第二章机械系统部件的选择与设计课件.ppt

1、2022-11-1412.1 机械系统部件的设计要求2.2 机械传动部件的选择与设计2.3 导向支承部件的选择与设计2.1 机械系统部件的设计要求2.4 旋转支承部件的类型与选择2.5 轴系部件的选择与设计2.6 机电一体化系统的机座或机架2022-11-142数控机床：数控机床：工作台工作台电机电机执行元件执行元件驱动器驱动器信息处理系统信息处理系统（计算机）（计算机）动力源动力源传感器传感器2022-11-143n 机电一体化系统的构成基础机电一体化系统的构成基础;n 控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导向支承件以及传感

2、元件等械传动部件、导向支承件以及传感元件等 部分均与部分均与机械部分相关。机械部分相关。2.1.1 机械部件及其功能要求机械部件及其功能要求2022-11-144传动精度传动精度 工作稳定性工作稳定性支承部件支承部件机架机架轴系轴系传动装置传动装置非线性传动部件线性传动部件 链轮等 带轮蜗轮蜗杆副丝杠螺母副凸轮机构等连杆机构旋转支承部件导向支承部件（导轨）机械部件及其功能要求机械部件及其功能要求2022-11-1451.传动机构 2.导向机构3.执行机构 机械系统的组成不仅是转速和转矩的变换器,为伺服系统的一部分。根据伺服控制的要求进行选择设计,以满足整个机械系统的无传动间隙、惯量和摩擦小、刚

3、度大及阻尼适中的要求，体现良好的伺服性能 作用是支承和导向,用以支承和限制运动部件按给定的运动要求和规定的运动方向运动。它为机械系统中各运动装置能安全、准确地完成其特定方向的运动提供保障,一般指导轨、轴承等。用来完成操作任务的直接装置，根据操作指令的要求在动力源的带动下完成预定的操作。2022-11-146 类型：类型：螺旋传动、齿轮传动、同步带传动、高速带传动、各种非线性传动部件等。功能功能:传递转矩和转速，转矩、转速变换器 目的：目的：执行元件与负载在转矩与转速方面的匹配2.1.2 机械传动部件及其功能要求机械传动部件及其功能要求2022-11-147对机械系统的要求对机械系统的要求无间隙

4、、低摩擦、低惯量、高刚度、无间隙、低摩擦、低惯量、高刚度、高谐振频率、适当的阻尼比。高谐振频率、适当的阻尼比。2022-11-1482.1.3 机电一体化机械系统的特殊要求机电一体化机械系统的特殊要求 1 1、低摩擦、低摩擦2 2、短传动链、短传动链3 3、最佳传动比、最佳传动比4 4、反向死区误差小、反向死区误差小5 5、高刚度、高刚度采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件采用低摩擦阻力的传动部件和导向支承部件缩短传动链，提高传动与支承刚度缩短传动链，提高传动与支承刚度选用最佳传动比，提高系统分辨率，减小选用最佳传动比，提高系统分辨率，减小等效转动惯量，提高加速能力等效转动惯量，提高加速能力

5、改进支承和架体的结构设计以提高刚性，改进支承和架体的结构设计以提高刚性，减小振动、降低噪声减小振动、降低噪声2022-11-1492.1.2 从以下几方面采取措施：从以下几方面采取措施：1.1.采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如：滚采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如：滚珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。2.2.缩短传动链，提高传动与支承刚度。如：大扭矩、缩短传动链，提高传动与支承刚度。如：大扭矩、宽调速的伺服电动机；轴端预紧或预拉伸、滚珠丝宽调速的伺服电动机；轴端预紧或预拉伸、滚珠丝杠副或滚动导轨副预紧消除间歇提高刚度。杠副或滚

6、动导轨副预紧消除间歇提高刚度。2022-11-14102.1.2 从以下几方面采取措施：从以下几方面采取措施：3.选择合理（最佳）传动比，提高系统分辨率，减选择合理（最佳）传动比，提高系统分辨率，减少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽少等效到执行元件输出轴上的等效转动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。可能的提高系统的加速能力。4.尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少支承变形，最终缩小反向死区误差。支承变形，最终缩小反向死区误差。5.改进和合理设计支承件和机架结构，提高刚度、改进和合理设计支承件和机架结构，提高刚度、减少振动和噪音。减少振动和

7、噪音。2022-11-14112.2.1 机械传动部件机械传动部件常用传动部件常用传动部件 螺旋传动螺旋传动 齿轮传动齿轮传动 同步齿形传动同步齿形传动 高速带传动高速带传动 其它非线性传动元件其它非线性传动元件2022-11-1412表2-1 传动机构及其功能2022-11-14132.2.1 机械传动部件及其功能要求机械传动部件及其功能要求 动静特性的影响因素动静特性的影响因素动特性的影响因素：惯性、刚度、摩擦、间隙。静特性的影响因素：刚度、摩擦、间隙。应设计和选择转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚转动惯量小、摩擦小、阻尼合理、刚度大、抗振动性能好、间隙小度大、抗振动性能好、间隙小的传动部件

