自动化设计标准件选型概要.ppt

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1、自动化非标设计各标准件选型知识概要,非标选型内容包括：,1、气缸2、直线线轨3、滚珠丝杆4、伺服电机5、减速机6、凸轮分割器,7、同步轮带8、轴承9、齿轮齿条10、链轮链条11、拖链12、液压油缸,一：气缸选型,气缸制造商亚德客(国内）SMC（亚洲）FESTO(欧洲）Park、力士乐(美国）,Cylinder,缸径的大小直接影响的是气缸出力的大小在选择缸径大小时，请确认以下三个使用条件,1、确定负载的大小 包括工件、夹具、导杆等可动部分的重量。,2、选定使用的空气压力 供应气缸的压缩空气压力。,3、活塞杆动作方向及作动速度 确定气缸作动方向（上、下、水平）。,v,气缸实际出力=最大理论出力*,

2、对于静载荷（夹紧、低速铆合），70%；对气缸速度在50 500mm/s内的水平或垂直运动，50%;对于气缸速度在500mm/s以上，30%,如使用环境温度较高时，请选择密封件材质为氟橡胶；,过滤器：除去压缩空气中的固态杂质、水滴和污油滴等。不能除去气态的水、油；调压阀：调节压力高低；消除上流压力的波动影响，保证输出压力稳定；给油器：无需润滑的元件可以不给油,但是一旦给油后就不得中途停止供油，同时，要防止冷凝水进入元件内，以免冲洗掉润滑油。,过滤器,调压阀,给油器,电磁控制阀选型标准,I接头和Y接头,普通的机构连接用，不能承受偏心负载,鱼眼接头,适用于负载做一定角度的倾斜、旋转及摆动，有自动调心

3、功能,浮动接头,使用浮动接头可以吸收由于活塞杆和负载的偏心或不平行对活塞杆产生的偏心负载和横向负载,气缸配件接头选择,缓冲器 为了防止硬性撞击的设备工具；具有优良且平稳的减速、吸震性能，当受到负载撞击时，抵抗力会自动调整；聚氨酯缓冲器 的价格比较低，重量比较轻，安装非常方便，使用寿命长，在很多机械上使用，是最常见的缓冲器；橡胶缓冲器 这种缓冲器价格低，抗压力能力弱，使用寿命短；弹性缓冲器 对环境无要求，恶劣环境下可使用，反应力度大，所占空间大，适用于2米每秒的起重机中；液气缓冲器 性能最佳，是液压缓冲器的改良品种；弹性胶泥缓冲器 性能优良，结构设计简单，质量可靠，完全依靠弹性胶泥的缓冲力，常年

4、无需防护；,气缸与之相关的计算公式,1.气缸耗气量计算,Q/Qmax 气缸的最大耗气量 L/minD 缸径 cmVmax:气缸的最大速度 mm/sS 气缸行程（cm)t 气缸一次夹紧（或松开）动作时间(sec),P 使用压力（Mpa）气缸的耗气量还包括非工作容积（如气缸内气管等），所以需将耗气量计算结果乘以经验值：1.252.0;(一般取值2.0）,公式1,公式2,二：直线线轨,Straight track,上银线轨 HIWIN,HG 系列：重负荷型滚珠线性滑轨EG 系列：低组装型滚珠线性滑轨（一般自动化设置，通用性强）WE系列：宽幅型滚珠线性滑轨MGN/MGW系列：微小型滚珠线性滑轨PM系列

5、：轻量化微小型线性滑轨QH系列：静音式重负荷型滚珠线轨QW系列：静音式宽幅型滚珠线轨RG系列：滚柱型线轨（重型设备）QR系列：静音型滚柱型线轨E2系列：自润滑型线轨(自带润滑装置）PG系列：定位型线滑轨 SE系列：金属端盖型线性滑轨（半导体制造，热处理，真空环境）,精度等级：C H P SP UP 普通 高 精密 超精密 超高精密,直线导轨的选用通常，直线导轨副的选用必须根据使用条件、负载能力、和预期寿命选用。所谓使用条件主要是指应用何种设备、精度要求、刚性要求、负荷方式、行程、运行速度、使用频率、使用环境等因素。根据条件选择对应的合适产品系列。各个直线导轨的生产厂家都对其产品进行了合适的系列

6、划分。,预压力：所谓预压力是预先给予钢珠负荷力，利用钢珠与珠道之间负向间隙给予预压，这样能够提高直线导轨的刚性和消除间隙。按照预压力的大小可以分为不同的预压等级。如台湾上银公司（HIWIN）提供六种标准预压，预压力从有间隙到0.13C不等。C值为动额定负荷。基本动额定负荷（C）所谓基本动额定负荷是指一批相同规格的直线导轨副，在负荷方向和大小均等的状态下，经过运行50km后，90%的直线导轨其滚道表面不产生疲劳损坏（剥离或点蚀）时的最高负荷。基本静额定负荷(Co):所谓基本静额定负荷是指在负荷方向和大小均等的状态下，在受到最大应力的接触面处，钢珠与滚道表面的总永久变形量恰为钢珠直径万分之一时的静

