最新3.5--进给传动系设计教学讲义PPT.ppt

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3.5--进给传动系设计 一、进给传动系设计应满足的基本要求（一）进给传动系的组成（动力源、变速机构、换向机构、运动分配机构、过载保险机构和运动转换机构）1、动力源①单独使用电动机，缩短传动链，实现几个方向进给和自动化。②与主传动共用动力源，保证主传动与进给运动之间的严格传动比。 2、变速机构：改变进给量大小。其方式有:齿轮变速，机械无级变速，伺服电机变速。3、换向机构:①电机换向，换向方便，换向次数不能频繁②齿轮换向，换向可靠，广泛用于机床4、运动分配机构：转换传动路线，常采用离合器。 二、机械进给传动系的设计特点分类 1、进给传动是恒扭矩传动切削加工中，进给量大时，背吃刀量小;背吃刀量大时，进给量小。故切削力大致相同，进给力是切削力在进给方向的分力，也大致相同。所以驱动进给运动的传动件是恒扭矩传动。 2、进给传动系中各传动件的计算转速是其最高转速因进给系统是恒扭矩传动，在各种进给速度下，末端输出轴上受的扭矩是相同的，设为T末。故各传动件（包括轴和齿轮）受的扭矩为：Ti=T末·n末/ni=T末·ui（3-21） 式中：Ti—第i个传动件受的扭矩n末、ni—末端输出轴和i轴的转速ui—第i个传动件传至输出轴的传动ui() Ti=T末·n末/ni=T末·ui由上式知：ui越大，传动件承受的扭矩越大。在进给传动系的最大升速链中，各传动件至末端输出轴的传动比最大，承受的扭矩也最大。故各传动件的计算转速是其最大转速。 例：图3-39升降台铣床进给系统的转速图 由电动机经3×3×2齿轮变速系，然后通过1：1的定比传动到主轴V可得到9~450r/min的18种进给速度，主轴的计算转速为其nmax=450r/min，其余各轴的计算转速在其最高升速传动路线上，如图3-39示 3、进给传动的转速图为前疏后密结构传动件至末端输出轴的传动比越大，传动件承受的扭矩越大，进给传动系转速图的设计刚好与主传动系相反，是“前疏后密”，即采用扩大顺序与传动顺序不一致的结构，如Z=16=28×24×22×21。这样可使进给系内更多的传动件至末端输出轴的传动比较小，承受的扭矩也较小，从而减小各中间轴和传动件尺寸。 4、进给传动的变速范围进给传动系速度低，受力小，消耗功率小，齿轮模数小，故进给传动系的变速范围可取比主变速组较大的值，即：降，变速范围Rn≤14。 为缩短进给传动链，减小进给箱的受力，提高进给传动的平稳性，进给传动系的末端常采用降速很大的传动机构，如蜗轮蜗杆，丝杆螺母，行星机构。 5、进给传动系采用传动间隙消除机构对于精密机床，数控机床的进给传动系，为保证传动精度和定位精度，尤其是换向精度，要有传动间隙消除机构，如齿轮传动间隙消除机构，丝杠螺母传动间隙消除机构。 6、快速空程传动的采用为缩短进给空行程时间，要设计快速空行程传动，快速与工进需在带负载运行中变换，常用超越离合器，差动机构，电气伺服传动。 7、微量进给机构的采用有时进给运动极为微量，如每次进给量小于2μm，或进给速度小于10mm/min，需采用微量进给机构，微量进给机构有手动和自动两类。 a、自动微量进给机构采用各种驱动元件使进给自动地进行b、手动微量进给机构主要用于微量调整精密机床的一些部件c、最小进给量大于1μm的机构有蜗杆传动，丝杠螺母，齿轮齿条传动等，适用于进给行程大，进给量、进给速度变化范围宽的机床。 d、最小进给量小于1μm的进给机构有弹性力传动，电致伸缩传动，磁致伸缩传动，热应力传动等，都是利用材料的物理性能实现微量进给。e、微量进给机构的基本要求：灵敏度高，刚度好，平稳性好，低速进给时速度均匀，无爬行，精度高，重复定位精度好，结构简单调整方便，操作方便灵活。 