機(jī)電一體化第二章

1、2022-4-211-1學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) 1 1 了解機(jī)械系統(tǒng)部件的種類及其各自的類型了解機(jī)械系統(tǒng)部件的種類及其各自的類型2 2 掌握常用的機(jī)械傳動(dòng)部件的特點(diǎn)及選型設(shè)計(jì)掌握常用的機(jī)械傳動(dòng)部件的特點(diǎn)及選型設(shè)計(jì)3 3 掌握常用的導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)掌握常用的導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2022-4-211-2 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的主要功能是：機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)的主要功能是： 完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制完成一系列機(jī)械運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)機(jī)械運(yùn)動(dòng)可單獨(dú)由控制電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系統(tǒng)來完成，電動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成的子系

2、統(tǒng)來完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成整個(gè)系而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成整個(gè)系統(tǒng)的功能要求。統(tǒng)的功能要求。 其設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。除其設(shè)計(jì)要從系統(tǒng)的角度進(jìn)行合理化和最優(yōu)化設(shè)計(jì)。除了考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因了考慮一般機(jī)械設(shè)計(jì)要求外，還必須考慮機(jī)械結(jié)構(gòu)因素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)及電氣參數(shù)的匹配，以素與整個(gè)伺服系統(tǒng)的性能參數(shù)及電氣參數(shù)的匹配，以獲得良好的伺服性能。獲得良好的伺服性能。 除除要求具有較高的定位精度之外，要求具有較高的定位精度之外，還應(yīng)還應(yīng)具有良好的動(dòng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。態(tài)響應(yīng)特性，就是說

3、響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。2.1 概概 述述 2022-4-211-3第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口典型的機(jī)電一體化系統(tǒng)，通常由控制部件、接口電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、電路、功率放大電路、執(zhí)行元件、機(jī)械傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件，以及檢測(cè)傳感部件等部分組成。導(dǎo)向支承部件，以及檢測(cè)傳感部件等部分組成。 機(jī)械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸機(jī)械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動(dòng)部件及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)桿副等各種線性傳動(dòng)部件及連桿機(jī)構(gòu)、凸輪機(jī)構(gòu)等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支承部件、軸系及機(jī)架等非線性傳動(dòng)部件、導(dǎo)向支

4、承部件、軸系及機(jī)架或箱體等組成。或箱體等組成。2.1 機(jī)械系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)要求機(jī)械系統(tǒng)部件的設(shè)計(jì)要求2022-4-211-4 2.1.1 2.1.1 機(jī)械系統(tǒng)的組成機(jī)械系統(tǒng)的組成 概括地講，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)概括地講，機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu), ,導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu), ,執(zhí)行機(jī)構(gòu)這三大機(jī)構(gòu)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)這三大機(jī)構(gòu)。1.1.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)不僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進(jìn)行選擇設(shè)計(jì)，以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服

5、性能。 因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動(dòng)精度的要求外，還因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動(dòng)精度的要求外，還要滿足要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。的要求。2022-4-211-52. 2. 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 其作用是支承和導(dǎo)向，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置能安全、其作用是支承和導(dǎo)向，為機(jī)械系統(tǒng)中各運(yùn)動(dòng)裝置能安全、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障，一般指導(dǎo)軌、軸承等。準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障，一般指導(dǎo)軌、軸承等。3. 3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 用來完成操作任務(wù)的直接裝置。其根據(jù)操作指令的要求用來完成操作任務(wù)的直接裝置。其根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下完成

6、預(yù)定的操作。一般要求它具有在動(dòng)力源的帶動(dòng)下完成預(yù)定的操作。一般要求它具有較高的較高的靈敏度、精確度以及良好的重復(fù)性和可靠性靈敏度、精確度以及良好的重復(fù)性和可靠性。 由于計(jì)算機(jī)由于計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大功能，使傳統(tǒng)的作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)發(fā)展為具有動(dòng)力、的強(qiáng)大功能，使傳統(tǒng)的作為動(dòng)力源的電動(dòng)機(jī)發(fā)展為具有動(dòng)力、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動(dòng)機(jī)，從而大大簡化了傳動(dòng)變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動(dòng)機(jī)，從而大大簡化了傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。除以上三部分外，機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械部分通常還包括機(jī)除以上三部分外，機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械部分通常還包括機(jī)座、支架、殼體等。座、支架、殼體等。2022-4-211-6為確保機(jī)械系統(tǒng)的

7、傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，提出為確保機(jī)械系統(tǒng)的傳動(dòng)精度和工作穩(wěn)定性，提出無間隙、低摩無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜炔?、低慣量、高剛度、高諧振頻率、適當(dāng)?shù)淖枘岜鹊纫?。等要求。采取措施：采取措施?)1)低摩擦低摩擦 采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件；采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支承部件；2)2)短傳動(dòng)鏈短傳動(dòng)鏈 縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度；縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度；3)3)最佳傳動(dòng)比最佳傳動(dòng)比 選用最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行選用最佳傳動(dòng)比，以達(dá)到提高系統(tǒng)分辨率、減少等效到執(zhí)行元件輸出軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力；元件輸出軸

8、上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，盡可能提高加速能力；4)4)反向死區(qū)誤差小反向死區(qū)誤差小 縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承縮小反向死區(qū)誤差，如采取消除傳動(dòng)間隙、減少支承變形的措施；變形的措施； 5)5)高剛性高剛性 改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪聲。改進(jìn)支承及架體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以提高剛性、減少振動(dòng)、降低噪聲。 2.1.2 對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求除要求具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)除要求具有較高的定位精度之外，還應(yīng)具有良好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。特性，就是說響應(yīng)要快、穩(wěn)定性要好。2022-4-211-7 常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有螺旋傳動(dòng)

9、、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速常用的機(jī)械傳動(dòng)部件有螺旋傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、同步帶傳動(dòng)、高速帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)部件等。帶傳動(dòng)、各種非線性傳動(dòng)部件等。 主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；實(shí)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。主要功能是傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速；實(shí)質(zhì)上是一種轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速變換器。 目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。目的是使執(zhí)行元件與負(fù)載之間在轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速方面得到最佳匹配。 其傳動(dòng)類型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)機(jī)電一體其傳動(dòng)類型、傳動(dòng)方式、傳動(dòng)剛性以及傳動(dòng)的可靠性對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響?；到y(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應(yīng)性有重大影響。 應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇應(yīng)設(shè)計(jì)和選擇

