 換向、超越或反 向止動(dòng) （ 3） 聯(lián)鎖、過(guò)載保護(hù)、安全制動(dòng) （ 4） 鎖止、定位、夾壓等 （ 5） 測(cè)量、放大、比較、顯示、記錄、運(yùn)算等 3. 實(shí)現(xiàn)程序控制的功能 P63 圖 、 P64 圖 【例 】 4. 實(shí)現(xiàn)施力功能 P64 圖 【例 】 三、執(zhí)行系統(tǒng)的分類(lèi)： 1. 按執(zhí)行系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力的不同要求可分為： P65 表 （ 1） 動(dòng)作型 （ 2） 動(dòng)力型 （ 3） 動(dòng)作 —— 動(dòng)力型 2. 按執(zhí)行系統(tǒng)所完成的任務(wù)可分為： （ 1） 單一型 （ 2） 相互獨(dú)立型 （ 3） 相互聯(lián)系型 3. 按執(zhí)行末端件的運(yùn)動(dòng)形式可分為： 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 27 （ 1） 回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) （ 2） 直線(xiàn)運(yùn)動(dòng) 執(zhí)行系統(tǒng)的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)： P66 表 執(zhí)行系統(tǒng)的常用機(jī)構(gòu)性能特點(diǎn) ： P66 表 應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求： 1. 保證設(shè)計(jì)時(shí)提出的功能目標(biāo) 2. 足夠的使用壽命和強(qiáng)度 3. 各執(zhí)行機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、配合協(xié)調(diào)。 一、執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) （一） 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的組成及基本要求 1. 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)的組成： 由執(zhí)行軸、傳動(dòng)件（齒輪、帶輪等）、支承（軸承、調(diào)整元件等）和密封件、固定元件（螺釘、螺母等）等組成。 【例 】 P60 圖 【例 】 P60 圖 2. 執(zhí)行軸機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本要求： （ 1） 旋轉(zhuǎn)精度：是指裝配后，在無(wú)載荷、低速轉(zhuǎn)動(dòng)（手動(dòng)或低速機(jī)動(dòng)）的條件下，主軸安裝工件或刀具部位（相對(duì)）的徑向和軸向 跳動(dòng)及角度擺動(dòng)。 運(yùn)動(dòng)精度：運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下（工作轉(zhuǎn)速）的旋轉(zhuǎn)精度值。 （ 2） 靜剛度：是指機(jī)械系統(tǒng)或零部件抵抗靜態(tài)外載荷引起變形的能力。 彎曲剛度： K=F/? N/? m P71 圖 扭轉(zhuǎn)剛度：QLTLQTK T ??? / rad/mN 2? 注意：絕大多數(shù)執(zhí)行軸用彎曲剛度來(lái)衡量，在有套筒卸載條件下采用扭轉(zhuǎn)剛度衡量，如：鉆、鏜等。 （ 3） 抗振性：是指主軸受交變載荷時(shí)，能夠平穩(wěn)地運(yùn) 轉(zhuǎn)而不發(fā)生振動(dòng)的能力。 振動(dòng)：自激振動(dòng)和受迫振動(dòng)。 影響因素：靜剛度、質(zhì)量分布和阻尼（特別是主軸前軸承的阻尼）。 （ 4） 溫升和熱變形：溫升使主軸組件的形狀和位置發(fā)生畸變。 改變各執(zhí)行件的位置 改變主軸的幾何位置 改變軸承的間隙 P71 表 改變潤(rùn)滑條件 （ 5） 耐磨性：是指其長(zhǎng)期保持原始精度的能力。即精度保持性。 部位：軸承、錐孔、定心軸頸等。 （二） 執(zhí)行軸（主軸） 1. 