机电一体化技术-22--精密机械技术-1课件.ppt

1、2.2 精密机械技术 2.2.1 机械系统概述 1、机械系统的组成、机械系统的组成 包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母包括引导和支承执行部件的导轨、丝杠螺母副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及副、齿轮齿条副、蜗杆蜗轮副、齿轮或齿链副及其支承部件等。其支承部件等。传动部件：传动部件：1)、线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆、线性传动：齿轮、丝杠螺母、蜗轮蜗杆 2)、非线性传动：连杆机构、凸轮机构、非线性传动：连杆机构、凸轮机构l 支承部件：导向支承、旋转支承支承部件：导向支承、旋转支承l 轴系：轴系：l 机架：机架：2.2 精密机械技术l 2、机械系统设计的基本要求和内容、机械系统设计

2、的基本要求和内容l 1）机械系统设计要求）机械系统设计要求l 为确保机械系统的为确保机械系统的传动精度和工作稳定性传动精度和工作稳定性，通，通常对机电一体化系统提出以下要求：常对机电一体化系统提出以下要求：l(1)(1)高精度高精度 l 精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体精度直接影响产品的质量，尤其是机电一体化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的化产品，其技术性能、工艺水平和功能比普通的机械产品都有很大的提高，因此机电一体化机械机械产品都有很大的提高，因此机电一体化机械系统的高精度是其首要的要求。系统的高精度是其首要的要求。如果机械系统的如果机械系统的精度不能满足要求，则无论机电一体化

3、产品其它精度不能满足要求，则无论机电一体化产品其它系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操系统工作怎样精确，也无法完成其预定的机械操作。作。l l (2)(2)快速响应性快速响应性 l 即要求机械系统从接到指令到开始执行指令即要求机械系统从接到指令到开始执行指令指定的任务之间的时间间隔短，这样控制系统才指定的任务之间的时间间隔短，这样控制系统才能及时根据机械系统的运行状态信息，下达指令能及时根据机械系统的运行状态信息，下达指令，使其，使其准确地完成任务准确地完成任务。l (3)(3)良好的稳定性良好的稳定性 l 即要求机械系统的工作性能不受外界环境的即要求机械系统的工作性能不受外界环境的影响

4、，影响，抗干扰能力强抗干扰能力强。2.2 精密机械技术l l 2）设计内容：l (1)(1)机械本体设计机械本体设计 l 线性传动部件线性传动部件l 非线性传动部件非线性传动部件l 间歇传动部件，等等间歇传动部件，等等 (2)(2)机械传动设计机械传动设计 l 2.2 精密机械技术 2.2 精密机械技术 2.2.2 机械传动机构机械传动机构 1、机械传动机构概述、机械传动机构概述 常用的机械传动部件包括：常用的机械传动部件包括：n 螺旋传动螺旋传动n 齿轮传动齿轮传动n 同步带传动同步带传动n 高速带传动高速带传动n 各种非线性传动等各种非线性传动等2.2 精密机械技术 基本功能基本功能传动机

5、构传动机构运动的变换运动的变换动力的变换动力的变换形式形式行程行程方向方向速度速度大小大小形式形式丝杠螺母丝杠螺母齿轮齿轮齿轮齿条齿轮齿条链轮链条链轮链条带、带轮带、带轮杠杆机构杠杆机构凸轮机构凸轮机构蜗轮蜗杆蜗轮蜗杆间歇机构间歇机构 1)机械传动机构的基本要求 采取的措施 (1)减少摩擦阻力减少摩擦阻力 如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、滚动如采用滚珠丝杠螺母副、静压丝杠螺母副、滚动 导轨、静压导轨和塑料导轨。导轨、静压导轨和塑料导轨。(2)提高传动精度和刚度、消除传动间隙提高传动精度和刚度、消除传动间隙 传动精度和刚度主要取决传动精度和刚度主要取决于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的

6、刚度。传动间隙主要于丝杠螺母副、蜗轮蜗杆副及其支承结构的刚度。传动间隙主要来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等来自传动齿轮副、蜗杆副、丝杠螺母副等 (3)减小运动惯量减小运动惯量 传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都传动元件的惯量对伺服机构的启动和制动特性都有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件有影响。在满足部件强度和刚度的前提下，尽可能减小执行部件的惯量。的惯量。(4)缩短传动链，提高传动与支承刚度；丝杠预紧；缩短传动链，提高传动与支承刚度；丝杠预紧；(5)选择最佳传动比（选择最佳传动比（china-machine），提高分辨率，降低等效转），提高分辨率，降低等效转动