10、傳動(dòng)間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳動(dòng)間隙小、精度高、體積小、重量輕、運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)、傳遞轉(zhuǎn)矩大傳遞轉(zhuǎn)矩大的傳動(dòng)部件。的傳動(dòng)部件。2.1.2 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)2022-4-211-8 隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不斷適應(yīng)新的隨著機(jī)電一體化技術(shù)的發(fā)展，要求傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不斷適應(yīng)新的技術(shù)要求。技術(shù)要求。 1) 1) 精密化精密化根據(jù)其性能的需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫?。根?jù)其性能的需要提出適當(dāng)?shù)木芏纫蟆?2) 2) 高速化高速化機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)的要求。機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)應(yīng)能適應(yīng)高速運(yùn)動(dòng)的要求。 3) 3) 小型化、輕量化小型化、輕量化提高運(yùn)動(dòng)靈敏度提高運(yùn)動(dòng)靈敏度

11、( (快速響應(yīng)性快速響應(yīng)性) )、 減小沖擊、降低能耗。減小沖擊、降低能耗。 第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1.2 對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的要求2022-4-211-9 高精度，高響應(yīng)速度，穩(wěn)定性好及足夠的功率。高精度，高響應(yīng)速度，穩(wěn)定性好及足夠的功率。 1)1)傳動(dòng)精度傳動(dòng)精度由傳動(dòng)部件的由傳動(dòng)部件的制造誤差，裝配誤差，傳動(dòng)間制造誤差，裝配誤差，傳動(dòng)間隙和彈性變形隙和彈性變形引起。引起。 2)2)響應(yīng)速度響應(yīng)速度對(duì)于伺服系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理速度對(duì)于伺服系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)的運(yùn)算和處理速度遠(yuǎn)比機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)速度快，機(jī)械系統(tǒng)的響應(yīng)主要取決于遠(yuǎn)比機(jī)械裝置的運(yùn)動(dòng)速度快，機(jī)械系統(tǒng)的

12、響應(yīng)主要取決于加速度，從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角度看，主要加速度，從傳動(dòng)機(jī)構(gòu)角度看，主要減小摩擦力矩，減小電減小摩擦力矩，減小電動(dòng)機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高傳動(dòng)效率動(dòng)機(jī)的負(fù)載和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，提高傳動(dòng)效率。 3)3)穩(wěn)定性穩(wěn)定性穩(wěn)態(tài)誤差小，動(dòng)態(tài)特性好，穩(wěn)態(tài)誤差小，動(dòng)態(tài)特性好，提高傳動(dòng)系統(tǒng)的提高傳動(dòng)系統(tǒng)的的固有頻率同時(shí)提高系統(tǒng)的阻尼的固有頻率同時(shí)提高系統(tǒng)的阻尼。 第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1.2 伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求伺服系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求2022-4-211-10表表2-1 2-1 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能基本功能基本功能 運(yùn)動(dòng)的變換運(yùn)動(dòng)的變換 動(dòng)力的變換動(dòng)力的變換傳動(dòng)機(jī)構(gòu)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)形式形式行程行

13、程方向方向速度速度大小大小形式形式絲杠螺母絲杠螺母齒輪齒輪齒輪齒條齒輪齒條鏈輪鏈條鏈輪鏈條帶、帶輪帶、帶輪纜繩、繩輪纜繩、繩輪杠桿機(jī)構(gòu)杠桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)連桿機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)凸輪機(jī)構(gòu)摩擦輪摩擦輪萬向節(jié)萬向節(jié)軟軸軟軸蝸輪蝸桿蝸輪蝸桿間歇機(jī)構(gòu)間歇機(jī)構(gòu)2022-4-211-11 在機(jī)械傳動(dòng)中，從驅(qū)動(dòng)元件，傳動(dòng)部件到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系在機(jī)械傳動(dòng)中，從驅(qū)動(dòng)元件，傳動(dòng)部件到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)各部分的慣性都是考慮的。慣性不但影響傳動(dòng)系統(tǒng)的啟停統(tǒng)各部分的慣性都是考慮的。慣性不但影響傳動(dòng)系統(tǒng)的啟停特性，也影響控制的快速性，位置偏差和速度偏差。特性，也影響控制的快速性，位置偏差和速度偏差。第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)

14、2.1.3 機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響 在不影響剛度的條件下，機(jī)械部件的慣性要小，就要減在不影響剛度的條件下，機(jī)械部件的慣性要小，就要減小和合理分配機(jī)械的質(zhì)量，以減小機(jī)械部件的慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣小和合理分配機(jī)械的質(zhì)量，以減小機(jī)械部件的慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。量。 慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，使系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)增大，固有頻慣量和轉(zhuǎn)動(dòng)慣量增大，使系統(tǒng)的機(jī)械常數(shù)增大，固有頻率降低，使機(jī)械負(fù)載增大；使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，降低靈敏率降低，使機(jī)械負(fù)載增大；使系統(tǒng)響應(yīng)速度變慢，降低靈敏度，伺服特性變差使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振度，伺服特性變差使系統(tǒng)的固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振, ,使電氣驅(qū)動(dòng)部件的謝振頻

15、率減低，而阻尼增加。使電氣驅(qū)動(dòng)部件的謝振頻率減低，而阻尼增加。一一 慣量對(duì)系統(tǒng)性能的影響慣量對(duì)系統(tǒng)性能的影響2022-4-211-12 （二）剛度（二）剛度( (指抵抗變形的能力指抵抗變形的能力) )采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺采用彈性模量高的材料，合理選擇零件的截面形狀和尺寸，對(duì)齒輪、絲杠、軸承施加預(yù)緊力等方法提高系統(tǒng)的寸，對(duì)齒輪、絲杠、軸承施加預(yù)緊力等方法提高系統(tǒng)的剛度。剛度。 對(duì)于伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，對(duì)于伺服機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，增大系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度有以增大系統(tǒng)的傳動(dòng)剛度有以下好處下好處： （1 1）減少機(jī)構(gòu)彈性變形，從而減少伺服系統(tǒng)的動(dòng)）減少機(jī)構(gòu)彈性變形，從而減少伺服系統(tǒng)的動(dòng)力

