精密傳動及系統(tǒng)——結(jié)課作業(yè)

1、1、 簡述3種常見的精密傳動及其特點答：（1）齒輪傳動 能夠傳遞任意兩軸間的運動和動力，傳動平穩(wěn)、可靠，效率高效率，壽命長，結(jié)構(gòu)緊湊，傳動速度和功率范圍廣。但需要專門設(shè)備制造，加工精度和安裝精度較高，且不適宜遠距離傳動。 （2）鏈傳動 1）與帶傳動相比，沒有彈性滑動，能保持準確的平均傳動比，傳動效率較高；鏈條不需要大的張緊力，所以軸與軸承所受載荷較?。徊粫蚧?，傳動可靠，過載能力強，能在低速重載下較好工作；2）與齒輪傳動相比，可以有較大的中心距，可在高溫環(huán)境和多塵環(huán)境中工作，成本較低；3）缺點是瞬時鏈速和瞬時傳動比都是變化的，傳動平穩(wěn)性較差，工作中有沖擊和噪聲，不適合高速場合，不適用于轉(zhuǎn)動方向

2、頻繁改變的情況。（3）帶傳動 優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)簡單，成本低使用維護方便               2）帶具有良好的撓性和彈性能緩沖運行平穩(wěn)噪聲小 3）適合大中心距傳動 4）過載時打滑防治零部件損壞 缺點：1）不能保證正常的傳動比       2）傳遞相同的工作轉(zhuǎn)矩外廓尺寸大      &#

3、160;      3）需要張緊在軸上的載荷大，平帶傳動結(jié)構(gòu)簡單，但傳動效率高2、一諧波齒輪減速器柔輪的齒數(shù)為120，內(nèi)齒輪齒數(shù)為122，試畫出機構(gòu)簡圖并計算傳動比。答：圖1 諧波減速器機構(gòu)簡圖如圖所示，為兩個自由度（）的差動諧波齒輪機構(gòu)。該機構(gòu)含有三個基本構(gòu)件：波發(fā)生器H、柔輪和剛輪。當(dāng)其中的一個基本構(gòu)件被固定時，則上述差動諧波機構(gòu)將變成為具有一個自由度（）的行星諧波齒輪機構(gòu)；而差動機構(gòu)中的每一個基本構(gòu)件均可以成為固定件，或輸入件、或輸出件。由于上述諧波減速器沒有對給基本構(gòu)件進行指明，故分為以下三種情況計算：（1）當(dāng)波發(fā)生器固定()

4、，(如圖1（a）)其傳動比為：a)柔輪輸入，剛輪輸出時，圖1（a） b)剛輪輸入，柔輪輸出時， （2）當(dāng)剛輪固定（），(如圖1（b）)其傳動比為： a)波發(fā)生器輸入和柔輪輸出時， 圖1（b） b)柔輪輸入和波發(fā)生器輸出時， （3）當(dāng)柔輪固定（），(如圖1（c）)其傳動比為：a)波發(fā)生器輸入和剛輪輸出時，b) 剛輪輸入和波發(fā)生器輸出時，圖1（c） 3、畫出RV擺線針輪行星傳動的簡圖，簡述其傳動原理和特點，并計算其自由度。答：（1）、RV擺線針輪行星傳動簡圖圖2 RV擺線針輪行星傳動簡圖（2）、RV擺線針輪行星傳動原理及特點執(zhí)行電機的旋轉(zhuǎn)運動由中心輪傳遞給n個行星輪；且進行第一級減速。行星輪的旋轉(zhuǎn)