三、电气伺服进给系统（一）分类按有无检测和反馈装置分：开环系统闭环系统半闭环系统伺服系统：是使物体的位置、方位、状态等输出，能够跟随输入量（或给定值）的任意变化而变化的自动控制系统 1、开环系统典型的开环伺服系统采用步进电机如图3-41。开环系统对工作台实际位移量没有检测和反馈装置。数控装置发来的每一个进给脉冲由步进电机直接变换成一个转角（步距角），再通过齿轮（或同步齿形带、滚珠丝杠螺母）带动工作台移动。 对应一个进给脉冲，工作台移动的距离称脉冲当量，用Q表示Q=（α×L）/（U×360°）式中Q——脉冲当量（mm）α——步进电机的步距角(°)L——滚珠丝杠的导程mmU——步进电机至传动丝杠之间的传动比 如数控系统发出N个进给脉冲，工作台的位移量为开环伺服系统的精度取决于步进电机的步距角精度，步进电机至执行部件间的传动系的传动精度。这类系统的定位精度较低，一般在（±0.01~±0.02）mm，但系统简单，调试方便，成本低。用于精度要求不高的数控机床。 2、闭环系统工作过程：闭环系统使用位移检测元件测量机床执行部件的移（转）动量，将执行部件的实际移（转）动量和控制量进行比较，比较后的差值用信号反馈给控制系统，对执行部件的移（转）动进行补偿，直至差值为0。 为提高系统的稳定性，闭环系统除了检测执行部件的移动量外，还检测其速度，检测反馈装置有：a用旋转变压器作为位置反馈，测速发电机作为速度反馈。b用脉冲编码器兼作位置和速度馈，多用此种。 特点：闭环控制可以消除整个系统的误差、间隙和失动，其定位精度取决于检测装置的精度。其控制精度、动态性能等较开环系统好，但系统比较复杂，安装、调试、测试麻烦，成本高，用于精密型数控机床。 3、半闭环系统如果检测元件不是直接安装在执行部件上，而是安装在进给传动系中间部位的旋转部件上，称之为半闭环系统。 特点：半闭环系统只能补偿环路内部传动链的误差，不能纠正环路之外误差，如图a)传动齿轮的齿形误差和间隙，丝杠螺母的导程误差和间隙，丝杠轴承的轴向窜动等误差均在环路之外，无法补偿。 对伺服系统的基本要求：稳定性好、精度高，快速响应性好，定位精度高。影响机床伺服系统性能的因素进给传动件的间隙；扭转、挠曲；机床运动部件的振动、摩擦；机床的刚度和抗振性；系统的质量和惯量；低速下运动平稳性，有无爬行现象等。 （二）电气伺服进给系统驱动部件伺服驱动部件：步进电机、直流伺服电机、交流伺服电机机械传动部件：齿轮、滚珠丝杠螺母。 1、对进给驱动部件的基本要求①调速范围要宽，满足不同刀具不同零件的加工，低速运行平稳，无爬行。②快速响应性好，跟踪指令信号响应快，无滞后，电机惯量小。③抗负载振动能力强，受冲击时系统的速度不变，在低速下有足够的负载能力。 ④可承受频繁启动，制动和反转。⑤振动和噪音小，可靠性高，寿命长。⑥调整、维修方便。2、进给驱动部件的类型和特点（略） （三）电伺服进给传动系中的机械传动部件1、机械传动部件应满足的基本要求①机械传动部件要采用低摩擦传动。（导轨采用静压导轨、滚动导轨;丝杠传动采用滚珠丝杠螺母传动）②伺服系统和机械传动系匹配要合适输出轴上带有负载的伺服电动机的时间常数与伺服电动机本身所具有的时间常数不同（加速时间不一样），如果惯性矩和齿轮等匹配不当，就达不到快速反应的性能（增加电机功率、减小惯性载荷）。 ③选择最佳降速比来降低惯性，最好有采用直接传动方式。④采用预紧办法来提高整个系统的刚度。⑤采用消除传动间隙的方法，减小反向死区误差，提高运动平稳性，定位精度。即：传动部件无间隙，低磨擦，低惯量、高刚度、高谐振和适宜阻尼比。 2、机械传动部件设计主要指齿轮和丝杠螺母传动副设计①最佳降速比的确定传动副的最佳降速比应按最大加速能力（电机）和最小惯量（传动件）的要求确定，以降低机械传动部件的惯量。 a.开环系统传动副的设计主要是由机床所要求的脉冲当量与所选用的步进电动机的步距角决定。降速比为u见P108 式中α—步进电动机的步距角；L—滚珠丝杠的导程；Q—脉冲当量。 b．