第三章 機械系統(tǒng)設計

1、第三章第三章 機械系統(tǒng)設計機械系統(tǒng)設計 3.1 3.1 概述概述 3.1.1 3.1.1 機械系統(tǒng)的構成機械系統(tǒng)的構成 3.1.2 3.1.2 機械系統(tǒng)設計的任務機械系統(tǒng)設計的任務 3.1.3 3.1.3 機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響3.2 3.2 傳動機構設計傳動機構設計 3.2.1 3.2.1 機械傳動裝置機械傳動裝置 3.2.2 3.2.2 傳動方式的選擇傳動方式的選擇 3.2.3 3.2.3 設計計算設計計算3.3 3.3 支承導向部分的設計支承導向部分的設計 3.3.1 3.3.1 概述概述 3.3.2 3.3.2 移動型支承導向部件移動型支承導向部件 3.3.3

2、 3.3.3 旋轉型支承部件旋轉型支承部件 3.3.4 3.3.4 其他支承其他支承 3.1 3.1 概述概述 傳統(tǒng)機械一般認為由傳統(tǒng)機械一般認為由動力件、傳動件、執(zhí)行件動力件、傳動件、執(zhí)行件等三部分加上電氣和機械控制部分組成等三部分加上電氣和機械控制部分組成。19841984年美年美國機械工程師學會國機械工程師學會(ASME)(ASME)提出現(xiàn)代機械的定義為：提出現(xiàn)代機械的定義為：“由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調與控制的、用于完成包括由計算機信息網(wǎng)絡協(xié)調與控制的、用于完成包括機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和機械力、運動和能量流等動力學任務的機械和( (或或) )機電部件一體化的機械系統(tǒng)。機電部

3、件一體化的機械系統(tǒng)?！庇纱丝梢姡F(xiàn)代機由此可見，現(xiàn)代機械應是一個機電一體化的機械系統(tǒng)，其核心是由計械應是一個機電一體化的機械系統(tǒng)，其核心是由計算機控制的，包括機、電、液、光等技術的伺服系算機控制的，包括機、電、液、光等技術的伺服系統(tǒng)。統(tǒng)。 在機電一體化系統(tǒng)中，由于計算機的強大功能，在機電一體化系統(tǒng)中，由于計算機的強大功能，使傳統(tǒng)的作為動力源的電動機轉換為具有動力、變使傳統(tǒng)的作為動力源的電動機轉換為具有動力、變速與執(zhí)行等多功能的伺服電機。速與執(zhí)行等多功能的伺服電機。伺服電機的伺服變伺服電機的伺服變速功能，在很大程度上代替了機械傳動中對傳動比速功能，在很大程度上代替了機械傳動中對傳動比有嚴格要求的

4、變速機構。伺服電機的使用，縮短了有嚴格要求的變速機構。伺服電機的使用，縮短了機械傳動中的傳動鏈，取代了幾個執(zhí)行件之間的傳機械傳動中的傳動鏈，取代了幾個執(zhí)行件之間的傳動聯(lián)系，這就大大減少了機械系統(tǒng)中傳動件的數(shù)量，動聯(lián)系，這就大大減少了機械系統(tǒng)中傳動件的數(shù)量，從而簡化了機構，使動力件、傳動件與執(zhí)行件朝著從而簡化了機構，使動力件、傳動件與執(zhí)行件朝著合為一體的最小系統(tǒng)發(fā)展。合為一體的最小系統(tǒng)發(fā)展。 在現(xiàn)代機械系統(tǒng)中，每個機械運動可由單獨的在現(xiàn)代機械系統(tǒng)中，每個機械運動可由單獨的控制電動機、傳動部件和執(zhí)行機構組成的若干子系控制電動機、傳動部件和執(zhí)行機構組成的若干子系統(tǒng)來完成。這些機械運動由計算機來控制，

5、使得系統(tǒng)來完成。這些機械運動由計算機來控制，使得系統(tǒng)的總體布局、機械選型、結構造型更加合理化、統(tǒng)的總體布局、機械選型、結構造型更加合理化、多樣化。多樣化。 3.1.1 3.1.1 機械系統(tǒng)的構成機械系統(tǒng)的構成 機電一體化系統(tǒng)中，機械系統(tǒng)一般由機電一體化系統(tǒng)中，機械系統(tǒng)一般由減速裝置、絲杠螺減速裝置、絲杠螺母副、蝸輪蝸桿副母副、蝸輪蝸桿副等各種線性傳動部件以及連桿機構、凸輪等各種線性傳動部件以及連桿機構、凸輪機構等非線性傳動部件、導向支承部件、旋轉支承部件、軸機構等非線性傳動部件、導向支承部件、旋轉支承部件、軸系及殼體等機構組成。概括起來講，機電一體化機械系統(tǒng)應系及殼體等機構組成。概括起來講，機

6、電一體化機械系統(tǒng)應包括如下三大部分：包括如下三大部分： (1)(1)傳動機構傳動機構 機電一體化機械系統(tǒng)中的傳動機構不僅是轉速和轉矩機電一體化機械系統(tǒng)中的傳動機構不僅是轉速和轉矩的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控的變換器，而且已成為伺服系統(tǒng)的一部分，它要根據(jù)伺服控制的要求進行選擇設計，以滿足整個機械系統(tǒng)良好的伺服性制的要求進行選擇設計，以滿足整個機械系統(tǒng)良好的伺服性能。因此傳動機構除了要滿足傳動精度的要求，而且還要滿能。因此傳動機構除了要滿足傳動精度的要求，而且還要滿足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。足小型、輕量、高速、低噪聲和高可靠性的要求。 (2)(2)導向機構

7、導向機構 其作用是支承和導向，為機械系統(tǒng)中各運動裝置能安其作用是支承和導向，為機械系統(tǒng)中各運動裝置能安全、準確地完成其特定方向的運動提供保障。全、準確地完成其特定方向的運動提供保障。(3)(3)執(zhí)行機構執(zhí)行機構 執(zhí)行機構根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下完成預執(zhí)行機構根據(jù)操作指令的要求在動力源的帶動下完成預定的操作。要求執(zhí)行機構具有較高的靈敏度、精度，良好的定的操作。要求執(zhí)行機構具有較高的靈敏度、精度，良好的重復性和可靠性。由于計算機的強大功能，使傳統(tǒng)的電動機重復性和可靠性。由于計算機的強大功能，使傳統(tǒng)的電動機發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多功能的伺服電機，從而大發(fā)展為具有動力、變速與執(zhí)行等多功

8、能的伺服電機，從而大大地簡化了傳動和執(zhí)行機構。大地簡化了傳動和執(zhí)行機構。3.1.2 3.1.2 機械系統(tǒng)設計的任務機械系統(tǒng)設計的任務一、對機械系統(tǒng)的要求一、對機械系統(tǒng)的要求 機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)機電一體化系統(tǒng)的機械系統(tǒng)與一般的機械系統(tǒng)相比，除要求相比，除要求具有較高的定位精度具有較高的定位精度之外，還應具有之外，還應具有良好的動態(tài)響應特性，就是說良好的動態(tài)響應特性，就是說響應要快、穩(wěn)定性要響應要快、穩(wěn)定性要好好。為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在為確保機械系統(tǒng)的傳動精度和工作穩(wěn)定性，在設計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量、高剛度、設計中，常提出無間隙、低摩擦、低慣量、

