1、第第3章章 机电一体化机械设计机电一体化机械设计 3.1 无侧隙齿轮传动机构无侧隙齿轮传动机构3.2 滑动螺旋传动滑动螺旋传动3.3 滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动 3.4 滑动摩擦导轨滑动摩擦导轨3.5 滚动摩擦导轨滚动摩擦导轨 3.6 静压螺旋传动与静压导轨简介静压螺旋传动与静压导轨简介思考题思考题 3.1无侧隙齿轮传动机构无侧隙齿轮传动机构 1.偏心轴套调整法 图3-1所示为最简单的偏心轴套式消隙结构。电动机2通过偏心轴套1装在壳体上。1.偏心轴套调整法 转动偏心轴套1可以调整两啮合齿轮的中心距,从而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。
2、图3-1 偏心轴套式消隙结构如图3-2所示,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。弹簧8一端勾在凸耳9上,另一端勾在螺钉5上。转动螺母7（螺母6用于锁紧）可改变弹簧8的张力大小,调节齿轮1、2的相对位置,达到错齿。这种错齿调整法的齿侧间隙可自动补偿，但结构复杂。图3-2 圆柱薄片齿轮错齿调整 3.1.2 斜齿轮传动机构 1.垫片调整法 图3-3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 (3-1)式中,为螺旋角。2.轴向压簧调整法
3、轴向压簧调整法如图3-4所示。图 3-3 斜齿薄片齿轮垫片调整图3-4 斜齿薄片齿轮轴向压簧调整3.1.3 锥齿轮传动机构1.轴向压簧调整法 如图3-5所示,在锥齿轮4的传动轴7上装有压簧5,其轴向力大小由螺母6调节。锥齿轮4在压簧5的作用下可轴向移动,从而消除了其与啮合的锥齿轮1之间的齿侧间隙。图 3-5 锥齿轮轴向压簧调整 2.周向弹簧调整法周向弹簧调整法 如图3-6所示,将与锥齿轮3啮合的齿轮作成大小两片（1、2）,在大片锥齿轮1上制有三个周向圆弧槽8,小片锥齿轮2的端面制有三个可伸入槽8的凸爪7。弹簧5装在槽8中,一端顶在凸爪7上,另一端顶在镶在槽8中的镶块4上。止动螺钉6装配时用,安
4、装完毕将其卸下,则大小片锥齿轮1、2在弹簧力作用下错齿,从而达到消除间隙的目的。图3-6 锥齿轮周向弹簧调整3.1.4 齿轮齿条传动机构如图3-7所示,小齿轮1、6分别与齿条7啮合,与小齿轮1、6同轴的大齿轮2、5分别与齿轮3啮合,通过预载装置4向齿轮3上预加负载,使大齿轮2、5同时向两个相反方向转动,从而带动小齿轮1、6转动,其齿便分别紧贴在齿条7上齿槽的左、右两侧,消除了齿侧间隙。图 3-7 双齿轮调整3.2 滑动螺旋传动滑动螺旋传动 螺旋传动是机电一体化系统中常用的一种传动形式。它利用螺杆与螺母的相对运动，将旋转运动变为直线运动,其运动关系为（3-2）2hPL 式中:;L螺杆（或螺母）的
5、位移；Ph导程；螺杆和螺母间的相对转角。3.2.1 滑动螺旋传动的特点1.降速传动比大 2.具有增力作用 3.能自锁 4.效率低、磨损快 3.2.2 滑动螺旋传动的形式及应用1.螺母固定,螺杆转动并移动如图3-8(a)所示,这种传动型式的螺母本身就起着支承作用,从而简化了结构,消除了螺杆与轴承之间可能产生的轴向窜动,容易获得较高的传动精度。缺点是所占轴向尺寸较大（螺杆行程的两倍加上螺母高度）,刚性较差。因此该形式仅适用于行程短的情况。2.螺杆转动,螺母移动如图3-8(b)所示,这种传动形式的特点是结构紧凑（所占轴向尺寸取决于螺母高度及行程大小）,刚度较大,因此适用于工作行程较长的情况。图3-8