7、负荷。静安全系数（fsl)计算滑块最大负荷时要确认选用的直线导轨静安全系数应该超过推荐表中所列值。如果所选用的直线导轨副刚性不足，可以提高预压力，加大选用尺寸或增加滑块数来提高刚性。静安全系数定义为静额定负荷与工作负荷的比值。,单只线轨装配图,双只线轨装配图,滚珠线轨安装方式,三：滚珠丝杆,Ball screw,因为滚珠丝杠是滚动运动，与滑动丝杠相比效率较高，所以回转运动转化为直线运动、直线运动转化为回转运动效率可达到=88%96%。另经磨削加工的精密滚珠丝杠，因为是精密加工，可以达到微米级的进给精度。在用做升降传动机构时，需要采取制动等措施。,滚珠丝杆介绍,滚珠丝杆钢球循环机构,a.可适用的

8、螺杆外径、导程广泛；b.规格齐全c.预载较大,a.适用于高灵敏、高精度的进给 系统，不宜用于重载传动中。b.预载小,a.适用于高导程；只可作单螺母c.预载中等,a.较多应用于小型滚珠丝杠。,滚珠丝杠副中的间隙对传动精度影响较大。当精度要求不高时，可采用单螺母，并对丝杠和螺母进行选配，或进行预压以减小配合间隙。当精度要求较高时，常采用双螺母，通过调整两个螺母间的轴向位置，以消除轴向间隙，并进行预紧，提高传动的定位精度、重复定位精度及轴向刚度。预压力一般约取最大轴向载荷的1/3。以基本额定动负荷（Ca)的10%作为最大预压负荷基准；,消除轴向间隙的调整预压方式,1.定位精度,滚珠螺杆的精度中，导程

9、精度、系统的刚性是主要的影响因素，其他主要有温度而产生的热变形，安装面的精度等方面。,双螺母垫片调整法（中间加垫片）图例,双螺母螺纹消隙图例,齿差式消隙图例,双螺母垫片调整法（端部加垫片）,滚珠丝杆螺母副预压方式,错位预压方式,定压预压方式,滚珠丝杆安装方式,一端装止推轴承，这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杆。,固定自由式,固定支撑式,一端装止推轴承，另一端装深沟球轴承，滚珠丝杆较长时，一端装止推轴承固定，另一端由深沟球轴承支承。为了减少丝杆热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源。,固定固定式,两端装推力轴承（单推单推式或双推单推式）这种方式是对丝杠进行预拉伸安装。这样做

10、的好处是：减少丝杠因自重引起的弯曲变形；在推力轴承预紧力大于丝杠最大轴向载荷1/3的条件下，丝杠拉压刚度可提高四倍；丝杠不会因温升而伸长，从而保持丝杠的精度。,固定固定式（丝母旋转，丝杆固定）,两端装双重轴承（止推轴承+深沟球轴承）为提高刚度，丝杆两端采用双重支承，如止推轴承和深沟球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杆的热变形转化为止推轴承的预紧力。,滚珠丝杠的工作长度计算：,丝杠设计中应注意的问题,丝杠由于其精度要求高,制造比较复杂,所以在设计过程中应注意如下问题 1)受力合理 使螺母和丝杠同样受拉或受压,以使两者轴向变形方向一致,减少螺母与丝杠之间的导程变形量之差;避免承受径向载荷,

11、以免使丝杠弯曲 2)防止逆转 采用本身不能逆传动的电液脉冲马达或步进电动机等驱动元件。采用可自锁的蜗杆传动等作中间传动机构。采用电磁或液压制动器，或选用本身带制动器的电动机。采用能锁住某一方向传动的超越离合器。3)安全装置 垂直安装的滚珠螺旋传动，容易发生螺母从丝杠螺纹滚道上脱,在设 计时应考虑设置防止螺母脱出的安全装置，如限位挡块或安全制动器等。4)控制升温 设计时应注意时滚珠丝杠传动远离热源，并采用油浴,气冷等方法减小温升,以减少丝杠的热变形；或在安装时对丝杠进行预拉伸,以抵消运行时因发热 后引起的丝杠伸长。5)密封与润滑 如在螺母两端加密封圈或采用伸缩套,防尘罩等，注意合理润滑,以延长滚

12、珠 螺旋传动的使用寿命。,1）导程精度选择 如为满足定位精度要求0.3mm/1000 mm必须选择 0.090mm/300 mm 以上的导程精度，参考精度等级表选择：C7 级；2）丝杆导程的选择,如驱动马达额度转述 3000 min,最高速度为 1m/s,螺杆的导程为,丝杆支撑单元,螺母座,丝杆配件,梯形丝杆与滚珠丝杆对比,梯形丝杠和滚珠丝杠主要区别分为三点1)结构不同 梯形丝杠的结构简单、不复杂，主要是由螺杆和螺母组成，安装简单方便，但精度要求达不到。而滚珠丝杠则是由螺杆、螺母、钢球、预压片、反向器、防尘器组成，结构复杂，安装要求高，但精度高，并已逐渐替代梯形丝杠的使用。2)工作原理不同梯形