9、高剛度、高諧振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊纫蟆８咧C振頻率、適當?shù)淖枘岜鹊纫蟆?常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同常用的機械傳動部件有螺旋傳動、齒輪傳動、同步帶和高速帶傳動以及各種非線性傳動部件等。其步帶和高速帶傳動以及各種非線性傳動部件等。其主要功能是傳遞轉矩和轉速主要功能是傳遞轉矩和轉速。因此，它實質上是一。因此，它實質上是一種轉矩、轉速變換器。種轉矩、轉速變換器。其目的是使執(zhí)行元件與負載其目的是使執(zhí)行元件與負載之間在轉矩與轉速方面得到最佳匹配。機械傳動部之間在轉矩與轉速方面得到最佳匹配。機械傳動部件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳件對伺服系統(tǒng)的伺服特性有很大影響，特別是其傳動

10、類型、傳動方式、傳動剛性以及傳動的可靠性對動類型、傳動方式、傳動剛性以及傳動的可靠性對機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性有重機電一體化系統(tǒng)的精度、穩(wěn)定性和快速響應性有重大影響。大影響。因此，應設計和選擇傳動間隙小、精度高、因此，應設計和選擇傳動間隙小、精度高、體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉矩大的傳動部體積小、重量輕、運動平穩(wěn)、傳遞轉矩大的傳動部件。件。 對工作機中的傳動機構，既要求能實現(xiàn)運動的對工作機中的傳動機構，既要求能實現(xiàn)運動的變換，又要求能實現(xiàn)動力的變換；對信息機構中的變換，又要求能實現(xiàn)動力的變換；對信息機構中的傳動機構，則主要要求具有運動的變換功能，只需傳動機構，則主要要求具有

11、運動的變換功能，只需要克服慣性力要克服慣性力( (力矩力矩) )和各種摩擦阻力和各種摩擦阻力( (力矩力矩) )及較小及較小的負載即可。的負載即可。 隨著機電一體化技術不斷發(fā)展要求傳動機構不隨著機電一體化技術不斷發(fā)展要求傳動機構不斷適應新的技術要求。具體講有三個方面：斷適應新的技術要求。具體講有三個方面：(1)(1)精密化精密化 是越精密越好，但由于要適應產(chǎn)品的高定位精是越精密越好，但由于要適應產(chǎn)品的高定位精度等性能的要求，對機械傳動機構的精度要求也越度等性能的要求，對機械傳動機構的精度要求也越來越高。來越高。(2)(2)高速化高速化 產(chǎn)品工作效率的高低，直接與機械傳動部分的產(chǎn)品工作效率的高低

12、，直接與機械傳動部分的運動速度相關。因此，機械傳動機構應能適應高速運動速度相關。因此，機械傳動機構應能適應高速運動的要求。運動的要求。(3)(3)小型化、輕量化小型化、輕量化 隨著機電一體化系統(tǒng)隨著機電一體化系統(tǒng)( (或產(chǎn)品或產(chǎn)品) )精密化、高速化精密化、高速化的發(fā)展，必然要求其傳動機構小型化、輕量化，以的發(fā)展，必然要求其傳動機構小型化、輕量化，以提高運動靈敏度提高運動靈敏度( (響應性響應性) )、減小沖擊、降低能耗。、減小沖擊、降低能耗。為與電子部件的微型化相適應，也要盡可能做到使為與電子部件的微型化相適應，也要盡可能做到使機械傳動部件最小、最輕化。機械傳動部件最小、最輕化。二、伺服系統(tǒng)

13、的設計要求二、伺服系統(tǒng)的設計要求 對于機電一體化系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)設計要求是：對于機電一體化系統(tǒng)的伺服系統(tǒng)設計要求是：高精度，高精度，高響應速度，穩(wěn)定性好及足夠的功率高響應速度，穩(wěn)定性好及足夠的功率，由此就決定了伺服機，由此就決定了伺服機械傳動系統(tǒng)的設計要求和任務：械傳動系統(tǒng)的設計要求和任務：(1)(1)傳動精度傳動精度 傳動精度主要是由傳動件的制造誤差、裝配誤差、傳動傳動精度主要是由傳動件的制造誤差、裝配誤差、傳動間隙和彈性變形所引起。間隙和彈性變形所引起。(2)(2)響應速度響應速度 對于伺服系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)的運算和處理速度遠比機械裝對于伺服系統(tǒng)來說，數(shù)據(jù)的運算和處理速度遠比機械裝置的運動速度快

14、。而機械傳動系統(tǒng)的響應主要取決于加速度。置的運動速度快。而機械傳動系統(tǒng)的響應主要取決于加速度。從傳動系統(tǒng)的角度看，主要是減小摩擦力矩，減小電動機的從傳動系統(tǒng)的角度看，主要是減小摩擦力矩，減小電動機的負載和轉動慣量，提高傳動效率。負載和轉動慣量，提高傳動效率。(3)(3)穩(wěn)定性穩(wěn)定性 伺服系統(tǒng)不但要求穩(wěn)態(tài)誤差小，并且要求能夠伺服系統(tǒng)不但要求穩(wěn)態(tài)誤差小，并且要求能夠穩(wěn)定工作、動態(tài)特性好。這與振動、熱以及其他許穩(wěn)定工作、動態(tài)特性好。這與振動、熱以及其他許多環(huán)境因素有關。要提高傳動系統(tǒng)的抗振性，就必多環(huán)境因素有關。要提高傳動系統(tǒng)的抗振性，就必須提高傳動系統(tǒng)的固有頻率，一般傳動系統(tǒng)固有頻須提高傳動系統(tǒng)的

15、固有頻率，一般傳動系統(tǒng)固有頻率不應低于率不應低于50100 Hz50100 Hz。同時須提高系統(tǒng)的阻尼。同時須提高系統(tǒng)的阻尼。在實際設計中，還應根據(jù)不同的實際情況有所側重在實際設計中，還應根據(jù)不同的實際情況有所側重和增加必要的設計指標。和增加必要的設計指標。 三、機械傳動系統(tǒng)的設計任務三、機械傳動系統(tǒng)的設計任務 機械傳動系統(tǒng)的設計任務包括機械傳動系統(tǒng)的設計任務包括系統(tǒng)設計與結構設計系統(tǒng)設計與結構設計兩個兩個方面。其具體設計內容如下方面。其具體設計內容如下 估算載荷。估算載荷。 選擇總傳動比、選擇伺服電機。選擇總傳動比、選擇伺服電機。 選擇傳動機構的形式。選擇傳動機構的形式。 確定傳動級數(shù)、分配

