機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)影響

1、畢業(yè)論文機(jī)械結(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響及其改善學(xué)生姓名 : 系 （部 ）: 專 業(yè) : 指導(dǎo)老師 : 2011 年 月 日摘要機(jī)械結(jié)構(gòu)是機(jī)電一體化的基礎(chǔ)，一個(gè)機(jī)電一體化系統(tǒng)中一般由 結(jié)構(gòu)組成要素、動(dòng)力組成要素、運(yùn)動(dòng)組成要素、感知組成要素、職 能組成要素五大組成要素有機(jī)結(jié)合而成。機(jī)械結(jié)構(gòu)組成要素是系統(tǒng) 的所有功能要素的機(jī)械支持結(jié)構(gòu)。機(jī)械技術(shù)的著眼點(diǎn)在于如何與機(jī) 電一體化技術(shù)相適應(yīng)，利用其它高、新技術(shù)來(lái)更新概念，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu) 上、材料上、性能上的變更，滿足減小重量、縮小體積、提高精 度、提高剛度及改善性能的要求。機(jī)械結(jié)構(gòu)因素對(duì)機(jī)電一體化系統(tǒng) 具有一定的影響 ,機(jī)械各個(gè)零部件的幾何尺寸、安裝誤差等。直接影 響著機(jī)

2、電一體化系統(tǒng)的靈敏性、準(zhǔn)確性、可靠性、穩(wěn)定性。本文主要論述了齒輪、絲杠對(duì)系統(tǒng)的影響以及對(duì)齒輪、絲杠的 改善措施。關(guān)鍵字：影響； 改善；措施；機(jī)械構(gòu)件；abstractabstractMechanical structure is based, an integration of machinery mechatronics system in general by structural elements, dynamic elements, sports elements, perception elements, functions elements organically and five

3、 elements into. Mechanical structure elements are all the functional elements of the system of mechanical support structure. Mechanical technology with the point is how to adapt to mechatronics technology, using other high and new technology to update the concept, realization structure, material, pe

4、rformance variation on reducing weight, narrow, meet the size, improve the accuracy, improve the stiffness and improve performance requirements. Mechanical structural factors of mechatronics system has certain effect, all parts of mechanical geometry size, installation error, etc. Directly affect th

5、e electromechanical integration system sensitivity and accuracy, reliability and stability.This paper discusses the gear, screw on the system of gear, and influence of screw improvement measure.Key word: influence 。 Improvement 。 The measure 。目錄第一章 機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響1.1 齒輪傳動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響1.1.1齒輪的運(yùn)動(dòng)誤差1.1.2空回誤差1.2 絲杠

6、螺母對(duì)系統(tǒng)的影響1.2.1絲杠螺母對(duì)系統(tǒng)的影響原因第二章 機(jī)械結(jié)構(gòu)的改善設(shè)計(jì)2.1 齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減小空回誤差的結(jié)構(gòu)和措施2.1.1調(diào)整中心距2.1.2分片齒輪2.1.3游絲消除齒輪側(cè)隙2.1.4用彈簧拉力使齒輪緊靠2.2 絲杠螺母機(jī)構(gòu)提高精度的措施2.2.1消除或減小徑向間隙2.2.2減小或消除軸向間隙2.2.3消除螺桿軸向跳動(dòng)2.2.4減小運(yùn)動(dòng)方向的偏斜2.2.5采用誤差補(bǔ)償裝置 第三章 總結(jié)3.1 本文小結(jié)總結(jié)致謝參考文獻(xiàn)第一章機(jī)械機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響1.1 齒輪1.1齒輪傳動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響1.1.1齒輪的運(yùn)動(dòng)誤差 傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性即齒輪的運(yùn)動(dòng)誤差，主要以齒輪的切 向綜合誤差來(lái)衡量，他是被測(cè)齒輪

