第三章機(jī)械系統(tǒng)1

第三章機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(lái)完成，而這些子系統(tǒng)要由計(jì)算機(jī)協(xié)調(diào)和控制，以完成其功能要求。因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要考慮產(chǎn)品的總體布局、機(jī)構(gòu)選型、結(jié)構(gòu)造型的合理化和最優(yōu)化。機(jī)電一體化對(duì)機(jī)械系統(tǒng)的基本要求

1．高精度精度直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量，尤其是機(jī)電一體化產(chǎn)品，其技術(shù)性能、工藝水平和功能比普通的機(jī)械產(chǎn)品都有很大的提高，因此機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)的高精度是其首要的要求。如果機(jī)械系統(tǒng)的精度不能滿足要求，則無(wú)論機(jī)電一體化產(chǎn)品其它系統(tǒng)工作再精確，也無(wú)法完成其預(yù)定的機(jī)械操作。

2．快速響應(yīng)即要求機(jī)械系統(tǒng)從接到指令到開始執(zhí)行指令指定的任務(wù)之間的時(shí)間間隔短。這樣控制系統(tǒng)才能及時(shí)根據(jù)機(jī)械系統(tǒng)的運(yùn)行情況得到信息，下達(dá)指令，使其準(zhǔn)確地完成任務(wù)3．良好的穩(wěn)定性即要求機(jī)械系統(tǒng)的工作性能不受外界環(huán)境的影響，抗干擾能力強(qiáng)。此外還要求機(jī)械系統(tǒng)具有較大的剛度、良好的可靠性和重量輕、體積小、壽命長(zhǎng)。在機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中

的主要措施和手段

要達(dá)到上述要求，在機(jī)電一體化系統(tǒng)機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可采取的主要措施：

（1）采用低摩擦阻力的傳動(dòng)部件和導(dǎo)向支撐件。如：滾珠絲杠副、滾動(dòng)導(dǎo)向和支承、動(dòng)靜壓導(dǎo)向和支承。（2）縮短傳動(dòng)鏈，提高傳動(dòng)與支承剛度。如：大扭矩、寬調(diào)速的伺服電動(dòng)機(jī)；軸端預(yù)緊或預(yù)拉伸、滾珠絲杠副或滾動(dòng)導(dǎo)軌副預(yù)緊消除間歇提高剛度。

（3）選擇合理（最佳）傳動(dòng)比，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，盡可能的提高系統(tǒng)的加速能力。（4）盡可能地減小或消除傳動(dòng)誤差和反轉(zhuǎn)誤差、減少支承變形，最終縮小反向四區(qū)誤差。（5）改進(jìn)和合理設(shè)計(jì)支承件和機(jī)架結(jié)構(gòu)，提高剛度、減少振動(dòng)和噪音。機(jī)電一體化系統(tǒng)中的機(jī)械設(shè)計(jì)要遵循機(jī)電結(jié)合、機(jī)電互補(bǔ)的原則，滿足高精度、快速響應(yīng)速度和穩(wěn)定性的要求。具體包括兩大部分的內(nèi)容：一是機(jī)械傳動(dòng)裝置的設(shè)計(jì)，一是機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。機(jī)械設(shè)計(jì)技術(shù)機(jī)械傳動(dòng)裝置設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滾珠絲杠傳動(dòng)無(wú)側(cè)隙齒輪傳動(dòng)諧波齒輪傳動(dòng)同步齒形帶傳動(dòng)膜片彈性聯(lián)軸器導(dǎo)軌設(shè)計(jì)支承裝置主軸組件設(shè)計(jì)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)應(yīng)包括如下三大部分機(jī)構(gòu)。1．傳動(dòng)機(jī)構(gòu)機(jī)電一體化機(jī)械系統(tǒng)中的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)不僅僅是轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)短的變換器，而是已成為伺服系統(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)，以滿足整個(gè)機(jī)械系統(tǒng)良好的伺服性能。因此傳動(dòng)機(jī)構(gòu)除了要滿足傳動(dòng)精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。