16、各級傳動比。確定傳動級數(shù)、分配各級傳動比。 配置傳動鏈，估算傳動鏈精度。配置傳動鏈，估算傳動鏈精度。 傳動機構結構設計。傳動機構結構設計。 計算傳動裝置的剛度和結構固有頻率計算傳動裝置的剛度和結構固有頻率 做必要的工藝分析和經(jīng)濟分析。做必要的工藝分析和經(jīng)濟分析。 機電一體化系統(tǒng)中所用的傳動機構及其傳機電一體化系統(tǒng)中所用的傳動機構及其傳動功能如表動功能如表2121所示，可供設計時參考。從表所示，可供設計時參考。從表221 1中看出，一種傳動機構可滿足一項或同時滿足幾中看出，一種傳動機構可滿足一項或同時滿足幾項功能要求。如齒輪齒條傳動既可進行直線運動項功能要求。如齒輪齒條傳動既可進行直線運動與回轉

17、運動間的轉換，又可進行直線驅動力與轉與回轉運動間的轉換，又可進行直線驅動力與轉矩間的轉換；帶傳動、蝸桿蝸輪及各類齒輪減速矩間的轉換；帶傳動、蝸桿蝸輪及各類齒輪減速器器( (如諧波齒輪減速器如諧波齒輪減速器) )既可進行升速或降速，也既可進行升速或降速，也可進行轉矩大小的變換?？蛇M行轉矩大小的變換。 3.1.3 3.1.3 機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響機械參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響 機電一體化機械系統(tǒng)要求有良好的伺服特性，這就要求機電一體化機械系統(tǒng)要求有良好的伺服特性，這就要求其中的機械傳動與導向裝置的慣性小、摩擦小、阻尼合理、其中的機械傳動與導向裝置的慣性小、摩擦小、阻尼合理、剛度大、振動特性好、間隙小

18、，還要求機械部分的動態(tài)特性剛度大、振動特性好、間隙小，還要求機械部分的動態(tài)特性與伺服電機速度環(huán)的動態(tài)特性相匹配。而影響機電一體化系與伺服電機速度環(huán)的動態(tài)特性相匹配。而影響機電一體化系統(tǒng)性能的主要機械參數(shù)是統(tǒng)性能的主要機械參數(shù)是慣量、剛度、阻尼、摩擦、諧振頻慣量、剛度、阻尼、摩擦、諧振頻率、傳動誤差率、傳動誤差等，下面對此逐一分析。等，下面對此逐一分析。一、慣量對系統(tǒng)性能的影響一、慣量對系統(tǒng)性能的影響 在機械傳動中，從驅動元件、傳動部件到執(zhí)行機構，系在機械傳動中，從驅動元件、傳動部件到執(zhí)行機構，系統(tǒng)各部分的慣性都是需要考慮的。慣性不但影響傳動系統(tǒng)的統(tǒng)各部分的慣性都是需要考慮的。慣性不但影響傳動系

19、統(tǒng)的啟停特性，也影響控制的快速性、位置偏差和速度偏差。傳啟停特性，也影響控制的快速性、位置偏差和速度偏差。傳動機構的慣性可用慣量和轉動慣量來計算，它取決于機構中動機構的慣性可用慣量和轉動慣量來計算，它取決于機構中各部件的質量和尺寸參數(shù)。各部件的質量和尺寸參數(shù)。 在不影響剛度的條件下，機械部件的慣性要小，就要減在不影響剛度的條件下，機械部件的慣性要小，就要減小和合理分配機械的質量，以減小機械部件的慣量和轉動慣小和合理分配機械的質量，以減小機械部件的慣量和轉動慣量。慣量和轉動慣量增大，使機械負載增大；使系統(tǒng)響應速量。慣量和轉動慣量增大，使機械負載增大；使系統(tǒng)響應速度變慢，降低靈敏度，伺服特性變差；

20、使系統(tǒng)固有頻率下降，度變慢，降低靈敏度，伺服特性變差；使系統(tǒng)固有頻率下降，容易產(chǎn)生諧振；使電氣驅動部件的諧振頻率降低，而阻尼增容易產(chǎn)生諧振；使電氣驅動部件的諧振頻率降低，而阻尼增加。加。二、剛度對系統(tǒng)性能的影響二、剛度對系統(tǒng)性能的影響 剛度是指彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力，包括構剛度是指彈性體產(chǎn)生單位變形量所需的作用力，包括構件產(chǎn)生各種基本變形時的剛度和兩接觸面的接觸剛度。件產(chǎn)生各種基本變形時的剛度和兩接觸面的接觸剛度。力和力和變形之比為靜剛度；動態(tài)力變形之比為靜剛度；動態(tài)力(交變力、沖擊力等交變力、沖擊力等)和變形之比和變形之比為動剛度。為動剛度。 對于伺服系統(tǒng)的失動量來說，系統(tǒng)剛度越大

21、，失動量越對于伺服系統(tǒng)的失動量來說，系統(tǒng)剛度越大，失動量越小。對于系統(tǒng)的固有頻率來說，系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越小。對于系統(tǒng)的固有頻率來說，系統(tǒng)剛度越大，固有頻率越高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振。對于伺服系統(tǒng)的高，超出系統(tǒng)的頻帶寬度，不易產(chǎn)生共振。對于伺服系統(tǒng)的穩(wěn)定性來說，剛度對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛穩(wěn)定性來說，剛度對閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有很大影響，提高剛度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是，剛度的提高如果伴隨著度可增加閉環(huán)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。但是，剛度的提高如果伴隨著轉動慣量、摩擦和成本的增加，則要綜合考慮，選擇多個方轉動慣量、摩擦和成本的增加，則要綜合考慮，選擇多個方案比較，進行優(yōu)化設計。

22、案比較，進行優(yōu)化設計。三、摩擦對系統(tǒng)性能的影響三、摩擦對系統(tǒng)性能的影響 兩物體間有相對運動趨勢或已產(chǎn)生相對運動，其接觸面兩物體間有相對運動趨勢或已產(chǎn)生相對運動，其接觸面間會存在摩擦力。摩擦力在應用上可簡化為粘性摩擦力、庫間會存在摩擦力。摩擦力在應用上可簡化為粘性摩擦力、庫侖摩擦力與靜摩擦力三類，方向均與運動方向相反。圖侖摩擦力與靜摩擦力三類，方向均與運動方向相反。圖2222所示粘性摩擦力，大小與兩物體相對運動的速度成正比。圖所示粘性摩擦力，大小與兩物體相對運動的速度成正比。圖22b22b所示的庫侖摩擦力是接觸面對運動物體的阻力，大小為所示的庫侖摩擦力是接觸面對運動物體的阻力，大小為一常數(shù)；靜摩

23、擦力是有相對運動趨勢但仍處于靜止狀態(tài)時的一常數(shù)；靜摩擦力是有相對運動趨勢但仍處于靜止狀態(tài)時的摩擦力，其最大值發(fā)生在相對運動開始前的一瞬間，運動開摩擦力，其最大值發(fā)生在相對運動開始前的一瞬間，運動開始后，靜摩擦力即消失。始后，靜摩擦力即消失。(a)粘性摩擦力粘性摩擦力 (b)靜摩擦力與庫侖摩擦力靜摩擦力與庫侖摩擦力圖圖22 三類摩擦力與速度之間的關系三類摩擦力與速度之間的關系 摩擦力影響傳動機構的傳動精度和運動平穩(wěn)性。工作中，摩擦力影響傳動機構的傳動精度和運動平穩(wěn)性。工作中，機械導軌的摩擦特性是很復雜的，它們與摩擦性質、導軌材機械導軌的摩擦特性是很復雜的，它們與摩擦性質、導軌材料和表面狀態(tài)有關，

