1、第二章第二章机电一体化系统机电一体化系统机械部件选择与设计机械部件选择与设计 张建民张建民 编著编著高等教育出版社高等教育出版社讲授：何庆中讲授：何庆中机机 电电 工工 程程 系系厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 机电一体化系统的构机电一体化系统的构成基础成基础机械构件及机械构件及其传动部件其传动部件 控制部件、接口电路、控制部件、接口电路、功率放大电路、执行元功率放大电路、执行元件、机械传动部件、导件、机械传动部件、导向支承件以及传感元件向支承件以及传感元件等等 部分均与机械部分相部分均与机械部分相关，而最主要的是机械关，而最主要的是机械传动部件，导向支承件传动部件，导向支承件部件。部件。
2、厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 机电一体化的机械系统与一般机械系统机电一体化的机械系统与一般机械系统相比，具有一定的特殊要求：相比，具有一定的特殊要求：（1 1）较高的定位精度。）较高的定位精度。（2 2）良好的动态响应特性。）良好的动态响应特性。响应快、稳定性好。响应快、稳定性好。（3 3）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。）无间隙、低摩擦、低惯量、大刚度。（4 4）高的谐振频率、合理的阻尼比。）高的谐振频率、合理的阻尼比。这表明了机械系统部件选择与设计时的特这表明了机械系统部件选择与设计时的特点和要求点和要求。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 要达到上述要求，在机电一体化系统要达到上述
3、要求，在机电一体化系统机械系统设计中，可采取的主要措施：机械系统设计中，可采取的主要措施：（1）采用低摩擦阻力的传动部件和导向）采用低摩擦阻力的传动部件和导向支撑件。如：滚珠丝杠副、滚动导向和支撑件。如：滚珠丝杠副、滚动导向和支承、动静压导向和支承。支承、动静压导向和支承。（2）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。如：大扭矩、宽调速的伺服电动机；轴如：大扭矩、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。轨副预紧消除间歇提高刚度。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 （3）选择合理（最佳）传动比，
4、提）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，尽可能的输出轴上的等效转动惯量，尽可能的提高系统的加速能力。提高系统的加速能力。（4）尽可能地减小或消除传动误差）尽可能地减小或消除传动误差和反转误差、减少支承变形，最终缩和反转误差、减少支承变形，最终缩小反向四区误差。小反向四区误差。（5）改进和合理设计支承件和机架）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。结构，提高刚度、减少振动和噪音。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工2.1.1 机械传动部件及其主要功能机械传动部件及其主要功能 常用传动部件常用传动部件：
5、螺旋传动、齿轮传：螺旋传动、齿轮传动、同步齿形传动、高速带传动，其动、同步齿形传动、高速带传动，其它非线性传动元件。它非线性传动元件。主要功能主要功能：传递力：传递力/转矩和速度转矩和速度/转转速速力力/转矩、速度转矩、速度/转速变换器。转速变换器。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 主要作用或目的主要作用或目的使执行元件与负载使执行元件与负载之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）之间在转矩和转速方面达到合理（最佳）的匹配。的匹配。基本要求基本要求传动间隙小、精度高、体传动间隙小、精度高、体积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。积小、重量轻、运动平稳、传动转矩大。可按传动部件的用途可按传动部件的用
6、途工作机或信息工作机或信息机的主要功用而确定目标指标和参量。机的主要功用而确定目标指标和参量。机电一体化机械传动部件的发展方向机电一体化机械传动部件的发展方向 精密化，高速化，小型化，轻量化。精密化，高速化，小型化，轻量化。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）丝杠螺母机构的主要）丝杠螺母机构的主要构成构成 丝杠、丝杠螺母和减摩介丝杠、丝杠螺母和减摩介质或滚动体（回珠装置）。质或滚动体（回珠装置）。功能：功能：实现旋转运动与直实现旋转运动与直线运动之间相互转换或调整。线运动之间相互转换或调整。作用：作用：用于机构之间能量用于机构之间能量的传递和运动形式的传递。的传递和运动形式的传递。分类