7、惯量动惯量,缩小反向死区误差；缩小反向死区误差；(6)改进支承结构，提高刚度，减小振动和噪声改进支承结构，提高刚度，减小振动和噪声2.2 精密机械技术2.2 精密机械技术 2）机械传动机构的发展 精密化、高速化、小型化 3）机械传动机构的设计内容 传动机构的设计任务包括系统设计和结构设计：（1）估算载荷（2）选择总传动比，选择伺服电动机（3）选择传动机构的形式（4）确定传动级数，分配各级传动比（5）配置传动链，估算传动链精度（6）传动机构的结构设计（7）计算传动装置的刚度和结构固有频率（8）做必要的工艺分析和经济分析2.2 精密机械技术2、机械传动系统的特性（1）转动惯量：转动惯量的影响 转动

8、惯量的计算（2）阻尼（3）刚度（4）传动精度 传动系统的误差分析 减少传动误差的措施3、滚珠丝杠螺母传动 2.2 精密机械技术滚珠丝杠螺母副滚珠丝杠螺母副 滚珠丝杠螺母副是滚珠丝杠螺母副是直线运动与回转运动能相互转换直线运动与回转运动能相互转换的的新型传动装置。新型传动装置。一、一、工作原理与特点工作原理与特点丝杠丝杠滚珠滚珠螺母螺母滚珠滚珠回路回路图图2-1滚珠丝杠工作原理图滚珠丝杠工作原理图 在丝杠和螺母上都在丝杠和螺母上都有半圆弧形的螺旋槽，有半圆弧形的螺旋槽，当它们套装在一起时便当它们套装在一起时便形成了滚珠的螺旋滚道形成了滚珠的螺旋滚道。螺母上有滚珠回路管。螺母上有滚珠回路管道，当丝

9、杠旋转时，滚道，当丝杠旋转时，滚珠在滚道内既自转又沿珠在滚道内既自转又沿滚道循环转动。滚道循环转动。滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常滚珠丝杠螺母副是数控机床中回转运动转换为直线运动常用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中的滑动，用的传动装置。它以滚珠的滚动代替丝杠螺母副中的滑动，摩擦力小，具有良好的性能。摩擦力小，具有良好的性能。组成：丝杠组成：丝杠 螺母螺母 滚珠滚珠滚道（回珠器）滚道（回珠器）螺母座螺母座1、滚珠丝杠螺母副的组成、滚珠丝杠螺母副的组成精度等级 l 滚珠丝杠副根据使用范围及要求分为七个精度等级，即1,2,3,4,5,7,10级，1级最高，依次递减。在数

10、控机床上，X坐标可采用2,3或4级，Z坐标可采用3,4或5级。l 滚珠丝杠副可分为定位滚珠丝杠副（P类）和传动滚珠丝杠副(T类）。l 具体精度项目分三类：行程偏差和行程变动量、跳动和位置公差以及性能检验项目。滚珠丝杠螺母副特点 l 摩擦损失小，传动效率高。l 运动平稳无爬行。l 可以预紧，反向时无空程。l 磨损小，精度保持性好，使用寿命长。l 具有运动的可逆性。l 不能自锁，特别是用作垂直安装的滚珠丝杠传动，会因部件的自重而自动下降，当向下驱动部件时，由于部件的自重和惯性，当传动切断时，不能立即停止运动，必须增加制动装置。l 结构复杂，制造成本高。二、滚珠丝杠螺母副的循环方式二、滚珠丝杠螺母副

11、的循环方式 常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠常用的循环方式有两种：滚珠在循环过程中有时与丝杠脱离接触的称为脱离接触的称为外循环外循环；始终与丝杠保持接触的称；始终与丝杠保持接触的称内循环内循环。1外循环外循环插管式插管式回珠器回珠器插管式插管式回珠器回珠器图图2-2 外循环方式外循环方式 每一列钢珠转几圈后经每一列钢珠转几圈后经插管回珠器插管回珠器返回。插管式回珠返回。插管式回珠 器位于螺母之外，称为外循环。器位于螺母之外，称为外循环。外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平外循环结构制造工艺简单，其滚道接缝处很难做得平滑，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也滑

12、，影响滚珠滚动的平稳性，甚至发生卡珠现象，噪声也较大。较大。DCBA反向回珠器反向回珠器 图图2-3 内循环方式内循环方式DACB 钢珠从钢珠从A点走向点走向B点、点、C点、点、D点然后经返向回珠器点然后经返向回珠器4从螺纹的顶上回到从螺纹的顶上回到A点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环点。螺纹每一圈形成一个钢珠的循环闭路。回珠器处于螺母之内，称为内循环。闭路。回珠器处于螺母之内，称为内循环。2.内循环内循环 其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易其结构紧凑，定位可靠，刚性好，返回滚道短，不易发生滚珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用于发生滚珠堵塞；缺点是结构复杂，制造较困难，不能用

13、于多头螺纹。多头螺纹。三、滚道法向截面的形状三、滚道法向截面的形状(a)单圆弧型面 (b)双圆弧型面 单圆弧滚道形面成形比较简单，而且单圆弧滚道形面成形比较简单，而且易于得到较高的加工精度，但接触角不易易于得到较高的加工精度，但接触角不易控制，它随初始间隙和轴向力大小而变化，控制，它随初始间隙和轴向力大小而变化，因而其传动效率、承载能力和轴向刚度均因而其传动效率、承载能力和轴向刚度均不稳定。不稳定。双圆弧滚道能保持一定的接触角，传双圆弧滚道能保持一定的接触角，传动效率、承载能力和轴向刚度比较稳定，动效率、承载能力和轴向刚度比较稳定，螺旋槽底部不与滚珠接触，可容纳一定的螺旋槽底部不与滚珠接触，可