24、也受潤滑條件和環(huán)境溫度的影響。此外，料和表面狀態(tài)有關，也受潤滑條件和環(huán)境溫度的影響。此外，靜摩擦力使機械傳動部件發(fā)生彈性變形而造成位置誤差，當靜摩擦力使機械傳動部件發(fā)生彈性變形而造成位置誤差，當運動反向時，位置誤差會形成回程誤差。運動反向時，位置誤差會形成回程誤差。 綜上所述，機械傳動部件的摩擦特性應為：綜上所述，機械傳動部件的摩擦特性應為：靜摩擦力盡靜摩擦力盡可能?。粍幽Σ亮獮楸M可能小的正斜率；若為負斜率則易可能??；動摩擦力應為盡可能小的正斜率；若為負斜率則易產(chǎn)生爬行、降低精度、減少壽命。產(chǎn)生爬行、降低精度、減少壽命。 機械部件振動時，金屬材料的內摩擦較小機械部件振動時，金屬材料的內摩擦較

25、小( (附加的非金屬附加的非金屬減振材料內摩擦較大減振材料內摩擦較大) )，運動副特別是導軌的摩擦阻尼是主要，運動副特別是導軌的摩擦阻尼是主要的。實際應用中一般把摩擦阻尼簡化為線性粘性摩擦阻尼。的。實際應用中一般把摩擦阻尼簡化為線性粘性摩擦阻尼。對于動態(tài)特性要求嚴格的機械，需要通過大量實驗取得非線對于動態(tài)特性要求嚴格的機械，需要通過大量實驗取得非線性阻尼特性。性阻尼特性。 阻尼對彈性系統(tǒng)的振動特性有正反兩方面的影響：阻尼對彈性系統(tǒng)的振動特性有正反兩方面的影響：系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，使系統(tǒng)的失動量和回程誤系統(tǒng)的靜摩擦阻尼越大，使系統(tǒng)的失動量和回程誤差增大，定位精度降低，加上摩擦差增大，定位精度降

26、低，加上摩擦- -速度特性的負斜速度特性的負斜率，易產(chǎn)生爬行，從而降低機械的性能。率，易產(chǎn)生爬行，從而降低機械的性能。系統(tǒng)的粘性摩擦阻尼越大，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增加，系統(tǒng)的粘性摩擦阻尼越大，使系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差增加，精度降。精度降。在系統(tǒng)剛度低、質量大的情況下，為了減小振幅和在系統(tǒng)剛度低、質量大的情況下，為了減小振幅和衰減振動，增大粘性摩擦阻尼有利于改善系統(tǒng)特性。衰減振動，增大粘性摩擦阻尼有利于改善系統(tǒng)特性。 四、諧振頻率對系統(tǒng)性能的影響四、諧振頻率對系統(tǒng)性能的影響 若不計阻尼，包括機械傳動部件在內的彈性系統(tǒng)，可簡若不計阻尼，包括機械傳動部件在內的彈性系統(tǒng)，可簡化為質量化為質量彈簧系統(tǒng)。對于質量為彈

27、簧系統(tǒng)。對于質量為m、拉壓剛度系數(shù)為、拉壓剛度系數(shù)為k的的單自由度直線運動彈性系統(tǒng)，其固有頻率單自由度直線運動彈性系統(tǒng)，其固有頻率n為為 當外界傳來的振動的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率當外界傳來的振動的激振頻率接近或等于系統(tǒng)的固有頻率時，系統(tǒng)會產(chǎn)生諧振，從而影響系統(tǒng)的正常工作。傳動部件實時，系統(tǒng)會產(chǎn)生諧振，從而影響系統(tǒng)的正常工作。傳動部件實際上是一個多自由度系統(tǒng)，有一個最低的基本固有頻率和若干際上是一個多自由度系統(tǒng)，有一個最低的基本固有頻率和若干高階固有頻率，稱為機械傳動部件的第一諧振頻率高階固有頻率，稱為機械傳動部件的第一諧振頻率n1n1和和n n階諧階諧振頻率振頻率nnnn。 電氣驅動

28、部件是位于位置調節(jié)環(huán)之內的速度調節(jié)環(huán)。為減電氣驅動部件是位于位置調節(jié)環(huán)之內的速度調節(jié)環(huán)。為減少機械傳動部件的轉矩反饋對電動機動態(tài)性能的影響，機械部少機械傳動部件的轉矩反饋對電動機動態(tài)性能的影響，機械部件的諧振頻率必須大于電氣驅動部件的諧振頻率。件的諧振頻率必須大于電氣驅動部件的諧振頻率。 五、傳動誤差對系統(tǒng)性能的影響五、傳動誤差對系統(tǒng)性能的影響 在機械傳動系統(tǒng)中，各類傳動零件的傳動間隙都會產(chǎn)生在機械傳動系統(tǒng)中，各類傳動零件的傳動間隙都會產(chǎn)生回程誤差和傳動誤差，會影響到系統(tǒng)的傳動精度和運動平穩(wěn)回程誤差和傳動誤差，會影響到系統(tǒng)的傳動精度和運動平穩(wěn)性。性。 滾珠絲杠副在承受負載時，其滾珠與滾道面接觸

29、點處將滾珠絲杠副在承受負載時，其滾珠與滾道面接觸點處將產(chǎn)生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回，這種空回產(chǎn)生彈性變形。換向時，其軸向間隙會引起空回，這種空回是非連續(xù)的，既影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。是非連續(xù)的，既影響傳動精度，又影響系統(tǒng)的動態(tài)性能。 齒輪傳動的嚙合間隙會造成一定的傳動死區(qū)，即主動齒齒輪傳動的嚙合間隙會造成一定的傳動死區(qū)，即主動齒輪要轉過一間隙角后從動齒輪才能轉動，傳動死區(qū)也稱為失輪要轉過一間隙角后從動齒輪才能轉動，傳動死區(qū)也稱為失動量。若在閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動死區(qū)還可能使系統(tǒng)以動量。若在閉環(huán)系統(tǒng)中，傳動死區(qū)還可能使系統(tǒng)以1515倍的倍的間隙產(chǎn)生低頻振蕩。為此，應采用齒側間