6、 滑动螺旋传动的基本型式除上述两种基本传动形式外,还有一种螺旋传动差动螺旋传动,其原理如图3-9所示。图3-9 差动螺旋传动原理设螺杆3左、右两段螺纹的旋向相同,且导程分别为Ph1和Ph2。当螺杆转动角时,可动螺母2的移动距离为如果Ph1 与Ph2相差很小,则 L很小。因此差动螺旋常用于各种微动装置中。若螺杆3左、右两段螺纹的旋向相反,则当螺杆转动角时,可动螺母2的移动距离为（3-4）可见,此时差动螺旋变成快速移动螺旋,即螺母2相对螺母1快速趋近或离开。这种螺旋装置用于要求快速夹紧的夹具或锁紧装置中。)(221hhPPL(3-3)(221hhPPL3.2.3 螺旋副零件与滑板连接结构的确定 1
7、.刚性连接结构;图3-10所示为刚性连接结构,这种连接结构的特点是牢固可靠。图 3-10 刚性连接结构2.弹性连接结构;图3-11所示的装置中,螺旋传动采用了弹性连接结构。图 3-11 测量显微镜纵向测微螺旋3.活动连接结构;图3-12所示为活动连接结构的原理图。恢复力F（一般为弹簧力）使连接部分保持经常接触。当滑板1的运动方向与螺杆2的轴线不平行时,通过螺杆端部的球面与滑板在接触处自由滑动（图3-12(a)）,或中间杆3自由偏斜（图3-12(b)）,可以避免螺旋副中产生过大的应力。图3-12 活动连接结构3.2.4 影响螺旋传动精度的因素及提高传动精度的措施1.螺纹参数误差（1）螺距误差。（
8、2）中径误差。（3）牙型半角误差。螺纹实际牙型半角与理论牙型半角之差称为牙型半角误差（如图3-13 所示）图3-13 牙型半角误差 2.螺杆轴向窜动误差 如图3-14所示,若螺杆轴肩的端面与轴承的止推面不垂直于螺杆轴线而有1和2的偏差,则当螺杆转动时,将引起螺杆的轴向窜动误差,并转化为螺母位移误差。螺杆的轴向窜动误差是周期性变化的,以螺杆转动一周为一个循环。最大的轴向窜动误差为 max=Dtanmin （3-5）式中:;D螺杆轴肩的直径；min 1和2中较小者,对于图3-14,min为2。图3-14 螺杆轴向窜动误差3.偏斜误差 在螺旋传动机构中,如果螺杆的轴线方向与移动件的运动方向不平行而有
9、一个偏斜角（见图3-15）时,就会发生偏斜误差。设螺杆的总移动量为L,移动件的实际移动量为x,则偏斜误差为L=L-x=L（1-cos）=2Lsin2 由于一般很小,因此sin(/2)/2,则 （3-6）222LL 图3-15 偏斜误差 4.温度误差 当螺旋传动的工作温度与制造温度不同时,将使螺杆长度和螺距发生变化,从而产生传动误差,这种误差称为温度误差,其大小为Lt=Lat （3-7）式中:L螺杆螺纹部分的长度；a螺杆材料的热膨胀系数,对于钢,一般取为11.610-6/。t工作温度与制造温度之差。3.2.5 消除螺旋传动的空回的方法1.利用单向作用力同时,这种结构在螺母上无需开槽或剖分（见图3
10、-16）,因此螺杆与螺母接触情况较好,有利于提高螺旋副的寿命。图 3-16 螺纹间隙径向调整结构 2.利用调整螺母（1）径向调整法。图3-16所示为径向调整法的典型示例。图3-16(a)采用开槽螺母结构,拧动螺钉可以调整螺纹间隙。图3-16(b)采用卡簧式螺母结构,在主螺母1上铣出纵向槽,拧紧副螺母2时,靠主、副螺母的圆锥面,可迫使主螺母径向收缩,以消除螺旋副的间隙。图3-16(c)采用对开螺母结构。为了便于调整,螺钉和螺母之间装有螺旋弹簧,这样可使压紧力均匀稳定。为了避免螺母直接压紧在螺杆上而增加摩擦力矩,加速螺纹磨损,可在此结构中装入紧定螺钉以调整其螺纹间隙,如图3-16(d)所示。（2）