对于闭环系统由驱动电动机的最高转速或扭矩与机床要求的最大进给速度或负载扭矩决定，降速比为 式中——驱动电动机最大转速（r/min）L——滚珠丝杠导程（mm）——工作台最大移动速度（mm/min） 设计中、小型数控机床时，通过选用最佳降速比来降低惯量，应尽可能使传动副的传动比u=1，这样可选用驱动电动机直接与丝杠相连接的方式。 ②齿轮传动间隙的消除传动副为齿轮传动时，要消除其传动的间隙a、刚性调整法：调整后的齿侧间隙不能自动进行补偿，如偏心轴套调整法、变齿厚调整法、斜齿轮轴向垫片调整法。(齿侧间隙不能自动补偿，结构简单，传动刚度高。)b、柔性调整性：调整后的齿侧间隙可以自动进行补偿，如双片直齿错齿调整法、薄片斜齿轮轴向压簧调整法、双齿轮弹簧调整法。（齿侧间隙可自动补偿，结构复杂，传动刚度低，影响平整性。） ③滚珠丝杠及其支承 功用：滚珠丝杠是将旋转运动转换成执行件的直线运动的运动转换机构组成：螺母、丝杠、滚珠、回珠器和密封环组成。摩擦系数小，传动效率高。载荷特点：主要承受轴向载荷，对丝杠轴承的轴向精度和刚度要求较高，采用角接触轴承或双向推力园柱滚子与滚针轴承的组合。 滚珠丝杠的支承方式：图3－52 一端固定，一端自由：用于短丝杠与竖直丝杠钻床a图一端固定，一端简支：用于较长的卧式安装丝杠车床b图两端固定：用于长丝杠或高转速，要求高抗压刚度场合c图 ④丝杠的拉压刚度计算丝杠传动的综合拉压刚度主要由丝杠的拉压刚度、支承刚度和螺母刚度三部分组成，丝杠的拉压刚度不是一个定值，它随螺母至轴向固定端的距离而变化。 a.一端轴向固定的丝杠（图3－52a.b）的拉压刚度k(N/um)()式中：A—螺纹底径处的截面积（mm2）E—弹性模量（钢E=2×1011N/m2）L1—螺母至固定端的距离（m） b.两端固定的丝杠（图c）刚度k(N/um)L—两端固定的距离（m)c.由于传动刚度的变化而引起的定位误差 式中：、—不同位置时的进给力(N)、—不同位置时的刚度(N/um) ⑤滚珠丝杠螺母副间隙消除和预紧滚珠丝杠在轴向载荷作用下，滚珠和螺纹滚道接触区产生接触变形，接触刚度与接触表面预紧力成正比，如果滚珠丝杠螺母副间存在间隙,接触刚度较小;当滚珠丝杠反向旋转时，螺母不会立即反向，存在死区，影响丝杠的传动精度。故同齿轮传动副一样，也要消除间隙，并施加预紧力，以保证丝杠、滚珠、螺母之间没有间隙，提高螺母、丝杠副的接触刚度。 方法：采用双螺母结构，通过调整两个螺母之间的轴向位置，使两螺母的滚珠在承受工作载荷前，分别与丝杠的两个不同的侧面接触，产生一定的预紧力，以达到提高轴向刚度的目的。 a.垫片调整式b.齿差调整式两个螺母相对其啮合的内齿圈同向都转一个齿，则两螺母的相对轴向位移 图3—53a.改变垫片的厚薄来改变两个螺母之间的轴向距离，实现轴向间隙消除和预紧。优点：结构简单，刚度高，可靠性好。缺点：精确调整困难，当滚珠和滚道磨损时不能随时调整。 图3—53b.齿差调整式左右螺母法兰外园上制有外齿轮，齿数常相差1。这两个外齿轮又与固定在螺母体两侧的两个齿数相同的内齿圈相啮合，调整方法是两个螺母相对其啮合的内齿圈同向都转一个齿，则两螺母的相对轴向位移为： 式中：L—丝杠的导程（mm）、两齿轮的齿数例： ⑥滚珠丝杠的预拉伸滚珠丝杠采用预拉伸方式，提高其拉压刚度和补偿丝杠的热变形。确定丝杠预拉伸力时考虑下列因素： a.丝杠在最大轴向载荷作用下，在受力方向上仍能保持受拉状态，为此预拉伸力应大于最大工作载荷的0.35倍。b.丝杠的预拉伸量应能补偿丝杠的热变形。丝杠在工作时要发热，引起丝杠的轴向热变形，使导程加大，影响定位精度，丝杠的热变形为： 式中：α—丝杠的热膨胀系数钢α=11×10-6/℃L—丝杠长度（mm）—丝杠与床身的温差，一般为=2~3℃ 为了补偿丝杠的热膨胀，丝杠的预拉伸量应略大于热膨胀量，发热后，热膨胀量抵消了部分预拉伸量，使丝杠内的拉应力下降，但长度却没有变化。