【正文】 b． 外載荷方向變化：外圈跳動(dòng)對(duì)軸的影響大。 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）。 a． 目的：提高軸承的剛度。 （ 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。 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）。 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。速度不高。 （ 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。 （ 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。 （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。即精度保持性。 （ 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。 振動(dòng)：自激振動(dòng)和受迫振動(dòng)。 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。 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。 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。 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)。 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。 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。 《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。擬定其轉(zhuǎn)速圖。 16. 按 下 圖所示傳動(dòng)系統(tǒng)圖 繪制 轉(zhuǎn)速圖。 14. 某車(chē)床的傳動(dòng)系統(tǒng)如下圖所示，試計(jì)算 maxn ， minn ， nR ， Z 的值，并繪出轉(zhuǎn)速圖，求出各傳動(dòng)件的計(jì)算轉(zhuǎn)速。 13. 某車(chē)床其輸出轉(zhuǎn)速級(jí)數(shù) z=18 級(jí)，最高轉(zhuǎn)速 maxn =1400r/min，公比 ? =。 包括：傳動(dòng)件的徑向和軸向跳動(dòng)， （ P163 圖 圖 ） 齒輪和蝸輪的齒形誤差，周節(jié)誤差和周節(jié)累積誤差 （ P162 圖 ） ，絲杠，螺母和蝸桿的半角誤差，導(dǎo)程誤差和導(dǎo)程累積誤差等。 【例 】 P160 圖 見(jiàn)【例 】，恒功率連續(xù)切削： m in/2021~500 rn ?主 解 ： 主軸要求的恒功 率調(diào)速范圍為 a x ??? jinp nnR 電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 3150 0450 0m a x ??? rp nnR 因?yàn)?： pzupunp RRrR 1???? ? 所以 ： 3 )14(1 ??? ??z pnpu RR? 最大輸出功率 ： 1） 76/44： 4000~1330r/min 2） 54/66： 1900~630r/min 3） 34/86： 900~300r/min 4） 19/101： 425~145r/min （ 4） 注意問(wèn)題： 1） 變速箱有不同的公比，級(jí)數(shù) Z（通常為 4 級(jí)），功率 —— 形成系列化； 2） 變速箱，操作機(jī)構(gòu) ，潤(rùn)滑系統(tǒng)已由專(zhuān)門(mén)廠家生產(chǎn)。 解： 主軸要求的恒功率調(diào)速范圍為 a x ??? jinp nnR 電動(dòng)機(jī)的恒功率調(diào)速范圍為 3150 0450 0m a x ??? rp nnR 因?yàn)?： pzupunp RRrR 1???? ? 所以 ： 3 )12(1 ??? ??z pnpu RR? 最大輸出功率 ： P160 圖 1） 76/44： 4000~1330r/min 2） 30/90： 773~257r/min kWPP ??? ?出 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 23 電機(jī)功率 ： 87015 ???P，選 15kW。主軸的最高轉(zhuǎn)速 max主n =4000r/min，最低轉(zhuǎn)速為 30r/min，計(jì)算轉(zhuǎn)速為 jn =145r/min，最大切削功率為 。 （ 2） 有級(jí)變速公比 u? 