2．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、準(zhǔn)確地完成其特定方向的運(yùn)動(dòng)提供保障。3．執(zhí)行機(jī)構(gòu)它是用以完成操作任務(wù)的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)操作指令的要求在動(dòng)力源的帶動(dòng)下，完成預(yù)定的操作。一圾要求它具有較高的靈敏度、精確度，良好的重復(fù)性和可靠性。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、變速與執(zhí)行等多重功能的伺服電動(dòng)機(jī)，從而大大地簡(jiǎn)化了傳動(dòng)和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。3.1機(jī)械傳動(dòng)部件的選擇與設(shè)計(jì)一、傳動(dòng)裝置功能及性能要求功能：傳遞運(yùn)動(dòng)（速度、位移）和動(dòng)力（力、力矩）增速或減速；變速；改變運(yùn)動(dòng)規(guī)律或形式動(dòng)力機(jī)的動(dòng)力傳遞給執(zhí)行機(jī)的驅(qū)動(dòng)力(力矩）

機(jī)電一體化系統(tǒng)的傳動(dòng)裝置是伺服系統(tǒng)的一部分，通過控制裝置，使機(jī)械傳動(dòng)部分與伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性相匹配，并且滿足傳動(dòng)精度、定位精度高，響應(yīng)速度快，速度的穩(wěn)定性好。

性能要求滿足以下幾個(gè)方面：1、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量（J）小

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大對(duì)系統(tǒng)造成不良影響，使機(jī)械負(fù)載變大，系統(tǒng)響應(yīng)速度降低，靈敏度下降，但是J小不應(yīng)影響機(jī)械系統(tǒng)的剛度。2、剛度（K）大

剛度是指彈性體抵抗變形的能力，或產(chǎn)生單位彈性變形量所需要的作用力。大的剛度對(duì)機(jī)械系統(tǒng)是有利的，可增大機(jī)構(gòu)固有頻率，不易產(chǎn)生共振，增加伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性。3、阻尼（B）合適

系統(tǒng)產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，B越大，振幅越小，衰減越快，但穩(wěn)態(tài)誤差增大，精度降低。阻尼比為：過阻尼系統(tǒng)臨界阻尼系統(tǒng)欠阻尼系統(tǒng)一般取二、傳動(dòng)裝置的類型按工作原理分為：嚙合傳動(dòng)(齒輪傳動(dòng)、齒形帶傳動(dòng))摩擦傳動(dòng)(帶傳動(dòng)、鋼絲繩傳動(dòng))推動(dòng)傳動(dòng)(凸輪連桿機(jī)構(gòu))機(jī)械傳動(dòng)液壓傳動(dòng)氣壓傳動(dòng)液力傳動(dòng)流體傳動(dòng)交流電力傳動(dòng)直流電力傳動(dòng)交、直流電力傳動(dòng)電力傳動(dòng)磁力傳動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)及其功能（▲：為選擇）3.1.1滾珠絲杠（或滾動(dòng)螺旋）傳動(dòng)一、工作原理與結(jié)構(gòu)形式絲杠和螺母的螺紋滾道間置滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，使絲杠和螺母作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)為滾動(dòng)摩擦。在螺母（或絲杠）上有滾珠返回的通道，與螺紋滾道形成循環(huán)回路，使?jié)L珠在螺母滾道內(nèi)循環(huán)。結(jié)構(gòu)形式（按滾珠的循環(huán)方式不同）：內(nèi)循環(huán)類型外循環(huán)類型1.工作原理與結(jié)構(gòu)滾珠絲桿副結(jié)構(gòu)二、滾珠絲杠的特點(diǎn)1、傳動(dòng)效率高3、傳動(dòng)精度高精度其中：中徑處的螺旋升角當(dāng)量摩擦角（）一般而言，摩擦系數(shù)較小因此，效率很高，可達(dá)90%-95%。2、運(yùn)動(dòng)具有可逆性

回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變直線運(yùn)動(dòng)正傳動(dòng)直線運(yùn)動(dòng)變回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)逆?zhèn)鲃?dòng)

軸向定位精度進(jìn)給精度誤差：4、磨損小，使用壽命長(zhǎng)

滾珠、滾道、絲杠、螺母都經(jīng)過淬火、硬化處理HRC58-65。5、不能自鎖

垂直安裝時(shí)，當(dāng)運(yùn)動(dòng)停止后，螺母在重力作用下下滑，故需設(shè)置制動(dòng)裝置，如圖示。6、制造工藝復(fù)雜，成本高