7、：分类：滑动和滚动丝杠螺滑动和滚动丝杠螺母机构。母机构。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：）滑动丝杠螺母机构传递运动基本条件：应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热应有足够的滑移间隙和充分地润滑，热胀冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回胀冷缩补偿空间；因而，存在一定的空回间隙。间隙。2）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条）滚珠丝杠螺母机构传递运动的基本条件：件：应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹应有足够的润滑储油空间和热胀冷缩弹性补偿能力，可实现无间隙工作；因而，性补偿能力，可实现无间隙工作；因而，存在一定的表面应力；为了实现连续运转，存在一定的表面应力；为了实现
8、连续运转，需一滚珠的回珠装置（内或外）。需一滚珠的回珠装置（内或外）。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 滑动丝杠螺母机构滑动丝杠螺母机构：结构简单、加工：结构简单、加工方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦方便、成本低，且有自锁功能，但摩擦阻力较大、传动效率低阻力较大、传动效率低(30%(30%40%)40%)。滚动丝杠螺母机构滚动丝杠螺母机构：结构复杂、成本：结构复杂、成本高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动高、无自锁功能，但摩擦阻力小、传动效率高（效率高（92%92%98%98%）、传动精度高。）、传动精度高。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工a)螺 母 固 定、丝 杆 转 动 并 移 动特
9、点：结 构 简 单、传 动 精 度 较 高、螺 母 支 承 丝 杆 可 消 除 附 加 轴 向 窜 动，刚 性 较 差特 点：结 构 紧 凑、丝 杆 刚 性 较 高、要 限 制 螺 母 转 动，故 需 导 向 装 置b)丝 杆 转 动，螺 母 移 动c)螺 母 转 动、丝 杆 移 动特 点：结 构 复 杂、站 用 空 间 较 大、传 动 时 需 限 制 螺 母 移 动 和 丝 杆 转 动但 使 用 不 方 便，故 应 用 较 少。特 点：结 构 简 单、紧 凑、丝 杆 刚 性 较 高d)丝 杆 固 定，螺 母 转 动 并 移 动厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（4 4）丝杠螺母传动的类型与特
10、点）丝杠螺母传动的类型与特点丝杠螺母机构差动传动的工作原理丝杠螺母机构差动传动的工作原理 0 10 2S厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工（1 1）滚珠丝杠副）滚珠丝杠副的组成的组成 由带螺旋槽的由带螺旋槽的丝杆、螺母、滚丝杆、螺母、滚动元件滚珠动元件滚珠/滚柱、滚柱、回珠装置等组成。回珠装置等组成。各元件的作用：各元件的作用：1234厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 具有传动阻力小；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）；间的轴向间隙或预拉丝杠）；传动平稳；传动平稳；传动精
11、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，需制因而用于高精度传动和升降传动时，需制动定位装置。动定位装置。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的主要按螺纹滚道截面形状、滚珠的循环方式、消除轴向间隙的调整与预循环方式、消除轴向间隙的调整与预紧方式三种形式进行分类。紧方式三种形式进行分类。1）按螺纹滚道截面形状分类：）按螺纹滚道截面形状分类：分单圆弧型和双圆弧型两类。分单圆弧型和双圆弧型两类。bba)单圆弧型滚道bb)双圆弧型滚道b厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 单圆弧滚道单圆弧
12、滚道：结构简单，：结构简单，传递精度由加工质量保传递精度由加工质量保证，轴向间隙小，无轴证，轴向间隙小，无轴向间隙调整和预紧能力，向间隙调整和预紧能力，加工困难，加工精度要加工困难，加工精度要求高，成本高，一般在求高，成本高，一般在轻载条件下工作。轻载条件下工作。双圆弧滚道双圆弧滚道：结构简单，：结构简单，存在轴向间隙，加工质存在轴向间隙，加工质量易于保证，在使用双量易于保证，在使用双螺母结构的条件下，具螺母结构的条件下，具有轴向间隙调整和预紧有轴向间隙调整和预紧能力，传递精度高。能力，传递精度高。双圆弧滚道双圆弧滚道单圆弧滚道单圆弧滚道厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工浮动式反向器内循环方式
