机电一体化(第2章 机械系统3).ppt

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1、机电一体化系统设计第二章机械系统部件的选择与设计（3）（七）旋转支承部件1、旋转支承的种类及基本要求1）支承的种类旋转支承中的运动件相对于支承导件转动或摆动时，按其相互摩擦的性质可分为滑动、滚动、弹性、气体(或液体)摩擦支承。滑动摩擦支承按其结构特点可分为圆柱、圆锥、球面和顶针支承；滚动摩擦支承按其结构特点，可分为填入式滚珠支承和刀口支承。2）对支承的要求方向精度和置中精度方向精度是指运动件转动时，其轴线与承导件的轴线产生倾斜的程度。置中精度是指在任意截面上，运动件的中心与承导件的中心之间产生偏

2、移的程度。温度敏感性各种支承结构简图2、圆柱支承1-轴肩；2-轴套；3-锥孔用滚珠作轴向定位应用广泛。接触表面大，承载大，但摩擦阻力矩较大，方向精度和置中精度较差。圆柱支承受力图a）承受径向载荷，圆柱支承的摩擦阻力矩为b）止推面A承受轴向载荷，摩擦阻力矩为c）止推面B承受轴向载荷，摩擦阻力矩为精度计算图支承间隙与相配件的形状偏差会影响支承的方向精度和置中精度。其置中精度和方向精度分别用最大中心误差△C和轴的最大偏角△γ来衡量。温度变化也会导致支承间隙的变化。3、圆锥支承方向精度、置中精度高，承载

3、能力强，轴向位移可自动补偿磨损间隙。但摩擦阻力矩大，对温度变化敏感，制造成本较高。承受轴向力，半锥角α小，置中精度高，但产生大的正压力，摩擦阻力矩大，磨损、运动不灵活。a）用端面A承受部分轴向载荷；b）用止推螺钉承受部分轴向载荷。4、填入式滚动支承为一种非标准滚珠轴承，结构上无内圈、外圈，在相对运动的零件上加工有滚道面。摩擦阻力矩小，耐磨性好，承载力较大，温度敏感性小，抗振性好，成本较高。a）接触面积小，摩擦阻力矩小，承载能力小；b）特点与a）相反；c）介于a）、b）5、其它形式的支承轴除自传外

4、，还可轴向摆动一定角度。顶针支承、刀口支承、钟摆的支承结构图（八）轴系部件的选择与设计一、转子动力学基础旋转机械的转子结构多样，在结构上具有最基本的转子（转轴和圆盘组成）、轴承等。它们的简化力学模型总可表示为：一圆盘装在一无质量的弹性转轴上，转轴两端由轴承及轴承座支承。认为轴承支承是刚性的称为刚性支承转子，考虑支承的弹性的称为弹性支承。在忽略圆盘的自重对振动的影响时，刚性单圆盘转子系统可以简化为下图（a）的简支梁系统。进一步，又可以把它简化为单自由度的离散系统，模型（b）。（a）单圆盘转子系统模

5、型（b）简化模型求不计轴挠度时的离心力及两端轴承的动反力。1、转子不平衡力2、临界转速的动力特性考虑刚性支承单圆盘转子系统。旋转运动时，圆盘的离心力使轴发生挠曲，形成弓状回旋运动。（1）无阻尼系统动力分析设轴的动挠度为δ，则有：k为轴中点处的横向刚度系数，ωn为轴无阻尼横向振动固有频率。转子运动的力学模型回转中心是O，圆盘形心是C，质心是G，假定轴的质量不计（2）考虑阻尼作用时的情形假定轴的横向刚度为kx=ky=k，系统的粘性阻尼系数是cx=cy=c。圆盘的偏心距是e。实际中，阻尼总是存在的，线

6、性阻尼力与速度成正比。此时O、C、G三点一般不共线了，设OC、CG成角φ。当转子以角速度ω稳定转动时，根据圆盘受力可得出C点在X、Y两坐标方向的横向振动微分方程为：方程的稳态解为：求得振幅为：方向位移落后于激励的相位角为：写成无量纲的放大因子形式为：转子既自转又公转的运动称为弓状回旋，但此时轴内并不产生交变应力，这与轴在横向振动时会发生交变应力是不同的。机器的工作转速低于临界转速时，对应的转轴称为刚性轴；高速旋转机械的工作转速大于临界转速，称为柔性轴。柔性轴的旋转机器正常工作运行较平稳，但在启动

7、时需较快通过临界转速，否则有剧烈的振动。可在机器升降速时用测量响应的方法确定转子的临界转速。（3）影响临界转速的因素（1）陀螺力矩对转子临界转速的影响（2）弹性支承对临界转速的影响（3）组合转子对临界转速的影响，与联轴器的性质有关。二、轴系设计的基本要求轴系由轴及安装在轴上的齿轮、带轮等传动部件组成，有主轴轴系和中间传动轴轴系。轴系的主要作用是传递转矩及精确的回转运动，它直接承受外力(力矩)。对于中间传动轴系一般要求不高。而对于完成主要作用的主轴轴系的旋转精度、刚度、热变形及抗振性等的要求较高。

8、旋转精度、刚度、抗振性、热变形1）旋转精度指在装配之后，在无负载、低速旋转的条件下，轴前端的径向跳动和轴向窜动量，取决于轴系零部件和支承部件的制造、装配精度。在工作转速下，旋转精度即为其运动精度，取决于转速、轴承性能和轴系动态特性。2）轴系的刚度它反映了轴系组件抵抗静、动载荷变形的能力。3）抗振性轴系的振动表现为强迫振动和自激振动两种形式。其振动原因有轴系组件质量不匀引起的动不平衡、轴的刚度及单向受力等；它们直接影响旋转精度和轴承寿命。提高轴系静、动刚度，增大轴系阻尼等可提高轴系的动态性能。4）