軸向間隙包括兩部分

滾珠與螺母原有的間隙承載時(shí)滾珠與滾道彈性變形引起的間隙當(dāng)絲杠改變轉(zhuǎn)動(dòng)方向時(shí)，間隙會(huì)使運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生空程，從而影響機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)精度。通常采用雙螺母預(yù)緊的方法消除間隙，提高剛度。

三種結(jié)構(gòu)形式：

墊片調(diào)隙式螺紋調(diào)隙式齒差調(diào)隙式變位螺距調(diào)隙式三、軸向間隙的調(diào)整與預(yù)緊1、墊片調(diào)隙式調(diào)整墊片厚度，使螺母產(chǎn)生軸向位移，該形式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，調(diào)整方便，應(yīng)用廣，但僅適用于一般精度機(jī)構(gòu)。2、螺紋調(diào)隙式通過圓螺母調(diào)整，消除間隙并產(chǎn)生預(yù)緊力，再用鎖緊螺母鎖緊，結(jié)構(gòu)緊湊，調(diào)整方便。3、齒差調(diào)隙式兩螺母的凸緣上制有圓柱外齒，齒數(shù)Z

1、Z2

且Z

2-Z1=1，分別與內(nèi)齒輪嚙合，調(diào)整時(shí)先取下內(nèi)齒輪，使兩螺母產(chǎn)生相對(duì)位移（即在同方向轉(zhuǎn)過一個(gè)齒或幾個(gè)齒，根據(jù)間隙大?。?，然后將內(nèi)齒輪復(fù)位固定，達(dá)到消除間隙的目的。產(chǎn)生的軸向位移（即間隙）δ為：其中：n為螺母同方向轉(zhuǎn)過的齒數(shù)p為絲杠的導(dǎo)程例：若Z1=99，Z2=100，n=1,p=6mm則δ=0.6μm該結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工和裝配工藝性差，但是調(diào)整的精度高，工作可靠。4、變位螺距調(diào)隙式（不常用）四、滾珠絲杠的主要尺寸、精度等級(jí)和標(biāo)注方法1、主要尺寸公稱直徑（滾珠中心圓直徑）D0（mm）導(dǎo)程(或螺距)p（mm）螺旋升角λ（°）滾珠直徑d0(mm)螺紋滾道半徑R(mm)此外還有：絲杠外徑、絲杠內(nèi)徑、螺母外徑、螺母內(nèi)徑等。2、精度等級(jí)根據(jù)JB316.2-91《滾珠絲杠副精度》標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定分為5個(gè)等級(jí)：1、2、3、4、5級(jí)（有的參考書稱7個(gè)等級(jí)，另外有7、10級(jí)），1級(jí)最高，5級(jí)最低。一般動(dòng)力傳動(dòng)選4、5級(jí)數(shù)控機(jī)床、精密機(jī)械或儀器選1、2、3級(jí)3、標(biāo)注方法滾珠絲杠副結(jié)構(gòu)、規(guī)格、精度的標(biāo)注方法如圖所示：螺紋旋向，右旋不標(biāo)檢查項(xiàng)目編號(hào)精度等級(jí)滾珠總?cè)?shù)基本導(dǎo)程公稱直徑預(yù)緊方式循環(huán)方式外形結(jié)構(gòu)特征例：1、FC1B-60×6-5-E2左

(漢江機(jī)床廠)2、FFZD40×5-3-D3/1400×900（南京工藝裝備廠）×五、滾珠絲杠的安裝絲杠的軸承組合及軸承座、螺母座以及其它零件的連接剛性，對(duì)滾珠絲杠副傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度和精度都有很大影響，需在設(shè)計(jì)、安裝時(shí)認(rèn)真考慮。為了提高軸向剛度，絲杠支承常用推力軸承為主的軸承組合，僅當(dāng)軸向載荷很小時(shí)，才用向心推力軸承。