5、運動傳給轉(zhuǎn)臂（曲軸）H，致使擺線輪產(chǎn)生偏心運動。當(dāng)針輪固定（與機架連成一體）時，擺線輪一邊隨轉(zhuǎn)臂H產(chǎn)生公轉(zhuǎn)，一邊饒著軸產(chǎn)生自轉(zhuǎn)，通過支撐圓盤上的軸承，將擺線輪的角速度傳遞給輸出軸，且有：；即使輸出圓盤與擺線輪組成傳動比i等于1的雙曲柄式輸出機構(gòu)。RV傳動是在擺線針輪傳動基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種封閉式行星傳動。RV(Rotary Vector)傳動是日本80年代開發(fā)的新型減速器，特別適用于載荷大(輸出扭矩大于200NM)、過載能力高、剛度高的場合。RV傳動是由第一級的直齒輪減速部分和第二級的擺線針輪減速部分組合而成的兩級行星傳動機構(gòu)。RV減速器中采用雙支撐，將兩片擺線輪安裝于兩端軸承支撐的中空轉(zhuǎn)子中

6、，輸出仍采用銷形輸出，但形狀為一扇形。這種設(shè)計使之結(jié)構(gòu)緊湊，剛性非常大。該行星機構(gòu)的主要特點： 傳動比范圍大，因為即使擺線齒數(shù)不變，只改變漸開線齒數(shù)就可以得到很多的速度比。其傳動比i=31171； 可以提高輸入轉(zhuǎn)速； 能減小RV減速器的慣性； 傳動軸的扭轉(zhuǎn)剛性大； 承載能力大； 傳動效率高，其傳動效率=0.850.92。（3）、根據(jù)RV型行星機構(gòu)的傳動簡圖，其自由度計算如下： ， ， ，4、討論擺線針輪行星傳動的主要失效形式和計算準則。答：主要失效形式：（1）擺線齒輪與針齒工作表明發(fā)生疲勞點蝕或膠合及針齒銷折斷。尤其在大功率或制造誤差較大時，這種破壞往往是主要形式。 （2）W機構(gòu)的柱

7、銷彎曲強度不夠、柱銷彎斷；或柱銷套與柱銷孔工作表面的點蝕、膠合或柱銷的折斷。尤其在重載、間斷工作情況下，W機構(gòu)的柱銷可能是薄弱環(huán)節(jié)，減速器的承載能力將受W機構(gòu)的限制。 （3）轉(zhuǎn)臂軸承的疲勞破壞。尤其在滿載、連續(xù)工作的情況下，減速器的承載能力和使用壽命往往受轉(zhuǎn)臂滾動軸承壽命的限制。計算準則：（1） 溫度準則 摩擦副之間的摩擦熱使齒面溫度升高，當(dāng)個別接觸點的瞬時溫度或各接觸點的平均溫度超過某臨界值時，將產(chǎn)生失效。（2） 摩擦功準則 摩擦副接觸面間的摩擦功率超過其極限值將導(dǎo)致失效。（3） 油膜厚度準則 當(dāng)摩擦副接觸面間的EHD油膜厚度小于由表面粗糙度決定的極限油膜厚度時（或膜厚比小于某極限

8、值時）將產(chǎn)生失效。5、螺旋傳動有哪些類型？各有何優(yōu)缺點？答：螺旋傳動主要由螺桿和螺母組成。除自鎖螺旋外，一般用來把螺旋運動變成直線運動，也可把直線運動變?yōu)槁菪\動，同時進行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件間的相互位置。根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可分為三類。當(dāng)其以傳遞運動為主，并要求較高傳動精度時，稱傳動螺旋。如金屬切削機床的進給螺旋；以傳動能量和力為主時，稱傳力螺旋，如螺旋壓力機、螺旋起重器等；以調(diào)整零件間的相互位置為主時，稱調(diào)整螺旋，如鏜刀桿的差動微調(diào)螺旋等。 按螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動可分為滑動傳動、滾動傳動、靜壓傳動三大類。滑動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率低，一般僅0.30.7。當(dāng)螺旋伸