14、容纳一定的润滑油和脏物，以减小摩擦和磨损，但砂润滑油和脏物，以减小摩擦和磨损，但砂轮成形较复杂，不易获得较高的加工精度。轮成形较复杂，不易获得较高的加工精度。四、滚珠丝杠螺母副的预紧方法四、滚珠丝杠螺母副的预紧方法 预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母预紧方法有三种，基本原理都是使两个螺母产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预产生轴向位移，以消除它们之间的间隙和施加预紧力。紧力。滚珠丝杠螺母预紧的目的消除反向间隙、提滚珠丝杠螺母预紧的目的消除反向间隙、提高其刚度。高其刚度。垫片调整法垫片调整法 1.垫片调整法垫片调整法 通过改变垫片的厚度，使螺母产生轴向位移。这种结通过改变垫片的厚度，使

15、螺母产生轴向位移。这种结构简单可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中构简单可靠、刚性好，但调整较费时间，且不能在工作中随意调整。随意调整。螺母调整法螺母调整法螺母螺母2.螺母调整法螺母调整法 用两个锁紧螺母用两个锁紧螺母l，2能使螺母相对丝杠作轴向移动能使螺母相对丝杠作轴向移动。这种结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用。这种结构既紧凑，工作又可靠、调整也方便，故应用较广。但调整位移量和预紧力不易精确控制。较广。但调整位移量和预紧力不易精确控制。3.齿差调整法齿差调整法 当两齿同向各转过一个齿时，当两齿同向各转过一个齿时，则左螺母相对于右螺母转过则左螺母相对于右螺母转过1 m。Z1=

16、99Z2=100螺距螺距t-10mm齿差调整法齿差调整法五、滚珠丝杠螺母副的选用五、滚珠丝杠螺母副的选用 目前我国滚珠丝杠螺母副的目前我国滚珠丝杠螺母副的精度标准精度标准为四级：普为四级：普通级通级P、标准级、标准级B、精密级、精密级J和超精密级和超精密级C。普通数控机。普通数控机床可选用标准级床可选用标准级B，精密数控机床可选精密级，精密数控机床可选精密级J或超精或超精密级密级C。在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要在设计和选用滚珠丝杠螺母副时，首先要确定螺距确定螺距t、名义直径名义直径D0、滚珠直径、滚珠直径d0等主要参数。等主要参数。D0愈大，丝杠承载能力和刚度愈大。愈大，丝杠承载能力和

17、刚度愈大。为了满足传动刚为了满足传动刚度和稳定性的要求，通常度和稳定性的要求，通常D0应大于丝杠长度的应大于丝杠长度的1/301/35，根据根据D0值选取尽量较大的螺距值选取尽量较大的螺距t。滚珠直径滚珠直径d0对承载能力对承载能力有直接影响，应尽可能取较大有直接影响，应尽可能取较大的数值。一般的数值。一般d0 0.6t，其最后尺寸按滚珠标准选用。，其最后尺寸按滚珠标准选用。六、六、滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式滚珠丝杠螺母副的支承形式和制动方式1.支承形式支承形式 (1)一端装止推轴承一端装止推轴承一端装止推轴承一端装止推轴承 这种安装方式的承载能力小，轴向刚度低，仅适这种安装方式的承载

18、能力小，轴向刚度低，仅适应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控应于短丝杠，如数控机床的调整环节或升降台式数控铣床的垂直坐标中。铣床的垂直坐标中。(2)一端装止推轴承，另一端装向心球轴承一端装止推轴承，另一端装向心球轴承 滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端滚珠丝杠较长时，一端装止推轴承固定，另一自由端装向心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承的装向心球轴承。为了减少丝杠热变形的影响，止推轴承的安装位置应远离热源安装位置应远离热源(如液压马达如液压马达)及丝杠上的常用段。及丝杠上的常用段。图图7-11 一端装止推轴承，另一端装向心球轴承一端装止推轴承，另一端装向心球轴承

19、图图7-12 两端装止推轴承两端装止推轴承(3)两端装止推轴承两端装止推轴承 将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧将止推轴承装在滚珠丝杠的两端，并施加预紧拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热拉力，有助于提高传动刚度。但这种安装方式对热伸长较为敏感。伸长较为敏感。(4)两端装止推轴承及向心轴承两端装止推轴承及向心轴承两端装止推轴承及向心轴承两端装止推轴承及向心轴承 为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推为了提高刚度，丝杠两端采用双重支承，如止推轴承和向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式轴承和向心球轴承，并施加预紧拉力。这种结构方式可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力，但设计

