《機(jī)電一體化系統(tǒng)設(shè)計(jì)》課件 第2次課第3節(jié)機(jī)械傳動(dòng)裝置

溫故知新?lián)尨穑簷C(jī)械系統(tǒng)理想的特性是什么？希望：轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，摩擦小，阻尼合適，剛度大，抗振性能好，間隙小，機(jī)電動(dòng)態(tài)特性相匹配。新課導(dǎo)入思考：你能否舉出幾種常見的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)？齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、滾珠花鍵等這些機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)必須滿足機(jī)械系統(tǒng)特性的要求怎樣滿足？3第2章機(jī)械系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1機(jī)械系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的建立2.2機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)的特性2.3機(jī)械傳動(dòng)裝置齒輪總傳動(dòng)比的確定，齒輪各級(jí)傳動(dòng)比的確定原則；齒輪傳動(dòng)間隙消除的方法。重點(diǎn)齒輪總傳動(dòng)比的確定，齒輪各級(jí)傳動(dòng)比的確定原則；齒輪傳動(dòng)間隙消除的方法。難點(diǎn)5一、齒輪二、同步齒形帶傳動(dòng)三、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)四、諧波齒輪減速器溫故知新?lián)尨穑糊X輪傳動(dòng)的各級(jí)傳動(dòng)比分配原則是什么？(1)最小等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量原則(2)重量最輕原則(3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則新課導(dǎo)入思考：你能否舉出幾種常見的機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)？齒輪傳動(dòng)、帶傳動(dòng)、滾珠花鍵等同步齒形帶傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)、諧波齒輪減速器的原理。重點(diǎn)同步齒形帶傳動(dòng)、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)、諧波齒輪減速器的原理。難點(diǎn)9一、齒輪二、同步齒形帶傳動(dòng)三、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)四、諧波齒輪減速器10二、

同步齒形帶傳動(dòng)

同步齒形帶傳動(dòng)，是一種新型的帶傳動(dòng)。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

11兼有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；齒型帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。12

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。（1）兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能方便的實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)且無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確。（2）傳動(dòng)精度高，且?guī)У膹?qiáng)度高、厚度小、重量輕，用于低速及高速傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高。（3）在使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：悉乏送尹哉官久月夸忍諺仲塵萬(wàn)后珠凝咳值窯頒妮澤舷誅的圖挨滄幟威蹋《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章14三、滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)

知識(shí)點(diǎn)1：滾珠絲杠副工作原理與結(jié)構(gòu)

絲杠和螺母的螺紋滾道間有滾珠，當(dāng)絲杠或螺母轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，滾珠沿螺紋滾道滾動(dòng)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生滾動(dòng)摩擦。在螺母的螺旋槽兩端設(shè)有回程引導(dǎo)裝置，與螺紋滾動(dòng)形成循環(huán)回路。螺母滾珠絲杠回程引導(dǎo)裝置抱正仟籌瘤裴晶處瓢羔輛瑩閘蓬悼招綢酋勇兄宴塘滁蒂昨皇拙唁否倉(cāng)坪態(tài)《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章祝刃麓兜據(jù)硯紉苞淫寫蔽噴綁蹋幾爸弊莖據(jù)惦桐忱鉚崔要粟孿承滅秘卯元《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章苫剩耳塹校蠻坎呼夕凍魄叢抿埔隊(duì)假二壇貓憫磐先悲唇秦猩帚諾東漚昆不《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章18

1滾動(dòng)螺旋傳動(dòng)的特點(diǎn)

(1)運(yùn)動(dòng)效率高,一般可達(dá)90%~95%。在伺服控制系統(tǒng)中采用滾動(dòng)螺旋傳動(dòng),不僅可以提高傳動(dòng)效率,而且可以減小啟動(dòng)力矩、顫動(dòng)及滯后時(shí)間。

(2)運(yùn)動(dòng)精度高。由于其摩擦力小,工作時(shí)螺桿的熱變形小,螺桿尺寸穩(wěn)定,并且經(jīng)調(diào)整預(yù)緊后,可得到無(wú)間隙傳動(dòng),因而具有較高的傳動(dòng)精度、定位精度和軸向剛度。

(3)具有傳動(dòng)的可逆性,但不能自鎖。用于垂直升降傳動(dòng)時(shí),需附加制動(dòng)裝置。

(4)制造工藝復(fù)雜,成本較高,但使用壽命長(zhǎng),維護(hù)簡(jiǎn)單。內(nèi)循環(huán)和外循環(huán)兩種。

(a)內(nèi)循環(huán)。內(nèi)循環(huán)方式的滾珠在循環(huán)過(guò)程中與絲杠表面保持接觸。優(yōu)點(diǎn)：回路短，流暢性好，效率高，徑向尺寸小缺點(diǎn)：反向器加工困難，裝配調(diào)整不方便。算蟻兵熟覺(jué)褒瓢陋縮斗邯天哼鵬籬豌吳薄謂猖煤塊餾虜扮朽斟侖爪鼓黎鐳《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章知識(shí)點(diǎn)2：滾珠絲杠副中滾珠的循環(huán)方式忠識(shí)葵干娠絳纜差腫梨穢滴干褥浦大種教迸晨搽揍刀隘華捂堤炕坎胞角舀《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章內(nèi)循環(huán)靜撥隧抱靶巢房稍兜亢降沛栗垣猙醫(yī)水恤皖李腿菜澇霄擾勝誰(shuí)飄煽申增旦《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章