30、隙小、精度較高的間隙產(chǎn)生低頻振蕩。為此，應采用齒側間隙小、精度較高的齒輪，或采用各種調整齒側間隙的結構來減小或消除嚙合間齒輪，或采用各種調整齒側間隙的結構來減小或消除嚙合間隙。隙。 ( (一一) )機械傳動系統(tǒng)的誤差分析機械傳動系統(tǒng)的誤差分析 機械傳動系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可分為機械傳動系統(tǒng)中，影響系統(tǒng)傳動精度的誤差可分為傳動傳動誤差和回程誤差誤差和回程誤差兩種。兩種。1 1傳動誤差傳動誤差 傳動誤差是指輸入軸單向回轉時，輸出軸轉角的實際值傳動誤差是指輸入軸單向回轉時，輸出軸轉角的實際值相對于理論值的變動量。由于傳動誤差的存在，使輸出軸的相對于理論值的變動量。由于傳動誤差的存在，使輸出

31、軸的運動時而超前，時而滯后。若傳動裝置的各組成零部件運動時而超前，時而滯后。若傳動裝置的各組成零部件( (齒輪、齒輪、軸、軸承、箱體軸、軸承、箱體) )制造和裝配絕對準確，同時又忽略使用過程制造和裝配絕對準確，同時又忽略使用過程中的溫度變化和彈性變形，則在傳動過程中，輸出軸轉角中的溫度變化和彈性變形，則在傳動過程中，輸出軸轉角oo與輸入軸轉角與輸入軸轉角ii之間應符合如下理想關系，即之間應符合如下理想關系，即 輸入軸若均勻回轉，輸出軸亦均勻回轉；輸入軸若反向輸入軸若均勻回轉，輸出軸亦均勻回轉；輸入軸若反向回轉，輸出軸亦無滯后地立即反向回轉。當回轉，輸出軸亦無滯后地立即反向回轉。當it=1it=

32、1時，理想情時，理想情況下況下oo與與ii之間的關系曲線如圖之間的關系曲線如圖24a24a所示的直線所示的直線1 1。實際。實際上，各組成零部件不可能制造和裝配得絕對準確，在使用過上，各組成零部件不可能制造和裝配得絕對準確，在使用過程中還會存在溫度變形和彈性變形。因此，在傳動過程中輸程中還會存在溫度變形和彈性變形。因此，在傳動過程中輸出軸的轉角總會存在誤差。圖出軸的轉角總會存在誤差。圖24b24b所示的曲線所示的曲線2 2表示單向回表示單向回轉由于存在傳動誤差轉由于存在傳動誤差，而引起的輸出軸轉角，而引起的輸出軸轉角oo與輸入軸與輸入軸轉角轉角ii之間的關系。之間的關系。(a)理想關系理想關系

33、 (b)傳動誤差傳動誤差 (c)回程誤差回程誤差圖圖24 傳動誤差與回程誤差傳動誤差與回程誤差回程誤差并不一定只在反向時才有意義，即使是單向回轉，回程誤差并不一定只在反向時才有意義，即使是單向回轉，回程誤差對傳動精度亦可能有影響?；爻陶`差對傳動精度亦可能有影響。( (二二) )減小傳動誤差的措施減小傳動誤差的措施 減小傳動誤差、提高傳動精度的結構措施有：適當提高減小傳動誤差、提高傳動精度的結構措施有：適當提高零部件本身的精度；合理設計傳動鏈，減小零部件制造、裝零部件本身的精度；合理設計傳動鏈，減小零部件制造、裝配誤差對傳動精度的影響；采用消隙機構，以減小或消除回配誤差對傳動精度的影響；采用消隙

34、機構，以減小或消除回程誤差。程誤差。1 1提高零部件制造精度提高零部件制造精度 這是指提高各傳動零部件本身的制造、裝配精度。例如，這是指提高各傳動零部件本身的制造、裝配精度。例如，為了減小傳動誤差，一般可采用為了減小傳動誤差，一般可采用6 6級精度的齒輪，甚至采用級精度的齒輪，甚至采用5 5級或級或4 4級精度。為了減小回程誤差，一般可選用較小的側隙或級精度。為了減小回程誤差，一般可選用較小的側隙或零側隙，甚至零側隙，甚至“負側隙負側隙”。負側隙是在加工齒輪時，使實際。負側隙是在加工齒輪時，使實際齒厚比理論齒厚有稍許增加。齒厚比理論齒厚有稍許增加。 對減速傳動鏈來說，提高末級的精度，效果最為顯

35、著。對減速傳動鏈來說，提高末級的精度，效果最為顯著。例如，有的動力傳動裝置，前幾級均采用例如，有的動力傳動裝置，前幾級均采用7 7級精度的齒輪，而級精度的齒輪，而末級選用末級選用6 6級精度的齒輪。級精度的齒輪。2 2合理設計傳動鏈合理設計傳動鏈(1)(1)合理選擇傳動形式合理選擇傳動形式 在傳動鏈的設計中，各種不同形式的傳動，達到的精度在傳動鏈的設計中，各種不同形式的傳動，達到的精度是不同的。一般來說，是不同的。一般來說，圓柱直齒輪與斜齒輪的精度較高，蝸圓柱直齒輪與斜齒輪的精度較高，蝸桿蝸輪機構次之，而錐齒輪較差。桿蝸輪機構次之，而錐齒輪較差。在行星齒輪機構中，諧波在行星齒輪機構中，諧波齒輪

36、精度最高，漸開線行星齒輪機構、少齒差行星齒輪機構齒輪精度最高，漸開線行星齒輪機構、少齒差行星齒輪機構次之，擺線針輪行星齒輪機構則較差。次之，擺線針輪行星齒輪機構則較差。 (2)(2)合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比合理確定傳動級數(shù)和分配各級傳動比 減少傳動級數(shù)，就可減少零件數(shù)量，也就減少了產(chǎn)生誤減少傳動級數(shù)，就可減少零件數(shù)量，也就減少了產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)。因此，在滿足使用要求的條件下，應盡可能減少差的環(huán)節(jié)。因此，在滿足使用要求的條件下，應盡可能減少傳動級數(shù)。對減速傳動鏈，各級傳動比宜從高速級開始，逐傳動級數(shù)。對減速傳動鏈，各級傳動比宜從高速級開始，逐級遞增，且在結構空間允許的前提下，盡量提高末級傳

37、動比。級遞增，且在結構空間允許的前提下，盡量提高末級傳動比。一般來說，減速傳動采用大的傳動比，可使從動輪半徑增大，一般來說，減速傳動采用大的傳動比，可使從動輪半徑增大，從而提高角值精度。從而提高角值精度。(3)(3)合理布置傳動鏈合理布置傳動鏈 在減速傳動中，精度較低的傳動機構在減速傳動中，精度較低的傳動機構( (如錐齒輪機構、蝸桿如錐齒輪機構、蝸桿蝸輪機構蝸輪機構) )應布置在高速軸上，這樣可減小低速軸上的誤差。應布置在高速軸上，這樣可減小低速軸上的誤差。(4)(4)采用消除間隙機構采用消除間隙機構 消除間隙可有效地減小或消除傳動中的回程誤差。在機消除間隙可有效地減小或消除傳動中的回程誤差。