13、丝杠是依靠丝母与丝杠之间的油膜产生相对滑动工作的，滑动摩擦从而完成直线运动。摩擦力大易 磨损而且传动副存在间隙，反向旋转时有空位，精度低滚珠丝杠的工作原理为：当丝杠作为主动体时，滚珠丝杆是高副机构，运动件都淬火到极高硬度，传动精度高，摩擦力小，不易磨损，寿命长，配合件无间隙，广泛应用在精密机械3)产品特点不同梯形丝杠的特点是成本低,能够自锁，应用于要求精度较低的一些机床，如升降机等工业设备。,四：伺服电机选型计算,Servo motor,伺服电动机 伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统

14、中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。,步进电机和交流伺服电机性能比较,一、控制精度不同 两相混合式步进电机步距角一般为3.6、1.8，五相混合式步进电机步距角一般为0.72、0.36 m德国百格拉公司（BERGER LAHR）对于带标准2500线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360/10000=0.036。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收217=131072个脉冲电

15、机转一圈，即其脉冲当量为360/131072=9.89秒。是步距角为1.8的步进电机的脉冲当量的1/655。二、低频特性不同 步进电机在低速时易出现低频振动现象。交流伺服电机运转非常平稳三、矩频特性不同 步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，其最高工作转速一般在300600RPM 流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内。四、过载能力不同 步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力五、运行性能不同 步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电

16、机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环六、速度响应性能不同 步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200400毫秒，交流伺服系统的加速性能较好,从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。,交流伺服电机选型参数1)转速和编码器分辨率的确认。(编码器分辨率越高电机控制进度越好）2)电机轴上负载转矩的折算和加减速转矩的计算。3)计算负载惯量，惯量的匹

17、配，安川伺服电机为例，部分产品惯量匹配可达50倍，但实际越小越 好，这样对精度和响应速度好。4)再生电阻的计算和选择，对于伺服，一般2kw以上，要外配置。电缆选择，编码器电缆双绞屏蔽的，对于安川伺服等日系产品绝对值编码器是6芯，增量式是4芯。转速是指在额定功率下电机的转速。也即满载时的电机转速，故又叫做满载转速。用符号“n”表示，单位为“转/分”编码器分辨率编码器以每旋转360度提供多少的通或暗刻线称为分辨率，也称解析分度、或直接称多少线，一般在每转分度510000线。转矩 转矩为电机转动负载的力量的大小，必须满足实际需要，伺服电机转矩不需要留有过多的余量。（计算时包括“匀速转矩”，“加速转矩

18、”，“减速转矩”）符号：”T”单位：Nm(牛米）惯量 指物体绕电机轴，丝杆轴转动的惯性量值，一般来说绕X轴，其符号就用“Jx”表示单位：Kgm再生电阻指当伺服电机由发电机模式驱动时，电力回归至伺服放大器侧，这被称为再生电力。再生电力通过在伺服放大器的平滑电容器的充电来吸收。超出可以充电的能量后，再用再生电阻器消耗再生电力。,1.马达最大转速系统所需之最高移动转速。2.马达的转子惯量与负载惯量相匹配。（JL负载 5*JM电机）3.马达额定扭力 x 连续负载工作扭力（匀速时扭力）4.马达最大输出扭力系统所需最大扭力（加速时扭力）9,选型条件：一般情况下，选择伺服电机需满足下列情况,31,F=,扭矩

19、计算,1/R,T,T,1)电机转矩T（N.m）滑轮半径r（m）提升力F（N）,T,经过减速机后的提升力F=R,r,F,F,r,r,r,T,2)电机转矩T（N.m）螺杆导程PB（m）推力F（N）,F,PB,T,F,1/R,PB,T,惯量计算,一、负载旋转时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）,实心圆柱,空心圆柱,L（m）,D（m）,L（m）,D1（m）,JK MK（D02 D12）,8,1,经过减速机之后的转动惯量JL,R,JK,JK MK D,8,1,1/R,D0（m）,33,惯量计算,M,1/R,PB,直线运动部分JKM（）,2,PB,经过减速机之后的转动惯量JL,R,JK,二

20、、负载直线运动时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）,34,惯量计算,三、皮带类传动时惯量计算 JL（）（以电机轴心为基准计算转动惯量）,M3,M2,M1,r1,r2,电机转矩T（N.m）小轮1质量M1(kg)小轮1半径r1(m)小轮2质量M2(kg)小轮2半径r2(m)重物质量M3(kg)减速比r1/r2=1/RJL=1/2*M1*r12+(1/2*M2*r22)/R2+M3*r12JL=1/2*M1*r12+1/2*M2*r12+M3*r12,五：减速机,Reducer,减速机的作用主要有：1）降速同时提高输出扭矩，扭矩输出比例按电机输出乘减速比，但要注意不能超出减速机额定扭