7、與理想精確的測(cè)量齒輪單 面齒合時(shí)，在被測(cè)出輪轉(zhuǎn)一周內(nèi)，被測(cè)齒輪實(shí)際轉(zhuǎn)角與理論 轉(zhuǎn)角之差，以分度圓的弧長(zhǎng)計(jì)量。影響傳遞運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確性的因素很多，根據(jù)產(chǎn)生的原因，可 歸納為齒輪的固有誤差和齒輪的裝配誤差兩類。齒輪的固有誤差。齒輪的固有誤差即加工齒輪過(guò)程中產(chǎn) 生的誤差，如齒輪的偏心誤差，基節(jié)偏差，齒形誤差和齒輪 歪斜誤差等。偏心誤差。造成齒輪偏心有兩個(gè)方面因素：一是齒輪實(shí) 際工作或檢驗(yàn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)中心與齒輪加工實(shí)的旋轉(zhuǎn)中心不一致 而出現(xiàn)的中心便移，通常稱為幾何偏心。二是加工齒輪時(shí),刀具與齒輪毛坯相對(duì)滾動(dòng) ,速比周期性變化 ,造成被切齒輪基圓半 徑改變 ,產(chǎn)生基圓偏心 ,通常成為運(yùn)動(dòng)偏心 .齒厚波動(dòng) .若車輪

8、上每個(gè)輪齒的厚度都相等 , 齒厚均勻變 薄 ,則只影響側(cè)隙 ,造成空回誤差 ,不影響傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性 ,實(shí) 際上, 齒厚變薄量并不相等 ,這樣 , 齒厚波動(dòng)將引起轉(zhuǎn)角誤差 .基節(jié)偏差 . 基節(jié)偏差主要有刀具的基節(jié)和齒形角誤差所引 起 ,與機(jī)床運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)無(wú)關(guān) . 基節(jié)偏差影響傳遞運(yùn)動(dòng)的準(zhǔn)確性 ,使 輪齒齒合提前后滯后 ,節(jié)點(diǎn)偏離理論齒合線 ,瞬時(shí)傳動(dòng)比發(fā)生變 化, 基節(jié)偏差亦產(chǎn)生振動(dòng)而后噪聲 ,影響齒輪工作平穩(wěn)性 .齒形誤差 . 齒形誤差是指齒形工作部分內(nèi) ,包容實(shí)際齒形 線的兩理想齒形 （漸開線 ）線間的法向距離 .齒向誤差 .齒向誤差是在分度圓圓柱面上 ,全齒寬范圍內(nèi)包 容實(shí)際齒向線的兩條設(shè)計(jì)

9、齒向線的端面距離 , 齒向誤差也會(huì)引 起轉(zhuǎn)角誤差 .齒輪歪斜誤差 . 加工齒輪時(shí) ,由于基準(zhǔn)端面與軸心線不垂 直,導(dǎo)致齒輪毛坯外圓面傾斜 ,引起齒面母線傾斜 ,因此 ,加工出 的齒輪體歪斜 .傳動(dòng)時(shí)會(huì)引起齒輪的晃動(dòng)產(chǎn)生周期性誤差 .為了 減小齒輪歪斜誤差 ,通?？煽刂苹鶞?zhǔn)面的跳動(dòng)量 .齒輪的裝配誤差 . 裝配誤差即齒輪與其他零件裝配后 ,由 相關(guān)零件誤差或裝配誤差所引起的誤差 ,如齒輪與軸的裝配誤 差, 軸心線平行都誤差 , 軸的偏心誤差 ,如齒輪與軸的裝配誤差 , 軸心平衡誤差 . 軸的偏心誤差 ,軸承誤差等 .齒輪與軸的裝配誤差 ,齒輪與軸的配合間隙有偏差時(shí) ,會(huì)引 起齒輪軸線的偏心和歪斜