為保證滾珠絲杠副傳動(dòng)的剛度和精度，應(yīng)選擇合適的支承方式，選用軸承組合，一般常用推力軸承和向心球軸承。

四種典型的支承方式：

固定可以用深溝球軸承和雙向推力軸承組合或用圓錐滾子軸承兩端都裝止推軸承，承受軸向載荷兩端都裝止推軸承和向心球軸軸承，承受軸向、徑向載荷固定端裝深溝球軸承和雙向推力軸承，承受徑向、軸向載荷，簡(jiǎn)支端用深溝球軸承徑向約束軸承的組合安裝支承示例

1)簡(jiǎn)易單推-單推式支承

2)雙推-簡(jiǎn)支支承方式

3)雙推-自由式支承五、滾珠絲杠副的選擇方法和設(shè)計(jì)計(jì)算例3-1試設(shè)計(jì)一數(shù)控銑床工作臺(tái)進(jìn)給用滾珠絲杠副。已知平均工作載荷Fm＝3800N，絲杠工作長(zhǎng)度l＝1.2m，平均轉(zhuǎn)速nm＝100r/min，最大轉(zhuǎn)速nmax＝10000r/min，使用壽命＝15000h左右，絲杠材料為CrWMn鋼，滾道硬度為58~62HRC，傳動(dòng)精度要求解：(1)求計(jì)算載荷Fc

(2)根據(jù)壽命條件計(jì)算額定動(dòng)載荷(3)根據(jù)必須的額定動(dòng)載荷選擇絲杠副尺寸，由查表，得如下規(guī)格：規(guī)格型號(hào)公稱導(dǎo)程p絲杠外徑d鋼球直徑dW絲杠底徑d1循環(huán)圈數(shù)動(dòng)負(fù)荷Ca(KN)FFZD3210-3321032.57.14427.3325.7FFZD5006-550648.9445.9526.4考慮各種因素，選FFZD5006-5，其中：公稱直徑：D0=50mm

導(dǎo)程：p=6mm

螺旋角：λ=arctan(6/(50π))=2°11′

滾珠直徑：d0=4mm

滾道半徑：R=0.52d0=0.52×4=2.08mm

偏心距：絲杠內(nèi)徑：d1=45.9mm(4)穩(wěn)定性驗(yàn)算：

①假設(shè)為雙推—簡(jiǎn)支（F—S），因?yàn)榻z杠較長(zhǎng)，所以用壓桿穩(wěn)定性來(lái)求臨界載荷式中：E—絲杠的彈性模量，對(duì)鋼

—絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩

—長(zhǎng)度系數(shù)，兩端用鉸接時(shí)，m絲杠是安全的，不會(huì)失穩(wěn)。支承方式有關(guān)系數(shù)雙推—自由F—O雙推—簡(jiǎn)支F—S雙推—雙推F—F3~42.5~3.3—22/3—1.8753.9274.730②臨界轉(zhuǎn)速驗(yàn)證高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，需驗(yàn)算其是否會(huì)發(fā)生共振的最高轉(zhuǎn)速，要求絲杠最高轉(zhuǎn)速。臨界轉(zhuǎn)速可按公式計(jì)算：（5）剛度驗(yàn)算：

滾珠絲杠在工作負(fù)載F（N）和轉(zhuǎn)矩T（Nm）共同作用下引起每個(gè)導(dǎo)程的變形量（m）為式中：A—絲杠的截面積，(m2)；

—絲杠的極慣性矩，(m4)；

G—鋼的切變模量，對(duì)于鋼G=83.3GPa；

T—轉(zhuǎn)矩（Nm）按最不利的情況，即取F=Fm，則

絲杠在工作長(zhǎng)度上的彈性變形所引起的導(dǎo)程誤差為通常要求絲杠的導(dǎo)程誤差應(yīng)小于其傳動(dòng)精度的1/2，即

（6）效率驗(yàn)算滾珠絲杠副的傳動(dòng)效率為要求在90%~95%之間，所以該絲杠副能滿足使用要求。經(jīng)上述計(jì)算驗(yàn)證，F(xiàn)FZD5006-5各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合題目要求，可選用。3.1.2精密齒輪傳動(dòng)一、齒輪傳動(dòng)的特點(diǎn)作用：用來(lái)傳遞轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速。優(yōu)點(diǎn)：1、瞬時(shí)傳動(dòng)比恒定，傳動(dòng)精確度高；