16、損失即可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動(dòng)量），有利于力損失即可以減少系統(tǒng)的死區(qū)誤差（失動(dòng)量），有利于提高傳動(dòng)精度提高傳動(dòng)精度, ,可達(dá)到明顯的節(jié)能效果；可達(dá)到明顯的節(jié)能效果； （2 2）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，不易產(chǎn)生共振）可以提高系統(tǒng)的固有頻率，不易產(chǎn)生共振, ,有有利于系統(tǒng)的抗振性；利于系統(tǒng)的抗振性； （3 3）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。）可以增加閉環(huán)控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1.3 機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響機(jī)械參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響2022-4-211-13 ( (三三) )、摩擦、摩擦: :靜摩擦力、庫侖摩擦力和粘性摩擦力（動(dòng)摩擦力靜摩擦力、庫侖摩擦

17、力和粘性摩擦力（動(dòng)摩擦力= =庫庫侖摩擦力侖摩擦力+ +粘性摩擦力）。粘性摩擦力）。 負(fù)載處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，摩擦力為靜摩擦力，隨著負(fù)載處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，摩擦力為靜摩擦力，隨著外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運(yùn)動(dòng)前的瞬間。運(yùn)動(dòng)外力的增加而增加，最大值發(fā)生在運(yùn)動(dòng)前的瞬間。運(yùn)動(dòng)一開始，靜摩擦力消失，靜摩擦力立即下降為庫侖摩擦一開始，靜摩擦力消失，靜摩擦力立即下降為庫侖摩擦力，大小為一常數(shù)力，大小為一常數(shù)F=mgF=mg，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，摩擦，隨著運(yùn)動(dòng)速度的增加，摩擦力成線性的增加，此時(shí)的摩擦力為粘性摩擦力（與速度力成線性的增加，此時(shí)的摩擦力為粘性摩擦力（與速度成正比的阻尼稱為粘性阻尼）。成正比的阻尼稱

18、為粘性阻尼）。 摩擦對(duì)機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：降低摩擦對(duì)機(jī)電一體化伺服系統(tǒng)的主要影響是：降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度；引起系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；系統(tǒng)的響應(yīng)速度；引起系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)滯后和產(chǎn)生系統(tǒng)誤差；在接近非線性區(qū)，即低速時(shí)產(chǎn)生爬行。在接近非線性區(qū)，即低速時(shí)產(chǎn)生爬行。 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，克服摩擦力所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，克服摩擦力所需的電機(jī)轉(zhuǎn)矩TfTf與電動(dòng)與電動(dòng)機(jī)額定轉(zhuǎn)矩機(jī)額定轉(zhuǎn)矩TKTK的關(guān)系為的關(guān)系為0.2TK0.2TKTfTf0.3 TK0.3 TK2022-4-211-14 爬行就產(chǎn)生在這非線形區(qū)。 在使用中應(yīng)盡可能減小靜摩擦力與動(dòng)摩擦力的差值；在使用中應(yīng)盡可能減小靜摩擦力與動(dòng)摩擦力的差值；

19、并使動(dòng)摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化并使動(dòng)摩擦力盡可能小且為正斜率較小的變化 。2022-4-211-15 爬行當(dāng)絲杠當(dāng)絲杠1作極低的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)作極低的勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，工作臺(tái)2可能會(huì)出可能會(huì)出現(xiàn)現(xiàn)快一慢或跳躍式的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為快一慢或跳躍式的運(yùn)動(dòng)，這種現(xiàn)象稱為爬行爬行。2022-4-211-16 由上述分析可知，由上述分析可知，低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主低速進(jìn)給爬行現(xiàn)象的產(chǎn)生主要取決于下列因素：要取決于下列因素： 靜摩擦力與動(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容靜摩擦力與動(dòng)摩擦力之差，這個(gè)差值越大，越容易產(chǎn)生爬行。易產(chǎn)生爬行。 進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度進(jìn)給傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度K越小、越容易產(chǎn)生爬行。越

20、小、越容易產(chǎn)生爬行。 運(yùn)動(dòng)速度太低。運(yùn)動(dòng)速度太低。 2022-4-211-17 消除爬行現(xiàn)象的途徑（實(shí)際做法） 提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度a a在條件允許的情況下，適當(dāng)提高各傳動(dòng)件或組件的剛度，減小各在條件允許的情況下，適當(dāng)提高各傳動(dòng)件或組件的剛度，減小各傳動(dòng)軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃?dòng)絲杠的傳動(dòng)軸的跨度，合理布置軸上零件的位置。如適當(dāng)?shù)募哟謧鲃?dòng)絲杠的直徑，縮短傳動(dòng)絲杠的長度，減少和消除各傳動(dòng)副之間的間隙。直徑，縮短傳動(dòng)絲杠的長度，減少和消除各傳動(dòng)副之間的間隙。b b盡量縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)件數(shù)和彈性變形量。盡量縮短傳動(dòng)鏈，減小傳動(dòng)件數(shù)和彈性變形量。c c合理分

21、配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力較小，變形也小。合理分配傳動(dòng)比，使多數(shù)傳動(dòng)件受力較小，變形也小。d d對(duì)于絲杠螺母機(jī)構(gòu)，應(yīng)采用整體螺母結(jié)構(gòu)，以提高絲杠螺母的接對(duì)于絲杠螺母機(jī)構(gòu)，應(yīng)采用整體螺母結(jié)構(gòu)，以提高絲杠螺母的接觸剛度和傳動(dòng)剛度。觸剛度和傳動(dòng)剛度。 減少摩擦力的變化減少摩擦力的變化a a用滾動(dòng)摩擦、流體摩擦代替滑動(dòng)摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺用滾動(dòng)摩擦、流體摩擦代替滑動(dòng)摩擦，如采用滾珠絲杠、靜壓螺母、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基母、滾動(dòng)導(dǎo)軌和靜壓導(dǎo)軌等。從根本上改變摩擦面間的摩擦性質(zhì)，基本上可以消除爬行。本上可以消除爬行。b b選擇適當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧?，降低摩擦系?shù)。選擇適