10、 .軸心線平行度的誤差 , 軸心線平行度的誤差是一隊(duì)齒輪的 軸線在基準(zhǔn)平面和垂直平面上的平行度的誤差,它將引起轉(zhuǎn)角誤差 .軸的偏心誤差 . 軸的偏心誤差是指軸加工后的偏心量 . 軸 承誤差 . 軸承誤差主要是指滾動(dòng)軸承的徑向跳動(dòng)量 .1.1.2 空回誤差空回 （也稱為空程或虛動(dòng) ）,就是當(dāng)主動(dòng)輪改變方向時(shí) , 從動(dòng) 輪滯后的一種現(xiàn)象 , 滯后的角度 （主動(dòng)輪超前的角度 ）即空回誤 差角 .產(chǎn)生空回的主要原因是一對(duì)齒合輪齒之間有側(cè)隙,因此 ,凡引起側(cè)隙的因素都是造成空回誤差的根源 .造成空回誤差的主要原因有齒輪固有誤差和齒輪裝配誤 差兩大類 .齒輪固有誤差 .齒輪的固有誤差中除前面介紹的偏心誤差

11、 , 齒厚波動(dòng) ,齒形誤差 , 齒向誤差外 ,還有中心距增大和原始齒廓 位移兩個(gè)因素 ,若中心距增大 , 可引起側(cè)隙增大 ,為保證一對(duì)齒 合齒輪所要求的側(cè)隙 ,通常移動(dòng)齒廓 ,使齒厚變薄 .裝配誤差 .裝配誤差包括軸承游隙和徑向偏擺 ,以及齒輪與軸,軸承與殼體 , 軸與軸承的配合間隙等1.2絲杠螺母機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響1.2.1絲杠螺母機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響原因 絲杠螺母機(jī)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)的影響主要由運(yùn)動(dòng)誤差和空回誤差 引起, 運(yùn)動(dòng)誤差和空回誤差與螺紋參數(shù)誤差和相關(guān)零件的綜合 誤差有關(guān) .為直觀分析 ,現(xiàn)在以絲杠旋轉(zhuǎn) , 螺母移動(dòng)的絲杠螺母機(jī)構(gòu) 為例 ,在理想狀態(tài)下 , 絲杠轉(zhuǎn)動(dòng) ,螺母將絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)隨之作線性移

12、動(dòng) ,實(shí)際上，由于各種誤差的影響 , 螺母隨絲杠轉(zhuǎn)動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)的 運(yùn)動(dòng)關(guān)系是非線性關(guān)系而不是線性關(guān)系 , 此運(yùn)動(dòng)誤差是指當(dāng)絲 杠轉(zhuǎn)過(guò)一定角度時(shí) , 螺母對(duì)應(yīng)的理論位移與實(shí)際位移之差 .螺母的運(yùn)動(dòng)誤差應(yīng)為其運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)絲杠各螺距誤差之和如為正值 ,則表明螺母的實(shí)際位置比理論位置超前, 反之 ,則表明螺母的實(shí)際位置落后于理論位置 ,螺紋參數(shù)誤差包括螺紋中 徑誤差 ,螺母與絲杠齒合范圍內(nèi)的螺距累積誤差 ,螺紋牙型角誤第二章機(jī)械結(jié)構(gòu)的改善設(shè)計(jì)2.1齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)減小空回誤差的結(jié)構(gòu)和措施2.1.1調(diào)整中心距 根據(jù)齒輪齒合原理，調(diào)整一對(duì)齒輪傳動(dòng)的中心距。調(diào)整 后，如再進(jìn)行輪齒研磨 ,可以提高精度，此法可部分消除空

13、回 誤差，適應(yīng)任何負(fù)荷。例如動(dòng)軸承與殼體的配合間隙，設(shè)間隙為，則產(chǎn)生的 側(cè)隙為：( 1+A2 ) tana:=(34+34)tan20-24.82.4 撥盤誤差撥 盤傳動(dòng)存在配合間隙.如間隙為 乙則產(chǎn)生的側(cè)隙 為 :(z1+z2)tana=(20+20)tan20-29,由以上計(jì)算可求得一對(duì)嚙合齒輪總的側(cè)隙 為:14.6+159.1+70+34.9+14.6+24.8+29.1-347由于側(cè)隙引起從動(dòng)輪的滯后角 (即空回誤差 角)12 為 =013900050 式 中 dz 的 輸 出 軸 分 度 圓 直 徑 。 d2=50mm=50000m. 同樣用上述方法計(jì)算出各對(duì)嚙合齒輪的空 回誤差小模