2、強(qiáng)度大能承受重載，結(jié)構(gòu)較緊湊；

3、滿足主軸進(jìn)給速度要求，增大主軸轉(zhuǎn)矩。缺點(diǎn)：1、齒側(cè)間隙對(duì)傳動(dòng)精度影響；

2、齒輪的磨損引起反轉(zhuǎn)誤差的逐漸擴(kuò)大。二、齒輪傳動(dòng)傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和級(jí)比的選擇

總原則：盡量采用較大傳動(dòng)比的單級(jí)傳動(dòng)多級(jí)傳動(dòng)時(shí)，遵循如下的原則：1、最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則傳動(dòng)比i的分配先小后大，級(jí)數(shù)越多等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，但級(jí)數(shù)太多時(shí)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，并且等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量降低不明顯。2、輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則傳動(dòng)比i的分配先小后大，并且提高末一級(jí)齒輪副的精度，使輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小。3、重量最輕原則小功率傳動(dòng)時(shí)，i的分配各級(jí)相等；大功率傳動(dòng)時(shí)，i

的分配先大后小。對(duì)數(shù)減少傳動(dòng)精度提高(2)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小的原則（3）重量最輕原則

小功率傳動(dòng)時(shí)，i的分配各級(jí)相等；

大功率傳動(dòng)時(shí)，i的分配先大后小。適用于航空航天領(lǐng)域?qū)χ亓恳筝^高的場(chǎng)合三、提高齒輪傳動(dòng)精度的措施3.1.3諧波齒輪傳動(dòng)1、柔輪周期性變形，易疲勞破壞；2、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和啟動(dòng)力矩大，不適宜于小功率傳動(dòng)；3、不能用于傳動(dòng)比較小場(chǎng)合（i小于35）；4、散熱差

缺點(diǎn)三、諧波齒輪型號(hào)速諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比計(jì)算分別為鋼輪和柔輪的齒數(shù)（１）當(dāng)柔輪固定時(shí)ωr=0,則

四、應(yīng)用廣泛應(yīng)用于機(jī)電一體化產(chǎn)品中，如機(jī)器人、機(jī)器儀表、雷達(dá)中用作運(yùn)動(dòng)傳遞；在冶金、化工、起重運(yùn)輸設(shè)備中傳遞運(yùn)動(dòng)和轉(zhuǎn)矩。

既需要傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確還需要?jiǎng)恿Φ倪h(yuǎn)距離傳輸選用什么樣的傳動(dòng)？3.1.4同步齒形帶傳動(dòng)一、同步齒形帶傳動(dòng)的特點(diǎn)

綜合了帶傳動(dòng)、鏈傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)特點(diǎn)的一種新型傳動(dòng)。1、同步帶的結(jié)構(gòu)二、同步帶結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)同步帶由強(qiáng)力層和帶齒、帶背組成。帶的抗拉元件，保證工作時(shí)節(jié)距不變傳遞帶輪間的動(dòng)力粘結(jié)強(qiáng)力層基體材料：鋼絲、玻璃纖維、芳綸聚氨脂橡膠、氯丁橡膠2、主要參數(shù)和規(guī)格主要參數(shù)是帶齒的節(jié)距t(或pb