8、，要求机械部分的动态特性与电机速度环的动态特性机械部分的动态特性与电机速度环的动态特性相匹配相匹配。2022-11-1414 1)1)精密化精密化由于要适应产品的高定位精度等性能的要求，对机械传动机构的精密度要求也越来越高。2)2)高速化高速化 3)3)小型化、轻量化小型化、轻量化以提高运动灵敏度、减小冲击、降低能耗。与微电子部件的微型化相适应。机械传动部件的功能要求：机械传动部件的功能要求：2022-11-14151、滚珠丝杠副的组成及特点、滚珠丝杠副的组成及特点（1）组成）组成2.2.2 丝杠螺母机构基本传动形式2022-11-1416螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管

9、道回路管道2022-11-14172022-11-1418滚珠丝杠螺母副的组成：滚珠丝杠螺母副的组成：丝杠丝杠+丝杠螺母丝杠螺母 +减摩介质减摩介质滚动体滚动体（回珠装置）（回珠装置）2022-11-14192.2.2 丝杠螺母机构基本传动形式 功能：实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。作用：用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。2022-11-1420分 类1）按功能分）按功能分 a)传递力传递力/能量为主（传力螺旋）能量为主（传力螺旋）千斤顶千斤顶压力机压力机2022-11-1421特点：特点：低速、间歇工作，传递轴向力大、能自锁。低速、间歇工作，传递轴向力大、能自锁。2022-1

10、1-1422b)传递运动为主（传动螺旋）传递运动为主（传动螺旋）机床工作台的进给丝杠机床工作台的进给丝杠特点：特点：速度高、连续工作、精度高。速度高、连续工作、精度高。2022-11-1423c)调整位置（调整螺旋）调整位置（调整螺旋）特点特点：受力较小且不经常转动受力较小且不经常转动。虎 钳微调螺旋2022-11-14242）按摩擦方式分）按摩擦方式分l滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构l滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构2022-11-14252.2.2 图图2-1 2-1 基本传动形式基本传动形式螺母固定、丝杆转动并移动：传动精度高，但刚性差，行程小螺母移动、丝杆转动：需导向装置限制螺母转动

11、，结构紧凑、刚性好，行程大丝杆固定、螺母转动并移动：结构简单紧凑，使用不方便丝杆移动、螺母转动：需要限制丝杆的转动和螺母移动，结构复杂，少用2022-11-1426特点：特点：结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附结构简单，传动精度较高，螺母支撑杆可消除附加轴向窜动，刚性较差。加轴向窜动，刚性较差。3）按丝杠和螺母相对运动情况分）按丝杠和螺母相对运动情况分()1）螺母固定，丝杠转动并移动螺母固定，丝杠转动并移动：2022-11-14272）丝杠转动，螺母移动丝杠转动，螺母移动：特点：特点：结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转动，故需结构紧凑，丝杆刚性高。要限制螺母转动，故需导向装置。导向装置

12、。2022-11-14283 3）螺母转动，丝杠移动螺母转动，丝杠移动：特点：特点：结构复杂，占用空间大，传动时需限制螺母移动结构复杂，占用空间大，传动时需限制螺母移动和丝杠转动。和丝杠转动。2022-11-14294 4）丝杠固定，螺母转动并移动丝杠固定，螺母转动并移动：特点特点：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方：结构简单，紧凑，丝杆刚性较高，但使用不方便，应用较少。便，应用较少。2022-11-14305 5）差动传动差动传动：特点：特点：调节方便，可实现微动或快速移动，应用广泛。调节方便，可实现微动或快速移动，应用广泛。图图2.2 2.2 差动传动原理差动传动原理2022-11-

13、1431设螺杆设螺杆2左、右两段螺纹的旋向相同左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为且导程分别为Ph1和和Ph2。当螺杆。当螺杆2转动转动角时角时,可动螺母可动螺母1的移动距离的移动距离L为为)(221hhPPL如果如果Ph1 与与Ph2相差很小相差很小,则则 L很小。因此差动螺旋常用于很小。因此差动螺旋常用于各种各种微动装置微动装置中。中。2022-11-1432若螺杆若螺杆2左、右两段螺纹的旋向相反左、右两段螺纹的旋向相反,则当螺杆则当螺杆2转动转动角时角时,可动螺母可动螺母1的移动距离为的移动距离为 12()2hhLPP可见可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋此时差动螺旋变成快速移动螺旋,

