精密仪器设计9第四章1课件.ppt

1、 了解精密仪器常用的机械机构(传动机构、导向机构、执行机构)的作用、组成、特点及设计方法。掌握精密仪器常用的传动机构、导向机构、执行机构的结构分析方法。利用利用力学原理力学原理，由，由零部件组装成零部件组装成，可以，可以运转运转，用来代替用来代替人的劳动人的劳动、作、作能量变换能量变换或或产生有用功产生有用功的装置。的装置。焊接机器手太空机器人遥控机器人机器狗汽车发动机挖掘机（Excavator），推土机（bulldozer）印刷机台灯摆钟自行车机械系统组成n原动机部分原动机部分n执行部分执行部分n传动部分传动部分n操纵控制部分操纵控制部分本章基本内容本章基本内容一、机械传动机构一、机械传动机

2、构二、导向部件三、精密执行机构第一节第一节 机械传动机构机械传动机构1 1、基本概念、基本概念 2 2、齿轮传动副、齿轮传动副3 3、螺旋传动副、螺旋传动副4 4、连杆机构、连杆机构5 5、凸轮机构、凸轮机构6 6、分析举例、分析举例一、基本概念一、基本概念(1)定义定义(2)分类分类(3)性能指标或参数性能指标或参数1 1、定义、定义指采用机械的方式来实现运动的变换运动的变换（改变运动的方向、速度和性质）和动力的传递动力的传递。2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动2、机械传动部件分类、机械

3、传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动（2）回转直线运动（或相反）2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动（2）回转直线运动（或相反）（3）回转复杂运动 2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动（2）回转直线运动（或相反）（3）回转复杂运动 2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按性质性质分：（1）回转回转运动（2）回转直线运动（或相反）（3）回转复杂运动 2、机械传动部件分类、机械传动部件分类按传动的传动的用途用途分：类型类型用途用途要求1力（功率）传动力（

4、功率）传动传递动力、改变力或力矩的大小强度2示数（测量）传动示数（测量）传动传递运动精度3一般传动一般传动一般传动和驱动无 3、机械传动性能指标或参数、机械传动性能指标或参数（1）传动比（传动系数）传动比（传动系数）（2）传动功率）传动功率（3）传动效率）传动效率（4）传动的精度）传动的精度（5）强度、刚度）强度、刚度 （1）传动比）传动比/传动系数传动系数 单级传动单级传动：，为角速度/转速之比（无量纲）。例：摩擦轮，。21212.1nni21vv 2211RR1221RRi从动件（角）位移速度主动件（角）位移速度i传动比传动比：当主动件（轴）与从动件（轴）作连续的回转运动连续的回转运动，2

5、1212.1nni传动系数传动系数：当主动件、从动件不作不作连续的回转运动时的i。有量纲且可能不为常数。多级传动多级传动：总传动比 为各级传动比之积。niiiii.321例例1：杠杆传动：杠杆传动 ctgls 杠杆传动ddsdsddtdsdtdi1ldld2sin)ctg(1（弧度/米）sl例例2：曲柄滑块：曲柄滑块例例2：曲柄滑块：曲柄滑块 sincosabscossinabsincos222aabs?ddsi1曲柄滑快asb（2）传动功率）传动功率 传动机构传递的功率：)mN(tM)w(tMP作用在轴上的扭矩，（rad/s）该轴的角速度。减速增矩减速增矩（3）传动效率传动效率输入功输出功描

6、述描述瞬时传动比保证理论值的准确程度。通常用传动误差瞬时传动比保证理论值的准确程度。通常用传动误差来衡量：来衡量：传动误差传动误差：工作状态下，当输入轴单向回转时，输出轴的实际转角与理：工作状态下，当输入轴单向回转时，输出轴的实际转角与理论转角之差。论转角之差。空回误差空回误差(简称回差简称回差)：在工作状态下，当输入轴由正向改为反向回转时，：在工作状态下，当输入轴由正向改为反向回转时，输出轴在转角上的滞后量。输出轴在转角上的滞后量。（4）传动精度传动精度刚度：刚度：产生单位变形量时所需施加的载荷。强度：强度：表征零部件的承载能力，体积强度、表面强度与材料有关。（5）刚度、强度刚度、强度二、齿