丝杠预拉伸时引起的丝杠伸长量ΔL（m）可由材力公式计算： 式中：d—丝杠螺纹底径mL—丝杠的长度A—丝杠的截面积m2E—弹性模量F0—丝杠的预拉伸力N 丝杠的预拉伸力 议论文阅读 议论文题型分析1、考察中心论点2、考察论据3、考察论证方法4、考察论证思路及结构5、开头、结尾、过渡句的作用与好处6、语言分析题【加点词的作用、对词语或句子的理解】7、材料链接题 一、什么是议论文？议论文是直接阐明客观事物道理，揭示事物的本质和规律，以表明作者一定的见解和主张的文章。二、议论文的主要特点1、以议论为主要表达方式，兼用其它表达方式(最常见的是穿插记叙：用记叙交代议论的背景和对象；以记叙的事实作为论据)。2、以鲜明的态度表明观点或主张。3、用充分的材料证明其见解或主张。三、议论文的分类议论文分立论文和驳论文两类。1、立论文——从正面论述其观点的正确。如《敬业乐业》2、驳论文——对反面论点进行驳斥，从而确立其正确的观点。如《中国人失掉自信力了吗》 （四）怎样寻找和总结议论文的中心论点从议论文中找中心论点是有规律可循的。①看议论文的标题，寻找或总结中心论点。有的议论文的标题就是文章的中心论点。如《善待挫折》。②看议论文的开头，寻找或总结中心论点。开宗明义、开门见山往往是议论文常用的写法，因许多议论文的中心论点都出现在开头部分。如《谈骨气》。③看议论文的结尾，寻找或总结中心论点。一些议论文，通过摆事实讲道理后，至文末得出结论，该结论即文章的中心论点。《中国，挺住》④分析议论文的论据，总结中心论点。一些议论文的中心论点不是非常明显，需要分析文章所用的论据才能总结出来，这样的议论文要分析文章的论据是为了证明什么的，这“证明什么”就是文章的中心论点。⑤归纳综合分论点，总结中心论点。有的议论文的中心论点分解为好几个分论点，这就需要逐个对分论点进行分析，再综合归纳，总结出中心论点。如《学习之趣味》 2、论据（1）什么是论据：用来证明论点的事实根据（包括事实和道理）。解决“用什么来证明”的问题。（2）论据分类：论据分事实论据和道理论据两大类。①事实论据：包括史实、典型事例、统计数字等。②道理论据：包括经过实践检验的真理、名人名言、格言、谚语、原理、定律等。（3）论据与论点之间的关系：是证明与被证明之间的关系。论据证明论点，论点被论据证明。（4）论据的要求：典型、确凿。 运用例证法【举例论证】要注意的几个问题：①选用的例证应有代表性，应具有典型意义；②选用的例证必须与论点有内在的、必然的联系；③运用事实论据，只是为议论说理服务的手段，因而要简明扼要、概括，文字简练，并带有一定的政治色彩，不需铺叙渲染，要防止“以叙代议”的倾向。④运用例证，要结合事例进行分析，只有通过分析揭示所举事例（或数字）与论点的内在联系，才能使事例充分发挥其在论证中的积极作用。举例论证：通过举具体的事例加以论证，从而使论证更具体、更有说服力。答题格式：使用了举例论证的论证方法，举……（概括事例）证明了……（如果有分论点，则写出它证明的分论点，否则写中心论点），从而使论证更具体理会有说服力。 2、引证法【道理论证】引证法是引用正确可信的道理来证明论点的论证方法。这也是一种运用理论论据进行论证的方法。讲道理要有根据，这主要指经典作家的言论、科学上的公理和原理、尽人皆知的常识以至内涵精辟的格言成语等。因为这些道理是从大量的实践中概括总结出来的，已为社会所公认，可直接用来作为论据，证明论点的正确。 运用引证法【道理论证】应注意的几个问题：①、引用要准确，即所引言论、事理要注意内容的科学性、理解的正确性、运用的针对性。引用概括性强或含蓄的言论作为论据，有时候需要进行一些分析，才能更好地发挥它的论据作用。②、引用分直接引用和间接引用两种，直接引用要认真核对原文，引文的字句不能有出入；间接引用可摘引大意，也要注意语意的完整和准确。③、引用要少而精，不可连篇累牍，堆砌言论事理，而缺乏生动实例和具体分析。切记：引言为论述服务，不是为了引言而引言，更不是为了炫耀而引言，根据论述需要引用相关的名句格言。 道理论证：通过讲道理的方式证明论点，使论证更概括更深入。