13、浮动式反向器内循环方式24315厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工端盖式外循环端盖式外循环插管式外循环插管式外循环14324厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，无论是滑动丝杠还是滚动丝杠传动，由于在结构上均存在一定的轴向间隙，由于在结构上均存在一定的轴向间隙，以及磨损间隙的存在，为了保证运动传以及磨损间隙的存在，为了保证运动传递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并递的连续性和可靠性，消除轴向间隙并实施一定预紧，有利于提高丝杠的传递实施一定预紧，有利于提高丝杠的传递精度和一定的承载能力。精度和一定的承载能力。消除和减小丝杠轴向间隙的主要方法：消除和减小丝杠轴向间隙的主
14、要方法：主要分为主要分为双螺母螺纹预紧调整、双螺双螺母螺纹预紧调整、双螺母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧母垫片式预紧调整、双螺母齿差式预紧调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变调整、弹簧式自动预紧调整、单螺母变导程预紧调整导程预紧调整四种方式。四种方式。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工特点：结构简单、刚性好、预紧可靠、调整方便，但无法定量调整。a)双螺母螺纹预紧调整特点：结构较复杂、刚性好、预紧可靠、c)双螺母齿差预紧调整但结构复杂、轴向刚度较差、适合清载场合。可定量调整（0.002mm/齿），精度高、方便。d)弹簧式自动预紧调整使用调整不方便，但无法定量调整。b)双螺母垫片预紧调整特点：结构
15、简单、刚性好、预紧可靠、厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从为了提高滚珠丝杠传动副的支承刚度，从而提高传动精度，滚珠丝杠副支承方式具有而提高传动精度，滚珠丝杠副支承方式具有下属四种方式。下属四种方式。丝 杆 安 装 刚 度 最 高，预 拉 力 随 温 度 变 化 而 变 化，两 端 轴 承 预 紧 力 不 均。提 高 了 丝 杆 安 装 刚 度，预 拉 力 越 大，轴 承 寿 命 降 低。特 点：两 端 止 推 轴 承 可 使 滚 珠 丝 杆 产 生 预 拉 伸 力，特 点：一 端 固 定，另 一 端 自 由，丝 杠 刚 度 较 差，承 载 能 力 低。常
16、用 于 轻 载、低 速、垂 直 安 装 的 丝 杠 传 动。d)双 推-自 由 式 支 承另 一 端 简 支 可 适 当 的 提 高 丝 杆 安 装 刚 度，丝 杆 无 热 变 形 应 力。b)双 推-简 支 式 支 承特 点：滚 珠 丝 杆 一 端 固 定 并 产 生 一 定 预 拉 伸 力，特 点：两 端 止 推 轴 承 可 使 滚 珠 丝 杆 产 生 较 大 的 预 拉 伸 力，c)双 推-双 推 式 支 承a)单 推-单 推 式 支 承滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点滚珠丝杠副的四种支承方式及其特点厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工a）单推单推 单推式结构形式单推式结构形式厚德达理厚德
17、达理 励志勤工励志勤工b）双推双推 简支式结构形式简支式结构形式厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工c）双推双推 双推式结构形式双推式结构形式厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工d）双推双推 自由式结构形式自由式结构形式 超越离合器超越离合器 双推式电磁离合器双推式电磁离合器12345123467厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工基本工作原理基本工作原理厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 主要有脂润滑和滴油润滑。主要有脂润滑和滴油润滑。接触式密封（动或静密封）接触
18、式密封（动或静密封）和非接触式密封（和非接触式密封（迷宫式密封）。迷宫式密封）。折叠式防尘套、伸缩折叠式防尘套、伸缩式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。式防尘套、伸缩挡板防尘装置等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1）滚珠丝杠副结构形式确定）滚珠丝杠副结构形式确定 依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝依据预紧条件和防尘条件决定滚珠丝杠副的结构形式。杠副的结构形式。以动力传动为主，允许传动存在以动力传动为主，允许传动存在一定间隙，且垂直安装。常用在高精度一定间隙，且垂直安装。常用在高精度压力设备上（导向精度由导轨保证）。压力设备上（导向精度由导轨保证）。主要用在传递轻载荷、对传递动主要用在传递轻载荷、对