21、矩。2）减速同时降低了负载的惯量，惯量的减少为减速比的平方。电机都有一个惯量数值。减速机选型的几个重要参数：1、额定输入转速 n1 rmp:减速机的驱动速度，如减速机与电机直接相连，则转速值与电机转速相同，环境 温度较高时降低转速n1;2、输出转速 n2 rmp:输出转速按照下列公式通过输入转速 n1 和传动比 i 计算出来；3、速比 i 表示减速机改变某一运动的三个主要参数值的值，即通过减速机的速比来 改变 转速、扭矩、惯性力矩；4、最大扭矩 Tmax Nm:指减速机在静态条件或高起停运转条件下所能承受的输出转矩，通常指峰值负载或 启动负载。T max=2*Tn(最大扭矩=2 x 额定输出扭

22、矩）5、实际所需扭矩 Ts Nm:所需转矩取决于应用场合的实际工况，拟选减速机的额定转矩Tn 必须大于Ts;6、计算用扭矩 Tc Nm:会在选择减速机时被用到，可以由实际所需转矩Ts 和系数 fs，按以下公式得出；,减速机的作用,计算用扭矩额定输出扭矩,减速机的选型标准：1、电机的功率，输出转速或极数 2、减速机的输出转速(n 单位 rpm)/或减速机的速比 i=输入转速/输出转速 3、减速机的安全系数 fB=减速机最大输出扭矩/实际负载扭矩(特指在减速机选型时，结合工况及 从动机械等因数，确定减速机的使用系数（一般1，即减速机容量电机容量），减速机的安 全系数也就是他所能承载的过载能力)4、

23、减速机的安装方式，轴的布置形式，减速机与其他设备的连接方式等 5、减速机的使用环境，是否多粉尘、高温度、防爆场合、高湿度或腐蚀性气体或液体环境 6、是否需要强制润滑;,1）平均输出速度(n2m)减速机的额定速度(n1m)；2）平均输出扭矩(T2m)减速机的额定扭矩(T1m)；3）最大输出速度(n2c)减速机的最大速度(n1max)；4）最大输出扭矩(T2max)减速机的最大扭矩(T2B)；,电机功率的计算,1）静功率的计算,线性运动,旋转运动,2）动态功率的计算,旋转运动,线性运动：惯性力 F=ma;,mKg 质量am/s 起动加速度,减速机扭矩的计算公式,1)知道电机功率和速比及使用系数，求

24、减速机扭矩如下公式：减速机扭矩=9550电机功率速比使用系数/电机输入转数 额定转速速 n 单位是转每分(r/min)额定转数一般4p的电机为1500转（但由于制造工艺问题国内电机达不到1500转。一般计算时取1450）以上公式是减速机的输出扭矩，但是选择电机，要选择减速器承载能力相匹配的电机功率才行，不同速比应选择不同功率的电机，功率过大，会降低减速机的寿命。2)知道使用扭矩和减速机输出转数及使用系数，求减速机所需配用电机功率如下公式：电机功率使用扭矩9550电动机输入转数速比使用系数,1.根据负载类型、每小时启停次数和预期工作寿命确定使用系数fB,减速机的选型,2.根据所需转矩 Ts 按以

25、下公式得出计算用扭矩：计算用扭矩=实际所需扭矩 x 使用系数 额定输出扭矩3.由所需要的输出转速 n2 和输入转速 n1 传动比：i=n1/n24.确定了 Tc 和 i 后,根据减速机额定值表，选择最接近计算值的传动比，并满足以下条件的减速机型号：TnTc(额定输出扭矩计算所需扭矩）5.安全系数 S,六:凸轮分割器,一、凸轮分割器定义,1）凸轮分割器：在工程上又称凸轮分度器，间歇分割器。它是一种高精度的回转装置。同时在当前自动化的要求下，显得尤为重要。2）凸轮分割器较之其他构件之优点：凸轮分割器是依靠凸轮与滚针之间的无间隙配合(其啮合传动方式类似于蜗轮蜗杆传动)，并沿着既定的凸轮曲线进行重复传

26、递运作的装置。它输入连续旋转驱动，输出间歇旋转、或摆动、或提升等动作。主要用于自动化加工,组装，检测等设备上面。,3）凸轮分割器的工作原理是通过输入轴上的共轭凸轮与输出轴上带有均匀分布滚针轴承的分度盘无间隙垂直啮合，凸轮轮廓面的曲线段驱使分度盘上的滚针轴承带动分度盘转位，直线段使分度盘静止，并定位自锁。通常情况下，输入轴旋转一圈（360），输出轴便完成一动一停的一个分度过程，在一个分度过程中，输出轴有一个转位时间和停止时间之比叫动静比，动静比的大小与凸轮曲线段在整个凸轮圆周上所占的角度大小有关系（通常把这段曲线所占的角度叫动程角），动程角越大，比值越大，分割器运转越平稳；凸轮圆周上直线段所占的