14、數(shù)齒輪傳動(dòng) 空回計(jì)算及消除方法的應(yīng)用差角 為:23=0.0115,34=0.0147,45=0.0103 對(duì)于整個(gè)傳動(dòng)鏈 ,則輸出軸 空回誤差角為 :0.0103+0.0147+0.0115=0.0381, 轉(zhuǎn)化為角度 ,則 此傳動(dòng)鏈輸出軸的空回誤差角為：arctg0.0.381-2.18.由于本傳動(dòng)鏈傳動(dòng)精度要求達(dá)到 0.2,即允許最大轉(zhuǎn)角誤差為0.4.而此空回誤差角大大超出了傳動(dòng)精度要求,因此需采取有效措施消 除此空回誤差 .減小或消除空回 ,可以通過(guò)控制或消除側(cè)隙的影 響來(lái)達(dá)到 .經(jīng)常采用的方法是 :適當(dāng)?shù)靥岣啐X輪的制造精度、提 高軸的剛度 ,并通過(guò)在兩傳動(dòng)齒輪之間加過(guò)輪來(lái)調(diào)整中心距以

15、達(dá)到減小側(cè)隙的目的 .此外 ,還可采用接觸游絲 ,利用接觸游絲所產(chǎn)生的反力矩迫 使各級(jí)齒輪在傳動(dòng)時(shí)總在固定的齒面嚙合,從而消除了側(cè)隙對(duì)空回的影響 .下面主要介紹一下平面渦卷彈簧變形角的計(jì)算 . 彈簧變形 角的計(jì)算通過(guò)實(shí)測(cè) ,得到輸出軸上的最大輸出轉(zhuǎn)距T=3.9N.mm,有效工作轉(zhuǎn)數(shù) =1.根據(jù)所選材料硬度要求查表得材料抗拉強(qiáng)度 =1275Mpa,彈簧外端為銷式固定，查表的系數(shù)K=0.75,選取d/h=80（d 為彈簧心軸直徑 , h 為彈簧材料截面厚度 ）,由表可查 得系數(shù) :K=0.95彈簧的極限轉(zhuǎn)矩 T=4t5.4N.mmK30.75彈簧的截面尺寸選取材料刻度65mm,則彈簧的材料厚度為0

16、.07mm.查表取系列值，取=0.08 mm.彈 簧 材 料 的 有 效 工 作 展 開 長(zhǎng) 度 T-17rEhnK3K4at-0.09=54.2 mm.式中 E 彈簧材料的彈性模量，查表的 E: =196000Mpa.彈簧的變形角度 0.05,式中T材料截面慣性矩， 對(duì)于矩形截面 I=bh/12 由前面計(jì)算可知傳動(dòng)鏈空回誤差角空=2 . 1 8 .則空.因此用此平面渦卷彈簧可消除此空回誤差角.滿足傳動(dòng)精度要求 .關(guān)于彈簧心軸和簧盒的設(shè)計(jì)在這里就不再累述了 .應(yīng)用平面渦卷彈簧與加過(guò)輪等其他方法聯(lián)合消除小模數(shù) 齒輪傳動(dòng)鏈中輸出軸上的空回誤差角（由于此傳動(dòng)鏈較短 ,故只應(yīng)用彈簧消除空回 ）,效果較