38、在機電一體化機械系統(tǒng)中，傳動機構的消隙方法有很多種類，主電一體化機械系統(tǒng)中，傳動機構的消隙方法有很多種類，主要介紹齒輪機構和螺旋機構的消隙方法。要介紹齒輪機構和螺旋機構的消隙方法。(1)(1)螺旋傳動間隙的消除螺旋傳動間隙的消除 圖圖26a26a所示為一種軸向消隙機構，螺母分兩部分，擰動所示為一種軸向消隙機構，螺母分兩部分，擰動小螺釘，可使左邊部分螺母變形，從而調整軸向間隙。圖小螺釘，可使左邊部分螺母變形，從而調整軸向間隙。圖226b6b所示為另一種軸向消隙機構，圖中螺距所示為另一種軸向消隙機構，圖中螺距S1S2S1S2。圖。圖26c26c所所示為徑向消隙機構。圖示為徑向消隙機構。圖2727所

39、示為彈簧加載消隙原理圖，由所示為彈簧加載消隙原理圖，由于螺母在彈簧作用下，始終與絲杠螺紋單面接觸，從而達到于螺母在彈簧作用下，始終與絲杠螺紋單面接觸，從而達到消隙目的。消隙目的。(a)軸向消除間隙法軸向消除間隙法 (b)不等螺距消除間隙法不等螺距消除間隙法 (c)徑向消除間隙法徑向消除間隙法圖圖26 螺旋傳動消隙螺旋傳動消隙 圖圖27 彈簧加載消隙彈簧加載消隙1一絲杠螺紋；一絲杠螺紋；2一螺母；一螺母；3一彈簧一彈簧圖圖28 軸套消隙機構軸套消隙機構1一電動機；一電動機；2一偏心軸套一偏心軸套 柔性消隙法：柔性消隙法是調整后齒側間隙可以柔性消隙法：柔性消隙法是調整后齒側間隙可以自動補償。這種方

40、法對齒輪齒厚和齒距的精度要求自動補償。這種方法對齒輪齒厚和齒距的精度要求可適當降低，但會影響傳動平穩(wěn)性，且傳動剛度低，可適當降低，但會影響傳動平穩(wěn)性，且傳動剛度低，結構也較復雜。結構也較復雜。圖圖29 錐度齒輪消隙結構錐度齒輪消隙結構1、2一齒輪；一齒輪；3一墊片一墊片圖圖210 斜齒輪消隙結構斜齒輪消隙結構1，2一窄斜齒輪：一窄斜齒輪：3一墊片；一墊片；4一寬齒輪一寬齒輪圖圖211 雙齒輪錯齒式消隙結構雙齒輪錯齒式消隙結構12一薄片齒輪；一薄片齒輪；3一彈簧；一彈簧；4，8一凸耳；一凸耳；5一調節(jié)螺釘；一調節(jié)螺釘；6，7一螺母一螺母 圖圖212 碟形彈簧消隙結構碟形彈簧消隙結構1，2齒輪；齒

41、輪；3一碟形彈簧；一碟形彈簧；4一墊片；一墊片；5一螺母；一螺母； 6-寬齒輪寬齒輪3.2 3.2 傳動機構設計傳動機構設計3.2.1 3.2.1 機械傳動裝置機械傳動裝置 一、齒輪傳動一、齒輪傳動 1 1齒輪傳動特點齒輪傳動特點 齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，是機械傳齒輪傳動部件是轉矩、轉速和轉向的變換器，是機械傳動裝置中最常用的傳動方法之一。了解齒輪傳動裝置的基本動裝置中最常用的傳動方法之一。了解齒輪傳動裝置的基本優(yōu)缺點，并根據(jù)應用中各種情況，決定是否安裝齒輪傳動裝優(yōu)缺點，并根據(jù)應用中各種情況，決定是否安裝齒輪傳動裝置。傳動裝置有以下優(yōu)點：置。傳動裝置有以下優(yōu)點： 1 1）齒輪傳

42、動的瞬時傳動比為常數(shù)，傳動精確。）齒輪傳動的瞬時傳動比為常數(shù)，傳動精確。 2 2）強度大、能承受重載、結構緊湊。）強度大、能承受重載、結構緊湊。 3 3）摩擦力小、傳動效率高。）摩擦力小、傳動效率高。 4 4）進給電動機軸與進給絲杠不必在同一條直線上，即電動）進給電動機軸與進給絲杠不必在同一條直線上，即電動機的安裝有多種方式。機的安裝有多種方式。 5 5）外部傳動慣量）外部傳動慣量JmJm折算到電動機軸上按比值折算到電動機軸上按比值1/i21/i2減少，電減少，電動機軸上的驅動轉矩按負載力矩減少動機軸上的驅動轉矩按負載力矩減少1/i1/i。齒輪傳動裝置的缺點：齒輪傳動裝置的缺點： 1 1）齒輪

43、傳動裝置是一個附加的結構部件，對其設計和生產(chǎn)都）齒輪傳動裝置是一個附加的結構部件，對其設計和生產(chǎn)都有一定的要求，增加了制造成本。有一定的要求，增加了制造成本。 2 2）齒輪輪傳動可能把附加的非線性）齒輪輪傳動可能把附加的非線性( (間隙間隙) )引入位置控制環(huán)，引入位置控制環(huán)，而且這類非線性只能部分消除。而且這類非線性只能部分消除。 3 3）雖然齒輪傳動裝置輸出端的全部轉動慣量可以通過齒輪速）雖然齒輪傳動裝置輸出端的全部轉動慣量可以通過齒輪速比予以減小，但齒輪轉動慣量本身影響驅動裝置的總轉動慣比予以減小，但齒輪轉動慣量本身影響驅動裝置的總轉動慣量。量。 4 4）由于附加轉動慣量及非線性對控制參

44、數(shù)產(chǎn)生影響，因此必）由于附加轉動慣量及非線性對控制參數(shù)產(chǎn)生影響，因此必須仔細地調整速度調節(jié)器。須仔細地調整速度調節(jié)器。 5 5）齒輪的磨損可能引起反轉誤差的逐漸擴大，因此必須及時）齒輪的磨損可能引起反轉誤差的逐漸擴大，因此必須及時重新調整。重新調整。 6)6)齒輪傳動裝置在運行及停止時，特別是電源為一個線性同步齒輪傳動裝置在運行及停止時，特別是電源為一個線性同步換流器時，齒輪可能產(chǎn)生高的噪聲電平。在運行時，高噪聲換流器時，齒輪可能產(chǎn)生高的噪聲電平。在運行時，高噪聲電平是由齒廓誤差及齒根面嚙合過程引起的齒輪之間交變的電平是由齒廓誤差及齒根面嚙合過程引起的齒輪之間交變的反轉誤差引起的。在靜止時高噪

45、聲電平產(chǎn)生的原因是齒輪間反轉誤差引起的。在靜止時高噪聲電平產(chǎn)生的原因是齒輪間隙內的電動機振動。隙內的電動機振動。2 2齒輪傳動的應用齒輪傳動的應用 在下列情況下，在進給軸上常用齒輪傳動：在下列情況下，在進給軸上常用齒輪傳動：1 1）使伺服電機的轉速與低速的滾珠絲杠裝置、齒輪齒條傳動裝）使伺服電機的轉速與低速的滾珠絲杠裝置、齒輪齒條傳動裝置、蝸輪傳動裝置的轉速相匹配。置、蝸輪傳動裝置的轉速相匹配。2 2）減少外部轉動慣量折算到電動機軸上的值。）減少外部轉動慣量折算到電動機軸上的值。3 3）增大主動軸的轉矩。）增大主動軸的轉矩。4 4）把電動機的實際位置與機床所需要的位置連成一體。）把電動機的實際