20、可使丝杠的热变形转化为止推轴承的预紧力，但设计时要注意提高止推轴承的承载能力和支架刚度。时要注意提高止推轴承的承载能力和支架刚度。滚珠丝杠副的支承方式的选用滚珠丝杠副的支承方式的选用 l 滚珠丝杠主要承受轴向载荷，除丝杠自重外，滚珠丝杠主要承受轴向载荷，除丝杠自重外，一般无径向外载荷。一般无径向外载荷。l 滚珠丝杠副的支承，主要是约束丝杠的轴向窜滚珠丝杠副的支承，主要是约束丝杠的轴向窜动，其次才是径向约束。动，其次才是径向约束。l较短的丝杠或垂直安装的丝杠，可以采用单支承形较短的丝杠或垂直安装的丝杠，可以采用单支承形式（一端固定，一端自由）；式（一端固定，一端自由）；l水平安装丝杠较长时，可以

21、一端固定，一端游动；水平安装丝杠较长时，可以一端固定，一端游动；l对于精密和高精度机床的滚珠丝杠副，为了提高丝对于精密和高精度机床的滚珠丝杠副，为了提高丝杠的拉压刚度，可以两端固定；杠的拉压刚度，可以两端固定；l为了补偿热膨胀和减少丝杠因自重下垂，两端固定为了补偿热膨胀和减少丝杠因自重下垂，两端固定丝杠还可以进行预拉伸。丝杠还可以进行预拉伸。2.制动方式制动方式 滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用在滚珠丝杠螺母副传动效率很高，但不能自锁，用在垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制垂直传动或水平放置的高速大惯量传动中，必须装有制动装置。常用的制动方法有动装置。常用的制动方法有超

22、越离合器、电磁摩擦离合超越离合器、电磁摩擦离合器或者使用具有制动装置的伺服驱动电机器或者使用具有制动装置的伺服驱动电机。滚珠丝杠必须采用滚珠丝杠必须采用润滑油或锂基油脂润滑油或锂基油脂进行润滑，同进行润滑，同时要采用时要采用防尘密封装置防尘密封装置。如用接触式或非接触密封圈，。如用接触式或非接触密封圈，螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩，以防尘螺旋式弹簧钢带，或折叠式塑性人造革防护罩，以防尘土及硬性杂质进入丝杠。土及硬性杂质进入丝杠。七、丝杆与螺母相对运动的组合类型七、丝杆与螺母相对运动的组合类型八、轴向间隙的调整方法八、轴向间隙的调整方法 l 滚珠丝杠副的轴向间隙，是滚珠丝杠副的轴向间

23、隙，是负载时在滚珠与滚道型面负载时在滚珠与滚道型面接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间接触点的弹性变形所引起的螺母位移量和螺母原有间隙的总和隙的总和。因此，要把轴向间隙完全消除相当困难。因此，要把轴向间隙完全消除相当困难。通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形量控制在最通常采用双螺母预紧的方法，把弹性变形量控制在最小限度内。小限度内。l 预紧力太小时，提高刚度的效果不明显，预紧力太大预紧力太小时，提高刚度的效果不明显，预紧力太大时，则又较大地增加了摩擦和牵引力。适当的预紧力时，则又较大地增加了摩擦和牵引力。适当的预紧力应为最大轴向负载的应为最大轴向负载的1/3。九、滚珠丝杠螺母副的主要

24、尺寸和标注方法九、滚珠丝杠螺母副的主要尺寸和标注方法(a)滚珠丝杠副轴向剖面（b)滚珠丝杠副法向剖面 滚珠丝杠副参数代号滚珠丝杠螺母副的标注方法滚珠丝杠副型号编写格式 例如:CMD508-3.5-3/2200 1800 l 导程的大小导程的大小是根据机床的加工精度要求确定的。是根据机床的加工精度要求确定的。精度要精度要求高时，应将导程取小些，求高时，应将导程取小些，这样在一定的轴向力作用下，这样在一定的轴向力作用下，丝杠上的摩擦阻力较小。丝杠上的摩擦阻力较小。l 公称直径公称直径d0是指滚珠中心圆的直径，是指滚珠中心圆的直径，d0根据承受的载荷来根据承受的载荷来选取。选取。d0越大，丝杠承载的

25、能力和刚度就越大。为了满足越大，丝杠承载的能力和刚度就越大。为了满足传动刚度和稳定性的要求，传动刚度和稳定性的要求，通常通常d0应该大于丝杠长度的应该大于丝杠长度的1/301/35。l 滚珠丝杠螺母副工作时，螺母各圈滚珠所承受的载荷是滚珠丝杠螺母副工作时，螺母各圈滚珠所承受的载荷是不同的。在每一个循环回路中，不同的。在每一个循环回路中，第一圈滚珠承受总负载第一圈滚珠承受总负载的的50左右，第二圈约承受左右，第二圈约承受30%，第三圈约为，第三圈约为20%。因。因此，滚珠丝杠副中的每个循环回路的此，滚珠丝杠副中的每个循环回路的滚珠工作圈数取为滚珠工作圈数取为2.53.5圈。滚珠的总数圈。滚珠的总

