0 引言

旋转组件是数控机床、非标设备、仪器仪表上的基本组件，随着工业技术的发展，对零件加工、装配、检测精度要求越来越高，相应对旋转组件的几何精度和运动精度要求也越来越高[1]。本文设计的某大型设备的旋转组件，致力于解决原先存在的低头、回转轴线偏差大、运动精度低等问题，提高旋转运动及同步回转精度，以满足设备使用需求。

1 设备使用要求和精度指标

设备机械主体主要由床身、床头、床尾组成，如图1所示，床头、床尾回转轴法兰盘带动工件做匀速平稳的回转运动，要求床头、床尾回转轴分别具有旋转和分度功能，并且做同步旋转运动。对旋转组件的精度要求见表1，实测数据表明所设计的旋转组件满足设备精度要求。

2.将培训全过程纳入网上管理。以培训管理信息系统中的功能为基础将培训项目开发部的相关工作流程纳入网上管理，实现以单班（单项目）为管理对象，以过程控制为核心，以信息技术为支撑，集培训计划、培训经费申报、培训日常管理、办班收支归集、单班（单项目）考核和分析为一体的闭环管理模式，使涉及培训办班的所有信息在系统中实现全方位流转和共享，方便各信息使用部门的沟通协调。

  

图1 设备机械主体

 

表1 旋转组件精度指标及实际检测结果

 

mm

  

序号检测项目允差值实测值备注1床头法兰盘平面与导轨基准面垂直度≤0．3+0．12床尾法兰盘平面与导轨基准面垂直度≤0．3+0．153床头与床尾法兰盘平面平行度≤0．30．24床头与床尾回转轴同轴度≤ϕ1．5ϕ0．5形位精度5床头回转角位移偏差≤40″40″6床尾回转角位移偏差≤40″40″7床头和床尾同步回转角偏差≤1′1′回转精度

2 旋转组件的设计

由于加工装配误差的存在，势必会引起回转轴线偏心和传动间隙，进而影响回转精度。设备采用伺服电机经精密减速器带动齿轮副驱动回转轴旋转的方式，回转轴系采用锥面消差轴承等结构，减小回转轴线偏差；设计的消隙机构可消除传动间隙，提高传动精度。为保证床头、床尾法兰盘同步旋转，引入了角位移测量系统对其回转角分别进行实时测量，将两个旋转运动关联，进行全闭环控制。

2.1 回转轴系的设计

通过分析原有设备在加载状况下低头现象严重的原因，可知其回转轴径向采用小轴承两点式支撑，轴向推力轴承与环座配合，径向刚度偏弱，轴向无合理的预紧装置，因此在不同载荷作用下，轴端会产生不同扰度，变形大。重新进行设计分析，针对产品为大直径回转体和人员进出的需要，采用空心轴结构，通过2个大型角接触球轴承支撑在环座内，如图2所示。分析支撑距离L对环座变形的影响，优化设计结构[2-3]。并进行有限元受力仿真和变形分析，在载荷相同情况下，对比分析支撑距离分别为1 800mm、2 300mm、2 800mm时环座的变形大小，发现较大支撑距离下环座的变形较小，如图3所示，该方式可有效提高环座的支撑刚度，减小回转轴的挠度变形，保证床头、床尾法兰盘的形位精度。

  

1—空心轴；2—轴承定距环；3—齿轮定距环；4—方头螺杆； 5—大齿轮；6—环座；7—刹车环；8—内圈压紧块；9—轴承垫块； 10—轴承；11—外圈压紧块；12—轴承压紧环图2 空心轴组件

 

 

  

图3 不同跨距下环座的变形分析

回转轴偏心是影响回转精度的主要因素之一，引起轴线偏差的主要因素包括轴承内外圈的制造安装误差、轴承间隙、空心轴和环座的制造误差等[4-6]。如表2所示，若采用常规轴承，合计最大轴线偏差为0.47mm，无法满足设备精度要求。改进设计，提高轴承加工精度，将轴承外圈与环座安装面设计成锥面，通过圆锥面定心，消除轴承外圈装配间隙，提高环座中两个轴承的轴线定位精度，消除外圈跳动和尺寸偏差对轴线偏差的影响。轴承内圈和空心轴过盈配合，进行热装，以提高轴线定位精度，消除轴承内圈跳动对轴线偏差的影响。经计算改进后的最大轴线偏差要求0.1mm，实测轴线偏差为0.03mm，与常规轴系结构相比精度大幅提高。

 

表2 改进前后的回转轴线偏差对比 mm

  

序号误差项目改进前要求改进后要求改进后实测值1外圈径向跳动≤0．25≤0．10．052外圈尺寸公差+0．1750 配研配研3环座内径尺寸公差H7+0．1750配研配研4内圈径向跳动≤0．16≤0．10．035内圈尺寸公差+0．150 +0．150 0．076回转轴外径尺寸公差js6+0．055-0．055n6+0．22+0．110．15引起的回转轴线偏差0．470．10．03

此外，通过施加预紧载荷[7]，减小轴承径向和轴向游隙，提高轴承的回转精度。在轴承预紧结构的设计上，为便于大轴承的装拆、调试和手工预紧，保证均匀预载，在轴承内外圈均设有活动预紧块和螺钉。如图2所示轴承内外圈压紧块，为6个扇形块，通过螺钉分别固定在空心轴上，每个扇形块轴向上装有螺钉或螺杆用于轴向预紧，为避免预紧螺钉松紧不一造成的轴线偏差，采用力矩扳手逐步预紧。齿轮定距环上安装有螺杆，保证轴承内圈的压紧和齿轮的轴向定位。在轴承外圈小端端面的圆周方向均匀分布若干垫块，并固连在外圈上，垫块的厚度可根据需要配磨，保证外圈的轴向预紧。