22、當(dāng)?shù)哪Σ粮辈牧希档湍Σ料禂?shù)。c c降低作用在導(dǎo)軌面的正壓力，如減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量，采用各種降低作用在導(dǎo)軌面的正壓力，如減輕運(yùn)動(dòng)部件的重量，采用各種卸荷裝置，以減少摩擦阻力。卸荷裝置，以減少摩擦阻力。d d提高導(dǎo)軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導(dǎo)軌油等都可以減少摩擦力的提高導(dǎo)軌的制造與裝配質(zhì)量，采用導(dǎo)軌油等都可以減少摩擦力的變化。變化。2022-4-211-18 （五）諧振頻率 對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)，要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的最低固有頻率（最對(duì)于閉環(huán)系統(tǒng)，要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)中的最低固有頻率（最低共振頻率）必須大于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率。低共振頻率）必須大于電氣驅(qū)動(dòng)部件的固有頻率。 對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，它的固有頻率取決于

23、系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的剛對(duì)于機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，它的固有頻率取決于系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的剛度及慣量，因此在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量降低慣度及慣量，因此在機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量降低慣量，提高剛度，達(dá)到提高傳動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的目的。量，提高剛度，達(dá)到提高傳動(dòng)系統(tǒng)固有頻率的目的。 一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)最低固有頻率一般要求機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)最低固有頻率WOI300radWOI300rads s，其，其他機(jī)械系統(tǒng)他機(jī)械系統(tǒng)WOI600radWOI600rads s。（四）阻尼 大阻尼能抑制振動(dòng)的最大振幅，且使振動(dòng)快速衰減，但同時(shí)大阻尼能抑制振動(dòng)的最大振幅，且使振動(dòng)快速衰減，但同時(shí)也使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低，因此阻

24、尼應(yīng)適中。在系統(tǒng)也使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低，因此阻尼應(yīng)適中。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，考慮綜合性能指標(biāo)，一般取設(shè)計(jì)時(shí)，考慮綜合性能指標(biāo)，一般取 0.5 0.80.5 0.8之間。之間。2022-4-211-19 （六）間隙 對(duì)于系統(tǒng)閉環(huán)以外的間隙，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性無影響，但影響到伺服精度。 對(duì)于系統(tǒng)閉環(huán)內(nèi)的間隙，在控制系統(tǒng)有效控制范圍內(nèi)對(duì)系統(tǒng)精度、穩(wěn)定性影響較小，但反饋通道上的間隙要比前向通道上的間隙對(duì)系統(tǒng)影響較大。2022-4-211-20 螺旋傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動(dòng)螺旋傳動(dòng)是機(jī)電一體化系統(tǒng)中常用的一種傳動(dòng)形式。它利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，形式。它利用螺桿與螺母的相對(duì)運(yùn)動(dòng)， 將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)將

25、旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為變?yōu)橹本€運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)關(guān)系為 L L = = 式中式中: : L L螺桿螺桿( (或螺母或螺母) )的位移；的位移； P Ph h導(dǎo)程；導(dǎo)程； 螺桿和螺母間的相對(duì)轉(zhuǎn)角。螺桿和螺母間的相對(duì)轉(zhuǎn)角。2hP2.2 2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式2022-4-211-212.2 2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳

26、遞用于機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳遞2022-4-211-22絲杠螺母的分類特點(diǎn)：特點(diǎn)：低速，間歇工作，傳遞軸向力大，能自鎖低速，間歇工作，傳遞軸向力大，能自鎖2022-4-211-23絲杠螺母的分類2022-4-211-24絲杠螺母的分類2022-4-211-25絲杠螺母的分類2022-4-211-26絲杠螺母的分類2022-4-211-272.2 2.2 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)2.2.1 絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式絲杠螺母機(jī)構(gòu)基本傳動(dòng)形式實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變換為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)變換為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)用于機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳遞用于

27、機(jī)構(gòu)之間能量的傳遞和運(yùn)動(dòng)形式的傳遞2022-4-211-28螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之螺母本身就起著支承作用，從而簡化了結(jié)構(gòu)，消除了螺桿與軸承之間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)是所占軸間可能產(chǎn)生的軸向竄動(dòng)，容易獲得較高的傳動(dòng)精度。缺點(diǎn)是所占軸向尺寸較大向尺寸較大( (螺桿行程的兩倍加上螺母高度螺桿行程的兩倍加上螺母高度) )，剛性較差。因此該形，剛性較差。因此該形式僅適用于行程短的情況。式僅適用于行程短的情況。 2022-4-211-29適用于工作行程較長的情況。適用于工作行程較長的情況。2022-4-211-302022-4-211-3120

28、22-4-211-322022-4-211-33設(shè)絲桿設(shè)絲桿2 2左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為左、右兩段螺紋的旋向相同，且導(dǎo)程分別為Ph1Ph1和和Ph2Ph2。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)螺桿轉(zhuǎn)動(dòng) 角時(shí)，可動(dòng)螺母角時(shí)，可動(dòng)螺母1 1的移動(dòng)距離為的移動(dòng)距離為L= L= (Ph1-Ph2) (Ph1-Ph2) 如果如果Ph1Ph1與與Ph2Ph2相差很小，則相差很小，則 L L很小。因此差動(dòng)螺旋常用于很小。因此差動(dòng)螺旋常用于各種微動(dòng)裝置中。各種微動(dòng)裝置中。 22022-4-211-34若絲桿若絲桿2 2左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)左、右兩段螺紋的旋向相反，則當(dāng)絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng) 角時(shí)，可動(dòng)螺母角時(shí)，

29、可動(dòng)螺母2 2的移動(dòng)距離為的移動(dòng)距離為L= L= (Ph1+Ph2)(Ph1+Ph2) 可見，此時(shí)差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋，即螺母可見，此時(shí)差動(dòng)螺旋變成快速移動(dòng)螺旋，即螺母1 1相對(duì)相對(duì)固定螺母快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速固定螺母快速趨近或離開。這種螺旋裝置用于要求快速夾緊的夾具或鎖緊裝置中。夾緊的夾具或鎖緊裝置中。 22022-4-211-352022-4-211-362022-4-211-372022-4-211-382022-4-211-392022-4-211-402022-4-211-412022-4-211-422022-4-211-432022-4-211-44 滑動(dòng)