11、轴向调整法。图3-17为轴向调整法的典型结构示例。图3-17(a)为开槽螺母结构,拧紧螺钉强迫螺母变形,使其左、右两半部的螺纹分别压紧在螺杆螺纹相反的侧面上,从而消除了螺杆相对螺母轴向窜动的间隙。图3-17(b)为刚性双螺母结构,主螺母1和副螺母2之间用螺纹连接。图 3-17 螺纹间隙轴向调整结构3.利用塑料螺母图3-18所示是用聚乙烯或聚酰胺(尼龙)制作的螺母结构,用金属压圈压紧,利用塑料的弹性可很好地消除螺旋副的间隙。图3-18 塑料螺母结构3.3 滚珠螺旋传动滚珠螺旋传动 如图3-19所示，当螺杆转动时,滚珠沿螺纹滚道滚动。图3-19 滚珠螺旋传动的工作原理图 3.3.1 滚珠螺旋传动的
12、特点 (1)运动效率高,一般可达90%以上,约为滑动螺旋传动效率的三倍。在伺服控制系统中采用滚动螺旋传动,不仅可以提高传动效率,而且可以减小启动力矩、颤动及滞后时间。(2)运动精度高。由于其摩擦力小,工作时螺杆的热变形小,螺杆尺寸稳定,并且经调整预紧后,可得到无间隙传动,因而具有较高的传动精度、定位精度和轴向刚度。(3)具有传动的可逆性,但不能自锁。用于垂直升降传动时,需附加制动装置。(4)制造工艺复杂,成本较高,但使用寿命长,维护简单。3.3.2 滚珠螺旋传动的结构形式与类型 1.螺纹滚道法向截形 螺纹滚道法向截形是指通过滚珠中心且垂直于滚道螺旋面的平面和滚道表面交线的形状。常用的截形有两种
13、:单圆弧形（见图3-20(a)）和双圆弧形（见图3-20(b)）。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叫接触角。理想接触角为45。图3-20 滚道法向截形示意图滚道半径rs（或rn）与滚珠直径D的比值称为适应度frs=rs/D(或frn=rn/D)。适应度对承载能力的影响较大,一般取frs(或frn)=0.250.55。2.滚珠循环方式按滚珠在整个循环过程中与螺杆表面的接触情况,可将滚珠的循环方式分为内循环和外循环两类。（1）内循环。滚珠在循环过程中始终与螺杆保持接触的循环叫内循环（见图3-21）。图3-21 内循环（2）外循环。滚珠在返回时与螺杆脱离接触的循环称为
14、外循环。按结构的不同,外循环可分为螺旋槽式、插管式和端盖式三种。螺旋槽式（见图3-22）端盖式（见图3-24）是指在螺母1上钻有一个纵向通孔作为滚珠返回通道,螺母两端装有铣出短槽的端盖2,短槽端部与螺纹滚道相切,并引导滚珠返回通道,构成滚珠循环回路。端盖式的优点是结构紧凑,工艺性好。缺点是滚珠通过短槽时容易卡住。图 3-22 螺旋槽式外循环图 3-23 插管式外循环 图 3-24 端盖式外循环3.消除轴向间隙的调整预紧方法（见图3-25）图 3-25 双螺母预紧 （1）垫片调隙式。如图3-26所示 图 3-26 垫片调隙式（2）螺纹调隙式。如图3-27所示。图 3-27 螺纹调隙式（3）齿差调
15、隙式。如图3-28所示。当两个螺母按同方向转过一个齿时,其相对轴向位移为 （3-8）式中,Ph为导程。如果z1=99,z2=100,Ph=8 mm,则L=0.8 m。可见,这种方法的特点是调整精度很高,工作可靠,但结构复杂,加工工艺和装配性能较差。21211221)()11(zzPPzzzzPzzLhhh图3-28 齿差调隙式 3.3.3 滚珠螺旋副的精度 滚珠螺旋副的精度包括螺母的行程误差和空回误差。影响螺旋副精度的因素同滑动螺旋副一样,主要是螺旋副的参数误差、机构误差以及因受轴向力后滚珠与螺纹滚道面的接触变形和螺杆刚度不足引起的螺纹变形等所产生的动态变形误差。在JB/T3162.219标准