19、传递动力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力的平稳性和丝杆刚度要求比高（预紧力较小）的小型设备上。力较小）的小型设备上。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工主要用于重载，以传递动力和运动主要用于重载，以传递动力和运动为主，对传递动力和运动的平稳性有较为主，对传递动力和运动的平稳性有较高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防高的要求，传递精度高、丝杠刚度大防尘效果好的高精度机器设备上。尘效果好的高精度机器设备上。丝杠侧螺母A 螺母B调整垫片预拉方向预拉方向预紧方向垫片预紧方向厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工预紧原理预紧原理 预紧结构预紧结构 主要依据滚珠丝杠副传递的最大载荷、主要依据滚珠丝杠副传递的最大
20、载荷、运动特性（传递速度）和范围（有效行程）、运动特性（传递速度）和范围（有效行程）、传递精度要求，选定滚珠丝杠副的公称直径、传递精度要求，选定滚珠丝杠副的公称直径、基本导程以及传递精度等级。基本导程以及传递精度等级。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工滚珠丝杠螺母传动机构的规格尺寸举例滚珠丝杠螺母传动机构的规格尺寸举例 公称直径大，承载能力强；反之，公称直径大，承载能力强；反之，承载能力弱。承载能力弱。基本导程大，承载能力强，传动基本导程大，承载能力强，传动速度快，传动精度降低；反之，承载速度快，传动精度降低；反之，承载能力减弱，传动速度慢，传动精度高。能力减
21、弱，传动速度慢，传动精度高。传递精度：决定设备静态定位和传递精度：决定设备静态定位和运动精度、动态响应特性、动态稳定运动精度、动态响应特性、动态稳定特性。特性。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 依据最大工作载荷依据最大工作载荷(N)或平均工作载荷或平均工作载荷(N)作用下的使作用下的使用寿命用寿命T(h)、丝杆有效工作行程、丝杆有效工作行程(mm)、丝杠转速、丝杠转速(r/min)或平均转速或平均转速(r/min)、滚道硬度、滚道硬度HRC以及工况等实际工作以及工况等实际工作条件，进行一系列的验算。条件，进行一系列的验算。承载能力计算与滚珠丝杠副型号选择承载能力计算与滚珠丝杠副型号选择 在最
22、大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触在最大静载荷和动载荷条件下，进行弯曲强度、接触应力强度、疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副应力强度、疲劳强度等验算，综合决定选择滚珠丝杠副型号。型号。压杆稳定性验算或校核压杆稳定性验算或校核 压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副压杆稳定性验算或校的基本要求是不影响滚珠丝杠副的精度和变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。的精度和变形附加载荷产生的摩擦阻力超过极限值。刚度验算刚度验算 结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。结构刚度（支承方式相关）和接触刚度（导轨滚道）。*由此才能完成滚珠丝杠副的选择设计工作由此才能完成滚珠丝杠副的选
23、择设计工作。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向的变换器。齿轮传动部件的作用：转矩、转速和转向的变换器。（1 1）机电一体化系统中，常用的齿轮传动部件：）机电一体化系统中，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、谐波齿轮传动轮谐波齿轮传动轮。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=ngr齿轮传动齿轮传动 齿轮齿条传动齿轮齿条传动厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 主要
24、由传动齿轮、定位齿轮、行星齿主要由传动齿轮、定位齿轮、行星齿轮和行星架等组成。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 Z=ngr厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工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厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 配置传动比的目的配置传动比的目的：满足驱动元件与负载之间满足驱动元件与负载之间的的、相互相互匹配的基本要求。匹配的基本要求。由于，机电一体化系统的传动负载、传动特性