27、角度叫静止角，动程角与静止角之和为360,5）各种特形、端面凸轮（1）心轴型分割器（DS）：输出轴为心轴，适用于间歇传送输送带、齿轮啮合等机构动力来源。（2）法兰型分割器（DF）：输出轴外形为一凸缘法兰。适用于重负荷的回转盘固定及各圆盘加工机械。（3）中空法兰型分割器（DFH）：输出轴外形为凸缘法兰并且为轴中间为空心。适用于配电、配管通过。（4）平台桌面型凸轮分割器（DT）:能够承受大的负载及垂直径向压力，在其输出轴端有一凸起固定盘面及大孔径空心轴，更好的满足了客户要求中心静止的需求。（5）超薄平台桌面型凸轮分割器（DA）:同于平台桌面型，适用于负载大但体积受到限制的条件下。（6）平行凸轮分度

28、机构（MRP）:能实现小分度（一分度至八分度）大步距输出。特别适用于要求在一个周期内停歇次数较少的场合，如各种纸盒模切机，果奶果冻灌装成型机等。（7）重负载专用型凸轮分度机构（MRY）:能实现多分度（4分度至200分度）分。特别适用于要求重负载的场合，如各类玻璃机械、电光源设备等。,4）它主要分弧面凸轮和平面凸轮，原理不同 1、弧面凸轮 弧面凸轮分度器是输入轴上的弧面共轭凸轮与输出轴上的分度轮无间隙垂直啮合的传动装置。弧面凸轮轮廓面的曲线段驱使分度轮转位，直线段使分度轮静止，并定位自锁。通过该机构将连续的输入运动转化为间歇式的输出运动。2、平面凸轮 平面凸轮分度器是输入轴上的平面共轭凸轮与输出

29、轴上的分度轮无间隙平行啮合的传动装置。平面凸轮轮廓面的曲线段驱使分度轮转位，直线段使分度轮静止，并定位自锁。通过该机构将连续的输入运动转化为间歇式的输出运动。3、圆柱（筒形）凸轮分割器：重负载专用平台面式圆柱凸轮分割器，电光源设备专用框架式凸轮分度机构。,各种特形、端面凸轮示意图,二、凸轮分割器选型,1）凸轮分割器型号是根据圆盘的负载与驱动扭力来确定的，负载越重，或者是扭力越大相应的选择的型号就越大。2）机器安装位置和运动方式首先就要考虑好，机器的安装位置和螺丝孔都要确定好，3）确定需要的传动工位数，工位是机械性固定不可以变更的。4）确定圆盘承受的冲击力等，要保证凸轮分割器不受到大的冲击力。冲

30、击力较大，可以在下面加平衡支撑点，以减少冲压力对分割器造成的不必要伤害。如果作用力太大会容易损伤分割器机械性能，减小分割器的寿命。已知间歇凸轮分割器型号后，在如何选择马达型号及减速比？通过凸轮间歇分割器入力轴（电机提供的输入力）的转速（n1)和 出力轴的转速(n2)，即可知减速机速比，i=n1/n2,涉及到的公式及实例,转动惯量,例：m=10Kg r=1m 则J=10Kgm2,例：m=10Kg r=1m 则J=5Kgm2,圆盘转动惯量公式,旋转轴,圆盘质量m（Kg）,r 旋转半径（m）,T表示转矩，单位 NmF表示力，单位Nr表示旋转半径，单位mJ转动惯量，单位Kgm2角加速度，单位rad/s

31、2,转矩计算公式,凸轮分割器选型实例,已知条件分割器定位等份N=6输入轴转速n=50rpm回转时间与定位时间比k=1：2凸轮曲线：变形正弦曲线Vm=1.76（曲线特性速度）Am=5.53（曲线角加速度）Qm=0.99（入力扭矩系数）转盘的质量m1=10Kg工位的质量m2=0.5Kg工件的质量m3=0.1Kg,300,200,分割器,圆盘m1,工位m2,凸轮分割器选型实例,计算驱动角（回转角）已知时间为1：2（回转时间：定位时间）驱动角为,300,200,分割器,圆盘m1,工位m2,凸轮分割器选型实例,计算负载（Tt）负载包括：惯性扭矩Ti+摩擦扭矩Tf+做功扭矩Tw1：惯性扭矩的计算圆盘的转动

32、惯量I1（圆盘质量m1=10Kg）工位的转动惯量I2（工位质量m2=0.5Kg）工件的转动惯量I3（工件质量m3=0.1Kg）,300mm,200mm,分割器,圆盘m1,工位m2,总转动惯量I=I1+I2+I3,计算负载（Tt）负载包括：惯性扭矩Ti+摩擦扭矩Tf+做功扭矩Tw1：惯性扭矩的计算输出轴最大角加速度的计算 惯性扭矩Ti,凸轮分割器选型实例,计算负载（Tt）负载包括：惯性扭矩Ti+摩擦扭矩Tf+做功扭矩Tw2：摩擦扭矩的计算u摩擦系数m正压质量R摩擦处的旋转半径摩擦力矩可大可小，与实际设计有很大关系，特别是摩擦处的正压力未必等于上部自重此例中摩擦扭矩为0,300mm,200mm,分