9、角小于摩擦角時，反行程自鎖，此時效率低于0.5磨損快運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，螺紋間有側(cè)向間歇，定位精度低，軸向剛度較差；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低。滾動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率在0.9以上，具有傳動的可逆性；工作壽命長，平均約為滑動螺旋的10倍；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速時無爬行；可得到很高的定位精度和軸向剛度；不能自鎖，抗沖擊和及承受徑向載荷的能力差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。靜壓螺旋的性能特點：摩擦阻力極小，傳動效率在0.95以上。無自鎖性，具有傳動的可逆性；磨損小，壽命長；承載能力和抗振性好，工作平穩(wěn)，低速時不爬行；反向時無空行程，具有很高的定位精度

10、和軸向剛度；螺母油腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。6、滾珠絲杠副選擇的原則和方法是什么？答：滾珠絲杠副是一種新型的螺旋傳動元件，在機床工業(yè)、汽車工業(yè)、自動控制系統(tǒng)、航空工作、船舶工業(yè)和兵器工業(yè)等各個部門皆獲得了日益廣泛的應(yīng)用。滾珠絲杠副具有高效率和高精度的特點，并具有高速特性和耐磨損性及運動可逆性等特性，是普通絲杠副不可能具備的，所以滾珠絲杠副已成為非常有效的、普遍適用的螺旋傳動元件。目前選用滾柱絲杠副的方法一般是按照滾珠絲杠副的額定靜載荷（其轉(zhuǎn)速）和額定動載荷（其轉(zhuǎn)速）及傳動比的要求，來確定所需要的滾珠絲杠副的公稱直徑和基本導(dǎo)程。從實際應(yīng)用中得知，滾柱絲杠副的螺紋滾道，在一定的軸向載荷作用

11、下，經(jīng)歷一定的應(yīng)力循環(huán)后，就要產(chǎn)生疲勞點蝕現(xiàn)象。因此，當(dāng)滾柱絲杠副較高轉(zhuǎn)速（一般轉(zhuǎn)速）下工作時，應(yīng)按其壽命選擇其基本尺寸，并校核其載荷能力是否超過額定動載荷。當(dāng)滾柱絲杠副在較低轉(zhuǎn)速（一般轉(zhuǎn)速）下工作時，應(yīng)按其壽命和額定靜載荷兩種方法確定其基本尺寸，并選擇其中較大的。當(dāng)滾柱絲杠副在靜載荷下工作時，則只需按額定靜載荷選擇其結(jié)構(gòu)尺寸。圖3 滾珠絲杠副選用的原則7、精密傳動中嚙合副消隙機構(gòu)有哪些？分別指出其優(yōu)缺點。答：嚙合副消隙機構(gòu)分為剛性消隙法和柔性消隙法。剛性消隙法包括偏心套（軸）調(diào)整法。軸向墊片調(diào)整法及斜齒輪法。柔性消隙法包括雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法和斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法。剛性消隙法的優(yōu)點均是是結(jié)構(gòu)

12、簡單，缺點是齒側(cè)間隙不能自動補償，軸向墊片調(diào)整法不如偏心套調(diào)整法方便，斜齒輪傳動調(diào)整法比較費時。雙片薄齒輪錯齒調(diào)整法的特點是可以雙向調(diào)整齒間間隙，且反向時不會出現(xiàn)死區(qū)，其缺點是受到周向圓弧槽及彈簧尺寸的限制，僅適用于讀數(shù)裝置而不適用于驅(qū)動裝置。斜齒輪軸向壓簧調(diào)整法的特點是齒側(cè)間隙可以自動補償，但軸向尺寸較大，結(jié)構(gòu)不夠緊湊。一、簡述諧波齒輪的原理及特點。1、諧波齒輪的原理諧波齒輪傳動的運動轉(zhuǎn)換，是依靠撓性構(gòu)件的彈性變形來實現(xiàn)的，這種運動轉(zhuǎn)換原理為變形原理。主要由波發(fā)生器、柔性齒輪和剛性齒輪三個基本構(gòu)件組成，是一種靠波發(fā)生器使柔性齒輪產(chǎn)生可控彈性變形，并與剛性齒輪相嚙合來傳遞運動和動力的齒輪傳動。