7、轮传动副二、齿轮传动副（1）齿轮传动的类型）齿轮传动的类型（2）主要参数）主要参数（3）精密传动齿轮的特点及要求）精密传动齿轮的特点及要求（4）精密齿轮传动设计要点）精密齿轮传动设计要点1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型1、齿轮传动的类型、齿轮传动的类型dePs2、主要参数、主要参数 Pm mzd)(221zzma2ms2me周节周节P，在分度圆周上，相邻两齿上对应点间的弧长。分度圆直径分度圆

8、直径中心距中心距齿厚齿厚齿槽宽齿槽宽，相互啮合的两齿轮应该es，最起码es。齿数齿数：z模数模数 齿侧间隙齿侧间隙：两啮合的齿轮的轮齿侧间的空隙，即啮合处es。为保证齿轮的啮合，齿侧间隙总会存在，一般较小。其与s、e、a 有关。分度圆：假想圆，在齿顶圆和齿根圆之间。相互啮合的两齿轮分度圆应相切。3、精密传动齿轮的特点及要求、精密传动齿轮的特点及要求（1）小模数小模数(m1.5mm)。（2）对传递运动的准确程度准确程度要求较高。（3）传动效率高效率高。（4）转动惯量小转动惯量小。（5）结构结构简单紧凑，尺寸、重量小，力求小巧、轻便。4、精密齿轮传动设计要点精密齿轮传动设计要点已知设计的原始数据：

9、已知设计的原始数据：传动的用途，工作条件，传递的功率，输入轴或输出轴的转速，总传动比，传动精度和回差，传动效率，转动惯量，大致的空间尺寸、体积和重量。根据已知数据，明确主要设计要求：精度、强度或其它精度、强度或其它如转动惯量、尺寸等如转动惯量、尺寸等。设计应解决的几个问题设计应解决的几个问题（1）齿轮传动类型传动类型的选择。根据：传动的主要要求、工作特点。（2）齿轮传动总传动比总传动比、传动级数和各级传动比、传动级数和各级传动比的确定和分配。（3）齿轮齿数和模数齿数和模数的确定。根据：空间尺寸。（4）齿轮传动的材料和强度材料和强度计算。根据：强度的要求。（5）齿轮传动的精度分析和误差计算，以保

10、证精度要求。（6）齿轮传动中的力矩力矩计算，以便计算其驱动力矩和功率，选择合适的驱动源驱动源（电动机）。（7）齿轮传动的结构设计结构设计。过大过大：体积增大，结构不紧凑，转动惯量增大，而且两个啮合的齿数尺寸相差太大，小齿轮易磨损；过小过小：增加齿轮传动级数，结构复杂，零件数目增多。包括齿轮的结构组成，齿轮与轴的联接方法，齿轮的支承方法，齿轮的作用图和技术条件，减小或消除回差的方法（机电一体化设计基础P 12-14 消除齿轮侧隙的方法）。三、螺旋传动副三、螺旋传动副利用螺杆和螺母的相对运动传递动力和运动的一种传动装置。（1）螺旋传动的分类）螺旋传动的分类 （2）主要参数）主要参数 （3）滑动螺旋

11、传动的特点）滑动螺旋传动的特点 （4）滚）滚动螺旋传动的结构和特点动螺旋传动的结构和特点 （5）螺旋传动设计螺旋传动设计 1、螺旋传动的分类、螺旋传动的分类根据作用分根据作用分：传力螺旋传力螺旋：用于传递动力传递动力，其特点是需要承受较大的载荷，传动精度要求较低，有的甚至对相对位移无精度要求。主要要求具有足够的强度足够的强度，如仪器底座的调节螺旋或起重螺旋等。测量螺旋测量螺旋（又称示数螺旋）：用于精确地传递相对运动或相对位移精确地传递相对运动或相对位移的螺旋传动，其特点是传动时只须克服摩擦力力矩和较小的附加阻力矩，其传动误差直接影响仪器的工作精度，因此对测量螺旋传动的主要要求是传动精度高，回差