大于電機(jī)恒功率調(diào)速范圍 pR 電機(jī)功率增大（浪費(fèi)），但可以簡(jiǎn)化機(jī)械變速機(jī)構(gòu)。擬采用交流調(diào)頻主軸電動(dòng)機(jī)，額定轉(zhuǎn)速 nr=1500r/min，最高轉(zhuǎn)速 nmax=4500r/min，試擬定有級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)并選擇電動(dòng)機(jī)的功率和型號(hào)。 【例 】 P158 P159 圖 欲設(shè)計(jì)一臺(tái)數(shù)控機(jī)床。 2. 擴(kuò)大恒功率區(qū)間 方法：利用有級(jí)變速擴(kuò)大恒功率區(qū)間。 （ 2） 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)： P156 表 【例 】 P157 圖 3. 注意的問(wèn)題：若計(jì)算轉(zhuǎn)速（主軸）在二轉(zhuǎn)速之間 （ 1） 安全角度考慮：取小值 （ 2） 材料發(fā)展的角度：取大值 4. 轉(zhuǎn)速圖的進(jìn)一步分析 （ 1） 旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng) （ 2） 恒扭矩設(shè)備的計(jì)算轉(zhuǎn)速 （ 3） 高傳動(dòng)件計(jì)算轉(zhuǎn)速的方法 九、無(wú)級(jí)變速傳動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 1. 直流和交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)的功率扭矩特性 P158 圖 （ 1） 調(diào)速電動(dòng)機(jī)的恒功率區(qū)間： 1） 直流并激電動(dòng)機(jī)： 4~2nnR rm axp ?? 2） 交流調(diào)速電動(dòng)機(jī)： 5~3nnR rm axp ?? 式中： rn —— 額定轉(zhuǎn)速 （ 2） 注意的問(wèn)題： 1） 用于恒扭矩設(shè)備：恒扭矩段 較 寬，可以適用。 P154 圖 1） 雙聯(lián)滑移齒輪塊 P154 圖 （左圖） 2） 三聯(lián)滑移齒輪塊 P154 圖 （上排左圖） 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 21 （ 3） 變速操縱方便 1） 盡量靠近“前”箱面（操作位置） 2） 兩相鄰變速組的滑移齒輪放在同一根軸上 2. 一個(gè)傳動(dòng)組內(nèi)齒輪的排列 （ 1） 雙聯(lián)滑移齒輪塊 P154 圖 （ 2） 三聯(lián)滑移齒輪塊 P154 圖 3. 縮短軸向尺寸的方法 （ 1） 采用窄式排列 （ 2） 三聯(lián)齒輪塊“一分為二” （ 3） 兩個(gè)傳動(dòng)組統(tǒng)一安排 P154 圖 八、計(jì)算轉(zhuǎn)速的確定 1. 設(shè)備的功率和轉(zhuǎn)矩特性： （ 1） 功率扭矩特性曲線 P155 圖 （ 2） 計(jì)算轉(zhuǎn)速：傳遞最大功率的最低轉(zhuǎn)速。 ??? ?n nn 式中： n’—— 實(shí)際輸出轉(zhuǎn)速 n—— 標(biāo)準(zhǔn)（理論）轉(zhuǎn)速 （ 2） 齒數(shù)和 Sz 不宜過(guò)大： Sz≤ 100120 1） 防止尺寸過(guò)大 2） 降低齒面線速度 （ 3） 齒數(shù)和 Sz 不宜過(guò)小： 1） 根切的問(wèn)題 Zmin≥ 1820 2） 保證輪鼓強(qiáng)度 a≥ 2m P149 圖 （ 4） 三聯(lián)滑移齒輪的滑移干涉 P149 圖 2. 齒輪齒數(shù)的確定 （ 1） 相同模數(shù)傳動(dòng)組 查表 P150 表 （ 2） 不同模數(shù)傳動(dòng)組 七、齒輪的布置與排列 1. 基本要求 （ 1） 滑移省力 盡可能使小齒輪塊滑動(dòng)。 3. 采用分支傳動(dòng) )221(3224 6621 ????? 可以看作是“并聯(lián)” 優(yōu)點(diǎn)：高速下，短傳動(dòng)鏈具有機(jī)械效率高，振動(dòng)小，精度高。 2. 具有多速異步電動(dòng)機(jī)的傳動(dòng)鏈 （ 1） 750/1500r/min（ 8/4 級(jí)） 1500/3000r/min（ 4/2 級(jí)） 27501500??ir 23 ?? （ 2） 1000/1500r/min（ 6/4 級(jí)） ??ir （在設(shè)計(jì)中一般不用） （ 3） 750/1500/3000r/min（ 8/4/2 級(jí)） 《機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)》 電子教案 段鐵群 教授 19