25、、由于，机电一体化系统的传动负载、传动特性、传动精度、工作条件差异很大，齿轮传动部件传传动精度、工作条件差异很大，齿轮传动部件传动比的配置应主要依据不同系统的实际工作情况动比的配置应主要依据不同系统的实际工作情况与要求进行配置。与要求进行配置。在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容：在一般情况下，可重点考虑如下几方面内容：运动参量匹配运动参量匹配 传递形式与类型传递形式与类型 功率功率/力力/力矩匹配力矩匹配 结构强度与刚度结构强度与刚度 转动惯量转动惯量 系统响应特性（静态系统响应特性（静态/动态）动态）传递精度传递精度传递间隙、平稳性、低速震荡传递间隙、平稳性、低速震荡（爬行现象）（爬行现
26、象）厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1）重量最轻原则重量最轻原则 小功率传动装置各级传动比小功率传动装置各级传动比（等传动比（等传动比分配，等模数原则）分配，等模数原则）niiii321厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 大功率传动装置大功率传动装置 各级传动比确定，应各级传动比确定，应遵循遵循“先大后小先大后小”原则，再由经验、类比方原则，再由经验、类比方法和结构设计紧凑等方法确定。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）2）输出转角误差最小原则输出转角误差最小原则 为了提高机电一体化系统中齿轮传动系统传为了提高机电一体化系统中齿轮传动系
27、统传递运动的精度，各级传动比应按递运动的精度，各级传动比应按“先小后大先小后大”原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误原则分配，以便降低齿轮的加工误差、安装误差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿差以及回转误差对输出转角精度的影响。设齿轮传动系统中各级齿轮的转角误差换算到末级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输出轴上的总转角误差为 ，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。)/(1maxnkknkimaxkkni厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工3）等效转动
28、惯量最小原则等效转动惯量最小原则 各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效各传动轴转动惯量等效到电机轴上的等效转动惯量最小。转动惯量最小。(机械传动部分响应特性最机械传动部分响应特性最佳原则佳原则)。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工JJ23i电动机1J4i12J2221421321iiJiJJJJme 归纳起来，归纳起来，减速传动装置传动比的分减速传动装置传动比的分配原则配原则是设计减速器的指导思想和基本是设计减速器的指导思想和基本方法。在实际减速器设计中，应结合减方法。在实际减速器设计中，应结合减速器的具体要求，认真分析、论证方案速器的具体要求，认真分析、论证方案实现的可行性、经济性、可靠性等
29、指标，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。好，传动精度高、误差最小等基本要求。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 齿轮传动间隙的调整目的：齿轮传动间隙的调整目的：提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正提高齿轮传动的精度和消除齿轮传动的正反转误差。反转误差。常用常用圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法
30、圆柱齿轮传动齿侧间隙的调整方法偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法偏心套筒或偏心轴齿侧间隙调整法2 1435厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 如图所示，将相互啮合的一如图所示，将相互啮合的一对齿轮中的一个齿轮对齿轮中的一个齿轮4 4装在电装在电机输出轴上，并将电机机输出轴上，并将电机2 2安装安装在偏心套在偏心套1(1(或偏心轴或偏心轴)上，通上，通过转动偏心套过转动偏心套(偏心轴偏心轴)的转角，的转角，就可调节两啮合齿轮的中心距，就可调节两啮合齿轮的中心距，从而消除圆柱齿轮正、反转时从而消除圆柱齿轮正、反转时的齿侧间隙。特点是结构简单，的齿侧间隙。特点是结构简单，但其侧隙不能自动补偿。但其侧隙不