(b)外循環(huán)。外循環(huán)方式中的滾珠在循環(huán)返回時(shí),離開絲杠螺紋滾道，在螺母體內(nèi)或體外做循環(huán)運(yùn)動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上看，外循環(huán)有三種形式。端蓋式、螺旋槽式、插管式。都蛤凳腳攜犧貼九噶愚芝韋顧扳斥卿誼鉗守艙廊誼咨姚孫頂隅澀牟柔凜輯《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章螺母套筒端蓋式示意圖在螺母上鉆出縱向孔，作為滾珠回程滾道，兩端有套筒蓋板。滾道吻接和彎曲處圓角不易準(zhǔn)確制作，而影響其性能。一般用作升降傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。皮殆醬哇煥河庚碴曲胺腦熏低晌置撮翠根謹(jǐn)濤叢臥錨雜碉澄騷娶貳像歉束《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章端蓋式外循環(huán)申茫蔫欣顯坯氮津逮腦火燒沁浩份皂積眼辮筐瓶弓禽籽祖樹孔噓兒榴娜動(dòng)《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章套筒螺母滾珠擋珠器螺旋槽式示意圖在螺母的外圓表面洗出螺紋凹槽，槽的兩端鉆出兩個(gè)與螺紋滾道相切的通孔，兩個(gè)擋珠器。工藝簡(jiǎn)單，徑向尺寸小，易于制造；擋珠器剛性差，易磨損。肝牢維邏寡迭霞喪譬粳很丹創(chuàng)涂雕則宇艦聳巍可韓哲鉻跨枷佑首灸菊粳琶《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章螺旋槽式外循環(huán)懾砂恒新揉做刃柱抒榔幀楞釘陋加疆定民幫杭志間邱忿中縫扮奮檻椎廣抱《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章彎管壓板螺紋滾道滾珠插管式示意圖用彎管代替螺紋凹槽，彎管的兩端插入與螺紋滾道相切兩個(gè)內(nèi)孔，用彎管的端部引導(dǎo)滾珠進(jìn)入彎管。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易制造，但徑向尺寸較大，彎管端部比較容易磨損。群雛眾精劑宛竣次嘴幟魄至惰式車曬郁綿毆砧坎對(duì)享防惑埔棟寫繪寫咋豹《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章圖3-23插管式外循環(huán)斤弦矮診蓮賃蒜淳翼淀居登域濃絢哺悍跨廁沈屏覺(jué)加遮嗅廄嵌天棠僧起扒《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章