17、好 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,傳動(dòng)平穩(wěn)可靠并能 達(dá)到所要求的傳動(dòng)精度要求 .2.1.2采用分片齒輪 將相互齒合的一對(duì)齒輪中的一個(gè)齒輪相互轉(zhuǎn)動(dòng),但不能移動(dòng) ,在兩片齒輪間裝有彈簧 ,是兩片齒輪左右錯(cuò)開 .當(dāng)齒合時(shí) ,只 要負(fù)荷輪做成兩片 ,一片在另一片齒輪的輪轂上 ,兩片可力矩小 于彈簧力矩 ,相互齒合輪齒之間的間隙就可以減小 ,它不適用于 負(fù)載較大的情況 ,成本也較高 .2.1.3用游絲消除齒側(cè)隙在一個(gè)齒輪上裝有游絲 ,由它產(chǎn)生的力矩會(huì)使齒輪在工作 過(guò)程中與另一個(gè)齒輪的輪齒保持單面接觸 ,消除齒輪間隙 ,但是 該齒輪的轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)不能多 ,工作起的外力矩要大于游絲力矩 .否 則帶不動(dòng)此傳動(dòng)鏈 ,這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單

18、,成本低 .使用于小型儀表中 .2.1.4 用彈簧拉力使齒輪緊靠利用彈簧拉力使齒輪緊靠 ,可消除齒輪間隙 .它使用于轉(zhuǎn)速 范圍大 ,負(fù)載不大 ,中心距可以自動(dòng)調(diào)整的或位于傳動(dòng)系統(tǒng)端部 的一對(duì)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng) .這種機(jī)構(gòu)一般成本不高 .2.2絲杠螺母提高精度的措施2.2.1消除或減小徑向間隙消除或減小徑向間隙的方法有裝切口螺母和軸向切口螺 母兩種 .切口螺母 .螺母有一徑向切口 ,其上裝有螺釘 ,擰緊螺釘使 螺母緊抱螺桿 ,從而消除或減小相齒螺紋間的間隙 ,這種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 ,但螺紋間接接觸不均勻 ,螺母磨損較快 .軸向切口彈性螺母 .這種螺母有均勻的軸向切口 ,且外圓部 分兩端有一端是圓錐面。裝配時(shí) ,

19、 擰緊螺母使其作徑向收縮 , 從而緊抱螺桿 .它的實(shí)際效果比徑向切口螺母好 ,若螺紋經(jīng)過(guò)研 磨 ,則效果更明顯 ,故應(yīng)用廣泛 .2.2.2減小或消除軸向間隙 減小或消除軸向間隙的方法有裝剛性雙螺母 ,裝彈性雙螺 母和裝塑料螺母三種 .剛性雙螺母 .兩個(gè)螺母 A 和 B 之間的螺距不等 ,相對(duì)旋緊 A和B.使它們?cè)谳S向產(chǎn)生移動(dòng)，以消除或減小軸向間隙螺桿 與螺母配研后 ,精度較高 .彈性雙螺母，在螺母A和B之間,放入彈簧，利用彈簧向外 的恢復(fù)力將螺母分開 ,從而消除或減小 .這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是能比 較令人滿意地消除或減小消除或減小 ,使彈簧長(zhǎng)時(shí)間保持彈力 .塑料螺母 .用聚乙烯作為螺母 ,用金屬圈壓

20、緊 ,利用塑料的 彈性消除或減小間隙 .有的塑料當(dāng)溫度升高時(shí) ,膨脹變形較大 , 可利用這個(gè)特點(diǎn)來(lái)消除間隙 .這種螺母結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,耐磨性好 ,且 無(wú)須潤(rùn)滑 .2.2.3消除螺桿軸向跳動(dòng)將螺桿兩端作成球面 ,左端與一平面接觸 ,右端與一平頭緊 定螺釘接觸 ,利用緊定螺釘調(diào)節(jié)松緊 .由于軸承與軸肩之間留有 空隙 ,螺桿兩端都是球面與平面的相接，故可消除螺桿軸向跳 動(dòng)。2.2.4減小運(yùn)動(dòng)方向的偏斜 絲杠的軸承如果存在徑向間隙，則在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中就會(huì)出 現(xiàn)誤差。為了消除軸承的徑向間隙，常采用止推軸承為主的 軸承組合來(lái)作為軸承。當(dāng)軸向載荷減小時(shí)，也可以采用角接 觸軸承支承絲杠，并且對(duì)軸承預(yù)緊，這樣減小甚至消