14、即螺母即螺母1相对固定端相对固定端快速趋近或离开。用于要求快速趋近或离开。用于要求快速夹紧的夹具快速夹紧的夹具或或锁紧装置锁紧装置中。中。2022-11-1433图图2.2 2.2 差动传动原理差动传动原理工作原理：工作原理：丝杠上有基本导程不同丝杠上有基本导程不同(Ph1,Ph2)的两段螺纹，其旋向相同。的两段螺纹，其旋向相同。当丝杠当丝杠2转动，可动螺母转动，可动螺母1的移动距离的移动距离l为，如果两基本导为，如果两基本导程相差较小，则可获得较小的位移。程相差较小，则可获得较小的位移。多用于各种微动机构。多用于各种微动机构。l=n n(P(Ph1h1-P-Ph2h2)2022-11-143

15、4丝杠螺母机构传递运动的基本条件1）滑动丝杠螺母机构：）滑动丝杠螺母机构：a)足够的滑移间隙足够的滑移间隙b)充分地润滑充分地润滑c)足够的热胀冷缩补偿空间足够的热胀冷缩补偿空间因而，存在一定的因而，存在一定的空回间隙空回间隙。2022-11-14352）滚珠丝杠螺母机构：）滚珠丝杠螺母机构：a)足够的润滑储油空间足够的润滑储油空间b)足够的热胀冷缩弹性补偿能力足够的热胀冷缩弹性补偿能力c)滚珠的回珠装置（内或外）滚珠的回珠装置（内或外）可实现可实现 无间隙工作无间隙工作。2022-11-1436结构简单结构简单加工方便加工方便成本低成本低有自锁功能有自锁功能摩擦阻力较大摩擦阻力较大传动效率低

16、传动效率低(30%(30%40%)40%)（3 3）丝杠螺母机构的特点）丝杠螺母机构的特点 滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构2022-11-1437传动效率高（0.9)轴向刚度高运动平稳，传动精度高磨损小，寿命长 不能自锁 结构复杂（3 3）丝杠螺母机构的特点）丝杠螺母机构的特点滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构2022-11-14382.2.3 图图2-3 2-3 滚珠丝杠副构成原理滚珠丝杠副构成原理当丝杠转动时，带动滚珠沿螺纹滚道滚动，为防止滚珠从滚道端面掉出，在螺纹的螺旋槽两端设有滚珠回程引导装置，构成滚珠的循环返回通道，从而形成滚珠滚动的闭合通道。2022-11-1439 具有传动阻力小

17、；具有传动阻力小；传动效率高（传动效率高（92%98%）；）；轴向刚度高（适当预紧消除丝杠与螺母之间的轴轴向刚度高（适当预紧消除丝杠与螺母之间的轴向间隙或预拉丝杠）；向间隙或预拉丝杠）；传动平稳；传动平稳；传动精度高；传动精度高；不易磨损、使用寿命长等优点；不易磨损、使用寿命长等优点；但不能自锁；但不能自锁；因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。（2 2）滚珠丝杠传动的特点）滚珠丝杠传动的特点2022-11-1440402022-11-1441按用途和制造工艺不同，滚珠螺旋传动的结构按用途和制造工艺不同，滚珠螺旋传动的结构型式有多种，它

18、们的主要区别在于用途、螺纹型式有多种，它们的主要区别在于用途、螺纹滚道法向截形、滚珠循环方式、消除轴向间隙滚道法向截形、滚珠循环方式、消除轴向间隙的调整预紧的方法等四方面。的调整预紧的方法等四方面。2.2.滚珠丝杠副的典型的结构类型滚珠丝杠副的典型的结构类型2022-11-14421 1）按用途）按用途a)定位滚珠丝杠通过旋转角度和导程通过旋转角度和导程控制轴向位移量。控制轴向位移量。称为称为 P P类类 滚珠丝杠。滚珠丝杠。2022-11-1443b)传动滚珠丝杠用于传动动力的滚用于传动动力的滚珠丝杠。珠丝杠。称为称为 T T类类 滚珠丝滚珠丝杠。杠。2022-11-14442 2）按螺纹滚

19、道截面形状分类按螺纹滚道截面形状分类双圆弧型双圆弧型单圆弧型单圆弧型2022-11-1445 滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直滚珠与滚道表面在接触点处的公法线与过滚珠中心的螺杆直径线间的夹角径线间的夹角叫接触角。理想接触角叫接触角。理想接触角450。理想接触角。理想接触角 =450偏心距滚道圆弧半径滚珠半径eRrb2022-11-1446单圆弧型单圆弧型 ，承承载载能能力力，轴轴向向刚刚度度 特特 点：点：成型比较简单，易于得到较高的精度。成型比较简单，易于得到较高的精度。接触角转动中不断变化，因此，效率、承载能力和轴向接触角转动中不断变化，因此，效率、承载能力和轴向刚度均