16、中,根据滚珠螺旋副的使用范围和要求将其分为两个类型：P类定位滚珠螺旋副和T类传动滚珠螺旋副,并分成7个精度等级,即1、2、3、4、5、7和10级。其中,1级精度最高,其余的依次递减。3.4 滑动摩擦导轨滑动摩擦导轨 由机械运动学原理可知,一个刚体在空间有6个自由度,即沿x、y、z轴移动和绕它们转动（见图3-29(a)）。对于直线运动导轨,必须限制运动件的5个自由度,仅保留沿一个方向移动的自由度。以棱柱面相接触的零件只有沿一个方向移动的自由度,如图3-29(b)、(c)、(d)所示的棱柱面导轨,运动件只能沿x方向移动。以圆柱面相配合的两个零件,有绕圆柱面轴线转动及沿此轴线移动的两个自由度,在限制
17、转动这一自由度后,则只有沿其轴线方向移动的自由度（如图3-29(e)所示）。图3-29 导轨的导向原理zyxO(a)(b)(c)(d)(e)3.4.1 导轨的基本要求(1)导向精度高。如图3-30（a）、（b）所示,理想的导轨面与垂直平面A-A或水平面B-B的交线均应为一条理想直线,但由于存在制造误差,致使交线的实际轮廓偏离理想直线,其最大偏差量即为导轨全长在垂直平面（图3-30(a)）和水平面（图3-30(b)）内的直线度误差。导轨面间的平行度。图3-30(c)所示为导轨面间的平行度误差。图3-30 导轨的几何角度(2)运动轻便、平稳,低速时无爬行现象。(3)耐磨性好。(4)对温度变化的不敏
18、感性。(5)足够的刚度。(6)结构工艺性好。3.4.2 滑动摩擦导轨的类型及结构特点按导轨承导面的截面形状,可将滑动导轨分为圆柱面导轨和棱柱面导轨（见图3-31）。图3-31 滑动摩擦导轨截面形状凸形凹形对称三角形不对称三角形矩 形燕尾形圆 形棱 柱 形454590120901530657090555555 551.圆柱面导轨在图3-32所示的结构中,支臂3和立柱5构成圆柱面导轨。立柱5的圆柱面上加工有螺纹槽,转动螺母1即可带动支臂3上下移动。螺钉2用于锁紧,垫块4用于防止螺钉2压伤圆柱表面。图3-32 圆柱面导轨图3-33(a)、(b)、(c)是这种防转结构的几个例子。利用辅助导向面可以更好
19、地限制运动件的转动（见图3-33(d)）,适当增大辅助导向面与基本导向面之间的距离,可减小由导轨间的间隙所引起的转角误差。当辅助导向面也为圆柱面时,即构成双圆柱面导轨（见图3-33(e)）,它既能保证较高的导向精度,又能保证较大的承载能力。图3-33 有防转结构的圆柱面导轨 2.棱柱面导轨 常用的棱柱面导轨有三角形导轨、矩形导轨、燕尾形导轨以及它们的组合式导轨。（1）双三角形导轨。如图3-34(a)所示（2）三角形平面导轨。如图3-34(b)所示（3）矩形导轨。图3-35所示结构是将矩形导轨的导向面A与承载面B、C分开,从而减小导向面的磨损,有利于保持导向精度。图3-35(a)中的导向面A是同
20、一导轨的内外侧,两者之间的距离较小,热膨胀变形较小,可使导轨的间隙相应减小,导向精度较高。图3-35(b)所示结构以两导轨面的外侧作为导向面,克服了上述缺点,但因导轨面间距离较大,容易受热膨胀的影响,要求间隙不宜过小,从而影响导向精度。图 3-34 三角形导轨图 3-35 矩形导轨(4）燕尾导轨。图3-36(c)所示结构的特点是把燕尾槽分成几块,便于制造、装配和调整。图 3-36 燕尾导轨的应用举例3.4.3 导轨间隙的调整(1)采用磨、刮相应的结合面或加垫片的方法,以获得合适的间隙。如图3-36(a)所示燕尾导轨,为了获得合适的间隙,可在零件1与2之间加上垫片3或采取直接铲刮承导件与运动件的