知識(shí)點(diǎn)3：滾珠絲杠副軸向間隙的調(diào)整和施加預(yù)緊力的方法滾珠絲杠副的軸向間隙：是承載時(shí)在滾珠與滾道型面接觸點(diǎn)的彈性變形所引起的螺母位移量和螺母原有間隙的總和。軸向間隙消除方法——雙螺母預(yù)緊法濤窒納斟圓琢股坡瓶俺詩(shī)充布儈洛欣錠丫意敘診三匪燭匪邵別淪婪藍(lán)帛槐《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章3）標(biāo)注方法GB/T17587.1-2017規(guī)定了滾珠絲杠的標(biāo)識(shí)符號(hào)應(yīng)包括圖2-5給定順序排列的內(nèi)容進(jìn)行標(biāo)注。4）精度等級(jí)在GB/T17587.3—2017《滾珠絲杠副第3部分：驗(yàn)收條件和驗(yàn)收檢驗(yàn)》中，根據(jù)使用范圍及要求，將標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)分為8級(jí)，即0、1、2、3、4、5、7、10。其中，標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)2和4為不優(yōu)先采用的標(biāo)準(zhǔn)公差等級(jí)，且等級(jí)數(shù)越小，精度越高，性能越好。（2）滾珠絲杠副間隙調(diào)整法滾珠絲杠副的軸向間隙是工作時(shí)滾珠與滾道面接觸點(diǎn)的彈性變形引起的螺母位移量，它會(huì)影響反向傳動(dòng)精度及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的消隙方法是雙螺母加預(yù)緊力（在調(diào)隙時(shí)，應(yīng)注意預(yù)緊力大小要適宜），基本能消除軸向間隙。1）雙螺母墊片式調(diào)隙調(diào)整墊片厚度使兩個(gè)螺母產(chǎn)生軸向相對(duì)位移，從而消除了幾何間隙、軸向間隙并施加預(yù)緊力。如圖2-6所示，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，但調(diào)整不準(zhǔn)確。2）雙螺母螺紋式調(diào)隙雙螺母螺紋式調(diào)隙機(jī)構(gòu)由兩個(gè)螺母、絲杠及鎖緊螺母組成。右端螺母外部有凸臺(tái)頂在套筒３外，左端螺母制有螺紋并用兩個(gè)圓螺母１、２鎖緊，旋轉(zhuǎn)圓螺母2即可消除軸向間隙并施加一定的預(yù)緊力，然后用鎖緊螺母1鎖緊。預(yù)緊后兩個(gè)螺母內(nèi)的滾珠相向受力，從而消除了軸向間隙。如圖2-7所示，特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，調(diào)整方便，但不能精確調(diào)整。圖2-7雙螺母螺紋式調(diào)隙1－鎖緊螺母2－圓螺母3－套筒4－鍵5－滾珠6－絲杠3）雙螺母齒差式調(diào)隙雙螺母兩端制有圓柱齒輪（兩齒輪齒數(shù)相差1）并分別與內(nèi)齒輪嚙合。兩個(gè)內(nèi)齒輪分別固定在套筒１的兩端。調(diào)整時(shí)，先取下內(nèi)齒輪２，轉(zhuǎn)動(dòng)螺母（兩個(gè)螺母相對(duì)套筒同一方向轉(zhuǎn)動(dòng)同一個(gè)齒后固定）使之產(chǎn)生角位移，進(jìn)而形成軸向位移，消除軸向間隙并施加預(yù)緊力，然后合上內(nèi)齒輪。該調(diào)隙方法結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但工作精確可靠，可實(shí)現(xiàn)定量調(diào)整即進(jìn)行精密微調(diào)，調(diào)整精度高。如圖2-83）滾珠絲杠副的安裝滾珠絲杠的支承常采用以止推軸承為主的軸承組合，可以根據(jù)不同的工作環(huán)境選擇合適的軸承組合形式，進(jìn)而提高滾珠絲杠副的傳動(dòng)精度和剛度。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以單個(gè)或雙個(gè)軸承分別安裝在絲杠兩端并施加預(yù)緊力，也可以一端安裝單軸承一端安裝雙軸承。例如，在高精度的精密絲杠傳動(dòng)系統(tǒng)中就采用止推軸承與深溝球軸承組合分別安裝在絲杠兩端。（4）滾珠絲杠副的設(shè)計(jì)（1）設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)條件：工作載荷F（單位N）或平均工作載荷Fm（單位N）；使用壽命Lh＇（單位h）絲杠工作長(zhǎng)度L（單位m）；絲杠轉(zhuǎn)速n（單位r/min）滾道硬度及運(yùn)轉(zhuǎn)情況設(shè)計(jì)步驟：根據(jù)設(shè)計(jì)條件并經(jīng)過(guò)計(jì)算，選擇合適的滾珠絲杠參數(shù)。ａ）計(jì)算額定動(dòng)載荷Ca＇（單位N）

Ca‘＝ＫＦＫＨＫＡＦｍ（式2-1）式中：ＫＦ———載荷系數(shù)，參見表2-4ＫＨ———硬度系數(shù)，參見表2-4ＫＡ———精度系數(shù)，參見表2-4表2-4滾珠絲杠副載荷、硬度、精度系數(shù)表載荷系數(shù)硬度系數(shù)精度系數(shù)

載荷性質(zhì)

ＫＦ滾道實(shí)際硬度HRCＫＨ精度等級(jí)ＫＡ≥581.0C、D1.0沖擊小平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)1.0～1.2551.11E、F1.1一般沖擊1.2～1.5501.56G1.25較大沖擊*振動(dòng)1.5～2.5452.4H1.43ｂ）根據(jù)額定動(dòng)載荷選擇滾珠絲杠副的相應(yīng)參數(shù)滾珠絲杠副的額定動(dòng)載荷Ca≥Ca＇，查找參數(shù)表選擇合適的絲杠副參數(shù)，但各生產(chǎn)廠家的規(guī)格型號(hào)會(huì)略有不同。選擇的主要參數(shù)如下：公稱直徑D0、基本導(dǎo)程P、螺旋升角ψ、滾珠直徑db（可參見表2-5）表2-5滾珠絲杠副主要尺寸表主要尺寸公稱直徑基本導(dǎo)程螺旋升角滾珠直徑符號(hào)D0（單位mm）P（單位mm）ψ（單位°）db（單位mm）

參數(shù)30５３°２′3.175６３°39′3.96940６２°44′3.969８３°39′4.763

50６２°11′3.969８２°55′4.76310３°39′5.953

60８２°26′4.76310３°２′5.95312３°39′7.1448010２°17′5.95312２°44′7.144螺紋滾道半徑R＝（0.52～0.58）db

（式2-2）偏心距e＝（R－）sinα（接觸角α＝45°）（式2-3）絲杠內(nèi)徑d1＝D0＋２e－２R

（式2-4）ｃ）驗(yàn)算穩(wěn)定性要求安全系數(shù)Ｓ在2.5～4之間，絲杠工作最穩(wěn)定。S＝（式2-5）式中：臨界載荷Fcr＝Ｅ———絲杠材料彈性模量（鋼：E＝206GPa）Ｉa———絲杠危險(xiǎn)截面的軸慣性矩（絲杠的Ｉa＝）μ———長(zhǎng)度系數(shù)（μ＝１～２）ｄ）驗(yàn)算剛度導(dǎo)程的每米的變形量△L應(yīng)在規(guī)定的滾珠絲杠副導(dǎo)程精度公差（可參照表2-3）范圍內(nèi)。注意：(a)預(yù)緊力大小必須合適，應(yīng)不超過(guò)最大軸向負(fù)載的三分之一。