33、割器,圆盘m1,工位m2,凸轮分割器选型实例,计算负载（Tt）负载包括：惯性扭矩Ti+摩擦扭矩Tf+做功扭矩Tw3：做功扭矩的计算做功表示是否圆盘还带有别的负载此例中没有带有负载所以为0一般该项为0经过计算最终负载Tt为,300mm,200mm,分割器,圆盘m1,工位m2,实际负载与计算负载的关系实际负载（选型负载Te）必须比计算负载大，一般要乘以一个大于1的安全系数。取安全系数为fc=1.5,凸轮分割器选型实例,输入轴扭矩Tc已知Qm=0.99 启动力矩Tca为0,300mm,200mm,分割器,圆盘m1,工位m2,凸轮分割器选型实例,功率计算（P）,300mm,200mm,分割器,圆盘m1

34、,工位m2,假设效率为60%则功率为113.85/0.6=190W,在正常运行中所需功率为其一半,凸轮分割器选型实例,选型原则：在转速n下，分割器的输出轴扭矩高于Te=4.48即可根据转速n，并查参数表可知最小可用60mm的分割器根据安装尺寸需求可以向上选型如70DF 80DF 100DF等,300mm,200mm,分割器,圆盘m1,工位m2,六:同步轮、带,一 同步轮的分类,常用的同步轮：,可分为AT5、AT10、T5、XH、H、L、XL、3M、5M、8M、S5M、S8M等开口、接驳同步带。广泛应用于各种行业，如陶瓷、食品、石材、烟草、木工、印刷、纺织包装等。,同步带传动的优点(1)工作时无

35、滑动，有准确的传动比(2)传动效率高，节能效果好(3)传动比范围大，结构紧凑(4)维护保养方便，运转费用低(5)恶劣环境条件下仍能正常工作,1)确定设计时的必要条件。1.机械种类 2.传动动力 3.负载变动程度 4.1日工作时间 5.小带轮的转速6.旋转比(大带轮齿数/小带轮齿数)7.暂定轴间距 8.带轮直径极限9.其他使用条件,二 同步轮的选型计算,2)计算设计动力,设计动力（Pd）=传动动力（Pt)X 过负载系数（Ks）请根据原动机额定动力计算传动动力（Pt），原本根据施加在皮带上的实际负载进行计算较为理想。过负载系数（Ks)=ko+Kr+Ki Ko:负载补偿系数 Kr：旋转比补偿系数 K

36、i:惰轮补偿系数,旋转比补偿系数（Kr）,惰轮补偿系数（Ki）,1）齿数 齿数是同步带轮重要参数，同步带轮节圆直径齿数齿距/2）材质及表面处理同步带轮常用材质为铝合金及45钢，表面处理分别为铝轮：本色氧化 黑色氧化；钢轮：四氧化三铁保护膜 无电解镀镍,3）通过简易的表暂定皮带种类 同步带轮齿形可以分为英制（普通扭矩）MXL、XL、L、H以及公制（高扭矩）S2M、S3M、S4M、S5M、S8M和（普通扭矩)T5、T10齿形的选择可以参照下表：,4）确定大小带轮的齿数、皮带长度、轴间距,根据暂定轴间距(Ca)和大带轮节圆直径（Dp）,小带轮节圆直径（Dp)确定大致皮带周长（Lpa)单位：mm,从产

37、品目录上选择最接近大致皮带周长(Lpa)的皮带周长(Lp),然后根据以下公式计算正确的轴间距,C:轴间距 Lp:皮带周长,5）确定皮带宽度,根据以下公式计算大致皮带宽度（Bwa：mm),然后选择最接近大致皮带宽度的正确皮带宽。,Pd:设计动力(Kw)Ps:基准传动容量 Km:啮合补偿系数 Wp:基准皮带宽度,啮合齿数：Zd：小带轮齿数 Dp:大带轮节圆直径（mm)C:轴间距（mm):接触角度（）dp:小带轮节圆直径,6）请确认设计动力（Pd）是否满足以下公式，（该公式不成立时，再选择大一号的皮带宽度）Pd Ps*Km*Kb,Pd:设计动力(Kw)Ps:基准传动容量 Km:啮合补偿系数 Kb:宽