21、结合面A的办法达到。(2)采用平镶条调整间隙。平镶条为一平行六面体,其截面形状为矩形（见图3-37(a)）或平行四边形（见图3-37(b)）。调整时,只要拧动沿镶条全长均布的几个螺钉,便能调整导轨的侧向间隙,调整后再用螺母锁紧。平镶条制造容易,但在全长上只有几个点受力,容易变形,故常用于受力较小的导轨。缩短螺钉间的距离并加大镶条厚度(h),有利于镶条压力的均匀分布,当Lh=34时,镶条压力基本上均布(见图3-37(c)。图3-37 平镶条调整导轨间隙(3)采用斜镶条调整间隙。斜镶条的侧面磨成斜度很小的斜面,导轨间隙是用镶条的纵向移动来调整的,为了缩短镶条长度,一般将其放在运动件上。图3-38(
22、a)的结构简单,但螺钉凸肩与斜镶条的缺口间不可避免地存在间隙,可能使镶条产生窜动。图3-38(b)所示的结构较为完善,但轴向尺寸较长,调整也较麻烦。图3-38(c)是由斜镶条两端的螺钉进行调整的,镶条的形状简单,便于制造。图3-38（d)是用斜镶条调整燕尾导轨间隙的实例。图 3-38 斜镶条调整导轨间隙 3.4.4 驱动力的方向和作用点对导轨工作的影响设驱动力作用在通过导轨轴线的平面内,驱动力F的方向与导轨运动方向的夹角为,作用点离导轨轴线的距离为h。导轨受力情况如图3-39所示,由于驱动力F将使运动件倾转,因此可认为运动件与承导件的两端点压紧,正压力分别为N1、N2,相应的摩擦力为N1fv和
23、N2fv,载荷为Fa,忽略运动件与承导件间的配合间隙和运动件重力的影响,且当d/L很小时,保证运动件不被卡住的条件是)2(2tanbLfhfLvv（3-9）图3-39 导轨受力简图当h=0时，（3-10）当=0时,为了保证运动灵活,建议设计时取tan1tan2vvffbL5.02Lhfv（3-11）12Lhfv上述公式中,fv为当量滑动摩擦系数。对于不同的导轨,fv值不同：矩形导轨：fv=f燕尾形和三角形导轨:圆柱面导轨：cosffvfffv27.14式中:;f滑动摩擦系数；燕尾轮廓角或三角形底角。对于不同截面形状的组合导轨,由于两根导轨的摩擦力不同,因此驱动运动件的驱动元件(螺旋副、齿轮齿条
24、或其他传动装置)的位置应随之不同。例如对图3-40 所示的三角形平面组合导轨,因三角形导轨上的摩擦力要比平面导轨大,摩擦力的合力作用在O点,且cb,因此,驱动元件的位置应该设在O点,从而消除运动件移动时转动的趋势,使运动件移动平稳而灵活。图3-40 三角形平面导轨a/2Fa/2Obc 3.4.5 温度变化对导轨间隙的影晌温度变化对导轨间隙的影晌滑动摩擦导轨对温度变化比较敏感。由于温度的变化,可能使自封式导轨卡住或造成不能允许的过大间隙。为减小温度变化对导轨的影响,承导件和运动件最好用膨胀系数相同或相近的材料。如果导轨在温度变化大的条件下工作(如大地测量仪器或军用仪器等),在选定精度等级和配合以
25、后,应对温度变化的影响进行验算。为了保证导轨在工作时不致卡住,导轨中的最小间隙值min 应大于或等于零。导轨的最小间隙可用下式计算：式中:D2min包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸；D1max 被包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸；a1、a2被包容件与包容件材料的线膨胀系数；t0导轨制造时的温度；t导轨工作时的最高或最低温度。)(1()(1(01max102min2minttaDttaD(3-12)为保证导轨的工作精度,导轨副中的最大间隙max应小于或等于允许间隙,导轨中的最大间隙可用下式计算：(3-13)式中：D2max 包容件在制造温度时的最大直径或最大直线尺寸；D1mi