):相鄰兩個(gè)齒中心間沿節(jié)線距離，t=πm節(jié)線(Lp)：強(qiáng)力層的中心線。節(jié)線長(zhǎng)度為齒形帶的公稱長(zhǎng)度。按GB11616-89規(guī)定，同步帶有單面齒（僅一面有齒）和雙面齒（兩面都有齒）兩種形式，根據(jù)節(jié)距不同分為七種規(guī)格：型號(hào)MXLXXLXLLHXHXXH節(jié)距（mm）2.0323.1755.089.52512.722.22531.753、同步帶的標(biāo)記帶的標(biāo)記包括長(zhǎng)度代號(hào)、型號(hào)、寬度代號(hào)等。例：420L050寬度代號(hào)（帶寬12.7mm）型號(hào)（節(jié)距9.525mm）節(jié)線長(zhǎng)度代號(hào)（節(jié)線長(zhǎng)度1066.8mm）三、同步帶輪1、帶輪的結(jié)構(gòu)、材料結(jié)構(gòu)如右圖示材料：鑄鐵或鋼（一般情況）塑料或鋁合金（高速小功率）2、帶輪的參數(shù)及尺寸規(guī)格（1）齒形3、帶輪的標(biāo)記帶輪的標(biāo)記由帶輪齒數(shù)、帶的型號(hào)、輪寬代號(hào)表示。例：30L075輪寬（19.05mm）帶型號(hào)（節(jié)距9.525mm）帶輪齒數(shù)（30個(gè)）與梯形齒同步帶匹配，齒形有直線形和漸開線形兩種。（2）齒數(shù)齒數(shù)少則結(jié)構(gòu)緊湊，但齒數(shù)太少易產(chǎn)生彎曲和疲勞破壞，按國(guó)標(biāo)GB11361-89規(guī)定，小帶輪應(yīng)有許用最小齒數(shù)（參閱有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)）。四、同步帶傳動(dòng)的設(shè)計(jì)計(jì)算1、設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

根據(jù)齒形帶的強(qiáng)度準(zhǔn)則進(jìn)行，限制齒形帶單位寬度的拉力，防止強(qiáng)力層的疲勞破壞、斷裂以及節(jié)距改變而爬齒等。根據(jù)強(qiáng)度準(zhǔn)則計(jì)算齒形帶寬度的公式為：

其中：Nj為齒形帶傳遞的計(jì)算功率（kW）

[P]為齒形帶單位寬度的許用應(yīng)力（N/mm）

Pc為齒形帶單位寬度的離心應(yīng)力（N/mm）：

v為帶速（m/s）

q為單位長(zhǎng)度、單位寬度的帶重（N/m.mm）

g為重力加速度（m/s2）2、已知條件及設(shè)計(jì)內(nèi)容初始數(shù)據(jù)：功率N、轉(zhuǎn)速n、傳動(dòng)比i、空間位置尺寸及工作條件等。計(jì)算內(nèi)容為：（1）確定計(jì)算功率Nj：（2）確定模數(shù)mKg為工況系數(shù)（取決于載荷性質(zhì)）N為傳遞的額定功率查表得到根據(jù)Nj、n查表選取m，盡可能選用小模數(shù)（因?yàn)辇X形帶柔性好、嚙合齒多、工作平穩(wěn)）。（3）確定小帶輪齒數(shù)Z1、大帶輪齒數(shù)Z2及節(jié)圓直徑D1、D2

根據(jù)小帶輪轉(zhuǎn)速n1及所選模數(shù)，查有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（帶輪最少許用齒數(shù)表）,選取小帶輪的齒數(shù)Z1，使Z1>Zmin，則（4）校核帶的速度v為帶的最大允許帶速（m/s）,可根據(jù)模數(shù)m查表確定

（5）確定中心距a、帶長(zhǎng)Lp和帶齒數(shù)Z

根據(jù)傳動(dòng)結(jié)構(gòu)要求，初定中心距a0：

初定帶長(zhǎng)L0：再根據(jù)L0，查表，定實(shí)際帶長(zhǎng)LP及齒數(shù)Z最后根據(jù)實(shí)際帶長(zhǎng)Lp計(jì)算實(shí)際中心距a（中心距可調(diào)）（中心距不可調(diào)）要求Zn≥4當(dāng)m≤2時(shí)

Zn≥6當(dāng)m>2時(shí)（7）根據(jù)設(shè)計(jì)準(zhǔn)則定齒形帶寬度b（8）定作用在輪軸上的力Fs（9）定帶輪的結(jié)構(gòu)尺寸（結(jié)構(gòu)、參數(shù)、材料、尺寸等）根據(jù)小帶輪包角原理Zn的計(jì)算公式：第3節(jié)導(dǎo)向支承部件的選擇與設(shè)計(jì)導(dǎo)軌的爬行現(xiàn)象機(jī)理