31、能自动补偿。如图所示，齿轮如图所示，齿轮1和和2相啮合，其分度圆弧齿厚沿相啮合，其分度圆弧齿厚沿轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片轴线方向略有锥度，这样就可以用轴向垫片3使齿轮使齿轮2沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时沿轴向移动，从而消除两齿轮的齿侧间隙。装配时轴向垫片轴向垫片3的厚度应使得齿轮的厚度应使得齿轮1和和2之间既齿侧间隙小，之间既齿侧间隙小，运转又灵活。特点同偏心套运转又灵活。特点同偏心套(轴轴)调整法。调整法。1325厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 这种消除齿侧间隙这种消除齿侧间隙的方法是将其中一个的方法是将其中一个做成宽齿轮，另一个做成宽齿轮，另一个用两片薄齿
32、轮组成。用两片薄齿轮组成。采取措施使一个薄齿采取措施使一个薄齿轮的左齿侧和另一个轮的左齿侧和另一个薄齿轮的右齿侧分别薄齿轮的右齿侧分别紧贴在宽齿轮齿槽的紧贴在宽齿轮齿槽的左、右两侧，以消除左、右两侧，以消除齿侧间隙，反向时不齿侧间隙，反向时不会出现死区。会出现死区。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 在机电一体化系统中在机电一体化系统中 ，除滚珠丝杠副、，除滚珠丝杠副、齿轮传动副外，同步齿形带传动、纲带传齿轮传动副外，同步齿形带传动、纲带传动、链条传动、钢丝绳动、链条传动、钢丝绳/尼龙绳传动等。尼龙绳传动等。特点：特点：结构简单、可实现高速传动、传结构简单、可
33、实现高速传动、传动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸动功率较低、传动效率高、传动平稳、吸振且噪音低、维修使用方便，但安装精度振且噪音低、维修使用方便，但安装精度要求高。要求高。应用：主要应用在高速、低载、运转平应用：主要应用在高速、低载、运转平稳、低噪的环境中。稳、低噪的环境中。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶动零件。由于同步带是一种兼有链、齿轮、三角胶带优点的传动零件。带优点的传动零件。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工同步带传动与类型同步带传动与类型 导轨支承
34、部件的作用导轨支承部件的作用：支承和限制运动部件支承和限制运动部件按给定运动规律要求和规定运动方向作直线或按给定运动规律要求和规定运动方向作直线或回转运动。回转运动。组成：主要由组成：主要由定导轨、动导轨、辅助导轨、定导轨、动导轨、辅助导轨、间隙调整元件以及工作介质间隙调整元件以及工作介质/元件元件等组成。等组成。（1）导轨副的种类）导轨副的种类 按运动方式可分为：直线运动导轨、回转运按运动方式可分为：直线运动导轨、回转运动导轨。动导轨。按接触表面的摩擦性质可分为：滑动导轨、按接触表面的摩擦性质可分为：滑动导轨、滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。滚动导轨、流体介质摩擦导轨等。厚德达理厚德达理 励志
35、勤工励志勤工柔性铰链型膜片型片簧型弹性摩擦导轨动静压型静压型动压型气体、液体导轨流体介质摩擦导轨滚动轴承型滚动滑块型滚珠型滚柱型滚动导轨组合型棱柱型圆柱型滑动导轨导轨副厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 导轨副的结构形式是导轨副的结构形式是多种多样的，依据不同多种多样的，依据不同的要求可设计或选用不的要求可设计或选用不同形式的导轨副。常见同形式的导轨副。常见导轨副的结构形式如下。导轨副的结构形式如下。基本要求基本要求：导向精度高、刚性好、运动轻导向精度高、刚性好、运动轻便平稳、耐磨性好，热温变形小以及结构工便平稳、耐磨性好，热温变形小以及结构工艺性好等。艺性好等。在高精度导轨副中，可采用卸荷装
36、置等方在高精度导轨副中，可采用卸荷装置等方法减小导轨面的承载载荷，提高导向精度。法减小导轨面的承载载荷，提高导向精度。导向精度（要求）：导向精度（要求）：指动导轨沿给定方向指动导轨沿给定方向作直线运动时应保证的准确程度，主要是指作直线运动时应保证的准确程度，主要是指动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。动导轨沿支承导轨运动的直线度或圆度。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 导轨结构类型。导轨结构类型。导向精度（直线度）和接触精度（平面导向精度（直线度）和接触精度（平面度和接触面积）。度和接触面积）。导轨运动配合精度（间隙）。导轨运动配合精度（间隙）。油膜厚度和油膜刚度。油膜厚度和油膜刚度。导轨和
37、机架的结构刚度和接触刚度。导轨和机架的结构刚度和接触刚度。导轨和机架的热变形（热敏感性）。导轨和机架的热变形（热敏感性）。装配质量以及液体动压和静压导轨的油装配质量以及液体动压和静压导轨的油膜厚度、油膜刚度等。膜厚度、油膜刚度等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 导轨的刚度（要求）导轨的刚度（要求）：导轨抵抗外载荷的导轨抵抗外载荷的能力，从而不影响导向部件的导向精度（运能力，从而不影响导向部件的导向精度（运动精度）。动精度）。通常分为：静刚度通常分为：静刚度 抵抗恒定载荷的能力。抵抗恒定载荷的能力。动刚度动刚度 抵抗交变载荷的能力。抵抗交变载荷的能力。每一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、每