(b)要特別注意減小絲杠安裝部分的間隙，這些間隙用預(yù)緊的方法是無(wú)法消除的，而它對(duì)傳動(dòng)精度有直接影響。胞凋州鉛蟹奔湛藏技奪慎鄲琢焉藉夷碟庸雀沼壯糟躇幅垣我幼酞雪淤攜臺(tái)《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章齒輪傳動(dòng)裝置齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)具有較高的可靠性和耐久性，在機(jī)電一體化產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。齒輪傳動(dòng)準(zhǔn)確可靠，平穩(wěn)性好，無(wú)側(cè)隙無(wú)回差，瞬時(shí)傳動(dòng)比為常數(shù)，傳動(dòng)效率高，速度范圍大，結(jié)構(gòu)緊湊，耐磨性好，壽命長(zhǎng)。齒輪傳動(dòng)裝置是轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向的變換器。它輸入高速、低轉(zhuǎn)矩，輸出低速、高轉(zhuǎn)矩，也稱它為齒輪減速裝置。機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)要求的伺服性能之一是響應(yīng)快，對(duì)齒輪傳動(dòng)裝置而言，在同樣的驅(qū)動(dòng)功率下，要求其加速度響應(yīng)最大。

當(dāng)最佳總傳動(dòng)比i>1時(shí)，機(jī)械系統(tǒng)的加速度響應(yīng)最大。設(shè)電機(jī)軸上的加速轉(zhuǎn)矩為Ta，換算到電機(jī)軸上的阻抗力矩為則Ta=Tm－經(jīng)計(jì)算，可求得使負(fù)載加速度為最大的總傳動(dòng)比值i。i

=若TLF＝０，i

=

要使伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載產(chǎn)生的加速度最大，應(yīng)選擇合適的總傳動(dòng)比。如圖2-9所示，轉(zhuǎn)矩為Tm、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Jm的直流伺服電機(jī)通過(guò)傳動(dòng)比為i的齒輪減速器帶動(dòng)轉(zhuǎn)矩為圖2-9電機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載模型TLF轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為JL的機(jī)械負(fù)載。當(dāng)作用于負(fù)載的干擾很大時(shí)，為減小影響可選用較大的傳動(dòng)比。（1）傳動(dòng)比最佳分配原則當(dāng)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)副時(shí)，除了計(jì)算出總傳動(dòng)比外，當(dāng)選擇多級(jí)齒輪減速器時(shí)，還應(yīng)合理分配各級(jí)傳動(dòng)比，使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，提高效率和精度。1）等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則采用此原則設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí)，換算到電機(jī)軸上的等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為最小。小功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)多級(jí)齒輪減速器時(shí)，各級(jí)齒輪傳動(dòng)比可按“先大后小”次序分配。假設(shè)軸與軸承轉(zhuǎn)動(dòng)慣量不計(jì)，則n級(jí)齒輪傳動(dòng)副各級(jí)傳動(dòng)比如下：

i

k=(k＝２，３，４，…，n)（式2-7）大功率電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)負(fù)載及齒輪減速器時(shí)，（式2-7）不通用，但可以按“前小后大”原則分配。運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，起停頻繁和動(dòng)態(tài)性能良好的伺服系統(tǒng)減速齒輪系常采用此原則設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。2）重量最輕原則按此原則設(shè)計(jì)的齒輪傳動(dòng)裝置重量最輕。小功率傳動(dòng)裝置各級(jí)傳動(dòng)比相等（假定各主動(dòng)小齒輪模數(shù)、齒數(shù)相同）即

i1＝i2＝…＝in

（式2-8）大功率傳動(dòng)裝置不適用（式2-8），應(yīng)以“前大后小”原則分配。體積小重量輕的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)常采用此原則。3）輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則

輸出軸總轉(zhuǎn)角誤差主要取決于最末一級(jí)齒輪的轉(zhuǎn)角誤差和傳動(dòng)比的大小。各級(jí)傳動(dòng)比可按“前小后大”原則分配，但末兩級(jí)傳動(dòng)比應(yīng)大一些，進(jìn)而提高精度減少誤差。提高傳動(dòng)精度和減小回程誤差為主的降速傳動(dòng)齒輪系采用此原則設(shè)計(jì)。53（4）三種原則的選擇 在設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)裝置時(shí),上述三條原則應(yīng)根據(jù)具體工作條件綜合考慮。

1）對(duì)于傳動(dòng)精度要求高的降速齒輪傳動(dòng)鏈,可按輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。若為增速傳動(dòng),則應(yīng)在開始幾級(jí)就增速。