20、不够稳定。刚度均不够稳定。一般在轻载条件下工作。一般在轻载条件下工作。2022-11-1447双圆弧型双圆弧型特点：特点：接触角在工作过程中基本保持不变，效率、承接触角在工作过程中基本保持不变，效率、承载能力和轴向刚度稳定，磨损较小，传递精度高。但双载能力和轴向刚度稳定，磨损较小，传递精度高。但双圆弧形砂轮修整、加工、检验比较困难。圆弧形砂轮修整、加工、检验比较困难。2022-11-1448v内循环内循环v外循环外循环2022-11-14491 1）内循环）内循环滚珠在循环过程中始终与螺杆滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触保持接触的循环的循环丝杠丝杠螺母螺母滚珠滚珠反向器反向器内循环的工作圈数

21、是一列只有内循环的工作圈数是一列只有一圈，因而回路短，滚珠少，一圈，因而回路短，滚珠少，滚珠的流畅性好，效率高。此滚珠的流畅性好，效率高。此外，它的径向尺寸小，零件少，外，它的径向尺寸小，零件少，装配简单。装配简单。内循环的缺点是反向器的回珠内循环的缺点是反向器的回珠槽具有空间曲面，加工较复杂。槽具有空间曲面，加工较复杂。2022-11-14501-反向器；2-弹簧套；3-丝杆；4-碟簧片 浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副反向器l上的安装孔有0.010.015mm的配合间隙，反向器弧面上加工有圆弧槽，槽内安装拱形片簧4，外有弹簧套2，借助拱形片簧的弹力，始终给反向器一个径向推力，使位于回珠圆弧槽

22、内的滚珠与丝杠3表面保持一定的压力，从而使槽内滚珠代替了定位键而对反向器起到自定位作用。2022-11-1451 浮动式反向器的内循环滚珠丝杠副 优点：在高频浮动中达到回珠圆弧槽进出口的自动对接，通道流畅、摩擦特性较好，更适用于高速、高灵敏度、高刚性的精密进给系统。2022-11-1452优点:滚珠循环的回路短、流畅性好、效率高、螺母的径向尺寸也较小。不足:反向器加工困难、装配调整也不方便。适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。适用于高速、高灵敏度、高刚度的精密进给系统。2022-11-14532 2）外循环）外循环滚珠在返回时与螺杆滚珠在返回时与螺杆脱离接触脱离接触的循环称为外循环。的

23、循环称为外循环。螺母螺母滚珠滚珠丝杠丝杠螺旋槽螺旋槽螺旋槽螺旋槽回路管道回路管道2022-11-1454l特点：滚珠循环回路长，流畅性差，效率低2022-11-1455l工艺简单，工艺简单，螺母的径向尺寸大，螺母的径向尺寸大，易于制造；易于制造；l挡珠器刚性差，易磨损。挡珠器刚性差，易磨损。2022-11-1456 螺旋槽式螺旋槽式1.螺母 2.套筒 3.滚珠 4.挡珠器特点：特点：结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺寸小。结构工艺简单，易于制造，螺母径向尺寸小。缺点是挡珠器刚度较差，容易磨损。缺点是挡珠器刚度较差，容易磨损。2022-11-1457 插管式插管式插管插管14324特点：特点：结

24、构简单，工艺性好，适于批量生产。缺点是弯管突结构简单，工艺性好，适于批量生产。缺点是弯管突出在螺母的外部，径向尺寸较大，若用弯管端部作挡珠器，出在螺母的外部，径向尺寸较大，若用弯管端部作挡珠器，则耐磨性较差。则耐磨性较差。2022-11-1458 端盖式端盖式特点：特点：结构紧凑，工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。结构紧凑，工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。常以单螺母形式用作升降传动机构。常以单螺母形式用作升降传动机构。2022-11-1459公称直径公称直径丝杠大径丝杠大径丝杠小径丝杠小径滚珠直径滚珠直径螺母小径螺母小径螺母大径螺母大径2022-11-1460（1）公称直径）公称

25、直径do 指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的指滚珠与螺纹滚道在理论接触角状态时包络滚珠球心的圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。圆柱直径，它是滚珠丝杠副的特征尺寸。2022-11-1461（2）螺距与导程螺距与导程螺距：螺距：相邻的两条螺纹相对应的两点间的轴向距离相邻的两条螺纹相对应的两点间的轴向距离导程：导程：丝杠旋转一周在轴线方向上前进的距离丝杠旋转一周在轴线方向上前进的距离导程导程=螺距螺距螺纹头数螺纹头数2022-11-1462导程与螺距相等的丝杠称为单线螺纹。与之相对应，导导程与螺距相等的丝杠称为单线螺纹。与之相对应，导程是螺距程是螺距2倍的丝杠称为双线螺纹倍的丝杠称为