26、数N一般不要超过一般不要超过150个。个。十、滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的连接形式十、滚珠丝杠螺母副与驱动电动机的连接形式 l 与电动机轴直接连接与电动机轴直接连接l 通过齿轮连接通过齿轮连接l 通过同步齿形带连接通过同步齿形带连接l 无论采用何种连接形式，都应无论采用何种连接形式，都应消除连接间隙，减小连消除连接间隙，减小连接件间的同轴度误差，以提高传动精度和传动刚度。接件间的同轴度误差，以提高传动精度和传动刚度。无键弹性环联轴器无键弹性环联轴器弹性环连接1一主动轴；2-螺钉；3一从动轴；4一压盖；5-弹性环；6一轴套 弹性环的内外锥面弹性环的内外锥面互相贴合，通过压盖互相贴合，通过压盖4轴

27、轴向压紧，使内、外锥形向压紧，使内、外锥形环互相楔紧，使内环内环互相楔紧，使内环内径变小箍紧轴，外环外径变小箍紧轴，外环外径变大撑紧轴套，消除径变大撑紧轴套，消除间隙并将主、从动轴与间隙并将主、从动轴与轴套连成一体，依靠轴套连成一体，依靠摩摩擦传递转矩擦传递转矩。套筒式联轴器套筒式联轴器1一销；2,5,8一套筒；3,6一传动轴；4-螺钉；7一主动轴；9一十字滑块；10一防松螺钉；11-键（c）使用十字滑块）使用十字滑块9，接头槽口通过配研消除间隙。这，接头槽口通过配研消除间隙。这种结构可以消除主、从轴间的同轴度误差的影响，在精种结构可以消除主、从轴间的同轴度误差的影响，在精密传动中应用较多。密

28、传动中应用较多。十一、滚珠丝杠副的防护十一、滚珠丝杠副的防护 滚珠丝杠副密封滚珠丝杠副密封 螺母端部密封螺母端部密封 十二、滚珠丝杠螺母副设计选择要点十二、滚珠丝杠螺母副设计选择要点l 计算最大动载荷计算最大动载荷Ql 确定丝杠名义直径确定丝杠名义直径D及长度及长度Ll 确定导程确定导程tl 确定支承结构确定支承结构l 刚度校核刚度校核l 预紧力的确定预紧力的确定l 丝杠稳定性和临界转速丝杠稳定性和临界转速l 防尘与润滑防尘与润滑l1)计算最大动载荷计算最大动载荷Q 考虑工作载荷、工作转速及工作时间，确定考虑工作载荷、工作转速及工作时间，确定最大动载荷最大动载荷Q；丝杠承载能力与工作寿命及载；

29、丝杠承载能力与工作寿命及载荷特性有关。荷特性有关。l2)确定丝杠名义直径确定丝杠名义直径D及长度及长度L 据最大动载荷与承载能力确定名义直径据最大动载荷与承载能力确定名义直径 长度由工作长度确定长度由工作长度确定l3)确定导程确定导程t 考虑脉冲当量和传动效率考虑脉冲当量和传动效率l4)确定支承结构确定支承结构l5)刚度校核刚度校核 接触刚度和拉压刚度接触刚度和拉压刚度l6)预紧力的确定预紧力的确定 预紧力的大小为设计的最大轴向载荷的预紧力的大小为设计的最大轴向载荷的1/3l7)丝杠稳定性和临界转速丝杠稳定性和临界转速l8)防尘与润滑防尘与润滑l 1）齿轮传动系统的总传动比及其分配原则齿轮传动

30、系统的总传动比及其分配原则l l 设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学设计机电一体化齿轮传动系统，主要是研究它的动力学特性。特性。l (1)最佳总传动比最佳总传动比l 首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载首先把传动系统中的工作负载、惯性负载和摩擦负载综合为系统的总负载，方法有：综合为系统的总负载，方法有：l (a)峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载峰值综合：若各种负载为非随机性负载，将各负载的峰值取代数和。的峰值取代数和。l (b)均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载均方根综合：若各种负载为随机性负载，取各负载的均方根。的均方根。l 负载综合时，要转化到

31、电机轴上，成为等效峰值综合负载综合时，要转化到电机轴上，成为等效峰值综合负载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩负载转矩或等效均方根综合负载转矩。使等效负载转矩最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比最小或负载加速度最大的总传动比，即为最佳总传动比。4、紧密齿轮传动、紧密齿轮传动l （2）总传动比分配）总传动比分配l 齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求齿轮系统的总传动比确定后，根据对传动链的技术要求，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达，选择传动方案，使驱动部件和负载之间的转矩、转速达到合理匹配。若总传动比较大，又不准备采用谐波、少齿到合理匹配。若总传