38、度补偿系数,三 同步带的安装方法安装同步带时，如果两同步带轮的中心距可以移动，必须先将同步带轮的中心距缩短，装好同步带后，再使中心距复位。若有张紧轮时，先把张紧轮放松，然后装上同步带，再装上张紧轮。往同步带轮上装同步带时，切记不要用力过猛，或用螺丝刀硬撬同步带，以防止同步带中的抗拉层产生外观觉察不到的折断现象。设计同步带轮时，最好选用两轴能互相移近的结构，若结构上不允许时，则最好把同步带与同步带轮一起装到相应的轴上。控制适当的初张紧力。同步带传动中，两带轮轴线的平行度要求比较高，否则同步带在工作时会产生跑偏，甚至跳出带轮。轴线不平行远将引起压力不均匀，使同步带齿早期磨损。支撑同步带轮的机架，必

39、须有足够的刚度，否则同步带轮在运转时就会造成两轴线的不平行,7）确认轴间的调整量 是否大于表内数值,四 同步带轮问题总汇,七:轴承选型,一 滚动轴承的类型与特点 滚动轴承通常有套圈、滚动体及保持架构成，按其承受载荷的方向可分为向心轴承和推力轴承。另外还可以按滚动体的种类，分为球轴承和滚子轴承，并根据其形状和特定用途进行分类。,类型与特点 滚动轴承与滑动轴承相比较，具有以下特点：1）启动摩擦小，并且与动摩擦之差也小。2）由于在国际上已实现标准化、规格化，所以具有互换性，可互换使用；3)简化了轴承外围的结构，便于保养、检查。4）一般可以同时承受径向载荷和轴向载荷。5）比较易于在高、低温工况下使用。

40、详细资料参考 NSK轴承 资料库,八:齿轮齿条,二、齿轮一般分为三类，分别是平行轴、相交轴及交错轴齿轮。,齿轮的种类繁多，其分类方法最通常的是根据齿轮轴性。一般分为平行轴、相交轴及交错轴三种类型。平行轴齿轮包括正齿轮、斜齿轮、内齿轮、齿条及斜齿条等。相交轴齿轮有直齿锥齿轮、弧齿锥齿轮、零度齿锥齿轮等。交错轴齿轮有交错轴斜齿齿轮、蜗杆蜗轮、准双曲面齿轮等。,一、什么是齿轮？,齿轮是能互相啮合的有齿的机械零件。它在机械传动及整个机械领域中的应用极其广泛。,右表中所列出的效率为传动效率，不包括轴承及搅拌润滑等的损失。平行轴及相交轴的齿轮副的啮合，基本上是滚动，相对的滑动非常微小，所以效率高。交错轴斜

41、齿轮及蜗杆蜗轮等交错轴齿轮副，因为是通过相对滑动产生旋转以达到动力传动，所以摩擦的影响非常大，与其他齿轮相比传动效率下降。齿轮的效率是齿轮在正常装配状况下的传动效率。如果出现安装不正确的情况，特别是锥齿轮装配距离不正确而导致同锥交点有误差时，其效率会显著下降。,三、常用的齿轮分类,表示轮齿的大小的术语是模数,m1、m3、m8被称为模数1、模数3、模数8。模数是全世界通用的称呼，使用符号m（模数）和数字（毫米来表示轮齿的大小，数字越大，轮齿也越大。另外，在使用英制单位的国家（比如美国），使用符号（径节）及数字（分度圆直径为1英吋时的齿轮的轮齿数）来表示轮齿的大小。比如：DP24、DP8，等等。还

42、有使用符号（周节）和数字（毫米）来表示轮齿大小的比较特殊的称呼方法。比如CP5、CP10、模数乘以圆周率即可得到齿距（p）。齿距是相邻两齿间的长度。,用公式表示就是,模数（m）、压力角（）再加上齿数（z）是齿轮的三大基本参数，以此参数为基础计算齿轮各部位尺寸。,四、齿轮的重要参数,压力角,压力角是决定齿轮齿形的参数。即轮齿齿面的倾斜度。压力角（）一般采用20。以前，压力角为14.5的齿轮曾经很普及。,压力角是在齿面的一点（一般是指节点）上，半径线与齿形的切线间所成之角度。如图所示，为压力角。因为=，所以也是压力角。,A齿与B齿的啮合状态从节点看上去时：A齿在节点上推动B点。这个时候的推动力作用

43、在A齿及B齿的共同法线上。也就是说，共同法线是力的作用方向，亦是承受压力的方向，则为压力角。,齿高与齿厚,轮齿的高度由模数（m）来决定。,全齿高 h=2.25m（=齿根高+齿顶高）齿顶高（ha）是从齿顶到分度线的高度。ha=1m。齿根高（hf）是从齿根到分度线的高度。hf=1.25m。齿厚（s）的基准是齿距的一半。s=m/2。,压力角,齿轮的直径,决定齿轮大小的参数是齿轮的分度圆直径（d）。以分度圆为基准，才能定出齿距、齿厚、齿高、齿顶高、齿根高。,分度圆直径 d=zm齿顶圆直径 da=d+2m齿根圆直径 df=d-2.5m 分度圆在实际的齿轮中是无法直接看到的，因为分度圆是为了决定齿轮的大小