13、柔輪是一個薄壁外齒圈，剛輪有內(nèi)齒圈，剛輪比柔輪多24個齒（這又因波形發(fā)生器上觸輪的多少而異，雙波型的為2），波發(fā)生器的一對滾子將柔輪撐成橢圓形，當(dāng)波發(fā)生器為主動輪時，柔輪和剛輪為從動輪，柔輪上的外輪齒與剛輪上的內(nèi)輪齒在橢圓形柔輪的長軸方向完全嚙合，則柔輪的短軸方向完全脫開，而中間區(qū)域為過渡狀態(tài)。波發(fā)生器在柔輪內(nèi)轉(zhuǎn)動時，迫使柔輪產(chǎn)生連續(xù)的彈性變形，此時波發(fā)生器的連續(xù)轉(zhuǎn)動，就使柔輪齒的嚙入嚙合嚙出脫開這四種狀態(tài)循環(huán)往復(fù)不斷地改變各自原來的嚙合狀態(tài)。這種現(xiàn)象稱之錯齒運動，正是這一錯齒運動，作為減速器就可將輸入的高速轉(zhuǎn)動變?yōu)檩敵龅牡退俎D(zhuǎn)動。當(dāng)波發(fā)生器順時針旋轉(zhuǎn)一周時，柔輪相對固定的剛輪逆時針旋轉(zhuǎn)2個齒

14、，這樣就把波發(fā)生器的快速轉(zhuǎn)動變?yōu)閯傒喌穆俎D(zhuǎn)動，這時在柔輪的節(jié)圓的任一點，隨著波發(fā)生器角位移的過程，形成一個上下左右相對稱的和諧波，故稱之為：“諧波”。(1)諧波發(fā)生器（簡稱波發(fā)生器）(2)柔性齒輪（簡稱柔輪）(3)剛性齒輪（簡稱剛輪）圖一 諧波齒輪2、諧波齒輪特點(一)優(yōu)點(1)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，重量輕。主要構(gòu)件只有三個，與傳動比相當(dāng)?shù)钠胀p速器比較，其零件減少50%，體積和重量均減少1/3左右或更多。(2)傳動比范圍大。一般單級傳動比可在50500范圍內(nèi)變化；當(dāng)采用行星式波發(fā)生器時為1504000；若采用雙級傳動或復(fù)式傳動則可達2×106。(3)同時嚙合齒數(shù)多。在承載情況下，雙波

15、傳動的嚙合齒數(shù)一般可達總齒數(shù)的3040%左右，三波傳動則更多。而普通漸開線圓柱齒輪同時嚙合的齒數(shù)一般為兩對左右，即重疊系數(shù)小于2。(4)運動精度高。由于多齒嚙合，誤差有相互補償和消減的作用，因此傳動裝置的運動誤差小于剛輪(或柔輪)的運動誤差。一般情況下，其運動精度比同等精度等級的普通齒輪元件所組成的減速器高4倍左右。(5)承載能力大。諧波齒輪傳動同時嚙合齒數(shù)多，即承受載荷的齒數(shù)多，在材料和速比相同的情況下，受載能力要大大超過其它傳動。其傳遞的功率范圍可為幾瓦至幾十千瓦。(6)傳動效率高。與相同速比的其它傳動相比，諧波傳動由于運動部件數(shù)量少，而且嚙合齒面的相對滑動速度很低，再加上輪齒接近面接觸，

16、因此齒面的磨損很小，而且均勻，效率很高，隨速比的不同（u=60250)，效率約在6596%左右。(7)齒側(cè)間隙可以調(diào)整。齒側(cè)間隙可由對波發(fā)生器的調(diào)整而得到，甚至獲得零側(cè)隙。(8)運動平穩(wěn)，無沖擊，噪聲小。齒的嚙入和嚙出是隨柔輪的變形逐步進入和退出剛輪齒間的，因而運動平穩(wěn)，無沖擊現(xiàn)象。(9)同軸性好。輸出軸和輸入軸位于同一軸心線上?？梢允箓鲃友b置的結(jié)構(gòu)簡化，外形尺寸縮小。(10)可實現(xiàn)向密閉空間傳遞運動及動力。采用密封柔輪諧波傳動減速裝置，可以驅(qū)動工作在高真空、有腐蝕性及其它有害介質(zhì)空間的機構(gòu)，諧波傳動這一獨特優(yōu)點是其它傳動機構(gòu)難于達到的。(11)可實現(xiàn)高增速運動。由于諧波齒輪傳動的效率高及機構(gòu)