（彈簧-阻尼系統(tǒng)）

傳動(dòng)系統(tǒng)2帶動(dòng)運(yùn)動(dòng)件3在靜導(dǎo)軌4上運(yùn)動(dòng)時(shí)，作用在導(dǎo)軌副內(nèi)的摩擦力是變化的。導(dǎo)軌副相對(duì)靜止時(shí)，靜摩擦系數(shù)較大。運(yùn)動(dòng)開始的低速階段，動(dòng)摩擦系數(shù)隨導(dǎo)軌副相對(duì)滑動(dòng)速度的增大而降低，直到相對(duì)速度增大到某一臨界值，動(dòng)摩擦系數(shù)才隨相對(duì)速度的減小而增加。由此來(lái)分析下圖所示的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)是：勻速運(yùn)動(dòng)的主動(dòng)件1，通過壓縮彈簧推動(dòng)靜止的運(yùn)動(dòng)件3，當(dāng)運(yùn)動(dòng)件3受到的逐漸增大的彈簧力小于靜摩擦力F時(shí)，3不動(dòng)。直到彈簧力剛剛大于靜摩擦力F時(shí)，3才開始運(yùn)動(dòng)，動(dòng)摩擦力隨著動(dòng)摩擦系數(shù)的降低而變小，3的速度相應(yīng)增大，同時(shí)彈簧相應(yīng)伸長(zhǎng)，作用在3上的彈簧力逐漸減小，3產(chǎn)生負(fù)加速度，速度降低，動(dòng)摩擦力相應(yīng)增大，速度逐漸下降，直到3停止運(yùn)動(dòng)，主動(dòng)件l這時(shí)再重新壓縮彈簧，爬行現(xiàn)象進(jìn)入下一個(gè)周期。

彈簧-阻尼系統(tǒng)圖1-主動(dòng)件；2-彈簧-阻尼；3-運(yùn)動(dòng)件；4-靜導(dǎo)軌

為防止爬行現(xiàn)象的出現(xiàn)，可同時(shí)采取以下幾項(xiàng)措施：采用滾動(dòng)導(dǎo)軌、靜壓導(dǎo)軌、卸荷導(dǎo)軌、貼塑料層導(dǎo)軌等；在普通滑動(dòng)導(dǎo)軌上使用含有極性添加劑的導(dǎo)軌油；用減小結(jié)合面、增大結(jié)構(gòu)尺寸、縮短傳動(dòng)鏈、減少傳動(dòng)副等方法來(lái)提高傳動(dòng)系統(tǒng)的剛度。

防止爬行現(xiàn)象采取以下幾項(xiàng)措施常用導(dǎo)軌性能比較導(dǎo)軌副的設(shè)計(jì)內(nèi)容三、滾動(dòng)導(dǎo)軌副對(duì)滾動(dòng)導(dǎo)軌副的基本要求

滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的分類

（1）按滾動(dòng)體的形狀分

有鋼珠式和滾柱式兩種寬式直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌齒條一體化直線運(yùn)動(dòng)導(dǎo)軌

(四)滾動(dòng)直線導(dǎo)軌的選擇程序在設(shè)計(jì)選用滾動(dòng)動(dòng)直線導(dǎo)軌時(shí)，除應(yīng)對(duì)其使用條件，包括工作載荷、精度要求、速度、工作行程、預(yù)期工作壽命進(jìn)行研究外，還須對(duì)其剛度、摩擦持性及誤差平均作用、阻尼持征等綜合考慮，從而達(dá)到正確合理的選用，以滿足主機(jī)技術(shù)性能的要求。例巳知作用在滑座上的載荷F＝18000N，滑座個(gè)數(shù)M＝4，單向行程長(zhǎng)度ls＝0.6m，每分鐘往復(fù)次數(shù)為4，用于輕型銑床的工作臺(tái)，每天開機(jī)6h，一年按300個(gè)工作日計(jì)，壽命要求為5年以上，試設(shè)計(jì)選擇滾動(dòng)直線導(dǎo)軌解:由已知條件得，該導(dǎo)軌的額定工作時(shí)間壽命為將Ts折合成行程長(zhǎng)度，即額定行程長(zhǎng)度壽命為根據(jù)直線滾動(dòng)導(dǎo)軌額定行程長(zhǎng)度壽命Ts的計(jì)算式