21、除間 隙。2.2.5 采用誤差補(bǔ)償裝置 在螺旋傳動(dòng)中，若存在系統(tǒng)誤差（既有規(guī)律的誤差）， 可采用附加誤差補(bǔ)償裝置來(lái)消除這個(gè)誤差，對(duì)螺桿旋轉(zhuǎn)，螺 母移動(dòng)的結(jié)構(gòu)，若使螺母移動(dòng)的同時(shí)獲得一個(gè)與系統(tǒng)誤差相 對(duì)應(yīng)的附加轉(zhuǎn)動(dòng)，則可利用此附加轉(zhuǎn)動(dòng)消除系統(tǒng)誤差，按此 原理也可用溫度補(bǔ)償板來(lái)補(bǔ)償溫度影響所造成的誤差。本章小結(jié)本論文主要介紹了簡(jiǎn)單一體化設(shè)備中常用機(jī)械系統(tǒng)的類 型和特點(diǎn)。機(jī)電一體化系統(tǒng)主要包括傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)， 軸系和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。在常用傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中主要介紹絲杠螺母機(jī) 構(gòu)，齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)，傳動(dòng)原理，使用范圍，傳動(dòng)特 點(diǎn)。選用原則等內(nèi)容。在常用的支承部件中主要介紹了絲杠 支承的特點(diǎn)及要求，在軸系部分

22、中主要介紹了軸的分類，支 承軸承的類型，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作原理。最后，分析了機(jī)械結(jié) 構(gòu)的制造加工誤差和安裝誤差對(duì)系統(tǒng)的靈敏性，準(zhǔn)確性，可 靠性，穩(wěn)定性的影響，并對(duì)齒輪傳動(dòng)結(jié)構(gòu)絲杠螺母機(jī)構(gòu)提出 了改進(jìn)措施?？偨Y(jié)畢業(yè)設(shè)計(jì)是在完成了三年的專業(yè)課學(xué)習(xí)，并進(jìn)行了大量 生產(chǎn)實(shí)習(xí)的基礎(chǔ)上進(jìn)行的最后的一個(gè)教案環(huán)節(jié)。此次設(shè)計(jì)我 們綜合運(yùn)用所學(xué)的專業(yè)課，尤其是機(jī)械制造基礎(chǔ)及機(jī)械制造 設(shè)計(jì)的基本理論，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)習(xí)中所積累的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)，在 指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨(dú)立分析和解決問(wèn)題，初步具備了設(shè)計(jì) 工藝規(guī)程的能力。同時(shí)也提高了自己查閱和運(yùn)用有關(guān)手冊(cè)及 編寫技術(shù)文件的技能，是很重要的一次實(shí)踐環(huán)節(jié)。在設(shè)計(jì)中 與了很多方面的問(wèn)題，在進(jìn)行查閱資料和老師的幫助下，修 改核對(duì)后問(wèn)題都一一解決。設(shè)計(jì)過(guò)程中除了考察我們專業(yè)課 能力之外還培養(yǎng)了我們分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和克服困難的能 力，唯一后的工作奠定了良好的基礎(chǔ)，更是對(duì)我們?nèi)陮I(yè) 課學(xué)習(xí)的一個(gè)良好的總結(jié)。通過(guò)此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我從中受益非淺，使自己深深體 會(huì)到了做設(shè)計(jì)不是想象的那么簡(jiǎn)單。不僅使自己增長(zhǎng)了知識(shí) 也使我明白了一些道理。設(shè)計(jì)是通過(guò)各個(gè)方