17、本身的特點，加之體積小、重量輕的優(yōu)點，因此是理想的高增速裝置。對于手搖發(fā)電機、風(fēng)力發(fā)電機等需要高增速的設(shè)備有廣闊的應(yīng)用前景。(12)方便的實現(xiàn)差速傳動。由于諧波齒輪傳動的三個基本構(gòu)件中，可以任意兩個主動，第三個從動，那么如果讓波發(fā)生器、剛輪主動，柔輪從動，就可以構(gòu)成一個差動傳動機構(gòu)，從而方便的實現(xiàn)快慢速工作狀況。這一點對許多機床的走刀機構(gòu)很有實用價值，經(jīng)適當(dāng)設(shè)計，可以大大改變機床走刀部分的結(jié)構(gòu)性能。(二)缺點 (1)柔輪周期性變形，工作情況惡劣，易于疲勞損壞；(2)起動力矩大，且速比越小越嚴重；(3)波發(fā)生器、柔輪等元件的工藝復(fù)雜；(4)傳動比的下限值高，齒數(shù)不能太少；(5)諧波齒輪傳動沒有中

18、間軸，因而不能獲得中間速度；(6)如果結(jié)構(gòu)參數(shù)選擇不當(dāng)或結(jié)構(gòu)時機不良，發(fā)熱過大，降低傳動承載能力。四、討論擺線針輪行星傳動連續(xù)嚙合傳動條件。圖四 擺線針輪行星傳動簡圖在擺線針輪行星傳動中，是用整條的短幅外擺線的等距曲線來作擺線輪的齒廓的為了連續(xù)地嚙合，擺線輪的齒數(shù)必須為整數(shù)。因此，在擺線輪上的短幅外擺線的條數(shù)也必須是整數(shù)。 從上圖可以看出，當(dāng)滾圓繞基圓順時針方向做純滾動時，每滾過滾圓的周長時，在基圓上就形成一條完整的外擺線(或短幅外擺線)。它在基圓上對應(yīng)的弧長，稱為擺線輪節(jié)圓的齒距(周節(jié))。其值為滾圓的圓周長與基圓圓周長之差，即：則擺線輪的齒數(shù)為： 如上所述，因擺線輪的齒數(shù) 必須是整數(shù)，所以

19、的比值應(yīng)為整數(shù)，這樣才能使擺線輪的理論齒廓是一條連續(xù)封閉的外擺線或短幅外擺線。欲保證針輪與擺線輪的正確嚙合必須使兩輪在節(jié)圓上的齒距 相等。所以要保證與擺線輪正確嚙合的針輪齒數(shù)為 ：由上式知，為了保證兩輪輪齒嚙合的連續(xù)性，則針輪與擺線輪的齒數(shù)差必須等于1。在此，值得提出的是：擺線輪齒數(shù)一定要采用奇數(shù)。因為只有采用奇數(shù)齒才能利用擺線輪齒高等于兩倍偏心距的特點，以保證每一個擺線輪都能同時與針齒相接觸(即嚙合)。而兩個擺線輪的中心正好相差兩個偏心距 ，因此，兩個擺線輪能夠安裝在具有偏心距等于2e的雙偏心套上，并能實現(xiàn)正確嚙合的擺線針輪行星傳動。所以，在設(shè)計擺線針輪行星傳動時，應(yīng)取擺線輪的齒數(shù)為奇數(shù)。當(dāng)