26、n被包容件在制造温度时的最小直径或最小直线尺寸。)(1()(1 01max102max2maxttaDttaD3.4.6 导轨的刚度计算导轨的接触变形可按经验公式估算,对于接触面积不超过100150cm2的钢和铸铁的接触,其接触变形（单位为m）为 (3-14)式中:p接触面间的平均压力（Ncm2）；c系数,对于精刮导轨面（每25mm25 mm在16点以上）和磨削导轨面（粗糙度Ra为0.160.32 m）为1.471.94,研磨表面（粗糙度Ra为0.010.02m)为0.69。pc 3.4.7 提高导轨耐磨性的措施1.合理选择导轨的材料及热处理 用于导轨的材料,应具有耐磨性好,摩擦系数小,并具有
27、良好的加工和热处理性质。常用的材料有：（1）铸铁。（2）钢。（3）有色金属。（4）塑料。图3-41 塑料导轨板截面示意图2.减小导轨面压强（1）静压卸载导轨（见图3-42）。图3-42 静压卸载导轨原理（2）水银卸载导轨（见图3-43）。图3-43 水银卸载导轨原理（3）机械卸载导轨（见图3-44）。图 3-44 机械卸载导轨3.保证导轨良好的润滑 保证导轨良好的润滑,是减小导轨摩擦和磨损的另一个有效措施。这主要是润滑油的分子吸附在导轨接触表面,形成厚度约为0.0050.008mm的一层极薄的油膜,从而阻止或减少导轨面间直接接触的缘故。选择导轨润滑油的主要原则是：载荷越大、速度越低,则油的粘度
28、应越大；垂直导轨的润滑油粘度,应比水平导轨润滑油的粘度大些；在工作温度变化时,润滑油的粘度变化要小；润滑油应具有良好的润滑性能和足够的油膜强度,不浸蚀机件,油中的杂质应尽量少。4.提高导轨的精度 提高导轨精度主要指保证导轨的直线度和各导轨面间的相对位置精度。导轨的直线度误差都规定在对导轨精度有利的方向上,如精密车床的床身导轨在垂直面内的直线度误差只允许上凸,以补偿导轨中间部分经常使用而产生向下凹的磨损。适当减小导轨工作面的粗糙度,可提高耐磨性,但过小的粗糙度不易储存润滑油,甚至产生“分子吸力”,以致撕伤导轨面。粗糙度一般要求Ra0.32m。3.4.8 导轨主要尺寸的确定 导轨的主要尺寸有运动件
29、和承导件的长度、导轨宽度、两导轨之间的距离及三角形导轨的顶角等。增大导轨运动件长度L,有利于提高导轨的导向精度和运动灵活性,但却使工作台的尺寸和重量加大。因此,设计时一般取L=(1.21.8)a。其中,a为两导轨之间的距离。如结构允许,则可取L2a。承导件的长度则主要取决于运动件的长度及工作行程。导轨宽度B可根据载荷F和允许压强p求出：（3-15）两导轨之间的距离减小,则导轨尺寸减小,但导轨稳定性变差。设计时应在保证导轨工作稳定的前提下,减小两导轨之间的距离。三角形导轨的顶角一般取为90。pLFB 3.5 滚动摩擦导轨滚动摩擦导轨 3.5.1 滚珠导轨图3-45和图3-46是滚珠导轨的两种典型
30、结构型式。图3-45 力封式滚珠导轨图3-46 自封式滚珠导轨可采取如下措施：(1)预先在V形槽与滚珠接触处研磨出一窄条圆弧面的浅槽,从而增加了滚珠与滚道的接触面积,提高了承载能力和耐磨性,但这时导轨中的摩擦力略有增加。(2)采用双圆弧滚珠导轨（见图3-47(a)）。这种导轨是把V形导轨的V形滚道改为圆弧形滚道,以增大滚动体与滚道接触点的综合曲率半径,从而提高导轨的承载能力、刚度和使用寿命。双圆弧导轨的缺点是形状复杂,工艺性较差,摩擦力较大,当精度要求很高时不易满足使用要求。图 3-47 双圆弧导轨为使双圆弧滚珠导轨既能发挥接触面积较大,变形较小的优点,又不致于过分增大摩擦力,应合理确定双圆弧