30、螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)具有傳動(dòng)比大、驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力強(qiáng)和自鎖等特點(diǎn)。和自鎖等特點(diǎn)。1. 1. 降速傳動(dòng)比大降速傳動(dòng)比大 螺桿螺桿( (或螺母或螺母) )轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，螺母轉(zhuǎn)動(dòng)一轉(zhuǎn)，螺母( (或螺桿或螺桿) )移動(dòng)一個(gè)移動(dòng)一個(gè)螺距螺距( (單頭螺紋單頭螺紋) )。因?yàn)槁菥嘁话愫苄。栽谵D(zhuǎn)角很。因?yàn)槁菥嘁话愫苄。栽谵D(zhuǎn)角很大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可以大大大的情況下，能獲得很小的直線位移量，可以大大縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈，因而螺旋傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，縮短機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)鏈，因而螺旋傳動(dòng)結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，傳動(dòng)精度高，工作平穩(wěn)。傳動(dòng)精度高，工作平穩(wěn)

31、。 2022-4-211-452. 2. 具有增力作用具有增力作用 只要給主動(dòng)件只要給主動(dòng)件( (螺桿螺桿) )一個(gè)較小的輸入轉(zhuǎn)矩，從一個(gè)較小的輸入轉(zhuǎn)矩，從動(dòng)件即能得到較大的軸向力輸出，因此螺旋傳動(dòng)帶動(dòng)件即能得到較大的軸向力輸出，因此螺旋傳動(dòng)帶負(fù)載能力較強(qiáng)。負(fù)載能力較強(qiáng)。3. 3. 能自鎖能自鎖 當(dāng)螺旋線升角小于摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自當(dāng)螺旋線升角小于摩擦角時(shí)，螺旋傳動(dòng)具有自鎖作用。鎖作用。4. 4. 效率低、磨損快效率低、磨損快 由于螺旋工作面為滑動(dòng)摩擦，致使其傳動(dòng)效率由于螺旋工作面為滑動(dòng)摩擦，致使其傳動(dòng)效率低低( (約約30304040) )，磨損快，因此不適于高速和大功，磨損快，因此不適

32、于高速和大功率傳動(dòng)。率傳動(dòng)。 2022-4-211-46第第2 2章章 機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件 滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的接觸面滑動(dòng)螺旋傳動(dòng)的接觸面間存在著較大的滑動(dòng)摩擦阻間存在著較大的滑動(dòng)摩擦阻力，傳動(dòng)效率低，磨損快、力，傳動(dòng)效率低，磨損快、精度不高，使用壽命短，已精度不高，使用壽命短，已不能適應(yīng)機(jī)電一體化設(shè)備在不能適應(yīng)機(jī)電一體化設(shè)備在高速度、高效率、高精度等高速度、高效率、高精度等方面的要求。滾珠螺旋傳動(dòng)方面的要求。滾珠螺旋傳動(dòng)則是為了適應(yīng)機(jī)電一體化機(jī)則是為了適應(yīng)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的要求而發(fā)展起來的械系統(tǒng)的要求而發(fā)展起來的一種一種新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。新型傳動(dòng)機(jī)構(gòu)

33、。2022-4-211-47第第2 2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件2022-4-211-482.滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副的特點(diǎn)滾珠絲杠副是滑動(dòng)絲杠副的發(fā)展與延伸，屬于滾珠絲杠副是滑動(dòng)絲杠副的發(fā)展與延伸，屬于螺旋機(jī)構(gòu)。與滑動(dòng)絲杠相比，滾珠絲杠具有以下特螺旋機(jī)構(gòu)。與滑動(dòng)絲杠相比，滾珠絲杠具有以下特點(diǎn)：點(diǎn)：（1）傳動(dòng)效率高：以滾動(dòng)摩擦代替了滑動(dòng)摩）傳動(dòng)效率高：以滾動(dòng)摩擦代替了滑動(dòng)摩擦，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的擦，整個(gè)傳動(dòng)副的驅(qū)動(dòng)力矩減少至滑動(dòng)絲杠的1/3左左右，傳動(dòng)效率達(dá)到右，傳動(dòng)效率達(dá)到

34、90%以上，發(fā)熱率大幅降低。以上，發(fā)熱率大幅降低。（2）定位精度高：由于發(fā)熱率低，溫升小，）定位精度高：由于發(fā)熱率低，溫升小，可以采取預(yù)拉伸（預(yù)緊）消除軸向間隙等措施，因可以采取預(yù)拉伸（預(yù)緊）消除軸向間隙等措施，因此滾珠絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度。此滾珠絲杠副具有高的定位精度和重復(fù)定位精度。（3）傳動(dòng)可逆性：能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動(dòng)方式，）傳動(dòng)可逆性：能夠?qū)崿F(xiàn)兩種傳動(dòng)方式，將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)或?qū)⒅本€運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞動(dòng)力。轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并傳遞動(dòng)力。 2022-4-211-49（4）使用壽命長：由于對(duì)絲杠滾道形狀的準(zhǔn)）使用壽命長：由于對(duì)絲杠滾道形

35、狀的準(zhǔn)確性、表面硬度、材料的選擇等方面加以嚴(yán)格控確性、表面硬度、材料的選擇等方面加以嚴(yán)格控制，因而滾珠絲杠副的實(shí)際壽命遠(yuǎn)高于滑動(dòng)絲杠制，因而滾珠絲杠副的實(shí)際壽命遠(yuǎn)高于滑動(dòng)絲杠副。副。（5）同步性能好：由于滾珠絲杠副具有運(yùn)）同步性能好：由于滾珠絲杠副具有運(yùn)轉(zhuǎn)順滑、消除了軸向間隙以及制造的一致性等特轉(zhuǎn)順滑、消除了軸向間隙以及制造的一致性等特點(diǎn)，因此，當(dāng)采用多套滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)同一裝置點(diǎn)，因此，當(dāng)采用多套滾珠絲杠副驅(qū)動(dòng)同一裝置或多個(gè)相同部件時(shí)，可獲得很好的同步性能?；蚨鄠€(gè)相同部件時(shí)，可獲得很好的同步性能。但是，與滑動(dòng)絲杠副相比較，滾珠絲杠副的但是，與滑動(dòng)絲杠副相比較，滾珠絲杠副的缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和制造工藝比