20、中心輪(針輪) 固定不動時，傳動比 也必定是奇數(shù)。五、螺旋傳動有哪些類型？各有何優(yōu)缺點。螺旋傳動主要由螺桿和螺母組成。除自鎖螺旋外，一般用來把螺旋運動變成直線運動，也可把直線運動變?yōu)槁菪\動，同時進行能量和力的傳遞，或者調(diào)整零件間的相互位置。根據(jù)工作性質(zhì)的不同，可分為三類。當(dāng)其以傳遞運動為主，并要求較高傳動精度時，稱傳動螺旋。如金屬切削機床的進給螺旋；以傳動能量和力為主時，稱傳力螺旋，如螺旋壓力機、螺旋起重器等；以調(diào)整零件間的相互位置為主時，稱調(diào)整螺旋，如鏜刀桿的差動微調(diào)螺旋等。 按螺紋副的摩擦狀態(tài)，螺旋傳動可分為滑動傳動、滾動傳動、靜壓傳動三大類。滑動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率低，

21、一般僅0.30.7。當(dāng)螺旋伸角小于摩擦角時，反行程自鎖，此時效率低于0.5磨損快運轉(zhuǎn)較平穩(wěn)，但低速或微調(diào)時易出現(xiàn)爬行現(xiàn)象，螺紋間有側(cè)向間歇，定位精度低，軸向剛度較差；結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，成本低。滾動螺旋的性能特點：摩擦阻力大，傳動效率在0.9以上，具有傳動的可逆性；工作壽命長，平均約為滑動螺旋的10倍；運轉(zhuǎn)平穩(wěn)，啟動時無顫動，低速時無爬行；可得到很高的定位精度和軸向剛度；不能自鎖，抗沖擊和及承受徑向載荷的能力差；結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。靜壓螺旋的性能特點：摩擦阻力極小，傳動效率在0.95以上。無自鎖性，具有傳動的可逆性；磨損小，壽命長；承載能力和抗振性好，工作平穩(wěn)，低速時不爬行；反向時

22、無空行程，具有很高的定位精度和軸向剛度；螺母油腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造較困難，成本較高。七、結(jié)合實際，論述開環(huán)和閉環(huán)精密傳動系統(tǒng)的特點。精密傳動系統(tǒng)是能夠保證雙向高精度地傳遞運動的機械傳動形式統(tǒng)，其具備兩個要素：“精”體現(xiàn)高的傳動精度，“密”對應(yīng)低的回差(反向間隙)，從而保證傳動過程中任意正、反向運轉(zhuǎn)均具有高的精度。這一概念可以有效地揭示精密齒輪傳動的內(nèi)涵，并且更清晰地把動力傳動與精密傳動區(qū)分開來。廣義上講，精密傳動系統(tǒng)通常由原動機、狹義上的精密傳動系統(tǒng)、執(zhí)行機構(gòu)和控制系統(tǒng)所組成。所謂開環(huán)和閉環(huán)精密傳動系統(tǒng)取決于廣義傳動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)是開環(huán)還是閉環(huán)。傳動系統(tǒng)與控制、檢測系統(tǒng)由密切的聯(lián)系。根據(jù)有沒有檢測裝置和檢測裝置的位置，可將傳動系統(tǒng)分為開環(huán)和閉環(huán)以及半閉環(huán)系統(tǒng)。圖六（a）開環(huán)控制系統(tǒng)開環(huán)精密傳動系統(tǒng)的控制系統(tǒng)只按給定輸入量進行控制，而控制量在整個過程中對給定的輸入量不產(chǎn)生任何影響。由于開環(huán)控制系統(tǒng)的控制量和被控制量之間無反饋聯(lián)系，所以對干擾造成的誤差無法修正。在工程實際中，當(dāng)能預(yù)知被控制量的變化規(guī)律，并能對可能出現(xiàn)的干擾做到有效抑制時，可采用開環(huán)控制系統(tǒng)。圖六（b）閉環(huán)控制系統(tǒng)