46、位置與機床所需要的位置連成一體。 一個驅動動裝置是否要用齒輪傳動裝置，取決于以上所一個驅動動裝置是否要用齒輪傳動裝置，取決于以上所述各點對于進給機械結構的重要程度。對于一般的數(shù)控進給述各點對于進給機械結構的重要程度。對于一般的數(shù)控進給驅動裝置來說，其主要目的是達到進給速度要求以及使主軸驅動裝置來說，其主要目的是達到進給速度要求以及使主軸增加轉矩。對于增速驅動裝置，齒輪最重要的任務是與外部增加轉矩。對于增速驅動裝置，齒輪最重要的任務是與外部轉動慣量相適應。轉動慣量相適應。二、蝸桿蝸輪機構二、蝸桿蝸輪機構 蝸桿蝸輪機構是由交錯軸斜齒圓柱齒輪機構演變而來的，蝸桿蝸輪機構是由交錯軸斜齒圓柱齒輪機構演變

47、而來的，用來傳遞兩交錯軸之間運動，通常取其交錯角為用來傳遞兩交錯軸之間運動，通常取其交錯角為9090。蝸桿。蝸桿蝸輪機構具有以下兩個明顯的特征：其一，它是一種特殊的蝸輪機構具有以下兩個明顯的特征：其一，它是一種特殊的交錯軸齒輪機構，其特殊之處在于交錯角交錯軸齒輪機構，其特殊之處在于交錯角 =90=90；其二，具；其二，具有螺旋機構的某些特點，蝸桿相當于螺桿，蝸輪相當于螺母，有螺旋機構的某些特點，蝸桿相當于螺桿，蝸輪相當于螺母，蝸輪部分地包容蝸桿。蝸輪部分地包容蝸桿。 1 1蝸桿蝸輪機構的特點蝸桿蝸輪機構的特點 傳動比大，結構緊湊。傳動比一般情況下傳動比大，結構緊湊。傳動比一般情況下 =10=1

48、0100100，在，在不傳遞動力的分度機構中傳動比可達不傳遞動力的分度機構中傳動比可達500500以上。一對蝸桿蝸輪以上。一對蝸桿蝸輪能實現(xiàn)這樣大的傳動比，因此結構十分緊湊。能實現(xiàn)這樣大的傳動比，因此結構十分緊湊。 傳動平穩(wěn)，無噪聲。因嚙合時為線接觸，且具有螺旋機構傳動平穩(wěn)，無噪聲。因嚙合時為線接觸，且具有螺旋機構的特點，故其承載能力比齒輪機構大得多，且傳動平穩(wěn)，幾的特點，故其承載能力比齒輪機構大得多，且傳動平穩(wěn)，幾乎無噪聲。乎無噪聲。 具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦具有自鎖性。當蝸桿的導程角小于嚙合輪齒間的當量摩擦角時，機構具有自鎖性。這時，只能以蝸桿為主動件帶動蝸角時，

49、機構具有自鎖性。這時，只能以蝸桿為主動件帶動蝸輪傳動，而不能由蝸輪帶動蝸桿運動。輪傳動，而不能由蝸輪帶動蝸桿運動。 傳動效率較低，磨損較嚴重。由于嚙合輪齒間相對滑動速傳動效率較低，磨損較嚴重。由于嚙合輪齒間相對滑動速度大，故摩擦損耗大，因而傳動效率較低度大，故摩擦損耗大，因而傳動效率較低( (一般為一般為0.7 0.7 0.80.8，具有自鎖性的蝸桿傳動效率小于具有自鎖性的蝸桿傳動效率小于0.5)0.5)，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過，易出現(xiàn)發(fā)熱和溫升過高現(xiàn)象，且磨損較嚴重。為保證有一定的使用壽命，蝸輪常高現(xiàn)象，且磨損較嚴重。為保證有一定的使用壽命，蝸輪常須采用價格較昂貴的減摩材料，因而成本高。須采用價

50、格較昂貴的減摩材料，因而成本高。 蝸桿承受軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。蝸桿承受軸向力較大，致使軸承摩擦損失較大。 12i2 2蝸桿蝸輪傳動機構的應用蝸桿蝸輪傳動機構的應用 由于蝸桿蝸輪機構具有以上特點，故常用于兩軸交由于蝸桿蝸輪機構具有以上特點，故常用于兩軸交錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當錯、傳動比較大、傳遞功率不太大或間歇工作的場合。當要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取蝸桿齒數(shù)為要求傳遞較大功率時，為提高傳動效率，常取蝸桿齒數(shù)為2424。此外，當蝸桿的導程角較小時，機構具有自鎖性，。此外，當蝸桿的導程角較小時，機構具有自鎖性，故常用于要求自鎖的機構，起安全保護

51、作用。故常用于要求自鎖的機構，起安全保護作用。 三、行星齒輪傳動三、行星齒輪傳動 漸開線行星齒輪傳動是一種至少有一個齒輪及其幾何軸漸開線行星齒輪傳動是一種至少有一個齒輪及其幾何軸線繞著位置固定的幾何軸線作回轉運動的齒輪傳動，這種傳線繞著位置固定的幾何軸線作回轉運動的齒輪傳動，這種傳動多用內嚙合且通常采用幾個行星輪同時傳遞載荷，使功率動多用內嚙合且通常采用幾個行星輪同時傳遞載荷，使功率分流。分流。 漸開線行星齒輪傳動特點和應用漸開線行星齒輪傳動特點和應用 行星齒輪傳動具有如下特點：行星齒輪傳動具有如下特點： 結構緊湊、體積小、重量輕。結構緊湊、體積小、重量輕。 傳動比范圍大、效率高傳動比范圍大、

52、效率高( (除個別傳動形式外除個別傳動形式外) )。 運轉平穩(wěn)、噪聲低。運轉平穩(wěn)、噪聲低。 差動齒輪傳動可用于速度的合成與分解，還可用于變速差動齒輪傳動可用于速度的合成與分解，還可用于變速傳動。傳動。結構較復雜，精度要求高，制造較困難，小規(guī)格、單臺生產(chǎn)結構較復雜，精度要求高，制造較困難，小規(guī)格、單臺生產(chǎn)時制造成本較高。時制造成本較高。行星齒輪傳動形式選用不當時效率不高，在某種情況下有可行星齒輪傳動形式選用不當時效率不高，在某種情況下有可能產(chǎn)生自鎖。能產(chǎn)生自鎖。由于體積小，導致散熱不良，因而要求有良好的潤滑，甚至由于體積小，導致散熱不良，因而要求有良好的潤滑，甚至需采取冷卻措施。需采取冷卻措施。