2）對(duì)于要求運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、啟停頻繁和動(dòng)態(tài)性能好的降速傳動(dòng)鏈,可按等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則和輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則設(shè)計(jì)。

3）對(duì)于要求質(zhì)量盡可能小的降速傳動(dòng)鏈,可按質(zhì)量最小原則設(shè)計(jì)。（2）調(diào)整間隙法齒輪傳動(dòng)裝置在工作中產(chǎn)生的間隙（主要是齒側(cè)間隙）會(huì)影響到它的變向功能，降低傳動(dòng)精度，影響系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以應(yīng)采取一些措施消除。常見的齒輪傳動(dòng)有圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條齒輪傳動(dòng)等，它們消除間隙的方法有以下幾種：1）錯(cuò)齒法通過(guò)一些中間元件（例如墊片、彈簧）或改進(jìn)結(jié)構(gòu)使兩嚙合齒輪錯(cuò)齒，消除齒側(cè)間隙。錯(cuò)齒法常見形式有：齒輪錯(cuò)齒，消除齒側(cè)間隙。

a）墊片調(diào)整法

斜齒輪墊片調(diào)整法利用中間元件墊片使兩嚙合齒輪錯(cuò)齒。如圖2-10所示，斜齒輪１與２、３嚙合。１為寬齒輪，２和３分別為兩個(gè)薄片斜齒輪，其中間加一墊片４。調(diào)節(jié)墊片厚度，使２和３在軸向分開一段距離，螺旋線錯(cuò)開，消除齒側(cè)間隙，該方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但調(diào)整費(fèi)時(shí)，而且齒側(cè)間隙不能補(bǔ)償。圖2-10斜齒薄片齒輪錯(cuò)齒墊片調(diào)整法1－寬齒輪2、3－薄片斜齒輪4－墊片

圖2-11帶錐度齒輪墊片調(diào)整法

1、2－帶錐度圓柱齒輪3－墊片

軸向墊片調(diào)整法此方法是改進(jìn)兩嚙合圓柱齒輪結(jié)構(gòu)并利用墊片來(lái)調(diào)整間隙。如圖2-11所示，兩嚙合圓柱齒輪１、２改為沿軸線方向齒厚略有錐度，調(diào)節(jié)墊片３厚度，使齒輪１沿軸向移動(dòng)，兩齒輪錯(cuò)位，消除了齒側(cè)間隙。

b）彈簧調(diào)整法

雙片薄齒輪周向彈簧調(diào)整法雙片薄齒輪周向彈簧調(diào)整法也是采用兩個(gè)薄片圓柱齒輪與一個(gè)寬齒輪嚙合，一個(gè)薄齒輪的左側(cè)齒與另一個(gè)薄齒輪的右側(cè)齒分別與寬齒輪的左、右兩側(cè)齒槽相貼，在兩個(gè)薄片圓柱齒輪３和４上分別開有幾條周向圓弧槽，在它們的端面上安裝彈簧２和短柱１。在彈簧２作用下使３和４錯(cuò)位來(lái)消除齒側(cè)間隙。由于周向圓槽及彈簧尺寸不能太大，所以調(diào)整受到限制。如圖2-12所示

斜齒輪軸向壓簧法如圖2-13所示，寬斜齒輪１與兩個(gè)薄片齒輪２、３嚙合，通過(guò)彈簧４使兩個(gè)薄片斜齒輪兩側(cè)面緊貼在斜齒輪１左右兩側(cè)面上。彈簧的壓力通過(guò)螺母５調(diào)節(jié)，２、３通過(guò)鍵６套在軸５上使軸向尺寸過(guò)大，但調(diào)整可以自動(dòng)補(bǔ)償。

斜齒碟形彈簧調(diào)整法如圖2-14所示，寬齒輪１與兩薄片斜齒輪２、３嚙合，調(diào)節(jié)螺母６，通過(guò)墊片４，使碟形彈簧５彈性變形推動(dòng)齒輪３沿軸向移動(dòng)，兩齒輪錯(cuò)齒，消除了齒側(cè)間隙。圖2-14薄片斜齒輪碟形彈簧調(diào)整法示意圖1—寬齒輪2、3—薄片斜齒輪4—螺母5—墊片6—碟形彈簧錯(cuò)齒法還有雙圓柱薄片齒輪錯(cuò)齒調(diào)整法，錐齒輪周向、軸向彈簧調(diào)整法等。2）偏心套法

如圖2-15所示，圓柱齒輪１與２嚙合，齒輪２裝在電動(dòng)機(jī)３輸出軸上，電動(dòng)機(jī)通過(guò)偏心套４裝在殼體5上。轉(zhuǎn)動(dòng)偏心套可以調(diào)節(jié)徑向兩嚙合齒輪的中心距，進(jìn)而消除正反轉(zhuǎn)時(shí)直齒圓柱齒輪的齒側(cè)間隙及其造成的反轉(zhuǎn)回差。特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但齒側(cè)間隙調(diào)整后不能自動(dòng)補(bǔ)償。圖