36、較復(fù)雜、成本較高；另缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)和制造工藝比較復(fù)雜、成本較高；另外，滾珠絲杠副不具有自鎖性，尤其是垂直安裝外，滾珠絲杠副不具有自鎖性，尤其是垂直安裝時(shí)需增加制動(dòng)裝置。時(shí)需增加制動(dòng)裝置。 2022-4-211-501.滾珠絲杠副的工作原理滾珠絲杠副的工作原理 滾珠絲杠副是指在絲杠（具滾珠絲杠副是指在絲杠（具有螺旋槽的螺桿）與螺母之間，有螺旋槽的螺桿）與螺母之間，連續(xù)填滿滾珠等作為中間體的絲連續(xù)填滿滾珠等作為中間體的絲杠副。滾珠絲杠副由絲杠、螺母、杠副。滾珠絲杠副由絲杠、螺母、滾動(dòng)體和滾動(dòng)體循環(huán)裝置組成。滾動(dòng)體和滾動(dòng)體循環(huán)裝置組成。右圖為滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理圖。右圖為滾珠絲杠副的結(jié)構(gòu)原理圖。 工作時(shí)

37、，螺母工作時(shí)，螺母4 4與需作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零部件相連，絲杠與需作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的零部件相連，絲杠1 1旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺母螺母4 4作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)零部件作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在絲杠作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)零部件作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)。在絲杠1 1、螺母螺母4 4和端蓋和端蓋2 2（滾珠循環(huán)裝置）上都制有螺旋槽，由這些槽對(duì)合起（滾珠循環(huán)裝置）上都制有螺旋槽，由這些槽對(duì)合起來形成滾珠循環(huán)通道，滾珠來形成滾珠循環(huán)通道，滾珠3 3在此通道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)。為了防止?jié)L珠在此通道內(nèi)循環(huán)滾動(dòng)。為了防止?jié)L珠3 3從螺母中掉出，螺母螺旋槽的兩端應(yīng)封住。從螺母中掉出，螺母螺旋槽的兩端應(yīng)封住。2022-4-211-51202

38、2-4-211-52第第2 2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件2022-4-211-53 2.2.滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型滾珠絲杠副的典型結(jié)構(gòu)類型 從從螺紋滾道的截面形狀螺紋滾道的截面形狀、滾珠的循環(huán)方式滾珠的循環(huán)方式和和消除軸向間消除軸向間隙的調(diào)整方法隙的調(diào)整方法進(jìn)行區(qū)別。進(jìn)行區(qū)別。 螺紋滾道型面螺紋滾道型面( (法向法向) )的形狀及主要尺寸的形狀及主要尺寸 a) a)單圓弧形單圓弧形 滾道形面與滾珠滾道形面與滾珠接觸點(diǎn)之法線與絲接觸點(diǎn)之法線與絲杠軸向之垂線間的杠軸向之垂線間的夾角夾角 被稱為接觸

39、被稱為接觸角，一般為角，一般為4545 。 增大時(shí)，傳動(dòng)效率增大時(shí)，傳動(dòng)效率、周向剛度及承載能力也隨之增大。易得到較高加工精度。、周向剛度及承載能力也隨之增大。易得到較高加工精度。但其接觸角但其接觸角隨著初始間隙和軸向力的變化而變化，因此，其效率、承載能力和軸向隨著初始間隙和軸向力的變化而變化，因此，其效率、承載能力和軸向剛度均不夠穩(wěn)定。剛度均不夠穩(wěn)定。b b) )雙圓弧形：雙圓弧形： 在工作過程中基本不變。兩弧相交之處有一小空隙，可使在工作過程中基本不變。兩弧相交之處有一小空隙，可使?jié)L道底部與滾珠不接觸，并能存儲(chǔ)一定的潤滑油以減少磨擦摩損。加工滾道底部與滾珠不接觸，并能存儲(chǔ)一定的潤滑油以減少

40、磨擦摩損。加工成本較高。成本較高。2022-4-211-54滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種滾珠的循環(huán)方式有內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)二種。第第2 2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件 內(nèi)循環(huán)內(nèi)循環(huán)-滾珠在循環(huán)過程中始終與絲桿表滾珠在循環(huán)過程中始終與絲桿表面保持接觸。面保持接觸。 在螺母在螺母2 2的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反的側(cè)面孔內(nèi)裝有接通相鄰滾道的反向器向器4 4，利用反向器引導(dǎo)滾珠，利用反向器引導(dǎo)滾珠3 3越過絲桿越過絲桿1 1的的螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循環(huán)回路。螺紋頂部進(jìn)入相鄰滾道，形成一個(gè)循

41、環(huán)回路。一般在同一螺母上裝有一般在同一螺母上裝有2-42-4個(gè)滾珠用反向器，個(gè)滾珠用反向器，并沿螺母圓周均勻分布。并沿螺母圓周均勻分布。 優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率優(yōu)點(diǎn)是滾珠循環(huán)的回路短、流暢性好、效率高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向高、螺母的徑向尺寸也較小。其不足是反向器加工困難、裝配調(diào)整也不器加工困難、裝配調(diào)整也不方便。方便。2022-4-211-55 浮動(dòng)式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副浮動(dòng)式反向器的內(nèi)循環(huán)滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反向器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是反向器l l 上的安 裝 孔 有上的安 裝 孔 有0.010.015mm0.010.015mm的配合間隙，反向器弧面的配合間隙，反向器弧

42、面上加工有圓弧槽，槽內(nèi)安裝拱形片簧上加工有圓弧槽，槽內(nèi)安裝拱形片簧4 4，外有彈簧套外有彈簧套2 2，藉助拱形片簧的彈力，藉助拱形片簧的彈力，始終給反向器一個(gè)徑向推力，使位于回始終給反向器一個(gè)徑向推力，使位于回珠圓弧槽內(nèi)的滾珠與絲桿珠圓弧槽內(nèi)的滾珠與絲桿3 3表面保持一表面保持一定的壓力，從而使槽內(nèi)滾珠代替了定位定的壓力，從而使槽內(nèi)滾珠代替了定位鍵而對(duì)反向器起到自定位作用。鍵而對(duì)反向器起到自定位作用。第第2 2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件優(yōu)點(diǎn)：在高頻浮動(dòng)中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動(dòng)對(duì)接，優(yōu)點(diǎn)：在高