44、而假设的圆。,中心距与齿隙,一对齿轮的分度圆相切啮合时，中心距是两个分度圆直径的和的一半。,中心距 a=（d1+d2）/2,在齿轮的啮合中，要想得到圆滑的啮合效果，齿隙是个重要的因素。齿隙是一对齿轮啮合时齿面间的空隙。齿轮的齿高方向也有空隙。这个空隙被称为顶隙（Clearance)。顶隙(c)是齿轮的齿根高与相配齿轮的齿顶高之差。顶隙 c=1.25m-1m=0.25m,五、具有代表性的齿轮材料,45钢（机械结构用碳素钢）45钢是中碳钢的代表，含碳量为0.45%。因为进货非常容易，正齿轮、斜齿齿轮、齿条、伞形齿轮、蜗杆等各种齿轮多使用这种材料。42CrMo（铬钼合金钢）含碳量0.40%，成份中含

45、有铬、钼等成分的中碳合金钢。比45钢的强度高，通过调质或高频淬火处理可提高硬度，用来制造各种不同的齿轮。20CrMnTi（铬钼合金钢）低碳合金钢的代表材料。一般情况下，经渗碳淬火处理后使用。材料热处理后的强度高于45钢及42CrMo。使用表面硬度在5560HRC左右。Su303不锈钢 主要用在食品机械等需要避免生锈的机械中。铸造铜合金 是制造涡轮的主要材料。一般有铸造磷青铜、铝青铜等。啮合的蜗杆材料大多使用45钢、42CrMo、20CrMnTi等钢材。蜗杆与涡轮使用不同材料是为了防止蜗杆涡轮啮合时由于滑动而引起的齿面胶合及过渡磨损等。,六、具有代表性的热处理,淬火 为了提高钢材的硬度，将材料加

46、热到高温（约800）后快速冷却。根据冷却介质，分为油冷/水冷/喷射冷却等不同种类。淬火后的钢材过脆，为了增加钢材的韧性，一般需要再进行回火处理。纯铁即使经过淬火处理也不会变硬。钢材的含碳量要在0.35%以上才有淬火硬化的可能。调质处理 调质处理是将淬火及高温回火相结合，调整钢材（钢件）硬度、强度、靭性的热处理。因为调质后的材料及制品要进行机械加工，所以硬度达不到淬火后那么高。高频淬火 像45钢或42CrMn钢这样含碳量在0.35%以上的碳素钢，对其表面进行硬化处理的方法。要注意的是，对齿轮进行高频处理后，会发生齿面及齿顶的硬度达到使用要求、但齿根部分达不到淬火硬度的情况。硬度低于渗碳淬火处理的

47、硬度。齿轮经过高频淬火后精度下降。作为高精度齿轮使用时需要对齿轮做磨削加工。渗碳淬火 渗碳淬火是在低碳钢的表面渗人碳素，使之成为高含碳量状态的处理。是仅对钢材表面进行硬化的热处理手段。渗人碳素的表面与芯部的硬度由硬到软连续变化。芯部硬度低于表面。经过渗碳淬火处理的齿轮容易产生变形（尺寸增大）及扭曲等，致使齿轮精度下降1个等级程度。要想提高齿轮精度，需要对齿轮做再次磨削。氮化处理 氮化是将氮扩散渗人到钢的表面以提高表面硬度的热处理方法。含有铝、铬、钼的钢材容易达到氮化目的，表面硬度提高。,七、常见的表面处理,镀锌（膜厚 225 mm)化学镀镍(310m)发黑处理（表面氧化）厚度在3m以下磷化处理

48、(皮膜厚度为315m左右)固体润滑处理(在不能使用润滑油脂的地方可以考虑使用固体润滑处理)WPC处理(提高金属的抗疲劳强度但不改变金属的抗弯曲强度,尺寸变化12 m),八、齿轮的加工方法,1)使用齿条铣刀加工齿条的轮齿,3)使用蜗杆刀具切削蜗杆的轮齿,2)使用小齿轮型刨齿刀切削正齿轮的轮齿,4)使用CONIFLEX刀具加工直齿伞形齿轮的轮齿,5)使用弧齿伞形齿轮刀具切削弧齿伞形齿轮的轮齿,6)使用螺纹装砂轮研磨斜齿齿轮的轮齿 加工效益高,7)使用薄型圆盘状砂轮研磨蜗杆,8)使用砂轮研磨齿条,九、齿轮的装配与确认,齿轮是旋转零件。请充分考虑安全，将齿轮确实地固定在轴上。另外由于齿轮的形状及轮齿的螺旋，齿轮在啮合旋转时产生轴向力（推力），需要特别注意齿轮不在轴向产生移动。,因为齿条和小齿轮使用在直线齿顶装置中，所以齿条和小齿轮的组装距离在任意位置都能保持一定的高精度组装非常的重要。另外，因为小齿轮多采用悬臂支撑与轴承联接，所以需要特别注意轮齿不出现片面接触。右图的序号是在支架上安装齿条的顺序,九:链轮链条,十:拖链选型,十一:液压油缸选型,