12、小，运动灵活精度高，回差小，运动灵活。如千分尺的螺旋、大工显X、Y工作台的螺旋。一般传动螺旋一般传动螺旋：用于精密仪器中某些构件的传动或精确定位。当用于定位时，要求定位后螺旋不松动，故其螺旋角必须很小，以保证自锁。滑动螺旋传动滑动螺旋传动：最常用。滚动螺旋传动滚动螺旋传动：适用于传动精度、灵敏度要求高的场合。新型螺旋传动新型螺旋传动：如静压螺旋传动，谐波螺旋传动等。根据接触表面的摩擦性质分根据接触表面的摩擦性质分根据相对运动分根据相对运动分（1）螺母固定螺杆转动并移动（2）螺杆转动螺母移动（3）螺母转动螺杆移动（4）螺杆固定螺母转动并移动 2、主要参数、主要参数 大径大径d：螺纹的最大直径，即

13、与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。小径小径d1：螺纹的最小直径，与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。在强度计算中作为螺杆危险截面的计算直径。中径中径d2：通过螺纹轴向截面内牙型上的沟槽和凸起宽度相等处的假想圆柱面的直径。它是用来确定螺纹几何量参数和配合性质的直径。螺距螺距P：相邻两螺纹牙平行侧面间的轴向距离。导程导程s：在同一条螺旋线上相邻两螺纹牙之间的距离。螺旋线数为n，s=np。牙型角牙型角：在轴向剖面内螺纹牙两侧边的夹角。l相互配合的内外螺纹的牙型相同，即有相同的相互配合的内外螺纹的牙型相同，即有相同的p/s、。l用于传动的内螺纹的大径和小径要大于或等于外螺

14、纹用于传动的内螺纹的大径和小径要大于或等于外螺纹的大径和小径。的大径和小径。l影响螺旋传动精度的参数是螺距误差和牙型角误差，影响螺旋传动精度的参数是螺距误差和牙型角误差，中径误差产生的螺纹间隙。中径误差产生的螺纹间隙。传动精度高传动精度高牵引力大牵引力大能自锁能自锁效率低效率低，易磨损，低速易磨损，低速螺母移动量l与螺杆转角的关系：传动系数 ，即螺杆转动一周，螺母移动一个导程。3、滑动螺旋传动的特点、滑动螺旋传动的特点 降速传动比大降速传动比大，从而大大缩小了传动链。2sl sdldi24、滚动螺旋传动的结构、滚动螺旋传动的结构 滚珠丝杠螺母副1-螺杆(丝杠)2-滚珠 3-返回装置 4-螺母外

15、循环内循环滚珠丝杠螺母副4、滚动螺旋传动的特点、滚动螺旋传动的特点 传动效率高传动效率高：90%以上 传动精度高传动精度高 工作寿命长工作寿命长，耐磨损耐磨损，维护简单维护简单 不能自锁不能自锁 结构复杂结构复杂，工艺性差，体积大，成本高。工艺性差，体积大，成本高。5、螺旋传动设计螺旋传动设计 目前螺旋传动副已标准化，在设计时根据需要进行选用选用。（1）传动形式传动形式的选择。（2）螺纹主要参数主要参数的选择。（3）进行耐磨性、刚度、稳定性、强度的计算和校核耐磨性、刚度、稳定性、强度的计算和校核。（4）进行传动误差的计算，校核传动的精度精度，并设计结构以减少或消除传动误差（轴向间隙）。调整间隙调整间隙1：垫片调整间隙法：垫片调整间隙法1、2单螺母 3螺母座 4调整垫片调整间隙调整间隙2：齿差调整间隙法：齿差调整间隙法1、2单螺母 3、4内齿轮调整间隙调整间隙3：螺纹调整间隙法：螺纹调整间隙法1、2单螺母 3平键 4调整螺母 5锁紧螺母