26、双线螺纹导程小导程小精度高精度高承载能力小承载能力小n=1n=2n=32022-11-1463（3）行程）行程 丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移丝杠相对螺母旋转任意弧度时，螺母上基准点的轴向位移hPx360 2022-11-1464（4）滚珠直径）滚珠直径 db滚珠直径大，则承载能力也大。滚珠直径大，则承载能力也大。应根据轴承厂提供的尺寸选用应根据轴承厂提供的尺寸选用2022-11-1465（5）滚珠个数）滚珠个数NN过多，流通不畅，易产生阻塞；过多，流通不畅，易产生阻塞；N过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形过少，承载能力小，滚珠自载加距磨损和变形一般取：一般取：NQ

27、注注 意：意：当丝杠转速当丝杠转速n10r/min时，以最大静载荷时，以最大静载荷Q0为设计依据为设计依据2022-11-141272）传动效率的验算）传动效率的验算)(tgtg01,004.0003.0其摩擦角约等于滚动摩擦系数摩擦角，滚珠丝杠副的丝杠螺旋长升角ftg时时满满足足要要求求当当9.0 2022-11-141283）刚度验算）刚度验算刚度的验算主要是确定丝杠的变形量刚度的验算主要是确定丝杠的变形量2022-11-14129丝杠的变形量包括：丝杠的变形量包括：丝杠的拉伸或压缩变形量丝杠的拉伸或压缩变形量 1 滚珠与螺纹滚道间接触变形滚珠与螺纹滚道间接触变形 2 支承滚珠丝杠的轴承的

28、轴向接触变形支承滚珠丝杠的轴承的轴向接触变形 3 滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量滚珠丝杠的扭转变形引起的导程的变化量 4 螺母座及轴承支座的变形螺母座及轴承支座的变形 52022-11-14130 因此因此:滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算滚珠丝杠副刚度的验算，主要是验算 1、2、3之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半，之和不应大于机床精度要求允许变形量的一半，否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。否则，应考虑选用较大直径的滚珠丝杠副。2022-11-14131 在实际设计中，由于预紧的作用，可将原机床的刚度提在实际设计中，由于预紧的作用，可将原机床的刚度提高高4倍。因此只要倍。因此

29、只要 1+2+3=机床精度要求机床精度要求即可认为该丝杠刚度合格。即可认为该丝杠刚度合格。2022-11-141324）稳定性验算）稳定性验算 对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承对已选定尺寸的丝杠在给定的支承条件下，承受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向受最大轴向负载时，应验算其有没有产生纵向弯曲（失稳）的危险。弯曲（失稳）的危险。2022-11-14133产生失稳的临界负载产生失稳的临界负载PK可用下式计算：可用下式计算：22lEIfpZK丝杠的支承方式系数）丝杠两端支承距离（丝杠小径）截面惯性矩（）（钢丝杠材料弹性模量，对ZfcmlddIcmIcmNEE141426(64/106

30、.20式中：式中：2022-11-14134丝杠的支承方式丝杠的支承方式支承方式支承方式fz双推双推-双推双推4单推单推-单推单推1双推双推-简支简支2双推双推-自由式自由式0.252022-11-14135临界负载临界负载PK与最大工作负载与最大工作负载Pm之比称为稳定性安全系数之比称为稳定性安全系数nk。nK-许用稳定性安全系数许用稳定性安全系数 一般取：一般取：nk=2.54求求时，丝杠满足稳定性要时，丝杠满足稳定性要当当nFFnkmkk 2022-11-14136已知一数控机床上丝杠螺母副上的最大工作载荷为已知一数控机床上丝杠螺母副上的最大工作载荷为2670N，丝杠的转速为，丝杠的转速

31、为1500rpm,丝杠硬度丝杠硬度HRC=60，传动系统的定位精度为，传动系统的定位精度为0.015mm。试确定。试确定适合该机床的滚珠丝杠螺母副型号。适合该机床的滚珠丝杠螺母副型号。61060nTL 135010150001500606 maxFffLQWH3).(mN2950926701113503 作用于丝杠上的最大动载荷为：作用于丝杠上的最大动载荷为：maxFffLQWH3 2022-11-14137假设：各型号的滚珠丝杆副的公称直径相同假设：各型号的滚珠丝杆副的公称直径相同170.010.63.5130.91310046G200.021.63.5 100.93295105F3000.