圖2-15偏心軸套式調(diào)整法示意圖1、2—圓柱齒輪3—偏心套4—電動(dòng)機(jī)5—?dú)んw學(xué)以致用分析下圖調(diào)整齒側(cè)間隙的原理，并說(shuō)明是用什么方法調(diào)整的?？偨Y(jié)1.齒輪總傳動(dòng)比：2.傳動(dòng)比最佳分配原則:當(dāng)設(shè)計(jì)齒輪傳動(dòng)副時(shí),除了計(jì)算出總傳動(dòng)比外,當(dāng)選擇多級(jí)齒輪減速器時(shí),還應(yīng)合理分配各級(jí)傳動(dòng)比,使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊,提高效率和精度。1)等效轉(zhuǎn)動(dòng)慣量最小原則。2)重量最輕原則。3)輸出軸轉(zhuǎn)角誤差最小原則。3.調(diào)整間隙法:齒輪傳動(dòng)裝置在工作中產(chǎn)生的間隙(主要是齒側(cè)間隙)會(huì)影響到它的變向功能,降低傳動(dòng)精度,影響系統(tǒng)穩(wěn)定性,所以應(yīng)采取一些措施予以消除。常見的齒輪傳動(dòng)有圓柱齒輪傳動(dòng)、斜齒輪傳動(dòng)、錐齒輪傳動(dòng)、齒輪齒條傳動(dòng)等,它們消除間隙的方法主要有錯(cuò)齒法和偏心套法兩種。作業(yè)1.齒輪傳動(dòng)鏈的級(jí)數(shù)和各級(jí)傳動(dòng)比確定的三個(gè)基本原則是什么？如何選擇？64二、

同步齒形帶傳動(dòng)

同步齒形帶傳動(dòng)，是一種新型的帶傳動(dòng)。它利用齒形帶的齒形與帶輪的輪齒依次相嚙合傳動(dòng)運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力。

65兼有帶傳動(dòng)，齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，即無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比準(zhǔn)確，傳動(dòng)精度高，而且齒形帶的強(qiáng)度高，厚度小，重量輕，故可用于高速傳動(dòng)；齒型帶無(wú)需特別張緊，故作用在軸和軸承等上的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)械上亦有應(yīng)用。66

根據(jù)齒形的不同，同步齒形帶可以分成兩種。一種是梯形齒同步帶，另一種是圓弧齒同步帶。同步帶一般由承載繩、帶齒、帶背和包布層組成。（1）兼有帶傳動(dòng)、齒輪傳動(dòng)及鏈傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，能方便的實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離傳動(dòng)且無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，平均傳動(dòng)比較準(zhǔn)確。（2）傳動(dòng)精度高，且?guī)У膹?qiáng)度高、厚度小、重量輕，用于低速及高速傳動(dòng)，傳動(dòng)效率高。（3）在使用中齒形帶不需張緊，作用在軸和軸承處的載荷小，傳動(dòng)效率高，在數(shù)控機(jī)床和工業(yè)機(jī)器人中得到了廣泛應(yīng)用。特點(diǎn)：悉乏送尹哉官久月夸忍諺仲塵萬(wàn)后珠凝咳值窯頒妮澤舷誅的圖挨滄幟威?！稒C(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章68知識(shí)點(diǎn)1：基本組成四、諧波齒輪減速器諧波齒輪傳動(dòng)是諧波齒輪行星傳動(dòng)的簡(jiǎn)稱。是一種少齒差行星傳動(dòng)。通常由剛性圓柱齒輪G、柔性圓柱齒輪R、波發(fā)生器H和柔性軸承等零部件構(gòu)成。柔輪和剛輪的齒形有直線三角齒形和漸開線齒形兩種，以后者應(yīng)用較多。諧波齒輪傳動(dòng)既可用做減速器，也可用做增速器。柔輪、剛輪、波發(fā)生器三者任何一個(gè)均可固定，其余二個(gè)一為主動(dòng)，另一個(gè)為從動(dòng)。波發(fā)生器H是一個(gè)桿狀部件，其兩端裝有滾動(dòng)軸承構(gòu)成滾輪，與柔輪1的內(nèi)壁相互壓緊。柔輪為可產(chǎn)生較大彈性變形的薄壁齒輪，其內(nèi)孔直徑略小于波發(fā)生器的總長(zhǎng)。70知識(shí)點(diǎn)2：工作原理

橢圓的長(zhǎng)軸兩端產(chǎn)生了柔輪與剛輪輪齒的兩個(gè)局部嚙合區(qū)；同時(shí)在橢圓短軸兩端，兩輪輪齒則完全脫開。至于其余各處，則視柔輪回轉(zhuǎn)方向的不同，或處于嚙合狀態(tài)，或處于非嚙合狀態(tài)。當(dāng)波發(fā)生器連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，柔輪長(zhǎng)短軸的位置不斷交化，從而使輪齒的嚙合處和脫開處也隨之不斷變化，于是在柔輪與剛輪之間就產(chǎn)生了相對(duì)位移，從而傳遞運(yùn)動(dòng)。在傳動(dòng)過(guò)程中，波發(fā)生器轉(zhuǎn)一周，柔輪上某點(diǎn)變形的循環(huán)次數(shù)稱為波數(shù)，以n表示。常用的是雙波和三波兩種。雙波傳動(dòng)的柔輪應(yīng)力較小，結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，易于獲得大的傳動(dòng)比。故為目前應(yīng)用最廣的一種。諧波齒輪傳動(dòng)的柔輪和剛輪的周節(jié)相同，但齒數(shù)不等，通常采用剛輪與柔輪齒數(shù)差等于波數(shù)，即zG－zR=n