38、一类刚度都包括：结构刚度、接触刚度、局部刚度。局部刚度。在一般情况下，为减轻或平衡外力的影响，在一般情况下，为减轻或平衡外力的影响，可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法可采用加大导轨尺寸或添加辅助导轨的方法提高刚度。提高刚度。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工精度保持性要求：精度保持性要求：指导轨副表面的耐磨性指导轨副表面的耐磨性（耐磨能力）应达到导轨面的使用寿命要求。（耐磨能力）应达到导轨面的使用寿命要求。主要包括：主要包括：初期耐磨性初期耐磨性和和耐磨精度保持性耐磨精度保持性两部分，以及两部分，以及耐磨精度失效特性耐磨精度失效特性。初期耐磨性初期耐磨性摩擦副初期磨损阶段特性。摩擦副初期磨
39、损阶段特性。耐磨精度保持性耐磨精度保持性摩擦副正常磨损阶段摩擦副正常磨损阶段特性。特性。耐磨精度失效特性耐磨精度失效特性摩擦副剧烈磨损阶摩擦副剧烈磨损阶段特性。段特性。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工主要包括：主要包括：灵活性灵活性和和低速运动平稳性。低速运动平稳性。灵活性灵活性 指对系统控制指令的反映能力。指对系统控制指令的反映能力。低速运动平稳性低速运动平稳性 指平稳匀速运动时运动部件指平稳匀速运动时运动部件的波动误差（低速的波动误差（低速“爬行现象爬行现象”）。）。5）温度敏感性和结构工艺性要求）温度敏感性和结构工艺性要求 温度敏感性温度敏感性 指导轨在环境温度和导轨运动摩指导轨在环境
40、温度和导轨运动摩擦发热的影响下，导轨运动灵活性、平稳性、导向精擦发热的影响下，导轨运动灵活性、平稳性、导向精度产生变化的反映程度。度产生变化的反映程度。工艺性要求工艺性要求 结构简单、制造容易、装配调整、结构简单、制造容易、装配调整、维修维护、检测方便，生产成本低。维修维护、检测方便，生产成本低。注意：以上这些导轨运动副应达到的要求仅是导轨注意：以上这些导轨运动副应达到的要求仅是导轨设计中最基本的要求，在导轨设计中，还应依据导轨设计中最基本的要求，在导轨设计中，还应依据导轨应用的实际情况，采取相应的措施，尽可能的满足。应用的实际情况，采取相应的措施，尽可能的满足。厚德达理厚德达理 励志勤工励志
41、勤工1）依据导轨副使用的工作条件，选择合理依据导轨副使用的工作条件，选择合理的结构形式。的结构形式。2）选择导轨副的截面形状，保证导轨的导选择导轨副的截面形状，保证导轨的导向精度。向精度。3）依据导轨的载荷和工作温度范围，选择依据导轨的载荷和工作温度范围，选择导轨的具体结构及尺寸参数，保证具有足导轨的具体结构及尺寸参数，保证具有足够的刚度、良好的耐磨性、运动灵活性、够的刚度、良好的耐磨性、运动灵活性、平稳性。平稳性。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工4）具有合理的误差自动补偿或调整装置，具有合理的误差自动补偿或调整装置，在导轨长期使用后（超过导轨规定的平均在导轨长期使用后（超过导轨规定的平均无
42、故障工作时间无故障工作时间MTBFMTBF可靠性指标），可靠性指标），通过调整进一步的保持导轨的导向精度。通过调整进一步的保持导轨的导向精度。5）选用合理的耐磨材料、润滑方法以及防选用合理的耐磨材料、润滑方法以及防护装置，使导轨尽可能的处于良好工作状护装置，使导轨尽可能的处于良好工作状态，减少导轨副的磨损。态，减少导轨副的磨损。6）制定必要的技术条件（关重件的制造工制定必要的技术条件（关重件的制造工艺规范、装配调整技术条件、检测验收技艺规范、装配调整技术条件、检测验收技术条件、使用维护操作规范、维修维护工术条件、使用维护操作规范、维修维护工艺流程与规范等）。艺流程与规范等）。厚德达理厚德达理
43、励志勤工励志勤工（1）滑动导轨副的截面形状和特点滑动导轨副的截面形状和特点 常见滑动导轨副的截面形状常见滑动导轨副的截面形状 abab对称三角形非对称三角形矩 形燕尾形圆 形凸形形凹厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 分分对称型对称型和和非对称型非对称型三角形导轨。三角形导轨。特点：特点：在垂直载荷作用下，具有磨损量自动在垂直载荷作用下，具有磨损量自动补偿功能，无间隙工作，导向精度高。为防止补偿功能，无间隙工作，导向精度高。为防止因振动或倾翻载荷引起两导向面较长时间脱离因振动或倾翻载荷引起两导向面较长时间脱离接触，应有辅助导向面并具备间隙调整能力。接触，应有辅助导向面并具备间隙调整能力。但存在