53、 由于行星齒輪具有這些特點，因而被廣泛應用于汽車、由于行星齒輪具有這些特點，因而被廣泛應用于汽車、航空、火箭、冶金、工程機械、機床、電工機械、儀表及國航空、火箭、冶金、工程機械、機床、電工機械、儀表及國防工業(yè)等機電一體化系統(tǒng)中做減速、增速或變速裝置。防工業(yè)等機電一體化系統(tǒng)中做減速、增速或變速裝置。 四、諧波齒輪傳動四、諧波齒輪傳動 諧波齒輪傳動具有結構簡單、傳動比大諧波齒輪傳動具有結構簡單、傳動比大( (幾十幾百幾十幾百) )、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、傳動精度高、回程誤差小、噪聲低、傳動平穩(wěn)、承載能力強、效率高等優(yōu)點，故在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化效率高等

54、優(yōu)點，故在工業(yè)機器人、航空、火箭等機電一體化系統(tǒng)中日益得到廣泛的應用。系統(tǒng)中日益得到廣泛的應用。 1 1工作原理工作原理 諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依諧波齒輪傳動與少齒差行星齒輪傳動十分相似。它是依靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動靠柔性齒輪產(chǎn)生的可控變形波引起齒間的相對錯齒來傳遞動力和運動的。因此它與一般齒輪傳動具有本質上的差別。力和運動的。因此它與一般齒輪傳動具有本質上的差別。圖圖219 諧波齒輪減速器原理諧波齒輪減速器原理1一剛輪；一剛輪；2一柔輪；一柔輪；3一波形發(fā)生器一波形發(fā)生器 2 2工作特點工作特點 諧波齒輪傳動與一般齒輪傳動相比有下列特點：

55、諧波齒輪傳動與一般齒輪傳動相比有下列特點：傳動比大：單級諧波齒輪傳動比為傳動比大：單級諧波齒輪傳動比為50 50 500500；多級或復式傳；多級或復式傳動比更大，可達動比更大，可達30 000 30 000 以上。以上。承載能力大：在傳輸額定輸出轉矩時，諧波齒輪傳動同時嚙承載能力大：在傳輸額定輸出轉矩時，諧波齒輪傳動同時嚙合的齒對數(shù)可達總齒對數(shù)的合的齒對數(shù)可達總齒對數(shù)的3030 4040。傳動精度高：在同樣的制造精度條件下，諧波齒輪的傳動精傳動精度高：在同樣的制造精度條件下，諧波齒輪的傳動精度比一般齒輪的傳動精度至少要高一級。度比一般齒輪的傳動精度至少要高一級。齒側間隙?。和ㄟ^調整，齒側間隙

56、可減到最小，以減少回程齒側間隙?。和ㄟ^調整，齒側間隙可減到最小，以減少回程誤差。誤差。傳動平穩(wěn)：基本上無沖擊振動。傳動平穩(wěn)：基本上無沖擊振動。傳動效率高：單級傳動的效率為傳動效率高：單級傳動的效率為65659090。體積小、重量輕：在傳動比和承載能力相同的條件下，諧波體積小、重量輕：在傳動比和承載能力相同的條件下，諧波齒輪減速器比一般齒輪減速器的重量減少約齒輪減速器比一般齒輪減速器的重量減少約1 12 21 13 3。五、同步帶傳動五、同步帶傳動 1 1同步帶傳動特點同步帶傳動特點 同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的一種新同步帶傳動是綜合了普通帶傳動和鏈傳動優(yōu)點的一種新型傳動。如圖型傳

57、動。如圖222222所示，它在帶的工作面及帶輪外周上均所示，它在帶的工作面及帶輪外周上均制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒做嚙合傳動。同步帶采用了承制有嚙合齒，通過帶齒與輪齒做嚙合傳動。同步帶采用了承載后彈性伸長極小的材料做強力層，以保持帶的節(jié)距不變，載后彈性伸長極小的材料做強力層，以保持帶的節(jié)距不變，使主、從動帶輪能做無滑差的同步傳動。圖使主、從動帶輪能做無滑差的同步傳動。圖223223所示為同所示為同步帶在打印機的字車系統(tǒng)中的應用實例。步帶在打印機的字車系統(tǒng)中的應用實例。 (1)(1)同步帶傳動的優(yōu)點同步帶傳動的優(yōu)點 與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有與一般帶傳動相比，同步帶傳動具有以下優(yōu)點：以下優(yōu)

58、點： 無滑動，傳動比準確。無滑動，傳動比準確。 傳動效率高，可達傳動效率高，可達9898，有明顯的節(jié)能效果。，有明顯的節(jié)能效果。 傳動平穩(wěn)，能吸振，噪聲小。傳動平穩(wěn)，能吸振，噪聲小。 使用范圍較廣，傳遞功率由幾瓦至數(shù)百千瓦，速度可使用范圍較廣，傳遞功率由幾瓦至數(shù)百千瓦，速度可達達50 m50 ms s，速比可達，速比可達1010左右。左右。 維護保養(yǎng)方便，不需要潤滑。維護保養(yǎng)方便，不需要潤滑。 (2)(2)同步帶傳動的缺點同步帶傳動的缺點 安裝要求高，中心距要求嚴格。安裝要求高，中心距要求嚴格。 帶與帶輪制造工藝復雜，制造成本高。帶與帶輪制造工藝復雜，制造成本高。2 2同步帶傳動的分類同步帶傳

59、動的分類 (1)(1)按用途分類按用途分類 按用途分類，它可分為一般用途按用途分類，它可分為一般用途同步帶傳動和高轉矩同步帶傳動和高轉矩同步帶傳動同步帶傳動兩大類。兩大類。 一般用途同步帶傳動即梯形齒同步帶傳動，適用于中小一般用途同步帶傳動即梯形齒同步帶傳動，適用于中小功率傳動，如各種儀器、辦公機械、紡織機械中均采用此功率傳動，如各種儀器、辦公機械、紡織機械中均采用此類同步帶傳動。類同步帶傳動。高轉矩同步帶傳動即圓弧齒同步帶傳動，國外稱為高轉矩同步帶傳動即圓弧齒同步帶傳動，國外稱為HTD(highHTD(high torque drive) torque drive)、STPD(superST

60、PD(super torque positive torque positive drive)drive)傳動。它適用于大功率，傳遞功率可達數(shù)百千瓦，傳動。它適用于大功率，傳遞功率可達數(shù)百千瓦，常用于重型機械傳動中，如運輸機構、石油機構、機床等。常用于重型機械傳動中，如運輸機構、石油機構、機床等。 圖圖223 打印機中同步帶傳動系統(tǒng)打印機中同步帶傳動系統(tǒng) 1一驅動輪；一驅動輪；2一驅動軸；一驅動軸；3一從動輪；一從動輪；4一伺服電機；一伺服電機；5一電機齒輪；一電機齒輪；6一字車；一字車； 7一色帶驅動手柄；一色帶驅動手柄；8一銷；一銷；9一連接環(huán)；一連接環(huán)；10一字車驅動同步帶；一字車驅動同