32、010.97 90.94374788E450.0213 80.89300004D240.0713.5 80.95310004C560.072.43.5 80.93280564B300.0713.5 80.92310006A4321稳定性稳定性刚度刚度(um)效率效率检验检验最大动载荷最大动载荷(N.m)基本导程基本导程(mm)型号型号2022-11-141382.2.4 1.齿轮传动形式及其传动比的最佳匹配选择 齿轮传动部件是转矩、转速和转向的变换器 传动比i应满足驱动部件与负载之间的位移及转矩、转速的匹配要求 为了降低制造成本，采用各种调整齿侧间隙的方法来消除或减小啮合间隙。2022-11-

33、141392.2.4 常用的齿轮传动部件：常用的齿轮传动部件：定轴传动轮系定轴传动轮系、行星齿轮传动轮系行星齿轮传动轮系、谐谐波齿轮传动轮波齿轮传动轮。1 1）定轴轮系传动）定轴轮系传动 i=i i12i12iZ ZZ Zi=1-2132H2213Z 2当柔轮固定时，Z-Zgi=r=gZgZrHng+2Z Z=ngr2022-11-141402 2）行星齿轮传动轮系）行星齿轮传动轮系 主要传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和行星架等组成主要传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和行星架等组成i=i i12i12iZ ZZ Zi=1-2132H2213Z 2当柔轮固定时，Z-Zgi=r=gZgZrHng+2Z

34、Z=ngr行星齿轮传动轮系的组成与工作原理2022-11-141413 3）谐波齿轮传动）谐波齿轮传动工作原理工作原理主要组成元件主要组成元件工作过程工作过程实用产品实用产品2022-11-14142由凸轮及薄壁轴承组成，凸轮转动，薄壁轴承的外环作椭圆形变形运动。刚性的内齿轮，柔轮具有弹性外齿圈刚性的内齿轮，柔轮具有弹性外齿圈渐开线或三角形周节相同而齿数不同，渐开线或三角形周节相同而齿数不同，刚轮齿数比柔轮多几个刚轮齿数比柔轮多几个谐波齿轮谐波齿轮2022-11-14143谐波齿轮减速器的工作过程如下图所示。谐波齿轮传动的工作原理2022-11-14144 1-刚性轮；2-柔性轮；3-波发生器

35、2022-11-14145 将椭圆形凸轮状波发生器装入薄壁轴承内，再装入柔轮内。柔轮由原来的圆形而变成椭圆形，椭圆长轴两端柔轮的外齿与刚轮内齿处于完全啮合状态，为啮合区啮合区，有有30%30%左右的齿处在啮合状态左右的齿处在啮合状态；椭圆短轴两端的柔轮齿与刚轮齿处于完全脱开状态，简称脱开脱开；在波发生器长轴和短轴之间的柔轮齿，沿柔轮周长的不同区段内，有的逐渐退出刚轮齿间，处在半脱开状态，称之为啮出啮出。传动原理：传动原理：2022-11-14146l若波发生器为主动轮，波发生器的连续转动，刚轮与柔轮存在齿数差，产生相对错齿运动，运动错齿运动，运动处于啮啮入入啮合啮合啮出啮出脱开脱开循环往复状态

36、。当波发生器转动一周，两齿轮的相对位移为刚轮与柔轮之差刚轮与柔轮之差。2022-11-14147l柔轮齿和刚轮齿在节圆处啮合过程就如同两个纯滚动的圆环一样，由于柔轮比刚轮在节圆相等，有一定的齿差，所由于柔轮比刚轮在节圆相等，有一定的齿差，所以啮合过程中，柔轮与刚轮有一定的相对角位移，这个角以啮合过程中，柔轮与刚轮有一定的相对角位移，这个角位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。位移正是减速器输出轴的转动，从而实现了减速的目的。l刚轮与柔轮固定可以产生两种不同方向的传动2022-11-14148谐波齿轮传动的传动比谐波齿轮传动的传动比rgHgHrHrgZZi 柔轮轮的齿Z刚轮的齿数Z波

37、形发形发生器的角柔轮轮的角速刚轮的角速度rgHrg2022-11-141491.当刚轮固定0ggrrrHHrzzzirgHHrzz0则200rz设柔轮齿数 刚轮齿数 100202200200Hri则202gz波发生器输入，柔轮输出，则传动比为2022-11-14150柔轮输入，波发生器输出，则传动比rrgrHrhzzzi式中“-”表示波发生器的转向和柔轮的转向相反2022-11-141512.当柔轮固定0rrgHgHzz0则101200202202rggHgzzzi波发生器输入，刚轮输出，则传动比为rgggHHgzzzi2022-11-14152刚轮输入，波发生器输出，则传动比grghgHgz

38、zzi2022-11-141533.当波发生器固定0h柔轮输入，刚轮输出，则传动比为rgrgzzi刚轮输入，柔轮输出，则传动比为grgrzzi2022-11-141544.两项输入，一项输出波发生器和柔轮同时输入，刚轮输出，则传动比为波发生器和刚轮同时输入，柔轮输出，则传动比为刚轮和柔轮同时输入，波发生器输出，则传动比为grghrgrrnzznzzznrgrhrrggnzznzzznrgrrgrgghnzzznzzzn2022-11-14155l不同情况实现减速、增速、约等速和差速。常用的是大减速l传动比通常标准化选取，取100，125，160，200，250，315，400等l名义力矩：是使