32、动比较大，又不准备采用谐波、少齿差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比差等传动，需要确定传动级数，并在各级之间分配传动比。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大。单级传动比增大使传动系统简化，但大齿轮的尺寸增大会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适会使整个传动系统的轮廓尺寸变大。可按下述三种原则适当分级，并在各级之间分配传动比。当分级，并在各级之间分配传动比。l(a)最小等效转动惯量原则最小等效转动惯量原则l 利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电利用该原则所设计的齿轮传动系统，换算到电机轴上的等效转动惯量为最小。机轴上的等效转动惯量为最小。l(b)重量最轻

33、原则重量最轻原则l 对于小功率传动系统，使各级传动比满足，对于小功率传动系统，使各级传动比满足，l 即可使传动装置的重量最轻。即可使传动装置的重量最轻。l 上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因上述结论对于大功率传动系统是不适用的，因其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况，此时应根据经验、类比参数要逐级增加的情况，此时应根据经验、类比方法以及结构紧凑之要求进行综合考虑。各级传方法以及结构紧凑之要求进行综合考虑。各级传动比一般应以动比一般应以“先大后小先大后小”原则处理。原则处理。niiii321l(c)输出轴转角误差最小原则输

34、出轴转角误差最小原则l 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传递运动的精度，各级传动比应按运动的精度，各级传动比应按“先小后大先小后大”原则原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。回转误差对输出转角精度的影响。具体来讲有以下几点：具体来讲有以下几点：对于要求体积小、重量轻的齿轮传动系统可用对于要求体积小、重量轻的齿轮传动系统可用重量最轻原则。重量最轻原则。对于要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的对于要求运动平稳、起停频繁和动态性能好的伺服系统的减速齿轮系，可按最小等效转动惯伺服

35、系统的减速齿轮系，可按最小等效转动惯量和总转角误差最小的原则来处理。对于变负量和总转角误差最小的原则来处理。对于变负载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可载的传动齿轮系统的各级传动比最好采用不可约的比数，避免同期啮合以降低噪声和振动。约的比数，避免同期啮合以降低噪声和振动。对于提高传动精度和减小回程误差为于的传动对于提高传动精度和减小回程误差为于的传动齿轮系，可按总转角误差最小原则。对于增速齿轮系，可按总转角误差最小原则。对于增速传动，由于增速时容易破坏传动齿轮系工作的传动，由于增速时容易破坏传动齿轮系工作的平稳性，应在开始几级就增度，并且要求每级平稳性，应在开始几级就增度，并且要求每级增速

36、比最好大于增速比最好大于1 1：3 3，以有利于增加轮系刚度、，以有利于增加轮系刚度、减小传动误差。减小传动误差。对较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴对较大传动比传动的齿轮系，往往需要将定轴轮系和行星轮系巧妙结合为混合轮系。对于相轮系和行星轮系巧妙结合为混合轮系。对于相当大的传动比、并且要求传动精度与传动效率当大的传动比、并且要求传动精度与传动效率高、传动平稳、体积小重量轻时可选用新型高、传动平稳、体积小重量轻时可选用新型的谐波齿轮传动。的谐波齿轮传动。2)2)齿轮传动的消隙机构齿轮传动的消隙机构刚性调整法刚性调整法 刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补刚性调整法是调整后齿侧间隙不能自动补

37、偿的调整法。因此，齿轮的周节公差及齿厚要偿的调整法。因此，齿轮的周节公差及齿厚要严格控制，否则影响传动的灵活性。这种调整严格控制，否则影响传动的灵活性。这种调整方法结构比较简单，且有较好的传动刚度。方法结构比较简单，且有较好的传动刚度。(1)偏心轴调整法偏心轴调整法 通过调通过调整偏心套来整偏心套来改变齿轮改变齿轮1和齿轮和齿轮2之之间的中心距间的中心距，从而消除，从而消除了齿侧间隙了齿侧间隙。偏心调整法的原理图偏心调整法的原理图齿轮齿轮1齿轮齿轮2偏心套偏心套 (2)(2)轴向垫片调整法轴向垫片调整法齿轮齿轮1齿轮齿轮2垫片垫片轴向垫片调整法的原理图轴向垫片调整法的原理图 要改变要改变垫片垫

38、片的厚度就能改的厚度就能改变齿轮变齿轮2和齿轮和齿轮1的轴向相对位的轴向相对位置，从而消除置，从而消除了齿侧间隙。了齿侧间隙。柔性调整法柔性调整法 该法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的该法是调整之后齿侧间隙仍可自动补偿的调整法。一般采用调整压力弹簧的压力来消除调整法。一般采用调整压力弹簧的压力来消除齿侧间隙，但这种结构较复杂，轴向尺寸大、齿侧间隙，但这种结构较复杂，轴向尺寸大、传动刚度低，传动平稳性也差。传动刚度低，传动平稳性也差。(1)(1)轴向压簧调整法轴向压簧调整法 用螺母来调节弹用螺母来调节弹簧的轴向压力，使齿簧的轴向压力，使齿轮轮1 1和和2 2的左、右齿面的左、右齿面分别与宽斜齿轮

