?精密機械零件不是單純尺寸做小,要滿足機構(gòu)運動、力傳遞、定位、密封、補償?shù)仍砉δ埽诵膰@運動實現(xiàn)、精度保持、受力承載、熱變形、摩擦磨損、裝配匹配六大原理要求。
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1. 運動學(xué)原理要求(自由度約束)
機構(gòu)運動必須符合運動學(xué)約束,避免過定位、欠定位
轉(zhuǎn)動零件(軸、軸承配合):只保留旋轉(zhuǎn)自由度,其余 5 個自由度被約束,不能出現(xiàn)附加彎矩、卡滯;
直線運動零件(導(dǎo)軌、滑臺):僅保留 1 個移動自由度,防止扭擺、側(cè)向竄動;
定位零件(定位銷、定位面):嚴格限制需要鎖死的自由度,嚴禁過定位,否則受熱、受力會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,精度漂移。
原理關(guān)鍵點:盡量遵循運動學(xué)定位原理,必要時采用半運動學(xué)設(shè)計。
2. 摩擦與潤滑原理要求
精密機構(gòu)大量精度損失來自摩擦、爬行、磨損
相對運動副(軸?套、導(dǎo)軌、齒輪副):控制摩擦系數(shù)穩(wěn)定,避免動靜摩擦系數(shù)差過大,防止低速爬行;
摩擦副配對材料要匹配,減少粘著磨損;
潤滑方式適配工況:流體潤滑、邊界潤滑、干摩擦,零件結(jié)構(gòu)要預(yù)留油槽、回油通道,保證潤滑油膜建立;
減少摩擦發(fā)熱,發(fā)熱會帶來熱變形,直接破壞精密尺寸。
3. 彈性變形原理要求
受力下彈性變形不可避免,零件設(shè)計要把變形控制在允許范圍
承受載荷的精密零件(主軸、絲杠、支架):剛度滿足,受外力后彈性變形量必須小于系統(tǒng)允許精度;
彈簧、彈性壓圈、彈性定位件:利用可控彈性變形實現(xiàn)預(yù)緊、消隙;
避免局部應(yīng)力集中:零件尖角、薄壁位置,受力后局部彈性畸變,造成定位不準;
裝配預(yù)緊力要匹配:預(yù)緊過小有間隙,預(yù)緊過大產(chǎn)生過大彈性變形,精度劣化。
4. 熱變形原理要求
溫度變化是精密設(shè)備zui大誤差源之一
零件熱膨脹系數(shù)匹配:配對零件盡量熱膨脹系數(shù)接近,溫度變化時間隙 / 過盈量不會劇烈改變;
結(jié)構(gòu)允許熱自由伸長,不能被剛性卡死,否則產(chǎn)生熱應(yīng)力、扭曲;
運動發(fā)熱的零件,結(jié)構(gòu)上要利于散熱,避免局部熱點;
必要設(shè)置熱補償結(jié)構(gòu),抵消熱脹帶來的位移誤差。
5. 間隙與消隙原理要求
傳動、配合副的間隙直接影響重復(fù)定位精度
回轉(zhuǎn)副、滑動副:合理設(shè)計配合間隙;間隙過大回程誤差大;間隙過小易卡死;
齒輪、絲杠螺母等傳動件:要有消隙實現(xiàn)條件,如雙螺母、薄片齒輪消隙,零件結(jié)構(gòu)要支持預(yù)緊消隙;
靜配合(過盈):過盈量嚴格控制,既要傳遞扭矩,又不能讓零件發(fā)生塑性變形。
6. 振動與動力學(xué)原理要求
高速、往復(fù)精密零件要考慮動力學(xué)
旋轉(zhuǎn)件(主軸、葉輪):滿足動平衡原理,降低離心振動;
零件固有頻率避開工作激勵頻率,防止共振,共振會瞬間破壞精度甚至損壞零件;
運動沖擊:換向、啟停時,零件結(jié)構(gòu)要降低沖擊載荷,避免沖擊造成塑性微變形。
7. 密封、排屑、環(huán)境適配原理
運動副如果需要密封:零件結(jié)構(gòu)要滿足密封原理,防塵、防切削液侵入,異物進入會直接刮傷精密配合面;
排屑:加工類設(shè)備零件,避免切屑堆積在定位、運動面上;
蠕變:長期持續(xù)受力的非金屬 / 薄壁金屬件,要抑制蠕變帶來的緩慢位移漂移。
8. 裝配可實現(xiàn)原理
零件本身功能原理要能通過裝配實現(xiàn)
配合面可以實現(xiàn)可控的壓緊、對中;
便于調(diào)整間隙、預(yù)緊量;
裝配應(yīng)力不能使零件發(fā)生微變形;很多精密零件精度合格,裝配夾緊不當直接報廢。