43、頻浮動(dòng)中達(dá)到回珠圓弧槽進(jìn)出口的自動(dòng)對(duì)接，通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高通道流暢、摩擦特性較好，更適用于高速、高靈敏度、高剛性的精密進(jìn)給系統(tǒng)。剛性的精密進(jìn)給系統(tǒng)。2022-4-211-56外循環(huán)外循環(huán)-外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲桿螺紋滾外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返向時(shí)，離開絲桿螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。道，在螺母體內(nèi)或體外作循環(huán)運(yùn)動(dòng)。第第2 2章章 機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)機(jī)電一體化系統(tǒng)的機(jī)械系統(tǒng)部件選擇與設(shè)計(jì)2.2.2 滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠絲杠傳動(dòng)部件滾珠在每一循環(huán)中繞經(jīng)螺紋滾道的圈數(shù)稱為工作圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)的工滾珠在每一循環(huán)中繞經(jīng)螺紋滾道的

44、圈數(shù)稱為工作圈數(shù)。內(nèi)循環(huán)的工作圈數(shù)是一列只有一圈，因而回路短，滾珠少，滾珠的流暢性好，作圈數(shù)是一列只有一圈，因而回路短，滾珠少，滾珠的流暢性好，效率高。此外，它的徑向尺寸小，零件少，裝配簡單。內(nèi)循環(huán)的缺效率高。此外，它的徑向尺寸小，零件少，裝配簡單。內(nèi)循環(huán)的缺點(diǎn)是反向器的回珠槽具有空間曲面，加工較復(fù)雜。點(diǎn)是反向器的回珠槽具有空間曲面，加工較復(fù)雜。2022-4-211-57 螺旋槽式螺旋槽式 是指直接在螺母是指直接在螺母1外圓柱面外圓柱面上銑出螺旋線形的凹槽作為上銑出螺旋線形的凹槽作為滾珠循環(huán)通道，凹槽的兩端滾珠循環(huán)通道，凹槽的兩端鉆出兩個(gè)通孔分別與螺紋滾鉆出兩個(gè)通孔分別與螺紋滾道相切，同時(shí)用兩

45、個(gè)擋珠器道相切，同時(shí)用兩個(gè)擋珠器4引導(dǎo)滾珠引導(dǎo)滾珠3通過這兩通孔，通過這兩通孔，用套筒用套筒2或螺母座內(nèi)表面蓋或螺母座內(nèi)表面蓋住凹槽，從而構(gòu)成滾珠循環(huán)住凹槽，從而構(gòu)成滾珠循環(huán)通道。通道。 特點(diǎn)特點(diǎn); ; 工藝簡單、工藝簡單、 易于制造、易于制造、 螺母徑向尺寸小、螺母徑向尺寸小、 檔珠器剛性差，易磨損。檔珠器剛性差，易磨損。2022-4-211-58 插管式插管式 是指用管是指用管2 2代替螺旋槽代替螺旋槽式中的凹槽，把彎管式中的凹槽，把彎管的兩端插入螺母的兩端插入螺母3 3上與上與螺紋滾道相切的兩個(gè)螺紋滾道相切的兩個(gè)通孔內(nèi)，外加壓板通孔內(nèi)，外加壓板1 1用用螺釘固定，用彎管的螺釘固定，用彎管

46、的端部或其他形式的擋端部或其他形式的擋珠器引導(dǎo)滾珠珠器引導(dǎo)滾珠4 4進(jìn)出彎進(jìn)出彎管，以構(gòu)成循環(huán)通道。管，以構(gòu)成循環(huán)通道。特點(diǎn)：特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。結(jié)構(gòu)簡單，容易制造。工藝性好，適于批量生產(chǎn)。工藝性好，適于批量生產(chǎn)。彎管突出在螺母的外部，徑向尺寸較大。彎管突出在螺母的外部，徑向尺寸較大。若用彎管端部作擋珠器，則耐磨性較差。若用彎管端部作擋珠器，則耐磨性較差。2022-4-211-59 插管式插管式插管式2022-4-211-60端蓋式端蓋式在螺母在螺母1 1上鉆有一個(gè)縱上鉆有一個(gè)縱向通孔作為滾珠返回向通孔作為滾珠返回通道，螺母兩端裝有通道，螺母兩端裝有銑出短槽的端蓋銑出短槽的端蓋2 2，短

47、，短槽端部與螺紋滾道相槽端部與螺紋滾道相切，并引導(dǎo)滾珠返回切，并引導(dǎo)滾珠返回通道，構(gòu)成滾珠循環(huán)通道，構(gòu)成滾珠循環(huán)回路?；芈贰６松w式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)端蓋式的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，工藝性好。缺緊湊，工藝性好。缺點(diǎn)是滾珠通過短槽時(shí)點(diǎn)是滾珠通過短槽時(shí)容易卡住。容易卡住。2022-4-211-61 3、結(jié)構(gòu)中的幾個(gè)名詞： 列數(shù)：鋼珠每一個(gè)循環(huán)為一列。 圈數(shù);每一列內(nèi)每個(gè)導(dǎo)程為一圈。 增加圈數(shù)和列數(shù)，可以提高承載能力和剛度。 外循環(huán)圈數(shù)：1.5；2.5；3.5等2022-4-211-62滾珠絲杠副的滾珠絲杠副的主要尺寸參數(shù)主要尺寸參數(shù)公稱直徑公稱直徑d d0 0:指滾珠與螺紋滾道在理論接觸角狀態(tài)時(shí)包絡(luò)滾珠球心的圓柱

48、直徑,是滾珠絲杠副的特征（或名義）尺寸?；緦?dǎo)程基本導(dǎo)程l0(或螺距t )：它指滾珠螺母相對(duì)于滾珠絲桿旋轉(zhuǎn)2弧度時(shí)的行程（螺母上基準(zhǔn)點(diǎn)的軸向位移）。行程行程l：轉(zhuǎn)動(dòng)滾珠絲桿或螺母時(shí)，滾珠絲桿或滾珠螺母的軸向位移量。還有滾珠絲桿螺紋外（大）徑d、滾珠絲桿螺紋底徑d1、滾珠直徑db、滾珠螺母體螺紋底徑D1、螺母螺紋大徑D、滾珠絲桿螺紋全長11等。2022-4-211-63 滾珠絲杠副的精度等級(jí)滾珠絲杠副的精度等級(jí) 根據(jù)根據(jù)JB3162.2-1982JB3162.2-1982標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)滾珠絲杠副的精度分成標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)滾珠絲杠副的精度分成C C、D D、E E、F F、G G、H H六個(gè)等級(jí)，最高精度為六個(gè)