39、齿槽分别与宽斜齿轮齿槽的左右侧面贴紧。弹的左右侧面贴紧。弹簧力需调整适当，过簧力需调整适当，过松消除不了间隙，过松消除不了间隙，过紧则齿轮磨损过快。紧则齿轮磨损过快。薄斜齿轮薄斜齿轮1薄斜齿轮薄斜齿轮2弹簧弹簧键键螺母螺母轴轴宽斜齿轮宽斜齿轮轴向压簧调整法轴向压簧调整法(2)(2)周向压簧调整法周向压簧调整法(双片薄双片薄齿轮错齿调整法齿轮错齿调整法)转动螺母转动螺母调整调整弹簧弹簧的拉的拉力可以使薄片力可以使薄片齿轮错位，即齿轮错位，即两片薄齿轮两片薄齿轮1、2的左、右齿面的左、右齿面分别与宽齿轮分别与宽齿轮齿槽的右、左齿槽的右、左贴紧，消除了贴紧，消除了齿侧间隙。齿侧间隙。凸耳凸耳 弹簧弹

40、簧凸耳凸耳螺钉螺钉螺母螺母薄齿轮薄齿轮2薄齿轮薄齿轮1周向压簧调整法周向压簧调整法3）谐波齿轮传动）谐波齿轮传动l 谐波齿轮传动是谐波齿轮传动是谐谐波齿轮行星传动波齿轮行星传动的的简称。是一种少齿简称。是一种少齿差行星传动。通常差行星传动。通常由由刚性圆柱齿轮刚性圆柱齿轮G G、柔性圆柱齿轮柔性圆柱齿轮R R、波波发生器发生器H H和柔性轴承和柔性轴承等零部件等零部件。l 柔轮和刚轮的齿形柔轮和刚轮的齿形有直线三角齿形和有直线三角齿形和渐开线齿形两种，渐开线齿形两种，以后者应用较多以后者应用较多 。l 谐波齿轮传动既可用做减速器，也可用做增速谐波齿轮传动既可用做减速器，也可用做增速器。器。柔轮

41、、刚轮、波发生器三者任何一个均可柔轮、刚轮、波发生器三者任何一个均可固定，其余二个一为主动，另一个为从动固定，其余二个一为主动，另一个为从动。l 传动比大传动比大，且外形轮廓小，零件数目少，传动，且外形轮廓小，零件数目少，传动效率高。效率高达效率高。效率高达9296，单级传动比可，单级传动比可达达504000。l 承载能力较高：承载能力较高：柔轮和刚轮之间为面接触多齿柔轮和刚轮之间为面接触多齿啮合，且滑动速度小，齿面摩损均匀。啮合，且滑动速度小，齿面摩损均匀。l 柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：柔轮和刚轮的齿侧间隙是可调：当柔轮的扭转当柔轮的扭转刚度较高时，可实现刚度较高时，可实现无侧隙的高精度啮

42、合无侧隙的高精度啮合。l 谐波齿轮传动可用来由密封空间向外部或由外谐波齿轮传动可用来由密封空间向外部或由外部向密封空间传递运动。部向密封空间传递运动。5、挠性传动、挠性传动l同步带传动同步带传动：综合了带传动及链传动的特点：综合了带传动及链传动的特点，属于啮合传动方式，属于啮合传动方式l优点优点：精度高，效率高，传动平稳、无冲击、：精度高，效率高，传动平稳、无冲击、无振动、传动比恒定无振动、传动比恒定l缺点缺点：制造、安装精度复杂，橡胶有蠕变性：制造、安装精度复杂，橡胶有蠕变性l钢带传动钢带传动：属于摩擦传动：属于摩擦传动l绳轮传动绳轮传动：属于摩擦传动：属于摩擦传动l钢带传动、绳轮传动应用在

43、：起重机、电梯、钢带传动、绳轮传动应用在：起重机、电梯、索道等索道等l 同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。由于同步带是一种兼有链点的传动零件。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件，、齿轮、三角胶带优点的传动零件，l 于于1940年由美国尤尼罗尔年由美国尤尼罗尔(Unirayal)橡胶公橡胶公司首先加以开发。司首先加以开发。1946年辛加公司把同步年辛加公司把同步带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，带用于缝纫机针和缠线管的同步传动上，取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械取得显著效益，并被逐渐引用到其他机械传动上。传动上。同步带传

44、动同步带传动l 1.分类分类l(1)按用途分按用途分l (a)一般工业用同步带传动一般工业用同步带传动 即梯形齿同步带传即梯形齿同步带传动。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各动。它主要用于中、小功率的同步带传动，如各种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带种仪器、计算机、轻工机械中均采用这种同步带传动。传动。l (b)高转矩同步带传动高转矩同步带传动 l 由于其齿形呈圆弧状，在我国通称为圆弧齿同由于其齿形呈圆弧状，在我国通称为圆弧齿同步带传动。它主要用于重型机械的传动中，如运步带传动。它主要用于重型机械的传动中，如运输机械输机械(飞机、汽车飞机、汽车)、石油机械和机床、发电机、石油机械和