答题格式：使用了道理论证的论证方法，论证了……了观点，从而使论证更概括更深入。注：如果引用名人名言、格言警句、权威数据，可以增强论证的说服力和权威性；引用名人佚事、奇闻趣事，可以增强论证的趣味性，吸引读者下读。答题格式：使用了引用论证的论证方法，通过引用……证明……的观点，使论证更有说服力。（或更有趣味性，吸引读者往下读） 3、对比论证法对比论证就是以正面材料（或观点）与反面材料（或观点）两相对照，以阐明论点的正确性（或揭露敌论的谬误）的论证方法。对比论证可用于立论，也可以用于驳论；可用于通篇，也可用于局部。对比论证能反映作者鲜明的立场，突出论述的是非。 运用对比论证应注意的几个问题：①、作者要有正确而鲜明的观点，只有这样才能对事物（或现象）进行正确的剖析与判断，否则就可能陷入以误为正，以是为非的泥潭，或者在论述时蒙上似是而非、模棱两可的迷雾。②、论述中引用的材料除了要与论点有内在的联系，还须具有鲜明的对比性，以加强论证效果，避免产生歧义。③、引文中应有意识地加强正与反、是与非的对比，达到令人一目了然的程度，收到良好效果。 对比论证。作用就是突出强调。答题格式：使用了对比论证的论证方法，将……和……加以比较，突出强调了……的观点。 4、喻证法【比喻论证】喻证法就是比喻论证法，是用具体、生动的事例或故事为喻体，并把它作为论据用来证明自己论点的方法，这种方法用得好，可以使抽象深奥的道理形象化、浅显化，从而让读者更易领悟理解，乐于接受。作用：可把道理讲得通俗易懂，容易被人接受。使论证的内容更加生动形象，更利于读者明白。答题格式：使用了比喻论证的论证方法，将……比作……，证明了……的观点，从而把抽象深奥的道理阐述得生动形象、浅显易懂。 5、归纳论证法归纳论证就是从许多同类有联系的特殊事物中概括出一般的道理；或者说，用特殊的论据来证明普遍性的论点的方法。它是归纳推理的具体运用。它的特点是从个别到一般，符合人类认识活动的规律。归纳法，由于是从大量事实出发来证明论点，讲清道理，切实可信，因而能以理服人，具有较强的说服力。 运用归纳法应注意的几个问题：①运用归纳法，必须选择真实、典型的事例进行论证，不能随意挑选某些个别事例作为论据。②被归纳的个别事物(现象)必须具备充分的代表性，否则就会陷入“以偏概全”的误区，将论述导入歧途。甚至构成谬误。③被归纳的个别事物(现象)相互之间必须具有完全一致性，即必须具有共同的本质属性，否则归纳就会前后矛盾，上下不一，从而失去了论证的可靠性与可信度。 分析论据与论点的关系：答题方式：本文（段）的论点是　　　　　　　　，这里所列举的……属（事实或道理）论据，是为了从（反面或正面）证明这个论点，…… 辨识论证方法，分析其作用：１、回答这类问题，首先需要明确常见的几种论证方法的概念，了解它们之间的差别，然后结合语境，具体内容具体分析。２、答题方式：这一段（一句）运用了　　　论证方法，论证了……（论点），显得……（好处）。 议论文的标题类型1.论点型【直截了当，有利于读者快速准确把握中心论点】2.论题型【点明作者在文章中所要讨论的问题或范围】3.疑问型【其答案就是中心论点】4.比兴型【题目只表明文章写作的因由或论述的切入点，含蓄朦胧，引人入胜】 议论文的开头方式1.开门见山，提出论点。2.引用名言，提出问题。3.举出事例，引出论点。议论文开头的作用1.结构上的作用：引出论题，首尾呼应。2.内容上的作用：【分析其与中心的联系；分析其论证方法及作用】作为论据论证论点。3.艺术效果上的作用：引起读者的阅读兴趣，增强可读性。 议论文结尾的作用【内容上、结构上】1.总结全文2.深化中心3.强调【突出、揭示】------议论文过渡句的作用1.承上启下2.由------转入------的论述 材料链接题1.找出材料与选文之间的联系【相连的或相反的】2.如果是多则材料，要把每则材料的信息概括整理出来。3.写出探究结果。要求1言简意赅，简明扼要。2.语言流畅，无语病，无错别字。