執(zhí)行軸（主軸）的尺寸及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： （ 1） 外部形狀： 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 28 1） 階梯軸 P60 圖 2） 一般結(jié)構(gòu)形狀 P69 圖 （ 2） 中空結(jié)構(gòu)：通過(guò)棒料，取出頂尖，裝拉桿（刀盤(pán)、 自動(dòng)卡盤(pán)等）等 （ 3） 主軸頭部結(jié)構(gòu)：裝刀具或夾具，頂尖 P72 表 作用：定位、夾緊、傳遞扭矩。 2. 材料和熱處理： 幾何形狀和尺寸一定時(shí)，主軸的剛度取決于材料的彈性模量 E，各種鋼材的彈性模量 E 的差別甚微小，故剛度不是選材的依據(jù)。 （ 1） 無(wú)特殊要求：優(yōu)質(zhì)中碳鋼： 45或 60 調(diào)質(zhì) HB220~250 有耐磨要求處，高頻淬硬 HRC50~60 （ 2） 精密機(jī)械：希望淬火處的應(yīng)力小，變形小 40Cr、 45MnB 等中碳合金鋼 20Cr、 16MnCr 12CrNi2A等低碳合金鋼 （ 3） 高耐磨要求：滲氮鋼（ 38CrMoAlA）氮化處理（ HRC69~72）HV1100~1200 P74 表 3. 主軸的技術(shù)要求： P75 表 說(shuō)明： （ 1） 主軸精度：比傳動(dòng)軸高 1~2 級(jí) （ 2） 精度等級(jí)：普通級(jí)（ P5），精密級(jí)（ P4），高精度級(jí)（ P2） （ 3） 公差帶： IT3/2 等 （三） 執(zhí)行軸組件（主軸組件） 1. 主軸組件的布局 （ 1） 主軸支承的配置形式：是指主軸軸承的配置、組合及布置 1） 推力支承位置的選擇 P77 表 2） 常見(jiàn)的主軸配置形式 P76 表 3） 二支承與三支承的使用 特點(diǎn)： 前中為主 前后為主 a． 剛度 接近合理跨距 K 上升 跨距下降 K 上升 b． 軸承 前后主支承用同級(jí) 前高后低（ P P5） c． 工藝性 要求高 不易加工 要求低 成本低 d． 結(jié)論 使用性能較好 使用性能低些 工藝性差 工藝性好、成本低 4） 主軸軸承配置形式的一般原則： a． 適應(yīng)剛度和承載能力的要求 圓柱和圓錐滾子軸承（線(xiàn)接觸）高于球軸承（點(diǎn)接觸） b． 適應(yīng)轉(zhuǎn)速的要求 極限轉(zhuǎn)速不能太高，有一定要求，轉(zhuǎn)速特別高，可用無(wú)內(nèi)環(huán)軸承。 c． 適應(yīng)精度的要求 i. 軸承成身的精度 ii. 軸承的配置形式 d． 適應(yīng)結(jié)構(gòu)的要求 i. 主軸直徑大，結(jié)構(gòu)緊湊 多用輕型、特輕型、采用二代一 P80 圖 ii. 多軸（主軸）機(jī)床 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 29 采用滾針軸承（無(wú)內(nèi)環(huán)）。 （ 2） 傳動(dòng)件的布置： 1） 傳動(dòng)方式：主要取決于 n、 Rn 和平穩(wěn)性的要求。 a． 齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、緊湊，且轉(zhuǎn)動(dòng)扭矩較大，但受齒形誤差影響。速度不高。 v≤ 12~15m/s（ n≤ 2021~2500r/min） 精度：一般為 IT6，高的為 IT5（螺旋角 β≤ 15~20度） 材料：中碳合金鋼，高頻淬火 低碳合金鋼，滲碳淬硬 b． 皮帶傳動(dòng) 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ，成本低，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)性高，但帶易拉長(zhǎng)和磨損。 v≤ 30m/s,三角帶、多楔帶、同步齒形帶等 v30m/s，需用平皮帶 v≤ 35m/s 橡膠帶 v≤ 40m/s 皮革帶 v40m/s 絲織帶 c． 內(nèi)聯(lián)原動(dòng)機(jī)傳動(dòng) 無(wú)傳動(dòng)彎矩，主軸彎曲變形小，不受速度限制，可以變速。 i. 異步電機(jī)：轉(zhuǎn)速不高，無(wú)變速要求 ii. 