式中

zR、zG--分別為柔輪與剛輪的齒數(shù)。

諧波齒輪的傳動(dòng)比計(jì)算在諧波齒輪傳動(dòng)中，剛輪、柔輪和波發(fā)生器這三個(gè)基本構(gòu)件,其中任何一個(gè)都可作為主動(dòng)件，而其余兩個(gè)中，一個(gè)作為從動(dòng)件，一個(gè)作為固定件。當(dāng)剛輪固定、發(fā)生器主動(dòng)、柔輪從動(dòng)時(shí)，諧波齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比為：i=-zG/(zG-zR)

負(fù)號(hào)表示柔輪的轉(zhuǎn)向與波發(fā)生器的轉(zhuǎn)向相反。雙波傳動(dòng)中，zR－zG=2，柔輪齒數(shù)很多。由此可看出，諧波減速器可獲得很大的傳動(dòng)比。構(gòu)件傳動(dòng)比計(jì)算公式功能輸入與輸出的方向關(guān)系固定輸入輸出剛輪波發(fā)生器柔輪減速異向剛輪柔輪波發(fā)生器增速異向柔輪波發(fā)生器剛輪減速同向柔輪剛輪波發(fā)生器增速同向例如：剛輪固定，波發(fā)生器輸入，柔輪輸出。設(shè)柔輪齒數(shù)為200，剛輪齒數(shù)為202，則傳動(dòng)比iHR===100。思考雙諧波齒輪的柔輪的齒數(shù)為ZR=80，鋼輪齒數(shù)ZG=100，波發(fā)生器轉(zhuǎn)速nH=1000r/min。試求（1）柔輪固定、波發(fā)生器輸入時(shí)，鋼輪的轉(zhuǎn)速。（2）鋼輪固定，波發(fā)生器輸入時(shí)，柔輪的轉(zhuǎn)速。3.諧波齒輪減速器的型號(hào)諧波齒輪減速器的型號(hào)由產(chǎn)品代號(hào)、規(guī)格代號(hào)和精度等級(jí)三部分組成，示例如下：XBD100?125?250?Ⅱ精度等級(jí)：Ⅰ為精密級(jí)，Ⅱ?yàn)槠胀?jí)輸出轉(zhuǎn)矩為250N﹒m傳動(dòng)比為125（每種機(jī)型有3～5種傳動(dòng)比）柔輪內(nèi)徑為100mm產(chǎn)品代號(hào)：表示臥式雙軸伸縮型諧波齒輪減速器思考單級(jí)諧波齒輪傳動(dòng)減速器的產(chǎn)品型號(hào)為XBD-100-125-150-Ⅱ,其中125代表傳動(dòng)比優(yōu)點(diǎn)

①傳動(dòng)比大；②承載能力高；③傳動(dòng)精度高，基本無(wú)沖擊振動(dòng)；柔輪和剛輪的齒側(cè)間隙是可調(diào)：當(dāng)柔輪的扭轉(zhuǎn)剛度較高時(shí)，可實(shí)現(xiàn)無(wú)側(cè)隙的高精度嚙合。④可以向密封空間傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力；⑤傳動(dòng)平穩(wěn)，傳動(dòng)效率高；⑥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕?；谴陦睦首鍝娇ζ蹓?mèng)身肘伐闡棒角帛由稀拎捐蛙佳沼侶慚派吞氯欠渡仇《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章知識(shí)點(diǎn)3：工作特點(diǎn)缺點(diǎn)