即：得到：第四節(jié)執(zhí)行機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)及要求機(jī)電一體化產(chǎn)品的執(zhí)行機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)其主功能的重要環(huán)節(jié)，它應(yīng)能快速地完成預(yù)期的動(dòng)作，并具有響應(yīng)速度快、動(dòng)態(tài)特性好、動(dòng)靜態(tài)精度高、動(dòng)作靈敏度高等待點(diǎn)，另外為便于集中控制，它還應(yīng)滿足效率高、體積小、質(zhì)量輕、自控性強(qiáng)、可靠性高等要求。機(jī)電一體化產(chǎn)品具有信息處理系統(tǒng)，物流系統(tǒng)，加工系統(tǒng)，是以能量、物質(zhì)或信息的傳遞、處理、轉(zhuǎn)換、保存等為目的的技術(shù)系統(tǒng)，為實(shí)現(xiàn)不同的目的功能，需采用不同形式執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其中有電動(dòng)的、機(jī)械的、電子的、激光的，本節(jié)主要介紹幾種在機(jī)電—體化機(jī)械系統(tǒng)今常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。二、微動(dòng)機(jī)構(gòu)微動(dòng)機(jī)構(gòu)是—種能在一定范圍內(nèi)精確、微量地移動(dòng)到給定位置或?qū)崿F(xiàn)特定的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu)。在機(jī)電—體化產(chǎn)品中，它一般用于精確、微量地調(diào)節(jié)某些部件的相對(duì)位置。如在儀器的讀數(shù)系統(tǒng)中，利用微動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整刻度尺的零位；在磨床個(gè)，用螺旋微動(dòng)機(jī)構(gòu)調(diào)整砂輪架的微量進(jìn)給；在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中各種微型手術(shù)器械均采用微動(dòng)機(jī)構(gòu)。微動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能好壞在一定程度上影響系統(tǒng)的精確性和操作性能，因而要求它應(yīng)滿足如下基本要求：

微動(dòng)機(jī)構(gòu)的性能好壞在一定程度上影響系統(tǒng)的精確性和操作性能基本要求：1)靈敏度高，最小移動(dòng)量達(dá)到使用要求。2)傳動(dòng)靈活、平穩(wěn)，無(wú)空程與爬行，制動(dòng)后能保持穩(wěn)定的位置。3)抗干擾能力強(qiáng)，快速響應(yīng)性好。4)良好的結(jié)構(gòu)工藝性。(一)手動(dòng)機(jī)械式(二)熱變形式該類機(jī)構(gòu)利用電熱元件作為動(dòng)力源，靠電熱元件通電后產(chǎn)生的熱變形實(shí)現(xiàn)微小位移，

熱變形微動(dòng)機(jī)構(gòu)可利用變壓器、變阻器等來(lái)調(diào)節(jié)傳動(dòng)桿的加熱速度，以實(shí)現(xiàn)對(duì)位移速度和微進(jìn)給量的控制。為了使傳動(dòng)件恢復(fù)到原來(lái)的位置(或使運(yùn)動(dòng)件復(fù)位)，可利用壓縮空氣或乳化液流經(jīng)傳動(dòng)桿的內(nèi)腔使之冷卻。

圖2-4l所示為機(jī)床的微動(dòng)機(jī)構(gòu)，傳動(dòng)桿2與托架4、8聯(lián)接，托架4固定在運(yùn)動(dòng)件5上，托架8固定在機(jī)座上。傳動(dòng)桿內(nèi)裝有加熱件3和高頻感應(yīng)線圈，套筒1與傳動(dòng)桿2之間形成一個(gè)空腔，供冷卻液流過。傳動(dòng)桿2和加熱件3之間有絕緣體7隔離。當(dāng)高頻電流經(jīng)導(dǎo)線6通入線圈后，加熱件3被加熱，傳動(dòng)桿因此受熱伸長(zhǎng)，經(jīng)托架4使運(yùn)動(dòng)件5產(chǎn)生微量位移。熱變形極動(dòng)機(jī)構(gòu)具有高剛度和無(wú)間隙的優(yōu)點(diǎn)，并可通過控制加熱電流來(lái)得到所需微量位移。但由于熱慣性以及冷卻速度難以精確控制等原因，這種微動(dòng)機(jī)構(gòu)只適用于行程較短、頻率不高