中頻電機(jī)： f=200~2500Hz， n=60f=12021~144000r/min 注意：砂輪磨床中，砂輪速度要小于 65m/s 變速方法：多速電機(jī)、變化電源頻率 iii. 空氣蝸輪和油蝸輪： 用于速度高，扭矩小的場(chǎng)合 2） 主軸 傳動(dòng)件的布置： P78 圖 a． 傳動(dòng)力 F 在前支承外側(cè) 適用場(chǎng)合：重載設(shè)備 b． 傳動(dòng)力 F 在前支承內(nèi)側(cè)，與外載荷 P 同向 適用場(chǎng)合：主軸剛度較高 c． 傳動(dòng)力 F 在前支承內(nèi)側(cè)，與外載荷 P 反向 適用場(chǎng)合：前支承剛度較高 2. 主軸軸承和主軸滾動(dòng)軸承的選擇 （ 1） 軸承的選擇： P79 表 1） 滾動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn) 適應(yīng)能力強(qiáng)、可以預(yù)緊，提高軸承剛度、滾動(dòng)磨損小，功耗小，發(fā)熱小、潤(rùn)滑條件要求低。 2） 滑動(dòng)軸承的優(yōu)點(diǎn) 精度高、抗振性好、工作平穩(wěn)、徑向尺寸小、承載能力大（面接觸）。 3） 選用原則： a． 能用滾動(dòng)軸承不用滑動(dòng)軸承； b． 為提高抗振性和平穩(wěn)性，采用 前滑后滾； c． 滑動(dòng)軸承的使用 要求抗振性高，加工精度高，表面粗糙度低的場(chǎng)合。 （ 2） 主軸滾動(dòng)軸承的選型： 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 30 主要根據(jù)精度、剛度和轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。 1） 球軸承： P80 圖 、圖 2） 雙列圓柱滾子軸承： P80 圖 b 3） 圓錐滾子軸承： a． 單列圓錐 b． 雙列圓錐 P81 圖 c． 空心圓錐軸承 P81 圖 c 4） ?60 角接觸軸承 P80 圖 d （ 3） 主軸滾動(dòng)軸承的剛度： 1） 預(yù)緊：使軸承與滾動(dòng)體在無(wú)載荷時(shí)產(chǎn)生的過(guò)盈量。 a． 目的：提高軸承的剛度。 b． 方法： 載預(yù) PP ? c． 注意：預(yù)緊要適當(dāng)。 i. 預(yù)緊力過(guò)大：磨損，發(fā)熱嚴(yán)重 ii. 預(yù)緊力過(guò)小：剛度不足 d． 彈性變形（ ? ）與載荷（ P）的關(guān)系 2） 零間隙時(shí)軸承的變形： a． 點(diǎn)接觸的球軸承： 徑向：32 brr dQ?? ? ( m? ) 軸向：32 bra dQ?? ? ( m? ) b． 線(xiàn)接觸的滾子軸承： 徑向： arr lQ??? ?? ( m? ) 軸向： ara lQ??? ?? ( m? ) 式中： ? —— 接觸角 (? ) bd —— 球徑 (mm) al —— 滾子的有效長(zhǎng)度（ mm） rQ 、 aQ —— 一個(gè)滾動(dòng)體的徑向和軸向載荷（ N） 3） 零間隙時(shí)軸承的剛度： a． 點(diǎn)接觸的球軸承： 徑向： 3 52 c os)( ?? ?????? iZdFddFK brrrr (N/ m? ) 軸向： 3 52 s i ?? ?????? ZdFddFK baaaa (N/ m? ) b． 線(xiàn)接觸的滾子軸承： 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 31 徑向： ?? c os)( ?????? iZlFddFK arrrr (N/ m? ) 軸向： ?? s i ?????? ZlFddFK aaaaa (N/ m? ) 4） 有預(yù)緊力時(shí)的載荷 軸向： aoaea FFF ?? 徑向： ?co t??? aorer FFF 式中： aeF 、 reF —— 軸向、徑向外載荷（ N）； aoF —— 預(yù)緊力（ N），見(jiàn)軸承廠樣本； α —— 接觸角（度）。 【例 】 （ 4） 主軸滾動(dòng)軸承的精度與配合 1） 外載荷的影響： a． 外載荷方向不變：內(nèi)圈跳動(dòng)對(duì)軸的影響大。 b． 外載荷方向變化：外圈跳動(dòng)對(duì)軸的影響大。 2） 軸承的精度等級(jí)： 2P （ UP） 4P （