45、机床、发电机等的传动。等的传动。l (3)特种规格的同步带传动特种规格的同步带传动 这是根据某种机器这是根据某种机器特殊需要而采用的特种规格同步带传动，如工特殊需要而采用的特种规格同步带传动，如工业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。业缝纫机用的、汽车发动机用的同步带传动。l (4)特殊用途的同步带传动特殊用途的同步带传动 即为适应特殊工作即为适应特殊工作环境制造的同步带。环境制造的同步带。l (2).按规格制度分按规格制度分l (a)模数制模数制 同步带主要参数是模数同步带主要参数是模数m(与齿轮与齿轮相同相同)，根据不同的模数数值来确定带的型号，根据不同的模数数值来确定带的型号及结构参数

46、。在及结构参数。在60年代该种规格制度曾应用于年代该种规格制度曾应用于日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国日、意、苏等国，后随国际交流的需要，各国同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前同步带规格制度逐渐统一到节距制。目前仅前苏联及东欧各国仍采用模数制。苏联及东欧各国仍采用模数制。l (2)节距制节距制 即同步带的主要参数是带齿节距即同步带的主要参数是带齿节距，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构，按节距大小不同，相应带、轮有不同的结构尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。尺寸。该种规格制度目前被列为国际标准。l 由于节距制来源于英、美，其计量单位为英由于节距制来源于英、美，其计量单位为

47、英制或经换算的公制单位。制或经换算的公制单位。l (3)DIN米制节距米制节距 DIN米制节距是德国同步米制节距是德国同步带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数带传动国家标准制定的规格制度。其主要参数为齿节距，但标准节距数值不同于为齿节距，但标准节距数值不同于ISO节距制节距制，计量单位为公制。在我国，由于德国进口设，计量单位为公制。在我国，由于德国进口设备较多，故备较多，故DIN米制节距同步带在我国也有应米制节距同步带在我国也有应用。用。l2.同步带传动的优缺点同步带传动的优缺点l (1)工作时无滑动，有准确的传动比工作时无滑动，有准确的传动比l (2)传动效率高，节能效果好传动效率高，节

48、能效果好l (3)传动比范围大，结构紧凑传动比范围大，结构紧凑l (4)维护保养方便，运转费用低维护保养方便，运转费用低l (5)恶劣环境条件下仍能正常工作恶劣环境条件下仍能正常工作l 3.同步带的结构和尺寸规格同步带的结构和尺寸规格l 同步带结构同步带结构l 如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带如下左图所示，同步带一般由承载绳、带齿、带背和包布层组成。背和包布层组成。l 工业用同步带带轮形状如下右图所示。工业用同步带带轮形状如下右图所示。6、间歇传动、间歇传动l特点：特点：l连续运动连续运动间歇运动间歇运动l结构形式：结构形式：l棘轮传动机构棘轮传动机构l槽轮传动机构槽轮传动机构l蜗形

49、凸轮传动机构蜗形凸轮传动机构l不完全齿轮机构不完全齿轮机构内啮合槽轮机构内啮合槽轮机构外啮合槽轮外啮合槽轮蜗杆凸轮间歇运动机构蜗杆凸轮间歇运动机构圆柱凸轮间歇机构圆柱凸轮间歇机构双动式棘轮机构双动式棘轮机构摩擦式棘轮机构（外啮合）摩擦式棘轮机构（外啮合）齿式棘轮机构（内啮合）齿式棘轮机构（内啮合）齿式棘轮机构（外啮合）齿式棘轮机构（外啮合）间歇运动机构间歇运动机构 机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从机器工作时，当主动件作连续运动时，常需要从动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，动件产生周期性的运动和停歇，实现这种运动的机构，称间歇运动机构。称间歇运动机构。类型：类型：1.1.

50、主动件往复摆动，从动件间歇运动主动件往复摆动，从动件间歇运动-棘轮机构棘轮机构2.2.主动件连续转动，从动件间歇运动主动件连续转动，从动件间歇运动-槽轮机构、槽轮机构、不完全齿轮机构不完全齿轮机构应用：自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位应用：自动机床的进给机构、送料机构、刀架的转位机构等机构等 一、槽轮机构一、槽轮机构1.1.槽轮机构的组成、槽轮机构的组成、工作原理工作原理及特点及特点2.2.槽轮机构的类型槽轮机构的类型外槽轮机构外槽轮机构内槽轮机构内槽轮机构槽条机构槽条机构球面槽轮机构等球面槽轮机构等外槽轮机构外槽轮机构内槽轮机构内槽轮机构特点：主动拨盘与从动槽轮转特点：主动拨盘与从动