49、等級(jí)，最高精度為C C級(jí)，最低精度為級(jí)，最低精度為H H級(jí)；而級(jí)；而JB316-2.2-1991JB316-2.2-1991為為1 1、2 2、3 3、4 4、5 5、7 7、1010共七個(gè)等級(jí)，共七個(gè)等級(jí)，最高級(jí)最高級(jí)為為1 1級(jí)，最低級(jí)為級(jí)，最低級(jí)為1010級(jí)級(jí)。 數(shù)控機(jī)床、精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，根據(jù)定數(shù)控機(jī)床、精密儀器等用于開環(huán)和半閉環(huán)進(jìn)給系統(tǒng)，根據(jù)定位精度和重復(fù)定位精度的要求位精度和重復(fù)定位精度的要求, ,精度等級(jí)可選用精度等級(jí)可選用1 1、2 2、3 3級(jí)，級(jí)，一般動(dòng)力傳動(dòng)可選一般動(dòng)力傳動(dòng)可選4 4、5 5級(jí)，全閉環(huán)系統(tǒng)可選級(jí)，全閉環(huán)系統(tǒng)可選2 2、3 3、4 4級(jí)。級(jí)

50、。 基本導(dǎo)程的大小應(yīng)根據(jù)精度要求確定。精度要求高時(shí)應(yīng)選取基本導(dǎo)程的大小應(yīng)根據(jù)精度要求確定。精度要求高時(shí)應(yīng)選取較小的基本導(dǎo)程。有試驗(yàn)可知，第一、第二和第三圈（或列）較小的基本導(dǎo)程。有試驗(yàn)可知，第一、第二和第三圈（或列）分別承受軸向載荷的分別承受軸向載荷的50%50%、30%30%和和20%20%左右。因此，工作圈左右。因此，工作圈（或列）數(shù)一般取（或列）數(shù)一般取2.52.5（或（或2 2）-3.5-3.5（或（或3 3）。滾珠總數(shù)）。滾珠總數(shù)N N一般一般不超過不超過150150個(gè)個(gè). .2022-4-211-64 消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法消除軸向間隙的調(diào)整預(yù)緊方法如果滾珠螺旋副中有軸向間隙或

51、在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性如果滾珠螺旋副中有軸向間隙或在載荷作用下滾珠與滾道接觸處有彈性變形，則當(dāng)螺桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿變形，則當(dāng)螺桿反向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生空回誤差。為了消除空回誤差，在螺桿上可裝配兩個(gè)螺母上可裝配兩個(gè)螺母1 1和和2 2，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠在，調(diào)整兩個(gè)螺母的軸向位置，使兩個(gè)螺母中的滾珠在承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向與螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)承受載荷之前就以一定的壓力分別壓向與螺桿螺紋滾道相反的側(cè)面，使其產(chǎn)生一定的變形。這樣既可消除軸向間隙，提高傳動(dòng)精度生一定的變形。這樣既可消除軸向間隙，提高傳動(dòng)精度,

52、,也可提高軸向剛度。也可提高軸向剛度。2022-4-211-65 1 1 雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式雙螺母墊片調(diào)整預(yù)緊式調(diào)整墊片調(diào)整墊片l l的厚度，可使兩螺母的厚度，可使兩螺母2 2產(chǎn)生相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生相對(duì)位移，以達(dá)到消除間隙、產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。產(chǎn)生預(yù)緊拉力之目的。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單, ,剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。其剛度高、預(yù)緊可靠，但使用中調(diào)整不方便。其缺點(diǎn)是精確調(diào)整比較困難，并且當(dāng)滾道磨損時(shí)不能隨意調(diào)整，除缺點(diǎn)是精確調(diào)整比較困難，并且當(dāng)滾道磨損時(shí)不能隨意調(diào)整，除非更換墊圈。因此，該方法適用于一般精度的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。非更換墊圈。因此，該方法適用于一般精度的傳

53、動(dòng)機(jī)構(gòu)。2022-4-211-66 2 2 雙螺母螺紋預(yù)緊式雙螺母螺紋預(yù)緊式螺母螺母3 3的外端有凸緣，而螺母的外端有凸緣，而螺母4 4的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并的外端雖無凸緣，但制有螺紋，并通過二個(gè)圓螺母固定。調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)圓螺母通過二個(gè)圓螺母固定。調(diào)整時(shí)旋轉(zhuǎn)圓螺母2 2消除軸向間隙并產(chǎn)生消除軸向間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊螺母一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊螺母1 1鎖緊。預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾鎖緊。預(yù)緊后兩個(gè)螺母中的滾珠相向受力，從而消除軸向間隙。珠相向受力，從而消除軸向間隙。結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量結(jié)構(gòu)簡單、剛性好、預(yù)緊可靠，使用中調(diào)整方便，但不能精確定量

54、地進(jìn)行調(diào)整。地進(jìn)行調(diào)整。2022-4-211-67 3 3 雙螺母齒差預(yù)緊式雙螺母齒差預(yù)緊式兩個(gè)螺母的兩端分別兩個(gè)螺母的兩端分別制有圓柱齒輪制有圓柱齒輪3 3，兩者，兩者齒數(shù)相差一個(gè)齒，通齒數(shù)相差一個(gè)齒，通過兩端的兩個(gè)內(nèi)齒輪過兩端的兩個(gè)內(nèi)齒輪2 2與上述圓柱齒輪相嚙與上述圓柱齒輪相嚙合并用螺釘和定位銷合并用螺釘和定位銷固定在套簡固定在套簡1 1上。上。調(diào)整時(shí)先取下兩端的內(nèi)齒輪調(diào)整時(shí)先取下兩端的內(nèi)齒輪2 2，當(dāng)兩個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同一方，當(dāng)兩個(gè)滾珠螺母相對(duì)于套筒同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒后固定，則一個(gè)滾珠螺母相對(duì)于另一個(gè)滾珠螺母向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒后固定，則一個(gè)滾珠螺母相對(duì)于另一個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)角位移，使兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而消除間隙產(chǎn)生相對(duì)角位移，使兩個(gè)滾珠螺母產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，從而消除間隙并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微并產(chǎn)生一定的預(yù)緊力。其特點(diǎn)是可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即可進(jìn)行精密微調(diào)。調(diào)。2022-4-211-68調(diào)整時(shí)，先取下