39、用期限内，波轮运转5万转的最大力矩，通常是标准化系列选择2022-11-141562022-11-141572 2 齿轮传动最佳传动比配置的基本要求齿轮传动最佳传动比配置的基本要求（1 1）总减速比的确定）总减速比的确定选定执行元件（步进电机）步距角选定执行元件（步进电机）步距角、系统脉、系统脉冲当量冲当量、和丝杠基本导程、和丝杠基本导程L0之后，其减速比之后，其减速比 i 应满足以下关系：应满足以下关系：3600Li 2022-11-14158重量最轻原则重量最轻原则n小功率传动系统,(等传动比分配，等模数原则等传动比分配，等模数原则)。由于这个结论是在假定各主动小齿轮模数、齿数均相同的条件

40、下导出的，故所有大齿轮的齿数、模数也相同，每级齿轮副的中心距离也相同。n大功率传动系统因其传递扭矩大，故要考虑齿轮模数、齿轮齿宽等参数要逐级增加的情况,各级传动比确定，应遵循各级传动比确定，应遵循“先大后小先大后小”原原则，再由经验、类比方法和结构设计紧凑等方法确定。则，再由经验、类比方法和结构设计紧凑等方法确定。（不等传动（不等传动比分配，不等模数原则）比分配，不等模数原则）3.各级传动比的最佳分配原则niiii3212022-11-14159输出轴转角误差最小原则输出轴转角误差最小原则l 传动比按传动比按“先小后大先小后大”原则分配，降低齿轮的加工误差、安装误差以原则分配，降低齿轮的加工误

41、差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。及回转误差对输出转角精度的影响。l 设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级输出轴上的总转角误差为误差为 ，则：，则：式中：式中：第个齿轮所具有的转角误差；第个齿轮所具有的转角误差；第个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。第个齿轮的转轴至第级输出轴的传动比。)/(1maxnkknkimaxkkni2022-11-14160l由此总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传由此总转角误差主要取决于最末一级齿轮的转角误差和传动比的大小，在设计中最末两级的传动比应取的大些，并动比的大小，在设计

42、中最末两级的传动比应取的大些，并尽量提高最末一级齿轮副的加工精度尽量提高最末一级齿轮副的加工精度84764354432321maxiiiiiii87654321,假设假设4级齿轮传动系统各齿轮的转角误差分别为级齿轮传动系统各齿轮的转角误差分别为则换算到末级齿轮副的加工精度为则换算到末级齿轮副的加工精度为2022-11-14161 已知：有一三级齿轮传动减速器，如图所示，z1z6的转角误差分别是：1=0.06弧度/sec、2=3=0.03弧度/sec、4=5=0.015弧度/sec、6=0.01弧度/sec。减速比分别为：i1=i2=2、i3=3，则i=12.求其总转角误差max .解：max=

43、1/i+(2+3)/(i2i3)+(4+5)/i3+6=0.06/12+0.06/6+0.03/3+0.01 =0.035(弧度/sec)2022-11-14162等效转动惯量最小原则等效转动惯量最小原则JJ23i电动机1J4i12J2221421321iiJiJJJJme411421441123411,32iiJiJJiJJJdgBJ各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。(机械机械传动部分响应特性最佳原则传动部分响应特性最佳原则)。2022-11-141631632022-11-14164减速传动装置传动比的分配原则减速传动装置传

44、动比的分配原则是设计减速器的指导思想和基是设计减速器的指导思想和基本方法本方法实际减速器设计中，结合减速器的具体要求，认真分析、论证实际减速器设计中，结合减速器的具体要求，认真分析、论证方案实现的可行性、经济性、可靠性等指标，并对减速器的转方案实现的可行性、经济性、可靠性等指标，并对减速器的转动惯量、结构尺寸、精度要求等进行合理协调，尽可能达到合动惯量、结构尺寸、精度要求等进行合理协调，尽可能达到合理的匹配，达到减速器具有体积小、重量轻、运转平稳、启动理的匹配，达到减速器具有体积小、重量轻、运转平稳、启动频繁和动态特性好，传动精度高、误差最小等基本要求。频繁和动态特性好，传动精度高、误差最小等