44、导轨水平与垂直误差的相互影响，为保但存在导轨水平与垂直误差的相互影响，为保证高的导向精度（直线度），导轨面加工、检证高的导向精度（直线度），导轨面加工、检验、维修困难。验、维修困难。对称型导轨对称型导轨 随顶角增大，导轨承载能随顶角增大，导轨承载能力增大，但导向精度降低。力增大，但导向精度降低。非对称导轨非对称导轨 主要用在载荷不对称的时主要用在载荷不对称的时候，通过调整不对称角度，使导轨左右面水平候，通过调整不对称角度，使导轨左右面水平分力相互抵消，提高导轨刚度。分力相互抵消，提高导轨刚度。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：特点：结构简单，制造、检验、维修方便，导轨结构简单，制造、检
45、验、维修方便，导轨面宽、承载能力大，刚度高，但无磨损量自动补偿面宽、承载能力大，刚度高，但无磨损量自动补偿功能。由于导轨在水平和垂直面位置互不影响，因功能。由于导轨在水平和垂直面位置互不影响，因而在水平和垂直两方向均须间隙调整装置，安装调而在水平和垂直两方向均须间隙调整装置，安装调整方便。整方便。特点：特点：无磨损量自动补偿功能，须间隙调整装置，无磨损量自动补偿功能，须间隙调整装置，燕尾起压板作用，镶条可调整水平垂直两方向的间燕尾起压板作用，镶条可调整水平垂直两方向的间隙，可承受颠覆载荷，结构紧凑，但刚度差，摩擦隙，可承受颠覆载荷，结构紧凑，但刚度差，摩擦阻力大、制造、检验、维修不方便阻力大、
46、制造、检验、维修不方便。特点：特点：结构简单，制造、检验、配合方便，精度结构简单，制造、检验、配合方便，精度易于保证，但摩擦后很难调整，结构刚度较差。易于保证，但摩擦后很难调整，结构刚度较差。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：特点：两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直两导轨磨损均匀，能自动补偿垂直和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精和水平方向下磨损，接触刚度好，导向和精度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。度保持性高，但工艺性差，热敏感性较大。主要用于高精机床。主要用于高精机床。压 板三 角 形 导 轨V 形 导 轨厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工1）双三角形组合导轨组合双三角形组合导轨
47、组合 特点：特点：承载面与导向面分离，制造调整承载面与导向面分离，制造调整简单、导向面间隙用调整镶条保证，接触简单、导向面间隙用调整镶条保证，接触刚度较抵。闭式结构时，有辅助导向面，刚度较抵。闭式结构时，有辅助导向面，间隙由调整压板保证。在导轨副同样热变间隙由调整压板保证。在导轨副同样热变形条件下，形条件下，L1L1越大，导向间隙要求越大。越大，导向间隙要求越大。L1L1L13 辅 助 导 向 面2 导 向 面2133211 承 载 面厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：特点：兼有三角形导轨导向精度好、矩形兼有三角形导轨导向精度好、矩形导轨制造方便、刚性好的优点，可避免热变导轨制造方便、
48、刚性好的优点，可避免热变形产生的配合间隙变化；但是，存在两导轨形产生的配合间隙变化；但是，存在两导轨导向平面磨损不均并使导轨产生位置变化；导向平面磨损不均并使导轨产生位置变化；另外，两导轨的摩擦阻力不同，因而布置驱另外，两导轨的摩擦阻力不同，因而布置驱动力时，驱动力应与两摩擦阻力的和力同向动力时，驱动力应与两摩擦阻力的和力同向为宜。当采用闭式压板结构时，可承受颠覆为宜。当采用闭式压板结构时，可承受颠覆力矩力矩。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 特点：特点：整体式燕尾导轨导向精度高，调整体式燕尾导轨导向精度高，调整方便，承载能力强，制造困难；装配式整方便，承载能力强，制造困难；装配式导轨，制造
49、调整方便，承载能力与整体式导轨，制造调整方便，承载能力与整体式燕尾导轨相比较弱；燕尾导轨与矩形导轨燕尾导轨相比较弱；燕尾导轨与矩形导轨相比，兼有调整方便，承载能力较强等。相比，兼有调整方便，承载能力较强等。厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 导轨副材料选择的基本要求：导轨副材料选择的基本要求：导轨副材料应具有高的耐磨性、减振性、热导轨副材料应具有高的耐磨性、减振性、热稳定性以及易于生产制造。稳定性以及易于生产制造。导轨副材料选用与组合：导轨副材料选用与组合：常用铸铁、钢、有色金属、塑料。常用铸铁、钢、有色金属、塑料。通常为软通常为软硬材料组合。如：铸铁硬材料组合。如：铸铁铸铁、铸铁、铸铁铸铁钢
50、导轨、有色金属钢导轨、有色金属钢导轨、塑料钢导轨、塑料钢钢导轨等。导轨等。1）铸铁的特点）铸铁的特点 2）钢的特点）钢的特点 3）有色金属的特点）有色金属的特点 4）塑料的特点）塑料的特点厚德达理厚德达理 励志勤工励志勤工 注意：除了考虑导轨的结构、材料、制造注意：除了考虑导轨的结构、材料、制造质量、热处理方法以及使用维护操作规范外，质量、热处理方法以及使用维护操作规范外，在导轨副结构设计时，还可采取下述措施进在导轨副结构设计时，还可采取下述措施进一步提高导轨副的耐磨性。一步提高导轨副的耐磨性。1 1）采用镶装导轨采用镶装导轨2）提高导轨精度、改善导轨表面粗糙度、采）提高导轨精度、改善导轨表面