①柔輪和波發(fā)生器制造復(fù)雜，需要專門設(shè)備，成本較高。②傳動(dòng)比下限值較高。③不能做成交叉軸和相交軸的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用：諧波齒輪傳動(dòng)主要應(yīng)用在大傳動(dòng)比的（如機(jī)器人、雷達(dá)、電子儀器儀表等）機(jī)電一體化系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。粗眺苞赫鵝打部距匆霓徐逸廊琢賴鎳術(shù)溺孝判誠(chéng)藉儉凱蟬摧帳本甩淖昨蝶《機(jī)電一體化》第2章《機(jī)電一體化》第2章支撐部件本節(jié)介紹軸系支撐機(jī)構(gòu)、直線運(yùn)動(dòng)支承（導(dǎo)軌）、支承件(機(jī)身)等，這些內(nèi)容是掌握機(jī)電一體化系統(tǒng)支撐部件的核心內(nèi)容。2.3.1軸系支撐機(jī)構(gòu)軸系支撐機(jī)構(gòu)主要指滾動(dòng)軸承、動(dòng)、靜壓軸承、磁軸承等各種軸承。它的作用是支承作回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的軸或絲杠。隨著刀具材料和加工自動(dòng)化的發(fā)展，主軸的轉(zhuǎn)速越來(lái)越高，變速范圍也越來(lái)越大。如中型數(shù)控機(jī)床和加工中心的主軸最高轉(zhuǎn)速可達(dá)到5000rad/min～6000rad/min，甚至更高，調(diào)速范圍達(dá)300～400。內(nèi)圓磨床為了達(dá)到足夠的磨削速度，磨削小孔的砂輪主軸轉(zhuǎn)速已高達(dá)240000rad/min。因此，對(duì)軸承的精度、承載能力、剛度、抗振性、壽命、轉(zhuǎn)速等提出了更高的要求，也逐漸出現(xiàn)了許多新型結(jié)構(gòu)的軸承。1.滾動(dòng)軸承（1）標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承的尺寸規(guī)格已標(biāo)準(zhǔn)化、系列化，由專門生產(chǎn)廠大量生產(chǎn)。使用時(shí)，主要根據(jù)剛度和轉(zhuǎn)速來(lái)選擇。如有要求，則還應(yīng)考慮其它因素，如承載能力、抗振性和噪聲等。近年來(lái)，為適應(yīng)各種不同的要求，還開發(fā)了不少新型軸承用于機(jī)電一體化系統(tǒng)。下面僅介紹其中的兩種。1）空心圓錐滾子軸承圖2?31所示是雙列和單列空心圓錐滾子軸承。一般將雙列（圖2?31a）的用于前支承，單列（圖2?31b）的用于后支承，配套使用。這種軸承與一般圓錐滾子軸承不同之處在于：滾子是中空的，保持架則是整體加工的，它與滾子之間沒(méi)有間隙，工作時(shí)潤(rùn)滑油的大部分將被迫通過(guò)滾子中間的小孔，以便冷卻最不易散熱的滾子，潤(rùn)滑油的另一部分則在滾子與滾道之間通過(guò)，起潤(rùn)滑作用。此外，中空的滾子還具有一定的彈性變形能力，可吸收一部分振動(dòng)。雙列軸承的兩列滾子數(shù)目相差一個(gè)，使兩列的剛度變化頻率不同，以抑制振動(dòng)。單列軸承外圈上的彈簧用作預(yù)緊。這兩種軸承的外圈較寬，因此與箱體孔的配合可以松一些，箱體孔的圓度和圓柱度誤差對(duì)外圈滾道的影響較小。這種軸承用油潤(rùn)滑，故常用于臥式主軸。（a）雙列空心圓錐滾子軸承（b）單列空心圓錐滾子軸承2）陶瓷滾動(dòng)軸承陶瓷滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)與一般滾動(dòng)軸承相同。目前常用的陶瓷材料為Si3N4。由于陶瓷熱傳導(dǎo)率低、不易發(fā)熱、硬度高、時(shí)磨，在采用油脂潤(rùn)滑的情況下，軸承內(nèi)徑為25mm～100mm時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)8000rad/min～15000rad/min；在油霧潤(rùn)滑的情況下，軸承內(nèi)徑在65mm～100mm時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)15000rad/min～20500rad/min，在軸承內(nèi)徑為40mm～60mm時(shí)，主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)20000～30000rad/min。陶瓷滾動(dòng)軸承主要用于中、高速運(yùn)動(dòng)主軸的支承。（2）非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承當(dāng)對(duì)軸承有特殊要求而又不可能采用標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承時(shí)，就需根據(jù)使用要求自行設(shè)計(jì)非標(biāo)準(zhǔn)滾動(dòng)軸承。1）微型滾動(dòng)軸承如圖2?32所示的微型向心推力軸承，具有杯形外圈，尺寸D≥1.1mm，但沒(méi)有內(nèi)環(huán)，錐形軸頸直接與滾珠接觸，由彈簧或螺母調(diào)整軸承間隙。當(dāng)尺寸D>4mm時(shí)，可有內(nèi)環(huán)，如圖2?33（a）所示，采用碟形墊圈來(lái)消除軸承間隙。圖2?33（b）所示的軸承內(nèi)環(huán)可以與軸一起從外環(huán)和滾珠中取出，裝拆比較方便。

圖2?32微型向心推力軸承（a）（b）圖2?33微型滾動(dòng)軸承2）密珠軸承密珠軸承是一種新型的滾動(dòng)摩擦支承。它由內(nèi)、外圈和密集于二者間并具有過(guò)盈配合的鋼珠組成。它有兩種形式，即徑向軸承和推力軸承。密珠軸承的內(nèi)外滾道和止推面分別是形狀簡(jiǎn)單的外圓柱面、內(nèi)圓柱面和平面，在滾道間密集地安裝有滾珠。滾珠在其尼龍保持架的空隙中以近似于多頭螺旋線的形式排列。每個(gè)滾珠公轉(zhuǎn)時(shí)均沿著自已的滾道滾動(dòng)而互不干擾，以減少滾道