45、基本要求。2022-11-14165 刚性销隙法刚性销隙法:在严格控制轮齿齿厚和齿距误差的条件下进行，主要采用垫片来调整间隙，调整后齿侧间隙不能自动补偿，但能提高传动刚度。柔性销隙法：柔性销隙法：调整后齿侧间隙可以自动补偿，但方法影响传动平稳性，且传动刚度低，结构也较复杂。4.齿轮传动间隙的调整方法2022-11-14166电动机2通过偏心轴套1装在壳体上。转动偏心轴套1可以调整两啮合齿轮的中心距中心距,消除直齿圆柱齿轮传动的齿侧间隙及其造成的换向死区。这种方法结构简单,但侧隙调整后不能自动补偿。图 偏心轴套式消隙结构 121.偏心轴套，2.电动机2022-11-14167图 锥度齿轮消隙结构

46、1、2齿轮 3垫片齿轮1，2的分度圆柱改为带有锥度的圆锥面圆锥面，使得齿轮的齿厚在轴向产生变化。装配时通过改变垫片3的厚度即可改变两个齿轮的轴向相对位置，以消除侧隙。2022-11-14168斜齿轮传动斜齿轮传动 垫片错齿调整法垫片错齿调整法特点：结构比较简单，特点：结构比较简单，调整较费时，且齿侧调整较费时，且齿侧隙不能自动补偿。隙不能自动补偿。薄片齿轮薄片齿轮薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮宽齿轮垫片垫片2022-11-14169 轴向压簧错齿调整法轴向压簧错齿调整法调整螺母调整螺母弹簧弹簧薄片齿轮薄片齿轮宽齿轮宽齿轮特点：齿侧隙可以自动特点：齿侧隙可以自动补偿，但轴向尺寸较大，补偿，但轴向尺寸较大

47、，结构欠紧凑。结构欠紧凑。2022-11-14170图 斜齿圆柱齿轮垫片调整1、2窄斜齿圆柱齿轮3宽齿轮 4垫片 l左图中两薄片斜齿轮3、4中间加一垫片2,使薄片斜齿轮3、4的螺旋线错位,齿侧面相应地与宽齿轮1的左、右侧面贴紧。垫片的厚度H与齿侧间隙的关系为 H=cos 式中,为螺旋角。2022-11-14171图 双齿轮错齿式销隙机构 l两薄片齿轮1、2上各装入有螺纹的凸耳3、4,螺钉5装在凸耳3上,螺母6、7可调节螺钉5的伸出长度。通过改变弹簧8的张力大小,调节齿轮1、2的相对位置。该错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。2022-11-141721锥齿轮外圈 2锥齿轮内圈 3锥齿轮

48、 4凸爪 5螺钉 6弹簧 7镶块 8圆弧槽 锥齿轮由内外两个可在切向相对转动的锥齿圈1和2组成，齿轮1有周向弧槽8，齿轮2端面有凸爪4。弹簧6的两个端顶在凸爪4和镶块7上，使得内外两个齿圈切向错位消除侧间隙。弹簧拉力必须克服驱动转矩。图 压力弹簧销隙机构2022-11-14173图 碟型弹簧销隙机构 1、2 薄片斜齿圆柱齿轮 3碟形弹簧 4垫片 5螺母 6宽齿轮 轴向压力弹簧销隙机构轴向压力弹簧销隙机构薄片斜齿圆柱齿轮1和2同时与宽齿轮6啮合，螺母5通过调节轴向压簧3的压力，达到消除间隙的目的。2022-11-14174图 双斜齿圆柱齿轮销隙机构1、3从动斜齿圆柱齿轮轴 2主动斜齿圆柱齿轮轴

49、4、5直齿圆柱齿轮 齿轮4、5与齿条6啮合,齿轮1、3分别与齿轮2啮合,通过预载装置向齿轮2上预加负载,使大齿轮1、3同时向两个相反方向转动,从而带动小齿轮4、5转动,其齿便分别紧贴在齿条6上齿槽的左、右两侧,消除了齿侧间隙。123F5462022-11-14175l同步齿形带传动同步齿形带传动l钢带传动钢带传动l链条传动链条传动l钢丝绳及尼龙绳传动等钢丝绳及尼龙绳传动等2.2.52022-11-14176带传动的类型、结构2022-11-14177特点：特点：结构简单、可实现高速传动、传动功率较低、结构简单、可实现高速传动、传动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方传动效率

50、高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方便，但安装精度要求高。便，但安装精度要求高。应用：应用：主要用于高速、低载、运转平稳、低噪环境中主要用于高速、低载、运转平稳、低噪环境中2.2.52022-11-14178l同步带传动在带的工作面及带轮外周上均有啮合齿，通过带齿与轮齿做啮合传动，如图所示l 兼有链、齿轮、三角胶带优兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。点的传动零件。2022-11-14179优缺点：优缺点：2022-11-14180同步带实物照片同步带实物照片2022-11-141812.钢带和绳轮传动2022-11-14182同步齿形带的结构、参数根据齿形的不同，可以分成梯形齿同步带和圆