关于步枪典型故障分析的研究一直没有间断过。余家武应用故障分析中的FMECA和FTA两种方法对某自动步枪的主要故障进行了分析[4];宫鹏涵等通过ADAMS建模软件建立了某自动步枪射击时的动态特性[5];蔡伟等将故障树和模糊理论相结合对某自动步枪的卡弹故障进行了很好的分析[6];都业宏等将云模型理论和语言方式规则语言应用于预测兵器试验故障,对兵器试验的故障预测问题进行了相关的研究[7];Jia Z H等通过动力学仿真也对某步枪的相关问题件进行了研究[8]。

式中:y1为更换元件的质量，kg;y2为固定所更换元件的紧固件数;y3为连接所更换元件的连接件数;x2为更换元件前需拆卸的紧固件数;x3为更换元件前需拆卸的连接件数.

2.2 消隙机构的设计

齿轮制造误差齿厚偏差引入的齿侧间隙为0.35mm，两者引起的最大尺侧间隙为0.62mm，按照齿轮分度圆直径为2 231mm进行转化计算，引起的回转角偏差>1.9′，超出对回转精度的要求。必须引入合适的消隙机构，提高传动系统精度。

对齿侧间隙引起的回转角偏差进行计算，由于大传动比的存在，高速级齿轮的齿面间隙对输出轴旋转精度的影响很小，所以只计算最后一级齿轮齿侧间隙引起的回转角偏差。

中心距偏差引起齿侧间隙可以通过调整中心距来减小，这里不做计算。由回转轴径向跳动和端面跳动引起的齿轮回转偏心e=0.24mm，由此引起的齿侧间隙[10]为：

δ=2e/cosα=2×0.24/cos20°=0.51mm

传动系统中传动间隙会影响运动精度，设备的传动间隙主要是齿轮传动间隙，来源于中心距偏差、齿轮制造偏差(如齿距、齿厚偏差)、安装偏差(如齿轮安装偏心)，并集中反映在最后一级的齿轮传动中，以齿侧间隙反映出来[8-9]，通常需要引入消隙机构。

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常用的消隙方法有变中心距法、轴向弹簧调整法、双片直齿轮错齿调整法、双电机驱动法等。与机械消隙法相比，双电机驱动消隙法降低了传动机构的复杂性，采用先进的电气控制方法替代传统的机械消隙法，故采用双电机驱动消隙法。如图4所示，两套伺服电机驱动，一个是驱动电机，另一个是消隙电机，驱动力矩应大于负载力矩和消隙力矩之和。当反向运动时，两个电机的作用互换，使原驱动电机变为消隙电机，原消隙电机变为驱动电机。通过切换电机，使传动机构无论是正向还是反向均有不间断的驱动力矩，不必走过一个齿侧间隙就能完成驱动，提高了传动精度和驱动刚度。

  

图4 双伺服消隙机构

2.3 回转角位移测量系统的设计

参考文献:

2) 所设计的旋转组件有效解决了回转轴挠度变形、轴线偏差大、运动精度低、光栅读数头丢数和测量精度低等难题，大大提高设备回转精度。

1) 旋转组件中影响其形位误差和旋转精度的主要因素为环座的变形、回转轴组件的加工误差引起的回转轴线偏差、驱动系统中减速器的回程误差、光栅测量系统的系统误差等，且这些误差被大幅减小。

3 结语

由图2可知，回转轴系置于环座内，光栅可贴在空心轴外径上，读数头位于环座内。并设计一光栅读数头调整装置，以解决读数头不易安装调整的问题。该装置能够保证读数头与光栅条的距离在一定范围内不变，不会因安装误差、旋转轴径向跳动等因素导致光栅测量系统丢数。

本设备采用一条光栅和4个读数头联合读数的方式进行角位移测量，即使光栅接头处缝隙、光栅和读数头间距变化引起丢数现象，该测角系统仍可得到连续可靠的数据，并减小光栅安装偏心、回转轴跳动等对测量精度的影响[13]。

3) 实际测量的精度数据表明，旋转组件的形位精度和回转精度满足设计要求；本设备已用于实际生产制造，工作稳定可靠，满足使用要求。

为实现高精度的回转角位移控制，需要进行角位移测量，采用全闭环控制方式，并通过数字协调法使床头、床尾回转轴同步旋转。角位移测量的理想方法是采用圆光栅，由于回转轴直径多达2m，采用光栅条沿圆周方向进行拼接的方式来替代，拼接处可采用相位差补偿的方法在软件中进行计算，消除拼接点引入误差[11-12]。

浮萍家族的成员虽然都很微小，但却有着较高的营养价值。科学家研究发现，浮萍含有多种维生素和丰富的植物性蛋白，营养价值可与黄豆媲美。

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16个批次紫荆叶提取物对酪氨酸酶活性的抑制率测定结果见表1。由表1可见，不同批次紫荆叶提取物的酪氨酸酶活性抑制率存在明显差别；总体上看，其质量浓度越高，对酪氨酸酶活性的抑制作用越强，但其质量浓度与酶活性抑制率不呈线性相关性。

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