31、滚珠导轨的主要参数（见图3-47(b)）。根据使用经验，滚珠半径r与滚道圆弧半径R之比常取为rR=0.900.95,接触角=45。导轨两圆弧的中心距C为图3-48是这种导轨的结构简图,它由运动件1、滚珠2、承导件3和返回器4组成。运动件上有工作滚道5和返回滚道6,与两端返回器的圆弧槽面滚道接通,滚珠在滚道中循环滚动,行程不受限制。sin)(2rRC(3-16)图 3-48 滚珠循环式滚动导轨的结构简图 3.5.2 滚柱导轨和滚动轴承导轨 1.交叉滚柱V形平导轨 如图3-49(a)所示,在V形空腔中交叉排列着滚柱,这些滚柱的直径d略大于长度b,相邻滚柱的轴线互相垂直交错,单数号滚柱在AA1面间滚
32、动(与B1面不接触),双数号滚柱在BB1面间滚动(与A1面不接触),右边的滚柱则在平面导轨上运动。这种导轨不用保持架,可增加滚动体数目,提高导轨刚度。2.V形平滚柱导轨 如图3-49(b)所示,这种导轨加工比较容易,V形滚柱直径d与平面导轨滚柱d1之间有如下关系：（3-17）其中,是V形导轨的V形角。2sin1dd 图3-49 滚柱导轨3.6 静压螺旋传动与静压导轨简介静压螺旋传动与静压导轨简介1.静压螺旋传动的工作原理 静压螺旋传动的工作原理如图3-50所示。图3-50 静压螺旋传动的工作原理由三种受力情况可知,当每一个螺旋面上设有三个以上的油腔时,螺杆（或螺母）不但能承受轴向载荷,同时也能
33、承受一定的径向载荷和倾覆力矩。2.静压螺旋传动的特点（1）摩擦阻力小,效率高(可达99)。（2）寿命长。螺纹表面不直接接触,能长期保持工作精度。（3）传动平稳,低速时无爬行现象。（4）传动精度和定位精度高。（5）具有传动可逆性,必要时应设置防止逆转机构。（6）需要一套可靠的供油系统,并且螺母结构复杂,加工比较困难。3.6.2 静压导轨1.液体静压导轨根据结构特点,液体静压导轨分为开式静压导轨和闭式静压导轨两类。1）开式静压导轨 如图3-51所示,液压泵3启动后,油液经滤油器2吸入,用溢流阀4调节进油压力。图3-51 开式静压导轨的工作原理2）闭式静压导轨图3-52为闭式静压导轨的工作原理图。图
34、3-52 闭式静压导轨的工作原理液体静压导轨的优点是：(1)摩擦系数很小（启动摩擦系数可小至0.0005）,可使驱动功率大大降低,运动轻便灵活,低速时无爬行现象。(2)导轨工作表面不直接接触,基本上没有磨损,能长期保持原始精度,寿命长。(3)承载能力大,刚度好。(4)摩擦发热小,导轨温升小。(5)油液具有吸振作用,抗振性好。2.气体静压导轨 负压吸浮式气垫的工作原理如图3-53所示,图(a)为气垫导轨的结构,图(b)为气垫工作面上的压力分布。图 3-53 负压吸浮式气垫的工作原理思考题思考题 3-1 机电一体化系统中的机械装置包括哪些内容？3-2机电一体化传动系统有哪几种类型？各有什么作用？3-3齿轮传动间隙对系统有何影响？有哪些方法可以消除该因素引起的系统误差？3-4导向机构都有哪几种类型？各有什么特点？3-5滚珠螺旋副的轴向间隙对系统有何影响？如何处理？3-6试比较塑料导轨和滚珠导轨的性能特点。3-7试比较液体和气体静压装置的特点。3-8查阅资料,了解磁悬浮技术。试分析磁悬浮技术在机械传动和导向中的应用。
